2019年，新型冠狀病毒病（COVID-19）爆發(fā)在房并迅速蔓延至全球。目前發(fā)現的COVID-19坐樂病毒的直徑為60～140 nm，傳播途徑主要為謝有直接傳播、氣溶膠傳播和接觸傳播。因此，人們對(duì)N95級面男木(miàn)罩（N95 FFR）需求量急劇增加。N95都村級口罩以聚丙烯（PP）熔噴非織造布為主。為了提高過(guò)濾老麗效率并保持相對(duì)較低的阻力，PP纖維通過低開(guò)電暈放電方法，以通過(guò)靜電荷為N95 FFR提供強大的顆粒見黑附著(zhe)力。但是，電荷會(h還拍uì)在使用過(guò)程中損失，導緻站吃口罩過(guò)濾效率随之下降。此外，考慮到(dào)衛生、森黃損壞、呼吸阻力增加和過(guò)濾效率降低等因素，N95 FFR熱子被(bèi)限制重複使用。鑒于此，吉林大學(xué)于吉紅院士團隊開(kāi坐冷)發(fā)了基于化學(xué)改性表面(miàn)的穩定N9少器7納米纖維呼吸器，通過(guò)極性驅答笑動的相互作用實現顯著的過(guò)濾特性。其是通過(guò)塗覆聚丙生算烯腈納米纖維膜(TFPNM)實現的，在0.42 Pa-1（過(guò)女到濾效率：超過(guò) 97%；壓降：約 10 Pa）的情況下提醫低供整體持久的過(guò)濾性能(néng)。柯薩奇B4病毒過(guò計人)濾測試表明，TFPNM同時(sh身問í)具有強大的病毒捕獲能(néng)也用力。與N95 FFR相比，TFPNM對又員(duì)更廣泛的消毒方案（病毒種(zhǒng)類：柯薩奇B4病毒(C服器V-B4)和一種(zhǒng)微小的RNA病毒）具有更強的抵抗力，并且整體很了過(guò)濾特性保持N97标準。相關工作以“Polarity-dominat話男ed stable N97 respi光國rators for airborne virus ca樹少pture based on nan師科ofibrous membra大微nes”為題發(fā)表在國(guó)際頂級期刊《Angewandte船很 Chemie》上。

TFPNMs的表面(miàn)極性和穩定性

薄膜（TF）塗層電紡聚丙烯腈（PAN）納米纖維膜（TFPN數嗎Ms）通過(guò)靜電紡絲技術制造，并睡自通過(guò)界面(miàn)聚合過(guò)程功能(néng)化，産又草生具有可變端基的淺黃色織物。與PP相比，TFPNMs具有更的答強的表面(miàn)極性，可以通過(guò)不同的塗層使其改變。為算紅了進(jìn)一步評估TFPNM的穩定性，研究團隊少藍將(jiāng)纖維膜暴露在高溫（＞80 °C）、蒸汽氣氛（＞100 °C的姐林高濕度）、75%酒精、氯化物消毒電做水和紫外線(UV)光等環境中進(jìn)行測試。研究發(fā)現，T那議FPNM沒(méi)有明顯的損壞和重量兒北損失，表明纖維幾何形狀沒(méi)有發(fā)生變化。與初始TFPNM相話跳比，後(hòu)處理的TFPNM的表面(miàn)極性保持不變。穩定的表廠姐面(miàn)極性可以使膜與PMs/氣問電溶膠之間形成(chéng)穩定的極性相互作用，使TFPNMs在各種廠頻(zhǒng)惡劣條件下具有可重複使用的巨大潛力費為。

圖1 TFPNMs 的形态和穩定性

TFPNM的空氣過(guò)濾效率

研究人員首先檢查了TFPNMs對(d短票uì)各種(zhǒng)尺寸顆粒物（PMs）的分草捕獲能(néng)力，以模拟其在危險空氣質量了你條件下的空氣過(guò)濾性能(néng)（圖2）。實驗年兒室使用燃燒的香（含有多種(zhǒng)污染物，如PM、CO、CO2、NO2空外等）來呈現有害顆粒物的水平。所有TFPNM的最佳基重控制在10 g/m2。具有話行不同表面(miàn)極性的五件TFPNMs在過(guò)濾效懂事率方面(miàn)表現出較大的差文醫異。表面(miàn)極性從最低到(dào)最高對(duì)應的纖維行會膜對(duì)PM0.3的過(gu見著ò)濾效率結果從50.00%到(dào)97.45%不等。其中，具睡空有氰基和羧基的TFPNMs表現出非常高的過(guò子爸)濾效率，超過(guò)97%。為了研究TFPNMs的長嗎刀(cháng)期有效性，在有害空氣下放置10h離師，測試了具有與PAN分子相同的末端基團舊哥TFPNM(CTFPNM)的質電書量狀況。結果顯示PAN納米纖維膜(PN商有M)在10 小時(shí)後(hò多中u)，對(duì)PM0.3的過(guò)濾效率友冷從97.10%下降到(dào)94.57%，藍舊PM2.5的過(guò)濾效率從99.67信村%下降到(dào)99.42%。然而，CTFPNM哥一的過(guò)濾特性保持穩定，10小時(腦老shí)内對(duì)PM0.3和PM2.5女學的過(guò)濾效率分别超過(guò)97跳土.00%和99.90%。

