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一種舒適透氣、抗菌抗病毒、可規(guī)模化生產(chǎn)的防護服材料

2024-08-21 03:19:19

全球公共衛(wèi)生事件頻發(fā),病原體防控成為社會密切關注的焦點。作為病原體防控的核心材料之一,個人防護織物可有效切斷病原體的傳播途徑,保障人體健康。然而,傳統(tǒng)防護織物及制品對細菌、病毒等病原體的阻隔能力有限,且不具備主動消殺功能,可能誘發(fā)二次污染;而提升安全阻隔性,勢必會不同程度地損失織物本身的舒適性。兼具安全阻隔性與舒適性的防護織物,往往因為高昂的成本和復雜的制造工藝,大多仍停留于實驗室開發(fā)階段。因此,開發(fā)能夠同時滿足高安全性、高舒適性和可規(guī)模化量產(chǎn)的防護織物,成為防護材料的重要研究方向之一。


近期,東華大學研究團隊結合有機無機雜化技術與異步拉伸技術,開發(fā)了一種可規(guī)?;慨a(chǎn)的抗病原體雜化聚四氟乙烯納米纖維膜(HPNFM),并在此基礎上設計制造了基于HPNFM的個人防護服,突破了防護服在高安全性、高舒適性和可規(guī)模化生產(chǎn)的“三角法則”,在未來有巨大的應用潛力。

研究人員采用氧化亞銅納米顆粒(Cu2O NPs)作為抗病原體納米雜化材料,分別以硬脂酸(SA)和異構烷烴(IP)為改性劑和分散劑,成功構建了可穩(wěn)定分散且具有耐熱耐氧化性能的改性氧化亞銅納米顆粒(mCu2O NPs)。SA作為改性劑在Cu2O NPs表面形成疏水層,改善其在IP中的分散性及穩(wěn)定性。更重要的是,在納米纖維膜熱定形過程(380℃)中,SA可利用自身熱氧分解作用吸收熱量和氧氣,從而保障氧化亞銅的穩(wěn)定性及抗病原體活性。


經(jīng)過雜化混合、膏體擠出、熱成形拉伸等工序,研究人員成功制備出具有放射狀“島-鏈”納米結構的HPNFMs。HPNFMs在微觀形貌上具有與純PTFE納米纖維膜相似的輻射狀“原纖-節(jié)點”交錯纖維網(wǎng)絡結構。同時,其節(jié)點處裸露的大量Cu2O NPs,可保障HPNFMs的高效抗菌、抗病毒性能。


研究發(fā)現(xiàn),獨特的放射狀“島-鏈”納米多孔結構,賦予HPNFMs優(yōu)異的防水性和透氣透濕性,可極大提升織物的舒適性;“島-鏈”結構結合表面裸露的高效抗病原體納米顆粒,利用耦合靜電誘導和活性氧基病原體消殺機制,可實現(xiàn)高效的抗菌抗病毒特性。


該研究以大腸桿菌和金黃色葡萄球菌為細菌模型,通過抗菌實驗發(fā)現(xiàn),隨著氧化亞銅納米顆粒添加量的增加,HPNFMs的抗菌性能逐漸增強,微觀上細菌形態(tài)表現(xiàn)出褶皺與破裂特征。當添加量為4.0%時,培養(yǎng)皿幾乎無菌落繁殖,說明HPNFMs具有一定的廣譜抗菌性能。


在抗病毒效果評價中,采用紅色熒光基因修飾的傳染性支氣管炎病毒(IBV)和人肺泡腺癌基底上皮細胞(A549)分別作為感染病原體和受感染細胞。相較于空白組和對照組,實驗組(HPNFMs)的胞內熒光強度明顯下降,表明大量病毒已被HPNFMs表面節(jié)點處的ROS滅活,不具備感染細胞的能力,表現(xiàn)出高效的抗病毒性能。


在此基礎上,研究人員設計制造了基于雜化PTFE納米纖維膜的主動防護型防護服。相較于傳統(tǒng)防護服,該防護服不僅透氣透濕,有效實現(xiàn)熱濕傳遞,保障舒適性,還能在使用壽命周期內有效滅活細菌和病毒,滿足高安全性、高舒適性和可規(guī)?;a(chǎn)的防護織物及制品的性能需求。


該研究為開發(fā)下一代個人防護產(chǎn)品提供了新思路,相關成果以“Mass-Producible Hybrid Polytetrafluoroethylene Nanofiber Mat with Radial Island-Chain Architecture as Anti-Pathogen Cloth in Individual Protection”為題發(fā)表在Advanced Fiber Materials上。

來源:紡織導報