新開發之高穩定性奈米銀粒子及其抗菌功能

刊登日期:2012/12/21
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先前的研究已有利用自行開發之高分子型分散劑進行AgNP 分散的成果,結果顯示可得到分散均勻且不聚集之AgNP ,但應用至抗菌領域,此類有機分散劑會有高毒性之隱憂,因此近年來本研究致力於以天然黏土做為AgNP 之穩定劑角色,利用團隊在過去數年間所開發之片狀矽酸鹽黏土-奈米矽片 (Nanoscale Silicate Platelet; NSP),用以支撐AgNP 進行分散之研究,希望藉由NSP 具有之獨特幾何形狀及表面帶電性(圖一) ,進一步與銀離子鍵結,於還原過程使銀粒子成長並吸附在天然黏土表面而不聚集,期望達到有效分散及固定AgNP 之功效。

銀在抗菌應用上的歷史回顧與遭遇之困難
2007 年Lok 等人發現AgNP 之抗菌性受粒子大小之影響,粒徑較小,抗菌性越強。因此為了克服這項困難,達到良好奈米尺度之分散效果,目前最常見的方式就是添加穩定劑,如離子型的界面活性劑(SDS 、CTAB ,藉由靜電排斥力使銀不聚集);或非離子型界面活性劑與高分子型穩定劑(Oleic Acid 、PVP),以立體障礙防止聚集;藉由上述這些穩定劑吸附微粒表面,達到分散的效果,抑制其凝聚。如2011 年Cheng 等人發現AgNP 表面覆有阿拉伯膠或PVP 塗層之材料,原本為穩定分散的狀態,經過太陽光照射後,發生不可逆的聚集現象(圖二)。

有效分散AgNP 之技術開發
使用有機分散劑分散AgNP 會有毒性之疑慮,所以本研究近年來致力於使用“天然黏土”來有效穩定AgNP 。而目前文獻上也有利用天然的層狀黏土- 蒙脫土(Montmorillonite; MMT)來穩定分散AgNP 之相關研究報導(28-30),藉由黏土所具有之高離子交換量及表面積,使AgNP 穩定在其表面而不聚集。本研究則是利用自行開發的NSP ,建立了一個可有效穩定分散AgNP 之技術(圖三),主要藉由NSP 具有之獨特幾何形狀、高表面電荷及高表面積等特性,達到有效分散及固定AgNP 之功效。除此之外,此天然且安全的片狀矽酸鹽黏土當作系統之穩定劑,推估可有效避免於生物應用上毒性問題的發生。


圖三、AgNP/NSP 複合材料之開發示意圖

為了驗證所建立之分散技術可得到高穩定性的AgNP ,將新開發的AgNP/NSP 複合材料進行一系列的評估,發現確實具有相當高的穩定性。一般奈米等級的粒子相當容易聚集且不易分散,即使原本分散良好,也可能因為外在的環境因素而導致聚集;相較之下,本研究建立的分散技術所合成的AgNP ,卻可以在熱、紫外光照射、超聲波震盪等處理下,仍然維持相當高的穩定性,其粒子大小可以維持不變,且未發生聚集現象(圖四) ;此外,亦發現將AgNP/NSP 放置空氣環境下, AgNP 仍然相當穩定,不會氧化變質,種種測試結果都證實本研究新開發之AgNP 具有相當高的穩定性,推測此特性主要歸功於NSP 本身獨特之幾何形狀及高電荷,可將AgNP 有效穩定在黏土表面且不聚集。

AgNP 於抗菌領域之應用現況
有鑑於AgNP 的市場,本團隊也已投入AgNP 的研究多年,所開發的 AgNP/Clay(圖五)應用至皮膚常見的致病菌,例如金黃色葡萄球菌(Staphylococcus Aureus) 、綠膿桿菌(Pseudomonas Aeruginosa) 、化膿性鏈球菌(Streptococcus Pyrogens),甚至多重抗藥性金黃色葡萄球菌Methicillin-resistant S. Aureus (MRSA)與Oxacillin-resistant S. Aureus(ORSA),發現可有效抑制細菌的生長(圖六)。而此優良抗菌之研究成果也被應用製成奈米銀噴劑,並在2009 年發表了“銀彈900 奈米銀噴劑”,其最大的優點是,它不像一般市售殺菌劑含有銀離子,長期被人體吸收會導致銀中毒,甚至產生抗藥性;因此可以噴灑在衣物、皮膚、空氣中,無基因毒性,強效抗菌卻不危害人體……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文


圖六、AgNP/Clay的抑菌功能。(a) AgNP/Clay材料在0.05 wt%即具有顯著的抑菌效果;(b)及(c)顯示在不同濃度對於S. Aureus 與P. Aeruginosa 的生長抑制效果與時間效應的關係;(d) 0.05 wt% 的AgNP/NSP材料對於MRSA 與ORSA 都有生長抑制的效能

作者:王怡婷、沈永清/工研院材化所,魏郡萩、林江珍 / 國立台灣大學
★ 本文節錄自「工業材料雜誌312期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=10767


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