Воздушный фильтр и способ предотвращения передачи инфекций
Раскрыто применение активного ингредиента, содержащего множество частиц, имеющих ядро из металлической меди с электропроводящим покрытием, содержащим серебро, для инактивации переносящих инфекцию микроорганизмов. Воздушный фильтр содержит воздухопроницаемый корпус фильтра, активный ингредиент и связующее для связывания активного ингредиента с воздухопроницаемым корпусом фильтра. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к предотвращению передачи инфекций. В частности, изобретение относится к фильтрации воздуха для этой цели.
Уровень техники
Различные инфекции, такие как бактериальные и вирусные инфекции, перемещаются воздушным путем, по меньшей мере на некоторой части пути их передачи. Существуют различные средства для инактивации любых микроорганизмов, вызывающих инфекции, но они различаются по эффективности и поэтому могут подходить только для определенных применений.
Ранее было обнаружено, что фильтрация воздуха является действенным способом предотвращения передачи таких инфекций. Однако эффективность предотвращения варьирует в зависимости от фильтра.
Задача изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в обеспечении повышения эффективности предотвращения передачи инфекций. Это может быть сделано путем улучшения фильтрации воздуха.
В частности, задача настоящего изобретения состоит в обеспечении фильтрации с улучшенной эффективностью предотвращения для одного или более типов инфекций.
Кроме того, задача настоящего изобретения состоит в обеспечении фильтрации, которая может обеспечивать грубую фильтрацию повышенной эффективности при сочетании различных фильтрующих структур.
Другая задача состоит в обеспечении экономичного решения.
Наконец, задача настоящего изобретения состоит в обеспечении решения, которое не подвержено рискам, связанным с синтетическими продуктами.
Сущность изобретения
Согласно настоящему изобретению, было обнаружено, что конкретный активный ингредиент можно применять для предотвращения передачи инфекций. Этот активный ингредиент можно особенно эффективно применять для фильтрации воздуха, поскольку было обнаружено, что он позволяет инактивировать переносящие инфекцию микроорганизмы за относительно короткий промежуток времени. Это особенно важно для фильтрации воздуха, где переносящие инфекцию микроорганизмы передвигаются вместе с потоком воздуха. Кроме того, были найдены различные пути встраивания этого активного ингредиента в воздушный фильтр для эффективного предотвращения такой передачи. Это не только включает сокращение времени, необходимого для инактивации микроорганизмов за счет применения активного ингредиента с повышенной эффективностью, но также повышает вероятность взаимодействия микроорганизмов с этим активным ингредиентом. Раскрытые решения могут применяться для фильтрации воздуха для дыхания, включая непосредственно выдыхаемый воздух и/или вдыхаемый воздух. Это включает фильтрацию окружающего воздуха, например, для замкнутых пространств, таких как помещения или автомобили.
Активный ингредиент позволяет инактивировать переносящие инфекцию микроорганизмы, такие как вирусы и/или бактерии. Инактивация может включать уничтожение микроорганизмов или их модификацию для устранения их способности передавать инфекцию. В частности, для этой цели можно применять активный ингредиент для грубой фильтрации. Согласно настоящему изобретению, передачу инфекций можно, таким образом, предотвратить путем инактивации переносящих инфекцию микроорганизмов, таких как вирусы и/или бактерии. Это можно сделать для различных типов передачи, включая передачу переносящих инфекцию микроорганизмов по воздуху, например, передачу инфекций воздушным и/или капельным путем.
Хотя рассматриваемые микроорганизмы могут быть любыми микроскопическими организмами, включая грибы, такие как плесень, и/или бактериями, одно особенно предпочтительное практическое применение было обнаружено, когда микроорганизмы представляют собой вирусы, такие как респираторные вирусы. В частности, было обнаружено, что настоящее изобретение можно применять для предотвращения передачи коронавирусов, включая SARS-CoV-1 и/или SARS-CoV-2.
Согласно первому аспекту раскрыт воздушный фильтр для предотвращения передачи инфекций. Фильтр является воздухопроницаемым фильтром и поэтому содержит воздухопроницаемый корпус фильтра. Фильтр также содержит активный ингредиент, содержащий множество частиц или состоящий из множества частиц, имеющих ядро из металлической меди с электропроводящим покрытием, содержащим серебро или состоящим из серебра. Важно, что множество частиц может быть поэтому электропроводящим. Фильтр также содержит связующее для связывания активного ингредиента с воздухопроницаемым корпусом фильтра. Это позволяет встраивать активный ингредиент, содержащий металлические частицы или состоящий из металлических частиц, в корпус фильтра.
Было обнаружено, что активный ингредиент обеспечивает повышенную инактивацию бактерий и вирусов. Например, видимый эффект наблюдали для респираторных вирусов, таких как коронавирусы, в частности SARS-CoV-2. Кроме того, серебро в гибридных частицах позволяет замедлить или даже предотвратить окисление меди, тем самым сохраняя структуру открытой и эффективной в течение длительного периода времени.
Воздушный фильтр может быть сконструирован так, что текучая среда, такая как воздух, несущая переносящие инфекцию микроорганизмы, проникает в корпус фильтра. Текучая среда может содержать жидкость, например, капли, несущую микроорганизмы. Отмечено, что поток воздуха совместно с любой влагой в воздухе может способствовать генерации статического электричества, которое можно эффективно использовать с электропроводящим активным ингредиентом для инактивации переносящих инфекцию микроорганизмов. Любая жидкость в воздухе может конденсироваться в корпусе фильтра, замедляя при этом передачу микроорганизмов через корпус фильтра.
