CN112869259A - 呼吸系统检测病毒用口罩 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种呼吸系统检测病毒用口罩，包括口罩本体，该口罩内侧具有传感器贴片，该传感器贴片具有电路区域与传感区域；所述传感区域由多层构成，依次为过滤层、传感界面、与口罩内侧接触的黏贴层；所述传感界面具有突出的结构，用于捕获呼吸气体中目标生物标志物的特异性吸附位点；所述电路区域中的电路用于检测传感界面对电信号的影响，并将该电信号输出。由上，由于传感界面具有突出的结构，更利于捕获目标生物标志物，因此更为灵敏可以更快速的检测出结果。

Description

呼吸系统检测病毒用口罩

技术领域

本申请涉及口罩技术领域，特别是指一种呼吸系统检测病毒用口罩。

背景技术

近年来，与呼吸道系统相关的病毒流传与蔓延开的情况很不乐观，有增加的趋势。这些病毒中，如常见的流感性感冒病毒，又如SARS病毒，以及新型冠状病毒(COVID-19)，可以通过空气中的飞沫进行传播。

目前，对于呼吸道系统的病毒，例如新型冠状病毒，一般采用咽拭子的方式采集，再进行核酸的检测。采集咽拭子样本取样比较麻烦，会消耗大量的医疗资源，例如，需要很高等级的防护措施，并且由于每天多人的咽拭子采集，也会造成医护人员很大的感染风险。另一方面，而对于去医院排队检测的疑似患者之间，由于人员的聚集，也可能出现交叉感染的风险，并且采集咽拭子样本也即为不舒服。如何能够在更方便安全的情况下进行呼吸道病毒的检测，甚至疑似患者可以方便的自行检测，是目前要解决的技术问题，例如中国专利申请号为CN202010157459.8的专利申请公开了一种可检测新型冠状病毒肺炎病原体的口罩与使用方法，通过检测过程与口罩相结合，替代采集咽拭子以解决上述问题。

但是，通过口罩的技术方案，由于采集方式更改为通过呼吸作用进行采集，但由于呼吸的气体中病毒含量的很低，无法很快的检测出结果，甚至需要更长的时间，如上述中国专利申请号为CN202010157459.8中提到了需要佩戴30分钟左右才能获得结果。

如何能够使得口罩上的生物传感器有足够的灵敏，以更快速的检测出结果，是本申请所要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的主要目的在于提供一种呼吸系统检测病毒用口罩，以能更快速的进行呼吸道系统病毒的检测。

