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Die Erfindung betrifft eine Infektionsschutzmaske zur Desinfektion und/oder Reinigung von Atemluft mit einem luftdurchlässigen Trägermaterial, das mindestens teilweise eine Mund-Nasen-Partie eines Menschen abdecken kann, sodass die Atemluft des Menschen die Infektionsschutzmaske beim Atmen durchströmen kann.
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Zweck von Infektionsschutzmasken ist, die Übertragung von Krankheitserregern und Keimen (bspw. Viren, Bakterien, Allergenen) von Menschen auf Menschen oder Tieren auf Menschen mittels Sekrettröpfchen und Berührung zu erschweren. Dabei werden Infektionsschutzmasken typischerweise anhand ihrer Gesamtleckage, die sich aus Undichtigkeiten am Gesicht oder der jeweiligen Maskenkonstruktion ergeben, unterschieden (DIN EN 149). Die Klassen, anhand derer die Infektionsschutzmasken unterschieden werden, reichen von Gesamtleckagen der Infektionsschutzmasken von bis zu 22% (FFP-1) für alltägliche, nicht-toxische Einsatzzwecke (bspw. als Arbeitsschutz) bis zu Gesamtleckagen von nicht mehr als 2% (FFP-3) für Einsatzzwecke als Schutz vor beispielsweise Keimen (Viren, Bakterien, Pilzen und deren Sporen).
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Weiter werden die Infektionsschutzmasken in der Praxis nach ihrem Aufbau in Voll- und Halbmasken unterschieden. Danach bedecken Vollmasken das komplette Gesicht (und noch mehr), während Halbmasken nur eine Teilpartie des Gesichtes bedecken - typischerweise die Mund-Nasen-Partie. Während Vollmasken üblich in einer Helm-Masken-Kombination ausgestaltet sind, werden die Halbmasken oft nur aus Papier- oder Vliesschichten gefertigt, die dann mit Binden- oder Gummibändern am Kopf oder den Ohren eines Trägers befestigt werden.
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Alle aus der Praxis bekannten Infektionsschutzmasken funktionieren nach dem gleichen Prinzip. Sie filtern die Umgebungs- und/oder Atemluft des Trägers, wobei der jeweilige Aufwand und die mit der Infektionsschutzmaske erzielte Effektivität einer Klassifikation zugeordnet werden kann, nach der die Infektionsschutzmasken üblicherweise klassifiziert werden können. Beispielsweise ist es für Halbmasken für den normalen Krankenhausalltag ausreichend, diese aus mehrlagigen Vliesmaterialien auszugestalten, sodass mit Keimen belastete, fremde Sekrettröpfchen durch die Vliesmaterialien abgefangen werden und nicht an die Schleimhäute des Trägers gelangen können. Die Wirksamkeit der Infektionsschutzmasken verringert sich entsprechend der Tragedauer, da die die Atemluft filternden Materialien durch die Feuchtigkeit in der Atemluft zugesetzt und verstopft werden.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, die Wirksamkeit von Infektionsschutzmasken über eine möglichst lange Nutzungsdauer zu verbessern, sodass in der Umgebungsluft befindliche Viren, Bakterien, Keime und Allergene möglichst effektiv aus der Atemluft eines Trägers der Infektionsschutzmaske gefiltert und behandelt werden können.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Infektionsschutzmaske eine Plasmaerzeugungseinrichtung aufweist, wobei die Plasmaerzeugungseinrichtung zwei voneinander isolierte und beabstandete elektrische Leiter umfasst, mit welchen mittels einer elektrischen Potentialdifferenz ein nichtthermisches Plasma erzeugt werden kann, wobei die elektrischen Leiter auf dem luftdurchlässigen Trägermaterial so angeordnet sind, dass die die Infektionsschutzmaske durchströmende Atemluft von dem in der Plasmaerzeugungseinrichtung erzeugten nichtthermischen Plasma von Keimen gereinigt werden kann. Die beiden elektrischen Leiter bilden dabei Elektroden, zwischen denen ein elektrisches Feld ausgebildet wird, sobald eine elektrische Potentialdifferenz an die beiden elektrischen Leiter angelegt wird. Die elektrischen Leiter können dabei eine dielektrisch behinderte Entladung bewirken, durch welche ein nichtthermisches Plasma erzeugt werden kann. Dabei muss die Atemluft eines Trägers der erfindungsgemäßen Infektionsschutzmaske an den elektrischen Leitern vorbeiströmen, wobei das zwischen den elektrischen Leitern erzeugte elektrische Feld die durchströmende Atemluft bzw. die Ladungsträger in der Atemluft anregt. Es hat sich gezeigt, dass bei einer geeigneten Ausgestaltung und Anordnung der beiden jeweils eine Elektrode bildenden elektrischen Leiter mit einer Wechselspannung im Bereich zwischen mehreren Hundert Volt und einigen Tausend Volt und einer Frequenz im Bereich zwischen mehreren Zehn Hertz bis mehreren Hundert Hertz bereits ein nichtthermisches Plasma erzeugt werden kann, dessen Intensität ausreichend ist, um eine effektive desinfizierende Wirkung bzw. eine Reduzierung von Bakterien und Viren zu ermöglichen. Der Anregung der Ladungsträger folgt, ab einer entsprechenden elektrischen Wechselspannung und Frequenz, der Übergang der Atemluft in einen Aggregatzustand des nichtthermischen Plasmas.
