一种护目镜快速粘贴除雾片的设计与应用

施 骏，刘 华，丁 任

中国湖北武汉于2019 年12 月发生了多起非典型的肺炎病例，其症状主要表现为胸闷、气喘、呼吸困难，部分有发热表现，以干咳为主的咳嗽；
部分患者表现出恶心、呕吐的消化道症状；
少部分会出现鼻塞、鼻痒、流涕现象。

2020 年1 月12 日世界卫生组织将其命名为新型冠状病毒（2019-nCoV）[1]。2020 年1 月20日起中国把新型冠状病毒肺炎（COVID-19）的预防和控制等级按最高类甲类实施。COVID-19 具有传播迅速快、传染性强、传染渠道多样化、人群普遍不具备抵抗此病毒的特点[2]。

根据国家卫生健康委员会办公厅所发布的《新型冠状病毒肺炎防控方案（第五版）》，笔者所在医院落实医学发热门诊、 流调人员及有关病区工作人员采用三级防护[3]。

根据研究发现，COVID-19的感染可能先经眼部结膜引起[4]，工作人员应当尽量防止在危险环境，特别是存在气溶胶传播风险的环境下暴露双眼[5]。个人防护中可以佩戴护目镜或面屏等，但因面屏较轻，工作中容易触碰掉落，故使用护目镜较为安全。

佩戴护目镜由于寒冷季节镜内外温差的原因，镜片内起雾会给医务人员的工作带来很大的困难与阻碍，护目镜防雾问题的解决也显得尤为重要，大家都在尝试各种方法对其进行除雾[6]。

目前一线多用的除雾方法有防雾喷剂法、碘酒涂抹法、洗手液涂抹法、洗洁精涂抹法[6～8]。

但上述各类溶剂在一定程度上对眼睛有刺激性，如使用不当可能会引起眼部不适。为此，笔者设计了一款可快速粘贴于医用防护镜的除雾片。

1.1 实验材料

贴片材料采用0.18 m（6 寸）的爱克发相片塑封膜[聚对苯二甲酸乙二醇酯 （polyethylene terephthalate，PET）底片材料]；
加热件采用0.2 mm 的交直流低压电热丝（直径0.2 mm，4 Ω/m，材质超细）；
调压件采用LM2596S DC-DC 可调降压模块（淘宝商家telesky旗舰店）[对通用串行总线 （universal serial bus，USB）输入的5 V 电压进行降压调整使用]；
USB 公头（淘宝商家telesky 旗舰店）；
导线（粗3 mm 线材1.5 A，黑色USB 充电数据线）（深圳昊然电子，中国）。

封装加热件为中国得力33939 过塑机。

1.2 方法

1.2.1 设计原理

护目镜水雾的产生主要由护目镜的镜片内外存在温差和使用中人体呼吸及正常运动等所产生的水蒸气所导致。

从以上两方面来说，因人体活动产生水蒸气无法改变，只能从内外温差上着手处理，所以采用了加热原理，避免护目镜内雾气产生。

前期计划设计一款加热部分集成于镜片中，并能够整体浸泡消毒的护目镜，但是疫情期间，此类装置的设计与制作耗时长、成本高，使用具有唯一性，对目前大量已采购使用的不同品种品牌的护目镜，无法共通使用。

于是计划设计一款护目镜防雾贴膜，贴膜生产方式简单，按通用尺寸制作后，不同护目镜片只需简单剪裁后即可使用。

供电根据功耗计算选择USB供电，通过现有的可调降压模块实现功率的改变。

室外可使用充电宝，供电技术成熟；
室内可使用计算机、手机充电器等供电，适用范围较广。

1.2.2 系统设计

实验设计是一种医用护目镜快速粘贴除雾片（图1），包括目镜贴片、加热件、调压模块、USB 电源接头与导线。

通过USB 电源接头与导线连接供电部分，将电源送至调压模块，由于粘贴片内加热电阻丝阻值R固定，发热量为功率值P，所以通过欧姆定理P=U2/R，根据需要调整调压模块来调整电压值U，对目镜贴片内的加热件进行加热， 以达到合适的使用温度。通过目镜贴片加热后的热传导与热辐射，对护目镜片进行加热，缩小护目镜内与室外环境的温差，起到除雾或防雾的作用。

