纺织品抗菌检测现状与发展

1 纺织品抗菌检测现状与发展纺织品抗菌检测现状与发展 轻化 1401 唐玉军 摘要摘要 简述了纺织品抗菌测试的基本原理 抗菌测试主要选择的菌种 概述了国内外纺织 品抗菌抑菌性能定性 定量测试的常用方法 评述了各种方法的优缺点 分析了纺织品抗菌 发展方向 关键词关键词 抗菌性能 测试 纺织品 纳米抗菌 一 一 绪论绪论 在生活中 人们不可避免地要接触到各种各样的细菌 真菌等微生物 这些 微生物在合适的条件下会迅速生长繁殖 并通过接触等方式传播疾病 而一些对人 类有害的微生物将影响人类的身体健康 近年来 随着生活水平提高 科技不断 进步 人们对生活的质量要求越来越高 因此对纺织品提出了各种功能性要求 功能性纺织品的开发应用 成为纺织业发展的新热点 其中抗菌防臭产品的开发 应用尤其迅速及广泛 抗菌纺织业蓬勃发展 抗菌纤维与抗菌纺织品倍受人们的 青睐 各种抗菌产品纷纷涌入市场 除了日常生活所用的各种纺织品 如内衣 内裤 衬衫 T恤衫 毛巾 床上用品 袜子 鞋垫 羽绒等以外 抗菌产品还 被用于非穿着制品 如席子 汽车坐垫 空调滤网等 因此如何准确地检测和科学评价这些产品的抗菌性能 对于抗菌纺织品的良 性发展尤为重要 目前国内外有许多的测试方法及测试标准 国内抗菌测试主要 采用国外测试方法 由于实验条件不同 以及测试者对标准理解程度的差异 导 致测试效果相差很大 抗菌是一个涉及范围较大的概念 各种不同检测方法的结 果之间没有严格的可比性 如何根据所选用的抗菌产品的类别和性能 合理地选 择相应的抗菌检测方法就显得尤为重要 抗菌织物测试方法在国外研究较早 尤 其是美国和日本研究成果较多 西欧发达国家也提出了一些测试方法 但与美日方 法大同小异 而国内抗菌测试也主要采用国外测试方法 二 抗菌检测基本原理二 抗菌检测基本原理 作为功能性纺织品之一的抗菌织物 其通过抗菌试剂抑制或杀死微生物有几 种方式当细胞暴露于致命的试剂时 可观察到许多变化 通常生物细胞中含有多 种参与新陈代谢的生物酶 细胞质的半透膜保持细胞组分的完整 细胞膜有选择 性地控制细胞内外物质的通过 同时它也可作为部分酶反应的场所 细胞壁除参 2 与某些生理过程外 还对细胞起保护作用 一旦细胞膜或细胞壁被破坏 则会引 起许多随后的变化 使细胞破裂 抗菌整理剂抑菌或杀菌的方式可归结为破坏细 胞壁或抑制细胞壁的合成 改变细胞膜的渗透性 改变蛋白质和核酸的物理或化 学状态 抑制酶的作用 抑止蛋白质或核酸的合成 三 测试菌种的选择三 测试菌种的选择 下表 是我们生活普遍存在的微生物 作抗菌测试时主要是用革兰氏阳性菌 革兰氏阴性菌 霉菌和癣菌等 在实际操作中 由于金黄色葡萄球菌是无芽胞细 菌中抵抗力最强的致病菌 可作为革兰氏阳性菌的代表 巨大芽胞杆菌是芽胞类 细菌中常见的致病菌 枯草杆菌易形成芽胞 抵抗力强 可作为芽胞菌的代表 大 肠杆菌分布相当广泛 已作为通常的革兰氏阴性菌的代表性菌种用于各种试验 黄曲霉 球毛壳霉作为规定的防霉试验用菌种 已列入我国国家标准 GB2423 16 81 其他一些所选择的霉菌 则是侵蚀纺织品或高分子材料的常见霉菌 白色念 珠菌是人体皮肤粘膜常见的条件致病性真菌 对药物具有敏感性 具真菌的特性 菌落酷似细菌而不是细菌又不同于霉菌 因具有酷似细菌的菌落 易于计数观察 常作为真菌的代表 抗菌纺织品的不同级别主要考核的菌种 国内 分三类 A级 考核菌种为金黄色葡萄球菌 AA级 考核菌种为金黄色葡萄球菌 大肠杆菌 白色念珠菌 AAA级 考核菌种为金黄色葡萄球菌 大肠杆菌 白色念珠菌 国外 以日本为例 分三类 蓝色标志 考核菌种为金黄色葡萄球菌 防臭加工纺织产品 橙色标志 考核菌种为金黄色葡萄球菌 肺炎杆菌 保健用纺织品 红色标志 