抗菌材料在室内空气净化方面的应用

传统的抗菌技术比如紫外线灭菌、气体灭菌和臭氧灭菌等，都有着各自不同的缺点。虽然这些技术手段能在短期内能够有效抑制微生物的污染，但却是治标不治本，不能从根本上解决室内空气微生物污染的问题。因而人们想到开发新型抗菌技术，控制污染的源头，从而抑制并杀灭致病微生物。寻找新的高效抗菌体系就成为了抗菌产业发展的新支点。

在日常生活当中，人们频繁接触的生活用品如家用电器、家具、纺织品、餐具或厨具上都或多或少带有种类各异的病原微生物，微生物在这些材料的表面生长繁殖，并且以气溶胶的形式通过空气传播，跟皮肤、粘膜接触等方式进入人体内，对人体的组织器官造成损害，从而威胁人类的健康。因此，研究人员开始尝试在材料中加入抗菌成分，以达到在传播源头和传播过程中消灭致病微生物的目的，减少微生物气溶胶的产生与传播，间接达到净化室内空气的效果。

抗菌材料简介

在新石器的时代，人类就懂得利用腌制方法来保存食物，所以食盐是人类最早使用的杀菌防腐剂。古代中国人利用银器、铜器保存饮料，用朱丹防腐。很早以前，西方有人将汞和氯化锌作为杀菌剂。这说明了，在相当长的一段历史时期内，人类所使用的抗菌剂都属于无机物系列，主要是金属及其盐类。19世纪开始，甲酸、苯酚、水杨酸等有机杀菌剂逐步在医学上得到广泛应用，这也标志着近代有机抗菌剂研究的开始。第二次的世界大战期间，德军利用季铵盐对军服进行处理，有效地降低了伤口感染的风险。20世纪60年代，戊二醛的应用也成为了抗菌史上的里程碑。现在为止，戊二醛仍然被认为是安全性较高的食品防腐剂。

现代抗菌材料的研究始源于上世纪80年代的日本。当时频繁发生微生物污染事件，大大促进了抗菌材料的研制和应用。随着人类材料技术科学的发展和人类着重于改善自身生存环境迫切要求。在日本、美国、欧盟等发达国家的工业材料的研究上掀起了一股“抗菌热”。经过十几年的发展，抗菌材料作为一种新型的功能材料，在材料开发与应用方面都已取得了很大的进展。而且对抗菌剂与抗菌材料的研究仍在不断地进行着，质优价廉的新型抗菌剂与抗菌材料品种正不断地被开发出来。抗菌织物、抗菌塑料、抗菌树脂等种类繁多的抗菌产品被不断地研发出来并投入生产使用，抗菌材料已经成为高科技材料科研领域的热点.

有机抗菌材料

有机抗菌材料的抗菌组分主要指有机酸、酯、醇、酚等有机抗菌物质。有机抗菌材料是人类使用最早的抗菌材料，埃及金字塔中木乃伊包裹布使用的树胶便是天然的有机抗菌材料。人们使用的有机抗菌材料主要是有机汞化合物、福尔马林等。和无机抗菌材料相比，有机抗菌材料具有一定的毒性和挥发性，容易对皮肤和眼睛等造成刺激，使用时须注意控制其浓度。但有机抗菌材料使用历史久远，在一些领域中有着不可替代的作用，比如有机抗菌材料的抗菌速度比无机抗菌材料快得多，有机抗菌抗菌材料在材料中添加的可操作性强，储存和使用的过程中颜色稳定性好。有机抗菌材料的品种很多，常用的小分子有机抗菌材料、有机锡、吡啶金属盐、咪唑酮、醛类化合物、季铵盐等。大分子有机抗菌材料主要是天然抗菌材料，如壳聚糖、山梨酸等。

有机抗菌材料和无机抗菌材料的抗菌机理是不一样的。有机抗菌材料一般通过如下途径抑制或杀灭细菌：

(1)降低或消除微生物细胞内各种代谢酶的活性，阻碍微生物的呼吸作用。如硫氰酸酯类化合物进入菌体后就会和菌体内酶分子中的巯基、氨基起作用，使之失活而产生抗菌的效果；

