防护口罩、空气过滤元件和空气处理元件

技术领域

本发明涉及对气载(airborne)污染物质的防护，更具体地涉及一种为用户提供对气载污染物质的防护的口罩、空气过滤元件和空气处理元件。

背景技术

众所周知，气载污染物被认为存在于环境中的任何地方。

例如，在医院，污染物可包括多种气载的呼吸道传染病，如麻疹和肺结核，以及新出现的疾病，如严重急性呼吸道综合征(SARS)和其它H1N1疾病如流行性感冒，以及最近的2019-nCoV急性呼吸道疾病，又称新型冠状病毒肺炎(NCP)。

因吸入细菌可以引起的一些其它疾病包括肺炎、军团病、白喉、脑膜炎、百日咳、Q-热和肺结核。

吸入病毒可以引起普通感冒、流行性感冒、麻疹、腮腺炎、水痘、带状疱疹以及传染性单核细胞增多症。

在被高度污染的地区，固体或液体粒子悬浮在气体内的气溶胶可成为主要的气载污染物。

已知人将足够浓度的气载污染物吸入体内可能是潜在非常危险的，在有些情况下是致命的。还知道气载污染物可以通过皮肤、通过眼睛或经由呼吸系统被人体吸收。气载粒子经由呼吸系统吸入肺中，会引起人的急性和慢性健康问题。

除了被认为有风险的公共区域外，在如交通工具之类的封闭场所，客舱经常是再循环的，人们可能暴露于由其他乘客排出的细菌或其它病菌，即便其他乘客坐在客舱中相距甚远的区域内。例如，坐在客舱后部的乘客可能打喷嚏，并将大量细菌和其它病菌引入环境空气中。

除了这类病菌传播给邻近的乘客外，该病菌还可通过空气再循环系统传送给整个客舱内的其他乘客。因此，从飞行器中任何地方的一个人发出的病菌可被传送而使其余乘客暴露于此人的病菌。众所周知，通过采用基本控制如增加通风、或人员佩戴防护设备如防护口罩，可多少降低气载污染物的危害。

防护口罩是医院人员、实验室研究人员、建筑工地工作人员、以及高污染区域内或流感季节期间的公众普遍使用的。

已经尝试保护人们防御气载细菌和病毒的其它方式是通过过滤元件，如汽车和飞行器中的空调器和空调内的HEPA(高效空气微粒)过滤器。

已经尝试保护人们防御气载细菌和病毒的其它方式是通过实现空气净化器装置，该装置可包括用于捕获细小气载微粒的过滤器，其中一些已使用HEPA过滤器。

发明目的

本发明的目的是提供一种防护口罩、一种空气过滤元件和一种空气处理元件，它们克服或至少部分改良了与现有技术相关的一些缺陷。

发明内容

在第一方面，本发明提供一种用于防护口罩的层，所述层包含至少第一子层，其中第一子层包括第一衬底和设置在所述第一衬底上的纳米材料的多个纳米粒子的层。

所述第一衬底优选是无纺材料。

所述纳米材料优选是纳米金刚石。

所述层还可包含第二子层，其中所述第二子层包括第二衬底和设置在所述第二衬底上的抗菌材料层。

所述第二衬底优选是无纺材料。

所述抗菌材料优选是壳聚糖。

所述层还包含第三子层，其中所述第三子层包括金属纳米材料层和纳米碳材料层。

所述金属纳米材料优选由银纳米粒子形成。

在第二方面，本发明提供了用于从使用者吸入的空气中去除气载污染物的防护口罩，其中所述口罩包括根据第一方面的层。

所述防护口罩可包含外层和内层，并且其中第二方面的所述层是布置在所述外层和所述内层之间的中间层。

所述外层可由无纺疏水材料形成，并且所述内层可由棉材料形成。

在第三方面，本发明提供了一种用于降解病菌并抑制病菌侵入人体的防护口罩，其中所述口罩包括由外层、中间层和内层组成的多层结构，其中所述外层是排斥水汽、液体和气溶胶的物理阻挡层，并且其中所述外层由与纳米材料键合的有机纤维网络(fibularnetwork)制成。

