目前关于纳米氧化锌抗菌剂的抗菌机理,主要有以下两种观点:一种是光催化抗菌机理;另一种是接触式杀菌机理。
1. 光催化抗菌机理
由于纳米氧化锌有较强的光催化能力,经紫外照射的纳米ZnO具有强大的氧化能力,并能降解多种有机化合物。光催化抗菌原理认为,在紫外光照射下,纳米ZnO价带中的电子会激发到导带,形成自由移动的带负电的电子和带正电的空穴,这种空穴与吸附在材料表面的氧气、羟基和水等反应产生氢氧根、氧负离子和过氧化氢等具有还原作用的羟基自由基及活性氧离子。可以激发空气和水中的氧变为活性氧,活性氧具有极强的氧化活性,它们能与多种微生物中的有机物(例如:羟基等)发生反应,破坏细菌细胞的增殖能力,而抑制或杀灭细菌。同时,纳米氧化锌粒径越小,越容易使其周围产生活性氧,而具有较强的抑菌杀菌性能。
2. 接触式杀菌机理
由于纳米粒子特有的表面效应,容易与所接触的细菌产生亲和力,而具有杀菌能力。接触式杀菌机理也叫金属离子溶出机理,认为:ZnO在含水介质中缓慢释放锌离子,锌离子逐渐地游离出来,由于锌离子的氧化还原性,当它和细菌细胞膜相结合时,与其中的有机物发生反应,破坏了膜蛋白的结构,使其失去活性,达到杀菌目的。同时,纳米ZnO表面的空穴会产生电子,直接参与反应,空穴数量越多就会产生更多的电子,其杀菌能力就增加。接触式杀菌机理,首要条件是锌离子与细菌的直接接触,不需要紫外照射,而且当细菌被杀死后,锌离子又会从菌体中游离出来,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。
另外,曲敏丽等⑷利用自制的两种纳米 ZnO和普通ZnO对纯棉织物进行抗菌整理和研究,发现纳米ZnO的抗菌机制是光催化和金属离子溶出共同作用的结果,即纳米 ZnO的抗菌效果在光照条件下是纳米氧化锌的光催化作用和锌离子溶出两种共同作用的结果,而在无光照条件下时是由于溶出的锌离子发生氧化反应而产生的抗菌效果。
3. 结语
总之,纳米ZnO作为一种新型无机功能材料,随着纳米技术的不断成熟,纳米ZnO抗菌剂将由于其热稳定性好、价格低廉、高抗菌性能,将在医疗保健、食品卫生、洗涤剂、化妆品等方面得到广泛的应用。但是对纳米ZnO的抗菌性能产生机理的研究至今仍不成熟,没有统一的定论,需要人们更加努力在提高纳米ZnO的利用率和杀菌率方面的研究。相信随着研究的不断深入,纳米ZnO将有更多的优异性能被发现,并在细菌的抑制或更广阔的领域得到充分的利用,对改善人类生活环境,减少疾病,提高全民生活质量将产生十分重要的作用。
——摘自孟华《纳米氧化锌的抗菌性及其抗菌机理讨论》