如何利用红外温度传感器设计一个口罩消毒装置

    本方案是用于冠状病毒（SARS-CoV-2）的UV-C/热、Arduino控制的面罩消毒装置。

    口罩消毒装置

    UV-C/加热，Arduino控制，用于冠状病毒（SARS-CoV-2）的面罩消毒装置

    介绍

    FFP1和FFP2口罩是疫情期间不可缺少的防护要素。它们旨在一次性使用，但在危机期间，重复使用是不可避免的，并且需要消毒机制（1）⁠。在持续的SARS-CoV-2大流行期间，医院、医疗中心和研究机构对这些口罩实施了不同的消毒机制，通常涉及紫外线杀菌照射（UVGI）和/或某种热量。尽管如此，这些方法并不适用于许多脆弱的人群，但由于短缺，这些口罩的重复使用已成为唯一的选择。有证据表明，即使在7天后，SARS-CoV-2在外科口罩的表面仍非常稳定，因此对可行的口罩消毒方法的需求进一步增加（2）⁠。

    该项目旨在创造一种低成本的便携式设备，可以有效地利用UVGI和干热对来自SARS-CoV病毒体的口罩进行消毒，并且可以由需要的人轻松复制。

DIY消毒装置制作说明

    设备设置图

    温度必须保持在65+/-5°C的范围内

    灯管必须提供UV-C波长。

    消毒循环持续时间至少为30分钟。（建议：不超过30分钟，以获得更安全的范围，以避免潜在的面罩退化和功能丧失。）

    设备尺寸

    第一次热测试

    加热系统的制作

    一个直径为22厘米（感应兼容）的煎锅，手柄已拆除。

    用铝箔盖住煎锅以反射UV-C光。

    在盒子/设备底面的中心开一个20厘米的孔。

    为了保持煎锅的位置，请使用四个金属支架，如图所示。

    重要提示：煎锅不应接触盒子的木头，因为它会降低热效率。因此，必须根据下图选择合适的孔直径并塑造金属支架：

    顶盖的制作

    UV-C系统

    对于该设备中的UV-C源，使用了“水族馆消毒器”套件中的11W灯泡。如图所示，UV-C灯泡被取出并安装到灯泡两端的顶盖上。灯泡的安装方法是在顶盖上开4个孔，并使用扎带/扎线带和软垫牢固地固定灯泡。顶部表面覆盖有铝以反射紫外线辐射。

    随意使用其他来源的UV-C灯。如果您无法接触到水晶管（在本项目中使用），请不要使用玻璃作为替代品，因为玻璃会阻挡紫外线辐射。

    制作线架-放置面罩

    面罩将放置在金属架的顶部。I线架使用铜细线制成，每根线相距30毫米。线架位于底面上方120毫米处。通过将电线穿过盒子前后表面上的小孔，将电线架固定在一起。

    设置Arduino和传感器

    Arduino概述

    材料清单

    ArduinoUNORev3

    格罗夫基础护盾V2，0

    Grove红外温度传感器

    格罗夫光传感器（P）

    按钮

    压电扬声器

    四位字母数字显示器-白色0.54“数字，带I2C背包

    墙上适配器电源12VDC

    温度和光线传感器：

    Arduino控制

    INIT：在此状态下，LED显示指示温度，但您必须等待它达到阈值（70°C）才能在COUNT状态下开始循环计数

    计数：从30到0的分钟数显示在LED显示屏上，温度旁边。在温度过低的情况下，或者如果紫外线灯关闭，状态将变为ERR。

    END：这是经过时间结束时的正常状态。演讲者会做广告。按下按钮再次进入INIT。

    ERR：这是错误状态，如果温度太低或紫外线灯关闭，它将被激活。演讲者会做广告。按下按钮再次进入INIT。

    警报

    报警条件很少-如果报警开启，扬声器上会有特定的音序，LED显示屏上会显示消息。

    报警条件：1）如果系统处于ERR状态（UV灯关闭/丢失或温度太低）2）如果温度太高（超过75°C）

    用户手册

    1.将盒子放在感应（或电阻）炉灶的顶部。

    2.打开Arduino的电源。

    3.关闭盒子，以电磁炉功率的70~80%开始加热。

    4.等到温度达到60°C。现在将电磁炉的变化功率降低到30%。

    5.现在您可以打开设备，将口罩放入并关闭设备。

    7.按下按钮开始=》应显示剩余时间（30分钟）。

    8.从现在开始，您只需等待时间减少到00分钟，扬声器上就会有信号。

    9.要从初始状态重新开始新的循环，只需按下按钮。

    备注：当计时器正在计算经过时间（COUNT状态）时，Timer和Temperature显示之间的小点将以1秒的节奏闪烁。

    温度循环

    病毒的热灭活

    自巴斯德时代以来，人们就知道通过通常低于100°C的湿热去除微生物的能力。在该设备中，我们实施了干热，据报道，这可以有效消除SARS-CoV的传染性。分析表明，病毒在56°C下在30-90分钟内大量灭活，在65°C下几乎完全灭活20-60分钟，在75°C下在30-45分钟内完全灭活（7，8）⁠。此外，最近的一项研究表明，在56°C下孵育30分钟或在70°C下孵育5分钟后，SARS-CoV-2失去了所有可检测的传染性（2）⁠。

