泡沫洗手液抗病毒功效大揭秘：揉搓时间、配方与病毒类型的关键影响

这篇研究聚焦泡沫洗手液对包膜和非包膜病毒的灭活效果。通过体内实验，发现其功效受产品配方、揉搓时间和病毒类型影响。建议制造商关注整体配方，人们使用时应揉搓至干以最大程度减少病毒。对防控传染病有重要意义。

　　

摘要

有效的手卫生，如洗手和使用洗手液，对减少通过手传播的传染病至关重要。洗手的效果已有充分记录，但泡沫型洗手液的功效研究相对较少。本研究使用噬菌体 Φ6 和噬菌体 MS2 分别作为包膜和非包膜病毒的替代物，测试了五种市售泡沫洗手液（四种含酒精，一种不含酒精）的抗病毒效果。结果显示，病毒替代物的数量显著减少（P ≤ 0.05），Φ6 比 MS2 更易被灭活，log 减少值分别为 2.83 ± 1.98 和 0.50 ± 0.53。虽然剂量体积对 log 减少值影响不显著（P = 0.31），但揉搓时间有显著影响（P ≤ 0.05），揉搓至干（2.69 ± 2.06）比典型的 10 秒揉搓（0.65 ± 0.75）的 log 减少值更高。这表明市售泡沫洗手液的功效取决于揉搓时间和整体产品配方，而非仅取决于活性成分浓度。

重要性

人类的手是病毒性疾病传播的关键因素，正确的手卫生被视为预防此类疾病传播的黄金标准。本研究考察了使用泡沫型洗手液这种手卫生技术对手上包膜和非包膜病毒替代物的灭活效果。病毒类型、揉搓时间、产品使用量和产品配方等因素会显著影响洗手液的功效。研究在人类手掌表面进行，真实模拟了现实条件，为未来优化洗手液使用、最大程度减少手上传染性病毒病原体提供了有价值的依据。

引言

有效的手卫生是减少病原体在人与人、人与物体表面传播的关键步骤。美国疾病控制与预防中心（CDC）指出，手卫生是指清洁双手，大幅减少手上可能存在的有害微生物。这可以通过用肥皂在流水下洗手或使用洗手液来实现。洗手已被多次证明能有效减少手上的病原体数量。当手明显脏污或油腻时，洗手是首选的手卫生方式；但在没有肥皂和水的情况下，CDC 和世界卫生组织（WHO）都推荐使用洗手液作为替代方式。

然而，尽管关于手卫生技术控制病原体的功效有很多研究，尤其是洗手方面，但对于市售洗手液的功效了解相对较少，特别是随着配方和形式的不断演变。CDC 建议酒精类洗手液（ABHS）的酒精含量至少为 60%，WHO 则推荐 80% 乙醇或 75%（体积 / 体积）异丙醇。虽然以前的研究大多认为活性成分浓度是洗手液功效的关键因素，但近期研究表明，洗手液的功效可能并非仅取决于活性成分浓度，而是整体产品配方。

在接触率高的环境中，如儿童保育中心、食品场所、公共交通和健身房，受污染的表面和手在病原体传播中起关键作用。包膜病毒（如流感病毒和冠状病毒，包括严重急性呼吸综合征冠状病毒 2 型（SARS-CoV-2））和非包膜病毒（如人类诺如病毒（HuNoV））都可能通过受污染的表面传播。手部常接触眼睛、嘴巴和鼻子等病原体进入人体的部位，凸显了有效手卫生在控制胃肠道和呼吸道感染等疾病传播中的重要性。

之前研究表明，洗手液的功效受多种因素影响，包括活性成分浓度、接触 / 揉搓时间、剂量体积和整体配方。但许多研究存在局限性，如缺乏在相似测试条件下对不同揉搓时间和剂量体积对包膜和非包膜病毒灭活效果的直接比较。研究方法的差异也使得比较不同病毒类型的功效结果变得困难。此外，过去的研究常关注实验室溶液中的活性成分浓度，而非市售洗手液配方。并且，关于泡沫洗手液抗病毒功效的数据有限，多数研究在悬浮液中进行，体内研究主要在指尖进行，与整只手的实际使用情况相比，代表性不足。

