沙林 王瀅 李倩 朱益民 王寧會(huì) 趙嬌

摘要：國(guó)內(nèi)外對(duì)紡織品抗菌性能的評(píng)價(jià)各不相同，對(duì)不同類別的紡織品也沒有公認(rèn)和統(tǒng)一的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，因此采用恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)方法對(duì)鎂基抗菌織物進(jìn)行測(cè)試，能夠保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。采用改良AATCC100法和改良振蕩法對(duì)鎂基抗菌織物的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抗菌性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明：鎂基抗菌織物對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率均在90%以上，且兩種方法所得結(jié)果接近、結(jié)論相同。鎂基抗菌織物對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有良好的抑菌效果。

關(guān)鍵詞：鎂基抗菌織物；測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)；改良AATCC100；改良振蕩法；抑菌率

中圖分類號(hào)：TS195.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009-265X（2018）03-0066-05Study on the Antibacterial Property of MagnesiumBased Antibacterial Fabrics

SHA Lin1， WANG Ying1， LI Qian1， ZHU Yimin1， WANG Ninghui2， ZHAO Jiao1

（1.Institute of Environmental Remediation， Dalian Maritime University， Dalian 116026； 2.Institute of

Environmental Electrical Engineering， Dalian University of Technology， Dalian 116023）Abstract：At present， the methods to evaluate antibacteria property of textiles are different at home and abroad. There are no recognized and unified testing standards for different textiles. In order to ensure the accuracy of test results， appropriate test methods should be chosen to test magnesiumbased antibacterial fabric. Improved AATCC100 and improved oscillation method were applied to test antibacterium capability of magnesiumbased antibacterial fabrics for E.coli and Staphylococcus aureus. The results show that the bacteriostatic rate of the magnesiumbased antibacterial fabrics for the two kinds of bacteria is above 90%. And the results and conclusions gained by both methods are similar. The magnesiumbased antibacterial fabrics have obvious antibacterial effect on E.coli and Staphylococcus aureus.

Key words：magnesiumbased antibacterial fabrics； test criteria； improved AATCC100； improved oscillation method； bacteriostatic rate

通信作者：朱益民，Email：ntp@dlmu.edu.cn鎂基抗菌織物是通過(guò)浸軋、涂層的方式將氫氧化鎂附著于織物表面而形成的一種環(huán)境友好型抗菌織物。Mg（OH）2對(duì)革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽(yáng)性菌都有良好的抗菌特性[1]。其抗菌主要通過(guò)ROS氧化損傷機(jī)理，即Mg（OH）2離解出過(guò)氧負(fù)離子（O-2），O-2有強(qiáng)氧化性，可以氧化細(xì)胞組分及蛋白質(zhì)等[2]。另外，Mg（OH）2的表面由于包覆一層OH-而呈堿性，而O-2在堿性環(huán)境中具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，因此產(chǎn)生的O-2容易在其表面富集，使其表面的O-2濃度較高，阻礙了細(xì)胞正常的物質(zhì)交換過(guò)程，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡[35]。

近幾年國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)研制并生產(chǎn)了大量的抗菌織物產(chǎn)品，然而產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，因此如何正確的檢測(cè)并評(píng)價(jià)出這些產(chǎn)品的抗菌性能，促進(jìn)功能性紡織品市場(chǎng)良好的發(fā)展和保障消費(fèi)者權(quán)益就顯得尤為重要。對(duì)目前國(guó)內(nèi)外使用紡織品抗菌性能測(cè)試方法進(jìn)行深入分析，測(cè)試思路有兩種，第一種是試樣法，即將菌液滴加到試樣上，一段時(shí)間內(nèi)在試樣上直接進(jìn)行抗菌過(guò)程，然后通過(guò)比較試樣處理前后洗脫液培養(yǎng)的菌落數(shù)、pH值、顏色等參數(shù)衡量織物的抗菌性能。第二種是菌液法，即將試樣置于菌液中，一段時(shí)間內(nèi)在菌液體系中進(jìn)行抗菌過(guò)程，通過(guò)比較處理前后菌液的相關(guān)參數(shù)如OD值的變化來(lái)評(píng)價(jià)織物的抗菌性能。由上可知抗菌紡織品的測(cè)試原理主要分兩步，一是菌體與織物的接觸過(guò)程，即織物抗菌過(guò)程；一是檢測(cè)活菌過(guò)程。

