中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近期，天津大學(xué)微納機電系統實(shí)驗室教授段學(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)表在國際權威雜志《Biosensors and Bioelectronics》上。在這項研究工作中，課題組設計并開(kāi)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(xiàn)陣列構成，納米線(xiàn)的線(xiàn)寬和間距與病毒氣溶膠的尺寸相匹配，納米線(xiàn)陣列就像一張“網(wǎng)”，可以精準捕獲呼出氣中的病毒氣溶膠。同時(shí)，科研人員還在納米線(xiàn)陣列上加了可以與帶有抗原的病毒發(fā)生免疫反應的抗體，一旦發(fā)生反應，便會(huì )使整個(gè)傳感器的阻抗值變大。通過(guò)監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。
納米傳感器設計示意圖，以及與智能口罩的集成
該課題組針對人體呼出氣的復雜性和口罩結構的特殊性，將傳感器設計成了“多孔膜-傳感器-柔性基底”的“三明治”結構——納米級多孔膜將人體呼出的其他微米級顆粒阻擋在外，只有同樣是納米級的病毒才能穿過(guò)；柔性基底的設計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(kāi)發(fā)了可穿戴的包括數模轉換器、運算放大器和無(wú)線(xiàn)傳輸單元在內的集成電學(xué)系統。通過(guò)該集成電學(xué)系統，檢測結果可以實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)傳輸到智能手機APP上，從而在手機上直觀(guān)地顯示病毒檢測結果。作為可穿戴的病毒“及時(shí)檢測”系統，整個(gè)系統的重量?jì)H為7.6g，完全不會(huì )影響口罩佩戴的舒適性。
呼吸模擬實(shí)驗裝置及實(shí)驗結果
據介紹，該智能口罩可廣泛用于機場(chǎng)、海關(guān)、醫院等人流密集場(chǎng)所的快速篩查。無(wú)線(xiàn)通信系統使口罩佩戴者或管理員能夠通過(guò)手機、平板電腦等智能終端安全地獲取信息，從而快速做出決策。
