纳米材料的抗菌性能的研究进展
纳米银在抗菌领域的研究进展
消毒工艺是生活饮用水处理中的一项重要工艺,目标是灭活水中多种病原微生物,对于保障人类的安全和健康有着重要意义。
各个国家均对饮用水的抗菌消毒予以高度重视。
传统的氯化消毒工艺过程中,氯会与水中天然有机物反应生成三卤甲烷和非挥发性的卤代有机物等消毒副产物(DBPs)。
其他的化学消毒工艺如二氧化氯、臭氧消毒等,也可能会使水中生成氯酸盐、亚氯酸盐、溴酸盐等DBPs。
DBPs对人体具有致癌、致畸、致突变的“三致”作用,严重威胁人们健康。
因此,在消毒过程避免DBPs的生成是亟待解决的难题。
而作为一种新型的抗菌消毒材料,纳米银在抗菌方面的优越性,引起了众多学者的研究。
1.纳米材料简介纳米材料是指三维空间中至少一维的尺寸介于1~100 nm之间的材料。
由于尺寸处于纳米级别,纳米材料表现出一些特有的效应,如表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。
此外,纳米材料往往具有非常大的比表面积以及较高的化学活性。
这些性质有利于其抗菌能力的发挥。
常作为抗菌剂的纳米材料主要有两类:碳系纳米材料和纳米金属材料。
碳系纳米材料包括碳纳米管、氧化石墨烯等。
碳纳米材料对水中溶壁微球菌、变异链球菌、沙门氏菌属等均具有抗菌作用。
氧化石墨烯对于大肠杆菌具有很强的灭活能力。
纳米金属材料包括纳米银、纳米铁、纳米氧化锌等。
纳米金属材料由于特有的界面效应,其表面原子缺少临近的配位原子导致化学活性极强,也因此提高了对于细菌的亲和力,易于杀死细菌。
纳米铁即可在氧和无氧的条件下高效的灭活细菌。
纳米银作为最具前景的纳米金属材料之一,其抗菌方面的应用得到了越来越多的关注。
2.纳米银的抗菌研究2.1纳米银抗菌的优势在众多的纳米材料之中,纳米银(nAg)脱颖而出,被广泛研究主要得益于以下特性。
nAg的抗菌活性极高。
银的杀菌能力是锌的上千倍。
银离子对多种革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、霉菌等均有广谱、强烈的杀灭作用,这是其作为抗菌材料被研究的基础。
许多学者就nAg对细菌的抗菌性能进行了深入研究。
纳米酶在抗菌领域的应用研究进展
262024年1月上 第01期 总第421期科技创新驱动China Science & Technology Overview0引言近年来,一系列抗菌药物已被开发作为化学抗菌策略,如外用消毒剂、重金属离子/氧化物、季铵盐等。
尽管上述方法具备克服对细菌产生耐药性机理的优势,但碘化合物等系列的外用消毒剂存在一些不良反应。
例如,酸中毒、甲状腺功能亢进;重金属离子/氧化物具有广谱抗菌性,但可对特定种类的哺乳动物细胞形成毒性;季铵盐化合物具有高效的抗菌作用,但在长时间应用后也会形成耐药性。
纳米酶是指一种具有酶催化活性的纳米材料,当前已成为一种极具潜力的可替代抗菌剂,涵盖了碳材料、金属材料、金属氧化物或硫化物、金属配合物等,如血红素-石墨烯纳米片、金纳米粒子、磁性Fe 3O 4纳米粒子、金属有机骨架(MOFs)材料等。
金属与金属氧化物纳米粒子能够释放出抗菌的金属离子;抗菌组分修饰在MOFs 表面通过特定环境刺激可控释放抗菌药物直接与细菌作用。
具有类蛋白酶活力的纳米材料能够利用各种方式杀伤病菌,不同于市场常用的抗生素,纳米酶很难诱导病菌产生耐药性[1]。
目前,不同类型的酶样活性的数百种纳米材料已被开发应用于生物医学领域,例如免疫测定、生物传感器、抗菌剂以及体内临床诊断和治疗。
纳米酶不仅具备调控活性氧自由基的能力,还可以有效杀灭各种革兰氏阳性和阴性的病原细菌,及其顽固性细菌膜;具备较好的化学稳定性、生物相容性、可回收再利用等优势,在提高创伤愈合能力和环保抗污方面都有着巨大的应用前景[2]。
1纳米酶的分类2007年,阎锡蕴课题组最先发现Fe 3O 4纳米颗粒具有天然辣根过氧化物酶(HRP)的活性,可以催化底物与双氧水的反应。
随后研究人员发现还有一些纳米材料,比如富勒烯、金纳米颗粒、铁磁体纳米颗粒等也具有类天然酶的活性,这些具有天然酶活性的纳米材料被称为纳米酶。
按照催化底物的不同,现有的纳米酶可分为超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、氧化酶(OXD)等。
光热纳米材料在抗菌领域的研究进展
2021,40(2)河南大学学报(医学版)㊃147㊀㊃文章编号:1672-7606(2021)02-0147-05光热纳米材料在抗菌领域的研究进展杨莹莹,冯闪,马陇豫,孙梦瑶,张审,刘超群∗河南大学药学院,河南开封475004摘㊀要:细菌感染威胁着人类健康,特别是耐药菌导致的疾病,临床上的发病率和死亡率极高,如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是临床上最可怕的致病菌(超级细菌)之一,可导致败血症和急性心内膜炎㊂目前耐药菌的快速变异和新抗生素开发的严重滞后,迫切需要对新型抗菌剂的研究㊂具有光热效应的纳米材料将光能转化为热能,使局部温度升高,可破坏细菌细胞膜㊁导致蛋白质变性㊂因其独特的抗菌机制,产生耐药菌的可能性较小,可以作为抗生素的替代品㊂光热纳米材料分为三类,包括金属类㊁碳类和聚合物类纳米材料㊂本文对近几年来具有光热效应的抗菌纳米材料领域的研究进展进行综述,并讨论其特点及未来的发展方向㊂关键词:纳米材料;光热效应;抗菌活性;金属类纳米材料;碳类纳米材料;聚合物类纳米材料中图分类号:R318.08㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀收稿日期:2021⁃02⁃16㊀基金项目:河南省重点研发与推广专项(212102310231);河南省高等学校重点科研项目(21A430006);河南省青年科学基金(20230041006)㊀作者简介:杨莹莹(1997⁃),女,硕士研究生㊂研究方向:纳米材料的生物医学应用㊂㊀∗通信作者:刘超群(1989⁃),男,博士,讲师㊂研究方向:钠米材料的生物医学应用㊂ResearchprogressofphotothermalnanomaterialsinantibacterialYANGYingying FENGShan MALongyu SUNMengyao ZHANGShen LIUChaoqun∗SchoolofPharmacy HenanUniversity Kaifeng475004 ChinaAbstract Bacterialinfectionisthreateninghumanhealth especiallythediseasescausedbydrug⁃resistantbacteria withhighclinicalmorbidityandmortality.Forexample methicillinresistantstaphylococcusaureus MRSA isoneofthemostfearedpathogensintheclinical superbacteria whichcanleadtosepsisandacuteendocarditis.Atpresent therapidmutationofdrug⁃resistantbacteriaandtheseriouslaginthedevelopmentofnewantibioticsmakeiturgenttostudynewantimicrobialagents.Nanomaterialswithphotothermaleffectconvertlightenergyintoheat whichcanincreaselocaltemperature anddestroybacterialcellmembraneandcauseproteindenaturation.Becauseofitsuniqueantibacterialmechanism