《Molecules》：Essential Oils Applied to Textile Substrates with Emphasis on Antibacterial Properties: Review Article
Hendrick Lezeck,
Meritxell Martí,
Siddanth Saxena and
Manuel J. Lis
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本文系统综述精油（EOs）在纺织功能化中的应用，聚焦微胶囊化等技术对挥发性、疏水性EOs的稳定策略，解析壳聚糖、明胶等生物基载体及喷雾干燥、界面聚合等工艺，结合最低抑菌浓度（MIC）、革兰氏阳性/阴性菌数据，为开发兼具抗菌、驱蚊及耐久性的生物功能纺织品提供关键参考。
Essential Oils Applied to Textile Substrates with Emphasis on Antibacterial Properties: Review Article
Hendrick Lezeck, Meritxell Martí, Siddanth Saxena and Manuel J. Lis
Abstract
精油（EOs）在传统医学、药学、食品工业和化妆品领域广为人知，因其易获取且在多领域应用成效显著。它们天然、生物基且可生物降解，准确应用时对微生物、病毒和真菌有效。但多数有机EOs具挥发性且表面化学疏水，不适合直接用于纺织生物应用。纺织品为施加精油以提供抗菌或除臭等功能提供了实用平台。传统纺织侧重舒适与防护，而功能纺织的兴起为整合精油等天然化合物创造新机遇。近期，随着对具生物功能的可持续织物需求增长，将精油整合到纺织材料的研究日益增多。本综述重点介绍精油应用于纺织基底的最新进展，考察所用技术、实现的改进（包括洗涤周期、抗菌效率范围和耐久性），并通过调研近期文献明确最常用方法及机制。
1. Introduction
精油（EOs）因生物活性特性应用广泛，其应用取决于质量、来源、提取方法等因素，在食品、制药和化妆品行业易获取且有诸多应用。
食品工业中，EOs长期用于增强食品风味与香气，近年应用数量增加。据联合国粮农组织报告，全球约10–40%的食品因腐败变质损失，果蔬损失最高，同时2024年全球8.2%人口（超6.73亿）面临饥饿，28%中度粮食不安全。研究者发现EOs含抗氧化剂等活性成分可对抗食品腐败微生物，但直接施于食品可能致敏，故转向包装应用。
化妆品行业中，EOs用于香水、肥皂和面霜增香，消费者需求转向高质量与环境友好产品，推动EOs相关研究。
医药领域，芳香疗法曾是EOs主要应用，如今医学进步挖掘其活性成分潜力以对抗微生物。传统药物导致微生物耐药性上升，抗生素失效，而丁香油、肉桂油含醛类（肉桂）、丁香酚（丁香）等具抗菌作用的成分，桉树、薄荷、茴香、鼠尾草等EOs也用于止咳化痰治疗咳嗽和支气管炎。
本综述旨在覆盖精油应用于纺织基底以实现生物功能化、耐久性、安全性和抗菌效率这一动态增长的领域。
文中涵盖香茅、丁香、肉桂、薰衣草、桉树、百里香、迷迭香等EOs的化学成分，这些油多用作抗菌剂。萜烯是EOs主要化学成分，其衍生物萜类化合物具抑制微生物生长的特性；苯丙素也是关键成分，具抗氧化、抗菌和光保护特性，在食品保鲜、制药、化妆品和纺织整理中极具价值。理解EOs主要化学成分对解读其生物活性至关重要。
EOs应用于纺织表面虽复杂但可行，已有企业将EOs作为驱虫剂、抗菌剂施于织物。纺织品作为接触人体皮肤最广的系统，可作为透皮或真皮递送活性成分的载体，如老人长期卧床时，含芦荟的纺织品可提供保护；洗涤时也可将抗菌微胶囊或柔软剂整合到织物中。这类具生物功能（如驱蚊、给药、护肤、防晒）且结合天然化合物的纺织品被称为生物功能纺织品，与传统功能纺织（机械强度、 moisture管理、热调节）不同，它们通过接近人体时释放活性成分实现互动。
