醫(yī)用口罩防護有效性的智能指示標簽研究進展

陳億洋，張新林，楊丹，張靜怡，劉輝，石佳子，李東立，付亞波

醫(yī)用口罩防護有效性的智能指示標簽研究進展

陳億洋，張新林，楊丹，張靜怡，劉輝，石佳子，李東立，付亞波

（北京印刷學院 印刷包裝材料與技術(shù)北京市重點實驗室，北京 102600）

為解決人們?nèi)粘Ｅ宕骺谡种械姆雷o有效性問題，闡述醫(yī)用口罩過濾機理和過濾效率，綜述智能指示標簽在智能口罩方面研究現(xiàn)狀和應(yīng)用進展。從醫(yī)用口罩的防護性能出發(fā)，分析醫(yī)用口罩中智能指示標簽的應(yīng)用現(xiàn)狀，分別對氣體、濕度和病毒進行了智能指示標簽方面的研究綜述。依據(jù)酸堿指示劑顏色變化、濕敏效應(yīng)、抗原–抗體特異性結(jié)合等，以實時監(jiān)測濕度、CO2含量及病毒成分，從而判定醫(yī)用口罩的防護性能。闡明了智能標簽在醫(yī)用口罩防護有效性指示方面的研究進展和工作機理，為智能標簽在醫(yī)療防護方面的創(chuàng)新應(yīng)用提供了思路。

醫(yī)用口罩；過濾效率；影響因素；智能指示標簽

由于疫情對人體健康和日常生活造成影響，醫(yī)用口罩的佩戴已經(jīng)成為了人們出行的標配，但是人們在佩戴過程中不能對口罩的防護有效性進行直觀判斷，往往會出現(xiàn)以下情況：口罩仍具備防護有效性時便將口罩拋棄；或因為累計佩戴時間過長，口罩防護性受損，但仍在佩戴使用。因此需要對口罩使用過程中的防護有效性有一定的判定依據(jù)。目前，用于醫(yī)用口罩防護有效性的智能指示標簽的研究較少，因此智能標簽與口罩結(jié)合的研究在未來有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＶ悄軜撕炛饕譃?種：診斷檢測類和信息技術(shù)類[1]。本文主要涉及的是具有檢測功能的標簽，包括氣體指示標簽、病毒指示標簽等，可通過標簽顏色的變化來判定相應(yīng)監(jiān)測結(jié)果；而信息技術(shù)類的標簽，如無線射頻識別標簽（RFID）等，其可與二氧化碳（CO2）氣體柔性傳感器等結(jié)合，以獲取更詳細的信息數(shù)據(jù)。

醫(yī)用N95口罩和醫(yī)用外科口罩的理論佩戴使用時效為4～6 h[2]，從口罩使用期限內(nèi)的影響因素入手，使用智能傳感器監(jiān)測實時狀態(tài)和運用比色指示標簽判定是否具備防護有效性能。綜上，在不影響口罩防護性能的前提下，可以將智能指示標簽與醫(yī)用口罩結(jié)合使用；隨著互聯(lián)網(wǎng)和智能數(shù)字化的逐漸普及，智能指示標簽也將與信息技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)信息交互功能，使用者能通過智能設(shè)備獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，同時可以向設(shè)備進行狀態(tài)反饋，為人們?nèi)粘Ｔ谂宕骺谡殖鲂袝r帶來更多便利。

1 口罩的材料結(jié)構(gòu)與過濾機理

口罩的功能主要是防御外界的顆粒物和病菌等，而口罩類型的不同會導致抵御能力的不同[3]。醫(yī)用外科口罩、N95口罩對細菌過濾效率大于95%[4-5]，對非油性顆粒分別大于30%和95%[6-7]。差異有：外觀形狀，導致貼合程度有所差異；過濾層厚度、面密度越大，防御能力越好；纖維直徑越小，孔徑越大，過濾效率越低[8]。過濾的一般類型可以有固–液或固–氣分離[9]，過濾層的防護效能原理如圖1所示，包括：布朗運動[10-11]、物理攔截[12]、慣性沖擊[13]、靜電吸附[14-15]、沉降作用[16]，例如當病毒等試圖穿過口罩時，往往會因為靜電吸附效應(yīng)吸附在纖維表面。

