生物基廣譜抗菌紡織品的研究及發(fā)展趨勢(shì)

摘要：現(xiàn)有衛(wèi)生用紡織品與醫(yī)療防護(hù)用紡織品對(duì)病毒、細(xì)菌主要為物理阻隔，本身沒有有效抗病毒抗菌功能。大多數(shù)抗菌紡織品通過在纖維生產(chǎn)或織物整理時(shí)添加抗菌劑獲取功能，存在對(duì)于環(huán)境有潛在危害（無(wú)機(jī)類抗菌）、對(duì)人體有潛在毒性（有機(jī)類抗菌）、效果不持久穩(wěn)定（天然類抗菌）等問題。

2016年，陶肖明教授的團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)生物基廣譜抗菌材料——聚羥基鏈烷酸酯共混纖維（禾素）及其紡織品，具有本征持久性的廣譜抗菌抗病毒功能，為抗菌紡織品的發(fā)展開拓了新的方向。

 一、趨勢(shì)與現(xiàn)狀

近年來(lái)，中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)在抗菌紡織品市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。世界上最大的抗菌紡織品生產(chǎn)商位于亞太地區(qū)。主要生產(chǎn)抗菌紡織品的公司有Unitika貿(mào)易有限公司、Birlacril、金達(dá)納米科技(廈門)有限公司、Surgicotfab textiles Pvt.Ltd、Sanitized AG。

全球抗菌紡織品市場(chǎng)規(guī)模2019年為94.68億美元，預(yù)計(jì)到2024年將達(dá)到123.13億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為5.4%。在抗菌紡織品的應(yīng)用方面，醫(yī)療保健行業(yè)正逐步取得領(lǐng)先地位。截至2020年8月底，中國(guó)的醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)數(shù)達(dá)102.0萬(wàn)家。其中醫(yī)院從2009年的2萬(wàn)家上升到2020年3.5萬(wàn)家，含公立醫(yī)院1.2萬(wàn)家，民營(yíng)醫(yī)院2.3萬(wàn)家。由此可見，抗菌紡織品的市場(chǎng)空間巨大。 

 現(xiàn)有衛(wèi)生用紡織品與醫(yī)療防護(hù)用紡織品對(duì)病毒、細(xì)菌主要為物理阻隔，本身沒有有效抗病毒抗菌功能。大多數(shù)抗菌紡織品通過在纖維生產(chǎn)或織物整理時(shí)添加抗菌劑獲取功能，存在對(duì)于環(huán)境有潛在危害（無(wú)機(jī)類抗菌）、對(duì)人體有潛在毒性（有機(jī)類抗菌）、效果不持久穩(wěn)定（天然類抗菌）等問題。醫(yī)療保健行業(yè)急需一種安全、高效、穩(wěn)定的抗菌醫(yī)療衛(wèi)生用紡織品。

二、 探索與發(fā)現(xiàn)

 香港理工大學(xué)的陶肖明教授，自2002年以來(lái)?yè)?dān)任香港理工大學(xué)紡織及制衣學(xué)系紡織科技的講座教授。陶教授在2007年至2010年擔(dān)任國(guó)際紡織學(xué)會(huì)世界會(huì)長(zhǎng)、2011年國(guó)際紡織學(xué)會(huì)頒授的榮譽(yù)院士，紡織領(lǐng)域的最高個(gè)人獎(jiǎng)、2013年獲美國(guó)纖維學(xué)會(huì)頒授創(chuàng)始人獎(jiǎng)項(xiàng)，纖維科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)項(xiàng)、美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)院士，以及英國(guó)皇家藝術(shù)、設(shè)計(jì)及商業(yè)研究院院士。同時(shí)，陶教授是斯普格林出版的“智能紡織手冊(cè)”的主編，并擔(dān)任該領(lǐng)域十多種重要學(xué)術(shù)刊物的編委。陶肖明教授以其在智能纖維材料，納米技術(shù)，光子纖維和織物，柔性電子和光子器件，紗線生產(chǎn)及紡織復(fù)合材料方面的領(lǐng)先研究成果享譽(yù)國(guó)際。

 作為科學(xué)發(fā)明的偉大奉獻(xiàn)者，陶教授領(lǐng)導(dǎo)了一批多產(chǎn)技術(shù)發(fā)明家，擁有28項(xiàng)國(guó)際和國(guó)家專利。其中十多項(xiàng)發(fā)明技術(shù)專利已授權(quán)給世界各地的公司在工業(yè)上應(yīng)用。其中的扭妥紡紗技術(shù)，已在全世界的11紗線生產(chǎn)企業(yè)使用，從2005到2013年期間生產(chǎn)了超過價(jià)值105億港元的新型紡織品和服裝。

 2016年，陶肖明教授的團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)生物基廣譜抗菌材料——聚羥基鏈烷酸酯共混纖維（禾素）及其紡織品，具有本征持久性的廣譜抗菌抗病毒功能，為抗菌紡織品的發(fā)展開拓了新的方向。

（2019年的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO 18184: 2019(E)，是首個(gè)抗菌織物國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。3級(jí)（99.9%）或以上優(yōu)秀；2級(jí)（99%）到 3 級(jí)良好。）

三、禾素纖維的特點(diǎn)

3.1 高效抗菌抗病毒

禾素纖維（PHBV/PLA）抗菌的有效成分-羥基丁酸脂（PHB)，能夠有效破壞細(xì)菌等微生物的細(xì)胞壁和病毒的胞膜，使其內(nèi)物質(zhì)外泄，致使代謝失衡，從而抑制細(xì)菌滋生和滅活病毒，從而達(dá)到抗菌抗病毒的效果。

