楊鎮(zhèn)偉， 林琪， 陳虹， 張蕊， 王立強(qiáng)

(1. 華僑大學(xué) 醫(yī)學(xué)院， 福建 泉州 362021；2. 蘇州凱虹高分子科技有限公司， 江蘇 蘇州 215211；3. 深圳聯(lián)創(chuàng)立達(dá)環(huán)境技術(shù)有限公司， 廣東 深圳 518116)

消毒滅菌是日常生活中非常重要的個(gè)人衛(wèi)生防護(hù)措施，2019年的新型冠狀病毒肺炎疫情啟示公眾需要對(duì)病毒和致病菌做好防護(hù)措施.病毒和致病菌通常以飛沫、氣溶膠或接觸傳播等方式在環(huán)境中傳播，通過(guò)空氣消毒能夠阻斷其傳播途徑，有效地阻止疾病的發(fā)生和擴(kuò)散[1-2].隨著環(huán)境衛(wèi)生意識(shí)和個(gè)人防護(hù)意識(shí)的提升，各種消菌、抑菌產(chǎn)品也隨之在市場(chǎng)上流行.日常使用的消毒抑菌劑多為乙醇消毒液、含氯消毒劑、過(guò)氧化物消毒劑等液態(tài)消毒抑菌劑[3]，這些液態(tài)消毒抑菌劑不僅在運(yùn)輸、使用和貯存方面存在一定的不便，而且抑菌效果短暫，需要頻繁操作才能保持抑菌效果.因此，有待研發(fā)一種使用便捷、緩釋效果和抑菌效果較好的新型固體緩釋抑菌劑.

超高分子材料是由超高分子量聚乙烯和高分子聚丙烯原料通過(guò)半熔融燒結(jié)制得的多孔材料，該材料具有高機(jī)械強(qiáng)度、耐熱、耐化學(xué)侵蝕、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛地應(yīng)用于建筑材料、機(jī)械化工、服裝及醫(yī)療器械等領(lǐng)域[4-5].半熔融燒結(jié)技術(shù)可使高分子原料粉體顆粒呈現(xiàn)出表面熔融、內(nèi)部不熔融的半熔融狀態(tài)，通過(guò)控制成型工藝，可使相互接觸的顆粒表面熔融粘連，粉體顆粒之間相互堆砌的空隙形成微孔[6-7].因超高分子材料性質(zhì)安全穩(wěn)定，內(nèi)部顆粒間相互堆砌形成微孔的孔隙大小、分布均勻，故可用于氣體、液體的吸附和緩釋.制備一種揮發(fā)性中西藥復(fù)配抑菌液，該復(fù)配抑菌液由復(fù)方中藥提取物與季銨鹽類(lèi)衍生復(fù)合物復(fù)配制得，具有良好的抑菌活性，并且藥效溫和、持久，對(duì)人體無(wú)明顯刺激性，具有良好的安全性.復(fù)配抑菌液具有揮發(fā)性，能夠揮發(fā)并全面分布于室內(nèi)空氣中，從而對(duì)環(huán)境產(chǎn)生抑菌效果.基于此，本文將超高分子材料作為復(fù)配抑菌液的載體，將揮發(fā)性中西藥復(fù)配抑菌液作為主藥成分，制備一種具有長(zhǎng)效抑菌能力的固體緩釋抑菌劑，并考察其緩釋效果及抑菌效果.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料、儀器與用菌

1) 試驗(yàn)材料.揮發(fā)性中西藥復(fù)配抑菌液、超高分子材料(江蘇省蘇州市凱虹高分子科技有限公司).

2) 試驗(yàn)儀器.Phenom proX型掃描電子顯微鏡(荷蘭Phenom-World BV公司)；BSA124S型電子天平(德國(guó)賽多利斯科學(xué)儀器有限公司)；SHB- ⅢG型循環(huán)水式多用真空泵(河南省鄭州市長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司)；SMVB60型真空熱壓燒結(jié)機(jī)(河南省鄭州市金海威科技實(shí)業(yè)有限公司)；WAW-D型微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(山東省濟(jì)南市歐貝特(山東)試驗(yàn)設(shè)備有限公司)；JB-W300A型微機(jī)控制擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)(山東省濟(jì)南市方圓試驗(yàn)儀器有限公司).