图1 快速粘贴除雾片总结构图Fig.1 Diagram of general structure of rapidly adhesive demister

加热不仅起防雾作用，同时也作为防护中的重要部分。病毒的粒径约为纳米级，同时也是生命体，环境的温度和湿度不仅影响病毒的存活，也影响病毒的传播[9]。研究[10～15]表明，病毒的生存时间及传播与环境条件和病毒种类密切相关。呼吸道合胞病毒（respiratory syncytial virus，RSV） 和副流感病毒分别在干燥的环境下存活6 h 和2 h[10，11]。

对甲型流感病毒而言，凉爽干燥的环境比温暖或潮湿的环境更有利于传播。温度为20 ℃、 湿度为40%的条件下，2019-nCoV 能够存活5 d。

Wang M 等[14]统计了27 个国家2.4×104例COVID-19 确诊病例发生的气温背景， 发现日确诊数与温度密切相关， 低温环境——平均气温8.72 ℃可能是2019-nCoV 最适合的传播温度。

由此可见，温湿度的变化对病毒存活能力产生了明显的影响[12]。人冠状病毒能在-60℃条件下存活数年，并且在4 ℃条件下，只要是在合适的维持液中便能稳定存活；
而当温度为56 ℃、时间为30 min 或温度为37 ℃、时间为数小时，可使人2019-nCoV 丧失感染能力；
当温度为60 ℃，时间为30 min 时则能有效地杀灭人2019-nCoV[14]。

1.2.2.1 目镜贴片 采用高透光度且耐热的软性塑料，软度适宜可弯折，方便贴装于护目镜外；
贴片大小需小于目镜镜片，以保证贴合的完全度；
采用透明贴纸粘贴固定，以保证视线的良好。

贴片膜可以采用塑封工艺的双层聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）膜或者双层PET 膜贴合而成， 其一面沿着贴片膜边缘设有双面胶，能贴合于护目镜视窗面上，双面胶可以选用3M 无痕双面胶，或采用静电吸附材料。

电阻丝采用单根加热丝，绕行布设于塑封的双层膜之间，在双层贴膜塑封时一体压制成型。

1.2.2.2 加热件 采用超细电阻丝。经试验得出，该电阻丝耗电量低，产热效能高。

电阻丝较为纤细的直径在使用中对视线的影响很小， 不会影响医护人员的正常工作。

热丝绕行布设时，避开眼睛主要观察区域，两端分别作为电极，从贴片膜一侧边缘伸出；
加热电阻丝采用0.2 mm 直径阻丝，此种电热丝在使用中对视线的影响很小，采用折返排列，以一般成年人约60 mm的瞳距将眼部位置留空，以提高佩戴者的视野清晰度。

1.2.2.3 调压模块 该设计使用了电压调节电路，能够通过调节旋钮来对电压进行调整控制。温度调节器实际为电压调节器， 如基于LM2596S 调压芯片的可调降压模块，加热电阻丝的正、负极通过软质电线同温度调节器的一端连接，该软质电线同温度调节器相连一端采用可插拔接口， 例如2pin 插接端子或USB插接口；
由于热电阻丝固定阻值，根据欧姆定理P=U2/R，在定阻值的情况下通过调节电压调节器对电压进行调节即可得到温度调节的效果；
因为贴片膜一面接触护目镜而另一面接触外环境，护目镜雾气的出现是由于温差造成镜内壁冷凝水，虽然加热能起到除雾的效果，但是由于室外环境温度变化较大，加热贴片的热量流失也不尽相同，因此通过欧姆定律中的负载功率公式P = U2/R，即改变电压进行功率调整来调温，既能够在严冬调高温度，起到良好的除雾效果，又能够在初春回暖时避免了高温热辐射造成眼部不适。