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Das nichtthermische Plasma ist hierbei völlig ungefährlich für den Menschen, da das nichtthermische Plasma durch seinen geringen Ionisationsgrad und den unterschiedlichen Energien seiner enthaltenen Teilchensorten (Neutralteilchen, Ionen, Elektronen) nur eine geringe Temperatur aufweist. Trotzdem besitzen die enthaltenen Teilchen/Elektronen mit hoher Energie eine für Keime zerstörende Wirkung. Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Infektionsschutzmaske wird durch die desinfizierenden Eigenschaften des nichtthermischen Plasmas erheblich gesteigert, wobei die desinfizierende Wirkung von nichtthermischen Plasmen belegt ist - u.a. in MORFILL, G. E.; KONG, Michael G.; ZIMMERMANN, J. L. Focus on plasma medicine. New Journal of Physics, 2009, 11. Jg., Nr. 11, S. 115011. Die Atemluft des Trägers wird keimfreier und ungefährlicher.
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Es kann erfindungsgemäß vorteilhaft sein, wenn die voneinander isolierten und beabstandeten elektrischen Leiter der Plasmaerzeugungseinrichtung zu einem gitterförmigen Plasmagewebe angeordnet sind. Die elektrischen Leiter können hierzu als eine verdrillter Doppelader (Twisted-Pair) ausgestaltet sein, wobei die verdrillte Doppelader auf dem Trägermaterial verlegt und mit einem Nylonfaden an dem Trägermaterial befestigt sein kann. Dadurch ist eine „endlose“ Verlegung der verdrillten Doppelader auf dem Trägermaterial möglich, wobei der Nylonfaden den Kettenfaden (Kette) und die verdrillte Doppelader den Schussfaden (Schuss) des Plasmagewebes darstellen. Eine zu einem Gewebe geformte Struktur der elektrischen Leiter bewirkt, dass die Abstände und Querschnittsflächen der sich gegenüberliegenden Spannungsoberflächen der elektrischen Leiter überaus klein ausgestaltet werden können. Das bewirkt eine im Verhältnis zur aufgebrachten elektrischen Wechselspannung hohe elektrische Feldstärke, die direkt auf die Ladungsträger in der die elektrischen Leiter umströmenden Atemluft wirkt, und diese dadurch anregt. Auch lässt sich das entsprechende Plasmagewebe vorteilhaft und einfach maschinell herstellen, sodass das hergestellte Plasmagewebe unkompliziert auf das Trägermaterial aufgetragen werden kann. Optional können die elektrischen Leiter auch verdrillt ausgestaltet, oder aber auch parallel und/oder mäanderförmig angeordnet sein. Der Einsatz einer verdrillten Doppelader ist außerdem für die Erzeugung des nichtthermischen Plasmas vorteilhaft, da die Verdrillung der elektrischen Leiter eine entlang der Doppelader durchgehende Plasmaerzeugung ermöglicht, weil sich die elektrischen Leiter in jedem Abschnitt der verdrillten Doppelader minimal beabstandet gegenüberliegen. Die verdrillte Doppelader kann optional auch mäanderförmig oder wahllos auf dem Trägermaterial aufgebracht sein - eine bestimmte Verlegeart ist für die vorteilhafte Wirkung bzw. Funktion der Verdrillung nicht vorgeschrieben.
