無機(jī)納米材料在紡織品抗菌性能中的研究進(jìn)展

陳思琪

摘要：無機(jī)納米材料具備良好的抗菌活性、耐久性以及不易產(chǎn)生耐藥性菌株等特性，因此被廣泛應(yīng)用于抗菌紡織品中。本文具體介紹了無機(jī)納米材料的抗菌機(jī)理、整理方法以及發(fā)展中存在的問題，推動無機(jī)納米材料在抗菌紡織品應(yīng)用中的研究。

關(guān)鍵詞：無機(jī)納米材料;紡織品;抗菌性能

引言

傳統(tǒng)的紡織品具有極佳的人體親和性和親水性，易吸附各種氣體、液體與固體雜質(zhì)，與皮脂、角質(zhì)、汗液等人體代謝產(chǎn)物及外界的污漬、灰塵等雜質(zhì)混合后為各種病原微生物提供了適宜的繁衍環(huán)境。為滿足健康防護(hù)需求，人們在紡織品中添加抗菌劑即抗菌整理以抑制病原微生物的繁殖生長，但傳統(tǒng)抗菌劑殺菌效果不持久、難降解致污染環(huán)境、長期使用還會對人體產(chǎn)生毒副作用且易產(chǎn)生耐藥性。在近年的研究中人們發(fā)現(xiàn)無機(jī)納米材料具備良好的抗菌活性、耐久性以及不易產(chǎn)生耐藥性菌株等特性[1]而將其廣泛地應(yīng)用于紡織品抗菌中。

1 無機(jī)納米材料及其抗菌機(jī)理

無機(jī)納米結(jié)構(gòu)材料包括金屬（金、銀、銅、鎵、鋅等）、金屬氧化物（二氧化鈦、氧化鋅、氧化鎂等）納米粒子以及復(fù)合型無機(jī)納米材料，納米材料的基本性能（如比表面積、量子尺寸效應(yīng)）和抗菌性能是其被廣泛關(guān)注的原因，隨著近年來對抗菌技術(shù)的研究，發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用于紡織品中的抗菌機(jī)理主要有金屬離子溶出抗菌機(jī)理、光催化殺菌機(jī)理和接觸型滅菌機(jī)理。但抗菌劑在實際應(yīng)用中并非只是一種機(jī)理單獨作用，通常是多種機(jī)理共同作用，如納米銀和納米級二氧化鈦的抗菌功能是由三種機(jī)理共同作用的結(jié)果。

1.1 金屬離子溶出抗菌機(jī)理

金屬離子具有較強(qiáng)的氧化能力，可破壞細(xì)菌的代謝活動，抑制微生物的繁殖生長，因此能夠起到殺菌的功效，其中納米銀是目前在安全使用范圍內(nèi)殺菌效果最好且應(yīng)用最廣泛的納米抗菌材料。金屬離子能夠穿過細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，并與細(xì)胞中硫基迅速結(jié)合發(fā)生反應(yīng)[2]，使大量的蛋白酶喪失活性，金屬離子還會攻擊細(xì)胞內(nèi)的DNA，進(jìn)而影響細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)與代謝活動，使其無法正常分裂增殖而死亡。當(dāng)菌體被殺滅后，金屬離子又能從死亡的菌體中解離出來并作用于其他菌體，實行新一輪的殺滅，直到全部細(xì)菌被殺死為止，因此這種抗菌作用具備一定的耐久性。

1.2 光催化殺菌機(jī)理

金屬氧化物的殺菌機(jī)理與光催化密切相關(guān)，金屬氧化物在光照條件下會與環(huán)境中的水和氧結(jié)合生成羥基自由基·OH-和超氧化物陰離子自由基·O2-，兩種自由基均具有較強(qiáng)的氧化活性，迅速與細(xì)菌體內(nèi)的有機(jī)物（主要破壞脂類物質(zhì)如細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)）及分泌的毒素進(jìn)行反應(yīng)，破壞菌體細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)、遺傳代謝和細(xì)胞膜代謝的功能，從而起到徹底殺滅細(xì)菌的作用。在紫外光作用下產(chǎn)生的·OH氧化活性更強(qiáng)，特別是納米二氧化鈦[3]具有納米材料的基本特點：粒度小、比表面積大、更容易產(chǎn)生“表面效應(yīng)”，在紫外光的作用下形成帶負(fù)電荷的光生電子（e）和帶正電荷的電子孔穴（h+），一方面這兩種粒子與細(xì)胞膜或細(xì)胞內(nèi)組分反應(yīng)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡，另一方面兩種粒子與環(huán)境中的水或空氣發(fā)生氧反應(yīng)導(dǎo)致細(xì)胞死亡，見反應(yīng)式①～⑧。