(2)抑制孢子发芽时孢子的膨润，阻碍核糖核酸的合成，破坏孢子的发芽状态；

(3)急速磷酸氧化体系，破坏细胞正常的生理机能。醌类抗菌剂通过该机理抑制微生物的生长繁殖；

(4)阻碍微生物的生物合成，干扰微生物的生长和维持生命所需物质的产生过程；

(5)破坏细胞壁的合成。部分微生物具有细胞壁结构，细胞壁主要是由几丁质组成，部分有机抗菌剂能抑制和阻碍几丁质合成，令细胞壁的形成受到破坏，导致细胞内物质外泄，使微生物最终死亡；

(6)阻碍类酯的合成。最近研究发现的一种新的有机抗菌材料作用机制。研究人员发现代森类、福美类有机抗菌材料对以蛋白质为基质的呼吸作用影响不大，但对醋酸酯基的夺取会有阻碍作用，抑制微生物的类酯类化合物的合成系统，达到抑菌和杀菌的目的。

与无机抗菌材料相比，有机抗菌材料抑菌与杀菌所需浓度极低，在微克级甚至纳克级就能发挥抗菌性能。

因为空气的细菌和病毒往往是吸附在颗粒漂浮物上，因此，人们把目光投向了采用室内空气洁净技术，即通过阻隔式超细（亚微米量级）玻璃纤维过滤器把绝大部分微粒（固相）留下来，间接地降低室内空气中的微生物浓度。目前，大多数家用空调及中央空调系统中都装有空气过滤组件。

过滤组件的核心是滤网，滤网是可将分散于流体气体或液体中的固体颗粒分离出来的多孔材料，好的滤网应该具有较高的强度、较高的过滤效率、较好的透气性。纤维滤网以其比表面积大、体积蓬松、价格低廉、容易加工等特点始终占据着滤网的大部分市场，而其中的非织造纤维材料以其成布工艺短、成本低且过滤性能好的特点，已成为空气过滤材料的主导。如聚醋、聚丙烯、聚酞胺、聚苯硫醚玲、聚四氟乙烯等[24]。

由于滤网表面会吸附大量细菌，过滤组件中的温度和湿度又适合微生物的生长，并且沉积在滤网表面的有机物和无机物为微生物的生长提供了营养[25]，为了避免微生物在过滤器中的繁殖造成二次污染，在空气净化器中添加抗菌组件已成为了必要的选择。

Jae Hong Park等人通过化学气相淀积法，使多壁碳纳米管生长在市售的空气纤维滤网的表面[26]。实验结果表明，改性后的滤网，其过滤效率得到了提高，而压降并没有提高。其对尺径30nm以下和500nm左右的颗粒的过滤效率从改性前的48.5%和46.8%分别提高到64.3%和60.2%，抗菌实验表明，对大肠杆菌的抗菌效率为87.3%。

Byung Uk Lee等人[27]研究了模拟了在三种不同湿度条件下（17%, 40%, and 70%）纳米银气溶胶颗粒对滤网所过滤下来的微生物气溶胶的杀菌效率。抗菌实验结果表明，湿度越低，抗菌效果越好。而纳米银气溶胶对的抗菌效果与纳米银气溶胶的尺寸及细菌的种类相关。纳米银气溶胶的抗菌机理可能是对细胞壁的物理性破坏。

滤料过滤吸附微生物主要通过两个方法，一是阻隔吸附，二是静电吸附。阻隔吸附，当微生物吸附颗粒的直径大于滤料孔径时，就被截留在滤料表面。但是滤料孔径对于极微小的颗粒，如纳米级的颗粒或单个微生物，就不能有效去除。静电吸附是对滤料表面进行改性，令滤料表面带上正电荷，而大部分的微生物在ph为7-8时，其表面带有的电荷为负电荷，利用电荷吸引的原理，在微生物及其附着的微小颗粒通过滤料表面时，被范德华力所吸引，停留在滤料表面，从而提高了滤料的过滤效率[28]。

Eun Hwan Jeong等人[29]将含有季铵盐的阳离子聚氨酯离聚物电纺至非织造纤维板的表面，抗菌结果表明，这种有机抗菌纤维滤网具有很强的抗菌性能，并且由于其表面带有正电荷，能够有效吸附微生物，提高了灭菌效率。

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