中。在某些實(shí)施例中，納米纖維可以組成中間層或可以設(shè)置在口罩的中間層上。在某些實(shí) 施例中，納米纖維可以通過靜電紡設(shè)置在內(nèi)層、中間層和/或外層上。
[0079] 如本文所用的，術(shù)語"靜電紡"是指使用流體動(dòng)力學(xué)和帶電荷表面之間的相互作用 從溶液生產(chǎn)被稱為電紡纖維的納米大小的纖維的方法。通常，電紡纖維的形成涉及提供溶 液到與電源電連通的本體中的孔隙，其中，電力協(xié)助形成沉積在表面上的細(xì)纖維，該表面可 接地或另外處于比所述本體低的電壓。在靜電紡中，從一個(gè)或多個(gè)針、狹槽或其它孔隙提供 的聚合物溶液或熔體被充電到相對(duì)于收集柵極的高電壓。電力克服表面張力并且致使聚合 物溶液或熔體的細(xì)噴射流朝向接地的或帶相反電荷的收集柵極移動(dòng)。噴射流可以在到達(dá)目 標(biāo)之前展開成更細(xì)的纖維流，并且被收集為相互連接的小纖維網(wǎng)。干燥纖維或固化的纖維 可具有約40nm、或從約10至約100nm的直徑，但100至500nm的纖維也通常被發(fā)現(xiàn)。各種形 式的電紡納米纖維包括分支納米纖維、管、帶和分裂的納米纖維、納米纖維紗線、表面涂覆 的納米纖維（例如用碳、金屬等）、真空生產(chǎn)的納米纖維等等。電紡纖維的生產(chǎn)在很多公開 和專利中說明，包括例如，P.W. Gibson等人的"電紡纖維墊：運(yùn)輸性質(zhì)（Electrospun Fiber Mats: Transport Properties) "，美國化學(xué)工程師協(xié)會(huì)期刊 45 (1) : 190-195 (1999. 1)，其以 引用的方式并入本文。
[0080] 納米纖維可以在口罩中，以產(chǎn)生口罩中的梯度。梯度可以是多組分材料，已經(jīng)通過 靜電紡制造的至少兩種不同"類型"的納米尺寸的纖維存在于該多組分材料中并且不均勻 分布以產(chǎn)生在一個(gè)或多個(gè)方向上的一個(gè)或多個(gè)梯度或不均勻性。"梯度電紡材料"中的梯度 提供離散區(qū)域，該離散區(qū)域具有在表面化學(xué)（例如、芯吸作用、接觸、角度等）或包括但不限 于密度、孔徑大小、表面電荷、電動(dòng)電勢(shì)等等的其它材料性質(zhì)上的，由存在不同類型、即基本 不同材料成分的纖維引起的可測(cè)量差異。
[0081 ] 在某些實(shí)施例中，納米纖維可以在內(nèi)層、中間層和/或外層中涂覆在口罩上。在某 些實(shí)施例中，內(nèi)層是最多孔的，中層比中層的孔少，而外層是最少孔的。在某些實(shí)施例中，內(nèi) 層和中層的孔隙率是相同的，而外層是最少孔的。
[0082] 參照示出本發(fā)明的醫(yī)療口罩的分解剖視圖的圖3,醫(yī)療口罩具有設(shè)置成鄰近穿戴 者面部的第一離散非紡織纖維層33 (內(nèi)層）。第一層33具有內(nèi)表面34,該內(nèi)表面34至少 部分地接觸穿戴者的面部。第一層還具有外表面35。第二離散非紡織纖維層36(中間層） 設(shè)置成與第一層33的外表面35相鄰。第二層36可以與第一層33間隔開或者可以設(shè)置成 與第一層33形成接觸。第二層36具有面對(duì)如圖3所示的方向A的內(nèi)表面37。第二層36 具有與內(nèi)表面34相反地面對(duì)如圖3所示的方向B的外表面38。在一個(gè)實(shí)施例中，第三離 散非紡織纖維層39設(shè)置成與第二層36相鄰，使得第二層36設(shè)置在第一層33和第三層39 之間。第三層39(外層）具有鄰近第二層36的外表面38設(shè)置的面對(duì)如圖3所示的方向A 的內(nèi)表面40。第三層39 (外層）還包括與第三層39的內(nèi)表面40相反的暴露于周圍環(huán)境的 外表面41。
