CN111296942A - 一种基于地杆菌蛋白质纤维的新式口罩 - Google Patents

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孙乐
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谢鹏程
程礼盛
李好义
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Abstract

本发明公开一种基于地杆菌蛋白质纤维的新式口罩，包括在内侧无纺层、外侧无纺层之间设置有内电极层、地杆菌丝蛋白纤维层、外电极层、中无纺层及银纤维层。所述外侧无纺层、内侧无纺层外边缘设置有金属条并连接有拉紧带。所述内外无纺层用于隔离大颗粒物质。外侧无纺层表面是超疏水且超疏油的，能避免或大幅延缓正常佩戴及存放时的外来污染。内侧无纺层具有吸水亲肤特点，使佩戴时体感更舒适。所述含银纳米纤维层可以发挥抗菌作用，增强口罩的杀菌作用。所述中无纺层用于隔离含银纤维层与电极层。所述地杆菌丝蛋白纤维层可在该流经的气流中含有水分的情况下自发产生电流，从而生成及保持口罩内部的静电，维持和增加静电对微细颗粒的吸附力。

Description

一种基于地杆菌蛋白质纤维的新式口罩
技术领域
本发明涉及防疫防护用具技术领域，具体涉及一种基于蛋白质与水分产生静电的新式口罩。
背景技术
空气中存在很多灰尘、雾霾、细菌及病毒等对人体有害的物质，尤其是随着新冠肺炎病毒疫情在全球的快速扩散，个人防护成为了阻隔病毒扩散的第一道关口，受到了更高程度的重视。对口罩的需求呈现爆发式增长，以致短时间内全球都面临口罩脱销和供不应求的局面。
现有口罩多通过熔喷、纺粘等生产工艺，由一层或多层纤维复合制作而成，能够一定程度地发挥捕捉气流中的液滴、过滤颗粒物、阻隔细菌病毒等效用。但单纯依靠孔径阻隔的口罩，常常不能完全有效地隔离病毒等纳米颗粒物质。
静电能增强口罩对病毒等微细颗粒物质的滤除作用。但由于人体呼气时的哈气会导致口罩中的原始荷电不断丢失，使现有带静电口罩成为一次性用品，通常只能使用数小时。所以急需能够不断产生并保持口罩内部静电的新技术，以增强并维持口罩对细小颗粒物质的吸附作用，并大幅节约资源。
发明内容
为解决上述问题，针对现有技术所存在的不足，本发明提供了一种基于细菌蛋白质产生静电的新式口罩。
为实现以上目的，本发明采用以下技术手段。
一种基于地杆菌蛋白质纤维层的新式口罩，在内侧无纺层、外侧无纺层之间设置有内电极层、地杆菌丝蛋白纤维层、外电极层、中无纺层及银纤维层。
所述蛋白纤维层为采用溶液静电纺丝法，将利用金属还原地杆菌或硫还原地杆菌产生的特定菌丝蛋白质制成多层纳米纤维膜。地杆菌丝蛋白富含芳香族氨基酸，导电性强，能在接触水分时自发产生电流
所述外侧无纺层、内侧无纺层外边缘设置有金属条并连接有拉紧带。
所述内外无纺层用于隔离大颗粒物质。外侧无纺层表面是超疏水且超疏油的，能避免或大幅延缓正常佩戴及存放时的外来污染。内侧无纺层具有吸水亲肤特点，使佩戴时体感更舒适。
所述含银纳米纤维层可以发挥抗菌作用，增强口罩的杀菌作用。
所述中无纺层用于隔离含银纤维层与电极层。
所述地杆菌丝蛋白纤维层可在该流经的气流中含有水分的情况下自发产生电流，从而生成及保持口罩内部的静电，维持和增加静电对微细颗粒的吸附力。
所述地杆菌丝蛋白纤维层置于外电极层与内电极层之间。内电极层面积略小于蛋白纤维层，地杆菌丝蛋白纤维层会从人体呼气或空气中吸收水分。蛋白质纳米线的导电性，加上蛋白质表面的化学性质，再结合薄膜内部纳米线之间的细孔，会在两个电极之间产生电流。当气流相对湿度为45％时，可以收获最好的电流生成效果。地杆菌丝蛋白纤维层在湿度很低的环境中时，产生电流显著减小，但即使在沙漠的干燥环境中也能发电。而正常人类呼出气体相对湿度一般大于60％，能较好地满足这种地杆菌丝蛋白的工作条件要求。
地杆菌丝蛋白纤维层两侧的水分梯度可以解释其中产生的电压，这种蛋白质表面的官能团(例如羧基)提供了可自由移动的质子，从而水分梯度会导致在羧基上产生电离梯度，或者说在移动质子上产生浓度梯度。蛋白纤维上的空穴状态及质子的梯度导致了质子的扩散，而这种扩散会引起电场作用或类似于生物系统中静止膜电位的情况。研究表明，跨过7微米厚的薄膜可产生约0.5伏的持续电压，电流密度约为17微安每平方厘米。
