劉 琳 郭志勇

(1 許昌市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測與研究中心 河南 許昌 461000)

(2 國家市場監(jiān)管重點實驗室(陶瓷制品有害物質(zhì)分析與評估)) 河南 許昌 461000)

隨著我國物質(zhì)生活水平的不斷提高,傳統(tǒng)日用鈞瓷的質(zhì)地、花色、功能性漸漸滿足不了人們的需求,尤其是近些年來頻繁爆發(fā)的公共安全事件使得人們更加關(guān)注日用鈞瓷的抗菌能力?？咕沼免x瓷作為新型功能性陶瓷產(chǎn)品,既能夠滿足目前市場上對這類瓷器的日常需求,又能夠有效避免細(xì)菌、疾病的傳播,減少人員交叉感染。因此,發(fā)展高效抗菌日用鈞瓷產(chǎn)品已經(jīng)成為鈞瓷生產(chǎn)企業(yè)的重要方向之一。鈞瓷是河南省獨有的地理標(biāo)志性產(chǎn)品,極具歷史、文化和特色經(jīng)濟(jì)價值,獨特的鈞瓷釉料和工藝特色是其它瓷種無法取代的,所謂“入窯一色,出窯萬彩”,其在原料使用方面和燒制工藝上有較大的地理局限性?？咕沼免x瓷兼具了藝術(shù)觀賞性和使用安全性,即在生產(chǎn)過程中加入納米級無機(jī)抗菌劑,從而使日用鈞瓷表面具有抗菌作用,在使用過程中能持續(xù)對細(xì)菌等微生物有抑制或殺滅作用。筆者以抗菌日用鈞瓷為研究對象,對抗菌機(jī)理、檢測方法、影響因素進(jìn)行了分析,并對檢測技術(shù)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展進(jìn)行了探討。

1 抗菌日用鈞瓷

抗菌日用鈞瓷是在普通鈞瓷釉添中合適比例的復(fù)合納米銀系抗菌劑,在氧化氣氛下高溫?zé)Y(jié)得到的?？咕阅茱@著、耐候性穩(wěn)定。其通過緩慢釋放的銀、鋅等金屬離子破壞細(xì)菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和代謝過程,促使細(xì)菌繁殖受到抑制或死亡,使陶瓷制品表面的細(xì)菌數(shù)目控制在一定范圍之內(nèi),可以避免器具上細(xì)菌、霉菌的滋生和人員交叉感染[1]?？咕Чc其采用的抗菌劑有直接的關(guān)系。

2 主要抗菌劑及抗菌機(jī)理

2.1 主要抗菌劑

金屬或其離子是抗菌劑中的關(guān)鍵成分,其抗菌效果的大小次序為Ag+＞Co2+＞Ni2+＞Al3+＞Cu2+＞Zn2+＞Fe3+＞Ba2+＞Mg2+＞Ca2+等,Ag+是公認(rèn)的抗菌效果最好的金屬離子,但價格高,易氧化,而Cu2+、Zn2+抗菌效果一般,卻價格便宜[2]。抗菌日用鈞瓷抗菌釉料采用納米級銀離子和鋅離子兩種單一的無機(jī)抗菌材料,復(fù)合在同一載體上所得到的同時具備兩者優(yōu)點的復(fù)合型抗菌材料,這類復(fù)合型抗菌材料除了同時具備各自的抗菌性外,同時也表現(xiàn)出了由兩者相互作用所具備的更加優(yōu)異的抗菌性能,彌補(bǔ)了單一離子材料的不足,將兩種離子材料的優(yōu)點進(jìn)行互補(bǔ),得到更加理想化的復(fù)合抗菌材料[3]。

2.2 抗菌機(jī)理

抗菌釉料中不斷釋放出銀離子與細(xì)菌細(xì)胞壁和細(xì)胞膜相互作用,使胞壁結(jié)構(gòu)損傷、細(xì)胞膜通透性增加從而通過內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部阻斷DNA 復(fù)制損傷細(xì)菌,同時促使細(xì)菌胞內(nèi)外產(chǎn)生活性氧和活性氮等自由基,引起細(xì)菌細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化,抑制細(xì)菌跨膜呼吸及引起細(xì)菌內(nèi)溶物泄露,使細(xì)菌進(jìn)一步裂解從而無法代謝及繁殖直至死亡[4]。當(dāng)細(xì)胞失去活性后,銀離子游離出并繼續(xù)與其他細(xì)胞作用,因而具有持續(xù)抗菌效能。納米級銀離子協(xié)同鋅離子具有更高的表面積與體積比,能以更快的速度釋放更多的銀離子,從而增強(qiáng)殺菌性能。

