抗擊致病菌 這項技術別出“鋅材”

2019年06月14日09:22  來源:科技日報
 

  細菌,一種非常微小而又原始的生物,人類對它又愛又恨。它既可以在生物科技領域中廣泛運用,也會給人類帶來許多致命的疾病。

  自從人類發現細菌致病后,殺菌技術就成了生物醫學領域永恆的課題。

  科學家發現,細菌從1隻繁殖到200萬隻僅需要8小時。如何才能在不影響原有物體外觀、顏色、確保安全的前提下,對物體進行抗菌處理,形成持久殺菌、抑菌的作用?

  南京凱創協同納米技術有限公司(以下簡稱凱創公司)近日宣布,經過該公司中外專家聯合研發的微納鋅復合抗菌材料,對已知的800多種常見細菌均有良好的殺菌抑菌作用,目前其抗菌產品已經批量出口到日本和歐美各國。

  “慢性子”的納米鋅

  “致病微生物盡管種類不多,但造成的危害卻不小。”凱創公司董事長錢鵬告訴科技日報記者,其不僅會引發諸如SARS、H7N9等突發性公共衛生事件,還會導致各種“現代病”的發生,比如軍團菌等致病微生物可能會導致“空調病”的發生。

  針對這些致病源,消毒劑與抗菌劑均可起到作用。消毒劑的作用,主要用於殺滅傳播媒介上病原微生物,使其達到無害化要求,將病原微生物消滅於人體之外,切斷傳染病的傳播途徑,達到控制傳染病的目的。抗菌劑則是指直接接觸皮膚黏膜的、具有一定殺菌或抑菌作用的制劑(栓劑、皂劑除外)。

  目前,國內公共場所和對消毒有要求的場所普遍採用的是定期消毒殺菌方式,即採用有機、無機消毒劑或天然抗菌消毒產品消滅致病菌。

  但是,這些消毒產品(如84消毒液)有一個弊端,在瞬間秒殺細菌后,消毒劑在短時間內就揮發了,空氣中繼續傳播的細菌、物體表面的細菌會再次滋生,因此不具備持續抑菌的功能。

  錢鵬表示,近年來無機金屬持久抗菌受到重視,其中應用最廣泛的元素有銀(Ag)、銅(Cu)和鋅(Zn)。

  以納米銀、納米銅為代表的無機抗菌劑,具有持續時間長、廣譜殺菌、殺菌效果強等特點,一經上市就得到廣泛應用。

  但是,納米銀產品和納米銅產品的生產成本較高,也容易氧化變色﹔而且銀在人體內不參與代謝,會在體內富集,對人造成危害。

  納米鋅盡管在持久殺菌和抑菌效果上和納米銀、納米銅抗菌材料等量齊觀,但是納米鋅的秒殺效果不如納米銀。實驗結果表明,殺死90%以上的細菌,納米鋅至少需要5小時,而納米銀僅僅隻用600秒。

  如何修補納米鋅的短板,使其成為一種新型抗菌產品,成了科學家長期研究的課題。

  微納復合殺菌力倍增

  為了讓“慢性子”的納米鋅擁有“速殺”能力,錢鵬團隊與中科院化學所研究員李畢忠合作,研發出了微納鋅復合抗菌材料。

  “通過透射電子顯微鏡TEM觀察,這種材料粒子一部分屬於納米級、一部分屬於微米級,呈現出不同的殺菌效應。”錢鵬介紹說。

  由於微納鋅具有較強的催化能力,形成自由移動的帶負電的電子和帶正電的空穴。“就好比電影院中排列整齊的座位上每個都坐著人。若將人視作電子,隻要有人站起來走動,成為‘自由電子’,就會多出空位置,即空穴。”錢鵬解釋道,此時吸附在材料表面的氧氣、羥基和水等就會坐到那些“空位置”上,產生具有還原作用的羥基自由基及活性氧離子,激發空氣和水中的氧變為活性氧ROS。活性氧具有極強的氧化活性,它們能破壞細菌細胞的增殖能力,從而抑制或殺滅細菌。

  微納鋅粒子特有的比表面效應,還容易與所接觸的細菌產生親和力。而且,鋅離子具有氧化還原性,會刺破細菌的膜蛋白結構,使其失去活性,達到殺菌目的。當細菌被殺死后,生命力強大的鋅離子又會從溶解的菌體中游離出來,再與其他細菌接觸,完成新的殺菌任務,所以顯出很強的殺菌活性。

  根據檢測,微納鋅復合物對已知的多種常見細菌均有良好的殺菌抑菌作用,並且持久有效。對大腸杆菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌等多種致病菌的殺滅率達到99.9%以上。同時,用ASTM F1980方法對微納鋅復合物進行了模擬加速老化試驗,5年后其殺菌率仍然保持99.9%。

  目前,美國聯邦法院在全美已發出限制法令,限制納米銀應用於紡織類用品,這為微納鋅復合抗菌材料的開拓提供了機會,有望成為我國抗菌產業的重要新軍力量。(記者 張 曄 實習生 康 潔)

(責編:趙竹青、呂騫)

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