这种电流可以给口罩提供静电荷，从而产生静电吸附作用，进一步提升口罩对气流中病毒、细菌等微细颗粒物的吸附效果。人体呼出的水汽，这个通常会导致口罩静电流失的不利条件在此恰恰变为产生电流的有利条件。
静电作用可以增强口罩对粒子的吸附作用。当微小颗粒靠近带电物体时，由于静电感应，靠近带电物体一端的颗粒物会感应出与带电物体电性相反的电荷，由于电荷异性相吸作用，小颗粒物会被吸引在口罩上，所需电压不高且相对更加节能。可通过多层薄膜串联或并联布置的方式增大电压或电流，以达到对微细颗粒物更好的吸附效能。
相对现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的主体工作部分包括内侧无纺层、内电极层、地杆菌丝蛋白纤维层、外电极层、中无纺层、银纤维层及外侧无纺层。
双电极层及地杆菌丝蛋白纤维层可利用地杆菌丝蛋白，结合空气中及人体呼出的水蒸气，从而产生微小电流的特性，在纤维中生成并保持一定量的静电荷，从而增强并保持这种新式口罩对微细颗粒的吸附能力。
所述外侧无纺层、内侧无纺层外边缘连接有拉紧带，便于佩戴。所述含银纳米纤维层可以发挥抗菌作用，增强口罩的杀菌作用。
附图说明
图1为本发明所述的新式口罩的整体结构示意图。
图2为本发明所述的新式口罩主要工作膜区示意图。
其中：1.左拉紧带；2.主要工作膜区；3.密封条；4.右拉紧带。201.内无纺布层；202.地杆菌丝蛋白膜及内外电极层；203.含银纳米纤维层；204.外无纺布层；205.中无纺层。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式，对本发明进一步描述：
参考图1、图2，本发明所述的新式口罩整体结构由主要工作区2及左右两个拉紧带1、4组成，主要工作膜区2上方设有密封条3。主体工作部分2包括外侧无纺层204、内侧无纺层201，所述外侧无纺层204、内侧无纺层201之间设置有地杆菌丝蛋白纤维层及内外电极层202及银纳米纤维层203，所述外侧无纺层、内侧无纺层外边缘连接有拉紧带。
所述内外无纺层201、204用于隔离大颗粒物质。
所述银纳米纤维层203可以发挥抗菌作用，增强口罩的杀菌作用。
所述中无纺层205用于隔离外电极层及含银纳米纤维层。
所述地杆菌丝蛋白纤维层及内外电极层202可在该环境下自发产生电流，从而生成及保持口罩内部的静电作用，增加吸附力。
蛋白质纳米线的导电性，加上蛋白质表面的化学性质，再结合薄膜内部纳米线之间的细孔，为在两个电极之间产生电流，接触水分时可在地杆菌丝蛋白纤维层内产生电流。
双电极层及地杆菌丝蛋白纤维层202可利用地杆菌丝蛋白，结合空气中及人体呼出的水蒸气，从而产生微小电流的特性，在纤维结构生成并保持一定量的静电荷，从而增强这种新式口罩对病毒等微细颗粒的吸附性能。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，例如层数，以及具体的纤维层尺寸等具体信息都无局限，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于地杆菌蛋白质纤维的新式口罩，其特征在于：在内侧无纺层、外侧无纺层之间设置有内电极层、地杆菌丝蛋白纤维层、外电极层、中无纺层及银纤维层，所述外侧无纺层、内侧无纺层外边缘设置有金属条并连接有拉紧带，所述内外无纺层用于隔离大颗粒物质，外侧无纺层表面是超疏水且超疏油的，内侧无纺层吸水亲肤；所述中无纺层隔离含银纤维层与电极层。
2.根据权利要求1所述的一种基于地杆菌蛋白质纤维的新式口罩，其特征在于：所述地杆菌丝蛋白纤维层在该流经的气流中含有水分的情况下自发产生电流，生成及保持口罩内部的静电。
3.根据权利要求1所述的一种基于地杆菌蛋白质纤维的新式口罩，其特征在于：所述蛋白纤维层为采用溶液静电纺丝法，将利用地杆菌产生的地杆菌丝蛋白质制成多层纳米纤维膜。
4.根据权利要求1所述的一种基于地杆菌蛋白质纤维的新式口罩，其特征在于：所述地杆菌丝蛋白纤维层置于外电极层与内电极层之间，内电极层面积略小于蛋白纤维层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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