紡織品抗菌抗病毒助劑的應用性能評價

楊之卓，吳 濤，劉士良，鄧東海

（廣東德美精細化工集團股份有限公司，廣東順德 528300）

抗菌材料和抗菌技術已經被廣泛應用于紡織品，可以減少因微生物繁殖代謝帶來的異味，降低紡織品外觀、強度等遭受微生物侵蝕的危害，提升服用舒適性，在醫(yī)療等特定領域可減少病原體的交叉感染［1］。紡織品用抗菌助劑的研發(fā)正成為功能性紡織品研究領域的熱點之一。進入21 世紀后，SARS、MERS、Dengue 病毒等導致的全球性流行病不斷威脅人體健康，特別是目前由SARS-CoV-2 傳播導致的新冠肺炎疫情促使人們大大提高抗病毒意識［2］。除了消毒水、口罩等個人防護用品外，人們對素有“人體第二皮膚”之稱的服裝提出了阻隔及殺滅病毒的要求。因此，用于紡織品的兼具抗菌和抗病毒功效的助劑開始涌現(xiàn)，相關面料產品受到追捧。

抗菌抗病毒助劑一般通過共混紡絲或后整理方式賦予紡織品抗菌抗病毒性能。國內外已有很多紡織品抗菌性能的測試標準和方法。日本、美國、歐洲等發(fā)達國家和地區(qū)起步較早，標準制定和更新發(fā)展較快，如美國在1958 年首次制定紡織品抗菌檢測方法AATCC 90《紡織品抗菌活性評定：平板法》［3］。我國第一個紡織行業(yè)抗菌標準為FZ/T 01021，主要參照AATCC 100—1981 制定并于1992 年頒布實施［4］。紡織品抗病毒性能的測試標準相對較少，國際上只有ISO 18184（國際標準）和JIS L 1922（日本標準），分別制定于2014 年和2016 年［5-6］，而我國在這方面幾乎空白，這兩年才剛起步。除了性能評價外，抗菌抗病毒助劑的安全性評估更是面臨極其復雜的挑戰(zhàn)：一方面，抗菌抗病毒助劑處理后的抗菌紡織品需要符合GB 18401 等紡織品基本安全技術規(guī)范和GB/T 31713等對抗菌紡織品的安全性衛(wèi)生要求［7-8］；另一方面，抗菌抗病毒助劑作為微生物滅殺活性物本身必須經受嚴格的毒理性評估。美國國家環(huán)境保護局（EPA）、歐盟生物殺滅劑產品法規(guī)（BPR）研究中心和日本紡織品評價技術協(xié)議會對抗菌物質的毒理安全性都有嚴格規(guī)定和審查制度。我國除了2002 年實施的《消毒技術規(guī)范》可供參考外，只有2006 年頒布的行業(yè)標準FZ/T 73023《抗菌針織品》做了相關規(guī)定［9-10］。

我國紡織品用抗菌抗病毒助劑性能的測定方法和評價標準尚不夠全面統(tǒng)一，某些標準的可操作性和結果重現(xiàn)性尚不理想；抗病毒性能的評價標準更是處于摸索、嘗試階段；而抗菌抗病毒助劑本身的安全性標準有待進一步規(guī)范。這3 個方面都嚴重影響了抗菌抗病毒助劑和相應紡織產業(yè)的健康有序發(fā)展。本文對國內外現(xiàn)有的抗菌、抗病毒測試方法、評價標準以及衛(wèi)生安全性要求進行系統(tǒng)對比、研究與總結，為抗菌抗病毒助劑的生產企業(yè)、染整加工應用廠家和服裝面料經營者提供參考和指導。

1 抗菌性能的測試及評價

紡織品經抗菌抗病毒助劑處理后獲得相應的抗菌抗病毒效果，但與常規(guī)織物相比，外觀基本看不出差異。目前主要通過將待測織物與特定菌種或毒株進行一定時間的接觸，借助微生物檢測手段評估接觸前后織物上菌種或毒株的變化情況，以定性或定量表征織物的抗菌和抗病毒效果。