drug⁃resistantbacteriaarelesslikelytobeproducedandcanbeusedasasubstituteforantibiotics.Photothermallyenablednanomaterialsareclassifiedintothreegroups includingmetal⁃ carbon⁃ andpolymer⁃basednanomaterials.Inthisreview wesummarizetheresearchprogressofantibacterialnanomaterialswithphotothermaleffectinrecentyears anddiscusstheircharacteristicsandfuturedevelopmentdirection.Keywords nanomaterial photothermal antibacterialactivity metal⁃basednanomaterials carbon⁃basednanomaterials polymer⁃basednanomaterials㊀㊀目前,由细菌引起的感染性疾病,尤其是耐药菌,已成为全球性重大健康问题之一,引起了人们的广泛关注[1]㊂一项研究[2⁃3]表明,如果不能控制耐药菌感染,每年将导致1000多万患者死亡,损失高㊃148㊀㊃JournalofHenanUniversity(MedicalScience)2021,40(2)达100万亿美元㊂为解决细菌感染带来的危害,目前常用的抗菌方法,包括抗生素㊁重金属离子㊁抗菌肽和季铵盐化合物[4⁃5]㊂其中抗生素是一种有效的抗菌药物,在临床上有广泛的应用㊂但抗生素的滥用导致的细菌耐药,已成为当今医学领域和人类生存环境面临的一个严重问题[6]㊂金属离子长期以来被用作不同形式的杀菌化学品,并显示出抗广谱细菌的抗菌性能,但是,它们会对哺乳动物细胞产生毒性[7]㊂抗菌肽是一种新型高效抗菌药物,但是存在合成困难㊁纯化复杂㊁成本高等问题,限制了它们的广泛应用[8]㊂季铵类化合物具有高效㊁方便的抗菌作用,但长期使用后也会引起耐药性[9]㊂基于上述问题,利用纳米材料及其复合材料的光处理方法是近年研究的热点[10⁃11]㊂在这些纳米材料中,光热疗法(photothermaltherapy,PTT)具有高效的靶向选择性㊁远程可控性㊁最小侵袭性及良好的生物安全性等优点㊂此外,PTT不引起细菌耐药性,并且具有广泛的抗菌谱[12⁃13]㊂用于治疗细菌感染的PTT纳米材料有三类:金属类纳米材料[14⁃15]㊁碳类纳米材料[16⁃17]㊁聚合物类纳米材料[18]㊂本文就这三种纳米材料的合成原理㊁抗菌机理及抗菌领域应用的研究进展进行综述㊂1㊀金属类纳米材料金属类纳米材料包括纳米金㊁纳米铂和二硫化钼等,在近红外激光照射后,激发态通过非辐射衰变以热量的形式释放能量[19]㊂金属类纳米材料在近红外窗口的吸收波长和强度取决于纳米材料的形貌和尺寸[20⁃21]㊂产生了多种金属纳米结构,如纳米棒[22⁃23]㊁纳米星[24]㊁纳米线[25⁃26]㊁纳米花[27]等㊂由于纳米金在近红外窗口具有强烈的局部表面等离子体共振(LSPR)效应㊁可调控的尺寸和形貌㊁良好的生物相容性,使其成为金属类光热纳米材料的代表㊂Wang[28]等采用中间层转换法制备了包覆在金纳米棒上的海胆型Bi2S3,解决半导体Bi2S3快速的光诱导电子空穴复合和近红外光的低吸收限制了活性氧的产生和光热转换效率的问题㊂实验结果表明,Au@Bi2S3核-壳结构的纳米材料具有较强的光热转换效率和产生更多的ROS,通过光热效应和光动力协同抗菌,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有较好的抗菌活性㊂金银纳米材料因其独特的光学特性而备受关注,由于具有易于表面功能化的优点,在成像㊁给药和PTT等领域得到了广泛的应用[29⁃30]㊂金银纳米材料也被开发为抗菌剂,与光热效应构建联合抑菌平台㊂Wu[31]等人研究了一种镀硅的金-银纳米笼(Au⁃Ag@SiO2NCs),在近红外激光照射下,将金纳米材料的光热效应与银离子的持续释放联合进行抗感染治疗㊂实验结果表明,Au⁃Ag@SiO2NCs浓度为50mg/mL,近红外光照射10min后从20.7ħ上升到57.4ħ,具有良好的光热性质㊂体外和体内实验表明制备的纳米材料在近红外激光照射下能有效抑制金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coli)㊂将SiO2涂层应用于金银纳米材料表面,提高其生物相容性,使银离子的实现缓释,体外治疗12h仍然具有杀菌效果㊂Qiao[32]等人提出了一种复合结构的含铜中空纳米壳(AuAgCu2ONS),作为光热治疗剂用于皮肤慢性感染和伴有耐药细菌感染的不愈合性角膜炎㊂光热性质实验结果表明AuAgCu2ONS具有良好的光热效应,光热转换效率为57%,同时具有良好的光稳定性,在激光照射五次循环后,光热转换效率不变㊂通过(808nm,1.5W/cm2,10min)近红外激光照射,用平板计数法与ESBLE.coli和MR⁃SA孵育来评估AuAgCu2ONS的光热抗菌性能㊂结果表明,AuAgCu2ONS具有较强的抗菌能力,用26.4μg/mL的浓度即可有效杀灭两种菌株㊂二硫化钼(MoS2)纳米片是一种新兴的二维材料,它具有优异的光热性能,此外它较大的比表面积可用于负载药物㊂由于其特殊的物理和化学特性,可应用于生物成像[33]㊁癌症[34⁃35]和抗菌[36⁃37]治疗等多种生物医学领域㊂为解决MoS2在缓冲溶液中易聚集现象,Huang[38]等人将带正电荷的季化壳聚糖对MoS2纳米薄片进行改性,制备了含抗生素的联合抗菌平台㊂由于抗生素⁃光热联合治疗,通过体内体外实验表明在适宜的温度(45ħ)和低抗生素浓度下抗MRSA感染㊂2㊀碳类纳米材料碳类纳米材料在近红外区具有较强的光吸收性和稳定性,即使经过长时间照射,其光吸收性能也不会衰减,所以碳基纳米材料在光热抗菌方面有着广阔的应用前景㊂主要包括碳纳米管㊁富勒烯㊁石墨烯和碳量子点等㊂碳纳米管(CNTs)具有优异的光热转换性能,且体积小㊁表面积大,可与生物分子㊁细胞产生独特的相互作用,增强伤口敷料的生物活性,促进伤口愈合[39]㊂He[40]等人以N⁃羧乙基壳聚糖(CEC)和末端苯甲醛F127/碳纳米管(PF127/CNT)为基础,制备了具有优异的光热和导电性能的水凝胶㊂实验结果表明,CNTs使水凝胶具有光热特性,可显著提高其体外/体内抗菌活性㊂在ZOI试验中,2021,40(2)河南大学学报(医学版)㊃149㊀㊃CEC/PF/CNT水凝胶具有较好的缓释性能和抗菌活性㊂通过小鼠皮肤创面感染模型进一步证明,在近红外激光照射下,CEC/PF/CNT水凝胶有较强的抗菌作用,促进创面愈合㊂由于石墨烯具有优异的光热转换能力㊁较大的表面积和表面易于修饰的特性,近年来在光热抗菌领域得到了广泛的研究㊂特别是石墨烯㊁氧化石墨烯(GO)㊁还原氧化石墨烯(rGO)等一系列石墨烯类纳米材料㊂Fan[41]等人制备了MOF衍生掺杂ZnO的石墨烯二维材料,通过局部大量Zn2+离子穿透㊁物理切割和热疗杀死,协同破坏细菌被膜和细胞内物质㊂实验结果表明,极低的纳米材料浓度具有强大的局部杀菌效果,短时间的光热处理,有助于对皮肤创面进行快速㊁安全的杀菌,不会损伤正常皮肤组织㊂细菌感染伤口处于低氧微环境,低氧微环境不仅能促使细菌生长,而且还会促进它们对药物和治疗方法的耐药性,从而导致生物膜的形成㊂临床上为促进细菌感染伤口的愈合,通过高压氧疗法来改善低氧微环境,将气态氧输送到全身,但对患者易造成氧中毒㊁费用负担等㊂载氧载体如微/纳米气泡(MNBs)能够将局部氧气输送到低氧微环境中,但易出现氧气未到达伤口部位而过早的释放㊂Janne⁃sari[42]等人提出还原氧化石墨烯/CuO2纳米复合材料的制备,该复合材料更易控制氧气的释放,且释放时间更长㊂实验表明,将氧化铜(作为氧气的固体来源)与还原氧化石墨烯纳米片结合的情况下,通过局部温度升高和增多活性氧种类产生广谱抗菌作用(包括革兰氏阳性金黄色葡萄球菌㊁革兰氏阴性大肠杆菌和耐药MRSA细菌)㊂Yu[11]等人为解决细菌感染伤口的低氧微环境抑制光动力治疗的抗菌效果,提出一种不依赖局部组织氧浓度清除耐药菌的方法㊂使用乙二醇壳聚糖修饰聚多巴胺(PDA)包覆的羧基石墨烯纳米片(CG),使其成为水溶性壳聚糖衍生物,将AIBI作为自由基源,将其负载材料上㊂在近红外光的照射下,PDA@CG的光热效应使局部温度升高,导致AIBI分解生成烷基自由基(R),造成细菌损伤㊂通过体内体外抗菌实验表明,在常氧和低氧条件下,产生的烷基自由基均具有较强的抗菌效果㊂3㊀聚合物类纳米材料有机共轭聚合物是一类具有π⁃π共轭骨架的大分子,具有制备成本低㊁尺度易调控㊁稳定性好㊁优异的光热转换能力等优点,是光热材料中研究的热点㊂Zhou[43]等人提出了一种在近红外激光照射下由季铵盐修饰的共轭聚合物同时具有PDT和PTT效应,实现了单光源双光治疗的治疗方法㊂共轭聚合物侧链上的季铵基团与带负电荷的细菌膜相互作用,提高局部抗菌效率,共轭主链能同时产生活性氧(ROS)和热量,对细菌造成损伤㊂在近红外光照射(808nm,1.0W㊃cm-2,8min),40μg㊃mL-1的实验条件下,共轭聚合物能有效地杀死金黄色葡萄球菌和耐药大肠杆菌㊂为能有效杀死白色念珠菌则需更高浓度共轭聚合物㊂聚多巴胺(PDA)是贻贝分泌的类似蛋白结构的聚合物,制备方法简单㊁附着力强㊁生物相容性好,易于修饰于材料表面提高其分散性,也是一种优良的光热材料㊂Yu[44]等人将聚多巴胺(PDA)包覆氧化铁纳米复合材料(Fe3O4@PDA)作为光热材料,将第三代树突状聚氨基胺(PAMAM⁃G3)接枝在Fe3O4@PDA表面,然后将NO负载其复合材料上㊂将制备的纳米复合材料在近红外激光照射下表现出可控的NO释放性能㊂光热效应和NO协同抗对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌,显著降低了细菌活力和生物膜生物量㊂聚苯胺(PANI)由于亚胺氮原子的掺杂,在近红外区有较强的吸收,能够在近红外光照下产生大量的热量来对抗细菌和肿瘤细胞㊂Hsiao[45]将PANI接枝在壳聚糖(CS)上作为侧链,可以在水环境中自组装成胶束,并在局部pH值升高的驱动下转化为胶体凝胶,这些自掺杂的聚苯胺胶束作为光热剂,利用近红外光照射触发反应㊂在体内实验中,复合材料注射溶液最终分布在酸性脓肿上,遇到健康组织的边界时,就会形成胶体凝胶㊂由于PANI侧链,胶体凝胶在近红外光照射下(808nm,0.5W/cm2)产生热疗,导致细菌热裂解,修复感染创面而不留下残留的植入材料㊂减少对周围健康组织不必要的热损伤㊂4㊀结语金属类㊁碳类和聚合物类复合材料的光热抗菌效果优于单独使用相同材料的光热抗菌效果,除产生热量外,复合材料还具有某些特性,如酶活性(蛋白酶)㊁ROS生成㊁促进离子释放(银离子)以及复合材料表面电荷与细菌细胞壁电荷之间的静电吸引㊂这些特性与PTT结合,有利于破坏细菌细胞膜,提高抗菌效果㊂通过对纳米材料进行修饰,达到多种治疗手段联合治疗的目的,如光热和化疗联合㊁光热和光动力治疗联合等㊂光热纳米材料的发展为治疗㊃150㊀㊃JournalofHenanUniversity(MedicalScience)2021,40(2)耐药菌引起的感染提供了机会,应用于临床仍有许多问题需要解决㊂首要问题是生物安全性,尽管文献中报道的大部分纳米材料没有细胞毒性,但是这些材料是否可生物降解㊁是否会引起潜在的毒副作用等问题需要进一步研究㊂参考文献:[1]ANDERSSONDI,HUGHESD.Antibioticresistanceanditscost:isitpossibletoreverseresistance?[J].NatRevMicrobiol,2010,8(4):260⁃271.[2]SHANKARPR.Bookreview:tacklingdrug⁃resistantinfec⁃tionsglobally[J].ArchPharmaPract,2016,7(3):110⁃111.[3]CHENZW,WANGZZ,RENJS,etal.Enzymemimicryforcombatingbacteriaandbiofilms[J].AccChemRes,2018,51(3):789⁃799.[4]WUQ,QIQF,ZHAOC,etal.Ahybridproteolyticandantibacterialbifunctionalfilmbasedonamphiphiliccarbo⁃naceousconjugatesoftrypsinandvancomycin[J].JMaterChemB,2014,2(12):1681⁃1688.[5]TIANTF,SHIXZ,CHENGL,etal.Graphene⁃basednanocompositeasaneffective,multifunctional,andrecy⁃clableantibacterialagent[J].ACSApplMate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纳米材料抗菌性能的研究
纳米材料抗菌性能的研究王帆;郑先哲【摘要】基于纳米材料的抗菌特性,采用纳米沸石银和纳米沸石锌作为抗菌材料,研究其对垃圾堆肥样品的抑菌效果.研究结果如下:2种纳米材料均具有抗菌作用.从同一菌液浓度的抑菌圈大小看,纳米沸石-Ag对细菌的抑制效果优于纳米沸石-Zn,这2种材料的抑菌圈大小均随着菌液稀释度的增大而增大;纳米沸石-Ag的最小抑菌浓度为3 mg/mL,最大杀菌浓度为28 cfu/mL.而纳米沸石-Zn的最小抑菌浓度为0.5 mg/mL,最大杀菌浓度为0.28 cfu/mL.纳米复合沸石的质量浓度越高,作用时间越长,抑菌效果越好.综合比较,纳米沸石-Ag抑菌效果优于纳米沸石-Zn.【期刊名称】《长春工程学院学报(自然科学版)》【年(卷),期】2015(016)002【总页数】4页(P122-124,128)【关键词】纳米沸石银;纳米沸石锌;堆肥;抗菌【作者】王帆;郑先哲【作者单位】东北农业大学农业工程学院,哈尔滨150030;大连大学环境与化学工程学院,辽宁大连116622;东北农业大学农业工程学院,哈尔滨150030【正文语种】中文【中图分类】X799主要研究纳米材料应用和固体废物处理。
纳米抗菌材料是在纳米技术出现后,将抗菌剂通过一定的方法和技术制备成纳米级抗菌剂,再与抗菌载体通过一定的方法和技术制备而成的具有抗菌功能的材料。
随着近几年对纳米抗菌剂、载体及制备方法的广泛研究,纳米抗菌材料的种类愈来愈丰富多彩,制备方法趋于成熟,应用领域也愈来愈广[1]。
目前,纳米抗菌材料作为一种新型的抗菌剂,其抗菌的广谱性和高效性等优点被越来越多地认识,市场上已经出现抗菌陶瓷、抗菌涂料及抗菌织物等纳米抗菌产品[2-3]。
关于金属离子纳米材料的抑菌机理存在2种假说:酶阻断说、活性氧说[4-6],尚无定论。
而前者是由于金属离子与细菌细胞接触时穿透细胞膜,与细菌中巯基(-SH)反应,使细菌的蛋白凝固,从而破坏细胞合成酶的活性,使细菌失去增殖能力而死亡,这个过程中还存在着一个缓释过程。
纳米颗粒的抗菌性能机理及其应用
纳米颗粒的抗菌性能机理及其应用随着生活水平的提高,人们对于食品安全、环境卫生、医疗保健等方面的需求越来越高。
而在这些领域中,细菌感染问题一直是人们所关注的难题。
传统的消毒方式或抗菌剂所面临的问题越来越明显,例如有副作用、耐药性及破坏环境等弊端。
近年来,研究人员发现纳米材料对于抗菌方面起到了十分重要的作用,其中纳米颗粒就是一种颇受关注的材料。
纳米颗粒的抗菌性能被广泛研究,其机理和应用已成为纳米医学、纳米食品安全等领域的热门研究方向。
