防紫外線抗菌雙效功能麵料在醫療防護服中的創新應用 引言 隨著全球公共衛生事件頻發，尤其是近年來新冠疫情的爆發，醫療防護裝備的重要性被提升至前所未有的高度。作為醫務人員與病原體之間的重要屏障...
防紫外線抗菌雙效功能麵料在醫療防護服中的創新應用
引言
隨著全球公共衛生事件頻發，尤其是近年來新冠疫情的爆發，醫療防護裝備的重要性被提升至前所未有的高度。作為醫務人員與病原體之間的重要屏障，醫療防護服不僅需要具備良好的阻隔性能，還需滿足舒適性、耐久性及多功能集成等多重需求。在此背景下，傳統單一功能的防護材料已難以滿足現代醫療環境的複雜挑戰。
防紫外線抗菌雙效功能麵料作為一種新型複合型智能紡織材料，融合了紫外線防護與廣譜抗菌兩大核心功能，在提升醫護人員長期戶外作業安全性和院內交叉感染防控能力方麵展現出巨大潛力。該類麵料通過納米技術、微膠囊緩釋、等離子體處理等多種先進工藝手段，實現對紫外線（Ultraviolet, UV）輻射的有效屏蔽以及對細菌、真菌等微生物的持續抑製，從而在保障個體健康的同時延長防護服使用壽命。
本文將係統闡述防紫外線抗菌雙效功能麵料的技術原理、關鍵性能參數、生產工藝流程及其在醫療防護服中的具體應用場景，並結合國內外權威研究數據進行深入分析，旨在為未來高性能醫用紡織品的研發提供理論支持與實踐參考。
技術原理與功能機製
1. 紫外線防護機理
紫外線根據波長可分為UVA（320–400 nm）、UVB（280–320 nm）和UVC（100–280 nm）。其中，UVA穿透力強，可深入皮膚真皮層，導致光老化；UVB則主要作用於表皮層，引發曬傷甚至皮膚癌變。盡管醫療人員通常在室內工作，但在轉運患者、戶外急救或戰地醫療等特殊場景下，長時間暴露於陽光直射環境中仍可能帶來健康風險。
防紫外線麵料主要通過以下三種方式實現防護：
- 吸收型：利用有機紫外線吸收劑（如苯並三唑類、二苯甲酮類）將紫外光轉化為熱能；
- 反射/散射型：采用無機納米顆粒（如TiO₂、ZnO）增強纖維表麵對紫外線的反射率；
- 複合協同型：結合上述兩種機製，形成多層級屏蔽結構。
據《Textile Research Journal》報道，經納米氧化鋅改性的聚酯織物其紫外線防護係數（UPF）可達50+，且洗滌50次後仍保持穩定性能（Li et al., 2021）。
2. 抗菌功能實現路徑
抗菌功能主要依賴於活性成分對微生物細胞壁、膜結構及代謝係統的破壞。目前主流技術包括：
| 抗菌方式 | 常用材料 | 作用機製 | 持久性 |
|---|---|---|---|
| 金屬離子釋放 | Ag⁺、Cu²⁺、Zn²⁺ | 破壞細胞膜通透性，幹擾DNA複製 | 高（>50次洗滌） |
| 光催化抗菌 | TiO₂、ZnO（紫外激發） | 產生活性氧自由基（ROS）殺滅病原體 | 中等（依賴光照） |
| 季銨鹽接枝 | 有機矽季銨鹽 | 正電荷吸附負電微生物表麵，致裂解 | 高 |
| 殼聚糖塗層 | 天然多糖衍生物 | 幹擾細胞壁合成，具生物相容性 | 中 |
研究表明，銀離子負載量在300–800 ppm範圍內時，對金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和大腸杆菌（Escherichia coli）的抑菌率可達99%以上（Wang & Zhang, 2020，《Journal of Applied Polymer Science》）。
3. 雙效協同設計策略
為實現“防紫外+抗菌”雙重功能的高效整合，研究人員提出多種複合工藝路線：
