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抗击致病菌 这项技术别出“锌材”

  细菌,一种非常微小而又原始的生物,人类对它又爱又恨。它既可以在生物科技领域中广泛运用,也会给人类带来许多致命的疾病。

病菌.jpg

  自从人类发现细菌致病后,杀菌技术就成了生物医学领域永恒的课题。

  科学家发现,细菌从1只繁殖到200万只仅需要8小时。如何才能在不影响原有物体外观、颜色、确保安全的前提下,对物体进行抗菌处理,形成持久杀菌、抑菌的作用?

  南京凯创协同纳米技术有限公司(以下简称凯创公司)近日宣布,经过该公司中外专家联合研发的微纳锌复合抗菌材料,对已知的800多种常见细菌均有良好的杀菌抑菌作用,目前其抗菌产品已经批量出口到日本和欧美各国。

  “慢性子”的纳米锌 

  “致病微生物尽管种类不多,但造成的危害却不小。”凯创公司董事长钱鹏告诉科技日报记者,其不仅会引发诸如SARS、H7N9等突发性公共卫生事件,还会导致各种“现代病”的发生,比如军团菌等致病微生物可能会导致“空调病”的发生。

  针对这些致病源,消毒剂与抗菌剂均可起到作用。消毒剂的作用,主要用于杀灭传播媒介上病原微生物,使其达到无害化要求,将病原微生物消灭于人体之外,切断传染病的传播途径,达到控制传染病的目的。抗菌剂则是指直接接触皮肤黏膜的、具有一定杀菌或抑菌作用的制剂(栓剂、皂剂除外)。

  目前,国内公共场所和对消毒有要求的场所普遍采用的是定期消毒杀菌方式,即采用有机、无机消毒剂或天然抗菌消毒产品消灭致病菌。

  但是,这些消毒产品(如84消毒液)有一个弊端,在瞬间秒杀细菌后,消毒剂在短时间内就挥发了,空气中继续传播的细菌、物体表面的细菌会再次滋生,因此不具备持续抑菌的功能。

  钱鹏表示,近年来无机金属持久抗菌受到重视,其中应用最广泛的元素有银(Ag)、铜(Cu)和锌(Zn)。

  以纳米银、纳米铜为代表的无机抗菌剂,具有持续时间长、广谱杀菌、杀菌效果强等特点,一经上市就得到广泛应用。

  但是,纳米银产品和纳米铜产品的生产成本较高,也容易氧化变色;而且银在人体内不参与代谢,会在体内富集,对人造成危害。

  纳米锌尽管在持久杀菌和抑菌效果上和纳米银、纳米铜抗菌材料等量齐观,但是纳米锌的秒杀效果不如纳米银。实验结果表明,杀死90%以上的细菌,纳米锌至少需要5小时,而纳米银仅仅只用600秒。

  如何修补纳米锌的短板,使其成为一种新型抗菌产品,成了科学家长期研究的课题。

  微纳复合杀菌力倍增 

  为了让“慢性子”的纳米锌拥有“速杀”能力,钱鹏团队与中科院化学所研究员李毕忠合作,研发出了微纳锌复合抗菌材料。

  “通过透射电子显微镜TEM观察,这种材料粒子一部分属于纳米级、一部分属于微米级,呈现出不同的杀菌效应。”钱鹏介绍说。

  由于微纳锌具有较强的催化能力,形成自由移动的带负电的电子和带正电的空穴。“就好比电影院中排列整齐的座位上每个都坐着人。若将人视作电子,只要有人站起来走动,成为‘自由电子’,就会多出空位置,即空穴。”钱鹏解释道,此时吸附在材料表面的氧气、羟基和水等就会坐到那些“空位置”上,产生具有还原作用的羟基自由基及活性氧离子,激发空气和水中的氧变为活性氧ROS。活性氧具有极强的氧化活性,它们能破坏细菌细胞的增殖能力,从而抑制或杀灭细菌。

  微纳锌粒子特有的比表面效应,还容易与所接触的细菌产生亲和力。而且,锌离子具有氧化还原性,会刺破细菌的膜蛋白结构,使其失去活性,达到杀菌目的。当细菌被杀死后,生命力强大的锌离子又会从溶解的菌体中游离出来,再与其他细菌接触,完成新的杀菌任务,所以显出很强的杀菌活性。

  根据检测,微纳锌复合物对已知的多种常见细菌均有良好的杀菌抑菌作用,并且持久有效。对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌等多种致病菌的杀灭率达到99.9%以上。同时,用ASTM F1980方法对微纳锌复合物进行了模拟加速老化试验,5年后其杀菌率仍然保持99.9%。

  目前,美国联邦法院在全美已发出限制法令,限制纳米银应用于纺织类用品,这为微纳锌复合抗菌材料的开拓提供了机会,有望成为我国抗菌产业的重要新军力量。