医院、公共交通等设施是EOs应用的潜在场景，纺织企业被鼓励投资新技术提升织物功能。
2. Essential Oils: The Potential Candidates
精油是从树皮、种子、花、根、叶、果、木材等植物材料中获取的芳香易挥发液体，传统医学中因易获取且成效显著而知名，多数EOs成本低、易采购，近年相关研究显著增加，但在纺织等行业应用因高挥发性和光照下易蒸发而不简单。
准确应用时EOs无害，反而含多种有益活性成分。绝大多数EOs由亲脂性萜类、苯丙素或低分子量短链脂肪烃衍生物组成，代表性结构如图1所示。
2.1. Chemistry of Essential Oils with Antibacterial Properties
由于EOs含多种化学成分，食品、制药、化妆品和纺织行业均渴望深入探索。本综述聚焦香茅、肉桂、丁香、桉树、百里香和迷迭香。
所选EOs（表1）化学特征以含氧单萜（如1,8-桉叶素、芳樟醇、香叶醇、香茅醛）和苯丙素（如肉桂醛、丁香酚）为主。苯丙素衍生物（尤其肉桂醛、丁香酚）因反应性醛基和酚基具强杀菌作用，可致膜破坏和蛋白质变性；含氧单萜则主要通过增加膜通透性和扰乱细胞稳态发挥作用。这些油中亲脂性萜类结构的重叠解释了其广谱抗菌活性及适用于功能化纺织系统的受控生物活性释放。此外，这些EOs在功能化织物和封装系统中被研究，保留了与生物功能纺织相关的抗菌活性。
2.2. Antibacterial Activity of Essential Oils
文献报道的EOs中，丁香、百里香、迷迭香、香茅、薰衣草因富含酚类和醛类成分（如百里香酚、丁香酚、肉桂醛），对革兰氏阳性和阴性菌均具低最低抑菌浓度（MIC）（表2）。相比之下，烃类萜烯组成的油抗菌性能较弱，故所选EOs是抗菌的合理候选。
2.3. Essential Oils with Properties for Combating Micro-Organisms
2.3.1. Citronella Essential Oil
香茅油（Cymbopogon nardus）通过蒸汽蒸馏植物易获取，具健康益处，用于治疗皮疹、感染及驱虫。其驱避与抗菌双重功能（表3）存在性能权衡：驱避依赖挥发性和扩散速率，需足够空气浓度干扰昆虫寻主行为；抗菌则需直接接触以破坏膜结构、泄漏胞内成分及抑制代谢，这要求活性分子保留在纺织-细菌界面。因此，提高挥发性增强驱避可能加速活性成分消耗，降低长期抗菌活性；反之，增强封装密度或降低释放速率延长抗菌可能限制气相浓度，削弱驱避效果。
该油虽驱虫有效，但洗涤耐久性有限。有研究用微胶囊作为载体将香茅EO施于纺织基底：Zeeshan Tariq用复凝聚法制备香茅油微胶囊，以戊二醛为稳定剂、丙烯酸基粘合剂施于涤棉（PC），15%（固含量）微胶囊处理的织物初始蚊驱率90%，30次洗涤后仍达80%；Lis Arias用明胶和阿拉伯胶复凝聚制备香茅油微胶囊施于棉/聚酰胺织物，体外实验显示长效给药潜力；Bancha Yingngam用乳化-喷雾干燥两步法制备金合欢胶包裹的香茅微胶囊用于非织造化妆品纺织，结果显示微胶囊提升了热稳定性，降低了纯EO的刺激潜力，有望开发长效低刺激香茅EO化妆品纺织。
2.3.2. Clove Essential Oil
丁香属被子植物门木兰纲，主要产于印尼、印度等地。其EO化学成分复杂，随产地和提取方法变化，伊朗产丁香EO主要成分为丁香酚（63.37%）、β-石竹烯（15.94%）等。
