温度感应与通风过滤的医用防护服原理分析

张宇 王亚楠 孙群

摘要：医用防护服是医务人员进入特定区域所穿戴的具有防护性质的服装。防护服面料通常经过层压或复膜处理，造成厚重且透气、透湿性差，长期穿着不利于排汗排热。新型防护服是在原有医用防护服上安装一个可以自动调节温度的空气过滤器，一旦过滤器检测到防护服内温度过高或者湿度太大，就会通过送风管道和过滤器自动送风降温或者烘干，让医护人员穿久了也不会出汗，能够更加舒适地进行医疗工作。

关键词：新型防护服;过滤器;送风管

该项目设计的新型防护服是一款装有自动调节温度与通风装置，并结合了河南企业新型隔离帽设计于一体的新型医用防护服，其主要采用了指针式温度计温感等原理，自动检测防护服内的温度，并且自动降温，能够有效地改善医护人员在穿防护服工作过程中汗流不止的问题，让医护人员工作更加舒适，可以最大化地减轻外在因素对医护人员工作效率的影响。

一.研究目的

在当代医学领域中，医学防护服分为一次性防护服和重复使用性防护服，其中一次性防护服隔离性、安全性最高。但在这样高隔离性，高安全性下存在一些弊端，就是使用者的舒适性、透气性和高安全性并不能同时满足。在穿着一次性防护服时，医护人员不仅要在面部套上2-3层口罩最后再带上呼吸罩，甚至还因为穿戴防护服的过程及其繁琐，医护人员不得不选择穿上尿不湿解决上厕所的问题。于是，在网上经常可以看到医护人员在脱下防护服的时候，脸部留下深深的勒痕，这就是为保证安全性无法避免的弊端。

不仅如此，根据资料显示，防护服随着运动的增加其舒适性在不断变低，最主要影响舒适性的因素就是汗液地产生而防护服的内部空间是密闭的，没有一个良好的空气流通，内部温度越来越高却无法散热，使得医护人员随着时间的推移而感到不适。

本项目对普通医用防护服进行改进创新，结合了河南研发的新型防护头罩原理，设计了一款高密封、高隔离的防护面罩，将其与防护服连为一体，并有可以调节防护服内部温度的功能。使医用防护服达到更加舒适安全的效果。

综上所述，该项目的研究目的就是为了给医护人员一个良好的身体环境平衡和创造出良好的舒适感。可以使医护人员在工作的时候不会由于外界因素而导致工作效率的降低。

二.医用防护服的发展现状

2.1国内现状

国内相对于国外而言，缺乏对医用防护服的系统性研究。医护人员平时穿戴的医用防护服通常由医院或医疗部门提供，因此防护服的使用就没有统一而严格的标准。这一问题导致了2003年的非典和2020年的新型冠状病毒在治疗的过程中，有很多医护人员被感染。

今年武汉爆发的新型冠状病毒，医护人员在抗击疫情的过程中就暴露出了防护服存在的诸多问题。它穿戴不够简便，穿了极不舒适，医护人员描述穿上几十分钟便汗流浃背，湿热难忍。护目镜因为没有和防护服连在一起，因此医护人员的面部被勒出一道道痕。

2003年国家发布了《生物防护服通用规范》，制定了相关的标准，但是指标仍旧不够全面，对防护服使用的舒适性要求太低。在我国，目前市场上的医用防护服主要有三类：普通非织造防护服、橡胶或涂层面料防护服、闪蒸发一次成型滤材制作的防护服。在这三类中，普通非织造防护服防护效能较差;闪蒸发一次成型滤材制作的防护服，防护性能较好，但这种材料也存在缺点，比如面料的防护均匀性不好，有的部位防护效率高，而有的部位则防护效率低;这三种防护服中橡胶或涂层面料的防护性能最好，但是它的透气性能很差，医护人员在夏季的酷热条件下无法使用。

