走近前沿新材料II：抗菌纤维

纤维是纺织品的原料。很多纺织品与人体密切接触，如贴身衣物、床单被套、毛巾等，这些纺织品在使用过程中会不可避免沾污细菌。由于普通纺织品无抗菌作用，会成为各种致病菌大量繁殖的“温床”，继而导致人体皮肤表面的菌群失调，影响人体健康。此外，沾污在纺织品上的细菌，在其获得营养迅速繁殖的同时，会催化代谢或分解出各种低级脂肪酸、氨和其他有刺激性臭味的挥发性化合物，加上细菌本身的分泌物和死骸的腐败气味，使纺织品还会产生各种令人厌恶的气味。因此，使纺织品具有抗菌性是有必要的。

抗菌（antibacterial）是采用化学或物理方法杀灭细菌或妨碍细菌生长繁殖及产生活性的过程。抗菌纤维包括具有天然抗菌能力的纤维和通过人为人工改性使其具有的抗菌能力的人造人工抗菌纤维。人造人工抗菌纤维是采用化学的或物理化学的方法，将具有能够抑制细菌生长的抗菌成分引入纤维的化学组成中，或者纤维的表面及内部，使纤维具有抗菌功能。其要求抗菌成分在纤维上不易脱落，通过在纤维内部扩散，保持持久的抗菌效果，从而使由其织成的纺织品具有抗菌功能。

抗菌纤维——生活中有害菌的克星

微生物是生物的一大类，在自然界中的分布极其广泛，无论土壤、水、空气、物体表面、人与动物的体表及与外界相通的腔道等处，如整个消化道、呼吸道，包括我们呼出的气体，都有微生物的存在。人体内及表皮上的微生物总数大约是人体细胞总数的十倍。微生物包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生生物、显微藻类等在内的一大类生物群体。在人体及动物体内、体表常见的微生物可分为正常微生物群和病原微生物群。绝大多数微生物对人类和动物、植物是有益的，而且有些是必需的，人类不能或者是不适宜在完全无微生物的环境中生存。只有少数微生物—--病原微生物具有致病性，引起人类和动植物的病害。

细菌是微生物的主要类群之一，是所有生物中数量多的一类，据估计，其总数约有 5×1030个（全世界的人口是5×1010）。不同种类的细菌尺寸约在0.2微米到5微米的范围内。人的肉眼的小分辨率为0.2mm（200微米），因此，观察细菌需要用光学显微镜放大几百倍到上千倍才能看到。

大部分细菌的适宜生长温度是37℃，与人的体温相同，因此人体是很多细菌的温床。以大肠杆菌为例，它是人和许多动物肠道中主要且数量多的一种细菌，主要寄生在大肠内，属正常菌群；大肠杆菌约有150多种类型，包含部分致病性大肠杆菌，虽然数量极少，但常会引起流行性婴儿腹泄和成人肋膜炎。除大肠杆菌外，一些细菌还能成为病原体，导致破伤风、伤寒、肺炎、肺结核，对人类健康产生不利的影响，所以抑制这些有害细菌的繁殖或把它们杀死是很有必要的。抗菌的作用是在极大程度上减少有害细菌等病原微生物在物品表面的滋生繁殖，从而诱发机体感染。但是抗菌也需要注意适度，人类与微生物是和谐共存的，人类不能或者是不适宜在完全无菌的环境中生存，杀灭有害菌的同时，往往也会杀灭有益菌。因此，在有必要的地方实施必要的抗菌即可。

