纺织品抑菌整理技术进展的回顾(二) yd5710

杨栋梁（全国染整新技术应用推广协作网）

原载：全国染整新技术应用推广协作网简讯2005/10/28

注：本文第（一）部分，已在本网页[讨论园地]第54期中转载

三、抑菌整理[12-19]

1996年1l月，日本纤维制品新功能评估协议会JAFET(原名纤维制品卫生加工协议会，简称SEK)在原有抗菌防臭加工部外，增设了抑菌加工部，规划开发更高抗菌性能的抑菌整理产品，以满足防止"院内感染"以抑制MRSA繁殖为主要目标的新产品开发和探讨产品达到的防菌性能。在1998年2月制订抑菌整理产品通过SEK认证标准，同年6月在原有抗菌防臭整理产品外，开始了一般用途的抑菌整理产品SEK(橙色)认证，特殊用途抑菌整理产品SEK(红色)认证，则于同年9月才实施认证。

原有抗菌防臭整理目的是以抗菌防臭为诉求，提供抑制细菌在纤维上繁殖，防止产生臭味的纺织品。其合格产品的标志为兰色SEK，作为对消费者保证质量。而抑菌整理目的

是提高生活环境，与医护环境质量为诉求，提供抑制细菌在纤维上繁殖的纺织品，根据产品的用途，可分成二种:一般家庭用纺织品，其合格产品以橙色SEK标志表示，特殊用途，如医院以及相应的医疗、保健等机构用的纺织品，其合格产品以红色SEK标志表示。生产以上两类产品所用的抗菌整理剂及整理产品的安全性评估方法和标准是完全相同的，这里不再列出。但抗菌防臭整理产品与抑菌整理产品评估的标准是有区别的，今简单归纳如表2所示。

表2 抗菌防臭整理与抑菌整理产品的SEK认证标准

抗菌防臭效果的评估方法与标准	抑菌效果的评估方法与标准
l.试验方法 JISL 1092定量试验法(即 统一试验法) 2.试验菌种:金黄色葡萄球菌 3.抗菌防臭标准 抗菌活性值(logB/C)≥2.2^☆☆ ^☆☆JISL 1902-2002已改为≥2.6	1.试验方法:同左 2.试验菌种: 一般用途:^☆金黄色葡萄球菌^☆肺炎杆菌 ^○大肠菌^○绿脓菌 特殊用途:^☆同上^☆同上^○同上 ^○同上 ^☆+MRSA (^☆为必需^○为任选) 3.抑菌标准 一般用途C≤A C≠O 特殊用途C＜A C≠O
A.无试样布，接种后立刻回收的细菌数(对数值) B.无试样布，接种后培养18小时后回收的细菌数(对数值) C.有抗菌或抑菌布，接种后培养18小时后回收的细菌数(对数值)
4.抗菌防臭效果的耐久性 ①洗涤方法:JISL 0217 103号 使用J肝ET标准洗涤剂 ②次数 0次及规定次数 (视不同用途产品而定)	4.抑菌效果的耐久性 ①洗涤方法 一般用途:JISL O217 103号 使用JAFET标准洗涤剂 特殊用途: 厚生省13号法令 ②次数 0次及规定次数(视不同用途产品而定)

进入抑菌整理发展阶段，其抑菌剂的开发主要方向有二、一是纳米技术的应用，二是天然抗菌剂的应用。

纳米抗菌材料中，以纳米级TiO₂和或ZnO的光催化型抗菌剂，最受人注目。它们本身无毒、无味、无刺激性、对人体安全性高耐热稳定性好，不会燃烧，呈白色，以其优异的抗菌性而成为研究开发的热点之一。它们的结构属有氧空位的典型N型半导体，能吸收能量高于禁带宽度的短波光辐射，使价带电子跃到导带，同时形成空穴。一般情况下，电子处于价带中，受到晶体场的限制和禁锢，不能自由运动；如果受到外来可见光或紫外线照射，价带电子被激活到导带，形成空穴-电子对，它与吸附在其表面的H₂O和0₂作用生成具有极强化学活泼性的羟基自由基(OH^·)和活性氧离子 (-0^-2)；它能与细菌内有机物及其分泌毒素反应，从而将细菌、残骸和毒素一起杀灭或消除。纳米级TiO₂或ZnO的光催化机理，可以下式表示:

