1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 含锌海藻纤维的抗菌性能研究 所在学院 专业班级 生物工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - I - 摘 要： 概述了海藻酸纤维的应用现状和发展前景。分析了含锌海丝纤维作为新型抗菌材料的优势。分别使用两种抗菌性能的评价方 法 抑菌圈法、振荡法对所制备的含锌海藻纤维进行抗菌性能测试。实验结果表明：抑菌圈法中，大肠杆菌的抑菌圈带平均宽度为 12.5mm，金黄色葡萄球菌的抑菌带平均宽度为 11.75mm；振荡法中，材料对大肠杆菌的抑菌率为 87.59%，材料对金黄色葡萄球菌的抑菌率为 77.69%。因此，含锌海丝纤维对大肠杆菌的抗菌性能
2、好于对金黄色葡萄球菌的抗菌性能。 关键字： 海藻纤维；海藻酸锌；抗菌纤维；抗菌性能 - II - Test on the antibacterial ability of seaweed fiber with Zinc element Abstract: The application and development of the seaweed fiber was discussed in this paper. And its advantage as an antibacterial fiber was discussed as well. The ability of a seawee
3、d fiber with zinc element against Escherichia coli and Staphylococcus aureus was tested by two kinds of methods: Halo test and oscillametric method. The inhibition zone of the seaweed fiber with zinc disc(control):12.5mm(average) for E.coli;11.75mm(average) for Staphylococcus. The inhibition rate of
4、 the seaweed fiber with zinc:87.59% for E.coli;77.69% for Staphylococcus. Results showed that the antibacterial ability of a seaweed fiber with zinc against Escherichia coli was better than the antibacterial ability against Staphylococcus. Key words: seaweed fiber,antibacterial ability, seaweed fibe
5、r with zinc, antibacterial fiber.目 录 摘要 （） Abstract （） 1 绪论 （ 1） 1.1选题的背景、意义 （ 1） 1.2含锌海藻 纤维的特点 . （ 1） 1.3常见的抗菌效能评价方法 . （ 3） 1.4 抗菌纤维的应用 （ 6） 2 实验内容 （ 7） 2.1 实验流程 （ 7） 2.2 分析方法 （ 8） 2.3 实验内容 （ 9） 3 结果与分析 （ 11） 3.1抑菌圈法定性判断抗菌能力实验结果 （ 11） 3.2振荡法定量测定海藻酸锌的抗菌性能 （ 12） 3.2.1对大肠杆菌的抗菌性能测定的实验结果 （ 12） 3.2.2.对金黄
