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纳米银抗菌剂原理与应用

2013-9-20 15:11:06 人评论 次浏览 分类:行业动态

纳米银作为金属银的一种特殊形态,是指粒径在1~100nm之间的金属银微粒组成的粉体。由于其颗粒极其微小,表面积较大,使其具有显著的表面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应,因而使纳米银具有超强的活性及渗透性,其杀菌作用是普通银的数百倍。另外,由于纳米尺度的金属银的表面电子特性,它可以与细菌的蛋白质分子上的疏基、胺基等吸电子基团形成配体,从而进一步增强了抗菌效果。纳米银是一类新型抗菌剂,具有强大抑菌、杀菌作用及其广谱的抗菌活性,具有传统无机抗菌剂无法比拟的抗菌效果,无耐药性,安全性高。随着抗生素的细菌耐药性日益严重,纳米银在消毒杀菌领域的研究和应用越来越受到了广泛的关注。
  人类发现银有广谱杀菌作用已有很长时间,早在远古时代,就有用银器存放食物,防止细菌生长的记载。
随着科学技术的进步,人们发现银是一种安全的广谱性杀菌材料其应用也逐渐推广开来。如今临床上人们已广泛使用磺胺嘧啶银、氟哌酸银、锌银乳膏、磺胺嘧啶银胶原蛋白膜、辐照氟银猪皮等治疗烧伤烫伤以
防止绿脓菌等细菌的繁衍,硝酸银水溶液作为眼科消炎、银汞合金作为牙科材料及含银水溶液治疗牙痛、
胶态银在妇科洗剂中均应用广泛。在日常生活在中也可用载银活性炭或银丝编织过滤器净化饮用水等。
 
 纳米银的抗菌机理。
纳米银由于其结构单元尺寸介于宏观物质和微观原子和分子之间,表现出特别的表面效应、小尺寸效应、
量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,可以轻易地进入病原体;纳米银粒子尺寸小,表面所占的体积百分数大,表面的键态和电子态与颗粒内部不同,表面原子配位不全等导致表面的活性位置增加,具备了作为抗菌剂的基本条件;具有很强穿透力,能全面充分接触并攻击病原体,从而发挥更强的生物效应,具有安全性高,抗菌范围广,持续杀菌时间长等优点。纳米银的抗菌性能尤其对致病的的杆菌、球菌、丝菌的杀灭作用远远大于传统的银离子杀菌剂。纳米银微粒可杀死细菌、真菌、支原体、衣原体等致病微生物。纳米银抗菌剂的作用主要包括3个环节:
①与致病菌代谢酶中的巯基结合,使酶失活

②与暴露的细菌细胞壁发生肽聚糖反应,形成可逆复合物,使细菌不能将氧和能量转运进细胞;
③与致病微生物中的DNA结合,导致DNA结构变性,抑DNA复制。此外,纳米银又是非抗生素类抗菌剂,
细菌对银离子不产生耐药性,是一种具有长效的抗菌剂。
 
纳米银的应用。
纳米材料因其粒径急剧减小,比表面积、表面能和表面张力都极度增大,同时具有体积效应和量子尺寸效应,使其在光、热、电、磁、机械性和化学特性等方面表现出不同于传统材料的特性。纳米银微粒所具有的抗紫外线、吸收可见光和红外线、高强度和韧性、良好的导电性或静电屏蔽效应、抗菌、灭菌、除臭等优异功能。纳米银粒抗菌剂目前主要用作抗菌织物,如抗菌纱布,用于治疗烧伤、烫伤(如创可贴)和外科手术纱布。美国生产的纳米银织物(商品:ACTICOAT)其抗菌性能高于可溶性银离子,也优于已问世60余年的无抗药性的磺胺嘧啶银。纳米银现已广泛应用于抗菌材料的制备,市场上已经出现抗菌陶瓷材料、抗菌涂料以及抗菌织物等各种功能性产品。目前,以纳米银抗菌非织造布为原料的各种医用、卫生日用和工业用途的抗菌产品已经陆续上市。国内市场上成功推出了以纳米银创口贴、纳米银烧烫伤贴
和具有双重防护效果的纳米银抗菌口罩等。近年来,先后开发了纳米银抗菌卫生 巾、纳米银卫生护垫纳米银抗菌纸尿裤等并推向市场新近开发的有纳米银抗菌除臭袜子和各类空调抗菌过滤介质、抗菌揩布、抗菌地拖、抗菌湿巾等。在人们对卫生保健日益重视的今天,纳米银以优异的抗菌效能,其产品和应用越来越广泛。
 
纳米银还可应用到抗菌内墙涂料中。
抗菌内墙涂料可有效抑制和杀灭环境中的有害病菌,降低环境微生物对人体的危害,进而达到清洁环境的目的,对保护人类健康,改善生活环境具有十分重要的意义。无机抗菌剂在安全性、持久性、广谱抗菌性、
耐热性等方面存在优势,克服了普通的涂料防霉杀菌剂使用毒性较大,易溶出,耐热、耐久性能差的缺点,日益受到人们重视。陈丽琼等以纳米银溶胶为抗菌剂制得纳米银抗菌内墙涂料。采用紫外—可见分光光度计对纳米银溶胶的结构进行表征,同时对其形态、粒径大小及分布、稳定性、抗菌效率及制得的抗菌内墙涂料的理化性能、抗菌性等进行了研究。结果表明,纳米银溶胶是一种理想的抗菌材料,制得的抗菌涂料具有优异的抗菌性能。在众多抗菌离子中,Ag+具有抗菌广谱、杀菌率高、不易产生抗药性的特点,与无机抗菌载体的结合成为新型抗菌材料研究的一个重要方向。其中,以纳米二氧化钛为载体的复合银系无机抗菌剂的出现表现了巨大的优越性。由于纳米Ag/TiO2复合抗菌材料的表面、界面和小尺寸效应等特性,使此种功能材料的光性能、热性能、力性能得到很大提高,如果将其到加入高聚物、陶釉和纤维等材料中制成多种功能材料,可以用于涂料、造纸、化纤、塑料、橡胶和食品包装等行业,应用前景非常广阔。
 
纳米银材料与普通银材料相比,其物理、化学性质均发生了很大变化,所以对其使用安全性更需进行重新评价。为了确定纳米银材料的抗菌效果及其使用安
全性,进行了纳米银材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌杀灭实验效果的观察,并通过小鼠急性毒性实验和家兔皮肤刺激性实验以评价其使用安全性。
实验结果发现,
新鲜制备的纳米银材料比经过放置的该种材料抗菌活性要高的;通过小鼠急性毒性实验和家兔皮肤刺激性实验证实了该材料的使用安全性,为此种同时具有杀毒、抗菌作用的无机材料的进一步开发化奠定了基础。
  目前抗菌材料主要有天然抗菌材料、有机合成抗菌材料和无机抗菌材料。一般来说,天然抗菌材料具有安全性高的优点,然而其普遍寿命较短、耐热性差、不易进行再加工;有机合成抗菌材料具有抗菌范围广、杀菌速度快等优点,但是一般来说其毒副作用相对较大、易水解、使用寿命短;纳米银是一种无机抗菌材料,从目前人们对纳米银的研究与开发情况看,其具有安全性高、耐热性好、抗菌范围较广、持续杀菌的有效期长等优点。正是由于纳米银抗菌材料具有上述特性以及纳米材料本身具有的量子效应、小尺寸效应和极大的比表面积特性,从而吸引众多的研究者予以研究和开发。