生化防护服的研究进展

栗辰飞， 刘元军,2,3， 赵晓明,2,3

(1. 天津工业大学 纺织科学与工程学院， 天津 300387； 2. 天津工业大学 天津市先进纺织复合材料重点实验室， 天津 300387； 3. 天津工业大学 天津市先进纤维与储能技术重点实验室， 天津 300387)

近20年，人类遭受了非典(SARS)、埃博拉病毒、H1N1流感以及新型冠状病毒等重大医疗卫生事件的侵袭，医用生物防护服作为至关重要的防护装备，引起了社会各界的广泛关注[1]。战场环境多变，生化武器释放的化学毒剂和生物战剂会对人体产生严重危害，因此提高军队的生化防护能力刻不容缓，这也对生化防护服的研究和发展提出了更高的要求[2]。

生化防护服的防护效能一般由防护材料、服装特性和附加装备相互作用来决定。根据防护原理可将生化防护服分为隔绝式生化防护服、透气式生化防护服、半透气式生化防护服和选择透气式生化防护服4大类[3]。防护材料则可分为隔绝材料、多层复合膜材料、涂层织物、透气材料、粉末炭和球形吸附材料等，作为防护装备的载体，材料的选取至关重要，防护材料的突破性研究引领整个防护装备的发展趋势[4]。

本文首先以生化防护服的分类为切入点简要分析了各类生化防护服的防护原理和透湿机制，其次重点展示了几种用于生化防护服主要材料的研究成果，然后总结了2种应用于生化防护服的先进技术，归纳了生化防护服现存的问题，最后对未来生化防护服的研究趋势进行了展望。

1 生化防护服的分类及其透湿机制

1.1 生化防护服的分类

1.1.1 隔绝式生化防护服

隔绝式生化防护服一般可分为重型隔绝式装备和轻型隔绝式装备，重型隔绝式生化防护服通常以丁基胶(卤化丁基胶)为主，部分采用橡塑复合材料及氟橡胶材料；轻型隔绝式生化防护服的材质多采用多层膜复合材料、聚氯乙烯(PVC)材料和高密度聚乙烯(HDPE)材料等。例如美国开普勒公司研发的Z500/RS系列气密式A级防护服，法国Delta公司研发的Alain/Alex高性能微正压重型气密性防化服[5]。

隔绝式生化防护服能有效阻挡液滴、蒸汽和气溶胶等物质穿透服装，但同时也会阻碍人体产生的热量向外散失，导致作业人员因大量出汗、受热而产生一系列应激反应，影响作业人员的工作效率[6]

1.1.2 透气式生化防护服

透气式生化防护服一般采用三明治夹层结构，可以在透过空气和湿气的同时阻挡生化毒剂，并具备良好的热湿舒适性[7]，有效避免了因长时间穿着而出现的窒息感和闷热感，也无需配备较为笨重且价格昂贵的微气候调温装置，使得作业人员机动性更强[8]。但透气式防护服也存在着以下不足：1)采用吸附性材料属于物理反应，没有化学中和牢固，容易造成吸附物质脱落，产生二次污染；2)采用活性炭材料会吸附其他无毒微小颗粒，造成空隙堵塞，降低防护能力；3)防护范围不够广泛，不能抵挡气溶胶在强压力下的渗透；4)为了满足基本防护能力，需要吸附材料单位面积质量不低于160 g/m2，导致防护服的质量和体积增加，给穿着人员造成了负担[9]。

目前先进的透气式生化防护服技术仍集中于西方发达国家，例如德国的BLÜCHER公司基于“Saratoga(萨拉托加)球形活性炭专利技术”生产的防护材料，具有优异的毒剂防护能力的同时力学性能及散热透气能力也较为良好；英国Chemviron Carbon公司的ZORFLEX®活性炭布具有质量轻、耐洗涤、生理负荷小和可再生的特点，并且炭布自身优良的结合能力可使其与另外性能特殊的织物组合成复合材料，同时具备除生化防护以外的多种效能[10]。

1.1.3 半透气式生化防护服

半透气式生化防护服通常由微孔材料制成，可以阻挡大分子液滴和气溶胶，允许小分子气体和水蒸气透过，有良好的舒适性，在现实用途中适用于生物医用防护服，但其难以抵御有毒的化学蒸汽，必须添加吸附材料来提升其化学防护性能。

