納米材料為什麼能殺菌

2020-12-06 電子發燒友

納米材料為什麼能殺菌

發表於 2018-01-15 10:19:45

幾年來, 納米科技為人類社會帶來了巨大的財富, 豐富了人們的生活。納米抗菌材料是近幾年研製開發的一類新型保健抗菌材料, 是納米科技和抗菌技術研究的重點。隨著人們健康意識的提高, 納米抗菌產品不斷進入人們的日常生活。如現在市場上出現的納米抗菌洗衣機、抗菌冰箱、抗菌保暖內衣、抗菌鞋襪等風靡市場, 極大地豐富了人們的物質生活, 提高了人們的生活質量。

納米抗菌材料不僅具有納米材料的基本性能, 如表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應和宏觀隧道效應, 而且也具有抗菌材料的功能, 如安全、高效、廣譜、釋性好、不易產生抗藥性和耐熱性等

納米(nm)和米、釐米一樣,是長度計量單位。一納米為一毫米的百萬分之一(10-9 米)。「納米」並沒有象某些媒體宣傳的那樣神奇,我國古代早有應用,如徽墨,其主體成分的炭黑就是納米顆粒。

納米材料通常指兩種材料:一是納米尺寸(粒徑在1~100nm顆粒或直徑在1~100nm的纖維)的基礎材料,如納米碳黑、納米磁粉、納米炭管等;一是採用納米量級(1~100nm)的基礎材料加工的製品,在其微觀尺寸上保持一定的納米分散性,如納米陶瓷,活性鈣等。基於此,人們習慣性把用納米基礎材料改性的材料—納米改性材料(通常賦予改性材料一些因加入納米顆粒而產生的特殊性能)也簡稱為納米材料,進一步演化將納米材料的製品簡稱為納米製品,如納米洗衣機、納米抗菌防臭運動鞋等等。

納米材料能殺菌原理如下:

隨著物質粒徑的減小,比表面積大大增加。粒徑5nm的顆粒,表面的體積百分數為50%,粒徑2nm時,表面的體積百分數增加到80%。龐大的比表面,鍵態嚴重失配,出現許多活性中心,使納米材料具有極強的吸附能力。這使得納米粒子對於無論是促使物質腐敗的氧原子、氧自由基,還是產生其他異味的烷烴類分子等,均具有極強的抓俘能力,使其具有防腐抗菌功能。

在化纖製品和紡織品中添加納米微粒還有除味殺菌作用,把銀納米微粒加入到襪子中去,可以清除腳臭味;醫用紗布中放入納米Ag粒子有消毒殺菌作用。

金屬離子溶出抗菌原理

金屬離子抗菌劑以Ag +、Cu 2+、Zn 2+為主。表現出較強的氧化能力, 破壞細菌細胞的代謝作用, 阻止了微生物的繁殖。

另外, 可以強烈的吸引細菌體內蛋白酶的巰基, 並迅速結合, 使細菌的基因酶喪失活性, 致使細菌死亡。

當菌體被殺滅後,Ag +又游離出來, 與其它菌體作用, 實行新一輪的殺滅, 直到細菌全部殺死為止。

光催化殺菌機理(活性氧抗菌機理)

無機氧化物如納米TiO 2和ZnO 2等, 其殺菌機理主要是基於光催化機理。當殺菌劑被光照後產生電子-空穴對, 與空氣中的水和氧結合生成羥基自由基・OH-和超氧化物陰離子自由基・O 2-。這兩種自由基均具有較強的氧化活性, 能夠與細菌內的有機物及其分泌的毒素作用, 破壞其繁殖和再生能力, 減少細菌的生命力, 同時能攻克細菌和外層細胞, 穿透細胞膜, 破壞細菌的細胞膜結構, 從而徹底殺滅細菌。此外・O 2-還可以與水進一步作用, 生成羥基和雙氧水, H 2O 2可通過細菌細胞膜, 不僅能殺死細菌, 還能分解細菌死後釋放出來的內毒素等脂類物質, 對細胞的破壞作用大大增加。

接觸型滅菌機理

當帶正電荷的抗菌成分接觸到帶負電荷的微生物細胞後, 便互相吸附, 有效的利用了電荷的轉移來擊穿細菌的細胞膜, 使其蛋白變性, 無法代謝和繁殖, 乃至死亡。同時抗菌成分並不消耗, 保持原有的抗菌活性, 具有長期有效性。

納米抗菌材料的類型

抗菌材料的核心是抗菌劑。根據化學組成抗菌材料可以分為天然、無機和有機三大類。

天然納米抗菌材料

天然納米抗菌材料主要是沸石類礦物, 其主要組成為架狀結構的水鋁矽酸鹽, 具有納米孔隙和孔道結構, 對於分子尺寸的粒子具有較強的吸附能力和吸附選擇性。天然抗菌材料具有抗菌範圍廣、安全性高、無副作用, 因此深受人們喜愛。但近年來的研究證明, 此類抗菌劑的抗菌能力、持久性、耐熱性差和壽命短, 且受原料加工條件的限制, 不能大規模生產和市場化, 使其使用受到限制。

無機抗菌劑

無機抗菌劑主要有兩種類型, 一類是離子型抗菌劑, 主要有Ag +、Cu 2+、Zn 2+等金屬離子。目前廣泛採用的是Ag +和Zn 2+兩種, 但銀抗菌劑使用更廣泛。另一類為光催化型抗菌劑, 也稱納米光觸菌材料, 也常用於室外建築材料以及防護玻璃的殺菌材料。

有機抗菌材料

有機抗菌材料具有殺菌速度快, 適用範圍廣等優點, 但耐熱性差, 溶出物有毒、使用壽命短等缺點使其使用受到很大限制。近年來, 正在研製開發實用價值較高的無機/有機複合抗菌劑。

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