В данной работе отобрано 7 исследований, официально опубликованных в 2021–2024 годах, в которых участвовали команды из Китая, Южной Кореи, Таиланда, а также международные исследовательские группы. Обзор охватывает исследования материалов и их лабораторных функциональных свойств, включая микробиологические испытания; отобранные работы не представляют собой доказательств на людях, способных снизить риск клинической инфекции или инфекции у реальных пациентов.
01Каково необходимое сочетание функций для медицинских гигиенических материалов?
Гигиенические материалы не предназначены для единственной цели. Фильтрующий слой средств защиты органов дыхания должен улавливать частицы, сохраняя при этом воздушный поток; материалы, контактирующие с кожей или областями вокруг ран, требуют особого внимания к перемещению жидкости, гибкости и совместимости; при добавлении антибактериальных компонентов также необходимо знать, при каких условиях контакта они проявляют действие. Эти вопросы можно изучать в рамках одной волоконной системы, однако их следует оценивать по отдельности.1,2,3,4,5,6,7
| Вход для применения | Вопросы, которые можно обсудить относительно роли электроформованного слоя | Вопросы, которые следует прояснить в первую очередь |
|---|---|---|
| Защитные и воздухофильтрующие материалы | Тонкослойное улавливание частиц, многоступенчатая структура или функциональная поверхность | Объекты фильтрации, скорость потока, сопротивление и влажность 1,2,3,4,7 |
| Антибактериальные волоконные поверхности | Нанесение, закрепление или поверхностное осаждение функциональных компонентов | Испытуемые штаммы бактерий, время контакта и стабильность компонентов 2,3,4,6 |
| Материалы для ухода и управления жидкостями | Создание разницы во смачивании между сторонами и путей перемещения жидкости | Лицевая и обратная стороны, обратный просачивание, прочность во влажном состоянии и контактная совместимость 5 |
Для новых проектов обычно полезнее сначала указать, что именно необходимо блокировать, что должно проходить, а какая сторона материала будет контактировать с пользователем, чем заранее определять конкретную нанодобавку. Полное изделие также включает опорные слои, соединения и конструктивные элементы, поэтому результаты отдельной электроформованной мембраны представляют собой лишь часть общей картины.
02Как электроформование изменяет структуру фильтрации и поверхности?
Диаметр волокон, пористость, поверхностная плотность и межслойное сочетание совместно влияют на пути прохождения воздушного потока и частиц. Комбинирование более тонких волокон с опорными волокнами позволяет раздельно выполнять задачи улавливания и поддержки; добавление функциональных компонентов путём поверхностного осаждения или смешивания дополнительно изменяет смачиваемость, заряд и поведение при контакте с микроорганизмами.1,2,3,4
При проектировании конструкции необходимо совместно учитывать компромиссы: увеличение количества осаждённых волокон может повысить улавливание, но также увеличить перепад давления; покрытие поверхности увеличивает число контактных точек, однако может изменять пористость и долговечность. Поэтому ни чёткое изображение волокон, ни одно числовое значение эффективности фильтрации не могут в одиночку подтвердить пригодность образца для предполагаемого применения.1,2,3
03Исследование многоскалярных волоконных фильтрующих мембран и безигольного изготовления
PLA Многоскалярная волокнистая структура
В исследовании, опубликованном в 2022 году, Wang и соавторы объединили тонкомасштабные волокна PLA с более открытой волокнистой опорной сеткой для изучения взаимосвязи между поверхностной плотностью, пористостью и сопротивлением воздушному потоку, а также провели фильтрацию частиц и наблюдение за деградацией в определённых условиях. Эта работа показывает, что проектирование фильтрующего слоя может осуществляться путём разделения функций между волокнами разных масштабов, а не только за счёт увеличения толщины мембраны.1
В испытаниях по фильтрации частиц использовались установленные экспериментальные условия, поэтому на основе этих данных нельзя напрямую делать выводы о прилегании готовой маски, защите от брызг жидкости или клинической защитной эффективности. Испытания на деградацию также проводились в заданных средах и условиях; обозначение материала как разлагаемого не означает, что в любой среде при использовании или утилизации он будет разрушаться с той же скоростью.1