所述纳米材料可以是非零带隙纳米材料，或者所述纳米材料可以是宽带隙纳米材料。

所述外层可暴露于光，从而可发射局部光来照射被阻挡的病菌。

所述外层可暴露于光，从而可促进电子转移以降解被阻挡的病菌。

由于所述有机纤维网络的疏水表面封端，所述外层可以是疏水性的。

所述中间层可以是病菌的物理陷阱。

所述中间层可以是多层堆叠的有机纤维网络。

所述多层堆叠的有机纤维网络可以由壳聚糖和纳米炭制成。

所述多层堆叠的有机纤维网络可以与金属纳米材料结合。

所述中间层可暴露于光，从而可生成局部光来照射被捕获的病菌。

所述暴露于光的外层可促进电子转移以降解被阻挡的病菌。

所述层内纤维网络间距可以在从外层向内层的方向上缩小，以便捕获不同大小的病菌。

所述内层是疏水性的，以物理排斥来自使用者口中的水汽、液体和气溶胶。

在第四方面，本发明提供了一种防护口罩，其中所述口罩包括内层和外层，其中所述外层是根据第一方面的层。

所述第一衬底可以是无纺材料。

所述纳米材料可以是纳米金刚石。

优选地，所述纳米材料的多个纳米粒子的层是所述口罩的最外层并且背对所述内层。

在第五方面，本发明提供了一种用于减弱气载污染物的空气过滤元件，所述元件包含具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面的平面透气衬底；与所述透气衬底的所述第一表面键合的多个纳米金刚石；其中所述多个纳米金刚石包括带负电的纳米金刚石，并且其中所述带电纳米金刚石减弱气载污染物。

所述气载污染物优选包括细菌和病毒。

所述带电纳米金刚石可以是双极性的，并且所述纳米金刚石可通过静电荷与所述透气衬底的所述第一表面键合。

所述纳米金刚石可以是极性的，并且其中所述纳米金刚石可通过底涂层体系与所述透气衬底的所述第一表面键合。

所述透气衬底优选由合成织物形成。

所述透气衬底优选由无纺布形成。

所述透气衬底可由选自普通无纺布、熔喷无纺布、和电纺微纤维或纳米纤维涂层的无纺布中的织物形成。

所述透气衬底可由无纺布形成，其中形成所述无纺布的材料选自预处理的纯的聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、纤维素和聚氯乙烯，或其混合物。

所述透气衬底可由天然织物和合成织物涂层的无纺布的混合物形成。

所述多个纳米金刚石可通过超声喷雾法、静电纺丝法或静电喷雾法沉积在所述透气衬底上。

所述多个纳米金刚石可以在不规则形状下是稳定的。

所述多个纳米金刚石可以被羧基或羟基官能化。

所述空气过滤元件还可包含与所述透气衬底的所述第二表面键合的多个纳米金刚石。

所述多个纳米金刚石可以是可商购的水分散体、部分氧化的纳米金刚石、或退火的空气退火(annealed air-annealed)粉末的形式。

取决于表面官能团，所述多个纳米金刚石可以是亲水性的或疏水-亲水双重性的。

在第六方面，本发明提供了一种外科口罩，其包括根据第五方面的空气过滤元件。

在第七方面，本发明提供了一种用于空调系统的过滤器，其包括根据第五方面的空气过滤元件。

在第八方面，本发明提供了一种用于空气净化器的过滤器，其包括根据第五方面的空气过滤元件。

在第九方面，本发明提供了一种空气处理元件，所述空气处理元件包含具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面的平面透气衬底；与所述透气衬底的至少所述第一表面键合的多个纳米金刚石；其中所述多个纳米金刚石中的纳米金刚石包括色心(colourcenter)，使得在所述色心被光刺激激发时，气载污染物邻近所述纳米金刚石的色心，使所述气载污染物变性。

