科普|石墨烯抗菌塑料在冰箱中的应用

冰箱作为一种家庭常用的电器，可以为肉类和蔬菜等食物提供恒定的低温状态，从而延长食物的储存时间。消费者在购买冰箱时除了关心冰箱的能耗等级、制冷保鲜功能和外观造型外，健康和安全问题逐渐成为人们关注的核心，尤其是此次新型冠状病毒的流行，使得更多的消费者对冰箱材料的抗菌需求更加凸显。

抗菌塑料指的是塑料本身具有一定的抗菌功能，并且可以在一定的时间段内使依附在塑料上的细菌失去繁殖能力或失去活性，或最终将细菌杀灭。相比通常使用的化学或物理杀菌方法，抗菌塑料具有抗菌时效长和抗菌范围广的特点，在不影响材料使用性能情况下就可以实现抗菌功能。抗菌塑料通常是通过在塑料中添加抗菌剂的方法实现抗菌效果。

►物理切割作用

石墨烯的抗生特性与其独特的结构有关，石墨烯具有很大的面厚比，因而侧面具有机械切割与穿刺作用，接触到石墨烯表面的细菌将失去其完整性，细胞内容物发生泄漏从而导致细胞崩溃与凋亡，这是当前石墨烯无抗药性杀菌最基础的机制之一。

►吸附包覆作用

石墨烯拥有较大的比表面积，其中氧化石墨烯的表面存在大量含氧基团，能够以胶体状态存在液相中，还易于通过改性呈现出官能团多样性与可设计性。基于这些特性，石墨烯材料在与生物细胞相遇时，会通过氢键、静电力以及氧化还原反应等多种方式相互结合，表现出很强的的亲和力。在相互作用的同时，GO会诱导脂双分子层的破裂并形成纳米复合结构。

►氧化应激作用

在同细菌接触过程中，石墨烯表面缺陷和尖锐的边缘结构均会诱导细菌产生活性氧成分，尤其是氧化石墨烯的高氧化电位会导致其产生大量的活性氧，从而导致其正常生理代谢紊乱，造成细菌死亡。

►竞争性吸附

石墨烯可方便地进行表面改性，引入大量阴离子基团（如羧基、磺酸基），这种仿生结构类似硫酸乙酰肝素，本身大比表面积的特点又可大幅提高其竞争性吸附的效率。研究表明，这种带有负电的仿生结构可通过固定、捕集方式实现对细菌传播的预防与抑制。同样，使用核酸适配体对氧化石墨烯进行改性也可获得特异的结合作用。因此，石墨烯阴离子改性复合物不仅具有竞争性吸附结构，还可通过其大比表面积强化竞争吸附效果，同时通过仿生结构可进一步改善其对细胞的相容性，成为优良的抑菌产品。