纳米材料-2课件

1、纳米材料在抗菌消毒方面的应用 主讲人：王吉萍 制作人：刘庆、唐方川 资料搜集：胡小霞、龙飞宇目录前言01国内外纳米抗菌材料的发展状况02纳米抗菌材料的应用领域04结束语0506纳米抗菌消毒剂的特性以及杀菌机制032前 言 研发抗菌材料的必要性 随着科学技术的不断发展，人们对环境质量的要求不断提高，创建舒适、安全的生存环境已成为人们的迫切愿望。但由于工业的发展，人口的增多，使环境污染加重，而环境污染破坏了我们周围微生物的生态平衡，使人类的健康受到严重威胁。因此研制与开发各种具有抗菌和杀菌功能的材料是十分必要的。 抗菌材料是能杀灭或抑制微生物(特别是致病微生物)生长的一类材料，具有卫生自洁的功能。

2、抗菌塑料、抗菌陶瓷、抗菌纤维、抗菌涂料等抗菌材料在家用电器、日用品、纺织服装、建筑等领域具有十分重要的用途。前 言抗菌材料的发展与使用抗菌材料的关键 在上世纪80年代初，国际上以日本为代表的科技人员致力于研制开发耐热性好、无毒的无机抗菌剂。抗菌材料的关键成分抗菌剂的研究热点也从传统的有机抗菌剂转入了新兴的无机抗菌剂研究。至此，有机抗菌剂、无机抗菌剂和天然抗菌剂均在抗菌材料中得到应用。 使用各类抗菌剂及其抗菌材料的关键是：必须根据材料自身的性能特性和应用的目标产品，及其使用场合的不同予以设计，这需要学科交叉，跨学科和跨行业的技术协作。4前 言 纳米抗菌材料 纳米抗菌材料是将无机抗菌剂采用高科技的

3、纳米技术处理，使其具有更为广泛、卓越的抗菌杀菌功能，并且通过缓释作用，提高了抗菌长效性。 据德国工程师学会估计，2000年全球仅纳米材料市场就可达750亿美元，若包括与微电子元器件相关的产品，纳米技术市场可达3750亿美元。专家们预计，纳米技术是21世纪最具光明前景的科技领域，已经引起各国的普遍关心和重视。纳米抗菌材料是国际上20世纪90年代兴起，并迅速发展起来的新一代功能材料，具有自主抑制或杀灭其表面微生物的功能。近几年来，被广泛应用于医疗、建材、通讯、家庭用品、家用电器、食品包装、建筑等各个领域。5 1国内外纳米抗菌材料的发展状况抗菌材料在日本的发展 现代抗菌材料的应用在80年代起始于日本

4、、欧美等发达国家。1983年日本品川燃料公司首先推出无机抗菌剂的工业化产品。1984年钟纺公司也推出自己的抗菌剂。日本东陶公司所属的日本瓷砖工业公司，1993年开发出光催化抗菌陶瓷，1998年达到月产抗菌瓷砖45万平方米，年产量可达到54万平方米。1996年，在日本发生的全国范围内的病源性大肠菌O一157感染事件，曾一度引起全世界的恐慌。因此，日本掀起了“抗菌热”，不仅在医院、公共场所和住宅，连生活用品和生产工具逐步采用抗菌材料。目前，日本抗菌剂的年销售量超过了210亿日元，生产厂总计100家以上。抗菌制品销售量达500亿日元以上，人均消费水平大大高于欧美。7 1国内外纳米抗菌材料的发展状况抗

5、菌材料在中国的发展 我国开展抗菌材料研究的时间与国际上基本同步，始于上世纪80年代初。但在早期投入的经费不多，研究进展不快，产业化成果不明显。上世纪90年代中期，中科院化学研究所开始研究抗茵塑料及无机抗菌剂，并与海尔集团合作研究开发在家用电器产品上的应用技术，成功地推出系列家电产品：如抗菌冰箱、抗菌洗衣机、抗菌冷柜、抗菌电话、抗菌手机等，极大地推动了市场的需求，起到了抗菌材料产业化的龙头作用。8 纳米抗菌消毒剂的 特性以及杀菌机制纳米光催化型抗菌剂纳米银系抗菌剂纳米银抗菌剂杀菌机理 纳米载银无机抗菌剂2纳米抗菌消毒剂的特性以及杀菌机制10 2纳米抗菌消毒剂的特性以及杀菌机制21纳米银系抗菌剂

