银离子杀菌原理是什么?

发布时间:2021-09-17 05:54:22


  当电纺时间增为 60 分钟,释出银量上升至 0.88μg/mL,亦对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)有良好抑菌活性

  0.88μg/mL 等于 0.88ppm,虽银离子释出是不会直接穿透皮肤到达人体,但因为银离子会不断释放出来,纳米银抗菌剂如果被人体内脏吸收,会积累而发生病变,且永远无法排出体外,极大危害人体健康。我们还是比较建议使用无机抗菌材料,那也是我做石墨烯抗菌的初衷。

  纳米银其毒性是来自纳米材料本身还是通过释放银离子起作用还有很大的争论,但尹黎燕在2011年针对植物毒性研究发现是纳米银本身固有特性导致。研究发现,粒径越小,杀菌性能越强,而杀菌靠的是银离子。市面上的银器不是纳米银,银是比较稳定的元素,不易释放银离子,但银在高温、有氧气的条件下,容易发生氧化,形成氧化银,从化学的角度因为是重金属氧化物,属低毒性物质。我们担心的是,人体没有有效的排银机制,一旦摄入银离子便主要在骨骼和肝脏积累,至於一般納米材料要在5nm才容易跟著泌尿系統排出體外。

  纳米银微粒的物化特性对细胞毒性、细胞死亡机转(包括细胞凋亡与自噬作用)以及活性氧自由基产生研究结果显示,粒径大小较其表面化学修饰的影响程度更大。对 Beas2B 细胞来说,纳米银微粒在暴露早期(三个小时内)就会被摄入细胞内,而且粒径越大者程度越明显。暴露后六个小时会逐渐诱发自噬作用及细胞凋亡反应,亦是较大粒径者所引发的程度较显著。不过,活性氧自由基的产生程度则是相反,粒径较小者诱发程度较为显著。

  至于评论内有读者提到四氧化三银具强亲水性,容易排出可以口服,恕我学疏学浅,找不到相关信息去确认!

  银之所以能杀菌而不伤害有益菌和正常细胞,是因为大部分的病原菌是单细胞微生物,是倚靠蛋白酶来维持新陈代谢,进而繁殖影响正常细胞,在这些蛋白酶之中还有一种氧代谢酶,当银遇到这种氧代谢酶时,氧代谢酶的活性会抢走银的一个电子,使银原子变成带正电的银离子,银离子就会吸引蛋白酶中带有负电荷的硫醇基 (-SH) 的特异性结合,有效地刺穿细胞壁与细胞膜外表,进一步使细菌细胞因蛋白质变性,而无法呼吸、代谢和繁殖,直至死亡,达到灭菌的效果。而这些病原菌的生存时间只有几十分钟,在无法繁殖下,这些病原菌会自然死亡,而这些银离子又会回到原本的电子还原成银原子。所以银本身的杀菌功能是不会消失的。

  纳米银的抗菌效果又是如何达成的呢?其抗菌机制为何?学者倾向的解释是金属粒子表面有一层氧化物,氧化银在水中会水解成银离子与氢氧根离子,其中,溶出的银离子便是造成抗菌效果的根源。2004年Sondi等人曾使用自行合成的纳米银粒子做为抗菌剂,测试它对大肠杆菌的抗菌效果。研究结果显示与纳米银接触的大肠杆菌,细胞壁上产生了许多小孔洞,纳米银粒子则积累在细胞壁上。细胞壁形成孔洞之后会使得细胞壁的透过度显着增加,最后造成细胞的死亡。但纳米银因为颗粒小,安定性不佳,彼此间容易聚集成大颗粒,而降低抗菌效果。因此如何把纳米银均匀地分散在材料中,是制作纳米银产品的最大课题。

