仿生壁虎皮肤的自贴合高气密性口罩及方法与流程

本发明属于防护技术领域，涉及一种仿生壁虎皮肤的自贴合高气密性口罩及方法。

背景技术：

口罩是生活中防尘、防风、防雾霾、防病毒等必不可少的防护用品，可以有效过滤空气中的花粉、粉尘、飞沫、酸雾等微小颗粒或含病毒等有害微生物的颗粒。口罩通常分为普通口罩、普通医用口罩、医用外科口罩、医用防护口罩等。普通口罩由纱布、棉布等制作而成；医用外科口罩通常分为三层，从外至内分别为防水层、过滤层和舒适层，防水层可以防止血液、唾液渗透到口罩内部；医用防护口罩同样分为三层，内层为纱布或无纺布，中层为单层或多层超细聚丙烯纤维熔喷材料层，外层为无纺布或超薄聚丙烯熔喷材料层。口罩的防护效果与其气密性和过滤性密切相关。然而，目前常用的口罩多采用两条耳带佩戴于耳朵上，仅通过鼻梁条弯曲使口罩本体贴合于面部皮肤，导致口罩与面部皮肤的密闭性较差，呼吸时气体从口罩上沿或两侧进出，无法很好地过滤空气中微颗粒或病毒，不能对疾病进行有效地预防。同时，口罩采用标准化制作，口罩本体和鼻梁条难以贴合不同脸型的人员，口罩适用性差。此外，在寒冷的季节，由于口罩的密闭性差，呼出的热气将沿口罩与脸部贴合处的上沿进入空气中，当热气遇到低温眼镜镜片时，热气便会凝结于镜片形成水雾，阻碍视线，难以清晰观察周围环境，特别是对于骑行的近视人员，由于骑行过程无法一直擦拭镜片，但水雾会持续凝结，现有口罩给骑行带来了诸多不便以及安全隐患。

壁虎之所以能“飞檐走壁”得益于脚掌凹凸的褶皱结构，该结构由数以万计的直径几微米、长度30~130微米的小刚毛构成。美国路易斯克拉克学院的kellarautumn教授及同事在《nature》上发表的文章称壁虎脚掌的附着力高达1000n以上（nature.2000,405:681-685）。仿造壁虎脚趾的形态结构研发的防生壁虎皮肤材料已经在挂扣、贴纸等领域得到应用，仿生壁虎皮肤材料能够利用范德华力实现与玻璃、桌面、墙壁等物体表面的吸附，由于吸附力为范德华力这种微弱电磁吸引力，因此仿生壁虎皮肤材料可以重复使用，且不会留下残留物。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种仿生壁虎皮肤的自贴合高气密性口罩及方法，结构简单，采用在口罩本体内侧的外缘贴合区内设置仿生壁虎皮肤条，仿生壁虎皮肤条充分与鼻梁、脸颊及下颌皮肤接触密封，密封性和适应性好，过滤效果好，眼睛镜片不受呼出气体影响，戴取方便快捷。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种仿生壁虎皮肤的自贴合高气密性口罩，它包括口罩本体、外缘贴合区和仿生壁虎皮肤条；所述外缘贴合区位于口罩本体内侧边沿，从口罩本体的鼻端向下颌端延伸形成环形闭合区，仿生壁虎皮肤条位于外缘贴合区内两侧相互对称；所述仿生壁虎皮肤条包括基底和软弹性基质组成的柔性体，基底与口罩本体连接；基底和软弹性基质的协同作用模拟壁虎脚趾的吸附力。

