“物體免疫力”及其產業實踐的意義

徐榮 張春明

“物體免疫力”一詞的提出及其概念的闡明是在新冠疫情暴發、疫情防控成常態化背景下，由啟明星計劃獲得者、上海聚治新材料科技有限公司創始人張春明博士與其團隊成員多次頭腦風暴后得出的。2021年4月12日，張春明博士在所撰寫的“神奇！石墨烯科技賦予物體超級‘免疫力’”一文中首次將物體免疫力一詞公之于眾，該文先后在百度、搜狐、騰訊和鳳凰網等媒體發布。次日，百度百家認證匠心計劃創作者、科學領域創作者國納科技醬采訪了張春明等人后撰寫“‘物體免疫力’概念橫空出世，或改變人們對抗菌抗病毒傳統認知”一文，給物體免疫力下了明確的定義：通過科技賦能，讓物體或者說組成物體的材料具有抗病毒、抗細菌的能力。物體免疫力這一概念問世一年多時間已在業界引起較大的反響，本文旨在對這一概念形成的來龍去脈，這一概念提出的社會及產業意義做一探究，以求正于各位有識之士，如果這一概念的提出能對更有效、更科學地防控疫情帶來一點積極意義，則是意外的收獲。

背景

張春明博士提出物體免疫力概念并非偶然，而是基于一個大背景：自2007年6月15日《國際衛生條例（2005）》正式生效實施以來，世界衛生組織共宣布過六次由于大規模流行性病毒導致的國際公共衛生緊急事件，這些事件背后的病毒均或多或少地實現了“空氣傳播”和“物表傳播”并存的新型傳播方式，所以造成傳播鏈廣且速度非?？?。這六次大規模流行性病毒導致的國際公共衛生緊急事件分別是：2009年的甲型H1N1流感疫情、2014年的脊髓灰質炎疫情、2014年西非的埃博拉疫情、2015年的“寨卡”疫情、2018年剛果（金）埃博拉疫情和2019年全球性的新冠疫情。

上述“國際關注的突發公共衛生事件”具有疫情“嚴重、突發、非同尋?！薄耙咔槌絿?，給其他國家帶來風險”“需要立即啟動國際合作”的特點。以新冠疫情為例，截至2022年6月23日，已經累計確診542 502 619人，導致6 327 231人死亡，疫情已經蔓延到全球221個國家和地區。

既然大規模流行性病毒均或多或少與空氣傳播和物表傳播有關系，那么作為材料科學領域的專業人士，我們應該怎么辦？早在新冠疫情初期的2020年1月，我們就在思考這一問題：是否有一種方式，譬如通過對物體或者物體表面賦予抑菌抗病毒功能以切斷傳播鏈，從而阻斷或者抑制細菌病毒的傳播呢？

這一想法固然好，但是要實現這一想法的關鍵卻在于是否存在一種材料，這種材料可以高效、廣譜地抑菌抗病毒，同時可以耐極端加工條件，易于被加工成人們常見的物體或者被涂覆于物體表界面。為了解決這一問題，我們團隊開始轉向抑菌抗病毒材料的研發及產業化方向。

抗病毒材料的進展

在新冠疫情早期，中國大部分地區都處于短暫的“靜默期”，這給了團隊足夠的思考、探索時間?；趪鴥韧猬F有抑菌抗病毒材料的研發現狀，我們開發出一種石墨烯復合抗病毒材料，該材料結合了納米表面處理技術、薄層石墨烯擔載無機絡合離子技術和抗病毒粒子包覆技術，是一種具有滅殺冠狀病毒等多種病毒的新型材料。

該材料通過廣東微生物分析檢測中心、上海微譜化工、北京京畿分析測試中心和上海華測品標檢測等第三方檢測機構測試，對新冠病毒、甲型流感病毒（H3N2和H1N1）抗病毒活性率達到99%以上。材料具有粒徑小、分布窄、穩定性好、耐高溫和低溫、廣譜抑菌抗病毒等特點，其抑菌抗病毒原理可以理解為：捕獲——石墨烯特殊的能帶結構及復合材料的半導體特性，內腔具有雙極性電場效應，極易捕捉細菌和病毒；滅殺——引發活性氧簇（ROS）和協同增強效應，可快速精準地靶向傳遞絡合金屬離子并將其組裝到病毒上直接“攻擊”或產生高活性氧和自由基“攻擊”病毒本體，破壞病毒蛋白質和核酸的結構和功能，接觸催化式抑菌抗病毒機理可以將捕捉的細菌和病毒快速滅活。