一、纳米颗粒的抗菌性能机理纳米颗粒抗菌性能的机理主要涉及其颗粒尺寸、表面电位、表面活性及特有的化学反应等板块。
首先,纳米颗粒将呈现与体积相比非常大的比表面积,因此在与细菌接触的时候,可以将起到更多的物理作用,例如捕捉、影响代谢和摧毁细菌细胞的能力。
其次,纳米颗粒的表面电位和表面活性有助于吸附细菌细胞,将细菌细胞与抗菌材料的接触面积扩大到最大,加强了物理原理的作用和穿透性。
第三,在特定的应用环境中,纳米颗粒可能通过化学反应释放活性成分,如阳离子表面活性剂,氧化剂等,从而破坏细菌细胞壁和代谢过程。
这些化学反应具有极高的反应速度和反应结构的精度,因此非常适用于高效的细菌抗菌。
在应用纳米颗粒进行抗菌实验时,不同纳米材料的抗菌效果及机理也有所不同。
奈米银颗粒、氧化锌颗粒、氧化镁颗粒、氧化钛颗粒等是目前被广泛应用的几种纳米材料。
在自然环境中,纳米银颗粒可以通过激活细菌细胞对生物成份进行部分氧化,破坏细菌的细胞结构。
奈米银颗粒还可以与细菌细胞膜和基因等核酸结合,从而对其起到杀菌作用。
氧化锌颗粒的抗菌机理主要包括其高度氧化剂的性质、紫外线照射和光催化活性等方面,可以有效破坏细菌细胞壁和细胞膜,或直接破坏核酸。
氧化锌颗粒的抗菌机理也与其颗粒尺寸有关,小于20nm的氧化锌颗粒可在细胞内溶解,产生致死效果。
相比之下,氧化镁颗粒在没有外力作用下本身不具备抗菌作用,但在合适的条件下,可以通过氧化、释放氧分子等方式进行细菌的破坏和消毒。
纳米材料在抗菌材料中的性能与应用研究
纳米材料在抗菌材料中的性能与应用研究随着科学技术的不断发展,纳米材料的研究与应用已成为当前科学界的热点之一。
在医疗领域中,纳米材料的应用也引起了广泛的关注。
其中,纳米材料在抗菌材料中的性能与应用研究备受关注。
抗菌材料是一种能抑制或杀灭细菌、真菌、病毒等微生物生长的材料。
常见的抗菌材料包括银离子材料、聚合物材料和纳米材料等。
然而,由于长期使用抗生素和消毒剂的滥用,导致许多微生物对常见的抗菌材料产生了抗药性。
因此,开发新型的抗菌材料以应对抗药性微生物的需求变得尤为重要。
纳米材料作为一种具有独特结构和性能的材料,在抗菌材料中表现出许多优势。
首先,纳米材料具有较大比表面积,这意味着纳米材料相同质量下的表面积较大,有利于与微生物的作用。
其次,纳米材料具有尺寸效应和量子效应,这使得纳米材料具有独特的物理和化学性质。
最后,纳米材料具有显著的固体和液体相互作用的效果,这使得纳米材料与微生物之间的相互作用更加复杂和多样化。
纳米银是纳米材料中最常用的抗菌材料之一。
银具有广谱抗菌作用,能够杀灭多种细菌、病毒和真菌。
纳米银具有较大的比表面积和独特的物理化学性质,能够与微生物的细胞膜、细胞壁和细胞内的蛋白质发生反应,破坏其结构和功能,从而抑制或杀灭微生物。
除了纳米银,一些其他的纳米材料也被广泛研究用于抗菌材料中。
例如,纳米氧化锌、纳米二氧化钛和纳米碳材料等都显示出一定的抗菌活性。
这些材料具有独特的光催化性质,可以利用紫外光或可见光产生活性自由基,破坏微生物的细胞膜和细胞内的核酸、蛋白质等重要生物分子,从而实现抗菌效果。
此外,纳米材料还可以通过调控材料的表面形貌和结构来实现抗菌性能的提升。
例如,利用纳米材料的疏水性能和抗菌剂之间的相互作用,可以制备出具有超疏水性能的抗菌材料。
这种材料能够使微生物无法附着在其表面上,从而实现抗菌效果。
纳米材料在抗菌材料中的应用不仅局限于医疗领域,还具有广泛的应用前景。
例如,在食品包装领域,纳米材料可以用于制备具有抗菌性的食品包装膜,有效地抑制食品中的微生物生长,延长食品的保鲜期。
纳米银在高分子材料中的抗菌性能研究
纳米银在高分子材料中的抗菌性能研究摘要:纳米银作为一种强有效的抗菌剂,已被广泛应用于高分子材料中。
本文综述了纳米银在不同高分子材料中的抗菌性能研究,对其应用领域和机制进行了详细探讨。
结果表明,纳米银能够显著提高高分子材料的抗菌性能,可有效对抗多种细菌,并具有长效的抗菌效果。
然而,应用纳米银也面临一些挑战,如环境风险和生物毒性等。
因此,未来的研究需要深入探索纳米银在高分子材料中的抗菌机制,同时关注其环境安全性,以推动其更广泛而安全的应用。
1. 引言随着抗菌耐药性的增加和公共卫生意识的提高,寻找新型高效抗菌材料成为当今研究的热点。
纳米银由于其较大的比表面积和独特的物理化学性质,被广泛认为是一种潜力巨大的抗菌剂。
纳米银的应用领域众多,尤其在高分子材料中的抗菌性能研究引起了广泛关注。
本文旨在总结纳米银在高分子材料中的抗菌性能研究,探讨纳米银在高分子材料中的应用前景。
2. 纳米银的抗菌性能纳米银具有很强的抗菌活性,可以抑制多种细菌的生长,包括耐药菌株。
纳米银通过释放银离子和直接与细菌交互作用的方式表现出抗菌性能。
研究发现,纳米银能够破坏细菌的细胞膜和核酸,干扰其代谢过程,从而导致细菌的死亡。
此外,纳米银还能抑制细菌的生物膜形成,阻断其在高分子材料表面的生长。
3. 纳米银在高分子材料中的应用纳米银在高分子材料中的抗菌应用广泛,包括医疗器械、包装材料、纺织品等领域。
在医疗器械方面,纳米银被用于制备抗菌涂层,可以有效抑制细菌的生长,降低医院内感染的发生率。
在包装材料方面,纳米银被应用于食品包装,可以延长食品的保鲜期并保持其卫生安全。
在纺织品方面,纳米银能够使纤维表面具有抗菌性能,从而防止细菌滋生和异味产生。
4. 纳米银应用中的挑战和安全性问题尽管纳米银在高分子材料中的抗菌性能得到了广泛认可,但也面临一些挑战和安全性问题。
首先,纳米银的环境风险引起了关注,其释放的银离子可能对环境造成潜在影响。
其次,纳米银具有一定的生物毒性,长期暴露可能对人体健康产生潜在危害。
纳米涂料的抗菌性能及应用探讨
纳米涂料的抗菌性能及应用探讨在当今科技迅速发展的时代,纳米技术已经在众多领域展现出了其独特的魅力和巨大的应用潜力。
其中,纳米涂料作为一种新型的功能性材料,凭借其出色的抗菌性能,逐渐成为了研究和应用的热点。
纳米涂料之所以能够具备抗菌性能,关键在于其独特的纳米结构和成分。
纳米尺度的粒子具有较大的比表面积,这使得它们能够与细菌等微生物充分接触,并通过多种机制发挥抗菌作用。
常见的纳米抗菌材料包括纳米银、纳米氧化锌、纳米二氧化钛等。
以纳米银为例,银离子本身就具有较强的抗菌活性。
在纳米尺度下,其表面积大幅增加,从而释放出更多的银离子,能够更有效地破坏细菌的细胞膜、干扰细菌的代谢过程,最终导致细菌死亡。
纳米氧化锌则通过产生氧自由基来破坏细菌的细胞结构,实现抗菌效果。
纳米二氧化钛在光照条件下能够激发产生强氧化性的物质,对细菌进行氧化分解。
纳米涂料的抗菌性能具有诸多显著的优点。
首先,其抗菌效果持久且高效。
与传统的抗菌剂相比,纳米粒子在涂料中的分散更加均匀稳定,不易流失和失效,能够长时间保持良好的抗菌性能。
其次,纳米涂料具有广谱抗菌性。
它不仅能够有效抑制常见的细菌,如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等,还对一些真菌、病毒等微生物有一定的抑制作用。
再者,纳米涂料的使用相对安全环保。
由于纳米粒子的使用量较少,且其抗菌作用机制相对温和,对人体和环境的潜在危害较小。
纳米涂料的抗菌性能在众多领域都有着广泛的应用。
在医疗领域,医院的墙壁、医疗器械的表面涂层等都可以采用纳米涂料,有效减少交叉感染的风险。
例如,病房内的墙壁涂上纳米抗菌涂料后,能够抑制病菌的滋生和传播,为患者提供更清洁、安全的治疗环境。
手术器械经过纳米涂料处理后,可以降低术后感染的几率,提高手术的成功率。
在食品工业中,纳米涂料可应用于食品包装材料。
通过在包装材料表面涂覆纳米抗菌涂层,可以延长食品的保质期,防止食品受到细菌、霉菌等微生物的污染。
这对于保障食品安全、减少食品浪费具有重要意义。
纳米材料的抗菌性能研究
纳米材料的抗菌性能研究纳米材料是具有尺寸在纳米级别的物质,其特殊的结构和性质在不同领域具有广泛的应用前景。
