韩晓敏0514.docx

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韩晓敏0514

纳米银在抗菌方面的研究进展

摘要：

纳米技术是本世纪最有前途的新技术之一，纳米材料被普遍应用于生物、医药、化工及其他工业领域。

纳米颗粒是指直径在1-100nm之间的粒子，也称为超微粒子，纳米材料的优良特性取决于其独特的微观结构，具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，因此显示出不同于常规材料的热、光、电、磁、催化和灵敏等特性。

国内、外研究人员将纳米材料和技术与银的特性相结合，研制出纳米银材料应用于各领域，例如建筑涂料、环境净化、医疗、医药、陶瓷、塑料、纸制品、纺织品、化妆品等领域，主若是运用了纳米银独特的抗菌性能和抗菌机制[1]。

关键词：

纳米银；抗菌；应用

1纳米银的抗菌机理

有关纳米银抗菌作用机制，Dibro等以为，纳米银的作用方式与银离子相似，但它们的有效浓度不同，纳米银是在纳摩尔水平，而银离子是在微摩尔水平。

因此，纳米银的抗菌性能尤其对致病的的杆菌、球菌、丝菌的杀灭作用远远大于传统的银离子杀菌剂。

纳米银微粒可杀死细菌、真菌、支原体、衣原体等致病微生物。

通常纳米银颗粒直径（10-100nm）极为微小，独特的小尺寸效应和表面效应能够轻易地进入病原体，与菌体中酶蛋白质巯基（-SH）迅速结合；一些以巯基（-SH）为必要基团的酶便失去活力，使致病菌不能代谢而死亡，从而达到杀菌、修复组织、增进伤口愈合的作用。

Lok等[2]将大肠杆菌短时间暴露在纳米银中，运用蛋白质组学分析纳米银的抗菌机制。

结果显示，纳米银会致使包膜蛋白前体的积存，大肠杆菌细胞膜被破坏，降低其膜电位，细胞内ATP水平降低。

纳米银的抗菌作用是一种同时作用于细菌细胞内、外的复杂机制。

纳米银通过与外膜屏障成份的作用对细胞膜结构和功能组成破坏和扰动，改变膜电势和膜的渗透性，致使细胞的离子转运体系被打乱；纳米银还能够进入细胞内，使细胞内钾和磷酸盐等流失和细胞内ATP大量水解、水平急速降低等；还可能与致病微生物中的DNA结合，致使DNA结构变性，抑制DNA复制；纳米银还会诱导产生超氧化物自由基和其他活性氧自由基，进而致使细胞的氧化应激、细胞膜损伤；纳米银在含水环境中能够释放银离子，易与一系列带负电荷的分子结合，从而干扰微生物正常的生理进程；另外，纳米银又是非抗生素类抗菌剂，细菌对银离子不产生耐药性，是一种长效的抗菌剂。

2纳米银抗菌材料的制备

纳米银为零价,固体呈粉末状,黄褐色,不易氧化,加人自来水后为棕黄色,不产生沉淀,颗粒直径多在10-30nm之间。

可呈球形、立方形、杆状等多种形状,还可依照不同的需要制成管状、丝状、多面体、薄膜等。

纳米银颗粒的制备按原理分为物理法、化学法和生物法。

物理法

物理法原理简单,所得产品杂质少、质量好,但对仪器设备要求较高,生产费用昂贵,一样适用于对纳米银粒子的尺寸和形状要求都不高的产业化制备,要紧有机械研磨法、激光烧蚀法、等离子法、辐射法等。

等人[3]在惰性气氛下金属蒸发、冷凝成核并共聚合成纳米银颗粒,实验说明与大肠杆菌作用的银纳米粒子表面浓度在8μg/cm2时,对大肠杆菌有完全的杀抑作用。

SalomeEgger等人采纳工业火焰喷雾热解法制备Ag-Si复合材料,所制备的材料纳米银颗粒镶嵌在无定形SiO2表面,SiO2的平均直径在lμm,表面的银颗粒在1-10nm,纳米复合颗粒的比表面积在250m2/g。

