средство индивидуальной защиты от вирусной инфекции

Формула изобретения

1. Средство индивидуальной защиты от вирусной инфекции, содержащее входной слой фильтра, отличающееся тем, что содержит светодиоды, расположенные вне зоны вдыхания за фронтальной поверхностью входного слоя фильтра, направление излучения которых ориентировано в сторону расположения зоны вдыхания, спектр излучения выбран губительным для вируса, светодиоды закреплены в своем корпусе, выполненном с ложементами, вогнутая форма которых ориентирована в сторону зоны вдыхания, на противоположной стороне светодиодов относительно зоны вдыхания, также вне ее, установлены отражатели излучения светодиодов, которые обращены вогнутой поверхностью каждый в сторону своего излучателя - светодиода, внутренняя поверхность корпуса с ложементами и вогнутая внутренняя поверхность отражателей выполнены с высоким коэффициентом отражения в области излучения.

2. Средство защиты по п.1, отличающееся тем, что светодиоды расположены над и/или под зоной вдыхания.

3. Средство защиты по п.1, отличающееся тем, что светодиоды расположены по периметру зоны вдыхания.

4. Средство защиты по п.1, отличающееся тем, что светодиоды расположены вдоль фронтальной поверхности средства защиты.

5. Средство защиты по п.1, отличающееся тем, что светодиоды расположены одиночно или группами.

6. Средство защиты по п.1, отличающееся тем, что излучение светодиодов приходится на ультрафиолетовую область спектра.

7. Средство защиты по п.1, отличающееся тем, что длина волны излучения светодиодов составляет 265 нм.

8. Средство защиты по п.1, отличающееся тем, что светодиоды размещены в матрице.

9. Средство защиты по п.1, отличающееся тем, что каждый светодиод расположен в своем ложементе.

10. Средство защиты по п.1, отличающееся тем, что отражатель и корпус светодиодов выполнены из пластика или металла.

11. Средство защиты по п.1, отличающееся тем, что поверхность отражателя и/или внутренняя поверхность корпуса светодиодов выполнены из полированного алюминия.

12. Средство защиты по п.1, отличающееся тем, что поверхность отражателя и внутренняя поверхность корпуса светодиодов выполнены хромированными.

13. Средство защиты по п.1, отличающееся тем, что каждая пара светодиод - отражатель образуют стерилизатор с зоной обеззараживания вдыхаемого воздуха.

14. Средство защиты по п.1, отличающееся тем, что светодиоды и отражатели для равномерности излучения по всей фронтальной поверхности или объему зоны дыхания расположены в шахматном порядке.

15. Средство защиты по п.1, отличающееся тем, что выполнено в виде блочной приставки к индивидуальной маске и соединено с ней с помощью полого шланга.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, а именно к средствам защиты от гриппа, и может быть использовано в качестве средства индивидуальной защиты органов дыхания людей и животных от вирусных и бактериальных инфекций, передающихся воздушно-капельным путем.

Известен одноразовый фильтрующий респиратор, предназначенный для профессионального и бытового использования с разным уровнем защиты, подходящий к любому типу лица, выполненный из мягкого высококачественного материала, снабженного разноцветными клапанами, петлями, носовыми зажимами (см. http://www.tex-x.m/miniguide). Недостатком указанного респиратора является неэффективная его защита от вирусной инфекции, в частности свиного гриппа H1N1, поскольку он не гарантирует достаточную степень защиты.

