抗菌剂的作用机理和抗菌塑料的应用.doc

抗菌剂的作用机理和抗菌塑料的应用摘 要：介绍了微生物致病原因和抗菌塑料的抗菌机理，抗菌塑料的制备方法，抗菌塑料的分析测试方法，展示了抗菌塑料的典型应用。关键词：抗菌 塑料 母粒 机理 应用一、 抗菌的含义抗菌的含义是指抑制和杀灭细菌等微生物的作用。抗菌作用包括杀菌、抑菌、灭菌、消毒、防霉、防藻、防腐等作用1。微生物按细胞结构特点可分为三种类型：以细菌为代表的原核细胞型微生物，以真菌为代表的真核细胞型微生物，以病毒为代表的非细胞型微生物。微生物是个体小、繁殖快、易于变异、在生命活动中构造最简单的一群低等生物的总称，包括病毒、类病毒、立克次氏体、细菌、酵母菌、放线菌、真菌、小型藻类和原生动物。微生物普遍存在于自然界各个角落，环境中每升空气含有微生物1104个，每克土壤含微生物1041010个，每克水含微生物1104个，每克沃土里分布着107010个细菌，105107个放线菌和103105个霉菌。微生物的繁殖速度很快，细菌在适宜条件下每10分钟就可增殖1倍，10小时后1个细菌可繁殖出10多亿个。微生物在生长繁殖过程中需要大量营养，并相应地排放各种分泌物。因此，微生物在自然界中一方面起到垃圾清道夫的角色，同时，细菌、霉菌（腐生性真菌）、酵母菌和放线菌等也给人类生活造成巨大危害。据世界卫生组织（WHO）的年度报告，1995年死亡的5200万人中，因微生物传染病原因引起的死亡为1700万，占三分之一。这些传染病包括霍乱、肺炎、疟疾、结核和肝炎等。细菌致病的机制是，病原菌突破宿主皮肤、粘膜等生理屏障，进入机体定植、繁殖和扩散。细菌定植在入侵部位，能在局部繁殖、蓄积毒素，引起疾病。细菌的毒素是，含有损害宿主组织、器官并引起生理功能紊乱的大分子成分。细菌的数量一般与致病力成正比，但不同病原体能引起感染发生的最低数量差别很大，如沙门氏菌需十万个菌体，而志贺氏痢疾杆菌仅需十个菌体2。此外，霉菌、藻类的生长过程也是腐蚀各种材料的过程，带来严重的财产损失。广义抗菌概念所包含的内涵如下：杀菌：指杀死微生物；抑菌：指抑制微生物的活性，使其繁殖能力降低；灭菌：指完全除去待处理体系中的所有微生物或使之完全丧失活性；消毒：指除去待处理体系中的致病和条件致病的微生物或使之丧失活性；防霉：指抑制霉菌的活性，或使之丧失活性，减轻霉菌的繁殖程度；防藻：指抑制藻类的附着和生长；防腐：指采取一定措施防止物品性能的下降。二、 抗菌产品的作用抗菌产品是通过产品自身的抗菌作用，保护物品，免遭细菌污染。抗菌产品的抗菌作用是永久保有的，在产品寿命期内不失去的。使用抗菌产品可预防病菌的传播，降低交叉传染的危险，对预防和控制疾病起到积极作用。1降低医院感染2医院感染：凡是病人因住院陪诊或者医院工作人员因医疗护理工作而被感染所引起的任何临床显示症状的微生物性疾病，无论是否在医院期间出现症状均属医院感染（WHO，1978）。住院病人在医院内获得的感染，包括在住院期间发生的感染和在医院内获得出院后发生的感染，但不包括入院前已开始或入院时已存在的感染。医院工作人员在医院内获得的感染也属于医院感染 （国家卫生部，2001）。近年来，由于抗菌药物的广泛使用和不合理应用，细菌的耐药性日趋严重。由于耐药菌感染不易控制，因此容易引起交叉感染，甚至发生爆发流行。从而增加了医院感染的严重性、复杂性。并已成为一个复杂的社会问题而引起广泛重视。