纺织品抗菌抗病毒助剂的应用性能评价

2022-01-09杨之卓刘士良邓东海

印染助剂 2021年12期

杨之卓，吴涛，刘士良，邓东海

（广东德美精细化工集团股份有限公司，广东顺德 528300）

抗菌材料和抗菌技术已经被广泛应用于纺织品，可以减少因微生物繁殖代谢带来的异味，降低纺织品外观、强度等遭受微生物侵蚀的危害，提升服用舒适性，在医疗等特定领域可减少病原体的交叉感染［1］。纺织品用抗菌助剂的研发正成为功能性纺织品研究领域的热点之一。进入21 世纪后，SARS、MERS、Dengue 病毒等导致的全球性流行病不断威胁人体健康，特别是目前由SARS-CoV-2 传播导致的新冠肺炎疫情促使人们大大提高抗病毒意识［2］。除了消毒水、口罩等个人防护用品外，人们对素有“人体第二皮肤”之称的服装提出了阻隔及杀灭病毒的要求。因此，用于纺织品的兼具抗菌和抗病毒功效的助剂开始涌现，相关面料产品受到追捧。

抗菌抗病毒助剂一般通过共混纺丝或后整理方式赋予纺织品抗菌抗病毒性能。国内外已有很多纺织品抗菌性能的测试标准和方法。日本、美国、欧洲等发达国家和地区起步较早，标准制定和更新发展较快，如美国在1958 年首次制定纺织品抗菌检测方法AATCC 90《纺织品抗菌活性评定：平板法》［3］。我国第一个纺织行业抗菌标准为FZ/T 01021，主要参照AATCC 100—1981 制定并于1992 年颁布实施［4］。纺织品抗病毒性能的测试标准相对较少，国际上只有ISO 18184（国际标准）和JIS L 1922（日本标准），分别制定于2014 年和2016 年［5-6］，而我国在这方面几乎空白，这两年才刚起步。除了性能评价外，抗菌抗病毒助剂的安全性评估更是面临极其复杂的挑战：一方面，抗菌抗病毒助剂处理后的抗菌纺织品需要符合GB 18401 等纺织品基本安全技术规范和GB/T 31713等对抗菌纺织品的安全性卫生要求［7-8］；另一方面，抗菌抗病毒助剂作为微生物灭杀活性物本身必须经受严格的毒理性评估。美国国家环境保护局（EPA）、欧盟生物杀灭剂产品法规（BPR）研究中心和日本纺织品评价技术协议会对抗菌物质的毒理安全性都有严格规定和审查制度。我国除了2002 年实施的《消毒技术规范》可供参考外，只有2006 年颁布的行业标准FZ/T 73023《抗菌针织品》做了相关规定［9-10］。

我国纺织品用抗菌抗病毒助剂性能的测定方法和评价标准尚不够全面统一，某些标准的可操作性和结果重现性尚不理想；抗病毒性能的评价标准更是处于摸索、尝试阶段；而抗菌抗病毒助剂本身的安全性标准有待进一步规范。这3 个方面都严重影响了抗菌抗病毒助剂和相应纺织产业的健康有序发展。本文对国内外现有的抗菌、抗病毒测试方法、评价标准以及卫生安全性要求进行系统对比、研究与总结，为抗菌抗病毒助剂的生产企业、染整加工应用厂家和服装面料经营者提供参考和指导。

1 抗菌性能的测试及评价

纺织品经抗菌抗病毒助剂处理后获得相应的抗菌抗病毒效果，但与常规织物相比，外观基本看不出差异。目前主要通过将待测织物与特定菌种或毒株进行一定时间的接触，借助微生物检测手段评估接触前后织物上菌种或毒株的变化情况，以定性或定量表征织物的抗菌和抗病毒效果。