考核菌种为金黄色葡萄球菌 肺炎杆菌 耐青霉素的金黄色葡萄球 菌 医用纺织品 3 四 纺织品抗菌性能测试方法分类四 纺织品抗菌性能测试方法分类 纺织品抗菌性能的测试分为定量测试方法和定性测试方法 以定量测试方法 最为重要 一 定量测试方法 一 定量测试方法 目前纺织品抗菌性能定量测试方法及标准包括美国AATCCTestMethod100 菌 数测定法 FZ T02021 92 奎因 Quinn 实验法等 定量测试方法包括织物的消 毒 接种测试菌 菌培养 对残留的菌落计数等 它适用于非溶出性抗菌整理织 物 不适用于溶出性抗菌整理织物 该法的优点是定量 准确 客观 缺点是时间 长 费用高 二 定性测试方法 二 定性测试方法 定性测试方法主要有美国AATCCTestMethod90 HaloTest 晕圈法 也叫琼脂平 皿法 AATCCTestMethod124 平行划线法 和JISZ2911 1981 抗微生物性实验法 等 定性测试方法包括在织物上接种测试菌和用肉眼观察织物上微生物生长情况 它是基于离开纤维进入培养皿的抗菌剂活性 一般适于溶出性抗菌整理 但不适用 于耐洗涤的抗菌整理 优点是费用低 速度快 缺点是不能定量测定抗菌活性 结 果不准确 五 抗菌性能评价方法及比较五 抗菌性能评价方法及比较 有关纺织品抗菌性能评价方法的研究 国外已开展了多年 并陆续建立了一些 具有代表性的 相对稳定的 可在多个实验室重复进行的测定方法 这些方法中 大多数都存在一定的局限性 各种方法的测定结果之间没有严格的可比性 而且 各自的优缺点十分明显 以下是对几种常用抗菌测试方法的介绍 一 一 AATCC 90AATCC 90试验法 定性 试验法 定性 又称晕圈试验法 此法是用于抗菌剂筛选的抗菌效力快速定性方法 原理是 在 琼脂培养基上接种试验菌 再紧贴试样 于37 下培养24h后 用放大镜观察菌类 繁殖情况和试样周围无菌区的晕圈大小 与对照样的试验情况比较 此法一次能 处理大量的试样 操作较简单 时间短 但也存在一些问题 如虽然规定了在一定 时间内培养试验菌液 但是菌浓却没有明确的规定 另外 阻止带的宽度代表的是 扩散性和抗菌效力 对于与标准织物比较是有意义的 但不能作为抗菌活力的定量 评定 二 二 AATCC 90AATCC 90喷雾法 定性 喷雾法 定性 AATCC 90喷雾法是对AATCC 90试验法改良之一 是在培养后的试样喷撒一定 量TNT试剂 肉眼观察试样上菌的生长情况 其发色原理为TNT试剂因试验菌的琥 珀酸脱氢酶的作用被还原 生成不溶红色色素而显红色 从而达到判定抗菌性的目 4 的 该种方法的优点就是无论试样是否有抑菌圈形成 只要平板上有细菌生长 就 会显出红色 三 三 AATCC 90AATCC 90比色法 定性 比色法 定性 AATCC 90比色法也是对AATCC 90试验法改良 是在培养后试样上的菌洗出液 中加入一定量的TNT试剂使发色 15min后用分光光度计测定525nm处的吸光度 来 求出活菌个数 但是以上两方法不适用于无琥珀酸脱氢酶的试验菌 四 四 AATCC 100AATCC 100试验法 定量 试验法 定量 AATCC 100是一种容量定量分析方法 适用于抗菌纺织品抗菌率的评价 该法于1961年由AATCC委员会提出 1965 1981 1988 1993年作了修订 是目 前国外使用较广泛的抗菌性测试法之一 该法原理为 在待测试样和对照试样上接种测试菌 分别加入一定量中和液 强烈振荡将菌洗出 以稀释平板法测洗脱液中的菌浓 与对照样相比计算织物上细 菌减少的百分率 此法的缺点是一次试验的检体不能太多 且花费时间较长 对于 非溶出型试样 不能进行抗菌性能评价 没有详细规定中和溶液的成份 而且菌液 中营养过于丰富 