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(fā)、疫情防控成常態(tài)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(chuàng)始人張春明博士與其團(tuán)隊成員多次頭腦風(fēng)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(wǎng)等媒體發(fā)布。次日，百度百家認(rèn)證匠心計劃創(chuàng)作者、科學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)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?nèi)藗儗咕共《緜鹘y(tǒng)認(rèn)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(xì)菌的能力。物體免疫力這一概念問世一年多時間已在業(yè)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(chǎn)業(yè)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(xué)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(wèi)生條例（2005）》正式生效實施以來，世界衛(wèi)生組織共宣布過六次由于大規(guī)模流行性病毒導(dǎo)致的國際公共衛(wèi)生緊急事件，這些事件背后的病毒均或多或少地實現(xiàn)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?？臁＿@六次大規(guī)模流行性病毒導(dǎo)致的國際公共衛(wèi)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(zhì)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(guān)注的突發(fā)公共衛(wèi)生事件”具有疫情“嚴(yán)重、突發(fā)、非同尋?！薄耙咔槌絿纾o其他國家?guī)盹L(fēng)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(jīng)累計確診542 502 619人，導(dǎo)致6 327 231人死亡，疫情已經(jīng)蔓延到全球221個國家和地區(qū)。

既然大規(guī)模流行性病毒均或多或少與空氣傳播和物表傳播有關(guān)系，那么作為材料科學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)人士，我們應(yīng)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(xì)菌病毒的傳播呢？

這一想法固然好，但是要實現(xiàn)這一想法的關(guān)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(tuán)隊開始轉(zhuǎn)向抑菌抗病毒材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化方向。

抗病毒材料的進(jìn)展

在新冠疫情早期，中國大部分地區(qū)都處于短暫的“靜默期”，這給了團(tuán)隊足夠的思考、探索時間?；趪鴥?nèi)外現(xiàn)有抑菌抗病毒材料的研發(fā)現(xiàn)狀，我們開發(fā)出一種石墨烯復(fù)合抗病毒材料，該材料結(jié)合了納米表面處理技術(shù)、薄層石墨烯擔(dān)載無機(jī)絡(luò)合離子技術(shù)和抗病毒粒子包覆技術(shù)，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(biāo)檢測等第三方檢測機(jī)構(gòu)測試，對新冠病毒、甲型流感病毒（H3N2和H1N1）抗病毒活性率達(dá)到99%以上。材料具有粒徑小、分布窄、穩(wěn)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(jié)構(gòu)及復(fù)合材料的半導(dǎo)體特性，內(nèi)腔具有雙極性電場效應(yīng)，極易捕捉細(xì)菌和病毒；滅殺——引發(fā)活性氧簇（ROS）和協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)，可快速精準(zhǔn)地靶向傳遞絡(luò)合金屬離子并將其組裝到病毒上直接“攻擊”或產(chǎn)生高活性氧和自由基“攻擊”病毒本體，破壞病毒蛋白質(zhì)和核酸的結(jié)構(gòu)和功能，接觸催化式抑菌抗病毒機(jī)理可以將捕捉的細(xì)菌和病毒快速滅活。

石墨烯復(fù)合抗病毒材料對常見細(xì)菌和病毒有抑制效能

石墨烯復(fù)合抗病毒材料開發(fā)出來之后，團(tuán)隊繼續(xù)對這一材料的特性做深入研究的同時，也在為材料的產(chǎn)業(yè)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(shù)據(jù)，包括：可耐高溫——已經(jīng)過260℃長時間加工生產(chǎn)試驗；可耐水洗——已經(jīng)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(shè)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(shù)據(jù)來比較這種石墨烯復(fù)合抗病毒材料與傳統(tǒng)的銀鋅銅無機(jī)抗病毒材料和有機(jī)抗病毒材料三類產(chǎn)品后，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)：與有機(jī)抗病毒材料相比，石墨烯復(fù)合抗病毒材料耐高溫加工的優(yōu)異性解決了加工現(xiàn)場的分解異味和使用中的耐候性問題；與無機(jī)抗病毒材料相比，石墨烯復(fù)合抗病毒材料極低的添加量降低了使用成本。這些技術(shù)難點的把握為這一材料的產(chǎn)業(yè)化鋪平了道路。目前，相關(guān)技術(shù)已申請國家發(fā)明專利10余項，授權(quán)4項。

我們設(shè)計并制備出了這種高效、廣譜且易于加工應(yīng)用的抑菌抗病毒材料，并經(jīng)多家第三方權(quán)威檢測機(jī)構(gòu)對該材料抑菌抗病毒性能的測試認(rèn)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(xì)菌病毒傳播鏈的構(gòu)想有望實現(xiàn)，從而可以顯著降低細(xì)菌病毒通過空氣傳播和物表傳播的風(fēng)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(shù)產(chǎn)品？也是在一番頭腦風(fēng)暴后，發(fā)明團(tuán)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(tuán)隊幾位核心人員多次頭腦風(fēng)暴。

