TWI718951B - 結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置 - Google Patents

Abstract

一種結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置，包含：一穿戴件；一穿戴構造，結合於該穿戴件；一石墨烯層，該石墨烯層物理沉積至該穿戴件及/或該穿戴構造上，該石墨烯層的成分包含石墨烯、氧化石墨烯及還原氧化石墨烯之一或其組合；以及一正電層，結合於該石墨烯層上，該正電層的成分包含四級銨陽離子。在該穿戴件及/或該穿戴構造上物理沉積該石墨烯層，可以利用該石墨烯層的二維表面化學結構和尖銳的物理邊緣結構有效殺死一病菌，降低該病菌進入一使用者體內的機率。

Description

結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置

本發明係關於一種穿戴殺菌裝置，特別係指一種結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置。

人體每天都必須藉由呼吸運動吸入大量的空氣以獲得空氣中的氧氣，從而維持人體正常運作。空氣中含有大量病菌，例如芽孢桿菌、真菌、過濾性病毒、黴菌及軍團菌，被吸入或感染後容易引發心血管、呼吸系統及皮膚相關疾病，嚴重影響人體健康，大多數人都會配戴口罩以避免吸入這些病菌。

而在口罩的材料上，石墨烯材料為目前研究方向之一，可以表現出良好抗菌效能，同時石墨烯材料對不同種類的病菌也有一定的選擇性，對特定病菌會表現出高抗性。

石墨烯材料在口罩上的應用具體例如有中國北京石墨烯技術研究院有限公司研發的一種石墨烯口罩，是將石墨烯與聚丙烯熔融擠出成纖維而形成石墨烯熔噴無紡布，再以石墨烯熔噴無紡布取代醫療用口罩原有的熔噴布，利用石墨烯輔助殺菌，可以延長醫療用口罩的使用時間。

然而，這種醫療用口罩是使用石墨烯熔噴無紡布，石墨烯被熔融成纖維後，殺菌效果會大幅降低。

爰此，本發明人提出一種結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置，包含：一穿戴件；一穿戴構造，結合於該穿戴件；一石墨烯層，該石墨烯層物理沉積 至該穿戴件及/或該穿戴構造上，該石墨烯層的成分包含石墨烯、氧化石墨烯及還原氧化石墨烯之一或其組合；以及一正電層，結合於該石墨烯層上，該正電層的成分包含四級銨陽離子。

進一步，有一感測單元設置於該穿戴構造且對應該穿戴件，有一控制單元設置於該穿戴構造且訊號連接該感測單元，以及有一提示單元訊號連接該控制單元；該感測單元感測該穿戴件上的一病菌濃度，當該病菌濃度超過一閾值時，該控制單元控制該提示單元發出一第一提示。

進一步，該控制單元包含一啟閉開關設置於該穿戴構造上，當該啟閉開關被觸發時，該控制單元控制該提示單元停止發出該第一提示。

進一步，有一控制單元設置於該穿戴構造，以及有一提示單元訊號連接該控制單元；該控制單元計算該穿戴件的一使用時間，當該使用時間超過一時間閾值時，該控制單元控制該提示單元發出一第二提示。

進一步，該控制單元包含一重設鈕設置於該穿戴構造上，當該重設鈕被觸發時，該控制單元控制該提示單元停止發出該第二提示。

其中，該石墨烯層的層數介於1至5層之間。

其中，該石墨烯層的厚度介於3至20奈米之間。

其中，該石墨烯層的片徑介於200至500微米之間。

其中，該穿戴件為口罩。

根據上述技術特徵可達成以下功效：

1.在穿戴件及/或穿戴構造上物理沉積石墨烯層，可以利用石墨烯層的二維表面化學結構和尖銳的物理邊緣結構有效殺死病菌，降低病菌進入使用者體內的機率。

2.藉由物理沉積的方式將石墨烯層結合於穿戴件及/或穿戴構造上，沒有涉及化學反應，不僅沉積速率快、製造成本低，沉積完成後的石墨烯層也品質穩定，甚至可以精確控制厚度。

