抗菌材料及其抗菌机理莫尊理

抗菌材料及其抗菌机理莫尊理抗菌材料及其抗菌机理莫尊理 材料导报 综述篇 上 第 年 月 卷第 期 抗菌材 及其抗菌机 莫尊理 胡惹惹 王雅雯 何静娴 西 师范大学化学化工学院 兰州 摘要 根据抗菌材料中有效抗菌成分种类的不同 将抗菌剂分为银离子型 二氧化钛以及氧化锌型无机抗菌剂和季铵盐类 卤胺类及壳聚糖 等有机抗菌剂 重点介绍了各类抗菌剂的作用机理 并比较了这些 抗菌材料在抑菌抗菌方面的优势以及不足 最后提出了一些抗菌材 料今后的研究和发展方向 关键词 抗菌剂 抗菌材 抗菌机 引言从日常用的纤维服人类生活环境中存在大 微生物 装 家用电 器 卫生陶瓷制品 塑 薄膜 到建筑用的钢材 涂 以及饮用水的 消毒处 等方面 它们在适宜温度及养分下会迅速繁殖 导致物质的 变质 腐败 发霉以及伤口化脓感染等现象 严重威胁人类的健康 这就使得抗菌材 成为当今新材 研究和开发的热点之一 抗菌材 是一类具有杀菌 抑菌性能的新型功能材 其核心成分是 抗菌剂 将极少 的抗菌剂添加至普通材 中制成抗菌材 用它们制 成的制品也就具有卫生自洁功 抗菌剂分为无机抗菌剂和有机抗菌剂两类 其中无能 单体直接聚合或通过无机金属离子 有机抗菌基团改性 或无机 有机抗菌基团共同修饰得到高分子有机抗菌剂 其抗菌 加工 抗菌长效 被广泛应用而且性能稳定 活性 高 于树 脂 纤维 纸张 医疗 水处 及塑 等领域 本文主要对以上抗菌材 及其抗菌机 做一综述 无机抗菌材 无机抗菌剂是利用 等金属或其离子 的杀 菌 抑菌能 制备得到 目前应用最广泛的是以 等为活性组分的金属离子型和以 为代表的光催化型 由于 长期使用 被还原而 的抗菌效果受光和热的影响较大 降 低抗菌效果 因此 一般选用能使银离子缓释的载体来制备载银抗 菌剂 无机抗菌材 的抗菌机 及特点见表 型 如银 沸石 机抗菌剂包括金属离子 银 活 等 性炭 银 硅胶 银 磷酸盐等 和氧化物光催化型 如 可将其制成纳米级后 由于比表面积增大 等 有机抗菌以 好地吸附微生物 所以有 好的抗菌效果 含金属离子的抗菌剂 银系抗菌剂中的有效抗菌成分 有两种反应 接触反应 抗菌剂缓释出的微 靠库仑引 牢固吸附剂分为天然 低分子和 高分子有机抗菌剂 天然抗菌剂 还包括桧柏 艾蒿 芦于天然提取物 如壳聚糖 甲 壳质等 荟等的提炼产物 其耐热性差 应用范围窄 低分 子有机抗于细胞膜上 然后击穿细胞壁进入细胞内使细菌蛋白质凝 固 细胞就会丧失分裂增殖能 而死亡 此外 也能破菌剂主要有季铵 鏻 类 吡啶 胍类 卤代胺 等 往往因受热或溶出而丧失抗菌性能 毒性大 对环境污染大 加工且 使用寿命较短 研究者将这些有机抗菌剂抗菌活性基 团的坏微生物电子传输系统 呼吸系统 物质传输系统 当菌体失 去活性后 重复杀菌 因此其抗菌 又从菌体中游离出来 光催化反应 在光作用下 效果持久 会激活吸附 凝固技术国家重点实验室开放课题 甘 肃省科技支撑计划项目 国家自然科学基金 甘肃省自然科学基金 男 博士 教授 主要从事 纳米复合材 方面的研究 生 莫尊 抗菌材料及其抗菌机理 莫尊理等 产生 和 它们 在在粉体表面的水和空气中的 短时间内能破坏 细菌的增殖能 抑制或杀灭细菌 表 无机抗菌材 的抗菌机 及特点 分类银 沸石抗菌材 含金属离子型银 磷酸盐抗菌材 银 可溶 性玻璃抗菌材 缓释杀菌抗菌机 金属离子接触杀菌与催化杀 菌 对立 优势 沸石对 等具有较强的亲和能 在有氧或无氧时都 能发挥 功效 足之处应用及展望 锈钢广泛应用于医疗 涂层 织物 水处 防晒 液等领域 要加强考察成本高 变 色 抗菌性 稳定 缺乏对银纳米材 稳定性 包括团聚 溶解和重 新沉 淀 的表征 缓释作用和光触媒作用 比磷酸复盐 有很强的吸附功能 表面积大 无毒 化学性质稳定 具有 高效 持久 的缓释性能成品的安全性 改善高温使用性能 成本 较高 必须限制在大范围内的应用化学活性高 可制成长期 高效 的玻璃型缓释抗菌材 紫外光照射下具化学性质稳定 二氧 化钛氧化物光催化型类 光催化抗菌 有 广谱抗菌性 杀菌余效 近紫外光照射下才能充分显示抗菌性能 