1.1 抗菌性能测试常用菌种

自然界微生物种类繁多，根据菌种分布的广泛性和致病危害性，抗菌性能测试通常选用具有一定代表性的细菌和真菌作为测试菌种（见表1）。

表1 抗菌性能测试常用菌种

根据纺织品抗菌用途和标准所在国国情的不同，各纺织品抗菌标准选用的代表菌种不尽相同。日本SEK 标志规定普通日用防汗臭纺织品只需要按照JIS L 1901 考核金黄色葡萄球菌，满足要求则挂蓝色标志；一般用途保健纺织品考核金黄色葡萄球菌和肺炎克雷伯氏菌，挂橙色标志；医疗等特殊用途纺织品考核金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA），而大肠杆菌、绿脓杆菌以及真菌则视客户需求检测，挂红色标志［11-12］。美国材料实验协会标准ASTM 2149 考核大肠杆菌或者其他替代菌种［13］。美国纺织化学师与印染师协会标准AATCC 90、AATCC 100、AATCC 147 和国际标准ISO 20743 则考核金黄色葡萄球菌和肺炎克雷伯氏菌［3，14-15］。2006 年我国真正意义上的第一部纺织品抗菌标准FZ/T 73023 在起草时，考虑到我国抗菌产业发展较晚且真菌感染状况比发达国家严重很多，因此将以金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌为代表的G+菌、G-菌和真菌同时纳入考核［16］。霉菌也属于真菌的一种，防霉测试一般根据纺织品应用环境的不同，选用常见的一种或多种霉菌组成混合孢子悬液对纺织品进行测试。

1.2 抗菌性能测试常用方法

根据抗菌纺织品用途和性能要求的不同，可以采用定性或定量的方法测试评价抗菌性能。市面上主流抗菌标准测试方法如表2所示。

表2 纺织品抗菌性能测试标准及方法

1.2.1 定性

定性抗菌测试只需要将待测样品与特定菌种载体相接触，一段时间后观察菌种生长状况。主要定性抗细菌测试方法有平行划线法和晕圈法（琼脂平板法、琼脂平皿扩散法）。前者代表性测试标准有美国AATCC 147，后者代表性测试标准有美国AATCC 90、日本JIS L 1902 抑菌圈法部分、中国GB/T 20944.1 和FZ/T 73023 附录D7。定性抗细菌测试方法的优点是成本低、周期短，比较适用于溶出型抗菌剂，缺点是只能判定样品有无抗菌性能，无法对抗菌活性进行定量评价，而且测试稳定性和可重复性相对较差。

AATCC 147 采用平行划线法判断试样有无抗菌活性，得益于5 条由粗到细的菌线，实验结果很容易观察。缺点在于对菌液浓度并没有做规定，因而实验的可重复性较差。AATCC 90 根据抑菌圈宽度定性判断测试样品的抗菌性能，原理是让测试样品与事先已接种菌种的琼脂紧密接触，经培养后与对照组比较测试样底面或附近的抑菌圈宽度；评判试样具有抗菌活性的指标要求：样品接触部位底面没有细菌菌落。GB/T 20944.1 在此基础上结合抑菌圈宽度和试样下的细菌繁殖情况，对试样的抗菌活性给出“效果好、较好、有限和没有效果”的分级评判指标［17］。JIS L 1902 只要求记录抑菌圈的有无和宽度数据，并没有设置活性高低的评定标准［18］。FZ/T 73023 重点在于利用此方法判断抗菌物质的溶出性：抑菌圈宽度D大于1 mm 则为溶出型抗菌织物，反之则为非溶出型织物［10］。晕圈法的优点是处理量大、操作简便快速、周期短，适用于不规则形状的样品，缺点在于菌液浓度范围较宽（相较于AATCC 147 的无规定已经有所改进）、单纯的抑菌圈宽度不能作为抗菌活性的定量评价指标。

由于霉菌繁殖非常复杂，其菌丝在培养过程中容易相互缠绕而不便于计数，纺织品的防霉性能测试基本都是定性测试。测试原理是在试样表面接种一定量的霉菌孢子，经过培养后观察样品周围的霉菌生长情况分等级评估。常见的纺织品防霉标准有AATCC 30—2013《纺织品材料上抗真菌活性的测定：防霉防腐》、FZ/T 60030—2009《家用纺织品防霉性能测试方法》和GB/T 24346—2009《纺织品防霉性能的评价》。AATCC 30 中土壤埋藏法根据试样与对照样测试前后的强力损失情况间接判断试样的防霉性，琼脂平板法根据霉菌生长情况将试样的防霉活性分为不生长、微小生长和大量生长3 个级别［19］，最大缺陷在于孢子液中孢子浓度不确定，不同机构、人员的测试结果可比性很差。FZ/T 60030 和GB/T 24346对此进行了完善，同时对霉菌的生长情况进行半定量观察描述，根据观察结果将防霉等级划分为0～4 级（0级最好）［20-21］。但是仅规定以没有加防霉剂的纺织品作为对照样，没能像FZ/T 73023 一样建立统一的空白对照测试标准样品。

