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    最近食品中毒案件時(shí)有發(fā)生，醫(yī)院感染率日益增高，使得人們逐漸意識(shí)到疾病傳染竟如此容易。抗菌涂料將能提供額外的防護(hù)，并可作為維持衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和公眾健康的一種良好的補(bǔ)充措施。抗菌涂料還可以降低面表感染的風(fēng)險(xiǎn)。另外在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保方面，因?yàn)槠洳恍枰l繁重新噴涂，節(jié)省了勞動(dòng)和化學(xué)藥劑的使用成本。

    殺菌劑現(xiàn)在已普遍的添加到油漆配方中，當(dāng)微生物侵襲時(shí)維持產(chǎn)品的完整性，并在干膜中有效地防止真菌和藻類的滋生。絕大多數(shù)油漆使用者希望油漆過的表面美觀并可維持較長(zhǎng)時(shí)間。微生物的生長(zhǎng)通常使油漆產(chǎn)生污點(diǎn)，并影響油漆性能。殺菌劑在干膜保護(hù)中扮演重要角色，它可以維持油漆的美觀、阻止任何微生物在涂層表面生長(zhǎng)。最常見的商業(yè)干膜殺菌劑基于以下幾種活性成分：羥基吡啶硫酮鋅(ZPT)，3-碘代丙炔基-n-正丁基氨基甲酸酯(IPBC)，2-n-正辛基-4-異噻唑啉-3-酮(OIT)，4,5-二氯-2-(n-辛基)-4-異噻唑啉-3-酮(DCOIT)，多菌靈(CBZ)以及百菌清(CTL)。上述殺菌劑大多是已知能有效阻止真菌和部分藻類生長(zhǎng)，但其對(duì)于細(xì)菌的功效并未完全清楚。因?yàn)闅W洲殺菌劑指令(BPD)對(duì)于多菌靈和百菌清有嚴(yán)格的限制條款，所以采取前四種殺菌劑作為抗菌測(cè)試研究。多菌靈被嚴(yán)格重新劃分為：當(dāng)油漆中含有超過1000ppm的該活性成份時(shí)，必須標(biāo)明“毒性物質(zhì)R46”(可能導(dǎo)致遺傳性基因損害)，并相應(yīng)貼有“骷髏頭和交叉骨”符號(hào)，強(qiáng)調(diào)“只限于專業(yè)人士使用”。油漆的化學(xué)品安全說明書中必須表明“導(dǎo)致基因突變類別2”。百菌清則要有R40標(biāo)簽(少數(shù)證據(jù)顯示有致癌后果)。

    銀基殺菌劑是另一種廣為人知的抗菌防護(hù)方法，在許多醫(yī)療設(shè)備和其它聚合物的技術(shù)文獻(xiàn)里均有涉及。但是它在油漆中的使用方法仍不為人所熟知。由于其具有抗菌活性，因此銀基殺菌劑在研究中作為基準(zhǔn)使用。在美國(guó)新注冊(cè)的異噻唑啉基殺菌劑，n-丁基-1,2-苯并異噻唑-3-酮也在研究范圍內(nèi)。 

    規(guī)則

    早期乳膠體系的初始轉(zhuǎn)變面臨一大挑戰(zhàn)，其部分原因是增稠劑/流變改性劑的類型以及乳膠乳液自身的性能造成的。如果近距離觀察這些早期體系的流變性能，其缺點(diǎn)顯而易見，其中最顯著的是應(yīng)用性能。與其醇酸參照物相比，乳膠體系的應(yīng)用性能嚴(yán)重匱乏。