半透气式生化防护服的代表产品有美国Gore公司研制的Gore-Tex®微孔膜材料，这种膜材料具有良好的透湿性，能够减小作业者穿着防护服的热应激反应[11]，其优秀的防护效能也可以高效率地抵挡液体和气溶胶的渗透；杜邦公司生产的Tychem®C防护服是由Tyvek多聚物涂层制成，具有较高强度/质量比的同时又拥有良好的柔软性、耐磨性和抗撕裂性[12]，对细小颗粒与高浓度无机酸碱的渗透有着优异的防护效果，也可防止体液、血液以及血液中病毒的侵入，适合用作高标准的医用防护服[13]。

1.1.4 选择透气式生化防护服

选择透气式生化防护服通常由选择透过性膜材料制成，膜材料一般可分为不对称选择膜、复合选择透过性膜、均相选择透过性膜和非均相选择透过性膜。例如:美国与德国采用此类选择透过性膜材料研制出的柔软织物Spiratec Hybird用于制作选择透过式防护服[14];Gore公司的Chempak选择透过式膜材料。

选择透气式防护服允许体内湿气散出的同时可以阻挡外界有毒气体、液滴、水蒸气和气溶胶[15]的渗透，不同于隔绝式和完全透气式防护服，其性能相对平衡，介于二者之间，且具备良好的生理舒适性和较强的生化防护能力，因此选择透过材料作为选择透气式生化防护服的核心材料，是目前生化防护服研究的热点和发展方向。国内外较为先进的选择透过材料有离子交换膜材料、消毒功能高分子材料、碳基高分子复合材料、金属有机骨架(MOF)高分子复合材料和多金属氧酸盐(POM)高分子复合材料等[16]。

1.2 4类生化防护服的透湿机制

4种生化防护服的透湿机制如图1[17]所示。隔绝式生化防护服采用的隔绝式材料防护性能优异，可以阻挡空气、液滴、蒸汽和气溶胶的渗透，但热湿舒适性较差；透气式生化防护服一般由透气性材料和吸附性材料组成，吸附性材料介于皮肤与透气材料之间，允许空气和气溶胶的通过，液滴在外界高水压的情况下可以渗透，低水压条件下被阻挡，蒸汽在通过吸附性材料时会被吸附在材料表面；半透气式生化防护服机制类似于透气式生化防护服，但其对液滴的阻隔更为有效，不受内外水压力的影响；选择透气式生化防护服的防护效果可以达到隔绝式防护服的水平，同时又具备湿气透出的能力，是目前生化防护服的研究热点。

图1 4种生化防护服的透湿机制

隔绝式防护服的材料通常为非纺织面料，而是采用无孔隙的橡胶基复合材料等，气、液态物质几乎无法穿过；透气性防护服的内外层织物除提供强力外，根据工作环境还可以赋予其防火阻燃等功能，但为了保证良好的透气透湿性，织物层通常不作防毒处理，气、液态物质通常可通过，生化防护效能主要依赖夹层的吸附性材料；半透气式生化防护服外层材料可采用防水透气织物，使织物经纬间空隙介于水最小直径与水蒸汽直径之间，或是将微孔薄膜材料与织物复合来达到防水透气的目的；选择透气式防护服的关键在于选择性透气材料的挑选，由于其特殊的表层与内部结构，材料与生化毒剂之间产生选择性较强的物理作用和化学反应，不用再依赖吸附性材料阻挡毒剂分子，同时能够开辟水通道来保证内部湿气散出。

2 用于生化防护服的主要材料

2.1 橡胶基防护材料

橡胶基防护材料多用于制作隔绝式生化防护服，橡胶包含丁基橡胶、丁腈橡胶和氟橡胶等，防护性能优异且具备一定的可加工性[18]。例如丁基橡胶是由异丁烯与少量异戊二烯通过低温阳离子共聚合制备的线型高分子化合物，丁基橡胶加氯或溴卤化后形成的卤化丁基橡胶不仅保留了原有的优良气密性，还克服了硫化速度慢、与其他材料复合相容性差的缺点，卤化丁基橡胶耐热、耐老化，气体阻隔性和阻尼性非常优异，适合用作隔绝式生化防护服的材料[19]。