Согласно настоящему изобретению, термин «фильтрующая плоскость» может относиться к плоскости, перпендикулярной направлению потока воздуха для фильтрации. Следовательно, направление потока воздуха может соответствовать измерению глубины корпуса фильтра, и следовательно, глубине воздушного фильтра. Фильтрующая плоскость может располагаться вдоль всей ширины и/или высоты корпуса фильтра, то есть боковых измерений воздушного фильтра. Фильтрующая плоскость может располагаться по измерению глубины воздушного фильтра по всей или частичной глубине фильтра. Соответственно, прохождение «через» фильтр может относиться к прохождению от одной стороны фильтра до другой в направлении потока воздуха и через фильтрующую плоскость.
Активный ингредиент может быть встроен в корпус фильтра, оставляя при этом корпус фильтра воздухопроницаемым. Это связано с тем, что активный ингредиент может быстро взаимодействовать с любыми переносящими инфекцию микроорганизмами, с которыми он приходит в контакт, и, следовательно, будет достаточно нанести активный ингредиент на выбранные внутренние и/или внешние поверхности корпуса фильтра.
Следовательно, активный ингредиент можно использовать как внутреннее и/или внешнее покрытие корпуса фильтра, в том смысле, что оно может покрывать любые внутренние и/или внешние поверхности корпуса фильтра. Естественно, активный ингредиент также можно нанести по всему корпусу фильтра. В частности, активный ингредиент можно нанести на всю фильтрующую плоскость, обеспечивая при этом плоскость, где все поверхности корпуса фильтра покрыты активным ингредиентом, и через которую должны проходить любые переносящие инфекцию микроорганизмы, чтобы пройти через корпус фильтра. При этом активный ингредиент может также проницаемо для воздуха заполнять фильтрующую плоскость, снижая при этом передачу микроорганизмов через фильтрующую плоскость. Активный ингредиент можно также наносить на всю глубину корпуса фильтра, что не только позволяет значительно повысить вероятность взаимодействия между активным ингредиентом и переносящими инфекцию микроорганизмами, но также обеспечивает эффективное производство фильтра, например, путем погружения, например, в ванну с жидкостью.
В одном изобретении корпус фильтра содержит нитяную сеть или состоит из нитяной сети, которая проходит через корпус фильтра. Это не только позволяет воздуху проходить через корпус фильтра, но было обнаружено, что это обеспечивает особенно эффективный баланс поддержки активного ингредиента, позволяя при этом активному ингредиенту легко и широко распределяться в корпусе фильтра. Для обеспечения нитяной сети корпус фильтра может содержать или состоять из любого из следующего, взятого по отдельности или в комбинации: фильтра из стекловолокна, сетка с открытыми порами и тканевый фильтр.
В целом, было обнаружено, что активный ингредиент, содержащий металлические частицы или состоящий из металлических частиц, включая указанное множество частиц, можно использовать для обеспечения особенно улучшенной инактивации. Этому, по меньшей мере частично, может способствовать электропроводность металлических частиц. Помимо множества частиц, активный ингредиент может содержать другие металлические частицы. В частности, было обнаружено, что частицы серебра и/или золота обеспечивают особенно улучшенную инактивацию для различных применений. Металлические частицы могут быть обеспечены в виде пигмента, например, в виде покрывающего пигмента. Такие пигменты применялись, например, для нанесения покрытия на поверхности.
В одном изобретении активный ингредиент содержит по меньшей мере 90 процентов по массе множества частиц. Было обнаружено, что это особенно эффективно для применения в области фильтрации воздуха, где быстрая инактивация переносящих инфекцию микроорганизмов обеспечивает один из путей повышения эффективности фильтрации. Снижение времени, необходимого для инактивации микроорганизмов позволяет увеличить вероятность инактивации даже без увеличения времени взаимодействия микроорганизмов с активным ингредиентом. Это снижает необходимость замедления или перенаправления потока воздуха или потока микроорганизмов.
В одном изобретении активный ингредиент содержит дополнительные металлические частицы, которые представляют собой частицы серебра и/или частицы металлического золота. В еще одном воплощении активный ингредиент содержит 1-10 процентов по массе дополнительных частиц. В частности, было обнаружено, что включение частиц серебра обеспечивает особенно эффективную инактивацию некоторых бактерий и вирусов, включая SARS-CoV-2. С другой стороны, было обнаружено, что включение частиц золота позволяет увеличить электропроводность, что может обеспечивать особую эффективность в различных применениях. Включение частиц золота можно также использовать для обеспечения способности активного ингредиента распределять электрическую энергию.
В целом, активный ингредиент может быть электропроводящим, независимо от того, содержит ли он дополнительные металлические частицы, такие как частицы золота и/или частицы серебра, или нет. Однако включение частиц серебра и/или золота позволяет легко вносить небольшие изменения в свойства инактивации активного ингредиента, тем самым позволяя, например, регулировать инактивацию активного ингредиента в отношении конкретного применения и/или микроорганизма. В любом случае, активный ингредиент может быть встроен в корпус фильтра таким образом, что может быть создано электропроводящее соединение через фильтрующую плоскость или даже по всему корпусу фильтра.