圖1 熔噴纖維防護效能示意圖[12]

醫(yī)用N95口罩呈拱狀設(shè)計，與面部緊密貼合，可防止顆粒物等產(chǎn)生的不良感染[17]，其過濾層面密度約為55～60 g/m2。其材料結(jié)構(gòu)[18]：最外層為非織造的聚丙烯（PP），具備疏水性，阻隔外界水分；第2層為熔噴形成的非織造布PP過濾層，能有效過濾外界非油基顆粒物，抑制氣溶膠穿過[19]；第3層為改性的聚丙烯腈纖維支撐層，起到構(gòu)造口罩輪廓和支撐的作用；最內(nèi)層仍為非織造PP，防止了口罩內(nèi)部水分進入到過濾層中，以延長口罩使用壽命[20]。醫(yī)用外科口罩過濾層面密度約為20～30 g/m2，材料結(jié)構(gòu)如圖2所示[21]，中間層數(shù)越多，阻隔功能越好。醫(yī)用外科口罩的纖維直徑、平均孔徑普遍大于N95口罩的，平均厚度、面密度普遍小于N95口罩的[22]。

圖2 醫(yī)用口罩的普遍結(jié)構(gòu)示意圖[21]

2 基于醫(yī)用口罩有效防護性的智能指示標簽研究

影響醫(yī)用口罩過濾效率的因素（如圖3所示）[23]：濕度，高濕的氣氛環(huán)境下靜電荷不易儲存；氣體成分，如CO2，呼出的氣體成分輕微溶脹熔噴布表面，加速電荷逸出；病毒、顆粒物，過濾層纖維吸附顆粒影響儲電吸附。依據(jù)醫(yī)用口罩理論使用時效最低時長為預(yù)警點來進行智能監(jiān)測。在眾多影響因素中，濕度、CO2、病毒含量是智能指示標簽較易監(jiān)測的類型，除了能使用依據(jù)顏色變化來預(yù)估濕度和CO2含量的比色標簽，還能使用柔性傳感器來獲得濕度和CO2捕獲量的準確數(shù)值。此外，當口罩上吸附有呼吸道病毒時，生物傳感器也能靈敏高效地檢測出來。因此，濕度、CO2吸附含量的度量以及是否含有特定目標病毒將成為判定醫(yī)用口罩使用時限內(nèi)防護有效性的重要依據(jù)。

圖3 過濾效率影響因素

2.1 柔性濕度傳感器

長時間佩戴口罩，濕氣匯集，易滋生細菌，造成呼吸道疾病，危害人體健康。一般在相對濕度為50%以下時，電荷更易儲存[24]。為了測量醫(yī)用口罩防護的有效性，將正常成年人在最低理論使用時長下，平穩(wěn)呼吸所測得的濕度比色情況或濕度阻值為基準點。當人體處于不同環(huán)境狀態(tài)，例如，佩戴口罩運動時，通氣量將急速上升，從5 L/min增加到100 L/min以上，且呼吸頻率也會加快，此時口罩吸收的水分將增多，往往很快就不能起到防護效果，這時測得與4 h正常呼吸狀態(tài)下的顏色變化相匹配或濕度值相適應(yīng)時，可大致判斷其防護性可能處于無效狀態(tài)，起到直觀的預(yù)警作用。因此，不僅可以通過對濕度比色標簽的顏色變化情況進行比對，也可以運用柔性傳感器來監(jiān)測濕度含量，通過濕度引起的電阻等變化指標來達到對濕度的監(jiān)測[25-26]。如今有很多研究將濕度傳感器置于口罩內(nèi)部，通過電阻變化來觀察佩戴者的呼吸頻率變化，或進行濕度監(jiān)測。