近年来,科学家们对纳米材料的抗菌性能进行了深入研究,探索其在医疗和食品安全等方面的潜在用途。
本文将探讨纳米材料的抗菌性能研究领域的一些重要进展。
抗菌性能是纳米材料广受关注的一个重要特性。
传统的抗菌方法,如化学药剂和物理灭菌,往往存在着副作用和局限性。
然而,纳米材料通过其特殊的结构和功能带来了新的解决方案。
纳米颗粒的尺寸远小于细菌和病毒的尺寸,使其可以穿透细胞膜并破坏细胞结构。
此外,纳米材料表面的高比表面积也有利于与细菌相互作用,从而抑制其生长。
因此,纳米材料展现出了卓越的抗菌性能。
银纳米颗粒是目前研究最为广泛的一类纳米材料。
银离子的抗菌活性已经被广泛证明,而银纳米颗粒在材料表面的释放具有持久的抗菌效果。
研究表明,银纳米颗粒可以抑制多种细菌和真菌的生长,包括耐药菌株。
此外,银纳米颗粒还可以作为抗菌剂纳入纺织品和聚合物中,有效地提高这些材料的抗菌性能。
除了银纳米颗粒,其他纳米材料也被广泛研究用于抗菌应用。
碳纳米管、二氧化钛纳米颗粒和氧化锌纳米颗粒等材料也展现出了优秀的抗菌性能。
碳纳米管的高比表面积和独特的结构特性使其具有卓越的抗菌效果。
而二氧化钛和氧化锌纳米颗粒则通过产生活性氧物种和破坏菌体结构来实现其抗菌作用。
这些纳米材料的抗菌性能在医疗器械、包装材料和水处理等领域有着广泛的应用潜力。
纳米材料的抗菌性能研究还面临一些挑战和问题。
首先,纳米材料的生物安全性仍然是一个关键问题。
虽然纳米材料能够有效抑制细菌的生长,但对于人类和环境的潜在毒性尚不完全了解。
因此,相关的毒性评估和安全性研究非常必要。
其次,纳米材料的稳定性和长期持久的抗菌效果也需要进一步改进。
在实际应用中,纳米材料的抗菌效果可能会受到周围环境和物质的影响,因此需要进行更多的研究来优化其抗菌性能。
总的来说,纳米材料的抗菌性能研究在医学、食品安全和环境保护等方面具有重要的应用前景。
纳米抗菌材料的研究进展
毛 勇 邓 玉 明
( 州娃哈哈集 团有限公司质监部 ,杭州 ,3 0 1 杭 10 8)
摘 要 : 纳米抗菌材 料中抗菌剂以纳米尺寸分散 ,具 有高比表面积和高反应活性 , 抗茵材料 整体的抗菌效果较传统抗菌 剂有显著提高 ,更能 显著的抑制细 菌、真 菌等微生物的生长和繁殖 , 改兽抗菌材料的 力学性 能 ,引起了国内外研究者的广泛 关注 。本文对具有广泛应用 前景 的金属 并 型、光催化型 、季铵盐或季磷盐 修饰 无机 纳米颗粒等纳 米抗菌剂的研究及应用情况进行 了综述。 关键词 : 纳米 ; 抗菌剂 ; 金属型 ;光催化型 ; 无机纳米颗粒
A >C >Z >C 。=C g u n e a
种 抗 菌作 用 的银 离子 通过 溶 胶 一 凝胶 、离 钛 矿 型 3 晶体 结构 ,其 中锐钛 矿 型 的 子 交换等 技术依 附在 纳米级 的载体 上 ,
TO存在 品格 缺陷 ,结构 比较 开放 ,当 i
危害 程度 :A = b S >H > s S = e g
之 间的复 合物等 。在 目 使用 的这些 半 前
导体 物质 中从使 用程序和 性价 比来看 , 纳米 T 0 明显 优于 其他 几种光 催 化抗 菌 i
剂 。 T 0 有 金 红 石 型 、板 钛 矿 型 和 锐 1
锌等几 种 。金属 离子对 细菌 的抗 菌效果
和 对人体 的危害程 度如 下H : 抗菌 效果 :A 针 S = e >H > s = b S g
Z > C >Ag n u >C 。=C e a
如 沸 石 、 SO T O z O 1 1 n 、磷 酸 复盐 颗 粒尺 寸降到 纳米级 时 ,具 有 良好 的光 等 。由于超 细纳 米级粉 体颗 粒高 比表面 催 化活性 。 积和高 反应 活性 的特殊 效应 ,大 大提 高 了整体 的抗 菌效 果 ,使 抗菌 剂耐温性 、 粉体细 度 、分散性 和功 能效 应都得 到 了 纳米 T 0抗菌 作 用较 为长效 ,抗 菌 i
纳米银的抗菌性研究
纳米银的抗菌性研究及其在医疗中的应用摘要:作为一种新型无机抗菌材料,纳米银不仅具备超强的抗菌效果,且对人体更为安全。
本文主要介绍了纳米银抗菌材料的抗菌原理,并介绍了其在医疗方面的应用。
关键字:纳米银、抗菌机理、医疗应用纯银是一种美丽的银白色的金属,它具有很好的延展性,其导电性和传热性在所有的金属中都是最高的,主要用于制合金、焊药、银箔、银盐、化学仪器等,并用于制银币和底银等方面。
自古以来,银就被用于加速伤口愈合、治疗感染、净化水和保存饮料,用银器存放食物,可防止细菌生长,但银离子在溶液中的不稳定性限制了其推广应用。
[1]图1、银(左)和纳米银(右)随着纳米技术的发展及其理论的成熟,一系列的纳米材料先后被制备出来,并展现出不同于常规材料的优良物理化学性能。
其中,金属银的纳米化使银具有了更加诱人的前景,引起了广泛的关注(图1)。
纳米银是以纳米技术为基础研制而成的新型产品,近年来的研究与发展表明,纳米银材料具有很稳定的物理化学性能,在电学、光学和催化等众多方面具有比普通银更优异的性能,现已广泛应用于陶瓷材料、环保材料和涂料等许多领域。
由于纳米银粒具有优异的抗菌活性,所以在医学上也得到了广泛应用,一般来说,天然抗菌材料具有安全性高的优点,然而其普遍寿命较短、耐热性差、不易进行再加工;有机合成抗菌材料具有抗菌范围广、杀菌速度快等优点,但是一般来说其毒副作用相对较大、易水解、使用寿命短,与传统无机抗菌剂相比,其优点主要有广谱抗菌、强效杀菌、渗透性强、修复再生、抗菌持久、安全无毒、无耐药性等。
[2]抗菌机理银离子具有很强的抗菌特性,溶液中微量的银离子即可杀灭细菌,且覆银表面与水接触后可源源不断地释放银离子,这就是银杀菌性能维持时间较长的原因。
纳米状态的银还具有极大的比表面积,这种结构给各种反应提供了众多的接触作用位点,容易与外来原子相结合,更容易释放银离子。
例如,1g球状银表面积为10.6cm2,而1克直径为10nm的银纳米粒子的表面直径达到6×105cm2,明显增加了持续释放银离子所需的表面积。
银基纳米材料的抗菌性能研究
银基纳米材料的抗菌性能研究随着抗生素滥用和抗药性的增加,人们越来越意识到寻找替代治疗方法的重要性。
其中,银基纳米材料因其独特的抗菌性能逐渐受到人们的关注。
银基纳米材料的抗菌性能银基纳米材料的抗菌性能是因其具有的特殊物理、化学和生物学特性所致。
首先,由于银活性离子具有强烈的氧化还原性,它可以与菌体中的蛋白质、核酸等生物大分子发生化学反应,引起细胞膜的破坏,导致菌体死亡。
其次,银基纳米材料具有很大的比表面积和高的表面能量,可以高效吸附和杀灭细菌等微生物。
此外,银基纳米材料可以破坏细菌生长、分裂和代谢等过程,从而有效抑制和杀灭各种细菌。
合成方法对银基纳米材料的抗菌性能影响银基纳米材料的抗菌性能不仅与其特殊的物理、化学和生物学特性有关,也与合成方法有密切的关系。
研究发现,不同的合成方法可以制备不同形态、结构和尺寸的银基纳米材料,从而影响其抗菌性能。
目前,常用的合成方法包括化学还原法、物理法、生物法和模板法等。
其中,化学还原法是最常用的一种,它通过还原剂将溶液中的银离子还原成纳米颗粒。
生物法则是以生物体(如细菌、真菌、植物等)为催化剂,还原溶液中的银离子生成纳米颗粒。
其他方法如物理法和模板法则是通过物理或化学过程实现纳米颗粒的制备。
研究发现,不同的合成方法不仅能够制备不同形态、结构和尺寸的银基纳米材料,而且能够影响其抗菌性能。
例如,可通过化学还原法制备球形、棒状、薄片状、星形等形貌的银基纳米材料。
其中,球形的银基纳米颗粒具有较高的抗菌性能,因其表面平整、颗粒间距较大,易于与细胞壁或膜结合。
而棒状的银基纳米材料则具有更强的穿透力和破坏力,适用于杀灭深层细菌或细胞。
应用前景和研究进展银基纳米材料的抗菌性能不仅是理论研究的热点,也是实践应用的前景。
现已有不少研究证明,银基纳米材料可广泛应用于医药、水处理、食品加工、化妆品等领域。
例如,银基纳米材料可作为治疗肺炎、伤口愈合和皮肤病等疾病的新型药物。
