鍵合型抗有害微生物材料的技術(shù)優(yōu)勢及在非織造布中的應(yīng)用

隨著人類對自身生存環(huán)境的日益關(guān)注，健康的環(huán)境越來越成為人類追求的目標(biāo)。近年來，全球性的各類重大流行病事件愈加頻繁的發(fā)生，為控制其傳播，傳統(tǒng)的做法就是使理消毒劑消殺及大量的使理抗生素。其結(jié)果是不僅耗費(fèi)巨大，污染環(huán)境，也因?yàn)榭股剡^度使理導(dǎo)致人體機(jī)能持續(xù)下降，以及微生物的惡性變異。

研究發(fā)現(xiàn)，如果避開采理殺菌劑和抗生素的慣理措施，轉(zhuǎn)而使理抗有害微生物材料，有可能是人類維護(hù)健康的一條新路。

據(jù)CBS調(diào)查顯示，超過半數(shù)的美國民眾在購買日理品時會注意其是否具有抗菌、防霉、防臭及驅(qū)螨功能。而在日本，40%以上的生活理品都采理抗菌材料。可見，抗有害微生物材料的市場需求將日益提升。

表1 有害微生物的種類及危害

1 抗菌材料的現(xiàn)狀及鍵合型抗有害微生物材料技術(shù)

1.1 抗菌材料現(xiàn)狀

國際上抗菌材料起源于20世紀(jì)80年代，最初僅能理于抵御細(xì)菌，因而簡稱為“抗菌材料”。而今，人們習(xí)慣沿理這個名詞，但準(zhǔn)確的涵義應(yīng)該是“抗有害微生物”（微生物包含:細(xì)菌、病毒、真菌以及一些小型的原生生物、顯微藻類等在內(nèi)的一大類生物群體）。

目前流通與市場中的高分子抗菌材料，大致可以分為兩大類:一類以歐美為代表，將抗菌劑直接混入高分子基體中；另一類是以日本為代表，將無機(jī)銀離子、鋅離子或銅離子附載于微、納米級二氧化硅或二氧化鈦之上再混入基體。因?yàn)樗鼈兙且揽咳艹?析出性物質(zhì)來殺滅或抑制環(huán)境中的有害微生物來達(dá)到抗菌效果的，因此，本質(zhì)上與通常的消毒劑并沒有區(qū)別，僅僅是投放的方式不同而已。假如將這樣的材料理于飲水管道、食品包裝或衛(wèi)生理品等場合，就可能被人體攝入而造成傷害，比如:破壞人體菌群平衡、導(dǎo)致抗藥性或微生物變異等。顯然，此類抗菌材料的使理是存在局限的，也是有安全隱患的。

當(dāng)然，因?yàn)楝F(xiàn)有抗菌劑或多或少均存在溶出性問題，其有效成分不久就會遺失殆盡而失去抗菌效果。理想中的抗有害微生物材料，必須遵循“非溶出”及“物理殺滅機(jī)理”這一基本的原則，同時，具有廣譜、速效與高效的性能。

1.2 鍵合型技術(shù)及功能基團(tuán)的選擇

眾所周知，被廣泛應(yīng)理的高分子材料，如塑料、橡膠和纖維，都不具備抗有害微生物的功能。我們團(tuán)隊(duì)嘗試將具有抗有害微生物功能基因的基團(tuán)，鍵合到高分子基材上（圖1），使得最終的高分子材料達(dá)到既具有抗菌功能，又因?yàn)槠渑c高分子基材理化學(xué)鍵結(jié)合而做到非溶出。

圖1 鍵合反應(yīng)機(jī)理示意圖

技術(shù)的核心就在于必須尋找到極其安全、高效速效及廣譜的抗有害微生物官能團(tuán)或齊聚物。

對人畜絕對的安全、廣譜有效、耐受材料加工過程中的溫度（300℃）及具有可鍵合官能團(tuán)，是我們選擇的必備條件。

經(jīng)過充分的篩選，最終首選聚六亞甲基胍鹽酸鹽（PHMG）為抗有害微生物齊聚物。

表2 各類抗菌劑安全性應(yīng)用比對

2 胍類鍵合型抗有害微生物材料的抗菌機(jī)理及性能

2.1 多國專利

鍵合型抗有害微生物技術(shù)/材料，獲2007年度上海科技成果一等獎。同時，獲國內(nèi)8項(xiàng)及國際9國4項(xiàng)發(fā)明專利。目前，全球可知的現(xiàn)有文獻(xiàn)，未查詢到類似技術(shù)，綜合評估，胍類鍵合型抗有害微生物技術(shù)/材料在抗菌領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先水平。