王思睿[27]用噴墨打印技術(shù)將銀油墨打印到柯達相紙等無濕敏材料上。為了探討PVA與紙基結(jié)合后對靈敏度的影響，在紙基表面增加100 μm厚的PVA薄膜，當相對濕度從30%增加到90%時，紙基介電常數(shù)從3.2增到4.2，PVA介電常數(shù)從6.1增到41，比純紙基傳感器偏移量增加190 MHz，比PET基膜厚為100 μm的PVA傳感器偏移量增加140 MHz。此外，研究將RFID技術(shù)融入其中，能做到無接觸式的快速信息獲取及儲存，遠程監(jiān)測口罩濕度環(huán)境。

Yang等[28]采用光刻和磁控濺射法制備了一種基于MoO3納米片的柔性濕度傳感器，當相對濕度從0增到100%時，快速響應(yīng)和恢復時間分別小于0.4 s和2 s；當相對濕度從0增到40%時，快速響應(yīng)和恢復時間分別小于0.3 s和0.5 s；在0°～120°彎曲1 500次后，測得電阻仍然相對穩(wěn)定；CO2不會對測得的電阻產(chǎn)生影響，器件對濕度監(jiān)測具備高選擇測試性。這類柔性傳感器與口罩結(jié)合使用時，可應(yīng)用于常規(guī)濕度變化和呼吸狀態(tài)的監(jiān)測，可以追蹤使用者的環(huán)境狀態(tài)。

Zeng等[29]制備成一種基于水凝膠（STH–3）的濕度傳感器。PAM能形成共價交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，在淀粉的?OH和聚合物鏈上的?NH2之間形成氫鍵，提高水凝膠的力學性能。該水凝膠在相對濕度為35%～97%的條件下下，靈敏度能從560%到4 417%，在1 000次50%壓力應(yīng)變后有耐久性。綜上，基于淀粉DN水凝膠的濕度傳感器，可應(yīng)用于監(jiān)測口罩內(nèi)濕度等方面，并在環(huán)保、生物相容等領(lǐng)域具備應(yīng)用潛能。

Turkani等[30]通過絲網(wǎng)印刷，將銀油墨印于PET基底后，將FMWCNT/HEC油墨作為濕度敏感層沉積在IDT上，獲得一種新型功能化FMWCNT/HEC復合濕度傳感器。環(huán)境的相對濕度直接決定了MWCNT上吸附的水分子量，從而導致電阻的改變。實驗設(shè)計FMWCNT的質(zhì)量分數(shù)從1.25%到2.5%不等，F(xiàn)MWCNTs和HEC質(zhì)量比從1∶4到1∶6不等。實驗發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分數(shù)為2.5%的FMWCNTs及(FMWCNTs)∶(HEC)為1∶6的傳感器具備最高相對電阻響應(yīng)；在溫度為25 ℃、相對濕度為80%的環(huán)境下電阻變化率為290%，響應(yīng)時間為20 s。

為了更加直觀地觀測到濕度的變化情況，可通過標簽的顏色變化進行綜合檢測，與柔性比色濕度傳感器相關(guān)的研究如下：Zheng等[31]制備了一種天然生物材料絲素蛋白（SF）薄膜基濕度傳感器。其傳感機理為SF膜的高吸水性導致SF膜與電極之間進行H2O+H3O=H3O++H2O的表面吸附現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)最佳性能SF薄膜厚度約為23 μm，在相對濕度為59%～95%內(nèi)動態(tài)響應(yīng)增大，響應(yīng)/恢復時間間隔為100 s。在相對濕度為85%下，靈敏度約為750%。濕度從40%到90%過程中，SF薄膜從淡黃色變?yōu)樗{色；人體呼吸過程從干燥到潮濕，薄膜顏色變化為中間藍色區(qū)域逐漸變成灰綠色，周邊區(qū)域紫紅色逐漸變成藍色，可見這類傳感器有運用于口罩環(huán)境監(jiān)測的潛能。