本研究旨在填补这些空白，通过使用噬菌体 Φ6 和 MS2 作为替代物，比较五种泡沫型洗手液对手上包膜和非包膜病毒的灭活效果。具体评估剂量体积、揉搓时间和整体配方对含酒精洗手液（ABHS）和非酒精洗手液（NABHS）功效的影响。Φ6 因之前在手部相关研究中的应用和前人研究建议，被选作包膜病毒的替代物；MS2 则是研究非包膜病毒的常用替代物。研究结果将为有效控制传染病传播的洗手液使用策略提供有价值的见解。

材料与方法

1. 志愿者招募：30 名年龄≥18 岁的志愿者同意参与这项体内手卫生功效研究。所有志愿者均无皮肤病或明显损伤，如皮炎、开放性伤口、割伤、烧伤、倒刺或其他已知的手部疾病。该研究方案经阿肯色大学机构审查委员会批准（协议编号：2009287687R002）。根据美国材料与试验协会（ASTM）E2011 - 21 标准并加以修改，研究了五种市售洗手液（一种 NABHS 和四种 ABHS）对包膜和非包膜病毒替代物的功效。
2. 噬菌体繁殖与定量：噬菌体 Φ6（HER102，购自加拿大魁北克拉瓦尔大学的 Sylvain Moineau 博士）和 MS2（美国典型培养物保藏中心（ATCC）15597 - B1）分别作为包膜和非包膜病毒的替代物。使用先前描述的方法，以丁香假单胞菌菜豆致病变种（Pseudomonas syringae pathovar phaseolicola，Pph；HER1102）为宿主在溶原性琼脂 / 肉汤（LC；10 g/L NaCl，10 g/L 胰蛋白胨，5 g/L 酵母提取物，pH 7.5）中繁殖 Φ6；以大肠杆菌 C3000（ATCC 15597）为宿主在胰蛋白胨大豆肉汤 / 琼脂（TSB/TSA；30 g/L TSB）中繁殖 MS2。通过双琼脂覆盖（DAL）法繁殖噬菌体，将培养物与噬菌体混合后倒在相应平板上培养，收获裂解的宿主细胞，离心过滤后储存。噬菌体定量通过系列稀释和 DAL 法进行。
3. 有机物和病毒鸡尾酒制备：按照 ASTM E2011 - 21 指南制备 ASTM 三方有机物溶液作为有机物（OM）来源。将酵母提取物、牛血清白蛋白（BSA）和牛粘蛋白分别溶解过滤后混合。制备包含 Φ6 和 MS2 的病毒鸡尾酒，使其终浓度为 8 log 噬菌斑形成单位（PFU）/mL，并加入三方溶液，三方储备液储存于 4°C。
4. 志愿者手部准备：志愿者按先前描述的方法洗手，先用非抗菌肥皂（Equate 洗手液，沃尔玛公司）在流水下洗 60 秒（30 秒用肥皂洗，30 秒用水冲洗），然后用纸巾彻底擦干。再用约 5 mL 80% 乙醇涂抹双手并揉搓至干，接着用约 200 mL 无菌去离子水冲洗并擦干，期间避免接触其他表面。
5. 手部接种和洗手液处理：根据 ASTM E2011 - 21 标准并修改后进行手部接种。将 1 mL 病毒鸡尾酒悬液（每种病毒约 8 log PFU/mL，含 ASTM 三方有机物）接种到志愿者左手掌心，用右手将接种物在双手掌面涂抹 10 秒，避免污染手背和接种物滴落。接种后，用自动分配器（Alpine 洗手液分配器，Alpine Industries Inc.）将 1 单位（3 mL 泡沫，约相当于 0.4 mL 液体）或 2 单位（6 mL 泡沫，约相当于 0.8 mL 液体）的泡沫洗手液分配到左手掌心，再用右手将洗手液在双手掌面涂抹 10 ± 1 秒或直至干燥（时间范围为 2.12 分钟至 6.42 分钟），之后按 “病毒回收” 部分描述回收手上剩余病毒。10 ± 1 秒的揉搓时间是基于初步研究中用户涂抹洗手液的平均时间确定的。
6. 病毒回收和定量：基于 ASTM E1838 - 17 标准并修改后进行病毒回收。洗手液处理后，志愿者将双手掌心压在装有 3.5 mL D/E 中和肉汤和 66.5 mL LC 肉汤（1:20）的无菌培养皿底部，持续揉搓 1 分钟 ± 5 秒。回收后，用 70% 乙醇喷洒双手并揉搓，然后用普通肥皂和水彻底洗手并擦干。将回收的洗脱液转移到无菌容器中，用 DAL 法测定回收病毒的浓度。通过系列稀释和与宿主菌混合培养，根据噬菌斑数量确定病毒浓度，同时设置宿主、病毒和肉汤对照。
7. 中和剂有效性 / 毒性：在从手部回收噬菌体时进行测试产品的中和，按照 ASTM E1054 - 22 标准测定中和剂有效性和细胞毒性。将噬菌体鸡尾酒加入中和剂 - LC 肉汤混合物中，分别加入洗手液产品或 1× PBS 进行中和剂有效性和细胞毒性测试，同时设置对照。结果显示，对于 Φ6（P = 0.75）和 MS2（P = 0.19），中和剂有效性、细胞毒性和对照之间无显著差异，各洗手液之间也有类似结果。
8. 统计分析：使用 R 统计软件版本 4.2.2 进行所有统计分析。开发广义线性混合效应模型（“Gamma” 族和 “log” 链接）评估固定因素（病毒类型、产品、剂量体积、揉搓时间）水平之间的统计显著性，估计随机因素（志愿者）的方差，并确定变量之间的显著双向交互作用。为使 Gamma 分布与 log 链接能处理数据，给所有 log 减少值加 0.5。通过 Shapiro - Wilk 和 Breusch - Pagan 检验分别检查模型的正态性和方差齐性假设，结果表明假设均满足（正态性P = 0.16，方差齐性P = 0.98）。使用广义线性混合效应模型的 3 型方差分析检测P ≤ 0.05 的统计显著性。志愿者随机分配到洗手液产品和剂量体积组，在不同日期接受两种揉搓时间处理，间隔至少 1 周且顺序随机。所有实验单位重复三次。通过 DAL 法测定接种物悬液中的病毒量，计算预期回收量，将噬菌斑形成单位值转换为 log₁₀ PFU/mL 进行后续分析。处理值为洗手液处理后回收的病毒量，log 减少值（响应因子）通过处理值与对照值的差值计算。所有负 log 减少值（n = 11；范围为 [-0.2 至 - 0.02]）设为 0，表示无 log 减少或产品无效；未检测到 PFU 的处理重复，赋值为 1 PFU/mL 进行 log 转换计算 log 减少值。洗手液产品对 Φ6 和 MS2 在所有处理组合下的功效百分比见补充材料。