石墨烯復合抗病毒材料對常見細菌和病毒有抑制效能

石墨烯復合抗病毒材料開發出來之后，團隊繼續對這一材料的特性做深入研究的同時，也在為材料的產業化做鋪墊。我們掌握了該材料耐高溫、耐水洗、可納米化和廣譜抑菌抗病毒等性能的具體數據，包括：可耐高溫——已經過260℃長時間加工生產試驗；可耐水洗——已經過水洗30次測試；可納米化——已做成透明AG防眩涂層；可廣譜抑菌抗病毒——對已測試過的新冠病毒、SARS病毒、H1N1和H3N2甲型流感病毒、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、白色念珠菌等病菌均具有抑制效能。

通過先設定抗病毒效率相同，再從加工溫度、添加量和使用壽命三個維度的數據來比較這種石墨烯復合抗病毒材料與傳統的銀鋅銅無機抗病毒材料和有機抗病毒材料三類產品后，團隊發現：與有機抗病毒材料相比，石墨烯復合抗病毒材料耐高溫加工的優異性解決了加工現場的分解異味和使用中的耐候性問題；與無機抗病毒材料相比，石墨烯復合抗病毒材料極低的添加量降低了使用成本。這些技術難點的把握為這一材料的產業化鋪平了道路。目前，相關技術已申請國家發明專利10余項，授權4項。

我們設計并制備出了這種高效、廣譜且易于加工應用的抑菌抗病毒材料，并經多家第三方權威檢測機構對該材料抑菌抗病毒性能的測試認證，表明前面提到的通過對物體或者物體表面賦予抑菌抗病毒功能以切斷細菌病毒傳播鏈的構想有望實現，從而可以顯著降低細菌病毒通過空氣傳播和物表傳播的風險。那么如何讓社會大眾容易理解并接受物體免疫這一概念及其技術產品？也是在一番頭腦風暴后，發明團隊意識到是時候提出一種簡單明了、易于大眾科普的概念了。

物體免疫力的提出

提出一種大家易于理解、接受的概念，通常得從一些大眾熟悉的用語、說法入手，這是行之有效的一種方式。為此團隊幾位核心人員多次頭腦風暴。

譽為中醫始祖的《黃帝內經》中有這樣兩種說法：一是《素問·上古天真論》中記載的“虛邪賊風，避之有時”，二是《素問·四氣調神大論》中提出的“圣人不治已病治未病，不治已亂治未亂”。這些“典籍名言”放在疫情防范背景下都有意在告誡人們免受疫情所累要防范為先，“防患于未然”。用現在的話來說就是要加強個人防護，減少外出活動，從而阻斷病毒傳播。而古醫書典籍中所謂的 “三魂七魄”中七魄之一的“吞賊”實際上就是一種人體的自我修復，慢慢把“賊”全部吞噬消滅，人就又活得清爽了，這也與現在常說的“人體免疫力”有很大的契合。

上述這些說法有兩個核心詞，一個是“防患于未然”，一個是“人體免疫力”。這就給了團隊啟發：我們是否可以通過對作為傳播介質的物體及物體表面進行某種預處理，以實現物體及物體表面的抑菌抗病毒的效能，這不是類似于人體免疫力的一種“物體免疫力”嗎？幾經思考并趨于成熟后，2021年4月12日物體免疫力這一說法由團隊正式提了出來，其定義為：通過科技賦能，讓物體或者說組成物體的材料具有抗病毒、抗細菌的能力。物體免疫力的說法借用了人們熟知的“生物體免疫力”的概念，當然這兩種免疫力在防御機制上雖有相似之處（都能抗病毒、抗細菌），但物體免疫力與傳統生物防御機制還是相異甚大的。物體免疫力提出來之后通過多家主流媒體、自媒體和業界會議進行了一輪傳播，開始為人所知。

具體來說，我們這里提到的物體免疫力更賦予了其物化的內涵：意指采用開發的石墨烯復合抗病毒材料等對物體表面進行抑菌抗病毒功能化處理，讓物體獲得類似于人體對細菌和病毒的免疫力，或者按中醫說法使物體具備“吞賊”的能力。細菌和病毒一旦落入具有免疫力的物體表面，“吞賊”便開始活動起來，因為石墨烯特殊的能帶結構及復合材料的半導體特性，其內腔具有雙極性電場效應，極易捕捉附著物體表面的細菌和病毒。細菌和病毒一經捕獲，石墨烯復合抗病毒材料引發的ROS和協同增強效應，可快速精準地靶向傳遞絡合金屬離子并將其組裝到病毒上直接“攻擊”或產生高活性氧和自由基“攻擊”病毒本體，破壞病毒蛋白質和核酸的結構和功能，接觸催化式抑菌抗病毒機理可以將捕捉到的細菌和病毒快速滅活。