Chen等[32]用具有親水基團和含光活性二苯甲酮基團的PBD–PEGE與纖維素納米晶體（CNC）組合，制備成了濕度響應(yīng)的光子晶體（PC）薄膜。實驗發(fā)現(xiàn)隨著PBD–PEGE含量增加，薄膜的max從538 nm紅移至611 nm；詳細研究CNC/PEG/B–1發(fā)現(xiàn)，隨著相度濕度從30%增加到100%，螺距從328 nm增加到422 nm，復合膜顏色從藍變?yōu)榫G、黃、橙，再到深紅。這是因為當CNC膜吸水溶脹，螺距增大，反射光顏色改變。PC薄膜可應(yīng)用于智能傳感器等技術(shù)上。

Meng等[33]將甘油（G）、木糖醇（X）和山梨醇（S）分別與纖維素納米晶體（CNC）結(jié)合，制備了柔性濕敏薄膜，分別記為CNC–G、CNC–X和CNC–S。當相對濕度增加，薄膜顏色分別由淺藍色變?yōu)槌壬蓽\藍色變?yōu)榉奂t色，由淺綠色變?yōu)榧t色。CNC–S的Δmax增加最多，為249 nm，這是因為在潮濕環(huán)境下，這類薄膜易吸收水分子，內(nèi)部結(jié)構(gòu)溶脹，顏色發(fā)生變化。這類薄膜多用于監(jiān)測環(huán)境濕度的變化，并在柔性比色濕度傳感器等領(lǐng)域有應(yīng)用潛能。以上比色濕度傳感器均有監(jiān)測口罩濕度狀態(tài)的潛力。

2.2 CO2智能指示標簽

人體呼出的氣體如CO2、唾沫等都不利于靜電荷儲存[23]。一般每次出氣量為10 mL/kg，CO2體積分數(shù)約為4%，溶于水后呈弱酸性，pH值約為5～6[34]；人體呼吸頻率為16～20次/min，預(yù)估一個50 kg的正常成人4 h呼出的CO2約96 L。基于濕型CO2氣敏類智能變色標簽的原理——CO2溶于水汽后引起pH敏感染料顏色改變[35-36]，可知：標簽捕捉到CO2后，會產(chǎn)生化學反應(yīng)發(fā)生色變[37]，在平穩(wěn)呼吸狀態(tài)下，通過觀察顏色的變化判斷醫(yī)用口罩使用時長，還可使用柔性氣體傳感器安裝在口罩呼吸通道處測量CO2濃度，推斷口罩是否具備防護有效性。

2.2.1 pH敏感型比色標簽

Pereira等[38]研究了基于添加了花青素的PVA/殼聚糖聚合物的時間溫度指示劑（TTI），使用TG–DSC、FT–IR以及溶脹指數(shù)（Si）等來進行表征，通過CIE Lab標度測量不同pH值來反映酸堿性情況。TTI以pH為6.1的顏色為設(shè)定點，隨pH值從低到高，顏色從亮紅色變?yōu)榱辆G色。殼聚糖無毒、抗菌，與安全且可生物降解的PVA結(jié)合時，力學性能顯著提升，例如在口罩上使用時也不會造成安全隱患。

邢月[39]以流延法制成PLA基底膜，在指示劑中加入質(zhì)量分數(shù)為3%的NaOH溶液，使pH為9，初始顏色呈綠色。結(jié)果表明在CO2體積分數(shù)從0.2%升至15%的過程，以3 mL溴百里香酚藍和甲基綠為指示劑，添加了0.04 g甲基纖維素的指示卡從綠色過渡到黃綠色再到黃色，最后變?yōu)槌燃t色。可見此指示標簽顏色變化明顯，當運用于口罩上時便于比對。

Zhang等[40]在纖維素紙上絲網(wǎng)印刷了比色標簽，研究團隊設(shè)計合成了2種基于蒽醌和偶氮生色團的pH敏感反應(yīng)性染料，設(shè)定為：D–1，在溫度為5～10 ℃和pH為6.0～6.5條件下，反應(yīng)3～4 h；D–2，在0～5 ℃條件下，pH值為1.5、2.5和3.5時，分別反應(yīng)1 h。染料具有硫乙基磺基酮和單氯洛嗪基團，能與紙纖維素中的?OH基團形成共價鍵，一般環(huán)境下無法溶解，印制清晰。這類標簽?zāi)軌虮ＷC口罩表面在使用時不受外界環(huán)境破壞，更好地反映變色范圍。