1.2.2.4 USB 电源接头与导线 采用通用型USB 电源接头，使用方便。连接导线采用软性导线相连，使用方便可塑性好。

其中温度调节器设有一供电端，该供电端为一段带有USB 供电接口的软质电线；

软质电线的长度保证满足正常人体头部到腰部的距离，软质电线上可以设置一个夹子，夹子能夹在防护服背面或侧面，即将软质电线走线经护目镜绕至医护人员后面或侧面，再延伸至供电装置处，避开正面，不影响医护人员操作。

供电装置可以设计为专门可充电锂电池，也可直接使用移动电源（充电宝）替换，通过挂靠在腰部绑带上固定，或者放在防护服自带口袋中。

1.2.3 使用方法

可将目镜贴片外的其他部分放置于污染区，在清洁区将目镜贴片贴于护目镜上即可。

使用时，将双面胶的保护纸撕掉，然后贴合在护目镜上，再将软质电线利用夹子固定到位不影响工作操作的位置，将温度调节器的USB 供电输入接口插在移动电源USB 输出口上，让移动电源为加热电阻丝供电；
通过调节温度调节器，调整加热电阻丝供电电压，以此来改变加热电阻丝发热量，这样可以根据工作环境温度来调整除雾温度；
如果供电装置电量用完，可以直接更换移动电源，保持连续使用。当使用完毕后，可以直接将目镜贴片从护目镜上撕下， 进行单独消毒和再利用；
无法利用、污染严重或已损坏，可直接单独丢弃更换新的目镜贴片。

2.1 系统测试效果

使用该装置2 个月，效果明显，图2 为笔者所在医院室外工作的流调人员使用该装置前后对比。经测试该装置能够达到使用需求，在室外冰点以下温度护目镜镜片起雾后， 开机10 min 后即能够表现出良好的除雾效果，能够保障流调人员正常进行工作。

图2 使用除雾贴片效果图（2 个月流调人员使用）Fig.2 Images of adhesive demister effect(used by epidemiological investigation personnel for 2-month)

2.2 性能测试结果

通过使用WANPTEK 固测NPS3010 可调直流稳压电源调整额定输出电压0 ～5 V 至发热件， 模拟充电宝等供电设备通过调压模块输出，以整数电压值为记录点， 测试目镜贴片性能。

稳压电源显示电压、电流， 通过红外热像装置FOTRIC 322PRO 观察并记录目镜贴片温度。

当室温17 ℃， 给最高5 V 供电电压时，目镜贴片的最高温度可达91.1 ℃，能够同时满足低温环境下的使用需求。

表1 室温17 ℃除雾贴片的电压、电流与贴片温度关系表Tab. 1 Relationship between voltage, current and chip temperature of adhesive demister at room temperature of 17 ℃

2.3 安全性测试

该装置使用USB 接口，可采用个人计算机、充电宝等装置供电。USB 接口供电电压无特殊通信协议的情况下，输出电压均为5 V，远低于人体安全电压36 V与持续接触安全电压24 V，当输出最大功率时仅为5 V 1 A，相当于手机慢速充电，USB 供电技术成熟，电源管理芯片有良好的短路保护机制， 所以采用USB 供电有良好的安全性。

通过笔者所在医院流调人员2 个月除雾贴片的使用与测试，该装置起到了防止或消除佩戴护目镜过程中起雾的效果，软性材质能够应对各规格、型号的护目镜，适用性较广，供电5 V 既能满足低温环境下的使用，又远低于人体安全电压，有良好的安全性。防护过程中， 护目镜起雾的问题也时常困扰佩戴者，加之人感染病毒对温度的敏感性，因此笔者认为该装置作为一款快速粘贴除雾贴片应当能够被普及。

该设计所要解决的问题是对护目镜内壁起到一定的除雾作用，使医务人员佩戴护目镜在工作中更加舒适，提高临床工作效率。

该设计通过可调的输入电压，根据固定的电阻值而获得所需要的加热功率。

该除雾贴片制做简单，使用成本低，防雾效果好，在笔者所在医院防控中已作应用，实用效果佳。