載銀分子篩抗菌

PAGE化學工程學院新產品開發(fā)訓練報告2015-12課題名稱：載銀分子篩抗菌性能研究課題類型：應用研究/論文班級：1111111111姓名：1111111111學號：1111111111指導教師：1111111111評語：評語：指導教師簽名：第一部分文獻綜述1.1抗菌劑的簡介微生物從有利和有害兩方面影響著人類的生存環(huán)境。一方面，人們利用微生物的有益性進行釀造、加工等;另一方面，人們也不得不時刻面臨著微生物的侵擾，而有害細菌的傳播和蔓延更是嚴重威脅著人類的健康。美國《WHO》雜志[2]1996年度統(tǒng)計數字表明，1995年全世界死亡人口為5200萬，其中因細菌傳染造成的死亡人數為1700萬人。這些傳染病包括霍亂、肺炎、瘧疾、結核及肝炎等，人們在日常生活中常常會接觸到其病菌，比如最易感染的感冒、腸炎、皮膚病、肺結核、紅眼病等十幾種疾病就可以通過使用電話這一途徑傳播。1996年在日本發(fā)生了全國范圍的病原性大腸菌（015）感染事件，曾一度引起全世界恐慌。細菌這種致病性微生物已成為人類健康的主要殺手之一。因此，在高科學、高技術不斷發(fā)展的今天，控制和消滅有害細菌的生長和繁殖，仍然是一項與人類健康息息相關的重要課題，并日益受到世人矚目。抗菌劑的開發(fā)和研制是十分緊迫的任務。[13]從微生物學角度上來講，抗菌的概念在對病菌的控制上與消毒是有區(qū)別的，它并不要求立即殺死對人體健康生活、生產環(huán)境有害的微生物，而著重于在長期的使用過程中，抑制它們的生長繁殖，保持環(huán)境的清潔衛(wèi)生。然而我們通常談到抗菌概念的時候則意思比較寬泛，往往是包括了滅菌、殺菌、抑菌、除菌、防霉、消毒等的廣義名稱。相關地，使微生物的活動停止或降低、以及抑制微生物繁殖的行為稱為抑菌或靜菌;直接將微生物毒殺致死的行為稱為殺菌?？偟膩碚f，抗菌的行為通常具有以下含義:(1)工作對象是在生活環(huán)境中生息的細菌，效果?？沙掷m(xù)數年甚至數十年;(2)殺菌能力在殺菌水平之下，靜菌(抑菌)水平之上;(3)能夠長期保持生活環(huán)境的衛(wèi)生性，達到微生物學上定義的衛(wèi)生水平[8]。所以我們可以通俗地將抗菌定義為:先控制微生物的活動和繁殖，創(chuàng)造一個清潔環(huán)境，并將其逐步殺滅的一種長期殺菌作用。添加到抗菌材料中，具有抑制細菌生長、繁殖或將其毒殺作用的試劑就是抗菌劑。目前，對抗菌劑的要求包括:(1)抗菌能力及廣譜抗菌性;(2)持效性,即耐洗滌、耐磨損、壽命長;(3)耐侯性,即耐熱、耐日照、不易分解失效;(4)與基材的相容性或可加工性，即易添加到基材中、不變色、不降低產品使用價值或美感;(5)安全性，對健康無害，不造成對環(huán)境的污染;(6)細菌不易產生耐藥性.1.2抗菌劑的分類根據成分不同，我們現在通常把抗菌劑分為天然、有機和無機三大類。天然抗菌劑主要為天然動植物的提取物，受資源的限制，應用推廣有一定困難。有機抗菌劑己有30多年的應用歷史。在選用有機抗菌劑時，除考慮其安全性外[3](如毒副作用，某些單體甚至有致癌作用)，還存在耐熱性差、易分解和使用壽命短等問題。無機抗菌劑通過將無機材料固有的穩(wěn)定性和抗菌成分的高效性、廣譜性相結合，成功地克服了有機抗菌劑的缺點，己經發(fā)展成為新型抗菌劑研究的主流。1.2.1天然抗菌劑天然抗菌劑來自天然動植物的提取物[1]，有殼聚糖、天然萃取物等。