國(guó)內(nèi)外針對(duì)紡織品抗菌性能的檢測(cè)方法有很多，定性測(cè)試方法主要有美國(guó)AATCC 90（暈圈法或瓊脂平皿法）[6]、美國(guó)AATCC30試驗(yàn)法[7]、日本JISZ 2911抗霉菌試驗(yàn)法、中國(guó)GB/T 20944.1—2007《紡織品抗菌性能的評(píng)價(jià)第一部分：瓊脂平皿擴(kuò)散法》[8]等。定性實(shí)驗(yàn)是通過(guò)抗菌劑離開纖維進(jìn)入培養(yǎng)皿后對(duì)菌體的抗性作用，一般適用于溶出型抗菌織物，而不適用于非溶出型抗菌織物，優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用低，檢測(cè)速度快，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果只能定性判斷織物是否具備抗菌性能，不能準(zhǔn)確給出抗菌率。定量測(cè)試的方法主要有美國(guó)AATCC100[9]、美國(guó)材料協(xié)會(huì)ASTM E2149試驗(yàn)法振蕩法[10]、日本JIS LI902—2008[11]、中國(guó)FZ/T 01021—1992《織物抗菌性能實(shí)驗(yàn)方法》[12]、改良奎因法（Quinn）實(shí)驗(yàn)法[13]、GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評(píng)價(jià)第三部分：振蕩法》[14]、GB/T 209944.2—2008《紡織品抗菌性能的評(píng)價(jià)第二部分：吸收法》等[15]。其中AATCC100和振蕩法是目前應(yīng)用的主要方法，這幾種方法均適用于溶出型和非溶出型織物，并且可以定量、準(zhǔn)確、客觀的評(píng)價(jià)織物的抗菌性能。

AATCC100法在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的缺點(diǎn)：一次檢驗(yàn)樣少；非溶出型試樣不能進(jìn)行抗菌性能的評(píng)價(jià)；中和液成分不詳細(xì)；容器過(guò)大，不易操作；菌液中營(yíng)養(yǎng)過(guò)于豐富，與織物實(shí)際應(yīng)用情況不符[16]。本研究對(duì)以上缺點(diǎn)加以改進(jìn)，可以滿足不同類型抗菌織物的性能測(cè)試。

振蕩法可以適用于大多數(shù)試樣，如毛羽類衣物、粉末狀、表面凹凸不平的織物、非溶出型織物等[17]。但該法的缺點(diǎn)是培養(yǎng)液中缺乏菌體生長(zhǎng)必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，得到的抗菌率不精準(zhǔn)；培養(yǎng)時(shí)間短，菌體幾乎不增殖，與實(shí)際使用情況不符；振蕩培養(yǎng)的溫度只有25 ℃，達(dá)不到菌體生長(zhǎng)最適溫度[18]。

根據(jù)以上國(guó)內(nèi)外測(cè)試方法和測(cè)試原理，本研究采用改良AATCC100和改良振蕩法對(duì)鎂基抗菌織物抗菌性能進(jìn)行測(cè)試，使培養(yǎng)溫度更適合菌體生長(zhǎng)，培養(yǎng)時(shí)間充分，操作方法簡(jiǎn)單易行，菌種選用更符合實(shí)際應(yīng)用。

1實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)菌種

實(shí)驗(yàn)采用大腸桿菌（8099）和金黃色葡萄球菌（CTCC 10384），菌種來(lái)自中國(guó)普通工業(yè)微生物菌種保藏中心。

1.2實(shí)驗(yàn)材料

鎂基抗菌織物PET3C、COTT1、COTT2；空白對(duì)照織物：滌綸、純棉白坯布。

1.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用到的設(shè)備如表1所示。

1.4實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1接種菌液制備

從第3～14代的營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基斜面新鮮培養(yǎng)物上取一環(huán)細(xì)菌，在0.5%的LB培養(yǎng)基中培養(yǎng)20～24 h，培養(yǎng)溫度為（37±1）℃。取300 μL活化菌懸液加入30 mL的LB培養(yǎng)基中，培養(yǎng)8 h后，用0.85%生理鹽水作為緩沖溶液稀釋菌液以達(dá)到所需濃度。

1.4.2改良AATCC100法

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：在超凈工作臺(tái)上將接種液用0.85%生理鹽水進(jìn)行稀釋，用平板菌落計(jì)數(shù)法將菌液濃度確定為1×105～2×105 cfu/mL。