1.1 抗菌性能測試常用菌種

自然界微生物種類繁多，根據(jù)菌種分布的廣泛性和致病危害性，抗菌性能測試通常選用具有一定代表性的細菌和真菌作為測試菌種（見表1）。

表1 抗菌性能測試常用菌種

根據(jù)紡織品抗菌用途和標準所在國國情的不同，各紡織品抗菌標準選用的代表菌種不盡相同。日本SEK 標志規(guī)定普通日用防汗臭紡織品只需要按照JIS L 1901 考核金黃色葡萄球菌，滿足要求則掛藍色標志；一般用途保健紡織品考核金黃色葡萄球菌和肺炎克雷伯氏菌，掛橙色標志；醫(yī)療等特殊用途紡織品考核金黃色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA），而大腸桿菌、綠膿桿菌以及真菌則視客戶需求檢測，掛紅色標志［11-12］。美國材料實驗協(xié)會標準ASTM 2149 考核大腸桿菌或者其他替代菌種［13］。美國紡織化學師與印染師協(xié)會標準AATCC 90、AATCC 100、AATCC 147 和國際標準ISO 20743 則考核金黃色葡萄球菌和肺炎克雷伯氏菌［3，14-15］。2006 年我國真正意義上的第一部紡織品抗菌標準FZ/T 73023 在起草時，考慮到我國抗菌產業(yè)發(fā)展較晚且真菌感染狀況比發(fā)達國家嚴重很多，因此將以金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和白色念珠菌為代表的G+菌、G-菌和真菌同時納入考核［16］。霉菌也屬于真菌的一種，防霉測試一般根據(jù)紡織品應用環(huán)境的不同，選用常見的一種或多種霉菌組成混合孢子懸液對紡織品進行測試。

1.2 抗菌性能測試常用方法

根據(jù)抗菌紡織品用途和性能要求的不同，可以采用定性或定量的方法測試評價抗菌性能。市面上主流抗菌標準測試方法如表2所示。

表2 紡織品抗菌性能測試標準及方法

1.2.1 定性

定性抗菌測試只需要將待測樣品與特定菌種載體相接觸，一段時間后觀察菌種生長狀況。主要定性抗細菌測試方法有平行劃線法和暈圈法（瓊脂平板法、瓊脂平皿擴散法）。前者代表性測試標準有美國AATCC 147，后者代表性測試標準有美國AATCC 90、日本JIS L 1902 抑菌圈法部分、中國GB/T 20944.1 和FZ/T 73023 附錄D7。定性抗細菌測試方法的優(yōu)點是成本低、周期短，比較適用于溶出型抗菌劑，缺點是只能判定樣品有無抗菌性能，無法對抗菌活性進行定量評價，而且測試穩(wěn)定性和可重復性相對較差。

AATCC 147 采用平行劃線法判斷試樣有無抗菌活性，得益于5 條由粗到細的菌線，實驗結果很容易觀察。缺點在于對菌液濃度并沒有做規(guī)定，因而實驗的可重復性較差。AATCC 90 根據(jù)抑菌圈寬度定性判斷測試樣品的抗菌性能，原理是讓測試樣品與事先已接種菌種的瓊脂緊密接觸，經培養(yǎng)后與對照組比較測試樣底面或附近的抑菌圈寬度；評判試樣具有抗菌活性的指標要求：樣品接觸部位底面沒有細菌菌落。GB/T 20944.1 在此基礎上結合抑菌圈寬度和試樣下的細菌繁殖情況，對試樣的抗菌活性給出“效果好、較好、有限和沒有效果”的分級評判指標［17］。JIS L 1902 只要求記錄抑菌圈的有無和寬度數(shù)據(jù)，并沒有設置活性高低的評定標準［18］。FZ/T 73023 重點在于利用此方法判斷抗菌物質的溶出性：抑菌圈寬度D大于1 mm 則為溶出型抗菌織物，反之則為非溶出型織物［10］。暈圈法的優(yōu)點是處理量大、操作簡便快速、周期短，適用于不規(guī)則形狀的樣品，缺點在于菌液濃度范圍較寬（相較于AATCC 147 的無規(guī)定已經有所改進）、單純的抑菌圈寬度不能作為抗菌活性的定量評價指標。

