基于酸性抗菌機(jī)理的安必潔表面抗菌技術(shù)及應(yīng)用研究

林玉平 程斌 林春平 孫卓然

LIN Yuping1 CHENG Bin2 LIN Chunping3 SUN Zhuoran3

1.廊坊市表面抗菌技術(shù)研發(fā)中心 河北廊坊 000625；

2.北京化工大學(xué)材料學(xué)院 北京 100029；

3.三河市安霸生物技術(shù)有限公司 河北廊坊 000625

1. Langfang Research Center of Surface Antimicrobial Technology Langfang 000625;

2. Beijing University of Chemical Technology Institute of Materials Science Beijing 100029;3. Sanhe Anbatec Biotechnology Co., Ltd. Langfang 000625

1 引言

科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，非生命體表面可聚集大量致病細(xì)菌、病毒和“超級(jí)細(xì)菌”，而超級(jí)細(xì)菌（多重耐藥菌）和病毒尤其危險(xiǎn)。這些致病細(xì)菌和病毒可在物體表面存活幾天或生存幾個(gè)月[1]，如不采取預(yù)防性的殺菌消毒措施，物體表面附著的病原體就會(huì)成為持續(xù)的感染傳播源。

在全世界范圍內(nèi)，由于醫(yī)院內(nèi)醫(yī)患接觸或者不潔物體接觸引發(fā)的院內(nèi)感染一直是患者致死的重要原因之一。根據(jù)醫(yī)學(xué)專(zhuān)家2012年的統(tǒng)計(jì)調(diào)查，中國(guó)醫(yī)院內(nèi)感染率在10～50%[2]，由此引起延長(zhǎng)住院時(shí)間和增加治療費(fèi)用。2010年數(shù)據(jù)顯示，每個(gè)住院患者直接經(jīng)濟(jì)損失15696元，住院損失年增長(zhǎng)率為15.94%[3]，2013年中國(guó)衛(wèi)生年鑒數(shù)據(jù)顯示，2010年住院病人為1.41億人次，直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)2235億元。而現(xiàn)有的醫(yī)院抗感染措施（隔離、消毒、抗生素和加強(qiáng)醫(yī)護(hù)）和常規(guī)的殺菌技術(shù)，如：臭氧、紫外線(xiàn)、銀離子、二氧化鈦光催化、84消毒液、等離子、夏普納米水離子等，其機(jī)理和特點(diǎn)存在瑕疵，不能徹底解決醫(yī)院內(nèi)感染問(wèn)題，因此急需一種環(huán)保安全、省時(shí)省力、持久高效殺菌抑菌的新技術(shù)。酸性表面抗菌技術(shù)就是在此背景下產(chǎn)生的。

2 酸性表面抗菌技術(shù)

酸性pH值的殺菌性能在幾個(gè)世紀(jì)前就為世人所知。人體胃中鹽酸就起到了保護(hù)小腸以防止細(xì)菌過(guò)度滋生的作用；人體的皮膚表皮覆蓋了一層pH值接近5.2的短中酸性脂肪鏈，它同樣可以保護(hù)表皮，防止帶病原的微生物的滋生。酸性表面抗菌機(jī)理就是模擬人類(lèi)皮膚的抗菌機(jī)理，在物體表面覆上一層帶有弱酸微環(huán)境的涂層。2006年奧地利PLANSEE公司率先發(fā)現(xiàn)了可實(shí)現(xiàn)酸性表面抗菌機(jī)理的物質(zhì)，申請(qǐng)了實(shí)用新型專(zhuān)利，2008年德國(guó)埃爾朗根大學(xué)醫(yī)學(xué)教授古根博士在收購(gòu)了該專(zhuān)利之后，將其補(bǔ)充深化，申請(qǐng)了國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利[4]。

2.1 抗菌機(jī)理

實(shí)現(xiàn)酸性表面抗菌機(jī)理的途徑是在材料中添加金屬酸。金屬酸在遇到水后發(fā)生反應(yīng)，生成酸根和水合氫離子。分布在涂層表面的氫離子形成酸性抗菌表層，見(jiàn)圖1。此技術(shù)是通過(guò)物理和化學(xué)的多重作用機(jī)制完成殺菌和抑菌過(guò)程：

（1）在含水環(huán)境下，金屬酸釋放出H3O+，H3O+又分解成H2O和H+。酸性是以水合氫離子（H3O+）的形式存在。水合氫離子（H3O+）會(huì)使微生物的蛋白質(zhì)表層永久變性，被稱(chēng)為蛋白水解作用，蛋白質(zhì)作為H+離子的反應(yīng)物。

（2）水合氫離子可以穿過(guò)微生物的細(xì)胞膜，同時(shí)可分解為H2O和H+。必需酶要求相當(dāng)小的pH值范圍。細(xì)胞膜中的必需酶系統(tǒng)或微生物及細(xì)胞內(nèi)也會(huì)有堵塞。通過(guò)上述反應(yīng)，可以抑制微生物細(xì)胞膜內(nèi)很多的傳輸系統(tǒng)，同時(shí)也對(duì)DNA序列有干擾作用。