硫芥子气(HD)是一种毒性非常强的化学战剂，常被用于制作生化武器[20]。Zheng等[21]使用绿色乳胶配混方法制备了氧化石墨烯(GO)/丁基橡胶(IIR)复合材料(GO/IIR)，通过实验证实氧化石墨烯和丁基橡胶链之间有很强的界面相互作用，且GO/IIR复合材料的抗撕裂强度和拉伸强度分别提高了44%和102%。丁基橡胶自身具备一定防护能力，与氧化石墨烯复合形成的材料防护效果更为显著。

被广泛用作火箭推进剂的肼类燃料(如甲基肼、偏二甲肼等)具有腐蚀性和吸附穿透性，航天工作人员必须穿戴有效的防护服。陆宁等[22]对偏二甲肼防护服的涂覆层橡胶进行了研究，通过实验证实氯化丁基橡胶(CIIR)、丁基橡胶和三元乙丙橡胶(EPDM)耐偏二甲肼溶胀性能较好，氟橡胶和天然橡胶的耐溶胀性能较差。氯化丁基橡胶胶膜耐偏二甲肼和芥子气渗透的性能均优于EPDM胶膜，因此氯化丁基橡胶涂覆的织物对偏二甲肼和芥子气的防护效果更好，防护时间更长。Adwaith等[23]将纳米黏土和碳纳米管作为填充料与氯化丁基橡胶复合制备成纳米复合材料，分析了在2种填料协同作用下此种材料的力学性能和阻隔性能，结果表明上述性质都有所增强且协同作用的贡献尤为突出，因此丁基橡胶与其他材料的相容性良好，适合用作复合材料的基底，是隔绝式生化防护服材料的良好选择。

2.2 离子交换膜材料

离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜，通常是具有一定微相分离结构的均质膜，在溶胀作用下，膜材料的内部会形成纳米尺度的水通道，有利于水分子快速通过，由于交换膜的空隙尺寸限制和毒剂分子的极性影响，毒剂在膜中渗透的系数很小[16]。

聚苯乙烯磺酸(PSS)能有效阻止有机物的渗透，同时允许水蒸气的通过。Jung等[24]通过交联聚合物溶液的方式将PSS填充至聚丙烯非织造布膜支架的开孔中，由此产生的PSS填充非织造布复合膜改善了其力学性能，通过实验证实，其对沙林、索曼、VX神经毒剂和芥子气等危险生化毒剂的防护效果有极大提升，同时PSS填充非织造布膜也保留了高水蒸气渗透效果，有利于减少热衰竭。Yin等[25]基于N-卤胺聚合物系统制备了一种功能强大的灭活细菌纳米纤维膜，其中包括疏水性热塑聚氨酯(TPU)和亲水性改性聚丙烯酸(PAA)，这种膜被称为TPM膜，研究表明TPM膜具有优异的抗菌和抗病毒活性，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度为1.4 mg/mL，在接触TPM膜后，2种细菌在5 min内95%以上被杀死，TPM膜的抗病毒活性达到99.92%以上。Chen等[26]将具有广谱抗菌活性的聚六亚甲基胍(PHMG)添入氧化壳聚糖(OCS)纳米纤维使其具备抗菌性能，并通过引入聚乙烯醇(PVA)来提高材料的可纺性，制成的PHMG-OCS-PVA纤维膜对从水性染料混合物中分离各种阴离子染料表现出极好的选择性，这种离子分离膜材料被用于污水处理的同时可抵抗生物污染。Cheng等[27]通过将多巴胺与新合成的微分两性离子(DMAPAPS)一步沉积，轻松制备出具有更高选择渗透性的新型防污抗菌聚偏二氟乙烯(PVDF)超滤膜，研究结果表明该膜具备优异的抗菌活性以及化学和力学稳定性。

2.3 消毒功能高分子材料

在生化防护材料中，除了考虑具备选择透过性的膜材料，还可以采用具有消毒功能的高分子材料，通过对这种材料的结构进行改造，能够改善水分子穿透性，也可对高分子材料的官能团进行改性，使其具有针对特定生化毒剂的氧化性和碱性[16]。