Расслоение ацетилцеллюлозы и кватернизированного хитозана
В 2023 году Yan и соавторы применили смешанное безигольное формование, объединив опорный слой из ацетилцеллюлозы с функциональным слоем кватернизированного хитозана для изучения структуры волоконных агрегатов, фильтрации частиц, сопротивления воздушному потоку и антибактериального действия in vitro. Работа связывает два вида формования со слоистыми материалами, предоставляя технологический пример для проектов, направленных на создание многофункциональных волоконных слоёв на непрерывной подложке.3
04Исследования антибактериального и противовирусного действия требуют указания объектов воздействия
Поверхностное осаждение серебряных нанопроволок и биоаэрозоли
В 2021 году корейские исследователи Park сначала изготовили электроформованные волокна PAN, а затем осадили на них серебряные нанопроволоки методом электростатического распыления. В исследовании отдельно оценивались фильтрация тестовых бактерий и частиц фага MS2, а также изменения активности микроорганизмов после улавливания. Важной особенностью является раздельное измерение «отфильтрованных» частиц и снижения их активности; результаты MS2 нельзя напрямую применять ко всем испытаниям с вирусами человека.2
Фоточувствительные композитные волокна должны соответствовать условиям освещения
В 2022 году Chen и соавторы ввели растительные экстракты, серебро и легированный серебром нитрид углерода в волокна PAN для изучения фильтрации частиц, антибактериального действия при различных условиях освещения, а также провели испытания in vitro на активность против вируса гриппа H3N2. В статье также представлено молекулярное докинг-исследование белка, связанного с COVID-19; эта часть относится к расчётному анализу и не может быть сформулирована как завершённая проверка инактивации коронавируса.4
Такие исследования побуждают разработчиков включать условия активации функциональности в целевые характеристики материала. Если антибактериальное действие зависит от освещения, необходимо проверить, соответствуют ли источник света, время контакта и влажность предполагаемым условиям использования; нельзя напрямую описывать результаты, полученные при лабораторном освещении, как непрерывно происходящее действие при повседневном ношении.4
Расширение от испытаний с частицами до различных биоаэрозолей
В 2021 году тайские исследователи Saikaew и Intasanta изучали многофункциональные волокнистые фильтрующие материалы, отдельно представив лабораторную оценку фильтрации мелких частиц и биоаэрозолей, а также воздействия на различные микроорганизмы, включая испытания, связанные с микобактериями. Это показывает, что для фильтрующих материалов, предназначенных для санитарного применения, можно сформировать многокритериальную оценку по чётко определённым объектам; однако такие испытания по-прежнему не заменяют исследование риска заражения в реальной популяции пользователей.7
05Комбинация одностороннего отвода жидкости и антибактериальных свойств в материалах для ухода
В 2022 году Li и соавторы объединили гидрофобный слой TPU со слоем гидрофильного производного хитозана PVA/, изготовив волокнистую мембрану Janus с различными свойствами на разных сторонах. В исследовании оценивались односторонний отвод жидкости, растяжимость, антибактериальное действие in vitro и биосовместимость с клетками, а также изучалась структура материала, обеспечивающая перемещение жидкости по заданному направлению.5
Для разработчиков уходовых слоёв, комплектующих материалов для перевязочных средств и аналогичных изделий ценность данной работы заключается в совместном рассмотрении отвода жидкости, мягкости и межслойной адгезии. Отвод жидкости — это не синоним впитывания: материал также должен сохранять заданную траекторию перемещения при многократном контакте с жидкостью, сжатии и изгибе. Статья представляет данные по материалу и результаты in vitro; на основе показателя одностороннего отвода жидкости нельзя напрямую делать выводы об уменьшении раздражения кожи или снижении риска инфекции.5
06Исследование функциональных наполнителей: как понимать область применимости результатов
