新型塑料抗菌剂的研讨及其正在“后非典期间”的运用瞻望
2006/5/30 0:00:00 | 编纂:管理员| 【打印】【封闭】 访问量:3597次8894.com
  季君晖 宽 庆 (中国科学院理化技术研究所)   几年前抗菌塑料方才正在中国鼓起的时刻,有人举出日本O-157恶性大肠杆菌大局限致病的例子,念以此背民众阐明社会生活情况中运用抗菌材料的必要性,多数人事先能够皆以为过于耸人听闻了。究竟不幸而言中,去冬今春的“非典型性肺炎”来势汹猛,比O-157有过之而无不及。一时间寻常很少有人问津的抗菌和消毒剂风行市场,鱼龙混杂。时至今日,那曾给人们带来过多少心思慰藉的过氧乙酸的气息好像借缭绕正在各个角落。痛定思痛,与其到了异常期间靠那些强刺激性的化学药品临时抱佛脚,莫如在日常生活中营建一个康健情况。   从另一个角度来看,“非典”事宜也极大天增进了质料抗菌范畴的技术发展,正在塑料运用方面揭开了对抗菌剂大规模研讨和开辟的序幕。现今进入了所谓的“后非典期间”,关于抗菌材料作为一个新兴行业的生长做一个瞻望,信赖有其特别的意义。 一、塑料抗菌剂的挑选   抗菌剂一般指一些微生物高度敏感、少许增加到质料中便可显着抑止微生物正在质料外面或本体发展的化学物质。关于塑料运用而言,评价和挑选抗菌剂时应充裕思索的身分重要有以下几个方面: 1.最小抑菌浓度和最小杀菌浓度   抗菌结果能够经由过程抗菌剂抑止微生物发育和滋生的最小浓度(MIC)和杀灭微生物的最小浓度(MBC)表现,是抗菌剂最特性的参数之一。MIC是对抗菌剂抑止微生物,即所谓“抑菌作用”的一般性评价;而能使受试微生物菌株总量削减99.9%或以上所需的最低抗菌剂溶液或浊液的浓度称为MBC。明显MIC或MBC越小,抗菌剂的抗菌结果越好。 2.抗菌谱   抗菌剂对之能表现出抗菌活性的微生物品种集合称为该抗菌剂的抗菌谱(Antimicrobial Spectrum)。能对很多种微生物同时显示抗菌活性的抗菌剂称为广谱抗菌剂,而只对一种或少许几种微生物显示抗菌活性的抗菌剂则称为特异性抗菌剂。 3.稳定性(Stability)   抗菌剂的稳定性指抗菌剂自己物理化学机能随时间和情况转变连结稳固的才能,包孕表面色彩和抗菌结果。 4.持久性(Durability)   抗菌剂正在运用历程中能够要阅历洗涤溶出等感化,或逐步披发到情况中,也会引发抗菌材料抗菌机能的转变。 5.加工适应性(Processibility)   一样平常抗菌剂皆需求联合质料才气制备成响应成品运用,以是挑选的抗菌剂要可以或许顺应基材的加工要求。 6.回响反映惰性   抗菌剂正在运用历程中尽量不要和基材中的物资发作物理和化学感化,特别是不要影响高分子抗菌材料和成品的耐候性。关于特别的回响反映性抗菌剂,运用时一定要充裕思索其那方面的影响。   另外,安全性和经济性也是不能不思索的别的两个主要特性。 二、影响塑料抗菌机能的主要因素 1.抗菌剂的疏散状况   抗菌剂自己的构造和状况是决意和影响抗菌机能的最主要身分。现在运用的抗菌剂品种许多,包孕有机抗菌剂、无机抗菌剂、自然抗菌剂、和光触媒型的抗菌剂等,每一个抗菌剂的种类对微生物的感化机理皆不尽雷同。   但抗菌剂正在基材中的疏散状况也是间接影响抗菌材料抗菌机能的主要因素之一。抗菌剂自己能够是固体的颗粒、粉末,也能够是液体、溶液、乳液或悬浊液,以至能够是气态的。正在抗菌材料中抗菌剂聚集的状况、巨细、散布匀称性等都邑间接影响质料的抗菌机能。