结果与讨论

先前研究常关注洗手液活性成分浓度与减少感染性病毒颗粒功效的关系，但本研究中，测试的泡沫洗手液对包膜和非包膜噬菌体的功效与活性成分浓度增加并无关联，这与之前部分研究结果一致。这表明泡沫洗手液的功效部分受整体配方影响，包括非活性成分。

例如，在所有因素水平下，产品 D（70%（体积 / 体积）乙醇）的平均 log 减少值最高，为 2.06 ± 2.22，其次是产品 B（0.13% 苯扎氯铵（BZK））、C（70%（体积 / 体积）乙醇）、E（85%（重量 / 重量）乙醇）和 A（62%（体积 / 体积）乙醇）。虽然产品 D 的 log 减少值最高，但与产品 B、C 和 E 的功效相当。产品 E 与产品 B、C、D 以及 log 减少值最低的产品 A 的 log 减少值也相当。之前也有研究观察到类似现象，即活性成分浓度相似的产品，其对病毒的减少效果有显著差异；而活性成分浓度不同的产品，效果却无明显差异。这都强调了整体产品配方对手部消毒液功效的影响。

尽管早期研究多关注活性成分浓度，但也有研究表明 BZK 类洗手液在某些情况下对非包膜病毒的效果优于乙醇类产品。在本研究中，含 0.13% BZK 的洗手液对两种噬菌体的 log 减少值显著高于产品 A（62%（体积 / 体积）乙醇），且与产品 C、D（均含 70%（体积 / 体积）乙醇）和 E（85%（重量 / 重量）乙醇）相当。

除活性成分浓度和产品配方外，接触 / 揉搓时间和产品剂量体积也可能影响病毒灭活效果。多数相关研究为体外研究，体内研究主要在指尖进行。本研究在手上考察了这些因素对泡沫洗手液功效的影响。非包膜病毒因其蛋白质衣壳稳定性高，通常对化学消毒剂更具抗性。本研究观察到，包膜病毒替代物噬菌体 Φ6 的平均 log 减少值（2.83 ± 1.98）显著高于非包膜病毒替代物噬菌体 MS2（0.5 ± 0.53），这与之前关于乙醇对包膜和非包膜病毒功效的研究结果一致。

