透气材料湿性条件下微生物屏障试验 - 中析研究所生物检测中心

透气材料湿性条件下微生物屏障试验方案

摘要：
本试验旨在评估透气类材料在模拟湿润使用环境下阻隔微生物穿透的能力。参照ISO 18490:2015《防护服材料对生物制剂防护性能的试验方法》等标准的核心原理，采用气溶胶挑战法，定量测定材料在指定湿性条件下对特定微生物的屏障效率。试验结果为评价材料在医疗卫生、个体防护等领域的微生物防护性能提供客观依据。

一、引言

透气材料因其良好的舒适性，广泛应用于手术衣、隔离服、伤口敷料、防护过滤层等产品中。实际使用过程中，材料常暴露于血液、体液、汗液或高湿环境，其物理结构可能发生改变（如纤维溶胀、孔径变化），进而影响其阻隔微生物的能力。传统的干态微生物屏障试验无法准确反映湿润状态下的真实防护水平。本试验通过模拟湿性条件，定量测定透气材料对细菌气溶胶的屏障效率，为材料开发、质量控制及应用场景选择提供关键数据。

二、试验原理

气溶胶挑战： 在受控环境下产生粒径分布集中的金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus, ATCC 6538）气溶胶。
湿性条件模拟： 试验前，使用标准湿润液（如合成汗液或规定的缓冲液）按特定方法（如滴加、喷雾或浸渍后沥干）处理试样表面，使其达到并保持规定的湿润状态。
穿透测定： 让挑战气溶胶在指定压差（如模拟呼吸压差）下流经湿润的试样。穿透试样的微生物被捕集在位于试样下游的液体冲击式采样器或琼脂培养基上。
定量分析： 培养捕集到的微生物菌落，计算穿透率（Penetration, P）及屏障效率（Barrier Efficiency, BE）。
- 穿透率 (P)： P (%) = (N / N₀) × 100%
  - N：下游捕集到的菌落形成单位数（CFU）
  - N₀：挑战对照组（无试样时）下游捕集到的菌落形成单位数（CFU）
- 屏障效率 (BE)： BE (%) = 100% - P (%)

三、材料与方法

1. 试验设备

微生物气溶胶发生系统： 能稳定产生单分散或窄分布的金黄色葡萄球菌气溶胶（如 Collison 喷雾器、振动孔式气溶胶发生器）。
试验舱： 密闭、可灭菌，设有试样夹具接口、气溶胶入口、采样出口、压差控制接口及温湿度监控装置。
湿润处理装置： 移液器、喷雾器或浸渍槽，确保试样均匀湿润至规定水平。
微生物采样器： 液体冲击式采样器（如 AGI-30）或多级撞击式采样器，连接真空泵控制恒定流量。
培养设备： 恒温培养箱（37°C ± 1°C）。
微生物培养基： 胰蛋白酶大豆琼脂（TSA）。
稀释液： 磷酸盐缓冲液（PBS）或生理盐水（含中和剂，如需中和残留消毒剂）。
压差控制系统： 精确控制试样两侧的压差（如 100 Pa, 200 Pa）。

2. 试验菌种与制备

菌种： 金黄色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus) ATCC 6538。
菌悬液制备： 挑取新鲜培养物接种于TSB培养基于37°C培养24±2小时。离心洗涤菌体，用PBS重悬至浓度约10^8 CFU/mL（经平板计数验证），作为气溶胶发生用贮备液。

3. 试样准备

代表性取样，裁剪成规定尺寸（需覆盖试验夹具有效面积）。
试样随机分组：湿性试验组、干态对照组（可选）、阳性穿透对照组（如已知穿透率高的材料）、阴性对照（无菌空白）。
湿润处理： 按规定方法（如：在试样中心区域均匀滴加 XX μL/cm² 湿润液）处理试样表面，置于密闭湿润环境中平衡规定时间（如 15-30 分钟），确保试验开始时材料处于模拟实际应用的湿润状态。