所述基底模拟壁虎脚趾的肌腱骨架、组织和皮肤。

所述软弹性基质模拟壁虎脚趾皮肤的衬垫、刚毛和绒毛结构。

所述仿生壁虎皮肤条的长度小于外缘贴合区长度的三分之一时，位于口罩本体内侧设置鼻梁条，口罩本体两侧设置耳带。

所述仿生壁虎皮肤条的长度为外缘贴合区长度的三分之一至三分之二时，位于口罩本体内侧设置鼻梁条，口罩本体两侧设置耳片。

所述仿生壁虎皮肤条的长度与外缘贴合区长度一致时，口罩本体两侧设置耳片。

所述口罩本体的隆起过滤区设置电动呼吸器。

如上所述的仿生壁虎皮肤的自贴合高气密性口罩的使用方法，它包括如下步骤：

s1，将口罩本体内侧朝向人脸部，仿生壁虎皮肤条与脸部接触；

s2，按压仿生壁虎皮肤条，使仿生壁虎皮肤条充分与鼻梁、脸颊及下颌皮肤接触密封，口及鼻孔位于口罩本体的隆起过滤区内；此时，通过口罩本体的隆起过滤区过滤通气；

s3，摘取时，捏住耳片向一侧拉扯，使仿生壁虎皮肤条脱离与脸部皮肤接触，摘下口罩。

一种仿生壁虎皮肤的自贴合高气密性口罩，它包括口罩本体、外缘贴合区和仿生壁虎皮肤条；外缘贴合区位于口罩本体内侧边沿，从口罩本体的鼻端向下颌端延伸形成环形闭合区，仿生壁虎皮肤条位于外缘贴合区内两侧相互对称；仿生壁虎皮肤条包括基底和软弹性基质组成的柔性体，基底与口罩本体连接；基底和软弹性基质的协同作用模拟壁虎脚趾的吸附力。结构简单，通过在口罩本体内侧的外缘贴合区内设置仿生壁虎皮肤条，通过仿生壁虎皮肤条充分与鼻梁、脸颊及下颌皮肤接触密封，密封性和适应性好，过滤效果好，眼睛镜片不受呼出气体影响，戴取方便快捷。

在优选的方案中，基底模拟壁虎脚趾的肌腱骨架、组织和皮肤。使用时，基底采用模拟壁虎脚趾的肌腱骨架、组织和皮肤的材料，基底和软弹性基质的协同作用模拟壁虎脚趾的吸附力，与鼻梁、脸颊和下颌的皮肤吸附，提高密封性，有效阻止外部空气从口罩本体侧沿进入到内部，使空气只能通过口罩本体的过滤区进入内部，人体呼出的气体也只能通过过滤区排出，过滤性能好。

在优选的方案中，软弹性基质模拟壁虎脚趾皮肤的衬垫、刚毛和绒毛结构。制作时，软弹性基质是通过模塑技术形成的柔韧聚合物，或通过刀片提拉技术在部分凝固的聚合物表面形成微米级缺口得到的柔韧聚合物，提高与脸部皮肤接触的舒适性。

在优选的方案中，仿生壁虎皮肤条的长度小于外缘贴合区长度的三分之一时，位于口罩本体内侧设置鼻梁条，口罩本体两侧设置耳带。结构简单，使用时，当仿生壁虎皮肤条的长度小于外缘贴合区长度的三分之一时，适用于密封性能要求一般的环境，由鼻梁条弯曲形成的骨架夹持鼻梁，仿生壁虎皮肤条位于眼部下与鼻梁周围的皮肤接触，阻挡呼出的热气与眼睛镜片接触，避免眼睛模糊，此时，由耳带与耳部勾连，避免掉落，仿生壁虎皮肤条以外的外缘贴合区在耳带的拉力作用下与脸部及下颌皮肤接触密封。

在优选的方案中，仿生壁虎皮肤条的长度为外缘贴合区长度的三分之一至三分之二时，位于口罩本体内侧设置鼻梁条，口罩本体两侧设置耳片。结构简单，使用时，当仿生壁虎皮肤条的长度为外缘贴合区长度的三分之一至三分之二，仿生壁虎皮肤条足够吸附嘴部以上的脸部皮肤时，由鼻梁条弯曲形成的骨架夹持鼻梁，仿生壁虎皮肤条位于眼部下与鼻梁及鼻梁下部的皮肤接触，仿生壁虎皮肤条与脸部接触面积较大，不易掉落，仿生壁虎皮肤条以外的外缘贴合区与脸部及下颌皮肤接触，呼吸更畅，呼出的气体从外缘贴合区与下颌之间排出，眼镜镜片不受呼出气体影响，摘取时拉扯耳片，使耳朵不受外力影响，舒适性好。

在优选的方案中，仿生壁虎皮肤条的长度与外缘贴合区长度一致时，口罩本体两侧设置耳片。结构简单，使用时，当仿生壁虎皮肤条的长度与外缘贴合区长度一致，仿生壁虎皮肤条与鼻梁、脸颊及下颌皮肤完全吸附后，形成全封闭结构，空气只能从口罩本体的过滤部进出，适用于过滤条件要求较高的环境使用，摘取时拉扯耳片，使耳朵不受外力影响，舒适性好。