TiO₂ + hv → +h⁺

e^- + O →·O^-2

h⁺ + H₂O →·OH + H⁺

整理用的纳米抗菌剂是要将纳米微粒，需先用耐氧化的有机硅多孔膜进行包裹予处理，然后制备成均匀的分散体，目前仍是一个技术难题。因纳米微粒表面活性大，易发生团聚，且不易与纤维材料结合，需要有性能良好的粘合剂搭配应用，也是成败的关键。其次，锌离子游离出来能与蛋白酶结合，失去活性后，不再具有杀菌功能。

有人指出：光催化型二氧化钛和氧化锌材料的抗菌效率不是太高，抗菌谱窄，又需要强光照射才能激发产生电子-空穴。尚需从杀菌机理研发高效的纳米抗菌材料。

天然抗菌剂来源于植物、动物(昆虫)和微生物中提取物。随着人们生态环境意识的加强，应用天然抗菌化合物来生产抗菌纺织品一定会得到进一步的加强，这方面研究尚属起步阶段。今将植物和动物中抗菌化合物的情况简介于后。

植物类天然抗菌剂:

罗汉柏的蒸馏物为桧油。其中酸性油中含桧醇(又称日柏醇)，中性油中含斧柏烯，都具有一定抗菌性，日本三木理研发的OH Retine和Union化学工业的Unika MCAS-25均是桧柏油微胶囊产品。

艾篙萃取液主要成分有:1,8一氨树脑，2-守酮、乙酰胆碱、胆碱等，它们都有抗菌消炎，抗过敏和促进血液循环作用。

蕺莱(鱼腥草)，由叶、茎、穗中萃取，含癸酰基乙醛、甲基壬基酮、月桂酸、黄酮系成分。栎苷、异栎苷等，有抗葡萄球菌、线状菌等作用。

芦荟萃取液中含酚类化合物，如芦荟素有抗菌防霉，中和虫咬的毒液和解毒作用。

动物类天然抗菌剂：

富士纺将适量(0.5-3%)壳聚糖微粉均匀混入强力粘胶纺丝液中，纺出Chitopoly抗菌强力粘胶纤维，三菱粘胶用壳聚糖混入聚丙烯腈纺丝原液中，制成抗菌腈纶纤维。

壳聚糖作为抗菌剂在织物上的应用，已在逐渐推广中，详见有关文献，不再一一介绍了。

昆虫的抗菌性蛋白质：

昆虫体内的抗菌蛋白质也是天然抗菌剂，此项工作于上世纪70年代后期已开始研究，已分离出15O种以上抗菌蛋白质，可分为防卫素(Defensin)型，杀菌素(Cecropin)型，攻击素(Atracin)型，含高脯氨酸(Proline)抗菌蛋白型，含高甘氨酸(Gliycin)抗菌蛋白型等。昆虫抗菌蛋白一般有耐热、抗菌谱广的特点，对MRSA有一定作用，还未见应用报导。

此外，原来胍类抗菌整理剂，新开发一种单胍齐聚物品种(PHMG)，受到世界关注。

四、纺织品的抗菌性和皮肤刺激性试验法的新动向[20-23]