3) 試驗(yàn)用菌.大腸桿菌(ATCC 8099)、金黃色葡萄球菌(ATCC 6538)、日溝維腸桿菌(ATCC 25922)、白色念珠菌(ATCC 6538)均由軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院消毒檢測(cè)中心提供.

1.2 超高分子材料和固體緩釋抑菌劑的制備

1.2.1 超高分子材料的制備 取超高分子量聚乙烯原料(相對(duì)分子質(zhì)量為150萬(wàn))、高分子聚丙烯原料(相對(duì)分子質(zhì)量為20萬(wàn))過(guò)100～150目篩.通過(guò)高速攪拌將超高分子量聚乙烯和高分子聚丙烯原料混合均勻，將混合物置于準(zhǔn)備好的模具中，將模具持續(xù)加壓5 min至10 MPa，使原料固定成型；成型后逐漸加熱至145 ℃，進(jìn)行半熔融燒結(jié)，燒制時(shí)間為45 min；燒結(jié)完成后，自然冷卻，將超高分子材料從模具中取出，即得超高分子材料.

1.2.2 固體緩釋抑菌劑的制備 取超高分子材料(尺寸為10 cm×5 cm×1 cm(長(zhǎng)×寬×高)，體積為50 cm3)與100 mL復(fù)配抑菌液一同放入布氏漏斗，復(fù)配抑菌液浸潤(rùn)超高分子材料，間歇性減壓(0.01～0.05 MPa)，使復(fù)配抑菌液完全飽和后取出，即得固體緩釋抑菌劑.

1.3 超高分子材料的表征

1.3.1 孔隙率的測(cè)定 將超高分子材料切割成1 mm左右的薄片，鍍金后制備成樣品，使用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察超高分子材料的微觀結(jié)構(gòu)[8].運(yùn)用ImageJ軟件對(duì)掃描電鏡圖進(jìn)行分析，可得孔徑和表觀密度，由此計(jì)算出孔隙率[9-10].孔隙率n的計(jì)算公式為n=(ρA/ρ)×100%.其中，ρA為樣品的表觀密度，g·cm-3；ρ為樣品的實(shí)際密度，g·cm-3.

1.3.2 力學(xué)性能的測(cè)定 取超高分子材料，通過(guò)萬(wàn)能測(cè)試機(jī)和擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)對(duì)其拉伸斷裂強(qiáng)度和抗沖擊性能進(jìn)行測(cè)試[11].

1.3.3 抑菌液吸附量和吸附率的測(cè)定 取50 cm3的超高分子材料，采用節(jié)1.2.2方法吸附復(fù)配抑菌液后，精密稱(chēng)量質(zhì)量，記為m1，將其破碎后，放入90 ℃烘箱中烘干6 h后取出，精密稱(chēng)量質(zhì)量，記為m2.抑菌液吸附量M的計(jì)算公式為M=(m1-m2)/V，其中，V為超高分子材料的體積.抑菌液吸附率r=(m1-m2)/m1×100%[12-13].

1.4 固體緩釋抑菌劑緩釋和分布效果的測(cè)定

1.4.1 空氣中抑菌劑質(zhì)量濃度的測(cè)定 以抑菌劑中含量最高的樟精油成分作為空氣中抑菌劑質(zhì)量濃度的監(jiān)測(cè)成分，采用吸附管采樣-熱脫附法測(cè)定空氣中抑菌劑質(zhì)量濃度[14-15].

