CN113425011B - 用于疾病预防的新型口罩及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型口罩，用于有效地防止颗粒(例如病毒，细菌，霉菌，花粉或螨虫)被吸入佩戴者的呼吸系统。该口罩包括由适应性材料制成并装配在佩戴者的嘴和鼻子上的口罩主体，将口罩固定在佩戴者的嘴和鼻子上的装置，其中口罩主体包括一层或多层过滤组件，每个过滤组件层的宽度至少为1.5英寸，长度至少为1.5英寸，厚度为1.0‑5mm，且过滤组件的每一层都具有尺寸基本均匀的孔。

Description

用于疾病预防的新型口罩及其生产方法
技术领域
本发明涉及口罩，具体涉及一种用于疾病预防的新型口罩及其生产方法。
背景技术
预防呼吸道疾病的最有效方法之一是戴上孔径合适的口罩，例如，N95是用于上述目的的广泛使用的口罩。然而，传统的口罩，例如N95，具有有限的有效寿命，并且只能使用很短的时间，大多是一次性口罩。由于其使用寿命有限，因此使用传统口罩的成本很高。此外，常规口罩内的过滤器的孔径不均匀地分布，这可能潜在地使小尺寸颗粒例如病毒穿透口罩。因此，开发一种新型口罩是理想的和非常有利的，该口罩包括具有明确限定的孔径的过滤组件，以提高过滤效率和预防疾病，并具有可清洗/可重复使用的特性，以降低使用口罩的成本。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种多用途口罩，该口罩包括具有良好控制的且均匀分布的孔径的过滤组件，其显著提高了过滤效率并有效地防止了病毒穿透口罩。
本发明的另一个目的是提供一种制造口罩的方法。
本发明公开了一种新型口罩，该口罩包括口罩主体，其至少覆盖佩戴者的嘴和鼻子；以及固定装置，当佩戴口罩时，该固定装置确保口罩主体与佩戴者的脸部之间的紧密贴合。口罩主体包括一层或多层具有尺寸基本均匀的孔的过滤组件，从而有效地防止病毒透过口罩。而且，多层过滤组件可以形成三维结构，并进一步提高并确保过滤效率。另外，该口罩由可清洗和可重复使用的材料制成，例如二氧化硅或多晶硅，从而大大降低了使用新型口罩的成本。本发明还公开了通过使用光刻工艺来制造口罩的集成电路工艺。
在一个实施例中，口罩包括口罩主体和固定装置。口罩主体由适应性材料制成，可以适合佩戴者的嘴和鼻子。固定装置可以确保将口罩戴在佩戴者的嘴和鼻子上。此外，口罩主体包括一层或多层具有尺寸基本均匀的孔的过滤组件，以提高过滤效率。
在另一个实施方案中，孔的孔径在0.1微米至100微米的范围内，优选在1微米至10微米的范围内，更优选在1微米至3微米的范围内。
在又一个实施例中，过滤组件由包括二氧化硅和多晶硅的材料制成。
在又一个实施例中，过滤组件由集成电路制造技术制成。
在又一个实施例中，口罩是可洗的和可重复使用的。通过在杀毒溶液中超声波清洗来洗涤和清洁口罩。
在又一个实施例中，口罩主体具有顶部和底部边缘。戴上口罩时，顶部边缘会延伸跨过佩戴者的鼻子和脸颊，底部边缘会在佩戴者的下巴下方延伸，从而在口罩主体的顶部边缘和底部边缘之间形成内部空间。
在又一个实施例中，固定装置连接顶部边缘和底部边缘的每一端从而连接到口罩主体，以引起口罩主体与佩戴者的面部之间的紧密贴合，从而防止潜在的颗粒通过口罩主体的顶部边缘或底部边缘流入到口罩主体的内部空间。固定装置包括松紧带，松紧绳，细绳，宽带或绑带，放在耳朵周围或佩戴者头部的后部。
在又一个实施例中，口罩有效地防止了佩戴者周围环境中的颗粒穿透口罩并被吸入到佩戴者的呼吸系统中。颗粒包括病毒，细菌，霉菌，花粉或螨虫。
在另一方面，本发明提供了一种新型口罩的制备方法。每种方法包括以下步骤：提供具有表面区域的晶片衬底，在晶片衬底的表面区域上沉积第一材料A，在第一材料A的表面区域上沉积第二材料B，在第二材料B的表面区域上涂覆抗蚀剂层，使用光刻和蚀刻工艺中的至少一种对第二材料B进行构图，蚀刻现有第二材料B以形成孔，该蚀刻对第一材料A具有选择性，去除抗蚀剂层，并通过蚀刻掉第一材料提起剩余材料B，形成具有明确的孔的口罩主体。
