如何利用紅外溫度傳感器設(shè)計一個口罩消毒裝置

本方案是用于冠狀病毒（SARS-CoV-2）的UV-C/熱、Arduino控制的面罩消毒裝置。

口罩消毒裝置

UV-C/加熱，Arduino控制，用于冠狀病毒（SARS-CoV-2）的面罩消毒裝置

介紹

FFP1和FFP2口罩是疫情期間不可缺少的防護(hù)要素。它們旨在一次性使用，但在危機(jī)期間，重復(fù)使用是不可避免的，并且需要消毒機(jī)制（1）?。在持續(xù)的SARS-CoV-2大流行期間，醫(yī)院、醫(yī)療中心和研究機(jī)構(gòu)對這些口罩實施了不同的消毒機(jī)制，通常涉及紫外線殺菌照射（UVGI）和/或某種熱量。盡管如此，這些方法并不適用于許多脆弱的人群，但由于短缺，這些口罩的重復(fù)使用已成為唯一的選擇。有證據(jù)表明，即使在7天后，SARS-CoV-2在外科口罩的表面仍非常穩(wěn)定，因此對可行的口罩消毒方法的需求進(jìn)一步增加（2）?。

該項目旨在創(chuàng)造一種低成本的便攜式設(shè)備，可以有效地利用UVGI和干熱對來自SARS-CoV病毒體的口罩進(jìn)行消毒，并且可以由需要的人輕松復(fù)制。

DIY消毒裝置制作說明

設(shè)備設(shè)置圖

溫度必須保持在65+/-5°C的范圍內(nèi)

燈管必須提供UV-C波長。

消毒循環(huán)持續(xù)時間至少為30分鐘。（建議：不超過30分鐘，以獲得更安全的范圍，以避免潛在的面罩退化和功能喪失。）

設(shè)備尺寸

第一次熱測試

加熱系統(tǒng)的制作

一個直徑為22厘米（感應(yīng)兼容）的煎鍋，手柄已拆除。

用鋁箔蓋住煎鍋以反射UV-C光。

在盒子/設(shè)備底面的中心開一個20厘米的孔。

為了保持煎鍋的位置，請使用四個金屬支架，如圖所示。

重要提示：煎鍋不應(yīng)接觸盒子的木頭，因為它會降低熱效率。因此，必須根據(jù)下圖選擇合適的孔直徑并塑造金屬支架：

頂蓋的制作

UV-C系統(tǒng)

對于該設(shè)備中的UV-C源，使用了“水族館消毒器”套件中的11W燈泡。如圖所示，UV-C燈泡被取出并安裝到燈泡兩端的頂蓋上。燈泡的安裝方法是在頂蓋上開4個孔，并使用扎帶/扎線帶和軟墊牢固地固定燈泡。頂部表面覆蓋有鋁以反射紫外線輻射。

隨意使用其他來源的UV-C燈。如果您無法接觸到水晶管（在本項目中使用），請不要使用玻璃作為替代品，因為玻璃會阻擋紫外線輻射。

制作線架-放置面罩

面罩將放置在金屬架的頂部。I線架使用銅細(xì)線制成，每根線相距30毫米。線架位于底面上方120毫米處。通過將電線穿過盒子前后表面上的小孔，將電線架固定在一起。

設(shè)置Arduino和傳感器

Arduino概述

材料清單

ArduinoUNORev3

格羅夫基礎(chǔ)護(hù)盾V2，0

Grove紅外溫度傳感器

格羅夫光傳感器（P）

按鈕

壓電揚聲器

四位字母數(shù)字顯示器-白色0.54“數(shù)字，帶I2C背包

墻上適配器電源12VDC

溫度和光線傳感器：

Arduino控制

INIT：在此狀態(tài)下，LED顯示指示溫度，但您必須等待它達(dá)到閾值（70°C）才能在COUNT狀態(tài)下開始循環(huán)計數(shù)

計數(shù)：從30到0的分鐘數(shù)顯示在LED顯示屏上，溫度旁邊。在溫度過低的情況下，或者如果紫外線燈關(guān)閉，狀態(tài)將變?yōu)镋RR。

