纳米无机抗菌消臭剂抗病毒和过敏原的性能yd13614
摘译自《日本纤维机械学会志》2010，63(2)：38-42
刘辅庭译 叶早萍校
原载: 印染(2010 No.22);55-56
l 纳米粒子无机抗菌消臭剂的特性
1.1 无机抗菌消臭剂的纳米结构
日本日挥触媒化成株式会社开发的纳米粒子无机抗菌消臭剂Atomyball.(S)和Atomyball.(20NTZ)的平均粒径分别为5 nm和20 nm，其尺寸与生命体中最小的病毒相同，甚至更小。
图1为Atomyball-(S)和Atomyball.(20NTZ)的透射电子显微镜照片。
表1列出了它们的性能。
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图1 Atomyball一(S)和Atomyball一(20NTZ)透射电子显微镜照片 |
表1 Atomyball-(S)和Atomyball-(20NTZ)的性能
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Atomyball (S) |
Atomyball (20NTZ) |
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组分 |
A g/TiO2 |
Zn／TiO2 |
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分散介质 |
水 |
水 |
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形状 |
细长 |
米粒状 |
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色相 |
浅黄半透明 |
白色半透明 |
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平均粒径／nm |
5 |
20 |
1.2 纳米粒子无机抗菌消臭剂的稳定性
采用抗菌剂和消臭剂处理纤维和涂料时，常与各种助剂混合使用。混合使用过程中，抗菌剂和消臭剂的稳定性是重要因素。Atomyball-(S)和Atomyball-(20NTZ)均为阳性粒子，表2为Atomyball系列产品与几种代表性表面活性剂间的相容性。
表2 Atomyball系列产品与各类表面活性剂的相容性
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表面活性剂 |
稳定性 |
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阳离子型(十二烷基三甲基氯化铵) |
凝胶化 |
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阴离子型(二烃基丁二酸酯磺酸钠) |
好 |
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非离子型(壬基酚聚氧乙烯醚) |
好 |
注：表面活性剂用量1％ ，于室温下放置一周。
此外，Atomyball系列产品在中性条件下的稳定性良好，但在强酸性条件下会发生凝胶，在强碱性条件下会发生溶解。因此，其适用的pH值为4-10。
1.3 纳米粒子无机抗菌消臭剂的安全性
抗菌消臭剂用途广泛，因而对其安全性要求很高。表3为Atomyball-(S)和Atomyball-(20NTZ)的安全性试验结果。由试验结果可知，该产品无阳性反应，说明其安全性极高。
表3 Atomyball-(S)和Atomyball-(20NTZ)的安全性
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安全性试验 |
Atomyball(S) |
Atomyball (20NTZ) |
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急性毒性试验 (白鼠经口) |
LD5020 mL／kg以上 第TM87010053/1号 |
LD50 20 mL／kg以上 第TM605010053/001号 |
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急性皮肤刺激性试验 (美国兔法) |
阴性第TM87010053/2号 |
弱刺激性 第407100060/001号 |
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变异原性试验 (AMES试验) |
阴性第TM87010053/3号 |
阴性第407100060/003号 |
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皮肤过敏性试验 (Maximization法) |
阴性第598030195/001号 |
阴性第407100060/004号 |
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形成阻碍试验 (培养细菌的菌丛) |
IC50 0.60 mg／mL 第598030195/001号 |
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眼刺激性试验(兔法) |
无刺激性第 599080313/001号 |
无刺激性第 407100060/002号 |
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对鼠急性经皮毒性试验 |
LD502 000 mg／kg以上 第09023540001/01号 |
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微核试验(遗传毒性) |
阴性 No.57/434/03号 |
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对人体皮肤的黏贴试验 |
阴性第12060号/(1) |
阴性第16091号/(2) |
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日本福利部公示2O号 |
适合 |
适合 |
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式验(食品容器安全性) |
No.3FA04058000号 |
No.FFA00816O1号 |
2 对病毒及过敏原的失活性能
2.1 纳米粒子抗菌剂对病毒的失活性能
表4为日本食品分析中心对Atomyball-(S)的病毒失活性的评定结果(第401050168/OOl号)。对于试验病毒(A型流感病毒HlN1)，Atomyball-(S)的MIC(最小抑制浓度)为5g/ L(有效成分150 mg／kg)。确认经150 mg／kg Atomyball-(S)接触1 h后，病毒失去活性。
表4 病毒失活试验结果