丁香酚作为主活性成分（表3），使丁香油具抗菌、抗炎、镇痛等药理特性。Varma用不同浓度丁香EO微胶囊处理棉织物，高浓度时对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）的抑菌圈最大（分别为12.5 mm±1.5和12.33±0.57），洗涤后对抗S. aureus的耐久性优于E. coli；Sharma用壳聚糖生物聚合物喷雾干燥制备丁香EO微胶囊，以苹果酸、马来酸和Eudragit S100为交联剂，Eudragit S100效果最佳，细菌菌落形成单位（CFU）减少98.5%，优于苹果酸（95.3%）和马来酸（91.8%）。
2.3.3. Cinnamon Essential Oil
肉桂（Cinnamomum zeylanicum）是最早使用的香料之一，天然易获取，商业形式为干树皮或磨碎树皮，其树皮油、树脂和叶油是增值产品，树皮油用于食品和制药。
Cardoso-Ugarte提到多种提取方法（溶剂萃取、微波辅助、水蒸馏）；Cheng等通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）表征肉桂EO成分，主要有二萜、烃类、含氧二萜、单萜和含氧单萜。
肉桂在食品工业中作香料，获FDA“公认安全”（GRAS）认证，用作食品防腐剂抑制真菌生长，兼具抗氧化、抗菌、杀虫和杀线虫活性，用于调味品、酱料、烘焙等。
医药领域（表3）研究显示，EOs及其成分具抗菌、杀虫等多种活性，但肉桂某些成分在高剂量下有害，抗菌和驱避需较高浓度，引发毒性和安全性担忧——酚类（如丁香酚、百里香酚、肉桂醛）具剂量依赖性细胞毒性、皮肤刺激和致敏风险，如肉桂酸致皮炎、牙膏中添加致口腔敏感，纺织中长期皮肤接触（尤其密闭条件）也可能刺激，且高挥发性有机化合物（VOC）有吸入安全风险。微胶囊化、控释系统和协同组合可降低暴露同时保留功能。
Nagender Singh和Javed Sheikh用明胶-壳聚糖复合物优化喷雾干燥封装肉桂树皮油，通过浸轧法施于亚麻织物，分析抗菌、抗氧化等功能，结果显示微胶囊高效（78.67%）、形状不规则，通过离子相互作用（壳聚糖-丙烯酸粘合剂）附着织物，缓慢释放活性成分，对E. coli和S. aureus具抗菌活性，蚊驱率高达100%，耐洗约20次，且有宜人香气。
2.3.4. Lavender Essential Oil
薰衣草属（Lavandula）EO数百年来用于传统医学，具驱风、镇静、抗抑郁特性，在风味和香料行业流行。
如今制药业发现部分细菌病毒对抗生素耐药，薰衣草EO因抗菌、抗氧化、抗真菌、杀虫特性成为补充或替代合成治疗的候选。
食品工业中，薰衣草EO用于控制细菌生长，全球10–40%食品腐败（尤其果蔬），合成添加剂有健康和环境风险，而薰衣草EO对肉类加工主要污染物大肠杆菌有效。体外研究显示其对沙门氏菌、大肠杆菌、肠杆菌科等食源性病原体在10%浓度下有效；对鱼等不适用直接施用的食品，开发了含薰衣草EO的可生物降解明胶-壳聚糖膜。
其驱虫特性最显著，单萜酮（如松油醇、樟脑、桉叶素）活性高于醇类。纺织领域主要用于香氛：Shuo Wang为提高纺织表面留香时间，用聚脲为壳材通过界面聚合制备薰衣草EO微胶囊，以六亚甲基二异氰酸酯和碳酸胍形成聚脲壳，无需交联剂，12周后留香效果优于香精乳液（气相色谱测定）；Balasubramanian用电纺将薰衣草EO封装于聚丙烯腈（PAN）纳米纤维，对S. aureus和肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）的抑菌圈14–15 mm（至少8小时），30天内稳定；Upadhyay用复凝聚封装薰衣草EO施于机织亚麻，对S. aureus和K. pneumoniae的抑菌圈分别为25、20 mm，对肠球菌（Enterococcus）的抑菌圈达30、27.8 mm。
2.3.5. Eucalyptus Essential Oil