END：這是經(jīng)過時間結(jié)束時的正常狀態(tài)。演講者會做廣告。按下按鈕再次進(jìn)入INIT。

ERR：這是錯誤狀態(tài)，如果溫度太低或紫外線燈關(guān)閉，它將被激活。演講者會做廣告。按下按鈕再次進(jìn)入INIT。

警報

報警條件很少-如果報警開啟，揚聲器上會有特定的音序，LED顯示屏上會顯示消息。

報警條件：1）如果系統(tǒng)處于ERR狀態(tài)（UV燈關(guān)閉/丟失或溫度太低）2）如果溫度太高（超過75°C）

用戶手冊

1.將盒子放在感應(yīng)（或電阻）爐灶的頂部。

2.打開Arduino的電源。

3.關(guān)閉盒子，以電磁爐功率的70~80%開始加熱。

4.等到溫度達(dá)到60°C。現(xiàn)在將電磁爐的變化功率降低到30%。

5.現(xiàn)在您可以打開設(shè)備，將口罩放入并關(guān)閉設(shè)備。

7.按下按鈕開始=》應(yīng)顯示剩余時間（30分鐘）。

8.從現(xiàn)在開始，您只需等待時間減少到00分鐘，揚聲器上就會有信號。

9.要從初始狀態(tài)重新開始新的循環(huán)，只需按下按鈕。

備注：當(dāng)計時器正在計算經(jīng)過時間（COUNT狀態(tài)）時，Timer和Temperature顯示之間的小點將以1秒的節(jié)奏閃爍。

溫度循環(huán)

病毒的熱滅活

自巴斯德時代以來，人們就知道通過通常低于100°C的濕熱去除微生物的能力。在該設(shè)備中，我們實施了干熱，據(jù)報道，這可以有效消除SARS-CoV的傳染性。分析表明，病毒在56°C下在30-90分鐘內(nèi)大量滅活，在65°C下幾乎完全滅活20-60分鐘，在75°C下在30-45分鐘內(nèi)完全滅活（7，8）?。此外，最近的一項研究表明，在56°C下孵育30分鐘或在70°C下孵育5分鐘后，SARS-CoV-2失去了所有可檢測的傳染性（2）?。

根據(jù)這些證據(jù)和關(guān)于這些消毒方法對面罩功能影響的額外考慮——這將在下一節(jié)中解釋——，我們決定將與設(shè)備一起使用的協(xié)議的熱暴露設(shè)置為65℃30分鐘。

面罩上的殺菌協(xié)議

到目前為止，我們已經(jīng)提供了有關(guān)對與我們打算對其進(jìn)行消毒的口罩不同的樣本進(jìn)行病毒消毒的證據(jù)。因此，我們在這里介紹一些關(guān)于我們打算使用的同一類型口罩的病毒消毒報告。

使用約1J/cm2的UVGI（10）?、約18J/cm2的UVGI或65±5°C的濕熱在3小時內(nèi)消毒口罩對流感病毒有效（11）?。沒有關(guān)于用冠狀病毒對口罩進(jìn)行消毒的研究，但由于流感病毒也是ssRNA病毒，因此可以預(yù)期類似的效果。

結(jié)論

考慮到收集到的證據(jù)和設(shè)備的技術(shù)細(xì)節(jié)，我們決定將消毒協(xié)議設(shè)置為UVC照射30分鐘和65±5°C的干熱?？紤]到設(shè)備達(dá)到所需溫度和光強(qiáng)度所需的時間，必須計算該時間。單獨使用這些規(guī)格的UVC或加熱應(yīng)該足以消除幾乎所有的SARS-CoV-2傳染性，并且兩者的同時作用應(yīng)該將該方法的有效性提高到更安全的水平。

安全考慮

?UVC輻射對皮膚和眼睛有害。只有在盒子關(guān)閉時才應(yīng)打開UVC燈泡。

?小心盒子的金屬部件，加熱后可能會很熱并可能灼傷皮膚。

免責(zé)聲明

根據(jù)現(xiàn)有的科學(xué)證據(jù)，消毒方案可能會消除幾乎所有的SARS-CoV傳染性，并且肯定會使口罩比不進(jìn)行任何消毒更安全地重復(fù)使用。但是，Needlab和從事該項目的成員對該設(shè)備的使用不承擔(dān)任何責(zé)任。它的設(shè)計是出于善意，并盡我們所知和能力，但必須聲明以下內(nèi)容：

在使用該設(shè)備滅活SARS-CoV-2方面尚未進(jìn)行適當(dāng)?shù)膶嶒炇覝y試，也無法事先自信地評估對口罩過濾能力的實際影響。設(shè)備和本指南的使用是一個自由決定。