Известен респиратор Феникс Мульти, выпускаемый научно-производственной компанией ООО «Эпицентр-маркет», г.Москва, для защиты органов дыхания человека от грубо-, тонко- и высокодисперсных природных и промышленных аэрозолей, в том числе от дыма, тумана, пыли, пыли цементной, угольной, текстильной, чайной и др., от инсектицидов, пестицидов, синтетических моющих средств (см. http://www.apcm.ru). Респиратор является многоразовым, изготовлен из четырех слоев, первый из которых выполнен из материала «Техноспан-80» и выполняет функцию грубой очистки, второй и третий слои выполнены из полиэфирного материала, являющегося противоаэрозольным фильтром и защищающего от проникновения мелкодисперсных частиц, четвертый слой является гигиеническим и выполнен из материала «Техноспан-40». Респиратор может быть снабжен клапаном выдоха, саморегулирующимся оголовьем и носовым зажимом, помещенным между слоями. Респиратор в соответствии с заявляемыми характеристиками имеет коэффициент проникания вдыхаемых частиц через фильтрующий слой 8%. Указанный респиратор является наиболее близким аналогом заявляемому респиратору и, будучи предназначенным для фильтрации аэрозолей, имеет тот недостаток, что не гарантирует достаточно высокую степень защиты от вирусной инфекции.

Задачей изобретения является обеспечение высокой степени защиты человека от болезнетворных вирусов, вызывающих грипп, например свиной типа H1N1, путем уничтожения этих вирусов в средстве для индивидуальной защиты.

Задача решается конструкцией средства индивидуальной защиты от вирусной инфекции (далее средство защиты), находящейся во вдыхаемых аэрозолях, содержащего входной слой механического фильтра, выполненный из фильтрующего материала, и устройство закрепления его на лице человека в области расположения его органов дыхания. Отличием предлагаемого средства защиты от прототипа является наличие светодиодов, расположенных вне зоны вдыхания за фронтальной поверхностью входного слоя фильтра, следуя направлению движения потока вдыхаемого воздуха. Светодиоды могут быть расположены над и/или под зоной вдыхания, слева и/или справа. Светодиоды могут быть расположены по периметру зоны вдыхания, вдоль фронтальной поверхности средства защиты, одиночно или группами. Светодиоды расположены в полости средства защиты таким образом, чтобы направление их излучения было ориентировано в сторону расположения зоны вдыхания, например вдоль фронтальной поверхности средства защиты. Диапазон длин волн излучения светодиодов выбран так, что излучение является губительным для вируса. Для защиты от гриппа, в частности для вируса свиного гриппа типа H1N1, излучение должно 205-315 нанометров, предпочтительно 265 нм. Количество светодиодов определяется габаритными размерами, зависит от ширины зоны вдыхания. Для ряда светодиодов, ориентированного вдоль зоны вдыхания, количество светодиодов определяется горизонтальным размером этой зоны, которую необходимо охватить средством защиты. Количество зон расположения светодиодов по толщине средства защиты, например количество рядов, может быть несколько, ряды светодиодов могут быть установлены параллельно друг другу, и количество этих рядов определяется толщиной средства защиты, размерами используемых светодиодов и требуемой интенсивностью излучения. При наличии нескольких рядов светодиодов последние размещаются в полости средства защиты, как в матрице, по ширине и толщине зоны вдыхания (полости средства защиты). Светодиоды размещены и закреплены в своем корпусе светодиодов. Корпус светодиодов при их рядном расположении выполнен в виде линейки, в этом корпусе для каждого светодиода выполнен свой ложемент, внутренняя поверхность корпуса светодиодов выполнена с высоким коэффициентом отражения в области излучения. Вогнутая форма ложементов с их отражательными поверхностями ориентирована в сторону зоны вдыхания, что позволяет сконцентрировать излучение в зоне вдыхания и минимизировать выход излучения за пределы зоны вдыхания. На противоположной стороне каждого светодиода относительно зоны вдыхания, также вне ее установлены отражатели излучения светодиодов, которые обращены вогнутой поверхностью каждый к зоне вдыхания, в сторону своего излучателя - светодиода.

