無機抗菌劑

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什麼是無機抗菌劑[1]

  無機抗菌劑是指主要利用銀、銅、鋅等金屬本身所具有的抗菌能力,通過物理吸附或離子交換等方法,將銀、銅、鋅等金屬(或其離子)固定於沸石、硅膠等多孔材料的錶面或孔道內,然後將其加入到製品中獲得具有抗菌性的材料

無機抗菌劑的分類[2]

  無機抗菌劑根據抗菌機理可以分為兩大類:一類是以金屬離子或其化合物為抗菌主要成分的抗菌劑。這種抗菌劑按其載體材料的種類不同,可以分為沸石抗菌劑、磷酸復鹽抗菌劑、可溶性玻璃抗菌劑、膨潤土抗菌劑等。沸石是一種鹼金屬或鹼土金屬的結晶型硅鋁酸鹽,它的結構決定了沸石具有很強的陽離子交換能力;同時,沸石又是載體中抗菌性最強的一種。所以金屬/硅酸鹽類抗菌劑已經獲得成熟應用。例如日本SinanenZeomic公司的專利產品ZeomicXAWlOD,即銀或銀和鋅/A型沸石。由於磷酸鈣與生物具有良好的親和性,金屬/磷酸鹽類抗菌劑的研究也是十分活躍。銀/活性碳和銀/碳纖維抗菌劑(金屬/活性碳)常用於水的凈化處理。

  第二類是以二氧化鈦為代表的具有光催化活性類抗菌劑。此類抗菌劑的優點是耐熱性比一般無機抗菌劑高,但它必需紫外線照射和氧氣(或水)的存在才能起殺菌作用。實驗證明,在玻璃上塗一層TiO2,並給予三小時的光照可以殺滅大腸桿菌,若給予四小時的光照則可以使毒素的含量控制在5%以下。

無機抗菌劑的優點[3]

  與有機抗菌劑相比,無機抗菌劑的優點突出,主要表現在以下幾個方面:

  (1)高安全性。

  (2)緩釋性好,故有較佳的耐久性。

  (3)有廣譜抗菌性。金屬離子的種類不同,對各種菌種的抗菌和殺菌效果也不同。測試結表明,各種離子的抗細菌及抗黴菌(真菌)作用的強弱分別為(元素符號代表金屬離子):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。而對細菌或黴菌有抗菌作用的金屬離子中,下列的七種金屬離子對大腸桿菌的殺菌作用都很強,其強弱為:Ag>Cu>Fe=Sn>Al≥zn≥Co。綜上所述,銀離子與其它金屬離子相比,有較強的抗菌和殺菌作用;銅離子其次。這也是這兩種金屬離子在無機抗菌劑中用作主要有效成分的重要原因。

  (4)不易產生抗藥性。

  (5)耐熱性好。

  (6)加工方便。

無機抗菌劑的應用[4]

  無機抗菌劑具有上述諸多優點,故可廣泛用於各種工農業產品,具有廣闊的市場前景。在國外發達國家,目前已在陶瓷、玻璃、塑料、纖維、塗料等方面獲得廣泛應用。現就主要應用方面分述如下。

  1.抗菌陶瓷

  傳統的銀系抗菌陶瓷主要分為銀系和光催化兩種。銀系抗菌陶瓷的製備方法是將含銀的無機抗菌劑直接加到釉料中,經施釉和燒結使之在陶瓷錶面的釉層中均勻分散並長期存在。另一種新提出的方法是離子擴散法。其原理是當釉面與熔融銀鹽混合物在一定溫度下接觸時,由於離子的擴散作用,融鹽中的銀離子將逐漸擴散到釉層之中。光催化抗菌陶瓷是在製備好的陶瓷成品錶面鍍上一層二氧化鈦或二氧化鈦摻雜金屬離子的溶膠一凝膠薄膜,再經過低溫燒結,實現光催化抗菌功能。

  2.抗菌自潔玻璃

  抗菌自潔玻璃不僅能實現玻璃錶面的自清潔,同時也能有效地清除室內的臭味、煙味和人體的異味,能防止玻璃在貯存運輸和使用過程中發黴。其原理為:利用目前成熟的鍍膜技術在玻璃錶面覆蓋一層二氧化鈦薄膜,二氧化鈦在陽光,特別是紫外線的照射下,能將空氣中的氧激活成活性氧,這種活性氧能把大多數病菌和病毒殺死,同時它能把許多有害物質以及油污等有機污染物分解成氫氣和二氧化碳,從而實現空氣的消毒和玻璃錶面的自清潔。

  3.抗菌塑料

  無機抗菌荊由於耐熱性好,可與熱塑性、熱固性的塑料混煉製成塑料製品。因此,除了氧化鈦類外,大多數銀系抗菌劑幾乎都可應用於塑料。還有日常用的製品如抗菌性薄膜、抗菌性寫字板、抗菌性廚房、抗菌性文具、抗菌性電話機等。

  4.抗菌纖維製品

  抗菌纖維廣泛用於製造醫務人員工作服、住院病人服、內衣、床單等日用衛生紡織品。近年來還用於工業部門做過濾材料、包裝材料和醫葯衛生材料等。

  纖維抗菌加工的方法分為填充型和後加工型。填充型是將抗菌劑與各種合成纖維混紡成纖維。由於抗菌劑被混入纖維內部,因而得到的抗菌纖維的耐洗滌性好,抗菌效果持續時間長。後加工型是在纖維後加工過程中,將抗菌劑通過化合鍵或氫鍵結合在纖維錶面,而纖維內部沒有抗菌劑,所以只在短時間體現出抗菌性,且耐洗滌性較差。

無機抗菌劑的發展趨勢[4]

  (1)有機/無機、無機/無機等多種復配是抗菌劑發展的一個趨勢。通過復配可以拓寬抗菌劑的廣譜抗菌應用範圍,在低添加量的情況下可獲得更高、更全面的抗菌性能。

  (2)研究開發納米級的TiO2光催化抗菌劑,提高光催化材料的活性。

  (3)開發納米載銀抗菌劑載體,採用特殊的化學手段和陰陽離子置換法,將Ag置換進納米的孔中,納米載體巨大的比錶面積為抗菌劑和細菌的充分接觸創造了機會,從而提高了殺菌效率。

  (4)抗菌金屬化合物的研究。通過難溶或不溶化合物遇水和潮濕,在材料錶面迅速達到飽和。而它的飽和濃度值大於MIC值,從而有效殺菌。一旦錶面的金屬離子有所消耗,溶液由飽和變為不飽和,材料中的抗菌劑會繼續溶解出來,達到持續抗菌的目的。其最大特點是不必製備複雜載體,可直接添加到材料中。如鉬酸銀、磷酸銀、草酸銀、硫氰酸銀、鎢酸銀等。

參考文獻

  1. 孫劍,喬學亮,陳建國.無機抗菌劑的研究進展[J].材料導報,2007
  2. 臻檬茜,陳耀斌,李良超,梁效錫.無機抗菌劑的研究進展[J].科技創新導報,2011(18)
  3. 趙斌.無機抗菌劑的研究進展[J].上海建材,2003(3)
  4. 4.0 4.1 王黔平,吳衛華.新型無機抗菌劑的研究現狀和展望[J].陶瓷,2006(3)
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