經(jīng)國(guó)內(nèi)第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)，禾素纖維對(duì)金黃色葡萄球菌、肺炎桿菌、寶色念珠菌的抗菌率都超過99.99%、對(duì)耐藥性金黃色葡萄球菌的抗菌率超過99.97%；對(duì)H1N1和H3N2病毒的滅活率也超過99.99%，滅活指數(shù)大于4.0。

 通過掃描電鏡顯示，細(xì)菌生物膜破壞，細(xì)胞壁受損穿孔。蛋白質(zhì)溢出變性。

 （S-PHB破壞了生物膜）

3.2 無(wú)刺激和毒性

經(jīng)刺激性實(shí)驗(yàn)顯示，適當(dāng)劑量的PHB低聚物對(duì)皮膚無(wú)刺激和毒性，可應(yīng)用于保健紡織品。

（Fig. a S-PHB對(duì)BALB/c小鼠皮膚組織的影響）

（Fig. b S-PHB處理裸鼠72h后的皮膚照片）

3.3 低溫染色 節(jié)能環(huán)保

禾素纖維（PHBV-PLA ）可降解成水和二氧化碳，無(wú)污染物殘留，同時(shí)纖維染色工序的耗電量比滌綸的染色工序少32%。

（PET與PHBV/PLA染色工藝的比較）

四、應(yīng)用和延伸

2019年，禾素纖維醫(yī)護(hù)用紡織品在香港理工大學(xué)附屬醫(yī)院開始應(yīng)用。負(fù)責(zé)紡織品制造的南京禾素時(shí)代抗菌材料有限公司也因此成為香港“減少醫(yī)院獲得性感染的固有紡織品”項(xiàng)目唯一抗菌抗病毒醫(yī)護(hù)產(chǎn)品供應(yīng)商。

（抗菌抗病毒醫(yī)護(hù)產(chǎn)品實(shí)物）

南京禾素時(shí)代抗菌材料科技有限公司是國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)。在陶肖明教授的指導(dǎo)下，在PLA、PET等紡織品中創(chuàng)新性加入生物基可降解材料PHBV（聚羥基丁酸戊酸酯）抗菌母粒，研發(fā)出“禾素”、“禾合”系列產(chǎn)品，賦予紡織品非溶出性抗菌抗病毒功能，安全穩(wěn)定性更高，祛異味功效明顯，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療用品、紡織服飾、家紡用品、母嬰護(hù)理、女性用品、個(gè)人防護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域。

4.1 抗菌嬰童面料

抗菌、舒適、護(hù)膚是嬰童面料的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，也是相關(guān)企業(yè)開發(fā)和關(guān)注的熱點(diǎn)。禾素（COTTON/PHBV/PLA）70/30針織嬰童面料，經(jīng)第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)，抗病毒活性率達(dá)87.54%。并且經(jīng)過AAA級(jí)洗滌標(biāo)準(zhǔn)，面料具有柔軟、細(xì)膩、抗菌、護(hù)膚等特性，在保證嬰童面料舒適度的情況下，增加了安全穩(wěn)定的抗菌功能，有效呵護(hù)嬰童皮膚健康。

（具有生物基抗菌功能的嬰童面料）

4.2 抗菌牛仔面料

柔軟舒適、保健抗菌是牛仔面料的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。禾素牛仔面料完美的繼承了禾素纖維高效抗菌的特性，在對(duì)H1N1、H3N2的抗病毒檢測(cè)中活性率達(dá)到99.94%，對(duì)脊髓灰質(zhì)炎病毒的抗病毒活性率達(dá)到99.19%。對(duì)于喜歡穿著，但有擔(dān)心經(jīng)常水洗會(huì)變色的牛仔服飾愛好者來(lái)說，即使不經(jīng)常水洗也可以有效抵御細(xì)菌和病毒的侵襲。

（具有生物基抗菌功能的牛仔面料）

4.3 抗菌無(wú)紡布

禾素抗菌無(wú)紡布具有綠色抗菌、環(huán)保健康的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上可以開發(fā)的C端護(hù)理用品極為廣泛，例如衛(wèi)生巾、嬰兒紙尿褲、棉柔巾、濕巾等。與市面上主要產(chǎn)品相比，在保證柔軟、吸水等特質(zhì)的情況下，增加了無(wú)添加劑、生物基安全抗菌的差異化優(yōu)勢(shì)，有效提升了產(chǎn)品的品質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)力。

（具有生物基抗菌功能的無(wú)紡布產(chǎn)品）

五、前景與挑戰(zhàn)

禾素系列纖維可以匹配不同的紡織工藝，使紗線、面料的生物基抗菌性能更穩(wěn)定、更高效、更安全，隨著各環(huán)節(jié)技術(shù)的突破和創(chuàng)新，更多高品質(zhì)的功能性禾素產(chǎn)品還會(huì)陸續(xù)投放市場(chǎng)，有助于提升市面上傳統(tǒng)產(chǎn)品的附加值和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，這也是禾素系列纖維產(chǎn)品開發(fā)的初衷和方向，讓更多家庭可以享受到高品質(zhì)的健康生活。

同時(shí)，作為一種新型的生物基抗菌纖維，急需建立該類抗菌抗病毒纖維紡織品的生物、物理、化學(xué)性質(zhì)、有關(guān)機(jī)理與加工性能和工藝的關(guān)系，該類生物本征持久抗菌抗病毒產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系亟待建立。