新一代的细菌杀手——钛

抗菌性钛的开发

近年来，随着抗菌制品需求的增加，人们开发了各种各样的抗菌剂。

氧化钛是基于光催化反应使有机物分解而具有抗菌效果。其第一个特点是即效性，如银系抗菌剂的效果约在24h左右发生，而氧化钛仅需1h左右。

第二个特点是氧化钛是一种半永久维持抗菌效果的抗菌剂，不像其它抗菌剂会随着抗菌成分的溶出,效果逐渐下降。

第三个特点是具有很好的安全性，可用于食品添加剂等，与皮肤接触也不会对人体产生影响。

其缺点是加工性差、成本高。特别是加工性差，即其密合性差，使适用的制品受到限制。目前，氧化钛抗菌剂涂敷在实际制品的例子，仅为玻璃食具、陶瓷等可通过高温烧结使氧化钛层密合的产品。但是钛材可通过表面氧化形成密合性优良的氧化钛层，所以将钛材进行阳极氧[i]，然后进行热处理[ii]，使表面层具有光催化活性[iii]，可取得对大肠菌等的抗菌效果。

试验发现,热处理温度在350℃和700℃时，光催化活性最高，而频带隙较大的锐钛型氧化钛比金红石型的光催化活性高。另外，延长氧化处理时间(如6h)也可提高纯钛表面氧化钛的光催化活性。尽管通过阳极氧化可以得到光催化活性的氧化钛层，但氧化钛层厚度薄，而且结晶不太好，因此要获得很好的抗菌性，有必要直接涂敷锐钛晶型氧化钛粉末。但这种粉末直接涂敷在钛材上时，密合性不好，在实际环境中使用不能耐久。

为了解决这个问题，日本神户制钢所研究人员首先把钛材阳极氧化处理，然后再涂敷结晶好的锐钛型化钛粉，从而开发了具有优良耐久性的抗菌性钛，命名为“SPARKT”。这种产品对大肠菌O-157以及MRSA葡萄球菌具有抗菌作用。经试验，在紫外线照射保持2h后，细菌基本被杀灭,而通常的钛材在2h后仍残留许多细菌。这种产品还具有防臭、抗污的特点，可用于内装饰、外装饰建材、炊具食具、卫生洁具等方面，具有广泛的应用范围。[1]

钛在杀菌性上的应用

1、钛杯的杀菌特性

氧化钛是钛和氧的无机化合物，一般被用在食品添加剂、涂料、化妆品添加剂等的上面。氧化钛根据其结晶构造的不同，被分为金红石型和锐钛矿型两种。其中，锐钛矿型具有杀菌效果。正极氧化的氧化钛薄膜，在化学合成处理时会产生温度特性，这种特性使其成为锐钛矿的结晶，生成在钛的表面上。

钛杯表面是一层氧化薄膜，不会感到有金属制品的铁锈味，也不会使饮料产生异味，可以品味到很清爽的味道。

光抗菌作用的机制即氧化钛受光后，其表面的正极空穴和负极电子被释放出来。这个能量与含在水里的氧溶解形成活性氧、分解水后产生氢和氧。在这个过程里，在氢和活性氧的作用下，进行杀菌、分解有机物，同时，也分解杂菌、酸味等，也能使饮料的味道更加醇厚。

2、钛金空调的杀菌性

钛金空调搭载第三代钛金技术，具有防尘、防霉、杀菌、耐腐蚀四大功效，时刻保持蒸发器冷凝器干净，保持室内呼吸到的每一缕空气都清新干净，同时钛金蒸发器采用的是光催化纳米银二氧化钛复合材料，有效去除烟味等异味，有效去除新房内的甲醛含量，更可贵的是，钛金只要在有光线的环境里，就能做到全天候的自动杀菌。只要微弱光就可催化杀菌，蒸发器自身杀菌，彻底解决了蒸发器聚集大量细菌、病菌的难题，保证室内空气干净健康。

钛在抗菌性上的应用——钛合金牙种植体

伴随口腔种植修复技术的飞速发展，人们对牙种植体材料的开发与研究也随之增多。医用钛及钛合金种植体不但能与骨形成骨整合(骨组织与种植体表面直接接触，两者间无软组织介入)，而且植入人体不会引起局部或全身的不良反应，无致畸、致敏、致癌作用，且拥有良好的生物相容性、力学性能和机械加工性能，是目前非常理想的牙种植体材料。

人们很早就认识到Cu元素具有广谱抗菌性。对Cu的抗菌机制，最新研究表明，含Cu合金之所以具有抗菌性能，主要是合金中存在富Cu的ε-Cu相，称之为抗菌相。细菌在Cu表面不易形成保护性的生物膜，Cu可以破坏细菌 的细胞膜结构，导致细菌凋亡。而 Shirai等人研究证实，Ti-Cu(10wt%Cu)合金对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的强抗菌性为99,9%的抗菌率。Ti-Cu合金利用铜的抗菌特性使其具有长效、广谱的抗菌性，且对多种细菌的杀菌率可达90%以上甚至100%，符合中国抗菌材料及制品行业协会规定标准。因此，基于这些优点，研究出最佳比例的Ti-Cu合金牙种植体材料将是未来研究热点。[2]

钛的抗菌、杀菌性用途还远远不止这些，随着人们智慧的激发,钛的优异品质、高贵品质将镶嵌在人们的家居生活中，不但美化人们的生活,而且是净化人类生活环境的“绿色金属”。

参考文献：

[1] 吴全兴,摘译自日刊《金属》,1997;67(10)66-69

[2] 马凯、赵宝红、邓春富，医用钛及钛合金种植体生物相容性及其相关抗菌性能研究进展，2016；07

注释：

i 阳极氧化（anodic oxidation），金属或合金的电化学氧化

ii 热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺

iii 一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质