  不过,纳米银也不是没有风险。过去研究也发现,纳米银会对肺、神经及皮肤细胞产生毒性,也会渗入大脑,随血液循环而散布全身,动物及人类的相关实验都告诉大家,纳米银及容易进入胎盘。最近美国动物研究也发现:纳米银本身会干扰精子细胞讯号,导致细胞精子不再生长,进而影响男性生殖能力,同时纳米银本身粒子微小,容易随胎盘进入新生儿体内,直接导致男性胚胎生殖系统缺陷。

  张文钲先生曾论述:银的化学结构决定了银具有较高的催化能力,高氧化态银的还原势极高,足以使其周围空间产生原子氧.原子氧具有强氧化性可以灭菌,Ag+可以强烈地吸引细菌体中蛋白酶上的巯基(-SH),迅速与其结合在一起,使蛋白酶丧失活性,导致细菌死亡.当细菌被Ag+杀后,Ag+又由细菌尸体中游离出来,再与其它菌落接触,周而复始地进行上述过程,这也是银杀菌持久性的原因.

  细菌细胞壁重要组分为肽聚糖,银离子抗菌剂对细胞壁的干扰作用,主要抑制多糖链与四肽交联有连结,从而使细胞壁失去完整性,失去了对渗透压的保护作用,损害菌体而达到杀菌效果。

  银离子可以损伤细菌细胞生命活动重要的组成部分,细胞膜。因此,如细胞膜受损伤、破坏,将导致细菌死亡。

  银离子之所以能杀菌而不伤害有益菌和正常细胞,是因为大部分的病原菌是单细胞微生物,是倚靠蛋白酶来维持新陈代谢,进而繁殖影响正常细胞,在这些蛋白酶之中还有一种氧代谢酶。

  当银遇到这种氧代谢酶时,氧代谢酶的活性会抢走银的一个电子,使银原子变成带正电的银离子,银离子就会吸引蛋白酶中带有负电荷的硫醇基 (-SH) 的特异性结合,有效地刺穿细胞壁与细胞膜外表,进一步使细菌细胞因蛋白质变性,而无法呼吸、代谢和繁殖,直至细菌死亡,达到灭菌并且不伤害正常细胞的效果。

  单质金属银会和硫化物发生反应(如汗液里含有微量的硫化氢),变成硫化银。这才是可溶可离子化的。但这浓度想杀菌明显想太多。

  本质上银离子杀菌效果的达成靠的是重金属盐电离后的Ag+可以强烈地吸引细菌体中蛋白酶上的巯基(-SH),迅速与其结合在一起,使蛋白酶丧失活性,导致细菌死亡。。所以本质上要达成这个效果其实汞、铜或者铅还有镉这类重金属都能有类似作用,甚至效果比银还要好。

  当然上面说的重金属都是有毒的。毒性当然也是因为重金属的蛋白凝固性作用而产生的。能凝固细菌的蛋白质,当然也能凝固人体的蛋白质。

  因此白银作为一种重金属当然也是会有毒性的,WHO 规定银对人体的安全值为 0.05ppm。当然由于金属银的化学性质非常稳定,很难析出,所以我们日常使用白银器皿首饰都是安全的。

  在日常生活中,我们经常会看到这样的广告:拥有银离子健康洗涤系统的洗衣机内设银离子发生器(含纯度99.99%银片),在洗涤过程中电解释放出4千亿个溶于冷水的银离子,对衣物进行杀菌和抑菌,其杀菌和抑菌率均能达到99.9%以上;三星推出银离子键盘笔记本电脑,银离子键盘能杀死99.9%的细菌,避免用户遭到病菌侵害;汽车银离子杀菌器;等等。

  不难看出,银离子杀菌已经在我们的生活中被广泛应用。那么,银离子为什么能杀菌?银离子杀菌在我们的日常生活中还有哪些应用?