在水处理领域,银基纳米材料可用于除菌、消毒和净化水质等方面。
纳米抗菌材料的研究进展
纳米抗菌材料的研究进展纳米抗菌材料的研究进展纳米抗菌材料是一种应用于医疗、环保和食品安全等领域的新型材料,具有杀菌效果强、持久性好、安全无毒等优点。
随着纳米技术的发展和应用,纳米抗菌材料的研究也取得了许多进展。
首先,研究人员通过纳米技术制备了各种纳米抗菌材料。
例如,纳米银颗粒具有较高的抗菌活性,可以通过溶液法、电沉积法等方法制备得到。
此外,纳米氧化锌、纳米二氧化钛等材料也被广泛研究和应用。
其次,研究人员探索了纳米抗菌材料的抗菌机制。
纳米材料具有较大的比表面积和高活性,可以与细菌表面的蛋白质和细胞膜发生相互作用,破坏其结构和功能,从而达到杀菌的效果。
此外,纳米抗菌材料还可以通过释放金属离子或产生活性氧等方式抑制菌落的生长。
然后,研究人员对纳米抗菌材料的性能进行了优化。
通过调整纳米颗粒的形貌、尺寸和表面修饰等手段,可以改变纳米材料的抗菌活性和稳定性。
例如,纳米银颗粒的表面修饰可以增强其抗菌性能,并减少对人体细胞的毒性。
此外,研究人员还开展了纳米抗菌材料在实际应用中的评价和验证。
通过实验室模拟和临床试验等手段,研究人员评估了纳米抗菌材料对不同细菌的抑制效果、生物相容性和持久性等性能。
这些研究结果为纳米抗菌材料的进一步应用提供了依据和参考。
最后,纳米抗菌材料的应用已经取得了一些成功。
在医疗领域,纳米抗菌材料被用于制备医疗器械、敷料和药物等,可以有效地预防和治疗感染。
在环保领域,纳米抗菌材料可以应用于水处理、空气净化和食品保鲜等方面,具有重要的应用前景。
综上所述,纳米抗菌材料的研究进展包括纳米材料的制备、抗菌机制的探索、性能的优化、应用的评价和验证等方面。
这些研究为纳米抗菌材料的应用提供了科学依据,也为解决医疗、环保和食品安全等问题提供了新的思路和方法。
相信随着技术的不断进步,纳米抗菌材料将在更多领域发挥重要作用。
建筑材料论文:浅谈纳米材料的抗菌机理与实际应用
浅谈纳米材料的抗菌机理与实际应用纳米是长度单位,当物质达到纳米级别时性质将会出现极大的变化。
物质的表面积变大、晶格破损会导致物质出现特殊的物理与化学性质,甚至可以将高分子间的原子结构进行重新排列,构建拥有新物理性质与化学性质的材料。
其中,纳米银与纳米氧化镁就是应用十分广泛的纳米材料,两者都具有较强的抗菌作用,并且在社会生产领域有着广泛的运用。
1纳米银的抗菌机理与应用1.1纳米银的抗菌机理纳米银及其复合材料均拥有优越的抗菌性能。
相对传统材料来说纳米银的优势十分明显。
纳米银的安全性能高,对哺乳动物毒性较弱,鲜有并发症出现。
持久性良好,可以维系较长时间的恒定银浓度,从而达到抗菌目的。
纳米银不易产生耐药性,纳米银处理后的细菌几乎无法存活,能够产生杜绝细菌产生抗药性。
纳米银的抗菌机理主要有以下几点:第一,纳米银破坏细胞膜结构。
细胞是生命体的活动基本结构,而细胞膜则是细胞与外界间隔的物质,也是与外界信息传递,进行能量交流的重要场所,细胞的完整性对于细胞正常生理代谢有着十分重要的作用。
纳米银与细胞膜在接触过程中会导致细胞膜结构与特性出现变化。
Sonit等[1]发现当纳米银粒径小于20nm的时候,纳米银能够与细胞膜的构成成分含硫蛋出现反应,直接损坏细胞膜的结构,使得细胞膜失去正常作用直至细胞死亡。
第二,影响细菌生活环境。
纳米银对细菌的生长并没有直接影响,抗菌作用的形成源自于释放了银离子,并且与氧气的浓度有关。
Yoshinobu等[2]研究表示,在有氧环境中纳米银与Ag2O颗粒都展现出十分明显的抗菌性。
但是细菌的有氧呼吸状态降低了氧气含量,使得银离子有氧浓度下降并且失误抑菌能力。
另外,阴离子能够降低细菌生长过程中必要元素的浓度,例如可以使得磷酸盐、脯氨酸等元素丢失,从而起到抗菌作用。
第三,隔断DNA 复制。
纳米银不仅会通过破坏细胞膜系统结构而祈祷抗菌作用,还可以通过内吞机制等方式进入细胞内部对细胞进行深入的损坏。
纳米材料的抗菌性能的研究进展
纳米材料的抗菌性能的研究进展某某(学校,系部,地方邮编)摘要:近些年,随着科技的飞速发展,纳米材料受到了越来越多的关注,也有越来越多的人开始开发以及使用纳米材料。
由于纳米抗菌材料的安全、高效、广谱等优点将成为纳米科技和生物工程发展的主要方向。
纳米抗菌产品不断进入人们的日常生活,为人们的健康带来了很大的好处。
纳米抗菌产品正在蓬勃发展,朝着实用化、多样化方向发展。
文章以纳米抗菌材料为目标,研究其抗菌性能及制备方法。
关键词:纳米材料抗菌性能制备方法Antibiotic property of Nano-materialsCHEN Qiu-yue(Changzhou Institute of Engineering Technology, chemical engineering, Changzhou, 213100) Abstract: These years,with the rapid development of nanotechnology,nanoscale materials catch more and more attention,more and more people begin to develop and use nanoscale materials。
As aresult of nano antibacterial material safety, efficient, broad-spectrum and nanotechnology and biotechnology will become the main direction of development. Nano antibacterial products continue to enter the daily life of people, for the people's health has brought great benefits. Nano antibacterial products is booming, towards the practical, the direction of diversification. The nano antibacterial materials as the goal, to study its antibacterial properties and preparation method thereof.Key words: nanoscale materials,antibacterial properties,preparation method1前言纳米材料因其颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点而具有独特性质及新的规律,如量子尺寸、表面效应和局域场效应、祸合效应等特性使其成为许多研究领域的研究热点[1]。
纳米银在抗菌性能研究中的应用
纳米银在抗菌性能研究中的应用随着科技的发展,纳米技术越来越受到人们的关注。
纳米材料不仅具有较大比表面积和体积比,而且具有一些独特的物理、化学、生物性能,因此,它们被广泛应用于电子、医药、环保和军事等领域。
其中,纳米银因其独特的抗菌性能而备受瞩目。
本文将从纳米银的制备、抗菌性能、毒性评价以及应用前景等方面进行综述。
一、纳米银的制备纳米银的制备方法主要包括物理法、化学法和生物法三种。
物理法通常是通过雾化、溅射和热蒸发等方法制备;化学法则是利用还原剂还原银盐并控制晶粒尺寸制备;而生物法常常利用微生物、植物和蛋白质等生物基质在体内或体外合成。
由于物理法制备纳米银工艺操作不易控制,而化学法使用的还原剂和溶剂有毒性、易挥发和高污染性等问题,因此近年来生物法成为了制备纳米银的主要方法。
生物法的制备过程通常较为简单、环境友好、生产成本低廉。
但是,生物法制备的纳米银晶粒大小和分散性容易受生长环境、基质种类、酶活性和基因表达量等因素影响。
