中药纳米技术在新型口罩生产中的应用*

云 龙，邓寒霜，刘笑洋，陈子龙，高 腾

(商洛学院生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000)

突如其来的新型冠状病毒感染肺炎疫情，让我们对防疫必备物质之一的口罩有了全新的认识。口罩利用中间层的过滤及静电吸附作用，能够吸附病毒、细菌以及致病微粒，因此口罩在预防呼吸道传染疾病中发挥了重要作用。近年来，中药纳米技术被广泛应用于医药卫生行业，不仅为我国带来了巨大的经济效益，而且更有利于推动中医药产业的现代化进程[1]。将中药纳米技术应用于口罩生产，研发出的新型口罩得益于纳米材料自身特性，整体纤薄而透气，所呼出气体不会积留在口罩中，显著的提高了口罩的过滤效率与舒适度。与传统熔喷无纺布相比，纳米材料可水洗重复使用，使用寿命更长，具有良好的应用前景。

1 口罩概述

口罩是一种卫生用品，主要用来阻挡空气中的有害气体、气味、飞沫进出佩戴者的口鼻，对空气中的颗粒物有一定的过滤作用。在公元前六世纪的古波斯人中出现了用来遮挡口中浊气的口罩雏形，但最早的口罩被多数人认为出现在中国元朝时期。据《马可·波罗游记》中记述，“在元朝宫殿里，献食的人，皆用绢布蒙口鼻，俾其气息，不触饮食之物。”16世纪，达芬奇提出了火灾逃生面具口罩的雏形。17世纪出现了用于保护医护人员，抵御黑死病的“鸟嘴面罩”。19世纪，莱德奇发明了第一只临床医用口罩，后又被英国的一位外科医生进行了改进，以解决呼吸不畅等问题。1910年，我国东北爆发鼠疫，伍连德发明了伍氏口罩，为之后的西班牙流感爆发中人们能普遍使用口罩奠定了基础，并使得口罩由医疗领域逐渐走向大众化[2]。

1.1 口罩的分类

2003年SARS肆虐期间和2013年雾霾的影响，使口罩日常需求量逐渐增加，2020年新型冠状肺炎的爆发，更使各国口罩生产供不应求，各式新型口罩随之产生。当前常见口罩类型见表1。

表1 常见口罩类型分类Table 1 Classification of common mask types

1.2 医用外科口罩结构与质量标准

医用外科口罩通常由内层、中间层、外层、鼻梁条、耳带等组分构成，详细结构见图1。

图1 医用外科口罩结构示意图Fig.1 Structure diagram of medical surgical mask

口罩内层为可接触皮肤无纺布，材质轻薄透气，具有良好的亲肤性与吸水性，且无致敏反应。口罩的中间层为超细聚丙烯纤维熔喷布，采用熔喷法工艺与驻极处理，使聚丙烯纤维上带有极化电荷，从而可吸附病毒及悬浮颗粒。口罩的外层是以聚丙烯为原材料经过防水抗菌处理制备出的特殊无纺布，具有手感柔和、耐腐蚀、耐撕扯、透气性好等特点。鼻梁条为能弯折的可塑性材料，长度不小于8.0 cm。鼻梁条能确保口罩与皮肤能够紧密贴合，防止气体通过口罩缝隙进入口鼻。耳带通常是由氨纶纱线和涤纶纱线混合针织而成，耳带与口罩主体连接处的断裂强力应大于等于10 N[3]。根据国家食品药品监督管理局发布的《医用外科口罩》[4]规定，我国医用外科口罩要求抗血液穿透性为16 kPa；细菌过滤效率≥95%；非油性颗粒过滤效率≥30%；口罩两侧面进行气体交换的压力差Δp≤49 kPa；口罩应采用非易燃材料，离开火焰后燃烧不大于5 s；口罩材料原发性刺激指数≤0.4；经环氧乙烷灭菌的口罩，其环氧乙烷残留量≤10 μg/g；口罩的细胞毒性应不大于二级；在细菌菌落总数CFU/g≤100的情况下，不得检出大肠菌群、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌以及真菌。在口罩外观方面，要求外观整洁、形状完好，表面不得有破损、污渍，且口罩材料无致敏反应。

1.3 纳米技术在口罩生产中的应用

1959年，著名物理学家理查德·费恩曼首次提出纳米概念。1981年，盖尔德·宾尼和海因里希·罗雷尔发明了研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜，将人类带到了0.1～100纳米长度的分子世界[5]。我国纳米技术目前正处于飞速发展阶段，发明专利申请数量近年来显著增多，稳居世界前列[6]。近年来，纳米技术在口罩生产等卫生行业中的应用取得了良好的进展。山东森荣新材料公司利用纳米技术成功研发出具有灭杀病毒作用的PTFE纳米口罩膜，该膜具有耐腐蚀、抗病毒等优点，可用于口罩生产[7]。刘吉娜等[8]利用聚乙烯吡咯烷酮、丙酮和硝酸银等物质与水性聚氨酯混合，制得新型纳米银抗菌整理剂，用紫外光固化技术使纳米银颗粒稳固的吸附于口罩外层，赋予织物持久长效的抗菌性。付智珠等[9]利用丝胶蛋白(SS)和聚环氧乙烷(PEO)为原料，采用静电纺丝技术，制得丝胶复合纳米口罩。广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院研发了恩伊纳米防护口罩，具有强大抗菌作用，可有效地灭杀致病细菌[10]。