В одном воплощении множество частиц являются микрочастицами. Было обнаружено, что использование микрочастиц не только эффективно для инактивации, но они также могут быть эффективно встроены в корпус фильтра. Например, ядро множества частиц может иметь диаметр 1-100 микрометров. В различных предпочтительных воплощениях, в частности касающихся инактивации респираторных вирусов, ядро может иметь диаметр 5-50 микрометров. Эти же величины можно применить к любым или всем другим металлическим частицам, включенным в активный ингредиент, в частности частицам серебра и/или золота. С другой стороны, покрытие для множества частиц может быть заметно тоньше, и оно может формировать тонкую пленку, покрывающую ядро.
Когда активный ингредиент содержит частицы серебра и/или золота, как описано выше, они также могут представлять собой микрочастицы, как описано выше. Таким образом, активный ингредиент может состоять из микрочастиц. В некоторых примерах любые такие частицы могут иметь диаметр 1-100 микрометров.
В одном воплощении толщина покрытия меньше микрометра, например, 10-100 нанометров или еще меньше. Покрытие, таким образом, может функционировать как тонкая пленка поверх ядра.
В одном воплощении воздушный фильтр имеет электрическое соединение для направления электрического тока в активный ингредиент. Это можно использовать для обеспечения повышения эффективности инактивации фильтра. Это решение можно, в частности, использовать для воздушного фильтра устройства вентиляции и/или кондиционирования воздуха, например, в фильтре воздухообменного блока.
В одном воплощении связующее содержит одну или более из группы, состоящей из алкидной смолы, эпоксидной смолы, латекса, полиметилметакрилата (ПММА) и полиуретана. В частности, связующее может быть выбрано из этой группы. Было обнаружено, что конкретные связующие обладают преимуществами для конкретных применений. Например, алкидную смолу можно применять в качестве мягкого связующего при эффективности затрат. ПММА можно применять для улучшения износостойкости к истиранию и ультрафиолетовому свету, что делает его особенно предпочтительным для эксплуатации на открытом воздухе. Полиуретан можно использовать для улучшения износостойкости к истиранию, ультрафиолетовому свету, химическим реагентам и влажности, что делает его особенно предпочтительным не только для эксплуатации на открытом воздухе, но также для применений с более жесткими требованиями, такими как места для купания и медицинские учреждения. Алкидная смола и/или эпоксидная смола особенно облегчают производство воздушного фильтра путем нанесения покрытия погружением для нанесения покрытия активного ингредиента на любые внутренние поверхности корпуса фильтра.
В одном воплощении воздушный фильтр содержит первый воздухопроницаемый постфильтр, расположенный напротив корпуса фильтра для уменьшения утечки переносящих инфекцию микроорганизмов из корпуса фильтра. Это позволяет удерживать микроорганизмы внутри корпуса фильтра в течение длительного времени и тем самым подвергать повышенному взаимодействию с активным ингредиентом, что заметно увеличивает инактивацию. Постфильтр также может замедлять передачу микроорганизмов через корпус фильтра за счет увеличения конденсации любой текучей среды, несущей микроорганизмы, внутри корпуса фильтра. Кроме того, постфильтр можно использовать для защиты фильтра потребителя от контакта с активным ингредиентом, что может быть особенно предпочтительно для фильтра индивидуального применения.
В одном воплощении воздушный фильтр содержит второй воздухопроницаемый постфильтр, расположенный напротив корпуса фильтра для уменьшения утечки переносящих инфекцию микроорганизмов из корпуса фильтра. Корпус фильтра зажат между первым и вторым постфильтрами, обеспечивая захват микроорганизмов из потока воздуха внутри корпуса фильтра в течение длительного периода времени.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения маска для лица содержит воздушный фильтр согласно первому аспекту настоящего изобретения или любому его воплощению, по отдельности или в комбинации, для фильтрации воздуха для дыхания.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения устройство вентиляции и/или кондиционирования воздуха содержит воздушный фильтр согласно первому аспекту настоящего изобретения или любому его воплощению, по отдельности или в комбинации, для фильтрации воздуха, проходящего через это устройство.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения раскрыт способ для предотвращения передачи инфекций. Способ включает фильтрацию воздуха с помощью активного ингредиента, содержащего множество частиц, имеющих ядро из металлической меди и электропроводящим покрытием, содержащим серебро или состоящим из серебра. Признаки, раскрытые в связи с любым другим его аспектом или воплощением, также можно отнести к способу.
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения активный ингредиент, содержащий множество частиц, имеющих ядро из металлической меди с электропроводящим покрытием, содержащим серебро или состоящим из серебра, используют для инактивации переносящих инфекцию микроорганизмов. В частности, его можно использовать для фильтрации воздуха для дыхания.
Согласно шестому аспекту настоящего изобретения в данной заявке раскрыт способ изготовления устройства для инактивации переносящих инфекцию микроорганизмов, который может включать нанесение покрытия на одну или более внутренних и/или внешних поверхностей устройства с активным ингредиентом, как раскрыто в данной заявке. Устройство может представлять собой устройство фильтрации воздуха, в частности для фильтрации воздуха для дыхания, как раскрыто в данной заявке. Кроме того, нанесение покрытия можно осуществить путем погружения и/или нанесения покрытия распылением.
Следует понимать, что аспекты и воплощения, описанные выше, можно использовать в сочетании друг с другом. Некоторые аспекты и воплощения можно объединять с образованием дополнительного воплощения изобретения. Когда одни и те же выражения используют в тексте разных аспектов или воплощений, соответствующие признаки могут применяться во всех аспектах и воплощениях.
