无机纳米抗菌剂

无机纳米抗菌材料抗菌材料无机纳米背景有害菌是影响人类健康和寿命的重要因素（1996，日本，大肠杆菌）利用有益菌改善生活条件抑制有害菌抗菌材料的起源从远古时代人们就开始使用，人们发现用银和铜容器留存的水不宜变质，后来皇宫达贵富人吃饭时又习惯使用银筷子，民间又用银制成饰品佩带，我国民间很早就开始认识到银有抗菌作用。抗菌剂抗菌剂是指能够在一定时间内，使某些微生物（细菌、真菌、酵母菌、藻类及病毒等）的生长或繁殖保持在必要水平以下的化学物质抗菌剂是具有抑菌和杀菌性能的物质或产品。抗菌剂分类抗菌剂一般分为：无机抗菌剂有机抗菌剂天然抗菌剂。一、无机抗菌剂金属系光催化系氧化物一、无机抗菌剂金属系：利用银、铜、锌等金属的抗菌能力，通过物理吸附、离子交换等方法，将银、铜、锌等金属（或其离子）固定在沸石、硅胶等多孔材料的表面制成抗菌剂，然后将其加入到相应的制品中即获得具有抗菌能力的材料。抗菌金属的杀菌能力：Ag≧Hg≧Co≧Ni﹥Zn≧Cu=Fe﹥Mn﹥MgAg系抗菌材料应用历史悠久，对于细菌、病毒和真核微生物等均具有较好杀灭效果。具有对人体细胞的低毒性、高的稳定性和低挥发性等优点。汞、镉、铅等金属也具有抗菌能力，但对人体有害；铜、镍、钴等离子带有颜色，将影响产品的美观，锌有一定的抗菌性，但其抗菌强度仅为银离子的1/1000。银离子抗菌剂在无机抗菌剂中占有主导地位。银离子类抗菌剂的载体有磷酸锆、羟基磷灰石、沸石、陶瓷、活性炭等。有时为了提高协同作用，再添加一些铜离子、锌离子。光催化系：二氧化钛----在光激发下束缚态的电子-空穴对变为激发态的电子、空穴并向晶粒表面扩散，电子、空穴达到表面的数量越多，反应活性越大，抗菌效果越好。------抗菌陶瓷氧化物系：氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化铜、钙制剂（扇贝、牡蛎）----本身具有一定的抗菌性此外还有磷酸二氢铵、碳酸锂等无机抗菌剂。有机抗菌剂有香草醛或乙基香草醛类化合物，常用于聚乙烯类食品包装膜中，起抗菌作用。另外还有酰基苯胺类、咪唑类、噻唑类、异噻唑酮衍生物、季铵盐类、双呱类、酚类等。目前有机抗菌剂的安全性尚在研究中。一般来说有机抗菌剂耐热性差些，容易水解，有效期短。天然抗菌剂天然抗菌剂主要来自天然植物的提取，如甲壳素、芥末、蓖麻油、山葵等，使用简便，但抗菌作用有限，耐热性较差，杀菌率低，不能广谱长效使用且数量很少。无机抗菌剂耐热性持久性广谱性安全性不产生耐药性无机抗菌材料应用于日常生活用品中可有效抑制细菌滋生，维护人类健康预防为主应用：涂料，家电，化纤，陶瓷，塑料制品无机抗菌剂优点金属离子作用机理接触反应抗菌机理：银离子接触反应，造成微生物共有成分破坏或产生功能障碍。当微量的银离子到达微生物细胞膜时，因后者带负电荷，依靠库仑引力，使两者牢固吸附，银离于穿透细胞壁进入胞内，并与SH基反应，使蛋白质凝固，破坏细胞合成酶的活性，细胞丧失分裂增殖能力而死亡。银离子还能破坏微生物电子传输系统、呼吸系统和物质传输系统。纳米抗菌剂纳米金属纳米氧化物纳米化合物包括把金属离子担载在纳米微球、纳米纤维、纳米管等载体上纳米Ag材料具有大的比表面积，与传统抗菌剂相比具有更优异的性能，因而是无机纳米抗菌材料研究的热点。氧化分散稳定相容性存在问题1形貌调控2表面担载AgNP3表面修饰4内包覆5复合物研究手段Ag纳米微粒681012141618202224260102030405060CountsDiameter/nm(a')1015202530010203040CountsDiameter/nm(b')Ag纳米微粒ActaPhys-ChimSin,2011,27,722-728Ag树枝晶JMaterSci,2011,46(3):839-845不同反应时间条件下制备的银纳米树枝晶的UV-vis图谱及TEM图:(a)1h,(b)2h,(c)4h,(d)8h,and(e)12hJingyuLiu,etal.ACSNano,2010Ag微纳片chitosan-AgNPs表面修饰Ag纳米微粒Synergisticantibacterialeffectsofβ-lactamantibioticcombinedwithsilvernanoparticles,Nanotechnology16(2005)1912–1917内酰胺羟氨苄青霉素GSH-AgNPsAngeloTaglietti,etal.Langmuir2012,28,8140−8148AgnpswithdifferentmorphologiesMaterialsScienceandEngineeringC33(2013)397–404表面担载AgNPMinLv,etal.Adv.Mater.2010,22,5463–5467E.coliSiO2@AgFe3O4@Ag内包覆AgNPsMontyLiong,etal.Adv.Mater.2009,21,1–6abAg/SiO2复合纳米颗粒MSEC2013GustavoFuertes,etal.Langmuir2011,27,2826–2833Silver-CoatedEngineeredMagneticNanoparticlesArePromisingfortheSuccessintheFightagainstAntibacterialResistanceThreat,ACSNano,2012,2656-2664abAgBr/SiO2MaterialsScienceandEngineeringC,2013,机理研究离子机制纳米效应ThepresenceofO2orcommonligandscandifferentiallyaffectthetoxicityofAgNPsvsAg+,andunderscoretheimportanceofwaterchemistryinthemodeofactionofAgNPsCytotoxicityandGenotoxicityGenotoxicityofSilverNanoparticlesinHumanCellsACSnano2009,279-290OpticalmicrographsofU251cellswithoutanynanoparticletreatment(A)andcellstreatedwithAg-starch(200g/mL)(B).Darkorangepatchesarevisibleonthecellsurfaceofthetreatedcellsandremainedevenafterrepeatedwashings.Untreatedcellsshowednoabnormalities(A),whereascellstreatedwithAg-npshowedlargeendosomesnearthecellmembranewithmanynanoparticlesinside(B).Electronmicrographsshowinglysosomeswithnanoparticlesinside(thickarrows)andscatteredincytoplasm(openarrow).Diamondarrowshowsthepresenceofthenanoparticleinthenucleus(C).Magnifiedimagesofnanogroupsshowedthattheclusteriscomposedofindividualnanoparticlesratherthanclumps(D).Imageshowsendosomesincytosolthatarelodgedinthenuclearmembraneinvaginations(E)andthepresenceofnanoparticlesinmitochondriaandonthenuclearmembrane(F).ApossiblemechanismoftoxicityisproposedwhichinvolvesdisruptionofthemitochondrialrespiratorychainbyAg-npleadingtoproductionofROSandinterruptionofATPsynthesis,whichinturncauseDNAdamage.ItisanticipatedthatDNAdamageisaugmentedbydeposition,followedbyinteractionsofAg-nptotheDNAleadingtocellcyclearrestintheG2/Mphase.NegligibleParticle-SpecificAntibacterialActivityofSilverNanoparticles,NanoLett.2012,12,4271−4275AgNPmorphologicalpropertiesknowntoaffectantimicrobialactivityareindirecteffectorsthatprimarilyinfluenceAg+release.Accordingly,antibacterialactivitycouldbecontrolled(andenvironmentalimpactscouldbemitigated)bymodulatingAg+release,possiblythroughmanipulationofoxygenavailability,particlesize,shape,and/ortypeofcoating.抗菌能力强价格便宜应用成本低较高的化学稳定性和环境安全性纳米铜作为抗菌剂的优势具备抗菌性能的高分子基纳米复合材料添加剂如聚氨酯/M、聚丙烯腈/M，(M=Cu、Ag)纺丝工艺中进行添加，制备抗菌纤维。聚氨酯和聚丙烯腈单体CuNPS抗菌纤维纺丝引发聚合偶联剂表面改性chitosan–copperababcddifferentreactiontemperatures.(a)40℃;(b)60℃;(c)80℃;(d)100℃acdbdifferentdosageofCM-chitosan.(a)0g;(b)0.05g;(c)0.1g;(d)0.5g.(a)S.aureus;(b)E.coli.蛋白质分离Ferroferricoxide/L-cysteinemagneticnanospheresforcapturinghistidine-taggedproteins，J.Mater.Chem.B，2013HisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisNSmagneticHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisHisNSFeCl3+L-Cyssolvothermal+NiCl2separation+imidazoleFe3O4/CysFe3O4/Cys-Ni2+baFig.4SDS-PAGEanalysisofthepurifiedrecombinantTRXproteins.(a)Lane1,marker;lane2,E.colilysate;lane3–6,thefractionselutedfromNSswithdifferentthiolgroupdensities(lane3,Fe3O4/Cys,lane4–6,Fig.3a–c).(b)Lane1,marker;lane2,thefractionwashedofffromthecommercialNi2+-NTAcolumn;lane3–5,thefractio