4. 试验步骤

设备灭菌： 试验舱、管路、采样器及夹具等接触气溶胶的部分需灭菌处理（如高压蒸汽灭菌、化学灭菌剂擦拭后无菌水冲洗、紫外线照射）。
背景菌检测： 运行系统（通无菌空气），进行空白采样，确认无菌污染。
挑战气溶胶发生： 启动气溶胶发生器，通入无菌压缩空气或氮气产生稳定的金黄色葡萄球菌气溶胶流。
压差设定： 调节压差控制系统至规定值（如 100 Pa）。
挑战对照组测试（N₀测定）： 夹具处不加试样，采样器采样规定时间（如 5-10 分钟）。采集液或琼脂平板立即培养（37°C，24-48 小时）。
试样测试：
- 将湿润处理好的试样安装在夹具上。
- 通入挑战气溶胶，在规定压差下采样相同时间。
- 更换采样液或琼脂平板培养。
重复： 每种材料/条件至少测试 3 个平行试样。
阴性对照： 每次试验运行无菌空气采样作为阴性对照。
培养与计数： 采样后，TSA 平板在 37°C 培养 24-48 小时，计数典型金黄色葡萄球菌菌落（CFU）。液体采样液需进行适当稀释后倾注平板计数。

5. 关键试验参数

微生物： 金黄色葡萄球菌 ATCC 6538
气溶胶特性： 目标中值粒径范围（如 3±1 μm），浓度稳定性
湿润液： 明确成分（如 ISO 标准合成汗液、PBS、特定缓冲液）
湿润量/状态： 精确描述（如：滴加 25 μL/cm²，平衡 20 分钟）
压差： 规定值（如 98 Pa / 1 cmH₂O， 196 Pa / 2 cmH₂O）
采样流量： 规定值（如 28.3 L/min）
采样时间： 规定值（如 5 分钟）
环境参数： 温度（如 21°C ± 2°C），相对湿度（如 < 40% RH）
平行样数量： ≥ 3

四、结果计算与报告

计算单个试样的穿透率 (Pn)：
Pn (%) = (Nn / N₀) × 100%
（Nn为第n个试样下游CFU均值，N₀为挑战对照组下游CFU均值）
计算每组试样的平均穿透率 (P̅) 和标准差 (SD)：
P̅ (%) = (∑Pn) / n ， SD (%)
计算屏障效率 (BE)：
BE (%) = 100% - P̅ (%)
结果报告：
- 试验依据的核心标准/原理
- 详细试验参数（微生物、湿润条件、压差、采样条件等）
- 每个试样的Nn值、Pn值
- 每组试样的P̅值、SD值、BE值
- 挑战对照组N₀值（范围或均值）
- 阴性对照结果（应为0 CFU）
- 结果讨论（与干态性能对比分析（如有）、湿润条件对屏障性能的影响评估）

五、讨论

湿润的影响机理： 液体可能填充材料孔隙、改变纤维表面能、引起材料溶胀或收缩，从而增大或减小有效孔径，影响微生物气溶胶粒子的拦截、惯性撞击、扩散等捕获机制。亲水性材料在湿润后屏障性能通常下降更明显。
关键控制点：
- 湿润均匀性与重现性： 湿润处理的方法直接影响结果可靠性，需严格标准化。
- 气溶胶稳定性： 挑战气溶胶的粒径分布和浓度是计算穿透率的基础，必须保持稳定。
- 微生物活性： 确保用于发生气溶胶的菌悬液活性足够，且采样培养条件能有效复苏受损菌体。
- 无菌操作： 整个流程需严格无菌操作，避免假阳性结果。
- 统计学意义： 足够的平行样本量是结果可靠的前提。
应用意义： 该试验结果对于评估手术衣在体液暴露下的阻菌能力、敷料在高渗出伤口环境下的防感染能力、防护服在长时间出汗状态下的生物防护效果等具有重要指导价值。

六、结论

本试验方案通过模拟透气材料在湿润使用条件下的真实环境，采用标准化的金黄色葡萄球菌气溶胶挑战法，定量测定了材料的微生物屏障性能（穿透率P、屏障效率BE）。该方法考虑了液体因素对材料微观结构和过滤机制的影响，其结果比干态测试更能反映材料在实际应用场景中的防护效能。严格遵守试验参数和控制点是获得可靠、可重复结果的关键。该评价方法对相关产品的研发、性能验证及标准制定具有重要意义。

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