3.藉由穿戴構造，在不需戴上穿戴件的時候，可以將穿戴構造穿過使用者的脖子，將穿戴件懸掛在使用者前方，避免長時間使用穿戴件造成的不適。

4.藉由感測單元感測穿戴件上的病菌濃度，當病菌濃度超過閾值時，提示單元會發出第一提示，提醒使用者使用穿戴件。

5.藉由控制單元計算穿戴件的使用時間，當穿戴件的使用時間超過時間閾值時，提示單元會發出第二提示，提醒使用者更換穿戴件。

6.石墨烯層上再結合成分如四級銨陽離子的正電層，藉由正負電荷的拉力破壞細菌的細胞壁，影響細菌的繁殖。

1:穿戴件

11:內側

2:穿戴構造

3:石墨烯層

4:控制單元

41:啟閉開關

42:重設鈕

5:感測單元

6:提示單元

[第一圖]係本發明實施例之立體外觀圖。

[第二圖]係本發明實施例之系統方塊圖。

[第三圖]係本發明實施例之實施示意圖。

綜合上述技術特徵，本發明結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。

請參閱第一圖及第二圖，係揭示本發明實施例結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置，包含：一穿戴件1、一穿戴構造2、一石墨烯層3、一控制單元4、一感測單元5及一提示單元6。

該穿戴件1為口罩，該穿戴件1有一內側11接觸一使用者的口鼻部。

該穿戴構造2結合於該穿戴件1的底緣，該穿戴構造2例如可以藉由可重複黏貼的魔鬼氈或膠體貼合在該穿戴件1，方便在該穿戴件1使用一段時間後更換新的該穿戴件1。該穿戴構造2例如可以採用具有可撓性且中空的管件，並且能夠調整該穿戴構造2的角度、曲度，以讓該穿戴件1可以完整包覆該使用者的口鼻部。

該石墨烯層3物理沉積至該穿戴件1的該內側11及該穿戴構造2上。該石墨烯層3的成分包含但不限於：石墨烯、氧化石墨烯及氧化還原石墨烯之一或其組合。該石墨烯層3的層數介於1至5層之間，該石墨烯層3的厚度介於3至20奈米之間。該石墨烯層3的片徑介於200至500微米之間。藉由以上層數、厚度及片徑等參數，優化該結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置的殺菌效果。於實際實施時，該石墨烯層3也可以物理沉積在整個該穿戴件1上。

該石墨烯層3外還可以部分結合有一正電層，該正電層的成分例如可以包含帶正電的四級銨陽離子。要補充說明的是，於本發明之圖式中未繪出該正電層，僅簡單示意該石墨烯層3。

在本發明之實施方式中，該石墨烯層3的製造方式是：直接採用物理濺鍍方法將該石墨烯層3於600℃真空下塗覆沉積合成，並透過轉移至該穿戴件1及該穿戴構造2上。藉由物理沉積的方式將該石墨烯層3結合於該穿戴件1及該穿戴構造2上，沒有涉及化學反應，不僅沉積速率快、製造成本低，沉積完成後的該石墨烯層3也品質穩定，甚至可以精確控制該石墨烯層3的厚度。

該控制單元4設置於該穿戴構造2且訊號連接該感測單元5及該提示單元6，該控制單元4例如可以結合於該使用者的行動裝置。該控制單元4包含一電源、一計時器、一處理器、一啟閉開關41及一重設鈕42，該電源、該計時器、該處理器、該啟閉開關41及該重設鈕42彼此之間皆電性連結。較佳地，該電源電性連接結合有該計時器及該處理器的一電路板，該電路板電性連接該感測單元5及該提示單元6，該電源及電路板該並設置在該穿戴構造2內部以防潮、防汙，而該啟閉開關41及該重設鈕42則可以分別設置在該穿戴構造2的左右側，並電性連接該電路板。