1991年11月，某医院发生新生儿鼠伤寒沙门氏菌暴发流行，55人发病，23名死亡；1992年9月，某医院发生志贺氏痢疾杆菌暴发，26人感染，10名死亡；1993年，某市妇儿医院44名新生儿柯萨奇B型病毒感染，15名死亡；1998年，某市妇儿医院发生166名产妇手术切口的结核分枝杆菌感染；2003年，1002名医务人员SARS病毒感染，占全部病例的18.8%；2005年，宿州“眼球事件”中10名白内障患者进行了置换人工晶体手术后发生了严重的感染事件，做过手术的眼睛流出大量的脓性分泌物，培养为绿脓杆菌。调查结果认为，手术室内污染严重，不分感染性手术和非感染手术，器械未达到灭菌要求，因此造成严重的交叉感染。处理结果：主刀医生被吊销执业资格，院长被免职；2008年4月，安徽阜阳等地儿童手足口病EV71病毒感染，24人死亡，数千人入院。抗菌制品可预防医院感染：（1）减少特殊的传播途径：医疗器械、针刺、输血，医护人员的手和诊疗用具，病人和病原携带者的集中和密切接触的场所和物品；（2）减少治疗过程中的侵袭性操作所带来的危险：各种内窥镜、中心静脉插管、导尿管、有创呼吸机等造成的创伤。2 减少（轻）大规模流行病3人类历史上传染病大规模流行的结果曾使人类文明遭受巨大损失，从下面的一些事件中可以看出：历史时期历史背景瘟疫种类死亡情况历史影响公元前431427年古希腊的伯罗奔尼撒战争鼠疫，天花，麻疹和伤寒等雅典军队的生力军1/4，和城邦人口的1/4这次瘟疫造成西方文明史上的一次重大改变，彻底摧毁了雅典称霸整个希腊半岛的雄心。公元165180年间；公元211266年间罗马帝国时期天花罗马帝国本土1/3的人口加速了罗马帝国的衰落，造成了西方文明史上的又一次重大改变。公元13471351年（中世纪）整个西欧范围内黑死病欧洲人口减少近1/4，总数约6200万影响极其巨大，造成了西方文明史上的另一次重大的全面改变：带来了宗教的改变；农奴的解放，大批农奴死于瘟疫后，劳动力一下变得非常珍贵，很多土地空余出来，农奴逐渐成为自由劳动者。15世纪左右，近代资本主义的早期欧洲殖民主义这对美洲扩张，带去了欧洲的传染病天花，麻疹，霍乱，伤寒，鼠疫，流感，白喉等毁灭了美洲大陆5000万到1亿土著居民的90%病毒和传染病毁掉了当地的经济生力军。欧洲殖民主义者不得不想另外的办法寻找劳动力，引起了大规模非洲黑人奴隶的贩卖，这也是人类历史上一个巨大的制度性改变。18171823年；18651875年从印度恒河三角洲蔓延到欧洲霍乱仅1818年前后便使英国6万余人丧生1865-1875年霍乱第四次大流行，迫使人们注意卫生状况，促成了公共卫生学的建立，并以此为基础重新考虑城市规划。19181919年；1920年第一次世界大战之后的美国西班牙流感全球有25005000万人丧命席卷全球。源于美国，在半年内相继传至欧洲，中国，日本，之后遍布非洲和南美。促使美国政府家采取措施强化了公共卫生系统。其他主要传染病结核病已使2亿人死亡疟疾仅在1997年就与厄尔尼诺现象一起造成150270万人死亡登革热于1981年使古巴30多万人患病，至今还时有发生埃博拉病毒造成的死亡率则高达7888%3 营造卫生健康的家居新居装修后，越来越多的居民会请环境监测人员使用各种仪器来测定居室的污染指数。但人们常常忽略了居室的卫生问题。马桶圈细菌多，要重点清洁。德国化学家曾调查发现普通家庭的抽水马桶的座圈上，每平方厘米有0.6个肠道杆菌。