（3）當(dāng)帶正電的氫離子接觸到帶負(fù)電的細(xì)胞膜時(shí)，帶負(fù)電的細(xì)胞膜會(huì)與帶正電的氫離子發(fā)生庫(kù)侖吸引，使兩者牢固結(jié)合，束縛細(xì)菌的活動(dòng)自由，抑制其呼吸機(jī)能，即發(fā)生“接觸死亡”；另外，細(xì)菌在電場(chǎng)力的作用下，細(xì)胞膜上的負(fù)電荷分布不均勻造成變形，發(fā)生物理性破裂，使細(xì)胞的內(nèi)容物，比如水、蛋白質(zhì)等滲出體外，發(fā)生“溶菌”現(xiàn)象而死亡。

酸性抗菌表面抗菌作用的本質(zhì)上是自由H+離子，可以在細(xì)胞膜上和細(xì)胞膜內(nèi)產(chǎn)生作用，因此，可以稱(chēng)為新型復(fù)合抗菌劑。酸性表面的pH值是沒(méi)有危險(xiǎn)的，它的酸性與尿酸及稀釋的醋酸相當(dāng)。與傳統(tǒng)的抗生素相比，該技術(shù)可特別抑制作用于細(xì)胞膜合成，轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)化的酶類(lèi)，可直接影響或干擾細(xì)菌膜的穩(wěn)定性。因此，該技術(shù)能夠殺菌迅速（幾分鐘至幾小時(shí)）、具有非特定性（作用于對(duì)抗廣譜的陰陽(yáng)性細(xì)菌），并且不會(huì)使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性。

2.2 抗菌范圍

酸性表面抗菌技術(shù)的抗菌范圍包括：革蘭氏陽(yáng)性菌（包括黃金葡萄球菌、腸球菌）、革蘭氏陰性菌、好氧或厭氧菌、軍團(tuán)菌、真菌（念珠菌）、病毒（流感病毒、肝炎病毒、H1N1和H1N5禽流感病毒）等。

基于酸性表面抗菌機(jī)理開(kāi)發(fā)的安必潔表面抗菌技術(shù)是一種既能實(shí)時(shí)殺死表層致病微生物，又可持久抑制致病微生物在表層生長(zhǎng)的技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)專(zhuān)門(mén)工藝將安必潔抗菌元素轉(zhuǎn)移和固定到各種材料中。在濕度大于零的環(huán)境中，物體表面的pH值降低，形成一層弱酸保護(hù)層，能快速殺滅和長(zhǎng)期抑制各種致病微生物（細(xì)菌、真菌和病毒）。

3 應(yīng)用案例

3.1 智能馬桶蓋板的抗菌涂層研究

馬桶蓋墊圈是馬桶與肌膚親密接觸的部位，同時(shí)也是附著污染物最嚴(yán)重的地方，容易滋生大量細(xì)菌。對(duì)家居用品進(jìn)行的細(xì)菌檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，馬桶座外側(cè)上，每平方英寸（6.452平方厘米），積聚著295個(gè)細(xì)菌。使用2～3天的座圈布套細(xì)菌數(shù)量達(dá)到20萬(wàn)個(gè)，使用7～10天的座圈布套細(xì)菌則高達(dá)3000萬(wàn)個(gè)。為了實(shí)現(xiàn)潔凈如廁，常用的方法是定期用稀釋的家用消毒液擦拭墊圈或者使用紙墊隔離，但是這兩種方法都不能實(shí)現(xiàn)持久的無(wú)菌潔凈，還容易有污染或者產(chǎn)生抗藥性。

應(yīng)用方案：對(duì)于智能馬桶蓋直接接觸人體皮膚的墊圈表面和間接接觸人體私密部位的洗液噴嘴做抗菌涂層處理,見(jiàn)圖2。

處理工藝：（1）先將PP材質(zhì)的墊圈表面用細(xì)砂紙打磨，改善涂層的附著力，噴涂藍(lán)色底漆，待漆膜干燥后，噴涂快干抗菌涂層。20分鐘后形成30微米的抗菌涂層。（2）將不銹鋼噴嘴表面做潔凈處理后，噴涂快干抗菌涂層，厚度不超過(guò)20微米。

圖1 抗菌機(jī)理示意圖

圖2 智能抗菌馬桶蓋板

檢測(cè)結(jié)果：涂層樣品在研發(fā)中心實(shí)驗(yàn)按照企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，12小時(shí)內(nèi)，可以完全殺滅108CFU/mL的大腸桿菌。殺菌速度和強(qiáng)度超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21866-2008的要求。樣品經(jīng)權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)認(rèn)證，安全抗菌率和持久抗菌率均大于99.99%，抗霉率為0級(jí)水平。