6、色葡萄球菌的抗菌 性能测试的实验结果 （ 12） 4 结论 （ 15） 5 致谢 （ 16） 参考文献 （ 17） 1 1 绪论 1.1 选题的背景、意义 抗菌纤维 1是采用物理的或化学的方法将具有能够抑制细菌生长的物质引入纤维表面及内部而成的，抗菌剂不仅能在纤维上不易脱落，而且能通过纤 维内部平衡扩散，保持持久的抗菌效果。 在生活中，人们不可避免地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外界条件下会迅速繁殖，并通过接触等方式传播疾病，影响人们的身体健康和正常的工作、学习和生活。人的皮肤是一种很好的营养基，而各种各样的纺织品则是这些微生物的优良寄居场所，也是疾病的重要传播源 2。
7、抗菌纺织品不仅可以避免纺织品因微生物的侵蚀而受损，而且可以有效地阻止致病菌在纺织品中的繁殖和传播，从而减少疾病的发生因此，随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，人们对纺织品的舒适、保健功能日益关注 ，对各种抗菌纤维的研究、开发与生产愈来愈重视。 现阶段市场上的抗菌织物主要分为两大类 3：一类是经后期整理加工而成的抗菌物质，由于其抗菌效果差，持续时间段，毒副作用较大，日渐不能满足人们对绿色环保的需要；另一类是由抗菌纤维制成的抗菌织物，它在很大程度上弥补了后期整理抗菌织物的不足，所以开发永久性新型抗菌纤维已经成为抗菌织物的发展方向。 21世纪，绿色产品、绿色消费将主导世界纺织品和服装的潮流，人们
8、的环保意识不断加强，回归自然、保护环境愈来愈凝入纺织品和服装的开发和生产中。当前，纺织品的开发中，使用最多的纺 织纤维是天然纤维、再生纤维和合成纤维。其中，合成纤维主要原料是石油，属于不可再生资源。随着石油资源的日趋紧张，加上生产中的高消耗、高污染等问题，合成纤维面临很大的压力，因此各国都在研究开发利用其他纤维来代替合成纤维的课题，而目前能够代替合成纤维的最理想纤维是生物可降解纤维。生物可降解纤维是指在自然界微生物如细菌、霉菌和藻类的作用下，可完全分解为低分子化合物的纤维材料，生物可降解纤维是对环境友好的材料，它提供了人类减少环境负担，在现代文明和自然界之间达到平衡的一种办法，因此将成为 21
9、世纪的主要纤维之一 4。 1.2 含锌海藻纤维的特点 1.2.1 海藻纤维的发展现状 海藻酸是从褐藻中提取的，由 -1,4-D-甘露糖醛酸和 -1,4-L一古罗糖醛酸组成的杂多糖5。海藻酸钠、壳聚糖等天然高分子以其特有的促进伤口愈合、吸湿、保湿、生物相容性好、可被人体吸收等功能而备受青睐。应用在医用敷料上一般是海藻酸的钙盐，在与伤口上的脓血接触2 后，人体中的钠离子跟敷料上的钙离子发生离子交换。当越来越多的钠离子进入敷料之后，敷料本身慢慢地由水不溶的海藻酸钙转换成水溶的海藻酸钠，大量的水分进入纤维而使敷料形成胶体。伤口上的敷料 可以形成一层潮湿的水凝胶，从而给伤口提供一个潮湿的复愈环境。许多临
10、床试验已经证明由海藻酸纤维制成的医用敷料不但有良好的吸湿性，而且比其他传统的纱布更能促进伤口的复愈。海藻酸医用敷料更换时易于清洗，避免传统敷料在更换时与伤口粘连而引起的二次损伤。海藻酸还具有活化巨噬细胞促进伤口愈合的作用。壳聚糖是另外一种可以用于制备新型伤口敷料的天然多糖，但由于其分子的刚性结构以及不溶于水等性质，使其与伤口相互作用能力受到影响 6。 图 1 海藻酸的结构式 1.2.2 海藻酸锌作为抗菌材料的优势所在 锌是人体必需的微 量金属元素之一，体重 60千克的成人全身含有的锌大约为两克。锌广泛分布在血液的红细胞、胃粘膜、胃皮层里。缺锌可以引起皮肤粗糙以至角质化皮炎，严重影响伤口的愈合。
