奈米級紡織品在抗病毒和抗微生物材料開發扮演重要角色
自COVID-19疫情流行以來，業界在奈米纖維增強防護的機能和其他附加機能方面已經有了多項應用，該材料不僅被使用在口罩和其他PPE物品，也在其他領域，如建築物和汽車內裝中的絕緣過濾器使用。
靜電紡絲奈米纖維於1930年代首次由俄羅斯軍方開發並用作防毒面具的過濾器，而美國的Donaldson公司則將其用在許多商業過濾產品中長達超過35年。在過去的幾十年間，全球數百個實驗室一直在積極研究靜電紡絲製程並開發新的奈米纖維材料。
靜電紡絲製程通常意指在縱向電場中射出液態聚合物來形成奈米纖維，製造的機制主要透過液態聚合物彎曲不穩定的特性使其伸長，液體聚合物流的二次分裂也可能發生，但最終還是會透過材料伸長以製成細小的纖維。
然而，靜電紡絲──作為生產這種極細亞微米纖維的第一種方法，它具有許多的限制。其中包含製造過程常需使用高危險溶劑，並且製造的產率不高，使該方法難以跨越實驗室階段的生產。
然而過去的20年間，這些缺點使得許多替代方法的研究被激發出來，其中捷克公司Elmarco在商業上最為成功，該系統是基於無噴嘴靜電紡絲技術，其特點是其單純的機械構造。
透過Elmarco Nanospider系統，噴嘴具有自主管理能力，因此即使溶液的電壓、黏度和表面張力等技術參數發生變化，也會自動最佳化噴嘴的數量和間距。這使得工法穩定性得到明顯改善並且所產出奈米纖維層的品質更加一致。與此同時，奈米纖維的最終用途應用範圍已擴展到智慧嵌入式裝置、高效照明技術，再到超級電容器甚至儲氫技術等應用。
熔噴材料短缺
2020前半年，全球出現了熔噴不織布短缺的情況，而熔噴不織布則是製造醫用口罩中重要的過濾層材料。熔噴材料透過直徑5-10微米的纖維進行製造，因此它是最為接近奈米纖維層的材料，可透過工業設備用經濟且高效率地的方式在這塊市場進行規模化生產。
COVID-19疫情流行使得這種原本不受關注之材料的短缺引起從未有過的巨大影響，然而疫情同時也激發業界的創新以讓個人防護裝備（尤其是口罩）可以更有效地對抗病毒，同時也有許多創新試圖解決其一次性使用特性所導致的環境問題。在疫情流行最嚴重的時候，全球每月估計使用了1270億個一次性口罩。
奈米纖維層和塗層，以及嵌入粗纖維中的奈米顆粒，對於許多新的抗病毒和抗微生物產品的開發至關重要，較為常見的則是那些包含金屬奈米顆粒和石墨烯的產品。
石墨烯
石墨烯具有強大的抗病毒機能──研究表明，在奈米層邊緣加上非常銳利的單層氧化石墨烯薄片，可以在病毒進入人體之前對其進行物理穿刺，使病毒無害化。此外，還能在氧化石墨烯上增添負靜電荷，以提高材料將病毒吸引到銳利邊緣的效果。
舉例來說，最大的石墨烯奈米片產品生產商和供應商之一：義大利Directa Plus所製造的Co-mask外層，就是以石墨烯加上一個機能性平面熱電路（PTC），使其具有非常強的抑菌效果以及抗靜電能力。PTC可以讓熱能從熱點轉移到較冷的區域，即使在炎熱的氣候下也能做到熱平衡以達到熱舒適效果。
資料來源：Directa Plus
Directa Plus開發出一種機能性石墨烯奈米片印刷技術，稱為平面熱電路（PTC）。
石墨烯超疏水塗層
香港理工大學（理大）的研究人員開發出一種石墨烯塗層，可以讓口罩或其他材料具有超疏水機能，並且只需暴露在陽光下即可對其進行消毒。
該研究小組採用了一種名為LIFT（雙重雷射誘導前向轉移）的雷射製造工法，將幾層石墨烯奈米層沉積到市面上的不織布口罩上。LIFT採用脈衝時間為10奈秒的脈衝雷射束，短脈衝時間代表光子的動量足夠強大，可以在不明顯增加口罩溫度的情況下轉移石墨烯，這點十分重要，因為口罩中聚合物纖維的熔點僅有130°C。LIFT方法還與捲對捲的生產模式相容，因此可以輕鬆整合到現有的自動化生產線。
只需將塗有石墨烯的口罩暴露在陽光下40到100秒即可對其進行消毒，之所以能做到這點，是因為石墨烯在波長300至2500 nm的太陽光譜中可以吸收超過95%的光能，因此可讓塗層的溫度迅速升高，在太陽照射40秒後達到70°C，在100秒後超過80°C。這足以消滅大多數類型的病毒，這意味著口罩可以被重複使用或（如果損壞）安全地回收。相比之下，沒有石墨烯塗層的口罩不具有這種光熱效應，因為它們吸收陽光的能力很弱。
由於石墨烯的超疏水特性，它還具有自清潔機能，水滴會在它們黏附於石墨烯之前就從口罩表面滾落。
對齊結構奈米纖維
與此同時，韓國科學技術院（KAIST）的一個研究小組開發出一種奈米纖維口罩，即使將口罩進行手洗後也能維持出色的過濾效率，在經過超過20次的清洗，口罩仍將保持其耐用性和過濾機能。
