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纳米抗菌材料应用研究进展

作者:纳米抗菌材料;抗菌剂;应用  来源:纳米抗菌材料应用研究进展  发布时间:2010/1/18 16:03:43
摘 要:本文简要介绍了纳米抗菌材料的分类和特性,综述了纳米抗菌材料在抗菌涂料、抗菌纤维、抗菌塑料,抗菌陶瓷,抗菌玻璃.抗菌金属制品、化妆品等方面的应用研究进展,并且探讨了纳米抗菌材料的发展前景。
关键词:纳米抗菌材料;抗菌剂;应用
纳米抗菌材料中的核心成分是抗菌剂。抗菌剂是一些细菌、霉菌等微生物高度敏感的化学成分。极少量的抗菌剂添加至普通材料中,可制成抗菌材料。如抗菌塑料,用抗菌塑料制成的各种产品与普通塑料相比具有卫生自浩功能,可免去许多清洗保洁等繁重劳动。抗菌材料的开发和应用为保护人类健康树起了一道绿色的屏障,对于改善人类生活环境,减少疾病保护全民健康,具有十分重要的意义。
1、纳米抗菌材料的分类
抗菌剂大体上可分为无机系、有机系和天然生物系3大类。天然系抗菌剂受到安全和生产的制约,目前尚不能实现大规模市场化生产。无机系抗菌剂以银系抗菌剂为主导,以接触杀菌为主要机理,具有安全、耐久和持久等优点,但银易受硫化或被氧化而变色,光稳定性较差,同时由于以接触杀菌为机理,所以用量较高,成本较高。有机系以吡啶盐、四价铵盐和乙醇等为主要成分,以破坏细胞膜,使蛋白质变性,一sH酸化、代谢受阻为主要杀菌机理。有机系抗菌剂由于存在安全性问题、耐热性差和易水解等缺点,在国内研究应用很少,而在国外近年来取得了很大进展,己成为抗菌材料研究的一大热点。
2、纳米抗菌材料的应用
纳米抗菌材料在日常的纤维服装,家用电器,卫生陶瓷制品,食品包装以及建筑用的钢板,涂料等领域取得越来越广泛的应用,其中26% 用于家居用品,2O% 用于家庭纤维制品,l6%用于厨具和餐具,l 5‰ 用于衣物,6% 用于家电用品,6% 用于医疗制品,5% 用于鞋和地毯等,2% 用于文具,4%用于其他12I。从以上数据可以看出抗菌制品从开始的纤维制品已发展到电器文具以及一般日用品等领域。
2 1纳米抗菌涂料
可应用于抗菌涂料中的纳米材料有纳米TiO2、ZnO以及纳米载银抗菌材料等。纳米抗菌材料涂层可以提高基体的腐蚀防护能力,达到表面修饰、保护的目的。在涂料中加入纳米颗粒,能够耐大气、紫外线侵害,从而实现防降解、防变色等功效。纳米抗菌材料涂层有广泛变化的光学性能。它的光学透射谱可从紫外波段一直延伸到远红外波段。纳米多层组合涂层经过处理后在可见光范围内出现荧光、用于多种光学应用需要。在各种标牌表面施以纳米材料涂层,成为反光、发光标牌;改变纳米涂层的组成和特性,得到光致变色、温致变色、电致变色等效应,产生特殊的防伪识别手段。
2 2纳米抗菌纤维
纤维能够吸附很多微生物,而这些微生物如果温度适宜,就会迅速繁殖,进而对人体产生种种危害,所以近年来人们致力于抗菌纤维的研究和开发。抗菌纤维具有优良的保健功能,除用作医疗用品如手术衣巾外,还可制作抑菌除臭的高级纺织品、成衣,也可为长期卧床不起的病人制成服装和医院的敷料、绷带、尿布、床单及厕所用纺织品等。
2 3纳米抗菌塑料
按照传统观念,塑料光洁密实,有害微生物难以附着并侵蚀。但实际上,塑料也会受到细菌的污染。纳米抗菌塑料是一类具备抑菌和杀菌性能的新型材料,由于材料本身被赋予抗菌性,可以使微生物包括细菌、真菌、酵母苗、藻类以及病毒等的生长和繁殖保持较低的水平。无机纳米抗菌材料性能稳定,通常不和塑料原料发生化学反应,因此使用后的塑料制品性能稳定。
2 4纳米抗菌陶瓷
抗菌陶瓷主要有银系抗菌陶瓷以及纳米TiO2抗菌陶瓷。载银抗菌剂是首先投入商业化使用的抗菌剂。其抗菌机理是,将银化物和载银材料加入到陶瓷釉中,制成具有抗菌性能的釉,釉中溶出的银离子可与菌体中酶蛋白的一SH 基强烈地结合,使一些以此为必要基的酶丧失活性,从而达到灭菌的作用。
光催化半导体纳米二氧化钛类抗菌剂是随着纳米技术的发展诞生的新一类抗菌剂,是纳米材料的一个极重要的用途。纳米TiO2,表面产生的跃迁电子和空穴与其周围的氧和水反应,产物是02-和0H ,O2-能使几平所有的有机物分解,是一种强还原剂,可杀菌、除臭,不仅比传统杀菌剂如氯、次氯酸盐和过氧化氢等具有更大的杀菌效能,而且能有效地将细菌的尸骸分解为二氧化碳和水,解决了细菌尸骸的二次污染问题。因此,TiO2类抗菌剂是一种更有效、更健康的抗菌剂,非常适合日用陶瓷的抗菌使用。
2 5 纳米抗菌玻璃
新型实用的抗菌玻璃容器,国外出现于上个世纪90年代初期,目前在美国、日本等国已经工业化。在国内研究抗菌玻璃常见的方法是经过玻璃成分的设计、配料、熔制、破碎、研磨、喷涂、热处理等工艺过程,将这种低熔点的玻璃以上釉的方式结合到玻璃容器的内外表面上。这种工艺复杂,成本高。
采用湿化学镀膜工艺,在玻璃表面镀上一层透明的抗菌薄膜,实现玻璃容器的抗菌功能,是既经济又可行的方案。通过陕西省卫生防疫中心多次测试,通过抗菌薄膜处理,玻璃材料的抗菌率大于85%。经过l000次的常规洗涤后,抗菌效果不下降 。
2.6纳米抗菌金属制品
杨维虎等将lCrl8Ni9不锈钢在常温条件下浸入TiO2的浸泡液中,制备出表面含有抗菌离子的新型抗菌不锈钢,在紫外照射下具有很好的抗菌效果。
2.7其它方面的应用
日本开发了具有抗菌作用的新型荧光灯,在该灯表面涂敷了光催化杀菌剂TiO2能分解灯表面的油渍、空气中的菌类,消除异臭等,可望替代目前普通荧光灯。饮用水处理上,同济大学李田等人将纳米TiO 固定在玻璃纤维网上制成催化膜,用来深度净化饮用水,降低自来水中总有机物量和细菌总数,全面改变水质,达到了直接饮用的安全标准。
3展望
纳米抗菌产品不仅可有效阻止人与人、人与物 物与物的细菌交叉传染,还可以引导人们把医疗保缝模式从事后治疗转变为事前预测和预防。随着人们生活水平及健康环境意识的提高,纳米抗菌材料及其产品的生产将成为重要的新兴产业,已酝酿了的无限的商机。相信不久的将来,纳米抗菌产品将会遍及人们的日常生活。

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