該感測單元5設置於該穿戴構造2且對應該穿戴件1。該感測單元5即時感測該穿戴件1上一病菌的一病菌濃度，該感測單元5例如可以是表面電漿共振感測器或其他可以監控環境中及該穿戴件1上該病菌濃度的感測器。該病菌的種類包含但不限於：芽孢桿菌、真菌、濾過性病毒、黴菌及軍團菌。

該提示單元6可以藉由聲音、光線或震動等方式發出一第一提示及一第二提示。該提示單元6可以設置於該穿戴構造2上，或是結合於該使用者的行動裝置，以讓該使用者注意到該第一提示及該第二提示。在本發明之實施方式中，該提示單元6為設置在該穿戴構造2上的喇叭，該第一提示及該第二提示為提示音。

請參閱第一圖至第三圖，該感測單元5感測該穿戴件1上該病菌的該病菌濃度，在該使用者還不需要使用該穿戴件1的時候，例如該使用者周圍環境中該病菌濃度尚低於一閾值時，該使用者可以將該穿戴構造2套於脖子，將該穿戴件1懸掛在該使用者前方，避免長時間配戴該穿戴件1造成的不適，該閾值例如可以是200ppm。雖然該病菌濃度低於該閾值，但可能還是有該病菌存在於 空氣中，此時由於該穿戴件1懸掛在該使用者前方，空氣流動經過該穿戴件1及該穿戴構造2時，該穿戴件1及該穿戴構造2上的該石墨烯層3可以殺菌，有效減少該使用者頸部周圍的該病菌，避免該使用者吸入該病菌。

當該病菌濃度超過該閾值時，該控制單元4控制該提示單元6發出該第一提示，提醒該使用者使用該穿戴件1。該使用者注意到該第一提示而使用該穿戴件1後，該使用者可以根據該啟閉開關41的類型，按壓或接觸該啟閉開關41以關閉該第一提示，避免持續的該第一提示造成該使用者的困擾，該穿戴件1的該內側11接觸該使用者的口鼻部，而該穿戴構造2一樣套於該使用者的脖子，此時，空氣流動經過該穿戴構造2時，該穿戴構造2上的該石墨烯層3仍然可以殺菌，且該使用者吸入空氣時，空氣中的該病菌也會經過該穿戴件1上的該石墨烯層3，該穿戴件1上的該石墨烯層3又可以再次殺菌，有效避免該使用者吸入該病菌，當該使用者離開該環境而摘下該穿戴件1後，可以再按一次該啟閉開關41，以啟動該感測單元5持續感測周圍環境。

該使用者將該穿戴件1結合於該穿戴構造2後，該使用者可以根據該重設鈕42的類型，按壓或接觸該重設鈕42，該計時器開始計算該穿戴件1的該使用時間。當該使用時間超過一時間閾值時，該控制單元4會控制該提示單元6發出該第二提示，以提醒該使用者更換該穿戴件1，該時間閾值例如可以是三天。該使用者更換該穿戴件1時，可以直接將舊的該穿戴件1從該穿戴構造2上取下，並直接將新的該穿戴件1黏貼至該穿戴構造2上，即完成該穿戴件1的更換，同時該使用者再次按壓或接觸該重設鈕42，該控制單元4之該計時器便會重設而開始計算新的該穿戴件1的該使用時間，該控制單元4並控制該提示單元6停止發出該第二提示，避免持續的該第二提示造成該使用者的困擾。

為了區隔該第一提示及該第二提示，舉例來說，該第一提示可以是較短促的提示音，以讓該使用者更快注意到該第一提示而戴上該穿戴件1，減少該使用者直接吸入該病菌的可能性；而該第二提示則可以為間隔較長的提示音，以讓該使用者有足夠時間取得並更換新的該穿戴件1。

要特別說明的是，該石墨烯層3不一定是直接殺菌，也有可能是使該病菌無法繁殖而抑菌，該石墨烯層3殺菌或抑菌的方式例如有：

1.該石墨烯層3具有尖銳的物理邊緣，當該病菌隨空氣流動經過該石墨烯層3時，該石墨烯層3會切割該病菌表面，破壞該病菌的殼體或細胞壁、細胞膜，造成該病菌的殼內物質或胞內物質洩漏和代謝混亂，最終導致該病菌死亡，有效殺菌，這也是該石墨烯層3的最主要殺菌方式。