    在市場(chǎng)上最常見的關(guān)于"處理后說明"的陳述為："提供持續(xù)保護(hù)，防止由氣味和污點(diǎn)造成的干漆膜上的細(xì)菌、霉菌和霉變的產(chǎn)生"或者"提供持續(xù)保護(hù)，防止涂料由于細(xì)菌、霉菌和霉變產(chǎn)生的污點(diǎn)、氣味和變質(zhì)"。相關(guān)規(guī)則對(duì)于抗菌劑的限制越來越嚴(yán)格，因此涂料制造商要充分地在最大限度上發(fā)揮抗菌涂料的抗菌特性。只有通過出版物和間接透過營(yíng)銷、廣告或品牌宣傳，才能使相關(guān)信息被最終消費(fèi)者了解。由于以上因素，商業(yè)油漆必須在說明中描述或者通過Microban等“品牌”標(biāo)識(shí)，來表明這些油漆是否具有抗菌性能。在歐盟，抗菌油漆受歐洲殺菌產(chǎn)品指令(BPD)約束。基本上這一政府機(jī)構(gòu)提供了類似EPA(美國(guó)環(huán)保署)的說明指導(dǎo)。抗菌油漆被認(rèn)定為2型殺生制品，其提供抗菌性能的有效成分也被相應(yīng)注冊(cè)為2型。

    抗菌效果測(cè)試

    目前，EPA或BPD都未公布相關(guān)的抗菌油漆效果確定的標(biāo)準(zhǔn)方法。諸如ASTM、ISO、JIS等很多業(yè)內(nèi)機(jī)構(gòu)，發(fā)布了他們各自的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，其主要就是確定在無(wú)孔材料中抗菌劑的活性。這些方法都被采納用于測(cè)試漆膜的抗菌效果。這些都是商業(yè)上通行的定性抗菌測(cè)試，基于擴(kuò)散區(qū)域來確定經(jīng)過處理的物體預(yù)防微生物生長(zhǎng)的能力。將細(xì)菌植入或嫁接入營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基的表面，通過在營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基上形成的抑制圈來評(píng)估其抗菌效果。目前普遍采用該方法來觀測(cè)抗菌素的抗菌效果。圖1描述了抑菌圈測(cè)試方法。      

圖1:涂層后基于抑菌圈的抗菌測(cè)試

    日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)Z2801:20009和ASTME2180-0110是目前使用最廣泛的測(cè)試評(píng)估方法。使用JISZ2801方法，在涂層表面接種細(xì)菌細(xì)胞懸液并通過無(wú)菌聚丙烯膜或無(wú)菌載玻片使其緊密接觸一定時(shí)間，通常為24h。只要求(但不限于)測(cè)試兩種菌株：金黃色葡萄球菌(ATCC#6538)和大腸桿菌(ATCC#11229)。抗菌活性值由抗菌產(chǎn)品和未經(jīng)處理產(chǎn)品在24小時(shí)接觸后的活細(xì)胞數(shù)的對(duì)數(shù)值的差異決定。通過測(cè)試的產(chǎn)品，其細(xì)菌對(duì)數(shù)減少值不應(yīng)小于2.0。圖2描述了JIS測(cè)試方法。  

    試驗(yàn)

    6種商業(yè)抗菌油漆和6種抗菌劑的抗菌性能使用抑菌圈和JIS2801方法，通過其抵御金黃色葡萄球菌(S.a.)、大腸桿菌(E.c.)、綠膿桿菌(Ps.a.)、沙門氏豬霍亂桿菌(S.c.)及克雷伯氏肺炎桿菌(K.p.)的效果進(jìn)行評(píng)測(cè)。商用涂料包括3種含“處理?xiàng)l款”信息的商店自有品牌漆及3種具有“品牌標(biāo)識(shí)”的產(chǎn)品。測(cè)試的抗菌劑包括羥基吡啶硫酮鋅(ZPT)，4,5-二氯-2-(n-辛基)-4-異噻唑啉-3-酮(DCOIT)，2-n-正辛基-4-異噻唑啉-3-酮(OIT)，3-碘代丙炔基-n-正丁基氨基甲酸酯(IPBC)，n-正丁基-1,2-苯并異噻唑啉-3-酮(BBIT)和銀。這些抗菌劑功效通過添加在典型建筑涂料中進(jìn)行測(cè)定。