1.3接觸型滅菌機(jī)理

微生物細(xì)胞膜通常帶負(fù)電荷，當(dāng)帶正電荷的抗菌成分接觸到微生物細(xì)胞膜時，由于庫倫力的作用使得兩者相互吸附，有效的利用電荷轉(zhuǎn)移來擊穿細(xì)胞膜，影響細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和通透性，阻斷細(xì)胞膜上的電子傳遞[4]，而使微生物無法生長代謝和繁殖甚至死亡，在此過程中不消耗抗菌成分因此保留了原有的抗菌活性。

2 抗菌整理方法

抗菌劑在紡織品表面發(fā)揮抗菌作用主要通過纖維改性法、后整理法來實現(xiàn)，通過這兩種方法整理后就能夠達(dá)到較好的抗菌效果。（1）纖維改性法是通過高分子結(jié)構(gòu)改性和共混改性的方法將化學(xué)纖維和抗菌劑混合紡織得到抗菌纖維的過程。由于抗菌劑在紡織品表面和內(nèi)部都分散得較為均勻，獲得的抗菌性能也較為好，并且抗菌效果具有較好的耐久性。但是這種方法的生產(chǎn)工藝和技術(shù)難度高，導(dǎo)致成品率低，不利于大批生產(chǎn)。（2）后整理法是在紡織品表面利用不同的方法（浸軋法、接枝法、表面涂層法、微膠囊法等）將抗菌整理劑固結(jié)在纖維或織物上而獲得抗菌性能，因為抗菌劑只在紡織品表面整理，所以工藝較前述方法簡單，成本較低，發(fā)展也較為成熟，但是經(jīng)如此處理的紡織品并不具備耐久性。較為特殊的納米涂料又稱納米復(fù)合涂料，這種涂料必須滿足兩個條件：一是至少有一種材料的尺度在1～100nm之間，二是納米相使涂料性能得到顯著提高或增加了新功能。

3存在的問題

無機(jī)納米材料在紡織品抗菌性能中的應(yīng)用尚未成熟，目前主要存在有四個方面的問題：（1）納米材料的分散性以及抗菌活性的可持續(xù)性，無機(jī)納米抗菌材料擁有較大的比表面積，因此導(dǎo)致其具有高反應(yīng)活性，然而納米材料在水中可能發(fā)生聚集從而大大削弱反應(yīng)活性，同時經(jīng)多次洗滌后其抗菌效果也會大大降低。（2）分散性良好的納米材料在懸浮液中以極細(xì)微的顆粒形式存在，在懸浮液中應(yīng)用納米材料需要一種有效的分離過程（如膜過濾）來保留和回收納米材料。回收納米材料不僅能夠降低成本，更重要的是減少其對人類和環(huán)境的潛在影響。（3）納米材料是否具有毒性還沒有得到詳細(xì)的數(shù)據(jù)來證實，但有許多研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了它們可能存在的毒性作用，其可能對人體細(xì)胞和組織有毒性，引起氧化應(yīng)激反應(yīng)，干擾酶活性，造成細(xì)胞的細(xì)胞膜和遺傳物質(zhì)損傷，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。（4）單一的無機(jī)納米抗菌材料存在著不少的缺點，而無機(jī)復(fù)合材料[5 6]在一定程度上能夠減少單一材料引起的不足與劣勢。

4 結(jié)語

隨著人們生活質(zhì)量的提高和綠色環(huán)保意識的增強(qiáng)，抗菌紡織品的發(fā)展備受關(guān)注。經(jīng)無機(jī)納米材料整理的抗菌紡織品因其比表面積大、高度的穩(wěn)定性、廣譜高效的抗菌活性以及不易產(chǎn)生耐藥菌株的優(yōu)點成為目前的發(fā)展趨勢。盡管無機(jī)納米抗菌材料優(yōu)點眾多，但其缺陷也不可忽略：不易回收造成的資源浪費、可能對人體健康造成傷害的風(fēng)險、固液分離困難等，如何削弱這些局限性和提高抗菌劑的整理效果有待學(xué)者們深入研究。

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