毛建偉 侯 杰,2 毛 頔 白佳威 于孟琦

(1 北京建筑材料檢驗(yàn)研究院股份有限公司 北京 100000)

(2 筑信(河北雄安)檢驗(yàn)檢測有限公司 河北 保定 071802)

目前市場上抗菌陶瓷產(chǎn)品主要分兩類:銀系抗菌陶瓷和光催化抗菌陶瓷。本文參考JIS Z 2801:2010抗菌產(chǎn)品.抗菌活性和效果的試驗(yàn)規(guī)定的測試方法,選取銀系抗菌陶瓷產(chǎn)品進(jìn)行抗菌性能檢測,依據(jù)測試結(jié)果,研究抗菌活性值和抗菌率兩種評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)抗菌陶瓷的抗菌性能檢測規(guī)定對(duì)比

國內(nèi)外抗菌陶瓷產(chǎn)品的抗菌性能檢測標(biāo)準(zhǔn)較多,不同標(biāo)準(zhǔn)中的抗菌性能檢測項(xiàng)目,評(píng)價(jià)要求,評(píng)價(jià)方法存在差異。目前對(duì)陶瓷產(chǎn)品的抗菌性能檢測主要采用貼膜法,通過計(jì)算抗菌活性值或抗菌率,對(duì)產(chǎn)品的抗菌性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。具體情況如表1所示。

表1 國內(nèi)外抗菌陶瓷產(chǎn)品的抗菌性能檢測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗菌性能檢測項(xiàng)目、評(píng)價(jià)要求及接種量

表2 抗菌性能試驗(yàn)有效條件驗(yàn)證

國外標(biāo)準(zhǔn)JIS Z 2801:2010抗菌產(chǎn)品.抗菌活性和效果的試驗(yàn)、ASTM E3031-2020Standard Practice for Determination of Antibacterial Activity on Ceramic Surfaces、ISO 17721-1-2021瓷磚表面抗菌活性的定量測定 試驗(yàn)方法 含有抗菌劑的瓷磚表面和ISO 17721-2-2021瓷磚表面抗菌活性的定量測定

試驗(yàn)方法 第2部分:含有光催化抗菌劑的瓷磚表面規(guī)定的陶瓷產(chǎn)品的抗菌性能檢測項(xiàng)目為抗菌活性值,是以對(duì)照樣品表面殘留活菌數(shù)量的對(duì)數(shù)值與測試樣品表面殘留活菌數(shù)量的對(duì)數(shù)值的差值,作為抗菌性能檢測結(jié)果。其中JIS Z 2801:2010抗菌產(chǎn)品.抗菌活性和效果的試驗(yàn)規(guī)定:抗菌活性值為2.0以上的產(chǎn)品,具有抗菌效果。

國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 897-2014抗菌陶瓷制品抗菌性能、GB/T 23763-2009光催化抗菌材料及制品 抗菌性能的評(píng)價(jià)、GB/T 30706-2014 可見光照射下光催化抗菌材料及制品抗菌性能測試方法及評(píng)價(jià)和GB/T 21510-2008納米無機(jī)材料抗菌性能檢測方法》規(guī)定的抗菌陶瓷產(chǎn)品的抗菌性能檢測項(xiàng)目為抗菌率,是以對(duì)照樣品和測試樣品表面殘留活菌數(shù)量的差值除以對(duì)照樣品表面殘留活菌數(shù)量的百分比,作為抗菌性能檢測結(jié)果。JC/T 897-2014 抗菌陶瓷制品抗菌性能、GB/T 23763-2009光催化抗菌材料及制品 抗菌性能的評(píng)價(jià)和GB/T 30706-2014可見光照射下光催化抗菌材料及制品抗菌性能測試方法及評(píng)價(jià)規(guī)定:抗菌率≥90%,具有抗菌作用;抗菌率≥99%,具有較強(qiáng)的抗菌作用。

2 抗菌陶瓷抗菌性能評(píng)價(jià)方法對(duì)比

國外標(biāo)準(zhǔn)使用抗菌活性值評(píng)價(jià)抗菌陶瓷的抗菌性能,優(yōu)點(diǎn)是考慮到了微生物的生長分裂形式和生長波動(dòng)因素,適合評(píng)價(jià)具有較強(qiáng)抗菌作用的產(chǎn)品。但是取對(duì)數(shù)值的評(píng)價(jià)方法,降低了數(shù)據(jù)的靈敏度,不利于評(píng)價(jià)抗菌活性值2以下產(chǎn)品的抗菌性能差異。

