光觸媒紡織品抗菌性能評價方法探討

鄭巧雙，鄧小華，郭 榮，羅 茜，劉 婷

[武漢工控工業技術研究院有限公司（湖北省工業微生物菌種保藏與研究中心），湖北 武漢 430010]

光觸媒是一類以TiO2為代表的具有光催化作用的半導體材料的總稱[1]。目前，國內外已開發出很多光催化紡織品并市場化[2-3]。但是，我國還沒有專門針對TiO2光觸媒紡織品抗菌性能評價的標準，市場上各種光觸媒紡織品的優劣難以分辨，因此加快光觸媒紡織品抗菌性能評價標準體系的建設和研究，對規范市場和促進光觸媒產業的發展具有重要的意義。

我國于2009年發布了《GB/T 23763—2009光催化抗菌材料及制品抗菌性能的評價》標準，2018年發布了團體標準《T/CTES 1009—2018光觸媒紡織品抗菌性能的評價》，至今再沒發布更新過國家級評價標準。研究旨在通過采用GB/T 23763—2009的試驗方法評價光觸媒紡織品的抗菌性能，發現不足，為其評價標準的更新和改進提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 設備及耗材

恒溫恒濕箱、黑燈管（UVA，主波長365 nm）、分光光度計、漩渦混合器、水浴鍋、冰箱、生化培養箱、高壓蒸汽滅菌鍋、生物安全柜、紫外照度計（0～1 999 μw/cm2），醫用PE薄膜、紗布、鑷子、10 mL移液管、試管、50 mL離心管、9 cm平板、一次性吸頭、三角瓶。

1.2 菌種

大腸埃希氏菌（Escherichia coli）AS1.90（HBCICC21001）、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）ATCC 6538p（HBCICC22001），由湖北省工業微生物菌種保藏與研究中心提供。

1.3 實驗原料

未經處理的織布、TiO2處理后的織布。

1.4 培養基和試劑的配制

磷酸鹽緩沖生理鹽水洗脫液：磷酸二氫鉀2.7 g，磷酸氫二鉀7.0 g，氯化鈉8.5 g，蒸餾水1 000 mL。121 ℃滅菌15 min。

營養瓊脂（NA）：蛋白胨10.0 g，牛肉膏5.0 g，氯化鈉5.0 g，瓊脂15.0 g，蒸餾水1 000 mL，pH7.0～7.2。121 ℃滅菌15 min。

營養肉湯（NB）：蛋白胨10.0 g，牛肉膏5.0 g，氯化鈉5.0 g，蒸餾水1 000 mL，pH7.0～7.2。121 ℃滅菌15 min。

生理鹽水：氯化鈉8.5 g，蒸餾水1 000 mL。121 ℃滅菌15 min。

1.5 光催化紡織品抗菌性能評價方法

按照《GB/T 23763—2009 光催化抗菌材料及制品抗菌性能的評價》中的實驗步驟進行。

1.5.1 環境濕度的控制

GB/T 23763—2009規定“明條件和暗條件的培養濕度控制在85%以上”。ISO 27447和JIS R 1702標準中規定濕度控制方法為“培養皿底部放置濾紙或紗布，加4～6 mL無菌蒸餾水”。以大腸埃希氏菌AS1.90為試驗菌株，采用以上兩種方式來控制培養濕度，考察濕度控制方法對光催化紡織品抗菌試驗的影響。

1.5.2 光照強度的控制

GB/T 23763—2009規定“到達樣片表面的光照強度0.01 mW/cm2～0.1 mW/cm2”。通過調整黑光燈高度，經紫外照度計測量，選擇了范圍內20，50，100 μW/cm23個不同光照強度，考察不同光照強度下，光催化樣品對大腸埃希氏菌和金黃色葡萄球菌的抗菌情況。