Некоторые важные дополнительные эффекты, которые могут быть обеспечены раскрытыми в данной заявке решениями, являются универсальными для различных приложений. Воздушный фильтр относительно без усилий и быстро можно ввести в эксплуатацию и его обслуживание может быть легко организовано. Он может быть выполнен в виде фильтра грубой очистки, который может быть сменным. Структура фильтра позволяет обеспечивать его в различных размерах, в том числе подходящих для масок для лица, кондиционеров воздуха или воздухообменных блоков. Фильтр может быть сформованным или формуемым для соответствия любой форме поверхности. Для этого корпус фильтра может быть изготовлен из гибкого материала, и активный ингредиент может быть связан в нем так, чтобы сохранять гибкость. В типичных воплощениях корпус фильтра может по существу иметь форму плоскости, которая может быть согнутой или плоской.
В корпусе фильтра активный ингредиент может быть расположен для прямого контакта с переносящими инфекцию микроорганизмами, тем самым позволяя фильтру инактивировать микроорганизмы. Использование меди и серебра, и необязательно золота, которые представляют собой природные материалы, для активного ингредиента, позволяет снизить или полностью устранить любые риски, связанные с синтетическими материалами. В простой форме активный ингредиент может состоять только из металлических частиц, которые могут содержать или состоять из покрытых серебром частиц меди.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи, которые включены для обеспечения более глубокого понимания и представляют собой часть данного описания, иллюстрируют и примеры и совместно с описанием помогают понять принципы предложенного изобретения. На чертежах
фиг. 1 схематично иллюстрирует воздушный фильтр согласно примеру,
фиг. 2 иллюстрирует способ согласно примеру, и
фиг. 3 иллюстрирует некоторые результаты испытаний, полученные для активного ингредиента.
Одинаковые ссылки используют для обозначения эквивалентных или по меньшей мере функционально эквивалентных элементов на прилагаемых чертежах.
Подробное описание
Подробное описание, представленное ниже в связи с прилагаемыми чертежами, предназначено в качестве описания примеров и не предназначено лишь для представления форм, в которых такой пример может быть сконструирован или использован. Однако одни и те же эквивалентные функции и структуры могут быть осуществлены разными примерами.
На фиг. 1 (не в масштабе) схематично проиллюстрирован пример воздушного фильтра 100 для предотвращения передачи инфекций. Фильтр может представлять собой фильтр для воздуха для дыхания, где воздух для дыхания может быть выдыхаемым и/или вдыхаемым воздухом. Соответственно, фильтр может быть нательным фильтром для личного пользования и/или фильтром для обработки воздуха в расширенном пространстве, таком как помещение или внутреннее пространство транспортного средства. Во всех случаях, фильтр может функционировать как фильтр для окружающего воздуха для фильтрации вдыхаемого воздуха. Фильтр для личного пользования может, в частности, альтернативно или дополнительно функционировать как фильтр для выдыхаемого воздуха для своего потребителя. Фильтр можно использовать как средство индивидуальной защиты или как его часть для предотвращения передачи инфекций. В целом, фильтр также может быть обеспечен в виде фильтра грубой очистки, например, в маске для лица или устройстве для вентиляции. Аналогично, фильтр может быть обеспечен в виде сменного фильтра. Фильтр может быть активным фильтром и/или пассивным фильтром. В первом случае, фильтр может заряжаться с помощью электричества.
В целом, устройство может содержать один или более воздушных фильтров 100, описанных в данной заявке. Устройство может представлять собой маску для лица для личного использования. Устройство может также представлять собой устройство вентиляции и/или кондиционирования воздуха, такое как вентилятор, кондиционер воздуха или блок обработки воздуха. Устройство может быть выполнено для фильтрации окружающего воздуха. Устройство может содержать разъем для подачи электроэнергии и/или источник электроэнергии для направления электрического тока в любой или все из одного или более воздушных фильтров.
Воздушный фильтр 100 содержит или состоит из корпуса 110 фильтра, активного ингредиента и связующего 140. Корпус фильтра является воздухопроницаемым и поэтому может содержать один или более проходов 114 для потока воздуха, проходящих через фильтр. Например, корпус фильтра может содержать большее количество мелких проходов для потока воздуха, проходящих через корпус фильтра. Проходы для потока воздуха могут быть обособленными, или они могут пересекаться друг с другом. Корпус фильтра может, например, содержать или быть выполненным из сетчатого материала, такого как ретикулированный вспененный материал (открытопористый материал сетчатой структуры). Корпус фильтра также может содержать или состоять из нитяной сети 112, которая может быть выполнена из сетчатого материала. Таким образом, корпус фильтра может содержать сеть нитей или состоять из сети нитей, которые могут соединяться друг с другом в узлах. Некоторые особенно подходящие формы обеспечения нитяной сети включают фильтр из стекловолокна, сеть с открытыми порами или тканевый фильтр. Для примера, сеть с открытыми порами может быть сформирована с помощью ретикулированного материала, такого как полимерная пена. Для этого можно, например, использовать полиэстерные или полиуретановые пленки. Ширина любых воздушных каналов в корпусе фильтра может изменяться в зависимости от конкретного применения. В некоторых применениях ширина может, например, составлять 1-3 миллиметров и в некоторых случаях еще больше. В некоторых применениях ширина может быть меньше, например, 100-1000 микрометров, или еще меньше, до тех пор, пока корпус фильтра и фильтр остаются воздухопроницаемыми. В пористых материалах ширина может быть описана в величинах ppi (пор в дюйме), в таком случае ширина может составлять, например, 10-100 ppi.