國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)使用抗菌率評(píng)價(jià)抗菌陶瓷的抗菌性能,采用百分比的評(píng)價(jià)方法,可以更直觀的表達(dá)抗菌率在90%～99%的產(chǎn)品的抗菌性能差異。

3 試驗(yàn)部分

3.1 實(shí)驗(yàn)原理

抗菌陶瓷具有抑制細(xì)菌生長繁殖的能力,接種在抗菌陶瓷上的細(xì)菌經(jīng)培養(yǎng)后,失去活性,存活在樣片上的細(xì)菌通過被洗脫并經(jīng)培養(yǎng),形成可計(jì)數(shù)的菌落。

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

醫(yī)用級(jí)聚乙烯(PE)制成的測試樣,準(zhǔn)備6片,其中3片用于0接觸時(shí)間洗脫,測量活菌數(shù)。3片用于接觸24 h后,洗脫,測量活菌數(shù)。銀系抗菌測試樣1、2、3、4,每組準(zhǔn)備3片,用于測量接種24 h后活菌數(shù)。

3.3 試驗(yàn)細(xì)菌

大腸埃希氏菌CICC10389。

3.4 試驗(yàn)步驟

3.4.1 測試樣制備

測試樣尺寸為(50±2)mm×(50±2)mm,厚度不超過10 mm。覆蓋薄膜尺寸為40 mm×40 mm

3.4.2 測試樣接種

測試樣的外表面作為測試表面。將測試樣(見3.1.3.2)分別放入無菌的培養(yǎng)皿中,測試面朝上。用移液管吸取0.4 m L 濃度為2.5×105～10×105cfu/ml的接種液,滴到每個(gè)測試樣表面。并用40 mm×40 mm 薄膜蓋于接種好的菌液上,向下輕輕按壓薄膜使菌液向四周擴(kuò)散,確保菌液不要從薄膜邊緣溢出。在測試樣接種完并蓋上薄膜后,蓋上培養(yǎng)皿蓋。

3.4.3 測試樣培養(yǎng)

接種測試樣的培養(yǎng)皿,在(35±1)℃、相對(duì)濕度不小于90%的條件下培養(yǎng)(24±1)h。

3.4.4 測試樣的活菌洗脫、計(jì)數(shù)

(1)沖洗。在培養(yǎng)皿中加入10 m L 的SCDLP(卵磷脂吐溫大豆酪蛋白培養(yǎng)液)培養(yǎng)液,對(duì)測試樣進(jìn)行充分沖洗,即使用移液管吸取和釋放培養(yǎng)液,反復(fù)沖洗測試樣4次以上。

(2)計(jì)數(shù)。用磷酸鹽生理鹽水緩沖液對(duì)SCDLP回收液進(jìn)行10倍梯度稀釋,以計(jì)算活菌。將試樣上的回收液及其10倍稀釋液各取1 m L,分別放入無菌培養(yǎng)皿中,每個(gè)稀釋度做2個(gè)培養(yǎng)皿。每個(gè)培養(yǎng)皿中注人15 m L平板計(jì)數(shù)瓊脂,輕輕攪拌以分散細(xì)菌。倒置培養(yǎng)皿,并于(35±1)℃,培養(yǎng)48 h。培養(yǎng)后,對(duì)培養(yǎng)皿中活菌數(shù)在30～300的菌落進(jìn)行計(jì)數(shù)。

3.5 試驗(yàn)有效的條件

(1)未經(jīng)抗菌處理的接種試樣,0接觸時(shí)間回收的活菌數(shù)滿足公式(1)給出的條件:

式中:L最大——活菌數(shù)的最大對(duì)數(shù)值;

L最小——活菌數(shù)的最小對(duì)數(shù)值;

L平均——3個(gè)試樣的活菌數(shù)對(duì)數(shù)的平均值。

(2)“0”接觸時(shí)間空白對(duì)照的活菌平均值應(yīng)為6.2×103～2.5×10cfu/cm2。

(3)未經(jīng)抗菌處理的3個(gè)試樣,經(jīng)24 h培養(yǎng)后的活菌數(shù)均不小于6.2×103cfu/cm2。

以上3個(gè)條件均得到滿足時(shí),試驗(yàn)才被認(rèn)定為有效;反之,則試驗(yàn)無效,應(yīng)重新進(jìn)行試驗(yàn)。

3.6 評(píng)價(jià)方法

3.6.1 抗菌活性值評(píng)價(jià)法

3.6.1.1 活菌數(shù)測定(抗菌活性值)