实验结果发觉，Ag-Si复物对细菌的最小抑菌浓度（MIC）值在μg/ml（即125-100μg纯Ag/ml）范围,且银对革兰氏阳性菌的抑菌性弱于阴性菌;推测可能与两种菌的细胞壁结构有关,阳性菌的细胞壁结构是多层的肤聚糖,肤聚糖的复杂结构和含有的磷壁酸或脂磷壁酸具有很强的负电性,能够隔离Ag+,使Ag+不能抵达细胞质膜。

化学法

化学法合成的纳米银粒子要紧应用于对纳米粒子性能要求较高的光学、电学和生物医学等领域,其关键技术是如何操纵颗粒的尺寸、较窄的粒度散布和取得特定而均匀的晶型结构。

化学制备方式要紧有液相化学还原法、电化学还原法、光化学还原法等。

液相还原法一样指在液相条件下,将Ag+还原为单质银,还原剂经常使用硼氢化钠、柠檬酸钠、乙二醇、抗坏血酸、葡萄糖等,通过操纵不同的反映条件取得不同粒径和形貌的纳米银颗粒。

例IvanSondi等人在室温900rpm搅拌条件下,将l0cm3的维生素C溶液（浓度为1mol∕dm3）以3cm3/min的速度倒到90cm3的5wt%的达哈19（磺酸的一种铵盐）和mol∕dm3的AgNO3溶液中,制成Ag水溶胶,再经水洗、冷冻干燥取得纳米尺寸的银颗粒。

Sukdeb等人[4]采纳形成种子和不同条件生长两步骤制备不同形貌的纳米银颗粒。

第一在和20ml柠檬酸钠混合液中在搅拌条件下快速注人的NaBH4（10mM）,搅拌5min后陈放形成种子。

在100mlAgNO3。

沸腾液中加人3mlAg种子液和柠檬酸钠水溶液,使混合液中柠檬酸钠的浓度达到,加热混合液直至颜色成青黄色,再冷却到室温,通过过滤提纯、漂洗、冷冻干燥取得球状纳米尺寸银粉末。

细长（杆状）或切去顶端的三角形的银纳米颗粒的制备是用5ml的AgN03、10ml的抗坏血酸、146ml的cetyltrimethyl嗅化按（0.1M）、5ml的银种子液和lml的NaOH（1M）混合搅拌,溶液颜色几分钟内从明黄到棕、到红再到绿。

溶液别离在21℃、35℃和21℃培育12h、5min和24h,培育液的颜色从绿色变成红色,通过离心分离提纯,沉淀物中取得高纵横比的杆状纳米颗粒,上清液中取得切去顶端的三角形的银纳米颗粒。

国内胡荣等人[5]以AgNO3和NaBH４为要紧原料,采纳甲苯为溶剂、十六烷基三甲基嗅化铵为表面活性剂合成纳米银颗粒,所取得的纳米银颗粒为球形粒径均一,直径约为左右,单分散性良好,还能够进一步通过自组装排列成二维有序结构。

孙磊等人以单宁酸为还原剂、聚乙烯毗咯烷酮为修饰剂制备了水溶性表面修饰纳米银颗粒[6];所制备的纳米银颗粒为面心立方晶体结构,平均粒径为巧15-17nm,样品在水相中能长时刻稳固分散,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有明显的抗菌作用。

张莉等人[7]采纳间接电还原法,操纵磷钨酸的还原电位，使磷钨酸还原成杂多蓝,然后加人硝酸银制备出单分散性好、粒径小且粒径范围较窄的立方晶系银纳米颗粒,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有显著的抗菌性能。

马守栋等人[8]采纳不添加稳固剂的化学合成法和以超滤法将反映体系中的杂质除去制备高纯度的纳米银,制备出的纳米银平均粒径为,散布窄,表面带负电荷,对多种菌抗菌活性强。

生物法

生物法是人们利用微生物体系制备纳米银颗粒,国内外有效细菌微生物、植物提取物等还原制备银纳米颗粒的报导。

HiuWang等人[9]研究了在厌氧条件下的沙雷菌减少有毒的Ag（I）形成Ag（0）纳米颗粒元素,用XRD测到100μmAg（I）与沙雷菌作用24小时后再对混合液进行离心分离沉淀物变成棕黑色,沉淀物由AgCI和Ag3PO4混合物变成主若是Ag（0）了。

