CN113491363A - 用于收集和检测呼出气体中飞沫的口罩装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于收集和检测呼出气体中飞沫的口罩装置，利用焦耳汤姆逊效应设计该结构，将呼出飞沫进行收集并进行检测，而不需要检测人员采集样本检测，方便操作的同时大大减小检测人员感染的概率。
Description
技术领域
本发明气体收集检测领域，特别涉及用于收集和检测呼出气体中飞沫的口罩装置。
背景技术
当前，核酸检测是检测新冠病毒的主要手段，想要对人们进行核酸检测，就得先进行咽拭子或者鼻拭子的采集，医护人员要冒着被感染的风险去采集病毒样本且采集过程中人们比较痛苦。口罩也是人们必不可少的出行单品。一次性口罩、呼吸阀的口罩等等。口罩的核心过滤层由多层无纺布(疏水膜)构成。
已有的用于收集呼出气体中飞沫的装置都结构过于复杂、制作成本高昂或者在收集过程中没有设计防护结构，容易造成人员的交叉感染。与此同时，现有装置结构大多不便携，收集过程要在特定的场所下完成(例如隔离室)，有较大的局限性。此外，现有收集结构没有与检测结构结合在一起，形成一体化的便携装置，在疫情发生时，面临现场即时大批量检测问题，现有装置难以达到要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为了解决现有呼出气体中飞沫的收集与飞沫中呼吸道病毒检测并未实现一体化的问题，本发明涉及一种用于收集和检测呼出气体中飞沫的口罩装置。
本发明的技术方案是：用于收集和检测呼出气体中飞沫的口罩装置，包括口罩体和挂耳，还包括纸基微流控芯片、呼吸阀、疏水膜和收集腔；
所述口罩体外侧设有收集腔；
所述收集腔一端开口一端封闭，且开口端封有一层疏水膜；呼出气体进入收集腔经疏水膜冷凝后成液态飞沫；
所述纸基微流控芯片位于收集腔内，包括入口和检测腔室；其中入口竖直放入收集腔底部，入口朝下位于收集腔底部，检测腔朝上，将芯片两侧固定在收集腔内壁上，呼出气体中的飞沫冷凝成液态，由于重力作用形成液滴聚集在圆锥体底部，当到达一定量后，入口接触到收集到的飞沫液滴，在毛细力作用下进入检测腔；检测腔室放置检测药品；液态飞沫落入入口中后在毛细力作用下渗入至检测腔，通过检测药品进行检测得出结果。
本发明进一步的技术方案是：所述口罩体采用硅胶材料制成。
本发明进一步的技术方案是：所述收集腔封闭端为圆锥形，更利于收集飞沫。
本发明进一步的技术方案是：所述收集腔通过连通管与口罩本体连接，且连通管正对口呼气处。
本发明进一步的技术方案是：所述纸基微流控芯片包括滤纸、层析纸和硝酸纤维素膜，采用丝网印刷法对滤纸进行处理制作纸基微流控芯片，得到设计的通道和腔室。
本发明进一步的技术方案是：所述呼吸阀为两个，在收集腔两侧对称布置，且呼吸阀保证在吸入气体的时，呼吸阀打开；呼出气体时，呼吸阀关闭，在呼吸阀内侧加一层疏水膜，防止人们吸入空气中的病毒飞沫。
本发明进一步的技术方案是：所述检测腔室可为若干个，部分检测腔室不放入检测药品，用于和检测结果进行对比。
发明效果
本发明的技术效果在于：为了实现收集呼出气体中飞沫和检测飞沫中呼吸道病毒的目的，设计了一种口罩装置，当人们需要进行核酸检测时，不需要专门的医护人员通过采集拭子的方式来采集检测样本，只需要人们戴上此口罩设备一段时间后就可以收集到足够的检测样本，大大减小医护人员感染的概率。并且，此装置将口罩和收集结构结合在一起，就解决了在吸入气体时，如果周围空气中有病毒，它也可以给人们很好的防护作用，既保护了他人又保护了自己。与此同时，在收集腔内加入纸基微流控芯片，实现对飞沫中呼吸道病毒的检测。将收集结构与检测结构一体化，在现场短时间内完成呼吸道疾病样本的收集与检测，而不需要将样本送至专门的实验室进行检测，大大缩减检测时间。收集结构主要由硅胶、呼吸阀、疏水膜等材料制成，检测结构为纸基微流控芯片，主要由纸(滤纸、层析纸、硝酸纤维素膜等)作为芯片的制作材料，体积小，药品实际消耗少，因此，此装置制作成本低廉，大大减小了检测成本。
附图说明
图1为口罩装置示意图
图2为口罩装置的左视图
图3为纸基微流控芯片结构示意图
图4为纸基微流控芯片在收集腔中的装配图附图标记说明：1—口罩体，2-纸基微流控芯片，3-圆锥体，4-第一呼吸阀，5-第二呼吸阀，6-疏水膜、7-挂绳、8-收集腔，9-连通管道；2-1：入口；2-2：第一检测腔室；2-3：第二检测腔室；2-4：第三检测腔室；2-5：第四检测腔室。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参见图1-图3，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明设计的收集结构如图1所示，其中，图2为图1的左视图，设计的检测结构如图3所示。