  银是人类较早发现和利用的金属,早在2500年前的波斯国王赛鲁大帝(Cyrus the Great)曾命令其所有部队用银罐子来盛水,因为水放在银器中比放在其他容器中干净;古罗马时期,硝酸银就被当作药品来使用,公元前69年古罗马出版的药典就有相关记载;公元78年,罗马最有名的博物学家盖乌斯普林尼塞孔都斯[Gaius Plinius Secundus,公元23(或24)―79]在其所著的《自然史》中,这样描述银的特性:“具有治疗效果... ...尤其是在促进伤口愈合方面有特效。”

  同样,我们的祖先也早就知道这种金属拥有神奇的净化能力:我国内蒙古草原上的牧民用银碗盛马奶,马奶不易发酵变酸;使用银筷子吃饭,则可以预防因食物变质引起的中毒;在盛有水的银花瓶中插花,花可以久开不败,枝叶不易腐烂。当人们外出因口干而可能会“渴不择饮”时, 只要将银首饰或银器浸入水中, 并不断搅拌,水就可以饮用。

  可以看出,银的杀菌作用在古代已经被广泛应用,但是那个时候,人们并不知道银的杀菌原理。很明显的是,银对人的健康是有好处的,而且就当时的情况来说也没有什么坏处,因此,人们将银视作“安全金属”。

  现在的科学家已经对银离子的杀菌原理作了深入的研究,有的科学家曾做过试验:将4.5升污水(其中大肠杆菌每毫升7000多个),经3小时的银电极处理后,所有的大肠杆菌全部死亡;十亿分之几克的银能使一升水变得清洁。还有的科学家做实验得出结论:伤寒杆菌在银片上只能活18个小时,白喉杆菌在银片上只能活3天。那么银为什么能杀菌呢?原来是银离子的作用。张文钲先生曾论述:银的化学结构决定了银具有较高的催化能力,高氧化态银的还原势极高,足以使其周围空间产生原子氧。原子氧具有强氧化性,可以灭菌,Ag+可以强烈地吸引细菌体中蛋白酶上的巯基(-┆SH),迅速与其结合在一起,使蛋白酶丧失活性,导致细菌死亡。当细菌被Ag+杀死后,Ag+又由细菌尸体中游离出来,再与其他菌落接触,周而复始地进行上述过程,这也是银杀菌持久性的原因。因此,在化学上,银被人们称之为“永久性杀菌剂”。

  除了上面广告中提到的应用外,银离子的杀菌作用还有其他应用。例如,现在国际上超过半数的航空公司已经使用银制的滤水器;许多国家游泳池内的水也利用银来净化,这样净化后的水不会像使用化学药品净化的水那样刺激游泳者的皮肤和眼睛;某家公司生产的银丝袜子,材料中含有镀银的纤维,可以抑制菌类的繁殖而防治脚癣和臭脚;在现代药典中,先后收载过硝酸银、蛋白银、矽炭银、磺胺嘧啶银等四个含银药物,分别用于眼结膜炎、淋病、膀胱炎、痢疾、肠炎、烧伤等疾病的治疗;等等。目前,人们正在研究银离子与其他杀菌剂――超声波、过氧化氢和紫外线的协同杀菌作用,以期进一步提高银离子的杀菌效果和减少银离子的使用量。

  银离子是重金属离子,那它对人体是否有害呢?银是人体组织内的微量元素之一,微量的银对人体是无害的,而且研究还表明,银离子在杀菌过程中能很好地识别菌群,可以很好地维护有益菌群的生存环境,对于人体内的正常菌群、正常细胞无任何破坏作用,不破坏人体的免疫系统。因此,银离子对人体不会有任何毒性反应和刺激反应。

  然而,人体对银离子的摄入量是有一定限度的。联合国世界卫生组织(WHO)规定银对人体的安全值为0.05ppm以下,饮用水中银离子的限量为0.05mg/L。

  如果饮用水里的银含量超过每升0.05毫克,那么长期饮用这种水就有可能引起银在人体的皮肤、眼结膜及粘膜等部位沉积。它虽然不会造成人体器官的病变,但可以使上述部位变成蓝灰色而不易消除,形成了在医学上所谓的“蓝色人”。因此,使用银离子对饮用水进行杀菌消毒时,应准确控制浓度。只要控制好浓度,银离子就不会对人体造成伤害。