用戶(hù)觀察：噴涂了抗菌涂層的智能馬桶蓋經(jīng)多用戶(hù)10個(gè)月的試用觀察，普遍反應(yīng)使用方便、顏色靚麗、舒適衛(wèi)生、無(wú)任何不良反應(yīng)，與沒(méi)有涂層的馬桶蓋墊圈形成強(qiáng)烈反差，真正實(shí)現(xiàn)了安全潔凈如廁。

3.2 空調(diào)和空氣凈化濾網(wǎng)抗菌研究

空調(diào)內(nèi)容易滋生細(xì)菌的部件有兩個(gè)，一個(gè)是散熱片，另外一個(gè)是過(guò)濾網(wǎng)。由于過(guò)濾網(wǎng)位置處于空調(diào)的出風(fēng)口，相比較而言，過(guò)濾網(wǎng)上滋生的細(xì)菌更容易被流動(dòng)的空氣帶到室內(nèi)空間，給人們的健康帶來(lái)威脅。為此，實(shí)現(xiàn)過(guò)濾網(wǎng)潔凈無(wú)菌和攔截來(lái)自換熱片上的細(xì)菌流動(dòng)，就顯得至關(guān)重要。

與家用空調(diào)相比，空氣凈化器的抗菌要求比空調(diào)系統(tǒng)更加嚴(yán)格。目前的空氣凈化器多數(shù)只是將細(xì)菌和病毒攔截過(guò)濾在凈化器的濾網(wǎng)上，細(xì)菌病毒仍然可以在濾網(wǎng)上大量滋生。形象的說(shuō)，凈化器就是一個(gè)室內(nèi)的細(xì)菌病毒的存儲(chǔ)箱，僅僅依靠頻繁更換濾網(wǎng)，不僅造成浪費(fèi)，也不能根本解決潔凈問(wèn)題。所以，解決空氣凈化器的自身潔凈，實(shí)現(xiàn)潔凈的空氣循環(huán)，是個(gè)急迫問(wèn)題。

應(yīng)用方案：（1）對(duì)空調(diào)濾網(wǎng)雙側(cè)噴涂安必潔表面抗菌涂料，涂層厚度2微米，對(duì)風(fēng)速和風(fēng)量的影響大致是2/1000，可忽略不計(jì)。（2）將凈化器中的初效過(guò)濾棉用安必潔抗菌整理劑處理后，使其具備抗菌殺毒作用。

處理工藝：（1）對(duì)于空調(diào)濾網(wǎng)：首先對(duì)濾網(wǎng)兩側(cè)表面做潔凈和附著力處理，噴涂安必潔表面抗菌涂料后，用壓縮空氣吹掉濾網(wǎng)網(wǎng)格中的多余涂料液體，涂層厚度2微米。20分鐘/50℃后涂層干燥備用。（2）對(duì)于凈化器濾網(wǎng)：將原尺寸的初效過(guò)濾棉放置在安必潔抗菌整理劑中浸泡30分鐘/60℃，在80℃的干燥箱中烘干備用。

檢測(cè)結(jié)果：（1）對(duì)于空調(diào)中有抗菌涂層的濾網(wǎng)樣品按照企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，12小時(shí)內(nèi)，可以完全殺滅108CFU/mL的大腸桿菌。殺菌速度和強(qiáng)度超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 21551.2-2010的要求。樣品經(jīng)權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)認(rèn)證，達(dá)到如下指標(biāo)：安全抗菌率大于99.99%。（2）經(jīng)抗菌涂料處理后的凈化器濾網(wǎng)樣品按照企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，12小時(shí)內(nèi)，可以完全殺滅108CFU/mL的大腸桿菌。樣品經(jīng)權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20944.2-2007檢測(cè)認(rèn)證，安全抗菌率大于99.99%，具有良好的抗菌效果。

用戶(hù)觀察：（1）在空調(diào)中應(yīng)用此抗菌技術(shù)可保持濾網(wǎng)自身潔凈，同時(shí)能夠起到凈化室內(nèi)空氣的作用。（2）空氣凈化器的初效過(guò)濾網(wǎng)實(shí)現(xiàn)抗菌處理是簡(jiǎn)單可行的，成本較低、效果可靠，不影響硬件原有結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)潔凈無(wú)菌。在凈化功能基礎(chǔ)上增加了殺菌功能，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的多功能性。

除了空調(diào)、空氣凈化器、智能馬桶蓋板以外，安必潔表面抗菌涂層技術(shù)在冰箱把手、洗衣機(jī)內(nèi)壁等家用電器上也可以廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)論

針對(duì)常規(guī)殺菌技術(shù)一般不能滿(mǎn)足“光譜性、耐久性、效率高、無(wú)副產(chǎn)物、綠色安全、低成本、無(wú)需消耗電能或光能激發(fā)”的問(wèn)題，在基于酸性抗菌機(jī)理上研發(fā)了一種酸性表面抗菌技術(shù)。通過(guò)抗菌涂層的加工生產(chǎn)、理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)認(rèn)證，表明：安必潔表面抗菌涂層具有安全性好，持久性長(zhǎng)，兼容性廣，環(huán)保型佳的優(yōu)勢(shì)。