本申请提供了一种呼吸系统检测病毒用口罩，包括口罩本体，该口罩内侧具有传感器贴片，该传感器贴片具有电路区域与传感区域；

所述传感区域由多层构成，依次为过滤层、传感界面、与口罩内侧接触的黏贴层；

所述传感界面具有突出结构，用于捕获呼吸气体中目标生物标志物的特异性吸附位点；

所述电路区域中的电路用于检测传感界面对电信号的影响，并将该电信号输出。

由上，由于传感界面具有突出的结构，该设置更利于捕获目标生物标志物，因此更为灵敏，从而可以更快速的检测出结果。

其中，所述传感界面包括纳米薄膜，该纳米薄膜表面具有若干伸出表面的纳米刺，该纳米刺的顶端为目标生物标志物的特异性吸附位点。

由上，采用具有纳米刺结构的纳米薄膜，更利于捕获目标生物标志物，因此更为灵敏，从而可以更快速的检测出结果。

其中，所述传感界面包括纳米线阵列，纳米线上具有若干伸出线表面的纳米刺，该纳米刺的顶端为目标生物标志物的特异性吸附位点。

由上，采用具有纳米刺结构的纳米线阵列，更利于捕获目标生物标志物，因此更为灵敏，从而可以更快速的检测出结果。

其中，所述纳米线阵列中的相邻的纳米线之间的间距匹配所要捕获的目标生物标志物。

由上，纳米线之间的间距的要求，从尺寸上也起到了筛选病毒的功能，因而能更准确的捕获目标生物标志物，因此更为灵敏，从而可以更快速的检测出结果。

其中，所述目标生物标志物为新型冠状病毒时，所述相邻的纳米线之间的间距是50至80纳米。

由上，该间距适用于对新型冠状病毒的筛选。

其中，所述纳米线阵列为三维的纳米线阵列。

由上，三维阵列更加有利于捕获目标生物标志物，因此更为灵敏，从而可以更快速的检测出结果。

其中，所述电路区域的电路包括依次耦合的检测单元、电信号输出单元和无线传输单元，以及为电路区域各单元供电的供电单元；

所述检测单元用于对传感界面加载电信号并检测传感界面影响的电信号的变化；

所述电信号输出单元用于输出检测的所述电信号；

所述无线传输单元用于将电信号输出单元输出的信号发送出去。

由上，可以根据需要配置电路，输出阻抗信号、电压、电流、电感、电容、高频、低频等各种形式的某种电信号。

其中，所述供电单元为自供电方式，包括贴片电池。

由上，该方式更适用于疑似患者等用户自行购买和自行检测，用户可通过其手机、平板电脑等终端接收口罩上的传感器贴片的信号，并通过相应的APP进行结果的显示，甚至通过该APP及互联网将检测结果的向对应医院或指定结果收集方(如疾病控制中心)的发送。

其中，所述供电单元为非自供电方式，具有感应线圈。

由上，该情况更适用于医院对疑似患者发放被动供电的口罩，由医生手持读取装置进行信号采集的情况，这种方式下口罩部分的成本由于无贴片电池会更低。

其中，所述传感器贴片的传感区域部分还具有支撑部件，使传感器贴片以具有间隙的方式与口罩内侧接触设置；

所述传感界面与所述黏贴层之间还具有过滤层；

所述传感界面两面均具有用于捕获呼吸气体中目标生物标志物的特异性吸附位点。

由上，由于传感界面相当于两面都具有捕获功能，更有利于对生物标志物的捕获。

附图说明

图1为一实施例中口罩与智能手机通信的示意图；

图2为一实施例中传感器贴片的区域设置的示意图；

图3A为一实施例中具有纳米草结构的纳米薄膜传感器的示意图；

图3B为另一实施例中具有纳米草结构的纳米薄膜传感器的示意图；

图4为一实施例中具有纳米刺的纳米线传感器的示意图；

图5为一实施例中具有支撑部的传感器贴片的示意图。

具体实施方式

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\第三等”或模块A、模块B、模块C等，仅用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。

在以下的描述中，所涉及的表示步骤的标号，如S100、S200……等，并不表示一定会按此步骤执行，在允许的情况下可以互换前后步骤的顺序，或同时执行。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

通常，呼出气中含有医用诊断用的一些标志物，如新冠病毒，但往往含量很低，这给准确、便携式诊断呼出气相关疾病造成一定困难。本申请通过口罩中设置传感器贴片的方式，由口罩实现标志物的富集，并通过本申请后述的传感器贴片的结构，实现较高灵敏度的检测。如图1示出了本申请的呼吸系统检测病毒用口罩的整体示意图，包括口罩本体10，可以贴附于口罩本体内侧(面向口罩佩戴者口鼻侧)的传感器贴片20。该传感器贴片20采集呼吸气中所含的生物标志物，并将结果上传上位机。其中如图1示出的实施例中上位机是与传感器贴片蓝牙信号连接的智能手机。其中上位机也可以是其他设备，将在后面的实施例中具体说明。

下面，将对本申请的关键部分，即传感器贴片20，进行详细说明。

本申请的传感器贴片置于口罩的内侧，下面以传感器贴片朝向口罩佩戴者口鼻为内，与口罩相贴侧为外对传感器贴片进行描述，该传感器贴片的外侧可以具有黏贴层，以方便的黏贴到口罩内侧，其中黏贴层的黏贴区(如条状黏贴区)应不影响传感器贴片对应的口罩部位的气体流通的位置，例如黏贴区位于黏贴层的四周或两侧。

该传感器贴片为柔性片状，如图2所述，该片状传感器贴片至少为两区域部分，一区域为传感区域，另一区域为柔性电路区域，其中柔性电路区域具有防水层，两区域可以并排设置，或包围性设置，本申请中对此并不限制，以如何小型化、紧凑化设置为优选。

