生物基廣譜抗菌紡織品的研究及發展趨勢

摘要：現有衛生用紡織品與醫療防護用紡織品對病毒、細菌主要為物理阻隔，本身沒有有效抗病毒抗菌功能。大多數抗菌紡織品通過在纖維生產或織物整理時添加抗菌劑獲取功能，存在對于環境有潛在危害（無機類抗菌）、對人體有潛在毒性（有機類抗菌）、效果不持久穩定（天然類抗菌）等問題。

2016年，陶肖明教授的團隊首次發現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，為抗菌紡織品的發展開拓了新的方向。

 一、趨勢與現狀

近年來，中國、美國、德國、日本等國在抗菌紡織品市場中占據主導地位。世界上最大的抗菌紡織品生產商位于亞太地區。主要生產抗菌紡織品的公司有Unitika貿易有限公司、Birlacril、金達納米科技(廈門)有限公司、Surgicotfab textiles Pvt.Ltd、Sanitized AG。

全球抗菌紡織品市場規模2019年為94.68億美元，預計到2024年將達到123.13億美元，復合年增長率為5.4%。在抗菌紡織品的應用方面，醫療保健行業正逐步取得領先地位。截至2020年8月底，中國的醫療衛生機構數達102.0萬家。其中醫院從2009年的2萬家上升到2020年3.5萬家，含公立醫院1.2萬家，民營醫院2.3萬家。由此可見，抗菌紡織品的市場空間巨大。 

 現有衛生用紡織品與醫療防護用紡織品對病毒、細菌主要為物理阻隔，本身沒有有效抗病毒抗菌功能。大多數抗菌紡織品通過在纖維生產或織物整理時添加抗菌劑獲取功能，存在對于環境有潛在危害（無機類抗菌）、對人體有潛在毒性（有機類抗菌）、效果不持久穩定（天然類抗菌）等問題。醫療保健行業急需一種安全、高效、穩定的抗菌醫療衛生用紡織品。

二、 探索與發現

 香港理工大學的陶肖明教授，自2002年以來擔任香港理工大學紡織及制衣學系紡織科技的講座教授。陶教授在2007年至2010年擔任國際紡織學會世界會長、2011年國際紡織學會頒授的榮譽院士，紡織領域的最高個人獎、2013年獲美國纖維學會頒授創始人獎項，纖維科學技術領域的最高獎項、美國機械工程師學會院士，以及英國皇家藝術、設計及商業研究院院士。同時，陶教授是斯普格林出版的“智能紡織手冊”的主編，并擔任該領域十多種重要學術刊物的編委。陶肖明教授以其在智能纖維材料，納米技術，光子纖維和織物，柔性電子和光子器件，紗線生產及紡織復合材料方面的領先研究成果享譽國際。

 作為科學發明的偉大奉獻者，陶教授領導了一批多產技術發明家，擁有28項國際和國家專利。其中十多項發明技術專利已授權給世界各地的公司在工業上應用。其中的扭妥紡紗技術，已在全世界的11紗線生產企業使用，從2005到2013年期間生產了超過價值105億港元的新型紡織品和服裝。

 2016年，陶肖明教授的團隊首次發現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，為抗菌紡織品的發展開拓了新的方向。

（2019年的國際標準 ISO 18184: 2019(E)，是首個抗菌織物國際標準。3級（99.9%）或以上優秀；2級（99%）到 3 級良好。）

三、禾素纖維的特點

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)，能夠有效破壞細菌等微生物的細胞壁和病毒的胞膜，使其內物質外泄，致使代謝失衡，從而抑制細菌滋生和滅活病毒，從而達到抗菌抗病毒的效果。

經國內第三方權威機構檢測，禾素纖維對金黃色葡萄球菌、肺炎桿菌、寶色念珠菌的抗菌率都超過99.99%、對耐藥性金黃色葡萄球菌的抗菌率超過99.97%；對H1N1和H3N2病毒的滅活率也超過99.99%，滅活指數大于4.0。

 通過掃描電鏡顯示，細菌生物膜破壞，細胞壁受損穿孔。蛋白質溢出變性。

 （S-PHB破壞了生物膜）

3.2 無刺激和毒性

經刺激性實驗顯示，適當劑量的PHB低聚物對皮膚無刺激和毒性，可應用于保健紡織品。

（Fig. a S-PHB對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 節能環保

禾素纖維（PHBV-PLA ）可降解成水和二氧化碳，無污染物殘留，同時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、應用和延伸

2019年，禾素纖維醫護用紡織品在香港理工大學附屬醫院開始應用。負責紡織品制造的南京禾素時代抗菌材料有限公司也因此成為香港“減少醫院獲得性感染的固有紡織品”項目唯一抗菌抗病毒醫護產品供應商。

（抗菌抗病毒醫護產品實物）

南京禾素時代抗菌材料科技有限公司是國家高新技術企業。在陶肖明教授的指導下，在PLA、PET等紡織品中創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，研發出“禾素”、“禾合”系列產品，賦予紡織品非溶出性抗菌抗病毒功能，安全穩定性更高，祛異味功效明顯，可廣泛應用于醫療用品、紡織服飾、家紡用品、母嬰護理、女性用品、個人防護等多個領域。

4.1 抗菌嬰童面料

抗菌、舒適、護膚是嬰童面料的未來發展趨勢，也是相關企業開發和關注的熱點。禾素（COTTON/PHBV/PLA）70/30針織嬰童面料，經第三方權威機構檢測，抗病毒活性率達87.54%。并且經過AAA級洗滌標準，面料具有柔軟、細膩、抗菌、護膚等特性，在保證嬰童面料舒適度的情況下，增加了安全穩定的抗菌功能，有效呵護嬰童皮膚健康。

（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發展趨勢。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H1N1、H3N2的抗病毒檢測中活性率達到99.94%，對脊髓灰質炎病毒的抗病毒活性率達到99.19%。對于喜歡穿著，但有擔心經常水洗會變色的牛仔服飾愛好者來說，即使不經常水洗也可以有效抵御細菌和病毒的侵襲。

（具有生物基抗菌功能的牛仔面料）

4.3 抗菌無紡布

禾素抗菌無紡布具有綠色抗菌、環保健康的特點，在此基礎上可以開發的C端護理用品極為廣泛，例如衛生巾、嬰兒紙尿褲、棉柔巾、濕巾等。與市面上主要產品相比，在保證柔軟、吸水等特質的情況下，增加了無添加劑、生物基安全抗菌的差異化優勢，有效提升了產品的品質和競爭力。

（具有生物基抗菌功能的無紡布產品）

五、前景與挑戰

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定、更高效、更安全，隨著各環節技術的突破和創新，更多高品質的功能性禾素產品還會陸續投放市場，有助于提升市面上傳統產品的附加值和市場競爭力，這也是禾素系列纖維產品開發的初衷和方向，讓更多家庭可以享受到高品質的健康生活。

同時，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、化學性質、有關機理與加工性能和工藝的關系，該類生物本征持久抗菌抗病毒產品的產業標準體系亟待建立。