纳米抗菌纺织品的研究进展

田艳红，王建坤

(1.天津工业大学，天津 300387；2.先进纺织复合材料教育部重点试验室，天津 300387)

纳米抗菌纺织品的研究进展

田艳红1,2，王建坤1,2

(1.天津工业大学，天津 300387；2.先进纺织复合材料教育部重点试验室，天津 300387)

文章简要介绍了纳米抗菌纺织品的制备、特性，综述了纳米抗菌纺织品的分类以及各类别的研究进展，并探讨了纳米抗菌纺织品的发展前景。

纳米抗菌；纺织品；纳米材料

1　抗菌纺织品的研究现状

目前抗菌纺织品的生产主要有两种方法：一种是纺丝法，即在纺丝过程中加入抗菌物质(纳米抗菌剂或者抗菌纤维)喷丝形成纤维，由纤维制成相应的抗菌纱线和织物。利用此种方法形成的抗菌织物耐洗、抗菌持久，此种方法深受国内外的研究人员青睐[1]；另外一种方法是后整理的方法，即将抗菌整理剂通过印花、浸渍、浸轧等方法将抗菌物质整理(化学接枝或物理附着)到织物上。这样的后整理通常耐洗性较差，且织物原有的物化性能容易被改变。所以，利用纳米技术生产纳米抗菌纺织品是当前纳米技术在医疗领域一项重要的应用。

2　纳米抗菌材料

2.1纳米抗菌材料的分类

所谓纳米材料，三维空间至少有一维处于纳米尺度范围(1～100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。按照纳米抗菌材料的维数可以分为纳米抗菌颗粒(零维)、纳米抗菌纤维(一维)、纳米抗菌薄膜、敷料、织物(二维)、纳米抗菌块(三维)。

2.2纳米抗菌材料的特性

纳米粒子表面效应宏观表现为比表面积，较大的比表面积，粒子的表面能也就高，使得附着表面的原子活性高，以此来可发挥抗菌作用[2]，同时纳米粒子的不稳定影响其耐久性；纳米粒子的尺寸效应容易使纳米粒子聚集(物理聚集非化学接枝)，进而影响抗菌效果的均匀性，使得经抗菌整理的织物，部分抗菌性能强，部分抗菌性能弱。

2.3纳米抗菌材料的制备

一般纳米抗菌材料本质上真正发挥抗菌作用的是纳米抗菌粒子和纳米胶囊。纳米抗菌粒子的制备多种多样，方法有：激光消融法、激光蒸凝法[3]、化学液相沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、辐射(微波、γ射线)化学合成等方法。各纳米颗粒的制备要结合自身的物化性能选则制备方法。另外还有一种新兴的生物制备法即(主要有两大体系)：一类是利用微生物的生物活性或细胞表面有机官能团的物理化学作用还原金属离子;另一类是利用天然材料本身含有的还原性物质还原金属离子[4]。

3　纺织品的纳米抗菌机理

据现有的相关资料，阐述纳米纺织品抗菌机理的解释主要有四种：第一种，金属离子溶出抗菌。经整理的纺织品含有金属离子与附着其上的微生物的蛋白酶发生化学方应，破坏微生物细胞的新陈代谢，从而杀死细菌。第二种，光催化杀菌机理(活性氧抗菌机理)，利用自由基的强氧化性阻碍生物细胞的增值，从而杀死细菌。第三种，接触性杀菌，带正电的金属阳离子能与带负电的细菌互相吸引，破坏细胞的稳定。第四种[5]，新型空穴抗菌机理，即纳米材料具有的空穴与环境中的水或氧作用，产生抑菌因子，抑菌因子的强氧化性，能够破坏微生物细胞的增殖，最终起到抑制或杀灭细菌的作用。