与实际穿着条件相差太大 容器太大 不易操作 在吸收国内外经验的基础上 经过大量的实验 对其加以改进 形成了一套系 统的定量测试方法体系 可以满足不同抗菌纺织品抗菌性能测试的需要 即改良 AATCC 100 要点如下 将AATCC l00法的试样由直径为4 8cm的圆形改为边长约1 8cm的正方形 将其 放入30mL或50mL带盖锥形瓶 用0 85 冰冷生理盐水 0 4 代替AATCC肉汤稀释 接种菌 将菌种从约108 109cfu mL稀释到1 105 2 105cfu mL 制成接种菌液 用20mL 0 85 冰冷生理盐水代替中和剂洗涤试样 用下式计算试样的抑菌活性和杀菌活性 抑菌率 18h后空白对照样活菌数 18h后试样活菌数 18h后空白对照样活菌数 100 杀菌率 0 时空白对照样活菌数 18h后试样活菌数 0 时空白对照样活菌数 100 该种方法无论对于溶出型试样 还是非溶出型试样 都能进行抗菌测试 而且 培养基的养分适合织物的使用条件 五 五 振荡瓶法 定量 振荡瓶法 定量 振荡瓶法即ShakeFlask法 是美国道康宁公司为克服AATCC 100法的缺点而开 发的可评价非溶出型纤维制品抗菌性能的一种方法 此法为增强试样与菌的接触 将 样品投入盛有磷酸盐缓冲液的有塞三角瓶中 移入菌液后在一定条件下强烈振荡 1h 取1mL试验液 置于培养基上使细菌繁殖一定时间 检查菌落数与空白样品比较 计 算细菌减少率 该种方法的优点是可以适用于大多数试样 像粉末状 有毛或羽的衣服 凸 5 凹不平的织物等都能使用 即使是水溶液中非溶出型的试样也能评价其抗菌性能 16 缺点是稀释液缺少微生物增殖所需用的养分 不符合穿着条件 培养时间 短 试验菌几乎不能增殖 与日常穿衣时间相差太大 另外振荡温度为25 并非最 佳培养温度 振荡瓶法对亲水性的织物测试结果较准确 虽然也能测试吸水性差的织物 但 准确度不是很高 对完全不吸水的纤维 特别是纱线状物或粉状 块状物品 重现 性不大理想 根据振荡烧瓶法的优点 对其进行改良 要点如下 将菌种从约108 109cfu mL每次10倍稀释到1 5 105 3 5 105cfu mL 第一 次稀释用AATCC肉汤 第二次开始直到最后一次稀释用磷酸盐缓冲液 制成接种菌 液 另外 在作10倍系列稀释时 用0 85 冰冷生理盐水代替牛肉汤 六 六 AATCC 30AATCC 30 定性 定性 AATCC 30是对纺织材料抗霉菌和抗腐烂性能的评定 确定了纺织材料抵抗霉 菌和耐腐烂的性能 以评定杀菌剂对纺织材料抗菌性能的有效性 分为土埋法 琼脂平板法及湿度瓶法等几种方法 土埋法是指将样品 具有一定尺寸 埋在泥中一定时间后 测定样品的断裂强 度 此法是用样品经土埋处理后所损失的断裂强度来表征其抗霉能力 琼脂平板法就是用来评估织物抵抗这类细菌能力的 该法是将含有培养基的 琼脂平板均匀滴上一定量的分散有曲霉菌孢子的水溶液 然后将经非离子润湿剂 处理的样品圆片放置其上 并在样片上均匀滴加一定量的上述水溶液 在一定的温 度下放置一段时间 最后观察样品上霉菌的生长情况 它是用样品圆片上的霉菌 面积来进行表征的 湿度瓶法是经过预处理的样品条悬挂置于一个有一定通风的 盛有一定量的 分散有一定数目细菌孢子的水溶液的广口瓶中 在一定的温度下放置一段时间 此法也是用样品条上的霉菌面积进行表征 七 七 AATCC 147AATCC 147 定量 定量 又称平行划线法 是对纺织品抗菌效力的半定量实验方法 可相对快速和方便 地定性测试经抗菌整理的纺织材料的抗菌性能 可用来确定具有可扩散抗菌剂的 纺织品的抗菌能力 替代了繁琐的AATCC 100 AATCC 147应用于纺织材料的抗菌 整理的评定 是对纺织材料抗菌性能的半定量分析 6 