(精選)納米二氧化鈦在物體表面的抗菌作用

2024年3月15日發(作者：王明歡)

納米二氧化鈦在物體表面的抗菌作用

納米TiO

2

問世于20世紀80年代后期，是一種有著普遍用途的無機材料。因其獨特的紫外線

屏蔽、光催化作用、顏色效應等性能，在高級涂料、化妝品、廢水處置、空氣凈化、殺菌和高效

太陽能電池等方面有著廣漠的應用前景。納米二氧化鈦(TiO

2

)作為光催化半導體無機抗菌劑，具

有廣譜抗菌功能，能抑制和殺滅微生物，并有除臭、防霉、消毒的作用，其本身化學性質穩固且

對人體和環境無害，光催化作用持久，因此愈來愈取得世人青睞。

納米TiO

2

的結晶有兩種晶態：即金紅石型和銳鈦型。通常，金紅石型的二氧化鈦光催化能力差，

而銳鈦型的二氧化鈦具有強光催化能力。銳鈦型納米TiO

2

在H

2

O、O

2

體系中發生光催化反映，產生

的羥基自由基(HO·)，能和多種細菌和臭體反映，而有效地滅菌和排除臭味，因此能夠制成納米

TiO

2

抗菌劑。納米TiO

2

抗菌劑具有將細菌及其殘骸一路殺滅清除的能力，同時還能將細菌分泌的

毒素也分解掉。而且納米TiO

2

作為殺菌劑還具有以下幾個特點：一是即效性好，如銀系列抗菌劑

的成效約在24h左右發生，而納米TiO

2

僅需1h左右；二是TiO

2

是一種半永久維持抗菌成效的抗

菌劑，不像其它抗菌劑會隨著抗菌劑的溶出而成效慢慢下降；三是有專門好的平安性，與皮膚接

觸無不良阻礙。

本實驗采納了四種新型的納米TiO

2

噴液(原液、復合液1#、復合液2斡、復合液3#)噴涂在

瓷片和紙片上，并對其在瓷片和紙片應用中的殺菌成效進行了實驗觀看；同時咱們對涂有納米TiO

2

噴液的部份瓷片通太高溫預處置以后對其滅菌成效進行了觀看實驗。

1 材料與方式

菌種來源

大腸桿菌華南理工大學食物科學與工程學院實驗室提供。

材料

培育基

營養肉湯培育基(g/100mL)：酪蛋白胨，牛肉浸膏，。

MR-VP培育基(g/100mL)：(月示)胨，葡萄糖，K

2

HPO

4

，pH值。

瓷片和紙片

瓷片：3cm×3cm的干凈瓷片。

紙片：白度為85(%，ISO)的針葉木漿抄成定量為60g/m

2

的紙片，其中不加任何化學藥品。

納米TiO

2

：漪麗科技(深圳)提供的漪麗納米凈，黃色透明液體。

大腸桿菌菌液制備及測定方式

大腸桿菌制備

250mL三角瓶中裝50mL營養肉湯培育基，接種大腸桿菌，28℃，THZ-C恒溫旋轉遙床振蕩培

育24h。將培育出的大腸桿菌稀釋10倍后備用(菌含量為14500個/mL)。

大腸桿菌檢測方式

本實驗采納MR-VP法顯色測定每毫升菌液中大腸桿菌MPN值。

抗菌實驗

在3cm×3cm的干凈瓷片和紙片上涂布的納米TiO

2

噴液，待其干燥后放入滅菌鍋滅菌，冷卻

后備用。其中一部份涂布的瓷片再通過600℃高溫處置，冷卻后備用。取備用的大腸桿菌液涂布

在瓷片和紙片上。通過2h的光照后洗菌進行菌落培育，在36℃下培育96h。對照組樣本為不加納

米TiO

2

噴液的菌懸液。實驗組和對照組樣本稀釋后采納MR-VP法活菌培育計數并計算殺菌率：殺

菌率(%)=(對照組活菌濃度－實驗組活菌濃度)/對照組活菌濃度×100%。

2 抗菌實驗結果

大腸桿菌菌液在四種不同的納米TiO

2

噴液樣品滅菌成效如表一、二、3、4所示。該納米TiO

2

噴液在可見光及常溫下均具有很強的抗菌抑菌能力。

表1 納米TiO

2

噴液的殺菌成效測定(瓷片)

噴液樣品 96h存活菌落數/(個·mL

-1

) 殺菌率/%

原液

復合1#

復合2#

復合3#

0

262

125

319

100

±

±

±

注：瓷片空白菌落數為6250個/mL。復合1#，復合2#，復合3#為銀系納米TiO

2

復合材料；瓷片

上所涂布納米TiO

2

的濃度均為2%。

咱們在對納米TiO

2

噴液涂布在瓷片的實驗中觀看發覺，大部份納米TiO

2

噴液樣品都具有很強

的抗菌消毒的成效，納米TiO

2

噴液對大腸桿菌殺滅率均在95%以上，其中原液的殺菌率達到了

100%，是超級好的抗菌劑，而復合的納米噴液成效稍差，這可能是在納米TiO

2

噴液中添加了銀鹽

的緣故，銀鹽的加入原希望提高納米TiO

2

的抗菌成效，專門是在自然光環境中的抗菌能力。但是

銀鹽的加入，可能增進納米TiO

2

的團聚，使納米TiO

2

的在瓷片上分散均勻性降低，阻礙了納米TiO

2

在固體表面的吸附，降低了在H

2

O、O

2

體系中發生光催化反映，短時刻的殺菌成效反而比納米TiO

2

噴液低。

表2 納米TiO

2

噴液的殺菌成效測定(紙片)