首先，如图1、图2所示，利用焦耳汤姆逊效应(节流膨胀效应，即高压气体经过小孔或阀门受一定阻碍后向低压膨胀的过程，此过程会引起温度的改变)设计了一个用于收集呼出气体中飞沫的口罩装置，利用特定结构、疏水膜、呼吸阀等实现呼出气体中飞沫的收集，而且在此过程中不易造成二次感染。
其中图1的材质为硅胶，前期主要使用3D打印的方法制作。口罩体长20厘米，宽15厘米，厚度为0.2厘米。口罩体上有三个预留孔，左边和右边是相同的长方形孔，长为3.5厘米，宽为3厘米。中间是圆形孔，外半径为1厘米。口罩体长20厘米，宽15厘米，厚度为0.2厘米。横管，长度为4厘米，内半径为1厘米，管子的厚度为 0.1厘米。竖管，上半部分长度为4厘米，内半径为1厘米，管子的厚度为1毫米；下半部分斜边长度为2厘米，内半径为1厘米，管子的厚度为1毫米的圆锥体。其中，横管和竖管是联通的。
呼出气体的流向为2-1至2-2，在2部位放置疏水膜6，疏水面(只允许空气通过，飞沫液体无法通过)朝下，呼出气体从高压区经过疏水膜受阻碍后向低压区膨胀，呼出气体温度降低，有利于冷凝，达到收集呼出气体中飞沫的目的。图1-3部位用来储存收集到飞沫，圆锥体的结构更有助于飞沫的聚集。部件4、部件5部位是呼吸阀，只允许吸入气体而不允许呼出气体，在呼吸阀内表面覆盖无纺布，空气中的病毒也不会被吸入，起到了防护作用。由于部件1的材质为硅胶，部件1结构是可以消毒杀菌后重复使用的，提高了利用率。
参见图3，本实施例中，给出的结构是一个入口，两组检测腔，其中每组检测腔一个腔室内装有检测药品另外一个未装有检测药品是为了保证结果的准确性。成分一样。因为芯片入口、通道和检测腔室都是亲水的，芯片体积小，基本不受重力的影响，入口碰到收集到的液滴，在毛细力的作用下就进入了检测腔室。飞沫直接进入检测腔的话，很可能样本在腔室分布不均，影响结果。
基于纸基微流控芯片的检测结构如图3所示，芯片被固定在图1的8收集腔内，其中从图3中的2-1入口位置朝下，收集到的飞沫从图3中的2-1入口进入，在毛细力的作用下进入图3中的检测腔，在2、4检测腔中预置检测药品，3、5检测腔中不预置检测药品作为对照组，通过肉眼观察即可得出相关的检测结果。其中，入口腔的尺寸为2mm，检测腔的尺寸为1mm。
Claims (7)
1.用于收集和检测呼出气体中飞沫的口罩装置，包括口罩体(1)和挂耳(7)其特征在于，还包括纸基微流控芯片(2)、呼吸阀、疏水膜(6)和收集腔(8)；
所述口罩体(1)外侧设有收集腔(8)；
所述收集腔(8)一端开口一端封闭，且开口端封有一层疏水膜(6)；呼出气体进入收集腔(8)经疏水膜(6)冷凝后成液态飞沫；
所述纸基微流控芯片(2)位于收集腔(8)内，包括入口(2-1)和检测腔室；其中入口(2-1)竖直放入收集腔底部，入口朝下位于收集腔(8)底部，检测腔朝上，将芯片两侧固定在收集腔内壁上，呼出气体中的飞沫冷凝成液态，由于重力作用形成液滴聚集在圆锥体底部，当到达一定量后，入口接触到收集到的飞沫液滴，在毛细力作用下进入检测腔；检测腔室放置检测药品；液态飞沫落入入口(2-1)中后在毛细力作用下渗入至检测腔，通过检测药品进行检测得出结果。
2.如权利要求1所述的用于收集和检测呼出气体中飞沫的口罩装置，其特征在于，所述口罩体(1)采用硅胶材料制成。
3.如权利要求1所述的用于收集和检测呼出气体中飞沫的口罩装置，其特征在于，所述收集腔(8)封闭端为圆锥形，更利于收集飞沫。
4.如权利要求1所述的用于收集和检测呼出气体中飞沫的口罩装置，其特征在于，所述收集腔(8)通过连通管与口罩本体连接，且连通管正对口呼气处。
5.如权利要求1所述的用于收集和检测呼出气体中飞沫的口罩装置，其特征在于，所述纸基微流控芯片(2)包括滤纸、层析纸和硝酸纤维素膜，采用丝网印刷法对滤纸进行处理制作纸基微流控芯片，得到设计的通道和腔室。
6.如权利要求1所述的用于收集和检测呼出气体中飞沫的口罩装置，其特征在于，所述呼吸阀为两个，在收集腔(8)两侧对称布置，且呼吸阀保证在吸入气体的时，呼吸阀打开；呼出气体时，呼吸阀关闭，在呼吸阀内侧加一层疏水膜，防止人们吸入空气中的病毒飞沫。
7.如权利要求1所述的用于收集和检测呼出气体中飞沫的口罩装置，其特征在于，所述检测腔室可为若干个，部分检测腔室不放入检测药品，用于和检测结果进行对比。
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