Хотя фиг. 1 иллюстрирует регулярный рисунок нитяной сети 112, причем такая сеть также может, и очень типично, иметь произвольный или полупроизвольный рисунок. Материал корпуса фильтра может, например, представлять собой пластиковый материал, такой как пенопластовый материал, тканевый материал или волокнистый материал, такой как стекловолокно или углеволокно. Это позволяет, например, сделать фильтр более легким. Корпус 110 фильтра может быть из гибкого материала, так что воздушный фильтр можно изгибать с приданием формы. Фильтр может быть расположен так, чтобы воздух проходил через направление глубины 10 корпуса фильтра и, соответственно, глубину фильтра. Фильтрующая плоскость 20 может быть расположена перпендикулярно этому направлению глубины. Фильтрующая плоскость проходит по всей глубине или части глубины корпуса фильтра.
Активный ингредиент предотвращает передачу инфекций путем инактивации переносящих инфекцию микроорганизмов. Он содержит множество частиц или состоит из множества частиц, имеющих ядро 120 из металлической меди с электропроводящим покрытием 122, которая может быть сформована в виде пленки, покрывающей ядро. Покрытие содержит серебро или состоит из серебра, в частности, металлического серебра. Соответственно, множество частиц может быть обеспечено в металлическом, электропроводящем состоянии. Для этого медь и/или серебро могут быть по существу чистыми. Следует отметить, что, хотя поверхность покрытия может подвергаться воздействию воздуха, который может окислять любое серебро на поверхности покрытия, это не следует понимать как изменение того факта, что покрытие в целом является электропроводящим или металлическим. Покрытие может быть по существу гомогенным. Покрытие может быть однородным или содержать наночастицы серебра, причем было обнаружено, что последнее наиболее полезно в различных применениях. В частности, внешняя поверхность покрытия может быть нерегулярной в микроскопическом масштабе, что позволяет металлическому серебру напрямую взаимодействовать с передающим инфекцию микроорганизмом одновременно в нескольких направлениях. Это может значительно снизить время инактивации. Металлический тип связывания обеспечивает множество частиц, и активный ингредиент, обеспечиваемый в виде электропроводящего покрытия для корпуса 110 фильтра, или нитяной сети 112 из него. Было обнаружено, что в некоторых приложениях, особенно для бактерий и вирусов, электрическое сопротивление в 0,015 +/- 0-0,005 Ом обеспечивает особенно эффективную инактивацию. Форма ядра может меняться, но в конкретных случаях ядро может быть по существу сферическим, что, как было обнаружено, обеспечивает превосходные результаты. Размер ядра может меняться, но было обнаружено, что микрочастицы, в частности, обеспечивают превосходные результаты при инактивации респираторных вирусов. Покрытие может соответствовать пленке из металлического серебра, покрывающей ядро. Покрытие может полностью покрывать ядро. Кроме того, она может быть относительно тонкой, в частности, меньше микрона. Она может иметь по существу постоянную толщину вдоль ядра. Покрытие может эффективно обеспечивать предотвращение естественного окисления меди активного ингредиента. Можно получить покрытые серебром частицы меди активного ингредиента, например, используя покрытое серебром медное проводящее покрытие.
Активный ингредиент может содержать смесь металлических частиц или состоять из смеси металлических частиц. Кроме множества частиц, смесь может содержать или состоять из дополнительных частиц 130, в частности, частиц серебра и/или частиц золота. Это позволяет использовать естественные антимикробные свойства любых частиц, в частности, серебра, меди и необязательно золота. В конкретном воплощении активный ингредиент состоит из множества частиц вместе с частицами серебра и/или частицами золота. Эти частицы также могут быть по существу чистыми и/или сферическими. Они могут представлять собой микрочастицы, которые, как было обнаружено, обеспечивают улучшенные эффекты инактивации. Поскольку эти частицы состоят из одного металла, он могут быть по существу гомогенными в своем объеме. Эти металлические частицы для активного ингредиента также могут быть получены с использованием металлического проводящего покрытия.
Связующее 140 воздухопроницаемо связывает активный ингредиент с корпусом фильтра 110, например, с его сетью 112. Для этого можно использовать любое сочетание латекса, полиметилметакрилата (ПММА) и полиуретана. В некоторых применениях, например, для нанесения покрытия погружением, эпоксидная смола и/или алкидная смола являются особенно эффективными, альтернативно или дополнительно к указанным выше примерам. Различные связующие можно использовать для связывания в зависимости от желаемых свойств, таких как механические и химические свойства. Некоторые связующие могут улучшать, например, долговечность, восприимчивость к ультрафиолетовому излучению и/или гибкость воздушного фильтра 100.
Корпус 110 фильтра или его внутренняя и/или внешняя поверхности в фильтрующей плоскости покрыты активным ингредиентом и связующим 140, обеспечивая внутреннее и/или внешнее покрытие для корпуса фильтра. Таким образом, корпус фильтра может быть по существу тщательно покрыт активным ингредиентом в фильтрующей плоскости. Это позволяет принуждать любые переносящие инфекцию микроорганизмы, проходя через корпус фильтра, подвергаться взаимодействию с активным ингредиентом. Расширенное внутренне покрытие корпуса фильтра в направлении глубины корпуса фильтра способствует расширенному взаимодействию между активным ингредиентом и любыми переносящими инфекцию микроорганизмами. Соответственно, обеспечение внутреннего покрытия для корпуса фильтра по всей его глубине можно использовать, чтобы максимально повысить взаимодействие. Внутреннее покрытие может проходить через корпус фильтра, включая как боковые направления, так и глубину. Связующее может быть обеспечено в виде вещества, которое затвердевает в процессе образования соединения для связывания активного ингредиента с корпусом фильтра. Затвердевание может происходить путем химического и/или физического процесса. Альтернативно или дополнительно, связующее может содержать дополнительный отверждающий агент и/или растворитель, или связывание может быть облегчено при использовании отверждающего агента и/или растворителя, который может быть удален, например, путем испарения при образовании связывания. Внутренняя и/или внешняя поверхности корпуса фильтра могут быть частично или полностью покрыты связующим и активным ингредиентом. В любом случае, внутреннее и/или внешнее покрытие может состоять только из связующего и активного ингредиента. В частности, внутреннее и/или внешнее покрытие может проходить через фильтрующую плоскость 120. Внутреннее и/или внешнее покрытие в фильтрующей плоскости 120 может быть гомогенным или по существу гомогенным, даже когда оно содержит смесь разного вида частиц. В частности, внутреннее и/или внешнее покрытие в фильтрующей плоскости может быть металлическим, так что его электропроводность является высокой.
