無機抗菌劑應用現狀及發展趨勢研究

2024年3月15日發(作者：防溺水兒歌)

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第２８卷第４期　

２００７年４月　

湖南科技學院學報　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

ＶＯ１．２８　ＮＯ．４　

Ａｐｒ．２００７　

無機抗菌劑應用現狀及發展趨勢研究　

賀嵐　

摘

楊武斌　陳常明　

（１．湖南省公安高等專科學校公共管理系，湖南長沙４１０１３８：２．廣東佛山市康盟得高分子材料有限公司，廣東佛山５２８３２５）　

要：介紹了抗茵材料、抗菌劑的基本分類，討論了無機抗菌劑的分類、組成、性能、與抗茵機理，概括了無機抗菌　

劑應用領域，預測了無機抗茵劑的發展趨勢。　

關鍵詞：抗茵劑；無機抗茵劑；抗茵材料　

中圖分類號：０６１　文獻標識碼：Ａ　文章編號：１６７３—２２１９（２００７）０４—０１　１３－０４　

無機抗菌劑一般是利用銀、銅、鋅等金屬本身所具有的　

抗菌能力，通過物理吸附或離子交換等方法，將銀、銅、鋅　

等金屬（或其離子）固定在拂石、硅膠等多孔材料的表面而制　

成抗菌劑，然后將其加入到制品中獲得抗菌材料。無機系抗　

菌劑的優點是具有安全性、耐熱性、耐久性、持續性，是纖　

毒等）的生長或繁殖被抑制在必要水平以下的化學物質。抗　

菌劑在塑料中的添加量一般很少，在保持塑料原來的常規性　

能和加工性能前提下，起到抗菌的功效…。理想的抗菌劑應　

具有高效、快速、廣譜、低毒、無味、穩定性好等特點。對　

于塑料用抗菌劑，應具有以下六大基本條件：（１）良好抗菌　

能力和廣譜抗菌性；（２）與基材的相容性或可加工性好，添　

加到基材中，不會引起基材的性能下降；（３）具有一定耐候　

性，在一定的溫度及日照下，不易分解失效；（４）抗菌時效　

維、塑料、建材等生活制品最適宜的抗菌劑品種。不足之處　

是價格較高和抗菌的遲效性，不能象有機抗菌劑那樣能迅速　

殺死細菌。由于無機抗菌劑有著種種優點，良好的商業前景，　

成為了抗菌劑領域的研究熱點，受到各國科學界的關注。　長，耐磨損和耐洗滌；（５）安全性好，符合衛生要求，對人　

體無害；（６）不易使細菌產生耐藥性。　

１　抗菌材料與抗菌劑概述　

１．１抗茵材料　

根據其基質材料的不同，抗菌劑一般可分為無機、有機、　

天然和復合類等幾大類。表１對這四類抗菌劑的品種與化學　

成分、抗菌機理以及優缺點作了簡單的比較。　

抗菌材料使用中首先要滿足塑料作為基本材料使用時　

對其物理、化學、機械等性能的必要要求，同時要考慮具備　

抗菌這一特殊功能的要求以及由此產生的附加因素。因此，　

抗菌塑料要有良好的力學強度外觀、化學穩定性，良好的可　

表１各類抗菌劑性能的比較　

種類　品種與　抗菌機理　優點　缺點　

化學成分　

銀一活性碳、　金屬離子可與細菌或　

銀一沸石、銀一　霉菌細胞中的一ＳＨ、　

加工性。在抗菌性方面，要求抗菌塑料能夠適應使用環境，　

并應當有高效、廣譜、長效的抗菌性。由于抗菌塑料中含有　

少量抗菌劑，因此要求所用的抗菌劑達到規定的衛生安全　

性，并使最終的抗菌塑料成品達到無毒、無異味、對環境無　

害的要求。于抗菌塑料ｌ抗菌食品包裝ｌ抗菌衛生紙ｌ抗菌紡　

織制品　

ｌ，２抗菌劑　

無機　硅膠、銀一二　一Ｎｉｔ！、一ＣＯＯＨ等基團　安全性高，　存在變　

抗菌　氧化鈦、銀、　發生化學反應，改變蛋　耐久?陛好，　色問題．　

劑　鋅、銅等金屬　白質的性質，破壞細胞　廣譜抗菌，　價格偏　

離子及其氧　合成酶的活性，從而抑　耐熱性好　同　

化物　制細菌的繁殖能力　

抗菌劑是抗菌塑料的核心成份。抗菌劑指的是能夠在一　

定時間內，使許多微生物（細菌、真菌、酵母菌、藻類及病　

有機　有機酸類、酚　種類繁多，　廣譜性　

抗菌　類、季錢鹽　破壞細胞膜，使蛋白　生產成本　差，毒性　

劑　類、苯并咪唑　質代謝受阻　低廉，殺菌　大．耐熱　

