《Acta Astronautica》：On-Orbit Evidence of the Excellent Antimicrobial Performance of Quaternary Ammonium Salt-Grafted PET Material
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•共价接枝季铵盐的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）实现了高效且持久的抗菌性能•首次在中国空间站实现抗真菌性能在轨90天验证•微重力改变了生物膜形成过程及有机酸释放代谢•结果揭示了现有地面评估标准的局限性引言空间站是微重力环境下的狭小封闭空间，其中的微生物污染必须得到良好控制。然
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共价接枝季铵盐的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）实现了高效且持久的抗菌性能
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首次在中国空间站实现抗真菌性能在轨90天验证
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微重力改变了生物膜形成过程及有机酸释放代谢
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结果揭示了现有地面评估标准的局限性
引言
空间站是微重力环境下的狭小封闭空间，其中的微生物污染必须得到良好控制。然而，为支持航天员长期驻留和运行，空间站必须维持相对稳定的温度和湿度条件，这有利于微生物的定殖、增殖和扩散1, 2。空间站上的微生物来源包括航天员、地面组装作业和货运飞船[3]。因此，除了航天员之外，空间站使用的非金属材料，包括聚合物涂层、橡胶密封件、电缆绝缘材料和纺织品，面临着持续的微生物污染和损伤风险。自礼炮系列卫星到国际空间站（ISS），都曾报道过这些微生物对非金属材料的损害。在礼炮7号上，微生物生物膜在水冷凝回收系统、舱门橡胶、热控散热器和电气连接器上形成[4]。在和平号空间站上，青霉菌首先定殖于舷窗橡胶密封件，随后扩散至石英玻璃、钛合金框架、空调组件、氧电解模块和电缆绝缘材料[5]。在国际空间站上，多种真菌菌株参与了结构材料的生物降解，其中曲霉菌和青霉菌被确定为主要的生物降解属[6]。
针对这些风险，美国《航天器标准材料与工艺要求》（NASA-STD-6016）[7]和中国《载人航天器微生物控制要求》（GB/T 43421-2023）[8]均规定，航天器使用的非金属材料应达到不低于90%的抗菌效率，以及基于典型28天抗真菌测试不低于1级的防霉等级。如NASA-STD-6016C[7]和《军用电子设备通用要求》（MIL-HDBK-454B）[9]中所建议，包括金属、陶瓷、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚丙烯在内的共28种真菌非营养性材料被指定为优先航天材料，使用前无需进行抗真菌测试。值得注意的是，规定的防霉等级是基于地面测试28天评估的，这对于长期载人任务来说时间过短。随着空间站任务时间的延长，微生物在基因组结构、细胞功能、代谢和群体感应机制方面表现出适应性进化10, 11。例如，对和平号空间站服务13年后分离出的青霉菌、曲霉菌和枝孢菌菌株的研究证实，这些微生物可以直接降解热塑性聚合物，包括PET，甚至诱发铝镁合金腐蚀[12]，这表明地面"非营养性"评级在长期在轨条件下可能不再有效。此外，在轨道环境中，尽管空间辐射相对较低，但空间辐射与微重力的综合作用会显著改变微生物的生理状态，影响其生长速率、致病性、抗生素抗性和生物膜形成[13]。
季铵盐（QAS）是具有广谱抗菌效率和优异材料相容性的阳离子抗菌剂，已广泛应用于医疗、食品包装和公共卫生领域。QAS主要依靠阳离子季铵基团与带负电荷的微生物相互作用，从而导致蛋白质变性、破坏膜电平衡和渗透压，并最终引起细胞裂解14, 15。通过共价接枝QAS分子，新型QAS功能化材料展示了有效的抗菌性能，作为一种持久、无浸出风险的方法适用于各种基材16, 17。然而，QAS共价接枝策略仅限于地面验证，其在实际航天飞行条件下的抗菌性能尚未得到证实。
在本研究中，选择了NASA-STD-6016推荐的航天材料PET作为模型基材，并通过共价接枝制备了QAS功能化PET材料，随后利用X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和表面接枝密度测量对其进行表征。所得PET-QAS材料针对大肠杆菌、金黄色葡萄杆菌和中国空间站（CSS）分离的天宫尼亚利亚菌进行抗菌性能评估，并针对常见真菌和中国空间站分离的侧孢曲霉进行抗真菌性能评估。本研究提供了共价接枝抗菌策略在非金属材料上在真实在轨条件下长期（90天）抗真菌效率的原位数据，为空间站非金属材料微生物控制提供了实验证据，并突出了当前28天地面试标准在长期任务中的局限性。
章节摘要
材料与试剂
商业PET非织造膜购自明冠净化材料（浙江）有限公司（中国）。3-（三甲氧基硅基）丙基二甲基辛基氯化铵（TPMMC）购自康宁公司（美国）。标准菌株大肠杆菌ATCC 25922和金黄色葡萄杆菌ATCC 22923由广东环凯微生物科技有限公司（中国）提供。用于地面抗真菌测试的8种真菌菌株——黑曲霉AS3.3928、绳状青霉AS3.3875、土壤曲霉
PET-QAS材料表征
采用XPS从元素组成方面表征材料表面性质。如图3所示，原始PET和PET-QAS均显示出特征C1s（284.80 eV）和O1s（531.87 eV）峰，表明材料表面主要由碳和氧组成。相比之下，PET-QAS显示出额外的N1s（402.22 eV）、Si2s（154.0 eV）和Si2p（102.23 eV）峰，分别对应于季铵盐分子中的氮和硅，而O1s
结论
本研究展示了一种共价接枝的季铵盐功能化PET材料，并首次在实际航天飞行条件下对其优异抗菌性能进行了原位验证。根据荧光素钠标记测量（5.6个基团/nm2）和Zeta电位分析（+32 mV），PET-QAS具有高密度季铵盐功能化。地面测试结果显示，PET-QAS对标准菌株和中国空间站分离菌株的抗菌效率均超过4个对数级，并且
CRediT作者贡献声明
王小毛：写作 – 审查与编辑，监督，方法论。张文德：写作 – 审查与编辑，监督。赵凯：验证，项目管理。雷进：写作 – 审查与编辑，数据整理。陈清燕：写作 – 审查与编辑，形式分析，数据整理。郭敏：写作 – 原稿撰写，数据整理，概念构思。张玉：写作 – 审查与编辑。何紫微：写作 – 审查与编辑。孙阳：写作 – 审查与编辑
利益冲突声明
? 作者声明，他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
本研究得到了深圳天使饮用水产业集团有限公司（深圳，中国）的资助，资助编号为CR2025-18，以及空间站工程航天技术测试场项目（编号2019HJS002）的支持。
郭敏|陈清燕|雷进|赵凯|张玉|孙阳|何紫微|张文德|王小毛