活菌數(shù)以N 計(jì),數(shù)值以cfu/mm2表示,按式(2)計(jì)算:

式中:C——菌落數(shù),cfu;

D——稀釋倍數(shù);

V——用于洗脫的SCDLP 培養(yǎng)液的體積的數(shù)值,m L;

A——覆蓋膜的表面積,cm2。3.6.1.2 抗菌活性值的計(jì)算抗菌活性值以R 計(jì),按式(3)計(jì)算:

式中:R——抗菌活性值;

U0——未經(jīng)抗菌處理試樣接種后即時(shí)活菌數(shù)的對(duì)數(shù)平均值;

U t——未經(jīng)抗菌處理試樣接種后24 h的活菌數(shù)的對(duì)數(shù)平均值;

A——經(jīng)抗菌處理試樣接種后24 h的活菌數(shù)的對(duì)數(shù)平均值。

3.6.2 抗菌率的評(píng)價(jià)方法

3.6.2.1 活菌數(shù)測定(抗菌率)

活菌數(shù)以N 計(jì),數(shù)值以cfu表示,按式(4)計(jì)算:

式中:C——菌落數(shù)(3 個(gè)培養(yǎng)皿的平均值)的數(shù)值,cfu;

D——稀釋倍數(shù);

V——用于洗脫的SCDLP 培養(yǎng)液的體積的數(shù)值,m L。

對(duì)3個(gè)試樣的活菌數(shù)取算術(shù)平均值,保留兩位有效數(shù)字。

3.6.2.2 抗菌率的評(píng)價(jià)方法

抗菌率以R 計(jì),按式(5)計(jì)算:

式中:R——抗菌率,數(shù)值取四位有效數(shù)字,%;

B——空白對(duì)照樣培養(yǎng)24 h后平均菌落計(jì)數(shù)的數(shù)值,cfu;

C——抗菌陶瓷試樣培養(yǎng)24 h后平均菌落計(jì)數(shù)的數(shù)值,cfu。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 試驗(yàn)結(jié)果

4.1.1 試驗(yàn)有效條件驗(yàn)證

依據(jù)表3給出的數(shù)據(jù),按3.6.1.1計(jì)算活菌數(shù),再按照3.5的方法,做試驗(yàn)有效的條件判定:

表3 抗菌性能檢測結(jié)果

未經(jīng)抗菌處理試樣接種后即時(shí)測得的活菌數(shù)的對(duì)數(shù)值為0.009,小于0.2;

未經(jīng)抗菌處理的試樣接種后即時(shí)測得的活菌數(shù)平均值為11.0×103cfu/cm2,處于6.2×103～2.5×104cfu/cm2;

3個(gè)未經(jīng)抗菌處理試樣接種后培養(yǎng)24 h的活菌數(shù)分別是7.0×105cfu/cm2,6.1×105cfu/cm2,7.5×105cfu/cm2,均大于6.2×103cfu/cm2。

以上3個(gè)條件均得到滿足,判定該試驗(yàn)有效。

4.1.2 檢測結(jié)果

表3為試驗(yàn)后,每片試樣的菌落數(shù)。其中“0接觸時(shí)間空白對(duì)照的菌落數(shù)”和“24 h培養(yǎng)后空白對(duì)照的菌落數(shù)”用于4.1.1試驗(yàn)有效條件驗(yàn)證;“24 h培養(yǎng)后空白對(duì)照的菌落數(shù)”和“24 h培養(yǎng)后抗菌試樣的菌落數(shù)”用于4.2抗菌性能評(píng)價(jià)。

4.2 抗菌性能評(píng)價(jià)

4.2.1 使用抗菌活性值評(píng)價(jià)抗菌性能

4.2.1.1 活菌數(shù)測定

按照3.6.1規(guī)定的方法進(jìn)行活菌數(shù)計(jì)算,試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 抗菌活性值評(píng)價(jià)法測定的活菌數(shù)

活菌數(shù)測定結(jié)果顯示:對(duì)照組接種后,培養(yǎng)24 h后的活菌數(shù)為6.9×105;抗菌試樣1、2、3、4接種后,培養(yǎng)24 h后的活菌數(shù)分別為5.9×104,4.7×104,5.2×103,6.8×102。抗菌試樣的活菌數(shù)與對(duì)照組相比,存在數(shù)量級(jí)差異,所以抗菌試樣均具有抗菌作用;其中試樣3、試樣4與試樣1、試樣2相比,存在數(shù)量級(jí)差異,試樣3,試樣4抗菌作用更強(qiáng)。試樣4與試樣3相比也存在數(shù)量級(jí)的差異,試樣4的抗菌性能最強(qiáng)。

