生物科學(xué)文獻(xiàn)綜述

1、納米光催化顆粒對(duì)病原菌的殺滅效果研究【文獻(xiàn)綜述】納米光催化顆粒對(duì)病原菌的殺滅效果研究摘要：納米光催化顆粒在可見(jiàn)光下對(duì)病原菌微生物的繁殖具有很好的殺滅效果，本文對(duì)光催化抗菌材料的現(xiàn)狀和前景，優(yōu)點(diǎn)和不足，損傷機(jī)理分析進(jìn)行綜述。關(guān)鍵詞：納米光催化顆粒；病原菌；殺滅效果；損傷機(jī)理引言 納米光催化顆粒是具有殺滅或抑制病原微生物繁殖能力的一類光催化劑，當(dāng)用可見(jiàn)光照射納米顆粒時(shí)，通過(guò)一系列的作用 ，可產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的氧負(fù)離子（.O2-）和氫氧根負(fù)離子（.OH）。由于.O2- ，.OH具有強(qiáng)氧化能力，可以氧化分解構(gòu)成細(xì)菌微生物的主要成分的各種有機(jī)物質(zhì) ，干擾細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成1 ，從而有效的的抑制細(xì)菌的繁殖

2、生長(zhǎng)，可以引發(fā)絕大多數(shù)有機(jī)物分子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，因此具有很好的消毒殺菌功能2。 1光催化抗菌材料的現(xiàn)狀和前景光催化抗菌材料是近些年來(lái)專家研究的熱門領(lǐng)域之一,近年來(lái)，以二氧化鈦為代表的光催化抗菌材料因其穩(wěn)定性好、成本低、催化效率高等突出優(yōu)點(diǎn)而備受人們的關(guān)注3，4。但是 ,二氧化鈦光催化抗菌劑對(duì)太陽(yáng)能的利用率低相對(duì)比較低 ,且對(duì)紫外線的要求比較嚴(yán)格，,從而無(wú)法有效的利用廉價(jià)的太陽(yáng)能源,以致于對(duì)太陽(yáng)能的應(yīng)用受到了很大的限制 ,因此是否能夠開(kāi)發(fā)出能在可見(jiàn)光照射下而具有高效抗菌性能的新型光催化抗菌劑越來(lái)越受到人們的關(guān)心和重視。 納米( nm )為長(zhǎng)度單位, 1 nm相當(dāng)于十億分之一米。而光催化抗菌材料

3、的納米微粒的直徑在1 nm 100 nm之間。微小的顆粒能使納米材料擁有量子尺寸的表面效應(yīng)和量子隧道效應(yīng), 從而展現(xiàn)出多種其獨(dú)特的性質(zhì),，所以光催化抗菌材料在濾光、催化、光吸收以及抗菌消毒等方面都有很高的科技價(jià)值以及廣泛的應(yīng)用前景5。2光催化抗菌材料的優(yōu)點(diǎn)和不足因?yàn)榘雽?dǎo)體光催化劑具有良好的禁帶寬度、催活性、氧化能力、無(wú)毒以及穩(wěn)定性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以關(guān)于污水處理,氣體凈化以及滅菌消毒等諸多領(lǐng)域都廣泛的應(yīng)用了這一技術(shù)，但是由于目前研究出的光催化抗菌材料大多數(shù)都是單一光的催化6。還有的就是要么是催化活性不高，要么就是在殺滅有害的細(xì)菌的同時(shí)，也把對(duì)我們身體有益細(xì)菌也一起抹殺了，就是所謂的傷敵一千自損八

4、百；而且這些光催化抗菌材料對(duì)光響應(yīng)的范圍非常窄，所以研究出能克服單一光催化劑這一缺點(diǎn)的復(fù)合型光催化劑對(duì)于當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)是勢(shì)在必行的。2.1 催化抗菌材料的優(yōu)點(diǎn)自Matsunaga等7發(fā)現(xiàn)由二氧化鈦在紫外光照射下具有良好的殺菌作用以來(lái)，光催化劑的殺菌作用，成為人們的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)的研究表明納米尺寸的二氧化鈦具有較好的催化活性810。納米二氧化鈦與傳統(tǒng)的化學(xué)消毒劑和抗菌劑相比，它們擁有比表面積大、熱導(dǎo)性好、磁性強(qiáng)、 表面活性大、光吸收性好、分散性好等獨(dú)特的性能。同時(shí)由于納米二氧化鈦的催化效率比較高而且氧化能力強(qiáng)無(wú)毒無(wú)害更難能可貴的事在實(shí)際應(yīng)用中使用催化抗菌材料工藝流程比較簡(jiǎn)單、操作條件易于控制，還不存

