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新加坡国立大学季东晓Mater. Sci. Eng. R Rep.:电纺超细纤维在新型口罩中的应用
2020/11/27 17:22:44 admin

DOI:10.1016/j.mser.2020.100594

由严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2(SARS-CoV-2)引起的2019年冠状毒病(COVID-19)的爆发,受到了全球公共卫生组织的高度关注。口罩是减少SARS-CoV-2在人与人之间传播的重要工具。然而,如何延长现有商用口罩的使用寿命并保持其过滤性能仍然存在诸多挑战性。由直径低至数十纳米的超细纤维组成的滤膜有可能在物理上阻隔病毒。凭借可调节的组成和纳米结构,电纺超细纤维滤膜有可能实现除病毒阻断之外的其他必要功能,例如抗病毒、透明和可降解性,使其成为抗击疫情的重要组成部分。在本综述中,首先介绍了病毒的基本信息,其次对口罩和呼吸器的过滤机制、结构、分类和标准等方面的知识进行了总结。进一步介绍了电纺超细纤维基口罩的制备方法、过滤性能和可重复使用的潜力。最后,讨论了超细纤维在防护装置中的发展方向,特别是其新功能的应用以及在疾病预防和控制中的可能贡献。

 

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图1.SARS-CoV-2的结构。


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图2.(a)外科口罩的结构图。(b)PP熔喷布的数码照片。(c)熔喷PP纤维的SEM图像。(d)观察熔喷PP滤膜表面的静电荷。(e)三层过滤功能的示意图。


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图3.基于粒径的纤维滤膜的过滤机理。


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图4.(a)电纺纤维和PP纤维的比较。(b)聚酯纺粘基材上纳米纤维横截面的SEM图像。


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图5.(a)静电纺丝技术示意图。(b)具有不同几何形状和样式的电纺纳米纤维的SEM图像。(d)提出的电纺超细纤维口罩的结构。


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图6.电纺超细纤维滤膜、N95呼吸器和常用外科口罩的过滤性能比较。


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图7.(a)TPU-10纳米纤维滤膜的可重复使用性。(b)和(c)SEM图像显示了使用无机颗粒物进行清洁之前和之后的PBI滤膜的纳米纤维。(d)R-TENG的结构。(e)SEA-FM的数码照片。(f)30天后对SEA-FM去除效率的耐久性测试。(g)MF海绵(红色)和ILP@MF滤膜(蓝色)的照片和SEM图像。(h)带电[C4mim][OAc]-PVP@MF滤膜再生1-10次的过滤效率。(i)自供电智能口罩的工作机制示意图。(j)拟议的自供电智能口罩(1-内层,2-中间层,3-智能层)。


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图8.(a)热粘合到粘胶无纺布上的PA6电纺纳米纤维的SEM图像。(b)GD神经性毒剂与PVDF复合样品的转化率。(c)7.3wt%SiO2@PTFE的SEM图像。(d)BLNFMs的多孔结构和透气性示意图。(e)BLNFMs的透气性能。(f)超疏水BLNFMs的自清洁性能。(f)MN6C的横截面FE-SEM图像。(g)金黄色葡萄球菌和(h)大肠杆菌的抗菌活性。A-UC,B-N6C和C-MN6C。


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图9.(a,b)Copper3D NanoHack口罩。(c,d)HEPA口罩的设计,其带有用于插入滤膜的盒子。(e)可重复使用的弹性呼吸器上的3D打印适配器。


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图10.(a)具有不同透光率的PDMS/PMMA-壳聚糖透明空气滤膜的照片。(b)具有不同透光率的透明滤膜的PM2.5和PM10去除效率。(c)将制备好的透明空气滤膜集成到蜻蜓模型的翅膀中,以观察其在布向日葵前的透光率。(d)比较平纹(PW),人字形(HB),菱形纹(LS)图案纤维膜之间的去除效率。(e)透明的Hello Mask。


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图11.水洗(a)之前和(b)之后,结垢的PVA/CNCs滤膜的SEM图像。(c)示意图显示全生物基面罩的最终形状和内部结构。


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图12.(a)A型和(b)B型NNF的模型照片:使用3D打印机制备框架,然后安装了一对混合滤膜。


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