好比一般说来,抗菌剂的浓度越大,抗菌机能越好,可现实运用中真正起作用的每每仅是质料外面层的抗菌剂,以整体增加量去盘算的抗菌剂浓度其实不能很正确天反应质料外面的抗菌机能。 2.感化工具   微生物品种极为繁多,种种微生物的心理构造又皆有所差别,如凭据微生物细胞构造,可明白天分红真核细胞和原核细胞两个根基范例;但除此之外,尚有一类微生物连细胞的根基形状和构造皆不具有,被称之为非细胞型生物,如致使“非典”的首恶——病毒便属于那一类。   抗菌剂和微生物的感化机理是经由过程特定构造相互作用停止的,以是感化工具构造的差别必然会引发抗菌剂对差别微生物有着差别的MIC和MBC,以至局部抗菌剂对一种微生物具有优秀的抑止和杀灭机能,而对另一种微生物则能够完整没有感化。   微生物发展过程可分为缓慢期(lag phase)、对数生长期(logarithmic growth phase)、稳固期(stationary phase)和灭亡期(decline phase),正在那四个阶段,微生物的形状和活性是不一样的。正在缓慢期,微生物个别相对较大,代谢活泼,DNA分解多,活性较下,对抗菌剂也敏感;到了灭亡期,对情况回响反映变得愚钝,抗菌剂的感化也显着低落。   最新研讨效果注解,微生物的聚集状况也能间接影响抗菌材料的抗菌结果。统一种属的微生物,处于游离态、菌落中、或菌膜中,其对抗菌剂的敏感性差别很大,尤其是处于菌膜中的微生物具有很强的抗情况、抗化学品性,能够耐受数十倍以至上千倍游离时MIC浓度。 3.感化情况   尽人皆知,差别微生物对温度和pH值的要求各不一样,统一微生物正在差别条件下的生机及其对抗菌剂的敏感性肯定有所不同。同时,微生物的生长发育借和四周的气体情况干系非常亲切,特别是O2、CO2、H2O等特定气体的压力发作转变时,会引发微生物对抗菌剂的敏感性发作很大改动,因而也要正在质料设计时加以思索。   固然,微生物只要从外界摄取充足的营养才气包管本身一般的发展和滋生,因而质料运用情况中营养物质的状况和微生物活性也有非常亲切的干系。 三、最新研究进展   除传统的有机抗菌剂、无机抗菌剂、自然抗菌剂以外,这些正在机理上基本上皆属于打仗性抗菌,新型抗菌剂如光触媒型抗菌剂和负离子型抗菌剂更夸大正在肯定感化范围内的“自动”抗菌。 1.光触媒型抗菌剂   自东京大学藤岛昭传授和桥本和仁传授等发明TiO2具有光催化才能,正在光或情况能量感化下TiO2具有剖析微生物及其发生的毒素以来,光触媒型抗菌剂便迅速发展起来。   可用作光触媒抗菌剂的质料重要为N型半导体材料,如TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO2、ZrO2等,个中TiO2是最常见的光触媒型抗菌剂,尤其是锐钛型TiO2。TiO2吸取光子后,价带中的电子就会被引发到导带,并带负电的下活性电子ecb-,同时正在价带上发生带正电的空穴hvb+。正在系统内电场感化下,电子取空穴发作星散,迁徙到粒子外面的差别位置,而吸附或消融正在TiO2外面的O2则易俘获ecb- 构成O2-。   自1995年正在日本初次面市以来,光触媒抗菌剂的运用愈来愈普遍,如带有光触媒涂层的陶瓷材料,以光触媒为中心的氛围浑新机等。然则光触媒型抗菌剂正在塑料中的运用,借需求处理其对高分子树脂的老化题目。 2.