与生俱来的天然抗菌纤维

具有抗菌功能的天然纤维，有甲壳素纤维、壳聚糖纤维、麻纤维和竹纤维等。

甲壳素与壳聚糖纤维。甲壳素是一种天然高分子材料，又称甲壳质、几丁质，广泛存在于低等植物菌类、藻类的细胞，节肢动物虾、蟹、蝇蛆和昆虫的外壳，贝类、软体动物的外壳和软骨，高等植物的细胞壁中。壳聚糖是甲壳素在碱性条件下加热后脱去N-乙酰基后生成的。甲壳素和壳聚糖是自然界中少见的一种带正电荷的碱性多糖。甲壳素和壳聚糖的抑菌性主要来源于分子链上带正电荷的氨基。一般细菌的细胞常带有负电荷，带正电的基团与细菌蛋白质结合后使其改性并使细菌被絮凝、聚沉，从而抑制其繁殖能力，因此壳聚糖抑菌能力受其游离氨基数的影响。甲壳素或壳聚糖经湿法纺丝后制得的纤维对大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌、乳酸杆菌等常见菌种具有很好的抑菌作用。

麻纤维。麻纤维指是从各种麻类植物取得的纤维，包括一年生或多年生的草本双子叶植物皮层的韧皮纤维和单子叶植物的叶纤维，如苎麻、大麻、亚麻、罗布麻等，它们都具有天然抗菌和抑菌防臭功能，属于天然的绿色环保纤维。麻纤维的抗菌抑菌作用主要通过两种方式。一种方式是由于麻纤维内部独特的中空孔腔结构，不仅富含氧气，抑制了厌氧菌的生长，而且由于毛细管作用使纤维具有吸湿快干的功能，破坏了细菌赖以生长的潮湿环境。另一种方式是麻纤维中的抗菌化学成份如麻甾醇等有益物质，它可以通过阻碍霉菌代谢作用和生理活动，破坏菌体结构，终导致微生物的生长繁殖被抑制，使菌体死亡。

竹纤维。按照选材及加工工艺的不同，竹纤维可分为竹原纤维和竹浆纤维。竹原纤维又称天然竹纤维或者原生竹纤维，是采用物理方法，利用纯天然物质的浸出液，通过浸、煮、软化等多道工序，去除木质素及杂质后制成的。竹原纤维表面有竹节，截面呈椭圆形，有环状中腔，手感和光泽接近于麻纤维，具有良好的透气性、吸湿性和天然抗菌性。竹浆纤维又称再生竹黏纤维，它是采用化学的方法，用碱法水解及分段精漂工艺制成的。竹浆纤维虽属再生纤维，但是同样具有天然纤维的某些特性，具有良好的吸湿性、透气性，且染色性能优良。竹纤维的抗菌性是因为纤维中含有的天然抗菌成份“竹醌”，醌是含有共轭环己二烯二酮或环己二烯二亚甲基结构的一类有机化合物的总称。我们生活中大部分细菌都是阴性的，而竹纤维当中的醌是阳性的，当它们相遇时就会产生阴阳相克，醌还能破坏细菌的细胞壁，使细菌的生存能力减弱，从而减少细菌的数量。

魔法变身的“人造工”抗菌纤维

 抗菌纤维中另一大类是人造工抗菌纤维，也就是说这些纤维本身没有抗菌性，需要人为通过化学或物理的方法增加抗菌组分，然后“魔法变身”，用不同的加工方法使其成为具有抗菌功能的纤维。人造人工抗菌纤维的“变身魔法”有化学改性法、共混改性法和后整理法等。

化学改性法：通过化学方法在高分子分子结构中引入抗菌功能基团/组分，如胺基、季铵盐、银离子等，可以是在纤维加工用的高分子原料制备时，在纤维加工的过程中，或者对成品纤维进行化学处理。该方法的优点是产品抗菌效果好、耐久性好、安全性高，缺点是可供选择的抗菌基团种类有限，反应条件严格。

共混改性法。主要是针对一些没有反应性侧基的纤维如涤纶、锦纶、丙纶等，在纤维加工用的高分子原料聚合阶段或常规纺丝方法（溶液纺丝、熔融纺丝）的纺丝流体（溶液、熔体）中，将抗菌剂引入而制得抗菌纤维。该方法一直是开发功能性纤维的主要手段，其优点是能够将抗菌剂按照设计需要分布在纤维中，所制得的纤维抗菌性能稳定、持久。但此法所采用的抗菌剂一般需耐高温，与聚合物的相容性要好，分散性要符合纺丝工艺的要求。