在优选的方案中，口罩本体的隆起过滤区设置电动呼吸器。结构简单，在全密封状态使用时，在呼吸困难的情况下，启动电动呼吸器辅助呼吸，提高舒适性。

在优选的方案中，如上仿生壁虎皮肤的自贴合高气密性口罩的使用方法，它包括如下步骤：

s1，将口罩本体内侧朝向人脸部，仿生壁虎皮肤条与脸部接触；

s2，按压仿生壁虎皮肤条，使仿生壁虎皮肤条充分与鼻梁、脸颊及下颌皮肤接触密封，口及鼻孔位于口罩本体的隆起过滤区内；此时，通过口罩本体的隆起过滤区过滤通气；

s3，摘取时，捏住耳片向一侧拉扯，使仿生壁虎皮肤条脱离与脸部皮肤接触，摘下口罩。该方法操作简单方便，密封性能好，使耳朵不受外力影响，舒适性好，呼出的热气不影响眼镜镜片，摘取方便。

一种仿生壁虎皮肤的自贴合高气密性口罩及方法，它包括口罩本体、外缘贴合区和仿生壁虎皮肤条，通过在口罩本体内侧的外缘贴合区内设置仿生壁虎皮肤条，通过仿生壁虎皮肤条充分与鼻梁、脸颊及下颌皮肤接触密封。克服了原口罩密封性能差，呼出的热气模糊眼镜镜片影响视觉的问题。具有结构简单，密封性和适应性好，过滤效果好，眼睛镜片不受呼出气体影响，戴取方便快捷的特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的另一种结构示意图。

图3为本发明的另一种结构示意图。

图4为本发明的另一种结构示意图。

图5为图1的a处放大示意图。

图中：口罩本体1，耳带11，耳片12，外缘贴合区2，仿生壁虎皮肤条3，基底31，软弹性基质32，鼻梁条4，电动呼吸器5。

具体实施方式

如图1~图5中，一种仿生壁虎皮肤的自贴合高气密性口罩，它包括口罩本体1、外缘贴合区2和仿生壁虎皮肤条3；所述外缘贴合区2位于口罩本体1内侧边沿，从口罩本体1的鼻端向下颌端延伸形成环形闭合区，仿生壁虎皮肤条3位于外缘贴合区2内两侧相互对称；所述仿生壁虎皮肤条3包括基底31和软弹性基质32组成的柔性体，基底31与口罩本体1连接；基底31和软弹性基质32的协同作用模拟壁虎脚趾的吸附力。结构简单，通过在口罩本体1内侧的外缘贴合区2内设置仿生壁虎皮肤条3，通过仿生壁虎皮肤条3充分与鼻梁、脸颊及下颌皮肤接触密封，密封性和适应性好，过滤效果好，眼睛镜片不受呼出气体影响，戴取方便快捷。

优选地，仿生壁虎皮肤条3在口罩本体1上的位置与口罩类型、应用场景有关，对于医护人员，口罩的密闭性要求高，仿生壁虎皮肤条3优选固定于口罩本体1内部外缘的上侧和两侧，或固定于口罩本体内部外缘的一圈；对于普通人员或骑行人员，仿生壁虎皮肤条3固定于口罩本体1内部外缘的上侧，阻止呼吸的气体通过口罩上沿进出。

优选地，口罩本体包括普通医用口罩、医用外科口罩、医用防护口罩、防风口罩、防尘口罩、防雾霾口罩、电动口罩。

优选地，普通医用口罩和医用外科口罩通常是一次性的，考虑到仿生壁虎皮肤条3的价格相对较高，优选重复利用仿生壁虎皮肤条3，即口罩本体1内部预设外缘贴合区2，使用前，仿生壁虎皮肤条3采用人为方式将仿生壁虎皮肤条3的一面先吸附于外缘贴合区2，然后再配套口罩，将另一面吸附于皮肤。医用防护口罩的价格更昂贵，且对密封性更高，仿生壁虎皮肤条3优选一次性利用。当口罩本体1的外缘通过仿生壁虎皮肤条3完全贴合于面部皮肤时，优选启动电动呼吸器5，通过电动呼吸器5辅助呼吸，提高呼吸顺畅性，同时降低口罩内部的湿度。