负离子型抗菌剂   负离子质料是一类正在肯定情况中能主动开释负离子的功用质料,该质料具有永远的自觉电极性,正在这类电极发生的电场中,微生物正在微电流感化下其繁衍会遭到显着抑止以至被杀灭,因而负离子质料具有抑菌/抗菌功用。现在用负离子型抗菌剂制备了抗菌塑料、抗菌涂料,曾经实验性天用于水处理和室内、车内、冰箱内等关闭空间。 3.高分子抗菌剂   人们凭据有机抗菌剂和自然高分子抗菌剂的抗菌机理停止份子设想,将有机抗菌剂和自然高分子抗菌剂特性联合起来,分解具有抗菌机能的高分子。分解高分子抗菌剂能够战胜自然抗菌剂耐热性差等瑕玷,又能够间接经由过程分解获得具有差别力学性能和生物机能的新型抗菌材料。   Kawabata 和Nishiguchi起首发明分解的吡啶型主链的高分子具有杀灭细菌的功用。Li和SHEN等人在此基础上分解了带吡啶侧基的散烯烃质料,也具有显着的杀菌功用。1997年美国Auburn大学又研制出一种具有抗菌功用的改性PS,简称POLY1,能临时正在其成品外面生存一层氯,从而可杀死与其打仗的微生物。现在BIOPOLY公司正在开辟其正在水处理方面的运用,而Halosourle公司则致力于其作为抗菌塑料正在别的方面的运用。   海内华东理工大学郑安呐传授将季铵盐接枝到高分子主链上,并以“自组装”手艺使其正在成品加工历程中富集外面,引发了很多企业的存眷。   4.银系抗菌剂色彩稳固化研讨   传统的银系抗菌剂是现在最常见的无机抗菌剂。但银离子正在光、热等感化下轻易复原变色,并且变色题目严峻制约了其运用局限,成了抗菌剂应用领域内的困难之一,也是权衡一个企业或研讨单元开辟银系抗菌剂的技术水平的试金石。   现在处理那一题目的路子重要有以下两条:   1、经由过程掌握加工工艺,调解抗菌剂的构造。   高温灼烧能够在一定程度上延缓银系抗菌剂的变色。Shuichi Ohsumi 曾对照体系天研讨了加工工艺和银系抗菌剂的色彩稳固性关系,发明高温灼烧固然能够明显低落银系抗菌剂的变色性,但灼烧可能会形成局部抗菌剂的抗菌机能下落。   2、运用历程到场中变色抑制剂。   现在具有适用代价的银系抗菌剂的变色抑制剂重要有两大类,一类联合纤维整顿剂运用,另外一类则用于塑料中抑止银系抗菌剂正在塑料中的变色。   联合纤维整顿剂运用的银系抗菌剂变色抑制剂一样平常为苯并三唑类化合物,其分子结构通式为:   塑料常用的变色抑制剂重要为以下构造化合物:   M2+XM3+y(OH)2x+3y-zAn+z/n•mH2O 5.抗菌剂复合化   没有任何一种零丁的抗菌剂可以或许完整顺应所有的运用场所,并且正在现实运用历程中,常常需求复合多种抗菌剂。为了充分利用种种抗菌剂的长处,停止差别抗菌剂之间复合时,需求发生协同效应。抗菌剂之间结果的协同详细表现正在能够延伸抗菌剂有用感化工夫,正在整体较低浓度时便可发生抗菌机能,拓宽抗菌剂的抗菌谱,等等。   目前市场上复合抗菌剂曾经泛起,日本市场上“サンアイバック”系列抗菌防霉剂就是三嗪类和吡啶类抗菌防霉剂复合而成的。海尔科化开辟大有机-无机复合抗菌防霉剂,造得的组合物高效、广谱,增加量少,使用方便,实用里广,并且具有优秀的色彩稳定性,显现了相互之间显着的协同效应。近来开辟的新型光触媒抗菌剂也是正在光触媒外面附载抗菌金属离子,构成光触媒抗菌和金属离子抗菌的复合。 6.