    根据这些证据和关于这些消毒方法对面罩功能影响的额外考虑——这将在下一节中解释——，我们决定将与设备一起使用的协议的热暴露设置为65℃30分钟。

    面罩上的杀菌协议

    到目前为止，我们已经提供了有关对与我们打算对其进行消毒的口罩不同的样本进行病毒消毒的证据。因此，我们在这里介绍一些关于我们打算使用的同一类型口罩的病毒消毒报告。

    使用约1J/cm2的UVGI（10）⁠、约18J/cm2的UVGI或65±5°C的湿热在3小时内消毒口罩对流感病毒有效（11）⁠。没有关于用冠状病毒对口罩进行消毒的研究，但由于流感病毒也是ssRNA病毒，因此可以预期类似的效果。

    结论

    考虑到收集到的证据和设备的技术细节，我们决定将消毒协议设置为UVC照射30分钟和65±5°C的干热。考虑到设备达到所需温度和光强度所需的时间，必须计算该时间。单独使用这些规格的UVC或加热应该足以消除几乎所有的SARS-CoV-2传染性，并且两者的同时作用应该将该方法的有效性提高到更安全的水平。

    安全考虑

    •UVC辐射对皮肤和眼睛有害。只有在盒子关闭时才应打开UVC灯泡。

    •小心盒子的金属部件，加热后可能会很热并可能灼伤皮肤。

    免责声明

    根据现有的科学证据，消毒方案可能会消除几乎所有的SARS-CoV传染性，并且肯定会使口罩比不进行任何消毒更安全地重复使用。但是，Needlab和从事该项目的成员对该设备的使用不承担任何责任。它的设计是出于善意，并尽我们所知和能力，但必须声明以下内容：

    在使用该设备灭活SARS-CoV-2方面尚未进行适当的实验室测试，也无法事先自信地评估对口罩过滤能力的实际影响。设备和本指南的使用是一个自由决定。

本方案是用于冠状病毒（SARS-CoV-2）的UV-C/热、Arduino控制的面罩消毒装置。

口罩消毒装置

UV-C/加热，Arduino控制，用于冠状病毒（SARS-CoV-2）的面罩消毒装置

介绍

FFP1和FFP2口罩是疫情期间不可缺少的防护要素。它们旨在一次性使用，但在危机期间，重复使用是不可避免的，并且需要消毒机制（1）⁠。在持续的SARS-CoV-2大流行期间，医院、医疗中心和研究机构对这些口罩实施了不同的消毒机制，通常涉及紫外线杀菌照射（UVGI）和/或某种热量。尽管如此，这些方法并不适用于许多脆弱的人群，但由于短缺，这些口罩的重复使用已成为唯一的选择。有证据表明，即使在7天后，SARS-CoV-2在外科口罩的表面仍非常稳定，因此对可行的口罩消毒方法的需求进一步增加（2）⁠。

该项目旨在创造一种低成本的便携式设备，可以有效地利用UVGI和干热对来自SARS-CoV病毒体的口罩进行消毒，并且可以由需要的人轻松复制。

DIY消毒装置制作说明

设备设置图

温度必须保持在65+/-5°C的范围内

灯管必须提供UV-C波长。

消毒循环持续时间至少为30分钟。（建议：不超过30分钟，以获得更安全的范围，以避免潜在的面罩退化和功能丧失。）

设备尺寸

第一次热测试

加热系统的制作

一个直径为22厘米（感应兼容）的煎锅，手柄已拆除。

用铝箔盖住煎锅以反射UV-C光。

在盒子/设备底面的中心开一个20厘米的孔。

为了保持煎锅的位置，请使用四个金属支架，如图所示。

重要提示：煎锅不应接触盒子的木头，因为它会降低热效率。因此，必须根据下图选择合适的孔直径并塑造金属支架：

顶盖的制作

UV-C系统

对于该设备中的UV-C源，使用了“水族馆消毒器”套件中的11W灯泡。如图所示，UV-C灯泡被取出并安装到灯泡两端的顶盖上。灯泡的安装方法是在顶盖上开4个孔，并使用扎带/扎线带和软垫牢固地固定灯泡。顶部表面覆盖有铝以反射紫外线辐射。