6、211纳米载银无机抗菌剂 纳米载银无机抗菌剂是银离子和纳米级无机化合物载体的复合体，其利用纳米载体微粒表面含有许多纳米级微孔的特殊结构特征，采用离子交换的方法，将银离子固定在沸石、硅胶、膨润土等疏松多孔的纳米载体材料的微孔中获得的。制得的纳米载银无机抗菌剂在抗菌功能持久、耐高温、不易分解、安全卫生及广谱性等方面有了极大改善，其性能大大优于传统抗菌剂。11 2纳米抗菌消毒剂的特性以及杀菌机制 2003年10月，FDA批准银离子技术公司(AgIONSTechnologies incorporated)产品在食品工业中的应用，其产品已经被批准列入FDA食品可接触物清单。深圳清华大学研究院纳米材料应用

7、实验室成功地开发出新型多功能纳米无机抗菌剂制备技术，采用银作为抗菌活性成分，以磷酸盐为载体，既较好的解决了银变色、工艺简洁，其抗菌性能和理化指标都达到国家相关标准。该项技术成果处于国内外领先水平。12 2纳米抗菌消毒剂的特性以及杀菌机制 深圳清华大学研究院纳米材料应用实验室研发的纳米银消毒液，有效杀菌成分是金属银纳米粒子，很好解决了现有化学消毒剂有毒、刺激皮肤、操作不方便等缺点，具有强效、广谱杀菌以及持久性的特点。经广东省微生物分析检测中心检测，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、肺炎杆菌、白色念珠菌、绿脓杆菌、枯草芽孢黑色变种杆菌等具有很强的杀菌抗菌效果，杀菌率达999999。14 2纳米抗菌消毒剂

8、的特性以及杀菌机制213杀菌机理 纳米银系无机抗菌剂为广谱抗菌剂，其杀菌机理为银离子接触反应杀菌机理。酶带有巯基、氨基和微金属离子等，酶的催化是病原菌呼吸和新陈代谢的基础。纳米载银无机抗菌剂中的银离子，能保持高的活性，并可以从载体中缓释到表面，吸附病菌并与巯基(一SH)，氨基(一NH2)等发生作用。 微量银离子接触微生物细胞膜时，因后者带负电，靠库仑引力，可使银离子牢固吸附于细胞壁表面，此时细菌有某些生理功能被破坏。当银离子聚集量达到一定限度后，会穿透细胞壁进人细胞内部，滞留在胞浆膜上，抑制了胞浆膜内酶的活性，当酶蛋白沉淀或失去活性，能量和呼吸代谢被迫终止或中断时，病菌的生长和繁殖便得到抑制。

9、 15 2纳米抗菌消毒剂的特性以及杀菌机制22 纳米光催化型抗菌剂 纳米Ti具有良好的电转换特性和光催化活性，是优异的光电功能材料、光催化材料，具有突出的与当前能源利用和环境保护有关的优异性能，将成为一种大有前途的环境净化材料。 纳米Ti02经光催化产生的空穴和形成于表面的活性氧类能与细菌细胞或细胞内的组成成分进行生化反应，使细菌头单元失活而导致细胞死亡，并且使细菌死亡后产生的内毒素分解。实验结果表明，将Ti02涂覆在玻璃、陶瓷表面，经室内荧光灯照射l小时后可将其表面99的大肠杆菌、绿脓杆菌、金色葡萄球菌杀死。这种瓷砖用于医院，覆着于墙面上的细菌数和空气中的浮游菌数明显下降；用于卫生间，可明显