將空白對(duì)照織物、鎂基抗菌織物各取邊長(zhǎng)為1.8 cm的正方形試樣3份，每份的試樣數(shù)量以能夠完全吸收1 mL菌液為限，分別用紙巾包好置于高壓滅菌鍋中，121 ℃滅菌20 min。將所有待測(cè)樣品分別放置在已滅菌的培養(yǎng)皿中，移液槍吸取1 mL菌液均勻、完全的接種在各試樣上，并在每個(gè)培養(yǎng)皿中放置一塊吸飽和生理鹽水的滅菌脫脂棉，以保持濕潤(rùn)的生長(zhǎng)環(huán)境，（37±1）℃恒溫培養(yǎng)。接觸抗菌24 h后對(duì)試樣用20 mL，0.85%的生理鹽水進(jìn)行菌體洗脫。將洗脫液采用10倍稀釋法，每次取100 μL進(jìn)行平皿涂布，（37±1）℃恒溫培養(yǎng)24 h后，用平板菌落計(jì)數(shù)法進(jìn)行計(jì)數(shù)。用式（1）計(jì)算試樣的抑菌活性：

抑菌率/%=Xa-XbXa×100（1）

式中：Xa—培養(yǎng)24 h后空白對(duì)照樣活菌數(shù)，cfu/mL；Xb—培養(yǎng)24 h后試樣活菌數(shù)，cfu/mL。

遵循AATCC100的測(cè)試原理，改良AATCC100法較AATCC100主要從以下幾個(gè)方面做了實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：a）將試樣直徑4.8 cm的圓形改為邊長(zhǎng)為1.8 cm的正方形，便于接種菌液時(shí)能夠準(zhǔn)確的確定完全吸收接種液的試樣數(shù)量；b）用（37±1） ℃的0.85%生理鹽水代替AATCC100中的肉湯接種液，避免菌液中的營(yíng)養(yǎng)過(guò)多與實(shí)際應(yīng)用條件相差較大，并將菌液稀釋為1×105～2×105 cfu/mL；c）在洗脫試樣時(shí)，為了避免洗脫液成分與菌液生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境差異較大而引起細(xì)菌數(shù)目的增多或減少，用20 mL，（37±1） ℃的0.85%生理鹽水代替成份不明確的洗脫液洗滌試樣；d）試樣不在錐形瓶接種菌液，而是放入100 mm×15 mm的無(wú)菌培養(yǎng)皿中接種菌液，這樣既避免了在轉(zhuǎn)移試樣的過(guò)程中染菌，同時(shí)也方便了實(shí)驗(yàn)操作；e）接菌后培養(yǎng)皿中放入一塊飽含生理鹽水的脫脂棉，保持菌體生長(zhǎng)環(huán)境濕潤(rùn)，保溫箱保溫培養(yǎng)18～24 h。

1.4.3改良振蕩法

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：將所有試樣剪成邊長(zhǎng)1 cm的正方形，稱取0.75 g放入250 mL的帶塞燒瓶中，每一試樣稱取3組平行樣，121 ℃滅菌20 min備用。

將制備的菌懸液濃度用0.03%的磷酸緩沖溶液調(diào)至1×104～3×104 cfu/mL。取1 mL稀釋好的菌懸液和50 mL 1‰的磷酸鹽肉湯稀釋液于滅菌的燒瓶中，空白對(duì)照樣立刻在250～300 r/min條件下振蕩1 min，然后取100 μL進(jìn)行涂平板，（37±1）℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，用平板菌落計(jì)數(shù)法進(jìn)行計(jì)數(shù)，結(jié)果記為“0”接觸時(shí)間燒瓶?jī)?nèi)活菌濃度。

然后將剩余燒瓶放入恒溫培養(yǎng)振蕩器中，（37±1）℃，120 r/min，培養(yǎng)（20±2）h。采用0.85%的生理鹽水將菌液按10倍稀釋法進(jìn)行稀釋，每次取100 μL進(jìn)行涂平板，然后放置于恒溫培養(yǎng)箱中，（37±1）℃，培養(yǎng)18 h，計(jì)算菌落數(shù)，結(jié)果記為培養(yǎng)后的細(xì)菌數(shù)。

