銀抗菌的安全性

1、銀抗菌的安全性邢彥軍1,2,宋陽3,吉友美1,戴瑾瑾1(1)東華大學化學與化工學院，上海201620;(2)東華大學教育部生態(tài)紡織重點實驗室，上海201620;(3)東華大學，國家染整工程技術研究中心，上海201620抗菌紡織品的研究與應用與人類健康密切相關，因而越來越受到人們的重視?？咕徔椘房梢悦黠@地提高產品的附加值，滿足人們對健康環(huán)保的需求，因此市場潛力很大。紡織品的抗菌整理多采用主動抗菌，即通過一定方式將特殊的抗菌物質引入紡織材料，以達到抗菌的目的。目前多采用雙腹類、異曝嘎咻酮類、有機硅季鏤鹽類和酚類等溶出型有機抗菌劑。但是，長期使用這些抗菌劑很容易產生耐藥性菌種，大大影響了抗菌效果。

2、相反，無機抗菌殺菌劑具有抑菌持久性、廣譜性、高度安全性等優(yōu)點，因而其應用領域不斷擴展。金屬離子抗菌劑是一類重要的無機抗菌劑，其中銀離子的抗菌能力遠遠強于其他抗菌金屬離子，故銀系無機抗菌劑在抗菌紡織品上的應用越來越廣泛。本文對銀抗菌劑的安全性、抗菌性能、抗菌機制、銀系抗菌纖維和紡織品制備方法、國內外抗菌紡織品測試方法以及目前尚存的問題進行了評述。1 銀的抗菌性微量的、相對無毒的金屬具有殺滅病原體和防止它們增殖的“微量作用效應”。在所有金屬中，銀最具微量生物活性。銀的使用最早可以追溯到18世紀使用硝酸銀治療胃潰瘍1o19世紀第1次確定了銀離子的抗菌活性，到了20世紀20年代，膠體銀由于可以有效地處

3、理傷口而被美國食品藥品署(FDA)認可2-3o與其他抗菌劑相比，銀系抗菌劑具有抗菌性能高(見表1),不易產生抗藥性的特點，具有很高的安全性。在溫暖潮濕的環(huán)境里，銀離子具有非常高的生物抗菌活性。同時，銀系抗菌劑還具有很多優(yōu)點，如對皮膚沒有刺激性，不影響紡織品的服用性能，因此銀系抗菌劑適合于抗菌功能紡織品的制備4-5o表1用于紡織品的不同抗菌劑性能比較抗菌劑格蘭氏陽性菌格蘭氏陰性菌真菌抗藥性皮膚吸收毒性三氯生+-+有有很少到無毒銀系+未報道輕微很少到無毒季鏤鹽+-有有中等到高殼聚糖+未報道未報道生物降解聚己縮腹+未報道無很少到無毒銅系+有無和劑量相關注：+表示有效；+表示高效；-表示無效。測定方法

4、不同，不同抗菌劑間無法進行比較2 銀的安全性我國民間很早就認識到銀有抗菌作用，并記述了銀的毒性，明代醫(yī)學家李時珍在本草綱目中對銀的性質有所記述：“生銀、味辛、寒、無毒”。從生理學上講，銀不屬于人體必需的微量元素，但由于食物和飲水的攝取或者職業(yè)的原因，人體內仍然可以檢測到銀的存在(質量濃度<213心g/L)6。疾病治療過程中所使用的含銀藥膏、繃帶或者導尿管等所含的銀也會進入人體的循環(huán)系統(tǒng)。在大多數情況下，銀與人體細胞中的金屬硫蛋白作用會形成蛋白絡合物，從而減小了銀的毒性。含銀醫(yī)用敷料所釋放的銀除了形成硫化物或氯化物沉淀，與傷口的分泌物反應形成穩(wěn)定的復合物外，有較少部分也會通過開放的傷口進入