另有调查发现，32%的马桶上有痢疾杆菌，其中一种名为“宋内”的痢疾杆菌在马桶圈上存活的时间长达17天。不少人冬天喜欢在马桶上套绒布垫圈，更容易吸附、滞留排泄污染物，传播疾病的可能性更大。污染如此严重的地方恰恰和人们皮肤的接触最“亲密”。 人们每天都要使用马桶，但稍不留意，它也可能成为疾病之源。如果冲水时马桶盖打开，马桶内的瞬间气旋最高可以将病菌或微生物带到6米高的空中，并悬浮在空气中长达几小时，进而落在墙壁和物品上。现在大部分家庭中，如厕、洗漱、淋浴都在卫生间里进行，牙刷、漱口杯、毛巾等与马桶共处一室，自然很容易受到细菌污染。由于地板往往会使用几年甚至十几年，时间长了其中就会滋生霉菌等细菌。空调通风系统也会成为细菌滋生的温床。中央空调的通风系统是长期积累下来的卫生死角，风管为有害微生物提供了安稳滋生的环境，并随着四通八达的风管在室内广泛传播，造成空气二次污染，导致急性传染病（如军团病、SARS）、过敏性疾病（包括过敏性肺炎、加湿器热病等）、“病态建筑综合症”。用过半年以上的洗衣机进行细菌污染情况抽样调查，发现洗衣机的内槽中霉菌检出率为60.2%，细菌总数检出率为81.3%，总大肠菌群检出率则为100%，高达54.7%的洗衣机同时检出上述三种菌种。一些无辜患上霉菌性阴道炎的女性，深究原因的话，不能不想到洗衣机的二次污染。民以食为天，现代人一般习惯一次性大量购物，而我们日常生活中食用的水果、蔬菜、牛奶、贝类、甚至冰箱、饮水机等都饱受着微生物细菌的污染。近年来，一种名为“耶尔赞氏菌肠炎”的发病率正逐年上升。主要症状有腹部隐痛、恶心呕吐、乏力身困，严重者还会出现畏寒、发热，甚至导致中毒性肠麻痹。因患者病前几乎都进食过冷藏食品，故又被称为“电冰箱肠炎”。其实冰箱有可能成为细菌新的繁殖地。 在当前的市场上主要有镀锌钢管，PAP(铝塑复合管)，PPR(聚丙烯管)，UPVC(聚氯乙烯管)，还有一些质量和性能都较好的铜水管和衬塑薄壁不锈钢管。由于镀锌钢管不耐蚀、不抗菌，内壁抗结垢性差，在水与管道内壁长时间接触后，极易锈蚀入水，引起饮用水的直接污染，管壁生长菌膜，进一步加重水质的恶化。（1） 保障公共场所的卫生检测办公桌的细菌污染情况后，发现办公桌面所含有的细菌数量远远超过厨房餐桌。办公桌上的致病细菌要远远高于一般的厨房餐桌，尤其是电脑键盘和电话比办公桌更脏。特别是，上班族在这样的环境里进食，会给自己的健康带来一定隐患。许多人都害怕接触门把手，其实它上面粘附的细菌并非最多的。不论是在家中或在办公室，公用电话和电脑键盘上的细菌，都远比电梯按钮的细菌多得多。医院内电话使用频率较高，但由于日常消毒工作易被忽视，电话已成为医院内感染的一大隐患。（2）减少财物遭微生物腐蚀而损失在微生物作用下，许多材料性能劣化，使用可靠性变差：电器绝缘性下降；塑料、橡胶等材料强度降低、变色、褪色；纤维服装（棉、羊毛、合纤）变质、变臭、变色、脱色、污染；铝材被浸食、强度下降，建材（木板、合成板、内饰材料、瓦）；涂料和粘接剂等强度降低、剥离、变色、脱色；皮革（鞋、包、衣服、皮带）强度下降、变色、柔软性变差；木材腐朽、水变臭。三、 抗菌塑料的制备方法目前抗菌塑料的制法主要是通过添加少量抗菌剂共混复合而成的，其有效成分是抗菌剂。也有少数抗菌塑料是材料化学结构上具备抗菌性能的、或经过反应改性而得到的。近年来新开发的抗菌剂品种和数量增加较快，为抗菌塑料及其制品的生产提供了越来越多的选择余地。