SBIR Phase I: COVID-19: Self-Disinfecting Nanofiber Filters and Reusable Facemasks

SBIR 第一阶段:COVID-19:自消毒纳米纤维过滤器和可重复使用的口罩

基本信息

  • 批准号:
    2030197
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2021-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project is a demonstration of a high-quality, self-disinfecting facemask, which is safe, comfortable, and reusable, and will have an immediate impact during the current COVID-19 pandemic. The filter media used in modern facemasks are either inefficient in filtrating submicron size viruses or are difficult to breathe through and highly uncomfortable. Viruses can be active on a facemask for up to one week. With the possibility of contamination and without a self-disinfection function, facemasks must be disposed of after single use. The proposed highly efficient and self-disinfecting filtration technology will solve these problems. The reusability will also directly address the facemask supply shortage as well as waste disposal issue. In the long term, this technology may be further applied as window screens for blocking and disinfecting airborne pathogen particles. The self-disinfection function could be adapted for other personnel protective equipment as well as for environment self-disinfection and for food packaging, etc.This Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project will develop an innovative filtration medium for a disruptive facemask technology by effectively capturing submicron particles including viruses via a nanoparticle-functionalized nanofiber mat that has high filtration efficiency and is thin with low air flow resistance. The technology will also deactivate pathogens in-situ via the ambient, light-enabled, photocatalytic disinfection function of nanoparticles and the subsequent synergetic effects that include physical and chemical disruption of virus membranes and their RNA/DNA. The functionalized catalysts absorb ambient light, producing reactive oxygen species to disinfect pathogens, while the plasmonic effects enhance the light absorption. The charged nanoparticles are firmly embedded on the electrospun nanofibers, and the resulted surface irregularity, the improved charge density, and the hydrophilic absorption further boost the filtration and trapping efficiency through mechanical and electrostatic capture of aerosol particles. Taken together, all these effects may lead to a highly efficient, breathable, reusable facemask with in-situ self-disinfection functionality to combat highly infectious viruses and a broad spectrum of pathogens.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这个小企业创新研究第一阶段项目的更广泛的影响/商业潜力是一种高质量、自我消毒的口罩的示范,它是安全、舒适和可重复使用的,将在当前的新冠肺炎大流行期间产生立竿见影的影响。现代口罩中使用的过滤介质要么过滤亚微米大小的病毒效率低下,要么难以呼吸,非常不舒服。病毒可以在口罩上活跃长达一周。口罩可能会受到污染,而且没有自我消毒功能,因此必须在一次性使用后将其丢弃。提出的高效自消毒过滤技术将解决这些问题。可重复使用还将直接解决口罩供应短缺以及垃圾处理问题。从长远来看,这项技术可能会进一步应用于阻隔和消毒空气中病原体颗粒的窗帘。该自消毒功能可适用于其他人员防护用品以及环境自消毒和食品包装等。这项小型企业创新研究(SBIR)一期项目将开发一种创新的过滤介质,通过具有高过滤效率和低空气流动阻力的纳米功能化纳米纤维垫有效捕获包括病毒在内的亚微米颗粒,从而为破坏性口罩技术开发一种创新的过滤介质。该技术还将通过纳米颗粒在环境中的光催化消毒功能以及随后的协同效应,包括对病毒膜及其RNA/DNA的物理和化学破坏,在原位灭活病原体。功能化的催化剂吸收环境光,产生活性氧物种来消毒病原体,而等离子体效应增强了光的吸收。带电纳米粒子牢固地嵌入在电纺纳米纤维上,由此产生的表面不规则性、提高的电荷密度和亲水吸附通过机械和静电捕获气溶胶颗粒进一步提高了过滤和捕集效率。综上所述,所有这些影响可能会导致一种高效、透气、可重复使用的口罩,具有就地自我消毒功能,以对抗高传染性病毒和广泛的病原体。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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