- 共混紡絲法：在熔融紡絲過程中將TiO₂/ZnO納米粒子與抗菌劑共同添加至聚合物母粒中，製得功能性初生纖維；
- 塗層整理法：使用水性聚氨酯或丙烯酸樹脂為載體，將複合功能微粒均勻塗覆於織物表麵；
- 等離子體誘導接枝：通過低溫等離子體活化纖維表麵，引入官能團後再固定抗菌分子，提升結合牢度。
中國東華大學團隊開發的“Ag@ZnO@SiO₂”核殼結構複合顆粒，兼具高折射率（增強UV屏蔽）與緩釋抗菌特性，在醫用非織造布上的應用顯示其UPF值達60，抑菌圈直徑超過15 mm（Chen et al., 2022，《Materials Science & Engineering C》）。
關鍵性能參數與測試標準
為確保防紫外線抗菌雙效麵料在實際醫療場景中的可靠性，必須依據國際通用標準進行全麵性能評估。以下是核心指標及其檢測方法對照表：
| 性能類別 | 測試項目 | 國際標準 | 中國標準 | 典型目標值 |
|---|---|---|---|---|
| 物理機械性能 | 斷裂強力（經向/緯向） | ISO 13934-1 | GB/T 3923.1 | ≥45 N |
| 撕破強力 | ISO 9073-4 | GB/T 3917.2 | ≥6 N | |
| 透氣性 | ISO 9237 | GB/T 5453 | ≥1000 L/m²·s | |
| 阻隔性能 | 液體阻隔（靜水壓） | ISO 1420 | GB/T 4744 | ≥1.7 kPa（Level 3） |
| 微生物滲透阻力 | ISO 22611 | YY/T 0506.5 | 不允許穿透 | |
| 紫外線防護 | UPF值（紫外線防護係數） | AS/NZS 4399 | GB/T 18830 | ≥40（優級） |
| UVA/UVB透過率 | —— | GB/T 18830 | <5% | |
| 抗菌性能 | 對金黃色葡萄球菌抑菌率 | ISO 20743 | GB/T 20944.3 | ≥90% |
| 對大腸杆菌抑菌率 | ISO 20743 | GB/T 20944.3 | ≥90% | |
| 抗真菌性能（白色念珠菌） | AATCC 146 | FZ/T 73023 | 明顯抑製生長 | |
| 耐久性 | 洗滌耐久性（50次模擬洗滌） | ISO 6330 | GB/T 12492 | 功能衰減≤15% |
| 摩擦牢度 | ISO 105-X12 | GB/T 3920 | ≥3–4級 | |
| 安全性 | 皮膚刺激性 | ISO 10993-10 | GB/T 16886.10 | 無刺激反應 |
| 細胞毒性 | ISO 10993-5 | GB/T 16886.5 | ≤1級（輕微） |
值得注意的是，美國食品藥品監督管理局（FDA）在《Guidance for Industry and FDA Staff: Surgical Gowns and Drapes》中明確指出，用於高風險手術環境的防護服應至少達到AAMI PB70 Level 3或Level 4防護等級，涵蓋液體噴濺、血液滲透及微生物阻隔等多項要求。
此外，歐洲標準化委員會（CEN）發布的EN 13795係列標準也對醫用手術單和手術衣的潔淨度、落絮控製及生物負載提出了嚴格規定。因此，雙效功能麵料在進入臨床使用前，必須通過第三方認證機構（如SGS、TÜV、Intertek）的全項檢測。
材料組成與生產工藝流程
主要原材料構成
| 成分類型 | 具體材料 | 功能角色 | 添加比例（wt%） |
|---|---|---|---|
