纳米产品及其抗菌原理

纳米产品及其抗菌原理
一、纳米材料基本知识
“纳米”是一种长度单位，1纳米为十亿分之一米。

通常我们把材料超细化到纳米级（1~100nm）的技术称之为纳米技术。

纳米材料具有尺寸小、比表面积大等特点，将其进行表面改性后就成为纳米功能材料。

功能材料是21世纪材料的发展方向，我国在纳米技术、尤其是应用领域的研究开发，与美、日、德等国家齐头并进。

随着人们物质生活水平的提高，人们对生活质量、健康环保的要求与日俱增，因此以纳米材料为代表的新型材料逐渐成为人们关注的热点，负离子空气净化、与人接触的物品用具的抗菌、防霉、自洁、食品保鲜、生物保暖、各种室外材料的防紫外、抗老化、抗辐射以及材料的抗静电都将成为人们生活中必不可少的需求。

二、纳米银系抗菌原理、安全性及功能
无机纳米银系抗菌剂的抗菌原理主要是银离子与细菌接触后，Ag+与细菌体蛋白酶上的巯基（-SH）结合在一起，使蛋白酶丧失活性，造成细胞固有成分被破坏产生功能障碍而死亡。

反应如下：
在整个过程中， Ag+基本不损耗，这也决定了无机纳米银系抗菌剂的长效性。

无机纳米银系抗菌剂的经口毒性非常低，安全性能极高。

国际上部分无机银系抗菌剂已被美国FDA认可为天然抗生剂。

经医学部门和临床验证，无机银系抗菌适用的范围很广，如：感冒、咳嗽、扁桃腺炎、口臭、脚气、青春痘、盲肠炎、糖尿病、枯草热（有害于眼、鼻、口腔的过敏性疾病）、皮肤结核、淋巴腺炎、髓膜炎、寄生虫感染、肺炎、风湿症、白癣、猩红热、口腔败血症、疱疹、皮肤癌、葡萄球菌感染、连锁球菌感染、梅毒、所有病毒性疾病、胃溃疡、甲状腺炎、结膜炎、脑膜炎、肋膜炎、干癣、膀胱炎、白血病、皮肤炎、消化不良、艾滋病、前列腺炎以及擦伤等。

三、关于负离子
空气负离子被喻为空气维生素或生长素，是人类提神醒脑的保健空气。

经过仪器测量发现，茂密的森林、海滩和充满活力的喷泉边，负离子的浓度较高，可以感到空气十分新鲜。

然而在城市居室、办公室、宾馆、饭店、医院等室内的负离子含量较少，空气显得浑浊。

所以，负离子对人体的健康、对人体保持精力充沛具有极大的作用。

自英国学者威尔逊与法国学者埃尔斯特和格特尔证实空气负离子的存在后，人们对空气负离子的研究经历了近百年的发展，现在已经进入应用阶段。

（一）负离子粉的作用原理
负离子粉含有多种元素，如Si、Mg、Fe、Al、K、Na，负离子粉产生微量的放射线，微量的放射线有刺激生长、延长寿命的功效。

负离子粉产生的放射量为一年1mSv以下，对人体无任何伤害。

放射线使大气成份中含有的电子e-放出，放出的电子e-与CO2、H2O反应，从而产生负离子。

H2O +e-→O2(H2O)n
CO2+e-→CO4-(H2O)n
CO4-(H2O)n+H2→O2-(H2O)2+CO2
水分子经放射线照射后电离，产生游离基˙OH，它与生物体中的有机化合物有极强的反应性。

特别与氨化合物发生分解反应达到消臭的目的，此外，˙OH还具有抗菌、杀菌及防虫的作用。

（二）负离子的功能
1.负离子产生的负氧离子具有较高的活性，有很强的吸附和氧化还原作用，能破坏细菌的细胞膜或细胞原生质活性酶的活性，从而达到抗菌杀菌的作用
2.消除室内异味和各种有害气体，消除在室内装修过程中使用的装潢材料挥发出来的苯、甲苯、甲醛、酮、氡等刺激性气体以及日常生活中剩菜剩饭酸臭味、香烟等对人身有害的异味。

例：能把甲苯氧化成苯甲醇，而苯甲醇是一种无毒害的香料。

3.据医学资料表明：负离子可使大脑皮层功能及脑力活动加强，提高工作效益，改善睡眠，加强脑组织吸氧能力，获得更多氧。

扩张血管，消除动脉血管痉挛，改善心脏功能，改善心肌营养。

提高人的肺活量，延长凝血时间，血含氧量增加，提高肌体免疫系统的免疫功能。

4.即使在现场施工的工人也会感觉它的好处：没有刺激、没有喉
咙疼痛等现象。

（三）负离子的气象指数
大气中负离子个数和人体健康的关系：
标准：按每立方厘米负离子个数划分
1级：每立方厘米负离子个数小于600 不利；
2级每立方厘米负离子个数600～900 正常
3级每立方厘米负离子个数900～1200 较有利；
4级每立方厘米负离子个数1200～1500 有利；
5级每立方厘米负离子个数1500～1800 相当有利；
6级每立方厘米负离子个数1800～2100 很有利；
7级每立方厘米负离子个数大于2100 极有利。