AATCC 147法是将一定量的培养液 内含一定数目的金黄色葡萄球菌等细菌的 孢子 滴加于盛有营养琼脂平板的培养皿中 使其在琼脂表面形成五条平行的条纹 然后将样品垂直放于这些培养液条纹上 并轻轻挤压 使其与琼脂表面紧密接触 在一定的温度下放置一定时间 此法是用与样品接触的条纹周围的抑菌区的 宽度来表征织物的抗菌能力 八 八 JIS2911JIS2911抗霉性法抗霉性法 本方法是以试验菌能分解纤维素作为营养源为前提的 在抗菌防臭加工纤维 制品中 对合成纤维进行抗菌试验时 需要进一步研究能在试验布上生长的细菌 菌性能评价方法还有很多 但是因为其不常见 所以在这里我就不再一一 的介绍了 其他方法如下两表 7 六 抗菌发展方向六 抗菌发展方向 纳米抗菌纳米抗菌 纳米抗菌材料中的核心成分是抗菌剂 抗菌剂是一些细菌 霉菌等微生物 高度敏感的化学成分 极少量的抗菌剂添加至普通材料中 可制成抗菌材料 如抗菌塑料 用抗菌塑料制成的各种产品与普通塑料相比具有卫生自洁功能 可免去许多清洗保洁等繁重劳动 10 抗菌材料的开发和应用为保护人类健康树 起了一道绿色的屏障 对于改善人类生活环境 减少疾病 保护全民健康 具 有十分重要的意义 一 纳米抗菌材料的分类 一 纳米抗菌材料的分类 抗菌剂大体上可分为无机系 有机系和天然生物系 3 大类 天然系抗菌剂受到 安全和生产的制约 目前尚不能实现大规模市场化生产 无机系抗菌剂以银系抗 菌剂为主导 以接触杀菌为主要机理 具有安全 耐久和持久等优点 但银易受 硫化或被氧化而变色 光稳定性较差 同时由于以接触杀菌为机理 所以用量较 高 成本较高 有机系以吡啶盐 四价铵盐和乙醇等为主要成分 以破坏细胞膜 使蛋白质变性 SH 酸化 代谢受阻为主要杀菌机理 有机系抗菌剂由于存在安 全性问题 耐热性差和易水解等缺点 在国内研究应用很少 而在国外近年来取 得了很大进展 己成为抗菌材料研究的一大热点 二 纳米抗菌材料的应用 二 纳米抗菌材料的应用 纳米抗菌材料在日常的纤维服装 家用电器 卫生陶瓷制品 食品包装以及 8 建筑用的钢板 涂料等领域取得越来越广泛的应用 其中 26 用于家居用品 20 用于家庭纤维制品 16 用于厨具和餐具 15 用于衣物 6 用于家电用品 6 用于医疗用品 5 用于鞋和地毯等 2 用于文具 4 用于其他 12 从以上 数据可以看出抗菌制品从开始的纤维制品已发展到电器文具以及一般日用品等领 域 13 14 1 纳米抗菌涂料 可应用于抗菌涂料中的纳米材料有纳米 TiO2 ZnO 以及纳米载银抗菌材料 等 纳米抗菌材料涂层可以提高基体的腐蚀防护能力 达到表面修饰 保护的目 的 在涂料中加入纳米颗粒 能够耐大气 紫外线侵害 从而实现防降解 防变 色等功效 纳米抗菌材料涂层有广泛变化的光学性能 它的光学透射谱可从紫外 波段一直延伸到远红外波段 纳米多层组合涂层经过处理后在可见光范围内出现 荧光 用于多种光学应用需要 在各种标牌表面施以纳米材料涂层 成为反光 发光标牌 改变纳米涂层的组成和特性 得到光致变色 温致变色 电致变色等 效应 产生特殊的防伪识别手段 2 纳米抗菌纤维 纤维能够吸附很多微生物 而这些微生物如果温度适宜 就会迅速繁殖 进而对人体产生种种危害 所以近年来人们致力于抗菌纤维的研究和开发 抗菌 纤维具有优良的保健功能 除用作医疗用品如手术衣巾外 还可制作抑菌除臭的 高级纺织品 成衣 也可为长期卧床不起的病人制成服装和医院的敷料 绷带 尿布 床单及厕所用纺织品等 15 3 纳米抗菌塑料 按照传统观念 塑料光洁密实 有害微生物难以附着并侵蚀 但实际上 塑料也会受到细菌的污染 纳米抗菌塑料是一类具备抑菌和杀菌性能的新型材料 由于材料本身被赋予抗菌性 可以使微生物包括细菌 真菌 酵母苗 