2.該石墨烯層3的二維表面化學結構捕獲該病菌後會包裹該病菌，使該病菌與周圍介質隔離開，阻斷該病菌的增殖，進而有效抑菌。

3.在該石墨烯層3結合有該正電層的地方，由於該石墨烯層3帶負電，該病菌也多帶負電，當帶負電的該病菌接觸到該正電層後，正離子及負離子的數量不平衡，會產生一股拉力將該病菌往該石墨烯層3拉，使該病菌的殼體或細胞壁拉破，進而使該病菌無法生成殼體或細胞壁而影響繁殖，有效抑菌。

實際實施時，該結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置對金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率達到99%以上，而一般石墨烯口罩僅約85%至90%。該結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置對大腸桿菌也表現出高達75%的抗菌效果，而一般石墨烯口罩僅約60%。除了金黃色葡萄球菌、白色念珠菌及大腸桿菌，該結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置對芽孢桿菌、濾過性病毒及軍團菌，也分別表 現出92%、88%及89%的優良抗菌效果。要特別說明的是，上述僅為舉例比較結果，並非全面性的綜合比較。

藉由以上殺菌或抑菌的方式，無論有無使用該穿戴件1，該石墨烯層3都可以降低該病菌進入該使用者體內的機率，同時，在該穿戴構造2及該穿戴件1的該內側11這些會接觸到該使用者的地方物理沉積有該石墨烯層3，還可以避免該穿戴構造2及該穿戴件1接觸該使用者的皮膚後沾染到皮膚上附著的該病菌而使該病菌在該穿戴構造2及該穿戴件1上繁殖，該石墨烯層3可以有效降低該使用者頸部周圍的該病菌，保護該使用者。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。

1:穿戴件

11:內側

2:穿戴構造

3:石墨烯層

4:控制單元

41:啟閉開關

42:重設鈕

5:感測單元

6:提示單元

Claims (8)

1. 一種結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置，包含：一穿戴件；一穿戴構造，結合於該穿戴件；一石墨烯層，物理沉積至該穿戴件及/或該穿戴構造上，該石墨烯層的成分包含石墨烯、氧化石墨烯及還原氧化石墨烯之一或其組合；一正電層，結合於該石墨烯層上，該正電層的成分包含四級銨陽離子；一感測單元，設置於該穿戴構造且對應該穿戴件；一控制單元，設置於該穿戴構造且訊號連接該感測單元；以及一提示單元，訊號連接該控制單元；該感測單元感測該穿戴件上的一病菌濃度，當該病菌濃度超過一閾值時，該控制單元控制該提示單元發出一第一提示。
2. 如請求項1所述之結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置，進一步，該控制單元包含一啟閉開關設置於該穿戴構造上，當該啟閉開關被觸發時，該控制單元控制該提示單元停止發出該第一提示。
3. 如請求項1所述之結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置，進一步，有一控制單元設置於該穿戴構造，以及有一提示單元訊號連接該控制單元；該控制單元計算該穿戴件的一使用時間，當該使用時間超過一時間閾值時，該控制單元控制該提示單元發出一第二提示。
4. 如請求項3所述之結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置，進一步，該控制單元包含一重設鈕設置於該穿戴構造上，當該重設鈕被觸發時，該控制單元控制該提示單元停止發出該第二提示。
5. 如請求項1所述之結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置，其中，該石墨烯層的層數介於1至5層之間。
6. 如請求項1所述之結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置，其中，該石墨烯層的厚度介於3至20奈米之間。
7. 如請求項1所述之結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置，其中，該石墨烯層的片徑介於200至500微米之間。
8. 如請求項1所述之結合石墨烯材料之穿戴殺菌裝置，其中，該穿戴件為口罩。

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