功能后整理法 。是采用抗菌液对纤维或者纺织品进行浸渍、浸轧或涂覆处理，通过高温焙烘或其它方法将抗菌剂物理固定在纤维上的方法。后整理法不需大的设备投资，加工方便，可选择的抗菌剂范围广泛，可以处理各类纤维/纺织品，特别是天然纤维/纺织品。但该方法所制得的抗菌纤维往往较难耐洗涤，抗菌持久性差。

“人造”抗菌纤维的核心--抗菌剂

化学抗菌纤维核心的便是抗菌剂了，它可是抗菌纤维的小心脏。目前加工抗菌纤维所用的抗菌剂主要有无机、有机和天然三类。

无机抗菌剂。具有安全性高、不产生耐药性等特点，特别是其优异的耐热性和化学稳定性，在纤维、塑料、陶瓷、涂料领域已得到广泛应用。无机抗菌剂常用的金属离子主要是银、铜和锌。无机抗菌剂的作用机理是“金属离子接触反应”：当带有正电荷的微量金属离子接触到微生物的带负电的细胞膜时，发生库仑引力作用，金属离子穿透细胞膜进入细菌体内与细菌内蛋白质上的巯基、氨基发生反应，破坏细胞蛋白质，造成微生物死亡或丧失分裂增殖能力。无机抗菌剂中的颗粒尺寸小到纳米级时，具有高效抗菌性、抗菌谱广等优点，具有很大的发展应用空间。

有机抗菌剂。有机抗菌剂具有杀菌力强、效果迅速、来源广泛、价格便宜等优点。常用的有季铵盐类、卤化物类、异噻唑类、二苯醚类、有机金属和有机氮类化合物等。其作用主要是与细菌或霉菌的细胞膜的阴离子结合，或与巯基反应，破坏蛋白质和细胞膜的合成系统，从而抑制细菌或霉菌的繁殖，起到杀菌、抑菌、防霉等作用。但它的缺点是有毒性、安全性和耐热性较差、易产生微生物耐药性等。

天然抗菌剂 。天然抗菌剂来源于自然界，资源极其丰富，主要有壳聚糖、鱼精蛋白、桂皮柏和罗汉柏油等，大都是从动、植物中提炼精制而成的。具有对气候适应性强、毒性低、使用安全等优点。天然抗菌剂的缺点是耐热性差、药效持续时间短、使用寿命短且受生产条件的制约。

人类健康离不开抗菌纤维

抗菌纤维是一种重要的功能材料，可以提高人们的卫生保健水平，降低公共环境交叉感染。国内外抗菌卫生纺织品的应用范围日益广泛，在纺织品中所占比例也逐渐增大，常见的有：

抗菌医护用品。用抗菌纤维/织物制成手术服、医用缝合线、绷带、纱布、口罩、拖鞋、护士服、病员服等，可以大大减少医院的感染风险。

抗菌家用纺织品。各种家用纺织品如床单、被罩、毛巾、手套、抹布、地毯、布玩具等，也开始使用抗菌织物。用抗菌织物制成的床单、被罩能有效抑制和灭杀多种致病菌，对多种湿疹、皮炎、褥疮、去除汗臭及预防交叉感染等具有特殊作用。

多用途抗菌纺织品。帐篷、广告布、遮阳布、过滤布、各类军用布、绳带、布袋；食品、制药行业的覆盖布、工作服也已开始使用抗菌织物。如使用抗菌织物制成的过滤介质，可以使一些物质经过滤后细菌不增加、不繁殖，甚至减少；抗菌纤维增强水泥制成的抗菌混凝土，常用于医院病房、动物园围墙等细菌较多且容易繁殖的地方。汽车、船舶、飞机等室内抗菌装饰布，可获得良好的抗菌效果。抗菌纤维将以它得天独厚的优势造福于全人类！