缓解人体热应激的医用防护服装研究进展及趋势
2023-09-27鲁雯玥严语欣陈幸宋文芳
鲁雯玥 严语欣 陈幸 宋文芳
Research progress and trend of medical protective clothing to alleviate human thermal stress
摘要：目前医用防护服装存在热湿舒适性差的问题，容易造成人体热应激，引起人体皮肤损伤、虚脱、晕眩甚至中暑等症状。为了解如何缓解医用防护服装造成的人体热应激反应，提高人体舒适性，文章首先总结了医用防护服装的材料、款式及舒适性相关标准。接着阐述了目前缓解人体热应激的医用防护服装研究进展，包括作业场所降温方式和异质结构面料、超吸水材料、辐射降温面料、相变冷却降温服装等研究成果。随后介绍了高导热材料、热电冷却材料和液态冷却三类缓解人体热应激的新材料与技术，并提出了其在医用防护服装上的应用思路。最后分析并展望了缓解人体热应激的医用防护服装研究趋势，即未来研究需要从提高主动冷却设备的工效性能、扩展调温新材料与技术在医用防护服装上的应用及建立缓解人体热应激的医用防护服装设计方法和流程，并开展相关测试与评价。
关键词：医用防护服装;热应激;热湿舒适性;调温材料与技术;工效性;服装设计与评价
中图分类号：TS941.731 文献标志码：A 文章编号： 10017003（2023）090073
引用页码：091109 DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2023.09.009（篇序）
医用防护服装可以阻隔携带病菌的血液、体液、分泌物及空气中的微粒，保障医务工作者的生命安全，在新型冠状病毒防治工作中发挥了重要作用，但也存在着突出的热湿舒适性差问题：医护人员长时间作业时大多表现出热相关疾病，如头痛、虚脱、皮肤损伤、晕眩甚至中暑等症状［1-2］。特别是近年来极端高温天气频发，该问题更为显著［3-4］。
醫用防护服装为保证对病原微生物良好的阻隔性，面料纤维结构致密，孔径小而少，并且纤维材料多为疏水性的聚丙烯、聚乙烯纤维。这种组合可以有效提升防护服的防护性，但同时也会造成其较差的透湿透气性能［5］。如何降低相关人员热应激反应，提高人体舒适感、健康与安全是应当重点关注的问题。本文综述了缓解人体热应激的医用防护服装的设计，总结分析了降温材料和技术的应用进展情况，同时结合材料与技术发展现状，分析了缓解人体热应激的医用防护服装研究趋势，以期为提高医护人员的安全、舒适度和健康指数提供参考。
1 医用防护服装的材料、款式及舒适性
目前防护服材料主要包括SMS复合非织造材料、闪蒸法非织造材料和层压复合材料［6-8］。SMS复合非织造材料采用熔喷非织造材料为芯层，纺黏非织造材料为表面层［6］，用于制作一次性隔离服和手术衣［7］。闪蒸法高密度聚乙烯非织造材料，又称特卫强（Tyvek）材料，采用闪蒸法制备，具备优良的微生物阻隔性、抗撕裂性和防水透气性，但其不耐高温，无法进行高温洗消，因此只适合用于制造医用一次性防护服装［9］。以往闪蒸法工艺由美国杜邦公司垄断，现阶段厦门当盛新材料有限公司和天津工业大学团队成功对闪蒸技术和设备申请了专利，实现了闪蒸纺丝技术的国产化。层压复合材料多采用聚乙烯（PE）微孔膜、聚四氟乙烯（PTFE）微孔膜、热塑性聚氨酯弹性体橡胶（TPU）微孔膜等为防护阻隔层，通过离线复合的加工方式将阻隔膜材与其他织物复合来制备防护服材料［8］。用于制作医用一次性防护服装的层压复合材料多以纺黏或水刺非织造材料为基布，以更便宜、性价比更高的PE微孔膜为阻隔层，采用一布一膜（SF）或二布一膜（SFS）两种覆膜形式将两者复合得到［7］。而重复性使用医用防护服装多以PTFE微孔膜为阻隔层，以涤纶织物为内外层制成三层复合材料［10-11］。相比其他阻隔膜材，采用PTFE制备的层压织物具备更佳的阻隔性和透湿性［8］。
在款式与色彩方面，隔离服和手术衣为倒背式，色彩多为蓝色;接触传染病患用医用防护服装主要有连体连帽式和分体结构式两种，色彩以白色和浅蓝为主。其中连体连帽式医用防护服装具备良好的结构密闭性和材料防护阻隔性，广泛用于传染病的防治。连体连帽式医用一次性防护服装的结构如图1所示，其采用两片帽或三片帽设计，接缝处使用胶条密封，杜绝水、气、病菌从接缝处渗漏［12］，拉链门襟设计方便穿脱，帽檐、袖口、裤脚采用弹性收口加强密封性，腰部采用半圈或整圈松紧提高合身性［13］。另外，医护人员实际工作中需佩戴口罩、护目镜或防护面罩，以及乳胶手套和鞋套增强防护性。重复性使用医用防护服装结构与医用一次性防护服装大体一致，但为保证重复洗涤后的密封性，会在接缝密封、拉链选择和袖口裤脚设计等方面有所差异［14］。