5、人體。研究報道，受傷皮膚吸收的銀離子量遠高于健康人體的皮膚7o從理論上講，銀會沉積于人體的任何組織之中，但只有皮膚、大腦、肝、腎、眼睛和骨髓是目前研究最多的部位。大多數的銀主要通過肝和腎排出人體，同時頭發(fā)和指甲的生長也提供了一個排泄途徑4-5o目前對銀的攝入和銀在人體中新陳代謝的研究還較少，只有少數關于磺胺喀咤銀的臨床研究。自引入市場以來，磺胺喀咤銀已經在臨床上使用了幾十年，病人每天最多可使用30g(含銀9.06g)。研究表明在使用磺胺喀咤銀時，10%的銀會被人體吸收，而高度血管化的彳口吸收更高8。使用磺胺喀咤銀的病人體內血銀質量濃度可高達>300心g/L,但至今未發(fā)現明顯的毒副作用9-

6、11oWysor采用口服或皮下注射的方法將1050mg/kg的磺胺喀咤銀(含30%銀，相當于70kg的人使用22g的銀)用于小鼠，連續(xù)實驗1個月后，受試動物無死亡，體重無減輕，沒有行為改變和腹瀉；組織切片分析發(fā)現，受試動物無明顯病變。與人體皮膚直接接觸的醫(yī)用纖維中含有的金屬銀和銀離子，受汗液、皮脂和組織分泌液的激活而積累在皮膚的表面，其中一些會形成硫化銀穿過皮膚的表層而沉淀在皮膚中。雖然高溫和高濕環(huán)境將加速皮膚和黏膜對銀的吸收，但由此造成的銀吸收遠遠低于使用1%磺胺喀咤銀軟膏病人所吸收的量。3 不同價態(tài)銀的抗菌性能大量研究表明，不同價態(tài)的銀均具有殺菌效果，但隨著價態(tài)的變化，其殺菌機制有所不同。

7、總體來說，高價態(tài)離子的還原勢極高，能夠導致原子氧產生的能力也相應的較大，從而極大地提高了抗菌性能。銀具有3種氧化態(tài)：Ag(I)、Ag(II)和Ag(HI)，不同形態(tài)銀的抗菌性能的順序為12-14:Ag4O4>Ag(m)>Ag(n)>>Ag(I)>Ag(0)。表2中列出了銀單質和不同形態(tài)化合物離子化能力的定性比較。表2用于抗菌材料的銀系化合物化合物離子化能力氯離子反應過敏反應抗菌性能金屬銀及涂層低(<1g/mL)反應有低納米銀低(<1g/mL)不反應無很高膠體銀中等至高反應有中等磷酸鹽中等反應有中等硝酸鹽很高反應有很高氯化物低-有低硫酸鹽中等反應有中等沸

8、心未見報道未知有中等磺胺喀咤鹽高反應有高氧化銀低反應有中等Ag4O4是由2個Ag(I)和2個Ag(田)與4個O緊密結合構成的一種具有活躍電子的分子晶體。由于在同一個分子內存在著Ag+/Ag3+,使電位不平衡，Ag4O4具有潛在的電子躍遷的能力和向更穩(wěn)定狀態(tài)變化的趨勢15°Ag4Q與病毒、細菌、真菌和原生動物等生物體的膜和衣殼上的特定蛋白表面裸露的-N基(-NH-,-NH2)和-S基(S-S,-SH)具有親和性，可以發(fā)生熱力學吸附并觸發(fā)氧化還原反應和由反應產生的Ag2+的螯合反應，從而致使蛋白質構象改變，最終導致病原體死亡14oAg(n)和Ag(田)具有比Ag(I)更強的殺菌能力，但其

9、殺菌機制目前還未見詳細報道。一般認為是Ag(n)和Ag(m)的強氧化性使其擁有殺菌能力。Ag(m)的殺菌速度平均要比Ag(I)快240倍，殺菌效果是Ag(I)的200倍12。在這些銀的形態(tài)中，只有Ag(I)和Ag(0)最穩(wěn)定，并且已經應用于各種抗菌材料16。Ag(I)中使用最多的是硝酸銀和磺酸喀咤銀。硝酸銀是非常優(yōu)異的抗菌劑，其抗菌性能比很多其他抗菌劑(包括磺酸喀咤銀)要好，特別是在消除抗性品系的金黃色葡萄球菌、肺炎球菌以及綠膿桿菌上效果更好17o但硝酸銀的用量不能超過1%,否則與活組織細胞接觸時會引起細胞電解質鈉和鉀的流失18o磺酸喀咤銀避免了硝酸銀的很多缺點，同時廣譜抗菌。雖然磺酸喀咤銀在

