中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)
China Electronic Components Association
近期，天津大學(xué)微納機(jī)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教授段學(xué)欣課題組研發(fā)了一款可以直接篩選人體呼出氣是否含有冠狀病毒氣溶膠的可穿戴設(shè)備。相關(guān)成果以“An intelligent face mask integrated with high density conductive nanowire array for directly exhaled coronavirus aerosols screening”為題，發(fā)表在國際權(quán)威雜志《Biosensors and Bioelectronics》上。在這項(xiàng)研究工作中，課題組設(shè)計(jì)并開發(fā)了一款帶集成納米傳感器的智能口罩。
該傳感器由排列精密的納米線陣列構(gòu)成，納米線的線寬和間距與病毒氣溶膠的尺寸相匹配，納米線陣列就像一張“網(wǎng)”，可以精準(zhǔn)捕獲呼出氣中的病毒氣溶膠。同時(shí)，科研人員還在納米線陣列上加了可以與帶有抗原的病毒發(fā)生免疫反應(yīng)的抗體，一旦發(fā)生反應(yīng)，便會(huì)使整個(gè)傳感器的阻抗值變大。通過監(jiān)測傳感器阻抗值的變化，可以初步檢測出是否含有冠狀病毒。
納米傳感器設(shè)計(jì)示意圖，以及與智能口罩的集成
該課題組針對(duì)人體呼出氣的復(fù)雜性和口罩結(jié)構(gòu)的特殊性，將傳感器設(shè)計(jì)成了“多孔膜-傳感器-柔性基底”的“三明治”結(jié)構(gòu)——納米級(jí)多孔膜將人體呼出的其他微米級(jí)顆粒阻擋在外，只有同樣是納米級(jí)的病毒才能穿過；柔性基底的設(shè)計(jì)則使傳感器與人體面部可以更貼合。
此外，該課題組還進(jìn)一步開發(fā)了可穿戴的包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器和無線傳輸單元在內(nèi)的集成電學(xué)系統(tǒng)。通過該集成電學(xué)系統(tǒng)，檢測結(jié)果可以實(shí)時(shí)無線傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)APP上，從而在手機(jī)上直觀地顯示病毒檢測結(jié)果。作為可穿戴的病毒“及時(shí)檢測”系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的重量僅為7.6g，完全不會(huì)影響口罩佩戴的舒適性。
呼吸模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)結(jié)果
據(jù)介紹，該智能口罩可廣泛用于機(jī)場、海關(guān)、醫(yī)院等人流密集場所的快速篩查。無線通信系統(tǒng)使口罩佩戴者或管理員能夠通過手機(jī)、平板電腦等智能終端安全地獲取信息，從而快速做出決策。
