南佛罗里达大学 Environ. Sci. Technol.封面：口罩消毒和充静电实现安全重复利用，有效缓解供应链和环境负担!
01【背景介绍】
由于过滤式口罩(FFRs)能有效保护健康人和预防传播，世界卫生组织(WHO)建议使用FFRs作为一整套预防和控制措施的一部分，以限制COVID-19等呼吸道疾病的传播。由于供应无法满足需求，根据Premier的报告，N95口罩的价格较疫情前至少翻了一倍。口罩在制造过程后必须用环氧乙烷(ETO)进行消毒，并放置7天后才可出厂，以保证致癌物得到充分耗散，制约了FFRs的生产效率。据统计，到2020年底，全球已制造了520亿个口罩，其中约15.6亿个预计将最终作为白色垃圾被投放至海洋中。这些被丢弃的口罩每年将进一步增加800-1300万吨海洋废物，可能需要450多年才能完全分解。所以，亟需找到能够减少口罩使用量，同时有效保护人们免受感染的方法。在保证口罩过滤效率不受损伤的前提下，对其进行安全地消毒再利用是最有效地解决方法之一。截至目前，很少有消毒方法被证实不会降低FFRs的过滤效率。然而，静电吸附却是口罩实现高效过滤的四大重要机制之一。因此，亟需研发一种能够同时对口罩进行消毒和充静电的技术，以保证在不损伤口罩过滤效率的前提下，实现口罩的多次重复利用。为保证该技术的广泛利用，该技术还应具备低成本、高效率、可重复、易实现、无接触等优点。
02【成果简介】
近日，美国南佛罗里达大学钟颖和叶立斌(共同通讯作者)等人报道了使用电晕放电(Corona Discharg, CD)作为一种安全可靠的口罩重复使用方法，同时对FFRs进行消毒和充静电，以缓解上述情况。CD可以对口罩进行消毒，同时恢复静电，防止过滤效率下降。CD产生的电场、离子和活性物质会导致微生物DNA损伤和蛋白质变性，从而有效地对N95口罩进行消毒。可在7.5 min内轻松达到对大肠杆菌99.9%的杀菌效率。在进行三个处理周期后，杀菌效率可达99.9999%，相当于医用手术器械要求的消毒水平。CD消毒具有广谱性，对酵母菌消毒效率可达99%，对最具挑战性的孢子的消毒效率可达99.9%。在CD处理30 s内，N95口罩即可重新获得高于新口罩的静电水平，并保持5天以上。经过15次的CD反复处后，N95口罩的过滤效率仍维持在约95%。电晕放电具备安全性高、无需加热、效率高、成本低、可为口罩充静电、不影响口罩过滤效率等优点。且电晕的产生方法简单、快速、成本低，具备较高的实际应用价值。此外，电晕放电还有望代替致癌的环氧乙烷来实现新口罩的消毒，快速提升新口罩的出厂速度，降低生产成本，缓解发展中地区的口罩短缺问题。除了对于口罩进行消毒外，电晕放电还可以对其他各类表面进行无接触、无高温、无化学消毒剂、可重复的消毒处理，有望成为广泛使用的消毒技术。研究成果以题为“Disinfection and Electrostatic Recovery of N95 Respirators by Corona Discharge for Safe Reuse”发布在国际著名期刊Environ. Sci. Technol.上，并被选为封面文章。
04【小结】
综上所述，如果使用CD作为重复使用解决方案，N95口罩可以安全重复使用10次以上。除了提供有效的保护外，它还具有重大的环境影响。假设全世界10%的人口利用CD口罩再利用技术，那么排放到环境中的口罩将减少4-50亿个，将至少减少2400万吨塑料污染。口罩重复使用CD的应用还将减少用于口罩消毒的化学品用量，避免其对环境的影响。对比传统的消毒方法，它还具有方法简单、快速、成本低、无接触等优点。因此，CD可以成为一种有前途的口罩再利用解决方案，以显著解决全球口罩短缺问题并保护环境。CD还可用于其他表面的快速消毒。文献链接：Disinfection and Electrostatic Recovery of N95 Respirators by Corona Discharge for Safe Reuse. Environ. Sci. Technol., 2021, DOI: 10.1021/acs.est.1c02649.
05【作者简介】
钟颖，美国南佛罗里达大学机械工程系助理教授。专注于先进材料及先进制造技术在高功率电子、可穿戴电子、能源、环境等方面的研发。相关研究成果在Environmental Science & Engineering, Small, Acta Materialia, Energy Conversion & Management, ACS Applied Materials & Interface, Materials Research Letters, Applied Physics Letters等国际知名期刊上。实验室网址：www.usfgreen.com.叶立斌，美国南佛罗里达大学生物系助理教授。专注于致病菌生物膜特别是膜多糖生物合成机理的研究，开发生物膜合成抑制剂。课题组的另一个主要方向是跨膜蛋白(特别是G蛋白偶联受体)的构象转化，动力学和信号转导机制的研究。相关研究成果发表在Nature, Science, Nature Communications, Trends in Pharmacological Sciences, JACS, Angewandte Chemie International Edition等国际知名期刊上。
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