随意使用其他来源的UV-C灯。如果您无法接触到水晶管（在本项目中使用），请不要使用玻璃作为替代品，因为玻璃会阻挡紫外线辐射。

制作线架-放置面罩

面罩将放置在金属架的顶部。I线架使用铜细线制成，每根线相距30毫米。线架位于底面上方120毫米处。通过将电线穿过盒子前后表面上的小孔，将电线架固定在一起。

设置Arduino和传感器

Arduino概述

材料清单

ArduinoUNORev3

格罗夫基础护盾V2，0

Grove红外温度传感器

格罗夫光传感器（P）

按钮

压电扬声器

四位字母数字显示器-白色0.54“数字，带I2C背包

墙上适配器电源12VDC

温度和光线传感器：

Arduino控制

INIT：在此状态下，LED显示指示温度，但您必须等待它达到阈值（70°C）才能在COUNT状态下开始循环计数

计数：从30到0的分钟数显示在LED显示屏上，温度旁边。在温度过低的情况下，或者如果紫外线灯关闭，状态将变为ERR。

END：这是经过时间结束时的正常状态。演讲者会做广告。按下按钮再次进入INIT。

ERR：这是错误状态，如果温度太低或紫外线灯关闭，它将被激活。演讲者会做广告。按下按钮再次进入INIT。

警报

报警条件很少-如果报警开启，扬声器上会有特定的音序，LED显示屏上会显示消息。

报警条件：1）如果系统处于ERR状态（UV灯关闭/丢失或温度太低）2）如果温度太高（超过75°C）

用户手册

1.将盒子放在感应（或电阻）炉灶的顶部。

2.打开Arduino的电源。

3.关闭盒子，以电磁炉功率的70~80%开始加热。

4.等到温度达到60°C。现在将电磁炉的变化功率降低到30%。

5.现在您可以打开设备，将口罩放入并关闭设备。

7.按下按钮开始=》应显示剩余时间（30分钟）。

8.从现在开始，您只需等待时间减少到00分钟，扬声器上就会有信号。

9.要从初始状态重新开始新的循环，只需按下按钮。

备注：当计时器正在计算经过时间（COUNT状态）时，Timer和Temperature显示之间的小点将以1秒的节奏闪烁。

温度循环

病毒的热灭活

自巴斯德时代以来，人们就知道通过通常低于100°C的湿热去除微生物的能力。在该设备中，我们实施了干热，据报道，这可以有效消除SARS-CoV的传染性。分析表明，病毒在56°C下在30-90分钟内大量灭活，在65°C下几乎完全灭活20-60分钟，在75°C下在30-45分钟内完全灭活（7，8）⁠。此外，最近的一项研究表明，在56°C下孵育30分钟或在70°C下孵育5分钟后，SARS-CoV-2失去了所有可检测的传染性（2）⁠。

根据这些证据和关于这些消毒方法对面罩功能影响的额外考虑——这将在下一节中解释——，我们决定将与设备一起使用的协议的热暴露设置为65℃30分钟。

面罩上的杀菌协议

到目前为止，我们已经提供了有关对与我们打算对其进行消毒的口罩不同的样本进行病毒消毒的证据。因此，我们在这里介绍一些关于我们打算使用的同一类型口罩的病毒消毒报告。

使用约1J/cm2的UVGI（10）⁠、约18J/cm2的UVGI或65±5°C的湿热在3小时内消毒口罩对流感病毒有效（11）⁠。没有关于用冠状病毒对口罩进行消毒的研究，但由于流感病毒也是ssRNA病毒，因此可以预期类似的效果。

结论

考虑到收集到的证据和设备的技术细节，我们决定将消毒协议设置为UVC照射30分钟和65±5°C的干热。考虑到设备达到所需温度和光强度所需的时间，必须计算该时间。单独使用这些规格的UVC或加热应该足以消除几乎所有的SARS-CoV-2传染性，并且两者的同时作用应该将该方法的有效性提高到更安全的水平。

安全考虑

•UVC辐射对皮肤和眼睛有害。只有在盒子关闭时才应打开UVC灯泡。

•小心盒子的金属部件，加热后可能会很热并可能灼伤皮肤。

免责声明

根据现有的科学证据，消毒方案可能会消除几乎所有的SARS-CoV传染性，并且肯定会使口罩比不进行任何消毒更安全地重复使用。但是，Needlab和从事该项目的成员对该设备的使用不承担任何责任。它的设计是出于善意，并尽我们所知和能力，但必须声明以下内容：

在使用该设备灭活SARS-CoV-2方面尚未进行适当的实验室测试，也无法事先自信地评估对口罩过滤能力的实际影响。设备和本指南的使用是一个自由决定。