在人类社会的发展过程中,微生物与人类的生存和健康保持着复杂而密切的关系[1],[2]。其中,细菌通过不断的繁殖和传播,对人类健康构成了持续且日益严重的威胁。由细菌引起的疾病,从常见的皮肤感染到严重的医院内交叉感染,严重影响了患者的生活质量。它们也给全球医疗系统带来了巨大的负担[3]。根据世界卫生组织的估计,每年有数千万人受到细菌感染的影响[4]。此外,耐药细菌的出现进一步加剧了这一挑战。研究表明,在未来25年内,耐抗菌药物的细菌感染可能导致全球超过3900万人死亡[5]。如果这个问题得不到解决,可能会对人类健康和社会福祉造成不可估量的损害。
细菌可以通过多种途径传播,包括空气、水和直接接触。作为日常生活中必不可少的物品,织物由于其特殊的物理结构和使用条件,已成为细菌传播的重要载体[6],[7],[8]。细菌对纺织工业的性能和安全构成了重大挑战。首先,细菌在纤维表面的繁殖会产生异味,影响佩戴者的舒适度。其次,某些微生物分泌的酶会导致纤维降解、变色和强度下降,从而缩短材料的使用寿命[9],[10]。更重要的是,织物可能成为病原体的传播媒介,特别是在医疗和公共场所,促进交叉感染。最后,细菌与汗液和皮脂的相互作用可能导致皮肤刺激、过敏或炎症[11],[12],[13]。因此,开发具有高效、持久和安全的抗菌性能的织物至关重要。
面对细菌污染的威胁,已经开发并应用了多种抗菌和杀菌方法。然而,这些方法在实际情况中存在显著局限性[14],[15]。化学消毒,如使用含氯消毒剂和酒精,是目前最常用的策略之一。虽然这些试剂可以在短时间内迅速灭活细菌,但其效果是短暂的,需要频繁重新施用以保持抗菌活性。此外,这些化学物质具有挥发性,长期使用可能会加速织物的老化和降解[16]。抗生素在治疗细菌感染方面发挥了重要作用。然而,长期和滥用抗生素导致了细菌耐药性的出现[17]。抗生素的滥用已成为全球公共卫生的一个主要挑战[18],[19]。物理杀菌方法,如紫外线照射和高温处理,不会留下化学残留物。然而,这些技术通常需要专用设备,操作成本较高,实施起来较为复杂[20]。因此,它们不适合用于日常织物的持续保护,无法满足日常生活中和工作环境中对持续抗菌性能的需求。
在这种背景下,由于抗菌织物的重要性日益增加,其在学术界和工业界逐渐成为研究焦点[21],[22],[23]。通过将抗菌活性成分有效地整合到纤维材料中,抗菌织物可以实现细菌的持续抑制和消除[24]。这些织物在接触时能够迅速发挥抗菌作用。通过实现活性成分的持续释放,这些织物表现出持久的抗菌活性,并有效减轻细菌的附着和传播。
目前,抗菌织物的研究取得了显著进展[25],[26],[27]。在抗菌剂方面,天然提取物因其良好的生物相容性而受到广泛关注[28],[29]。例如,壳聚糖及其衍生物已被广泛用于织物的抗菌改性。然而,它们的抗菌效果相对适中,耐久性有待进一步提高[30]。无机纳米材料,如银纳米颗粒,表现出优异的抗菌性能,并已得到广泛研究[31]。然而,它们的潜在细胞毒性和环境积累存在争议。合成有机化合物,包括季铵盐,也被广泛使用,尽管某些变体引发了生物安全方面的担忧[32]。光催化和刺激响应材料作为下一代抗菌剂受到了越来越多的关注。然而,这些技术仍处于开发阶段,需要进一步优化[33],[34]。混合纺丝可以确保抗菌剂的均匀分布并提高耐久性,但需要对纺丝过程进行严格控制[35]。后整理涂层方法因其操作简便和成本低廉而受到青睐。不幸的是,这些方法往往导致抗菌剂的附着效果不佳和耐久性有限[36]。化学接枝改性方法可以实现抗菌剂与纤维之间的牢固结合,显著提高抗菌持久性。然而,这种方法通常需要苛刻的反应条件,可能会对织物的机械性能产生不利影响[37]。
同时,已经发表了大量关于抗菌织物的综述[38]。然而,这些出版物在范围和深度上存在一定的局限性。一些综述仅专注于特定类型的抗菌剂,因此缺乏不同类型之间的系统比较[39],[40],[41]。其他综述主要探讨单一制备技术的发展,未能全面概述主流制造方法的优缺点[42],[43]。虽然一些综述关注抗菌织物在特定领域的应用[44],[45],但它们对多个领域应用情况的分析仍不完整。因此,现有的综述在内容系统性、全面性和前沿技术整合方面存在局限性。
因此,本综述旨在提供抗菌织物领域当前研究情况的全面和系统概述(图1)。与现有综述相比,本文综合了抗菌机制、多种类型的抗菌剂、主流制造方法以及在不同领域的应用。此外,还对其未来前景进行了批判性分析。本文具有一个综合框架,使其区别于现有文献。其主要意义在于为该领域提供更完整和有价值的理论和技术参考。