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Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die erfindungsgemäße Infektionsschutzmaske derart ausgestaltet ist, dass auf den auf dem Trägermaterial angeordneten elektrischen Leitern mindestens ein weiteres luftdurchlässiges Abdeckmaterial angeordnet ist, wobei die elektrischen Leiter sich zwischen dem Trägermaterial und dem Abdeckmaterial befinden und die elektrischen Leiter von dem Trägermaterial und dem Abdeckmaterial umhüllt sind. Dadurch lassen sich die elektrischen Leiter der Plasmaerzeugungseinrichtung effektiv in das Träger- und Abdeckmaterial einbetten, die Infektionsschutzmaske bleibt dennoch luftdurchlässig. Auf diese Weise können die Nutzungsdauer und die Robustheit der erfindungsgemäßen Infektionsschutzmaske gesteigert werden.
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Die Wirkung der erfindungsgemäßen Infektionsschutzmaske kann erheblich gesteigert werden, wenn optional vorgesehen ist, dass das Trägermaterial und/oder das Abdeckmaterial ein Feinstaubfiltermaterial ist, um Feststoffe und/oder Aerosole aus der Atemluft zu filtern. Ebenfalls optional vorteilhaft kann sein, dass das Trägermaterial und/oder das Abdeckmaterial ein mikroporöses Vliesfiltermaterial ist, sodass die Anzahl von oxygenen Radikalen und Mehrfachverbindungen in der Atemluft reduziert werden können. Feinstaubpartikel sind Staubpartikel, deren Korndurchmesser zwischen ca. 0,1 bis 10 µm liegt. Sie werden hauptsächlich von beispielsweise der produzierenden Wirtschaft und von Verkehrsmitteln emittiert, weshalb gerade Ballungsräume und Stadtgebiete eine hohe Konzentration von Feinstaubpartikeln aufweisen. Feinstaubpartikeln ist es durch ihren geringen Korndurchmesser möglich, mit der Atemluft in den Körper des Menschen zu gelangen, wobei sie sich schädlich auf die Gesundheit auswirken - somit auch direkt die Sterblichkeit, und die Wahrscheinlichkeit an einer Herz-Lungen-Erkrankung zu erkranken, erhöhen. Gleiches gilt für Aerosole, die keimbehaftet und gesundheitsschädlich sein können. Materialien wie beispielsweise Mullit, Cordierit, Siliziumcarbid, Kohlenstoff und/oder Aluminiumtitanat sind (auch in Kombination) dafür bekannt, entsprechende Schadstoffe wie Feinstaub, Aerosole und Ozon effektiv aus der (Atem-)Luft zu filtern. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang der Einsatz von Aktivkohle als Filtermaterial, da Aktivkohle eine große innere Oberfläche als Adsorptionsmittel bereitstellen kann. Ebenfalls denkbar ist, jeweils mehrere Lagen eines identischen oder aber unterschiedlichen Träger- und/oder Abdeckmaterials zu verwenden, um die Filterwirkung der erfindungsgemäßen Infektionsschutzmaske weiter zu erhöhen.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann vorgesehen sein, dass die Infektionsschutzmaske eine geeignete Spannungsversorgung umfasst, die mit der Plasmaerzeugungseinrichtung elektrisch leitend verbindbar ist oder verbunden ist, und diese mit elektrischer Energie versorgen kann. Die Spannungsversorgung kann danach eine mobile bzw. transportable Spannungsversorgung sein und einen Energiespeicher für elektrische Energie in Form eines oder mehrerer Akkus oder einer Batterie oder mehrerer Batterien aufweisen. Das ermöglicht der erfindungsgemäßen Infektionsschutzmaske ein breiteres Einsatzgebiet, wobei der Träger der erfindungsgemäßen Infektionsschutzmaske über einen längeren Zeitraum unterwegs sein kann. Die Akkus der Spannungsversorgung können wiederaufladbar sein, beispielsweise über einen USB-Anschluss. Es ist ebenfalls möglich, den oder die Akkus bzw. Batterien nach einer Nutzung gegen neue und noch nicht verbrauchte Akkus oder Batterien auszutauschen. Die Spannungsversorgung weist zweckmäßigerweise auch eine geeignete Transformationseinrichtung auf, mit welcher eine von dem Energiespeicher zur Verfügung gestellte Eingangsspannung in eine Wechselspannung mit einer geeigneten Spannung und Frequenz umwandelt. Derartige Transformationseinrichtungen sind handelsüblich erhältlich und weisen einen ausreichend geringen Raumbedarf sowie ein geringes Eigengewicht auf, um bei einer transportablen Spannungsversorgung von einem Träger der Infektionsschutzmaske dauerhaft mitgeführt werden zu können.