На увеличенном изображении 30 фильтра 100 проиллюстрирована ситуация, когда активный ингредиент, содержащий множество частиц 120, 122, необязательно с дополнительными частицами 130, такими как частицы серебра и/или золота, встроен в корпус 110 фильтра для инактивации переносящих инфекцию микроорганизмов, проходящих через корпус фильтра. Любой такой микроорганизм, проходящий через корпус фильтра по глубине 10, должен проходить через фильтрующую плоскость 20, которая также может проникать в направлении глубины, например, на всю толщину корпуса фильтра. Корпус 110 фильтра может иметь нитяную сеть 112, образующую каркасную структуру, в которой активный ингредиент может быть связан со связующим 140. Сетчатая структура позволяет активному ингредиенту эффективно и легко распределяться внутри фильтрующей плоскости или по всему корпусу фильтра. Связывание с корпусом фильтра можно осуществить так, чтобы обеспечить прямое взаимодействие активного ингредиента с микроорганизмами. Это может включать химическое и/или физическое взаимодействия, такое как электрическое взаимодействие. Активный ингредиент может быть распределен по существу гомогенно в виде внутреннего покрытия корпуса фильтра в одном или обоих боковых направлениях и/или по глубине.
Активный ингредиент или множество содержащихся в нем частиц можно обеспечить, например, в виде пигмента, такого как покрывающий пигмент. Его можно наносить на корпус 110 фильтра путем нанесения покрытия способом, известным специалисту в области нанесения покрытия на поверхность. Важно, активный ингредиент может быть обеспечен в электропроводящей форме. Следовательно, пигмент также является металлическим пигментом. В некоторых воплощениях повышение электропроводности можно использовать для обеспечения повышения инактивации микроорганизмов.
Активный ингредиент и/или связующее 140 можно нанести на корпус фильтра 110, например, путем распыления покрытия и/или нанесения покрытия погружением. Это позволяет при необходимости нанести внутреннее и/или внешнее покрытие на корпус фильтра. Такое нанесение покрытия может быть выполнено частично или полностью автоматизированной системой. Нанесение покрытия распылением можно особенно эффективно использовать для нанесения нижнего слоя активного ингредиента, в то время как нанесение покрытия погружением может быть особенно эффективным для нанесения верхнего слоя активного ингредиента, что измеряется тем, как далеко по глубине корпуса фильтра проникает покрытие в абсолютных величинах. В обоих случаях, толщину покрытия можно точно регулировать с помощью известных связующих. Например, внутреннее и/или внешнее покрытие для корпуса фильтра может иметь эффективную толщину 10-50 микрометров, но она также может быть меньше или больше в зависимости от применения. Было обнаружено, что эффективную толщину 15-30 микрометров можно использовать в различных применениях для обеспечения улучшенных результатов. В данной заявке используют выражение «эффективная толщина», так как следует понимать, что толщина внутреннего и/или внешнего покрытия может варьировать вдоль корпуса фильтра, и он может даже в десять раз превышать эффективную толщину, если структура корпуса фильтра допускает агломерацию покрытия. Следовательно, эффективная толщина может в данной заявке относиться к толщине покрытия в основной части корпуса фильтра с покрытием. Корпус фильтра может быть покрыт с использованием добавки для снижения или снятия поверхностного напряжения для снижения такой агломерации. Это также позволяет улучшить воздухопроницаемость воздушного фильтра. Связующее и активный ингредиент можно нанести на корпус фильтра по отдельности или в виде смеси. В любом случае, связывание может быть сформировано, как по существу гомогенная смесь активного ингредиента и связующего, возможно включающая отверждающий агент и/или растворитель. Разбавитель можно использовать для облегчения проникновения активного ингредиента и/или связующего в корпус фильтра. Это относится к способам нанесения покрытия, описанным ниже.
В качестве примера установки для нанесения покрытия погружением, воздушный фильтр 100 может быть изготовлен путем погружения корпуса 110 фильтра в ванну жидкости, содержащей активный ингредиент. Установка может содержать циркуляционный насос, который можно использовать для циркуляции жидкости через корпус фильтра. Для повышения производительности процесса можно применять непрерывную циркуляцию. Установка также может содержать один или более смесителей для смешивания жидкости и, таким образом, улучшать гомогенность. При этом по существу гомогенную жидкость можно получить даже с активным ингредиентом, содержащим относительно тяжелые металлические частицы. Можно использовать одну или более добавок для снижения или снятия поверхностного напряжения, как указано выше. Кроме того, можно использовать добавку, предупреждающую отслоение покрытия, для снижения отслоения покрытия.