  总之,随着科学家对银离子杀菌技术的进一步研究,不难预料,采用银离子杀菌的新工艺将会得到更广泛的应用。

  银离子,化学符号Ag+,是一种无机抗菌物质,靠库仑引力牢固吸附于细胞膜上并击穿细胞壁进入细胞内使细胞蛋白质凝固,细胞就会因丧失分裂增殖能力而死亡。此外,银离子Ag+也能破坏微生物电子传输系统、呼吸系统、物质传输系统,当菌体失去活性后,银离子Ag+又从菌体中游离出来,重复杀菌,因此其抗菌效果持久,银离子Ag+的杀菌能力特别强,每升水中只要含亿万分之二毫克的银离子Ag+,即可杀死水中的大部分细菌。尤其是六边形纳米银粒子比球形和三角形纳米银粒子具有更强的抗菌性能。此外,相比市面上较多的有机化合抗菌物质(例如季铵盐),银离子Ag+在对抗多重耐药菌方面也具有明显优势。目前市面上很多含有银离子的产品 如:银离子抗菌内裤 ,银离子抗菌手机膜 银离子抗菌喷雾 银离子抗菌湿巾等等。

  虽不能验毒,然而却能消毒。每升水中只要含有5000万分之一毫克的银离子,便可使水中大部分细菌致死。其原理是,银在水中可形成带正电荷的离子,能吸附水中细菌,并逐步进入细菌体内,使它的催化剂—脢系统封闭、失活,使细菌失去代谢能力而死亡。所以,用银作碗、筷使用于日常生活中仍是大有好处的

  瑞士Katadyn银离子杀菌和抑菌产品在市场上使用已经超过50年了。尤其在瓶装水和软饮料行业,银离子因不产生副产品,长效杀菌效果,不腐蚀生产设备管道,相对于臭氧杀菌,有其明显的比较优势。

  涂抹在皮肤上是很好的抗菌剂。不会有副作用。你拿到成品的都是稀释到2%-10%内的。知乎现在看看就好。而且由于人体新陈代谢问题这些都会自动代谢掉。

  银离子的抑(杀)菌机理概括而言,主要有两大学说:其一,细菌细胞分裂繁殖阻碍说。银离子是作为阳离子吸附并进入细菌的细胞膜内,和细胞内酵素反应,引起蛋白质代谢失调,导致新陈代谢障碍,细胞分裂(增殖)机能停止。细菌在排除体内异己成份过程中,耗尽能量,丧失活力。

  其二,是银离子激活产生活性氧(OH-),氧化分解细菌病毒说。银离子是金属离子中最为活泼的一种,在光和水份(空气中含有一定的水份)存在的条件下,银离子会激活,产生活性氧(OH-)。这种安全性等同于自然界离子的活性氧(OH-),确拥有数倍于紫外线和臭氧的氧化分解能力,对细菌和病毒具有杀灭分解效果。近几年来,日本的夏普,松下等家电产品都采用了这种杀菌除臭技术。最近,日本一些研究者确认,即使在无光的水中,银离子也会产生活性氧(OH-)。

  以上两大抑(杀)菌机理学说都有电子显微镜等现代科学测试的佐证。但是,不管是那一种论述都能够充分说明:银离子对细菌和病毒的抑(杀)菌方式,使细菌和病毒不可能出现耐性菌。

  银离子的杀菌能力很强,又对人畜无任何伤害,世界上超过半数的航空公司已使用银离子的滤水器。许多国家的游泳池也用银来净化,净化后的水不会像使用化学药品净化的水那样,刺激游泳者的眼睛和皮肤,银离子抗菌剂也被应用于纺织面料上,比如抗菌内裤、抗菌湿巾,同时日本已经有银离子水生成器用于浴室洗浴、果蔬清洗、厨卫清洁、厨房清洁、游泳池消毒。