2.2国外现状

国外的一些发达国家对医用防护服的研究相对比较系统，他们对不同用处的防护服，制定了不同的标准，医护人员可以根据需求选择相应的防护服。国外的一些发达国家对于细菌和病毒的防护纺织材料的研究有很大的发展。NFPA 1999-2018 其使用范围为急救用防护服，对急救用防护服的性能要求和相关测试方法做出了明确的规定，目的是为在紧急医疗操作期间执行患者护理的人员建立防止接触血液和体液携带病原体的最低保护水平。还为急救服务人员和医疗第一接受者建立最低水平的全身防护，防止空气传播和液体传播的病原体美国戈尔公司的外科隔离膜类Crosstech EMS织物既能防液体又具有透气性的，这种织物给医护人员的工作带来了很大的舒适性。【1】

2.3发展动态

相关资料显示，历史上最早的医用防护服不是为了人体使免受伤害，而是防止医护人员不沾染到患者的血液或分泌物。早期的医用防护服是棉质的黑色外套，被称作“手术服”。二战时期，美国军部为了抗战所需，制作了一种非常厚密的织丝物制作軍装，这种织丝物在使用的过程中具有优异的拒水效果。于是在二战后，这种织丝物仍旧非常有市场，并开始用于生产外科手术服。肝炎、艾滋病等具有传染性的疾病的出现，让人们开始意识到血液、分泌物可能存在感染医护人员的风险，于是开始使用能隔绝微生物和血液的防护服。

医用防护服用纺织品做防护层这一需求，促进了相关防护材料的不断创新。欧美国家一般用涤纶、粘胶等纤维来制作医用防护服，还为此研发了一系列的生产工艺，比如浸渍沾合法、泡沫浸渍法、热轧法或水剌法等。这些先进的生产工艺使防护服变得更加柔软，抗拉力高，透气性好。用这些材料和方法能更有效率的制作一次性医用防护服，一次性医用防护服的普及，使传统手术服被取代。传统医用防护服因多次使用后灭菌不彻底而引起的交叉感染的情况也不再出现。

三.创新点

3.1温度感应与通风装置设计

3.1.1装置原理

（1）指针式温度计测温原理

生活中常见的指针式温度计是形如仪表盘的温度计，它常被用来测室温。指针式温度计的工作原理是金属的热胀冷缩性质。指针式温度计用双金属片来制作感温元件，双金属片可以有效控制指针。双金属片通常由铜片和铁片组成，铜片在左，铁片在右。而铜热胀冷缩的反应要比铁明显很多，于是当温度升高时，铜片带动铁片向右弯曲，指针随之右偏转;反之则向左偏转。

（2）通风、降温原理

生活中的排气扇在工作时，如果向外排出空气，那么室内的气压会降低，室内空气变少，于是形成了一个负压区。空气会从高压区域流向低压区域，所以室外的空气会流入室内。用这样的原理完成了整个换气流程。换气速度和风速还可以根据需要进行来自行调节，高热、有害气体、粉尘烟雾能被快速排到室外，还能保证空气的持续流通。只要快速开启风机，就能快速实现通风的效果。排气扇能排出室内闷热的空气，并将室外的新鲜空气吸入室内，使室内室外温差一直处于平衡的状态，解决室内闷热的状况。

（3）过滤系统原理

系统中的过滤元件是我们的空气过滤装置上最重要的部分，它只将人体所需的清洁空气输送进入到防护服中。本项目的过滤系统内部装有可过滤各类病毒的过滤层，过滤层是一层特殊的过滤纸，轻便且易更换。

3.1.2应用分析

（1）本项目的装置安装于左侧背部，如图1所示，不会妨碍医护人员的正常行动，它采用温感与过滤功能一体化设计，其中温度感应部分装置同指针式温度计的指针盘部件，感温元件安装于适当位置，金属片具有热胀冷缩的特性，便于及时感受防护服内温度的变化，继而控制指针变动，指针进而将接受到的信号指令传递到控制通风部件运行的装置，控制通风设备运行状况。

随着防护服内温度的变化，装置会自动做出反应。当内部温度过高，指针指向指针盘特定区域，信号传递至通风装置，通风装置开始运行;当温度下降到合理范围时，信号会通过相同的流程，传递到通风装置，命令通风装置停止运行，这样以来，不会让装置产生不必要的消耗。

指针式温度计的感温元件及指针盘均采用便携式设计，减轻装置给身体造成的负担，便于高强度工作时的使用。

（2）借鉴排气扇的工作原理，本项目的装置中加入了一个小型的排气扇的设计，排气扇可以将防护服内部的空气吸收后排出，而其在向外部排出防护服内高热量的空气的同时，利用气压的变化原理，吸入外部凉爽的空气，当然空气是经专门过滤后吸入的，以达到防护服内部降温的效果，不会使医护人员因长时间穿防护服而感到闷热，大大提高了医用防护服的舒适性。