В качестве примера нанесения покрытия распылением, активный ингредиент можно нанести в виде текущей среды. Для различных применений особенно эффективное покрытие можно получить с текучей средой, имеющей вязкость 12-30 секунд, в частности 13-18 секунд, по данным измерений с помощью вискозиметрической воронки DIN4. Вязкость можно регулировать путем включения в текучую среду разбавителя.
В обоих приведенных выше случаях связующее 140 можно нанести вместе с активным ингредиентом или по отдельности, например, тем же способом, что и перед нанесением активного ингредиента.
Воздушный фильтр 100 может содержать один или более воздухопроницаемых постфильтров 150. Они могут быть расположены напротив корпуса 110 фильтра для предотвращения утечки переносящих инфекцию микроорганизмов из корпуса фильтра, например, вблизи корпуса фильтра или даже в прямом контакте с корпусом фильтра. В частности, корпус фильтра может быть зажат между двумя такими постфильтрами. Два постфильтра в данной заявке могут иметь одинаковые или разные фильтрующие свойства в сравнении друг с другом. Применение постфильтра позволяет предотвратить утечку переносящих инфекцию микроорганизмов из корпуса фильтра, тем самым увеличивая взаимодействия между микроорганизмами и активным ингредиентом. Это может значительно увеличивать инактивацию как для личного использования, так для применения в расширенном пространстве. Постфильтр может, например, представлять собой тканевый и/или бумажно-тканевый фильтр. Хотя постфильтр можно устанавливать в асимметричном направлении в отношении воздушного фильтра, это не является обязательным. Воздушный фильтр может быть установлен относительно постфильтра так, чтобы функционировать также как префильтр.
В целом, воздушный фильтр 100 может быть обеспечен в виде симметричного фильтра, так что его фильтрующие свойства не зависят от направления воздушного потока в направлении глубины. С другой стороны, хотя корпус 110 фильтра с активным ингредиентом может быть обеспечен в виде симметричного фильтра грубой очистки, он все же может быть асимметрично объединен с одним или более постфильтрами 150 для обеспечения асимметричного воздушного фильтра. Симметричность обеспечивает простоту применения и снижение риска неправильного применения. С другой стороны, она обеспечивает равное и одновременное использование воздушного фильтра для предотвращения передачи инфекций как для вдыхаемого воздуха, так и выдыхаемого воздуха, например, в маске для лица.
Воздушный фильтр 100 может также содержать электрическое соединение для направления электрического тока в активный ингредиент. Это можно использовать для улучшения инактивирующей способности воздушного фильтра, например, путем снижения времени инактивации для инактивации переносящих инфекцию микроорганизмов. Хотя он может использоваться как для личного применения, так и в воздушных фильтрах для расширенного пространства, особенно полезные применения можно найти для воздушного фильтра для блока обработки воздуха. Электрическое соединение может включать проводное и/или беспроводное соединение для направления электрического тока в активный ингредиент. Воздушный фильтр или устройство, содержащее воздушный фильтр, может содержать источник электроэнергии для обеспечения электрического тока.
На фиг. 2 проиллюстрирован способ 200 согласно примеру. Согласно данной заявке, активный ингредиент, содержащий множество частиц, имеющих ядро из металлической меди с электропроводящим покрытием, содержащим серебро или состоящим из серебра, можно использовать 210 для инактивации переносящих инфекцию микроорганизмов. Для этого активный ингредиент может быть расположен так, что он может входить в прямой контакт с микроорганизмами. Контакт может повторяться и/или продлеваться по времени, например, внутри материала фильтра, что позволяет увеличивать вероятность инактивации микроорганизмов. Таким образом, передача инфекции микроорганизмами может быть предотвращена 220 путем фильтрации воздуха активным ингредиентом.
На фиг. 3 проиллюстрированы некоторые результаты испытаний, полученные для активного ингредиента. В данной заявке изучали способность активного ингредиента инактивировать SARS-CoV-2. Сплошная линия соответствует свежему образцу, пунктирная линия активно используемому образцу. Две оставшиеся линии относятся к контрольным образцам: пунктирная линия с одной точкой соответствует поверхности меди, а пунктирная линия с двумя точками соответствует покрытой пластиком металлической поверхности, что можно считать примером корпуса фильтра без покрытия. Испытание проводили в лаборатории уровня биобезопасности 3 (BSL-3) с живым SARS-CoV-2 из образца культивированного вируса. Образец вируса наносили на активный ингредиент, а также контрольные материалы и давали высохнуть на воздухе при комнатной температуре в течение от 1 до 30 минут. По истечение этого времени инкубации образец вируса добавляли к чувствительным к нему культуральным клеткам и проверяли жизнеспособность вируса, позволяя вирусу инфицировать эти клетки в течение по меньшей мере 5 дней. В течение этого времени, если вирус является жизнеспособным, он будет вызывать видимый цитопатический эффект на культуральные клетки. Кроме того, все образцы были проверены методом количественной ПЦР с детекцией в реальном времени (qRT-PCR) для измерения уровня копий вирусной ДНК (относительное количественное определение). Результаты представлены как qRT-PCR Ct-величины (низкие значения соответствуют большому количеству ДНК вируса). Цитопатический эффект не наблюдается, когда Ct-значение составляет >30, что означает отсутствие инфекционных частиц. Вместе эти данные могут быть использованы для демонстрации того, что в условиях испытания активный ингредиент инактивирует вирус менее чем за одну минуту контакта. В использованном образце вирусная РНК все еще обнаруживается через 1 минуту, но это, вероятно, представляет собой неинфекционные частицы, поскольку в культуре клеток не наблюдалось цитопатического эффекта.