Вогнутая внутренняя поверхность каждого отражателя выполнена с высоким коэффициентом отражения в области излучения. И отражатель, и внутренняя часть корпуса светодиодов могут быть выполнены из пластика или металла. Поверхность их для обеспечения высокого коэффициента отражения выполнена гладкой, из полированного алюминия или с металлическим напылением, с металлизированным покрытием с использованием иного способа нанесения отражательного слоя. В частном случае поверхность выполнена из сплава магналий или хромирована. Форма и хорошие отражательные характеристики отражателей и внутренней поверхности корпуса светодиодов необходимы для уменьшения потерь энергии излучения, обеспечения его направленности, создания большей концентрации излучения в зоне вдыхания, между светодиодом и его отражателем, минимизации выхода излучения за пределы зоны вдыхания, по возможности исключая воздействие этого излучения непосредственно на человека. Для этого ограничивающие зону стерилизации стороны корпуса могут быть обработаны поглощающим ультрафиолетовое излучение составом или выполнены из поглощающего ультрафиолетовое излучение материала. Каждая пара светодиод - отражатель образуют стерилизатор, в зоне работы которого происходит обеззараживание вдыхаемого аэрозоля.

Светодиоды и отражатели для равномерности излучения по всей фронтальной поверхности или по всему объему зоны вдыхания могут быть расположены поочередно, в шахматном порядке, т.е. между соседними светодиодами размещен отражатель, а между отражателями - светодиод.

Средство защиты вышеописанной конструкции может быть смонтировано в индивидуальной маске, закрепляемой на лице, или может быть выполнено в виде блочной переносной приставки к такой маске, которая соединяется с маской с помощью полого шланга, через который из зоны вдыхания блочной приставки в зону дыхания маски пользователя подается уже обработанный, подвергшийся стерилизации воздух для дыхания.

На фиг.1 изображена конструкция одного из вариантов предлагаемого средства индивидуальной защиты, где стрелкой показано направление поступления воздуха извне. На фиг.2 изображен в плане корпус крепления светодиодов, расположенных в ряд с одной стороны зоны вдыхания, при этом каждый светодиод размещен в своем ложементе.