噴液樣品 96h存活菌落數/(個·mL

-1

) 殺菌率/%

原液

復合1#

0

417

100

±

復合2#

復合3#

256

0

±

100

注：瓷片空白菌落數為6250個/mL。復合1#，2#，3#為銀系納米TiO

2

復合材料；紙片上所涂布納

米TiO

2

的濃度均為2%。

咱們在紙片上對納米TiO

2

噴液進行抗菌實驗，結果說明這四種該納米TiO

2

噴液在可見光及常

溫下均具有很強的抗菌抑菌能力，納米TiO

2

噴液對大腸桿菌殺滅率均在93%以上，其中原液、復

合3#的殺菌率均達到了100%，復合3#殺菌成效較比涂布在瓷片上好，結果有待進一步研究。因

此此納米TiO

2

是超級好的殺菌、抗菌劑，能夠用于紙品表面的抗菌，專門適用于高級紙質包裝材

料。

為了仿照陶瓷潔具制作，所用的瓷片涂納米TiO

2

后進行高溫處置。從表3可知，涂布納米TiO

2

以后，再經高溫處置的瓷片也有超級好的殺菌成效。涂布原液、復合1#、復合2#、復合3#樣品

的瓷片滅菌率均達到100%，這可能是高溫處置后，銀系納米TiO

2

更好地覆蓋在瓷片上，提高了抗

菌成效。由表4可知，涂稀釋原液(1#，2#，3#)的瓷片滅菌率較低，可能是涂布的納米TiO

2

的量

過少致使的，但是納米TiO

2

的噴涂量增加，固體表面抗菌能力增加，同時高溫處置可能在必然程

度上改變瓷片表面納米TiO

2

的結晶態，阻礙光催化作用。

表3 納米TiO

2

噴液的殺菌成效測定(瓷片)

噴液樣品 96h存活菌落數/(個·mL

-1

) 殺菌率/%

原液

復合1#

復合2#

復合3#

0

0

0

0

100

100

100

100

注：樣品為涂布過納米TiO

2

后通過600℃高溫處置的瓷片，瓷片空白菌落數為6250個/mL。瓷片

上所涂布原液、復合1#、2#、3#納米TiO

2

的濃度均為2%。

表4 納米TiO

2

噴液的殺菌成效測定(瓷片)

噴液樣品 96h存活菌落數/(個·mL

-1

) 殺菌率/%

±

±

±

100

稀釋原液1# 2460

稀釋原液2# 1925

稀釋原液3# 715

原液 0

注：樣品為涂布過納米TiO

2

后通過600℃高溫處置的瓷片，瓷片空白菌落數為6250個/mL。瓷片

上所涂布原液的納米TiO

2

的濃度為2%；稀釋原液1#、稀釋原液2#、稀釋原液3#是涂布在瓷片上

的原液的納米TiO

2

的濃度別離被稀釋為%、%、1%。

3 討 論

納米TiO

2

是基于光催化反映使有機物分解而具有抗菌、抗病毒及凈化成效的超細。在水和空

氣體系中，在陽光尤其是紫外線的照射下，被激活產生帶負電的電子(e

-

)和帶正電的空穴(h

+

)發生

系列反映，形成空穴-電子對。這些空穴-電子對與其表面吸附的H

2

O或OH

-

和O

2

作用生成羥基自由

基OH·和超氧化物陰離子自由基O

2

-

。新生成的自由基具有很強的化學活性，專門是原子氧能與多

數有機物反映(氧化)，因此能有效地分解破壞空氣中多種有毒氣體，當碰到細菌時可直接解決細

菌的細胞壁、細胞膜或細胞內的組成成份。另外，這些活性氧類還致使DNA鏈中的堿基之間的磷

酸二酯鍵的斷裂，破壞DNA雙螺旋結構，從而破壞微生物細胞的DNA復制而紊亂細胞的代謝。

本實驗納米TiO

2

噴液和銀鹽與納米TiO

2

復合噴液涂在固體表面，在可見光及室溫下對大腸桿

菌的殺滅率超級高，其中原液樣的殺菌率達到了100%。納米TiO

2

噴液在瓷片上表現出的良好滅菌

成效說明能夠把納米TiO

2

噴液噴涂到室內的墻壁上，達到消滅和抑制細菌、凈化空氣的成效；納

米TiO

2

復合噴液在瓷片上，經高溫處置后具有殺菌成效，因此這種納米材料將能夠在衛生潔具的

抗菌發揮重要作用；同時咱們也做過耐洗實驗，對涂布過納米TiO

2

噴液的瓷片洗滌過1000次，

以后發覺瓷片仍有較好的殺菌成效。涂有納米TiO

2

噴液的紙片也具有滅菌成效，由于TiO

2

本身化

學性質穩固且對人體和環境無害，因此能夠將其應用于商品包裝上，尤其是化妝品、食物包裝上，

能有效地抑制和殺滅微生物，并有除臭、防霉、消毒的作用，避免商品由于染菌而被侵蝕。