    樣本制備

    商業(yè)油漆直接進(jìn)行測(cè)試。除ZPT之外,其它抗菌劑按其制造商推薦的最低和最高濃度進(jìn)行測(cè)試。每個(gè)樣品雙層涂覆于Whatman934-AH濾紙上，然后將其在涂料中干燥24小時(shí)。之后將涂層濾紙切割成2英寸直徑大小。每種樣品系列在流水中過濾24小時(shí)，并在進(jìn)行抗菌測(cè)試之前至少再干燥24小時(shí)。測(cè)試重復(fù)三次。

    抑菌圈測(cè)試

    將0.1毫升的細(xì)菌懸液涂抹于含凝固胰化酪蛋白大豆培養(yǎng)基(TSA)的陪替氏培養(yǎng)皿上。將各種涂層樣品置于培養(yǎng)皿中心，在30℃下培養(yǎng)24小時(shí)。在培養(yǎng)過程中細(xì)菌生長(zhǎng)并繁殖生成大叢菌落完全覆于培養(yǎng)基表面，只除了涂覆樣品附近區(qū)域，這是由于殺菌劑滲透到培養(yǎng)基中從而抑制了細(xì)菌的生長(zhǎng)。涂層樣品周圍生成一個(gè)“暈環(huán)”或“抑制圈”(Z)。從樣品邊緣到Z區(qū)外緣的距離(測(cè)量到毫米)及Z區(qū)的透明性都指示出殺菌劑抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的效果。沒有Z區(qū)的樣品表明其無(wú)生物穩(wěn)定性或者該殺菌劑無(wú)法滲透到培養(yǎng)基上。培養(yǎng)后，對(duì)有抑菌圈的樣品測(cè)量其區(qū)域并對(duì)這些透明的Z區(qū)進(jìn)行紀(jì)錄。

    JIS2801測(cè)試

    將0.1毫升的每種細(xì)菌懸液置于各涂層測(cè)試表面，經(jīng)過24小時(shí)靜置。對(duì)于“0小時(shí)接觸時(shí)間”的，在菌液施加到樣品表面后立刻用9毫升無(wú)菌李氏肉湯沖洗接種物。對(duì)“24小時(shí)接觸時(shí)間”的，在菌液施加到樣品表面后將無(wú)菌玻片在接種體表面，在30℃下培養(yǎng)24小時(shí)；之后用9毫升無(wú)菌李氏肉湯沖洗。沖洗液中的活菌數(shù)通過使用TSA系列稀釋計(jì)數(shù)工藝來確定。通過該測(cè)試細(xì)菌的對(duì)數(shù)減少值應(yīng)小于2。對(duì)數(shù)細(xì)菌減少值計(jì)算通過圖3進(jìn)行說明。

圖3:細(xì)菌對(duì)數(shù)減少值

    對(duì)油漆過的墻面進(jìn)行抗菌測(cè)試

    我們委托巴西圣保羅大學(xué)圣保羅醫(yī)學(xué)研究院對(duì)我們的各項(xiàng)需求進(jìn)行測(cè)試。研究了在內(nèi)墻上涂覆各種油漆后，ZPT對(duì)于細(xì)菌生長(zhǎng)的抑制效果。第一組測(cè)試的涂料為丙烯酸亞光面漆、丙烯酸和環(huán)氧樹脂，第二組為半光漆。每種油漆涂覆在80×80cm2的墻面上，之后接種各種細(xì)菌和真菌。微生物濃度相當(dāng)于1麥?zhǔn)蠘?biāo)準(zhǔn)濁度(McFarlandScale)。每周對(duì)墻面進(jìn)行擦拭，并記錄細(xì)菌和真菌數(shù)量。微生物測(cè)試結(jié)果如下：

    枯草芽孢桿菌(B.s)

    沙門氏豬霍亂桿菌(S.c)

    金黃色葡萄球菌(S.a)

    大腸桿菌(E.c.)