В 2024 году Deng и соавторы создали композитный компонент из ZIF-8 и хитозана, а затем добавили его в электроформованную мембрану PLA для изучения фильтрации частиц, контакта с бактериями и изменений в водной и почвенной средах. В исследовании одновременно рассматривались поверхностная функциональность и поведение материала после использования, что указывает на возможность одновременного влияния добавок на несколько свойств.6
Однако антибактериальная эффективность в определённых условиях культивирования не доказывает пригодность материала для контакта с кожей или использования вблизи дыхательных путей. Фиксацию, выделение и отслоение функциональных наполнителей следует оценивать с учётом места применения. Для мембран, содержащих серебро или другие неорганические компоненты, функциональные характеристики и стабильность компонентов особенно важно рассматривать как связанные, но независимые вопросы.2,4,6
Представленные в данной статье исследования материалов помогают ответить на вопрос «как формируется фильтрующая или антибактериальная функция», но пока не отвечают на вопрос, насколько готовое изделие может снизить риск инфекции в условиях медицинского обслуживания. Чёткое разграничение этапов исследований, напротив, облегчает построение пути от отбора материалов до проверки готового продукта и позволяет избежать возложения на отдельный тест выводов, которые он не может обеспечить.
07От изучения волокон к воспроизводимым функциональным слоям
Сначала определите: отдельная мембрана или композитная подложка
Электроформование позволяет изготавливать отдельные волоконные мембраны или осаждать волокна непосредственно на опорную подложку. Сначала необходимо определить эффективную ширину, поверхностную плотность, стойкость подложки к растворителям, межслойную адгезию и последующую обработку, а затем обсуждать подачу раствора, сопла, безигольную технологию и непрерывный сбор. После композитирования следует повторно проверить воздухопроницаемость и перенос жидкости, поскольку характеристики целостной структуры не равны простому суммированию результатов отдельных слоёв.
Включите в сравнение влагостойкость, нагружение и условия хранения
Фильтрующие материалы можно сравнивать по изменениям исходного состояния, состояния после увлажнения или нагружения частицами в соответствии с предполагаемыми условиями эксплуатации; материалы для отвода жидкости — по сохранению направленности и целостности после многократного контакта с жидкостью; антибактериальные слои — по объектам испытаний, способу контакта и состоянию активных компонентов. Такие сравнения следует проектировать исходя из планируемого применения, а не просто воспроизводить лучшие образцы из статей.1,2,3,4,5,6,7
Проверьте однородность по ширине и направлению вдоль процесса производства
При масштабировании можно сопоставлять партию сырья, состав раствора, подачу, температуру и влажность, скорость сбора и этапы композитирования с результатами образцов. Помимо морфологии волокон, следует обращать внимание на различия в поверхностной плотности, пористости и содержании функциональных компонентов в разных точках, чтобы убедиться, что непрерывное производство не создаёт локальных слабых участков.
Если предполагается использование частиц или покрытий, уже на начальном этапе можно включать в оценку образцов изменения структуры после прикрепления к подложке, изгибов и трения; если материал предназначен для многократного использования, его необходимо повторно проверять с учётом конкретного процесса очистки. Результаты однократной фильтрации или антибактериального испытания не могут автоматически подтверждать возможность многократного использования.
08Распространённые проблемы при разработке волоконных материалов для медицины и гигиены
Означает ли высокая эффективность фильтрации частиц наличие противовирусного действия?
Это не одно и то же. Для сбора частиц, фильтрации вирусных частиц и изменения вирусной активности существуют отдельные методы оценки; фактическая защита также зависит от целостности изделия и способа его использования, поэтому соответствующие данные следует описывать раздельно.2,4,7
Действительно ли для натуральных полимеров или биоразлагаемых полимеров не требуется проверка совместимости?
