多孔建筑涂层抗病毒测试方法研究.pdf
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1、引言建筑内墙涂料对提高居住舒适性及美化室内环境具有重要作用。功能化建筑内墙涂层对控制室内建筑环境有一定的帮助作用,如具有甲醛及 VOC 净化功能的涂料和具有抗菌功能的建筑涂层1-2。由于新冠疫情的爆发,人们对于建筑涂料的功能又有了新的需求,抗病毒涂料成为研究和关注重点2-3,也推动了抗病毒涂料的快速发展。在公共场所,尤其是儿童娱乐场所(如幼儿园、儿童游乐场等)、养老机构和医院等特殊人群聚集场所,人与建筑室内涂层之间的接触不可避免,所以研究抗病毒涂层具有重要的意义。抗菌涂料的测试方法已经发展了很多年,标准体系已经相对成熟,而抗病毒涂料相关标准的发展相对滞后,我国抗病毒涂料相关标准主要有中国涂料工
2、业协会发布的团体标准T/CNCIA010142020 抗菌及抗病毒涂料 和T/CNCIA030022020 涂料(漆膜)抗病毒性能测试方法,广东省涂料行业协会发布的团体标准T/GDTL 0112020 抗菌、抗病毒涂料,所用病毒均为人类病毒,过程操作困难且对测试条件要求较高。并且未针对涂层孔隙对测试方法进行区分,涂层孔隙的存在对病毒具有吸附作用,抗病毒测试方法的不同可能影响病毒多孔建筑涂层抗病毒测试方法研究朱常才,刘蕊蕊,冀志江,赵春艳,王静,解帅,郭春红(中国建筑材料科学研究总院有限公司 绿色建筑材料国家重点实验室,北京100024)摘要:多孔建筑涂层由于多孔性的特点对病毒具有吸附作用,从而
3、赋予涂层抗病毒活性,而多孔涂层的抗病毒活性可能受测试中多种因素影响。选用多孔硅藻土制备多孔建筑涂层,以噬菌体 MS2 和 渍A039 作为非包膜病毒模型测试多孔涂层的抗病毒活性,研究抗病毒测试中病毒储备液种类、病毒悬液滴加量及其浓度对抗病毒测试结果的影响。结果表明,应尽可能选择与稀释液有机组成相同的储备液;涂层表面悬液滴加量应视样品大小而定;涂层表面滴加病毒悬液浓度以 1伊107PFU/mL 为宜。分析了多孔建筑涂层抗病毒测试中最佳测试条件,提出测试中需要注意的问题,为多孔涂层抗病毒测试和标准制定提供参考。关键词:多孔建筑涂层;抗病毒;储备液;病毒浓度;滴加量中图分类号:TU56+1.6文献标
4、识码:A文章编号:1001-702X(2023)08-0001-06Study on antiviral test method of porous architectural coatingZHU Changcai,LIU Ruirui,JI Zhijiang,ZHAO Chunyan,WANG Jing,XIE Shuai,GUO Chunhong(State Key Laboratory of Green Building Materials,China Building Materials Acadamy,Beijing 100024,China)Abstract:Porous arc
5、hitectural coatings possess adsorption properties due to their porous nature,thereby imparting antiviral ac原tivity to the coatings.Consequently,the antiviral activity of porous coatings may be influenced by various factors during antiviraltesting.Porous architectural coatings were prepared using por
