通过将姜黄素和银基添加剂掺入商用水性涂料开发抗菌涂层

《Biomimetics》：Development of Antimicrobial Coatings by Incorporating Curcumin and Silver-Based Additive into a Commercial Water-Based Paint

　　

抗菌涂层对于预防感染以及在高密度和高风险环境（如公共场所、公共交通系统、学校和医疗保健设施）中维持适当的卫生标准至关重要。在此背景下，此类涂层必须易于施工且与大规摸生产工艺兼容。在开发抗菌表面的各种策略中，将抗菌剂掺入涂料中是一种尤为实用且多功能的途径。在本研究中，研究人员通过将天然来源的抗菌化合物姜黄素（curcumin）掺入一种商用水性涂料中，开发了抗菌涂层。为了进行比较，研究人员还将一种市售的银离子基添加剂（一种公认的抗菌剂）掺入同一涂料中制备涂层。采用喷涂技术将抗菌分散液沉积于聚碳酸酯（polycarbonate, PC）和聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate, PMMA）基材上。根据ASTM D3359和ASTM D3363标准分别评估所得涂层的附着力和硬度，附着力和硬度等级分别达到4B和4B/5B。此外，经持续浸水五天后，未观察到明显的开裂、分层或变色迹象。在所测试的表面接触试验条件下，所得姜黄素基和银基涂层对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus, S. aureus）和大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）均显著降低了活菌回收率，在与涂料空白对照（Paint-Blank）比较所用的稀释度范围内未回收任何菌落。这些结果支持姜黄素作为天然来源抗菌添加剂用于开发水性抗菌涂层的潜力，并为其长期稳定性、耐久性和实际适用性的进一步研究提供了基础。

**基于姜黄素与银基添加剂的商用水性抗菌涂层开发研究解读**

**一、研究背景**

细菌感染的主要传播途径虽为直接人际接触，但受污染表面同样可促进传播并对人类健康构成重大风险。特别是在医院环境中，墙壁、台面、计算机、病历、桌椅及床铺等受污染表面可显著促进患者间感染传播并导致严重并发症。该问题与抗生素耐药菌株的出现相结合，推动了科研领域开发预防表面细菌增殖新策略的探索。最常用的方法涉及设计具有杀菌活性的表面涂层，抗菌涂层通常根据杀灭机制分为三类：细菌排斥表面、接触杀灭表面和抗菌释放表面。

鉴于涂料应用广泛，其成为开发抗菌涂层极具吸引力的平台。涂料配方高度复杂，通常包含聚合物、颜料、稀释剂及多种添加剂，用以调节粘度、施工性、干燥时间及对不同基材的附着力等性能。近年来，对挥发性有机溶剂使用的限制促使涂料行业逐步转向水性涂料生产。商用水性涂料易于获取且可方便施用于多种基材，为开发抗菌涂层提供了实用且环境友好的基质。通过掺入具有特定杀菌活性的添加剂，可制备能抑制细菌生长并适用于木材、墙壁、塑料和玻璃等多种表面的涂层系统。

姜黄素是从姜黄（Curcuma longa）中提取的天然多酚类化合物，具有抗氧化、抗炎和抗菌等多种内在生物活性。文献已充分记载姜黄素对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌（包括金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、粪肠球菌和铜绿假单胞菌）的抑制效果。在前期工作中，研究人员已验证将姜黄素掺入商用水性涂料的可行性并建立了喷涂沉积工艺，但未考察所得涂层的抗菌性能和功能性质。本论文发表于《Biomimetics》，在此基础上系统评估了姜黄素基涂层的抗菌活性和关键功能特性，并与商用银离子基添加剂对应涂层进行比较。

**二、关键技术方法**

主要技术方法包括：微量肉汤稀释法测定添加剂最低抑菌浓度（minimum inhibitory concentration, MIC）；高压低容量喷枪喷涂沉积抗菌分散液于聚碳酸酯（PC）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基材；参照ISO 22196改进的表面接触试验，在高细菌负荷条件下评估涂层对大肠杆菌ATCC 8739和金黄色葡萄球菌ATCC 6538P（分别购自Thermo Scientific和Microbiologics）的抗菌活性；依据ASTM D3359进行划格胶带附着力测试；依据ASTM D3363进行铅笔硬度测试；衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）表征化学结构；持续浸水5天后数字显微镜观察涂层稳定性。所有含添加剂涂层均与涂料空白对照（Paint-Blank）平行测试。

**三、研究结果**

**3.1 涂层外观与抗菌活性评价**

涂料空白涂层呈白色不透明外观。掺入姜黄素使表面呈现黄橙色，且颜色强度随姜黄素含量增加而增强；掺入Ag⁺不改变涂料原色，但在最高含量（