（3）过滤系统与通风装置一体化设计，及时高效地将外部通进防护服的空气进行高度过滤，保证进入空气的安全性。由于防护服穿着时效有限，一般需要定时更换，而装置不需要每次更换，装置采用简易安装与拆卸设计，可永久使用，无须一次性废弃。医务工作者根据装置内过滤系统的滤纸使用情况，定期更换滤纸即可，滤纸的剩余使用时间进度状况可在装置外根据指示灯亮度进行掌握，接近耗尽状态时会亮红灯警报提醒，以便及时进行滤纸的更换。

3.2隔离帽与防护服的有机结合

（1）新型隔离帽的设计与功能

此前河南企业研发出了一种新型“隔离帽”。了解到这种新产品集眼罩、口罩、送风系统于一体，效果比现有的口罩和眼罩要好很多。要知道，在现有的医护人员使用的防护设备中，口罩和眼罩是完全分开设计的，长时间佩戴眼罩和口罩，会在脸上留下压伤。而在此前报道中，压伤严重的医护人员脸部甚至会出现破损，为了不被感染，每天脱下防护装备后都需要对伤口进行消毒处理，对于广大医务工作者来说是一个挑战。

（2）颈部松紧设计

鉴于之前已经出现的隔离帽设计，本项目设计的防护服将隔离帽与普通防护服结合，设计出如图2所示。

此种设计既便于穿戴，同时还能够根据不同需求，调节其宽松程度;为了使医护人员走动时隔离帽不会出现由于重量轻而摇晃的情况，松紧收口设计和连体设计可以适当提高稳定性，尽量不影响正常工作。这种隔离帽可超越N95口罩的过滤效果，避免鼻部、腮部漏气，可解决包覆人体脖子以上部分的防护问题，再加上与普通防护服的结合，有效防止病毒的侵入，更好地保护临床医护人员。

四.技术路线

五.预期成果

最终预期的产品将会大量的应用于医护人员。其目的是要在保护医护人员的安全下，最大化的消除其余降低医护人员工作效率的影响因素。经过调查得出勒痕和温度是目前障碍医护人员最大的两点因素。所以本产品就围绕这两条因素打造出来。不仅可以解决医护人员面部的勒痕问题，还可以解决医护人员的内部温度问题。让医护人员可以有一个良好的工作效率。不会因为这两点因素而降低自己的效率。

在成本上，最终预期的成果则是可以低成本生产，可以生产更多的医用防护服来维持医护人员每天的消耗量。为他们建造出坚实的物资来源，才能更好的解决这次疫情。

结语

公共卫生安全涉及方方面面，尤其生物安全公共卫生事件更是事关重大，其中防护物资应急保障需各行各业统一协调管理。医用防護服的科学监管对防护物资的应急保障具有重要指导作用，为此提出如下建议：①强化医用防护服的分级分类管理理念，规范医用防护服的命名，为生产和科学使用医用防护服提供指导。②加强产品质量控制关键技术和方法研究，加强与国际先进标准的比对工作，为建立具有科学性、先进性与国际标准一致性的适用医用防护标准奠定基础。【3】

我们的新型防护服项目是随着疫情的大背景而产生，以服务前线的医护人员为宗旨，通过一系列的创新性想法，尽可能解决当下防护服存在的问题，显示出了我们大学生的时代责任感与创造力。

参考文献

[1]周雨奇，周龙甫，吴向阳，郝大鹏.医用防护服产品标准对比研究[J].中国医疗设备，2020，35（S2）：8-14.

[2]母瑞红.医用防护服科学监管的思考[J].中国医疗器械信息，2020，26（23）：4-7.

作者简介

张宇，女，汉族，山东英才学院，AISEC 2018级本科工商管理。

王亚楠（1977.7-）山东济南人，山东英才学院副教授，研究方向：企业管理。

孙群（1974-）山东英才学院，副教授，研究方向：企业管理。

项目基金

2020年省级大学生创新创业训练计划项目：一种可调节温度的新型医用防护服（项目编号： S202013006020）。