在热湿舒适性评价指标及标准方面，国内医用防护服装相关标准GB 19082—2009《医用一次性防护服技术要求》和YY/T 1799—2020《可重复使用医用防护服技术要求》，规定材料透湿量应不小于2 500 g/（m2·d），美国标准NFPA 1999—2018《紧急医疗操作用防护服和套装标准》则是要求总体热损失须大于450 W/m［15］。然而在实际作业中，学者们通过问卷调研及人体热生理实验研究均发现，医护人员穿着医用防护服装会出现热应激反应［16-17］。可见，目前医用防护服装的标准并不能满足医护人员实际穿着舒适性要求，需要通过材料和技术的研究及应用来缓解人体热应激，并通过人体穿着实验对防护服装进行测试与评价，进一步完善标准。
2 缓解人体热应激的医用防护服装研究现状及进展
在实际作业现场，目前已有的缓解医护人员热应激的方法主要包括风扇降温、使用冰马甲和正压防护服等。另外，学术界也对医用防护服装用降温材料进行了广泛研究和探讨，主要降温材料有异质结构面料、超吸水材料、辐射降温面料、相变材料等。本文主要阐述相关材料与技术在医用防护服装上的应用现状、进展和研究不足。
2.1 作业场所降温
目前降低人体热应激最佳措施仍是空调设备，但是其仅适用于室内作业人员。对于户外作业人员，主要的降温方式有使用强力风扇，穿着冰马甲及在身体周围放置冰块以冷却周围空气等，如图2所示。由于传热原理和防护服的密闭性，风扇降温仅在外界环境温度低于人体皮肤温度时起到一定作用。对于极端高温环境，风扇降温不再发挥作用［18］。另外，穿着冰马甲仅会带来短暂的冷却效果，而采用冰块冷却周围大环境带来的冷却效果更是有限。
除上述方式外，正压医用防护服装是目前采用的一种主动式的气冷降温方式。当前新型正压防护服装被用来降低医护人员在高温作业环境下的热应激，其作用原理是促进人体和服装微环境之间的空气流动，使皮肤表面汗液蒸发带走热量［19］。目前有两种类型的正压防护服，即自然风冷却服和压缩冷空气制冷服装［20］。图3为中国驼人集团研发的医用正压防护服，其中冷空气由小型空气压缩机产生，通过管道送入腰部新风系统（装有过滤装置），接着通过软管进入人体和服装微环境。另外，将空气压缩机与新风系统分离，此防护服可作为自然风冷却服使用。目前该防护服在河南、湖北、海南等多个地区的室外核酸检测现场对医护人员开展了小范围的穿着实验，发现该防护服可显著提高穿着舒适性。然而由于价格昂贵且结构复杂，该类正压防护服装并未得到广泛应用。另外，缺少对该类防护服降温效果的主客观评价及着装后运动灵活性、穿脱便利性等方面的工效性评价，未来研究需要通过热生理实验进行测试与评价。
2.2 异质结构面料
异质结构面料（Janus）是指双面润湿性能不同的单向导湿面料，其可以将皮肤表面的汗液转移到外界环境，减少人体穿着时的湿黏感，同时汗液蒸发会带走热量，提升人体舒适性［21］。另外，Janus面料可以阻止环境液体的渗透［21］。王洁等［22］采用泡沫整理法对聚丙烯纺黏—熔喷—纺黏非织造布（SMS）的一面采用亲水整理，另一面进行“三拒一抗”整理（即拒水、拒油、拒酒精和抗静电），并发现整理后的SMS获得了良好的单向导湿效果。任祺等［23］采用亲水性整理剂Hansi QS-CONC对SMS非织造布进行单面亲水整理，整理后的材料透湿量从整理前的2.034 kg/（m2·d），提升到2.615 kg/（m2·d），透濕性得到显著提升。Zhang等［24］制备了一种由聚乳酸（PLA）/低熔聚乳酸（LPLA）和疏水热塑性聚氨酯（TPU）组成的新型Janus无纺布，富含亲水性基团的PLA作为面料内层表现出优异的内吸水性，疏水的TPU作为外层可有效提高非织造布的机械性能和耐磨性，实现了非织造布内层吸收（防止液体回流）和外层保护性能，可作为医用防护服装的候选材料。Shou等［25］开发了一种具有不对称性孔径的全亲水性射流二极管面料（AHFD），液体可以自由地从该面料一侧吸向另一侧，但反方向的输送被阻塞。该面料可用于防护服，它允许人体汗液排出但阻挡有毒液体以提供舒适和保护。