1.4.2 空氣中抑菌劑分布均勻度的測(cè)定 取50 cm3的固體緩釋抑菌劑，置于1 m3的潔凈密閉恒溫箱中(溫度為25 ℃，相對(duì)濕度為90%，下文恒溫箱條件相同).將固體緩釋抑菌劑置于恒溫箱中央位置，分別于0，5，10，15，30，45，60，90，120 min的時(shí)間點(diǎn)采集空氣樣本，5個(gè)采樣點(diǎn)分別位于恒溫箱正中及4個(gè)邊角靠近底座處，由此可得不同采樣點(diǎn)的抑菌劑質(zhì)量濃度及其隨時(shí)間的變化情況，并繪制不同采樣點(diǎn)的抑菌劑質(zhì)量濃度-時(shí)間(ρn-t)變化曲線.

1.4.3 固體緩釋抑菌劑釋放時(shí)間的測(cè)定 取50 cm3的固體緩釋抑菌劑，置于1 m3的潔凈密閉恒溫箱中.將固體緩釋抑菌劑置于恒溫箱中央位置，每天采集空氣樣本，采樣點(diǎn)位于恒溫箱中部，檢測(cè)空氣中抑菌劑質(zhì)量濃度，并繪制空氣中抑菌劑質(zhì)量濃度-時(shí)間變化曲線.

1.5 固體緩釋抑菌劑抑菌效果的測(cè)定

1.5.1 空氣自然菌的采集 根據(jù)文獻(xiàn)[16]的技術(shù)操作步驟，采用自然菌沉降法對(duì)空氣中的細(xì)菌數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)[17].在消毒前及消毒后0，6，12，24，72，120 h，于室內(nèi)中央及4個(gè)角落分別采樣，在離地面高10 cm處放置瓊膠培養(yǎng)皿，并在空氣中暴露30 min.然后，將采集到的樣本培養(yǎng)48 h，計(jì)算平均菌落數(shù).空氣中總菌落數(shù)的計(jì)算公式為

B=50 000N/AT.

上式中：B為空氣中總菌落數(shù)，cfu·m-3；A為培養(yǎng)皿面積，cm2；T為培養(yǎng)皿暴露時(shí)間，min；N為培養(yǎng)皿平均菌落數(shù)，cfu·培養(yǎng)皿-1.

1.5.2 不同消毒方法抑菌效果的檢驗(yàn) 采用不同消毒方法對(duì)1 m3的恒溫箱進(jìn)行消毒，消毒結(jié)束后進(jìn)行自然通風(fēng)，分別于消毒前及消毒后0，6，12，24，72，120 h，采用自然菌沉降法采集空氣中的細(xì)菌和病毒，進(jìn)行培養(yǎng)計(jì)數(shù).設(shè)置1個(gè)實(shí)驗(yàn)組和3個(gè)對(duì)照組，根據(jù)文獻(xiàn)[16]的技術(shù)操作步驟，將紫外燈消毒法、過(guò)氧乙酸消毒法作為陽(yáng)性對(duì)照，將不做任何處理作為空白對(duì)照.3個(gè)對(duì)照組分別在與實(shí)驗(yàn)組相同的時(shí)間點(diǎn)采集空氣樣本，計(jì)算空氣中總菌落數(shù)，從而比較不同消毒方法的抑菌效果.

固體緩釋抑菌劑、紫外燈消毒法和過(guò)氧乙酸消毒法的消毒過(guò)程如下.

1) 固體緩釋抑菌劑.取50 cm3的固體緩釋抑菌劑，置于1 m3的恒溫箱中，消毒時(shí)間為1 h.

2) 紫外燈消毒法.使用30 W紫外線燈對(duì)1 m3的恒溫箱進(jìn)行消毒滅菌，紫外線燈輻射強(qiáng)度>70 μW·cm-2，恒溫箱中連續(xù)照射消毒1 h.

3) 過(guò)氧乙酸消毒法.采用過(guò)氧乙酸霧化熏蒸消毒，準(zhǔn)備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的過(guò)氧乙酸溶液，將過(guò)氧乙酸溶液通過(guò)氣溶膠噴霧器進(jìn)行霧化，在1 m3的恒溫箱中進(jìn)行熏蒸消毒，過(guò)氧乙酸用量為1 g·m-3，消毒時(shí)間為2 h.