類等有機物　速度快　性差　

收稿日期：２００７—０１—０７　

天然　甲殼質、殼聚　破壞細胞壁，阻礙細　

蘆薈等　合成　

壽命段，　

性差　

作者簡介：賀嵐（１９７２一），女，湖南邵陽人，湖南省　

公安高等專科學校講師，主要從事危險化學品安全管理方面　

的研究。楊武斌（１９７２一），男，湖南邵陽人，碩士研究生，　

抗菌　糖、檜柏、艾　菌自由活動和ＤＮＡｇＪ　安全性高　耐熱性　

劑　蒿差，廣譜　

、

廣東佛山市康盟得高分子材料有限公司工程師，主要從事聚　

合物材料改性研究。陳常明（１９７２一），男，湖南衡陽人，　

碩士研究生，廣東佛山市康盟得高分子材料有限公司工程　

師，主要從事聚合物材料改性研究。　

復合　無機／無機、　

抗菌　無機／有機、　

劉　有機／有機等　

多種復配方式　

有高效，快　生產成　

速，廣譜，低　本高，制　

毒，無味，穩　備工藝　

定性好　復雜　

ｌ１３　

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２無機抗菌劑的研究現狀　

按照抗菌機理，無機抗菌劑可細分為金屬型無機抗菌劑　

和光催化型無機抗菌劑。金屬型無機抗菌劑是銀、銅、鋅等　

金屬或其離子擔載在沸石、硅膠等多孔材料的一類抗菌劑，　

而使沸石具有很強的　離子交換能力。這樣，銀離子很容易　

通過離子交換法而獲得Ａｇ／沸石抗菌劑。銀（銅）離子的引入　

量一般都較大（２．５％左右），滅菌效果明顯，使用壽命也長。　

目前比較成熟的沸石抗菌齊Ｕ是ＥＩ本Ｓｉｎａｎｅｎ　Ｚｅｏｍｉｃ公司的專　

利產品的Ｚｅｏｍｉｃ　ＸＡＷ１０Ｄ，即銀或銀和鋅，Ａ型沸石。載銀　

其中含銀的抗菌劑具有良好的抗菌性，但價格高，有變色現　

象。光催化氧化物型無機抗菌劑是指一類能被光子激活的無　沸石含銀為２．１－２．５ｗ　ｔ％。王小健Ｈ　制備了載銀沸石無機抗菌　

機材料，包括ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｖ２Ｏ３、ＣｄＳ、ＧａＰ、ＳｉＣ、ＳｅＯ２　

等半導體材料等。表２是無機抗菌刑的簡單分類。　

表２無機抗菌劑的分類　

種類　活性　載體　活性組分與載體的　

組分　作用方式　

硅酸鹽　沸石　離子交換　

銀、銅、　類載體　硅膠　

粘土　

吸附　

離子交換　

金屬型　鋅等金　磷酸鹽　磷酸鋯　離子交換　

屬或其　類載體　磷酸鈣　吸附　

離子　可溶性玻璃　玻璃成分　

活性碳或碳纖維　吸附　

光催化型　Ｔｊ０２、Ｚｒ０２、Ｖ２０３、ＣｄＳ、ＧａＰ、ＳｉＣ、Ｓｅ０２　

等半導體材料　

２．１金屬型無機抗菌荊　

２．１．１金屬型無機抗菌劑的抗菌機理　

目前關于金屬離子的抗菌機理的研究并沒有定論，以銀　

離子為例，主要有以下兩種機理口ｌ：（１）接觸反應假說：當　

微量銀離子到達微生物細胞膜時，因細胞膜帶有負電荷，銀　

離子能依靠庫倫引力牢固吸附細胞膜上，而且銀離子還能進　

一

步穿透細胞壁進入細菌內，并與細菌中的疏基反應，使細　

菌的蛋白質凝固，破壞細菌的細胞合成酶的活性，使細胞喪　

失分裂增殖能力而死亡。當菌體失去活性后，銀離子又會從　

菌體中游離出來，重復進行殺菌活動，因此其抗菌效果持久。　

（２）催化反應假說：在光的作用下，銀離子能起到催化活　

性中心的作用，激活水和空氣中的氧，產生羥基自由基　

（?ＯＨ）及活性氧離子（０２　），而活性氧離子（Ｏ　）具有很　

強的氧化能力，能在短時間內破壞細菌的增殖能力，致使細　

胞死亡，從而殺死細菌。　

２．１．２金屬／硅酸鹽類抗菌劑　

許多金屬離子具有殺滅、抑制病原體的能力，按下列順　

序遞減　

Ａｇ＞Ｈｇ＞Ｃｕ＞Ｃｄ＞Ｃｐ　Ｎｉ＞Ｐｄ＞Ｃｏ＞Ｚｎ＞Ｆｅ　

由于Ｈｇ、ｃｄ、Ｐｂ、和Ｃｏ：等金屬的毒性較大，實際應用　

中作為金屬抗菌劑的金屬主要是Ａｇ，Ｃｕ和ｚｎ。其中，由于金　

屬銀的殺菌能力最強，因此含銀離子抗菌劑的研究與應用最　

為廣泛。　

在眾多的載體中，以沸石作為載體的抗菌效果最強，這　