Janus面料有望作为医用防护服装主体材料以提升其热湿舒适性。然而目前更多的是对该面料的基础热物理性质测试，即水气传递能力和隔热性测试，缺少对其实际穿着效果评价。未来需要将此面料制作成医用防护服装，开展人体穿着实验，通过人体热生理指标变化及主观感觉进行评判。
2.3 超吸水材料
超吸水材料能吸收自身几十至几百倍的水分［26］，用于服装可以吸收大量人体皮肤表面汗液，从而提升人体舒适性［27］。目前，超吸水材料在医用防护领域的研究主要是超吸水纤维和超吸水膜两种形态。Sivri等［28］使用聚乙烯醇和高吸水聚合物成比例混合的溶液，采用静电纺丝法制备了高吸水纳米纤维，并将其涂覆在口罩上以改善口罩的防护性和舒适性。通过吸液能力和透气性测试，发现该纳米纤维涂层增强了口罩吸收汗液的能力，提高了佩戴舒适性，但同时纳米纤维堵塞了口罩材料纤维孔隙，降低了透气性。Yang等［29］采用湿法纺丝法制备了一种新型医用防护服装复合面料（图4），其外层为聚丙烯酸—丙烯酰胺/聚乙烯醇纤维、竹浆纤维和乙丙烯纤维层合的超吸水无纺布，内层为抗静电的高强度聚丙烯无纺布。通过实验发现该防护服面料具备优异的水分吸收能力，其最大吸湿率达到1.04 g/h，显著高于传统防护服面料的0.53 g/h，并且其透湿系数达到12 638.5 g/（m2·d），为传统面料的3.1倍。Yang等［30］制备了一种可用于医用防护服装热管理的超吸水性锌—聚乙烯醇复合薄膜，并将40 cm×40 cm的该薄膜贴于医用防护服装背部内面进行了出汗假人实验。实验发现，该薄膜可降低防护服内部40%的湿度;降低热指数到41 ℃以下，从而降低医护人员中暑的可能性;还可以显著降低防护服蒸发阻力，以增强蒸发冷却来获得更多的热损失。
目前超吸水材料作为主体面料或者涂覆层可以提高防护服面料的透湿性、透气性，但未研究其耐用性，如吸湿后的机械性能下降等。另外，未研究吸收材料制成的服装对人体造成的热生理和心理感受。
2.4 辐射降温面料
辐射降温面料概念最早由Tong等［31］于2015年提出，其是由低红外反射率和高红外透射率材料层合而成，并将人体辐射热量直接传输到外界环境中来提供被动降温。目前，学者们探索了应用于医用防护服装的辐射降温面料制备及其降温效果评价［32-33］。吴钦鑫等［32］采用静电纺丝法制备了具有辐射降温功能的二氧化硅/聚偏氟乙烯（SiO2/PVDF）纳米纤维中间层，并通过热压法将其夹在两层非织造布之中，制备了辐射降温纳米纤维医用防护服装面料。同时，将市售防护服腋下两侧面料替换为新型防护服面料并开展了人体穿着实验，发现实验结束时新型防护服面料将人体与服装微环境温湿度分别降低了约2 ℃和5%。Zhang等［33］针对易暴露于极端高温环境下的特殊行业人员和医务工作者，采用静电纺丝和浸渍涂层工艺合成了一种吸湿被动冷却分层超织物，其同时具备红外辐射冷却和水分蒸发冷却性能，其作用原理如图5所示。通过热压法将该超织物与纺黏无纺布层合，制备了一种防护性超织物，并通过人体穿着实验发现相较于传统医用防护服装，该织物制成的服装可以显著降低衣下空气层的温度和相对湿度。另外，有学者制备了兼具水分管理性能的辐射降温面料［33-34］。如Hu等［34］使用聚丙烯腈和二氧化硅纳米颗粒制备了双层纳米多孔聚乙烯膜，并发现该材料同时具有辐射冷却能力和各向异性润湿性能，作用原理如图6所示。通过人工皮肤模拟设备测试了其红外辐射冷却性能，并发现在25.1 ℃的环境温度下，相较于棉纤维面料和特卫强材料，该材料覆盖的人工皮肤温度显著降低，同时该材料通过了防水和细颗粒物阻断测试。该具有水分管理性能的辐射降温面料有望应用于医用防护服装，以提高医护人员热湿舒适感。
目前研究通过人体穿着实验证明红外辐射降温面料可以显著降低衣下空气层温度，但未能给出直接反应人体热湿舒适性的客观生理指标，如皮肤温度或者主观感受指标。另外，多数研究未探索辐射降温面料的其他重要指标，如机械性能等。
2.5 相变冷却降温