根據(jù)式（2）計(jì)算試驗(yàn)菌的增長(zhǎng)值F，對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌等細(xì)菌，當(dāng)F值大于或等于1.5，且空白對(duì)照燒瓶中的活菌濃度比接種時(shí)的活菌濃度增加時(shí)，試驗(yàn)判定為有效，否則無(wú)效。

F=lgA-lgB（2）

式中：F—對(duì)照樣的試驗(yàn)菌增長(zhǎng)值；A—3個(gè)空白對(duì)照樣接種并培養(yǎng)18 h后的細(xì)菌平均值cfu/mL；B—3個(gè)空白對(duì)照樣“0”接觸時(shí)間燒瓶?jī)?nèi)活菌濃度平均值，cfu/mL。

根據(jù)式（3）計(jì)算恒溫振蕩培養(yǎng)18 h后抗菌織物抑菌率。

抑菌率/%= （A-C）/A×100（3）

式中：C—3個(gè)抗菌織物試樣接種并培養(yǎng)18 h后測(cè)得燒瓶?jī)?nèi)活菌濃度平均值，cfu/mL。

改良振蕩法結(jié)合FZ/T 73023、GB/T 20944.3和AATCC100的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)方法上做出如下改進(jìn)：a）將振蕩培養(yǎng)溫度由FZ/T 73023、GB/T 20944.3中的（24±1）℃改為細(xì)菌生長(zhǎng)的最適溫度（37±1）℃；b）對(duì)比FZ/T 73023、GB/T 20944.3，在菌液濃度相同的條件下，改良振蕩法中將原有的5 mL接菌液和70 mL振蕩液改為1 mL接菌液和50 mL振蕩液，使實(shí)驗(yàn)操作更簡(jiǎn)便；c）振蕩時(shí)間由GB/T 20944.3中的18 h延長(zhǎng)到（20±2） h，以使抗菌織物中的抗菌劑完全釋放出來(lái)；d）為了避免菌體隨著振蕩時(shí)間的延長(zhǎng)而缺乏營(yíng)養(yǎng)死亡，將磷酸鹽緩沖溶液改為1‰磷酸鹽肉湯稀釋液；e）將振蕩培養(yǎng)的速度由150 r/min變?yōu)?20 r/min，避免振蕩的速度過(guò)快導(dǎo)致菌體死亡。

2結(jié)果與討論

2.1鎂基抗菌織物對(duì)大腸桿菌和金黃色葡

萄球菌的抗菌性能測(cè)試結(jié)果采用改良AATCC100法和改良振蕩法測(cè)試鎂基抗菌織物對(duì)大腸桿菌8099和金黃色葡萄球菌ATCC 6538的抑菌實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2、表3所示。由表2、表3可以看出，改良AATCC100法中，3種鎂基抗菌織物對(duì)大腸桿菌的抗菌率為97.1%、95.2%、95.7%，抗菌率均在90%以上；在改良振蕩法的實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的細(xì)菌增長(zhǎng)值≥1.5，3種鎂基抗菌織物對(duì)大腸桿菌的抑菌率為96.9%、94.7%、91.9%，鎂基抗菌織物的抑菌效果較強(qiáng)；改良振蕩法實(shí)驗(yàn)結(jié)果與改良AATCC100法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相近，可知兩種方法得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠。

2.2影響鎂基抗菌織物抗菌性能測(cè)試的關(guān)

鍵因素2.2.1菌液制備

菌液制備為抗菌性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的初始步驟，菌液的質(zhì)量和濃度直接影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，只有活性最高，形態(tài)最穩(wěn)定的菌體，對(duì)抗菌織物性能的檢測(cè)才最具有代表性。目前國(guó)內(nèi)外的制備方法中主要分為兩步法和三步法，所謂的兩步法為：第一步，用接種環(huán)接種保藏菌種，劃線接種于營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)皿中，將平皿置于37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)一段時(shí)間；第二步，從第一步的平皿中接種一菌環(huán)細(xì)菌于液態(tài)培養(yǎng)基中，37 ℃下培養(yǎng)一段時(shí)間，并將菌液濃度稀釋至規(guī)定濃度。三步法是取第二步中的原菌液于液態(tài)培養(yǎng)基中，37 ℃下培養(yǎng)一段時(shí)間，最后將菌液濃度稀釋至規(guī)定濃度。本次實(shí)驗(yàn)采用三步法制備菌液。采用三步法的優(yōu)點(diǎn)是較兩步法大大提高了菌液的活性，尤其對(duì)于活性較差的金黃色葡萄球菌，菌液質(zhì)量有明顯提高，但對(duì)活性較高的大腸桿菌來(lái)說(shuō)變化不大[19]。

