体外评估Boswellia serrata添加到N95口罩层中的效果——特定效能比较

《GLOBAL CHALLENGES》：In Vitro Assessment of Boswellia serrata Incorporated N95 Mask Layers -Specific Efficacy Comparison.

　　本研究设计了一种新型五层N95口罩，在第二和第三层涂覆Boswellia serrata树脂提取物（BSE），通过SEM、EDX、FTIR和接触角测试验证了BSE的物理吸附和化学结合，证实第二层具有快速但短暂的抗菌效果（1小时抑制率92%-86%），第三层则呈现持续抗真菌和细菌效果（8小时抑制率100%-75%）。实验表明涂层技术可显著提升口罩对病原体的过滤效率，为开发长效抗菌口罩提供新思路。

　　近年来，随着新冠疫情的爆发，防护口罩在预防病毒传播方面发挥了至关重要的作用。面对这一全球性健康挑战，各种类型的口罩应运而生，包括布质口罩、医用外科口罩以及N95口罩等。这些口罩的过滤效率各有不同，其中N95口罩因其高达95%的过滤效率而被广泛使用，成为高效防护的重要工具。然而，尽管N95口罩在物理过滤方面表现优异，其在抗菌、抗病毒等方面的功能仍存在提升空间。为此，科学家们不断探索新的材料和技术，以增强口罩的防护性能，使其不仅能够过滤空气中的颗粒物，还能有效抑制病原体的生长，从而提供更全面的保护。

本研究提出了一种创新的解决方案，即通过在N95口罩的第二和第三层中引入一种天然植物提取物——来自印度喀拉拉邦的乳香树（*Boswellia serrata*）树脂提取物（BSE），从而赋予口罩更强的抗菌和抗真菌能力。这种提取物富含具有生物活性的成分，如乳香酸及其衍生物，它们在抑制微生物生长方面表现出显著效果。通过将这些成分选择性地涂覆在口罩的不同层上，研究人员发现，第二层能够快速但短暂地发挥抗菌作用，而第三层则能提供持续且稳定的抗菌效果。这种分层设计不仅优化了口罩的抗菌性能，还提升了其整体防护能力。

在实验过程中，研究人员采用了多种分析方法来验证BSE的引入是否成功以及其对口罩性能的影响。首先，通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDX）分析，观察了涂覆BSE后的口罩材料表面结构变化。结果表明，BSE成功地附着在第二和第三层的纤维表面，形成了均匀的涂层。此外，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析进一步证实了BSE中的活性成分与口罩材料之间的化学相互作用，显示了提取物中特定官能团的特征峰，表明其与口罩纤维的结合。同时，通过接触角测量，研究人员评估了涂覆BSE后的口罩材料的亲水性和疏水性变化，发现第三层在涂覆后表现出更强的亲水性，而第二层仍保持良好的疏水性。这种差异可能是由于BSE中不同成分与材料的相互作用方式不同，从而导致了不同的表面特性。

为了进一步评估BSE的抗菌性能，研究人员进行了多种实验，包括琼脂扩散法、液体稀释法以及接触杀灭法。在接触杀灭实验中，研究人员将不同时间点（1小时、4小时和8小时）的微生物接触口罩材料，然后通过计算菌落数来评估抗菌效果。结果显示，第二层在1小时内对某些细菌（如*E. aerogenes*和*K. pneumoniae*）表现出较高的抗菌活性，但随着时间的推移，这种效果逐渐减弱。相比之下，第三层在8小时内仍能维持较高的抗菌能力，对真菌* Candida albicans*和细菌*S. aureus*的抑制率分别达到100%和90%。这些结果表明，BSE在不同层面上表现出不同的抗菌特性，这种分层设计可以最大化其抗菌潜力，同时不影响口罩的过滤效率。

此外，研究人员还对涂覆BSE后的口罩材料进行了细菌过滤效率（BFE）和透气性的测试。结果显示，第三层的BFE达到了99.2%，符合国际标准中的较高要求，而透气性测试表明，该层的压差在合理范围内，能够满足日常佩戴的需求。这些数据表明，尽管在第二层涂覆BSE会略微影响其过滤效率，但整体而言，这种分层设计并未显著降低口罩的性能，反而增强了其抗菌能力，使其成为下一代高效口罩开发的重要方向。

该研究的意义在于，它不仅提供了一种基于天然植物提取物的新型口罩材料，还为提高口罩的抗菌性能开辟了新的途径。传统口罩材料通常依赖化学添加剂或金属纳米颗粒来增强抗菌能力，但这些方法可能带来一定的健康风险或环境负担。相比之下，使用天然提取物如BSE，不仅环保，还能提供安全有效的抗菌保护。此外，通过分层设计，研究人员能够根据每层的功能需求，选择性地增强其抗菌能力，而不会影响口罩的整体性能。这种策略为未来的口罩材料开发提供了重要的参考，尤其是在应对多种病原体传播的公共卫生需求方面。

本研究的成果还为其他领域的应用提供了启示。例如，在医疗、公共安全以及个人防护装备领域，这种分层抗菌技术可以被广泛采用，以提高防护设备的综合性能。同时，由于BSE具有良好的生物相容性和安全性，它在日常使用中不会对佩戴者造成不良影响，这使得其在长期佩戴场景中更具优势。此外，该研究还表明，植物提取物可以作为一种可持续的抗菌材料，有助于减少对合成化学品的依赖，从而推动绿色材料的发展。

从更广泛的角度来看，这一研究也反映了现代材料科学与生物医学的交叉融合。通过将天然生物活性成分与工程材料相结合，研究人员成功开发出一种具有多重功能的口罩材料，不仅提升了其防护性能，还为未来的智能材料设计提供了思路。这种技术可以被进一步优化，例如通过调整提取物的浓度、涂覆方式以及材料的结构，以实现更高效的抗菌效果。此外，还可以探索其他天然提取物与口罩材料的结合，以应对不同类型的病原体，从而满足更广泛的应用需求。

总的来说，这项研究通过将乳香树树脂提取物引入N95口罩的特定层中，成功开发出一种具有显著抗菌性能的新型口罩材料。该材料不仅在短时间内表现出高效的抗菌效果，还能在较长时间内维持较高的抗菌活性，为提高口罩的防护能力提供了重要的科学依据和技术支持。同时，该研究还强调了天然材料在现代防护技术中的应用潜力，为未来开发更加环保、安全且高效的口罩材料指明了方向。