NicholasLaw等人[10]研究了在废水中通过地杆菌属把Ag+或银沉淀转变成银纳米颗粒。

Birla等人研究了用真菌（头状茎点霉）细胞滤液与lmmol/L的AgNO3溶液生物合成银纳米颗粒[11],这种包覆的银纳米颗粒能够增强颗粒在胶体溶液中的稳固性、减少颗粒聚合,对大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌都有专门好的抑菌作用,那些对抗生素有抗击作用的生物体对这种银纳米颗粒有专门好的灵敏性。

生物还原法具有原料来源广、价廉易患、绿色环保、反映条件温和等优势,但其还原能力较弱,寻觅新的具有较强还原能力的生物源是此法的要紧冲破口。

生物还原法要紧有细菌还原法、真菌还原法、植物还原法等。

3纳米银在抗菌方面的应用

纳米银在抗菌织物开发中的应用

纳米银抗菌织物的抗菌作用是要紧依托织物中游离出的银离子和纳米银本身而发挥作用。

Lee等将纳米银的抗菌作用机理归纳为：

纳米银通过结合细菌表面的蛋白质分子，从而抑制细菌的代谢，最终致使死亡。

纳米银可通过尼纶、网布、水状胶质、甲基纤维素、聚乙烯、聚丙烯等为载体，制成医用敷料，适用于大部份的外伤医治，专门适用于烧伤、慢性的腿脚溃烂、糖尿病溃烂创口等。

用含纳米银的敷料覆盖于伤口，不仅能对抗微生物感染起到很重要的爱惜作用[11]，同时释放在敷料表面的活性银离子也对伤口炎性分泌液的分泌起着重要的作用，伤口中的免疫血清、血液、组织液可被活性银离子所干扰，使伤口和敷料之间的反映变得加倍复杂。

Margaret等在对6种含纳米银医用敷料的对照抗菌实验中发觉，以聚乙烯为载体的纳米银医用敷料Acticoat的抗菌能力最强，它能起到快速而广谱的杀菌作用，可有效地杀灭9种常见于烧伤感染的革兰阳性或革兰阴性菌，其24h抗菌效能大于1000cfu∕ml，而且能快速杀灭耐甲氧西林葡萄球菌菌株（MRSA），这种医用敷料在临床医学中有普遍的应用前景和价值[11]。

纳米银抗菌技术在临床医疗中的应用

纳米银材料在医疗卫生领域的应用日渐普遍，在创面敷料、避孕器械、外科器械、假肢等医疗器材中，纳米银均有应用。

最近的研究还发觉，纳米银与有机材料结合成复合物，能减轻银离子直接接触人体所带来的危害，且银离子被包裹在有机材料（如聚氨酯、聚乙烯等）内，释放更为缓慢，能达到长久抗菌的成效。

纳米银在烧烫伤科的应用

在医治烧伤和感染创口方面，纳米银材料显示了它优良的抗菌性能。

Demling等对20例烧伤患者行植皮术，结果显示纳米银使网状上皮移植皮的上皮化率提高40%，关于烧伤残余创面有较好的促深造复作用，实验组愈合时刻较对照组明显缩短。

Chen等在对二度烧伤的患者分3组进行医治，别离是纳米银敷料组、磺胺嘧啶银乳霜组和一般凡士林油砂组，发觉纳米银敷料比凡士林油砂抗菌成效强且更快增进伤口愈合。

Madhumathi[12]和Ong等采纳纳米银壳聚糖结合制作的敷料，用于处置烧烫伤伤口，能够抗击金葡、大肠等多种细菌且表现出良好的止血成效[13]。

在骨科的应用

Alt等研制了一种新型纳米银骨水泥材料，在体外实验中发觉，纳米银含量为1%的骨水泥可抑制耐药性极强的MRSA和MRSE菌株，而对照的2%庆大霉素组及一般骨水泥组却没有显示任何抗菌成效，而且在细胞毒性实验中，各组之间无统计学不同，以为纳米银骨水泥在关节成形术中是不错的选择。