11、锌也有很强的抗菌作用。负载锌离子的无机抗菌剂具有广谱抗菌、耐热温度高、长效、安全等性能，近年来在抗菌材料中得到广泛的应用。 据统计，目前我国每年消耗 6000万吨纤维，生产途径主要来源于棉、麻、毛、丝等动植物天然纤维及其再生纤维，以及取自石油的合成纤维。随着经济发展和人口增长，纤维的获取越来越受到土地和石油资源短缺的制约。合成纤维在经过了 20世纪八九十年 代的飞速发展后，如今面临着诸多问题。首先，合成纤维主要来源于石油和煤炭，尤以石油为主，而石油和煤炭都为非可再生资源，面临资源枯竭的危险，加之石油本身既要作为合成材料又要提供能源，故石油紧缺将制约合成纤维的发展；其次，合成纤维的生产过程带来很
12、多污染，且很难回收，不符合现在可持续发展的要求；再者，合成纤维在经过大的发展后，正面临原油价格的过度波动、原料国产能严重不足、相对薄弱的研发能力、行业政策变化带来的风险、对外开放的冲击等一系列问题。 与传统的陆地纤维、合成纤维相比，海藻纤维可节约土地、净化环境，具有可降解 、可再生等优点。我国虽然是海藻产量大国，海藻鲜重年产量全球第一。但是我国海藻产业的产值并不理想。日本海藻鲜重年产量只有我国的 6.7%，产值却是我国的 1/4左右。可想而知，海藻纤维的综合开发利用，必将带来传统纺织业的一场新革命，对进一步促进我国纺织产业的技术进步和提升3 核心竞争力有着重要的战略意义 7。 为了制备具有生物
13、活性的功能性纤维，在溶剂法生产再生纤维素纤维的过程中 ,把海藻粉末与纺丝溶液混合，所得到的海丝纤维中分布了细小的海藻颗粒。海丝纤维的生产过程充分利用了共混纺丝的优势，把具有良好生物活性的海藻 植物与纤维素结合，制备了具有特殊性能的保健纤维。由于海藻具有结合金属离子的能力 ,海丝纤维经过活化后可以进一步加工成含锌的抗菌纤维。这种纤维在贴身服装及医用卫生材料的生产中有很大的开发应用潜力。 1.3 常见的抗菌效能评价方法 作为抗菌性试验，一般应具有如下基本条件 8： 1)试验条件要尽可能近似于纤维制品的实际衣着状态； 2)不同加工方法、纤维材料或形状的抗菌产品均采用同一标准评价； 3)能定量地计测；
14、 4)操作简便易于掌握。 为考查抗菌纤维产品是否具有广谱抗茵效果较为合理的选择是按一定的比例。将有代表性的菌种配成混合菌种用于检测。但大部分抗菌产品的抗菌性能测试。常常仅选用金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌分别作为革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌的代表。 AATCC100试验法 9：把直径为 48mm 的布样 (试验布的块数是正好吸收 1mL 菌液 ) 放入有罗纹瓶盖的高广口瓶中 (约 0.237L ) , 高压蒸汽灭菌 , 而后接种 1mL经 AATCC 肉汁培养 24h 的试验菌液 (1 2) 105mL , 接种后即在 37下培养 18 24h,然后加入 100mL 中和液 , 激烈
15、振荡 1 min, 把菌洗出 , 测定抗 菌布与对照布的生存菌数 , 由下式计算灭菌率： 灭菌率 %=B或 C或（ B+C） /2-A B或 C或（ B+C） /2 100% A 抗菌布上接种菌后 , 经 18 24 h 培养后的菌数 ; B 抗菌布上刚刚接种后 (0 接触时间 ) 所测菌数 ; C 对照布上刚刚接种后 (0 接触时间 ) 所测菌数。 涂惠芳 10等以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为实验菌种 , 用抑菌晕法、定时暴露法和振荡摇瓶法对自制的含 Ag+抗菌纤维的抗菌性能进行了研究和评价。实验表明 , 含 Ag+抗菌纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有很好的 抗菌性能 ; 经过 10次洗涤之