    產(chǎn)氣腸桿菌(E.a)

    恥垢分枝桿菌(M.s)

    綠膿桿菌(P.a.)

    糞產(chǎn)堿桿菌(A.f)

    須癬毛癬菌(T.m)

    青霉菌屬(P.p)

    混合細(xì)菌

    混合真菌

    混合真菌和細(xì)菌

    結(jié)果和討論

    影響抗菌測(cè)試基材的主要因素

    此研究中的抗菌性能評(píng)估是基于抑菌圈及JIS2801測(cè)試方法。為保證測(cè)試方法可適用于涂料抗菌性能的評(píng)估，我們發(fā)現(xiàn)有些變量應(yīng)被考慮。首先應(yīng)該考慮的變量是用于涂層的基材。JIS2801要求使用無(wú)孔基質(zhì)。顯微鏡載玻片是常用且實(shí)用的，直到瀝濾和浸入水中。但由于應(yīng)用的涂料可能剝落而產(chǎn)生了問題。理想情況下，兩種評(píng)估抗菌測(cè)試應(yīng)使用相同的基材。為了選擇理想的基材，對(duì)松木、Whatman934-AH濾紙及顯微鏡載玻片進(jìn)行了評(píng)估。松木和Whatman濾紙是常用的抗真菌測(cè)試基材。通過對(duì)革蘭氏陽(yáng)性金黃色葡萄球菌及革蘭氏陰性大腸桿菌的抵御作用來評(píng)估這些不同基質(zhì)涂層的功效。測(cè)試結(jié)果匯總于表1和表2中：表明載玻片和濾紙具有相似結(jié)果，并有比松木更好的再現(xiàn)性。木片涂層比其他兩種基質(zhì)具有更好的細(xì)菌對(duì)數(shù)減少值，這意味著細(xì)菌在木片涂層表面的黏附性強(qiáng)而且在沖洗過程中不易有效釋放在李氏溶液中。出于實(shí)用性，Whatman濾紙被應(yīng)用于余下的研究中。  

表1:基材對(duì)于抑菌圈測(cè)試結(jié)果的影響

表2:基材對(duì)于JIS2801測(cè)試結(jié)果的影響

    殺菌中和劑

    在這部分試驗(yàn)中，對(duì)JIS2801中使用的殺菌劑中和劑的效果也進(jìn)行了研究。如果中和劑在JIS測(cè)試中確實(shí)具有非常重要的作用，那么溶解性好的殺菌劑應(yīng)比溶解性差的殺菌劑具有更好的抗菌效果。BBIT的水溶性為～400ppm，而ZPT為～6ppm。BBIT用硫代硫酸鈉中和；ZPT用硫代硫酸鈉和巰基乙酸鈉的混合物進(jìn)行中和。表2的結(jié)果顯示中和劑的影響很小。JIS中的細(xì)菌提取可以在沒有中和劑的情況下完成。因此，隨后的研究中不再使用中和劑。

    罐內(nèi)防腐劑

    我們測(cè)試的許多防腐涂料都具有抑菌圈和減少了細(xì)菌數(shù)量。但是由于干膜抗菌劑的作用，使測(cè)試結(jié)果不具說服力，也使測(cè)試的有效性變得復(fù)雜。為確保這些干膜抗菌性能的“真實(shí)有效”，我們選擇了一部分油漆并使其浸濾24小時(shí)。浸濾過和未浸濾過的涂料的抗菌效果在表3和圖4中進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示浸濾減少了罐內(nèi)防腐劑的干擾，浸濾洗掉了涂料中有機(jī)可溶材料最開始顯示的“假性-抗菌效果”。