随着抗菌整理技术的进步，抗菌性试验方法也有相应的修订，这些情况在"抗菌防臭整理的现状与展望"一文 (刊于印染杂志 1996，22(9)；22(10)；22(11)；22(12))中己述及，这里不再赘述。之后，日本纤维制品新功能评估协议会 (JAFET)在这方面的研究成果，都先后反映在JIS L1092:1998及其以后各修订版上，而[JIS L1092:2002纤维制品抗菌性试验方法，抗菌效果]可称较完善的版本了。2000年，由JAFET向ISO TC38提出“纺织品抗菌性和皮肤刺激性试验法”提案，经各国投票赞成后，已成立TC38/WG22/PTl进行审议，并于2001年4月在东京，2002年3月在京都，同年12月在里昂召开过三次有关抗菌加工纤维制品抗菌性评估试验法的ISO国际会议。这是抗菌整理纺织品建立国际抗菌性试验方法标准迈出的坚实的步伐，作者认为该提案体现出在抗菌技术上创新点有如下几方面：一是抗菌性的定量试验的试验条件与使用条件接近，分成二种方法：①是以静菌活性值或杀菌活性值为评估标准的菌液吸收法(这是传统的接种菌种方法)，是高湿状态下增殖细菌的抗菌性的定量试验法。适用于消费过程中产生汗液和水分的制品，如紧身衣、衬衫、罩衫、睡衣、围裙等。②是以菌减少值为评估标准的细菌转印法(Printing method)以区别于法国提案中转移法Transfer method，这是新增加的接种菌种方法)，是低湿状态下对非增殖性细菌的抗菌性的定量试验法，适用于消费过程中不产生汗液和水份的制品，如白大褂、护士服、护理服、窗帘、地毯等。二是精度高，三是缩短了试验时间又省力。今简介于后

(一)抗菌性定量试验法概要

为了便于比较，兹将两种方法的操作概要列表于后

试验菌 ↓	黄色葡萄球菌，肺炎杆菌等等
试验菌液的培养 ↓	培养C：利用琼脂培养基(Nutrient Agar)，(NA)，培养37±1℃×24-48小时		培养E:利用肉汤培养基(Nutrient Broth) (NB)，培养37±1℃×3±1小时 目标菌数10^7个/ml
	培养D: 利用肉汤培养基(Nutrient Broth)(NB)，培养37±1℃×18-24小时
试验菌液的调制 ∣	利用吸光度法(波长660nm)或是ATP法(波长300-65Onm)，以培养E的菌液 1/2ONB将菌浓度调制成l±0.3×10^5个/ml或1-2×10^7个/ml。
↓	↓
(菌液吸收法) ↓		(细菌转印法) ↓
在试验布上的菌液接种 ↓	将±0.3×10^5个/ml的菌液0.2ml接种在玻璃瓶中的试验布0·4g上	在膜滤材上 采集细菌 ↓		将膜滤材(孔径0.4um)安装在过滤器上，封1-2×10^7个 /ml的菌液2ml进行减压过滤
培养温度、时间 ↓	培养器37±1℃，18±1小时培养	试验布的调湿↓		在装有琼脂培养基的调湿玻璃器皿中将试验布进行18-24小时的调湿处理
菌之冲洗 ↓	利用0.2%Tween 80的生理食盐水20m1	将细菌转印在 试验布上 ↓		利用细菌转印装置(如图1所示)将膜滤材上的细菌转印到试验布料上
生菌数测定 ↓	群体法：测定NA以37±1℃,24-48小时培养后的群体数，并计算出生菌数 ATP法：利用ATP测定器求算发光量、ATP浓度，计算出生菌数	培养温度、湿度、时间 ↓		培养器的环境为20±1℃，70RH% 以上，1-4±0.1小时
		细菌的冲洗 ↓		*SCDLP培养基2Oml (*SCDLP系Soybean-Casein Digest Broth with lecin Polysorba的缩写)
		生菌数测定 ↓		群体法：利用NA进行37±1℃、 24-48小时培养后，测定群体数，并计算出生菌数 ATP法：利用ATP测定器求算发 光量、ATP浓度，并计算出生菌 数
活性值的计算	静菌活性值S=Mb-Mc 杀菌活性值L=Ma-Mc Ma：刚接种在标准布后生菌数的对数值 Mb：在标准布上培养18小时后生菌数的对数值 Mc：在试验布上培养18小时后生菌数的对数值 (试验成立的条件:增 殖值F=Mb-Ma＞l.5)	细菌减少值 的计算		细菌减少值N=Mf-Mg Mf:在标准布上培养1-4小时后 生菌数的对数值 Mg:在试验布上培养1-4小时后 的生菌数的对数值 试验成立条件:转印在标准布上试验菌数达到1.0×1O^6个以上 增殖值F=Mc-Md=±0.5以内 Md:刚转印标准布上后的生菌数对数值 Mc:在试验布上培养1-4小时后生菌数的对数值