6、ous diatomite,and the antiviral activity of the coatings was tested usingbacteriophage MS2 and 渍A039 as non-enveloped virus models.The study investigated the effects of virus stock solution types,virussuspension droplet volume,and concentration of the droplet-added virus suspension on the antiviral
7、test results.The results showthat the stock solution with the same organic composition as the diluent should be selected as far as possible in the test.The vol原ume of virus suspension droplets added to the coating surface should be determined based on the size of the sample.The optimalconcentration
8、of virus suspension was 1伊107PFU/mL.This paper analyzes and puts forward the best conditions and problems need原ing attention in the antiviral test of porous architectural coating and provides reference for the antiviral testing and standard devel原opment of porous coatings.Key words:porous architectu
9、ral coating,antiviral,stock solution,virus concentration,dropping amount基金项目:绿色建筑材料国家重点实验开放基金项目(ZA-58)收稿日期:2023-04-27;修订日期:2023-06-05作者简介:朱常才,男,1991 年生,博士研究生,E-mail:。通讯作者:冀志江,教授级高工,博士生导师,E-mail:。中国科技核心期刊1新型建筑材料圆园23援08的吸附与脱附,从而影响抗病毒测试结果。国际上较为通用的材料抗病毒测试方法标准有 ISO 21702:2019 塑料和其他非多孔表面抗病毒活性的测定,此标准主要是针对致
10、密无孔表面的抗病毒活性测试,与我国标准类似,所用病毒为人类病毒。除此之外,国际上对于致密表面的抗病毒测试方法标准还包括 ISO 18071:2016 精细陶瓷(先进陶瓷、高技术陶瓷)-在室内照明环境下半导体光催化材料的抗病毒活性测定-噬菌体 Q-beta 试验法、ISO 18061:2014 精细陶瓷(先进陶瓷、高技术陶瓷)-半导体光催化材料的抗病毒活性测定-用噬菌体Q-beta 试验法,这 2 项标准所用病毒为噬菌体,噬菌体相比于人类病毒培养操作过程更为简单,且测试条件要求较低,安全性更高。对于多孔材料(织物)表面抗病毒测试方法标准较为通用的为 ISO 18184:2019 纺织品-纺织品抗
11、病毒活性评价,但是此标准不适用于多孔建筑涂层抗病毒测试。由于多孔建筑涂层孔隙的存在对病毒具有吸附作用,在多孔涂层抗病毒测试中除了涂层中抗病毒成分对病毒具有灭活作用,涂层对病毒的吸附同样表现出抗病毒效果。为此研究多孔涂层抗病毒测试中各因素对测试结果的影响,有助于进一步优化多孔建筑涂层抗病毒测试方法,提高测试结果的准确性。本研究选用天然多孔材料硅藻土为填料,以苯丙乳液为基料制备多孔建筑涂料,选择粒径大小不同的 2 种噬菌体MS2(26 nm)和 渍A039(90 nm)作为非包膜病毒模型,研究了病毒储备液种类、涂层表面病毒悬液滴加量和滴加病毒悬液的浓度对多孔涂层抗病毒测试结果的影响,并探讨了抗病毒