Другой испытательный пример проведен в отношении бактерий. В данной заявке использовали способ испытания DM-DCLD-SOP-CP-2030. Образец с активным ингредиентом обрабатывали известным количеством испытуемых бактерий и давали высохнуть на воздухе при комнатной температуре (10 минут) на площади диаметром 65 мм, после чего измеряли количество выживших бактерий путем нанесения покрытия на поверхность контактным методом и вычисляли редукцию в течение некоторого периода времени путем сравнения с контрольным образцом. На основании проведенного испытания, была отмечена полная редукция испытуемых бактерий на образце через 10 секунд после высыхания посевного материала. Результаты представлены ниже в таблице 1, где КОЕ обозначает колониеобразующую единицу.
Если не указано иное, различные функции, обсуждаемые в данной заявке, можно осуществлять в различном порядке и/или одновременно друг с другом.
Любой диапазон или значение устройства, приведенное в данной заявке, может быть расширено или изменено без потери желаемого эффекта, если не указано иное. Кроме того, любой пример может быть объединен с другим примером, если это явно не запрещено.
Хотя объект данного изобретения был описан в отношении структурных особенностей и/или действий, следует понимать, что объект, охарактеризованный в прилагаемой формуле изобретения, не обязательно ограничивается конкретными признаками или действиями, описанными выше. Скорее, конкретные признаки и действия, описанные выше, раскрыты в качестве примеров реализации формулы изобретения, и другие эквивалентные признаки и действия включены в объем формулы изобретения.
Следует понимать, что описанные выше эффекты и преимущества могут относиться только к одному воплощению или могут относиться к нескольким воплощениям. Воплощения не ограничиваются теми, в которых решают любую или все из поставленных задач, или теми, которые имеют какие-то или все из указанных эффектов или преимуществ. Следует также понимать, что ссылка на элемент в единственном числе может относиться к одному или более таких элементов.
Термин «содержащий» используют в данной заявке для обозначения включения указанных способа, блоков или элементов, но при этом такие блоки или элементы не содержат исключительный список, и способ или устройство может содержать дополнительные блоки или элементы.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на конкретный тип устройства и/или способа, следует понимать, что изобретение не ограничивается каким-то конкретным типом устройства и/или способа. Хотя предложенные изобретения были описаны со ссылкой на ряд примеров, воплощений и реализаций, настоящая группа изобретений не ограничивается этим, а скорее охватывает различные модификации и эквивалентные конструкции, которые подпадают в объем формулы изобретения. Хотя различные примеры были описаны выше с некоторой степенью конкретизации или со ссылкой на одно или более отдельных воплощений, специалисты в данной области техники могут внести многочисленные изменения в раскрытые примеры, не выходя за рамки этого описания.
1. Воздушный фильтр для предотвращения передачи инфекций, содержащий:
воздухопроницаемый корпус фильтра;
активный ингредиент, содержащий множество частиц, имеющих ядро из металлической меди с электропроводящим покрытием, содержащим серебро, и
связующее для связывания активного ингредиента с воздухопроницаемым корпусом фильтра.
2. Воздушный фильтр по п. 1, в котором корпус фильтра содержит нитяную сетку.
3. Воздушный фильтр по любому из предшествующих пунктов, в котором активный ингредиент содержит по меньшей мере 90 процентов по массе множества частиц.
4. Воздушный фильтр по любому из предшествующих пунктов, в котором активный ингредиент содержит дополнительные металлические частицы, которые представляют собой частицы серебра и/или частицы золота.
5. Воздушный фильтр по п. 4, в котором активный ингредиент содержит 1-10 процентов по массе дополнительных частиц.
6. Воздушный фильтр по любому из предшествующих пунктов, в котором множество частиц являются микрочастицами.
7. Воздушный фильтр по любому из предшествующих пунктов, в котором толщина покрытия меньше микрометра.
8. Воздушный фильтр по любому из предшествующих пунктов, содержащий электрическое соединение для направления электрического тока в активный ингредиент.
9. Воздушный фильтр по любому из предшествующих пунктов, в котором связующее выбирают из группы, состоящей из алкидной смолы, эпоксидной смолы, латекса, полиметилметакрилата (ПММА) и полиуретана.
10. Воздушный фильтр по любому из предшествующих пунктов, содержащий первый воздухопроницаемый пост-фильтр, расположенный напротив корпуса фильтра для предотвращения утечки переносящих инфекцию микроорганизмов из корпуса фильтра.
11. Воздушный фильтр по п. 10, содержащий второй воздухопроницаемый постфильтр, расположенный напротив корпуса фильтра для снижения утечки переносящих инфекцию микроорганизмов из корпуса фильтра, в котором корпус фильтра зажат между первым и вторым постфильтрами.
12. Маска для лица, содержащая воздушный фильтр по любому из предшествующих пунктов для фильтрации воздуха для дыхания.
13. Устройство вентиляции и/или кондиционирования воздуха, содержащее воздушный фильтр по любому из пп. 1-11 для фильтрации воздуха, проходящего через устройство.
14. Способ предотвращения передачи инфекций путем фильтрации с активным ингредиентом, содержащим множество частиц, имеющих ядро из металлической меди с электропроводящим покрытием, содержащим серебро.
15. Применение активного ингредиента, содержащего множество частиц, имеющих ядро из металлической меди с электропроводящим покрытием, содержащим серебро, для инактивации переносящих инфекцию микроорганизмов.