桉树EO来自Poaceae、Lamiaceae等多个科，尤加利属（Eucalyptus）超500种，多原产澳洲和塔斯马尼亚，柠檬桉（Eucalyptus citriodora）因高变异性和优质油（主含香茅醛）被广泛研究。桉叶油EO在制药、食品、化妆品领域重要（表3），Ramezani报道其显著减少水稻病原菌菌丝生长；Manzoor发现含松油烯-4-醇（terpinen-4-ol），具杀虫活性且诱导肺癌细胞凋亡，还对沙门氏菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯菌及白色念珠菌有效。
纺织应用中，Joo Ran Kim用凝聚法制备桉树EO负载微胶囊，接枝到棉织物上防螨，戊二醛交联稳定壳材，按AATCC 194-2007测试尘螨死亡率达98.7%；Benas用逐层法将桉树EO微胶囊整合到电纺纳米纤维制医用口罩，消除异味同时有效防护冠状病毒。
2.3.6. Thyme Essential Oil
百里香（Thymus vulgaris L.）属唇形科，多年生亚灌木，寿命10–15年，茎随年龄木质化，水平和直立生长，全球栽培，可通过种子或根茎扦插繁殖。
百里香酚和香芹酚是主成分（表3），具重要抗菌抗氧化特性。最初用于食品增香，其抗氧化成分通过抗氧化延长保质期，Szczepaniak等发现百里香酚、香芹酚和伞花烃混合物抑制肉类中常见腐败菌（Brochothrix thermosphacta）生长25.7%，延长碎猪肉货架期；Kon和Rai将百里香与肉桂、玫瑰EO混合，百里香+肉桂对S. aureus协同抗菌，百里香+玫瑰对E. coli强效。
纺织领域，Liliana Indrie用溶剂蒸发法将百里香酚封装于乙基纤维素（49%乙氧基）用于博物馆棉麻遗产纺织，提升拉伸强度；Rose用复凝聚制备百里香EO微胶囊施于羊毛织物用于芳香疗法，羊毛高吸湿性和β-环糊精粘合剂提升留香；Subair将百里香酚和香芹酚与壳聚糖封装施于棉质实验服，病原体减少4-log（99.99%），多次洗涤后仍抗菌。需注意，粘合剂（如壳聚糖、乙基纤维素）可能影响释放动力学和活性，如壳聚糖自身抗菌可协同，而高度交联或疏水基质可能延迟百里香酚等扩散，降低即时抗菌效果，故生物活性取决于油本身效力、基质-化合物相互作用及控释行为。
2.3.7. Rosemary Essential Oil
迷迭香（Rosmarinus officinalis L.）EO因抗菌、抗真菌、抗氧化且低成本易获取而应用增加，属唇形科，含三个物种，主要分布于西地中海和中南美洲，自然栖息地海拔近海至1500米。化学分型为桉叶素型（cineoliferum，高1,8-桉叶素）、樟脑型（camphoriferum，樟脑>20%）和马鞭草酮型（verbenoniferum，马鞭草酮>15%）。其EO在制药、化妆品、食品行业前景好，具抗菌（对大肠杆菌、蜡样芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌）、抗真菌、杀虫、抗炎等特性（表3），革兰氏阳性菌更敏感（因革兰氏阴性菌亲水细胞壁阻碍疏水成分穿透）。纺织领域，Singh将迷迭香施于亚麻织物，获耐久抗菌、显著抗氧化、驱蚊及宜人香气。
综上，EOs受环境因子保护时性能更佳。
表3总结了典型EOs的功能成分、特性及应用。
3. Methods to Immobilize the Essential Oil
为保护EOs化学成分，需将其固定在合适位置（尤其结合基底），这可提供抗菌等益处，且EO成分从织物向皮肤扩散的储库效应可被检测。
固定化方法众多，但并非都适合纺织表面，选择最佳方法具挑战性，需两步：首先选壳材，考虑稳定性和生物降解性；其次考虑壳与织物的功能性，如环保、永久防护、终身分离芯材、触发释放或长效扩散释放。
3.1. Complex Formation by Synthetic Polymers
常用合成聚合物：聚乙烯醇（PVA，稳定剂）、聚
