通常來說，病毒沒有自我復(fù)制的能力，不能在環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間存在。然而，新型冠狀病毒大大突破了這一傳統(tǒng)的認(rèn)知。

今年 1 月，日本京都府立醫(yī)科大學(xué)的研究人員稱，奧密克戎毒株能夠在塑料表面存活 8 天之久。前不久，復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部科研團(tuán)隊(duì)有類似的研究發(fā)現(xiàn)：22 攝氏度下，新冠毒株能夠在不銹鋼和塑料袋表面保持 3 天的活性，在無紡布表面維持 1 天的活性；4 攝氏度的低溫下，新冠毒株可在不銹鋼表面維持 9 天的傳染力，在無紡布和塑料袋表面維持 12 天。而且，近期已發(fā)生了多起疑似由快遞、外賣導(dǎo)致的新冠傳播事件。

因此，材料表面的抗病毒處理是一個(gè)值得研究的問題。例如，服裝作為人類的第二皮膚，很容易在暴露于某種微生物環(huán)境時(shí)攜帶到病毒和細(xì)菌，但又難以進(jìn)行有效且安全的消殺處理。若使用具有抗病毒抗菌功能的紡織面料來制作服裝，將在一定程度上阻止病毒和細(xì)菌的傳播。

近日，清華大學(xué)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(lǐng)團(tuán)隊(duì)，利用電子束接枝改性技術(shù)，開發(fā)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(xì)菌的抗病毒抗菌功能紡織面料，將其用于個(gè)人服裝及家居紡織用品的制作，有望助力新冠疫情抗擊行動(dòng)早日迎來最終的勝利，為健康中國(guó)戰(zhàn)略目標(biāo)添磚加瓦。

 

值得一提的是，該團(tuán)隊(duì) 3 月還拿到了中國(guó)最高級(jí)別生物安全實(shí)驗(yàn)室的權(quán)威檢測(cè)報(bào)告，證實(shí)其電子束接枝技術(shù)能夠有效對(duì)抗新冠原始毒株與奧密克戎毒株。根據(jù)國(guó)際公認(rèn)的抗病毒紡織品標(biāo)準(zhǔn)，抗病毒率超過 99% 可以稱為有效；檢測(cè)結(jié)果顯示，他們所制備的抗病毒抗菌紡織品對(duì)于新冠病毒達(dá)到了 99.89% 的抗病毒率，完全符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求。

據(jù)悉，在此之前，研究人員還針對(duì)流感病毒 H3N2 以及常見的金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和白色念珠菌等微生物開展了測(cè)試工作，并取得了理想的效果。

借用 “果木嫁接”概念，實(shí)現(xiàn)安全性、耐用性和廣譜抗菌三大特征

與傳統(tǒng)的面料功能性改造方法不同，該團(tuán)隊(duì)采用電子束接枝改性技術(shù)來完成抗病毒抗菌的功能處理，其關(guān)鍵在于讓纖維大分子與功能分子之間完全形成牢固的共價(jià)鍵鏈接。

這里的高分子化學(xué)術(shù)語(yǔ)“接枝改性”，其實(shí)是借用了園藝學(xué)中的“果木嫁接”概念。通過果木嫁接技術(shù)，人們可以把兩個(gè)品種不同的植株結(jié)合起來，獲得新的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)植株；而接枝改性就是在分子層面進(jìn)行果木嫁接，先利用電子束來切開纖維素大分子，再將若干個(gè)功能分子枝杈“武裝”到這個(gè)纖維素大分子上。

該團(tuán)隊(duì)表示，其提出的電子束接枝改性技術(shù)具有安全性、耐用性和廣譜抗菌三個(gè)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(shí)現(xiàn)耐用和廣譜抗菌兩方面的重要前提，因此最受研究人員關(guān)注。他們將抗菌抗病毒分子與主干分子通過共價(jià)鍵完全結(jié)合在一起，形成了分子層面的復(fù)合紡織面料，使得功能分子不會(huì)在洗滌過程中從纖維素大分子上脫落下來，也幾乎不會(huì)進(jìn)入人體。同時(shí)，這也是以傳統(tǒng)技術(shù)路線制備的抗菌抗病毒材料難以解決的問題之一。

其次是耐用性，由于抗菌抗病毒功能分子與纖維素大分子融為一體，直至整個(gè)大分子徹底分解才會(huì)脫落下來，該電子束接枝改性紡織面料洗 150 次還能保持原有性能，大大超過了工業(yè)上對(duì)抗菌紡織品耐洗 50 次的要求。

 

最后是廣譜抗菌方面。作為一種包膜病毒，新型冠狀病毒由蛋白質(zhì)突刺、包膜與遺傳物質(zhì)三部分構(gòu)成，只要破壞其中任一結(jié)構(gòu)，就可使該病毒失去傳染力。這項(xiàng)技術(shù)的作用機(jī)制是破壞包膜，不會(huì)因蛋白質(zhì)突刺和遺傳物質(zhì)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(xiàng)技術(shù)對(duì)各種有包膜的病毒和有細(xì)胞膜的細(xì)菌等都是有效的，最新出現(xiàn)的猴痘病毒以及令人聞之色變的埃博拉病毒均屬于包膜類病毒。