所述气载污染物可被从所述纳米金刚石的被激发色心所发射的电子变性。

所述气载污染物可被从所述纳米金刚石的被激发色心所照射的纳米光变性。

所述气载污染物优选包括细菌和病毒。

所述纳米金刚石可在其表面上具有官能团，并且其中表面官能团提供了所述气载污染物与所述纳米金刚石的粘附。所述粘附为电子转移到所述气载污染物上以使其变性做准备。

所述粘附还可以为向所述气载污染物提供纳米光源以使其变性做准备。

所述透气衬底优选由合成织物形成。

所述透气衬底优选由无纺布形成。

所述透气衬底可由选自普通无纺布、熔喷无纺布、和电纺微纤维或纳米纤维涂层的无纺布中的织物形成。

所述透气衬底可由无纺布形成，其中形成所述无纺布的材料选自预处理的纯的聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、纤维素和聚氯乙烯，或其混合物。

所述透气衬底可由天然织物和合成织物涂层的无纺布的混合物形成。

所述多个纳米金刚石可通过超声喷雾法、静电纺丝法或静电喷雾法沉积在所述透气衬底上。

所述多个纳米金刚石可以在不规则形状下是稳定的。

所述多个纳米金刚石可以被羧基或羟基官能化。

所述空气处理元件还可包含与所述透气衬底的所述第二表面键合的多个纳米金刚石。

所述多个纳米金刚石可以是可商购的水分散体、部分氧化的纳米金刚石、或退火的空气退火粉末的形式。

取决于表面官能团，所述多个纳米金刚石可以是亲水性的或疏水-亲水双重性的。

在第十方面，本发明提供了一种外科口罩，其中所述外科口罩包括根据第九方面的空气处理元件。

在第十一方面，本发明提供了一种用于空调系统的过滤器，其中所述过滤器包括根据第九方面的空气处理元件。

在第十二方面，本发明提供了一种用于空气净化器的过滤器，其中所述过滤器包括根据第九方面的空气处理元件。

关于上述第九至第十二方面的任一方面，所述光刺激可以由环境光提供，所述光刺激可以由自然光提供，所述光刺激可以由人工光源提供，其中所述人工光源是LED光源，或其组合。

附图说明

为了可以获得对上述发明的更准确理解，将通过参考附图所示的其具体实施方式来提供对以上简要描述的本发明的更具体描述。

本文所呈现的附图可以不是按比例绘制的，并且对附图或以下描述中任何提到的尺寸都是对所公开的实施方式特定的。

这些尺寸的任何变化，如果会允许本发明发挥其预期目的的功能，则被认为在本发明的范围内。因此要理解，这些附图仅描绘了本发明的典型实施方式而不会因此被认为是对范围的限制，将通过使用附图以更多的具体性和细节来描述和解释本发明，所述附图中：