3 國內(nèi)現(xiàn)行檢測方法

國內(nèi)在陶瓷制品抗菌性檢測方面的研究相對滯后,存在標(biāo)準(zhǔn)間不協(xié)調(diào),標(biāo)準(zhǔn)采用率低等問題。陶瓷產(chǎn)品中抗菌骨質(zhì)瓷對其抗菌性檢測編制了單獨的國家標(biāo)準(zhǔn),其他日用瓷種尚未對產(chǎn)品抗菌性檢測制定標(biāo)準(zhǔn)。隨著抗菌材料的不斷創(chuàng)新和發(fā)展,抗菌檢測方法較為單一,對于不同抗菌材料不同燒制工藝的抗菌日用鈞瓷是否具有普遍適用性還待研究。抗菌日用鈞瓷當(dāng)前無抗菌性能相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn),此次檢測參照的為JC/T 897-2014抗菌陶瓷制品抗菌性能[5]。

表1 陶瓷產(chǎn)品抗菌性能相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)

圖1 銀離子抗菌原理圖

4 實驗部分

4.1 檢測流程圖

分別取試驗用菌液0.4 mL滴加在樣品A(陰性對照即空白平皿)、樣品B(包括對照0 h和對照24 h)和抗菌日用鈞瓷樣品C上。

用滅菌鑷子夾起滅菌覆蓋膜分別覆蓋在樣品A、樣品B和樣品C上鋪平,使菌液均勻接觸樣品。樣品A 和對照0 h 樣品B 立即進(jìn)行洗脫,加入洗脫液10 mL,反復(fù)洗脫樣品及覆蓋膜,混勻后取洗脫液10倍遞增稀釋至合適濃度,取一定量接種于平板計數(shù)瓊脂中,在37℃±1℃下培養(yǎng)24～48 h后活菌計數(shù)。對照24 h樣品B 和樣品C 在35 ℃±1 ℃、相對濕度大于90%條件下培養(yǎng)24 h。

圖2 抗菌性能檢測流程圖

取出對照24h樣品B和樣品C,分別加入洗脫液10 mL,反復(fù)洗脫樣品及覆蓋膜,充分混勻后10倍遞增稀釋至合適濃度,取一定量接種于平板計數(shù)瓊脂中,在37℃±1℃下培養(yǎng)24～48 h后活菌計數(shù)。

計數(shù)結(jié)果必須符合下述3個條件全部成立,試驗被判定有效。反之則試驗無效,須重新進(jìn)行試驗。

對照0 h樣品B的菌落數(shù),滿足了公式(1)給出的條件:

式中:L最大——菌落數(shù)的最大對數(shù)值;

L最小——菌落數(shù)的最小對數(shù)值;

L平均——三個試樣菌落數(shù)對數(shù)的平均值。

陰性對照A 和對照0 h B的活菌值應(yīng)為(3～9)×103CFU;

3個對照24 h B 經(jīng)24 h培養(yǎng)后的菌落數(shù)不小于1.0×102CFU。

4.2 抗菌率計算

試驗有效條件下,按公式(2)計算:

式中:R——抗細(xì)菌率,數(shù)值取四位有效數(shù)字,%;

B——對照24h B 培養(yǎng)24h 后的平均菌落計數(shù)的數(shù)值,單位為菌落數(shù)(CFU);

C——抗菌鈞瓷試樣培養(yǎng)24 h后平均菌落計數(shù)的數(shù)值,單位為菌落數(shù)(CFU)。

5 結(jié)果與討論

5.1 對照樣品的確定

抗菌日用鈞瓷對照樣品的確定在做抗菌性能檢測時很關(guān)鍵?？咕适峭ㄟ^添加抗菌釉料樣品與未添加抗菌釉料對照樣品的菌落生長數(shù)量比值而得到的。對照樣品吸水率、表面質(zhì)量、釉面平整度都會影響到檢測結(jié)果?，F(xiàn)行行業(yè)檢測標(biāo)準(zhǔn)對對照樣品未做統(tǒng)一規(guī)定,菌種在不同的對照樣上菌落增長倍數(shù)相差較大。而實際檢測過程發(fā)現(xiàn),菌種在對照樣品培養(yǎng)過程中,其生長量可能達(dá)約100倍,在不同的對照樣上菌落增長倍數(shù)相差可達(dá)10倍。而不同的檢測機(jī)構(gòu)采用不同的對照樣品,導(dǎo)致各檢測機(jī)構(gòu)的檢測結(jié)果各不相同,重復(fù)性和再現(xiàn)性也較低[9]。經(jīng)過大量實驗摸索,若委托單位對對照樣品加工困難,平整度、表面質(zhì)量達(dá)不到實驗要求、吸水率不能較好控制時,經(jīng)委托方同意也可由檢測單位采用硼酸鹽玻璃板作為對照樣品并在報告中注明。下圖為不同批次的日用鈞瓷對照樣品和硼酸鹽玻璃片表面質(zhì)量對比圖。

