清華團隊研發安全耐洗抗病毒抗菌紡織麵料
近日，清華大學天津高端裝備研究院的功能高分子首席專家李景燁研究員帶領團隊，利用電子束接枝改性技術，開發了一種能夠廣譜消殺新型冠狀病毒等包膜類病毒及各種細菌的抗病毒抗菌功能紡織麵料，將其用於個人服裝及家居紡織用品的製作，有望助力新冠疫情抗擊行動早日迎來最終的勝利，為健康中國戰略目標添磚加瓦。
值得一提的是，該團隊3月還拿到了中國最高級別生物安全實驗室的權威檢測報告，證實其電子束接枝技術能夠有效對抗新冠原始毒株與奧密克戎毒株。根據國際公認的抗病毒紡織品標準，抗病毒率超過 99% 可以稱為有效；檢測結果顯示，他們所製備的抗病毒抗菌紡織品對於新冠病毒達到了 99.89% 的抗病毒率，完全符合國際標準的要求。
據悉，在此之前，研究人員還針對流感病毒H3N2以及常見的金黃色葡萄球菌、大腸杆菌和白色念珠菌等微生物開展了測試工作，並取得了理想的效果。
借用“果木嫁接”概念，實現安全性、耐用性和廣譜抗菌三大特征
與傳統的麵料功能性改造方法不同，該團隊采用電子束接枝改性技術來完成抗病毒抗菌的功能處理，其關鍵在於讓纖維大分子與功能分子之間完全形成牢固的共價鍵鏈接。
這裏的高分子化學術語“接枝改性”，其實是借用了園藝學中的“果木嫁接”概念。通過果木嫁接技術，人們可以把兩個品種不同的植株結合起來，獲得新的優勢互補植株；而接枝改性就是在分子層麵進行果木嫁接，先利用電子束來切開纖維素大分子，再將若幹個功能分子枝杈“武裝”到這個纖維素大分子上。
該團隊表示，其提出的電子束接枝改性技術具有安全性、耐用性和廣譜抗菌三個特征。
首先，安全性不僅是抗菌抗病毒材料使用的大前提，也是實現耐用和廣譜抗菌兩方麵的重要前提，因此最受研究人員關注。他們將抗菌抗病毒分子與主幹分子通過共價鍵完全結合在一起，形成了分子層麵的複合紡織麵料，使得功能分子不會在洗滌過程中從纖維素大分子上脫落下來，也幾乎不會進入人體。同時，這也是以傳統技術路線製備的抗菌抗病毒材料難以解決的問題之一。
其次是耐用性，由於抗菌抗病毒功能分子與纖維素大分子融為一體，直至整個大分子徹底分解才會脫落下來，該電子束接枝改性紡織麵料洗 150 次還能保持原有性能，大大超過了工業上對抗菌紡織品耐洗 50 次的要求。
最後是廣譜抗菌方麵。作為一種包膜病毒，新型冠狀病毒由蛋白質突刺、包膜與遺傳物質三部分構成，隻要破壞其中任一結構，就可使該病毒失去傳染力。這項技術的作用機製是破壞包膜，不會因蛋白質突刺和遺傳物質變化而被影響，因此可以殺死各類新型冠狀病毒毒株。
另外，從原理上看，這項技術對各種有包膜的病毒和有細胞膜的細菌等都是有效的，最新出現的猴痘病毒以及令人聞之色變的埃博拉病毒均屬於包膜類病毒。
始於20年研究積累，選中季銨鹽為功能分子開展研究
據了解，李景燁研究員從 20年前在日本早稻田大學做博士後期間起，就開始從事高分子材料接枝改性研究，把這項技術與紡織品領域的應用相結合也有13年左右的研究積累。2014 年，他曾帶領團隊利用接枝技術進行抗菌紡織品的研究，並花了兩三年時間把接枝技術所製備功能紡織品的安全性、耐用性和廣譜性這三大特點驗證了一遍。然而，由於市場對於抗菌產品的接受度不高，且電子束接枝技術和相應設備在紡織行業沒有應用先例，他們在這一年的研究沒有能夠走到最後。