图1a显示了根据本发明的防护口罩的示意图；

图1b显示了根据本发明的防护口罩的一个实施方式的横截面示意图；

图2a显示了根据本发明的防护口罩的另一个实施方式的横截面示意图；

图2b显示了根据本发明一个实施方式的防护口罩的层的横截面；

图3a示出了第一子层的纳米粒子与细菌的附着；

图3b示出了第一子层的纳米粒子对细菌代谢过程的抑制；

图4a显示了在第二子层的壳聚糖的分子结构；

图4b显示了在有和没有壳聚糖的情况下每个样本的细菌数量的比较；

图5a显示了银纳米粒子过滤气载病毒粒子和灰尘粒子的示意图；

图5b显示了在第三子层的银纳米粒子对进入的微生物或病毒的灭活；

图6显示了根据本发明的防护口罩的第一过滤层的放大图；

图7显示了根据本发明一个实施方式的防护口罩的第二过滤层的放大图。

图8显示了根据本发明通过超声喷雾法用纳米金刚石对衬底织物层进行功能化的示例的示意图；

图9显示了如本发明提供的空气过滤元件的示意图；

图10显示了一种外科口罩的示意图，其中所述外科口罩包括本发明和图9中的空气过滤元件；

图11显示了用于空调系统的过滤器的示意图，其中所述过滤器包括本发明和图9中的空气处理元件；

图12显示了用于空气净化器的过滤器的示意图，其中所述过滤器包括本发明和图9中的空气过滤元件；

图13显示了根据本发明的空气处理元件的示意图；

图14显示了外科口罩的示意图，其中所述外科口罩包括根据本发明和图13的空气处理元件；

图15显示了用于空调系统的过滤器的示意图，其中所述过滤器包括根据本发明和图13的空气处理元件；以及

图16显示了用于空气净化器的过滤器的示意图，其中所述过滤器包括根据本发明和图13的空气处理元件。

具体实施方式

如图1至图7中提及的本发明涉及一种用于戴在人脸上的防护口罩，以保护个人防御气载环境污染物如细菌和病毒。这样的口罩经常被称为“外科口罩”或“医用口罩”。

图1a示出了用于保护使用者的本发明的防护口罩100a。

防护口罩100a包括放置在佩戴者的脸上以覆盖口鼻的口罩主体140a。口罩主体140a通过两个耳挂160a牢固地保持在位，耳挂160a挂在耳后以将口罩固定在佩戴者的脸上。

有至少两种其它方式来固定防护口罩100a。第一种方式是系带，它由四条系在头后的无纺布带组成。另一种是头带，是固定在头后的松紧带。如本领域技术人员会理解的，任何固定机制都是适当的。

同样如图1a所示，防护口罩100a还包含鼻夹150a，其位于防护口罩100a的上缘。这样的鼻夹150a应该由柔性材料、优选金属条制成，以使防护口罩100a的上缘吻合佩戴者的鼻梁轮廓。这确保防护口罩100a紧密贴合面部。

如图1b所示，是根据本发明的防护口罩100b。口罩100b包括内层110b和外层120b。

外层120b是包含至少第一子层122b的层。

第一子层122b包括第一衬底和设置在所述第一衬底122b上的纳米材料的多个纳米粒子的层124b。

防护口罩100b可放置在佩戴者的脸上以覆盖口鼻。口罩100b通过两个耳挂130b牢固地保持在位，耳挂130b挂在耳后以将口罩固定在例如佩戴者的脸上。

第一衬底122b可以是无纺材料，并且纳米材料优选是纳米金刚石。

纳米材料的多个纳米粒子的层124b是口罩100b的最外层120b并且背对内层110b。

纳米粒子协助灭活进入的微生物如细菌或病毒的特征和方式在后面的实施方式中描述并同样适用于本实施方式。

如本领域技术人员会理解的，诸如本发明类型的防护口罩可以设置有多个以不同方式布置的层，并且如目前描述携带所述纳米粒子的层可以是外层，纳米粒子层面向的方向可以是向内或向外。

如此，本发明的防护口罩可保护使用者防御气载污染物，如病毒或细菌，和/或减弱或减轻使用者将污染物如病毒或细菌传播给其他人。

因此，如本发明提供的防护口罩可以充当互利物品(mutuallybeneficialparticle)，既保护佩戴者防御第三方，又保护第三方防御口罩佩戴者。

图2a显示了根据本发明的口罩200a的另一个实施方式，防护口罩200a的口罩主体240a可以由三层形成，所述三层包括内层210a、层220a和外层230a。

外层230a是排斥水汽、液体和气溶胶进入防护口罩的物理阻挡层。它优选地由疏水性无纺布制成，以防止水分进入防护口罩200a的其它层。在实施方式中，也可以安排成使得当外层230a暴露于光时，会发射局部光来照射或促进电子转移，从而降解被捕获在外层230a内的任何病菌。