Gutch等[28]合成的降解功能高分子N,N-二氯聚苯乙烯磺胺与芥子气模拟剂2-氯乙基苯基硫醚反应，在水溶液里20 min，降解率接近100%。Choi等[29]制备的含有氯胺化乙内酰脲的聚氨酯纳米纤维，在一定环境条件下，2 h内对2-氯乙基硫化物(CEES)的降解率为69%，且降解量与活性基团物质的消耗量比例呈1∶1。Chen等[30]对聚丙烯腈亚微米纤维进行改性，并通过氧化反应加入过量羟胺使纤维具备消毒功能，形成功能化PANOx纤维，经过实验证明，PANOx纤维具有很强的消毒能力。Yuan等[31]通过静电纺丝和高压蒸汽法制备的由聚丙烯腈和聚合物氮化碳组成的功能性复合织物不仅有良好的过滤性，还具备出色的光催化消毒性能。

2.4 碳基高分子复合材料

2.4.1 碳纳米管复合材料

碳纳米管具有优异的力学性能、导电导热性和化学稳定性[32]，且碳纳米管的特殊形状使其具备独特的抗菌性能，主要防护机制是当细菌与碳纳米管接触时，细胞发生畸变，细胞膜完整性受损，胞内物质流出，使得细菌细胞失去功能[33]。制备碳纳米管纤维的工艺主要有湿法纺丝、浮动催化纺丝和阵列纺丝，其中浮动催化纺丝效率高、成本低，适用于大批量生产，经过对碳纳米管针对性的设计和开发，已经可以制备出性能完整的碳纳米管复合材料和碳纳米管纤维膜等纺织品原料，为制作高性能的生化防护服做了铺垫[34]。

例如Suleiman等[35]制备了磺酸膜材料，并与单壁碳纳米管、磺酸改性碳纳米管和羧酸改性碳纳米管结合形成一系列的复合膜材料。经研究表明，添加质量分数为1%的碳纳米管能够大幅提高膜材料的水蒸气透过速率，并降低毒气分子的透过率，提高了材料的选择性。

Islam等[36]通过静电纺丝法制备了聚乙烯醇/银纳米颗粒/碳纳米管复合纳米纤维材料，观察发现这3种物质可以共存，且银纳米颗粒与碳纳米管分布良好，经研究表明银纳米颗粒和碳纳米管提高了材料的热稳定性，碳纳米管在提高材料拉伸强度上发挥了重要作用，还发现这种复合纤维材料表现出了良好的抗菌活性。Kumar等[37]报道了一种微波辅助工艺，用银纳米颗粒(Ag-NPs)装饰单壁碳纳米管(SWCNYs)，再填进棉织物中使其具备永久的抗菌性能，观察发现这种复合织物经过20次洗涤后仍有足够的抗菌活性。光催化消毒的原理[38]是以纳米二氧化钛为催化剂，通过紫外线激活，产生游离电子及电子空穴，生成极强的还原功能，从而氧化各种病毒物质，Shimizu等[39]研究发现，磁性碳纳米管(MCNT)与二氧化钛(TiO2)形成的复合材料比单一TiO2具有更高的消毒效率。

2.4.2 石墨烯复合材料

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角蜂巢晶格结构的二维碳纳米材料，石墨烯抗菌抗病毒能力主要基于物理切割、膜表面成分提取、物理捕获和氧化应激反应4种机制混合协同作用[40]。石墨烯材料的抗菌机制[40]如下：1)细菌与病毒物质经过石墨烯尖锐的物理边缘时会被有效切割，细胞壁与膜结构被破坏，导致细菌与病毒的死亡；2)石墨烯材料表面具有较大的比表面积和良好的疏水性，可有效吸附结合细菌病毒表面的磷脂分子，使细胞失活；3)石墨烯表面的吸附性使得细菌病毒分子无法渗透，起到抑菌防毒作用；4)石墨烯表面缺陷和尖锐边缘诱导细菌产生活性氧成分，从而导致细菌代谢紊乱，造成细菌死亡。

