抗菌的高分子材料文献调研

-.z.抗菌的高分子材料文献调研**：涂大强**：11111132引言随着高分子材料技术的进步和开展，各种各样的高分子材料制品已经渗入到了我们衣食住行的各个角落。然而，高分子材料受到微生物的污染，从而引起疾病的传播，这是一个全球性的问题。如何有效地防止细菌的产生和滋长，进而抑制疾病的传播，使用具有抗菌性能的高分子材料是最为简单有效的方法。随着人们对疾病预防和控制的重视，以及对自身居住、工作和生活环境卫生要求的提高，抗菌技术和抗菌材料也因此而得到了快速开展。迄今为止，已经有多种类型的抗菌高分子材料被开发出来，并应用于医疗器械，食品包装，服饰等多领域，取得了非常可喜的研究成果。抗菌剂的分类抗菌的高分子材料一般由高分子材料、抗菌剂以及外表改性剂三局部组成。其中，抗菌剂是高分子材料抗菌性能的关键，大体上可以分为无机抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂以及复合型抗菌剂。其中，天然抗菌剂大多为有机物，故常被划入到有机抗菌剂中。无机抗菌剂主要包括金属离子抗菌剂和金属氧化物抗菌剂。金属离子抗菌剂大多为重金属离子，如银、铜、锌等。金属离子抑制病原体活性按如下顺序递减：Ag>Hg>Cu>Cd>Cr>Ni>Pb>Co>Zn>Fe,其中Hg、Cd、Pb、Cr的毒性较大，因此应用较少。而银的抑菌性能远远高于其他的金属离子，银系抗菌剂具有广谱、高效、持久性，因此被广泛应用，如日本最早使用Zeomic抗菌剂制成的抗菌除臭袜和抗菌塑料，由于抗菌效果良好，很快被日本及其他国家广泛使用。金属氧化物抗菌剂均属于光触媒，是一种在光照条件下，自身不发生变化，却可以促进化学反响的物质。常见的金属氧化物抗菌剂有TiO2与ZnO，如参考文献中注塑成型聚丙烯/TiO2纳米复合材料改善聚丙烯的力学和抗菌性能以及聚丙烯材料外表移植ZnO等离子体来提高其抗菌能力。其中TiO2作为金属氧化物抗菌剂性能最正确，因为无机金属应用在纺织物上有显色反响，而使用TiO2金属抑菌添加剂则对人体无毒无害，平安性能高，纺织物长期使用不变色，同时兼具耐紫外光照、耐热和广谱高效抗菌等优点。大局部有机抗菌剂都是通过化学合成的方法得到的，主要包括季铵盐类、醇类、酚类、醛类、醚类、酯类以及有机酸类等，如参考文献中将盐酸环丙沙星作为抗菌剂添加到电纺PVA与再生丝素蛋白复合材料中，用作医疗中的伤口敷料。有机抗菌剂通常都具有高效的抑菌性能，但同时也有毒性大，耐热性差，抗菌持久性差等缺点。天然抗菌剂主要是从动植物中提取、精制得到的，大多是多糖，多肽以及糖肽聚合物类物质，如参考文献中含有乳酸链球菌素的高分子材料在食品抗菌防腐方面的应用。天然抗菌剂具有耐候性优良，毒性低，使用平安等优点，但耐热性差、药效时间短，是未来抗菌添加剂的主要方向。抗菌剂的作用机理抗菌剂的种类多种多样，各种抗菌剂的抗菌机理也不尽一样。细菌主要由细胞壁、细胞膜、细胞质和核质体等组成，各类抗菌剂对细菌的影响方式大体可以分为以下三种:(1)作用于细菌的细胞壁、细胞膜系统，破坏其保护系统，使其内部物质因失去保护而流失，进而导致死亡。(2)作用于生化反响的酶或其他活性物质，如蛋白质，这些物质是细菌生存的物质根底，破坏它们就会导致细菌物质代谢停滞，进而死亡。(3)作用于细菌内部的遗传物质，进而使细菌无法增殖而逐渐凋亡。抗菌剂在高分子材料中的具体应用抗菌剂广泛应用于各类高分子材料中，大体可以划分为三类制品：抗菌纤维制品、抗菌塑料以及抗菌橡胶。纤维制品大多与人体直接接触，要求对人体不会造成严重的影响，因此纤维制品中使用最为广泛的抗菌剂是银系抗菌剂和天然抗菌剂，如上文中提到的日本最早使用Zeomic抗菌剂制成的抗菌除臭袜以及含有盐酸环丙沙星作为抗菌剂的电纺PVA与再生丝素蛋白复合材料作为伤口敷料在医疗中的应用。抗菌纤维的加工方法有三种：后处理加工法、原纤维加工法以及染整加工法。后处理加工法是以染渍、染轧、涂层或喷涂等方法将抗菌的物质附在纤维上，抗菌剂只存在于纤维表层上，脱落后不能补充，这种方法加工出来的抗菌纤维抗菌持久性差，耐洗涤性也差，同时还存在一定的平安性问题。原纤维加工法和正染法是将抗菌剂混入到纤维内部，通过抗菌剂露出纤维外表或少量溶出而显示出抗菌性的。这两种方法加工出的纤维，内部的抗菌剂可以向外部扩散使之得以补充，使得抗菌纤维的抗菌持久性得到保障。