另一方面，内层210a主要是排斥从防护口罩200a排出的任何水汽、液体或气溶胶的物理阻挡层。内层210a与佩戴者的面部直接接触，因此它应该由柔软的材料、优选棉制成，给佩戴者提供舒适感。

图2a显示在防护口罩200a的内层210a和外层230a之间放置一个其它层220a，其可以被认为是中间层。层220a充当防护口罩100内的关键过滤构件，以阻止较小的粒子如细菌和病毒进入或离开该口罩。层220a还有助于抑制附着在外层230a上的任何细菌或病毒的活性，为佩戴者提供额外的安全性。

图2b中示出了这样的中间层220b的横截面。如图2b所示，层220b还包含第一子层218b，其中所述第一子层包括第一衬底和设置在所述第一衬底上的纳米材料的多个纳米粒子的层，所述纳米材料优选是纳米金刚石。

在本发明的一个实施方式中，层220b还包含第二子层216b和第三子层214b。第一子层218b被布置成最外子层并且与防护口罩200a的外层230a接触。第三子层214b被布置成与该口罩的内层210b接触。

第一子层218b的纳米材料如纳米金刚石，其本质上是疏水的。这有助于防止进入的空气中的水分进一步进入该口罩的其它层。

第一子层218b的纳米金刚石有助于使进入的微生物失活。为了实现这一点，第一子层218b的纳米金刚石通过表面基团之间的分子间作用力、例如电荷相互作用或氢键键合，附着在细菌或病毒壁上。其过程如图3a所示。

纳米金刚石附着在微生物的壁上可能导致微生物的膜应力增加，从而导致膜的物理损坏并最终杀死该微生物。

第一子层218b中的纳米金刚石还可以抑制微生物的代谢过程。

如图3b所示，微生物不能响应由纳米金刚石产生的氧化应激来产生抗氧化剂，因此抑制了微生物的代谢。

参考第二子层216b，其包括第二衬底和设置在第二衬底上的抗菌材料层。所述抗菌材料优选是壳聚糖。

壳聚糖是一种已知的抗菌材料，能够抑制细菌、真菌和病毒。壳聚糖的分子结构如图4a所示。

壳聚糖的聚阳离子性质通过堆积在细胞表面来干扰微生物如细菌、真菌和病毒的代谢。壳聚糖与微生物的DNA结合以抑制mRNA合成，从而阻挡营养物进入微生物的细胞。不摄入营养物，就会抑制微生物的活性，最终导致微生物死亡。

图4b展示了壳聚糖的抗菌能力。从图4b可以看出，在存在壳聚糖的情况下，每个样本的细菌数远低于没有壳聚糖的情况，因为壳聚糖阻止细菌定殖。

第三子层214b包括第三衬底，其中在所述衬底上涂有金属纳米材料层和纳米碳材料层。在制造所述第三子层期间，首先在所述第三衬底上涂覆纳米碳材料层，然后涂覆金属纳米材料层。

优选地，所述金属纳米材料层是银纳米粒子，所述纳米碳材料层是纳米炭。

所述第三子层214b的银纳米粒子能够杀死在该子层内捕获的微生物，如图5a所示。

银纳米粒子破坏或穿过微生物的细胞膜，与细胞酶的-SH基团键合，引起微生物代谢改变并抑制其生长，最终杀死微生物。这样的过程如图5b所示。

银纳米粒子还可以催化氧自由基的产生，氧自由基使细菌和病毒的分子结构氧化。这导致微生物的蛋白质变性、细胞死亡、代谢物流出、并干扰DNA复制。

同样布置在第三子层214b上的纳米炭粒子是活性纳米碳源。这些纳米炭粒子比普通炭更具多孔性和吸收性，使其成为过滤进入的小粒子的良好过滤器。

纳米炭粒子还可以降低湿度、消除空气异味、和除静电。因为竹炭的主要官能团是氢键(CH)、双碳键(C＝C)、羟基和氧(OH)，所以纳米炭粒子还可以吸收硫化物、甲醛、苯、苯酚或氯仿等化学物质。