[0083] 納米纖維材料被層疊或涂覆到第一纖維層33 (內(nèi)層）、第二纖維層36 (中間層）和 /或第三纖維層39(外層）的表面上。替代地，納米纖維層可以替換外層、中間層或內(nèi)層。 納米纖維層是與第一纖維層33、第二纖維層36和第三纖維層39分開并涂覆其在上的離散 層。離散納米纖維層不交織成非紡織纖維層，且它們也不是非紡織纖維層的復(fù)合物。離散納 米纖維層可以涂覆在第一纖維層33、第二纖維層36和第三纖維層39的表面中的一個(gè)或多 個(gè)表面上。在一個(gè)實(shí)施例中，第二層36由涂覆在第一纖維層33的外表面35上的第一離散 納米纖維層42和涂覆到第三纖維層39的內(nèi)表面40上的第二離散納米纖維層43來替換。 在一個(gè)實(shí)施例中，離散納米纖維層涂覆到第一纖維層33的外表面35、第二層36的內(nèi)表面 37和外表面38以及第三層39的內(nèi)表面40上，從而形成具有四個(gè)離散納米纖維層的口罩， 用來提高空氣所帶的病菌的過濾作用。在一個(gè)實(shí)施例中，離散納米纖維層涂覆在第一層33 的內(nèi)表面34和/或第三層39的內(nèi)表面40上。
[0084] 納米纖維層密度和非紡織/納米纖維層的組合根據(jù)每個(gè)口罩版本的具體性能目 的而變化。例如，一個(gè)口罩版本可結(jié)合有更稠密的納米纖維，該更稠密的納米纖維作為非紡 織過濾層的替代以獲得類似過濾效率，同時(shí)減小壓差（提高透氣性）。另一版本可將較低密 度的納米纖維層合并到現(xiàn)有層上以獲得更大過濾效率。因此，合并的納米纖維層的疏水性 質(zhì)或親水性質(zhì)可不同。例如，高疏水性外層將用于改善口罩的流體阻隔性質(zhì)。相反地，高親 水性納米纖維層可用于將水分向后續(xù)層吸入（芯吸）以將水分從穿戴者面部吸走并且/或 將潛在傳染性水分微滴吸向會(huì)使病菌無效的抗菌層?？深A(yù)見，納米纖維層可結(jié)合有抗菌納 米顆粒、金屬有機(jī)框架、濕度傳感器和/或一體式流感診斷納米條。在某些實(shí)施例中，制造 口罩的材料包括疏水材料，例如，疏水聚合物、疏水含氟聚合物或具有疏水表面活性劑的聚 合物J等等。
[0085] 進(jìn)一步考慮到，口罩是在穿戴者頭部上拉伸覆蓋頸部的織物的連續(xù)圈?？椢镏械?約一半會(huì)包括納米過濾材料，而另一半會(huì)包括具有彈性性質(zhì)的織物。正面過濾部分會(huì)被拉 過鼻梁。考慮到，口罩具有用于移除和安全目的的撕開穿孔，并且將不需要任何金屬條或系 帶來將口罩固定到穿戴者。
[0086] 在一個(gè)實(shí)施例中，離散納米纖維層42是親水的，以將水分從第一層33吸走。在另 一實(shí)施例中，離散納米纖維層的親水性從第一層33的內(nèi)表面34向第三層39的內(nèi)表面40 增加，使得在第一層33和第三層39之間形成水分濃度梯度。假設(shè)水分會(huì)不斷地從穿戴者 面部沿圖3所示的方向B被吸走，則第一層33具有最低水分含量，而第三層39具有最高水 分含量。一旦源于穿戴者呼吸的水分從第一層33的內(nèi)表面?zhèn)鞯降谌龑?9的外表面41，水 分就會(huì)蒸發(fā)到周圍環(huán)境中。水分濃度梯度降低了口罩10的內(nèi)腔27中的水分的量，從而提 高了穿戴者的舒適度。在一個(gè)實(shí)施例中，第一層33、第二層36以及第三層39分別包括親水 性漸增的材料。