(二)ATP (生物发光法)测定细菌数

纺织品上细菌含量，一直沿用 100多年前开发的方法，即将试样上冲洗菌液，在琼脂上培养 (37±1℃，24-48小时)后，再行测定数量，操作繁什且费时，精度也不高，采用ATP(生物发光法)测定，既省时又省力。ATP测定用于纺织品上细菌数是技术上一大进步。

利用萤火虫的萤光素酶进行高灵敏度ATP 测定的原理早在1950年左右已经发现了。1969年阿波罗登月计划，曾用它检证月球表面土壤中是否存在生物，可说是它杰出的代表作之一。以后一段时间里很少有人问津。直至近年由于基因重组技术的发展，完成了无性繁殖的微生物生产虫萤光素酶技术，解决了虫萤光素酶性能稳定性，并赋予它"耐热性"、 "耐表面活性剂"等的基因改性问题；样本中游离ATP去除，由麻烦的膜过滤，改为酶分解技术解决游离ATP问题，以及采用具有低噪音级，感度达10¹³M级且性能稳定的光电倍增管光量测定仪，才使它成为许多领域中一项乐意采用的新技术。

由于日本纤维制品新功能评估协议会 (JAEET)不懈的工作，ATP测定法不但己作为日本纺织品的抗菌性试验法抗菌效果(JIS L1092：2002)中一个新的细菌数测定方法，同时也作为向ISO推荐的内容之一。

ATP (adenosine triphosphate三磷酸腺苷)是生物体内一种贮藏能源的化学物质，肌肉运动能源提供者，也是生物体产生各种物质的酶反应能源。因此，有生命活动的地方一

定有ATP存在；反之，存在ATP表示有生物存在的可能性。即ATP是生物存在的标志之一。细菌细胞中也含有固定的ATP 量，且同一种细菌处于对数繁殖期和稳定期其ATP含量是不同的。当细菌一旦死亡，ATP会被细胞内的分解酶立刻分解殆尽。由此求得测定样本中ATP 浓度，除以各菌种不同状态下每一个细菌的ATP数量，就可求得样本中的活菌数。利用此原理，可以方便测定制备试验菌液以及培养后的活菌数。

夏夜郊外萤火虫的发光，是虫尾部发光器中由ATP与酶反应而发光的。这是效率很高的ATP生物化学发光反应，这种发光量与ATP量呈定量比例关系，是高灵敏度测定ATP的方法。反应时间很短，大约只需10秒钟即可。而采用一般的光学测定法很难进行µM级 (1O⁶mol/ml)的测定，利用生物化学发光反应的测定发光量，10¹³M级(10¹⁷mol/ml)也不成问题。

ATP生物化学发光测定原理，可以图2所示，其操作概要是，(1)在ATP试验菌液(或接种菌液)以及冲洗的菌液中添加Apyrase酶(腺苷三磷酸双磷酸酶)与腺苷胱氨酶，利用酶分解将菌体外的游离ATP去除；(2)在去除游离ATP菌液中加入ATP萃取剂进行萃取；(3)萃取后，加入由虫萤光素酶和D-虫萤光素组成的发光试剂，然后用光电倍增管测定由ATP和发光试剂反应发出的萤光光量，其反应式如下：

由发光量可求得ATP浓度(mol/l)，再由此ATP浓度除以如表3所示不同菌种在不同状态下每一个细菌的ATP量，就是样本中活菌浓度(个/ml)。

表3 各菌种每一细胞ATP量

	黄色葡萄球菌ATCC6538P	肺炎杆菌ATCC4352	甲氧苯青霉素钠耐性黄色葡萄球菌IID1677	绿脓菌IF03080	大肠菌IF03301
对数增殖期(mol/个)	9.5×10^18	4.7×10^17	3.5×10^18	9.8×10^17	2.8×10^16
定常期 (m01/个)	2.4×10^18	17×10^18	6.9×10^19	8.6×10^19	2.4×10^18