表2 各批次抗菌日用鈞瓷瓷片表面質(zhì)量對比

5.2 樣品預(yù)處理方式

陶瓷產(chǎn)品是由無機(jī)礦物材料經(jīng)高溫?zé)贫?雖然目測表面很致密,但微觀看還是有很多孔洞,表面的致密程度直接影響吸水率,抗菌實驗時樣品表面只鋪0.3～0.5 mL 的菌液,要作用24 h后再沖洗下來。雖然作用過程濕度環(huán)境要求達(dá)到90%以上,但由于菌液量少、作用時間長,樣品表面有一定吸水性,其表面更易表干。因此采用預(yù)處理方式,實驗前用70%醫(yī)用酒精對試樣清洗消毒,再將消毒處理過的試樣表面釉層向上,坯體部分浸泡于無菌水中(18～24)h,保證試片吸水充分,實驗時取出試片用滅菌干紗布將試片表面的多余水分輕輕擦去,然后放入滅菌平皿中待用[10]。

5.3 菌種代數(shù)的不同

抗菌檢測主要針對菌種活性較強(qiáng)時樣品的抗菌效果,要在菌種活性較強(qiáng)時才能反映產(chǎn)品真實抗菌性能。菌種活化代數(shù)越多,菌種越不穩(wěn)定。傳代過程中發(fā)生自發(fā)突變的概率隨著傳代次數(shù)的增加而增加,尤其是負(fù)突變發(fā)生概率將大大增加[11]?，F(xiàn)行的陶瓷行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 897-2014抗菌陶瓷制品抗菌性能規(guī)定可使用第3代～第14代活化菌種。同一實驗室使用不同批次的活化菌種也會導(dǎo)致結(jié)果差異,不同檢測機(jī)構(gòu)使用不同活化代數(shù)的菌種,實驗室之間檢測結(jié)果無可比性。

5.4 菌液滴加量的確定

JC/T 897-2014抗菌陶瓷制品抗菌性能中規(guī)定接種菌液范圍在(1～3)×104CFU/mL,接種量0.3 mL。GB/T 28116-2011 抗菌骨質(zhì)瓷器中規(guī)定接種菌液范圍在(5.0～10)×105CFU/mL,接種量0.5 mL。多次試驗得出,在抗菌陶瓷樣品表面接種的菌濃度數(shù)量級應(yīng)在103范圍,模擬日常環(huán)境中陶瓷制品上可能污染或接觸上的細(xì)菌量。菌液濃度過高,樣品抗菌作用時間長,結(jié)果不穩(wěn)定[12]。同時滴加量0.4 mL 較為合適,較少更易表干,較多容易溢流。

6 抗菌日用鈞瓷檢測行業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展

6.1 檢測現(xiàn)狀

抗菌日用鈞瓷抗菌檢測目前無相應(yīng)產(chǎn)品檢測方法,參考JC/T 897-2014抗菌陶瓷制品抗菌性能和GB/T 28116-2011抗菌骨質(zhì)瓷器兩個檢測標(biāo)準(zhǔn),兩種方法的實操性和結(jié)果差異性有待于進(jìn)一步研究。

由于抗菌檢測涉及到微生物檢測等領(lǐng)域,須具有相應(yīng)微生物檢測資質(zhì)的檢測機(jī)構(gòu)方能進(jìn)行測試。檢測對人員、環(huán)境、操作等有較為嚴(yán)格的要求,且檢測周期偏長,通常需要半個月以上的時間才能得到檢測結(jié)果。目前的檢測方法不夠直觀的給消費(fèi)者展示抗菌日用鈞瓷的抗菌效果,消費(fèi)者認(rèn)可度不足。

6.2 發(fā)展方向

隨著抗菌釉料和燒制工藝不斷發(fā)展和創(chuàng)新,抗菌日用鈞瓷產(chǎn)品盡快研究設(shè)立其相應(yīng)的