难沉降 回收 可杀灭 对人体 有益的细菌 玻璃 应用于卫生陶瓷 涂 纤维 塑 及其制品 废水处 等环保领域塑 陶瓷 涂 在纤维 生物医 学等领域有广阔的应用前景 应扩大光响应范围 使其在无光条件下继续发挥抗菌作用耐酸碱性 好 无毒性 原 丰富紫外光下才具有光催化 金属离氧化锌类子溶 出 活性氧 抗菌机制 抗菌迅速 安全性高 价活性高 格 低 生物相容性好 形貌可控杀菌 降解有机物和自净化能 耐候 性差 无选择杀 菌性能 可造成抗药性细菌种类 由于抗菌剂的大 和长期使用 和数 的迅速增加 因此 国内外相 继开展对载银抗菌金属 材 的研究 目前已有多种各具优势 的制备工艺被应用于 有机抗菌材 有机抗菌材 的抗菌机 及特点见表 此类材 的开发 可以预见 载银抗菌金属材 凭借结构材 和功能材 的双重功效 将 在抗菌材 的应用中占据重要的地位 低分子有机抗菌剂季铵盐的季氮原子所带的正电荷可破坏微生在溶 液中 物细胞膜 使蛋白质变性或破坏细胞结构 由于 元素电负性比 元素弱 所以季鏻盐比季铵盐能 好地吸附细 菌细 而胍及其衍生物具有强碱性 胞 抗菌性 高 能与带负 氧化物光催化型抗菌剂 是指在光作用下其表面产生 的光催化抗菌机 的大 的 和 具有很强的化学活性 当 这些自由基接触到微生物时 能与微生物内有机物反应 将其氧化 成从而在较短时间内就能杀灭微生物 和 只可以通过引入贵金属或过有在近紫外 光下才具有抗菌活性 渡金属离子来 展其光响应范围 如 复合材 就 电荷的细菌相互吸引 束缚细菌的自由活动 造 成 接触死 另外 亡 在电场 下 细胞壁和细胞膜上的负电荷由于分布 均而 变形 造成物 性破裂 使细胞中的水 蛋白质等物 吡啶盐具有优异的质溢出 发生 细菌溶体 现象而死亡 抗菌性 单体经聚合后 可得到具有抗菌性能的聚合物 被用 低分子抗菌剂的抗菌活性成分都作抗菌牙科修复材 具有双重抗菌 效果 的抗菌机 有 种假设光 催化机 在光照射下 受激发跃迁 价带上的电子 到导带 留 下带正电荷的空穴 和 会与吸附在材 表面的 和 及水等反应产生 等 是阳离子基团 但耐热性差 毒性大等是其应用受限的重要原因 高分子有机抗菌剂抗菌持久性 于改性高分子抗菌剂的低毒性 稳 定性 等优点使其倍受青睐 其抗菌机 比较复杂 故 做介绍 带抗菌活性官能团的单体经高分子化后 相对分子 增大 电荷密度 提高 而微生物细胞 细胞膜内的磷脂及一些膜蛋白水解均带负电 荷 因此 相对分子 增大有助于对细菌表 而且对聚合物的修饰和改性可以灵面膜的吸附和结合 其中具有极 强氧化活性的 能够将组成微生物的各种成 分分解 达到杀菌 的目的 的较强还原性也起到抗菌作 破用 溶出机 游离出来的 与蛋白质反应 坏细菌细胞的生 活性 在杀灭细菌后 从细胞中游离 出来 重复上述过程 活性氧抗菌机 被推测为 产生抗菌性能的主要活性物质 目前 抗菌被认为 可能是几种机 共同作用的结果 活地引入无机 有机抗菌基团 合成各种 同需求的抗菌剂 制备出 高性能 高选择性的高分子有机抗菌材 但由于大 材料导报 综述篇 上 第 年 月 卷第 期 限制了其应用 故构筑新型多数高分子抗菌剂相容性较差 核 壳结构的高分子抗菌剂至关重要 表 有机抗菌材 的抗菌机 及特点 分类季铵 鏻 盐抗菌过程 吸附 穿透 破膜 特点抗菌 速度快 但 能持久抗价格低廉 菌 且药用剂 大 使细菌产生抗 药性杀菌广谱高效 降解 毒性稳定性强 低 小分子 能直接被 固载到各种基体材 表面应用及展望机器表面除菌 食品加工厂 可 通过增长 烷基链达到 好的抗菌效果 卤胺类接触杀菌或释放 氧 化性卤正离子 可深入研究把卤胺抗菌材 和纳米技术有机 结合 有望在功能纤维 水消毒 涂 医疗卫生等领域得到广泛应 用食品营养学 环境保护被广泛用于医学 壳聚糖破坏细菌细胞壁 阻 碍细菌自由活动 生物相容性好 成本低 对人体无毒 害 等领域 对分子进 改性后可提高其抗菌 但水溶性较差 难以用作添加剂使用 性能 宽抗菌领域 如季铵型壳聚糖 羧甲 基壳聚糖 天然抗菌剂最常用的天然抗菌剂壳聚糖是一种带正电荷的活性物 壳聚糖分子中的 