或者，本发明的新型口罩的制造方法包括以下步骤：提供具有表面区域的晶片基板，在晶片基板的表面区域上涂覆抗蚀剂层，使用光刻和蚀刻工艺中的至少一种在晶片基板形成图案，蚀刻现有的晶片基板以形成孔，并去除抗蚀剂层，以形成在基板层具有明确的孔的口罩主体。
在一些实施例中，该方法在最后的提起步骤之前还包括以下步骤：在第二材料B的表面区域上沉积第三材料C，使用蚀刻、化学或机械抛光技术使第三材料C的顶表面平坦化，在第三材料C中蚀刻孔，在第三材料C的表面区域上沉积第四材料D，在第四材料D的表面区域上涂覆抗蚀剂层，使用光刻和蚀刻工艺中的至少一种在第四材料D上形成图案，蚀刻现有第四材料D，该蚀刻对第三材料C具有选择性，形成孔，蚀刻掉第三材料C，并通过蚀刻掉第一材料A提起剩余的材料B和D，形成具有明确的孔的双层口罩主体。
合适的晶片衬底(基板)的一个例子是硅衬底。第一材料A的示例是二氧化硅。第二材料B的示例是多晶硅。第三材料C的示例包括二氧化硅。第四材料D可以与第二材料B相同或不同。
在本发明方法的一些其他实施例中，蚀刻工艺包括干蚀刻或湿蚀刻。
在一些其他实施例中，口罩主体被进一步切割成期望的尺寸。例如，可以通过模切工艺将口罩主体切割成期望的尺寸。切割工艺可以在最后的提起步骤之前或之后执行。
在又一些其他实施例中，将沉积，平坦化和蚀刻第三材料C以及沉积和图案化第四材料D的步骤重复一次或多次，以形成包括多层过滤组件的口罩。
在又一些其他实施方式中，不同层之间的孔径相同或不同。
在另外的实施方案中，在不同层上的孔的位置是相同或不同的。
附图说明
图1示出了制造新型口罩的工艺；
图2示出了制造新型口罩的另一工艺；在该工艺中，使用光刻和蚀刻工艺直接对基板进行构图，以形成口罩主体；
图3示出了制造新型口罩的另一种工艺；在该工艺中，重复一些制造步骤，例如图1(b)-图1(d)，以形成两层的口罩主体。
具体实施方式
本发明涉及新型口罩及其制备方法。下面将结合图1至图3说明该方法。具体实施方式参照图1至图3，图1-图3显示了新型口罩的制造方法。
图1示出了制造新型口罩的工艺。在图1(a)中，材料1111(例如，二氧化硅)沉积在晶片衬底1100(例如，硅晶片)上。在图1(b)中，第二材料1122(例如，多晶硅)沉积在材料1111上。在图1(c)中，抗蚀剂层1133通过旋涂施加在第二材料1122上。图1(d)示出了通过干蚀刻或湿蚀刻工艺蚀刻材料1122的步骤，该蚀刻对材料1111具有选择性，并剥离抗蚀剂层1133。在制造步骤(a)至(d)之后，在材料1122中形成洞(孔)1144。然后，通过蚀刻掉材料1111，剥离材料1122，以形成口罩，或者在提起之前或之后将材料1122切成所需的尺寸。图1(e)示出了在制造步骤(a)至(d)之后的材料1122(口罩主体)的俯视图。使用最先进的技术，洞(孔)1144可以小至1微米(μm)的量级或甚至更小。在实际应用中，建议的范围是1到3微米。
图2示出了制造新型口罩的另一工艺。在图2(a)中，通过旋涂将抗蚀剂层1133涂覆在晶片基板1100(例如，硅晶片)上。图2(b)示出了使用湿蚀刻或干蚀刻工艺蚀刻基板1100，并且剥离抗蚀剂层1133的步骤。然后，在基板1100(口罩主体)中形成洞(或孔)1144。图2(c)示出了在制造步骤(a)和(b)之后的衬底1100的俯视图。使用最先进的技术，洞(孔)1144可以小至1微米(μm)的量级或甚至更小。在实际应用中，建议的范围是1到3微米。
