無機納米材料在紡織品抗菌性能中的研究進展

陳思琪

摘要：無機納米材料具備良好的抗菌活性、耐久性以及不易產生耐藥性菌株等特性，因此被廣泛應用于抗菌紡織品中。本文具體介紹了無機納米材料的抗菌機理、整理方法以及發展中存在的問題，推動無機納米材料在抗菌紡織品應用中的研究。

關鍵詞：無機納米材料;紡織品;抗菌性能

引言

傳統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，與皮脂、角質、汗液等人體代謝產物及外界的污漬、灰塵等雜質混合后為各種病原微生物提供了適宜的繁衍環境。為滿足健康防護需求，人們在紡織品中添加抗菌劑即抗菌整理以抑制病原微生物的繁殖生長，但傳統抗菌劑殺菌效果不持久、難降解致污染環境、長期使用還會對人體產生毒副作用且易產生耐藥性。在近年的研究中人們發現無機納米材料具備良好的抗菌活性、耐久性以及不易產生耐藥性菌株等特性[1]而將其廣泛地應用于紡織品抗菌中。

1 無機納米材料及其抗菌機理

無機納米結構材料包括金屬（金、銀、銅、鎵、鋅等）、金屬氧化物（二氧化鈦、氧化鋅、氧化鎂等）納米粒子以及復合型無機納米材料，納米材料的基本性能（如比表面積、量子尺寸效應）和抗菌性能是其被廣泛關注的原因，隨著近年來對抗菌技術的研究，發現其應用于紡織品中的抗菌機理主要有金屬離子溶出抗菌機理、光催化殺菌機理和接觸型滅菌機理。但抗菌劑在實際應用中并非只是一種機理單獨作用，通常是多種機理共同作用，如納米銀和納米級二氧化鈦的抗菌功能是由三種機理共同作用的結果。

1.1 金屬離子溶出抗菌機理

金屬離子具有較強的氧化能力，可破壞細菌的代謝活動，抑制微生物的繁殖生長，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殺菌效果最好且應用最廣泛的納米抗菌材料。金屬離子能夠穿過細胞壁進入細胞內部，并與細胞中硫基迅速結合發生反應[2]，使大量的蛋白酶喪失活性，金屬離子還會攻擊細胞內的DNA，進而影響細胞的正常結構與代謝活動，使其無法正常分裂增殖而死亡。當菌體被殺滅后，金屬離子又能從死亡的菌體中解離出來并作用于其他菌體，實行新一輪的殺滅，直到全部細菌被殺死為止，因此這種抗菌作用具備一定的耐久性。

1.2 光催化殺菌機理

金屬氧化物的殺菌機理與光催化密切相關，金屬氧化物在光照條件下會與環境中的水和氧結合生成羥基自由基·OH-和超氧化物陰離子自由基·O2-，兩種自由基均具有較強的氧化活性，迅速與細菌體內的有機物（主要破壞脂類物質如細胞膜的結構）及分泌的毒素進行反應，破壞菌體細胞基本結構、遺傳代謝和細胞膜代謝的功能，從而起到徹底殺滅細菌的作用。在紫外光作用下產生的·OH氧化活性更強，特別是納米二氧化鈦[3]具有納米材料的基本特點：粒度小、比表面積大、更容易產生“表面效應”，在紫外光的作用下形成帶負電荷的光生電子（e）和帶正電荷的電子孔穴（h+），一方面這兩種粒子與細胞膜或細胞內組分反應而導致細胞死亡，另一方面兩種粒子與環境中的水或空氣發生氧反應導致細胞死亡，見反應式①～⑧。

1.3接觸型滅菌機理

微生物細胞膜通常帶負電荷，當帶正電荷的抗菌成分接觸到微生物細胞膜時，由于庫倫力的作用使得兩者相互吸附，有效的利用電荷轉移來擊穿細胞膜，影響細胞膜的結構和通透性，阻斷細胞膜上的電子傳遞[4]，而使微生物無法生長代謝和繁殖甚至死亡，在此過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揮抗菌作用主要通過纖維改性法、后整理法來實現，通過這兩種方法整理后就能夠達到較好的抗菌效果。（1）纖維改性法是通過高分子結構改性和共混改性的方法將化學纖維和抗菌劑混合紡織得到抗菌纖維的過程。由于抗菌劑在紡織品表面和內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工藝和技術難度高，導致成品率低，不利于大批生產。（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）將抗菌整理劑固結在纖維或織物上而獲得抗菌性能，因為抗菌劑只在紡織品表面整理，所以工藝較前述方法簡單，成本較低，發展也較為成熟，但是經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合涂料，這種涂料必須滿足兩個條件：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存在的問題

無機納米材料在紡織品抗菌性能中的應用尚未成熟，目前主要存在有四個方面的問題：（1）納米材料的分散性以及抗菌活性的可持續性，無機納米抗菌材料擁有較大的比表面積，因此導致其具有高反應活性，然而納米材料在水中可能發生聚集從而大大削弱反應活性，同時經多次洗滌后其抗菌效果也會大大降低。（2）分散性良好的納米材料在懸浮液中以極細微的顆粒形式存在，在懸浮液中應用納米材料需要一種有效的分離過程（如膜過濾）來保留和回收納米材料。回收納米材料不僅能夠降低成本，更重要的是減少其對人類和環境的潛在影響。（3）納米材料是否具有毒性還沒有得到詳細的數據來證實，但有許多研究人員已經發現了它們可能存在的毒性作用，其可能對人體細胞和組織有毒性，引起氧化應激反應，干擾酶活性，造成細胞的細胞膜和遺傳物質損傷，導致細胞死亡。（4）單一的無機納米抗菌材料存在著不少的缺點，而無機復合材料[5 6]在一定程度上能夠減少單一材料引起的不足與劣勢。

4 結語

隨著人們生活質量的提高和綠色環保意識的增強，抗菌紡織品的發展備受關注。經無機納米材料整理的抗菌紡織品因其比表面積大、高度的穩定性、廣譜高效的抗菌活性以及不易產生耐藥菌株的優點成為目前的發展趨勢。盡管無機納米抗菌材料優點眾多，但其缺陷也不可忽略：不易回收造成的資源浪費、可能對人體健康造成傷害的風險、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者們深入研究。

參考文獻

[1]陳美婉， 彭新生， 吳琳娜等.納米銀抗菌劑的研究和應用[J].中國消毒學雜志， 2009， 26 （4） ：424～426.

[2]秦偉庭， 沈勇， 王黎明， 等.納米材料在紡織品多功能后整理中的應用[J].上海工程技術大學學報， 2003， 17 （3） ：221-224.

[3]張正君.納米二氧化鈦用于織物的抗菌整理[D].天津：天津工業大學，2008.

[4]陳茹.納米銀復合物的制備及其抗菌機制研究[D].鎮江：江蘇大學，2016.

[5]鞠劍峰.納米V 2 O 5/TiO 2-SiO 2復合材料的抗菌性能[J].精細化工， 2006， 23 （11） ：1048-1055.

[6]李俠.稀土鈰摻雜納米氧化鋅抗菌聚乙烯的性能研究[J].塑料工業， 2006， 34 （8） ：60-63.

廣州檢驗檢測認證集團有限公司