1.2.2 定量

定量抗菌测试通过抑菌率、杀菌率等量化指标反映抗菌纺织品的性能高低，常用的定量测试方法有吸收法、振荡法和奎因法。

最早的定量纺织品抗菌标准应属美国1961 年首次颁布的AATCC 100《纺织材料抗菌整理的评定》，这是一种菌液吸收法，通过让试样定量吸收菌种悬液，对比零接触及规定接触时间下试样的菌群数量以计算杀菌率。日本在1990 年引进美国AATCC 100后，发现其存在一些缺陷，于是组织几十家相关企业和第三方检测机构，花了8 年多的时间反复改进，终于在1998 年修订了JIS L 1902；而后又通过4 年多的努力修订得到JIS L 1902—2002，并向国际标准化组织提出申请，最终使其成为ISO 20743—2007 的吸收法［16］。作为吸收法，与AATCC 100 不同，JIS L 1902 吸收法部分、FZ/T 73023 附录D7、GB/T 20944.2 通过对比规定接触时间下对照样和试样的菌群数量计算抑菌率或抑菌值［10，22］。单纯从计算公式来说，如果数值相同，前者的杀菌率相比于后者的抑菌率或抑菌值对试样的抗菌活性要求更高。吸收法适用于大多数无机或溶出型抗菌剂性能评价，但处理量小、实验周期长，仅适用于亲水性较好的织物。

振荡法的代表性测试标准有ASTM E2149、GB/T 20944.3 和FZ/T 73023 附录D8。由于ASTM E2149 未规定振荡幅度、速率、时间和温度等，测试者可随意调节操作，使数据重复性受到质疑。我国的2 个标准则借鉴前车之鉴，明确规定实验细节，大幅提高了结果的可靠性［10，23］。振荡法通过快速振荡菌种悬液中的试样，增加菌种与抗菌助剂的接触，尤其适用于非溶出型抗菌剂加工的纺织品，且对试样亲水性要求不高，任何形状的试样都可适用。

奎因法操作简单、快速，但是精确度较差，只适用于吸水性较好且颜色较浅的织物，菌群计数困难，不同测试机构和操作者的测试结果出入较大。代表性测试标准有FZ/T 73023 附录D6、卫生部2002 版《消毒技术规范》2.1.8.9。由于该方法误差较大，目前已经很少采用。

2 抗病毒性能的测试及评价

与细菌和真菌不同，病毒没有完整的细胞形态，它由遗传物质核酸（DNA 或RNA）构成核心，外围包裹蛋白质衣壳，有些病毒（如冠状病毒）在衣壳外还覆有一层嵌合了蛋白质或糖蛋白的类脂双层膜（包膜）。细菌可以自行分裂繁殖，但病毒只能在宿主细胞内复制繁殖，一旦离开宿主，病毒将以无生命活动的生物大分子状态存在，直至活性消失或再次遇到宿主细胞。因此，纺织品抗病毒性能测试与抗菌性能测试的最大区别在于必须引入宿主细胞，比较有代表性的是犬肾细胞和猫肾细胞。

2.1 抗病毒性能测试常用毒株

根据是否有包膜，病毒可以分为有包膜病毒和无包膜病毒，新冠病毒SARS-CoV-2 和流感病毒属前者，后者的典型代表有HPV 人乳头瘤病毒。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）等各类特征蛋白质，给抗病毒助剂提供了更多的攻击“靶位”，相对更容易对付。结合病毒的代表性和实验室的可操作性，ISO 18184 选择流感病毒H3N2、H1N1 作为有包膜病毒的代表测试毒株，选择猫杯状病毒作为无包膜病毒代表测试毒株，具体毒株型号如表3 所示［5］。由中国保健协会主持起草的团体标准T/CHC 2—2021《抗病毒功能纺织品》则结合中国国情，考虑毒株的可获得性，选择肠道病毒EV71 作为无包膜病毒的代表测试毒株［24］。