Средство индивидуальной защиты выполнено в своем корпусе 1. Если описываемое ниже средство защиты выполнено непосредственно в маске, оно позволяет добиться облегания части лица пользователя маской в области расположения органов дыхания. При этом корпус 1 выполнен из эластичных материалов, например из силикона. Корпус 1 со своей фронтальной стороны содержит входной внешний 2 слой механического фильтра и со стороны лица человека внутренний 3 слой. Оба слоя показаны плоскими, на практике же контур лица в рабочем положении средства защиты повторяется поверхностями этих слоев 2 и 3 в описываемом варианте средства защиты. Слои могут быть плоскими при выполнении средства защиты в виде блочной приставки вне маски. Слой 2 выполнен из нетканого материала. Слой 3 может быть гигиеническим. Слой 3 может быть выполнен из техноспана, полиэфирного материала и т.п. Слой 2 может быть дополнен тонкими стальными пружинными сетками 4 для фиксации входного слоя 2. Внутренний слой 3, прилегающий к лицу, может быть обработан поглощающим ультрафиолетовое излучение составом, а другие стороны средства защиты, ограничивающие область стерилизации (область (в)дыхания), могут быть выполнены из поглощающего ультрафиолетовое излучение материала. За фронтальной поверхностью входного слоя 2 по ходу движения вдыхаемого воздуха между внешним 2 и внутренним 3 слоями расположено пространство (полость) 5, средняя часть которого в рабочем положении приходится на область (в)дыхания. По толщине полости 5, вдоль фронтальной поверхности входного слоя 2 механического фильтра расположены четыре ряда 6 светодиодов 7 в шахматном порядке по высоте средства защиты вне зоны (в)дыхания, по два сверху и снизу. Светодиоды 7 расположены таким образом, чтобы направление их излучения было ориентировано в зону дыхания, вдоль фронтальной поверхности наружного слоя 2 средства защиты. Длина волны излучения светодиодов 7 лежит в ультрафиолетовой области и в конкретном случае равна оптимальной в 265 нанометров. Такое излучение вызывает деструктивно-модифицирующее фотохимическое необратимое повреждение ДНК в клеточном ядре микроорганизмов, что вызывает гибель их в первом или последующем поколении. В частности, для вируса свиного гриппа H1N1 излучение длиной волны 205-315 нм приводит к денатурации белков и ДНК, что является смертельным для него. В качестве светодиода 7 использован ультрафиолетовый светодиод класса BioLED с длиной волны излучения 265 нм модели S8D26C, мощностью излучения 400-600 мкВт, напряжением 6,5В, с куполообразным типом линзы. Количество светодиодов 7 в ряду 6 зависит от размера полости 5 по ее ширине, т.е. зависит от ширины зоны (в) дыхания средства защиты, определяемой горизонтальным размером части лица человека, которую необходимо охватить средством защиты, или внутренними размерами блочной приставки. Количество рядов 6 светодиодов 7, установленных параллельно друг другу, может быть несколько, например, четыре, как показано на фиг.1, два сверху и два снизу, и количество рядов определяется толщиной полости 5 зоны (в)дыхания средства защиты и размерами используемых светодиодов 7, степенью необходимой стерилизации и объемом проходящего воздуха. При наличии нескольких рядов 6 светодиодов 7 последние размещаются в полости 5 средства защиты, как в матрице, по ширине и толщине полости 5 средства защиты. Светодиоды 7 в ряду 6 помещены в своем корпусе 8 с ложементом 9 для каждого светодиода 7, как это показано на фиг.2, при этом установка светодиода 7 осуществлена в отверстии ложемента, а его закрепление в ложементе может быть выполнено на металлической полоске, к которой приклеена плата с токопроводящими дорожками. Внутренняя поверхность корпуса 8 светодиодов 7 выполнена из пластика или алюминия с высоким коэффициентом отражения, для чего она выполнена хромированной или из полированного алюминия. Это сделано для того, чтобы обеспечить многократное переотражение излучения и таким образом повысить число проходов излучения через обрабатываемый воздушный поток, что кратно повышает дозу биологически активной радиации, воздействующей на вирусы. На противоположной стороне каждого светодиода 7 вне зоны (в)дыхания, также в шахматном порядке установлены отражатели 10 излучения светодиодов 7, которые обращены вогнутой поверхностью каждый в сторону своего излучателя - светодиода 7 (фиг.1). Отражатели, как и светодиоды, расположены между светодиодами на металлической дорожке, как это показано на фиг.1. Вогнутая внутренняя поверхность каждого отражателя 10 выполнена гладкой, из полированного алюминия или сплава магналия, или она хромирована с целью повышения коэффициента ее отражения. Каждая пара светодиод 7 - отражатель 10 с их корпусами образуют стерилизатор 11, в зоне работы которого происходит обеззараживание вдыхаемого воздушного потока. Все светодиоды 7 питаются от аккумулятора 12, также встроенного в секцию корпуса 1 средства индивидуальной защиты вне зоны (в)дыхания. Соединения аккумулятора питания 12 со светодиодами 7 на фигурах не показаны. В качестве аккумулятора использована аккумуляторная батарейка Varta 4122 LONGLIFE EXTRA. В качестве источника питания светодиодов могут быть использованы также цилиндрические и призматические элементы и батареи марганцево-цинковой системы со щелочным электролитом, не содержащие кадмия и ртути, а также литий-ионный и литий-полимерный элементы с улучшенными весовыми характеристиками.

Средство защиты работает следующим образом.