胡云峰等[41]以普魯蘭多糖為成膜基底，結(jié)合甲基紅和溴百里酚藍指示劑以及甘油制成指示標簽，隨著CO2濃度增加，顏色變化由藍到橙最后到紅。研究了加入不同量普魯蘭多糖和甘油對色差值的影響，倒板量都為6 mL，經(jīng)過響應(yīng)面交互分析后，表明在5%的甲基紅和溴百里酚藍混合溶液（體積比為3∶2）中，加入75 g/L的普魯蘭多糖和20 g/L的甘油時，響應(yīng)色差值最佳（為18.21），與預(yù)測值靠近，表明此類響應(yīng)面優(yōu)化穩(wěn)定標簽顏色技術(shù)檢測準確可信，檢測結(jié)果符合要求。

Xu等[42]運用噴墨印刷技術(shù)，利用含天然染料花青素和姜黃素的油墨制備了一種與QR碼結(jié)合的PH敏感型比色指示標簽。在花青素乙醇（ATH）與姜黃素乙醇（CR）體積比分別為4∶1、1∶1和1∶4的混合溶液中，體積比為4∶1混合溶液顏色變化更明顯。此指示標簽具有數(shù)據(jù)載體和傳感器的雙重功能，進行視覺觀測和實時智能設(shè)備監(jiān)測。當運用于口罩防護有效性檢測時，既能直觀觀測標簽顏色變化，也能從手機上看到實時數(shù)據(jù)。

2.2.2 柔性CO2傳感器

Barauskas等[43]將聚醚酰亞胺（PEI）噴墨打印于電容式微加工超聲換能器（CMUT）表面進行修飾，制備出CO2傳感器，噴墨打印串行接口安裝了一個0.3MP的USB攝像光反饋系統(tǒng)，通過光干涉法和AFM數(shù)據(jù)測量薄膜厚度，發(fā)現(xiàn)厚約200 nm的PEI膜最佳。將厚約190 nm的PEI膜傳感器從N2換至CO2環(huán)境，偏移超過23.2 kHz，證明可用于CO2檢測。對于CMUT改性，在疏水性方面將最小功能化區(qū)域降至150 nm，在親水性方面將最小平均厚度控制在100 nm，改變印刷PEI膜時的粗糙度，以更易于制備傳感器。

Ando等[44]制備了基于石墨烯層和PEDOT/PSS的柔性濕度傳感器，PEDOT–PSS具有良好機械彈性、導電性。sp2雜化碳原子堆積的石墨烯具有良好導電性，根據(jù)氣體吸收量與電導率變化的關(guān)系得出，當CO2含量增加，電導率增加；在50 ℃和60 ℃下，響應(yīng)度分別為4.0×106μ?/?和4.7×106μ?/?。當傳感器置于CO2環(huán)境一段時間后，器件不可完全逆轉(zhuǎn)，可應(yīng)用在預(yù)警和成本較低的物件上。

Lin等[45]將CNT（p型）從SiO2/Si襯底轉(zhuǎn)移到聚酰亞胺（PI）襯底上，制備了一種基于CNT的氣體傳感器。CNT具有高比表面積和吸附氣體分子的孔隙，能高效吸附目標分子，產(chǎn)生電子信號轉(zhuǎn)換，在CO2還原性氣體中時，阻力增加。當CO2體積分數(shù)為0.005%、0.01%、0.02%、0.04%和0.08%時，該傳感器靈敏度分別為0.89%、1.15%、1.43%、1.82%和2.23%。當表面凸起產(chǎn)生拉伸應(yīng)力時，電阻增加，但影響不大，響應(yīng)良好。

