喷一喷就能杀菌的涂层:纳米粒子与稀土混合,能有效抑制病菌的生长

2021年11月04日 阅读量:2

新冠肺炎大流行表明,迫切需要在公共场所物体表面使用抗病毒和抗菌涂层。最新研究证明了一种用于聚脲涂料的快速纳米氧化锌掺杂制剂,旨在解决这个问题。

 

正如传染病的多次爆发所证明的那样,表面是病原体传播的来源。对快速、有效且无毒的化学品,以及抗菌和抗病毒表面涂层的迫切需求,激发了生物技术、工业化学和材料科学领域的创新研究。

 

具有抗病毒和抗菌作用的表面涂层,可以降低病毒传播的风险,并在接触时杀死生物结构和微生物。它们通过破坏细胞膜来阻碍微生物的生长。它们还改善了表面的性能,例如耐腐蚀性和耐用性。

 

 

根据欧洲疾病控制和预防中心的数据,全球每年有 400 万人感染与医疗保健相关的感染。这导致全球约 37,000 人死亡,发展中国家的情况尤其糟糕,那里的人们可能无法获得适当的卫生设施和医疗卫生基础设施。

 

一切容易受到微生物和病毒的污染的东西,包括食物、设备、表面和墙壁以及纺织品等。即使是定期的清洁也可能无法杀死表面上存在的所有微生物,因此迫切需要开发无毒的表面涂层,以防止微生物生长。

 

就新冠肺炎而言,该病毒可以在经常接触的不锈钢和塑料表面上保持活跃长达 72 小时,这表明迫切需要具有抗病毒特性的表面涂层。抗菌表面已在医疗保健环境中使用了十多年。

 

氧化锌——一种广泛探索的抗菌化合物

 

氧化锌 (ZnO) 具有强大的抗菌和抗病毒特性。近年来,人们对 ZnO 的使用进行了深入探索,作为众多抗微生物和抗病毒化学品的活性成分。许多毒性研究发现,ZnO 对人类和动物几乎无毒,但在破坏微生物的细胞包膜方面非常有效。

 

氧化锌的微生物杀灭机制可归因于一些特性。锌离子通过氧化锌颗粒的部分溶解而释放,即使在存在的其他微生物中也会破坏进一步的抗菌活性,以及与细胞壁的直接接触和活性氧的释放。

 

氧化锌的抗菌活性还与颗粒大小和浓度有关:更小的颗粒和更高浓度的锌纳米颗粒溶液具有更高的抗菌活性。由于其较大的界面面积,尺寸较小的氧化锌纳米颗粒更容易渗透到微生物细胞膜中。研究表明,特别是最近对 Sars-CoV-2 的研究,都阐明了该图层对病毒的类似有效作用。

 

使用再掺杂纳米氧化锌和聚脲涂层来创造具有卓越抗菌性能的表面

 

Li、Liu、Yao 和 Narasimalu 的团队提出了一种快速制备抗菌聚脲涂层的方法,该方法通过将纳米粒子与稀土在硝酸中混合,产生的具有卓越抗菌性能的涂层。

 

 

ZnO 纳米颗粒掺杂了铈 (Ce)、镨 (Pr)、镧 (LA) 和钆 (Gd)。发现镧掺杂的纳米氧化锌颗粒对铜绿假单胞菌和大肠杆菌的有效率为 85%。

 

即使暴露在紫外线下 25 分钟后,这些纳米颗粒在杀死微生物方面也保持 83% 的有效性。研究中探索的掺杂纳米氧化锌颗粒可能会显示出更好的紫外线响应和对温度变化的热响应。生物测定和表面表征也提供了表面在重复使用后仍保持其抗菌活性的证据。

 

聚脲涂料还具有高耐久性,表面剥离的风险较小。表面的耐用性与纳米 ZnO 颗粒的抗菌活性和环境响应相结合,提高了它们在各种环境和行业中的实际应用潜力。

 

 

潜在用途

 

这项研究在控制和阻止高致病性禽流感在医疗保健环境中传播,具有巨大潜力。它们也有可能在食品工业中用于提供抗菌包装和纤维,从而提高未来食品的质量和保质期。

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