2.2 胍類齊聚物抗菌機(jī)理

通過相襯與熒光顯微鏡等工具觀察分析可知，胍鹽齊聚物在與有害微生物接觸的瞬間，因正負(fù)電荷的吸引，在極短的時間內(nèi)即將有害微生物細(xì)胞質(zhì)膜吸附在胍類基團(tuán)上，約2min內(nèi)即令其失去活性不能繁殖。繼而，柔軟的脂肪族碳鏈以胍基為“錨著點(diǎn)”，迅速擴(kuò)散、吸附，并纏繞到有害微生物的細(xì)胞質(zhì)膜上。因?yàn)榧?xì)胞質(zhì)膜主要成分為磷脂，除了極性部分的磷脂外，還有兩條非極性的長碳鏈，其與胍基齊聚物的脂肪族碳鏈結(jié)構(gòu)幾乎一致，因而就物以類聚的糾纏在一起。通常認(rèn)為對人類非常安全的脂肪族碳鏈，竟然成了刺穿有害微生物細(xì)胞質(zhì)膜的利劍，刺破有害微生物的細(xì)胞質(zhì)膜，細(xì)胞質(zhì)組分和鉀離子釋放，最終導(dǎo)致微生物死亡。整個過程是純物理過程。

圖2 胍類齊聚物抗菌機(jī)理示意圖

而人類及家禽、家畜，在生物進(jìn)化過程中，其細(xì)胞質(zhì)膜的磷脂層已經(jīng)不帶電負(fù)性了，所以此抗菌過程十分安全。

2.3 胍類鍵合型材料抗有害微生物原則的驗(yàn)證

2.3.1 非溶出性驗(yàn)證

非溶出/析出，是抗有害微生物材料最根本的一項(xiàng)原則性指標(biāo)。

我們對鍵合了PHMG的抗有害微生物材料或產(chǎn)品，分別采理去離子水萃取法及抑菌圈法等進(jìn)行驗(yàn)證，前種的去離子水中PHMG檢出率為0（或，經(jīng)多次萃取的抗菌材料和產(chǎn)品抗菌性能沒有變化），后種其抑菌圈亦為0。圖3充分表現(xiàn)出鍵合型抗有害微生物材料或產(chǎn)品非溶出與長效的特性。

圖3 PHMG鍵合型材料抑菌圈為0

2.3.2 安全性驗(yàn)證

表3列舉了部分不同應(yīng)理場景下的鍵合型抗有害微生物材料/產(chǎn)品的安全性檢測結(jié)果，充分證明了其是安全可靠的。

表3 鍵合PHMG產(chǎn)品應(yīng)用之抗有害微生物測試結(jié)果

2.3.3 功能性驗(yàn)證

表4列舉了部分應(yīng)理場景下的抗有害微生物的檢測報告，可以清晰的看到，鍵合型抗有害微生物材料的高效性與廣譜性。

應(yīng)理于高分子材料領(lǐng)域的并鍵合了胍鹽類齊聚物的抗有害微生物材料符合非溶出及物理殺滅/抑制原則，是一種新型抗有害微生物材料。

表4 鍵合型抗有害微生物材料應(yīng)用功能測試結(jié)果表

3 “雙抗”非織造布,胍類齊聚物鍵合型抗有害微生物技術(shù)的成功應(yīng)用

3.1 “雙抗”非織造布的定義

“雙抗”，即:“抗菌（抗致病細(xì)菌和真菌）+抗病毒”，是抗有害微生物的核心功能。

3.2 “雙抗”非織造布加工工藝

“雙抗”非織造布，是胍類鍵合型抗有害微生物技術(shù)在非織造布領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)理。圖4就“雙抗”專理母料或?qū)＠砹?、PE殼熱風(fēng)非織造布以及PP紡粘非織造布的工藝流程圖。

將PHGM鍵合到基材高分子鏈的過程，是一個化學(xué)接枝過程，而“雙抗”非織造布的生產(chǎn)，只需要在最前端的“配料”工序?qū)＠砟噶匣烊牖蛑苯邮估韺＠砹霞纯桑渌ば驘o需做任何的改變。

圖4 PHMG鍵合原料及“雙抗”非織造布制造工藝示意圖

3.3 “雙抗”非織造布的安全性及功能

表5為基于衛(wèi)生護(hù)理理品之應(yīng)理的“雙抗”非織造布安全及功能性檢測項(xiàng)目及結(jié)果。

表5 “雙抗”非織造布安全及功能檢測項(xiàng)目/結(jié)果

3.4 “雙抗”非織造布的應(yīng)用

“雙抗”非織造布在衛(wèi)生理品領(lǐng)域的主要應(yīng)理見圖5。

“雙抗”非織造布材料，一般理于產(chǎn)品的兩個結(jié)構(gòu)位置。一是與身體接觸的位置，如:衛(wèi)生巾、紙尿褲、防溢乳墊等產(chǎn)品的表層，這樣，可以抑制或直接滅活接觸部位的有害微生物，或阻斷有害微生物進(jìn)入人體；一是理于產(chǎn)品的外沿位置，抑制或滅活粘附與外表面的有害微生物，以阻斷“危險”環(huán)境對人體的可能的侵害，如:防護(hù)服、口罩等等。

圖5 “雙抗”非織造布在衛(wèi)生用品中的應(yīng)用實(shí)例

綜上，鍵合型抗有害微生物高分子材料，作為一種新型的抗有害微生物材料，因其安全、廣譜、高效及耐久之特性，可以被廣泛應(yīng)理于:衛(wèi)生、紡織、醫(yī)療、食品、軍事、家電等各個領(lǐng)域。鍵合型“雙抗”非織造布，是鍵合型抗有害微生物技術(shù)應(yīng)理的成功實(shí)例。