无机抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂以及某些特定的抗菌材料，其热稳定性不同，这使它们的应用范围有很大不同。抗菌剂的抗菌性（抗菌广谱性及其以最低抑菌浓度MIC值为代表的性能指标）、毒性（以毒理试验结果为代表）、与材料的相容性（以分散性为特征）、制成的抗菌材料的抗菌长效性等是选择抗菌剂的主要指标。抗菌剂的技术指标须满足生产和使用的条件。抗菌剂的类型（无机银系、锌系、铜系、光催化、负离子）、成本、用量、产品质量稳定性、使用便利性等因素也决定了最终产品的质量。抗菌塑料的制备和使用方法分为采用直接法和抗菌母粒法（间接法），简述如下：抗菌塑料的制备方法基体树脂抗菌剂加工助剂混合造粒抗菌塑料成型加工抗菌塑料制件塑料抗菌母粒A 直接成型法B 母粒化技术混合热塑性塑料加工一般要经历200及以上温度和高剪切的熔化流动过程，所以抗菌剂的热稳定性和耐机械剪切的稳定性要求较高。自由基聚合的热固性树脂体系不能与有淬灭自由基作用的抗菌剂一起使用。直接法生产抗菌塑料及其制品，是抗菌剂粉体与塑料颗粒掺混，或者是先将抗菌剂与塑料共混造粒，再加工成型。由于抗菌剂的团聚问题，抗菌效率降低。直接法是全部材料需要加工一遍，加工成本有所增加。抗菌母粒是塑料与用于载带和分散抗菌剂的载体树脂混配，制成浓缩共混物颗粒。抗菌母粒中抗菌剂含量较高（为1050%重量）。用抗菌母粒成型抗菌制品时，只需在塑料中加入110%重量的抗菌母粒，即可加工制品，原有工艺不变，使用便利，性能可靠。实践中选用那条技术路线，还要进行综合成本分析和技术可实施性分析，再作定论。四、 抗菌塑料的抗菌原理和检测11 抗菌原理无机抗菌剂的抗菌机理是，银、铜、锌等离子作用在细菌细胞膜上，高浓度时，金属离子穿透细胞膜，与细胞质中的蛋白质的活性中心结合，使细胞死亡或丧失分裂增殖能力。低浓度和极低浓度时，金属离子吸附在细胞膜上，阻碍细菌对氨基酸、尿嘧啶等生长必需的营养物质的吸收，从而抑制细菌的生长。金属离子抗菌剂、季胺盐的正电荷还吸引细菌细胞膜表面的负电荷，阻止细菌的移动，使其失去营养而死亡，或细胞变形破裂因内容物渗出而死亡。光触媒抗菌剂、银系无机抗菌剂能吸收紫外光、可见光等外界能量，通过激发电子跃迁，激活抗菌剂周围的氧气和水分子，成为活性氧和氢氧自由基。它们能氧化或使细菌细胞中的蛋白质、不饱和脂肪酸、糖苷等发生反应，破坏其正常结构，从而使细菌死亡或丧失增殖能力。有机抗菌剂分子大多与细胞膜和脂质体相容性好，与细胞膜融和，使细胞内容物、酶、蛋白质、核酸损坏，如对细胞器的作用、对蛋白质和核酸等结构物质的作用、对酶体系的作用（酶形成、酶活性）、对呼吸作用的影响（糖酵解、电子传递系统、氧化磷酸化等过程）、对有丝分裂的影响。抗菌剂的抗菌作用包括杀菌和抑菌作用。杀菌作用是把细菌杀死，抑菌作用是将微生物的生命活动中的某一过程阻止而抑制其生长繁殖。浓度和作用时间对抗菌作用有很大影响，浓度越大，作用时间越长，抗菌作用越显著。银、铜、汞等金属离子、强氧化剂主要表现杀菌作用，有机抗菌剂主要起抑菌作用。同一抗菌剂往往在高浓度则是杀菌的，低浓度时表现抑菌作用。对抗菌塑料而言，当细菌接触抗菌塑料时，存在于塑料表面的抗菌剂与细菌间发生上述相互作用，使细菌在抗菌塑料表面无法生存和繁殖。而且，抗菌剂会从塑料中不断向表面扩散迁移，补充和保持在塑料制品表面，所以，抗菌塑料具有长效抗菌性。