表3 抗病毒性能测试常用毒株

2.2 抗病毒性能测试常用方法

2014 年8 月19 日，ISO 正式发布ISO 18184 纺织品抗病毒测试标准，规定了纺织品（包括机织和针织面料、纤维、纱线等）抗病毒性能的测试方法，并且给出了判定指标（抗病毒活性值Mv 或者抗病毒活性率，如表4所示）。

表4 抗病毒性能测试效果的评级

ISO 18184 采用噬斑法或半数组织培养感染剂量法（TCID50 法）定量表征病毒感染情况，并使用抗病毒活性值表征纺织品抗病毒效果，抗病毒活性率则可通过公式（抗病毒活性率=1-10-Mv）进行换算。ISO 18184 同时规定试样与病毒标准接触条件是25 ℃×2 h，而根据关联方要求，接触时间最长可至24 h。随后相继发布的英国标准BS ISO 18184 和日本标准JIS L 1922—2016基本都是参考ISO 18184而制定［5-6］。

ISO 18184—2014 评估纺织品抗病毒性能的基本思路：将测试布样及对照布样定量吸收一定量的病毒悬浮液，通过计算接触后二者病毒滴度的对数平均值差值作为抗病毒活性值，以评估抗病毒效果。实验有效的前提是对照布样接触前后的病毒滴度对数平均值差值不超过2。

最新修订的ISO 18184—2019 思路发生了变化，改为以计算对照布样零接触时间与测试布样接触时间的病毒滴度对数平均值差值作为抗病毒活性值来评估抗病毒效果。而且实验有效的前提也改为对照布样在接触前后的病毒滴度对数平均值差值不超过1（接触时间为24 h 时，指标不超过2）。笔者认为修订的变化基于2 个方面：（1）新版中同时更新“11.1 样品制备”的操作细则，降低了测试系统本身对抗病毒活性判断的干扰程度，提高了实验有效性的前提条件指标要求，这是一种操作层面的技术提升；（2）现如今人们的抗病毒意识已大大提高，纺织品抗病毒的定位从盲目追求抗病毒活性功效转向日常生活化抑制病毒，这是“预防大于治疗”思辨理念的提升。

新冠肺炎疫情暴发后，国内的抗病毒助剂和抗病毒纺织品如雨后春笋般涌现，但也存在质量参差不齐、无标准可依、过度宣传和误导消费者的乱象。2020 年初，多个机构便开始组织资源着手建立我国纺织品抗病毒性能测试的相关标准和方法。截至目前，已公布的相关团体标准有中国技术经济学会归口的T/CSTE 0011—2020《抗菌抗病毒口罩》、中关村汇智抗菌新材料产品技术创新联盟归口的T/CIAA 014—2021《口罩抗病毒性能及其评价》、中国纺织工程学会归口的T/CTES 1040—2021《纺织品抗病毒、抗菌整理剂及其功能评价》和中国保健协会归口的T/CHC 2—2021《抗病毒功能纺织品》［24-27］，其中3 个标准都是直接引用ISO 18184 的抗病毒性能测试方法，T/CIAA 014—2021 自行建立了抗病毒性能测试方法，但是方法主体几乎与ISO 18184—2014 雷同。另外，T/CTES 1040—2021 是目前国内唯一一个针对抗菌抗病毒助剂的标准，其他标准基本都是针对抗病毒纺织品或材料。这些标准对抗病毒性能的具体指标要求和评级情况见表4。团体标准的影响力及受众面相对较小，为进一步规范和促进抗病毒纺织品的健康发展，制定能与国际接轨的纺织品抗病毒性能检测标准仍然十分有必要。

