无机纳米材料在纺织品抗菌性能中的研究进展

陈思琪

摘要：无机纳米材料具备良好的抗菌活性、耐久性以及不易产生耐药性菌株等特性，因此被广泛应用于抗菌纺织品中。本文具体介绍了无机纳米材料的抗菌机理、整理方法以及发展中存在的问题，推动无机纳米材料在抗菌纺织品应用中的研究。

关键词：无机纳米材料;纺织品;抗菌性能

引言

传统的纺织品具有极佳的人体亲和性和亲水性，易吸附各种气体、液体与固体杂质，与皮脂、角质、汗液等人体代谢产物及外界的污渍、灰尘等杂质混合后为各种病原微生物提供了适宜的繁衍环境。为满足健康防护需求，人们在纺织品中添加抗菌剂即抗菌整理以抑制病原微生物的繁殖生长，但传统抗菌剂杀菌效果不持久、难降解致污染环境、长期使用还会对人体产生毒副作用且易产生耐药性。在近年的研究中人们发现无机纳米材料具备良好的抗菌活性、耐久性以及不易产生耐药性菌株等特性[1]而将其广泛地应用于纺织品抗菌中。

1 无机纳米材料及其抗菌机理

无机纳米结构材料包括金属（金、银、铜、镓、锌等）、金属氧化物（二氧化钛、氧化锌、氧化镁等）纳米粒子以及复合型无机纳米材料，纳米材料的基本性能（如比表面积、量子尺寸效应）和抗菌性能是其被广泛关注的原因，随着近年来对抗菌技术的研究，发现其应用于纺织品中的抗菌机理主要有金属离子溶出抗菌机理、光催化杀菌机理和接触型灭菌机理。但抗菌剂在实际应用中并非只是一种机理单独作用，通常是多种机理共同作用，如纳米银和纳米级二氧化钛的抗菌功能是由三种机理共同作用的结果。

1.1 金属离子溶出抗菌机理

金属离子具有较强的氧化能力，可破坏细菌的代谢活动，抑制微生物的繁殖生长，因此能够起到杀菌的功效，其中纳米银是目前在安全使用范围内杀菌效果最好且应用最广泛的纳米抗菌材料。金属离子能够穿过细胞壁进入细胞内部，并与细胞中硫基迅速结合发生反应[2]，使大量的蛋白酶丧失活性，金属离子还会攻击细胞内的DNA，进而影响细胞的正常结构与代谢活动，使其无法正常分裂增殖而死亡。当菌体被杀灭后，金属离子又能从死亡的菌体中解离出来并作用于其他菌体，实行新一轮的杀灭，直到全部细菌被杀死为止，因此这种抗菌作用具备一定的耐久性。

1.2 光催化杀菌机理

金属氧化物的杀菌机理与光催化密切相关，金属氧化物在光照条件下会与环境中的水和氧结合生成羟基自由基·OH-和超氧化物阴离子自由基·O2-，两种自由基均具有较强的氧化活性，迅速与细菌体内的有机物（主要破坏脂类物质如细胞膜的结构）及分泌的毒素进行反应，破坏菌体细胞基本结构、遗传代谢和细胞膜代谢的功能，从而起到彻底杀灭细菌的作用。在紫外光作用下产生的·OH氧化活性更强，特别是纳米二氧化钛[3]具有纳米材料的基本特点：粒度小、比表面积大、更容易产生“表面效应”，在紫外光的作用下形成带负电荷的光生电子（e）和带正电荷的电子孔穴（h+），一方面这两种粒子与细胞膜或细胞内组分反应而导致细胞死亡，另一方面两种粒子与环境中的水或空气发生氧反应导致细胞死亡，见反应式①～⑧。

1.3接触型灭菌机理

微生物细胞膜通常带负电荷，当带正电荷的抗菌成分接触到微生物细胞膜时，由于库伦力的作用使得两者相互吸附，有效的利用电荷转移来击穿细胞膜，影响细胞膜的结构和通透性，阻断细胞膜上的电子传递[4]，而使微生物无法生长代谢和繁殖甚至死亡，在此过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