由于霉菌繁殖非常復雜，其菌絲在培養(yǎng)過程中容易相互纏繞而不便于計數(shù)，紡織品的防霉性能測試基本都是定性測試。測試原理是在試樣表面接種一定量的霉菌孢子，經過培養(yǎng)后觀察樣品周圍的霉菌生長情況分等級評估。常見的紡織品防霉標準有AATCC 30—2013《紡織品材料上抗真菌活性的測定：防霉防腐》、FZ/T 60030—2009《家用紡織品防霉性能測試方法》和GB/T 24346—2009《紡織品防霉性能的評價》。AATCC 30 中土壤埋藏法根據(jù)試樣與對照樣測試前后的強力損失情況間接判斷試樣的防霉性，瓊脂平板法根據(jù)霉菌生長情況將試樣的防霉活性分為不生長、微小生長和大量生長3 個級別［19］，最大缺陷在于孢子液中孢子濃度不確定，不同機構、人員的測試結果可比性很差。FZ/T 60030 和GB/T 24346對此進行了完善，同時對霉菌的生長情況進行半定量觀察描述，根據(jù)觀察結果將防霉等級劃分為0～4 級（0級最好）［20-21］。但是僅規(guī)定以沒有加防霉劑的紡織品作為對照樣，沒能像FZ/T 73023 一樣建立統(tǒng)一的空白對照測試標準樣品。

1.2.2 定量

定量抗菌測試通過抑菌率、殺菌率等量化指標反映抗菌紡織品的性能高低，常用的定量測試方法有吸收法、振蕩法和奎因法。

最早的定量紡織品抗菌標準應屬美國1961 年首次頒布的AATCC 100《紡織材料抗菌整理的評定》，這是一種菌液吸收法，通過讓試樣定量吸收菌種懸液，對比零接觸及規(guī)定接觸時間下試樣的菌群數(shù)量以計算殺菌率。日本在1990 年引進美國AATCC 100后，發(fā)現(xiàn)其存在一些缺陷，于是組織幾十家相關企業(yè)和第三方檢測機構，花了8 年多的時間反復改進，終于在1998 年修訂了JIS L 1902；而后又通過4 年多的努力修訂得到JIS L 1902—2002，并向國際標準化組織提出申請，最終使其成為ISO 20743—2007 的吸收法［16］。作為吸收法，與AATCC 100 不同，JIS L 1902 吸收法部分、FZ/T 73023 附錄D7、GB/T 20944.2 通過對比規(guī)定接觸時間下對照樣和試樣的菌群數(shù)量計算抑菌率或抑菌值［10，22］。單純從計算公式來說，如果數(shù)值相同，前者的殺菌率相比于后者的抑菌率或抑菌值對試樣的抗菌活性要求更高。吸收法適用于大多數(shù)無機或溶出型抗菌劑性能評價，但處理量小、實驗周期長，僅適用于親水性較好的織物。

振蕩法的代表性測試標準有ASTM E2149、GB/T 20944.3 和FZ/T 73023 附錄D8。由于ASTM E2149 未規(guī)定振蕩幅度、速率、時間和溫度等，測試者可隨意調節(jié)操作，使數(shù)據(jù)重復性受到質疑。我國的2 個標準則借鑒前車之鑒，明確規(guī)定實驗細節(jié)，大幅提高了結果的可靠性［10，23］。振蕩法通過快速振蕩菌種懸液中的試樣，增加菌種與抗菌助劑的接觸，尤其適用于非溶出型抗菌劑加工的紡織品，且對試樣親水性要求不高，任何形狀的試樣都可適用。