Проверка по-прежнему необходима. Состав, примеси, добавки, последующая обработка и место контакта влияют на конечный материал; название исходного сырья не может заменить проверку готового продукта.1,3,5,6
Если уже имеется нетканый продукт, можно ли просто добавить тонкий электроформованный слой?
Это можно обсудить как вариант изготовления. Сначала следует указать, требуется ли добавить функцию фильтрации, отвода жидкости или антибактериальную защиту, затем определить расположение электроформованного слоя и заново оценить структуру и целевые функции композита.
Список литературы
Ниже представлены оригинальные исследования, отобранные для данной статьи. Интерпретация литературы не означает наличия у авторов работ, исследовательских учреждений и TONGLI отношений по поставке оборудования или сотрудничества; описанные результаты применимы только к материалам, моделям и условиям испытаний, указанным в оригинальных текстах.
Библиографические записи сохранены на языке оригинала для точного поиска.
Wang L, et al. Biodegradable and high-performance multiscale structured nanofiber membrane as mask filter media via poly(lactic acid) electrospinning. Journal of Colloid and Interface Science. 2022;606:961–970.
DOI：10.1016/j.jcis.2021.08.079 ↗Область чтения: соответствующие методы и результаты из полного текста оригинальной статьи, доступной для проверки, а также сверка с открытой библиографией
Park K, et al. Fabrication of silver nanowire coated fibrous air filter medium via a two-step process of electrospinning and electrospray for anti-bioaerosol treatment. Journal of Hazardous Materials. 2021;411:125043.
DOI：10.1016/j.jhazmat.2021.125043 ↗Область чтения: соответствующие методы и результаты из полного текста оригинальной статьи, доступной для проверки, а также сверка с открытой библиографией
Yan G, et al. Antibacterial biodegradable nanofibrous membranes by hybrid needleless electrospinning for high-efficiency particulate matter removal. Chemical Engineering Journal. 2023;461:142137.
DOI：10.1016/j.cej.2023.142137 ↗Область чтения: соответствующие методы и результаты из полного текста оригинальной статьи, доступной для проверки, а также сверка с открытой библиографией
Chen P, et al. Electrospun nanofibrous membrane with antibacterial and antiviral properties decorated with Myoporum bontioides extract and silver-doped carbon nitride nanoparticles for medical masks application. Separation and Purification Technology. 2022;298:121565.
DOI：10.1016/j.seppur.2022.121565 ↗Область чтения: соответствующие методы и результаты из полного текста оригинальной статьи, доступной для проверки, а также сверка с открытой библиографией
Li L, et al. Stretchable unidirectional liquid-transporting membrane with antibacterial and biocompatible features based on chitosan derivative and composite nanofibers. Carbohydrate Polymers. 2022;276:118703.
DOI：10.1016/j.carbpol.2021.118703 ↗Область чтения: соответствующие методы и результаты из полного текста оригинальной статьи, доступной для проверки, а также сверка с открытой библиографией
Deng Q, et al. Improving the particulate matter filtration, antibacterial, and degradation properties of electrospinning poly(lactic acid) membranes with ZIF-8@chitosan. Carbohydrate Polymers. 2024;342:122427.
DOI：10.1016/j.carbpol.2024.122427 ↗Область чтения: соответствующие методы и результаты из полного текста оригинальной статьи, доступной для проверки, а также сверка с открытой библиографией
Saikaew R, Intasanta V. Versatile nanofibrous filters against fine particulates and bioaerosols containing tuberculosis and virus: Multifunctions and scalable processing. Separation and Purification Technology. 2021;275:119171.
DOI：10.1016/j.seppur.2021.119171 ↗Область чтения: оригинальные аннотации и библиографические данные издательства; полный метод не проверялся.
Вышеизложенное содержание основано на анализе и интерпретации общедоступных научных статей. В случае нарушения авторских прав или если первоначальные авторы не желают, чтобы соответствующая информация публиковалась в такой форме, пожалуйста, свяжитесь с нами, и мы немедленно удалим соответствующий материал.