1.5.3 染菌載體的制備 采用大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、日溝維腸桿菌和白色念珠菌4種較為常見(jiàn)的致病菌作為試驗(yàn)菌，進(jìn)行載體染菌殺滅試驗(yàn).根據(jù)文獻(xiàn)[16]的技術(shù)操作步驟，制備試驗(yàn)菌懸液.取4種試驗(yàn)菌懸液各10 μL滴染于脫脂棉布片(2 cm×2 cm)上，置于37 ℃恒溫箱中，干燥30 min后，制成染菌載體片，回收菌量為5×105～5×106cfu·片-1，備用.

1.5.4 固體緩釋抑菌劑抑菌效果的檢驗(yàn) 取50 cm3的固體緩釋抑菌劑，置于1 m3的無(wú)菌密閉恒溫箱中.分別在1，3，5，10 d，將染菌載體放入恒溫箱中培養(yǎng)，30 min后取出菌片，洗脫并培養(yǎng)48 h，計(jì)算平板菌落數(shù)，計(jì)算殺滅率L.每組設(shè)置3個(gè)平行試驗(yàn)，取平均值，計(jì)算平均殺滅率Lave.

2 結(jié)果與分析

2.1 超高分子材料的表征

超高分子材料是由超高分子量聚乙烯和高分子聚丙烯原料燒結(jié)而成，具有優(yōu)秀的機(jī)械強(qiáng)度、疏松多孔的空間結(jié)構(gòu)，以及穩(wěn)定的理化性質(zhì).使用SEM觀察超高分子材料樣品的表觀結(jié)構(gòu)，發(fā)射電壓為10 kV，放大倍數(shù)分別為300，500，800倍.

超高分子材料掃描電鏡圖，如圖1所示.由圖1可知：通過(guò)半熔融燒結(jié)技術(shù)制得的超高分子材料具有多孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)ImageJ軟件進(jìn)行分析，得到的孔徑約為30～80 μm，經(jīng)計(jì)算得到超高分子材料的表觀密度為0.29 g·cm-3，孔隙率為69.17%.

(a) 300倍 (b) 500倍 (c) 800倍

疏松多孔的結(jié)構(gòu)表明，超高分子材料具有良好的貯存能力.30～80 μm的孔徑表明，超高分子材料具有較強(qiáng)的空間位阻，能夠極大延緩流體的通過(guò)速率，故具有良好的緩釋能力，能夠使抑菌劑緩慢、勻速地通過(guò)孔隙擴(kuò)散并釋放.因此，選擇超高分子材料作為抑菌液的載體，用于吸附和緩釋抑菌成分.

表1 超高分子材料的表征結(jié)果

由表1可知：超高分子材料拉伸斷裂應(yīng)力均值為28.79 MPa，抗沖擊強(qiáng)度均值為78.85 kJ·m-2，這表明超高分子材料具有高強(qiáng)度的力學(xué)性能，結(jié)構(gòu)和形態(tài)穩(wěn)定性良好；超高分子材料的抑菌液吸附量均值為0.58 g·cm-3，吸附率均值為141.38%，這表明超高分子材料內(nèi)部疏松多孔的結(jié)構(gòu)能夠吸附大量的抑菌液.

綜上可知，超高分子材料能夠用于抑菌液的吸附和緩釋?zhuān)叻肿硬牧暇哂辛己玫慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及較高的抑菌液吸附率，能夠吸附大量的抑菌液，從而延長(zhǎng)抑菌劑的作用時(shí)間.

2.2 固體緩釋抑菌劑的緩釋和分布效果

2.2.1 固體緩釋抑菌劑的釋放時(shí)間 將固體緩釋抑菌劑置于恒溫箱內(nèi)，每天檢測(cè)恒溫箱空氣中抑菌劑質(zhì)量濃度，由此得到空氣中抑菌劑質(zhì)量濃度-時(shí)間變化曲線，如圖2所示.