奎因法操作簡單、快速，但是精確度較差，只適用于吸水性較好且顏色較淺的織物，菌群計數(shù)困難，不同測試機構和操作者的測試結果出入較大。代表性測試標準有FZ/T 73023 附錄D6、衛(wèi)生部2002 版《消毒技術規(guī)范》2.1.8.9。由于該方法誤差較大，目前已經很少采用。

2 抗病毒性能的測試及評價

與細菌和真菌不同，病毒沒有完整的細胞形態(tài)，它由遺傳物質核酸（DNA 或RNA）構成核心，外圍包裹蛋白質衣殼，有些病毒（如冠狀病毒）在衣殼外還覆有一層嵌合了蛋白質或糖蛋白的類脂雙層膜（包膜）。細菌可以自行分裂繁殖，但病毒只能在宿主細胞內復制繁殖，一旦離開宿主，病毒將以無生命活動的生物大分子狀態(tài)存在，直至活性消失或再次遇到宿主細胞。因此，紡織品抗病毒性能測試與抗菌性能測試的最大區(qū)別在于必須引入宿主細胞，比較有代表性的是犬腎細胞和貓腎細胞。

2.1 抗病毒性能測試常用毒株

根據(jù)是否有包膜，病毒可以分為有包膜病毒和無包膜病毒，新冠病毒SARS-CoV-2 和流感病毒屬前者，后者的典型代表有HPV 人乳頭瘤病毒。由于有包膜病毒的包膜表面存在刺突S 蛋白、血凝素（HE 蛋白）等各類特征蛋白質，給抗病毒助劑提供了更多的攻擊“靶位”，相對更容易對付。結合病毒的代表性和實驗室的可操作性，ISO 18184 選擇流感病毒H3N2、H1N1 作為有包膜病毒的代表測試毒株，選擇貓杯狀病毒作為無包膜病毒代表測試毒株，具體毒株型號如表3 所示［5］。由中國保健協(xié)會主持起草的團體標準T/CHC 2—2021《抗病毒功能紡織品》則結合中國國情，考慮毒株的可獲得性，選擇腸道病毒EV71 作為無包膜病毒的代表測試毒株［24］。

表3 抗病毒性能測試常用毒株

2.2 抗病毒性能測試常用方法

2014 年8 月19 日，ISO 正式 發(fā)布ISO 18184 紡 織品抗病毒測試標準，規(guī)定了紡織品（包括機織和針織面料、纖維、紗線等）抗病毒性能的測試方法，并且給出了判定指標（抗病毒活性值Mv 或者抗病毒活性率，如表4所示）。

表4 抗病毒性能測試效果的評級

ISO 18184 采用噬斑法或半數(shù)組織培養(yǎng)感染劑量法（TCID50 法）定量表征病毒感染情況，并使用抗病毒活性值表征紡織品抗病毒效果，抗病毒活性率則可通過公式（抗病毒活性率=1-10-Mv）進行換算。ISO 18184 同時規(guī)定試樣與病毒標準接觸條件是25 ℃×2 h，而根據(jù)關聯(lián)方要求，接觸時間最長可至24 h。隨后相繼發(fā)布的英國標準BS ISO 18184 和日本標準JIS L 1922—2016基本都是參考ISO 18184而制定［5-6］。

ISO 18184—2014 評估紡織品抗病毒性能的基本思路：將測試布樣及對照布樣定量吸收一定量的病毒懸浮液，通過計算接觸后二者病毒滴度的對數(shù)平均值差值作為抗病毒活性值，以評估抗病毒效果。實驗有效的前提是對照布樣接觸前后的病毒滴度對數(shù)平均值差值不超過2。