相变材料（PCM）是指随外界温度变化而改变状态并能产生潜热的物质，其由固态变为液态或由液态变为固态时会吸收或释放大量的潜热而物质温度不变［35］。目前PCM应用于服装面料主要有三种途径，即将PCM植入纤维内部、将PCM涂敷于织物表面及将PCM以块状的形式置于服装多个位置［36］。研究发现，PCM的制冷/加热效果显著取决于其质量和覆盖面积［37］。前两种途径无法在纤维或面料内加入大量的PCM，因而获得的PCM面料降温效果不显著，而将块状PCM加入服装内可以提供显著的制冷量。Korte等［38］设计了一款穿在医用防护服装下的相变材料降温背心，前后分别有16个和20个口袋，每个口袋用于装入相变材料包。通过实地测量17位医护人员穿着该背心作业时的生理指标和主观感受，发现该降温背心可显著降低人体核心温度和心率，改善热舒适和热感觉水平。另外，该背心在使用前只需放在低温冰箱里激活，使用完消毒后再放入低温冰箱即可，其结构及使用流程如图7所示。Reinertsen等［39］使用十水硫酸钠和芒硝结晶两种PCM制作了降温背心，通过人体穿着实验证明了该背心可改善医用防护服装带给人的热感觉、热舒适性及湿感觉。
虽然学者们发现融合相变材料包的服装在一定程度上降低了人体热应激，提高了人体舒适性，但存在着质量大、灵活性低、透气性差等问题［40］，导致一部分的冷却效果被抵消。并且相变材料冷却持续时间较短，往往需要通过增加PCM质量以延长冷却时间［41］，未来可以将熔化温度不同的PCM结合使用以减轻背心质量［42］，并进行人体穿着实验评估PCM冷却背心在质量、运动便利性等方面对舒适性及冷却效果的影响。
3 缓解人体热应激的新材料与技术
除上述针对医用防护服装的设计外，还有应用于其他功能服装的缓解人体热应激的新材料与技术。通过分析它们的作用原理、工效性能及实用性等，并思考其在医用防护服装上的有效性及可用性，选择了高导热材料、热电冷却材料和液态冷却服装三类先进材料和技术进行阐述，为开发新型医用防护服装以缓解人体热应激提供思路。
3.1 高导热材料
高导热材料的导热系数远高于空气的导热系数，其可以通过热传导将人体热量传递到外界环境，从而避免热应激［43］。近年来高导热材料如石墨烯和氮化硼常被用作个体热管理材料，它们通常被配制成聚合物溶液涂布到基材，或作为填料放置于基材纤维的空隙中，得到复合材料（膜），实现对基材的改性。Guo等［44］使用涂布的方法制备了一种柔性/可折叠、可穿戴的超薄石墨烯纸，如图8所示。其可在7 s内通过人体向环境的热传递提供被动冷却，冷却效果优于普通棉织物，并且效果随着厚度的增加会更加明显。同时它具备优良的耐久性，可抗弯曲周期超过500次，洗涤时间超过1 500 min，这表明了其在可穿戴个人热管理方面的潜力。Bonetti等［45］将石墨烯纳米片（GNPs）作为导电填料分散在聚氨酯（PU）基体中制备了纳米复合聚合物膜，该材料可以很容易地与织物耦合，获得热舒适性增强的纺织品和服裝。通过材料热表征证实GNPs显著提高了PU的导热率（最高达471%），并通过模拟运动员在室外有氧运动状态下的前臂人体模型验证了开发的纳米复合膜和纺织品的散热效果。Soong等［46］使用机械混合技术将石墨烯纳米片（GNPs）和氮化硼（BN）填料分散到热塑性聚氨酯（TPU）基薄膜中，然后将其复合成多层结构，获得了明显高于纯TPU膜（2 844%）的高导热系数、良好的抗弯疲劳和耐洗涤性。将该复合薄膜放置于T恤内部进行人体穿着实验并测量其冷却效果，发现该复合膜可以增强主动冷却源周围冷空气的扩散，因而可以更快、更大幅度地降低皮肤温度。
高导热材料在医用防护服装上的应用，可以参考以上涂布和填料的方式实现对医用防护服装用非织造材料的改性。当外界环境温度低于人体皮肤温度并达到一定程度时，高导热材料可以有效促进人体向外界的散热量。未来研究仍需要开展人体穿着实验评估其穿着舒适性、降温有效性及环境适用性。另外石墨烯还具有优异的抗菌性能，目前已有人用其制备抗菌抗病毒的口罩和防护服，其优异的强度也可以大大提高织物的力学性能，使防护服面料抗洗涤性能持久，在重复性使用医用防护服装中有着良好的应用潜力。
3.2 热电冷却材料
随着可穿戴电子设备的快速发展，以及全球变暖、能源危机等环境问题下对节能要求的不断提高［47］，可以回收人体热量实现自供电的热电材料在个人热管理中得到了广泛研究［48］。热电冷却材料可以通过塞贝克效应实现温差发电，再通过帕尔贴效应利用电能制冷［49］。它的性能可通过热电优值（ZT）量化，ZT越大，表示塞贝克系数越大，电导率越高，热导率越低，冷却效果越好。目前在可穿戴热电个人热管理材料中，最常采用的是近室温热电材料，主要包括以Bi2Te3基为主的半导体材料、碳纳米管、聚苯乙烯磺酸盐等［50］，其被用于制备柔性热电器件，包括热电薄膜、热电纱线/纤维/织物及基于柔性弹性体基底的块状热电元件。