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无机金属类抗菌剂抗菌机理剂及优缺点

无机金属类抗菌剂抗菌机理剂及优缺点

一、金属类的接触反应论:

以银离子为例,当微量的银离子到达微生物的细胞表面时,因细胞膜带有负电荷,银离子能依靠库仑力牢固吸附在细胞膜上,而且银离子还能进一步穿透细胞壁进入细菌内,并与细菌中的巯基(-SH)、氨基(-NH2)等含硫、氨的官能团发生反应,使细菌的蛋白质凝固变性,破坏细菌细胞里酶的活性,使细胞丧失分裂繁殖能力而死亡,最终达到抗菌。

银的抗菌作用与自身的化合价态有关,这种能力按下列顺序递减:Ag3+>Ag2+ >Ag+。高价态银的还原势极高,并能使体系产生原子氧,具有高效抗菌作用,但制备较难,稳定性较差。Ag+可强烈吸引细菌体内酶蛋白质,并迅速结合, 使以此为必须基团的酶丧失活性,致使细菌死亡:当菌体被杀灭后,Ag+又游离出来,与其他菌落接触, 发挥新一轮抗菌作用,周而复始。

锌离子活性抗菌,锌离子与细菌的反应与银离子类似。当菌体被杀灭后,Zn2+又游离出来,与其他菌落接触,进行新一轮杀灭。所以,国外很早就使用了氧化锌作为抗菌材料和伤口收敛剂,并取得良好效果。

氧化锌晶须尖端纳米活性抗菌:

ZnOw的尖端相当部分在纳米或更低级别,其纳米活性成份能够高效杀灭和清除细菌及其残骸,同时还能分解细菌分泌的毒素,而传统的银系抗菌剂无法消除残骸和毒素。

具有半导体特性的 ZnOw尖端的纳米活性成份能在水分和空气存在的体系中,自行分解出自由移动的电子 (e-), 同时留下带正电的空穴(h+),逐步产生以下反应:

ZnO+hv→e-+h+

e-+02→·O2

h++H2→·OH+H+

产生的带正电的空隙(h+)具有很强的氧化作用,羟基自由基(·OH)和超氧化物阴离子自由基(·O2)非常活泼,有极强的化学活性,能与细菌内的有机物及其分泌的毒素反应,从而将细菌、细菌残骸和毒素杀灭、消除。

氧化锌晶须原子氧抗菌,氧化锌晶须是一种内部载流子可调的半导体针状纤维,其晶格巾的原子氧,可破坏绝大多数细菌的生物活性和代谢繁殖功能。

二、金属类的催化反应理论:

以银离子为例,在光的作用下,银离子作为催化活性中心,激活附近水和空气中的氧,产生羟基自由基(·OH)及活性氧离子(·O2-),两种离子具有极强的氧化性能,能短时间内破坏细菌的繁殖能力,致使细胞死亡。

三、光催化反应理论:

这是半导体类抗菌剂的抗菌原理。半导体的能带结构通常是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成。价带与导带之间存在禁带。当能量大于或者等于导体带隙能的光波辐射到半导体抗菌剂表面时,处于价带的带电子就会被激发,跃迁到导带,价带生成空穴(h+)从而在半导体表面产生了具有很高活性的空穴/电子对,并且能与附于表面的H2O和O2反应生成活性很强的羟基自由基和活性氧离子,两种离子都可以使蛋白质变性,从而杀灭细菌。

四、无机金属抗菌剂:

主要是指以银铜锌等金属或其离子,采用物理吸附离子交换方法,附载于多孔材料,利用金属离子的抗菌能力,通过缓释作用达到长效抑菌的目的。在众多金属离子中,汞、银、镉、铜、锌等均具有较强的抗菌能力,但使用时安全无毒的仅限于银、锌和铜离子,且银离子的抗菌能力远强于锌、铜等其他金属离子。因此,无机银系抗菌剂居于无机抗菌剂的主导地位。根据载体的不同,已开发出不同种类的银系抗菌剂,如:沸石载银、活性炭载银、磷酸铜载银、磷酸钙载银、硅胶载银、磷酸锆载银、羟基磷灰石载银等。

五、主要品种:

银沸石,银活性炭,银硅胶,银玻璃珠,银羟基磷灰基抗菌剂,磷酸钛盐,银/锌复合

六、优点:

耐热性好(>600℃),抗菌谱广,有效抗菌期长,毒性低,不产生耐药性,安全性

银系离子抗菌剂具有抗菌活性高、安全性好(毒性小、无刺激性、 无致癌性、无致畸形等)、耐热性好等优点。其中, 载银氟石对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的MIC(最低抑菌浓度)为62.5μg/kg-250μg/kg,对酵母类的MIC为250μg/ kg -500μg/kg,对真菌类的MIC为500μg/kg-1000μg/kg。

七、缺点:

银系抗菌剂易变色,制造困难,在材料料中使用工艺复杂;

1、这类材料中游离出的银离子在阳光照射下或加热至一定温度后很容易被还原成单质银而呈灰色或褐色,影响制品颜色;

2、由于无机载体的作用,载银抗菌剂会严重影响制品尤其是薄膜类塑料制品透光度;

3、由于银原料贵重稀少,致使银系抗菌剂成本一直居高不下;

4、抗真菌和霉菌效果较差。

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