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無機抗菌材料及其機理研究

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近年來,無機抗菌材料獲得了異常迅猛的發展和日益廣泛的應用,在保護人類的生存環境、提高人們的健康水平中發揮著越來越重要的作用??咕牧弦话闶峭ㄟ^一定工藝將抗菌劑添加到基體材料中制備而成的具有殺滅和抑制微生物生長的功能材料,其主要作用是抑制材料和制品表面微生物繁殖和滋生蔓延,切斷有害微生物傳播源??咕鷦┲饕袩o機、有機和天然三種。有機抗菌劑的主要成分為季胺鹽類、醇類、雙胍類物質等含有反應性功能團的化合物,具有見效快,殺菌能力強的特點,但易產生微生物耐(抗)藥性,并存在作用期短、耐熱性差以及產生二次污染等缺點;天然抗菌劑來自于天然提取物,如殼聚糖、日柏醇等,其主要抗菌機理被認為與有機季胺鹽類似,但效果不如有機抗菌劑,且產品尚不成熟。初期產業化的無機抗菌劑主要采用物理吸附或離子交換方法,將銀、銅、鋅等金屬離子附載于多孔材料微孔內,利用金屬離子的抗菌能力,通過緩釋作用達到長效抑菌的目的。近年來,又出現了納米銀、氧化鋅和光催化材料等無機抗菌劑。一般將無機抗菌劑具有抗菌功能的復合材料通常被稱為無機抗菌材料。

金屬無機抗菌材料分類

銀系抗菌材料主要分為兩大類:一是納米銀抗菌材料,指半徑在1~100nm的銀簇,以納米技術為基礎研制而成的新型抗菌材料,具有量子效應、小尺寸效應和極大的比表面積特性。因而, 納米銀具有傳統抗菌劑所無法比擬的優良抗菌效果和安全性。二是以不同物質為載體的載銀型抗菌材料,銀系抗菌材料在較低含量下也能殺死650多種包括至少12種多重耐藥菌在內的人體致病微生物,其產品廣泛應用于醫用導管、骨質粘合劑、宮內節育器等醫療器械。研究發現,納米銀顆粒涂層不僅具有良好的抗菌效果,而且作為添加劑添加到醫療材料中,具有明顯的抗菌效果、良好的生物相容性和安全性。

銅抗菌材料是指在煉鋼過程中加入抗菌金屬銅,可制成合金型抗菌不銹鋼,具有不銹鋼的耐腐蝕性和優異的抗菌性,含銅抗菌不銹鋼具有良好的廣譜抗菌性。針對不同醫用需求,可在不同類型醫用材料中注入銅進行性能優化,抗菌率隨注入劑量不同而變化。

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鋅系抗菌材料主要指納米ZnO新型抗菌材料,具有安全性好、持續性好、高溫穩定、透明等優點,具有廣譜殺菌作用,且納米ZnO濃度提高一定范圍內對細菌的抑制作用增強。

鈦系抗菌材料:TiO2是化學性質穩定、耐腐蝕、耐酸堿、無毒、光催化氧化能力強的材料,對綠膿桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、牙枝菌、曲霉等近百種病原菌具有較強的殺菌能力。TiO2光催化抗菌材料可由微粉和薄膜復合的方式與各種基體相結合,目前已進入產業化批量生產階段。TiO2催化抗菌建筑材料用于醫院病房、手術室和其他工作區域,可有效抑制細菌,預防感染,凈化空氣。

無機抗菌材料的抗菌機理

電場吸附殺菌:材料表面緩慢釋放金屬離子。當微量金屬離子達到微生物細胞膜時,由于細胞膜帶負電荷而與金屬離子進行庫倫吸附。兩者吸附牢固,凝固細菌蛋白質,破壞細胞合成酶活性,導致細胞分裂增殖能力喪失。

催化劑殺菌:屬離子在光的作用下激活空氣或水中的氧氣,產生羥基自由基和活性氧離子,通過羥基自由基和活性氧離子的強氧化還原,在短時間內破壞微生物細胞的繁殖能力,導致其死亡。

納米材料的表面效應消毒:例如納米ZnO,在水、空氣和光的條件下,自由分解帶負電的電子,同時留下帶正電的空該空洞激活空氣中的氧氣,產生具有極強化學活性的活性氧,通過化學反應達到殺菌效果。

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