在皮肤科的应用

Tian等研究发觉：

局部利用含纳米银的敷料不仅能加速伤口愈合，还能改善疤痕愈合的外观，成效十分理想。

Keck等[14]在乳霜中加入含纳米银的复合物后，体内实验发觉这种霜剂不仅有效减轻了灵敏性皮肤的过敏病症，而且减轻了特应性皮炎。

在多次反复实验有效后，他们以为：

纳米产品结合一般化妆品医治过敏性皮肤，完全能够代替糖皮质激素如此长期利用对皮肤反而有害的药物。

在口腔科的应用

口腔是人体与外界环境中细菌等微生物接触最多的部位之一，维持口腔卫生不容轻忽，很多学者着力探讨银离子在口腔抗菌中能发挥的作用。

Knight等在体外实验中发觉，用氟化银处置的牙质，能避免变异链球菌在牙齿表面形成生物膜，也能避免牙质的进一步软化。

在一组对中国学龄前儿童前牙龋齿的对照研究中发觉，氟化铵银能有效预防和医治龋齿。

在心血管科的应用

Edmiston等[15]发觉，利用银纳米技术能有效降低那些需要留置静脉针的患者的感染率。

带阀门的静脉留置设备能降低患者被锐器损伤的机遇，可是近来发觉留置针管道容易诱发污染，尤其是对MRSA等耐药性菌株无抗击力。

在体外实验中，采纳银纳米技术对管道进行处置后，微生物菌落生长减缓。

纳米银在眼科的应用

长期以来，眼科用目镜表面利用的是可溶性抗菌药物，但在短时刻内药物就会溶解、失效,降低了药物疗效从而对靶组织的有效性降低，引发全身性的副作用。

在一项新的研究中，采纳人的眼角膜上皮细胞和眼内巨噬细胞对纳米银颗粒进行抗菌性和细胞毒性的测试，发觉颗粒本身并非能致使细胞毒作用，只是颗粒释放的少量银离子在体外实验中产生了一些生物学效应。

假设能覆上足够的银，将专门好地解决永久性接触镜表面细菌繁衍问题。

纳米银抗菌剂在纸张印刷油墨中的应用

随着社会的进步,人们对生活质量、人身健康的要求也愈来愈高。

减少与病菌、病毒物体的接触,幸免病菌、病毒的侵害已是人们对文明社会的普遍诉求。

日常生活中,人们大量利用印刷制品,如食物袋、食物容器、卫生纸巾、餐巾纸、食物包装纸、内衣包装带、药品袋、药品容器等；也大量接触报纸、杂志、书籍印刷品等。

这些印刷制品所用的油墨在生产和贮存进程中,有可能被生产原料带入的、生产设备污染的、因贮存不妥而被外界引入的微生物而污染,而且这些微生物一旦在适宜的温度和湿度下很容易滋长、繁衍,给接触的人造成专门大平安隐患。

另外还有流通领域用纸,例如作业本、扑克牌、病历纸、查验单。

包装方面

在人们的日常生活环境中,细菌等致病性微生物无处不在,要挟着人类的健康。

银具有突出的杀菌成效和平安性,与一般银相较,纳米银具有更强的生物活性、抗菌性能,因此纳米银能够用于抗菌包装材料的改性、水果保鲜包装材料等包装领域。

液体奶无菌包装是最近几年兴起的新型包装,它对抗菌保鲜和破袋强度都有很高要求。

假设用纳米银改性的PE,PP薄膜包装的牛奶,能有效抑制和杀死大肠杆菌、金色葡萄球菌等,避免各类微生物生长,较一样薄膜的氧阻隔性可提高3-5倍以上,内装物不易变质,可使奶制品的保质期和货架寿命大大延长。

宁波华实纳米材料[16]将无机载纳米银粉体应用到抗菌塑料的制备中,第一采纳改性剂对无机超细粉体为载体的纳米银粉体进行改性,再将改性后的粉体旋涂到通过处置的塑料表面上,制作的抗菌塑料具有显著的抗菌成效,能够应用于抗菌家电产品、抗菌医疗器具,抗菌塑料建材、食物用抗菌器具及抗菌日用品等领域,适用于PP,PS,HDPE,LDPE,PVC,PC,ABS等塑料中。