16、后 , 对大肠杆菌的菌数减少率在 95%以上 , 对金黄色葡萄球菌的菌数减少率在 80%以上。 此外，涂惠芳等 11利用浸渍聚合法在聚丙烯纤维中导入苯乙烯后 ,磺化制备阳离子交换纤维 ,再与具有杀菌作用的金属离子 Ag+ 进行离子交换制得抗菌纤维； 分别使用抑菌晕法、定时暴露法和 FZ/ T01021 92织物抗菌性能试验方法对抗菌纤维进行抗菌性能测试。 3 种方法的测试结果表明：阳性对照菌数明显高于“ 0”接触时间试样菌数，且阴性对照无菌生长；抗菌纤维试4 样在 37条件下作用 24h，对金黄 色葡萄球菌的抑菌率为 100%；在 26条件下作用 24h，对白色念珠菌的抑菌率为 100%。在相
17、同试验条件下 ,未经抗菌处理的纤维对金黄色葡萄球菌和白色念珠菌均无抗菌作用，作用 24h 后菌数明显高于“ 0”接触时间。 杨瑞玲等 12对国内外纤维制品的抗菌性能的测试方法进行了综述 , 并分别阐述了每种方法所存在的缺陷 , 对新改进的几种抗菌性能试验法进行了探讨。他们分别举例说明了菌数测定法、振荡瓶法（ Shake Glass）、 AATCC method100以及细菌生长繁殖抑制试验法的缺陷所在，并对日本纤维制品卫生协会提 出的新改进的抗菌力评价法做出了评价。 大连医科大学的刘辉和厚殿东 13建立检测抗菌织品抑菌效果的方法。采用酶标仪检测液体培养基的吸光度值 ,计算细菌生长抑制率 ,评价
18、抗菌纺织品抑菌效果。结果 , 20 份抗菌织品对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率为 3% 99%； 1、 5和 7号抗菌纺织品对金黄色葡萄球菌抑菌率达到 80%以上。所有 20 种抗菌纺织品对大肠杆菌均无明显抑菌作用。结论 :用酶标仪检测细菌浓度是抗菌纺织品抑菌效果检测的一种有效方法。传统的纸片扩散和活菌计数法方法相比之下，显得操作繁琐，不适合大批量生产。 其实 验改进方法如下： 菌悬液的制备：实验菌株分别用普通营养琼脂平板 37培养 18h,培养物用生理盐水洗下，用比浊法制成含菌量为 6 108 CFU /ml菌悬液。 织品抑菌效果的检测 将各待检织品制备成 1cm 1cm 的小块若干，于紫
19、外线下正反面各照射1h，分别取菌悬液滴于待检织品的中央，然后将待检织品分别置于无菌管中于 37作用 1h。取出待检织品投入装有 2ml营养肉汤培养基的试管中，同时在 2ml营养肉汤培养基中分别加入 10ul菌悬液作为阳性对照 ,阴性对照为无菌生理盐水。均于 37培养 24h。将各试管摇匀后，分别 取出培养后的混合液 100ul加到酶标反应板上，于酶标测定仪 492nm波长处测定吸光度值 (A 值 ) ，计算细菌生长抑制率。 细菌生长抑制率的计算方法： 细菌生长抑菌率 = (AP-AT)/(AP-AN) 100% 式中 AP 阳性对照孔 A值； AN 阴性对照孔 A值； AT 待检标本孔 A值。
20、 其实验检测结果证明： 1、 5和 7号抗菌纺织品对金黄色葡萄球菌具有较强抑菌作用，分别为 99%，80%， 98%；所检织品中未发现对大肠杆菌有明显抑菌作用者。 5 吕锐，苏冬梅 14等人采用烧瓶振荡法 ,在恒温振荡器转速 200 r/min、温度 37条件下，将细菌与罗布麻纤维在 pH6.0 的 PBS 中作用 2h ，通过平板计数法计算抑菌率，对罗布麻纤维的抗菌力做出评价。实验结果：罗布麻纤维对金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠埃希菌和白色念珠菌的抑菌率分别为 47.7 %、 69.0 %、 56.6 %和 40.1 %。根据实验结果，得出结论：罗布麻纤维具有较强的抗菌性。 张红霞 ,朱