接觸催化式抗菌抗病毒機理示意圖

物體免疫力概念提出之后，受到了業界同行的關注與肯定。英國學者2021年5月末在《通訊-材料》（Communications Materials）發表題為“表面和涂層抗病毒及其作用機制”的文章，也提出了類似的概念——表面和涂層抗病毒（Antiviral Surfaces and Coatings）——這與我們提出的物體免疫力概念可謂異曲同工。

物體免疫力應用實踐

我們團隊提出物體免疫力這一概念的同時，也在致力于這一概念在各種場景的應用，有些已經開始量產，投入到阻斷疫情、提升防護應用的第一線。

公共交通領域整體方案 城市和城際間公共交通領域內的公共用具、門把手、衛生間、公用電梯、半封閉車廂、?？空军c、候車大廳等場景都是人員密集型空間，存在站務和司機工作時間長、乘客流動性大、消殺不規范、盲點多等一系列潛在風險。因此，除了規范消毒措施外，急需建立一套自主防疫立體防護方案。團隊憑借自主知識產權產品和全方位應用解決方案獲得了深圳地鐵的青睞，雙方簽署了《納米抗病毒技術在軌道交通領域中的應用》項目合作協議，現計劃在今年10～12月份在深圳地鐵16號線上開展專門用于軌道交通場景的系列應用型產品試點工作，通過對通風系統、座椅、玻璃、塑料把手、聚氯乙烯（PVC）地膜、金屬扶手桿等引入物體免疫力，提高軌道交通自主抗擊新冠病毒的能力，從而確保乘客出行安全。

空氣凈化、新風及空調濾芯 2021年7月廣州舉行的一場關于室內空氣凈化的峰會上，鐘南山院士提出對室內的病毒感染要給予充分的重視，密閉的室內環境中飛沫和氣溶膠傳播是病毒傳播的主要來源，鐘院士認為空氣凈化行業應該發揮作用，通過空氣凈化方式阻斷病毒在空間傳播。對此，團隊已經開發出一款石墨烯復合抑菌抗病毒空氣凈化濾芯。與傳統的濾芯相比，這款濾芯融入了抑菌抗病毒功能，達到一芯多用的效能。與市面上現有帶抑菌功能的濾芯相比，該方案不是簡單的涂覆、噴涂，而是完全融入濾材的纖維之中，具有明顯的耐用性優勢。

建筑涂料 疫情之后，涂料行業已經成為抑菌抗病毒材料應用最為活躍的領域之一，2020年底，中國涂料工業協會推出了T/CNCIA 01014-2020《抗菌及抗病毒涂料》和T/CNCIA 03002-2020《涂料（漆膜）抗病毒性能測試方法》團體標準。2021年9月，與團隊合作的國內知名硅藻泥龍頭企業推出了對冠狀病毒抗病毒活性率高達99%以上的一款新型石墨烯抗病毒水性硅藻涂料，而且實現量產，正向市場全面推廣應用。

其他涂層 2021年9月，在第七屆CPRJ 3C電子/家電塑料技術論壇暨展示會上，與會專家提出：疫情防控常態化的大背景下，抑菌抗病毒材料將會延伸到各行各業，3C消費電子或家電行業也不例外，必須持續研發有關抑菌抗病毒材料，包含產品內嵌和表面涂層。我們團隊也意識到消費類電子產品、家居辦公產品、公共場合用產品等表層的抑菌抗病毒功能化將是大勢所趨，并且開展行動：在合作伙伴共同努力下，表層涂覆有石墨烯復合抑菌抗病毒材料的手機硅膠套已經問世，并已面向市場批量銷售。

張春明博士提出的“物體免疫力”作品已經在國家版權局登記

塑料包裝膜 2022年4月份以來，包括無錫、沈陽、蘇州、唐山市和海關進口冷鏈食品包裝陽性事件高發，這也引發了團隊的思考，大家認為完全可以將塑料包裝材料——主要材質如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙烯（PE）或聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）等——融入抑菌抗病毒材料，從而賦予包裝膜抑菌抗病毒功能，目前團隊正與無錫某知名包裝膜生產企業合作推進中。