图3示出了制造新型口罩的又一工艺。在图3(a)中，将材料1111(例如，二氧化硅)沉积在晶片衬底1100(例如，硅晶片)上。在图3(b)中，第二材料1122(例如，多晶硅)沉积在材料1111上。在图3(c)中，抗蚀剂层1133通过旋涂施加在材料1122上。图3(d)示出了通过干法蚀刻或湿法蚀刻工艺蚀刻材料1122的步骤，该蚀刻对材料1111具有选择性，并剥离抗蚀剂层1133。在步骤(a)-(d)之后，在材料1122中形成洞(孔)1144。在图3(e)中，材料1155(例如二氧化硅)沉积在材料1122上。图3(f)示出了通过蚀刻、化学或机械抛光使材料1155平坦化的步骤。图3(g)示出了通过光刻工艺在材料1155中蚀刻孔的步骤，其将在将来成为口罩主体的两层结构之间的支撑柱。在图3(h)中，另一种材料1166沉积在材料1155上，优选与1122相同的材料。图3(i)示出了通过光刻工艺对材料1166进行图案化的步骤。在材料1166中形成洞(孔)。图3(j)示出了经由湿法或气相(化学气相蚀刻)蚀刻工艺蚀刻掉材料1155的步骤。因此，使用集成电路(IC)工艺技术制造了双层的口罩主体。口罩主体的各层中的洞(孔)的大小和位置可以不同，并且可以进一步优化它们以使过滤效率和使用寿命最大化。可以通过蚀刻掉材料1111(材料1111和1155可以是相同的材料，例如，二氧化硅)来提起剩下的材料B和D(具有两层的口罩主体)。可以通过模切工艺将口罩主体切割成期望的尺寸。模切可以在提起步骤之前或之后进行。
通过本发明公开的方法制造的口罩具有显著的优点，即即使对于尺寸在1微米至0.1微米范围内的小颗粒，该口罩也显著提高了过滤能力和效率，从而更有效地预防疾病。
另一个显著的优点是口罩主体由可清洗和可重复使用的材料制成，这大大降低了其使用成本。
本文使用的术语“适应性材料”是指适用于口罩的任何材料，包括布，纤维或纸。
尽管已经通过示例和优选实施例的方式描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例。相反，其意图在于涵盖各种修改和类似的方案(对于本领域技术人员而言将是显而易见的)。因此，所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以涵盖所有这样的修改和类似方案。

Claims (29)

1.一种口罩，其特征在于，所述口罩包括
口罩主体，该口罩主体可贴合佩戴者的嘴巴和鼻子，
将口罩固定在佩戴者的嘴和鼻子上的装置，
其中口罩主体包括多层过滤组件，每层过滤组件的宽度至少为1.5英寸，长度至少为1.5英寸，厚度为1.0-5 mm，并且每层过滤组件都具有尺寸基本均匀的孔，不同层的孔的排布相同，不同层的孔的大小相同或不同，
且所述每层过滤组件通过集成电路制造技术制备，制备多层过滤组件的技术包括在晶片衬底上沉积、蚀刻多层材料。
2.根据权利要求1所述的口罩，其特征在于，所述孔的孔径在0.1微米至100微米的范围内，孔的尺寸和排布可以被优化从而使过滤效率和使用寿命最大化。
3.根据权利要求1所述的口罩，其特征在于，所述孔的孔径在1微米至10微米的范围内。
4.根据权利要求1所述的口罩，其特征在于，所述孔的孔径在1微米至3微米的范围内。
5.根据权利要求1所述的口罩，其特征在于，所述多层过滤组件由包括二氧化硅材料制成。
6.根据权利要求1所述的口罩，其特征在于，所述多层过滤组件由包括多晶硅的材料制成。
7.根据权利要求1所述的口罩，其特征在于，所述多层过滤组件的层之间有支撑柱，且所述多层过滤组件和支撑柱是一个通过集成电路制造技术整体制备的整体结构。
8.根据权利要求1所述的口罩，其特征在于，所述口罩是可洗的和可重复使用的。
9.根据权利要求1所述的口罩，其特征在于，所述口罩在杀毒溶液中通过超声波清洗进行清洗。
10.根据权利要求1所述的口罩，其特征在于，所述口罩主体具有顶部边缘和底部边缘，戴上口罩时，所述顶部边缘延伸跨过所述佩戴者的鼻子和脸颊，并且所述底部边缘在佩戴者的下巴下方延伸，以在口罩的顶部边缘与底部边缘之间形成内部空间。
11.根据权利要求10所述的口罩，其特征在于，固定装置连接所述顶部边缘和底部边缘的每一端从而连接至口罩主体，以使所述口罩主体与所述佩戴者的脸部紧密接合，从而防止潜在的颗粒通过口罩主体的顶部边缘或底部边缘流入内部空间。