Li等［51］制备了一种柔性红外透明Bi2Te3碳纳米管混合热电薄膜，其在370 K室温下产生了约0.23的最大热电优值，并具有极好的柔韧性和约16%的最大红外透明度，开辟了一种具有主动和被动双重冷却能力的高效热电冷却方法。Zheng等［52］结合简易冷压及超高温快速退火技术制备了三元同轴串珠状Bi2Te3基柔性热电纱线，并利用纺织机半自动地制造了一种高度机械稳定、可拉伸、透气和可清洗的编织型热电织物，如图9（a）所示。通过在静止空气中（环境温度26 ℃、相对湿度60%）对其进行手臂佩戴测试，发现该织物表现出较为明显的固态制冷效果，如图9（b）所示。Hong等［53］设计了第一款具有长期主动冷却效果的微型可穿戴热电器件，其内部结构如图10所示。此举创新性地采用了双弹性体层的设计，将具备高热电优值的刚性无机柱状热电材料夹在可拉伸弹性体片之间，减少了通过热电设备的热泄漏，提供了高冷却性能。该设备经人体手臂穿戴实验，得到了超过10 ℃的冷却效果，且具有高节能性。
柔性热电器件与传统的液冷、气冷等主动冷却方式相比，无噪声，更为灵活、轻便、舒适，且可以从周围环境或人体中收集能量，维持设备电能供应，极大地节省了能源。其中热电纱线/纤维可与其他织物结合编织成三维热电织物，若制成背心穿戴在医用防护服装内部或者外部，不仅可以利用热传导散热机制实现大面积热量收集，同时还可以利用织物较强弹性和应变力，满足人体动作带来的皮肤应变，且可洗涤重复使用。尽管柔性热电器件在缓解医用防护服装热应激方面有着较大应用潜力，但目前的研究尚属于初期阶段，高昂的成本、可穿戴应用方面较低的灵活性及复杂的制造工艺都有待进一步改善［54］，并且缺乏人体穿着实验评估其降温的有效性、穿着的舒适性等。
3.3 液态冷却服装
液态冷却服装通过内置管道中循环的冷却液带走人体热量，从而实现冷却效果。该服装概念由比林汉姆于1958年首次提出，并在1962年由皇家飞机制造厂开发出了最初的水冷服原型［55］。最著名的水冷服于1970年的阿波罗号上使用，由弹力内衣和缝在其内的覆盖躯干和腿部的40根透明塑料管组成。冷却水从腰部的歧管分配到各个小管中流过服装，并在腰部返回收集［56］。Xu等［57］设计了一种基于热电制冷的新型男士便携式冷却服，其采用半导体热电冷却系统为冷却液提供制冷电力，皮肤表面的温度通过输送冷却液的金属毛细管冷却。通过实验发现在30℃的环境温度下，冷却服可快速降低服装微气候温度。Zheng等［58］采用人体温度调节模型与热舒适模型相结合的方法研究了液冷服装各种设计因素对冷却性能的影响，发现与连续冷却模式相比，高频间歇冷却模式（如5 min的时间周期）能够以更少的能耗缓解人体热应激。Zhang等［59］建立了热电冷却液冷服装与环境和人体之间的传热模型，分析了电压和流量对冷却性能的影响，发现热电冷却器的工作电压对冷却效果的影响比管内液体的流速更显著，并且存在最优工作电压，在最优工作电压下，冷却效果随着流量的增大而增大。
液冷服装因冷却液体较高的比热容和热导率，可以实现显著的冷却效果，为穿着者提供较好的热舒适性［55］，因此是目前较常用的一种有效冷却方式。对于医用防护服装，穿在防护服内部、紧贴人体的液冷背心可以显著促进人体传导散热量。然而其主要问题是冷却液质量会增加人体负担及输送冷却液管道可能会妨碍人体活动，因此未来研究应以提高人体舒适性和运动便利性为目标，选择适宜的冷却液循环量、更为柔软的管道材料，以及合理的管道排布、冷却液流速和冷却液循环频率等，并通过人体穿着实验进行评价。
4 缓解人体热应激的医用防护服装研究趋势
根据当前医用防护服装存在的热湿舒适性问题，以及缓解热应激的材料、技术和实验研究情况，本文提出以下4点缓解人体热应激的医用防护服装研究趋势。
4.1 提高主动冷却设备的工效性能
主动冷却方式包括液冷、气冷等，相较于被动冷却方式（即无外接电源的制冷方式）具有更有效的制冷效果，然而这种方式需在服装上安装一定体积质量的设备，增加人体负担，不方便人体运动。因此，需要不断改善并开发更加轻便、柔软的主动冷却设备，提高其工效性，从而获得更好的冷却效果和穿着体验。
4.2 扩展调温新材料与技术在医用防护服装上的应用
