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[技术] 纳米银是什么?用于水产养殖究竟有利或有弊否?

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发表于 2020-1-12 18:33:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
最近推出的纳米银治疗鱼病,让人感觉是一个新鲜事物,细查资料却知道,其实纳米银用于人类疾病治疗已经运用多年了,只不过用于鱼病治疗还是最近一些年的事情。究竟什么是纳米银?这个感觉很高大上的东西究竟有什么奇特之处?或者说纳米银究竟有利或有弊否或者还有其它什么?本文摘编几篇文章以供大家初步了解一下!以期能为纳米银的认识和规范使用提供一些参考。

纳米银,通俗一点说,银就是我们平时所认知的“白银”,冠以“纳米”是指采用以纳米技术为基础研制而成的银产品。纳米(nm),即为毫微米,是长度的度量单位,如同厘米、分米和米一样,1纳米比单个细菌的长度还要小的多,也可以理解为特别又特别很微小又很微小的物质。

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现在用于水产养殖用纳米银产品分为水剂和粉剂两种,据厂家药品介绍可知:纳米银具有超强渗透性,强大的抑制细菌(诺卡、杆菌类、肠炎类等)、病毒(虹彩病毒、出血病、白斑病、各类杆状病毒、传染性组织坏死病毒等)、真菌、弧菌、疱疹等功能,迅速深入感染组织抑菌消炎,快速修复创伤组织,促进细胞再生;彻底清除水体常见的弧菌、真菌、霉菌、顽固耐药菌,具有高效、无毒、无副作用、无腐蚀性、无残留、使用安全等特点。总之,用途很广泛,似乎似“神药”一般。当然,生产上使用后的效果究竟最终何如,还有待时日观察。但愿有特效,将对养殖业产生革命性的作用。
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 楼主| 发表于 2020-1-12 18:35:01 | 显示全部楼层
一、纳米银是什么?   

银Argentum

    在人类历史上,银被广泛使用了数千年,在古代银器常被用来盛装食物和保存葡萄酒,银丝用来包扎伤口,现代医学之父希波克拉底用银来治疗溃疡。

纳米银

    在三维空间中至少有一维处于纳米尺度(粒径<100nm)的金属银单质,原子排列为介于固体和分子之间的“介态”,其比表面积极大,通过不同的制备方法可以获得立方体、球形、棒状、锥形、丝状等不同形态的纳米银粒子。

抗菌机理

破坏细胞壁、细胞膜
    纳米银颗粒可以与细菌的细胞壁以及细胞膜结合。当带正电荷的纳米银颗粒遇到表面带负电荷的细菌时,会产生静电力,从而促进两者间的相互吸引和相互作用,使纳米银吸附在细胞膜上。
影响菌体内环境
    在液体环境中,纳米银受质子作用会释放出Ag,或受O2 作用被氧化成Ag2O再释放出Ag],发挥抗菌作用。

损伤细菌DNA

    DNA分子只有在松弛解旋状 态下才能有效地进行复制,而纳米银和Ag+进入菌 体后会与含大量供电子原子的细胞核、拟核和线粒 体DNA分子相互作用,使其发生明显的皱缩,抑制 DNA的复制从而阻止细菌繁殖。
产生活性氧自由基
    吸附在菌体表面微量的Ag能激活水或空气中的氧,产生羟自由基及活性氧离子,进一步氧化菌体外膜从而抑制或杀死细菌。
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小广州昆虫酶浆

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 楼主| 发表于 2020-1-12 18:36:25 | 显示全部楼层
抗菌应用的研究进展

01、医疗卫生领域

    将纳米银与各种口腔材料以物理掺杂或化学合成等方式结合,利用纳米银的抗菌性降低细菌的附着率,抑制细菌的生长,是一种预防龋病、治疗假体感染和进行根管消毒的好方法。

02、环境领域

    负载纳米银磺化聚醚砜超滤膜用于水处理大大提高了超滤膜的抗菌性能,对金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌和假单胞菌的抑菌率大幅提升。
    采用原子沉积技术将纳米ZnO沉积到聚四氟乙烯纤维上,通过化学镀银的方式将纳米银沉积到ZnO纳米棒的表面所制得的多功能空气净化器抗菌率可达100%,且甲醛的降解率达到了60%。