优选的方案中，所述基底31模拟壁虎脚趾的肌腱骨架、组织和皮肤。使用时，基底31采用模拟壁虎脚趾的肌腱骨架、组织和皮肤，基底31和软弹性基质32的协同作用模拟壁虎脚趾的吸附力，与鼻梁、脸颊和下颌的皮肤吸附，提高密封性，有效阻止外部空气从口罩本体1侧沿进入到内部，使空气只能通过口罩本体1的过滤区进入内部，人体呼出的气体也只能通过过滤区排出，过滤性能好。

优选地，仿生壁虎皮肤条3的基底31由尼龙、玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维的一种材料或多种材料复合制作而成。

优选地，玻璃纤维抗扭曲和稳定性强，碳纤维的强度高、凯夫拉纤维的疲劳荷载高，基底31优选由具有不同材料特性的尼龙、玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维编制而成，同时保证基底31的变形能力和柔韧性。

优选的方案中，所述软弹性基质32模拟壁虎脚趾皮肤的衬垫、刚毛和绒毛结构。制作时，软弹性基质32是通过模塑技术形成的柔韧聚合物，或通过刀片提拉技术在部分凝固的聚合物表面形成微米级缺口得到的柔韧聚合物，提高与脸部皮肤接触的舒适性。

优选地，软弹性基质32由聚氨酯或聚二甲基硅氧烷制作而成。

优选地，仿生壁虎皮肤条3与皮肤的吸附力具有高抗剪能力和低剥离能力的特点，在讲话、呼吸及嘴巴张开和闭合动作产生的向下拖曳力不会引起口罩的脱落，同时脱下口罩动作产生的垂直仿生壁虎皮肤条3的向上拉力很容易将口罩从面部皮肤上剥离。

优选地，基底31通过缝合、挤压、胶结技术预先固定于口罩本体1内部外缘贴合区2；或者基底31通过软弹性基质32吸附于口罩本体1内部外缘贴合区2，软弹性基质32与口罩本体1内部外缘贴合区2的吸附力显著高于软弹性基质32与皮肤的吸附力，因此取下口罩时，仿生壁虎皮肤条3仍完好吸附于口罩本体1内部外缘贴合区2，同时该种连接方式的仿生壁虎皮肤条3可实现在多个口罩中的重复利用。软弹性基质32通过范德华力吸附或贴合于皮肤，对皮肤无损伤且不会留下残留物。

优选的方案中，所述仿生壁虎皮肤条3的长度小于外缘贴合区2长度的三分之一时，位于口罩本体1内侧设置鼻梁条4，口罩本体1两侧设置耳带11。结构简单，使用时，当生壁虎皮肤条3的长度小于外缘贴合区2长度的三分之一时，适用于密封性能要求一般的环境，由鼻梁条4弯曲形成的骨架夹持鼻梁，仿生壁虎皮肤条3位于眼部下与鼻梁周围的皮肤接触，阻挡呼出的热气与眼睛镜片接触，避免眼睛模糊，此时，由耳带11与耳部勾连，避免掉落，仿生壁虎皮肤条3以外的外缘贴合区2在耳带11的拉力作用下与脸部及下颌皮肤接触密封。

优选的方案中，所述仿生壁虎皮肤条3的长度为外缘贴合区2长度的三分之一至三分之二时，位于口罩本体1内侧设置鼻梁条4，口罩本体1两侧设置耳片12。结构简单，使用时，当仿生壁虎皮肤条3的长度为外缘贴合区2长度的三分之一至三分之二，仿生壁虎皮肤条3足够吸附嘴部以上的脸部皮肤时，由鼻梁条4弯曲形成的骨架夹持鼻梁，仿生壁虎皮肤条3位于眼部下与鼻梁及鼻梁下部的皮肤接触，仿生壁虎皮肤条3与脸部接触面积较大，不易掉落，仿生壁虎皮肤条3以外的外缘贴合区2与脸部及下颌皮肤接触，呼吸更畅，呼出的气体从外缘贴合区2与下颌之间排出，眼镜镜片不受呼出气体影响，摘取时拉扯耳片12，使耳朵不受外力影响，舒适性好。