10、水中的溶解度較小，但它與體液作用釋放銀離子的能力并不差。當磺酸喀咤銀質量濃度達到50mg/L時,95%的人體傷口中細菌種類都可以有效地消除，然而銀離子極易與生物體中的氯離子產生氯化銀沉淀，進而誘發(fā)人體過敏反應產生。雖然金屬銀的離子化速度很慢，但也已經用于治療傷口。納米化學的發(fā)展加速了微細銀顆粒(<20nm)的制備。制備得到的微細銀顆粒的可溶性增強，并且由于金屬銀的離子化和顆粒的表面積成比例，納米顆粒的高表面積使得銀離子的釋放速度也相應增加，因此相對于金屬銀來說，其抗菌性能也極高。然而，抗菌性能提高的同時也意味著毒性的增加。目前對納米級物質的危險性還有很多爭議。研究表明，當以納米顆粒的形式

11、存在時，納米銀要比一些重金屬的毒性還要高19。體外試驗表明納米銀顆粒會導致哺乳動物的肝細胞中毒20,甚至可能會導致腦細胞中毒21。同時，納米銀顆粒的穩(wěn)定性較差，儲放時易產生凝聚形成微米級粒子，另外高分子基材不容易分散，影響了其應用?？咕椢锼褂每咕鷦┲秀y的來源和銀離子的釋放方式及速度對纖維和織物的抗菌性能有著極大的影響。采用不同方法得到的銀系抗菌紡織品具有不同的釋放體系和濃度。Thomas和McCubbin研究了10種采用不同的銀抗菌劑、纖維材料以及釋放體系的織物并比較了它們的抗菌性能22o結果表明：銀的總含量是最主要的影響因素，而銀在織物中因此某一種銀抗菌體系的有效銀含量能否代表其的分布、

12、化學物理形態(tài)以及織物的親濕性等對抗菌性能也有一定影響他銀系抗菌體系值得考慮。到目前為止，對一價銀離子化合物的抗菌機制還沒有一個完全統(tǒng)一的認識。目前提出的研究機制主要有2種：離子溶出說和活性氧說。離子溶出說認為金屬銀和大多數銀化合物與水、體液和組織分泌液作用后可以釋放出的銀離子或者其他“具有生物活性的銀離子”，在吸附病菌后與其中酶蛋白的氨基（-NH2）或者疏基（-SH）等活性基團發(fā)生作用，導致病菌中的酶失去活性或發(fā)生了改性，使得病原菌無法進行呼吸和新陳代謝，病菌的生長和繁殖得到抑制，從而達到抗菌的目的。在這種機制中，銀離子的緩釋對抗菌性能具有極大的影響，而其緩釋性能在很大程度上取決于抗菌材料中銀

13、化合物或金屬銀形成離子的能力，然而，目前尚沒有用于抗菌材料銀化合物或金屬銀離子化能力的精確的定量數據（見表2）活性氧說則認為銀等重金屬具有較高的極性催化能力，在與水和空氣中的氧作用后可以產生活性氧物質（如H2O-,H2O+,0-2等）o這些活性氧物質能夠破壞細胞內各種重要的生物高分子和膜，阻礙病菌的繼續(xù)生長和繁殖，從而起到抗菌效應。Lok使用蛋白質組學和膜性質測定研究了納米銀對E.coli的作用。結果表明：其抗菌機制與Ag+相同，但是納米銀的有效濃度遠低于Ag+23。然而，研究表明納米銀易產生生物毒素24,因此在使用納米銀作為抗菌劑時，必須嚴格控制其用量。雖然大多數研究均已采用以上2種機制，但

14、仍然存在較多疑點，因此還需結合微生物學和生物化學等知識對銀系抗菌劑的抗菌機制作進一步的探討，特別是納米銀抗菌劑的抗菌機制（如粒徑大小、形狀與抗菌性能的關系）,以指導抗菌劑的開發(fā)和使用。5銀系抗菌紡織品的制備目前銀系抗菌紡織品的制備方法主要有纖維改性法和織物后整理法。纖維改性法首先在成纖高聚物中添加合適的抗菌劑填料，然后進行濕法或熔融紡絲，再加工制成抗菌織物；織物后整理則是通過在織物表面涂層或浸漬抗菌劑的方式，使紡織材料表面形成抗菌層。每種方法都有各自的優(yōu)缺點，生產中可根據不同的需求采用相應的加工方法，見表3。表3不同的織物抗菌整理方法方法優(yōu)點缺點后整理易加工，柔性成本耐洗性及抗菌效果持久性差，

