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纳米氧化锌的抗菌性能

来源:广州宏武材料科技有限公司     发布时间:2019-12-27浏览量:

      在众多纳米材料抗菌剂中,纳米氧化锌对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门菌属等致病菌具有强烈的抑制或杀灭作用,并且纳米级的氧化锌作为一种新型锌源,在具有选择毒性及良好的生物相容性的同时还具有较高的生物活性、良好的 免疫调节能力和高吸收率等特点,因而愈发受到相关研究者的重视。

      当粒子的粒径降到纳米级(20-30nm) 时,纳米粒子具有较高的表面活性和较大的比表面积,增 加了与细菌接触和反应的面积,因而纳米氧化锌对细 菌的毒性显示出一定的粒径依赖性,研究人员研究了6种不同粒径的氧化锌粒子对金黄色葡萄球菌生长的抑制效果,结果发现,当纳米氧化锌粒径>100nm(浓度为6mmol.L-1)时,对金黄色葡萄球菌没有明显的生长抑制作用,而当其粒径<30nm时不仅抑制该菌的生长,甚至对其有致死作用。

      纳米氧化锌的抗菌机制 

目前,有较多关于纳米氧化锌抗菌或杀菌的研究报道,现有文献对其抗菌或杀菌机制主要归纳为3个方面:

1。 游离Zn2+的释放;
      金属离子ZN2+的代谢平衡对细菌的存活至关重要。有研究表明,纳米氧化锌在含水介质中不断地缓慢释放ZN2+,且ZN2+能够透过细胞膜进入细胞内,在破坏细胞膜的同时与蛋白质上的某些基团反应,破坏菌体结构和生理活性,并进入菌体内破坏电子传递系统的酶且与-SH反应,达到杀菌目的,并且在杀灭细菌后,ZN2+可以从细胞中游离出来,重复上述过程.

2. 纳米粒子和菌体表面相互作用;
      金属氧化物的抗菌性也可归因于纳米粒子与细菌表面的相互作用,继而引起细菌表面损伤。
      研究人员研究了纳米氧化锌对大肠杆菌生长的影响。结果显示,在PH值为7时,纳米氧化锌电势为+24mV ,当大肠杆菌表面由于脂多糖的水解产生大量的酰胺,使菌膜带负电荷,与带相反电荷的纳米氧化锌之间产生静电吸引,导致两者之间发生紧密联合并引起菌体表面损伤,继而导致菌膜破裂最终引发细菌死亡。 纳米氧化锌粒子与空肠弯曲杆菌相互作用时,纳米粒子同样能导致菌形态的变化和内容物的泄漏,并且诱导生物体内氧化应激基因表达的增加。以上研究均表明,纳米氧化锌抗菌性能与粒子和细菌表面的相互作用密切相关。

3. ROS活性氧自由基的产生。
      金属氧化物粒子在细胞内产生ROS(如过氧化氢、羟基自由基、氧负离子和氢过氧化物等)也是重要的毒性机制。纳米粒子诱导产生的ROS已被普遍认为是粒子诱导效应的常见形式,诱导产生的ROS能引起一系列的生物反应,如能导致菌膜破损,进而引起溶菌作用或者促进纳米粒子在菌体内聚集并最终导致细菌死 亡。
      纳米氧化锌颗粒具有光催化性,在可见光或紫外线的照射下可产生光学毒性并对细菌产生致死作用。
      研究人员选用大肠杆菌和枯草芽孢杆菌作为受试菌,分别研究了纳米氧化锌在光照和黑暗条件下对两种菌的损伤程度。结果发现,光照诱导粒子的光催化活性导致菌膜破损进而引起DNA损伤,同时利用SEM观测到由于细菌内容物泄露引起细胞凹陷或仅有被降解的菌膜残留。

      纳米氧化锌正被广泛应用于畜牧养殖,纺织,医疗,化妆品和食品包装等领域,纳米氧化锌抗菌作用研究主要集中于细菌,如金黄色葡萄球菌和大肠杆菌,且显示了较好的体外抗菌效果。


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