根據特性不同，可作為肥料和土壤改良劑，以促進植物生長，提高免疫能力或作醫(yī)療材料，促進創(chuàng)傷治療和止血;也用于化妝品的生產;另外，也用作保健食品。[2]但因耐久性差，且在150℃-180℃開始炭化、分解，應用范圍窄，又受安全和生產加工條件制約，所以目前天然抗菌劑還不能實現大規(guī)模市場化。1.2.2有機抗菌劑有機抗菌劑主要品種有香醛、乙基香草醛類化合物、季胺鹽類和甲氧苯青霉素也可作為抗菌劑，它們對痢疾桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的殺菌效果均很好。在抑制有害細菌、霉菌的產生與繁殖，從而達到殺滅細菌等的抗菌方法中，多種多樣的有機抗菌劑的研制和開發(fā)占據了主要地位。有機系的抗菌劑主要可用作殺菌劑、防腐劑、防霉劑。有機抗菌劑雖然殺菌力強、殺菌快，但存在安全性較差，會產生微生物耐性，化學穩(wěn)定性較差，在塑料中易遷移(導致抗菌壽命縮短[6])，易水解等不足。另外，有機抗菌劑的耐熱性較差，一般200℃以內長期使用有溶出、析出的現象，使用壽命短這一致命弱點，使它在許多塑料高溫高壓高剪切加工條件下易分解失效，其分解產物甚至有毒。所以目前有機抗菌劑一般用于加工溫度低于200℃的軟質聚氯乙烯(SPVC)、聚乙烯(PE)等塑料中。1.2.3無機抗菌劑無機抗菌材料是[9]20世紀80年代中期快速發(fā)展的一類抗菌材料，具有耐熱性、持久性、連續(xù)性和安全性等優(yōu)點，但也存在一些缺點。目前對無機抗菌材料的應用研究主要涉及金屬元素抗菌劑、光催化材料抗菌劑和納米材料抗菌劑，主要應用于紡織、塑料、涂料及陶瓷等方面。無機抗菌劑分為兩大類:一類為金屬離子類抗菌劑，由載體和抗菌成分組成，即無機化合物中含有抗菌性金屬離子。通常是利用離子交換、吸附、沉淀等方法將金屬離子附著在沸石、二氧化硅、陶瓷、磷灰石等無機載體上?？咕煞譃殂y離子、鋅離子、銅離子等，其中銀離子型應用較多，銀離子與其它金屬離子相比其對細菌的抑菌作用和殺菌作用都較強，這也是銀離子在無機抗菌劑作主要有效成分的重要原因。第二類是以二氧化硅為代表的具有光催化類抗菌劑，此類抗菌劑的特點是其載體類型耐熱性比一般無機抗菌劑高，必須有紫外線的照射和氧氣或水的存在才能起殺菌作用。日前，己有不少研究人員致力于將兩類抗菌劑有機結合于一體。1.3載銀抗菌劑的發(fā)展史早在4000多年前[10]，古埃及人就知道利用銅壺盛水可防止水被污染，到公元前300多年希臘人也發(fā)現用銀制的容器盛裝東西可以防病。1893年瑞士植物學家拉克林發(fā)現金屬對微生物有微動作用，經測試濃為0.01㎎/L的銀離子可殺滅藻類。[1]1929年英國人弗力密庫用4,4－二羥基一3,3－二氨基一偶苯砷一氫氯銀來治療梅毒?，F代抗菌材料的應用于80年代起始于日本、歐美等發(fā)達國家。至90年代末[15]，市場上出現了抗菌家電、抗菌布料、抗菌陶瓷等。我國在抗菌劑方面的研究相對落后。近年來一些科研院所正在投入力量研究開發(fā)，方向集中在無機抗菌劑方面。但由于銀系抗菌劑需要的技術性較強，成本較高，與國外抗菌劑相比，無論在質量上還是價格方面都缺乏競爭力。1.4銀系抗菌劑的分類和研究進展按照載體不同銀系無機抗菌劑可分為硅酸鹽系、磷酸鹽系、氧化物系等，而且不同的抗菌劑的有效殺菌成份和吸附方式也是不同的。