譽(yù)為中醫(yī)始祖的《黃帝內(nèi)經(jīng)》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(fēng)，避之有時”，二是《素問·四氣調(diào)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(xiàn)在的話來說就是要加強(qiáng)個人防護(hù)，減少外出活動，從而阻斷病毒傳播。而古醫(yī)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(fù)，慢慢把“賊”全部吞噬消滅，人就又活得清爽了，這也與現(xiàn)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(tuán)隊啟發(fā)：我們是否可以通過對作為傳播介質(zhì)的物體及物體表面進(jìn)行某種預(yù)處理，以實現(xiàn)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(jīng)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(tuán)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(xì)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(dāng)然這兩種免疫力在防御機(jī)制上雖有相似之處（都能抗病毒、抗細(xì)菌），但物體免疫力與傳統(tǒng)生物防御機(jī)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(yè)界會議進(jìn)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(nèi)涵：意指采用開發(fā)的石墨烯復(fù)合抗病毒材料等對物體表面進(jìn)行抑菌抗病毒功能化處理，讓物體獲得類似于人體對細(xì)菌和病毒的免疫力，或者按中醫(yī)說法使物體具備“吞賊”的能力。細(xì)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(jié)構(gòu)及復(fù)合材料的半導(dǎo)體特性，其內(nèi)腔具有雙極性電場效應(yīng)，極易捕捉附著物體表面的細(xì)菌和病毒。細(xì)菌和病毒一經(jīng)捕獲，石墨烯復(fù)合抗病毒材料引發(fā)的ROS和協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)，可快速精準(zhǔn)地靶向傳遞絡(luò)合金屬離子并將其組裝到病毒上直接“攻擊”或產(chǎn)生高活性氧和自由基“攻擊”病毒本體，破壞病毒蛋白質(zhì)和核酸的結(jié)構(gòu)和功能，接觸催化式抑菌抗病毒機(jī)理可以將捕捉到的細(xì)菌和病毒快速滅活。

接觸催化式抗菌抗病毒機(jī)理示意圖

物體免疫力概念提出之后，受到了業(yè)界同行的關(guān)注與肯定。英國學(xué)者2021年5月末在《通訊-材料》（Communications Materials）發(fā)表題為“表面和涂層抗病毒及其作用機(jī)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(yīng)用實踐

我們團(tuán)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(yīng)用，有些已經(jīng)開始量產(chǎn)，投入到阻斷疫情、提升防護(hù)應(yīng)用的第一線。

公共交通領(lǐng)域整體方案 城市和城際間公共交通領(lǐng)域內(nèi)的公共用具、門把手、衛(wèi)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(wù)和司機(jī)工作時間長、乘客流動性大、消殺不規(guī)范、盲點多等一系列潛在風(fēng)險。因此，除了規(guī)范消毒措施外，急需建立一套自主防疫立體防護(hù)方案。團(tuán)隊?wèi){借自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品和全方位應(yīng)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(shù)在軌道交通領(lǐng)域中的應(yīng)用》項目合作協(xié)議，現(xiàn)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(yīng)用型產(chǎn)品試點工作，通過對通風(fēng)系統(tǒng)、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(fēng)及空調(diào)濾芯 2021年7月廣州舉行的一場關(guān)于室內(nèi)空氣凈化的峰會上，鐘南山院士提出對室內(nèi)的病毒感染要給予充分的重視，密閉的室內(nèi)環(huán)境中飛沫和氣溶膠傳播是病毒傳播的主要來源，鐘院士認(rèn)為空氣凈化行業(yè)應(yīng)該發(fā)揮作用，通過空氣凈化方式阻斷病毒在空間傳播。對此，團(tuán)隊已經(jīng)開發(fā)出一款石墨烯復(fù)合抑菌抗病毒空氣凈化濾芯。與傳統(tǒng)的濾芯相比，這款濾芯融入了抑菌抗病毒功能，達(dá)到一芯多用的效能。與市面上現(xiàn)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(yōu)勢。

建筑涂料 疫情之后，涂料行業(yè)已經(jīng)成為抑菌抗病毒材料應(yīng)用最為活躍的領(lǐng)域之一，2020年底，中國涂料工業(yè)協(xié)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(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。2021年9月，與團(tuán)隊合作的國內(nèi)知名硅藻泥龍頭企業(yè)推出了對冠狀病毒抗病毒活性率高達(dá)99%以上的一款新型石墨烯抗病毒水性硅藻涂料，而且實現(xiàn)量產(chǎn)，正向市場全面推廣應(yīng)用。

其他涂層 2021年9月，在第七屆CPRJ 3C電子/家電塑料技術(shù)論壇暨展示會上，與會專家提出：疫情防控常態(tài)化的大背景下，抑菌抗病毒材料將會延伸到各行各業(yè)，3C消費(fèi)電子或家電行業(yè)也不例外，必須持續(xù)研發(fā)有關(guān)抑菌抗病毒材料，包含產(chǎn)品內(nèi)嵌和表面涂層。我們團(tuán)隊也意識到消費(fèi)類電子產(chǎn)品、家居辦公產(chǎn)品、公共場合用產(chǎn)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(fù)合抑菌抗病毒材料的手機(jī)硅膠套已經(jīng)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(jīng)在國家版權(quán)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(guān)進(jìn)口冷鏈?zhǔn)称钒b陽性事件高發(fā)，這也引發(fā)了團(tuán)隊的思考，大家認(rèn)為完全可以將塑料包裝材料——主要材質(zhì)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(tuán)隊正與無錫某知名包裝膜生產(chǎn)企業(yè)合作推進(jìn)中。