Gupta等[46]將不同量抗壞血酸（AA）滴加到氧化石墨烯（GO）溶液中，GO溶液從棕色被還原成白色，制成AArGO25、AArGO50和AArGO100的rGO懸浮液，在QCM基板的Ag電極上滴注成膜，制成柔性CO2傳感器。其原理是吸附在表面的O2?與CO2分子反應(yīng)生成CO3?，空穴載流子濃度增加，電阻降低。實驗表明AArGO25有最多數(shù)量的OFG、最高邊緣功能性和抗團聚性，對CO2體積分數(shù)為0.05%的靈敏度為50 Hz/μg，響應(yīng)最高為1 000 Hz，快速響應(yīng)和恢復時間分別為26 s和10 s。

2.3 病毒生物傳感器

口罩除了能隔絕灰塵等顆粒物的進入外，也對病毒有一定的隔絕作用[47-48]，如今由于疫情對人們?nèi)粘３鲂械挠绊懀谡值奈降钟饔靡灿l(fā)重要。當人體暴露在病毒環(huán)境或攜帶病毒已確認感染，可以使用智能生物傳感器進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，通過檢測呼吸道病毒能夠起到預(yù)警與防護的作用。

田冰等[49]探討了利用納米金粒子（AuNPs）過氧化物酶活性的比色傳感器，AuNPs酶活性能使過氧化氫（H2O2）形成羥自由基，催化底物變色或者產(chǎn)生熒光反應(yīng)，例如將無色TMB氧化成藍色oxTMB。反應(yīng)包含2種類型：靶標吸附，通過改變AuNPs表面性質(zhì)，改變AuNPs酶活性；靶標–適配體，適配體單鏈DNA經(jīng)過堿基配位，改變AuNPs表面，靶標與適配體結(jié)合，間接影響AuNPs酶活性。

以石墨烯為基材的光學生物傳感器對人體病毒檢測快速、高敏感，其中在比色生物傳感器中GO有著H2O2酶活性，穩(wěn)定性更高[50]。Zhan等[51]依據(jù)AuNP過氧化物酶制備了AuNPs–GO雜交株，制備過程如圖4所示，AuNPs–GO有類似過氧化物酶的活性，添加后能觀察到顏色變化。研究表明，即使有化學分子附著于其表面，利用Hg2+仍能增強過氧化物酶活性，使無色底物TMB變色，能高效靈敏地檢測出呼吸道合胞病毒（RSV），檢測限為0.04 pg/mL。

圖4 AuNPs–GO共軛物的制備過程[51]

Nguyen等[52]用CRISPR技術(shù)將凍干無細胞（FDCF）傳感器嵌入硅橡膠和硅織物中，制成了柔性生物傳感器。實驗將DNA或RNA編碼的基因工程添加到FDCF中，其水化激活后，與靶標結(jié)合由黃色變?yōu)樽仙换蛲ㄟ^熒光檢測MRSA或SARS–CoV–2等病毒的存在。傳感器有4個模塊：儲液器、采集墊、3個基于微流控的蜂巢形μPAD反應(yīng)區(qū)、實現(xiàn)目測讀數(shù)的側(cè)向?qū)游鲈嚄l（LFA）。該傳感器可用于氣溶膠中SARS–CoV–2一類病原體的檢測，90 min后可知檢測結(jié)果。此類傳感器可用于口罩內(nèi)，置于呼氣通道前方，能實現(xiàn)遠程操作，減少工作人員的感染。

Prainito等[53]制備了一種用于檢測SARS–CoV–2刺突蛋白的紙基聚二乙炔（PDA）生物傳感器。對含有PCDA–NHS摩爾分數(shù)分別為10%、20%和30%的PDA生物傳感器進行研究，每組暴露在0～1 000 ng/mL的SARS–CoV–2刺突蛋白溶液中，當特定抗體與目標蛋白結(jié)合時，π共軛體系破壞，顏色由藍色變?yōu)榧t色。結(jié)果表明摩爾分數(shù)為10%的PCDA–NHS效果最優(yōu)，PDA傳感器能檢測1～100 ng/mL的刺突蛋白，結(jié)合智能手機應(yīng)用軟件，使用預(yù)編程序能在幾秒鐘內(nèi)計算出紅移（RCS）百分比。當傳感器足夠靈敏時，能置于口罩內(nèi)部通過唾沫來進行檢測。