孙长志[17]发明了一种纳米复合包装材料,包括基层、纳米金属层和中间纤维层。

采纳纳米铝箔层或纳米银层作为金属层,大幅度的增加了现有包装材料的抗菌性、防潮性等性能,可用于食物、饮料、药品、卷烟等的内外包装,延长食物、药品的保鲜保质期。

朱上翔等[18]将冰晶致冷技术和纳米银离子杀菌消毒技术应用到荔枝和其他蔬菜水果保鲜、存储和运输上,成效极佳,保鲜期显著延长,好果率大幅度提高。

将银系纳米材料母粒添加到常规LDPE保鲜膜配方组分中,经吹塑制得粒径为40-70nm的纳米防霉保鲜膜,通过缓释溶出的金属银离子阻止微生物的酶合成,延长保鲜期。

张慜等[19]等发明了一种延长易腐臭果蔬保鲜期的3段复合预处置方式,属于果蔬贮藏保鲜技术领域。

将果蔬通过挑选、洗涤、分级、真空快速冷却以后,通过纳米银抗菌涂膜,减少果蔬腐臭率,达到最正确的品质,达到中长期保鲜的目的。

印刷方面

由于纳米银具有良好的导电性,因此能够把纳米银制成导电油墨用于印刷一些电子产品或线路板等。

Kazuhiro等人开发了一种超细喷墨打印系统,采纳银纳米浆料能够实现宽度仅为几微米的金属线的直接印刷。

Shim[20]等利用热分解法制备出平均颗粒尺寸为6nm的纳米银,然后将制备出的纳米银溶解在正十四烷中取得纳米银油墨,以喷墨打印的方式印刷在聚酰亚胺薄膜、照相纸、硅圆片基质上,以后在250℃煅烧30min，经测试,电阻率大约为6μΩ·cm。

菜谱、钞票纸、香烟接装水松纸等更易造成细菌传播或交叉感染。

因此这些可能与人躯体直接接触的物品超级有必要进行抗菌化处置,而将纳米银抗菌剂添加到相关油墨中通过常规印刷工艺很容易制得抗菌制品,因此纳米银抗菌剂在印刷油墨中的应用空间超级大,范围超级广。