由于菌體繁殖會(huì)使培養(yǎng)液渾濁，菌懸液的細(xì)胞濃度與OD值成正比，用分光光度計(jì)測(cè)出濁度，用OD值表示菌液濃度。通過(guò)特性數(shù)學(xué)分析方法得出大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的最優(yōu)生長(zhǎng)活性時(shí)間點(diǎn)。

由圖1可知，大腸桿菌培養(yǎng)液的OD值隨著時(shí)間的延長(zhǎng)呈S型曲線生長(zhǎng)，在9 h時(shí)，細(xì)胞呈對(duì)數(shù)形式增長(zhǎng)，此時(shí)的細(xì)胞大小、形態(tài)、生理特征等都較為一致，生長(zhǎng)代謝十分旺盛，是制備接種菌液的良好時(shí)期。

圖1大腸桿菌接種培養(yǎng)時(shí)間與OD值之間的關(guān)系

由圖2可知，金黃色葡萄球菌培養(yǎng)液濃度在前3 h內(nèi)增長(zhǎng)緩慢，由于菌體對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境較為敏感，該段時(shí)間內(nèi)菌體細(xì)胞基本不增殖；3～12 h之間金黃色葡萄球菌菌液OD值迅速增長(zhǎng)，其中在7～8 h附近，曲線斜率達(dá)到最大，由此可知金黃色葡萄球菌從3 h開始迅速生長(zhǎng)，在7～8 h之間，菌體生長(zhǎng)速度達(dá)到最大值，細(xì)胞代謝最旺盛，繁殖能力最強(qiáng)，形態(tài)也較為穩(wěn)定，所以選擇培養(yǎng)7～8 h的金黃色葡萄球菌為接種菌能充分體現(xiàn)出抗菌織物的抗菌特性。圖2金黃色葡萄球菌接種時(shí)間與OD值之間的關(guān)系

2.2.2改良AATCC100法中接菌試樣大小與數(shù)量

在AATCC100法中，試樣切成直徑為（4.8±0.1）cm的圓形，將樣品堆疊在250 mL帶有螺旋蓋的廣口瓶中，用于旋加1.0 mL的接種液，然后將試樣轉(zhuǎn)移到帶蓋的廣口瓶?jī)?nèi)恒溫保存。樣品的數(shù)量以完全吸收1 mL菌液為限。該方法在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，由于試樣面積較大，難以準(zhǔn)確的控制吸收1 mL菌液的試樣數(shù)量，并且在接種后轉(zhuǎn)移試樣于廣口瓶的過(guò)程中易染菌，試樣易貼壁。為避免以上問(wèn)題，在改良AATCC100法中，將試樣的大小變?yōu)?.8 cm，于無(wú)菌平皿中接菌1 mL，然后直接在平皿中放入飽含生理鹽水的無(wú)菌脫脂棉團(tuán)。改進(jìn)后的操作步驟可以更加靈活的調(diào)整試樣的數(shù)量，并且減少了試樣貼壁造成的菌液減少。

2.2.3洗脫液制備

在AATCC100法中，試樣接種培養(yǎng)一段時(shí)間后進(jìn)行振蕩洗脫，以將試樣表面剩余活菌洗脫下來(lái)。洗脫液營(yíng)養(yǎng)成分應(yīng)與試樣實(shí)際使用環(huán)境相近，并在振蕩過(guò)程中使菌體完全洗脫，洗脫液里菌體分散均勻，才能保證菌落計(jì)數(shù)時(shí)的準(zhǔn)確性。在改良AATCC100中，使用37 ℃的0.85%生理鹽水作為洗脫液。洗脫液制備的過(guò)程中，要對(duì)浸漬在0.85%的生理鹽水中的織物充分振蕩3～5 min，反復(fù)操作振蕩步驟3次，保證每次振蕩力度相同。

3結(jié)論

a）改良AATCC100法和改良振蕩法是檢測(cè)織物抗菌特性的具有代表性的兩類方法，相對(duì)于AATCC100和振蕩法，實(shí)驗(yàn)參數(shù)更加合理。

b）鎂基抗菌織物作為環(huán)境友好型材料，具備良好的抑菌特性。3種鎂基抗菌織物對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率均達(dá)到90%以上。

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