制备含有石墨烯成分的织物通常有2种方法，一是将石墨烯涂敷在织物表面制成复合材料，二是采用薄膜卷绕法、限域水热组装法和模板辅助化学气相沉积(CVD)法等方法直接制备石墨烯纤维或复合纤维，这为制作生化防护服提供了良好的织物基材[41]。例如Yu等[42]首先将聚乙烯胺(PEI)作为溶解材料引入氧化石墨烯(GO)中，使其功能化并形成GO-PEI复合材料，然后使用微波加热方法将银纳米粒子(AgNPs)与GO-PEI复合材料混合形成GO-PEI-Ag材料，最后利用多针结合的电夹装置制备出纳米纤维芯纱，通过实验证实，这种有石墨烯复合材料参与的纺织品抗菌率超过99.9%，经过10次洗涤，其抗菌效果也并未衰减。Ouadil等[43]将聚对苯二甲酸乙二脂(PET)作为基体材料，利用简单的浸涂法制备出涂有石墨烯/银纳米颗粒(PET-G/Ag)的多功能聚酯织物。该织物在石墨烯和银纳米颗粒的协同作用下表现出优异的抗菌性，并且涂覆活性物质之后织物的力学性能没有显著降低。张亚芳等[44]将生物质石墨烯的改性聚酰胺短纤维(GN)与涤纶(T)进行混纺，结果发现57/43比例的GN/T能在30 min内获得99%以上的抑菌率，pH值为3～10条件下抑菌率达到90%以上，洗涤50次后抑菌率仍在97.8%以上。

2.5 金属有机框架材料

金属有机框架材料(MOF)是一种由金属离子或金属离子簇与有机配体通过配位方式形成的多孔晶体材料，具有比表面积大、孔隙率高、结构可调节和易于修饰等优点，优异的吸附性能和催化性能使得金属有机框架材料在化学战剂降解领域具有广阔的应用前景[45]。虽然MOF有着优良的降解毒剂能力，但由于其粉末状态的限制，不能直接用于制作防护服，还需与织物基材复合以增加MOF材料的柔性与可织性，目前MOF复合材料的制备方法主要包括静电纺丝、原子层沉积、微波合成和分层生长等方法[16]。

例如Lee等[46]报道了Al-PMOF(基于铝卟啉的MOF)的异常光催化反应性，该种反应在可见光照射下对有毒的硫芥子气模拟物2-氯乙基硫化物(CEES)具有抗性，另外使用二甲基甲酰胺/水助溶剂，通过三氧化二铝固体膜转化，可将Al-PMOF牢固地固定在纤维聚合物中，最后实验证实，该种金属有机框架参与的纤维聚合物可实现极高的CEES解毒效率。Shen等[47]报道了一种装有金属有机框架的纤维素海绵可快速降解化学战剂，这种海绵材料具有高孔隙率(88%)、高比表面积(310.5 g/m2)和低密度(36 mg/cm3)的特征，能够与MOF有效结合。Song等[48]通过在微孔膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜的孔中合成UiO-66-NH2金属有机骨架(MOF)纳米颗粒，开发了一种纳米膜材料，该膜孔的亚微米级尺寸能够确保MOF纳米颗粒的表面积足够大，可有效吸附有毒气体分子并与之发生反应。经实验表明，这种复合膜可在长时间内抵御氨气、氯气和2-氯乙基硫化物，同时允许水分子和氮气通过。Larsson等[49]对7种基于锆的MOF材料降解VX神经毒剂的能力进行了评估，结果证实MOF-808在碱性缓冲液中表现出了最大的降解能力，VX神经毒剂在5 min内被完全降解，这种物质可以添入皮肤去污乳液，对受毒剂污染的皮肤进行消毒处理，也可以用于制作防护服。

2.6 多金属氧酸盐材料

多金属氧酸盐(POM)是一类由金属(一般为过渡金属)和氧等组成的化合物，分为同核和异核2类，一般金属钨和钼形成的较多。POM簇有着令人瞩目的催化性能，由于具有超强酸性和温和条件下的强氧化性，其对毒剂分子的净化能力非常出色，另外，POM簇还具备低挥发性、高转化率、良好热稳定性和选择性等特点。POM与MOF宏观形态相似，也需要类似的物理或化学方法制得复合材料或杂化材料，以便用于生化防护服的制作。