10、降低氨气浓度。17 2纳米抗菌消毒剂的特性以及杀菌机制 日本最近开发出用于Ti涂覆的抗菌陶瓷，在光照下可完全杀死其表面的细菌。最近福州大学也研制出坚固的掺杂Ti02膜的陶瓷材料，对大肠杆菌和空气中的浮游菌具有稳定的杀灭作用和抑制细菌生长的能力。近年来不断研究开发出含有纳米Ti02、Zn0的抗菌除臭纤维，不仅用于医疗，而且还可制成抑菌防臭的高级纺织品、衣服、围裙及鞋袜等。18纳米抗茵材料的应用领域 在塑料方面 在陶瓷方面 在纺织品方面 在环境保护方面 在建材方面 3纳米抗茵材料的应用领域19 3纳米抗茵材料的应用领域3.1纳米抗菌材料在纺织品方面的应用 人类的生活环境中隐藏着许多有去病菌。婴儿易

11、得皮肤炎，青年易患湿疹，卧床患者易得褥疮，其病因是病菌的滋生，故抗菌防臭纺织品将成为人们生活的必需品。夏日，衣物或其它纺织用品会有霉味，这是霉菌容易在这种有利环境中生长的原因，影响衣物的品质，危害人体健康。毛巾、被褥、手帕、贴身内衣等更是需要保洁的场所。 赋予纺织品抗菌防臭除味功能的途径有两种，一种是抗菌后整理技术，另一种是抗菌纤维技术。抗菌整理通常使用有机抗菌剂，近年来也使用无机抗菌剂；后整理法是唯一解决抗菌功能的技术。抗菌防臭纤维近年来发展迅速。国际上是在上世纪80年代开始研制的，但直到90年代后期处于技术领先的日本才陆续开始产业化。203纳米抗茵材料的应用领域 目前国内外多家科研院所和公

12、司都纷份投入到抗菌纺织品的研发工作中。如香港理工大学的纳米科技中心(功能性及智能性纺织品及成衣纳米科技中心)，在具有生物降解、生物兼容的纯天然产物壳聚糖的基础上，开发出天然织物抗菌整理剂。通过壳聚糖作为外层，达到抑制细菌在织物上生长的作用。深圳清华大学研究院纳米材料应用实验室研制的织物抗菌整理剂，采用银系作为抗茵活性成分，较好的解决了银变色、颗粒分散、有效成分与纤维附着等问题，整理剂具有高效、广谱、安全、持久的优点。可应用于棉、麻、丝、涤棉等织物的抗菌整理。213纳米抗茵材料的应用领域32纳米抗菌材料在建材方面的应用 现代建筑气密性好，隔热和换气不充分，墙壁可能结露、潮湿，这种环境为真菌等微生

13、物的繁殖、增生提供了有利条件。空气中弥散的真菌孢子可引起慢性鼻炎、哮喘、疲劳、头痛等疾病。室内各种装饰应用的合成板材、油漆、涂料、家具、粘合剂、有机溶剂等，使甲醛、氨、苯、酚在室内大量积聚。这些有毒气体长期存在，可引发各种疾病，联合国世界卫生组织一项调查表明，新建筑物中，有30存在“有病建筑综合症”。另据一项调查数字表明，我国每年由于室内空气污染造成的经济损失，约为106亿美元。全国因装修材料造成的死亡人数300多人，急性中毒有一万多人，慢性中毒十万多人。因此，开发建筑抗菌瓷、抗菌涂料、抗菌油漆，最大范围做好防范是社会所需。223纳米抗茵材料的应用领域 目前，我国已研制出粉末抗菌涂料，将抗菌剂

14、粉末添加到粉末涂料中，使其均匀分散，制成抗菌粉末涂料，初期涂抹物性、二次涂抹物性、抗化学品性，涂装适应性、贮存稳定性，与普通性粉末涂料无异，并在180oC固化温度下涂膜也不会发黑。同时可采用静电喷涂工艺，不需要增加新的设备，也不影响涂层的理化性能。 深圳清华大学研究院纳米材料应用实验室结合纳米银及纳米二氧化钛两种纳米材料的优点，开发出高性能纳米银纳米二氧化钛内墙环保涂料。具有优异耐洗刷性、强效杀菌、自清洁性及净化空气性能，可广泛应用于家庭、学校、医院、幼儿园、高档宾馆、酒楼、商业大楼、停车场等公共场所的内墙装修。243纳米抗茵材料的应用领域33纳米抗菌材料在陶瓷方面的应用 抗菌性陶瓷制品是将抗

