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无机抗菌剂详细说明和原理
访问数:21       最后更新: 19-07-10 15:04:10       打印
无机抗菌剂详细说明和原理


        无机抗菌剂具有安全性高、耐热性好、无挥发、不产生耐药性和抗菌失效等特点,适合添加到需要较高加工温度的材料中发挥抗菌活性。根据杀菌机理的不同,无机抗菌剂又可分为金属型和光催化型两大类。
金属型无机抗菌剂(科普茵KP-J151)
        金属型无机抗菌剂是将银、铜、锌等金属或其离子担载于沸石、硅胶等多孔材料的一类抗菌剂。其杀菌机理是:当微量金属离子接触到微生物的细胞膜时,因细胞膜带负电荷而与金属离子发生库仑吸引,两者牢固结合,导致金属离子穿透细胞膜,进入微生物内,与微生物体内蛋白质上的巯基发生作用,使蛋白质凝固,破坏微生物合成酶的活性,并干扰微生物DNA的合成,造成微生物丧失分裂繁殖能力而死亡。由于这些金属离子有着与细菌或霉菌的活性霉中心强有力的结合能力而具有抗菌的能力。在这些金属离子当中,银的抗菌能力最好,而且银的杀菌作用与它的价态有关,一般来说正三价的银离子抗菌能力最强,正一价银离子抗菌能力最弱。银的化学结构决定了它具有很好的抗菌能力,在一定波长光的照射下,银能起到催化活性中心的作用,可以使周围空间产生原子氧,而原子氧可杀菌,银离子可强烈地吸引细菌肌体中的巯基,破坏细胞合成霉的活性,细菌就会被杀死,并且银离子能从死菌体中游离出来,继续与其他细菌接触,进行杀菌,重复进行上述过程,循环利用,所以它具有持久性。
人们经过研究发现,含有单一金属离子的抗菌剂达到理想抗菌效果时,所需添加量较大,重金属离子的含量较高,并且含银离子的抗菌剂容易被氧化变色,影响产品的外观。因此,近年来在多孔介质上负载两种或两种以上的金属离子制备出的多组分无机抗菌剂越来越受到人们的青睐。俞波等以13X沸石为载体,利用复合离子交换的方法制备了多组分无机抗菌剂,研究发现,多种抗菌离子间具有协同的抑菌作用和广谱抑菌性,其相对抗菌强度优于阳性对照AGZ-330,且成本较低。

光催化型无机抗菌剂(科普茵KP-J67)
        光催化型无机抗菌剂是一类能被光子激活的半导体氧化物,品种主要有锐钛型TiO2、ZnO以及SiO2等,它们大都属于宽禁带的n型半导体氧化物。半导体的能带结构通常由一个充满电子的低能价带(VB)和一个空的高能导带(CB)构成。价带和导带之间存在禁带。当以能量大于或者等于半导体带隙能的光波辐射此半导体时,处于价带的电子(e-)就会被激发到导带上,价带生成的空穴(h+),从而在半导体表面产生具有高度活性的空穴电子对。光催化型无机抗菌剂的机理以TiO2的抗菌机理为例进行说明。
TiO2的氧化活性高,对人体无害,光照后能够在短时间内杀死与其接触的细菌。二氧化钛的价带宽为3.2eV,它吸收波长小于387.5nm的近紫外光波后,价带中的电子就会被发送到导带,形成带负电荷的高活性电子,同时在价电上也产生带有正电荷的空穴。在电场作用下,电子一空穴对发生分离而迁移到二氧化钛表面上的不同位置,分布在二氧化钛表面的空穴与吸附在表面的OH、H2O氧化成·OH自由基。而高活性电子则具有强的还原能力,可将二氧化钛表面的氧还原成O2,也可将水中的金属离子还原。OH自由基的氧化能力最强可不加选择性地使有机物全部氧化降解,包括透细胞膜,破坏膜结构使细菌和病毒分解,又能降解细胞产生的毒素,这是一般的抗菌剂没有的功能。由于二氧化钛可作用于所有的有机物中,因此其抗菌谱比金属离子的抗菌谱更广
        目前,二氧化钛光催化抗菌剂的研究主要集中在如何提高材料的光催化活性,如制备二氧化钛纳米粉体和薄膜,一方面使材料的禁带变宽,电子/空穴具有更高的氧化还原电位,另一方面增大材料表面积,使表面产生更多的活性自由基及活性氧,提高材料的光催化活性。此外,还可通过无机物包覆、有机物改性及表面贵金属沉积等对二氧化钛进行表面修饰,以提高其分散性、化学稳定性和光催化效能。