水性涂料已经成为杀菌剂制造商的重要市场。但是，随着法律对可使用的杀菌剂种类和量的控制越来越严格，涂料产品防腐变得更加具有挑战性。这包括对甲醛释放剂、对异噻唑啉酮，以及对重金属（例如铬）在涂料产品中的含量限制越来越苛刻。使用这些产品的公司一直在努力寻找符合新法规的方法，同时还要向其客户提供优质的无微生物产品。涂料行业对传统杀菌剂的关注，导致业界始终认为不会有新的活性剂出现，但是生物基添加剂提供了扭转这一趋势的解决方案。如果仅使用生物添加剂不足以消除所有微生物污染，则可以协同使用它们，以降低所需传统杀菌剂的量。通过应用生物技术和分子生物学方法，可以进一步降低使用量。此外，通过利用这些安全有效的生物添加剂的潜力，制造商可以扩展到他们可能尚未考虑的市场。

本文介绍了生物技术在涂料防腐中的应用，以实现减少或消除传统杀菌剂的使用这一目标。

在过去的几十年中，因为溶剂型涂料的比例不断减少，以及市场对低VOC涂料需求的增长，水性涂料已成为杀菌剂制造商的一个有利可图的市场。随之而来的是，越来越多水基系统中的微生物污染和腐败急需控制，因为这些水性环境和有机营养源提供了非常适合微生物生长的环境。然而，关于所使用的杀菌剂的健康问题，以及对传统杀菌剂类型和浓度的限制日益严格，对开发新型和低毒性防腐剂的需求日益增强。

不同的微生物类群对涂料性能会产生不同的负面影响。由于这个原因，常规杀菌剂根据其在液态罐内和干膜产品中的使用而有所不同。控制细菌对于罐内保存更加重要，而真菌和藻类则是干膜的最大威胁。在考虑使用防污系统时，微生物和大型底栖动物都要考虑到。在水性体系中，微生物的生长会水解组分，降低pH值，产生气体、恶臭，使薄膜内的产品变色并降低粘度，从而影响涂层质量。

被批准可用于罐内保存的传统杀菌剂通常包括甲醛释放剂、异噻唑啉酮衍生物以及溴化和其他卤化化合物。这些通常与诸如氨基甲酸酯、季胺、苯基脲衍生物和重金属之类结合使用，以保持干膜的保存和防污性能。杀菌活性的机制各不相同，包括由于烷基化剂、交联剂、亲电物质、膜破坏剂以及自由基和活性氧的释放剂所引起的影响。其中一些对人类有直接的影响（例如烷基化剂和交联剂），另一些如异噻唑啉酮类对人类的直接毒性较低，但在持续接触后可能引起过敏。这些及其他健康风险以及潜在的环境影响促使许多国家限制其含量和使用（或需要特殊标签）。

 表1. 常用传统杀菌剂的实例

表1列出了一些常见的传统杀菌剂。许多罐内防腐剂均包含2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮（MIT）或其异噻唑啉酮衍生物之一，构成了诸如Kathon1.5和Rocima之类的品牌产品，法规对所有这些成份的使用和用量的限制在不断的严格化。从对甲醛释放剂和皮肤增敏剂的健康担忧，到继欧洲标准提高后（例如REACH和2013年的EUBiocides法规BPR法案）美国的反应，以及有人一直呼吁避免在建筑产品中完全使用杀菌剂，这些因素持续续给行业带来压力。为解决这些日益严峻的监管难题，但同时仍要为水性涂料提供所需的保护，需要新颖的方法出现。

生物基分子的例子包括如溶菌酶和葡萄糖氧化酶之类的酶，活性与天然抗菌肽比如防御素相似但分子量较小的小肽，甚至是含有此类分子的整个细胞。可以在液体和干膜包衣系统中通过保留这些分子的自然生物学功能实现直接抗菌或是与传统杀菌剂的协同抗菌。

本文描述了使用快速分子技术来选择生物分子实现安全有效地控制微生物污染，并且这些生物分子还可以与现有杀菌剂协同使用，来降低此类传统杀菌剂的用量。

分子技术在筛选生物基添加剂作为罐内防腐剂中的应用

我们根据抗菌特性，从肽库中选择出了长度为6-7个氨基酸（分子量低于1000g/mol）的小肽AMP-6和AMP-7。该数据库是使用组合合成方法创建的，可产生超过5300万种可能的肽，能够针对特定的抗菌活性进行筛选。

图1A. 肽组合数据库和抗菌活性。迭代氨基酸取代和相关的对镰刀菌的最低抑菌浓度（MIC）。

图1A显示了用于生成数据库的迭代氨基酸替代过程的示例以及针对常见丝状真菌镰刀菌的最小抑制剂浓度（MIC）。通过改变肽序列，可以“调节”针对特定目标微生物群的活性，例如对细菌对真菌和霉菌。使用组合化学方法，随着肽化学结构变得更加明确（在这种情况下为6个氨基酸链），杀死同一靶标微生物所需的浓度逐渐降低。在AMP-6（6-氨基酸肽）的情况下，对真菌的活性（由较低的MIC数表示）比所测试的细菌（需要更高的浓度）更高。仅添加一个氨基酸，AMP-7就对细菌和真菌均显示出令人满意的活性（图1B）。

图1B. 两种肽AMP-6和AMP-7之间的抗菌活性差异。数字表示针对所测试细菌和真菌的MIC。

◆分子生物学技术将测试时间缩短至数分钟而不是数周

使用基于分子的微生物生存力分析（例如XTT分析）可以快速评估候选抗微生物剂的作用。17XTT是四....