随着人们健康意识的提高,由抗菌纳米材料制作的产品也不断进入人们的日常生活。如目前市场上出现的纳米抗菌洗衣机、抗菌保暖内衣、抗菌鞋袜等产品极大地提高了人们的生活质量。
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杀菌原因
这类纳米材料为什么会有神奇的杀菌功效呢?主要的原因有如下两点:
1.金属离子溶出抗菌原理
首先,市场上主要应用的纳米抗菌剂是以银离子,铜离子,锌离子为主的金属离子。这类离子氧化能力较强,能破坏细菌细胞的代谢过程,抑制细菌繁殖。另外,这些金属离子可以迅速与细菌体内蛋白酶的巯基相结合,使蛋白酶失活,最终致使细菌死亡。而当菌体被杀灭后,Ag+又能游离出来继续与其它菌体作用,进行新一轮的杀灭,直到细菌全部杀死为止。
2.接触型灭菌机理
带负电荷的微生物细胞容易吸引带正电的纳米颗粒,通过正负电荷的转移来穿透细菌的细胞膜,使其蛋白质变性,无法代谢和繁殖,直至死亡。同时,纳米颗粒并不会被消耗,能够保持原有的抗菌活性,因此可以长期有效的起到灭菌作用。
抗菌剂
天猫纳米抗菌材料的核心是抗菌剂。抗菌剂主要分为天然、合成两大类。
天然纳米抗菌材料主要是沸石类矿物,其主要组成为水铝硅酸盐,具有纳米孔隙结构。对于分子尺寸的粒子具有较强的吸附能力。天然抗菌材料具有抗菌范围广、安全性高、无副作用等特点。因此深受大众的喜爱。但近年来的研究证明,此类抗菌剂的抗菌能力差、寿命短,使其使用受到限制。
合成抗菌剂又可以分为两类。一类是离子型抗菌剂,主要有Ag+、Cu2+、Zn2+等金属离子,其中银离子抗菌剂的使用最为广泛。在实验中,将这类纳米微粒放到水里,能够显著降低水中细菌的活性,并去除水中的氨。不过,凡事都有两面性。这类材料的广泛应用也会带来严重的环境问题,其中之一就是增加了温室气体的排放。第二类材料为光催化型抗菌剂,也称纳米光触菌材料,常用于玻璃的杀菌,同时也是一种室外建筑材料。
上面的几种抗菌剂在日常生活中已经得到了广泛的应用。然而,纳米抗菌材料的用途并不仅限于此。科学家们正在努力将碳纳米材料应用于人体抗菌抗病毒,药物载体,肿瘤治疗等生物医学领域。
自古以来,人类的进化伴随着与病菌的博弈。后来,人类发现抗生素能有效地控制细菌感染,因此抗生素被誉为”医学皇冠上的一颗明珠”。然而,抗生素的滥用以及新抗生素研发缓慢等因素,导致现在的人类可能面临无药可医的境地。
碳纳米材料
病菌感染将威胁着公共卫生安全,同时新药开发的过程中又常常伴随着复杂严苛的技术要求和难以检测的毒副作用。在这样的境况下,基于抗菌纳米材料具有合成简单、成本相对低廉的优点,碳纳米材料成为了抗菌纳米医学领域的一个新兴研究方向。碳纳米材料主要包括碳纳米管、富勒烯、石墨烯和纳米钻石及其衍生物,是目前应用非常广泛的一类纳米材料。
石墨烯
石墨烯材料由于其相对低廉的成本和对人和环境较低的毒性,在抗菌纳米医学领域吸引了越来越多的关注。
石墨烯抗菌机制
主要有物理穿刺或者叫做”纳米刀”切割,石墨烯包覆细菌体导致其跨膜运输受阻从而遏制细菌生长。同时,石墨烯具有优越的电子传导和电荷储存性能有利于电荷在其表面传输和转移。电荷通过不断插入细胞造成细胞膜不稳定。这种机制使石墨烯能够快速有效地消灭细菌。
下图所表示的实验为石墨烯材料在创伤治愈中的应用:
a)石墨烯量子点(GQDs)的粒径分布;
b)未浸渍(左)和GQDs浸渍的纱布;
c)浸渍织物在一只老鼠的伤口上(镶嵌图显示了绷带的结构);
d)伤口被含有盐水(参照)、双氧水、GQDs、GQDs与双氧水的绷带包裹三天前后的对比照片;
e)用不同的绷带处理后存活的细菌计数;
f)PAA–银纳米颗粒–rGO水凝胶治疗伤口的照片;
g)用纱布在不同的时间点治疗受伤的老鼠的照片比较:空白敷料(XSI–PU)、参照、高分子凝胶(XSI–聚氨酯/ GO-5 %)。
富勒烯
石墨烯可以杀菌,而富勒烯则可作为药物载体。富勒烯,又称巴基球,是又一种由碳原子形成的一系列笼形分子的总称。它的颗粒十分微小,进入人体后,可以穿透部分生物体内的安全屏障,进入一般的常规药物所无法到达的地方,因此富勒烯可以作为潜在的药物运输分子,可以有效运输阿霉素和促红细胞生成素。科学家实验发现,在富勒烯输送促红细胞生成素EPO时,EPO的浓度达到了单独使用EPO时的两倍,大大提高了EPO的生物利用率。
碳纳米管
除此之外,碳纳米管是一种新型纳米材料,它是由碳原子经过sp2杂化形成的石墨烯卷成的中空管体。其中空结构为容纳药物和生物特异性分子提供了足够的空间。但是,没有一种材料是十全十美的。由于碳纳米管不溶于任何溶剂,限制了它在生物医学领域的应用。所以,科学家对其表面进行修饰以提高它的水溶性、生物相容性及靶向性。