4　纳米抗菌纺织品

4.1纳米抗菌粒子

纳米抗菌剂种类繁多，大致可分为有机与无机抗菌剂。无机抗菌剂主要指金属离子与相应的金属氧化物。有机抗菌剂按其来源分为天然和人工合成抗菌剂两大类。

4.1.1无机纳米抗菌粒子

无机纳米抗菌剂主要分类如表1所示，且各粒子间可以复合一起发挥抗菌作用。

表1　无机纳米抗菌剂

二氧化钛抗菌粒子具有很好的环保性能且应用范围较广。二氧化钛可以与多种粒子复合如：二氧化钛/壳聚糖、铂/二氧化钛、银/二氧化钛、二氧化硅/二氧化钛、CNT/TiO2等。其中银与二氧化钛的复合使材料具有高效的抗菌性[6]。其复合模拟图如图1所示[7-8]。银也能与多种粒子复合或反应制得新的抗菌剂，例如：AgCl[9]、Ag/PVP、Ag/SiO2[10]等；与银相比氧化锌具有成本低，而且降低氧化锌粒子的比表面积，在光照的条件下，与一般条件下相比其抗菌的性能会被提高[11]。铜元素的抗菌性能比银低，铜元素常常与其它抗菌材料混合使用；CNT是通过破坏细菌的细胞膜发挥抗菌作用，其CNT-Fe/CO，CNT-CO，CNT-SnO，CNT-SiO2，CNT-ZnO，CNT-SnO2，CNT-SiC等的抗菌性能正处在研究之中。对于金元素，研究证明金/药物混合能提高药物的抗菌性[12]。在细胞代谢的过程中，镓离子能够误导细胞识别将镓离子当成三价铁离子，干扰细胞的代谢进而达到杀死细菌的目的[13]。

4.1.2有机纳米抗菌粒子

图1　二氧化钛与银复合

4.1.3有机与无机的复合作用抗菌

最典型的有机与无机复合的抗菌材料为纳米微胶囊。纳米抗菌胶囊是由有机物作为胶囊的壳，其抗菌作用的无机氧化物或者金属离子置于胶囊内。

4.2抗菌纳米纤维

抗菌纳米纤维既可以通过传统的纺丝方法(纤维劈裂、熔融)获得，又可以静电纺丝的方法获得。静电纺丝是近年兴起的一种简单又有效的纺纳米纤维的方法。但是由于其纺丝液中的纳米颗粒，使得静电纺丝具有可纺性差、抗菌剂易流失、抗菌效率低、所纺纤维力学性能差等缺点[15]。

4.3抗菌织物

抗菌织物按照织物的加工工艺可分为针织、机织、非织造(敷料、卫生巾)。非织造常采用静电纺丝方法获得抗菌性能，前两种常采用后整理的方法拥有抗菌的效果。其中，对于抗菌性要求高，手感要求不高的纺织品，可采用涂层整理法，从而使纳米浆料在织物表面形成柔软的功能性涂层[16]。

5　纳米抗菌纺织品的展望

纳米材料在生物与医学纺织品具有很大的应用前景。通过对一些动物的实验证明，一些纳米材料对于皮肤是无伤害的[17]。在享受它给人们带来的效益同时，我们也要思考一些不利影响。08年就有30个来自不同国家的科学家对纳米材料被吸入的副作用进行研究[18]。多年来被吸入人体的CNT已经被证明是有毒的。银和二氧化钛被人体吸收后有促进发炎的作用，此外二氧化钛还能使人有过敏反应[19]。因此，在研究纳米材料的同时，要注重多学科的交叉，取长补短综合考虑。

6　结论

随着人们的生活水平的不断提高，人们穿着使用的纺织品要求抗菌整理的意识也逐渐上升。纳米抗菌技术的应用也会随之增加，这就要求相关研究人员要不断地开发完善纳米技术，同时也要保障技术的应用对人体无危害。

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ResearchProgressofNano-antibacterialTextiles

Tian Yanhong1，2， Wang Jiankun1，2

(1.TianjinPolytechnicUniversity，Tianjin300387，China;2.MinistryofEducationKeyLaboratoryofAdvancedTextileCompositeMaterials,Tianjin300387,China)

Thecharacteristicsandpreparationofnano-antribacterialtextilesweredescribed.Theclassificationandresearchprogressofnano-antibacterialtextilesweresummarized.Thedevelopmentpropectwereexploredaswell.

nano-antibacteria;textiles;nano-materials

2014-12-11

国家级大学生创新创业训练项目(201210058038)

田艳红(1987—)，女，河北保定人，硕士研究生。

TS195.6

A

1009-3028(2015)02-0041-03