圖4:罐內(nèi)防腐劑對(duì)于JIS2801抗菌測(cè)試結(jié)果的影響

表3:罐內(nèi)防腐劑對(duì)于抑菌圈測(cè)試結(jié)果的影響

        薄膜厚度

    一種典型的普通建筑油漆及幾種商用油漆按不同膜厚涂覆在Whatman濾紙上。未進(jìn)行薄膜厚度測(cè)量，而改為用實(shí)施涂層的次數(shù)(一或兩層)區(qū)別膜厚。基于兩種涂料的評(píng)估，涂層厚度對(duì)抑菌圈測(cè)試結(jié)果的影響不大，如表4所示。JIS2801測(cè)試結(jié)果與之類似，如圖5所示。細(xì)菌對(duì)數(shù)減小值并非精確值而是近似值，二者的涂層測(cè)試展現(xiàn)了相似的抗菌效果趨勢(shì)。

 表4:膜厚對(duì)于抑菌圈測(cè)試結(jié)果的影響

圖5:薄膜厚度對(duì)于JIS2801抗菌測(cè)試結(jié)果的影響

        掌握影響抗菌測(cè)試結(jié)果的變量非常重要。該研究顯示了罐內(nèi)防腐劑及涂料中任何有機(jī)溶解物質(zhì)可以在培養(yǎng)基介質(zhì)中進(jìn)行擴(kuò)散或可溶于李氏溶液中從而產(chǎn)生假性-抗菌結(jié)果。影響應(yīng)被最小化，所以浸濾是重要的因素之一，它可以保證涂層的抗菌有效性。同時(shí)應(yīng)使用無(wú)防腐劑油漆作為“負(fù)控制”油漆。最后，無(wú)孔基材對(duì)這兩種方法來說是較好的基質(zhì)。因?yàn)榭咕鷾y(cè)試中可以用相同的基材，所以我們選擇了Whatman濾紙。由于膜厚影響不大，因此我們利用兩層涂層確保測(cè)試的一致性。 

    商業(yè)油漆的抗菌性能評(píng)估

    對(duì)6種商業(yè)油漆進(jìn)行抗菌性能評(píng)估。抑菌圈測(cè)試結(jié)果見表5。浸濾明顯地減少了在油漆中可溶性有機(jī)物質(zhì)對(duì)于測(cè)試結(jié)果的影響，從而形成的抑制圈較小。所有表面與細(xì)菌直接接觸均無(wú)發(fā)現(xiàn)細(xì)菌生長(zhǎng)。基于抑菌圈的測(cè)試表明，除了油漆E以外的其它所有涂料，都展現(xiàn)出強(qiáng)大的抵抗金黃色葡萄球菌內(nèi)在特性。只有來自商店自有品牌的油漆B和具有“品牌標(biāo)識(shí)”油漆F具有廣譜抗菌性。

表5:各種商業(yè)油漆的抗菌性能。基于抑菌圈測(cè)試

    JIS2801測(cè)試結(jié)果與抑菌圈測(cè)試結(jié)果一致。當(dāng)油漆浸濾后，細(xì)菌對(duì)數(shù)減少值較低。油漆B和F在細(xì)菌測(cè)試中，可持續(xù)提供最廣泛的抗菌性能。而其它油漆抵御特定生物測(cè)試的細(xì)菌對(duì)數(shù)減少值約為2或更高。

    兩種抗菌測(cè)試結(jié)果表明，油漆具有細(xì)菌對(duì)數(shù)減少值時(shí)就不能形成抑制圈，反之亦然。這便產(chǎn)生了矛盾。簡(jiǎn)單的說是因?yàn)橛推釠]有持久的殺菌性能，所以不能形成抑菌圈，而油漆測(cè)不出細(xì)菌對(duì)數(shù)減少值是因?yàn)樗痪哂猩锓€(wěn)定特性(即只能防止細(xì)菌增長(zhǎng))。