最新修訂的ISO 18184—2019 思路發(fā)生了變化，改為以計算對照布樣零接觸時間與測試布樣接觸時間的病毒滴度對數(shù)平均值差值作為抗病毒活性值來評估抗病毒效果。而且實驗有效的前提也改為對照布樣在接觸前后的病毒滴度對數(shù)平均值差值不超過1（接觸時間為24 h 時，指標不超過2）。筆者認為修訂的變化基于2 個方面：（1）新版中同時更新“11.1 樣品制備”的操作細則，降低了測試系統(tǒng)本身對抗病毒活性判斷的干擾程度，提高了實驗有效性的前提條件指標要求，這是一種操作層面的技術提升；（2）現(xiàn)如今人們的抗病毒意識已大大提高，紡織品抗病毒的定位從盲目追求抗病毒活性功效轉向日常生活化抑制病毒，這是“預防大于治療”思辨理念的提升。

新冠肺炎疫情暴發(fā)后，國內的抗病毒助劑和抗病毒紡織品如雨后春筍般涌現(xiàn)，但也存在質量參差不齊、無標準可依、過度宣傳和誤導消費者的亂象。2020 年初，多個機構便開始組織資源著手建立我國紡織品抗病毒性能測試的相關標準和方法。截至目前，已公布的相關團體標準有中國技術經濟學會歸口的T/CSTE 0011—2020《抗菌抗病毒口罩》、中關村匯智抗菌新材料產品技術創(chuàng)新聯(lián)盟歸口的T/CIAA 014—2021《口罩抗病毒性能及其評價》、中國紡織工程學會歸口的T/CTES 1040—2021《紡織品抗病毒、抗菌整理劑及其功能評價》和中國保健協(xié)會歸口的T/CHC 2—2021《抗病毒功能紡織品》［24-27］，其中3 個標準都是直接引用ISO 18184 的抗病毒性能測試方法，T/CIAA 014—2021 自行建立了抗病毒性能測試方法，但是方法主體幾乎與ISO 18184—2014 雷同。另外，T/CTES 1040—2021 是目前國內唯一一個針對抗菌抗病毒助劑的標準，其他標準基本都是針對抗病毒紡織品或材料。這些標準對抗病毒性能的具體指標要求和評級情況見表4。團體標準的影響力及受眾面相對較小，為進一步規(guī)范和促進抗病毒紡織品的健康發(fā)展，制定能與國際接軌的紡織品抗病毒性能檢測標準仍然十分有必要。

3 抗菌抗病毒助劑的安全性

抗菌抗病毒紡織品首先應該滿足一般紡織品的安全性要求，如GB 18401《國家紡織產品基本安全技術規(guī)范》。其次，被賦予抗菌抗病毒功能的紡織品與人體密切接觸，理應參照醫(yī)學衛(wèi)生安全性檢驗要求對其進行規(guī)定，如GB/T 31713《抗菌紡織品安全性衛(wèi)生要求》就從抗菌物質的溶出性、抗菌紡織品的皮膚刺激性、黏膜刺激性、遺傳毒理學指標、皮膚菌群影響情況等5 個方面進行規(guī)定，同時要求不應使用抗菌紡織品制作3 周歲以內的嬰幼兒用品［8］。抗菌抗病毒助劑作為生產抗菌抗病毒紡織品的關鍵材料，如果能從源頭上事先做好安全性評估，對整個產業(yè)鏈的風險管控意義重大。