也是目前無機體系抗菌劑大多采用沸石做載體的原因。沸石　

為一種堿金屬或堿土金屬的結晶型硅鋁酸鹽，又名分子篩。　

其結構由硅氧四面體和鋁氧四面體共『｝ｊ氧原子，構成三維骨　

架環狀結構，具有較大的比表面積。由于骨架中的鋁一氧四　

面體電價不平衡，為達到靜電平衡，結構中必須結合鈉、鈣　

等金屬陽離子，而此類陽離子可以被其它陽離子所交換，從　

Ｉ１４　

劑，并對制備工藝進行了優化，載銀抗菌劑在聚丙烯中的添　

加量達到１％時，具有良好的抗菌能力。李畢忠　Ｉ￣）ＡｇＮＯ３、　

Ｚｎ（ＮＯ３）２、ＺｎＳＯ４、ＺｎＯ、分散劑和沸石為原料，通過控制　

組分間比例和一定的步驟合成塑料用抗菌劑，得到的抗菌劑　

具有抗菌譜廣，顏色穩定性好，適用范圍廣等特點。　

銀離子的抗菌力很強，但其化學性質比較活潑，易轉變　

為棕色的氧化銀或還原成黑色的單質銀，無機抗菌劑變色后　

不僅降低了其抗菌性，而且還可使自色和淺色塑料制品無法　

應用　。日本在這方面做了不少的工作，如利用氧化鋅的自　

度和屏蔽紫外線作用來遮蓋色變，同時氧化鋅作為一種輔助　

抗菌劑。　

膨潤土是典型的層狀粘土礦物，蒙脫石是膨潤土的主要　

成分，其層間的陽離子易被交換，因而具有很大的離子交換　

容量。基于蒙脫石的層狀結構及可離子交換的特性，日本人　

通過對微米或亞微米級的蒙脫石微粉進行離子交換從而獲　

得在納米尺度上金屬（Ａｇ）與非金屬復合的載銀納米復合　

抗菌材料，達到了良好的抗菌效果…。　

２．１＿３金屬／磷酸鹽類抗菌劑　

可作為抗菌劑載體的磷酸鹽主要是磷酸三鈣、磷酸四　

鈣、羥基磷灰石等降解性的磷酸鈣類物質。由于磷酸鈣與生　

物具有良好親和性，因此，以磷酸鈣為載體的抗菌劑的研究　

非常活躍　Ｊ。銀／磷酸鈣抗菌劑制備工藝是將銀離子化合物與　

磷酸鈣混合，然后在１　０００￣２以上進行高溫燒結，再經粉碎、　

研磨后即得銀／磷酸鈣抗菌劑，抗菌成分Ａｇ一通過載體材料的　

解析過程進入介質溶液的，從而產生抗菌作用。Ａｇ一的析出量　

與磷酸鈣載體的結構（氣孔尺寸、空隙度、結晶度、晶格缺　

陷、比表面等）與形態（顆粒、粉末或致密塊等）密切有關　ｌ。　

２．１．４金屬／可溶性玻璃類抗菌劑　

在磷酸鹽玻璃中引入Ａ　、ｃｕ“后，即可使其成為一種　

新型無機抗菌劑，與有機殺菌劑相比，它具有殺菌效率高、　

耐熱性好、穩定性高等優點，而且又因其具有定量溶解的特　

點，能大大方便管理和顯著降低使用殺菌劑的勞動強度。Ｉ】ｕＪ　

Ｙａｓｕｋｉｍｉ等人…　在磷酸鹽中引入０．０３￣５（ｍｏ１％）的氧化　

銀后，能制成效果良好的殺菌、阻藻劑。而Ｎｏｒｉｏ等人”引將　

含０．５～２（ｗｔ％）氧化銀的磷酸鹽玻璃制成顆粒狀，并將其以　

ｊ　ｗｔ％的含量加到砂箱中去，這種砂箱能對大腸桿菌起到良　

好的殺菌效果，而且還不受氣候的影響。另９ｂＴｓｕｎｅａｋｉ等人　

則將載銀磷酸鹽可溶玻璃以一定的比例加入到聚碳酸脂中　

去后，使得聚碳酸脂也具有良好的抗菌效果。　

２．】．５金屬／活性碳類抗菌劑　

銀／活性碳和銀／碳纖維抗菡劑常用于水的凈化處理。含　

銀活性碳纖維的制備最早見于日本Ｏｙａ的工作川將硝酸銀用　

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有機溶劑溶解后與酚醛樹脂或瀝青共混熔融紡絲，然后高溫　

碳化活化，制得含銀活性碳纖維，但由于溶劑的存在降低了　

的瀝青或酚醛樹脂紡絲的難度且由于后期溶劑的逸出留下　

小孔而降低了纖維的拉伸強度。朱征”　等采用硝酸銀浸漬　

活性碳纖維，然后真空條件下高溫加熱分解的方法，在活性　

碳纖維表面沉積銀，制得含銀活性碳纖維，。這種方法真空　

分解增加了工藝的復雜性。陳水挾等利用水蒸氣活化和化學　

活化方法，制備了各種原料基活性炭纖維，并利用活性炭纖維　

的氧化還原特性，在其上負載金屬銀，結果發現原料基、活　

化方法、載銀量、纖維的比表面積等因素均對材料的抗菌性　

能有一定的影響”　，”Ｊ。　

２．２光催化型無機抗菌劑　