优选的方案中，所述仿生壁虎皮肤条3的长度与外缘贴合区2长度一致时，口罩本体1两侧设置耳片12。结构简单，使用时，当仿生壁虎皮肤条3的长度与外缘贴合区2长度一致，仿生壁虎皮肤条3与鼻梁、脸颊及下颌皮肤完全吸附后，形成全封闭结构，空气只能从口罩本体1的过滤部进出，适用于过滤条件要求较高的环境使用，摘取时拉扯耳片12，使耳朵不受外力影响，舒适性好。

优选的方案中，所述口罩本体1的隆起过滤区设置电动呼吸器5。结构简单，在全密封状态使用时，在呼吸困难的情况下，启动电动呼吸器5辅助呼吸，提高舒适性。

优选的方案中，如上所述的仿生壁虎皮肤的自贴合高气密性口罩的使用方法，它包括如下步骤：

s1，将口罩本体1内侧朝向人脸部，仿生壁虎皮肤条3与脸部接触；

s2，按压仿生壁虎皮肤条3，使仿生壁虎皮肤条3充分与鼻梁、脸颊及下颌皮肤接触密封，口及鼻孔位于口罩本体1的隆起过滤区内；此时，通过口罩本体1的隆起过滤区过滤通气；

s3，摘取时，捏住耳片12向一侧拉扯，使仿生壁虎皮肤条3脱离与脸部皮肤接触，摘下口罩。该方法操作简单方便，密封性能好，使耳朵不受外力影响，舒适性好，呼出的热气不影响眼镜镜片，摘取方便。

如上所述的仿生壁虎皮肤的自贴合高气密性口罩及方法，安装使用时，在口罩本体1内侧的外缘贴合区2内设置仿生壁虎皮肤条3，仿生壁虎皮肤条3充分与鼻梁、脸颊及下颌皮肤接触密封，密封性和适应性好，过滤效果好，眼睛镜片不受呼出气体影响，戴取方便快捷。

使用时，基底31采用模拟壁虎脚趾的肌腱骨架、组织和皮肤的材料，基底31和软弹性基质32的协同作用模拟壁虎脚趾的吸附力，与鼻梁、脸颊和下颌的皮肤吸附，提高密封性，有效阻止外部空气从口罩本体1侧沿进入到内部，使空气只能通过口罩本体1的过滤区进入内部，人体呼出的气体也只能通过过滤区排出，过滤性能好。

制作时，软弹性基质32是通过模塑技术形成的柔韧聚合物，或通过刀片提拉技术在部分凝固的聚合物表面形成微米级缺口得到的柔韧聚合物，提高与脸部皮肤接触的舒适性。

使用时，当仿生壁虎皮肤条3的长度小于外缘贴合区2长度的三分之一时，适用于密封性能要求一般的环境，由鼻梁条4弯曲形成的骨架夹持鼻梁，仿生壁虎皮肤条3位于眼部下与鼻梁周围的皮肤接触，阻挡呼出的热气与眼睛镜片接触，避免眼睛模糊，此时，由耳带11与耳部勾连，避免掉落，仿生壁虎皮肤条3以外的外缘贴合区2在耳带11的拉力作用下与脸部及下颌皮肤接触密封。

使用时，当仿生壁虎皮肤条3的长度为外缘贴合区2长度的三分之一至三分之二，仿生壁虎皮肤条3足够吸附嘴部以上的脸部皮肤时，由鼻梁条4弯曲形成的骨架夹持鼻梁，仿生壁虎皮肤条3位于眼部下与鼻梁及鼻梁下部的皮肤接触，仿生壁虎皮肤条3与脸部接触面积较大，不易掉落，仿生壁虎皮肤条3以外的外缘贴合区2与脸部及下颌皮肤接触，呼吸更畅，呼出的气体从外缘贴合区2与下颌之间排出，眼镜镜片不受呼出气体影响，摘取时拉扯耳片12，使耳朵不受外力影响，舒适性好。

使用时，当仿生壁虎皮肤条3的长度与外缘贴合区2长度一致，仿生壁虎皮肤条3与鼻梁、脸颊及下颌皮肤完全吸附后，形成全封闭结构，空气只能从口罩本体1的过滤部进出，适用于过滤条件要求较高的环境使用，摘取时拉扯耳片12，使耳朵不受外力影响，舒适性好。

结构简单，在全密封状态使用时，在呼吸困难的情况下，启动电动呼吸器5辅助呼吸，提高舒适性。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。