这是同类产品中首创的新型口罩，正在研发之中，它利用加热元件主动杀灭病毒。
加热元件是通过在一根0.1毫米厚的铜网上通入电流而形成的。
该口罩还将采用隔热元件，以保护使用者免受加热元件的伤害。
本文所述研究已发表在预印本服务器上，尚未经过科学或医学专家的同行评审。
已有研究表明，口罩能够有效过滤SARS-CoV-2病毒等病毒，从而降低感染风险。麻省理工学院的一个研究团队现希望更进一步，研制一种利用热量使病毒失活的口罩。
研究人员旨在制造融入加热铜网的口罩。佩戴者呼吸时，空气会反复流经铜网，空气中的任何病毒颗粒都会因铜网和高温而减速并失去活性。研究人员表示，这种口罩可用于医护人员，也可用于公众在难以保持社交距离的场合，例如拥挤的公交车上。
“这是一种全新的口罩概念，其特点在于它并非主要通过阻挡病毒来发挥作用。事实上，病毒会穿过口罩，但会被减速并失去活性，”麻省理工学院卡本·P·达布斯化学工程教授迈克尔·斯特拉诺（Michael Strano）说。
研究人员已开始制作原型机，并希望不久后开始测试。他们在一篇论文中介绍了这一新概念和设计，该论文已发布于bioRxiv，这是一个在线预印本服务器。他们还已将该论文提交至一家同行评审期刊。
斯特拉诺是该论文的资深作者，麻省理工学院研究生塞缪尔·法舍（Samuel Faucher）为第一作者。其他作者包括麻省理工学院研究生丹尼尔·伦德伯格（Daniel Lundberg）、梁新耀（Xinyao Liang）和金晓佳（Xiaojia Jin）；本科生罗莎莉·菲利普斯（Rosalie Phillips）；博士后多尔萨·帕尔维兹（Dorsa Parviz）；以及麻省理工学院东京电力公司核科学与工程教授雅各布·布翁乔诺（Jacopo Buongiorno）。
病毒灭活
斯特拉诺和布翁乔诺于三月开始探索新型口罩的概念，此时麻省理工学院刚刚缩减校园内的研究活动。他们首先梳理了现有关于各类口罩的科学报告，发现没有任何口罩是主要通过加热来杀灭病毒而设计的。
“我们现在佩戴的口罩是为了捕获部分病毒而设计的。它们确实能提供保护，但没有人真正考虑过使病毒失活并对空气进行消毒。这让我很意外，”斯特拉诺说。
该团队着手设计一种利用热量杀灭病毒的口罩。他们决定采用铜网作为加热和捕获元件，并进行了数学建模，以确定在自然呼吸所产生的向内或向外气流中，杀灭冠状病毒所需达到的最佳温度范围。
“如今绝大多数口罩都是通过过滤发挥作用的，即按粒径或电荷过滤颗粒，”法舍说。“这款口罩依赖于另一种机制，主要通过热灭活发挥作用。”
研究人员计算了冠状病毒在不同温度和捕获条件下的降解速度，发现约90摄氏度的温度可使病毒颗粒减少千倍至百万倍，具体取决于最终口罩的尺寸。他们还表明，只需通过一块小电池为一根0.1毫米厚的铜网或热电加热器通电，即可达到该温度。目前的原型机配备一节9伏电池，足以为口罩加热数小时，并在空气被吸入前使其降温。
“当然，我们必须注意口罩佩戴者的安全与舒适，”法舍说。“病毒灭活后，空气会被降温，以使口罩佩戴起来舒适且安全。”
研究人员利用呼吸作用，开发出一种被称为逆向流反应器的装置，从而提高了病毒灭活的效率。佩戴者呼吸时，气流会持续反向流动，使口罩内的任何病毒都能多次经过铜网，从而更有可能被灭活。经过净化的空气从口罩两侧的通风口流出。
“这种设计意味着，您可以佩戴一款小巧的口罩，贴合面部佩戴，但病毒在其中被灭活所需的时间，将远远超过没有逆向流反应器设计的情况，”斯特拉诺说。
铜网外部包裹着氯丁橡胶，这是一种隔热材料，可防止口罩外侧过热而无法佩戴。
“既要达到病毒灭活所需的温度，又要对佩戴者的面部进行隔热，并确保吸入的空气保持适宜的凉爽度，这构成了一项有趣的传热挑战，我们通过氯丁橡胶隔热和再生加热解决了这一问题，”布翁乔诺说。
“更优技术”
斯特拉诺表示，N95口罩、外科口罩和布口罩均有效，应在疫情期间按照指示使用；但加热口罩的一个潜在优势在于，由于它们能杀灭病毒，使用后无需消毒或丢弃。此外，与仅过滤病毒相比，它们可能通过消除病毒提供额外的保护。
“我们的研究表明，佩戴在脸上的物品可以做到不那么笨重，并且真正让人呼吸到医学无菌的空气，”斯特拉诺说。“能够吸入并呼出医学无菌的空气，既保护周围的人，也保护自己，这只是下一步。这是更优的技术。”
研究人员表示，加热口罩的成本将高于布口罩或外科口罩，但在暴露风险较高且成本考量较次要的情况下，它们可能会有所帮助。他们已就该口罩设计申请专利，并计划与合作者在麻省理工学院开始测试原型机。
该研究是作为海军研究办公室资助项目的一部分获得资助的。