2 中药口罩研究进展

2.1 中药药物口罩

中药药物口罩本质上是将古代香囊的闻香驱疠功效与现代口罩的防卫过滤作用相结合，属于中医学中闻吸疗法的范畴[11]。张有旺等[12]选取黄芪、板蓝根、干扰素三味药物作为原材料，将药物载体放入口罩内芯，制备了能够防治感冒的中药口罩。患者在佩戴口罩时拉紧耳带，载体随之破裂，药物便会挥发随呼吸进入呼吸道而起到治疗作用。江波等[13]分别选用射干、甘草与金银花、甘草两种组方制备中药药物口罩；两种组方的口罩均可较好地抑制流感病毒血凝素，且能抑制流感病毒的复制，从而有效地终止流感病毒的感染。李利丹等[14]选取板蓝根、大青叶两味中药材为原料制备的中药药物性口罩具有很好的抗流感病毒作用。王进美等[15]从金银花等中草药中提取了绿原酸等一系列抗病毒物质，以聚乳酸为壁材、中药提取液为芯材，制备纳米缓释微胶囊抗病毒防护材料，有效地缓解了当前抗病毒防护纺织品资源匮乏的问题。张晓宇[16]选用白术、防风、细辛三种中药材为原料制备出了微孔壳聚糖药膜，且将其应用于口罩中间层。该药膜口罩可用于防护呼吸道细菌性感染。

2.2 中药纳米口罩设计思路

近年来，随着中药纳米技术趋于成熟，其广泛的应用前景以及巨大的经济效益逐渐被世人重视。将中药纳米技术应用于口罩行业，可提高现代口罩的防护性能，延长了过滤时间，可缓解疫情期间口罩的资源危机。中药纳米口罩外层选择常用的聚丙烯无纺布，价廉易得，不会增加口罩成本；在其表面增加黄芩、连翘、金银花等具有抗菌杀毒作用的中药防水纳米材料涂层，可避免传统医用口罩遇水便失效的弊端。口罩中间层选用载有中药提取物的高分子纳米纤维，在发挥中药自身抗菌、抗病毒功效的同时，直接利用纳米材料自身孔径对病菌进行物理拦截，避免了医用口罩因荷电层静电消除而不得不废弃的现象。口罩内层采用高分子吸水树脂等吸水亲肤性材料并辅以薄荷、冰片、苏合香等芳香中药材提取液，解决了之前医用口罩因哈气(水汽)等导致荷电层静电消除以及久戴产生异味等问题；中药提取液还可增强口罩内层抵御细菌、病毒侵袭的能力外，同时散发淡淡的中药清香可提神醒脑，确保佩戴者呼吸舒畅，口气清爽。中药纳米口罩可配备不同药物浓度的滤芯，佩戴者可根据工作环境状态随时进行更换，避免了因“大材小用”导致药物资源滥用的局面。中药纳米口罩设计思路见图2。

图2 中药纳米口罩设计思路Fig.2 Design ideas of nano mask of traditional Chinese Medicine

3 展 望

正所谓“病从口入”，佩戴口罩可有效阻挡疠气进入人体内部，在抵御呼吸道传染疾病时，佩戴口罩是首选预防措施之一。中药具有保健作用，可消毒杀菌、提高人体免疫力，予以纳米技术处理后，增加了生物活性，提升了药效，抗菌效率显著提高；同时纳米材料本身亦有杀菌、抗病毒作用，即使是对耐药菌也很有效。将二者进行结合，研发载有纳米中药的高分子材料，可对细菌、病毒产生双重消杀作用，能够主动杀死致病病菌，用其制作口罩，防护性能远高于现代医用口罩。中药纳米口罩避免了使用各类化学试剂，环保无污染、对人体健康无损害，不但可有效隔离飞沫与空气中的悬浮物，还可主动杀死或抑制细菌、病毒等病源微生物。因为纳米纤维极细，口罩的透气度大大增强，在提高物理过滤效率的同时不会出现闷热憋气的现象。中药纳米口罩除可用来防治各类呼吸道传染性疾病外，由于其中间层载有中药提取物的高分子纳米材料具有多重消杀功能，可有效分解、消除空气中的有害气体，能够抵御甲醛等刺激性气体危害，可防尘、防霾、防花粉，因此除可用于疫情防控，也可用于防治鼻炎，还可用于粉尘严重或有刺激性气体、有异味的工作、生活环境，应用前景十分广阔。