圖2具有不同表面(miàn)極性的TFPNMs對(duì)PMs的捕獲性看書能(néng)

TFPNM與N95 FFR的空氣過(guò事廠)濾性能(néng)比較

研究人員引入了兩(liǎng)種(zhǒng)具有高表面(miàn)極性的姐男TFPNM（CTFPNM和cTFPNM）來比較其與N95 鐘大FFR對(duì)NaCl氣溶膠的過(guò)濾特下城性（圖3）。CTFPNM和cTFPNM的過章森(guò)濾效率均達到(dào)N97級，并在連續2工讀4小時(shí)過(guò)濾過(guò)程中保持穩定。相比之飛上下，以帶電PP熔噴非織造布為主的N95 FFR在過(guò)濾過(的城guò)程中表現出明顯的不穩定性。通過(guò)靜電效應進(jìn)一步研究費媽了TFPNM的過(guò)濾效率。對(duì)于帶電的cTFPNM上西和CTFPNM，它們的過(guò)濾效率均略微提高到(dào)N98級。然而，筆但由于表面(miàn)靜電荷的衰減（從0.15 大習kV降到(dào)0.02±0.03 kV），這(zhè)些帶年一電呼吸器膜的過(guò)濾效率在24小時(shí)後(hòu)近女最終下降到(dào)N97級。作者進(jìn)一步研究了TFPN的物M與來自不同國(guó)家的各種(zhǒ自下ng)N95 FFR在空氣過(guò)濾特性上的差異性。結果發(fā)現慢又，在24小時(shí)連續過(guò)濾後(hòu)，樣(yàng)機的品的過(guò)濾效率均下降至95%以下。在相同的實驗條件下，24小時(s來站hí)後(hòu)N95 FFR的過(guò)作短濾效率均低于cTFPNM的過(guò)濾效率。

圖3 TFPNMs的過(guò)濾特性和多個品牌N95 FFRs的過靜技(guò)濾層

TFPNMs對(duì)病毒以及各種(z中窗hǒng)消毒處理的過(guò)濾效率信分

將(jiāng)cTFPNM放置在柯薩奇B話作4病毒(CV-B4)和一種(zhǒng吃章)微小的RNA病毒(27～30話畫 nm)氣溶膠中以評估其過(guò)濾效率。并對(duì)N95 F睡的FR（MEO品牌）進(jìn)行了病毒過(guò)濾測試。結果顯示，cT音謝FPNM在24小時(shí)後(hòu)仍保子去持N97級過(guò)濾效率，而MEO牌N9要她5 FFR的過(guò)濾效率在24小時(shí)後體會(hòu)降到(dào)95%以下。為了研究TFPNMs的可重用性，對費坐(duì)cTFPNMs進(jìn)行了五種(zh白校ǒng)處理方法：80 ℃熱處理；著黃蒸汽（100 ℃熱基蛋白質變性）；75%酒精（蛋白質變性）；家用氯歌章基溶液（細胞變性，有化學(xué)損傷）；紫外線殺菌照射（DNA化報/RNA 破壞，UVC 254 nm）。在第一個處理周期站就後(hòu)，cTFPNMs所有過(guò)志開濾效率保持在N97水平不變，壓降保持在9～10 Pa。相比之下，N95 FF歌林R在第一次循環後(hòu)經(jīng)過筆自(guò)各種(zhǒng)處理顯示出不同的過(guò東資)濾性能(néng)。加熱和紫外線殺菌照射(UVGI)東日可以保持大多數N95 FFR的過(guò)濾書銀特性。然而，基于溶液處理的樣(y理湖àng)品過(guò)濾效率急劇下降到(dào)50%畫玩～80%。

圖4 cTFPNM 上病毒的過(g術影uò)濾性能(néng)

注：（a）（b）為cTFPNM，（c）（d頻購）為meo品牌N95 FFR的效間厭率和壓降

圖5  五種(zhǒ得子ng)不同消毒處理後(hòu)FFR的演變和相應的整行自體過(guò)濾性能(néng)

全文鍊接：https://onlinelibrary.w校間iley.com/doi/10.1002窗匠/anie.202108951