(注)定量试验的菌转印法，ISO的提案(WD)称为Printing Method。

据称: ATP生物化学发光测定法操作所需时间为：游离ATP去除予处理15分钟，ATP萃取处理10秒，发光量测定10秒。而传统的琼脂平板培养测量菌落方法约需48小时。

(三)安全性试验方法的新建议

抗菌整理纺织品对人体皮肤刺激性试验，改由人体皮肤细胞培养生成再生皮肤模型上进行，以计算细胞存活率作为安全性中刺激性的定量评估，此提案内容量在2001年4月第一次东京ISO国际审议会议上，被认为不适合作为国际会议的审议题和没有皮肤专家出席为理由而被排斥，但作者还认为是一个创新意义的课题，在此仍简单介绍于后，供参改。

皮肤刺激性试验方法^①概要如下:

试验布的准备 ↓	覆盖在皮肤模型^②表面的试验布大小，用穿孔机备试样。
贴附试验布样 ↓	试样布浸渍于重三倍量的人造汗液(ISO 105-E04)，然后贴附在皮肤模型表面
培养 ↓	以37℃、5%的CO2进行24-48h的培养
除去试验布样 ↓	从皮肤模型上将试样取下掉
活细胞的MTT染色 ↓	将皮肤模型置入MTT溶液中^③，以37℃、5%的CO2培养三小时，进行活细胞染色
色素的萃取 ↓	用穿孔机将皮肤模型与试样直接接触的部位打孔取样，并用酸性异丙醇^④来萃取色素 (Formazan)
测定吸光度 ↓	测定萃取液的吸光度 (测定波长570nm)
计算细胞生存率 ↓	细胞生存率 (%)=(试样吸光度-空白吸光度)/ (控制样吸光度-空白吸光度)×100 [控制样：棉布 空白：不含细胞的模式]
评估	由细胞生存率来评估皮肤刺激性。

注①抗菌加工纤维制品的皮肤刺激性不仅起因於抗菌加工剂所致，还有其他的加工处理剂因素。本法是在评估此种纤维制品所有的皮肤刺激性的试验方法，特色是将纤维制品直接贴附在皮肤模型上。

注②皮肤模型是人类皮肤细胞培养出的再生皮肤。

注③MTT系3-(4，5-Dimethyl-2-Thiazolyl)-2,5-Diphenyl-2H-Tetrazoliumm Bromide的缩写

注④0.04M盐酸/异丙醇

五、抗(抑)菌纺织品的市场情况[24-25]

尽管在二十世纪 90年代以来，亚洲经济始终未能走出危机阴影，日本经济也处于不景气中，由于抑菌纺织品特别适应日本人民酷爱清洁卫生，符合他们追求舒适而健康的生

活要求。据称：1998年这类功能性纺织品的销售额达4000亿日元，其中袜类约1800亿日元，内衣类 1200亿日元，其它产品为1000亿日元，这与日本企业积极开发抑菌新产品有关，兹将一些著名企业开发此类产品达5种以上列于表3。

表3 日本企业开发的抗菌纺织品种数

企业名称	抑菌产品品种数	企业名称	抑菌产品品种数
东丽	7(2)	仑敷纺织	7(2)
尤尼契克纺织	6(1)	富士纺	8(1)
钟纺纤维	11(2)	日清纺	11(1)
钟纺合纤	6(1)	大和纺	13(3)
旭化成	13	注:()内数字指专门对付MRSA的品种数
东洋纺	12(1)

根据日本纤维制品新功能评估协议会(JAFET)资料，2004年7月底前认可生产抗菌防臭和或抑菌纺织品生产的企业300家，获得SEK标志的品种达2000种。

进入21世纪以来，抗(抑)菌纺织品的市场情况，可引援2004年西欧D&K咨询S.A的报告来说明，该报告是2001年10月至2002年4月期间对西欧80多个与抗菌纺织品有关客户咨询工作的总结，是抗菌纺织品在西欧市场上的现状和对未来发展的估量。