表1-1銀系無菌抗菌劑的分類載體載體與有效成分結合方式硅酸鹽類載體沸石粘土礦物硅膠離子交換離子交換吸附磷酸鹽類載體磷酸鋯磷酸鈣離子交換吸附其他可容性玻璃活性炭金屬（合金）有機（金屬）玻璃成分吸附合金化合其中銀沸石是最早開發(fā)的抗菌劑，銀通過離子交換結合在多孔沸石上，沸石的隧道微孔結構很穩(wěn)定，無論發(fā)生吸附、脫附、脫水或離子交換均不會發(fā)生變化。目前市場上主要以海爾科化工程塑料國家工程研究中心股份有限公司的FS-ZN抗菌劑和北京崇高納米科技有限公司的安迪美TM-AM系列抗菌劑產品為代表。[11]國內家電用塑料，如冰箱內膽、門襯、把手等已大量采用該應用技術。因活性炭具有良好的吸附性，載銀活性炭是研究最多的載銀材料。但在試驗中我們可以看到，其抗菌效果較差。且活性炭呈黑色，外表極不美觀，不為消費者接受。目前研究人員主要的研究對象是活性炭纖維，但其造價極高。對于載銀材料，載銀活性炭研究的較多[7]，但其外觀差、造價高、抗菌效果不顯著;載銀沸石的抗菌效果好，但其造價高;對于載銀硅藻土、載銀分子篩的研究則較少。抗菌劑抗菌力的好壞是與載體緊密相關的，同一種抗菌劑在不同的載體里會表現出抗菌力的差異[5]。所以本試驗選取活性炭、沸石、分子篩和硅藻土四種載體進行研究對比，篩選出抗菌效果好、實用經濟的載銀材料。同時，本試驗制備出的載銀材料中銀以納米微粒形式存在，獲取較好的抗菌效果。1.5銀系無機抗菌劑的抗菌機理銀系納米無機抗菌材料的抗菌機理與無機銀系的抗菌機理類似，主要依賴于銀元素的強抗菌活性。銀系抗菌劑通常是由抗菌金屬離子及無機或有機載體組成。金屬離子是抗菌劑中關鍵的抗菌成分，它們的抗菌能力差別頗大。高山正彥等人曾經測定金屬離子的抗菌能力按其強弱順序排列如下[13]:Ag﹥Hg﹥Cu>Cd>Cr>Ni>Pb>Co>Zn>Fe雖說汞、錫、鉛等金屬離子具有與銀同樣的抗菌性能，但是毒性較大，對人體有害。實際上用作金屬殺菌劑的金屬主要為銀、銅、鋅、鉆、鎳，而銅、鉆、鎳等離子又帶有一定的顏色，會影響工業(yè)制品的外觀;鋅有一定的抗菌性但強度僅為銀的1/1000，因此無機系抗菌劑中銀系抗菌劑占據著主導地位?？咕鷦┑目咕芰途w細胞壁的結構與成份有直接的關系。[7]細胞的基本結構中細胞壁在最外層，它使細胞具有一定的形態(tài)且承擔著保護菌體的作用，和抗菌劑首先接觸的就是它。如果細胞壁受到損傷，細胞便難以生長，甚至死亡。采用同種抗菌劑來處理不同的菌體時，抗菌效果是不同的，因為細胞壁的厚度和化學成份隨細胞品種而有差異。抗菌劑對多聚糖層合成的干擾程度反映著其抗菌的效果。1.6.抗菌劑的評價標準評價抗菌劑一般有以下幾方面：（1）抗菌效果（2）使用安全性（3）抗菌持久性（4）耐酸堿性（5）耐熱性?？咕饔么笾驴煞譃橐志饔煤蜌⒕饔脙煞N。1.6.1菌落計數方法（1）只有一個稀釋液的菌落數在適當的計數范圍之內時,按該稀釋液的稀釋倍數可計算出原有總菌數。（2）有兩個稀釋液的菌落數在適當的計數范圍之內時,先計算每個菌落數的平均菌落數,然后也可計算出原有的總菌數。（3）當沒有或者所需稀釋液的兩個平板中只有一個平板產生一個菌落,則按以下方法計數。（4）在非正常情況下計算和報告需氧平板計數的準則。1.6.2計算可按下式計算出樣本的殺菌率[4]初始濃度-終止?jié)舛葰⒕?×100%初始濃度此方法容易造成結果誤差的地方是，將菌液涂于固體培養(yǎng)皿表面需要很均勻，否則可能造成結果的菌落數的變化。而且培養(yǎng)的溫度等條件也比較苛刻,容易造成最終菌落數的差異。