1. Agenti antibatterici e loro classificazione
Gli antibiotici si riferiscono a farmaci che possono inibire la crescita batterica, danneggiare l’ambiente in cui vivono ed esercitare i loro effetti in modo efficace e continuo. Gli agenti antibatterici si dividono in due categorie: agenti antibatterici organici e agenti antibatterici inorganici. Tra questi, gli agenti antibatterici organici comprendono tipi naturali e sintetici, mentre gli agenti antibatterici inorganici comprendono principalmente metalli, ioni metallici e ossidi. Le misure antibatteriche comunemente definite includono l’inibizione, l’uccisione, l’eliminazione delle tossine secrete dai batteri e la prevenzione. Grazie alla forte stabilità termica, alla funzionalità duratura, alla sicurezza e all'affidabilità degli agenti antibatterici inorganici, insieme allo sviluppo della tecnologia ultrasottile negli ultimi anni, gli agenti antibatterici inorganici su scala nanometrica possono essere prodotti in serie e miscelati o compositi in fibre chimiche , garantendo l’industrializzazione delle fibre chimiche antibatteriche.
2. Nano agenti antibatterici
Le proprietà fotocatalitiche sono una delle caratteristiche importanti dei materiali nano semiconduttori. I comuni materiali compositi semiconduttori includono TiOz, ZnO, ZnS, CdS e PbS, ecc. Considerando i fattori di sicurezza e costo, TiO2 e ZnO hanno una migliore praticità, essendo TiO2 il più comunemente usato.
La soglia della lunghezza d'onda di assorbimento dei semiconduttori si trova principalmente nella regione dell'ultravioletto. Quando l'energia del fotone supera la soglia di assorbimento del semiconduttore, gli elettroni della banda di valenza del semiconduttore subiscono transizioni interbanda, cioè transizioni dalla banda di valenza alla banda di conduzione, con conseguente generazione di elettroni fotogenerati (e) e lacune (h+) . A questo punto, l'ossigeno disciolto adsorbito sulla superficie delle nanoparticelle cattura gli elettroni per formare ioni superossido negativi (· 05), mentre le lacune ossidano gli ioni idrossido adsorbiti sulla superficie del catalizzatore e l'acqua per formare radicali idrossido (· OH). Sia gli ioni negativi superossido che i radicali idrossido hanno forti proprietà ossidanti, che possono ossidare la stragrande maggioranza della materia organica nei prodotti finali CO2 e H2O. Durante il processo di reazione, questo materiale semiconduttore, noto anche come fotocatalizzatore stesso, non subisce alcuna modifica.
Numerosi studi hanno dimostrato che l'aggiunta di alcuni nanoZnOa nanoTiO2oppure l'aggiunta di un po' di nano TiO2 a nano ZnO si traduce in migliori effetti antibatterici sui tessuti rispetto ai singoli nano materiali, indicando l'esistenza di effetti nano sinergici tra nano TiO2 e ZnO. Ciò è dovuto agli atomi superficiali di nano TiO2 e ZnO
Gli effetti superficiali delle particelle variano a causa dei diversi ambienti e dell'ampiezza del gap di banda, pertanto l'assorbimento della luce, in particolare della radiazione ultravioletta, ha le sue bande caratteristiche. Quando i tessuti di cotone vengono trattati con compositi nano TiO2 e ZnO, possono assorbire la radiazione ultravioletta su un intervallo di lunghezze d'onda più ampio, decomporre gli elettroni caricati negativamente e i fori caricati positivamente che si muovono più liberamente e formare coppie di fori elettronici fotogenerati. Reagiscono con l'acqua e l'ossigeno circostanti per generare più 0-, HO ·, HOO · e H2O2, uccidendo efficacemente i batteri e migliorando l'effetto antibatterico del tessuto.
Nano TiO2 come battericida ha anche le seguenti caratteristiche: in primo luogo, ha un buon effetto immediato, come l'effetto degli agenti antibatterici della serie argento che si verifica in circa 24 ore, mentre il nano TiO2 richiede solo circa 1 ora; In secondo luogo, il TiO2 è un agente antibatterico semipermanente che mantiene il suo effetto antibatterico, a differenza di altri agenti antibatterici il cui effetto di dissoluzione diminuisce gradualmente; In terzo luogo, ha una buona sicurezza e non ha effetti negativi sul contatto con la pelle. Il tessuto realizzato disperdendo TiO2 ultrafine su scala nanometrica nelle materie prime di filatura e nelle fibre chimiche di filatura ha buone proprietà antibatteriche ed è economico. Pertanto, il TiO2 su scala nanometrica è ampiamente utilizzato come principale antibatterico e deodorante nelle fibre funzionali.
3. Agenti antibatterici a base di ioni metallici
Rispetto agli agenti antibatterici organici, gli agenti antibatterici a base di ioni metallici presentano i vantaggi di una buona sicurezza (bassa tossicità, assenza di cancerogenicità), elevata attività antibatterica, buona resistenza al calore, ampio spettro antibatterico, lunga persistenza e nessuna resistenza ai farmaci. Possono essere ampiamente utilizzati in settori quali l'elettronica, le automobili, i materiali da costruzione, il trattamento delle acque, le cure mediche, gli alimenti, i mangimi, gli imballaggi, i tessili e la protezione ambientale.
A seconda dei diversi ioni metallici contenuti, gli agenti antibatterici agli ioni metallici possono essere suddivisi in ioni argento, ioni rame, ioni zinco, ioni cobalto, ioni nichel, agenti antibatterici agli ioni vanadio, ecc.
Alcune particelle metalliche (come le nanoparticelle d'argento e le nanoparticelle di rame) hanno determinate proprietà battericide. Vengono filati in combinazione con fibre chimiche per produrre fibre funzionali antibatteriche, che hanno effetti antibatterici più forti e tempi di lavaggio più lunghi rispetto ai tessuti antibatterici generali. Ad esempio, la polvere antibatterica ultrafine può conferire ai prodotti in resina capacità antibatterica e avere effetti inibitori su vari batteri, funghi e muffe. L'aggiunta dell'1% di questa polvere alle fibre sintetiche può produrre fibre antibatteriche con buona filabilità.
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