12、测试中应该注意的相关问题。1实验1.1主要原材料及仪器设备煅烧硅藻土:吉林远通矿业有限公司;苯丙乳液:固含量50%,德国巴斯夫;纤维素:250-HBR,亚什兰化工(南京)有限公司;多功能助剂:AMP-95,陶氏化学;乙二醇:分析纯,上海麦克林生化科技有限公司;消泡剂:NXZ 和 A10,圣诺普科有限公司;润湿剂:X-100,陶氏化学;分散剂:5040,圣诺普科有限公司;增稠剂:ASE-60,陶氏化学;水:自制去离子水。以上未表明纯度的原材料均为工业级。Luria-Bertani(LB)肉汤、Luria-Bertani(LB)琼脂:北京陆桥技术股份有限公司;营养肉汤、营养琼脂、琼脂粉:北京双旋微
13、生物培养基制品厂;氯化钠(NaCl):分析纯,天津市致远化学试剂有限公司;SM 缓冲液:北京依塔生物科技有限公司。大肠杆菌噬菌体 MS2(ATCC15597-B1)及其宿主大肠杆菌(ATCC 15597,E.coli):北纳生物;维氏气单胞菌噬菌体 渍A039 及其宿主维氏气单胞菌A039:集美大学提供。实验所用仪器设备如表 1 所示。表 1实验仪器设备1.2涂层及培养液的制备多孔建筑涂料的基本质量配比为:水 40.50%,纤维素0.15%,多功能助剂 0.15%,乙二醇 1.30%,消泡剂 NXZ 0.20%,消泡剂 A10 0.20%,润湿剂 0.15%,分散剂 1.00%,硅藻土30.0
14、0%,苯丙乳液 25.70%,增稠剂 0.65%。按照配比依次将原材料加入到烧杯中,充分搅拌后过滤出料。涂层涂覆:抗病毒样品和 FE-SEM 测试涂层样品采用机械涂膜的方法,将液态涂料均匀涂覆在普通平板窗户玻璃基底(25 mm伊25 mm)表面(见图 1),涂覆厚度为 500 滋m。压汞测试样品采用机械涂膜将涂料均匀负载于聚酯膜表面,涂覆厚度为 500 滋m,待涂膜干燥后将其裁成 10 mm伊10 mm 小片测试。涂覆完的涂料样品,在室内环境下干燥 7 d 后置于玻璃干燥器中,至少放置 7 d 后再进行性能测试。图 1涂料在玻璃表面涂覆示意生理盐水:称取 4.25 g NaCl 加入去离子水中
15、溶解,然后定容至 500 mL 得到浓度为 0.85%的生理盐水。半固营养琼脂(0.5%):将1.8 g 营养肉汤粉和 0.5 g 琼脂粉加入 100 mL 去离子水中加热溶解。半固 LB 琼脂(0.5%):将 2.5 g LB 肉汤粉和0.5 g 琼脂粉加入 100 mL 去离子水中加热溶解。1/500 肉汤培养基:取 1 mL 肉汤培养基(营养肉汤或 LB 肉汤)与 500 mL 去离子水混合均匀。其他培养基按产品说明配制,培养基、生理盐水及其他实验所用器皿于 121益下高压蒸汽灭菌 15 min。设备名称型 号生产厂家多功能搅拌分散机U450/80-220上海微达工贸有限公司电机分厂恒温
16、恒湿箱ETH-1000-00-CP-AR巨孚仪器(北京)有限公司隔水式培养箱GH4500天津泰斯特仪器有限公司摇床培养箱DHZ-DA太仓实验设备厂3D 数字显微镜RH-3000日本 Hiroe Europe场发射扫描电子显微镜ZEISS sigma 500德国蔡司压汞仪AutoporeV 9620美国麦克默瑞提克注射过滤器椎=0.22 滋m天津市津腾实验设备有限公司台式高速离心机H/T16MM湖南赫西仪器装备有限公司朱常才,等:多孔建筑涂层抗病毒测试方法研究2晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂1.3病毒储备液制备病毒肉汤储备液制备:噬菌体
17、MS2 和 渍A039 肉汤储备液根据 ISO18071:2016 制备。噬菌体 MS2 和 E.coli 用营养肉汤和营养琼脂进行培养,培养温度为 37 益,摇床培养转速为 170r/min;噬菌体 渍A039 和维氏气单胞菌 A039 用 LB 肉汤和 LB琼脂培养,培养温度为 28益,摇床培养转速为 120r/min。培养的菌液和噬菌体肉汤先在 8500r/min 离心 10min,然后取上清液,用注射过滤器过滤 3 次,滤液置于 4益冷藏。制备的噬菌体MS2 和 渍A039 的储备液浓度分别为 1伊1012、1伊109PFU/mL。病毒 SM 缓冲液储备液制备:取培养 12 h 的双层