其中传感区域为多层设置，从内到外依次为过滤层、传感界面，以及前述的黏贴层，下面进行详述：

其中，过滤层用于锁定小于目标物尺寸的生物粒子方可进入接触相邻的传感界面。其中过滤层的筛孔由圆形、长方形、三角形及其组成形状构成。过滤层主要是过滤掉过大的生物粒子，其筛孔大小可根据所要检测的目标物进行制作。

其中，传感界面附着有对呼吸气中生物标志物(如细菌、病毒、各种蛋白等)特异性吸附的位点，如抗体、适配体等，以捕获对应的生物标志物。为了提高传感界面灵敏度，本申请采用了下述结构，以能够更高效率的抓取生物标志物，下面进行详述：

传感界面实施例1：如图3A所示的实施例中，该传感界面的本体采用纳米薄膜，如阻抗纳米薄膜；该纳米薄膜表面具有若干伸出表面的纳米刺，形成纳米草结构，刺的顶端是敏感位点，即附有所述特异性吸附的位点，通过纳米草的结构，形成三维的传感界面，相比附着有特异性吸附位点的光滑的纳米薄膜，更有利于提高抓取病毒的效率。其中，具有纳米刺的纳米薄膜，可以采用纳米压印方法形成，也可以采用在纳米薄膜上形成聚电解质PETx的方式来生成所述纳米刺。

在图3B示出了另一种实施例，相对于图3A来说，每个纳米刺上进一步具有若干纳米刺，形成了更密级的纳米草结构，更有利于提高抓取病毒的效率。

传感界面实施例2：如图4所示的实施例中，该传感界面的本体采用纳米线，纳米线之间的间距匹配所要捕获的生物标志物，例如当生物标志物为新型冠状病毒时，纳米线的线间距是50-80纳米，从而从该尺寸上也起到了筛选病毒的功能。其中，纳米线上还具有若干伸出线表面的纳米刺，形成枝状结构，刺的顶端是敏感位点，即附有所述特异性吸附的位点，通过支状结构，相比附着有特异性吸附位点的光滑的纳米线，更有利于提高抓取病毒的效率。如图示出了由7端口的纳米线阵列构成的传感界面，图中的纳米刺仅为示意图。平面状的纳米线阵列可以采用纳米压印的方法，或丝网印刷的方法形成，而后在两侧设置电连接的第一、第二引出端。对于三维形式的纳米线阵列，则可以先制作若干平面状纳米线阵列，再各平面状叠加形成多层片状，从而构成三维形式的纳米线阵列式传感界面，进一步有利于提高抓取病毒的效率。

其中，电路区域具有依次耦合的检测单元、电信号输出单元和无线传输单元，以及为电路区域各单元供电的供电单元。检测单元用于对传感界面加载电信号并检测传感界面影响的电信号的变化；电信号输出单元用于输出检测的所述电信号，无线传输单元用于将电信号输出单元输出的信号发送出去。

由于传感界面对目标物的吸附，导致了加载于该传感界面的检测单元的电信号发生变化，相应的电信号输出单元输出变化后的电信号。电信号的类型可以是加载于该传感界面的检测单元电信号而相应的检测到的信号，如阻抗信号、电压、电流、电感、电容、高频、低频等各种形式的某种电信号，具体以传感界面适配的检测电路为准。例如，当加载于该传感界面为阻抗检测电路时，传感界面吸附目标生物标志物后会影响电子的流动性，从而阻抗检测电路所输出的阻抗值会发生变化，从而该变化的阻抗值会由电信号输出单元进行输出。又如，当加载于该传感界面为高频检测电路时，传感界面吸附目标生物标志物后会对谐振频率产生影响，高频检测电路所输出的频率会发生变化，从而该变化的频率会由电信号输出单元进行输出。

所述无线传输单元可以根据需要设置，无线传输单元主要由微型电路构成，将电信号输出单元输出的电信号直接或经编码后通过无线通讯，如wifi、蓝牙或RFID等方式发送出去，以由智能终端，如手机、平板电脑或医生用的专用读取设备接收所述电信号，从而展示呼吸气中所含的生物标志物含量。