光催化型無機抗菌劑是半導體光催化以ｎ型半導體的催　

化材料，例如ＴｉＯ２，ＣｄＯ，ＺｎＳ，ＺｎＯ，ＷＯ３，Ｆｅ２０３，ＳｎＯ　

等，其中以ＴｉＯ２，ＺｎＯ的催化活性最好。Ｔｉ　０２的化學性能與　

光電化學性能穩定，對身體和微生物無毒性，來源豐富，可　

使某些吸熱反應在光照射的ＴｉＯ２微粒表面得以實現和加速，　

因而常選擇ＴｉＯ２為光催化型無機抗菌劑　。　

２，２．１光催化型無機抗菌劑的抗菌機理　

目前，在光催化型無機抗菌劑的研究工作中所使用的光　

催化劑大多為銳鈦礦型的ＴｉＯ２晶體材料，ＴｉＯ２在光照情況　

下，將產生光催化作用，可用以抗菌、除臭等，是一種多功　

能型抗菌劑。光催化是指在有光參與的條件下，發生在光催　

化劑及其表面吸附物之間的一種光化學反應和氧化、還原過　

程。ＴｉＯ２的抗菌作用機理是　７１，ＴｉＯ２被光催化作用下產生電　

子一空穴對，并與其表面吸附的ＨＯ和０作用生成羥基自由　

基和過氧化物陰離子自由基，當遇到細菌時，導致細菌蛋白　

質變異和脂類分解，從而殺滅細菌。　

２．２．２光催化型無機抗菌劑研究現狀　

目前ＴｉＯｚ光催化抗菌劑的研究主要集中在如何提高材　

料的光催化活性，如制備ＴｉＯｚ納米粉體和薄膜，這樣一方面　

使得材料的禁帶變寬，電子，空穴具有更高的氧化還原電位，　

從而具有更高的氧化還原電位。另外一方面使材料表面積增　

加，從而使表面產生更多的活性自由基，及活性氧，從而提　

高材料的光催化活性。此外還有其它的改性手段，可以顯著　

地改善ＴｉＯ　的光吸收和光催化效能，如在半導體表面沉積微　

量的納米級貴金屬（如Ｐｔ，Ａｇ等）　，　

對半導體進行離子摻雜（￣ｌｌＣｒ“，Ｃｕ　等）”　通過對半導體材　

ｔ￣ｌ－ＴｉＯ２進行有機敏化、表面沉積金屬或金屬氧化物、半導體　

復合及金屬離子摻雜等，制備二元復合半導體　”　。從產品　

成本、工藝復雜性角度考慮，制備出摻雜銀的納米級ＴｉＯ２　

具有良好的前景。目前ＴｉＯ２光催化抗菌材料己在日本得到了　

實際應用，取得了較為滿意的效果。　

３無機抗菌劑的應用狀況　

人們物質生活水乎提高后，對衛生和健康要求迅速提　

高。因此抗菌材料的應用領域越來越廣泛，比如纖維服裝、　

家用電器、衛生陶瓷制品、塑料薄膜、防臭加工處理、建筑　

涂料等，都己經或正在逐步采取抗菌技術。　

３．１纖維　

在抗菌產品中，以纖維制品如內衣、鞋襪、手術服、老　

年人及兒童服裝等的加工比較引人注目。纖維抗菌產品的加　

工方法有兩種，即填充型和后加工型。填充型是將無機抗菌　

劑與各種合成纖維共混紡絲成纖維。由于抗菌劑被混入纖維　

內部因而用這種方法得到的抗菌纖維的耐洗滌性好，即抗菌　

效果持續時間長。后加工型是在纖維后加工過程中將抗菌劑　

通過化合鍵或氫鍵結合在纖維表面，而纖維內部沒有抗菌　

劑。這種抗菌纖維只在短時間體現出抗菌性，耐洗滌性較差。　

３．２塑料　

在日常生活中存在著多種多樣的塑料制品：如廚房用　

具、衛生間設施、垃圾箱、家用電器的塑料外殼、壁紙、食　

品包裝袋等等。由于溫度、濕度合適，非常容易感染細菌，　

因此對此類材料進行抗菌加工是極其必要的　”。用于塑料　

制品的抗菌劑主要是銀系抗菌劑和有機系抗菌劑。　

３３涂料　

居住環境中使用抗茵涂料，也是的抵抗感染，殺滅細菌　

的辦法。為使涂層中的無機抗茵劑發揮作用，接觸殺菌是必　

要條件，而且涂層表面的抗菌劑對涂料的色澤不應有太大的　

影響。另外，抗菌劑在涂層表面的均勻分散程度也直接影響　

著抗菌效果的優劣　。目前，涂料中常用的無機菌劑是光　

催化型無機抗菌劑ＴｉＯ２。　

３．４衛生陶器　

由于衛生間等場合一般比較潮濕，很容易滋生細菌，因　

此開發衛生陶器是很必要的　。陶器的燒結溫度非常高（在　

１１００—１３００＂Ｃ左右），故一般添加高溫下穩定的無機系抗菌　

劑。　

４無機抗菌劑的發展趨勢　

抗菌材料的研究工作開始于２０世紀８０年代，近年來發　

展很快，日本，美國和西歐等發達國家抗菌塑料都有很大的　