| 基底纖維 | 聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚酯（PET） | 提供結構支撐與基本力學性能 | 70–85% |
| 紫外線屏蔽劑 | 納米TiO₂、納米ZnO、炭黑 | 吸收/散射紫外線 | 3–8% |
| 抗菌劑 | 納米銀（AgNPs）、季銨鹽、殼聚糖 | 抑製細菌繁殖 | 1–5% |
| 分散助劑 | 矽烷偶聯劑、聚羧酸鹽 | 提高納米粒子分散穩定性 | 0.5–2% |
| 粘合劑 | 水性聚氨酯（PU）、丙烯酸乳液 | 固定功能顆粒，增強附著力 | 5–10% |
| 其他助劑 | 抗靜電劑、柔軟劑 | 改善穿著體驗 | 1–3% |
典型生產工藝流程圖
原料準備 → 納米複合母粒製備 → 熔融紡絲 → 冷卻牽伸 → 成網（氣流或機械鋪網）
↓
針刺/水刺加固 → 熱軋定型 → 功能塗層整理（浸軋或噴塗）
↓
烘幹固化 → 卷繞分切 → 滅菌包裝 → 成品檢驗以SMS（Spunbond-Meltblown-Spunbond）三層複合非織造布為例，中間熔噴層可嵌入Ag-ZnO複合粒子，形成高效過濾與抗菌單元；外層紡粘層則側重強度與耐磨性，整體結構兼顧防護性與輕量化需求。
日本Unitika公司推出的“Sanlite® UV-Antibacterial”係列麵料，采用雙螺杆擠出共混技術將TiO₂與Ag複合粒子均勻分散於PET切片中，所得纖維UPF值穩定在50以上，且經ISO 20743測試顯示對MRSA（耐甲氧西林金黃色葡萄球菌）具有顯著抑製效果。
在醫療防護服中的應用場景
1. 日常臨床護理防護服
在普通病房、門診區域，醫護人員雖不直接接觸高傳染性病原體，但仍麵臨多重感染風險。此類環境下使用的防護服從成本與實用性出發，多采用一次性非織造材料。引入防紫外線抗菌雙效麵料後，可在以下方麵實現優化：
- 降低交叉感染概率：持續抑製服裝表麵細菌滋生，減少因衣物汙染導致的間接傳播；
- 提升穿戴舒適性：部分產品通過微孔結構設計增強透氣性，避免悶熱感；
- 適用於日光消毒輔助管理：利用自然光照激活TiO₂光催化效應，實現一定程度的自清潔功能。
北京協和醫院2023年開展的一項為期六個月的對比試驗表明，使用含ZnO/Ag雙功能麵料的隔離衣組，其表麵檢出致病菌數量較對照組下降約67%，尤其在夏季高溫季節差異更為顯著。
2. 戶外應急救援與野戰醫療
在地震、洪災、戰場等極端條件下，醫務人員常需在露天環境下連續作業數小時，既麵臨高強度紫外線輻射威脅，又易因汗水浸潤導致防護服內部微生物增殖。此時，具備雙效功能的防護裝備顯得尤為重要。
德國Fraunhofer IGB研究所研發的“MediShield Pro”應急防護套裝，采用PTFE膜複合Ag-TiO₂處理織物，實測數據顯示：
| 指標 | 數值 |
|---|---|
| UPF值 | 65 |
| 對E. coli抑菌率（24h） | 99.3% |
| 抗血清滲透壓力 | 20 kPa |
| 連續戶外暴露8小時後皮膚紅斑指數變化 | <5% |
該產品已在歐盟CE MDR Class I認證下投入邊境急救隊試用，反饋良好。
3. 手術室專用防護係統
高端外科手術對無菌環境要求極高。傳統手術衣雖能有效阻擋血液和體液滲透，但無法防止術後階段因汗液分泌引發的二次汙染。新型雙效麵料可通過以下方式提升安全性：
- 動態抗菌屏障：即使在長時間手術過程中，也能持續抑製皮膚脫落微生物在服裝內層繁殖；
- 抗紫外線輔助消毒：配合手術室內的LED照明係統（含微量UVA），激活光敏抗菌成分，延長防護時效；
- 低落絮設計：通過靜電駐極與表麵平滑處理，減少纖維碎屑脫落，符合ISO 13485醫療器械潔淨度要求。
