一种净水机用石墨烯碳棒的杀菌效果测试

庞玲玲 刘承彰

中标能效科技（青岛）有限公司 山东 青岛 266100

引言

疫情的出现，让消费者对曾经用肉眼难以观察的细菌、病毒有了一次深入的认识，因而更加关注带有健康功能的消费品，带有杀菌效果的家电也备受青睐。面对商机，开发安全有效的杀菌技术是不同的企业面临的课题。

石墨烯在杀菌效果及安全性方面有独特的优势。纳米级的石墨烯可以通过物理方式杀死细菌。由于石墨烯是纳米级的尺寸薄片结构，细菌是微米级，前者比后者小1000倍，基于石墨烯材料对细菌的切割作用，可以将细菌杀死，这种物理杀菌方法不会让细菌产生耐药性。基于这种原理，考虑将石墨烯应用在净水管路中进行杀菌。

净水设备一直存在自身滋生细菌的情况[1]。王达伟[2]等曾检测305台水质处理设备，发现总体性能实验中27台（8.9%）菌落总数超过GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》规定的限值100CFU/mL；入户调查52台设备，发现15台水处理设备出水中菌落总数超过GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》规定的限值100CFU/mL，菌落总数超标率达 28.8%，菌落总数中的细菌进一步分离鉴定，检出的细菌有铜绿假单胞菌，蜡样芽孢杆菌，金黄色葡萄球菌等。而同时检测的自来水水样，均未检出菌落总数、总大肠菌群及大肠埃希氏菌。

如何在净化水的过程中，减少微生物的滋生，需要考虑不同的杀菌技术，石墨烯杀菌是基于物理杀菌的原理，对饮用水是安全的，可以考虑应用到净水龙头上，因而设计了实验，验证其杀菌效果。

本实验参考GB/T 20944.3-2008 《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》，设计了检测方法来测试石墨烯的杀菌效果。

1 实验设计

1.1 菌种的选取

选择革兰氏阴性代表菌大肠杆菌ATCC25922；

1.2 实验方案

1.2.1 将混合有石墨烯的碳棒碾碎至粉末状。

1.2.2 将大肠杆菌分别接种到装有实验样与对照样的三角烧瓶中，在规定的温度下振荡一定时间，测定三角烧瓶内菌液在振荡前及振荡一定时间后的活菌浓度，计算抑菌率，以此评价试验的抗菌效果。

2 实验方法及结果

用两步预培养程序制备细菌接种菌液。从3代～10代的细菌保存试管斜面中取一接种环，在营养琼脂平板上画线，于37℃±1℃，培养18h～24h。用接种环从平板中挑出单菌落，接种于10mlBHI脑心浸出液肉汤中，培养18h～24h，得到的即为接种菌悬液。

培养18h～24h的菌种悬液，做连续的稀释，稀释至10-2稀释度，吸取3mL 10-2到45mL 0.03 mol/L PBS（磷酸盐）缓冲液中，振荡摇匀后，即为待接种菌悬液。对培养18～24小时的菌种悬液进行连续的稀释，一直稀释到10-7进行计数，计数结果：大肠杆菌菌悬液的浓度为1.0×109CFU/mL，由此推算得知待接种菌悬液的浓度为 6.67×105CFU/mL 。

准备9个250mL 三角烧瓶，在其中3个烧瓶中加入测试样品10g，3个样品加入对照样（用于验证试验微生物生长条件的、不经任何处理的样品），另外3个烧瓶不加测试样作为空白对照，然后在每个烧瓶中各加入70mL 0.03mol/L PBS 缓冲液。空白对照用于观察试验菌的接种浓度，并观察试验菌在试验期内的活性，防止因其自身的衰减获得虚高的试验结果。

往3个空白对照三角烧瓶和3个对照样烧瓶中加入5ml 接种菌液，放在恒温振荡器上，在24℃±1℃，以250r/min～300r/min，振荡1min±5s。振荡结束后在6个烧瓶中各吸取1mL，移入装有9mL 0.03mol/L PBS缓冲液试管中，充分混匀。用10倍稀释法再进行1次稀释，充分混匀。吸取1ml移入灭菌的瓶平皿，倾注营养琼脂培养基约15ml。每个稀释倍数的试管分别吸液制作两个平板做平行样。室温凝固，倒置平板，37℃±1℃，培养18h～24h。记录每个平板中的菌落数。

往3个测试样烧瓶中加入5mL接种菌液，与完成取样的6个空白对照和对照样烧瓶，9个三角烧瓶一起一起置于恒温振荡器上，在24℃±1℃，以150r/min，振荡18h。

到规定时间后，从每个三角烧瓶中吸取1ml 试液，移入装有9ml PBS缓冲液的试管中，充分混匀。用10倍稀释法系列稀释到合适稀释倍数。用吸管从每个稀释倍数的试管中分别吸取1ml移入灭菌的平皿，倾注营养琼脂培养基约15mL。每个稀释倍数的试管分别吸液制作两个平板做平行样。室温凝固，倒置平板，37℃±1℃，培养24h～48h。检测结果见表1。

表1 振荡培养后，菌落计数结果

说明：

试验菌增长值F为2.05，F值大于1.5，试验有效。

F—对照样的试验菌增长值；

Wt—3个对照样18h振荡接触后烧瓶内的活菌浓度的平均值（CFU/mL）

W0—3个对照样“0”接触时间烧瓶内的活菌浓度的平均值（CFU/mL）

抑菌率的计算：

Y—试样的抑菌率;

Wt—3个对照样18h振荡接触后烧瓶内的活菌浓度的平均值（CFU/mL）；

Qt—3个抗菌石墨烯碳棒试样18h振荡接触后烧瓶内的活菌浓度的平均值（CFU/mL）

依据GB/T 20944.3-2008标准条文，“对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌的抑菌率≥70%，或对白色念珠菌的抑菌率≥60%，样品具有抗菌效果。”

3 结束语

实验数据表明：最初接入含石墨烯碳棒测试组的大肠杆菌菌悬液浓度平均为4.5×104CFU/mL，经过18小时的振荡培养后，对照菌浓度平均为5.0×106CFU/mL，而含石墨烯碳棒测试组的检测结果为：1.0×106CFU/mL。通过检测数据，可以看到石墨烯的抗菌效果为80%，试验菌增长值F为2.05，F值大于1.5，试验有效。因此石墨烯对于大肠杆菌是具有杀菌效果的。

实验结果丰富了石墨烯对净饮设备抗菌性能的基础技术数据，为石墨烯的开发提供了技术支持。为净水机除菌方式研究提供了数据参考。