抗菌材料的出现势在必行!!
何谓抗菌材料？
• 抗菌材料：自身具有杀灭或抑制微生物功 能的新型功能材料。 • 抗菌本质：抗菌剂的加入使基体材料具有 抑制或杀灭其表面细菌能力。
二.抗菌剂
• 抗菌剂：一些微生物高度敏感、少量添加到材料中即可赋 予材料抗微生物性能的化学物质，属于抗生素。 分为无机抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂.
性电子,h+代表空穴)
特点
• 光催化特性
• 对光照的选择性吸收 • 分解有机物速度快、彻底有效，是目前使 用最广泛的光催化抗菌剂
存在的问题及解决办法
存在的问题
• 太阳能利用率低 (<385nm) • 空气中易氧化、吸湿 • 电子—空穴对极易复 合，降低其杀菌性能
解决办法
• 控制晶型（锐钛型+金 红石型） • 金属离子的掺杂,使其 获得可见光催化活性 （Co2+、Fe3+） • 重金属沉积掺杂,抑制 电子—空穴对的复合 （Ag Pt）
改进前后的比较
• 将金属Ag+的抗菌效果 与纳米TiO2抗菌剂的 光催化性能相结合,不 仅能杀死细菌,而且能 穿透细胞膜,破坏细胞 膜机构,并降解内毒素 引起的后期污染 • 其抗菌性能不会随抗 菌剂消耗而降低甚至 消失,而会产生持久的 抗菌性.
四.抗菌材料的应用
Ⅰ.抗菌材料在医疗领 域的应用:
• 抗菌生物活性陶瓷 • 新型生物敷料膜
复合抗菌剂的协同作用模式
Good things are for sharing with good Friends
无 机 银 系 抗 菌 剂
抗菌剂的特点
• 抗菌谱：具有广谱抗菌性或特异抗菌性 ；
• 持久性：耐洗涤、耐磨损、寿命长； • 耐候性(居室 办公室 露天)：耐热、耐日照，物性 不易变化；
• 与基体的相容性好或可加工性好(塑料:150-300 ℃; 陶瓷 >800℃)； • 安全性好，对健康无害，不造成对环境的污染；
改进:TiO2+Ag
原因:
• 金属离子杀灭、抑制病原体的活性按 下列顺序递减: Ag+>Hg2+> Cu2+ > Cd2+ > Cr3+ > Ni2+ > Pd2+>Co4+ >Zn2十>Fe3+ • 金属银系抗菌剂的杀菌能力最强。而且由于Hg、 Cd Pb 和Cr等其它金属的毒性较大，实际上用作 金属杀菌剂的金属主要Ag、Cu和Zn活 Nhomakorabea陶瓷人工骨
眼科手术刀
• 医疗器械的消菌防毒
四.在其它领域的应用
Ⅱ.抗菌材料在皮革行业的应用
Ⅲ.抗菌材料在造纸行业的应用 Ⅳ.抗菌材料在涂料行业的应用 Ⅴ.其他领域(空调,洗涤剂,牙膏等)
五.抗菌材料的发展趋势
• Ag系抗菌剂颜色稳定化研究
• 不同功能抗菌剂复合化(Next Page) • 抗菌指标的建立 (MIC 抑制繁殖抗菌剂最低浓度 ; MBC 杀灭微生物抗菌剂最低浓度) • 光催化型抗菌剂的研究(拓展可利用光范围)
作用机理
生殖抑制机理:
壳聚糖分子通过库仑力进入细 菌,与核糖反应,破坏DNA-RNA 转录.
合成有机抗菌剂分类
• • • • • • 酚类 吡啶类 腈类 含卤素类 含砷类 咪唑类
五氯苯酚(PCP)
百菌清(TNB)
三.纳米TiO2无机抗菌剂
• 原理：光催化机理
光催化机理示意图
光催化反应式(e-代表活
Ag+与蛋白质SH基的 反应
活性氧机理(催化作用)
• 加入抗菌剂后，材料 表面分布着微量的金 属元素，能起到催化 活性中心的作用，可 以提供杀菌活性离 子．
O2-和· OH的生成反应式
以活性炭 为载体 金属氧化物 作抗菌剂 以多孔型硅酸盐 为载体
无机氧化物 载体抗菌剂
无机抗菌剂 剂的分类 以不溶性 磷酸盐为载体
玻璃基抗菌剂
陶瓷基抗菌剂
有机抗菌剂
天然有机 抗菌剂
合成有机 抗菌剂
• 原理：化学毒性基团+对细胞外膜的渗透性
• 相应的结构要求： 亲水性＋亲油性＋纳米级大小。
天然有机抗菌剂
• 最原始的抗菌剂(树胶) • 典型代表：壳聚糖
甲壳素： 天然高分子，广泛存在于虾 蟹等节肢动物的外壳和真菌及 藻类植物的细胞壁中，自然界 年产几十亿吨。
功能材料系列科普讲座
之
要点
•抗菌材料概述 •抗菌剂 •纳米TiO2无机抗菌剂 •抗菌材料的应用 •发展前景
一.抗菌材料概述
• 微生物：细菌、真菌、病毒等微小的生物
• 大部分微生物对人类是无害的
SARS、口蹄疫、
疯牛病(朊毒体 )、流感、手足口病(肠道病毒
中的柯萨奇病毒 )……
Terrible!!
无机抗菌剂
• 原理：利用银、铜、锌、钛等重金属及其 离子的杀菌或抑菌能力，金属离 子依附于无机材料基体。 • 目前对金属离子抗菌的作用机理流行着以 下两种解释： 接触反应机理＆活性氧机理
接触反应机理(缓释机理 )
• 微动力效应： 金属离子通过和细胞 膜之间的库仑力作用, 进入细胞
• 金属离子接触微生物, 使微生物蛋白质结构 破坏,造成微生物死亡 或产生功能障碍