2 抗菌性能及其检测在抗菌剂和抗菌塑料的应用中，抗菌性是材料和制品的特殊功能，要求高效、广谱、长效，在相关环境中适用。抗菌性能的检测属微生物试验范围，所以，需要建立独立的实验室。（A） 抗菌谱抗菌谱是指抗菌剂对细菌、真菌、霉菌、酵母、藻类等各种微生物的抗菌有效范围。由于微生物数量庞大，显然不可能对所有的菌种逐一测试其有效性，因此，通常选择有代表性的菌株作为标准测试菌株。大肠埃希氏菌（E. Coli，革兰氏阴性菌）、金黄色葡萄球菌（S. Aureus，革兰氏阳性菌）、白色念珠菌（又称白假丝酵母，Candida albicans）、混合霉菌（黑曲霉，土曲霉，出芽短梗霉，宛氏拟青霉，绳状青霉，绿色木霉，赭绿青霉，柄帚霉等）常被作为测试菌进行抗菌谱的试验。（B） 抑菌环将抗菌剂置于已接种待测菌的固体培养基上，通过抗菌剂向培养基内的扩散抑制敏感菌的生长。滤纸抑菌环法可通过试验观察抑菌环的生成及其直径大小，来判定一种物质是否具有抗菌活性，这一方法具有快速简便的特点。抑菌环大小不能完全代表抗菌塑料等接触型抗菌材料的抗菌作用强弱。因此，只有在可类比的抗菌剂之间才可用抑菌环大小的数值比较微生物的敏感性。（C） 抗菌率产品抑菌和杀菌性能可以定量测定，这是最新颁布的国际标准评价方法。ISO/DIS 22196-2007 塑料塑料表面的抗细菌反应的测试，是在日本、中国等国际标准化组织成员国的推动下建立的国际标准。与日本国家工业标准JIS Z 2801-2000抗菌产品抗菌行为及抗菌效果试验方法、中国国家标准GB 15979-1995一次性使用卫生用品卫生标准、中国轻工行业标准QB/T 2591-2003抗菌塑料抗菌性能评价及其测试方法等标准的思想是一致的。国际标准没有抗菌率指标规定。但日本标准规定抗菌塑料的抗菌指数值应大于2，中国标准则为大于99%（较强抗菌性）和大于90%（有抗菌性）。（D） 防霉等级在综合国家标准GB 2423.16-1999（idt IEC 68-2-10：1998）电工电子产品基本环境试验规程试验J：长霉试验方法、国际标准ISO 846-1978（E）塑料在真菌和细菌作用下的行为的测定用直观检验法或用测量质量或物性变化的方法评价、美国试验和材料协会ASTM G21合成高分子材料的抗真菌性测定后，制定了QB/T 2591-2003抗菌塑料抗菌性能评价及其测试方法抗菌塑料（附录B）抗菌塑料抗霉菌试验方法，防霉等级分为0、1、2级。防霉等级0级是受试样上不长霉菌，且显微镜下放大50倍观察不到霉菌生长；1级是痕迹生长，可见生长的面积小于10%；2级则霉菌生长面积大于10。抗菌塑料的防霉等级为1级可以报告有抗霉菌作用，0级则可报告有强抗霉菌作用。五、 抗菌塑料的应用制品绿色建材：采用清洁生产技术，少用天然资源和能源，大量使用工业或城市固体废弃物生产的无毒害、无污染、有利于人体健康的建筑材料，具有消磁、消声、调光、调温、隔热、阻燃、防霉、抗静电、防辐射以及调解人体机能，适应人体工程等内在功能的新型建材及其制品；彩色防霉缝剂：适用于瓷砖、石材等饰面材料的填缝，具有良好的粘结力和抗裂防渗韧性能，令饰面板整体防水性提高。它更具有防霉功能，令饰面卫生、洁净，同时色彩装饰效果更臻完美；抗菌卫生洁具：抗菌塑料应用在卫生洁具上，如座圈和盖板，可以使其自洁功能大大加强，在保证家人健康的同时，节省了消毒的时间和费用。洁具陶瓷经1260高温烧制，光滑细腻，具有自洁及抗菌功能；电话听筒、电脑键盘、公交