1.5.3 培養時間的選擇

GB/T 23763—2009規定“明條件和暗條件的培養時間為8～24 h”，時間范圍很寬泛。ISO 27447和JIS R 1702標準中規定“培養時間為8 h，根據產品實際使用條件可減少為4 h”。針對這一差異，在50 μW/cm2光照強度下，選擇了4、8、16 h 3個培養時間，考察了不同培養時間對光催化紡織品對大腸埃希氏菌抗菌試驗的影響。

2 結果與分析

2.1 濕度控制方法對光催化紡織品抗菌試驗的影響

以大腸埃希氏菌AS1.90為試驗菌株，采用恒溫恒濕箱，控制溫度35 ℃，濕度90%。明條件、暗條件的3個空白對照樣經培養后的活菌數均小于1.0×103CFU，明顯不滿足實驗成立條件（3）。說明GB/T 23763標準中控制培養的相對濕度不低于85%并不合理，因為恒溫恒濕箱控制的是整個培養環境，而測試樣品是在培養皿內，控制培養皿內的微環境才能保證試驗方法可行，否則微環境太干燥，菌體全部死亡，就不能反映光催化樣品的抑菌效果了。由此可見，ISO 27447和JIS R 1702標準中規定的“培養皿底部放置濾紙或紗布，加4～6 mL無菌蒸餾水”更可行。

2.2 光照強度對光催化抑菌效果的影響

在20、50、100 μW/cm23個光照強度下，光催化試樣對大腸埃希氏菌表現出了明顯的抑菌作用，且抗細菌率相差不大，分別為87.3%、93.4%、91.5%。不同光照強度下，光催化試樣對金黃色葡萄球菌也表現出了一定的抑菌作用且抗細菌率相差不大，分別為27.8%、28.7%、30.7%。說明在GB/T 23763規定的光照強度0.01～0.10 mW/cm2范圍內對光催化抑菌效果的影響并不大。

2.3 培養時間對光催化抑菌效果的影響

培養4 h時光催化試樣在明條件下的大腸埃希氏菌活菌數為4.22×105CFU，明顯低于空白對照樣的大腸埃希氏菌活菌數8.30×105CFU，抗細菌率為49.2%。說明4 h已開始表現出明顯的抑菌作用。當培養8 h時，其抗細菌率為82.2%；當培養16 h時，其抗細菌率為87.7%。由此看出，培養時間對抗細菌率的影響較大。因此建議標準明確一個培養時間點，這樣檢測人員更容易掌握，以更好地統一光催化材料或制品的質量評價[3]。

2.4 評價方式對光催化抑菌效果的影響

經培養后明條件和暗條件下，不管是空白對照樣還是光催化試樣，被測細菌都出現了大量增殖。這一結果并不影響抗細菌率，但是導致了抗細菌貢獻值R出現了負值。劉鵬等[4]認為引起這一現象的原因是菌液滴加到試樣上時，試樣內部未經TiO2光觸媒整理，細菌進入樣品內部導致培養后大量繁殖，還提出了轉移法和轉印法來解決這一問題。針對這一問題，T/CTES 1009—2018團體標準中改變了評價方式，不是計算抗細菌率和抗細菌貢獻值，而是采用抗菌活性值來評價，這樣能更好地反映抗菌性能，建議后期出臺的標準可以采納。

3 結語

（1）GB/T 23763標準中規定培養的相對濕度不低于85%，采用直觀的恒溫恒濕箱來控制并不能滿足試驗成立條件，建議明確規定具體的濕度控制方法來保證培養皿內的微環境濕度。

（2）光照強度在GB/T 23763—2009標準規定的0.01～0.10 mW/cm2范圍，對光催化抑菌效果的影響不大。

（3）培養時間不同，抗細菌率也不同。因此GB/T 23763—2009中規定的“明條件和暗條件的培養時間為8～24 h”，時間范圍太寬泛。建議明確培養時間，以便更好地統一光催化材料或制品的質量評價。

（4）建議采用抗菌活性值代替抗細菌率和抗細菌貢獻值來評價抗菌性能。