纳米银抗菌在家具方面的应用

家具在人们工作和生活的环境中扮演着重要的角色，但也可能成为病菌传播的媒介。

因此，家具的抗菌性研究和应用对爱惜人类健康、改善生活和工作环境具有十分重要的意义。

抗菌剂是指能使细菌、真菌等微生物不能发育并能抑制微生物生长的物质目前应用的无机抗菌剂是无机化合物中含有抗菌性离子，如银、铜、锌等金属离子。

其中，载银抗菌剂抗菌能力最强，引入抗菌离子的方式有离子互换法、熔融法和吸附发等。

无机抗菌剂无毒、广谱、抗菌时效长、不产生耐药性、有突出的耐热性，但价钱较高和抗菌具迟效性，不能像有机抗菌剂那样迅速杀死细菌。

纳米银，是一种高效、无毒、无副作用的无机抗菌剂。

抗菌剂对不同种类的微生物有不同的最低有效浓度，抗菌剂的利用量低于次浓度，可不能有抑菌成效，抗菌剂过量不仅增大本钱，而且会阻碍到漆膜的质量。

新型材料的利用，本身就能够够推动创新技术的进展。

开发纳米银抗菌家具也是实现家具产业的创新进展。

纳米银抗菌家具具有无毒无副作用、长效抗菌的功效，与同类油漆涂料相较，具有排除臭味的功能、耐磨性耐老化型也有显著提高。

纳米银抗菌涂料采纳高新纳米技术，将纳米银以涂料添加剂的方式配制在家具面漆中。

先将硝酸银制成纳米级的银颗粒，将银纳米化后与家具面漆结合形成抗菌油漆。

纳米银颗粒加入家具面漆要按严格的比例，加多了阻碍面漆性能也使本钱增加，加少了达不到抗菌、抑菌成效。

纳米银经充分、均匀分散在面漆中，能够使家具维持油漆光亮、柔和、耐久性好、同时还具有抗菌抑菌作用。

家具面漆中的纳米银与细菌接触后，会破坏微生物固有成份或产生功能障碍。

其机制是，当微量的纳米银抵达微生物细胞膜时，因后者带负电荷，依托库仑引力，使二者牢固吸附，纳米银穿透细胞壁进入细胞内，并与巯基（-SH）反映，是蛋白质凝固，破坏细胞合成酶的活性，细胞丧失割裂增殖能力而死亡。

纳米银还能破坏微生物电子传输系统、呼吸系统和物质传输系统。

当菌体失去活性后，纳米银又会从菌体中游离出来，重复进行杀菌活动，因此其能够维持长效抗菌。

在纳米银的含量操纵中，咱们运用微波消解仪使纳米银从产品中游离出来，然后通过原子吸收光谱进行检测，通过微生物测试，得落发具面漆达到抗菌抑菌要求时的最低纳米银含量。

纳米银家具面漆研制成功后，可在家具生产线上进行产业化生产纳米银抗菌家具。

4纳米银潜在毒性

纳米银作为一种新兴的纳米材料,由于其在生物领域所展现的多种特性,能够在临床疾病的预防和医治中发挥重要作用。

但纳米银颗粒在加工进程、医疗用品制作进程和作用于患者的进程中,作为固体粉末或其他形式,能够通过呼吸道、消化道、皮肤和直接包埋等途径进人机体,对机体产生潜在的危害。

大剂量纳米银暴露的急性毒性反映研究相对已比较透彻,其毒性机制为通过不同的信号通路诱导细胞凋亡。

目前纳米银在医疗上要紧以敷料、栓剂、导尿管等材料中重要抗菌成份应用,是长期或短时间低剂量利用。

如纳米银抗菌成份的导尿管,短时刻接触尿道,在发挥抗菌效用的同时,微量渗人人体内,至今未有相关的副反映报导。

有研究说明[21],将大鼠皮下注射纳米银微粒,通过一段时刻发觉纳米银随血液循环进入肾脏、肝脏、脾脏、大脑、肺脏等多个重要器官,并在细胞内外沉积,于扰细胞。

目前纳米银的毒性研究要紧集中在体外实验,尽管纳米银在医疗抗菌方面有专门好的成效,但还应关注其毒性的潜在危害,纳米银对人体各系统的阻碍和作用机制等都有待深切研究,从而为平安利用纳米银材料提供理论指导。

5纳米银抗菌材料存在的问题及进展方向

尽管先前对纳米银抗菌材料做了大量的研究,其开发应用前景广漠,但纳米科学只有十几年的历史,人们对其熟悉还不完全,因其具有宏观物质所不具有的特性,过去宏观物质的平安性评判结果及评判方式有可能不适用于纳米材料。

纳米颗粒的粒径大小、表面的电荷性质、添加的处置剂、分散液及所处的物理化学环境发生转变,纳米颗粒都会表现出不同的毒性和生物平安性。

通过不同途径进人人体的纳米银所产生的生物学效应的研究尚不充分,尚未完整公认的评判纳米产品生物平安性的标准方式和体系。

从纳米银材料制备角度,关于可控尺寸、多形貌纳米银的合成技术尚待提高。

合成方式多利用有毒化学试剂,纳米颗粒极易发生团聚,而且粒径小、单一形貌纳米银产量低,多形貌纳米银的单分散性及其化学和热稳固性还需全面系统的研究[22]。

基于以上问题,各国科研人员不断致力于纳米银抗菌材料的开发和改良。

如何提高纳米银抗菌材料的产量,使生产技术本钱低、消耗低、污染低的“三低”方向进展,实现制备进程的“绿色”化,并合成结构更为精细和所需特定微观结构的纳米银抗菌材料,全面诊释纳米银抗菌材料对生物体健康的阻碍因素,这些都是纳米银抗菌材料研究与进展的重要方向。

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