發展。國內抗菌劑的抗菌性能與國外抗菌劑的抗菌性能相　

比，起步晚，但進展快。有機，無機、無機，無機等多種復配　

方式或抗菌微粒組裝等技術是抗菌劑發展的重要趨勢。不同　

的抗菌材料用途和加工方法不同，在開發抗菌劑時，必須考　

慮其抗菌的安全性、耐久性、耐熱性、耐候性、抗藥性，以　

及加工性能、材料基本性能不變性。　

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Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｅｆｆｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｒｕｔｉｌｅ　ｔｉｔａｎｉａ　ｂｙ　

ｓｉｌｖｅｒ　ｎｅｇａｔｉｖｅｉｏｎ　ｉｍｐｌｎｔａａｔｉｏｎ［Ｊ】．Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　

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（責任編校：何俊華）　

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Ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　Ａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌ　Ａｇｅｎｔ　

ＬＡＮ　Ｈｅ　ＷＵ　Ｂｉｎ．ｙａｎｇ　ＣＨＡＮＧ　Ｍｉｎｇ．ｅｈｅｎ　

（１．ｃｏｌｌｅｇｅｏｆ　Ｈｕｎａｎ　ｐｕｂｌｉｃ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ，ＣｈａｎｇｓｈａＨｕｎａｎ４１０１３８，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｆｕｓｈａｎ　ｃｈｅｍｔ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ＣＯ．，ｌｔｄ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｆｕｓｈａｎ　５２８３２５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ａｎｄ　ａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌ　ａｇｅｎｔ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｄｕｃｅｄ　ｉｏｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｃｌａｓｓｉｉｃａｔｆｉｏｎ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　

ｎｄ　ａａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ａｇｅｎｔ　ａｒｅ　ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｆｉｅｎｄ　ｏｆ　ａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉｌ　ａｇｅｎｔａ　ｉｓ　

ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌ　ａｇｅｎｔ；ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ａｎｔｉｍｉｒｏｂｉｃａｌ　ａｇｅｎｔ；ａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌ　

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