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Optional müssen die Plasmaerzeugungseinrichtung und die Spannungsversorgung nicht in demselben Bereich des Körpers untergebracht sein. So kann die Spannungsversorgung am Gürtel oder in einer (Hosen-/Brust-)Tasche des Trägers der erfindungsgemäßen Infektionsschutzmaske untergebracht sein, während die Spannungsversorgung die Plasmaerzeugungseinrichtung im Gesichtsbereich kabelgebunden und unauffällig mit elektrischer Energie versorgt.
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Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Infektionsschutzmaske als Vollmaske können Plasmaerzeugungseinrichtung und Stromversorgung raumsparend in einem Helm oder einer Kopfbedeckung untergebracht werden, was sich bei einem Einsatz als Vollmaske anbieten würde.
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Es wäre überaus nachhaltig und würde die Wiederverwendbarkeit der erfindungsgemäßen Infektionsschutzmaske verbessern, wenn optional vorgesehen ist, dass die Plasmaerzeugungseinrichtung einen elektrischen Steckverbinder aufweist, mit dem die Plasmaerzeugungseinrichtung lösbar elektrisch leitend mit der Spannungsversorgung verbindbar ist. Der Steckverbinder könnte an dem Träger- oder dem Abdeckmaterial der erfindungsgemäßen Infektionsschutzmaske angebracht sein, während ein elektrisches Versorgungskabel mit Stecker vom Steckverbinder zur Spannungsversorgung reicht. Dadurch wäre es möglich, dass die Gesichtsmaske bzw. die erfindungsgemäße Infektionsschutzmaske ohne Spannungsversorgung und Verkabelung austauschbar ist. Ist das Trägermaterial und/oder das Abdeckmaterial durch Gebrauch verschmutzt, verstopft oder verbraucht, können diese Bestandteile der erfindungsgemäßen Infektionsschutzmaske problemlos mittels des Steckverbinders von der Spannungsversorgung gelöst und durch eine unverbrauchte oder wieder aufbereitete Gesichtsmaske ausgetauscht werden.
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Technisch vorteilhaft kann es sein, wenn für die Erfindung vorgesehen ist, dass die Stromversorgung einen Transformator aufweist, der die entsprechende elektrische Wechselspannung für die Plasmaerzeugungseinrichtung bereitstellen kann. Plasmen können auf unterschiedliche Arten erzeugt werden, wobei es sich erfindungsgemäß anbietet, das nichtthermische Plasma durch ein elektrisches Wechselfeld bzw. eine elektrische Wechselspannung mit entsprechender Frequenz zu erzeugen. Damit der Strom ungefährlich klein für den Menschen bleibt, müsste die Wechselspannung für die Erzeugung des nichtthermischen Plasmas entsprechend hoch sein.
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Das ist vorteilhaft machbar, wenn der Transformator mit ausreichend unterschiedlichen Windungszahlen ausgestaltet ist, sodass bei kleinen Batteriespannungen als Eingangsspannungen für den Transformator hohe Wechselspannungen moduliert werden können. Hohe Frequenzen ermöglichen es außerdem den Transformator klein auszugestalten, was besonders vorteilhaft für mobile, batteriebetriebene Anwendung der erfindungsgemäßen Infektionsschutzmaske ist.
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Nachfolgend sind schematische Darstellungen exemplarischer Ausgestaltungen der Erfindung in den Figuren gezeigt. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Infektionsschutzmaske,
- 2 eine schematische Schnittdarstellung der Infektionsschutzmaske aus 1 längs der Linie II-II in 1 und
- 3 eine Ausgestaltung der Infektionsschutzmaske im Anwendungsfall an einem Menschen.
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In 1 und 2 ist eine Infektionsschutzmaske 1 dargestellt, die in 1 von einer Vorderseite und in 2 in einer Schnittdarstellung längs der Linie II-II in 1 gezeigt ist. Wie in 3 dargestellt ist, ist die Infektionsschutzmaske 1 dafür gedacht eine Mund-Nasen-Partie 4 eines Menschen 5 mindestens teilweise, möglichst jedoch vollständig abzudecken. Das wird mit in den 1 und 3 dargestellten Gummibändern 12 bewerkstelligt, welche die Infektionsschutzmaske 1 sicher am Kopf des Menschen 5 befestigen. Atmet der Mensch 5 ein und aus, wird eine bestimmte Menge Atemluft 2 durch die Infektionsschutzmaske 1 befördert. Die Atemluft 2 in gezeigter Ausgestaltung der Erfindung durchströmt ein luftdurchlässiges, vorzugsweise aber staubundurchlässiges Abdeckmaterial 9, ein gitterförmig angeordnetes Plasmagewebe 8 einer Plasmaerzeugungseinrichtung 6 und ein luftdurchlässiges Trägermaterial 3 der Infektionsschutzmaske 1. Das Trägermaterial 3 weist idealerweise eine Lage aus Aktivkohle auf, die zwischen zwei Tuchschichten eingeschlossen ist und somit vorteilhaft die Atemluft 2 reinigt, wobei mit der Aktivkohle beispielsweise auch Ozon aus der Atemluft 2 gefiltert werden kann.