15、易遷移進入皮膚（產生過敏反應），對環(huán)境有影響（三廢）涂層不會遷移高成本（10%的銀），不能用于無色織物，金屬銀易變色，只有與皮膚接觸時才能產生效果纖維改性效果持久，不會遷移，適用于只有當與皮膚接觸以及釋放銀離子時才能產生效果；影響纖維的物理機械性能多種纖維，對環(huán)境無影響目前抗菌紡織品的生產主要以纖維改性為主。該法是將抗菌劑的超細粉末作為添加劑進行紡絲25,此時抗菌劑進入到纖維的內部，故耐洗滌性能好，抗菌效果持2時間長，但纖維改性法對抗菌劑的要求較高，抗菌劑必須在水、堿和酸里的溶解度極低，化學穩(wěn)定性好，耐強酸、堿和氧化劑，熱穩(wěn)定性好，因此目前抗菌添加劑多為載銀陶瓷顆?；蛘咻d銀沸石（見表4）。在加

16、工過程中，要求添加的抗菌劑必須與纖維本體有良好的相容性和分散性，同時抗菌劑顆粒細小，粒徑分布范圍窄，不能影響紡絲；添加劑的加入不能夠影響纖維的物理性能，包括纖維的強力和伸長。纖維改性方法大多只適用于合成纖維，除納米銀抗菌劑外無法對棉、麻、毛、絲等天然纖維進行抗菌加工。表4抗菌纖維中使用的銀系抗菌劑種類制備技術耐久性抗菌性能適用纖維銀涂層機械涂層不使用黏合劑，易脫落用量超過5%寸效果好目前只應用于錦綸銀沸心微米沸石交換吸附Ag+取決于所使用的黏合劑低到中等，取決于沸石吸附量無法應用于超細纖維銀粉粉碎或等離子體加工取決于所使用的黏合劑差只適用于粗纖維，易降低纖維強力納米銀溶膠凝膠法進入纖維內部使用

17、時間長優(yōu)良用于所有天然及合成纖維表5列出了部分抗菌纖維及抗菌紡織品?？椢锖笳淼姆椒ㄖ饕槍μ烊焕w維或者天然纖維與其他纖維混紡的紡織品，一般使用抗菌劑的懸浮液浸漬26、涂層或者溶膠凝膠27等方法，使抗菌劑能夠附著在織物上以獲得抗菌效果。后整理方法得到的抗菌織物其纖維內部并沒有抗菌劑，因此耐洗滌性和長效性都較差。后整理方法加工處理方便，對抗菌劑的要求相對較少，但要求使用的抗菌整理劑在加工方法上能夠采用常規(guī)的紡織品加工工藝。表6列出部分用于紡織品后整理的抗菌整理劑產品。6抗菌測試目前市場上的銀系抗菌紡織品多以載銀陶瓷和沸石或者納米銀抗菌劑為主，此類固著型抗菌劑只有在潮濕狀態(tài)（例如排汗，潮濕狀態(tài)是細

18、菌繁殖的理想環(huán)境）才能釋放出銀離子，擴散性極差，因此在使用溶出型抗菌劑性能標準測定銀系抗菌紡織品的抗菌性能時會給出負結果。目前，銀系抗菌劑的抗菌測定多推薦使用振蕩燒瓶試驗。國際上相對比較完表5部分銀抗菌纖維及衍生產品生產廠產品應用加工方法性能興諾CLEANCOOL內衣、運動服纖維內吸附銀永久抗菌OdloTermic運動服載銀陶瓷顆粒永久抗菌Tex-A-medPadycare床單、T恤、綁腿銀涂層PA616微纖維,20%含銀量40C下洗滌150次SchoedelAGSilverline床墊表層銀涂層纖維永久抗菌SchoedelAGMicrocare床墊表層醋酸銀復合物，與濕氣結合產生活性氧可在6