4.2.1.2 抗菌活性值計(jì)算

按照3.6.1規(guī)定的方法,進(jìn)行抗菌活性值計(jì)算,試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 抗菌活性值評(píng)價(jià)法測定的活菌數(shù)

計(jì)算抗菌活性值:抗菌試樣1～4的抗菌活性值分別為1.06,1.17,2.12,3.01。抗菌活性值法能夠清晰的表示試樣3,試樣4抗菌性能差異,他們之間的差值達(dá)到0.89,具有明顯的差異。試樣1和2用抗菌活性值表示時(shí),他們之間的差值只有0.11,差異不明顯。

4.2.2 使用抗菌率評(píng)價(jià)抗菌性能

4.2.2.1 活菌數(shù)測定

按照3.6.2規(guī)定的方法,進(jìn)行活菌數(shù)計(jì)算,試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 抗菌率評(píng)價(jià)法測定的活菌數(shù)

活菌數(shù)測定結(jié)果顯示:對(duì)照組接種后,培養(yǎng)24 h后的平均菌落數(shù)為1.10×107;抗菌試樣1～試樣4接種后,培養(yǎng)24 h 后的活菌數(shù)分別為9.5×105,7.5×105,8.3×104,1.08×104?？咕嚇拥幕罹鷶?shù)與對(duì)照組相比,存在明顯的數(shù)量級(jí)差異;試樣3和4試樣1和2相比,存在數(shù)量級(jí)差異,試樣3和4抗菌作用更強(qiáng)。

4.2.2.2 抗菌率計(jì)算

按照3.6.2規(guī)定的方法,進(jìn)行活菌數(shù)計(jì)算,試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 抗菌率計(jì)算結(jié)果

計(jì)算抗菌率:抗菌試樣1～4的抗菌率分別為91.36%,93.18%,99.25%,99.90%?？咕史軌蚯逦谋硎驹嚇?和2抗菌性能差異,他們之間的差值達(dá)到1.82%,具有明顯的差異;試樣3和4用抗菌率表示時(shí),他們之間的差值只有0.65%,差異不明顯。

4.2.3 抗菌性能評(píng)價(jià)方法的分析

抗菌試樣1和2計(jì)算抗菌活性值分別為1.06,1.17,差值只有0.11;計(jì)算抗菌率分別為91.36%,93.18%,差值達(dá)到1.82%。對(duì)于具有抗菌作用,但不是很強(qiáng)的產(chǎn)品,更適合用抗菌率表達(dá)差異。

抗菌試樣3和4計(jì)算抗菌活性值分別為2.12,3.01,差值達(dá)到0.89;計(jì)算抗菌率分別為99.25%,99.90%,差值只有0.65%。對(duì)于具有較強(qiáng)抗菌作用的產(chǎn)品更適合用抗菌活性值表達(dá)差異。

綜上所述,筆者通過對(duì)銀系抗菌陶瓷片的抗菌性能檢測分析,分別用抗菌活性值和抗菌率對(duì)產(chǎn)品抗菌性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。抗菌活性值是采用取對(duì)數(shù)值的數(shù)據(jù)處理方式,進(jìn)行抗菌性能評(píng)價(jià)。優(yōu)點(diǎn)是考慮到了微生物的生長分裂形式和生長波動(dòng)因素;缺點(diǎn)是取對(duì)數(shù)值的評(píng)價(jià)方法會(huì)將數(shù)據(jù)的范圍壓縮到一個(gè)較小的區(qū)間內(nèi),降低了數(shù)據(jù)的靈敏度。因此,抗菌活性值適合評(píng)價(jià)具有較強(qiáng)抗菌作用(即抗菌率達(dá)到99%以上)產(chǎn)品的抗菌性能差異;在評(píng)價(jià)具有抗菌作用,但不是很強(qiáng)(即抗菌率在90%～99%)的產(chǎn)品時(shí),不如抗菌率直觀。抗菌率是采用百分比數(shù)據(jù)處理方式,進(jìn)行抗菌性能評(píng)價(jià)。在評(píng)價(jià)具有較強(qiáng)抗菌作用(即抗菌率達(dá)到99%以上)產(chǎn)品時(shí),差異不明顯;適合對(duì)具有抗菌作用,但不是很強(qiáng)(即抗菌率在90%～99%)產(chǎn)品進(jìn)行抗菌性能評(píng)價(jià)。