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Die Plasmaerzeugungseinrichtung 6 generiert hierbei mit einer von einer Spannungsversorgung 11 bereitgestellten elektrischen Wechselspannung ein nichtthermisches Plasma in dem Plasmagewebe 8. Das Plasmagewebe 8 besteht dazu im Wesentlichen aus zwei elektrischen Leitern 7, zwischen denen die elektrische Wechselspannung anliegt, wobei die elektrischen Leitungen 7 gitterförmig angeordnet sind. Das Plasmagewebe 8 ermöglicht an den Stellen, an denen sich Querschnittsflächen der elektrischen Leiter in einem geringen Abstand gegenüberliegen, hohe elektrische Feldstärken, welche die Bildung eines nichtthermischen Plasmas begünstigen.
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Die durch die Infektionsschutzmaske 1 strömende Atemluft 2 wird zumindest teilweise in der unmittelbaren Umgebung des Plasmagewebes 8 in den Aggregatzustand eines nichtthermischen Plasmas versetzt. Das hat die vorteilhafte Wirkung, dass Keime, wie beispielsweise Viren, Bakterien, Allergene und dergleichen, von den Teilchen des nichtthermischen Plasmas, die eine ausreichend hohe Energie aufweisen, zerstört werden. Die Atemluft 2 des Menschen 5 wird keimfreier und sauberer. Zusätzlich können das Trägermaterial 3 und/oder das Abdeckmaterial 9 aus Filtermaterialien bestehen. Dadurch können weiterer Feinstaub, Aerosole oder andere Schadstoffe aus der Atemluft 2 gefiltert werden.
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Die Energiezufuhr der Plasmaerzeugungseinrichtung 6 erfolgt mittels der dazugehörigen Spannungsversorgung 11, die in 3 beispielsweise an der Hüfte des Menschen 5, befestigt bzw. an einem Gürtel angebracht ist. Ebenfalls kann die Spannungsversorgung 11 in einer Brust- oder Hosentasche gelagert werden, sodass der die Infektionsschutzmaske 1 tragende Mensch 5 vollständig mobil bleibt. Die elektrische Verbindung zwischen der Plasmaerzeugungseinrichtung 6 und der Spannungsversorgung 11 ist durch ein Versorgungskabel 13 gesichert.
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Für eine bessere Handhabbarkeit und Nachhaltigkeit der Infektionsschutzmaske 1 weist diese einen elektrischen Steckverbinder 10 auf, der am Trägermaterial 3 befestigt und mit dem Plasmagewebe 8 verbunden ist. Das hat den Vorteil, dass die Spannungsversorgung 11 mit dem Versorgungskabel 13 bei der nächsten Infektionsschutzmaske 1 wiederverwendet werden können, wenn die Nutzungsdauer des Trägermaterials 3 der bisher verwendeten Infektionsschutzmaske 1 abgelaufen ist. Auch ist die Infektionsschutzmaske 1 durch den Steckverbinder 10 von der Spannungsversorgung 11 leicht trennbar und kann abgelegt oder für einen späteren Einsatz verstaut werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Infektionsschutzmaske
- 2.
- Atemluft
- 3.
- Luftdurchlässiges Trägermaterial
- 4.
- Mund-Nasen-Partie
- 5.
- Mensch
- 6.
- Plasmaerzeugungseinrichtung
- 7.
- Elektrische Leiter
- 8.
- Gitterförmiges Plasmagewebe
- 9.
- Luftdurchlässiges Abdeckmaterial
- 10.
- Elektrischer Steckverbinder
- 11.
- Stromversorgung
- 12.
- Gummibänder
- 13.
- Versorgungskabel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN 149 [0002]
- MORFILL, G. E.; KONG, Michael G.; ZIMMERMANN, J. L. Focus on plasma medicine. New Journal of Physics, 2009, 11. Jg., Nr. 11, S. 115011 [0007]
