纳米TiO2光催化剂抗非典型肺炎

胡伟康
(北京化大天瑞纳米材料技术有限公司 100029)

  目前非典型肺炎疾病的迅猛传播严重威胁着广大人民的生命安全、严重阻碍国民经济和各行各业的正常发展,为了打好这场抗"非典型肺炎"战役,我们必须理智地、尽早地完善强有功效的治疗和预防措施。纳米二氧化钛光催化剂及织物等复合材料是能够广泛民用、安全无毒、不造成生态环境破坏的长效抗菌材料,应尽快应用到我们的防御工作中,而且应先落实到医务人员的口罩、手套、衣物,医疗器具及医疗环境中,使其发挥杀菌、分解病原体、不导致病毒产生抗药性、不造成人体伤害和环境伤害的优越综合功能。
  我们利用新型氯化法研制生产的纳米二氧化钛光催化剂,具有纳米尺度的分散效果,许多应用结果表明:在具有空气的自然环境中,纳米TiO2光催化剂能杀灭多种有害细菌,具有杀菌彻底性、长效性和安全性的特点。
  该纳米二氧化钛光催化剂在各种自然光照射下(无论在明亮处还在黑暗处)发生电子跃迁,在价带和导带上分别产生空穴和电子,电子和空穴快速迁移到材料表面上,并与表面上的吸附水和氧发生反应,生成的超氧阴离子自由基(×O2_)和羟基自由基(×OH),它们都具有较强的氧化活性,能攻击病毒和细菌细胞的外层,破坏病毒或细菌的外层结构,矿化氧化降解病毒和细菌有机体组分,达到彻底降解分裂病毒细菌的有机组分。
  引起非典型肺炎的病毒属于冠状病毒,是一种传染性极强的致病因子,其是一种单链核糖核酸(RNA)病毒,主要成分包括RNA、蛋白质、脂类等。其组成成分有很多肽键(酰胺键)等不饱和双键存在,当受到羟基自由基(×OH)或超氧阴离子自由基(×O2_)攻击时,会产生新自由基,如肽键受羟基自由基(×OH)攻击时的反应式为:


  产生的新自由基会激发链式反应,使病毒或细菌中蛋白质、肽聚糖和脂类等发生分解,致使病毒和细菌死亡裂解,最后分解为CO2、H2O和简单无机物。
  纳米TiO2光催化剂属于非溶出型抗菌剂,病毒或细菌与此接触则被分解杀死。虽然病毒或细菌种类很多,但病毒和细菌结构的有机体中都存在比较活泼不稳定的碳氧双键或其它不饱和双键,遭受(×OH)和(×O2_)等活泼基团攻击后,都会发生类似的分解反应,所以纳米TiO2光催化剂具有抗菌广谱性。
  纳米TiO2光催化剂靠分离电子-空穴对激活表面吸附物质,产生强氧化剂和强还原剂,攻击病毒和细菌有机体,起到杀菌作用。一般常用的杀菌剂银、铜等只能使病毒和细菌细胞失去活性,而不能使病毒或细菌有害的组分消失或失活。纳米TiO2光催化剂不仅能杀死病毒和细菌,抑制病毒和细菌的繁殖力,并且能破坏病毒和细菌的结构,达到彻底降解,防止引起二次污染。
  另外,纳米TiO2不象其它一些杀菌剂那样,随着杀菌剂的消耗而使杀菌效果逐渐降低,甚至消失,它的光催化作用持久,它的杀菌效果也持久。
  在纳米TiO2光催化剂制备过程中,我们不使用重金属材料、刺激性药品、放射性元素、游离性物质,所以保证了材料的安全无毒性。纳米TiO2光催化剂中重金属总含量(Hg+ Pb+ As)< 2μg/g 。经中国预防医学科学消毒检测中心检测,毒理测试结果为实际无毒级:

检 测 项 目
结 论
急性经口毒性试验
属于实际无毒级
皮肤刺激试验
属于无刺激性
眼刺激实验
属于无刺激性
阴道粘膜刺激试验
属于无刺激性
蓄积毒性试验-剂量递增蓄积系数法
属于弱蓄积毒性(最低一级)
小鼠骨髓多染红细胞微核试验
对小鼠骨髓细胞染色体未呈现致畸变作用

  由于它独特的光催化功效,所以使它的杀菌作用能长久自动进行,同时不引起抗药性产生和破坏生态环境的副作用。
表1为纳米TiO2光催化剂复合聚乙稀抗菌塑料膜在不同光源条件测得的杀菌效果。表2中杀菌测试结果表明纳米TiO2光催化剂复合聚乙稀抗菌塑料膜有较好的杀菌长久性。测试数据均由中科院广东省微生物测试中心提供。

表1 光照条件对抗菌塑料膜杀菌率的影响
Table 1 The influence of light source on the antimicrobial plastic film
供试微生物菌株 室内自然光照抗菌塑料膜的杀菌率(%) 黑暗中微光条件抗菌塑料膜的杀菌率(%)
大肠杆菌
99.97
99.92
金黄色葡萄球菌
99.97
96.94
枯草芽孢杆菌黑色变种
97.42
92.75
表2 老化试验对抗菌塑料膜杀菌率的影响
Table 2 The effect of aging test on the antibacterial result of plastic film
供试微生物菌株 未经老化抗菌塑料膜的杀菌率(%) 100小时紫外光照射老化后抗菌塑料膜的杀菌率(%)
大肠杆菌
99.97
99.85
金黄色葡萄球菌
99.97
99.66
枯草芽孢杆菌黑色变种
97.42
95.22
  为了能够使附落在口罩等卫生用品表面的病毒和细菌很快地被杀灭,我们可以把纳米二氧化钛光催化剂复合到织物后整理液中,或把纳米TiO2光催化剂按照一定的配方混合在聚合物中,研制并生产出有很强的抗菌功能的无纺布、薄膜、纤维等,做到各种卫生用品的材质中或表面上,当病毒和细菌接触纳米二氧化钛复合材料时就能发生"接触死亡"的杀菌效果。这种抗菌材料仅洁净物体本身接触的细菌,不会对人体有任何伤害,更不会引起抗药性给社会带来巨大的危害。
  抗"非典"是紧迫而持久的战斗,应尽快使用纳米TiO2光催化剂及其复合抗菌材料,克服卫生品被病毒污染的问题,抑制病毒传播蔓延的势头。纳米TiO2具有杀菌、分解病原体、不引起抗药性、不造成人体伤害和环境伤害等优点,在抗击"非典"的战役中应该发挥更大的作用。

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