圖2 空氣中抑菌劑質(zhì)量濃度-時(shí)間變化曲線

由圖2可知：空氣中抑菌劑質(zhì)量濃度在前10 d內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定，第10 d后開(kāi)始降低，這是因?yàn)槌叻肿硬牧蠈?duì)抑菌液吸附量有限，持續(xù)釋放10 d后，抑菌劑的釋放速率減緩，釋放速率小于自然沉降速率，故空氣中抑菌劑質(zhì)量濃度開(kāi)始逐漸降低；第11 d，空氣中抑菌劑質(zhì)量濃度仍大于60 mg·cm-3，能夠達(dá)到有效抑菌濃度；第12 d，空氣中抑菌劑質(zhì)量濃度降至30 mg·cm-3左右，未達(dá)到有效抑菌濃度；第13 d后，抑菌劑質(zhì)量濃度降至接近0 mg·cm-3，表明固體緩釋抑菌劑已經(jīng)完全釋放.

由此可知，以超高分子材料為載體的固體緩釋抑菌劑持續(xù)釋放時(shí)間為11 d，釋放過(guò)程中抑菌劑質(zhì)量濃度保持相對(duì)穩(wěn)定.

2.2.2 空氣中抑菌劑的分布均勻度 測(cè)定恒溫箱5個(gè)采樣點(diǎn)不同時(shí)間的抑菌劑質(zhì)量濃度，抑菌劑質(zhì)量濃度-時(shí)間變化曲線，如圖3所示.圖3中：采樣點(diǎn)1為中部采樣點(diǎn)；采樣點(diǎn)2～5為4個(gè)角落的采樣點(diǎn).

圖3 不同采樣點(diǎn)抑菌劑質(zhì)量濃度-時(shí)間變化曲線

由圖3可知：30 min之前，中部采樣點(diǎn)質(zhì)量濃度較高；45 min之后，各采樣點(diǎn)的抑菌劑質(zhì)量濃度無(wú)明顯差異，說(shuō)明抑菌劑由中部向四周擴(kuò)散；各采樣點(diǎn)的抑菌劑質(zhì)量濃度在45 min之后均達(dá)到最高值且保持穩(wěn)定，抑菌劑質(zhì)量濃度分布均勻.

因超高分子材料的骨架空間位阻作用，抑菌液的擴(kuò)散和氣體的揮發(fā)受到限制，抑菌液的平均釋放速率在一定時(shí)間內(nèi)保持恒定，呈零級(jí)釋放動(dòng)力學(xué)特征.在45 min之后，抑菌劑質(zhì)量濃度達(dá)到峰值，且不再繼續(xù)升高，此時(shí)，抑菌劑的釋放速率與其自然沉降速率達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空氣中抑菌劑質(zhì)量濃度處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài).

2.3 固體緩釋抑菌劑的抑菌效果

2.3.1 不同消毒方法抑菌效果的對(duì)比 在不同時(shí)間點(diǎn)對(duì)空氣樣本進(jìn)行菌落培養(yǎng)計(jì)數(shù)，比較不同消毒方法的抑菌效果，結(jié)果如表2所示.

由表2可知：3種消毒方法都可以達(dá)到顯著的抑菌效果，紫外燈滅菌法和過(guò)氧乙酸滅菌法在短時(shí)間內(nèi)的抑菌效果優(yōu)秀，但24 h后恒溫箱空氣中菌落數(shù)逐漸恢復(fù)正常水平；固體緩釋抑菌劑不僅在短時(shí)間內(nèi)對(duì)病菌的殺滅效果表現(xiàn)優(yōu)秀，并且對(duì)細(xì)菌的抑制效果能夠保持長(zhǎng)時(shí)間，在作用期間，固體緩釋抑菌劑的抑菌效果顯著且穩(wěn)定.