21、莹等 15选用改性抗菌涤纶纤维、甲壳素纤维、竹纤维及竹碳纤维等均有抗菌性能的纤维原料制织了织物试样，采用振荡烧瓶法对歌织物的抗菌性能进行 了测试和比较。结果表明： 4中材料均有良好的抗菌性能；就每百分含量的抑菌率而言，甲壳素纤维织物的抗菌效果最好。 综上所有方法可见，一般所采用的用于评价抗菌材料的抗菌性能的方法可分为抑菌圈法和菌数减少法。其中抑菌圈法常用于定性的评价材料的抗菌性能。菌数减少法又可分为浸渍法，振荡法以及一些其他的方法，菌数减少法主要用于定量的判断材料的抗菌性能。 1.4 抗菌纤维的应用 16 1.4.1军品市场 抗菌纤维的研制工作最早是由部队提出的，军队也是抗菌纤维最大的应用市场
22、。我国大部分地区处于北温带，南部地 区夏季高温潮湿，很适合于微生物的繁殖，尤其是驻扎在边远地区的部队战士，生活条件非常艰苦，用水十分不便，衣服、袜子等不能经常更换，致使大量细菌繁殖，并出现令人心烦的臭气。在七十年代末期的中越自卫反击战中，我部队官兵长期蹲在阴暗潮湿的“猫耳洞”中，由于细菌感染而出现“烂裆”现象；在 1998年夏天的抗洪抢险过程中，很多部队官兵由于长期在洪水中奋战，致使出现细菌感染现象；这些都严重损害了部队官兵的健康，在一定程度上影响了战斗力。基于以上原因，总后提出了集合社会各方面力量，通过高科技不断提高部队被服的功能性，抗菌纤维 研制和生产的要求正是因为部队战士的内衣、裤和袜子
23、的生产而提出的。 1.4.2 民品市场 1.4.2.1 抗菌袜 抗菌产品最早在民用市场中的应用是抗菌袜。浙江浪沙袜业、梦娜都曾经推出过抗菌袜，主要都是采用后整理的方法。锦纶优异的耐磨性能，决定了它是做袜子不可替代的纺织材料。浙江步人袜业设计出十余种抗菌锦纶袜子，准备作为今年的主打产品在秋季推出。 1.4.2.2 抗菌内衣、裤 民用市场对抗菌服饰的需求由来已久，从实际应用来看，抗菌羽绒服和抗菌内衣裤成为其中6 最重要的两大分支，而抗菌内衣裤因为是贴身穿用因此也是接触 型抑菌方法的核心应用领域。目前，国内厂商对内衣裤的抗菌处理大体停留在后整理的水平上，通行的做法就是在内裤档部加一块经过抗菌整理的布
24、料或者将内衣制成成品后进行抗菌处理。显然这是抗菌纤维生产技术不成熟条件下的产物。近年来，随着市场竞争日益激烈，普通产品及技术含量较低的抗菌产品利润率日益趋低，不少知名厂商也在纷纷推进技术更新，或者与院校科研机构合作，或者直接采用现成的抗菌纤维，如 AB集团、纤丝鸟、小护士等均将抗菌内衣裤列为重要新产品。另一方面，国外消费时尚也对国内市场逐渐产生深刻影响，原来以代工出口为主的企业不仅 满足于国外抗菌内衣裤订单，而且日益看到在国内推进新一代抗菌产品的商业契机。部分厂商直接采购价格不菲的由日本、以色列等国家生产的抗菌纤维，也有部分厂家纷纷同国内知名抗菌纤维供应商开展合作，如博尼服饰、浪莎、爱恋等品牌
25、目前正与洁纶易纺公司等进行实质性合作。总体来看，民用抗菌内衣裤市场将同抗菌家纺用品等成为未来抗菌市场的主战场。 1.4.2.3 抗菌地毯 随着生活水平的提高，地毯走进了千家万户，这种表面看来豪华整洁的地面装饰物却是家庭藏污纳垢的大本营，许多肉眼看不到的致病微生物和环境污染物隐藏在地毯里，时刻威胁着 居住者的健康。发达国家很多地毯用纤维都采用 BCF尼龙抗菌纱线防污，日本石塬硝子株式会社几乎每年要供美国三百多吨尼龙抗菌母粒。 1.4.2.4休闲运动系列 近年来，户外体育休闲运动越来越成为一种生活时尚，休闲服与运动服相互渗透和融为一体的趋势也日益受广大消费者的青睐。人在运动过程中会排出大量的汗液，因此这类服装要求面料具有吸湿排汗和抗菌的双重功能。
