納米抗菌紡織品的研究進展

田艷紅，王建坤

(1.天津工業大學，天津 300387；2.先進紡織復合材料教育部重點試驗室，天津 300387)

納米抗菌紡織品的研究進展

田艷紅1,2，王建坤1,2

(1.天津工業大學，天津 300387；2.先進紡織復合材料教育部重點試驗室，天津 300387)

文章簡要介紹了納米抗菌紡織品的制備、特性，綜述了納米抗菌紡織品的分類以及各類別的研究進展，并探討了納米抗菌紡織品的發展前景。

納米抗菌；紡織品；納米材料

1　抗菌紡織品的研究現狀

目前抗菌紡織品的生產主要有兩種方法：一種是紡絲法，即在紡絲過程中加入抗菌物質(納米抗菌劑或者抗菌纖維)噴絲形成纖維，由纖維制成相應的抗菌紗線和織物。利用此種方法形成的抗菌織物耐洗、抗菌持久，此種方法深受國內外的研究人員青睞[1]；另外一種方法是后整理的方法，即將抗菌整理劑通過印花、浸漬、浸軋等方法將抗菌物質整理(化學接枝或物理附著)到織物上。這樣的后整理通常耐洗性較差，且織物原有的物化性能容易被改變。所以，利用納米技術生產納米抗菌紡織品是當前納米技術在醫療領域一項重要的應用。

2　納米抗菌材料

2.1納米抗菌材料的分類

所謂納米材料，三維空間至少有一維處于納米尺度范圍(1～100nm)或由它們作為基本單元構成的材料。按照納米抗菌材料的維數可以分為納米抗菌顆粒(零維)、納米抗菌纖維(一維)、納米抗菌薄膜、敷料、織物(二維)、納米抗菌塊(三維)。

2.2納米抗菌材料的特性

納米粒子表面效應宏觀表現為比表面積，較大的比表面積，粒子的表面能也就高，使得附著表面的原子活性高，以此來可發揮抗菌作用[2]，同時納米粒子的不穩定影響其耐久性；納米粒子的尺寸效應容易使納米粒子聚集(物理聚集非化學接枝)，進而影響抗菌效果的均勻性，使得經抗菌整理的織物，部分抗菌性能強，部分抗菌性能弱。

2.3納米抗菌材料的制備

一般納米抗菌材料本質上真正發揮抗菌作用的是納米抗菌粒子和納米膠囊。納米抗菌粒子的制備多種多樣，方法有：激光消融法、激光蒸凝法[3]、化學液相沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱法、輻射(微波、γ射線)化學合成等方法。各納米顆粒的制備要結合自身的物化性能選則制備方法。另外還有一種新興的生物制備法即(主要有兩大體系)：一類是利用微生物的生物活性或細胞表面有機官能團的物理化學作用還原金屬離子;另一類是利用天然材料本身含有的還原性物質還原金屬離子[4]。

3　紡織品的納米抗菌機理

據現有的相關資料，闡述納米紡織品抗菌機理的解釋主要有四種：第一種，金屬離子溶出抗菌。經整理的紡織品含有金屬離子與附著其上的微生物的蛋白酶發生化學方應，破壞微生物細胞的新陳代謝，從而殺死細菌。第二種，光催化殺菌機理(活性氧抗菌機理)，利用自由基的強氧化性阻礙生物細胞的增值，從而殺死細菌。第三種，接觸性殺菌，帶正電的金屬陽離子能與帶負電的細菌互相吸引，破壞細胞的穩定。第四種[5]，新型空穴抗菌機理，即納米材料具有的空穴與環境中的水或氧作用，產生抑菌因子，抑菌因子的強氧化性，能夠破壞微生物細胞的增殖，最終起到抑制或殺滅細菌的作用。