始于 20 年研究積累，選中季銨鹽為功能分子開展研究

據(jù)了解，李景燁研究員從 20 年前在日本早稻田大學(xué)做博士后期間起，就開始從事高分子材料接枝改性研究，把這項(xiàng)技術(shù)與紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用相結(jié)合也有 13 年左右的研究積累。2014 年，他曾帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)利用接枝技術(shù)進(jìn)行抗菌紡織品的研究，并花了兩三年時(shí)間把接枝技術(shù)所制備功能紡織品的安全性、耐用性和廣譜性這三大特點(diǎn)驗(yàn)證了一遍。然而，由于市場(chǎng)對(duì)于抗菌產(chǎn)品的接受度不高，且電子束接枝技術(shù)和相應(yīng)設(shè)備在紡織行業(yè)沒有應(yīng)用先例，他們?cè)谶@一年的研究沒有能夠走到最后。

2020 年新冠疫情開始后，該團(tuán)隊(duì)再次將目光放到抗病毒這件事上。但當(dāng)時(shí)大家對(duì)新型冠狀病毒的認(rèn)識(shí)都不夠深入、對(duì)新型冠狀病毒傳播方式的認(rèn)識(shí)也不全面，他們這時(shí)采取的還是持續(xù)關(guān)注和學(xué)習(xí)的態(tài)度。

隨著新冠疫情的持續(xù)，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面的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)到抗病毒紡織品方面。在與多方接觸及交流后，最終他們通過清華大學(xué)天津高端裝備研究院找到了對(duì)這項(xiàng)研究感興趣的合作方，并確定以市場(chǎng)化方式來開展此次合作研究。

 

圖 | 抗病毒棉布現(xiàn)場(chǎng)中試實(shí)驗(yàn)情況

研究過程中，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，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(chǔ)，從消毒學(xué)的角度學(xué)習(xí)和篩選抗病毒分子結(jié)構(gòu)，并基于季銨鹽型消毒劑重新設(shè)計(jì)同時(shí)達(dá)到消毒要求和滿足接枝改性技術(shù)要求的分子結(jié)構(gòu)。

對(duì)此，李景燁研究員表示，他們之所以選中季銨鹽型消毒劑，一方面是因?yàn)榧句@鹽安全穩(wěn)定，沒有刺激性，另一方面是因?yàn)榧句@鹽的化學(xué)結(jié)構(gòu)豐富，且不同結(jié)構(gòu)具有的特性也不同。

據(jù)悉，研究人員在設(shè)計(jì)出一系列季銨鹽功能分子結(jié)構(gòu)后，從中篩選了具有潛在高效抗病毒性能的結(jié)構(gòu)。接著才開始進(jìn)行相應(yīng)功能分子紡織品的接枝研究。

現(xiàn)可用于個(gè)人、醫(yī)院及酒店的紡織用品中，下一個(gè)目標(biāo)是包裝材料

目前，該團(tuán)隊(duì)將電子束接枝抗病毒抗菌紡織品推進(jìn)到了面料功能化階段，后續(xù)想將面料做成衣服、毛巾和床單被罩等實(shí)用產(chǎn)品，還需進(jìn)一步與企業(yè)開展落地和推廣合作。這一過程中并不比技術(shù)研發(fā)容易，清華大學(xué)天津高端裝備研究院的產(chǎn)學(xué)研一體化優(yōu)勢(shì)在該研究中起到很大的作用。

據(jù)了解，在與多家上市企業(yè)接洽后，該團(tuán)隊(duì)意識(shí)到，在這場(chǎng)席卷全球的新冠疫情中，兒童和老人更需要得到保護(hù)。為此，研究人員對(duì)廣東、浙江和福建等中國(guó)各大童裝生產(chǎn)基地作了充分詳盡的市場(chǎng)調(diào)研，并與深圳童裝行業(yè)里的頭部上市公司進(jìn)行了充分的討論和溝通，這不僅給他們的研發(fā)提供了有效的針對(duì)性思路，而且大大增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)的信心。

此外，該團(tuán)隊(duì)介紹，除個(gè)人與家庭用的紡織品外，其研究成果還能在醫(yī)院和酒店等特定場(chǎng)所中發(fā)揮極大作用。

一是醫(yī)院所用的專業(yè)紡織品，如病員服、病房的床單被罩以及醫(yī)護(hù)人員的白大褂等。該團(tuán)隊(duì)所提出的抗病毒電子束接枝改性技術(shù)不但能夠滿足醫(yī)院在抗菌方面的需求，還可以填補(bǔ)其在院內(nèi)紡織品方面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(duì)于布草的更換與消毒有比較大的需求。如果在這類場(chǎng)所中大量使用廣譜抗菌抗病毒的紡織品，那么可以更大程度地保護(hù)入住人員的安全，同時(shí)還減輕了酒店后續(xù)的消毒壓力。

李景燁

研究員稱，基本上，這項(xiàng)技術(shù)可以對(duì)大多數(shù)天然及合成的有機(jī)高分子材料進(jìn)行功能處理，從而賦予其表面抗病毒抗菌的性能，包括絕大多數(shù)材質(zhì)的紡織品、皮革、塑料、木材等。不過，這超出了他們一個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)所能了解的范圍，需要跟各行各業(yè)感興趣的合作者一起來開拓。

下一步，該團(tuán)隊(duì)打算將其抗病毒接枝改性技術(shù)用于塑料袋等產(chǎn)品包裝材料上，以進(jìn)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(yīng)當(dāng)在成本進(jìn)行一定的控制。

另外，李景燁研究員表示，電子束接枝是一個(gè)通用的技術(shù)，除抗菌抗病毒紡織品以外，其在紡織品領(lǐng)域還有應(yīng)用面更廣、社會(huì)價(jià)值更大、經(jīng)濟(jì)性也更顯著的研究方向。這也是他們更長(zhǎng)遠(yuǎn)的工作計(jì)劃。