19、0c重復洗滌MaldenMillsPolartecPowerT恤使用銀涂層纖維永久抗菌TWDGmbHDiolenCare,TimbrelleCare運動服、床墊、醫(yī)療產品等PES或者PA616的銀離子復絲永久抗菌KaneboLivefresh內衣、襪子、運動服、鞋墊PA616、銀離子沸石>50次洗滌MontefibreLeacrilSaniwear,TeritalSaniwear運動服、床單、杲布PAMPES銀離子沸石-StatexNoblefibreShieldexX-Static抗神經性皮炎服裝、內衣等銀涂層PA66纖維永久抗菌NylstarMerylSkinlife運動服、襪子、內

20、衣等銀涂層PA66微纖維永久抗菌TreviraGmbHTreviraBioactive功能性內衣、運動服、床單PES與銀抗菌劑復絲永久抗菌東麗X-Static護士服錦綸，銀離子沸石永久抗菌可樂麗Saniter床單、被褥滌綸中摻入銀沸心永久抗菌KosaImbue用途廣泛聚酯絲嵌入銀陶瓷永久抗菌RhovylRhovylEco內衣碘化銀加入纖維FossFossfiber抗菌清潔布含銀無機沸后AglON嵌入聚酯雙組分纖維多次清洗可漂白AmericosSilverAntimicrobial-載銀硅酸鹽永久抗菌NanoHorizonsSmartSilver-納米銀永久抗菌表6部分銀系抗菌后整理劑生產廠產品

21、主要成分應用推薦工藝性能樂凱CSA-1季鏤銀鹽棉、滌綸、睛綸-抑菌性持久耐洗滌50次樂凱納米銀膠體水溶液納米銀超細微粒&50nm-抑菌性持久耐洗滌華普HP902納米銀陶瓷棉、錦綸、睛綸等浸軋法、噴涂-滬正AGS2WMB納米銀012014nm棉、混紡、化纖等噴涂、浸軋、浸漬法-晶碩納米抗菌防臭整理助劑納米銀5nm-噴軋、浸軋-ThomsonUltra2FreshSilpure納米銀懸浮體180nm棉、滌綸、錦綸等使用前混合兩組分浸軋耐50次水洗CibaIrgaGuardB5000P5120載銀硅酸鹽滌綸、錦綸-持久、局溫加工不分解RudolfRUCO2BACAG納米TiO2負p載Ag2O

22、棉浸軋法耐50次水洗DohmenDOCAIR納米銀棉浸軋法高效耐久日清紡AgFresh納米銀4nm棉浸漬法持久整的評價方法是美國測試與材料協(xié)會標準ASTME21492001固著性抗菌劑抗菌性的動態(tài)測試法28、美國紡織化學家和染色學家協(xié)會標準AATCC100-2004紡織品抗菌性能的定量評估29以及日本工業(yè)標準JISL1902-2002紡織品的抗菌性試驗方法30o三者在抗菌性能評價的標準上有很大的不同。由于ASTME2149主要應用于非溶出型抗菌樣品的抗菌性能的表征，因此應用于銀系抗菌樣品的性能測試較為科學。該標準先將樣品浸泡在一定濃度的菌液中振搖培養(yǎng)1h后，比較抗菌樣品在振蕩前后減少的菌落數對

23、樣品的抗菌性能進行表征。而JISL1902和AATCC100標準則比較適合于溶出型樣品31,因此測試銀系抗菌樣品時會產生一定的誤差。它們的操作方法和結果表示與ASTME2149也非常不同。雖然JISL1902和AATCC100標準都是通過比較和計算細菌在抗菌樣品和比照樣上培養(yǎng)后的菌數差異定量地評價紡織品的抑菌和殺菌性能，但二者在具體操作、樣品尺寸、抑殺菌效果的計算方式和結果表示等方面仍有較大不同。目前我國主要采用GB15979-2002一次性使用衛(wèi)生用品衛(wèi)生標準32以及FZPT73023-2006抗菌紡織品33測定非溶出型抗菌產品的性能。FZPT73023和GB15979均是ASTME2149進行改進形成的，但二者在振蕩時間上有極大的差別。前者的振蕩時間為18h,而后者的時間僅為1h,與ASTME2149相同。盡管可以定性鑒定或者定量測定織物上銀的含量，但由于采用了不同的釋放體系和濃度，一種銀系抗菌紡織品的銀有效含量、抗菌檢測結果和方法不能代表和應用于其他的銀系抗菌劑22o研究還表明即使是