Qi等[50]通过研究发现，Keggin结构的多金属氧酸盐POM-12对寨卡病毒(ZIKV)、登革热病毒(DENV)和日本脑炎病毒(JEV)等影响公共卫生安全的黄科病毒有不同程度的抑制作用。Wu等[51]合成了基于Keggin型的多金属氧酸盐(POM)和氨基硅烷改性硅酸盐杂化物的纳米混合膜，作为防止生化毒剂模拟物的新屏障，通过抑制区、最小抑菌浓度(MIC)、最小杀菌浓度(MBC)和计数板法研究了浸有杂物的织物对革兰氏阴性和阳性细菌的抗菌作用，经过20个洗涤周期后，细菌减少的百分比约为100%，这项研究表明，掺杂POM的Ormosil系统能够有效消灭细菌和CEES。Fang等[52]报道了一种制备离子交联超分子膜的简便方法，通过使用带负电的阴离子多金属氧酸盐对壳聚糖链进行交联来制备原位形成的壳聚糖离子膜，观察发现，这种超分子膜有优异的抗菌性和生物结合性。Buru等[53]报道了一种简单的浸渍方法，将H5PV2Mo10O40多金属氧酸盐(POM)固定在介孔型金属-有机骨架(MOP)NU-1000中，该材料在使用异丁醛作为还原剂和O-2作为氧化剂的环己烷中，对芥子气模拟物2-氯乙基硫化物(CEES)的氧化具有活性，POM可以在空气中有效氧化CEES，与POM本身相比，发现将POM固定在MOF中可提高初始周转频率。

3 应用于生化防护服的新兴技术

3.1 形态记忆材料与自修复技术

近年来，自修复领域发展迅速，这类材料对外界的物理刺激有响应特性，形态记忆聚合物材料(SMC)在医疗、电子、纺织品和应用科学等领域的应用广泛[54]。这种新型的材料技术可以应用到生化防护服当中，穿着生化防护服的作业环境一般情况下会非常恶劣，难免受到物理冲击或化学腐蚀，对于生化防护服的耐久性是一种考验。材料产生微裂纹是材料性能退化的起点，用肉眼难以观察，且随着时间延长而逐渐扩大，最终断裂而失效，在复合材料中引入自修复方案可以显著提高材料的使用寿命[55]。

Litina等[56]采用含有液态硅酸钠的新型开发聚合物微胶囊用于砂浆自主修复，实验证明了微胶囊自修复技术在保证材料新鲜性能和力学强度方面起到了极大的作用。在军用纺织品方面，美国陆军网站曾报道了美军正在研发生化防护服自修复涂层技术，这种技术将被应用于美军三军一体化服装和三军飞行员防护套装，军服采用选择性渗透膜材料，将自修复微胶囊嵌入到选择性渗透膜当中，当薄膜破裂时微胶囊可进行自我修补[10]。Kling等[57]将采用真空辅助树脂传递塑膜技术制作的复合板作为辅助工具，制备了空心玻璃纤维增强环氧基复合材料，并在中空纤维中填充了紫外线荧光染料、聚酯树脂以及相应的促进剂，使得纤维材料可以实现有针对性的损伤检测和自我修复。Zhou等[58]报道了一种基于异形纤维结构的强韧自修复超疏水涤纶织物的制造方法：将十二烷基三甲氧基硅烷改性二氧化钛(DTMS-TiO2)作为涂层材料，并以异形聚对苯二甲酸乙二酯(TSP-PET)纤维织物为基材，采用低温等离子体对TSP-PET织物进行预处理后，通过一步法在TSP-PET织物上涂覆DTMS-TiO2，改良的TSP-PET织物优于常规圆形横截面纤维织物，具有更高的水接触角，耐磨性，耐洗涤性，化学稳定性和紫外线耐久性，且无论受到严重的物理或化学损害，改性TSP-PET织物都可恢复其超疏水性能。Canbay等[59]将聚乙烯醇(PVA)聚合物用作纳米复合材料中的基质，以Hummers方法生产的还原氧化石墨烯(rGO)和氧化石墨烯(GO)作为填料，制备了新型的形状记忆纳米复合材料，通过表征分析和形状循环实验证实，这种纳米复合材料拥有形态记忆性能。

3.2 静电纺丝技术

静电纺丝纳米纤维直径可以达到纳米级别，具有比表面积大、直径细、长径比大、孔隙率高、透气性好和柔软等特点，对于防护服一直难以解决的厚重、不透气和舒适性低等问题是一个很好的补充[60]，静电纺丝技术在防护纺织品领域有着良好的应用前景。

