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納米氧化鋅的抗菌性及其抗菌機理討論

2020-08-19 11:10:04

納米ZnO是一種寬禁帶Ⅱ~Ⅵ化合物半導體材料,是一種新型高功能精細無機材料,粒徑在1~100 nm之間,具有規整的六角形纖鋅礦結構,本身為白色,穩定性好,高溫下不變色,不分解。并且因其特有的表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應等,使得納米ZnO在磁、光、電、敏感等方面具有一般ZnO晶體無法比擬的特殊性能和新用途,在中性環境中無需光照即表現出顯著的抗菌性,由于ZnO原料來源豐富,價格低廉,同時鋅還是一種人體所必需的礦物元素,納米ZnO已成為無機抗菌劑研究的熱點之一。 

1 納米氧化鋅的抗菌性能 

段月琴等在單一納米技術的基礎上,將用直接沉淀法制備的納米ZnO和用其他方法制備的銀系抗菌劑等其他材料用不同方法組合后,均勻涂到普通面料上,與普通面料相比,經過納米復合技術處理的面料對金黃色葡萄球菌、致病性大腸桿菌具有一定的抑制效果。周希萌等[2]采用菌落計數法及紙片擴散法對甲、乙、丙、丁4種納米ZnO晶須、ZnO復合抗菌材料進行抗菌性能比較。表明4種納米ZnO晶須復合抗菌材料都具有良好的抗菌性能,并且有一定的抗菌效果,而丙藥物的抑菌效果好,100 ppm丙藥物對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、巨大芽胞桿菌、枯草桿菌、四聯球菌基本達到了100%的抑制效果,并且在體外對病菌也有一定的抑制效果,并隨作用時間延長抑制效果也增強。王春陽等[3]將配置好的不同濃度的納米ZnO抗菌溶液分別在熒光照射、日光照射和無光照射條件下進行殺菌實驗,結果表明,在不同光照射下條件下,納米ZnO均有較強的抗菌性能,在陽光照射下效果更好,且濃度越高,抗菌性越強。另外國內外許多報道稱經紫外線照射后,水溶液中的ZnO光催化劑可以產生羥自由基、過氧化氫和超氧化物等物質,這使得ZnO納米粒子在一些有機物的降解以及對突變的細胞(如腫瘤細胞)產生細胞毒性等方面有潛在的應用。 

2 納米ZnO的抗菌機制 

目前關于納米氧化鋅抗菌劑的抗菌機理主要有以下兩種觀點:一種是光催化抗菌機理;另一種是接觸式殺菌機理。 

2.1 光催化抗菌機理 

由于納米氧化鋅具有較強的光催化能力,經紫外照射的納米ZnO具有強大的氧化能力,并能降解多種有機化合物。光催化抗菌原理認為,在紫外光照射下,納米ZnO價帶中的電子會激發到導帶,形成自由移動的帶負電的電子和帶正電的空穴,這種空穴與吸附在材料表面的氧氣、羥基和水等反應產生氫氧根、氧負離子和過氧化氫等具有還原作用的羥基自由基及活性氧離子??梢约ぐl空氣和水中的氧變為活性氧,活性氧具有極強的氧化活性,它們能與多種微生物中的有機物(例如:羥基等)發生反應,破壞細菌細胞的增殖能力,而抑制或殺滅細菌。同時,納米氧化鋅粒徑越小,越容易使其周圍產生活性氧,而具有較強的抑菌殺菌性能。 

2.2 接觸式殺菌機理 

由于納米粒子特有的表面效應,容易與所接觸的細菌產生親和力,而具有殺菌能力。接觸式殺菌機理也叫金屬離子溶出機理認為:ZnO在含水介質中緩慢釋放鋅離子,鋅離子逐漸地游離出來,由于鋅離子的氧化還原性,當它和細菌細胞膜相結合時,與其中的有機物發生反應,破壞了膜蛋白的結構,使其失去活性,達到殺菌目的。同時,納米ZnO表面的空穴會產生電子,直接參與反應,空穴數量越多就會產生更多的電子,其殺菌能力就增加。接觸式殺菌機理,首要條件是鋅離子與細菌的直接接觸,不需要紫外照射,而且當細菌被殺死后,鋅離子又會從菌體中游離出來,再與其他細菌接觸,完成新的殺菌任務,所以顯出很強的殺菌活性。 

另外,曲敏麗等[4]利用自制的兩種納米ZnO和普通ZnO對純棉織物進行抗菌整理和研究,發現納米ZnO的抗菌機制是光催化和金屬離子溶出共同作用的結果,即納米ZnO的抗菌效果在光照條件下是納米氧化鋅的光催化作用和鋅離子溶出兩種共同作用的結果,而在無光照條件下時是由于溶出的鋅離子發生氧化反應而產生的抗菌效果。 

3 結語 

總之,納米ZnO作為一種新型無機功能材料,隨著納米技術的不斷成熟,納米ZnO抗菌劑將由于其熱穩定性好、價格低廉、高抗菌性能,將在醫療保健、食品衛生、洗滌劑、化妝品等方面得到廣泛的應用。但是對納米ZnO的抗菌性能產生機理的研究至今仍不成熟,沒有統一的定論,需要人們更加努力在提高納米ZnO的利用率和殺菌率方面的研究。相信隨著研究的不斷深入,納米ZnO將有更多的優異性能被發現,并在細菌的抑制或更廣闊的領域得到充分的利用,對改善人類生活環境,減少疾病,提高全民生活質量將產生十分重要的作用。 

納米氧化鋅


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