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抗菌剂DCOIT及其改性发泡EVA的性能研究

抗菌剂DCOIT及其改性发泡EVA的性能研究 


发泡EVA(乙烯,醋酸乙烯共聚物)是一种柔软度好、电绝缘性优异、耐热、耐化学性、应用面广的高分子材料,然而在使用和存放过程中经常受到霉菌、细菌的污染,从而成为某些疾病的传播源,一定程度上影响人们的身体健康。为此,在发泡EVA中添加适量的防霉抗菌剂是一种行之有效的方法。与无机抗菌剂相比,有机抗菌剂有着自己的应用特点,如杀菌速度快,抗菌效能高,加工方便,颜色稳定等。

本实验以DCOIT(二氯辛基异噻唑啉酮)为防霉抗菌剂,EVA树脂为主要原料,制备含0.8%DCOIT的发泡EVA,采用孢子萌发试验和自然集菌试验对DCOIT的防霉性能进行了研究,通过透射电镜观察DCOIT对细菌细胞形态的影响,同时进行了抗菌发泡EVA材料的耐水持效防霉抗菌性能试验研究。

材料与方法:

(1)试验原料:

10OIT-DIDP抗菌剂.美国RohmandHaas公司:EVA树脂.VA含量15%;DCP交联剂,纯度98.5%;CaCO3,1250目;AC发泡剂,AC3000;ZnO,纯度99.8%;ZnSt.锌含量l1.3%

(2)试验仪器:

开放式炼塑炼胶机.SXK160x320;平板硫化机,XLB;台式恒温振荡器,THZ一320;生化培养箱,SPX一100B—Z;洁净工作台,SW—CJ—IF;不锈钢自动手提式压力蒸汽灭菌器,DSX一280B;透射电镜,JEM1010;分析天平,BS124S;生物显微镜,XSP一 8C/A

抗菌发泡EVA片材试样制备:

控制开放式炼塑炼胶机的辊简温度为93~95℃,辊轴心距0.3m,加入EVA树脂进行双辊混炼,依次加入CaCO3、ZnSt、DCP交联剂,ZnO,AC发泡剂,DCO1T,混炼12min后,平拉出厚度为1.5mm的EVA片材试样。将EVA片材试样计量置于平板硫化机模具中,控制模具温度为(170土1)oC,模压时间为10min,进行模压交联发泡。再经冷却定型后制成抗菌发泡EVA片材试样。

防霉抗菌性能测试:

(1)试验菌株

试验霉菌为黑曲霉(AS3.4463),绳状青霉(AS3.3875),出芽短梗霉(AS3.3984),球毛壳(AS3.4254):试验细菌为大肠杆菌(ATCC25922),金黄色葡萄球菌(ATCC25923),由中国普通微生物菌种保藏中心提供。

(2)试剂

PBS缓冲液(O.03mol/L,PH:7.2~7.4),洗脱液(含O.O5%吐温8O的水溶液,PH:6.0~6.5),营养盐培养液(PH:6.0~6.5),营养琼脂培养基NA(PH:7.O~7.2).营养盐琼脂培养基(PH:6.0~6.5)等。

抑制霉菌孢子萌发试验:

将浓度为(1x106~2xl0)spores/mL的绳状青霉孢子悬液置于无菌150mL三角烧瓶中.每个三角烧瓶分装20mL,分别加入2OLDCOIT,然后将三角烧瓶固定于台式恒温振荡器,在作用温度为27℃的条件下.以200r/min振摇24h后置生化培养箱中继续培养至30d,定期观察其孢子萌发情况。试验同时设空白对照组,取20mL绳状青霉孢子悬液置于150mL三角烧瓶中相同条件下振摇24h后置生化培养箱中继续培养观察。4种霉菌均采用以上方法,每组试验做3个平行。

透射电镜观察DCOIT对细菌细胞形态的影响:

制备浓度为(1-2)xl06cfu/mL的大肠杆菌悬液.以O.o5%的剂量比加入DCOIT,在温度为25℃的条件下,以220dmin振摇5h后取样按照标准透射电镜制片程序制片田,观察大肠杆菌在DCOIT的作用下细胞形态的变化。试验同时设空白对照组,相同条件下振荡培养,制片观察。

耐水持效抗菌防霉性能:

在室温条件下.将发泡EVA完全浸泡于自来水中,分别浸泡10d,20d,30d,自然干燥。采用振荡烧瓶法l3J测定抗菌EVA试样的抗菌率,参照中华人民共和国国家发展和改革委员会在2003年发布的《抗菌塑料一抗菌性能实验方法和抗菌效果》(GB/T259l一2003)进行抗菌EVA试样的防霉性能测试。

抗细菌性能试验:

分别称取1.6g空白对照样品及含O.8%DCOIT的发泡EVA试样并裁成相同的8块长方体。121oC灭菌45min.烘干后分别放入装有浓度为(1-2)xl04cfu/mL菌悬液的三角烧瓶中,将烧瓶固定于振荡摇床.在25℃下.以220r/min振摇2min,吸取1.0mL用PBS作适当稀释,作为对照组和试验组的振荡前样液;继续振荡24h,适当稀释作为对照组和试验组的振荡后桦液,分别吸取对照组和试验组振荡前、后样液各1mL,以琼脂倾注法接种平皿,每个样液接种3个平皿,进行振荡前后活菌培养计数。采用抗菌率作为指标来考察浸泡后的抗菌EVA试样抗菌性能的衰减情况。抗菌率采用以下方法计算:

抗菌率/%=[(B—A)/B]xlO0%

式中:A一试样振荡后平均菌落数/(cfu·mL-1);

B一试样振荡前平均菌落数/(cfu·mL-1)

抗霉菌性能试验:

将含0.8%DCOIT的发泡EVA试样与空白对照样品裁成(50+2)mmx(50+2)mm,厚度不大于2mm,以紫外线灭菌2h。制备浓度为(1xl06土2x105)spores/mL的4种霉菌孢子悬液,并将4种孢子悬液以同体积混合在一起,充分振荡使其均匀分散。将阴性对照样品(无菌滤纸)、空白对照样品、抗菌EVA试样分别铺在营养盐琼脂平板培养基上,用喷雾器均匀喷混合孢子悬液于培养基和样品上,每个样品做3个平行试验。在27℃,相对湿度大于90%的条件下培养28d,定期观察样品长霉情况。

自然采集抗菌试验:

在无菌平皿中注入营养盐琼脂培养基,厚度(3-6)mm,凝固后量取200ul稀释10倍后的DCOIT均匀涂布于平板培养基表面,在自然暴露的条件下进行菌种采集试验,从而考察DCOIT对自然存在的其它菌种的抗菌效果。试验同时设空白对照组以观察比较,每组做3个平行试验。

结果与讨论:

1DCOIT对四种霉菌孢子萌发的抑制效果4种霉菌对照样液在27℃、200r/min的条件下振荡培养24h后,待测4种霉菌在营养盐培养液中已有一定程度的生长,分别出现少量的菌片,继续混合孵育4d,各菌种长势良好,且已凝成团状,而添加20LDCOIT抗菌剂的孢子悬液则与振荡前变化不大,在显微镜下放大100倍观察可知对照样液中的菌孢子萌发正常),继续培养至30d,添加DCOIT抗菌剂的孢子悬液仍不可见菌丝生长,在显微镜下观察可知,试验组中的孢子萌发率远低于对照组,可见DCOIT抗菌剂对4种霉菌的生长均有显著的抑制效果,而且其抑制活性能保持30d内不失效。

2DCOIT对大肠杆菌细胞形态的影响:

据文献报道,有机抗菌剂的杀菌作用机理是:带有正电荷的有机分子链与细菌和霉菌的细胞膜表面阴离子结合或与巯基反应,从而破坏微生物细胞膜的组成,使其细胞内物质如:K+、DNA、RNA等泄漏,最终导致菌体死亡,从而起到抑菌、杀菌的目的。

本实验通过透射电镜观察对比了大肠杆菌在DCOIT的作用下的细胞形态变化,初步验证了上述作用机理。从图2-a可以看出正常的大肠杆菌细胞两端钝圆,细胞壁平滑规则,周质间隔连接紧密.而与DCOIT振荡培养后的大肠杆菌胞体形态发生了显著变化,细胞壁出现断裂,破损,穿孔现象明显,参差不齐,周质空间增大,胞内物质向细胞外大量溢出,出现菌体空化现象,细胞结构崩溃,细胞死亡。

抗菌发泡EVA材料的耐水持效抗菌性能:

优异的抗菌材料不仅要有高效的抗菌能力,还应具备抗菌长效性能,浸泡30d后,抗菌EVA试样对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果与未浸泡的抗菌试样相比,只是出现了轻微的下降,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别达到99.79%和98.96%。可见该抗菌EVA试样具有良好的耐水持效抗菌性能。

抗菌发泡EVA材料的耐水持效防霉性能:

将4种霉菌混合孢子悬液接种到未浸泡的空白对照样品与抗菌试样上,于27℃,相对湿度大于90%的条件下培养28d后,空白对照样品上的霉菌生长覆盖面积已经大于90%,而抗菌EVA试样上看不见菌生长。在显微镜放大100倍的条件下观察,空白对照样品上的霉菌孢子萌发正常.而抗菌EVA试样上未见菌丝体的生长,可见未浸泡的抗菌试样具有优良的防霉性能。以同样的方式分别进行浸泡10d、20d、30d的抗菌EVA试样的防霉性能测试,结果表明,浸泡时间的变化并未对该抗菌试样的防霉效果产生影响,培养28d后抗菌试样在显微镜放大100倍的条件下观察均不见霉菌生长。

参照样品长霉等级判定标准罔:显微镜放大50倍观察未见霉菌生长,其长霉等级为0级,可知,室温条件下分别浸泡10d、20d、30d的抗菌试样与未浸泡的抗菌试样长霉等级均为0级,具有强抗霉菌作用,该抗菌EVA试样具有优异的的耐水持效防霉性能。

自然采集抗菌试验:

在自然暴露的条件下采集菌种10d后,空白对照平皿上已采集不同种类霉菌,各菌种长势旺盛,清晰可见茂密的菌丝;而涂有DCOIT的平板培养基表面没有着生任何菌落,可见DCOIT对自然存在的多种菌均有抗菌作用,具有一定的广谱抗菌性。

结论:

(1)DCOIT对4种霉菌孢子的萌发均有显著的抑制效果,而且其抑制活性能保持30d内不失效。

(2)通过透射电镜观察可知与DCOIT振荡培养后的大肠杆菌胞体形态发生了显著变化,细胞结构崩溃。

(3)添加0.8%DCOIT的EVA试样对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别达到99.92%和98.97%,室温条件下分别浸泡10d、20d、30d后,其抗菌率只是出现了轻微的下降,具有良好的耐水持效抗菌性能

(4)室温条件下分别浸泡10d、20d、30d的含0.8%DC0IT的抗菌EVA试样与未浸泡的抗菌试样对黑曲霉、出芽短埂霉、绳状青霉、球毛壳四种霉菌混合孢子悬液长霉等级均为0级,具有强抗霉菌作用,且具有优异的的耐水持效防霉性能。

(5)自然采集抗菌试验结果表明,DCOIT对自然存在的多种菌均有抗菌作用.具有一定的广谱抗菌性。

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