所述供电单元可以是自供电方式或被动供电方式，下面举例说明：

当为自供电方式时，例如具有贴片电池(或称为纽扣电池)时，更适用于疑似患者等用户自行购买和自行检测，用户可通过其手机、平板电脑等终端接收口罩上的传感器贴片的信号，并通过相应的APP进行结果的显示，甚至通过该APP及互联网将检测结果的向对应医院或指定结果收集方(如疾病控制中心)的发送。

当供电单元为非自供电方式，即被动供电方式时，则需由专用读取装置基于电磁感应使该供电单元得以供电，并将无线传输单元输出的电信号发送至该专用读取装置。该情况主要基于RFID方式的被动供电，即供电单元主要以感应线圈构成，通过专用读取装置的电磁感应使得感应线圈获得电力后向电路区域的其他单元供电。该情况适用于医院对疑似患者发放被动供电的口罩，由医生手持读取装置进行信号采集的情况，这种方式下口罩部分的成本由于无贴片电池会更低。

另外，如图5所示，本申请的传感器贴片的传感区域部分还可具有支撑部件，例如内嵌的一个多个可弯曲的塑料丝等，以使传感器贴片以具有间隙的方式贴附于口罩内侧。该图5中传感区域具有两条可弯曲的塑料丝，采用塑料丝外，也可采用其他不影响信号传输的材料。由于传感器贴片与口罩具有间隙，更利于传感器贴片的传感区域的气体流动，更有利于对生物标志物的捕获。在此基础上，传感区域的多层还可更改为从内到外依次为过滤层、传感界面，过滤层和黏贴层，同样黏贴层应不影响气体流动的位置设置，这种情况下，传感界面相当于两面都具有捕获功能，更有利于对生物标志物的捕获。

由上可以看出，本申请上述的各实施例的呼吸系统检测病毒用口罩，相比与背景技术来说，在能够更方便安全的情况下进行呼吸道病毒的检测的基础上，能够更有效率的对生物标志物进行捕获，从而能更快速的进行呼吸道系统病毒的检测。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种呼吸系统检测病毒用口罩，包括口罩本体，其特征在于，该口罩内侧具有传感器贴片，该传感器贴片具有电路区域与传感区域；

所述传感区域由多层构成，依次为过滤层、传感界面、与口罩内侧接触的黏贴层；

所述传感界面具有突出结构，用于捕获呼吸气体中目标生物标志物的特异性吸附位点；

所述电路区域中的电路用于检测传感界面对电信号的影响，并将该电信号输出。

2.根据权利要求1所述的口罩，其特征在于，所述传感界面包括纳米薄膜，该纳米薄膜表面具有若干伸出表面的纳米刺，该纳米刺的顶端为目标生物标志物的特异性吸附位点。

3.根据权利要求1所述的口罩，其特征在于，所述传感界面包括纳米线阵列，纳米线上具有若干伸出线表面的纳米刺，该纳米刺的顶端为目标生物标志物的特异性吸附位点。

4.根据权利要求3所述的口罩，其特征在于，所述纳米线阵列中的相邻的纳米线之间的间距匹配所要捕获的目标生物标志物。

5.根据权利要求4所述的口罩，其特征在于，所述目标生物标志物为新型冠状病毒时，所述相邻的纳米线之间的间距是50至80纳米。

6.根据权利要求3、4或5所述的口罩，其特征在于，所述纳米线阵列为三维的纳米线阵列。

7.根据权利要求1所述的口罩，其特征在于，所述电路区域的电路包括依次耦合的检测单元、电信号输出单元和无线传输单元，以及为电路区域各单元供电的供电单元；

所述检测单元用于对传感界面加载电信号并检测传感界面影响的电信号的变化；

所述电信号输出单元用于输出检测的所述电信号；

所述无线传输单元用于将电信号输出单元输出的信号发送出去。

8.根据权利要求7所述的口罩，其特征在于，所述供电单元为自供电方式，包括贴片电池。

9.根据权利要求7所述的口罩，其特征在于，所述供电单元为非自供电方式，具有感应线圈。

10.根据权利要求1所述的口罩，其特征在于，所述传感器贴片的传感区域部分还具有支撑部件，使传感器贴片以具有间隙的方式与口罩内侧接触设置；

所述传感界面与所述黏贴层之间还具有过滤层；

所述传感界面两面均具有用于捕获呼吸气体中目标生物标志物的特异性吸附位点。

Images