目前抗菌纺织品在欧洲市场上的估量

以最终用途的消费量以及其产品在市场推销速率估计：抗菌整理产品约为7万吨，抗菌纤维产品为0.7万吨。抗菌整理纺织品，其主要用途为床上用品约占总量的60%强，服装约占20%，17%为其它用途，少量用于铺地织物。而抗菌纤维纺织品主要用途床上用品约占44%，服装约占40%。

按2001年市场销售纺织品总数量计，抗菌纺织品的市场占有率低于2%;其中床上用品占有率＞4%，(主要为床垫套等)，产业用品占有率＜3%(主要为过滤和鞋垫等)。服装占有率＜1.5%。这类产品主要生产国为意大利，Benelux(即比利时、荷兰、卢森堡经济联盟)及法国约占总量65-70%，其次为利比利亚和英国。

抗菌整理采用制剂品种为双胍类、异噻唑啉酮类，有机硅季铵盐类和酚类等。抗菌纤维以聚酯纤维为主。

未来的市场:

在充分考虑到抗菌纺织品的有利与不利因素。特别是不利因素中缺乏立法的支持，以及一些科学家和皮肤病专家担心，会影响皮肤上常驻菌群失衡和人们顾虑长时期应用后对人的健康和环境是否会产生不良影响等。

予计抗菌纺织品的增长率为8%以上，至2005年总产量将达12.5万吨。最终产品市场占有率为3%，其中抗菌整理产品的比例将有所下降，但占有85%优势。最终产品床上用约为50%，而服装和产业用的比例会有所增加。

六、结语

(一)如果以1935年作为现代抗菌整理开始的话，它己走过了60个春秋。进入21世纪以来，由于抗菌纺织品能切断有害微生物的传染路途之一，符合人们提高健康而舒适生活环境的要求，是具有良好开发的纺织产品之一。而抗菌整理与其它功能性整理的复合化，为拓宽抗菌纺织品用途创造了条件。目前抗菌整理纺织品的应用领域已从一般家庭用品，扩展至室(车)内装饰和医疗部门用品等方面。

(二)除道康宁的DC-5700外，目前抗菌整理使用的抗菌剂外大都是从其它领域中使用成熟的品种移植过来的，可认为是经过化学品安全性审定的。但是Oeko-tex Standard 100一开始就对抗菌整理纺织品不予受理认证的，直至2003版才对抗菌整理纺织品的认证出现解冻。指出：按人类生态观点充分评估后，对人体是无害的，认为这些纤维的使用可以不受任何限制，可根据Oeko-tex Standard lO0，接受I到Ⅲ类纺织品的认证申请。而欧盟的生态标签 (Oeko确label)的新标准中规定，卫生整理中不允许含有超过0.1%的危险物质 (即欧盟 67/548/EC指令、修订版)如下：R40(有致癌性而限用)，R45(可致癌)，R46(可引起遗传性损害)、R49(可引起吸入性致癌)，R50(对水生物剧毒)，R51(对水生物有毒)，R52(对水生物有害)，R53(对水环境产生长期的不利影响)，R60(可降低生育能力)，R61(可对胎儿造成伤害)，R62(可降低生育能力)，R63(可能损害胎儿健康)，R68(可能引起多种不可逆的危害)。这些为抗菌纺织品进入环保或生态纺织品指明了要求。

(三)DC-5700是目前纺织品抗菌整理中唯一量身定制的抗菌剂，其最大成就是在阳离子季铵盐中引入可缩聚的基团[-Si（OCH₃）₃]在整理加工过程中，通过甲氧基水解，缩聚成膜或与纤维上反应性基团(如-OH)反应，从而生成不溶于水的有机硅季铵盐高分子化合物，复盖在纤维表面形成生物活性层。

(四)单一的溶出型抗菌剂长期使用，容易产生耐药性菌种，以致影响其抗菌效果。采用定期改变复配不失为一个权宜措施。

(五)应用纳米光催化抗菌剂时，为避免纤维也受到光催化而损伤，其颗粒应用耐氧化多孔膜包裹予处理是必要的。为此，进一步提高其抗菌性也是关注的问题了。自然界中天然抗菌剂的发挖是值得开发的宝藏。

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