Aus Partikelsicht wird Nano-Zinkoxid als Nanomaterial klassifiziert; Aus Sicht der chemischen Zusammensetzung handelt es sich um ein aktives Oxid. Folglich unterscheidet sich sein bakterizider Mechanismus vom typischen Mechanismus, bei dem Metallionen (Zinkionen) freigesetzt werden.
Elektrostatische Adsorption
Aufgrund der chemischen Bindung zwischen Zink und Sauerstoff ist die Oberflächenelektronegativität von Zinkoxid im Allgemeinen höher als die typischer Metallionen. Diese Elektronegativität ist hauptsächlich auf seine nanoskaligen Abmessungen und strukturellen Eigenschaften zurückzuführen; Insbesondere im Nanomaßstab liegt eine größere Anzahl von Zinkatomen an der Oberfläche frei, was zu einer überwiegend positiven Oberflächenladung führt. Wenn darüber hinaus die Kristallstruktur des Nano--Zinkoxids unvollständig ist-und zahlreiche Oberflächendefekte aufweist-werden seine positiven Ladungseigenschaften weiter verbessert. Umgekehrt tragen die Zellwände (bestehend aus Peptidoglykanen, Teichonsäuren und Lipopolysacchariden) und Zellmembranen (bestehend aus Phospholipiden) von Bakterienzellen eine negative Ladung. Gemäß dem Prinzip, dass sich entgegengesetzte Ladungen anziehen, werden die Nano-Zinkoxidpartikel nicht-selektiv an den Bakterienzellen adsorbiert.
Ionenauflösung und Zerstörung bakterieller Zellwände
Von der Oberfläche des Zinkoxids freigesetzte Zinkionen interagieren mit Bakterienzellen und verdrängen essentielle Ionen-wie Ca²⁺ und Mg²⁺-, die typischerweise die physiologischen Aktivitäten der Zelle regulieren. Diese Verdrängung führt zur Denaturierung und Koagulation zellulärer Proteine sowie zur Inaktivierung von Enzymen, wodurch die ursprünglichen Funktionen der Zellwand und Zellmembran beeinträchtigt werden. (Studien haben jedoch gezeigt, dass selbst eine zehnfache Erhöhung der Konzentration an Zinksalzionen nicht unbedingt das gleiche Maß an wirksamer antibakterieller Aktivität ergibt.)
Photokatalytische Sterilisation
Nano-Zinkoxid katalysiert die Umwandlung von Wasser-sowohl auf der Bakterienoberfläche als auch innerhalb der Zelle-in Wasserstoffperoxid (H₂O₂). Die starken oxidierenden Eigenschaften von H₂O₂ sowie seine oxidativen Nebenprodukte oxidieren direkt die äußeren Strukturschichten der Bakterien. Dieser Prozess stört die Permeabilitätsbarriere der Zelle und destabilisiert das innere und äußere Materialgleichgewicht der Zelle, was letztendlich zum Absterben der Bakterien führt.
Darüber hinaus können die Zersetzungsprodukte von H₂O₂-wie Hydroxylradikale und reaktive Sauerstoffspezies-direkt mit mikrobiellen Proteinen und Nukleinsäuren reagieren. Diese Wechselwirkung führt zu strukturellen Schäden an diesen lebenswichtigen Zellbestandteilen, was zum Absterben des Mikroorganismus führt.
Nano-Zinkoxid ist in der Lage, die Zellmembranen von Bakterien und Viren zu zerstören, was zum Austreten von bakteriellem Zytoplasma und zur Koagulation viraler Proteine führt. Zusätzlich zu seiner sterilisierenden und antiviralen Wirkung kann es auch schädliche chemische Komplexe zersetzen, die aus den Überresten abgestorbener Bakterien und Viren freigesetzt werden. Folglich weist Nano--Zinkoxid starke bakterizide, fungizide und antivirale Eigenschaften auf und verfügt außerdem über wirksame desodorierende Eigenschaften. Untersuchungen zeigen, dass Nano-Zinkoxid eine Sterilisations- und Bakteriostatikarate von über 99 % gegen Bakterien und Viren sowie eine Geruchsbeseitigungsrate von über 99 % erreicht.
Durch die sorgfältigen Bemühungen des Forschungs- und Entwicklungspersonals von Bofu Technology und Longda Nano wurde erfolgreich ein antimikrobielles Nano-Zinkoxid-Masterbatch entwickelt. Dieses Produkt weist eine Sterilisationsrate von über 95 % gegen verschiedene Bakterienstämme-einschließlich grampositiver Bakterien-, *E. coli* und *S. aureus*-und bietet lang-anhaltende antimikrobielle Wirksamkeit.