12.根据权利要求 11所述的口罩，其特征在于，所述固定装置包括细绳或绑带，所述细绳或绑带放置在耳朵周围或佩戴者头部的后部周围。
13.根据权利要求1所述的口罩，其特征在于，所述口罩能有效地防止佩戴者的周围环境中的颗粒穿透口罩并被吸入呼吸系统。
14.根据权利要求13所述的口罩，其特征在于，所述颗粒包括病毒，细菌，霉菌，花粉或螨。
15.一种权利要求1所述口罩的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
提供具有表面区域的晶片衬底，
在晶片衬底的表面区域上沉积第一材料A，
在第一材料A的表面区域上沉积第二材料B，
在第二材料B的表面区域上涂覆抗蚀剂层，
使用光刻和蚀刻工艺中的至少一种图案化第二材料B，
蚀刻通过现有第二材料B，该蚀刻对第一材料A具有选择性，以形成孔，
去除抗蚀剂层，以及
通过蚀刻掉第一材料A以提起第二材料B，以形成具有明确孔的口罩主体。
16.一种权利要求1所述口罩主体的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
提供具有表面区域的晶片基板，
在晶片基板的表面区域上涂覆抗蚀剂层，
使用光刻和蚀刻工艺中的至少一种对晶片基板进行构图，
蚀刻现有的晶片基板以形成孔，以及
去除抗蚀剂层以形成在基板层中具有明确的孔的口罩主体。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在最后的提起步骤之前的以下步骤：
在第二材料B的表面区域上沉积第三材料C，
使用蚀刻、化学或机械抛光技术对第三种材料C的上表面进行平坦化处理，
在第三材料C中蚀刻孔，
在第三材料C的表面区域上沉积第四材料D，
在第四材料D的表面区域上涂覆抗蚀剂层，
使用光刻和蚀刻工艺中的至少一种图案化第四材料D，
蚀刻已有的第四材料D，该蚀刻对第三材料C具有选择性，以形成孔，
蚀刻掉第三材料C，并且
通过蚀刻掉第一材料A，提起剩余的材料B和D，以形成具有明确的孔的双层口罩主体。
18.根据权利要求15或17所述的方法，其特征在于，所述晶片衬底是硅衬底。
19.根据权利要求15或17所述的方法，其特征在于，所述第一材料A包括二氧化硅。
20.根据权利要求15或17所述的方法，其特征在于，所述第二材料B包括多晶硅。
21.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第三材料C包括二氧化硅。
22.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第四材料D是与所述第二材料B相同的材料。
23.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述蚀刻工艺包括干蚀刻或湿蚀刻。
24.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其特征在于，将所述口罩主体进一步切割成需要的尺寸。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，通过模切工艺将所述口罩主体切割成需要的尺寸。
26.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，所述切割工艺在最后的提起步骤之前或之后进行。
27.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，将沉积、平坦化和蚀刻所述第三材料C，以及沉积和图案化所述第四材料D的步骤重复一次或多次，以形成包括多层过滤组件的口罩。
28.根据权利要求17或27所述的方法，其特征在于，所述孔在不同层中的孔径不同。
29.根据权利要求17或27所述的方法，其特征在于，所述孔在不同层中的孔径相同。
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