[0087] 圖4示出了安裝在穿戴者面部上的口罩44的實(shí)施例的透視圖?？谡?4的外表 面58示出為面對(duì)穿戴者64所暴露的外側(cè)或外部環(huán)境?？谡?4示出為處于其展開位置并 通過將耳套圈（一個(gè)示出為62)繞穿戴者耳朵固定來固定到穿戴者面部以提供牢固和舒適 的配合。耳套圈優(yōu)選地由松緊帶形成，使得它們會(huì)將口罩44固定在穿戴者面部上的適當(dāng)位 置。彈性耳套圈的使用允許口罩44容易由穿戴者安裝并且避免在頭部后面系繩結(jié)的困難 此外，因?yàn)槎兹κ菑椥缘模詻]有使用普通系繩伴隨的耳套圈在不適宜時(shí)刻變成松開 的風(fēng)險(xiǎn)。此外，耳套圈的彈性可被選擇成允許口罩容易重新定位在面部上而僅使用單手。
[0088] 口罩44包括一個(gè)或多個(gè)褶裥（在展開位置示出的是已經(jīng)展開的三個(gè)褶裥48、50 和52)。該一個(gè)或多個(gè)褶裥設(shè)置在口罩的至少上邊緣、下邊緣和/或側(cè)邊緣之間。如本文所 用的，術(shù)語"褶裥（pleat)"是指當(dāng)口罩20處于平坦儲(chǔ)存構(gòu)型（如圖1所示）時(shí)，形成在口 罩44中的相對(duì)平坦的雙折痕。過濾材料中的褶裥可以是本領(lǐng)域中任何已知的，并且包括例 如Z形裙裥、標(biāo)準(zhǔn)裙裥、歐米前裙裥、次級(jí)裙裥、反裙裥（reverse pleat)等。
[0089] 所述一個(gè)或多個(gè)褶裥設(shè)置在口罩的上邊緣、下邊緣和側(cè)邊緣(60)之間。本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，口罩可具有一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)、七個(gè)、八個(gè)或更多褶 裥，其中的每個(gè)褶裥可以具有相同或不同的尺寸和/或形狀。
[0090] 口罩44包括在其上部分中的上可延展加強(qiáng)件46,該上可延展加強(qiáng)件46當(dāng)被捏壓、 折疊或扭轉(zhuǎn)時(shí)將抵著鼻子和臉頰拉動(dòng)過濾材料（包括其上邊緣和側(cè)邊緣）。口罩還包括在 口罩的下部分中的下可延展加強(qiáng)件54,該下可延展加強(qiáng)件54當(dāng)被捏壓、折疊或扭轉(zhuǎn)時(shí)將側(cè) 邊緣和下邊緣拉到面部和下頌區(qū)域的側(cè)面中，以提供牢固的面部配合。此外，還可看到，褶 裥48、50和52允許產(chǎn)生口袋狀形狀，通過該口袋，狀形狀過濾材料的內(nèi)表面被保持緊靠穿 戴者的下頌區(qū)域。上下可延展加強(qiáng)件（46和54)附接到或嵌入在口罩材料中，通常在口罩 的內(nèi)側(cè)或外側(cè)上或中。這些可延展加強(qiáng)件提高了形成在穿戴者的鼻子和臉頰區(qū)域以及頦和 頌部分周圍的牢固配合。
[0091] 通過正確地定位耳套圈、所述一個(gè)或多個(gè)褶裥，以及在安裝口罩時(shí)抵著鼻子、臉 頰、頦和/或頌區(qū)域捏壓、彎曲、折疊或扭轉(zhuǎn)可延展加強(qiáng)件，不僅沿著上可延展加強(qiáng)件46和 下可延展加強(qiáng)件54而且沿著接觸臉頰的口罩44的側(cè)邊緣提供牢固配合。這是歸于因褶裥、 可延展加強(qiáng)件或多個(gè)可延展加強(qiáng)件和耳套圈的協(xié)配而施加的張力作用。此外，口罩44仍允 許正常講話而沒有顯著困難，同時(shí)維持牢固配合。