图6显示了第一子层218b的示意图，其中在多孔衬底8内布置了纳米材料的多个纳米粒子7。

类似地，图7显示了第三子层214b的示意图，其中在第三衬底9内布置了纳米炭10和银纳米粒子11。

应当注意，本发明的这类防护口罩，为使用者提供了对环境的防护，并且为其他人提供了对可能生病排出细菌和病菌的使用者的防护。

此外，如图2b的示例中所示的层220b当处于图1a和图2a的口罩中时，可朝向任一方向，而第一子层218b面向或背对使用者。

现在参考图8至12，本发明涉及一种空气过滤元件以保护个人防御气载环境污染物，如细菌和病毒。

本发明的实施方式可以在经常被称为“外科口罩”或“医用口罩”的口罩中实施。

本发明的其它实施方式可以在用于空调、空气过滤装置、空气净化设备和机器、空气消毒器/空气灭菌器、杀菌灯的过滤器中实施，用于净化空气。

目前，通常用于防御病毒/细菌传播和气载污染物质的三层医用口罩和其它防护口罩，是由放置在无纺布之间的熔喷材料制成的。所述熔喷材料只是充当阻止微生物进入或离开所述口罩的物理屏障。

就地杀死细菌和/或病毒的能力是本发明所提供的防护口罩的理想功能。

纳米金刚石(ND)，作为一种碳基纳米材料，以晶粒尺寸小于100nm为特征，由于独特的特性如高比表面积、高吸附容量、优异的机械性质和化学惰性等，在医用纺织品领域获得广泛的应用。此外，当用作棉/聚合物基质的纳米级填料时，ND由于能够有效地减弱紫外辐射，可以保护棉/聚合物基质免于光降解。

本发明提供了一种制备防护口罩的功能性过滤层的新方法，所述防护口罩可以用于医疗、工业和环境领域。

功能化的过滤层是棉或聚合物衬底与带电纳米金刚石的矩阵。棉/聚合物衬底可以是原本表面带电或涂有底涂层以紧密结合纳米金刚石。

所述原本表面带电的衬底可以是带正电的棉/合成织物/无纺布/上述织物的混合物。

对于合成织物，它们可以是普通无纺布、熔喷无纺布、和电纺微纤维或纳米纤维涂层的无纺布的形式。

所述带正电的衬底的原材料可以是预处理的纯的天然织物如棉、羊毛和纤维素、以及合成织物如聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺和聚氯乙烯，或其混合物。

功能化程序基于超声喷雾法，如图8所示，简要展示了在所述功能化程序期间所述纳米金刚石被喷雾在所述衬底层的两侧上。

替代的功能化程序也可以是例如静电纺丝法、或静电喷雾法。

所述方法中使用的ND是带电不规则粒子方法。它可以是可商购的水分散体、部分氧化的ND、或退火的空气退火粉末的形式。

所述带电的ND可以是抗菌和抗微生物活性的。所述ND取决于表面官能团，可以是极性的或双极性的、亲水性的或疏水-亲水双重性的。由于相互静电力及其高表面体积比，所述ND被吸附到所述衬底层。

参考图9，显示了用于减弱气载污染物的空气过滤元件900，所述元件包含具有第一表面910和与所述第一表面相反的第二表面的平面透气衬底。空气过滤元件900还包含与所述透气衬底的所述第一表面键合的多个纳米金刚石920。所述多个纳米金刚石920包括带负电的纳米金刚石，并且其中所述带电纳米金刚石减弱气载污染物。