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用量／(g／L) |
20 |
10 |
5 |
2.5 |
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Atomyball -(S-30) |
- |
- |
- |
+ |
注：样品为Atomyball-(S-30)，有效成分3％；“-”表示具有病毒失活效果；“+”表示不具有病毒失活效果。
2.2 纳米粒子抗菌消臭剂的过敏原失活性能及其应用
表5为东京环境过敏研究所对Atomyball-(S)和Atomyball-(20NTZ)使过敏原失活的试验结果。试验采用夹层ELISA法(No.08M-RPTDEC016，No.08M-RPTDEC020)，以粉尘螨主要过敏原(Der fl)和杉松花粉主要过敏原(Cry jl)为对象。
表5 过敏原失活试验结果
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添加质量 分数／％ |
过敏原质量浓 度／(ng／mL) |
抑制率 ／％ |
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粉尘螨过敏原(Derfl) |
Atomyball (S) |
1 |
0.O8 |
99.8 |
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Atomyball (20NTZ) |
1 |
O.08 |
99. 8 |
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杉松花粉过敏原(Cryjl) |
Atomyball (S) |
1 |
0.15 |
99.3 |
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Atomyball (20NTZ) |
1 |
<O.1 |
>99.5 |
注：抑制率根据过敏原原始溶液浓度计算，Der fl原始溶液质量浓度48.38 ng／mL，Cry jl原始溶液质量浓度20.13 ng／mL；在检测灵敏度以下时，检测灵敏度以0.1计。
结果表明，质量分数为1％ 的Atomyball-(S)于25℃作用1 h后，对粉尘螨过敏原的抑制率为99.8％ ，对花粉过敏原的抑制率为99.3％ ；Atomyball- (20NTZ)对粉尘螨过敏原的抑制率为99.8％ ，对花粉过敏原的抑制率大于99.5％ 。
表6为织物分别经1％(omf)的Atomyball-(S)和Atomyball- (20NTZ)处理后，对过敏原失活性的评定结果(参照No.09M-RPTMAY017，No.09M-RFTMAY018和No.09M-RPTMAR012)。
表6 整理织物的过敏原失活试验结果
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过敏原种类 |
过敏原质量浓度／(ng／mL) |
抑制率／％ |
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整理前 |
整理后 |
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Atomyball -(S) |
Dcr fl |
92.49 |
9.17 |
92.2 |
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Cry jl |
55.3 |
1.14 |
97.9 |
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Atomyball -(20NTZ) |
Der fl |
135.69 |
18.15 |
86.6 |
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Cry j1 |
71.41 |
12.28 |
82.8 |
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结果表明，经Atomyball-(S)整理的织物对螨、花粉过敏原的抑制率可达90％ 以上，经Atomyball-(20NTZ)整理的织物对螨、花粉过敏原的抑制率可达80％以上，即Atomyball系列产品可显著提高整理织物的过敏原失活性能。Atomyball-(s)和Atomyball-(20NTZ)为无机材料，因此不易渗出，耐久性能良好。
3 病毒及过敏原失活机理
3.1 过敏原失活机理
引起过敏症状的机理，是花粉、螨等过敏原物质(蛋白质)初次从眼、鼻侵入，产生抗体，并使肥满细胞和抗体结合。当过敏原物质再度侵入时，会与肥满细胞表面的抗体结合，从肥满细胞排出对神经及血管等具有刺激作用的组胺等，从而引起过敏性症状。Atomyball-(S)和Atomyball-(20NTZ)对过敏原物质的失活机理如图2所示。
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图2 过敏原失活机理 |
Atomyball-(S)和Atomyball-(20NTZ)接触过敏原物质后，可使过敏原物质发生变性，并使其与抗体结合部位发生变化，导致其无法与肥满细胞表面的抗体结合，因此不再引起过敏性症状。
3.2 病毒失活机理
病毒是能利用其它生物细胞复制自身的微小结构体，其基本结构是由位于粒子中心的核酸及其周围的衣壳蛋白质构成。与使过敏原物质失活一样，Atomyball-(S)对病毒的失活作用是使衣壳蛋白质变性，从而抑制其对细胞的感染。在病毒体内，衣壳外侧存在包膜，该包膜是脂质双层膜，当宿主细胞“发芽”时，也会裹有部分宿主细胞膜。Atomyball-(S)可破坏细菌的细胞膜，使细菌死亡。对具有包膜的病毒，则通过破坏包膜的脂质双层膜，而使其失活。图3为Atomyhall-(S)对病毒的失活机理。图4和图5为Atomyball-(S)对细菌的失活机理和细胞膜模型。
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图3 病毒失活机理 |
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图4 细菌失活机理 |
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图5 细菌单元膜结构模型 |
4 结语
为获得健康安全舒适的生活环境，对病毒及过敏原的抑菌率将成为抗菌消臭剂的重要考察性能。Atomyball-(S)是平均粒径为5 nm的无机抗菌剂，可赋予涂料和纤维制品抗菌防臭性，并可使病毒和过敏原失活，由于其本身透明，因而不会损伤整理产品的外观性能。同样，Atomyball-(20NTZ)也可赋予整理产品消臭性和过敏原失活性。此外，Atomyball系列产品具有较高的耐久性和安全性，且对环境影响较小。