纳米材料为什么能杀菌

几年来， 纳米科技为人类社会带来了巨大的财富， 丰富了人们的生活。纳米抗菌材料是近几年研制开发的一类新型保健抗菌材料， 是纳米科技和抗菌技术研究的重点。随着人们健康意识的提高， 纳米抗菌产品不断进入人们的日常生活。如现在市场上出现的纳米抗菌洗衣机、抗菌冰箱、抗菌保暖内衣、抗菌鞋袜等风靡市场， 极大地丰富了人们的物质生活， 提高了人们的生活质量。

纳米抗菌材料不仅具有纳米材料的基本性能， 如表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应， 而且也具有抗菌材料的功能， 如安全、高效、广谱、释性好、不易产生抗药性和耐热性等

纳米（nm）和米、厘米一样，是长度计量单位。一纳米为一毫米的百万分之一（10-9 米）。“纳米”并没有象某些媒体宣传的那样神奇，我国古代早有应用，如徽墨，其主体成分的炭黑就是纳米颗粒。

纳米材料通常指两种材料：一是纳米尺寸（粒径在1～100nm颗粒或直径在1～100nm的纤维）的基础材料，如纳米碳黑、纳米磁粉、纳米炭管等；一是采用纳米量级（1～100nm）的基础材料加工的制品，在其微观尺寸上保持一定的纳米分散性，如纳米陶瓷，活性钙等。基于此，人们习惯性把用纳米基础材料改性的材料—纳米改性材料（通常赋予改性材料一些因加入纳米颗粒而产生的特殊性能）也简称为纳米材料，进一步演化将纳米材料的制品简称为纳米制品，如纳米洗衣机、纳米抗菌防臭运动鞋等等。

纳米材料能杀菌原理如下：

随着物质粒径的减小，比表面积大大增加。粒径5nm的颗粒，表面的体积百分数为50％，粒径2nm时，表面的体积百分数增加到80％。庞大的比表面，键态严重失配，出现许多活性中心，使纳米材料具有极强的吸附能力。这使得纳米粒子对于无论是促使物质腐败的氧原子、氧自由基，还是产生其他异味的烷烃类分子等，均具有极强的抓俘能力，使其具有防腐抗菌功能。

在化纤制品和纺织品中添加纳米微粒还有除味杀菌作用，把银纳米微粒加入到袜子中去，可以清除脚臭味；医用纱布中放入纳米Ag粒子有消毒杀菌作用。

金属离子溶出抗菌原理

金属离子抗菌剂以Ag +、Cu 2+、Zn 2+为主。表现出较强的氧化能力， 破坏细菌细胞的代谢作用， 阻止了微生物的繁殖。

另外， 可以强烈的吸引细菌体内蛋白酶的巯基， 并迅速结合， 使细菌的基因酶丧失活性， 致使细菌死亡。

当菌体被杀灭后，Ag +又游离出来， 与其它菌体作用， 实行新一轮的杀灭， 直到细菌全部杀死为止。

光催化杀菌机理（活性氧抗菌机理）

无机氧化物如纳米TiO 2和ZnO 2等， 其杀菌机理主要是基于光催化机理。当杀菌剂被光照后产生电子-空穴对， 与空气中的水和氧结合生成羟基自由基・ＯＨ－和超氧化物阴离子自由基・O 2-。这两种自由基均具有较强的氧化活性， 能够与细菌内的有机物及其分泌的毒素作用， 破坏其繁殖和再生能力， 减少细菌的生命力， 同时能攻克细菌和外层细胞， 穿透细胞膜， 破坏细菌的细胞膜结构， 从而彻底杀灭细菌。此外・O 2-还可以与水进一步作用， 生成羟基和双氧水， H 2O 2可通过细菌细胞膜， 不仅能杀死细菌， 还能分解细菌死后释放出来的内毒素等脂类物质， 对细胞的破坏作用大大增加。

接触型灭菌机理

当带正电荷的抗菌成分接触到带负电荷的微生物细胞后， 便互相吸附， 有效的利用了电荷的转移来击穿细菌的细胞膜， 使其蛋白变性， 无法代谢和繁殖， 乃至死亡。同时抗菌成分并不消耗， 保持原有的抗菌活性， 具有长期有效性。

纳米抗菌材料的类型

抗菌材料的核心是抗菌剂。根据化学组成抗菌材料可以分为天然、无机和有机三大类。

天然纳米抗菌材料

天然纳米抗菌材料主要是沸石类矿物， 其主要组成为架状结构的水铝硅酸盐， 具有纳米孔隙和孔道结构， 对于分子尺寸的粒子具有较强的吸附能力和吸附选择性。天然抗菌材料具有抗菌范围广、安全性高、无副作用， 因此深受人们喜爱。但近年来的研究证明， 此类抗菌剂的抗菌能力、持久性、耐热性差和寿命短， 且受原料加工条件的限制， 不能大规模生产和市场化， 使其使用受到限制。

无机抗菌剂

无机抗菌剂主要有两种类型， 一类是离子型抗菌剂， 主要有Ag +、Cu 2+、Zn 2+等金属离子。目前广泛采用的是Ag +和Zn 2+两种， 但银抗菌剂使用更广泛。另一类为光催化型抗菌剂， 也称纳米光触菌材料， 也常用于室外建筑材料以及防护玻璃的杀菌材料。

有机抗菌材料

有机抗菌材料具有杀菌速度快， 适用范围广等优点， 但耐热性差， 溶出物有毒、使用寿命短等缺点使其使用受到很大限制。近年来， 正在研制开发实用价值较高的无机/有机复合抗菌剂。