抗菌抗病毒助劑產品使用的相關化學物質在歐盟、美國、韓國等國家和地區(qū)都屬于“生物殺滅劑”，對應的紡織品則屬于“生物殺滅劑處理物品”，受歐盟Biocidal Product Regulation［BPR，Regulation（EU）528/2012］法規(guī)、美國The Federal Insecticide，F(xiàn)ungicide and Rodenticide Act（FIFRA）法規(guī)、韓國《化學品消費品和生物殺滅劑法案》K-BPR 法規(guī)的管控。這些法規(guī)以生物殺滅活性物質和生物殺滅產品注冊的方式對其進行嚴格考核［28］。以美國EPA 為例，其主要考核指標包括急性經口毒性、急性皮膚毒性、皮膚刺激性、眼黏膜刺激性、急性吸入毒性、亞急性皮膚障礙性、致突變性、皮膚吸收毒性等多達17 項。日本纖維評價技術協(xié)議會（纖技協(xié)）對抗菌類加工劑的安全性要求主要包含5 個方面：（1）急性經口毒性的實驗指標——半數(shù)致死量（LD50）應大于2 000 mg/kg；（2）變異原性實驗結果為陰性；（3）皮膚刺激性實驗結果為非刺激性；（4）皮膚敏感性實驗結果為陰性；（5）抗菌劑中應不含藥品審議法沒有公布以及纖技協(xié)認定有害的化學物質［12］。另外，日本法規(guī)中有關于抗菌劑“200%安全率”的設計要求，即抗菌劑的安全性必須在實驗濃度以下使用，而當用稀釋劑稀釋后確認安全性時則必須在確認濃度1/2 以下使用［29］。除了法律法規(guī)，諸如OEKO-TEX STANDARD 100 標準、歐盟Eco-lable 生態(tài)標簽、Bluesign 認證等紡織品行業(yè)的國際通用生態(tài)安全類評價標準體系對抗菌抗病毒助劑也有嚴格規(guī)定。這些國外的政策法規(guī)無疑對我國抗菌抗病毒助劑和紡織品的出口形成了一定的“綠色壁壘”，但也值得我們學習借鑒。

2002 年“非典”時期，我國建立了《消毒技術規(guī)范》，公布了常用消毒劑的成分和理化指標，并給出了消毒劑的12 項毒理學實驗技術規(guī)范。誠然紡織品用抗菌抗病毒助劑的安全性評價可以參考《消毒技術規(guī)范》，但畢竟二者的適用場景、應用方式等存在明顯差別。2006 年公布的FZ/T 73023—2006 第一次明確規(guī)定抗菌針織品所用的抗菌物質必須具有資質單位檢測報告，主要包括抗菌物質化學含量檢測方法、急性口服毒性、皮膚刺激性、眼刺激性和致突變性，同時要求抗菌物質溶出性指標：抗菌織物洗滌1次后，抑菌圈寬度D不超過5 mm。在此基礎上，今年公布的T/CTES 1040—2021 參考日本纖技協(xié)，明確要求助劑按整理工作液濃度的200%制備后送檢測試毒理安全性，具體要求如表5所示。

表5 紡織品抗病毒、抗菌整理劑的毒理安全性（T/CTES 1040—2021）

從客觀上來說，歐美發(fā)達國家和地區(qū)對生物殺滅活性物質的注冊和管理制度更完善，監(jiān)管更嚴格。我國紡織品抗菌抗病毒行業(yè)經過近30 年的發(fā)展，抗菌抗病毒技術已取得長足進步，但毒理學安全性的評審監(jiān)管尚處于較粗獷階段，與國外相比尚有較大差距。由于涉及生物和微環(huán)境的安全性，主要發(fā)達國家對外國進口的抗菌類產品往往非常謹慎，各個國家和地區(qū)自成體系的管理制度無法互融互通，因此在建立國際通用的生物殺滅劑安全性評價體系方面還有很長的路要走。

4 結語

（1）從抗菌抗病毒助劑的抗菌性能測試、抗病毒性能測試和安全性評估方面對國內外主流的相關測試方法、標準和法規(guī)政策進行系統(tǒng)對比、歸納和總結，為更多抗菌抗病毒助劑的研發(fā)、抗菌抗病毒測試標準的完善提供一定的借鑒參考。

（2）后疫情時代，人們對功能性紡織品需求的迅速增長必將極大地推動紡織品抗菌抗病毒領域的快速發(fā)展。助劑生廠商需要加大研發(fā)力度，開發(fā)新技術和新產品，而標準制定者和市場監(jiān)管者需要加強標準的宣傳貫徹并強化監(jiān)督管理。