质 推测其抗菌机 有两 种 专辑 材 导报 陈耀 斌 李良超 等 无机抗菌剂的研究进展 科 孫檬茜 技创新导报 高 缓释型无机抗菌 材 的研究综述 精细石油 王燕 化工进展 岳仁亮 张婧坤 等 苯扎溴铵 二氧化硅杂化抗菌 刘海弟 材 的制备和性能研究 无机盐工业 钟泽辉 载银沸石抗菌剂的研究进展 包装工程 李婷 吕俏 等 几种常用载银抗菌 材 改性方式的研究 杨 娜 现状 中国组织工程研究与临床康复 载银多孔抗菌玻璃的研制 长春长春 工大 朱婵媛 学 薛涛 何 等 磷酸盐玻璃载银抗菌 复合材 的 李侠 性能研究 塑 顾刈非 等 硼酸盐玻璃在生物材 领域中的应用 肖伟 中国组织工程研究与临床康复 卢雨 杨飞 等 海泡石载银锌双离子制备抗菌剂的 工 刘菁 艺研究 功能材 刘爱心 黄红莹 等 水溶性银纳米颗粒的制备及抗菌 孙 物 化学学报 性能 陈文彬 志 等 二氧化钛负载细菌纤维素纳米 张秀菊 复合材 的 抗菌性及细胞相容性的研究 化学世界 纳米二氧化钛 蒙脱土复合材 及抗菌性能研究 许天 翼 武汉武汉 工大学 陈曦 等 负载金属氧化 物纳米夹心材 的制备及净 刘太奇 高分子材 科学与工 程 化菌性能 中赵忠 王雪梅 纳米氧化锌抗菌性能及机制 胡占江 国组织工程研 究 凹凸棒石复合抗菌材 的制备与应用 探冯建国 杨倩 索 中国非金属矿工业导刊 阻止了营养物质向细胞吸附在细胞表面形成一 层高分子膜 内运输 也可以使细胞壁和细胞膜上的负电荷分布 均 破 坏细胞壁的合成与溶解平衡 起到抑菌杀菌的作用 渗透 进入细胞内 吸附细胞体内含阴离子的物质 扰乱细胞正常的生 活动 从而杀灭细菌 壳聚糖作为可降解的天然高分子材 呈膜性良好 而且水解后会被 人体吸收 是一种 想的药物载体 可以与海藻酸钠 纤维素 聚丙 烯酸钠等高分子材 形成复合材 制成复合载药微球 提高药物的 载药 包埋率及药物稳定性 结语近抗菌材 的开发及应用在国内外有良好的发展前景 来抗菌 产品应用范围 断扩大 人们对抗菌材 的需求 急速增长 在当前关注健康 提倡环保的大背景下 抗菌材 产业在我国的医疗 卫生与环保领域必会大有作为 大 文献表明 无机 有机 无机 无机等复配抗菌材 均表现出优 于单一组分的综合性能 是抗菌剂发展的一个方向 通过复配可以 宽抗菌剂的广谱抗菌应用范围 且在低浓度时可获得 好的抗菌性能 但考虑到材 对环境的友好性以及对人体的安全性要求 合成高效 广谱 无毒副作用 长效和低成本的抗菌材 是研究者的目标 另外 应加强对各种抗菌材 的抑菌和杀菌机 的进一步研究 以 好地指导生产 如 壳聚糖的抗菌机制至今仍 成熟 需要人们继续 深入地研究探讨 同时 应加强研制特异性强的抗菌材 即对某些病原菌有针对性的 杀灭效果但对有益微生物无影响 这样才可以在特定环境中使用 参考文献 孙淼 等 抗菌材 的研究进展 化工技术与开 郝喜海 发 唐颖蕾 刘丽 等 新型 无机抗菌材 的研究进展 魏大巧 下转第 页 用 制备 基超 高温合金进 深入研究 材料导报 综述篇 上 第 年 月 卷第 期 基高温合金的 组 郭喜平 高丽梅 电子束区熔定向凝固 织和性能 航空材 学报 康永旺 合金化及制备方法对 系超高温结构材 组 航空材 研究院 织和性能的影响 京 基超高温合金的有坩埚 姚成 方 郭喜平 郭海生 整体定向凝固组织分析 金属学报 等 铌硅化物基超高温合金 整体 何永胜 郭喜平 郭海生 定向凝固组织和固 液界面 形态演化 金属学报 基合金整体定向凝固 王勇 郭喜平 凝固速率对 组织及固 液界面形态的影响 金属学报 参考文献 周媛媛 檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸 檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸陈红 曾宪仕 等 壳聚糖及其衍生物在生物医药中的 徐静 上接 第 页 金属世郭培培 载银抗菌金属材 研究概况 向红亮 界 郭玉娟 陈少军 等 纺织品抗 菌整 剂研究进展 陈仕国 材 导报综述篇 孙蓉 曾秋苑 等 有机高分子