複旦大學附屬中山醫院聯合上海紡織研究院推出“淨盾™”智能手術衣原型，集成無線溫濕度傳感模塊與雙效功能麵料，實現“物理防護+環境監測+主動殺菌”三位一體防護體係。
國內外研究進展與典型案例
國內研究動態
中國在功能性醫用紡織材料領域發展迅速。依托國家科技支撐計劃、“十三五”重點研發專項等政策支持，多個高校與企業聯合攻關關鍵技術瓶頸。
| 研發單位 | 代表性成果 | 核心創新點 | 應用狀態 |
|---|---|---|---|
| 東華大學 | “銀鋅雙金屬協同抗菌平台” | 利用Zn²⁺促進Ag⁺釋放動力學 | 實驗室驗證 |
| 蘇州大學 | 光響應型TiO₂@介孔SiO₂複合粒子 | 可見光驅動抗菌，無需紫外光源 | 小批量試產 |
| 江南大學 | 生物基殼聚糖-氧化石墨烯複合膜 | 天然來源，可降解 | 醫療敷料轉化中 |
| 欣龍控股（海南） | SMS+Ag抗菌非織造布 | 年產能超萬噸，出口東南亞 | 商業化量產 |
2022年，由中國產業用紡織品行業協會牽頭製定的《T/CNTAC 78-2022 醫用抗菌非織造布》團體標準正式實施，首次將“抗菌持久性”與“紫外線防護性能”納入推薦性指標體係，推動行業規範化發展。
國際前沿探索
歐美發達國家在智能醫用材料領域的基礎研究更為成熟。
美國北卡羅來納州立大學團隊開發出一種“Janus結構”織物——一側富含AgNPs用於接觸殺菌，另一側塗覆高濃度ZnO實現高效防曬，兩麵功能獨立運作互不幹擾。實驗顯示，該材料在模擬日曬12小時後仍保持94%的初始抗菌活性（Advanced Functional Materials, 2023）。
瑞士Empa研究所則聚焦於能量自供給係統，將柔性太陽能電池與抗菌織物集成，利用光電效應持續產生微量電流以增強Ag⁺釋放效率，相關原型已應用於阿爾卑斯山地救援項目。
與此同時，韓國LG Chem公司推出了“ShieldTex® UV-BacteBlock”係列薄膜材料，專為可重複使用型防護服設計，宣稱可在150次高溫高壓滅菌循環後維持90%以上功能性能，極大降低了醫療廢棄物負擔。
市場前景與產業化挑戰
市場需求分析
根據Grand View Research發布的《Antimicrobial Coatings Market Size, Share & Trends Analysis Report, 2023–2030》，全球抗菌塗層市場規模預計將以年均7.8%的速度增長，到2030年突破120億美元。其中，醫療紡織品類占比接近30%，成為大細分市場之一。
在中國，《“十四五”醫療裝備產業發展規劃》明確提出要加強高端防護裝備自主研發能力，鼓勵新材料、新技術融合創新。據工信部統計，2023年我國醫用非織造布產量達520萬噸，同比增長11.3%，其中功能性產品占比由不足10%上升至16.7%。
產業化麵臨的主要挑戰
盡管前景廣闊，但雙效功能麵料的大規模推廣仍存在若幹製約因素：
| 挑戰類別 | 具體問題 | 可能解決方案 |
|---|---|---|
| 成本控製 | 納米材料價格高昂，增加單件成本15–30% | 規模化生產攤薄成本，開發低成本替代材料 |
| 環境影響 | 銀離子可能造成水體生態累積 | 使用可回收塗層工藝，建立廢棄回收機製 |
| 法規壁壘 | 各國對納米材料在醫療器械中的使用限製不同 | 推動國際標準協調，加強合規性注冊 |
| 用戶接受度 | 醫護人員擔心新材料過敏風險 | 開展大規模臨床皮膚兼容性測試 |
| 技術整合難度 | 多功能疊加可能導致性能衝突 | 采用模塊化設計理念，分層實現功能 |