抗菌剂构造化   现在运用的抗菌剂一般处于天然状况,一样平常没有特别的结构设计:金属离子型无机抗菌剂一样平常经由过程溶液中具有抗菌机能的金属离子和吸附性载体经由过程离子交换造得,光触媒型抗菌剂和所谓的“纳米抗菌剂”一样平常经由过程火热回响反映天生制备获得粉末,有机抗菌剂的形状一样平常是粉末、粉末状微晶或液体。   然则抗菌剂的构造对抗菌剂抗菌机能的施展、抗菌剂和基材质料的亲合性、运用抗菌剂对质料物理性能、力学性能、光学机能的影响具有主要的感化,因而经由过程抗菌剂结构设计能够明显提高抗菌剂的运用效力,并提下运用抗菌剂的抗菌材料和抗菌成品的机能,构成差别范畴抗菌产物的个性化,并能正在很大水平拓展抗菌剂的应用领域。如杜邦公司MicroFree® Brand AMP抗菌剂就是一种奇特的“核-壳”构造,中心粒子里面包覆特别抗菌成份去抑止微生物滋长,中心粒子可增加活性成份表面积,可有用低落抗菌剂增加量,降低成本及对情况的打击;内部包覆层重要掌握抗菌有用成份的开释速度。 四、行业标准建立对运用的增进   “非典”期间,种种抗菌产物纷纭推向市场,手艺成熟度纷歧,质量也良莠不齐。进入“后非典期间”以来,无论是从消费者范例市场的呼声,照样从消费企业行业自律的要求,权威性技术标准的出台愈来愈紧急天提到议事日程上来了,曾经成为抗菌材料本身可否健康发展的一个要害。   国际上对质料接纳抗菌手艺处置惩罚运用得最普遍的是日本,上世纪90年月中日本抗菌成品手艺和谈会(SIAA)即制定出《抗菌产物—抗菌活性取抗菌率的检测要领(Antimicrobial products-Test for antimicrobial activity and efficacy)》,并于2000年景为日本的国度产业尺度JIS Z 2801。   抗菌塑料是海内第一个大规模市场化的抗菌材料,技术上相对对照成熟,早在2000年,海尔科化工程塑料国度工程研究中心即背天下塑料制品标准化技术委员会提出申请,最先动手制定抗菌塑料的行业标准,“非典”之前的2002年10月经由过程了专家评审后报批,于2003年9月由国度生长和革新委员会正式通告公布实行(QB/T 2591-2003 《抗菌塑料—抗菌机能实验要领和抗菌结果》)。该尺度正在要领上根基采用了日本的JIS Z 2801尺度,现在中日两国相干机构正在主动争夺将其配合上升为ISO国际标准。   跟着对络续出现的种种新型抗菌剂及其抗菌感化机理的研究进展,分类制订抗菌剂尺度的前提也日渐完备。经中国抗菌材料和成品行业协会及局部抗菌剂的生产厂家提出申请,中国石油和化学工业协会中石化协质发(2003)58号文件《关于下达2003年化工行业标准项目企图的关照》明白要求立刻最先制订无机抗菌剂的行业标准。现在该行业标准的工作组曾经建立并最先事情,对无机抗菌剂行业标准制订的主要内容及原则开端同一了熟悉,杀青了以下共鸣:   1、本次制定的无机抗菌剂行业标准久不触及光触媒型抗菌剂;   2、标准规定的技术指标包孕,表面、稳固机能(光稳定性、热稳定性)、平安机能(急性经心毒性实验、皮肤刺激性实验)、抗菌机能〔最小抑菌浓度(MIC)〕。   别的,如化学建材(塑料管材)、涂料、纺织品等取高分子材料相干的特定产物也纷纭出台了响应的抗菌行业标准。这些尺度的出台,皆将积极地增进抗菌材料家当整体的健康发展,正在“后非典期间”为进步人民生活质量、有用防备新的疫情发作做出应有的孝敬。
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