该防康帽面膜打破了模具：可充电N95面膜，定制配合

来自伯克利实验室和加州大学伯克利分校的科学家们设计了一款定制的可充电N95口罩。

在大流行的早期，在所有不确定性中，有一件事是肯定的：N95面具 - 过滤输出病毒，细菌和野火烟雾的个人防护呼吸器件 - 供不应求。因此，当材料科学家杰夫城市和彼得Hosemann听说当地的HMO需要关于N95替代方案的建议，他们立即知道该做什么：做一个更好的面具。

霍斯曼接了电话，发现卫生维护组织的医生和供应经理想知道如何制作有效的抗病毒口罩，以及如何验证他们发现的口罩是否真的有效。

“了解他们的需求是有助于的，以及我们如何填写和帮助支持他们的使命，”Hosemann表示，劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）和欧内斯特S的材料科学家。在UC Berkeley的工程中Kuh椅。

“徒劳地，彼得和我刚刚加入了势力，因为我们每个人都开始在实验室水平上致力于类似的想法，”城市称，伯克利实验室的分子铸造厂指示无机纳米结构设施。

城市和Hosemann正在回应伯克利实验室范围的研究思想，以支持战斗新型冠状病毒肺炎最终通过国家虚拟生物技术实验室（NVBL）导致其接受支持，该实验室是与Covid-19带来的威胁相关的Doe National Laboratories联盟，并根据Coronavirus援助，救济和经济安全资助（关心）行为。

“我们，像许多其他人一样，看到了PPE（个人防护装备）供应链中的缺点，即使在可用的功能中，我们也认为这是一个重要的领域，”都市说。

在保护你免受COVID-19或其他病毒感染时，N95口罩是黄金标准。它们通常由紧密编织的聚丙烯层制成，可以过滤亚微米(百万分之一米)范围内至少95%的非常小的颗粒，包括冠状病毒颗粒和野火烟雾产生的颗粒物。这些混杂的纤维会产生静电，吸引并捕获病毒颗粒。

尽管它们出色的过滤效率很好，但N95面具有它们的极限。例如，专家建议重用N95面具，特别是在整天穿过它们之后。那是因为当我们呼气时，我们从口腔和肺部驱逐水分 - 如果我们穿着长期持续时间的N95面膜，那么都市称，这种水分最终磨损了病毒捕获的纤维上的静电电荷。

专家还说有效的N95面膜应在脸上形成紧身而舒适的密封。否则，即使是小的间隙也可以让病毒粒子通过鼻子和嘴巴方便地进入您的呼吸系统。

蓝图为更好的N95面具

Urban和Hosemann表示，他们的联合研究旨在通过设计和制造一种可重复使用的N95硅树脂口罩和一个可充电的金属网有源过滤器来解决长期过滤效率的问题。

Hosemann解释说，金属丝网有助于捕获和中和病毒粒子。“这个网格过滤器可以充电，因此掩模本身可以是可重复使用的，这是一个关键优势，”他说。“最终的愿景是用过滤器电池盒制作面具，您可以在一夜之间插入并充电，如手机。”

为了管理与拟合和PPE短缺相关的问题，科学家正在开发一种用于面罩主体的3D可打印的硅树脂模具。

掺入硅树脂铸造中的金属线允许掩模符合大多数面。

在PPE短缺情况下，3D可打印的模具将允许任何人 - 来自DIY Hobbyist在学校或医院提供职员 - 使硅胶N95面具随需需求而且具有短的交货时间，Hosemann表示。

“如果原材料可用，则简单零件的3D打印和铸造的组合是一种强大的方法，可以快速生产不可用的PPE，”他补充说。

科学家还将硅胶面罩设计成与市售的N95过滤器或可充电网格过滤器接口。

在设计可重复使用口罩的原型时，科学家们还考虑到了N95口罩和过滤器在从事体力劳动时经常佩戴。“如果你在做体力劳动，像许多一线工人一样，有能力在不损害你的健康的情况下更充分地呼吸，将是理想的防护口罩的一个重要特征，”Urban说。

为了测试面具原型对病毒大小的小颗粒的渗透性，科学家们与加州大学伯克利分校的环境工程教授Evan Variano和机械工程助理教授Simo Makiharju合作，使用荧光颗粒测试。霍斯曼说，荧光粒子跟踪粒子在制作的口罩内和周围的分布。

科学家们将使用相同的荧光纳米粒子技术来与Berkeley Lab的分子铸造法的Bruce Cohen合作进行未来的过滤效率测试。

3D可打印的硅胶铸造模具和可充电N95过滤器仍处于研发的早期阶段，但城市和Hosemann表示他们正在快速取得进步。科学家们正在通过分子铸造的用户计划开发医疗行业研究人员和医院的现场N95质量评估试验。

“这是非常鼓舞人心的,看看国家实验室的研究人员可以应用他们的专业知识对理解pandemic-related问题,概念化的解决方案,与未来沟通分子铸造用户,和交付原型,在七个月内,“说Deepti Tanjore,伯克利实验室领导国家Lab-Wide制造NVBL研究工作。

科学家们通过UC Berkeley核工程系的本科生研究员Jason Duckering and Research Engress工程师Jeff Bickel的工作。“杰森和杰夫的工程技能有助于这种努力，”Hosemann说。

该团队，包括博士后研究员Chaochao Dun和Jaeyoo Choi，在三月开始，在三月开始，在整个大流行中建立了面具和粒子测试。

“我们非常兴奋地带来这一新的N95用户计划，以便开发可充电面具，3D可打印面膜模具，以及对伯克利实验室的分子铸造的质量评估粒子测试，”都市称。“很高兴知道我们开发的是与可以帮助这么多人的真实应用程序立即影响。”

分子铸造厂是位于伯克利实验室的科学用户设施的DOE办事处。

该项目由美国能源部国家虚拟生物技术实验室支持，该实验室由能源部国家实验室组成，具有应对COVID-19威胁的核心能力，并根据《冠状病毒援助、救济和经济安全法案》提供资金。