При необходимости использования средства индивидуальной защиты человека его закрепляют на человеке с помощью элементов крепления (не показано), расположив зону обеззараживания средства в области расположения органов дыхания - носо-ротовой области. Далее включают питание светодиодов 7. При включении питания светодиодов 7 последние начинают излучать ультрафиолетовое излучение в области длин волн излучения, губительного для вирусной инфекции. При этом излучение, ориентированное по высоте средства защиты, проходя через зону вдыхания, попадает на другой конец средства, отражается от размещенных там отражателей 10 и вновь направляется в зону прохождения аэрозоля - в зону действия стерилизатора 11, т.е. в зону полости 5 средства защиты. При вдыхании человеком, снабженным таким средством защиты, воздуха, являющегося аэрозолем с содержанием вирусов, последние, частично проходя через механический фильтр - слой 2, попадают в зону действия стерилизаторов 11 полости 5 средства защиты. В этой зоне вирусы подвергаются губительному для них прямому излучению светодиодов 7 и отраженному отражателями 10 вторичному излучению той же длины волны. Многократное отражение излучения светодиода 7 от внутренних стенок корпуса стерилизатора 11 усиливает воздействие излучения, как прямого, так и отраженного, в зоне полости 5 на вдыхаемый поток воздуха - аэрозоль. Конструкция корпуса 8 крепления светодиодов 7 способствует усилению воздействия излучения на вирусы и препятствует проникновению излучения за пределы зоны работы стерилизатора 11 и полости 5 средства защиты. При большой мощности излучения светодиодов 7 последние конвективно отдают тепло металлическим частям стерилизатора, которые в свою очередь охлаждаются потоком вдыхаемого воздуха. Таким образом, вентиляция и теплоотвод от светодиодов решаются за счет дыхания самого человека, что является достаточным для нормальной работы средства защиты.

Аналогично работает средство защиты, выполненное в виде переносной блочной приставки, только перед включением светодиодов необходимо соединить приставку со входным штуцером маски посредством соответствующего полого шланга.

Таким образом, предлагаемая конструкция индивидуального средства защиты от вирусных инфекций позволяет не только пассивно защититься от вирусной инфекции за счет механической фильтрации ее с помощью входного слоя 2, но и активно воздействовать на вдыхаемый человеком воздух, уничтожая болезнетворные вирусы. Использование конструкции маски со светодиодами ультрафиолетового излучения при высокой степени защиты от вирусов позволяет обеспечить мобильность пользователей при необходимости их перемещения в пространстве, а также для посещения специалистами ферм носителей гриппа для оперативной работы с ними.

Для контроля обсемененности воздуха, прошедшего обработку указанным выше способом с использованием средства защиты описанной конструкции, был использован седиментационный метод с использованием чашек Петри. Для этого чашки Петри с 2% питательным агаром помещались в среду воздуха после его обработки в средстве защиты описанной выше конструкции с одной секцией стерилизатора и длиной волны излучения в 265 нм при объемной бактерицидной дозе (экспозиции) - объемной плотности бактерицидной энергии излучения H(V) в 15000-75000 Дж/куб.м. Чашки Петри открывали на 15 минут и посевы инкубировали при температуре 37°С в течение 48 часов. При этом наблюдался рост бактерий менее трех колоний на чашке. Конструкция средства защиты с четырьмя секциями стерилизатора обеспечивала объемную бактерицидную дозу в 60000-300000 Дж/куб.м. При этом известно, что самый стойкий к ультрафиолетовому излучению вирус табачной мозаики Tobacco mosaic virus при H(V) в 25650 Дж/куб.м. теряет 99,9% своей популяции, все штаммы вируса гриппа Influenza теряют 99,9% своей популяции при H(V) в 385 Дж/куб.м, Bacillus antharacis (туберкулез) - при H(V) в 507 Дж/куб.м. Таким образом, степень защиты такого средства от заражения реально достигает 99,9%, практически не пропуская вирусы гриппа, например свиного, и полностью обеспечивая безопасность человека от этого заболевания. При расчетах и испытаниях применялась методика из "РУКОВОДСТВА Р 3.1.683-98", "Использование ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздуха и поверхностей в помещениях ", утвержденного главным санитарным врачом РФ Г.Г.Онищенко в 1998 г.