1.7載銀分子篩抗菌的應用前景及研究意義1.7.1皮革防霉[12]隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高,不僅對皮革及其制品的需求量逐年增加,而且對其質量、耐用性及健康安全性也隨之提高,其中皮革及其制品的防霉性也是其中必要的內容。皮革是由動物皮經過一系列物理和化學的加工和處理而轉變成的一種固定耐用的物質,具有柔性、堅韌、遇水不易變形、干燥不收縮、耐濕熱、耐化學藥劑、透氣好等特點,是目前人們日常生活中常見的物品之一。由于皮革的主要成份是交聯(lián)蛋白,在制革過程中使用的原輔材料中許多也含有蛋白質、糖類、脂肪等營養(yǎng)成分。因此皮革及皮革制品中含有豐富的營養(yǎng)能被微生物所利用,只要外界濕度、溫度等條件合適,微生物就會生長繁殖,導致皮革及其制品產生霉變。影響皮革最主要的微生物是霉菌,輕則嚴重影響產品質量,重則導致大量產品報廢。而目前我國很多產品銷售范圍較大,需要較長時間儲運,尤其是出口歐美產品需要較長時間海上運輸,產品的防霉要求則顯得非常重要。本實驗通過在物品外邊噴涂納米防霉材料,保證物品在高溫高濕環(huán)境中保持不長霉,納米防霉物品具有良好的抗菌持久性,能夠較長時間內保持物品不長霉。防霉操作方便易行,不需用增加生產線或加工工序,僅對已包裝物品就可單獨進行防霉操作。1.7.2飼料防霉用發(fā)霉的飼料來飼喂動物,可是動物生長停滯,內臟出血,甚至中毒死亡。很多飼料的質量問題就是因為飼料發(fā)生霉變引起的,據報道,全世界每年平均損失的糧食和飼料約占總產量的五分之一左右,其中有一半以上是由于霉變所致。因此防止飼料霉變是商品化飼料生產所必須解決的問題之一。硅藻土、沸石本就是傳統(tǒng)的飼料添加劑。而本試驗所制備的載銀材料中就有載銀硅藻土和載銀沸石,這兩種材料均具有良好的抗菌性,如將其添加在飼料中,一定會起到良好的防霉效果。同時還可考察其作飼料對生長中的海鷗等禽類對禽流感的免疫能力,但因時間、經費問題目前未能實驗。1.7.3水處理[11]緩釋型抗菌劑可作為水處理劑直接應用于水溶液中,通過抗菌劑在水中析出抗菌離子,以達到抗菌效果。例如載銀活性炭纖維材料,與水接觸后,就可將常見的病原性大腸桿菌和金黃色葡萄球菌完全殺滅。利用其緩釋的特性,可應用于飲用水的消毒、游泳池的殺菌等諸多需要水處理的場所。參考文獻王永鋒.載銀分子篩的離子交換及抗菌性研究，南京理工大學學報,2007.06.01徐如人.龐文琴.分子篩與多孔材料化學.北京科學出版社,2004王永鋒.載銀分子篩的離子交換及抗菌性研究.南京理工大學學報,2007.06.01侯靜雯.韓璐.向豪.陳亞芍.堿處理載銀Na分子篩的制備及抗菌性能研究.化工科技,2011.03.15李俠.抗菌劑與抗菌聚合物性能的研究.貴州大學,2007.05.01宮雪.載納米銀抗菌復合材料的研究.西北師范大學,1998,279:548-553吉向飛.李玉平.楊柳青.曲領.石晉美.寇濤.抗菌劑及抗菌材料的發(fā)展和應用.太原理工大學學報，2003.01.20馮芳霞;竇濤等.干粉法合成中孔分子篩MCM-41.石油學報(加工版),1998,3:22-26胡芬娥.13X載銀分子篩在水處理中的研究.昆明理工大學,2006.02.22:47-50王凈宇;王卓鵬;郭嵩.含銀抗感染制劑的進展.化學研究與應用,2010.06.15張小明;張兆榮等.介孔硅基分子篩研究新進展.化學通報,2000,(3)