目前已有研究发现异质结构面料、超吸水材料、辐射降温面料、相变材料等可以显著改善医用防护服装热湿舒适性，也讨论了高导热材料、热电冷却材料和液态冷却方式等在人体热管理方面的应用潜力。调温新材料和技术有望应用于医用防护服装，改善人体热湿舒适性并降低人体热应激，但通常存在制备工艺较为复杂、制造成本高等问题。医用防护服装作为防护耗材，新材料与技术在其上的应用，除了需要考虑冷却效果、工效性能等，生产周期和成本也是非常重要的因素。部分材料与技术可以制成单独的降温服装穿着于人体和医用防护服装之间，如相变材料、热电冷却材料和液冷服装，这类降温服装可以反复使用，其成本将不再是显著问题。而另一部分材料需要作为医用防护服装主体面料使用，如异质结构面料、辐射降温面料和高导热材料等，考虑到加工难度和成本，这类材料更适合应用于重复性使用医用防护服装。重复性使用医用防护服装通常可以反复使用10次以上［60］，因此这类材料在重复性使用医用防护服装上的应用应成为研究重点。另外，未来应通过材料或设备的测试及人体穿着实验，测量防护服的冷却效果、穿着舒适性、运动便利性等，同时考虑生产难度、成本等，全方位评估它们在医用防护服装上的应用可行性。
4.3 建立缓解人体热应激的医用防护服装设计方法和流程
目前国内外缺少针对缓解人体热应激的医用防护服装的系统设计方法和流程。缓解人体热应激的医用防护服装设计方法和流程可以参考Gupta［61］提出的“五步法”功能服装设计方法，即用户研究、用户需求、服装设计、服装制作以及测试与分析，并以Goldman［62］提出的“4F”原则（功能性、舒适性、合体性和时尚性）为医用防护服装主要设计原则，在此基础上引入实用性和经济型等指标进行设计。在具体操作上，可以引入一些新兴的设计方法和技术，实现医用防护服装设计的高效、环保。如采用计算机辅助技术选择防护服面料和款式，以实现防护服热湿舒适性及压力舒适性的优化设计;利用动作捕捉和身体测绘技术获取人体各部位活动变化量、皮肤应变量及人体尺寸数据来进行防护服放松量与结构设计，提高防护服舒适性和运动灵活性;引入模块化设计思维到防护服设计开发阶段，对设计元素进行拆分组合来更快获得设计目标，节约时间的同时显著提升设计结果。通过建立缓解人体热应激的医用防护服装设计方法和流程，可以推动相关标准的完善，提高医用防护服装舒适性。
4.4 开展缓解人体热应激的医用防护服装测试与评价
目前关于缓解人体热应激的材料测试大多局限于材料本身，缺少將其制成服装进行实际穿着效果评价，特别是被动冷却材料。另外，缺少对材料实际制冷效果的评价体系。未来研究需要借助功能服装的测试与评价方法对医用防护服装热湿舒适性及工效性进行评价，即五级评价方法：织物的物理分析、出汗暖体假人测试、人体穿着实验、有限现场穿着实验和大规模的现场穿着实验。在人体穿着实验中，可以采用脑电和面部情绪识别等技术直观反映人体认知和情绪状态的技术，获取被试更准确的主观感受;还可以利用动作捕捉技术获取人体运动时面料在人体上的位移数据，结合被试主观感受评价防护服工效性。多级实验的反复验证，多种评价方法的结合，可以更准确地掌握医用防护服装的舒适性和工效性，评估设计的有效性并提供优化建议。
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Research progress and trend of medical protective clothing to alleviate human thermal stress
LU Wenyue， YAN Yuxin， CHEN Xing， SONG Wenfang
（College of Art & Design， Guangdong University of Technology， Guangzhou 510090， China）
Abstract：Medical protective clothing （MPC） is essential for healthcare workers and those entering areas at risk of infection. It could effectively block substances such as bacteria， viruses， harmful liquids and particles. However， to ensure protection， the MPC fabric generally has numerous small apertures and also does not absorb water， resulting in