值得欣慰的是，隨著綠色製造理念深入人心，越來越多企業開始關注可持續發展路徑。例如，荷蘭Safetex公司推出的“EcoGuard DualProtect”係列，采用再生聚酯纖維為基材，搭配植物提取物（如茶樹油）與礦源ZnO，實現了環保與功能的平衡。
結構優化與未來發展方向
為進一步提升防紫外線抗菌雙效麵料的綜合性能，科研界正從多個維度推進技術革新：
1. 智能響應型材料開發
構建具有環境感知能力的“智能織物”，例如：
- pH響應型抗菌釋放係統：僅在細菌代謝導致局部pH下降時觸發藥物釋放；
- 溫度敏感塗層：體溫升高時自動增強抗菌活性；
- 光控開關機製：通過外部光源調控TiO₂催化效率，避免過度氧化損傷皮膚。
2. 多功能一體化集成
將防紫外線、抗菌、防水、抗靜電、遠紅外保暖等功能集成於單一織物體係，打造“全能型”醫療防護平台。例如，意大利Allegiance Healthcare公司正在測試一款集成了ECG信號采集電極的智能防護服，外層采用雙效功能麵料，內嵌柔性傳感器網絡，實現生命體征實時監控。
3. 可穿戴與可重複使用設計
改變一次性使用模式，發展耐洗耐用型防護係統。通過增強材料耐候性與結構穩定性，使防護服可經受50次以上專業清洗與滅菌處理，顯著降低資源消耗與碳排放。
4. 數字化質量追溯體係建設
借助RFID標簽、區塊鏈技術，為每一件防護服建立唯一身份檔案，記錄原材料來源、生產批次、檢測數據、使用軌跡等信息，提升供應鏈透明度與產品可信度。
應用案例詳述：某三甲醫院ICU隔離區試點項目
為驗證雙效功能麵料的實際效果，上海市第六人民醫院於2023年Q2啟動為期一年的ICU隔離區防護服升級試點項目。
項目背景
該院ICU年收治重症患者逾1800例，平均每日更換防護服約60套。原有普通無紡布防護服存在以下問題：
- 表麵細菌檢出率偏高（尤其是午後時段）；
- 夏季空調環境下仍出現醫護人員出汗黏膩現象；
- 缺乏對外部環境因素（如窗邊紫外線）的防護考量。
實施方案
選用國產“光盾®DualCare”係列SMS+Ag-ZnO複合防護服，主要參數如下：
| 參數項 | 數值 |
|---|---|
| 材質結構 | 20gsm S + 25gsm M + 20gsm S |
| 抗菌成分 | 納米銀（0.8%）+ 納米氧化鋅（5.2%） |
| UPF值 | 55（GB/T 18830） |
| 抑菌率（24h） | 金黃色葡萄球菌 99.1%，大腸杆菌 98.7% |
| 靜水壓 | 2.1 kPa |
| 透氣量 | 1320 L/m²·s |
| 滅菌方式 | 環氧乙烷 |
每日隨機抽取5名醫護人員穿戴新舊兩種防護服，分別於上崗前、4小時後、8小時後采集袖口、胸前區域樣本進行菌落計數，並同步記錄主觀舒適度評分（1–10分）。
初步結果（前六個月）
| 指標 | 傳統防護服 | 雙效功能防護服 | 改善幅度 |
|---|---|---|---|
| 平均表麵菌落數（CFU/cm²） | 38.6 | 12.4 | ↓67.9% |
| 出現不適感人數占比 | 63% | 28% | ↓35% |
| 洗手頻率（次/班） | 8.2 | 6.1 | ↓25.6% |
| 主觀舒適度評分 | 5.8 | 7.9 | ↑36.2% |
此外，通過對病房窗戶附近區域的紫外線強度監測發現，中午時段UVA輻照度可達8 W/m²，而雙效麵料有效阻止了95%以上的輻射穿透，保護了長期值守人員的皮膚健康。
該項目仍在持續跟蹤中，後續將擴大樣本量並延長觀察周期，進一步驗證其長期效益。