    抗菌劑的抗菌性能評(píng)估

    在此研究中，除ZPT之外，其它抗菌劑按其內(nèi)用油漆制造商推薦的最低和最高濃度加入到常用丙烯酸亞光漆中進(jìn)行測(cè)試。ZPT在760到1520ppm范圍內(nèi)的中間濃度進(jìn)行測(cè)試。用JIS2801方法對(duì)浸濾過的樣品進(jìn)行評(píng)測(cè)，結(jié)果顯示，除IPBC外，其它抗菌劑都顯示出了抵抗細(xì)菌的功效。異噻唑啉基抗菌劑，特別是OIT和BBIT，提供了相似的抗菌防護(hù)水平，且在最高濃度時(shí)可提供廣譜殺菌效果。ZPT和銀在最低測(cè)試濃度下即具有抗菌效果。

    抑菌圈測(cè)試結(jié)果證實(shí)了IPBC不能提供廣譜抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的功效。在對(duì)金黃色葡萄球菌、克雷伯氏肺炎桿菌和大腸桿菌進(jìn)行涂料測(cè)試時(shí)均出現(xiàn)了細(xì)菌生長(zhǎng)。OIT和BBIT等其它抗菌劑提供了相似的抗菌特性。ZPT對(duì)測(cè)試的5種菌中的4種形成了抑菌圈，銀未形成任何抑菌圈。

    綜合以上2種抗菌測(cè)試的結(jié)果，只有ZPT可對(duì)測(cè)試的5種細(xì)菌提供強(qiáng)力持久的抗菌性。銀是另一種被證明能提供抗菌性的抗菌劑，但是其生物穩(wěn)定性不是太強(qiáng)。

    對(duì)油漆過的墻面進(jìn)行抗菌測(cè)試

    通過進(jìn)一步的測(cè)試來再次證實(shí)ZPT的效果。將含有ZPT的不同油漆涂覆到模擬真實(shí)生活條件的內(nèi)墻上，并在其上接種各種微生物。由于不能采用抑菌圈及JIS2801方法，細(xì)菌活性通過每周從墻壁上轉(zhuǎn)移活菌至營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基上進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為期4周。該研究結(jié)果見表6。所有第一組中無(wú)殺菌劑的涂料都沒有展現(xiàn)任何抗菌性；所有測(cè)試的微生物及環(huán)境污染物都在其表面生長(zhǎng)。相反，在經(jīng)過ZPT處理的第一組油漆中，只有少數(shù)被檢測(cè)出含有從環(huán)境中收集到的真菌污染物，且完全未發(fā)現(xiàn)微生物的生長(zhǎng)。從平光到亞光油漆，ZPT在1900ppm下可有效抵御多種細(xì)菌和真菌。在第二組中，發(fā)現(xiàn)半光漆對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的敏感性下降。只有金黃色葡萄球菌(S.a)和恥垢分枝桿菌(M.s)在無(wú)殺菌劑的涂料中生長(zhǎng)。另外，添加濃度為950ppm的ZPT可提高該涂料的抗菌性。

表6:第二組油漆在4周后的抗菌性能

    結(jié)論

    關(guān)于抗菌涂料爭(zhēng)論仍在繼續(xù)。本研究結(jié)果表明適當(dāng)添加的殺菌劑，抗菌涂料可有效地防止或減少細(xì)菌生長(zhǎng)。羥基吡啶硫酮鋅(ZPT)被證明是最好的且最廣譜的殺菌劑。ZPT抵抗真菌和藻類的有效性已眾所周知。銀是另一種有效的殺菌劑，雖然其性能不如ZPT強(qiáng)，且其對(duì)真菌的殺滅效果還需進(jìn)一步證實(shí)。其它異噻唑啉基的殺菌劑被證明具有有限的殺菌性。涂料配方在決定殺菌劑所需用量方面也起到了重要作用。半光漆與更高顏料濃度的油漆相比，其對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的敏感性更低。