its poor thermal and moisture comfort property. The heat and sweat generated by healthcare workers in MPC could not be dissipated to the ambient environment， which may destroy the body thermal balance， increase the risk of thermal stress and damage their physical health， psychological state and performance. The wide spread of COVID-19 around the world makes the poor thermal and moisture comfort property of MPC more prominent. Therefore， the investigation on MPC to alleviate human thermal stress has become the focus of current and future research.
To understand the current research progress and future trend in the development of MPC to reduce human thermal stress， and to provide solid suggestions for the design of MPC， we firstly summarized the materials， styles and comfort properties of MPC specified in current standards， and pointed out that human demand for thermal and wet comfort could not be satisfied in MPC following the current standards. Then， we described the research progress of MPC to relieve human thermal stress from the methods of workplace cooling and those studied by academic research. Workplace cooling includes using powerful air fans， ice， ice vests and medical positive-pressure protective suits. Among the various cooling strategies， medical positive-pressure protective suits are the most effective， but they are not widely applied in practice due to their high cost. In terms of the methods studied by academic research， we summarized the research progress and gaps in the application of four types of temperature-regulating materials on MPC， i. e.， Janus fabrics， superabsorbent materials， radiant cooling materials and phase change materials. The cooling benefits of these materials have been proved by measuring the two-dimensional fabrics made from them， but three-dimensional clothing made from these materials should be evaluated in future by using human trials. Finally， we summarized three types of advanced materials and technologies that have great potential to be used in MPC from other functional clothing， i. e.， highly thermal-conductive materials， thermoelectric-cooling materials and liquid cooling garments. We described the materials in terms of their properties， cooling principles， cooling effects and application concept in MPC to provide solid suggestions for the development of novel MPC to alleviate human thermal stress.
With the frequent occurrence of high-temperature weather， research on alleviating human thermal stress has been continuously enriched in recent years. After the outbreak of COVID-19， the thermal and wet comfort property and ergonomic performance of MPC have gained more attention， but there are still many research deficiencies. Based on the current problems of MPC， materials and technologies used in MPC to alleviate human thermal stress， four research trends were proposed： improving the ergonomic performance of active cooling equipment; expanding the application of new temperature-regulating materials and technologies on MPC; establishing scientifical design methods and processes for MPC to relieve human thermal stress; carrying out testing and evaluation of MPC to alleviate human thermal stress. By summarizing the current research progress of MPC that relieves human thermal stress， the defects of current research were identified， and future development directions were proposed. The study is expected to provide solid suggestions for the development of MPC with excellent thermal and wet comfort property and ergonomic performance.
Key words：medical protective clothing; thermal stress; thermal and wet comfort; temperature-regulating materials and technologies; ergonomic performance; design and evaluation of clothing