03、纺织业

    纳米银材料由于其独特的抗菌性能,可生产具有自洁抗菌活性的纺织品。Hossam等采用无溶剂吸附技术将纳米银直接沉积到棉花中,生产抗菌织物,通过对该织物的抑菌实验发现,与传统的织物相比,该纳米银织物有较好的抗菌效果。


展   望


    纳米银作为应用最为广泛的纳米材料之一,其作为抗菌材料的研究已成为当今热点。然而,纳米银作为抗菌材料在应用中还存在较多问题,如纳米银的制备工艺较复杂且成本较高,其应用范围和形式也较为局限。未来的研究应进一步明确纳米银的毒性及机制,探究纳米银抗菌机理及与环境的交互作用,以期能为纳米银的规范使用提供参考。
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 楼主| 发表于 2020-1-12 18:37:25 | 显示全部楼层
二、鱼病知识:纳米银的安全性分析

纳米银越来越多地用于消费品(如服装和个人护理产品)、医疗和制药工业、食品工业,也有用作水产养殖的消毒剂。比如,2012年美国环境保护署曾发布长达423页的纳米银消毒剂的综合性报告,包括其安全性分析。

那么,其安全性如何呢?是否会水生生物产生持续的危害呢?让我们以模式动物斑马鱼的实验来阐述一下这个问题。

环境毒理学课题组UPV/EHU的细胞生物学研究小组对成年斑马鱼进行了分析,以找出从长期来看,这些存在于淡水中的纳米银粒子可能会对水生生物造成的影响。

在该研究的主要结论中突出的是,鱼器官中金属的分布受银在水中的形式(可溶性或纳米颗粒)的影响。同时,还发现可溶性银在短期内可导致斑马鱼基因序列的改变(3天),而纳米粒子导致改变的周期更长(21天);在这两种情况下,已经在体内积累了银离子的斑马鱼,在净水中度过了六个月之后,发现鳃的炎症仍然存在。

在由Amaia Orbea领导的研究中,三组50-60只成年斑马鱼分别在三个水族箱中。第一个水族箱加入硝酸银以产生水溶性银; 向第二个水族箱中加入20nm纳米银颗粒(NP Ag); 向第三个水族箱中加入清水,用作对照。 含银的水族箱中的各组实验用鱼暴露于两种形式的金属中21天,然后再用清水浸泡六个月,以研究长期接触银的后果。这里的实验使用了被认为对环境有重要意义的金属浓度,换言之,可以在自然界中被发现的浓度,例如在来自处理厂的废水排放口处。物质的积累是中毒发生的第一步。

在含银环境中暴露3天和21天后,又在清水中饲养6个月,然后对鱼的鳃、肝脏和肠道进行了各种化学和生物学分析。研究小组选择鳃是因为这是污染物的主要进入途径;选择肝脏是因为它是新陈代谢和解毒的主要器官;选择肠道是因为银纳米颗粒可以通过食物吸收。

从分析中可以推断,鱼在暴露于可溶性银和纳米银颗粒后积累了相似浓度的金属。在清洁水中待6个月后,恢复了初始金属浓度水平。当分析鱼的器官时,结论不同,肝脏和肠道中银的分布取决于毒性实验中使用的金属类型,但这两种形式的银都导致了鱼鳃的发炎,并且即使在清洁水中六个月后影响仍然存在。

此外,对肝脏转录组的分析显示,暴露在银下对肝脏有很大影响。接触3天后,共有410个基因序列的表达水平发生变化,可溶性银的影响更为强烈。在纳米银颗粒的情况下,21天后发现了这种变化,并影响了799个序列。
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 楼主| 发表于 2020-1-12 18:38:39 | 显示全部楼层
三、可怕的纳米银!不能再被纳米银忽悠了,你应该了解这些!

银是一种古老的抑菌材料,大约一千年前,蒙古牧人就知道用银器皿装马奶,可使马奶不变质。银的抑菌作用主要来自银离子,对微生物的吸附作用,当微生物被银离子吸附后,其负责呼吸的酶被破坏后就会死亡。

纳米银(Nano Silver):是使用纳米技术将银纳米化,粒径做到纳米级的金属银单质,粒径小于100nm,一般在25-50nm之间。

李时珍在《本草纲目》中记载有“银本无毒,其毒则毒物之毒也”。但现代当物质到了纳米级的尺度下,物理、化学等特性会发生很大的变化。

21世纪纳米技术兴起,在纳米状态下,由于纳米银与细菌的接触面大大增加,表面活性大大增强,杀菌能力也得到很大的提升。然而成也纳米败也纳米。


纳米技术下银离子的径粒变得很小,所以它很容易穿越皮肤粘膜的人体屏障,经血液循环,从而到达人体的其他脏器和部位。有研究表明它可损害肝细胞、神经细胞、当大量银离子在人体内沉积后,更会对人体产生不可逆转的影响。

