可规模化抗菌空气滤材的开发：聚丙烯/玫瑰红熔喷非织造布的制备与性能研究

针对传统口罩仅依赖物理过滤、缺乏抗菌功能的局限性，研究人员通过将光敏剂玫瑰红(RB)与聚丙烯(PP)结合，开发出具有高效抗菌性能(>99%)的熔喷非织造滤材。系统研究了加工温度对纤维形态(直径12.96-20.26μm)、过滤效率(PFE 48-63%)和抗菌性能的影响，为开发长效抗菌个人防护装备(PPE)提供了新思路。

　　

在COVID-19大流行暴露传统口罩局限性的背景下，全球对兼具高效过滤和主动抗菌功能的防护材料需求迫切。现有外科口罩主要依赖静电吸附过滤，但其电荷会在数小时内消散，且缺乏灭活病原体的能力。更棘手的是，潮湿环境会加速电荷流失，而银纳米粒子等传统抗菌剂存在成本高、环境毒性等问题。这些缺陷促使科学家探索新型抗菌过滤材料，其中光动力抗菌技术因其高效、安全的特点备受关注。

加拿大滑铁卢大学的研究团队创新性地将医用光敏剂玫瑰红(Rose Bengal, RB)与聚丙烯(Polypropylene, PP)结合，通过熔喷工艺开发出具有光激活抗菌功能的非织造滤材。研究发现，当加工温度控制在210-220°C时，所得材料对革兰氏阳性菌的杀灭效率超过99%，同时保持63%的颗粒过滤效率(PFE)。这项突破性成果发表于环境科学领域权威期刊《Chemosphere》，为开发下一代长效抗菌防护装备提供了重要技术路径。

研究采用熔喷挤出系统制备PP/RB复合材料，通过平行板流变仪和熔体流动指数(MFI)测试分析材料加工性能；利用热重分析(TGA)和差示扫描量热法(DSC)表征热稳定性；采用扫描电镜(SEM)观察纤维形态；通过颗粒过滤效率(PFE)和压力降(Δp)测试评估过滤性能；最后采用动态摇瓶法和静态接触法检测对大肠杆菌(E. coli)和枯草芽孢杆菌(B. subtilis)的抗菌效果。

在纤维形态方面，SEM显示纯PP纤维平均直径4.36μm，而PP/RB复合材料因粘度增加导致纤维直径增大至12.96-20.26μm。EDX mapping证实RB成功掺入纤维基质，220°C处理的样品显示出最优的氧元素分布，对应最佳的抗菌活性。热分析显示PP/RB复合材料起始分解温度比纯PP提高20°C，但240°C处理的样品因RB降解导致性能下降。

过滤性能测试揭示出关键平衡关系：纯PP样品具有最高PFE(75%)，但添加RB后效率降至48-63%。值得注意的是，PP/RB@220°C样品虽然PFE较低(48%)，但其抗菌性能最佳，且压力降(8.5 mmH₂
O)显示更好的透气性。通过计算过滤品质因子(FQF)，发现纯PP为0.0091，而PP/RB@220°C为0.0075，表明需要在过滤效率和抗菌功能间取得平衡。

抗菌实验结果令人振奋：动态摇瓶测试显示PP/RB@210°C和220°C样品对B. subtilis的杀菌率>99%，静态接触试验进一步验证了这一结果。作用机制研究表明，RB通过II型光动力机制产生活性氧(ROS)，其疏水性和阴离子特性更易穿透革兰氏阳性菌的肽聚糖层。但对E. coli的效果稍弱，这与革兰氏阴性菌外膜渗透屏障有关。

该研究证实，通过精确控制熔喷温度(210-220°C)，可制备出兼具良好过滤性能和高效抗菌功能的PP/RB非织造材料。这种材料突破传统口罩仅能物理过滤的局限，通过光激活机制实现病原体灭活，且RB作为FDA批准药物具有良好生物安全性。特别值得关注的是，该方法与现有熔喷生产线兼容，具备规模化生产潜力，对应对未来流行病和医院感染控制具有重要价值。研究同时指出，未来需要优化RB的固定化技术以减少浸出，并探索对革兰氏阴性菌更有效的改性策略。