表2 不同消毒方法的抑菌效果

2.3.2 固體緩釋抑菌劑對(duì)不同菌種的抑菌效果 對(duì)固體緩釋抑菌劑進(jìn)行抑菌效果檢驗(yàn)，采用4種常見(jiàn)的致病菌進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示.

由表3可知:在10 d內(nèi)，固體緩釋抑菌劑對(duì)4種常見(jiàn)致病菌的平均殺滅率均高于99 %，說(shuō)明固體緩釋抑菌劑能夠顯著抑制4種致病菌.因此，固體緩釋抑菌劑能夠應(yīng)用于日常不同場(chǎng)所的消毒抑菌.

表3 固體緩釋消毒劑的抑菌效果

3 結(jié)論

采用揮發(fā)性中西藥復(fù)配抑菌液作為主藥成分，采用超高分子材料作為載體，制備長(zhǎng)效的固體緩釋抑菌劑.通過(guò)半熔融燒結(jié)技術(shù)制得的超高分子材料具有特殊的分子微觀結(jié)構(gòu)、良好的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，超高分子材料內(nèi)部相互堆砌形成微孔，能夠很好地吸附抑菌液，具有較高的抑菌液吸附率.超高分子材料通過(guò)空間位阻作用對(duì)抑菌液進(jìn)行緩釋?zhuān)泳徱志旱臄U(kuò)散和揮發(fā)速率，延長(zhǎng)抑菌時(shí)間.中西藥復(fù)配抑菌液主要成分包括中藥提取物(大黃、姜黃、苦參和金銀花等)和季銨鹽類(lèi)衍生復(fù)合物，將中藥與季銨鹽類(lèi)消毒劑配伍，可提高消毒劑的消毒效果與穩(wěn)定性.中西藥復(fù)配抑菌液具有較強(qiáng)揮發(fā)性，能夠揮發(fā)并隨空氣流動(dòng)分布于周?chē)h(huán)境的空氣中，與含氯消毒劑、乙醇消毒劑相比，中西藥復(fù)配抑菌液不僅能夠在空氣中保持長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)抑菌效果，而且具有更溫和的性質(zhì)，無(wú)明顯的生理刺激性，具有更高的安全性.對(duì)固體緩釋抑菌劑的抑菌效果進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明，制得的固體緩釋抑菌劑抑菌效果優(yōu)秀，能夠顯著抑制多種常見(jiàn)的致病菌.

固體緩釋抑菌劑具有優(yōu)秀的力學(xué)性能及緩釋性，不僅彌補(bǔ)了傳統(tǒng)液體抑菌劑在使用、運(yùn)輸和儲(chǔ)存上的不便性，而且延長(zhǎng)了抑菌劑的作用時(shí)間，無(wú)需頻繁更換，節(jié)約成本的同時(shí)又可減少對(duì)環(huán)境的污染.與傳統(tǒng)的消毒方法相比，固體緩釋抑菌劑不僅表現(xiàn)出優(yōu)秀的抑菌效果，對(duì)一定范圍環(huán)境中的多種致病菌具備顯著的抑菌作用，而且作用時(shí)間大為延長(zhǎng)，能夠保持長(zhǎng)達(dá)11 d的持續(xù)抑菌，為大眾的日常消毒抑菌防護(hù)提供了新的選擇.

在1 m3的較小空間內(nèi)對(duì)固體緩釋抑菌劑的緩釋性能和抑菌效果進(jìn)行考察，實(shí)際應(yīng)用中需要采用更多的固體緩釋抑菌劑才能達(dá)到有效抑菌質(zhì)量濃度.今后的研究將采用不同分子量原料、不同工藝制備超高分子量材料，得到不同結(jié)構(gòu)的超高分子材料，通過(guò)調(diào)整超高分子材料的大小和形狀，增強(qiáng)其吸附和緩釋性能，使其吸附更多抑菌液，延長(zhǎng)作用時(shí)間，擴(kuò)大作用范圍，增強(qiáng)抑菌效果，使固體緩釋抑菌劑具有更廣闊的應(yīng)用前景.