4　納米抗菌紡織品

4.1納米抗菌粒子

納米抗菌劑種類繁多，大致可分為有機與無機抗菌劑。無機抗菌劑主要指金屬離子與相應的金屬氧化物。有機抗菌劑按其來源分為天然和人工合成抗菌劑兩大類。

4.1.1無機納米抗菌粒子

無機納米抗菌劑主要分類如表1所示，且各粒子間可以復合一起發揮抗菌作用。

表1　無機納米抗菌劑

二氧化鈦抗菌粒子具有很好的環保性能且應用范圍較廣。二氧化鈦可以與多種粒子復合如：二氧化鈦/殼聚糖、鉑/二氧化鈦、銀/二氧化鈦、二氧化硅/二氧化鈦、CNT/TiO2等。其中銀與二氧化鈦的復合使材料具有高效的抗菌性[6]。其復合模擬圖如圖1所示[7-8]。銀也能與多種粒子復合或反應制得新的抗菌劑，例如：AgCl[9]、Ag/PVP、Ag/SiO2[10]等；與銀相比氧化鋅具有成本低，而且降低氧化鋅粒子的比表面積，在光照的條件下，與一般條件下相比其抗菌的性能會被提高[11]。銅元素的抗菌性能比銀低，銅元素常常與其它抗菌材料混合使用；CNT是通過破壞細菌的細胞膜發揮抗菌作用，其CNT-Fe/CO，CNT-CO，CNT-SnO，CNT-SiO2，CNT-ZnO，CNT-SnO2，CNT-SiC等的抗菌性能正處在研究之中。對于金元素，研究證明金/藥物混合能提高藥物的抗菌性[12]。在細胞代謝的過程中，鎵離子能夠誤導細胞識別將鎵離子當成三價鐵離子，干擾細胞的代謝進而達到殺死細菌的目的[13]。

4.1.2有機納米抗菌粒子

圖1　二氧化鈦與銀復合

4.1.3有機與無機的復合作用抗菌

最典型的有機與無機復合的抗菌材料為納米微膠囊。納米抗菌膠囊是由有機物作為膠囊的殼，其抗菌作用的無機氧化物或者金屬離子置于膠囊內。

4.2抗菌納米纖維

抗菌納米纖維既可以通過傳統的紡絲方法(纖維劈裂、熔融)獲得，又可以靜電紡絲的方法獲得。靜電紡絲是近年興起的一種簡單又有效的紡納米纖維的方法。但是由于其紡絲液中的納米顆粒，使得靜電紡絲具有可紡性差、抗菌劑易流失、抗菌效率低、所紡纖維力學性能差等缺點[15]。

4.3抗菌織物

抗菌織物按照織物的加工工藝可分為針織、機織、非織造(敷料、衛生巾)。非織造常采用靜電紡絲方法獲得抗菌性能，前兩種常采用后整理的方法擁有抗菌的效果。其中，對于抗菌性要求高，手感要求不高的紡織品，可采用涂層整理法，從而使納米漿料在織物表面形成柔軟的功能性涂層[16]。

5　納米抗菌紡織品的展望

納米材料在生物與醫學紡織品具有很大的應用前景。通過對一些動物的實驗證明，一些納米材料對于皮膚是無傷害的[17]。在享受它給人們帶來的效益同時，我們也要思考一些不利影響。08年就有30個來自不同國家的科學家對納米材料被吸入的副作用進行研究[18]。多年來被吸入人體的CNT已經被證明是有毒的。銀和二氧化鈦被人體吸收后有促進發炎的作用，此外二氧化鈦還能使人有過敏反應[19]。因此，在研究納米材料的同時，要注重多學科的交叉，取長補短綜合考慮。

6　結論

隨著人們的生活水平的不斷提高，人們穿著使用的紡織品要求抗菌整理的意識也逐漸上升。納米抗菌技術的應用也會隨之增加，這就要求相關研究人員要不斷地開發完善納米技術，同時也要保障技術的應用對人體無危害。

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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

國家級大學生創新創業訓練項目(201210058038)

田艷紅(1987—)，女，河北保定人，碩士研究生。

TS195.6

A

1009-3028(2015)02-0041-03