纳米抗菌材料

《中国粉体工业》2006年第2期

纳米抗菌材料的分类、制备、抗菌机理及其应用

沈海军史友进

（南京航空航天大学航空宇航学院，南京210016）

[摘要]全面阐述了纳米抗菌材料的分类、制备方法及其抗菌机理，介绍了纳米抗菌材料在建材、陶瓷洁具、纺织品、日用塑料等领域的

应用。本文的工作对相关工作者了解纳米抗菌材料的制备、抗菌性能与应用前景具有实际的参考价值。

[关键词]纳米抗菌材料，制备，抗菌机理

1.引言

纳米抗菌材料是近年来出现的一种特征尺寸在1～

100nm的新型保健抗菌材料。它克服了传统有机抗菌产

品在安全性、广谱性、抗药性和耐热加工性等方面的缺

陷，能满足人们生活舒适水平和卫生水平不断提高的要

求，已开始在建材、陶瓷洁具、塑料、纺织品等领域取

得应用[1,2]。目前，纳米抗菌材料的物理特性、制备技

术、性能测试等方面的研究已经开展[3,4]，并取得了飞

速的发展，受到了世界各国的普遍关注。本文将从纳米

抗菌材料的分类、制备方法、抗菌机理以及应用等几个

方面出发，对纳米抗菌材料进行概述。通过本文，读者

可对纳米抗菌材料的制备、杀菌特性以及应用有较全面

的了解。

2.纳米抗菌材料分类

纳米抗菌材料按维数可分为零维纳米抗菌微粒、一

维纳米抗菌线、二维纳米抗菌膜和三维纳米抗菌块。按

材质来源可分为天然纳米抗菌材料、有机物纳米抗菌材

料及无机物纳米抗菌材料。除此之外，纳米抗菌材料还

可按材料的结构形态、载体类型和抗菌有效成分等进行

分类。

（1）按材料结构形态划分

纳米抗菌材料按结构形态可分为纳米抗菌微粒、纳

米抗菌固体和纳米抗菌组装结构。纳米抗菌微粒指的是

线度为～的具有抗菌功能的粒子的聚合体，这

种聚合体的几何尺寸一般在微米或亚微米量级，其形态也不限于球形，还有片状、棒状、针状、网状等。纳米

抗菌固体又称为纳米抗菌结构材料，是指由纳米抗菌微

粒聚集而成的凝聚体，该凝聚体的本身尺寸可以是宏

观；纳米抗菌固体又可进一步划分为纳米块状抗菌材

1. 国内外研究现状和发展趋势

（1）多尺度杂化纳米抗菌材料的国内外研究进展

Ag+、Zn2+和Cu2+等金属离子具有抗菌活性，且毒性小、安全性高而被广泛用作抗菌剂使用。但是，由于其存在易变色、抗菌谱窄、长效性差、耐热性和稳定性不好等缺点而成为其进一步发展的障碍。相比而言，纳米银、纳米金、纳米铜、纳米氧化锌等纳米材料则可以在一定程度上克服这些问题。例如纳米银，在抗菌长效性和变色性方面均比银离子（多孔纳米材料负载银离子）抗菌剂有显著改善，而且其毒性也更低（Adv. Mater. 2010）；关于其抗菌机理，被认为是纳米银释放出银离子而产生抗菌效果（Chem. Mater 2010，ACS Nano 2010）。纳米金也有类似的效果（Adv. Mater. Res.2012），尽管活性比纳米银稍差，但其对耐药菌株表现出良好的抗菌活性(Biomaterials 2012)。铜系抗菌材料可阻止“超级细菌”（NDM-1）的传播（Lancet Infec.Dis. 2010）。活性氧化物是使用时间最长、使用面最广泛的一类长效抗菌剂，其中氧化锌是典型代表，特别是近年来随着纳米技术的发展，一系列低维结构氧化锌的出现，为氧化锌系抗菌材料提供了极大的发展空间，由于其良好的安全性，氧化锌甚至可用于牙科等口腔材料（Wiley Znter

Sci.，2010）。本项目相关课题组多年的研究发现，ZnO的形貌差异、结构缺陷和极化率等都会影响其抗菌活性（Phys. Chem. Chem. Phys. 2008）；锌离子还可以与多种成分杂化，产生协同抗菌活性而提高其抗菌性能（Chin. J. Chem. 2008,

J. Rare Earths 2011）。

利用杂化纳米材料结构耦合所带来的协同作用提高纳米材料的抗菌活性是近年来的研究热点。例如：纳米铜与石墨烯杂化体系中存在显著的协同抗菌作用（ACS Nano 2010）。用络氨酸辅助制备的Ag-ZnO杂化纳米材料，表现出良好的抗菌和光催化性能（Nanotechnology 2008）；但是Ag的沉积量过大，催化活性反而有所降低（J. Hazard. Mater. 2011）。以壳聚糖为媒质，通过静电作用合成得到均匀的ZnO/Ag纳米杂化结构，结果显示，ZnO/Ag纳米杂化结构比单独的ZnO

・２６・　硫磷设计与粉体工程　Ｓ　Ｐ＆ＢＭＨ　ＲＥＬＡＴＥＤ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　２００６年第４期　

