陳思琪

摘要：無(wú)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(wú)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(wèn)題，推動(dòng)無(wú)機(jī)納米材料在抗菌紡織品應(yīng)用中的研究。

關(guān)鍵詞：無(wú)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?cè)诩徔椘分刑砑涌咕鷦┘纯咕硪砸种撇≡⑸锏姆敝成L(zhǎng)，但傳統(tǒng)抗菌劑殺菌效果不持久、難降解致污染環(huán)境、長(zhǎng)期使用還會(huì)對(duì)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(wú)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(wú)機(jī)納米材料及其抗菌機(jī)理

無(wú)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(wú)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(lái)對(duì)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(shí)際應(yīng)用中并非只是一種機(jī)理單獨(dú)作用，通常是多種機(jī)理共同作用，如納米銀和納米級(jí)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(dòng)，抑制微生物的繁殖生長(zhǎng)，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(guò)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(huì)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(dòng)，使其無(wú)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(lái)并作用于其他菌體，實(shí)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(huì)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(diǎn)：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(jiàn)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(shí)，由于庫(kù)倫力的作用使得兩者相互吸附，有效的利用電荷轉(zhuǎn)移來(lái)?yè)舸┘?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(wú)法生長(zhǎng)代謝和繁殖甚至死亡，在此過(guò)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(guò)纖維改性法、后整理法來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)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(guò)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(guò)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?yàn)榭咕鷦┲辉诩徔椘繁砻嬲?，所以工藝較前述方法簡(jiǎn)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(gè)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(wèn)題

無(wú)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(gè)方面的問(wèn)題：（1）納米材料的分散性以及抗菌活性的可持續(xù)性，無(wú)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(shí)經(jīng)多次洗滌后其抗菌效果也會(huì)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(guò)程（如膜過(guò)濾）來(lái)保留和回收納米材料?；厥占{米材料不僅能夠降低成本，更重要的是減少其對(duì)人類和環(huán)境的潛在影響。（3）納米材料是否具有毒性還沒(méi)有得到詳細(xì)的數(shù)據(jù)來(lái)證實(shí)，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(duì)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(wú)機(jī)納米抗菌材料存在著不少的缺點(diǎn)，而無(wú)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(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著人們生活質(zhì)量的提高和綠色環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，抗菌紡織品的發(fā)展備受關(guān)注。經(jīng)無(wú)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(diǎn)成為目前的發(fā)展趨勢(shì)。盡管無(wú)機(jī)納米抗菌材料優(yōu)點(diǎn)眾多，但其缺陷也不可忽略：不易回收造成的資源浪費(fèi)、可能對(duì)人體健康造成傷害的風(fēng)險(xiǎn)、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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