抗菌剂在纺织品表面发挥抗菌作用主要通过纤维改性法、后整理法来实现，通过这两种方法整理后就能够达到较好的抗菌效果。（1）纤维改性法是通过高分子结构改性和共混改性的方法将化学纤维和抗菌剂混合纺织得到抗菌纤维的过程。由于抗菌剂在纺织品表面和内部都分散得较为均匀，获得的抗菌性能也较为好，并且抗菌效果具有较好的耐久性。但是这种方法的生产工艺和技术难度高，导致成品率低，不利于大批生产。（2）后整理法是在纺织品表面利用不同的方法（浸轧法、接枝法、表面涂层法、微胶囊法等）将抗菌整理剂固结在纤维或织物上而获得抗菌性能，因为抗菌剂只在纺织品表面整理，所以工艺较前述方法简单，成本较低，发展也较为成熟，但是经如此处理的纺织品并不具备耐久性。较为特殊的纳米涂料又称纳米复合涂料，这种涂料必须满足两个条件：一是至少有一种材料的尺度在1～100nm之间，二是纳米相使涂料性能得到显著提高或增加了新功能。

3存在的问题

无机纳米材料在纺织品抗菌性能中的应用尚未成熟，目前主要存在有四个方面的问题：（1）纳米材料的分散性以及抗菌活性的可持续性，无机纳米抗菌材料拥有较大的比表面积，因此导致其具有高反应活性，然而纳米材料在水中可能发生聚集从而大大削弱反应活性，同时经多次洗涤后其抗菌效果也会大大降低。（2）分散性良好的纳米材料在悬浮液中以极细微的颗粒形式存在，在悬浮液中应用纳米材料需要一种有效的分离过程（如膜过滤）来保留和回收纳米材料。回收纳米材料不仅能够降低成本，更重要的是减少其对人类和环境的潜在影响。（3）纳米材料是否具有毒性还没有得到详细的数据来证实，但有许多研究人员已经发现了它们可能存在的毒性作用，其可能对人体细胞和组织有毒性，引起氧化应激反应，干扰酶活性，造成细胞的细胞膜和遗传物质损伤，导致细胞死亡。（4）单一的无机纳米抗菌材料存在着不少的缺点，而无机复合材料[5 6]在一定程度上能够减少单一材料引起的不足与劣势。

4 结语

随着人们生活质量的提高和绿色环保意识的增强，抗菌纺织品的发展备受关注。经无机纳米材料整理的抗菌纺织品因其比表面积大、高度的稳定性、广谱高效的抗菌活性以及不易产生耐药菌株的优点成为目前的发展趋势。尽管无机纳米抗菌材料优点众多，但其缺陷也不可忽略：不易回收造成的资源浪费、可能对人体健康造成伤害的风险、固液分离困难等，如何削弱这些局限性和提高抗菌剂的整理效果有待学者们深入研究。

参考文献

[1]陈美婉， 彭新生， 吴琳娜等.纳米银抗菌剂的研究和应用[J].中国消毒学杂志， 2009， 26 （4） ：424～426.

[2]秦伟庭， 沈勇， 王黎明， 等.纳米材料在纺织品多功能后整理中的應用[J].上海工程技术大学学报， 2003， 17 （3） ：221-224.

[3]张正君.纳米二氧化钛用于织物的抗菌整理[D].天津：天津工业大学，2008.

[4]陈茹.纳米银复合物的制备及其抗菌机制研究[D].镇江：江苏大学，2016.

[5]鞠剑峰.纳米V 2 O 5/TiO 2-SiO 2复合材料的抗菌性能[J].精细化工， 2006， 23 （11） ：1048-1055.

[6]李侠.稀土铈掺杂纳米氧化锌抗菌聚乙烯的性能研究[J].塑料工业， 2006， 34 （8） ：60-63.

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