15、菌效果好、安全可靠的无机抗菌剂加入到陶瓷釉料中，经施釉和烧结后使之在陶瓷制品表面的釉层中均匀分散并长期存在，即可制得表面抗菌卫生陶瓷。经反复多次清洗后，其抗菌效果始终不变。利用此种技术，瓷砖和陶瓷洁具都可实现表面抗菌化，具有良好的抗菌性能和抗菌耐久性，而且其它特性如耐酸碱腐蚀、耐磨性等也与普通陶瓷无异。253纳米抗茵材料的应用领域34纳米抗菌材料在塑料方面的应用 在日常生活中存在着多种多样的塑料制品，如厨房用具、卫生间设施、垃圾箱、家用电器的塑料外壳、壁纸、食品包装袋等，因温度、湿度合适，非常容易感染细菌，因此对此类材料进行抗菌加工是极其必要的。用于塑料制品的抗菌剂主要是银系抗菌剂和有机系抗菌

16、剂。在塑料制品制造过程中，通过将抗菌剂渗入塑料或固定于塑料表面，使其表面具有抗菌作用，制成表面抗菌塑料制品。目前冰箱内的果疏盒、胶管、内壁、食品盒等用聚乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂制造的部分都已开始使用银抗菌沸石处理。273纳米抗茵材料的应用领域35纳米抗菌材料在环境保护方面的应用 纳米TiO2不但可以光催化降解空气中的有机污染物，同时可以作为一种环保催化剂，分解去除大气中的有害或恶臭气体，净化空气。所谓环保催化剂，是指为了在保护环境的同时，创造舒适环境所用的催化剂。汽车尾气，工业废气中含有大量对人体有害的氮氧化物，利用Ti02的高催化活性和空气中的NH3可直接实现N0的光催化氧化。如，采用蜂窝

17、状筛网载体担载Vz05一W03一Ti02，以NH3选择性催化还原N0消除N0污染。国外采用TiO2作催化剂利用太阳能催化降解空气中的有机污染物的研究己有报导。Ti02光催化剂和某些气体吸附剂混合，可在紫外光的照射下，吸附并分解空气中的恶臭气体，减少空气污染，提高改善人们的生存环境的质量。283纳米抗茵材料的应用领域 纳米Ti02可光催化降解水中污染物。如化工、焦化及各种工业生产废水中的酚类化合物等有毒物质。通过光催化氧化水中烃类、卤代烃、染料、含氮有机物，有机磷杀虫剂。利用Ti02紫外光氧化技术，可实现对制药废水的降解处理。无定型Ti02对分散染料有很强的吸附净化能力，故可将纳米Ti02粉末均

18、匀分散在废水中或把纳米Ti02光催化剂固定在载体上，均可有效去除水体中的各种有害污染物，达到净化的目的。纳米Ti02可以光催化还原水体中的金属离子，这在实际处理废水中有很大意义。 在光照的条件下，纳米Ti能够杀死有害细菌，纳米Ti02薄膜在光催化作用下产生的空穴和形成于表面的氧离子表面态能与细菌细胞发生生化反应，使细菌细胞死亡、降解由细菌释放出的有毒复合物，彻底杀灭细菌。在医院病房，手术室及生活空间细菌密集场所，安放Ti02光催化剂来杀死细菌。降低空气中的浮游细菌的数量，防止进一步细菌传染。293纳米抗茵材料的应用领域 光催化杀菌可用于深度净化饮，用水，降解饮水中的细菌总数，达到安全饮水要求。2003年6月，深圳清华大学研究院纳米材料应用实验室研制成功