紡織面料 紡織雖然是傳統行業，但產業界人士根據疫情現狀也在想辦法升級換代，大家認為后疫情時代紡織品及非織造布的發展“危中有機”：只有通過一些技術創新，賦能增值，從而讓產品形成差異化、功能化，解決消費者痛點，紡織行業才具備更強的競爭力。為此，團隊已經與青島某纖維制造企業合作開發了一種超高分子量抗病毒PE纖維材料，這種纖維材料可編織成防切割等級達2級的面料，利用這種面料可以進一步加工成家紡、鞋材、特種防護服、勞保手套等產品，目前已實現小批量生產。對于普通面料，例如滌綸材質緯編提花布等，團隊與福建省泉州市某企業合作，通過石墨烯復合抗病毒后整理劑對滌綸材質緯編提花布進行加工處理，可以用于抑菌抗病毒鞋墊的制備，目前正準備放大批量加工。其他面料，如家紡用印花布、制服、工作服和西裝等用面料，同樣可以采用后整理方式進行加工賦能。

非織造布 在2021年7月國際非織造材料展會上，參會的專業人士已經認識到抑菌抗病毒是非織造行業未來的大趨勢。團隊已將石墨烯復合抑菌抗病毒材料高溫共融到聚丙烯（PP）無紡布或后整理到PET骨架布上，制備得到高效廣譜抑菌抗病毒濾材，已經開始大批量銷售。同時根據市場需求，團隊正與國內知名廠商共同推進石墨烯復合抑菌抗病毒材料通過高溫共融、后整理和共混等加工方式融入初效棉、中效棉和高效玻纖等多種形式濾材中，全面推進傳統濾材的升級換代。我們認為，基于上述抑菌抗病毒濾材，進一步加工制備得到抑菌抗病毒空氣凈化、新風及空調濾芯將變得簡單易行?？谡质谴蟊娊佑|最多也是非常重要的防疫產品，但是大眾對此的認識似乎有誤，有些人甚至提出了口罩到底有沒有用這一問題。為此，團隊與來自浙江大學、東華大學和紡織行業協會的教授和專業人士討論后認為：口罩顯然對于防止疫情擴散是非常重要的，我們當前需要解決的是提高口罩舒適度、抑菌性和抗病毒性能。常州某企業與本團隊合作，基于石墨烯復合抑菌抗病毒熔噴濾材開發的抗病毒口罩已經問世，并已經進入常州藥業自營藥店銷售。除了口罩外，無紡布材質的防護服、防護頭套等防疫物資也是石墨烯復合抑菌抗病毒材料的應用方向。

汽車內飾 在2021年上海國際汽車內飾與外飾展覽會上，團隊成員與汽車內飾行業一些知名企業進行了深度交流，大家意識到，在疫情常態化的當下，汽車作為一個相對較為封閉的空間，其中的內飾產品，如儀表面板、門內飾板、頂棚、座椅、座套、車墊等所用材料的抑菌抗病毒化是一種必然趨勢。不過由于材料涉及門類較廣，包含PP、PVC、聚氨酯（PU）、聚碳酸酯（PC）等塑料以及錦綸、腈綸、丙綸、滌綸等面料，因此需要汽車產業鏈上的企業合作推進。目前團隊與汽車內飾行業一些有意向的企業已經開展合作，將抑菌抗病毒材料正式應用到部分汽車內飾中。

潛在應用 除了上述應用領域，我們認為石墨烯復合抗病毒材料在水質凈化、注塑件、家居板材等行業也具有潛在的應用需求。相信隨著大家對石墨烯復合抗病毒材料了解的深入，其應用領域或將進一步拓展。

結語

包括本次新冠疫情在內的導致國際公共衛生緊急事件的主要病毒均或多或少存在空氣傳播和物表傳播，造成傳播鏈廣且速度快、危害大。在這一大背景下，我們團隊提出了物體免疫力這一概念，引發大眾和業界關注。之后，團隊會持續開展這一概念的科普工作，同時致力于將這一概念付諸產業實踐，其中無紡布濾材、空氣凈化濾芯、新風及空調空氣過濾器、塑料薄膜和特種涂層等已經實現批量生產和銷售，投入到疫情應用的第一線。團隊認為，物體免疫力后期的進一步推廣、應用不僅有助于這一概念深入人心，還有望降低由于空氣傳播和物表傳播導致的變異病毒或未知病毒大范圍傳播風險，可謂意義深遠。