藻类以及 病毒等的生长和繁殖保持较低的水平 无机纳米抗菌材料性能稳定 通常不和塑 料原料发生化学反应 因此使用后的塑料制品性能稳定 4 纳米抗菌陶瓷 抗菌陶瓷主要有银系抗菌陶瓷以及纳米 TiO2抗菌陶瓷 载银抗菌剂是首先 投入商业化使用的抗菌剂 其抗菌机理是 将银化物和载银材料加入到陶瓷釉中 制成具有抗菌性能的釉 釉中溶出的银离子可与菌体中酶蛋白的 SH 基强烈地结 合 使一些以此为必要基的酶丧失活性 从而达到灭菌的作用 光催化半导体纳米二氧化钛类抗菌剂是随着纳米技术的发展诞生的新一类抗菌 剂 是纳米材料的一个极重要的用途 纳米 TiO2 表面产生的跃迁电子和空穴 与其周围的氧和水反应 产物是 O2 和 OH O2 能使几乎所有的有机物分解 是一种强还原剂 可杀菌 除臭 不仅比传统杀菌剂如氯 次氯酸盐和过氧化氢 9 等具有更大的杀菌效能 而且能有效地将细菌的尸骸分解为二氧化碳和水 解决 了细菌尸骸的二次污染问题 因此 TiO2类抗菌剂是一种更有效 更健康的抗 菌剂 非常适合日用陶瓷的抗菌使用 5 纳米抗菌玻璃 新型实用的抗菌玻璃容器 国外出现于上个世纪 90 年代初期 目前在美国 日本等国已经工业化 在国内研究抗菌玻璃常见的方法是经过玻璃成分的设计 配料 熔制 破碎 研磨 喷涂 热处理等工艺过程 将这种低熔点的玻璃以上 釉的方式结合到玻璃容器的内外表面上 这种工艺复杂 成本高 采用湿化学镀膜工艺 在玻璃表面镀上一层透明的抗菌薄膜 实现玻璃容器的 抗 菌功能 是既经济又可行的方案 通过陕西省卫生防疫中心多次测试 通过抗 菌薄膜处理 玻璃材料的抗菌率大于 85 经过 1000 次的常规洗涤后 抗菌效 果不下降 16 6 纳米抗菌金属制品 杨维虎 17 等将 1Cr18Ni9不锈钢在常温条件下浸入 TiO2的浸泡液中 制备 出表面含有抗菌离子的新型抗菌不锈钢 在紫外照射下具有很好的抗菌效果 7 其它方面的应用 日本开发了具有抗菌作用的新型荧光灯 在该灯表面涂敷了光催化杀菌剂 TiO2 能分解灯表面的油渍 空气中的菌类 消除异臭等 可望替代目前普通荧 光灯 饮用水处理上 同济大学李田等人将纳米 TiO2固定在玻璃纤维网上制成 催化膜 用来深度净化饮用水 降低自来水中总有机物量和细菌总数 全面改变 水质 达到了直接饮用的安全标准 18 结语结语 从多种资料可以看出 名个不同的单的抗菌纺织品性能评价方法不不尽相同 抗菌性能表达方式也是各有各的 没有统一考量 所以目前对抗菌测试还没有一 套统一的标准 在实验菌种 实验仪器 实验方法和评价方法等方面有一定的差 异性 不一样的检测方法对检测结果也有影响 而且每种抗菌性能的测试方法都 不是万能的 都有一定的局限性 和差异性 因而 要应形成一套测试方法体系 以 对不同对象都能采用特定的测试方法 为规范国内一度无序的抗菌针织产品的开 发 由中国针织工业协会牵头起草了一个纺织行业标准 FZ T 73023 2006 抗菌 针织品 该标准适用于由天然纤维 化学纤维或混纺纤维制成的抗菌针织品的 质量评价 该标准对抗菌效果的评价 定量 推荐了三种方法 一是美国的奎因 法 Quinn Test 该方法是一种比较简易和快速的测试方法 可用于细菌和部 10 分真菌的检测 适用于吸水性较好且色泽较浅的溶出型或非溶出型抗菌针织品 二是吸收法 主要参照 JISL1902 和 AATCC 适用于溶出型抗菌织物或吸水性较 好 且洗涤次数较少的非溶出型抗菌织物 三是振荡法 主要参考 ASTM E2149 的振荡瓶法 该方法对试样的吸水性要求不高 纤维状 粉末状 起毛织物或表 面形态不规则的样品都能适应 此方法尤其适用于非溶出型抗菌织物 纳米抗菌产品不仅可有效阻止人与人 人与物 物与物的细菌交叉传染 还可以引导人们把医疗