2020年新冠疫情開始後，該團隊再次將目光放到抗病毒這件事上。但當時大家對新型冠狀病毒的認識都不夠深入、對新型冠狀病毒傳播方式的認識也不全麵，他們這時采取的還是持續關注和學習的態度。
隨著新冠疫情的持續，研究人員逐漸明確了新型冠狀病毒等包膜病毒的特性，決定將其在抗菌紡織品方麵的技術經驗轉到抗病毒紡織品方麵。在與多方接觸及交流後，最終他們通過清華大學天津高端裝備研究院找到了對這項研究感興趣的合作方，並確定以市場化方式來開展此次合作研究。
研究過程中，該團隊發現，抗菌和抗病毒之間還是有一定的差異，抗病毒難度要比抗菌大一些，尤其是新型冠狀病毒。因此，他們選擇再次回到基礎，從消毒學的角度學習和篩選抗病毒分子結構，並基於季銨鹽型消毒劑重新設計同時達到消毒要求和滿足接枝改性技術要求的分子結構。
對此，李景燁研究員表示，他們之所以選中季銨鹽型消毒劑，一方麵是因為季銨鹽安全穩定，沒有刺激性，另一方麵是因為季銨鹽的化學結構豐富，且不同結構具有的特性也不同。
據悉，研究人員在設計出一係列季銨鹽功能分子結構後，從中篩選了具有潛在高效抗病毒性能的結構。接著才開始進行相應功能分子紡織品的接枝研究。
現可用於個人、醫院及酒店的紡織用品中，下一個目標是包裝材料
目前，該團隊將電子束接枝抗病毒抗菌紡織品推進到了麵料功能化階段，後續想將麵料做成衣服、毛巾和床單被罩等實用產品，還需進一步與企業開展落地和推廣合作。這一過程中並不比技術研發容易，清華大學天津高端裝備研究院的產學研一體化優勢在該研究中起到很大的作用。
據了解，在與多家上市企業接洽後，該團隊意識到，在這場席卷全球的新冠疫情中，兒童和老人更需要得到保護。為此，研究人員對廣東、浙江和福建等中國各大童裝生產基地作了充分詳盡的市場調研，並與深圳童裝行業裏的頭部上市公司進行了充分的討論和溝通，這不僅給他們的研發提供了有效的針對性思路，而且大大增強了團隊的信心。
此外，該團隊介紹，除個人與家庭用的紡織品外，其研究成果還能在醫院和酒店等特定場所中發揮極大作用。
一是醫院所用的專業紡織品，如病員服、病房的床單被罩以及醫護人員的白大褂等。該團隊所提出的抗病毒電子束接枝改性技術不但能夠滿足醫院在抗菌方麵的需求，還可以填補其在院內紡織品方麵防控新型冠狀病毒的空白。
二是酒店的布草，如毛巾和床單、被套等。疫情下，人員出入頻繁的酒店對於布草的更換與消毒有比較大的需求。如果在這類場所中大量使用廣譜抗菌抗病毒的紡織品，那麼可以更大程度地保護入住人員的安全，同時還減輕了酒店後續的消毒壓力。
李景燁研究員稱，基本上，這項技術可以對大多數天然及合成的有機高分子材料進行功能處理，從而賦予其表麵抗病毒抗菌的性能，包括絕大多數材質的紡織品、皮革、塑料、木材等。不過，這超出了他們一個技術團隊所能了解的範圍，需要跟各行各業感興趣的合作者一起來開拓。
下一步，該團隊打算將其抗病毒接枝改性技術用於塑料袋等產品包裝材料上，以進一步幫助阻斷新冠疫情的傳播。需要注意的是，與紡織品不同，包裝材料通常是一次性使用，無需具備耐用性，但應當在成本進行一定的控製。
另外，李景燁研究員表示，電子束接枝是一個通用的技術，除抗菌抗病毒紡織品以外，其在紡織品領域還有應用麵更廣、社會價值更大、經濟性也更顯著的研究方向。這也是他們更長遠的工作計劃。
相關文章
微信收款碼