5、在二次污染等諸多優(yōu)點(diǎn)11。使得納米二氧化鈦在大氣凈化、 廢水處理、 城市垃圾處理以及除臭殺菌等環(huán)保領(lǐng)域得到了廣泛研究和應(yīng)用。2.2 催化抗菌材料的不足 納米二氧化鈦由于顆粒表面極性強(qiáng)，表面能高，極易發(fā)生團(tuán)聚，從而在應(yīng)用中不能充分發(fā)揮納米功能性12。納米二氧化鈦?zhàn)鳛榭咕鷦┰谄鋺?yīng)用方面也有一定的局限性。關(guān)于納米TiO2抗菌性能的研究雖然在理論取得了較大的成果，但是關(guān)于納米二氧化硅的實(shí)踐多半還處于實(shí)驗(yàn)室階段，還有許多問(wèn)題需要我們研究和解決。納米TiO2的催化殺菌性能主要由紫外光激發(fā)產(chǎn)生, 光利用率比較低, 催化效果差強(qiáng)人意, TiO2光催化殺菌材料與其他材料復(fù)合也存在很大的問(wèn)題，納米TiO2抗菌劑在

6、空氣中比較極易氧化、團(tuán)聚、吸濕、性能不是很穩(wěn)定13。而且目前也有一些研究顯示，納米二氧化鈦一旦進(jìn)入病人機(jī)體后可能會(huì)導(dǎo)致各個(gè)臟器不同程度的損傷, 對(duì)肺部的損傷表現(xiàn)比較明顯，甚至?xí)?dǎo)致腫瘤發(fā)生14；納米二氧化鈦還可能導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷!腦組織的脂肪變性，肝臟水腫甚至肝小葉壞死，腎小球腫脹等15。二氧化鈦進(jìn)入細(xì)胞后,細(xì)胞它的清除能力會(huì)隨著二氧化鈦粒徑縮小而下降, 并且會(huì)對(duì)細(xì)胞膜造成破壞, 而且還有可能會(huì)對(duì) DNA 造成損傷和斷裂甚至能改變蛋白質(zhì)的含量，影響酶活性的變化16。以上這些都是催化抗菌材料的不足之處，需要我們做進(jìn)一步的研究，研究出更好的光催化抗菌材料。3光催化抗菌材料的殺菌作用機(jī)理和殺菌

7、效果3.1細(xì)菌細(xì)胞損傷機(jī)理分析Wei等人9在研究中推測(cè)，氫氧自由基能破壞細(xì)菌的DNA,而對(duì)納米二氧化鈦光催化劑導(dǎo)致大腸桿菌DNA雙鏈損傷的研究卻很少見(jiàn)報(bào)道16。這些研究表明，光催化劑還可以通過(guò)影響鉀離子濃度的變化來(lái)使細(xì)胞損傷。鉀離子廣泛存在于細(xì)菌細(xì)胞中，它在蛋白質(zhì)的合成和多核糖體的循環(huán)中起到非常重要的作用，鉀離子的釋放程度可用來(lái)觀察細(xì)菌細(xì)胞膜的滲透性變化還可以用來(lái)檢測(cè)細(xì)菌細(xì)胞的損壞程度，而從鉀離子釋放的變化情況可以來(lái)看出，細(xì)菌細(xì)胞的細(xì)胞膜在光催化過(guò)程中受到了損傷，進(jìn)而達(dá)到滅菌效果。3.2 催化劑的殺菌效果在現(xiàn)代眾多的抗菌劑中，以納米二氧化鈦?zhàn)鳛榇呋咕鷦┮驗(yàn)槠洫?dú)特性而逐漸被人們重視與發(fā)展利用，

