2019年中国非金属矿科技与市场

交流大会

6月1日-3日

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硅酸盐黏土矿物基抗菌材料是目前新兴的抗菌剂，基于其独特的化学组成成分、形貌结构以及物理化学特性，能够高效抑制某些细菌、真菌、酵母菌、藻类及病毒等微生物的正常增殖，广泛应用于生物医药，污水处理，食品包装等方面。

传统抗菌材料主要包含金属氧化物、贵金属等无机抗菌材料和天然萃取物、化学合成物类等有机抗菌材料。金属氧化物、贵金属等无机纳米抗菌材料能够产生活性氧，氧化破坏细胞膜及细胞质，抑制细菌增殖，但纳米颗粒易团聚，难回收，生物毒副作用大。有机抗菌剂易挥发、难回收、稳定性差、毒副作用大等影响了其在工业领域的大范围内使用。

黏土矿物形貌结构多样（片状、棒状、管状），比表面积大，能够作为载体材料，提高有机抗菌剂的化学稳定性，降低其毒副作用，并减少环境污染。

黏土基金属及金属氧化物复合材料

应用于抗菌材料的金属及金属氧化物包括金、银、二氧化钛、氧化锌、氧化铜、氧化铈、氧化亚铁等纳米颗粒。金属单质纳米颗粒与金属氧化物纳米颗粒抗菌机理分别为金属离子接触抗菌和活性氧抗菌。天然硅酸盐黏土矿物对纳米颗粒的形貌尺寸及分散固定有较大的影响，纳米颗粒尺寸与其抗菌效果成反比，纳米颗粒分散固定与抗菌效果成正比。同时，纳米颗粒回收、生物毒性等问题也受到天然硅酸盐黏土矿物的影响。

Shu等以埃洛石作为载体材料，研究氧化锌和银纳米颗粒在埃洛石表面的分散特征及抗菌机理。图3为复合材料抗菌机理增强示意图，管状埃洛石大比表面积为纳米氧化锌和银纳米颗粒提供负载位点，有效缓解纳米颗粒团聚现象，提升纳米颗粒抗菌性能。同时，基于埃洛石的亲水性，埃洛石能够使其表面氧化锌及银纳米可以更多地聚集在大肠杆菌表面，产生更多的活性氧抑制细菌的正常增殖。

Jiang等以蒙脱石为载体，研究银纳米颗粒在蒙脱石表面的分散特征及抗菌机理。蒙脱石的大比表面积为银纳米颗粒起到很好的固定作用。同时，蒙脱石表面正电荷对异号电荷细胞产生物理吸附作用，增强复合材料与细胞的表界面关系，提升复合材料抗菌性能。Motshekga等进一步研究了银-氧化锌-膨润土复合材料生物安全性。离子浸出量数据表明，氧化锌/膨润土和银/膨润土的锌离子和银离子浸出量在长达12h下，分别为0.71mg/L和0.011mg/L，氧化锌-银/膨润土二元抗菌复合材料的锌离子和银离子浸出量为0.4mg/L和<0.005mg/L，均符合世界卫生组织饮用水安全标准。

硅酸盐黏土矿物大比表面积可以有效分散纳米颗粒，提高抗菌复合材料抗菌效果。表面电荷特征可以增强与异号电荷细胞物理吸附作用，增强复合材料与细胞的表界面作用。表面丰富羟基可以与金属及金属氧化物纳米颗粒形成稳定的键合，提高抗菌复合材料的抗菌稳定性。同时，黏土基复合抗菌材料保证抗菌效果的前提下降低纳米颗粒使用量，明显降低纳米颗粒生物毒副作用。

黏土基有机抗菌复合材料

有机抗菌剂包括天然提取物如甲壳素、芥末、蓖麻油、山葵等，合成化合物如香草醛、乙基香草醛类等。有机抗菌剂抗菌性能强，但热稳定性差，易泄漏且生物毒副性较大。硅酸盐黏土矿物表面羟基及其电荷特征，可实现有机抗菌剂控制释放，提高抗菌复合材料的抗菌稳定性。硅酸盐黏土矿物的多样形貌和孔径结构特征，可实现有机抗菌剂包埋，降低抗菌复合材料生物毒副作用。

Sun等基于埃洛石管状形貌和管内（24mV）、管外（-35mV）的不同表面电荷，于管内外分别装载脂肪酶和溶解酶素，研究管状形貌对有机抗菌剂的保护作用。相比无纳米管保护，管内脂肪酶在60℃和80℃时的生物活性分别提升10%和25%，pH 值为4和10时的生物活性分别提升10%和50%。Cai等以装载抗菌剂季鏻盐的凹凸棒石基抗菌复合材料为研究对象，探究硅酸盐黏土矿物基复合抗菌材料的生物安全性。复合材料抗菌效果与季鏻盐装载量成正比，凹凸棒石腔体内的保护能够固定季鏻盐，复合材料长达70h的季鏻盐释放量不高于35%，有效提高抗菌复合材料生物安全性。季鏻盐对正常细胞的损伤率高达90%，复合材料对正常细胞损伤率最高仅达50%。

来源：舒展等，《硅酸盐黏土矿物在抗菌方面研究进展》

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