二、纳米银的抗菌性能纳米银的抗菌性能是由其表面积、分散度和药效决定的。
纳米银的表面积十分巨大,具有高活性和较强的物理化学反应活性,并且与细菌单元之间的交互作用很强,而纳米银的分散度越好,则其抗菌性能越强。
此外,小颗粒的纳米银可以穿透细菌细胞膜杀死病菌,但同时可能会对正常细胞造成伤害。
纳米银的抗菌机理多种多样,包括溶解和释放银离子、直接与微生物亲密接触和与微生物DNA进一步作用等。
在与细菌细胞壁接触时,纳米银会进入细胞,酶进一步将其氧化为离子形式。
而银离子与微生物的细胞膜和DNA反应后,直接导致细胞死亡,从而达到抗菌的效果。
三、毒性评价基于其特殊的抗菌性能,纳米银应用的领域日益扩大。
但同时,纳米银的毒性也成为一个值得关注的问题。
研究表明,纳米银的毒性受多种因素影响,如粒径、形态、浓度、暴露时间、环境因素和用途等。
纳米银的毒性主要是由于其具有特殊的化学反应活性,使其与细胞及生物分子发生交互作用。
《2024年生物复合银纳米材料的绿色合成及其抗菌性能研究》范文
《生物复合银纳米材料的绿色合成及其抗菌性能研究》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展,银纳米材料因其独特的物理化学性质和良好的生物相容性,在医疗、环保、食品包装等领域得到了广泛应用。
然而,传统的银纳米材料合成方法多采用化学还原法,不仅能耗高、环境污染大,还可能产生有害物质。
因此,探索绿色、环保的银纳米材料合成方法及其抗菌性能研究具有重要的科学价值和实践意义。
本文旨在研究生物复合银纳米材料的绿色合成方法,并探讨其抗菌性能。
二、生物复合银纳米材料的绿色合成1. 材料与方法(1) 材料准备:采用天然生物质(如植物提取物、微生物等)作为还原剂和稳定剂,以及银盐(如硝酸银)作为银源。
(2) 绿色合成方法:通过生物质中的还原性物质与银离子发生化学反应,在温和的条件下合成生物复合银纳米材料。
具体步骤包括生物质的提取、银离子的还原、纳米材料的纯化与表征等。
2. 结果与讨论(1) 合成过程分析:通过控制反应温度、时间、pH值等参数,实现了生物复合银纳米材料的绿色合成。
在合成过程中,生物质不仅作为还原剂和稳定剂,还通过其独特的化学结构对银纳米颗粒的形态和大小产生影响。
(2) 结构与性能表征:利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见光谱(UV-Vis)等手段对合成的生物复合银纳米材料进行表征。
结果表明,合成的银纳米颗粒具有均匀的尺寸和良好的分散性,且具有较高的结晶度和稳定性。
三、生物复合银纳米材料的抗菌性能研究1. 实验设计(1) 抗菌实验方法:采用悬液法或接触法,以常见细菌(如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等)为实验对象,评价生物复合银纳米材料的抗菌性能。
(2) 抗菌机制探讨:通过扫描电镜(SEM)观察细菌形态变化,结合文献资料分析银纳米材料的抗菌机制。
2. 结果与讨论(1) 抗菌性能分析:实验结果表明,生物复合银纳米材料对常见细菌具有显著的抑制和杀灭作用。
其抗菌性能与银纳米颗粒的尺寸、形态、表面电荷等因素密切相关。
纳米抗菌材料的研究与应用
纳米抗菌材料的研究与应用随着疾病和细菌的不断进化,人们急需新的医学技术和材料来应对这种挑战。
纳米材料的开发和运用,则是一个解决这些问题的新办法。
具体地说,纳米抗菌材料也逐渐成为了一个研究的热点。
1.纳米抗菌材料的基本介绍纳米材料是结构尺寸在纳米级别,即1 至100 纳米的特殊组织结构材料。
这种尺寸顺应了突破性的物理。
由于其特殊的形态,纳米颗粒具有比传统材料更高的表面积。
研究成果表明,这一特点进一步提高了材料的活性, 特别是对繁殖和传播的纳米级细菌起到了更好的防护作用。
纳米抗菌材料能够对各种病原体和普通细菌起到杀灭和禁止繁殖的作用。
2.纳米抗菌材料的研究最近的研究认为,纳米抗菌材料有着较为广泛的应用,尤其可应用于纺织品和医疗系统中。
具体而言,此类材料包含多种类型的纳米颗粒,例如纳米金属、二氧化硅和纳米碳等等。
其中,纳米金属如银、铜、锌等具有良好的抗菌性能。
银离子可在进入细菌后释放,抑制其繁殖和存活。
含有纳米银的纺织品、医用材料和器械已证明能够有效地预防感染。
纳米二氧化硅则具有物理性抗菌属性,其表面类似刀锋,能够直接切断细菌细胞壁任,阻碍其繁殖。
3.应用前景未来,纳米抗菌材料将继续为各种领域四种感染问题提供可行的解决方案。
除了防止传染病在医疗系统中传播,在各种商业场所、公共场所和家庭环境中,纳米抗菌材料将成为常用的预防措施。
纳米抗菌材料还可被应用于水净化和空气净化,以防止一系列传染疾病的传播。
由于其化学和生物活性的特性,纳米抗菌材料也可在农业和食品加工过程中使用,从而提高产品的卫生水平。
纳米抗菌材料的研究与应用是未来科技和医学治疗的一个重要领域,对其不断的研究和完善,将会在人类社会防治疾病和提升人类卫生水平的进程中发挥越来越重要的作用。
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纳米材料的抗菌性能的研究进展某某(学校,系部,地方邮编)摘要:近些年,随着科技的飞速发展,纳米材料受到了越来越多的关注,也有越来越多的人开始开发以及使用纳米材料。
由于纳米抗菌材料的安全、高效、广谱等优点将成为纳米科技和生物工程发展的主要方向。
纳米抗菌产品不断进入人们的日常生活,为人们的健康带来了很大的好处。
纳米抗菌产品正在蓬勃发展,朝着实用化、多样化方向发展。
文章以纳米抗菌材料为目标,研究其抗菌性能及制备方法。
关键词:纳米材料抗菌性能制备方法Antibiotic property of Nano-materialsCHEN Qiu-yue(Changzhou Institute of Engineering Technology, chemical engineering, Changzhou, 213100) Abstract: These years,with the rapid development of nanotechnology,nanoscale materials catch more and more attention,more and more people begin to develop and use nanoscale materials。
As aresult of nano antibacterial material safety, efficient, broad-spectrum and nanotechnology and biotechnology will become the main direction of development. Nano antibacterial products continue to enter the daily life of people, for the people's health has brought great benefits. Nano antibacterial products is booming, towards the practical, the direction of diversification. The nano antibacterial materials as the goal, to study its antibacterial properties and preparation method thereof.Key words: nanoscale materials,antibacterial properties,preparation method1前言纳米材料因其颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点而具有独特性质及新的规律,如量子尺寸、表面效应和局域场效应、祸合效应等特性使其成为许多研究领域的研究热点[1]。