接触时间对病毒灭活至关重要，通常洗手液与病毒接触时间越长，病毒灭活效果越好。在本研究中，涂抹洗手液后揉搓至干（2.12 分钟至 6.42 分钟）比揉搓 10 秒的效果更好，10 秒揉搓的 log 减少值（0.65 ± 0.75）显著低于揉搓至干（2.69 ± 2.06）。对于剂量体积，3 mL（1.66 ± 1.89）和 6 mL（1.67 ± 1.84）的 log 减少值无显著差异（P = 0.31）。

进一步比较噬菌体对不同因素的敏感性发现，产品对 Φ6 的 log 减少值有显著差异（P ≤ 0.05），对 MS2 则无（P = 0.13）。揉搓时间对 Φ6 和 MS2 均有显著影响，揉搓至干的 log 减少值显著高于 10 秒揉搓（MS2：0.93 ± 0.42 vs 0.07 ± 0.1；Φ6：4.45 ± 1.44 vs 1.22 ± 0.68），且 Φ6 的 log 减少值始终高于 MS2。剂量体积对 Φ6（P = 0.07）和 MS2（P = 0.55）的 log 减少值影响不显著。

对于 MS2，产品与体积、产品与揉搓时间、体积与揉搓时间之间存在显著双向交互作用（P ≤ 0.05），表明每种产品的 log 减少值取决于剂量体积和揉搓时间。虽然剂量体积单独作用时差异不显著，但 3 mL 剂量的 log 减少值高于 6 mL，且在揉搓至干时，3 mL 剂量的 log 减少值显著高于 6 mL。

对于 Φ6，产品与揉搓时间、体积与揉搓时间之间存在显著交互作用（P ≤ 0.05），表明产品功效取决于揉搓时间和剂量体积。在 10 秒和揉搓至干两种情况下，产品 A 的 log 减少值最低，但在 10 秒揉搓时，其功效与产品 E 相当；揉搓至干时，与产品 B、C 和 E 相当。在 10 秒揉搓时，6 mL 剂量的 log 减少值显著高于 3 mL（P ≤ 0.05），而揉搓至干时无显著差异（P = 0.97）。

本研究虽贴近现实场景，但存在一定局限性。尽管采取措施仅在手掌表面接种，但手背污染和液体滴落可能影响病毒定量，虽发现问题后会重复操作确保接种一致，但仍有潜在影响。未来研究可考虑使用更小的接种体积以适应手掌较小的志愿者。此外，干燥可能影响病毒定量，尤其是在揉搓至干的情况下，未来研究应关注干燥对病毒灭活的影响。手部特征如手掌大小和皮肤纹理可能影响揉搓时间或接种物溢出，虽已控制接种物溢出，但仍可能存在影响。通过广义线性混合效应模型估计志愿者个体差异对结果的影响，发现约 15% 的病毒 log 减少值变化是由个体差异引起的，表明志愿者特征对结果有一定程度的随机影响。

总体而言，本研究结果表明，泡沫洗手液对病毒的功效受产品配方、揉搓时间和病毒类型影响。制造商应关注整体配方，而非仅关注活性成分浓度，因为后者不能完全决定抗病毒活性。包膜病毒比非包膜病毒更易被灭活。为最大程度减少病毒，使用泡沫洗手液时应揉搓至干。本研究在手掌表面进行测试，更贴近现实场景，首次在体内比较研究了揉搓时间、剂量体积和配方对泡沫洗手液抗包膜和非包膜病毒替代物功效的影响。

致谢

感谢 Sahaana Chandran、Gayatri Dhulappanavar 和 Eric Nuertey 对本研究的协助，也感谢 Anna Rechtin 在实验准备阶段的实验室帮助。本项目得到美国农业部（USDA）国家食品与农业研究所农业和食品研究计划竞争性资助（编号：2020 - 67017 - 32427），以及美国农业部国家食品与农业研究所（NIFA）哈奇法案资助。本研究的概念构思、方法设计由 F.T. 和 K.E.G. 完成；正式分析和调查由 F.T. 进行；初稿撰写由 F.T. 负责；审核和编辑由 F.T. 和 K.E.G. 共同完成；资金获取、资源提供和监督由 K.E.G. 承担。