3 結(jié)語

目前，醫(yī)用口罩很少能做到防護有效性的監(jiān)測和智能設(shè)備端的實時數(shù)據(jù)掌握。本文首先對醫(yī)用口罩材料結(jié)構(gòu)、過濾機理、過濾效率等進行了探討，可知醫(yī)用口罩結(jié)構(gòu)材料為疏水性的PP內(nèi)外層和PP熔噴布的過濾中間層；過濾機理為布朗運動、慣性沖擊、物理攔截、靜電吸附和沉降作用；醫(yī)用N95口罩的過濾效率高于醫(yī)用外科口罩的。

隨著人們對醫(yī)用口罩防護有效性越來越在意，在不影響口罩使用性能的情況下，可以將智能指示標簽與醫(yī)用口罩結(jié)合使用，將病毒生物傳感器與CO2敏感型可視化比色標簽多功能結(jié)合，使得在監(jiān)測CO2濃度的同時檢測是否含有目標病毒的存在。伴隨數(shù)字化的普及，智能指示標簽被賦予信息交互功能，與RFID技術(shù)、NFC技術(shù)等共同使用，這類具備信息交互功能的智能指示標簽更加便利，能達到數(shù)據(jù)信息的實時監(jiān)控。但是，考慮到廠家制備口罩和器件的成本問題以及消費者購買商品的成本影響，未來將智能指示標簽與口罩結(jié)合的發(fā)展道路充滿挑戰(zhàn)。意將成本較低的紙質(zhì)變色標簽運用到醫(yī)用外科口罩上，而成本較高的柔性傳感器件可用于N95口罩中。如果未來智能標簽的相關(guān)技術(shù)更加完備，可以解決成本問題，那么用于醫(yī)用口罩的智能指示標簽也將會有更廣闊的市場。

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Research Progress of Intelligent Indication Labels for Medical Mask Protection Effectiveness

CHEN Yi-yang,ZHANG Xin-lin,YANG Dan,ZHANG Jing-yi, LIU Hui,SHI Jia-zi,LI Dong-li,FU Ya-bo

(Beijing Key Lab of Printing & Packaging Materials and Technology, Beijing Institute of Graphic Communication, Beijing 102600, China)

The work aims to elaborate the filtration mechanism and efficiency of medical masks, and review the current research status and application progress of intelligent indication labels in medical masks, so as to improve the protection efficiency of masks in daily use. Firstly, from the protective performance of medical masks, the application status on intelligent indication labels in medical masks was analyzed. Then, based on acid-base indicator color change, moisture-sensitive effect, antigen-antibody specific binding, a research in intelligent indication labels on them was conducted for gas, humidity and virus respectively to monitor real-time humidity, CO2content and virus composition. Thus the protective performance of medical masks was determined. The research progress and working mechanism of intelligent labels in indication of protection effectiveness are clarified, providing ideas for innovative application of intelligent labels in medical protection.

medical mask; filtration efficiency; influencing factors; intelligent indicating label

TB484

A

1001-3563(2023)09-0162-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.09.020

2022?10?14

北京市教委面上研究項目（KM202010015005）；北京市屬高校高水平教師隊伍建設(shè)支持計劃青年拔尖人才項目（CIT&TCD201904050）；北印校級科研項目（Ec202202，Eb202104，27170122011）；北京市大學生創(chuàng)新訓練項目（22150122036）

陳億洋（1998—），女，碩士生，主攻活性與智能包裝技術(shù)。

張新林（1981—），男，碩士，講師，主要研究方向為智能包裝與防偽技術(shù)；付亞波（1981—），男，博士，副教授，主要研究方向為活性智能包裝材料與防護技術(shù)。

責任編輯：曾鈺嬋