纳米抗菌材料作为一种新型的抗菌剂,其抗菌的广谱性和高效性等优点被越来越多的认识,市场上已经出现抗菌陶瓷、抗菌涂料及抗菌织物等纳米抗菌产品[2]。
随着人们对纳米技术的深入研究,逐步发现纳米无机材料具有超强的抗菌防臭能力,而且对人体无伤害。
与普通抗菌材料相比,纳米抗菌材料具有耐老化、耐高温、不易分解、安全卫生、高效等优点,己成为目前抗菌技术中重要的组成部分。
目前使用的纳米抗菌材料主要有两大类:第一类是含重金属的纳米材料,如Ag、Cu等,能对细菌中的酶发生非竞争性的抑制作用,破坏细菌的正常代谢活动,导致细菌死亡;第二类是一些纳米金属氧化物,如纳米氧化锌和纳米二氧化钛,属于光催化型,在可见光或紫外线的照射下,诱发光化学反应,将细菌及其残骸一起分解[3~4]。
2含重金属的纳米材料2.1水溶性银纳米材料2.1.1水溶性银纳米材料的抗菌性能银系无机抗菌剂为广谱抗菌剂,按银离子可否被溶出(交换)实现抗菌作用分为离子溶出型及接触型。
关于其抗菌机理有两种观点:2.1.1.1银离子接触反应,造成微生物共有成分被破坏或者产生功能障碍[5]。
当微量Ag+接触微生物细胞膜时,因后者带负电,依靠库仑引力,使二者牢固吸附,Ag+穿透细胞壁进入细胞内,并与巯基反应,使蛋白质凝固,破坏细胞合成酶的活性,细胞丧失分裂增殖的能力而死亡。
Ag+也能破坏微生物电子传输系统、呼吸系统、物质传送系统。
持此观点者认为,Ag+具有较高的氧化还原电位(-01798~+01798V,25℃),反应活性很大,通过反应达到稳定的结构状态。
2.1.1.2催化假说认为,物质表面分布的微量银,能起到催化活性中心的作用。
Ag激活空气或水中的氧,产生羟基自由基·OH及活性氧离子O2-,它们能够破坏微生物细胞的增殖能力,抑制或杀灭细菌。
2.1.2水溶性银纳米材料的制备方法制备水溶性银纳米材料的方法多种多样,这里主要介绍两种常用的化学方法,包括:相转移法和化学还原法。
2.1.2.1相转移法所谓相转移法就是通过使用相转移剂如季铵盐,把金属离子从水相中转移到有机相中,在有机相中被还原而制得纳米金属颗粒,或者是在极性溶剂中合成的金属颗粒被转移到非极性溶剂[6]中,反之亦然[7]。
这种方法的优点是还原剂及其氧化产物不会随金属粒子一起被转移走而起到分离纯化作用,另外还可以在相界面处制得纳米颗粒薄膜[8]。
他们发现甲酰胺可作为还原剂制备银纳米颗粒,而且结合合适的修饰剂能制备不同形貌的银纳米粒子,甲酰胺氧化产物是甲醛和氨,它们转入非极性溶剂的几率很小,于是就尝试用液-液两相法。
他们首先在甲酰胺溶液中合成出银纳米颗粒,再加入氯仿,使Ag颗粒与氯仿相互作用变成Ag+,Ag+在NaBH4等还原剂作用下形成银颗粒。
若在氯仿中加入PVP、SDS或CTAB等修饰剂,它们能够与Ag+表面相互作用而对Ag+表面进行功能化,经过两相分离,蒸发除去氯仿溶剂,可得到表面修饰的银纳米颗粒,表面修饰层亲水基团能使Ag颗粒很好地分散到水中,同时在两相界面处也能得到发乳白色光的银镜薄膜,此薄膜显示出金属颗粒特有的等离子体共振吸收峰。
2.1.2.2 化学还原法银离子极易被还原,常用的还原方法有化学还原、电化学还原和光化学还原。
化学还原法是利用液相化学反应中的氧化还原反应,将银盐中的银离子还原成银原子,从而制备出银纳米粒子。
许多化学还原法被用来合成Ag纳米颗粒[9-11],采用不同的还原剂和修饰剂可以合成粒径大小不同的水溶性银纳米颗粒。
随着环境友好化学的提出,在制备水溶性银纳米颗粒时,许多无毒、生物相容性好的修饰剂也被研究者开发了出来。
孔彬彬等[12]利用聚氨基葡萄糖绿色法合成出水溶性金和银纳米颗粒,在此反应过程中多聚糖即是还原剂又充当修饰剂,而不用加入其他反应试剂,达到了绿色化学的要求。
在绿色合成方法中,很多天然产物被用来作修饰剂,刘琰,陈的米,钟理[13]三位研究者用海藻酸钠浸出物作为修饰剂,成功合成出了水溶性的金和银纳米颗粒。
3纳米金属氧化物3.1纳米ZnO3.1.1纳米ZnO的抗菌机理一般人们将纳米ZnO的抗菌机理归纳为2种,即光催化抗菌机理和金属离子溶出抗菌机理[14]。
3.1.1.1光催化机理纳米ZnO等光催化杀菌剂,通常表现出超过传统抗菌剂(即仅能杀灭细菌本身)的性能。
对于纳米半导体,当粒子细化到纳米尺度时,产生电子和空穴的氧化还原能力增强。
受阳光和紫外线的照射时,纳米ZnO抗菌剂在有水分和空气存在的体系中能自行分解并释放出自由电子(e-),同时留下带正电的空穴(h+)其主要反应为:ZnO+hv→e-+h+e-+O2→O2-h++H2O→OH+H+生成的带羟基的自由基。
OH和超氧化物阴离子自由基·O2- 都非常活泼,化学活泼性很强,能与多种有机物发生反应(包括细菌内的有机物及其分泌的毒素)从而将细菌、残骸和毒素一起杀灭,并且可以将周围环境中的臭味彻底除掉,此类臭味物质上要是硫基化合物类(含硫化氢、甲硫醇和乙硫醇等)和氮基化合物(含氮和胺类化合物),从而达到消除之目的。
3.1.1.2金属离子溶出抗菌机理锌离子会逐渐的游离出来,当它和细菌体相接触时,就会和细菌体内活性蛋白酶相结合使其失去活性,从而将细菌杀死。
3.1.2纳米ZnO的制备方法纳米ZnO的制备方法有物理方法和化学方法。
物理方法是将常规的粉体经机械粉碎、球磨而制得。
其特点是方法简单,但产品纯度较低,颗粒分布不均匀。
化学方法是从原子或分子成核,生成纳米级的超微细粒子,这里主要介绍制备纳米ZnO的化学方法。
3.1.2.1均匀沉淀法[15~16]均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢、均匀的释放出来。
该法中加入的沉淀剂(如尿素、六亚甲基四胺等)不是立刻与沉淀组分发生反应,而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢生成。
辛显双等采用此法对纳米ZnO的制备条件进行了研究,制备出粒径为1lnm的ZnO纳米粒子。
这种方法可避免沉淀剂的局部浓度过高而造成的不均匀现象,从而可以控制粒子的生长速度,获得粒度均匀、致密、利于洗涤,纯度高的纳米粒子,便于工业化生产。
3.1.2.2沉淀转化法晋传贵[17]等人在前驱体合成阶段,往硫酸锌溶液中加入适量NaOH溶液,然后再加入NaOH溶液,然后加入NH4HCO3,其目的在于控制液相中游离Zn2+浓度最低。
通过沉淀转化反应,使其成粒速度大于核生长速度。
再采用先焙烧、后洗涤的方法,可得粒径为10~20nrn 的ZnO。
此法对合成设备要求不高,成本也较低,工业前景看好。
3.1.2.3固相反应法以NaCO3和ZnSO4·7H2O为原材料,分别研磨,再混合研磨,进行室温固相反应[18],首先合成前驱体ZnCO3,然后于200℃热分解,用去离子水和无水乙醇洗涤,过滤,干燥后制得纯净的ZnO产品,粒径介于6.0~12.7nm。
石晓波[19]等以草酸和醋酸锌为原料,用室温固相反应首先制备前驱物二水合草酸锌,然后在微波场辐射分解得到纳米氧化锌,平均粒径约为8nm。
室温固相反应法的成本低,实验设备简单,工艺流程短,操作方便。
且粒度分布均匀,无团聚现象,工业化生产前景乐观。
3.1.2.4溶胶—凝胶法溶胶凝胶法是将金属醇盐或无机盐溶于水或有机溶剂,在低温下通过水解、聚合等化学反应,形成内含纳米粒子的溶胶,再转化为具有一定空间结构的凝胶。
然后经过适当热处理或减压干燥,制备出相应的粉末、薄膜和固体材料的方法。
此法的优点是反应过程易控制、处理温度低、粒径分布窄、纯度高、纳米颗粒分散均匀。
但成本昂贵,周期长,产量小,热处理时易团聚且污染环境,难以实现工业化生产。
3.1.2.5喷雾热解法将锌盐的水溶液经雾化为气溶胶液滴,再经蒸发、干燥、热解、烧结等过程得到产物粒子。
该法过程简单,粒度和组成均匀,但粒径较大。