[0092] 圖5示出了穿戴者將放置在他/她的面部上的口罩的內(nèi)表面68的實(shí)施例?？谡质?出處于展開或部分展開的位置。嵌入或附接到口罩的上可延展加強(qiáng)件67已經(jīng)在穿戴者鼻 子和/或臉頰區(qū)域周圍被折疊、卷曲、捏壓、彎曲、起皺和/或成角度并導(dǎo)致在過濾材料中的 空腔66,該空腔66符合鼻子和/或臉頰并將過濾材料拉成更靠近鼻子和/或臉頰的部分。 嵌入或附接到口罩的下可延展加強(qiáng)件70已經(jīng)在穿戴者頦和/或頌區(qū)域周圍或下方被折疊、 卷曲、捏壓、彎曲、起皺和/或成角度并導(dǎo)致過濾材料中的空腔69,該空腔69符合頦和/或 頌區(qū)域的部分并將過濾材料拉成更靠近頦和/或頌區(qū)域的部分。在某些實(shí)施例中，空腔69 將位于頦下方，使得使用者能夠?qū)⒖涨?9擱在頦上。通過簡(jiǎn)單捏壓可延展加強(qiáng)件，口罩提 供牢固和舒適配合給使用者。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在口罩內(nèi)側(cè)中的空腔66和69 可彼此豎直對(duì)準(zhǔn)或基本上彼此平行，使得突起66和69排成一行。
[0093] 圖6示出了安裝在穿戴者的面部上的口罩的外表面73的實(shí)施例。該口罩示出處 于展開或部分展開的位置中。嵌入或附接到口罩的上可延展加強(qiáng)件71已經(jīng)在穿戴者鼻子 和/或臉頰區(qū)域周圍被折疊、卷曲、捏壓、彎曲、起皺和/或成角度，并導(dǎo)致過濾材料中的突 起72,該突起72使其符合鼻子和/或臉頰的部分。嵌入或附接到口罩的下可延展加強(qiáng)件 74已經(jīng)在穿戴者頦和/或頌區(qū)域周圍或下面被折疊、卷曲、捏壓、彎曲、起皺和/或成角度， 并導(dǎo)致過濾材料中的突起75,該突起75符合頦和/或頌區(qū)域的部分。在某些實(shí)施例中，突 起75將位于頦下方，使得使用者可將突起75擱在頦上。通過簡(jiǎn)單捏壓可延展加強(qiáng)件口罩 提供牢固和舒適配合給使用者。以這樣的方式，口罩減少材料在口罩的頂部、底部和邊緣周 圍的泄漏。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在口罩外側(cè)中的突起72和75可彼此豎直對(duì)準(zhǔn) 或基本上彼此平行，使得突起72和75排成一行，并且口罩可一個(gè)堆疊在另一個(gè)的頂部上。
[0094] 在某些實(shí)施例中，戴眼鏡的個(gè)人還被其眼鏡因溫暖的、充滿水汽的呼出氣在 其眼鏡的較冷表面的冷凝而蒙上水汽的問題困擾。確保沿著口罩的上邊緣的牢固 配合有助于減小眼鏡的由于充滿水汽的空氣冷凝而蒙上水汽。納米纖維可與可從 CrossTex(Hauppauge，NY)購得的FogFree? 口罩結(jié)合，某些FogFree? 口罩具有無霧條。
[0095] 在某些實(shí)施例中，為了便于抓持，口罩可以熱模制或熱定型以增加硬度。在其它實(shí) 施例中，粘結(jié)劑化學(xué)品可在形成口罩之前被添加到材料?？谡挚梢允且淮涡缘暮?或用于 單一用途。
[0096] 指示器
[0097] 在圖6中，口罩的外表面73包括溫度、水分和/或病菌指示器。雖然示出在外表面 上，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，該指示器可設(shè)置在外層、內(nèi)層和/或中間層上或中。
[0098] 當(dāng)達(dá)到特定溫度和/或水分時(shí)，和/或當(dāng)探測(cè)到病菌時(shí)，指示器提供可見指示。
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