8、二氧化硅具有其他抗菌劑無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的抗菌劑大體上可以分為無(wú)機(jī)系抗菌劑，有機(jī)系抗菌劑和天然生物系抗菌劑，它們各有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。比如有機(jī)系抗菌劑的抗菌效果好而且成本低廉，但是其耐久性非常差而且毒性強(qiáng)。而以天然生物材料制成的抗菌劑，它們雖然毒性小而且對(duì)環(huán)境污染少，但由于受到安全性和加工條件的制約，所以天然生物材料制成的抗菌劑目前還不能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；袌?chǎng)化。由于化學(xué)消毒劑和抗菌劑在使用中或多或少會(huì)有殘留，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的污染, 甚至?xí)：θ梭w健康。而生物消毒法就是指用某種微生物與細(xì)菌或病毒培養(yǎng)在一起從而達(dá)到消除或殺滅病原微生物的一種方法，比如用厭氧微生物處理污水，利用超級(jí)細(xì)菌來(lái)清除海面上泄露的

9、石油，還有就是利用嗜熱菌產(chǎn)生的熱殺死糞便中的病原微生物，等等這種方法基本上不會(huì)產(chǎn)生污染，但是這種消毒方法過(guò)程比較緩慢，而且效果不是十分可靠，對(duì)細(xì)菌芽孢一般也不能殺滅。而且有的可能產(chǎn)生耐藥性13。通過(guò)暗反應(yīng)和可見(jiàn)光照下的對(duì)比來(lái)觀察單斜晶型釩酸鉍殺菌試驗(yàn)結(jié)果表明，可以知道在可見(jiàn)光照沒(méi)有加入催化劑的溶液中，大腸桿菌的存活率并沒(méi)有隨光照時(shí)間 的延長(zhǎng)而明顯下降，這就說(shuō)明僅僅具有可見(jiàn)光這單一條件對(duì)細(xì)菌并沒(méi)有滅菌特性。同理在暗反應(yīng)條件下，雖然在實(shí)驗(yàn)體系中加入了500 mg/L單斜晶型釩酸鉍催化劑，但是沒(méi)有光照，大腸桿菌存活率也沒(méi)有隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生明顯下降，也就表明僅僅在催化材料的作用下，沒(méi)有可見(jiàn)光的

10、照射，對(duì)細(xì)菌也基本沒(méi)有殺菌作用。而如果同時(shí)具有以上兩種條件，既在體系中加入了 500 mg/L單斜晶型釩酸鉍催化劑后又將實(shí)驗(yàn)在可見(jiàn)光的照射下進(jìn)行，可以發(fā)現(xiàn)溶液中大腸桿菌的存活率隨光照時(shí)間的不斷延長(zhǎng)明顯下降，當(dāng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到60 min時(shí)，其存活率下降了 81% ,，而大約90 min后大腸桿菌基本上全部都被殺滅，通過(guò)以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)比我們可以知道在加入單斜晶型釩酸鉍的培養(yǎng)液 在可見(jiàn)光照射下具有非常好的光催化殺菌效果。4結(jié)語(yǔ)納米光催化顆粒中具有殺滅或抑制病原微生物繁殖能力的功能，納米顆粒主要有納米二氧化鈦和納米金屬銀或銀離子，光催化抗菌材料的殺菌作用激勵(lì)主要有促使鉀離子釋放機(jī)理和DNA損傷機(jī)理。因此探

11、索光催化納米顆粒的光催化機(jī)理和殺菌作用機(jī)理，對(duì)研制出具有優(yōu)異性能的新型光催化劑納米材料具有非常重要的指導(dǎo)作用，對(duì)解決目前嚴(yán)峻的環(huán)境污染問(wèn)題具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。參考文獻(xiàn)1 汪多仁.納米二氧化鈦光催化抗菌劑的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用進(jìn)展J.北京日化,2007,27(2):14.2 徐麗麗,綦曉峰.納米二氧化鈦抗菌材料的研究與應(yīng)用進(jìn)展J.山東陶瓷,2007,10 (1):26. -3 Fujishima A, Rao T N, Tryk D. Photochemistry Photobiology CJ,2000(1):1.4 Chan Wei et al. Environ Sci TechnolJ,1994,2

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