該口罩是以專利技術製成，可將直徑為100-500 nm的奈米纖維沿正交或單向方向排列，製造方法是以絕緣靜電紡絲工法，以控制纖維的排列來生產正交奈米纖維。這種結構使得空氣濾淨器傳遞的壓力得以最小化，並可以使過濾效率最大化。
目前的一般口罩無法維持其空氣過濾機能，是因為它們的靜電性會在接觸水之後消失，使得過濾效率大幅降低，因此幾乎不可能重複使用。
然而，KAIST奈米纖維口罩已被證明具有防水性，在20次乙醇重複殺菌測試中仍具有超過94%的過濾效率；並且即使經過手洗20次，奈米纖維薄膜的奈米層結構也沒有變形，另外還特別驗證過該口罩即使浸泡於乙醇中3小時以上，奈米薄膜也沒有變形。
紅銅
在疫情流行開始時，香港政府委託香港紡織及成衣研發中心（HKRITA）設計和生產一種新的口罩，並將數百萬個新口罩分發給了香港市民。
這種口罩CuMask+是由六個不同分層所組成，它們相互依存，並以特定的方向順序排列，以提供最高的保護和過濾機能。其針織外層是由銅和棉紗的混合物組成，可物理阻擋液滴，並為使用者和不織布芯提供一定程度的紫外線防護。
CuMask+的抗菌核心可捕捉微生物，並採用兩種材料：CottonX，一種浸漬過有氧化銅奈米粒子的嫘縈和棉材料；以及一種含有氧化銅奈米粒子的聚丙烯不織布。兩者都是由以色列的Argaman Technologies所開發。
聲化技術（Sonification）
氧化銅是透過Argaman的專利技術「聲化」固定在CottonX材料上。他們將氧化銅聚丙烯混合材料進行熔融紡絲，使氧化銅均勻分佈在聚丙烯中。即使經過60次清洗，這兩種材料仍具有很高的抗菌機能。其過濾層是一種高機能熔噴織物，經過多次洗滌後仍能保持其有效性。
美國方面，總部位於北卡羅來納州Conover的Nufabrx公司與另外兩家美國公司正合作銷售可重複使用的口罩，該口罩也含有銅的抗菌功效，並且可以清洗多達30次。
位於義大利佛羅倫薩的TexeSrl還開發出一種簡單有效的解決方案，以讓餐廳等公共場所免受COVID-19的影響。該公司一系列含銅的窗簾和帷幕，可讓環境不利於病毒存活。他們透過熔融擠出工法將奈米銅嵌入到尼龍等聚合物纖維中，並發現其抗菌效果比市面上其他類似的抗菌織物都能持續更長時間，市面上的產品往往只有表面塗層，因此每次清洗都會降低其機能性。
鋅
Acteev Protect是一種正在申請專利的抗菌技術，由美國德克薩斯州休斯頓的Ascend Performance Materials所開發，目標是防止黴菌、真菌和其他微生物在口罩、空氣濾淨器、服裝和室內裝潢等產品上的生長。
該公司將鋅離子技術與聚酰胺材料的梭織、不織布和針織布料結合。他們將活性鋅離子嵌入聚合物基底材料中，可作為不會因清洗而有所損耗的機能加工解決方案，它與局部飾面或塗層不同，這種聚酰胺織物十分耐用、皮膚觸感柔軟，並且採用了奈米纖維和熔噴過濾器。
值得注意的是，最近來自英國劍橋大學、美國西奈山伊坎醫學院、ResInnova Labs和Ascend公司的國際科學家和工程師團隊，在一項研究中證明，嵌入鋅離子的尼龍織物能夠消滅99%導致COVID-19和普通流感的病毒。
資料來源：Ascend Performance Materials
採用Acteev Protect技術將鋅離子嵌入到纖維聚合物基底材料。
銀
銀奈米粒子是最廣泛被使用的抗菌添加劑。在最近的發展中，有項來自瑞士HeiQ的Viroblock NPJ03被證明對可以減少99.99%的SARS-CoV-2病毒。它結合了銀抗菌劑和囊泡技術，可迅速破壞包括冠狀病毒在內的包膜病毒。該材料之前已經針對冠狀病毒家族中的另一種病毒株冠狀病毒229E進行了測試。
健康疑慮
受到COVID-19疫情流行刺激而推動的研究發展，現在也正蔓延到其他領域。例如，汽車過濾技術領導企業Mann+Hummel現在正試圖將其最新的機艙空氣過濾器中使用奈米纖維──這類材料從前只用於較為複雜的發動機應用。然而，銅、銀和鋅雖然具有很強的抗菌性，但可能對健康有害。它們在環境中會逐漸積累並且也會導致抗菌抗性，尤其是奈米級的技術應用。歐盟委員會及其新興健康風險科學委員會（SCENIHR）已經發現在抗菌技術中使用銀的風險。瑞典等相關政府正在對有害物質徵收額外的稅並加上限制，這顯示出市場正在發生轉變，而解決之道很可能在於生物聚合物的使用。
例如，以木材中的木質素所製成的靜電紡絲奈米纖維已被用於化妝品面膜，帶來了許多好處。另一方面，芬蘭生物技術公司NordShield最近獲得總計超過420萬歐元（約470萬美元）的投資，以進一步開發抗菌技術，其目標是僅利用從森林工業的相關產業中取得的木材來開發抗菌技術。
與此同時，世界各地的實驗室和研發機構仍在持續進行研究，試圖將生物聚合物以靜電紡絲方式製成奈米纖維以進行廣泛的最終應用。
