无机抗菌剂

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什么是无机抗菌剂[1]

  无机抗菌剂是指主要利用银、铜、锌等金属本身所具有的抗菌能力,通过物理吸附或离子交换等方法,将银、铜、锌等金属(或其离子)固定于沸石、硅胶等多孔材料的表面或孔道内,然后将其加入到制品中获得具有抗菌性的材料

无机抗菌剂的分类[2]

  无机抗菌剂根据抗菌机理可以分为两大类:一类是以金属离子或其化合物为抗菌主要成分的抗菌剂。这种抗菌剂按其载体材料的种类不同,可以分为沸石抗菌剂、磷酸复盐抗菌剂、可溶性玻璃抗菌剂、膨润土抗菌剂等。沸石是一种碱金属或碱土金属的结晶型硅铝酸盐,它的结构决定了沸石具有很强的阳离子交换能力;同时,沸石又是载体中抗菌性最强的一种。所以金属/硅酸盐类抗菌剂已经获得成熟应用。例如日本SinanenZeomic公司的专利产品ZeomicXAWlOD,即银或银和锌/A型沸石。由于磷酸钙与生物具有良好的亲和性,金属/磷酸盐类抗菌剂的研究也是十分活跃。银/活性碳和银/碳纤维抗菌剂(金属/活性碳)常用于水的净化处理。

  第二类是以二氧化钛为代表的具有光催化活性类抗菌剂。此类抗菌剂的优点是耐热性比一般无机抗菌剂高,但它必需紫外线照射和氧气(或水)的存在才能起杀菌作用。实验证明,在玻璃上涂一层TiO2,并给予三小时的光照可以杀灭大肠杆菌,若给予四小时的光照则可以使毒素的含量控制在5%以下。

无机抗菌剂的优点[3]

  与有机抗菌剂相比,无机抗菌剂的优点突出,主要表现在以下几个方面:

  (1)高安全性。

  (2)缓释性好,故有较佳的耐久性。

  (3)有广谱抗菌性。金属离子的种类不同,对各种菌种的抗菌和杀菌效果也不同。测试结表明,各种离子的抗细菌及抗霉菌(真菌)作用的强弱分别为(元素符号代表金属离子):Ag>Co>Ni≥Al≥Zn≥Cu=Fe≥Mn≥Sn>Ba≥Mg≥Ca及Ni>Cu≥Co>Zn=Ag>Fe≥Al≥Sn:Mn≥Ba≥Mg≥Ca。而对细菌或霉菌有抗菌作用的金属离子中,下列的七种金属离子对大肠杆菌的杀菌作用都很强,其强弱为:Ag>Cu>Fe=Sn>Al≥zn≥Co。综上所述,银离子与其它金属离子相比,有较强的抗菌和杀菌作用;铜离子其次。这也是这两种金属离子在无机抗菌剂中用作主要有效成分的重要原因。

  (4)不易产生抗药性。

  (5)耐热性好。

  (6)加工方便。

无机抗菌剂的应用[4]

  无机抗菌剂具有上述诸多优点,故可广泛用于各种工农业产品,具有广阔的市场前景。在国外发达国家,目前已在陶瓷、玻璃、塑料、纤维、涂料等方面获得广泛应用。现就主要应用方面分述如下。

  1.抗菌陶瓷

  传统的银系抗菌陶瓷主要分为银系和光催化两种。银系抗菌陶瓷的制备方法是将含银的无机抗菌剂直接加到釉料中,经施釉和烧结使之在陶瓷表面的釉层中均匀分散并长期存在。另一种新提出的方法是离子扩散法。其原理是当釉面与熔融银盐混合物在一定温度下接触时,由于离子的扩散作用,融盐中的银离子将逐渐扩散到釉层之中。光催化抗菌陶瓷是在制备好的陶瓷成品表面镀上一层二氧化钛或二氧化钛掺杂金属离子的溶胶一凝胶薄膜,再经过低温烧结,实现光催化抗菌功能。

  2.抗菌自洁玻璃

  抗菌自洁玻璃不仅能实现玻璃表面的自清洁,同时也能有效地清除室内的臭味、烟味和人体的异味,能防止玻璃在贮存运输和使用过程中发霉。其原理为:利用目前成熟的镀膜技术在玻璃表面覆盖一层二氧化钛薄膜,二氧化钛在阳光,特别是紫外线的照射下,能将空气中的氧激活成活性氧,这种活性氧能把大多数病菌和病毒杀死,同时它能把许多有害物质以及油污等有机污染物分解成氢气和二氧化碳,从而实现空气的消毒和玻璃表面的自清洁。

  3.抗菌塑料

  无机抗菌荆由于耐热性好,可与热塑性、热固性的塑料混炼制成塑料制品。因此,除了氧化钛类外,大多数银系抗菌剂几乎都可应用于塑料。还有日常用的制品如抗菌性薄膜、抗菌性写字板、抗菌性厨房、抗菌性文具、抗菌性电话机等。

  4.抗菌纤维制品

  抗菌纤维广泛用于制造医务人员工作服、住院病人服、内衣、床单等日用卫生纺织品。近年来还用于工业部门做过滤材料、包装材料和医药卫生材料等。

  纤维抗菌加工的方法分为填充型和后加工型。填充型是将抗菌剂与各种合成纤维混纺成纤维。由于抗菌剂被混入纤维内部,因而得到的抗菌纤维的耐洗涤性好,抗菌效果持续时间长。后加工型是在纤维后加工过程中,将抗菌剂通过化合键或氢键结合在纤维表面,而纤维内部没有抗菌剂,所以只在短时间体现出抗菌性,且耐洗涤性较差。

无机抗菌剂的发展趋势[4]

  (1)有机/无机、无机/无机等多种复配是抗菌剂发展的一个趋势。通过复配可以拓宽抗菌剂的广谱抗菌应用范围,在低添加量的情况下可获得更高、更全面的抗菌性能。

  (2)研究开发纳米级的TiO2光催化抗菌剂,提高光催化材料的活性。

  (3)开发纳米载银抗菌剂载体,采用特殊的化学手段和阴阳离子置换法,将Ag置换进纳米的孔中,纳米载体巨大的比表面积为抗菌剂和细菌的充分接触创造了机会,从而提高了杀菌效率。

  (4)抗菌金属化合物的研究。通过难溶或不溶化合物遇水和潮湿,在材料表面迅速达到饱和。而它的饱和浓度值大于MIC值,从而有效杀菌。一旦表面的金属离子有所消耗,溶液由饱和变为不饱和,材料中的抗菌剂会继续溶解出来,达到持续抗菌的目的。其最大特点是不必制备复杂载体,可直接添加到材料中。如钼酸银、磷酸银、草酸银、硫氰酸银、钨酸银等。

参考文献

  1. 孙剑,乔学亮,陈建国.无机抗菌剂的研究进展[J].材料导报,2007
  2. 臻檬茜,陈耀斌,李良超,梁效锡.无机抗菌剂的研究进展[J].科技创新导报,2011(18)
  3. 赵斌.无机抗菌剂的研究进展[J].上海建材,2003(3)
  4. 4.0 4.1 王黔平,吴卫华.新型无机抗菌剂的研究现状和展望[J].陶瓷,2006(3)
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