例如Liu等[61]通过静电纺丝成功地制备了可生物降解的丝素蛋白/聚乳酸-乙醇酸/氧化石墨烯(SF/PLGA/GO)超细纤维毡，并将这种材料应用于防护纺织品，通过扫描电子显微镜观察发现其热稳定性和力学性能良好，由于引入了与丝素蛋白相互作用的石墨烯，超细纤维毡具有更高的强度和吸附能力，其极小的孔径可有效阻挡颗粒型生化毒剂，且较大的表面积和孔体积保证了良好的透气性，因此静电纺丝技术制作的织物在防护纺织品的应用上有很大的潜力。

Wang等[62]制备的具有高孔隙率的固有微孔(PIM-1)纤维静电纺丝聚合物作为基质材料，可以防止有毒气体渗透，同时为空气和水分子提供通路，然后采用逐层静电纺丝沉积法将PIM-1纤维与聚丙烯腈(PAN)纳米纤维混纺，制成具有高极性化学结构和较小直径的纤维材料，显著提高了机械完整性和过滤能力，最后掺杂基于锆(Zr)金属有机骨架(MOF)的UiO-66-NH颗粒，进一步提高吸附能力的同时保持出色的过滤效率、力学强度和透气性，通过实验证明，所制得的PIM/PAN/MOF复合纺织品具有前所未有的综合性能，其水蒸气透过率为1 013 g/(m2·24 h)，抗张力强度与纯PIM-1相比提高了70倍以上，过滤效率可与商用聚丙烯(PP)非织造布纺织品相媲美[61]。Qiu等[63]采用静电纺丝法制作的Zr(OH)4/PAN纳米纤维(NFM)，在化学战剂模拟场景下4 h内将超过90%的CEES转化无毒产品，暴露在CEES气溶胶3 h后只有0.238%的CEES可穿透，此外这种膜也可防止CEES液滴渗透。Seo等[64]将乙内酰脲内的N-CL官能团填入纤维中使其具备抗化学战剂的能力，再采用静电纺丝的方法将热塑性聚氨酯(TPU)与功能纤维混合制备出了力学性能强、防毒官能团稳定的纤维材料。

4 结束语

人类对于生化防护服的研究已经持续多年，从早期的隔绝式防护服到当前先进的选择透气式防护服，技术水平不断提高，但仍然面临着以下问题：1)生化防护服无法将防护性能和热湿舒适性同时做到最佳水平，需要在两者之间做到均衡；2)生化防护服应对的环境复杂多变，对生化毒剂不能达到百分百防护，材料性能的突破仍有研究前景；3)许多新材料有着优异的防护性能，但应用于防护服的制作并使其产业化还有许多挑战；4)选择透气式防护材料防护效果良好但防护对象单一，只能针对特定的生化毒剂进行防护；5)智能纺织品的发展有良好的前景，但就目前来看织物与传感器的互联运用并未达到理想的状态。

未来生化防护服的发展将侧重于以下几个方面：1)防护性能的提升与范围的扩大。生化防护服的使用对象是在复杂环境中工作的人员，面临多种多样的生化感染风险，因此需要不断提升防护效能和扩大防护范围，使其性能更强大、功能更全面，最大程度地保障穿着人员的生命安全。2)舒适性研究。防护能力和舒适性一直是矛盾的2方面，提高舒适性的同时其防护性能必然降低。未来的研究也将偏向作业人员穿着的舒适性，包括热湿舒适和服用性能等。良好的透气透湿性能让作业人员不会产生热应激反应，服用性能优异可减少作业人员的工作负重，例如厚重和行动不便等穿着不适的情况。可为生化防护服添加辅助微调温度设备，以适应极端温度环境，但同时也将加大防护服负重和制作成本。3)智能化发展。在可穿戴纺织品中加入传感器，使其接收外界信号并做出相应改变，这将解决防护服防护性能单一问题并提高其功能性。人工智能近年发展迅速，将人工智能与单兵作战系统相结合是未来的发展趋势，生化防护服作为单兵作战系统的一个环节，有人工智能纺织品的参与调节显得极其重要。