紡織面料 紡織雖然是傳統(tǒng)行業(yè)，但產(chǎn)業(yè)界人士根據(jù)疫情現(xiàn)狀也在想辦法升級換代，大家認(rèn)為后疫情時代紡織品及非織造布的發(fā)展“危中有機(jī)”：只有通過一些技術(shù)創(chuàng)新，賦能增值，從而讓產(chǎn)品形成差異化、功能化，解決消費(fèi)者痛點，紡織行業(yè)才具備更強(qiáng)的競爭力。為此，團(tuán)隊已經(jīng)與青島某纖維制造企業(yè)合作開發(fā)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(dá)2級的面料，利用這種面料可以進(jìn)一步加工成家紡、鞋材、特種防護(hù)服、勞保手套等產(chǎn)品，目前已實現(xiàn)小批量生產(chǎn)。對于普通面料，例如滌綸材質(zhì)緯編提花布等，團(tuán)隊與福建省泉州市某企業(yè)合作，通過石墨烯復(fù)合抗病毒后整理劑對滌綸材質(zhì)緯編提花布進(jìn)行加工處理，可以用于抑菌抗病毒鞋墊的制備，目前正準(zhǔn)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(jìn)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(yè)人士已經(jīng)認(rèn)識到抑菌抗病毒是非織造行業(yè)未來的大趨勢。團(tuán)隊已將石墨烯復(fù)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(jīng)開始大批量銷售。同時根據(jù)市場需求，團(tuán)隊正與國內(nèi)知名廠商共同推進(jìn)石墨烯復(fù)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(jìn)傳統(tǒng)濾材的升級換代。我們認(rèn)為，基于上述抑菌抗病毒濾材，進(jìn)一步加工制備得到抑菌抗病毒空氣凈化、新風(fēng)及空調(diào)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(chǎn)品，但是大眾對此的認(rèn)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(tuán)隊與來自浙江大學(xué)、東華大學(xué)和紡織行業(yè)協(xié)會的教授和專業(yè)人士討論后認(rèn)為：口罩顯然對于防止疫情擴(kuò)散是非常重要的，我們當(dāng)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(yè)與本團(tuán)隊合作，基于石墨烯復(fù)合抑菌抗病毒熔噴濾材開發(fā)的抗病毒口罩已經(jīng)問世，并已經(jīng)進(jìn)入常州藥業(yè)自營藥店銷售。除了口罩外，無紡布材質(zhì)的防護(hù)服、防護(hù)頭套等防疫物資也是石墨烯復(fù)合抑菌抗病毒材料的應(yīng)用方向。

汽車內(nèi)飾 在2021年上海國際汽車內(nèi)飾與外飾展覽會上，團(tuán)隊成員與汽車內(nèi)飾行業(yè)一些知名企業(yè)進(jìn)行了深度交流，大家意識到，在疫情常態(tài)化的當(dāng)下，汽車作為一個相對較為封閉的空間，其中的內(nèi)飾產(chǎn)品，如儀表面板、門內(nèi)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(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)合作推進(jìn)。目前團(tuán)隊與汽車內(nèi)飾行業(yè)一些有意向的企業(yè)已經(jīng)開展合作，將抑菌抗病毒材料正式應(yīng)用到部分汽車內(nèi)飾中。

潛在應(yīng)用 除了上述應(yīng)用領(lǐng)域，我們認(rèn)為石墨烯復(fù)合抗病毒材料在水質(zhì)凈化、注塑件、家居板材等行業(yè)也具有潛在的應(yīng)用需求。相信隨著大家對石墨烯復(fù)合抗病毒材料了解的深入，其應(yīng)用領(lǐng)域或?qū)⑦M(jìn)一步拓展。

結(jié)語

包括本次新冠疫情在內(nèi)的導(dǎo)致國際公共衛(wèi)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(tuán)隊提出了物體免疫力這一概念，引發(fā)大眾和業(yè)界關(guān)注。之后，團(tuán)隊會持續(xù)開展這一概念的科普工作，同時致力于將這一概念付諸產(chǎn)業(yè)實踐，其中無紡布濾材、空氣凈化濾芯、新風(fēng)及空調(diào)空氣過濾器、塑料薄膜和特種涂層等已經(jīng)實現(xiàn)批量生產(chǎn)和銷售，投入到疫情應(yīng)用的第一線。團(tuán)隊認(rèn)為，物體免疫力后期的進(jìn)一步推廣、應(yīng)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(dǎo)致的變異病毒或未知病毒大范圍傳播風(fēng)險，可謂意義深遠(yuǎn)。