（四）负离子粉的超细化技术
将电气石超细化后，通过高新技术的制备方法和特殊的表面处理工艺，将其制备成具有产生负离子功效的超细多功能添加剂，广泛应用到涂料、织物等领域。

四、抗菌机理
（一）无机纳米抗菌剂的优点：
✧广谱抗菌性—几乎对所有菌种都有很强的杀灭能力
✧安全无毒—Ag+进入人体可以及时排出，不会造成蓄积
✧耐久性—慢溶出性抗菌机理，使活性组份几乎不会造成损失
✧不产生抗药性—无机抗菌剂的作用与药物、有机抗菌剂不同，细
菌不会产生免疫功能
✧耐热性—不受溶剂和325℃以上的加工温度影响，工艺适合性强✧加工性—纳米粒子易与各种基料相混炼，适用于多种体系
（二）Ag+含量测定和安全性评价
在日本，有关饮用水中，银离子浓度方面没有规定。

在美国，环境保护部门规定饮用水中银离子含量须在50ppb以下。

在我国饮用水中银含量美国相同，这一规定是根据摄入银时使皮肤或黏膜变青灰计算的。

一般对成人而言，肝脏中银的含量超过1克的话，就会发生“青灰”病症。

而饮用50ppb的水连续27年，银累积量不会超过1克。

（2.2L/ day。

且完全沉积在体内）在老鼠身上对含银抗菌剂的亚急毒性进行了试验，测定出了最大的无毒范围。

对1000只老鼠进行慢性毒性/癌变性试验，在实验中，将饵料与含银剂混合在一起，两年内连续喂养，经过0.5年、1年、1.5年、2年的时间后，对其进行解剖和组织检查，结果如下：
1、算出银安全量为每天0.003克/Kg体重。

2、肿瘤性变化的各种试验发现率一般；没有发现致癌的因素。

3、血清蛋白无大变化。

据GB/T17219-1998生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准要求及有关测试方法对本公司不同系列的抗菌粉制得的PE 塑料管进行浸泡取样并测试Ag+含量，结果Ag+含量均小于0.005mg/l，LD50实验符合国标要求。

（三）无机纳米抗菌剂的抗菌机理
1、在可见光的照射下，Ag+可使空气中的O2受到催化作用产生超氧化物，使H2O转化成H2O2，极强的氧化性能够快速分解有机物，起到杀菌的作用。

2、Ag+由于其氧化还原电位较高，极易被还原，极易与有机物中的硫醇基、羧基、苯酚性水酸基、磺基等发生反应，特别是硫醇基、羧基，使蛋白酶丧失活性，导致细菌死亡，在这过程中间Ag+基本不损耗。

3、Ag+可与细胞膜及膜蛋白结合，使立体结构受损（变性作用），在短时间内降低细胞机能；而且，金属离子与细胞内部的接触将妨碍细胞电子传导的酶以及破坏DNA的复制。

4、Ag+可改变膜的通透性，使细胞破裂。

5、Ag+是以银难溶盐形式存在，Ag+具有缓慢释放作用，使得抗菌具有长效性。

（四）检测记录
测试数据表明：
1、即使极低的Ag+浓度，经过较长期的接触也可以杀灭细菌或至少抑制细菌的生长。

2、由于Ag+透过细胞壁向内扩散时，要通过短时期的接触杀灭细菌，就要求相当高的Ag+浓度，以提高浓度扩散动力，加快渗透速度。

✧抗菌测试标准
中华人民共和国卫生部《消毒技术规范》第三版
GB15979-1995 一次性使用卫生用品卫生标准
✧抗菌涂料的测试方法
抑菌环试验法
振荡烧瓶试验法
覆膜试验法
（五）无机纳米抗菌剂的功能
无机纳米银系抗菌剂的经口毒性非常低，安全性能极高。

国际上部分无机银系抗菌剂已被美国FDA认可为天然抗生剂。

经医学部门和临床验证，无机银系抗菌剂适用的范围很广，如：感冒、咳嗽、扁桃腺炎、口臭、脚气、青春痘、盲肠炎、糖尿病、枯草热（有害于眼、鼻、口腔的过敏性疾病）、皮肤结核、淋巴腺炎、髓膜炎、寄生虫感染、肺炎、风湿症、白癣、猩红热、口腔败血症、疱症、皮肤癌、葡萄球菌感染、连锁球菌感染、梅毒、所有病毒性疾病、胃溃疡、甲状腺炎、结膜炎、脑膜炎、肋膜炎、干癣、膀胱炎、白血病、皮肤炎、消化不良、艾滋病、前列腺炎以及擦伤等。