3 抗菌抗病毒助剂的安全性

抗菌抗病毒纺织品首先应该满足一般纺织品的安全性要求，如GB 18401《国家纺织产品基本安全技术规范》。其次，被赋予抗菌抗病毒功能的纺织品与人体密切接触，理应参照医学卫生安全性检验要求对其进行规定，如GB/T 31713《抗菌纺织品安全性卫生要求》就从抗菌物质的溶出性、抗菌纺织品的皮肤刺激性、黏膜刺激性、遗传毒理学指标、皮肤菌群影响情况等5 个方面进行规定，同时要求不应使用抗菌纺织品制作3 周岁以内的婴幼儿用品［8］。抗菌抗病毒助剂作为生产抗菌抗病毒纺织品的关键材料，如果能从源头上事先做好安全性评估，对整个产业链的风险管控意义重大。

抗菌抗病毒助剂产品使用的相关化学物质在欧盟、美国、韩国等国家和地区都属于“生物杀灭剂”，对应的纺织品则属于“生物杀灭剂处理物品”，受欧盟Biocidal Product Regulation［BPR，Regulation（EU）528/2012］法规、美国The Federal Insecticide，Fungicide and Rodenticide Act（FIFRA）法规、韩国《化学品消费品和生物杀灭剂法案》K-BPR 法规的管控。这些法规以生物杀灭活性物质和生物杀灭产品注册的方式对其进行严格考核［28］。以美国EPA 为例，其主要考核指标包括急性经口毒性、急性皮肤毒性、皮肤刺激性、眼黏膜刺激性、急性吸入毒性、亚急性皮肤障碍性、致突变性、皮肤吸收毒性等多达17 项。日本纤维评价技术协议会（纤技协）对抗菌类加工剂的安全性要求主要包含5 个方面：（1）急性经口毒性的实验指标——半数致死量（LD50）应大于2 000 mg/kg；（2）变异原性实验结果为阴性；（3）皮肤刺激性实验结果为非刺激性；（4）皮肤敏感性实验结果为阴性；（5）抗菌剂中应不含药品审议法没有公布以及纤技协认定有害的化学物质［12］。另外，日本法规中有关于抗菌剂“200%安全率”的设计要求，即抗菌剂的安全性必须在实验浓度以下使用，而当用稀释剂稀释后确认安全性时则必须在确认浓度1/2 以下使用［29］。除了法律法规，诸如OEKO-TEX STANDARD 100 标准、欧盟Eco-lable 生态标签、Bluesign 认证等纺织品行业的国际通用生态安全类评价标准体系对抗菌抗病毒助剂也有严格规定。这些国外的政策法规无疑对我国抗菌抗病毒助剂和纺织品的出口形成了一定的“绿色壁垒”，但也值得我们学习借鉴。

2002 年“非典”时期，我国建立了《消毒技术规范》，公布了常用消毒剂的成分和理化指标，并给出了消毒剂的12 项毒理学实验技术规范。诚然纺织品用抗菌抗病毒助剂的安全性评价可以参考《消毒技术规范》，但毕竟二者的适用场景、应用方式等存在明显差别。2006 年公布的FZ/T 73023—2006 第一次明确规定抗菌针织品所用的抗菌物质必须具有资质单位检测报告，主要包括抗菌物质化学含量检测方法、急性口服毒性、皮肤刺激性、眼刺激性和致突变性，同时要求抗菌物质溶出性指标：抗菌织物洗涤1次后，抑菌圈宽度D不超过5 mm。在此基础上，今年公布的T/CTES 1040—2021 参考日本纤技协，明确要求助剂按整理工作液浓度的200%制备后送检测试毒理安全性，具体要求如表5所示。

表5 纺织品抗病毒、抗菌整理剂的毒理安全性（T/CTES 1040—2021）

从客观上来说，欧美发达国家和地区对生物杀灭活性物质的注册和管理制度更完善，监管更严格。我国纺织品抗菌抗病毒行业经过近30 年的发展，抗菌抗病毒技术已取得长足进步，但毒理学安全性的评审监管尚处于较粗犷阶段，与国外相比尚有较大差距。由于涉及生物和微环境的安全性，主要发达国家对外国进口的抗菌类产品往往非常谨慎，各个国家和地区自成体系的管理制度无法互融互通，因此在建立国际通用的生物杀灭剂安全性评价体系方面还有很长的路要走。