纳米银水悬浮液抗菌材料的研制　

孙成林　，张宝荣　（１、亿丰粉碎机械有限公司北京办事处　北京１０００８１；２、厦门清大研究所，福建厦门３６１００９）　

１概述　摘要：银是一种安全的广谱性杀菌材料。综述了抗茵剂的分类和特性，介绍了纳米银水悬浮液的　制备方法、抗茵机理，以及生产工艺流程及特点，分析了其社会效益及推广前景，重点指出其在医疗、保　健、生殖健康、计划生育及生活中的作用。　关键词：抗茵材料；纳米银＋银水悬浮液；工艺；特点；介绍　中图分类号：ＴＢ３８３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—１９０４（２００６）０４—００２６—０６　

联合国世界卫生组织（ＷＨＯ）提出，２１世纪全　球的主题是“健康与环境”。人类接触的所有环境　及物品，即空气、水、衣物、生活用品、办公用品、交通　工具、建筑材料表面等均可能存在细菌污染问题，使　用抗菌剂（长效抗菌剂）是十分必要的。抗菌材料　属交叉学科，目前正在形成产业之中。据资料¨　报　道，世界上抗菌材料研制和应用最发达的国家应属　日本，欧美在抗菌材料的开发和应用进程比日本落　后。　早在古代人们就认识到银是一种抗菌性物质。　近年来人们逐渐发现银是一种安全的广谱性杀菌材　料，其应用也逐渐推广开来。２０世纪８０年代开始　集中研究银系无机抗菌剂及其在各种材料中的应　用，并很快取得进展。　２抗菌材料的分类及特性　２．１抗菌材料的分类　在适宜细菌繁殖的条件下，使用抗菌剂可以抑　制细菌的生长发育。抗菌技术近年来发展很快。抗　菌材料分为有机、无机和天然抗菌材料。有机抗菌　

表１实验结果　

处理废硫酸过程中，为了收到好的效果，应先用　ＯＴＢ活性吸附剂驱除酸中产生的臭气，再与磷矿粉　混合，最后再次用ＯＴＢ吸附化成中产生的臭气，达　到不污染环境的目的。　４结论　本研究对天然气制乙炔的废硫酸，采用化学和　仪器分析法进行了全面分析，所得结果正确。经实　验探索出了采用ＯＴＢ活性吸附剂处理废硫酸，并将　其用于生产过磷酸钙，效果良好，解决了生产环境的　臭气污染。其工艺简单，投资省，生产成本比其他的　废硫酸蒸馏提纯法低很多，很受企业欢迎。　参考文献：　［１］吴昌龙，陈金龙．废硫酸及含硫酸废水的治理［Ｊ］．化工环保，　１９９９（３）：１４０～１４４．　［２］夏顶，杨朝富，等．天然气制乙炔工艺简介［Ｊ］．中国氯碱，　２００５，４，（４）：ｌ８～２２．　作者简介：李萍（１９８３一），女．四川内江人．在读硕士生；夏　代宽（１９４５一），男，四川遂宁人，教授，从事化学反应工程、化学工　艺、化工环保等的教学和科研工作。　（收稿日期：２００６—０４—１０）

1. 国内外研究现状和发展趋势

（1）多尺度杂化纳米抗菌材料的国内外研究进展

Ag+、Zn2+和Cu2+等金属离子具有抗菌活性，且毒性小、安全性高而被广泛用作抗菌剂使用。但是，由于其存在易变色、抗菌谱窄、长效性差、耐热性和稳定性不好等缺点而成为其进一步发展的障碍。相比而言，纳米银、纳米金、纳米铜、纳米氧化锌等纳米材料则可以在一定程度上克服这些问题。例如纳米银，在抗菌长效性和变色性方面均比银离子（多孔纳米材料负载银离子）抗菌剂有显著改善，而且其毒性也更低（Adv. Mater. 2010）；关于其抗菌机理，被认为是纳米银释放出银离子而产生抗菌效果（Chem. Mater 2010，ACS Nano 2010）。纳米金也有类似的效果（Adv. Mater. ），尽管活性比纳米银稍差，但其对耐药菌株表现出良好的抗菌活性(Biomaterials 2012)。铜系抗菌材料可阻止“超级细菌”（NDM-1）的传播（Lancet . 2010）。活性氧化物是使用时间最长、使用面最广泛的一类长效抗菌剂，其中氧化锌是典型代表，特别是近年来随着纳米技术的发展，一系列低维结构氧化锌的出现，为氧化锌系抗菌材料提供了极大的发展空间，由于其良好的安全性，氧化锌甚至可用于牙科等口腔材料（Wiley Znter Sci.，2010）。本项目相关课题组多年的研究发现，ZnO的形貌差异、结构缺陷和极化率等都会影响其抗菌活性（Phys. Chem. Chem. Phys. 2008）；锌离子还可以与多种成分杂化，产生协同抗菌活性而提高其抗菌性能（Chin. J. Chem. 2008,

J. Rare Earths 2011）。

利用杂化纳米材料结构耦合所带来的协同作用提高纳米材料的抗菌活性是近年来的研究热点。例如：纳米铜与石墨烯杂化体系中存在显著的协同抗菌作用（ACS Nano 2010）。用络氨酸辅助制备的Ag-ZnO杂化纳米材料，表现出良好的抗菌和光催化性能（Nanotechnology 2008）；但是Ag的沉积量过大，催化活性反而有所降低（J. Hazard. Mater. 2011）。以壳聚糖为媒质，通过静电作用合成得到均匀的ZnO/Ag纳米杂化结构，结果显示，ZnO/Ag纳米杂化结构比单独的ZnO 和单独纳米Ag的抗菌活性都高，表现出明显的协同抗菌作用（RSC Adv.