参考图10，显示了外科口罩1000的示意图，其中所述外科口罩包括本发明和图9中的空气过滤元件1070。

参考图11，显示了用于空调系统1130的过滤器1100的示意图，其中所述过滤器包括本发明和图9中的空气处理元件1140。

参考图12，显示了用于空气净化器1230的过滤器1200的示意图，其中所述过滤器包括本发明和图9中的空气过滤元件1240。

现在参考图13至16，本发明涉及一种空气处理元件以保护个人防御气载环境污染物，如细菌和病毒。

本发明的实施方式可以在经常被称为“外科口罩”或“医用口罩”的口罩中实施。

纯金刚石是光学透明的。有色金刚石是有成分杂质和晶体缺陷的金刚石。金刚石的色心是晶体结构中的缺陷，是由于穿透粒子踢走碳原子并产生空位造成的结构损坏所致。所述空位可以是带负静电荷的或静电中性的，这使得在电磁波谱中进行广泛的吸收。

以晶粒尺寸小于100nm为特征的纳米金刚石具有大表面积。该大表面积与吸收容量相结合，纳米金刚石可以用作光化学反应剂或光催化剂。

本发明提供了一种应用纳米金刚石的所述物理性质的新方法，其中所述纳米金刚石是合成的。合成的纳米金刚石可以由高压高温(HPHT)工艺获得，或由爆轰收集。

所利用的物理性质是纳米金刚石的色心。纳米金刚石的色心是晶体结构中的一些缺陷，可以是光学活性缺陷、取代缺陷、或具有相邻空位(vacancy neighbor)的取代缺陷。

所述色心可以是带负静电荷的或静电中性的。色心中的电子可以被波长在200nm到900nm内的电磁波光激发到更高的电子能态，并且所述色心在光激发下发出荧光。激发后，色心可以以波长300nm至700nm或以外的电磁波发出荧光。

所使用的合成纳米金刚石可以在其表面上具有官能团。表面官能团允许其它物体粘附，并且所述粘附性质可以为电子转移和纳米光源照射提供机会。

从纳米金刚石到粘附的物体的电子转移和纳米光源照射可以使粘附的物体降解。从带负静电荷的色心的电子转移发生在较高的电子能态期间。粘附的物体从带负静电荷的色心接收额外的电子，变得不稳定并经历化学反应和降解。由中性和带负静电荷的色心局部发射的纳米光源照射并降解粘附的物体，例如微生物和有机污染物。

现在参考图13，显示了根据本发明的空气处理元件1300的示意图。空气处理元件1300包含具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面的平面透气衬底1310。

提供了多个纳米金刚石1320，它们至少与所述透气衬底的第一表面键合。所述多个纳米金刚石中的纳米金刚石包括色心，使得在所述色心被光刺激激发时，邻近所述纳米金刚石的色心的气载污染物被变性。

气载污染物的变性是通过应用一些外应力或化合物如强酸或强碱、浓无机盐、有机溶剂(例如醇或氯仿)、放射线或热量而使所述污染物的蛋白质或核酸失去其天然状态下存在的四级结构、三级结构和二级结构的过程。

如果活细胞中的蛋白质变性，这导致细胞活性破坏，并可能导致细胞死亡。蛋白质变性也是细胞死亡的结果。

变性蛋白质可以表现出广泛的特性，从构象变化和溶解性丧失到由于疏水基团的暴露而聚集。变性蛋白质失去其三维结构，因此无法发挥功能。

参考图14，显示了外科口罩1400的示意图，其中所述外科口罩包括根据本发明和图13的空气处理元件1470。

参考图15，显示了用于空调系统1530的过滤器1500的示意图，其中所述过滤器包括根据本发明和图13的空气处理元件1540。空气处理元件1540正被光刺激1550激发。

参考图16，示出了用于空气净化器1630的过滤器1600的示意图，其中所述过滤器包括根据本发明和图13的空气处理元件1640。空气处理元件1640正被光刺激1650激发。

举例来说，所述光刺激可以由环境光、自然光、人造光源或LED光源提供。