经常在朋友圈、淘宝网看到各种主打纳米银材料的防臭袜子、杯子、内裤、妇科类产品、电器等,千万不要被纳米银的"高科技"旗号迷惑,银作为重金属的潜在危害性以及纳米级粒子的超强渗透性,必然对人体存在危害。
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 楼主| 发表于 2020-1-12 18:41:07 | 显示全部楼层
纳米银对身体及环境的影响


对皮肤的影响
纳米银颗粒可以穿透完整皮肤进入真皮层,当采用受损皮肤测试,纳米银颗粒的穿透能力提高了近5倍。进入真皮层的这些纳米颗粒可以转移到该区域的淋巴结,最终进入血液循环和其他组织器官。

体外实验发现:纳米银对成纤维细胞的毒性要远高于其对质细胞的毒性。对猪人为实施皮肤破损,并接种多种病原菌,敷以含有纳米银的敷料治疗,结果发现,与空白对照以及硝酸银对照组相比,纳米银治疗组的金属蛋白酶活力降低,诱导细胞凋亡。



对呼吸系统的影响

纳米颗粒在呼吸系统的沉积量和清除率影响着呼吸系统损伤的程度。

纳米银对大鼠暴露28天虽然没有产生明显的脏器毒性,但是组织分布显示肺部银含量明显增加,而且在肝脏、脑组织和嗅球中均呈明显的剂量反应性增加管和肺泡。

由于金属纳米颗粒体积小,在空气中具有很高的扩散能力,因而很容易沉积到呼吸系统的各个部位(鼻咽部、支气管、肺泡)(图   1.6).

对免疫系统的影响

纳米银常可作为免疫调节剂促进伤口愈合和治疗免疫原性皮肤病,其机制可能是Ag十结合了金属硫蛋白、抑制炎症细胞因子如IL12和TNFa。Gameretal.报道了包覆柠檬酸的纳米银胶体造成红细胞内谷胧甘肤的大量消耗,产生氧化损伤效应。在鸡胚发育不同时期注射  0.2ml 10mg/L纳米银颗粒溶液,病理组织学和激光共聚焦显微技术显示鸡胚法氏囊受到明显破坏,使淋巴滤泡的数量和大小明显减少 。法氏囊是淋巴B细胞迁移和增殖的首要场所,纳米银对法氏囊的破坏意味着对免疫系统(功能)的不利影响。

对神经系统影响

纳米银可以通过血脑屏障,进入星形胶质细胞,引起神经元变性。

实验发现,将纳米银分别植入BALB/C小鼠或Wistar大鼠后,纳米银可随血液通过血脑屏障,并随时间的延长,银积累增加。

通过组织化学自显影技术,证实纳米银可沉积至脑室、蛛网膜,进入神经胶质细胞和神经元细胞,为纳米银的神经毒性研究提供理论依据。

据案例报道显示,对一名71岁老年男性进行为期四个月的研究中,每天口服胶质银,可导致银在人体血浆、红细胞以及中枢神经系统内的水平上升。最终出现癫痫发作及昏迷,并在5.5个月后死亡。因此认为,银可以导致不可逆的神经毒性损害,并最终引起死亡。

对细胞有毒性影响
AshaRani等人(2009)选用人肺成纤维细胞株(IMR一 90)和人成胶质细胞瘤株(U251)分析了纳米银颗粒(6一20nm)的细胞毒性和遗传毒性,透射电镜证实这些纳米颗粒可以通过被动扩散和受体介导的胞吞两种方式进入细胞内,到达线粒体和细胞核,直接造成细胞损伤和遗传毒性。
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 楼主| 发表于 2020-1-12 18:42:52 | 显示全部楼层
环境中金属纳米颗粒的来源无外乎两种:天然形成和人类生产。

天然来源:

可以是火山喷发、森林火灾形成高温条件而产生纳米颗粒,也可产生于土壤侵蚀风化、生物合成,或者大气颗粒物的光化学反应

生物源:

主要是有机纳米颗粒。主要是指目前人类合成及生产的纳米材料,后者则可能是工业生产的副产物,同时也可能来自于烟囱和机动车尾气的排放。


发达国家对纳米银的研究:

韩国

据韩联社首尔:据一份研究结果显示,吃进或吸入纳米银粒子会对肝脏造成危害。
胡西大学教授兪与韩国建设生活环境试验研究所所属的毒性研究院对摄取纳米银的有毒性进行动物试验。研究组将30mg/kg、125mg/kg、500mg/kg的纳米银粒子注射到老鼠体内。结果如下:

(1)体内被注射125mg/kg以上纳米银粒子的老鼠肝脏出现了毒性反应。
(2)此外4周内体内被注射500mg/kg的雄性老鼠出现体重减轻现象。

他还称:“今后政府需要对婴儿奶瓶、玩具、纺织、包装材料等产品,制定纳米银安全标准。”

他的论文“亚慢性经口毒性的纳米银粒子”(Subchronic oral toxicity of silver nanoparticles)于本月7日刊登在英国研究杂志“粒子和纤维毒性学” (Particle and Fibre Toxicology)上。

2003年底三星纳米银洗衣机,在北美地区因受到抵制而被迫主动召回.

美国

美国等欧美国家是禁止使用纳米银做为抗菌材料使用的,因为银离子会不断释放出来,纳米银如果被人体内脏吸收,会累积而发生病变,且永远无法排出体外,极大危害人体健康。

美国法院对美国自然资源保护委员会(NRDC)指控美国环境保护署批准纺织品使用抗菌纳米银一案进行了审理。终法院裁定美国环境保护署核准美国纺织品制造商使用纳米银的行为不当,要求发回重新评估,并限制公开宣传把抗菌纳米银使用在服装和其他纺织品上。

2006年11月,美国环境保护局(EPA)要求在美国销售使用纳米银的企业,有义务向ERA呈示关于产品安全性的科学论证,这实际上是以美国为首的发达国家对纳米银的一种叫停。
美国自然资源保护委员会的健康计划负责人表示:“法院的裁决促使我们近一步朝着去除纳米银纺织品的目标迈进。环境保护署不该核准纳米银的使用,因为这项技术并没有完全通过安全检验。”该委员会希望限制纳米银的使用以保证消费者的健康。

英国

2009年,英国科研人员发表研究结论,纳米银对DNA有损害,基于对人体的潜在危害性,很显然即便杀菌能力很足,纳米银也不再适合作为人体常用的抑菌材料使用,以更加安全可靠的抑菌材料替代纳米银越来越成为行业共识。

加拿大

加拿大政府2009年1月在全球首次提出建立强制性文件,要求纳米科技产业在开发纳米材料时必须提供相关安全性评价资料。

我国
目前在纳米银安全风险评估标准一直没有确定;而在欧美,纳米银抑菌材料是被明令限制应用于人体的。

引发的思考:早期对纳米银的安全性研究结果是安全的,而随着研究的不断深入,发现纳米银存在一定的安全隐患。因此,选择抗菌产品的时候,看到是纳米银抗菌,那就应该慎重考虑了。



参考文献:
[1] 曲锋, 许恒毅, 熊勇华, 等. 纳米银杀菌机理的研究进展[J]. 食品科学, 2010, 31(17): 420-424.
[2] Mathur P, Jha S, Ramteke S, et al. Pharmaceutical aspects of silver nanoparticles[J]. Artif Cell NanomedB, 2017: 1-12.
[3] Franci G, Falanga A, Galdiero S, et al. Silver nanoparticles as potential antibacterial agents[J]. Molecules, 2015, 20(5): 8856-8874.
[4] Bapat R A, Chaubal T V, Joshi C P, et al. An overview of application of silver nanoparticles for biomaterials in dentistry[J]. Mat Sci Eng C-Mater, 2018, 91: 881-898.
[4] José María Lacave, Unai Vicario-Parés, Eider Bilbao, Douglas Gilliland, Francesco Mura, Luciana Dini, Miren P. Cajaraville, Amaia Orbea. Waterborne exposure of adult zebrafish to silver nanoparticles and to ionic silver results in differential silver accumulation and effects at cellular and molecular levels. Science of The Total Environment, 2018; 642: 1209 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.06.128

来源:水花鱼(本文摘编于:高分子物理学 刘慧民  水生动物健康评估 栗涵  功能纺织)
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