新冠肺炎疫情暴發(fā)以來,各行各業(yè)都在為抗擊疫情貢獻(xiàn)力量。北京化工大學(xué)有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高分子材料先進(jìn)制造英藍(lán)團(tuán)隊(duì)也是如此。他們把實(shí)驗(yàn)室改造成工廠,利用自身的科研優(yōu)勢(shì)和技術(shù)特長(zhǎng),研發(fā)生產(chǎn)出抗擊疫情的“三把利器”,那就是3D復(fù)印護(hù)目鏡、“彩虹絲”納米纖維膜口罩和“新風(fēng)正氣”防冠面罩。
3D復(fù)印護(hù)目鏡:保障抗疫一線人員健康
“我們自主研發(fā)的這款3D復(fù)印護(hù)目鏡,制造一副僅需半分鐘?!痹搶?shí)驗(yàn)室謝鵬程教授介紹說,3D復(fù)印護(hù)目鏡是實(shí)驗(yàn)室響應(yīng)國(guó)家號(hào)召應(yīng)急啟動(dòng)的科技戰(zhàn)疫項(xiàng)目產(chǎn)品。
3D打印已經(jīng)為大家所熟知,但3D復(fù)印的概念卻鮮為人知。據(jù)該實(shí)驗(yàn)室楊衛(wèi)民教授介紹,3D復(fù)印技術(shù)是在對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)或?qū)嶓w掃描建模的基礎(chǔ)上,根據(jù)材料PVT特性參數(shù)進(jìn)行模具型腔智能規(guī)劃,再通過3D打印增材制造或數(shù)控切削減材制造模具,最后通過智能模塑成型裝備高效率、高精度地制造出相同形狀特征的批量產(chǎn)品。
據(jù)謝鵬程介紹,3D復(fù)印護(hù)目鏡使用聚碳酸酯為原料,透明度高,對(duì)皮膚無毒無害,特別是對(duì)人體的貼合性好。他們還充分考慮長(zhǎng)期佩戴時(shí)可能出現(xiàn)的問題,用于一線醫(yī)務(wù)工作者、社區(qū)服務(wù)人員與病患近距離接觸時(shí)的疫情防護(hù)再好不過。
該實(shí)驗(yàn)室室制造出的護(hù)目鏡近1萬副,已為湖北武漢、孝感等多地抗疫一線的環(huán)衛(wèi)工人提供健康防護(hù),同時(shí)還捐贈(zèng)給北京、湖南、遼寧、山西、河南等地的醫(yī)院和北京環(huán)衛(wèi)集團(tuán)、中信環(huán)境、中國(guó)石化等抗疫一線單位。
“彩虹絲”納米纖維膜口罩:讓新冠病毒走入“迷宮”
“彩虹收雨,光風(fēng)霽月”,這是中國(guó)科學(xué)院段雪院士為該實(shí)驗(yàn)室所研制的“彩虹絲”納米纖維膜高性能口罩的題詞?!安屎缃z”納米纖維直徑正好是可見光的波長(zhǎng)范圍(370-780納米),它也是由此而得名的。
新型冠狀病毒顆粒尺寸在100納米左右,而熔噴布的纖維直徑在微米尺度,構(gòu)造網(wǎng)孔大于病毒本身,因此要靠靜電吸附才能有效攔截病毒。而“彩虹絲”納米纖維阻擋病毒的方式是通過納米尺度長(zhǎng)纖維層疊,形成錯(cuò)綜復(fù)雜的微孔通道,讓病毒像走“迷宮”一樣被攔截,因而酒精消毒或水洗后,其阻隔病毒功能衰減的程度也較輕。
據(jù)研究人員介紹,纖維直徑從微米到納米的跨越一直是該領(lǐng)域的一大難題。北京化工大學(xué)英藍(lán)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過十多年的不懈堅(jiān)持,才終于突破傳統(tǒng)毛細(xì)管電紡的慣性思維局限,創(chuàng)新提出熔體微分新概念和聚合物熔融電紡的新方法。他們從單噴頭開始試驗(yàn),經(jīng)過4噴頭、32噴頭到64噴頭的不斷探索,最終才取得“零溶劑”聚合物納米纖維綠色制造技術(shù)的創(chuàng)新突破,實(shí)現(xiàn)納米級(jí)“彩虹絲”聚合物納米纖維膜的批量生產(chǎn)。
“新風(fēng)正氣”防冠面罩:為醫(yī)護(hù)人員提供專業(yè)保護(hù)
“很多一線醫(yī)護(hù)人員是采用封閉式護(hù)目鏡與口罩分別佩戴的形式。這種方式存在一定缺陷,一方面由于醫(yī)生佩戴護(hù)目鏡后導(dǎo)致面部傷痕累累,這會(huì)增加感染的幾率;另一方面,醫(yī)院病患輕重不一,環(huán)境污染濃度不斷增大,交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)很大?!睏钚l(wèi)民介紹說,他們按照化工裝置對(duì)于有毒氣體密封和凈化排放的原理,提出為醫(yī)護(hù)人員開發(fā)專用面罩的想法,并起名為“新風(fēng)正氣”防冠面罩。
“新風(fēng)正氣”防冠面罩的制造思路是可將呼和吸的氣體進(jìn)行分流,與現(xiàn)有面罩呼吸氣體混雜的情況完全不同,可大幅降低二氧化碳和病毒被再次吸入的概率,使醫(yī)護(hù)人員呼吸安全性顯著提升。思路有了,行動(dòng)也立馬跟上,實(shí)驗(yàn)室全體成員在2周內(nèi)快速完成樣機(jī)制造和調(diào)試,隨后利用3D打印技術(shù)與3D復(fù)印技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。目前,該實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的“新風(fēng)正氣”防冠面罩已小批量投產(chǎn),形成月產(chǎn)100套生產(chǎn)能力。
此外,該實(shí)驗(yàn)室還研發(fā)新冠肺炎患者可以佩帶的面罩。他們?cè)诜雷o(hù)模式基礎(chǔ)上增加在線消毒功能單元,將呼出氣體引入消毒單元,通過“彩虹絲”濾膜將病毒攔截后采用75%酒精進(jìn)行消殺,實(shí)現(xiàn)呼出氣體的安全排放。
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