18、琼脂培养基顶层琼脂置于 10 mL 聚乙烯离心管中,然后加入 2 mLSM 缓冲液,将顶层琼脂于 SM 缓冲液中充分分散,置于 4 益冷藏过夜,过夜后于 8500 r/min 离心 10 min,取上清液用注射过滤器过滤 3 次,滤液置于 4 益冷藏。制备的噬菌体 MS2 和渍A039 储备液浓度分别为 1伊1012、1伊109PFU/mL。1.4孔隙特征和抗病毒测试方法根据 GB/T 21650.12008 压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度 第 1 部分:压汞法 测试涂层孔隙特性;用 3D 数字显微镜观察涂层断面形貌,并测试干燥后的涂层厚度;用 FE-SEM 对干燥后的建筑涂层
19、表面形貌进行观察,加速电压为 20 kV。建筑多孔涂层抗病毒测试参照薄膜粘附法4-5,在此基础上进行了一定的修改。选用 MS2 和 渍A039 作为非包膜病毒模型进行抗病毒测试。测试前将样品置于紫外灯下照射 1 h灭菌。用 1/500 营养肉汤(MS2)或 LB 肉汤(渍A039)将噬菌体储备液(肉汤储备液和 SM 缓冲液储备液)稀释至特定浓度,各测试条件下病毒稀释浓度见表 2。然后取特定量稀释后的噬菌体悬液滴加至样品表面,各测试条件下滴加量见表 2。滴加悬液后在样品表面覆透明薄膜,轻轻按压薄膜使噬菌体悬液分布于整个样品表面,覆膜后将样品置于带盖一次性塑料平皿中。最后将装有样品的一次性平皿置于
20、恒温恒湿箱孵育,温湿度设置见表 2,分别孵育 2、4、8、12 h 后用 10 mL 生理盐水(0.85%)冲洗样品表面。再用 1 mL 移液枪吸取冲洗液反复冲洗样品表面 15 次,并在冲洗液中漂洗覆膜。然后用生理盐水对冲洗液进行梯度稀释。取稀释后的噬菌体悬液 100 滋L 与100 滋L 宿主菌液混合(MS2 感染 E.coli,渍A039 感染 A039),混合均匀后室温静置侵染 10 min,然后向侵染后的菌液中加入4 mL 半固琼脂,混合均匀后倒入平板琼脂培养基,制备双层琼脂平板培养基,待双层琼脂平板冷却凝固后将平板置于培养箱中培养(E.coli 培养温度 37 益,A039 培养温度
21、 28 益)。双层琼脂平板在培养箱中培养 12 h 后计数噬斑。负载病毒样品在恒温恒湿箱中孵育后表面噬菌体 MS2 和 渍A039 回收浓度(N)通过噬斑数量和稀释倍数计算。初始病毒浓度(N0)是将稀释后的噬菌体悬液滴加至玻璃基底表面,覆膜后直接用生理盐水冲洗,稀释后培养计数噬斑,计算 0 h 样品表面病毒回收浓度。根据病毒浓度降低的对数值确定病毒灭活量,按 Lg(N/N0)确定病毒灭活量。对建筑多孔涂层表面病毒灭活量的评估重复 23 次,实验中每个样品平行稀释 2 组。表 2影响抗病毒测试各因素测试条件2结果与讨论2.1多孔建筑涂层的表征硅藻土涂层断面数字显微照片、表面 SEM 照片和填料堆
22、积模型如图 2 所示。由图 2(a)可以看出,在低放大倍数下硅藻土涂层表面较为平整,无明显缺陷,通过数字显微镜无法观察到涂层填料微观结构。通过对 35 张涂层断面显微镜照片进行厚度统计,得到干燥后的硅藻土涂层厚度为(181依8)滋m,涂层收缩率较大,为 63.77%。由图 2(b)、(c)可以看出,涂层表面存在大量孔隙,且涂层中煅烧硅藻土形状各异,既存在长条形颗粒也存在粒径大小不均的块状颗粒,所用硅藻土具有宽的粒径分布。形状及粒径大小分布不均的硅藻土更容易形成堆积孔隙 见图 2(d)。此外,涂层中还有结构较为完整的多孔硅藻土颗粒,能够进一步丰富涂层的孔隙结构。这种多孔结构的存在有助于提高涂层对
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