据报道,通过对单壁碳纳米管进行修饰,在其表面连接叶酸就可以靶向到特定的肿瘤细胞,在红外线的照射下能特异性地杀伤肿瘤细胞,而且对正常细胞不会造成不良影响。对于著名抗癌药物紫杉醇,科学家们的实验表明,与单独使用紫杉醇相比,碳纳米管承载紫杉醇后,大幅提高了药物的穿透性和在血液循环中停留的时间,对肿瘤的生长起到了更加有效的抑制作用,并且对人体正常细胞没有毒副作用。可见,碳纳米管也是一种很有潜力的肿瘤靶向性药物载体。
碳纳米材料在生物医学领域的应用还处于研究阶段,某些材料对人体的安全性、生物相容性还有待考量。不过,许多的纳米产品已经应用到了我们生活中的各个领域。纳米材料的变革必将让我们的生活更加便捷,精彩。
参考资料:
《碳纳米材料在生物医学领域的应用现状及展望》
《纳米材料为什么能杀菌》
《抗菌纳米技术》
百度百科
图片来源:网络
很多人误以为秋衣裤是中国土生土长的,其实它是地地道道的舶来品。它最初起源在北美大陆,加拿大的弗兰克•斯坦菲尔德(Frank Stanfield)与自己的兄弟以号称不缩水的棉内衣起家,并在1915年12月取得设计专利,成为现代商业秋衣裤之父。
随着社会的进步和人们生活水平的提高,仅靠加减服装的厚度已不能满足人们需求,能够调节面料的温度成为更高追求。一系列发热、保温功能的面料应运而生。“高科技”可以说是评价近年保暖内衣市场的关键词。许多内衣的吊牌上都标明了色拉姆、outlast空调纤维、馨斯特、36度恒温面料、亚克雅美、竹炭等一系列名称,令人目不暇接。究竟保暖内衣的科技含量是不是像有些评论说的那样神奇呢?
要说内衣的科技含量就要从纤维说起,保暖内衣的特殊在于它的面料组织结构,性能是结构的表现。目前市场上常见的高端保暖内衣主要有以下几种:
一.高档羊绒内衣
羊绒是人类在纺织史上最早使用的天然纤维之一,是一种珍贵的纺织原料,国外称其为“纤维的钻石”。羊绒是从山羊身上梳取下来的绒毛,强伸长度、吸湿性集轻薄、柔软、滑糯、保暖于一身。一根根细而弯曲的纤维,其中含有很多的空气,并形成空气层,可以防御外来冷空气的侵袭,保留体温不会减低。羊绒属于短纤维,以前很难在内衣面料中加以使用。近几年通过现代先进的工艺将羊绒加工成内衣面料,贴身穿着时,轻、软、柔、滑,非常舒适,是任何纤维所无法比拟的。纤维强力适中,富有弹性,并具有一种天然柔和的色泽。羊绒属于高档奢侈品的保暖内衣价格很高,不是普通消费者能接受的,因此市场占有率不高。
二.现代科技保暖内衣
市场一线品牌主销的美雅碧、色拉姆、馨斯特、依克丝/outlast空调纤维等基本原理都是利用纤维的吸湿发热性与微腈纶的隔热性研发而成的一种“保暖”材料。目前在市场上流行的保暖内衣面料无外乎以下两类。
1、保温织物——单向温度调节保温材料。这类保温材料通过吸收外部能源的能量再以热量辐射的形式给予人体,从而达到保温增温的目的,降低了服装的厚度,提高了美观性和舒适性。在环境温度低于尤其是远低于人体温度时,具有较常规纤维更好的保温性能。目前市场上常见的保暖内衣材料包括远红外纤维和吸湿放热纤维。
2、调温织物——双向温度调节保温材料。研究表明,当人体处于热平衡时,感觉舒适的皮肤平均温度在33.4℃左右,身体任何部位的皮肤温度与皮肤平均温度的差在1.5-3.0℃范围内,人体感觉不冷不热,超过±4.5℃范围,人体将有冷暖感。调温纤维是一种双向温度调节保温材料,它在环境温度较高时具有吸热功能、在环境温度较低时具有放热功能。从根本上扩展了纤维原有功能,属于新型“智能”纤维。目前,国内厂家生产的发热内衣所用的材料都是从日本进口的。Outlast、色拉姆、馨斯特均属于此类纤维。
在购买保暖内衣时,产品吊牌会说明是色拉姆还是Outlast,而衣物上的面料成分一般显示“腈纶、粘纤、氨纶”等字样。那么小编告诉你,腈纶纤维是这些面料的“载体”,且腈纶含量越高,说明保暖效果越好。低热传率腈纶,让纤维发出的热不会消失。此类面料特点吸湿发热,手感柔软,反复洗涤仍能保持自然光滑。
三.纳米技术美肤内衣
随着纳米技术在纺织行业的广泛应用,将功能原料植入纤维内部的产品越来越多,原理基本大同小异,举两个一线品牌的产品例子:火山岩矿石保暖内衣,采用尖端分体研磨工艺,经碳化后产生特殊储热保温效果。让冷酷的寒风不再侵入身体吹成“透心凉”。亚克雅美,是腈纶纺线中加入了氨基酸的一种面料,而添加的这种氨基酸叫做精氨酸,是自然氨基酸的一种,也是保湿美肤保暖内衣中的关键因子。在纤维的内部使面料呈现出自然性湿润的手感。
秋衣裤它就是那样普通的存在着,秋风瑟瑟,你会想到它,冬日严寒,你也离不开它。它是内衣品类里的科技领航者,为我们诠释了内衣的新生活!