塑料制品在生活中随处可见，卫生洁具、厨房用品、家用电器外壳以及塑料包装袋等，只要环境适宜，很容易就会滋生病菌。因此，对塑料制品进展抗菌加工非常有必要。目前，抗菌塑料的制备方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构造上具备抗菌能力，或是经过反响改性而得到的。上文中提到的，注塑成型聚丙烯/TiO2纳米复合材料和含有乳酸链球菌素的高分子材料在食品抗菌防腐中的应用都是抗菌剂在塑料制品中的具体应用。橡胶制品在生产加工过程中，常常需要参加其他的配合剂，如硫化剂、促进剂、活性剂、防老剂等。因此橡胶的成分体系相对复杂，相较于前面两种抗菌高分子材料，抗菌橡胶的研究就少了许多。制备抗菌橡胶制品的方法有外表接枝抗菌剂分子，抗菌母料与干胶的混炼等。目前对于抗菌橡胶抗菌性能的检测一般采用微生物学方面的贴膜法和抑菌圈法等。有研究工作者自制了ZnO/Ag纳米复合抗菌剂，并亲油改性，然后利用改性的抗菌剂与天然橡胶制备出了具有抗菌能力的抗菌橡胶。比照分析参考文献中涉及到的抗菌高分子材料既有抗菌纤维制品，也有抗菌塑料制品。其中用到的抗菌剂既包含了TiO2与ZnO等无机金属氧化物抗菌剂，也包含了盐酸环丙沙星与乳酸链球菌素等有机抗菌剂。通过对调研的几篇参考文献比照分析，大致可以归纳出设计研发抗菌高分子材料的大致实验思路。想要设计出符合应用条件的抗菌高分子材料，首先需要对选用的高分子材料和抗菌剂进展筛选。高分子材料的筛选主要考虑的是材料特性是否与所要应用的环境条件相匹配，而抗菌剂的选择，除了要考虑抗菌剂本身的抗菌性能外，还要考虑与高分子材料间的相容性、应用环境的条件等诸多因素。例如，参考文献中提到的制备含有盐酸环丙沙星的PVA与再生丝素蛋白抗菌复合材料，这其中就包含了对高分子材料的筛选，PVA作为常用的高分子材料，本身具有良好的力学性能，但是作为伤口敷料，PVA与医疗中常用的抗菌剂盐酸环丙沙星相容性不佳。再生丝素蛋白本身具有优异的生物相容性，但是其力学性能不佳。通过电纺技术，可以很好地制备出PVA与再生丝素蛋白的复合材料。这样，获得的高分子材料既具备了符合医疗应用的力学性能，也同时具备了与抗菌剂盐酸环丙沙星间良好的生物相容性。再例如，参考文献中提到的利用外表改性剂改善纳米TiO2与SEBS间的相容性，进而提高复合材料的抗菌性能。其次，想要研发出符合要求的抗菌高分子材料，还必须考虑如何将抗菌剂与高分子材料有效的结合在一起。除了参考文献中用到的浸染法、注塑成型法以及外表接枝法等常见方法外，还可以通过改变抗菌剂形态来改善抗菌剂与高分子材料间的结合。例如，参考文献四针状氧化锌晶须对聚丙烯力学性能及抗菌性能的影响中，通过将不同形态的氧化锌接枝到聚丙烯外表，并比照其对复合材料力学性能与抗菌能力的影响，从而筛选出最正确形态的氧化锌与聚丙烯高分子材料结合。最后，需要对制备出的抗菌高分子材料进展性能上的检测，以判断制备出的抗菌高分材料是否符合应用要求。一般只需要检测抗菌高分子材料的力学性能和抗菌能力。因为参加了抗菌剂成分，所以高分子材料原有的力学性能可能会发生改变。为了防止高分子材料的力学性能因为抗菌剂的引入而发生严重下降，以至于无法满足应用的条件，对制备出的抗菌高分子材料进展力学性能检测是必要的。为了判断制备出的抗菌高分子材料在抗菌性能上是否满足应用要求，除了直接观察接种到抗菌材料外表的细菌存活情况外，还可以通过间接法来判断，例如文献纳米TiO2含量对SEBS/TiO2复合材料性能的影响中，采用了黄色指数法来间接判断抗菌高分子材料的抗菌性能。如何设计出力学性能和抗菌性能优异的抗菌高分子材料，这可以通过优化抗菌高分子材料制备工艺，调控抗菌剂与外表改性剂的含量来实现。开展趋势目前，国内对抗菌的高分子材料的研究还是根本处于初级阶段。大多抗菌的高分材料研发实验还只是简单地将一些金属氧化物等小分子抗菌剂与常用的一些高分子材料，如聚丙烯、聚氨酯等进展初步的物理性结合，然后再对合成的抗菌高分子材料进展简单地评估测试。至于一些高分子抗菌剂的研发与应用工作，国内涉及到的并不多；而且对于抗菌的高分子材料的研究，从选料到加工合成，以及最终的质量评估，国内还没有形成一个比拟完整统一的标准体系。在未来，高分子抗菌剂的研发与应用将是抗菌的高分子材料的研究热点。研究者通过化学合成具有优良抗菌性能的抗菌基团，并将抗菌基团引入到高分子聚合物中，使其与高分子聚合物以共价键形式进展有机的结合。这类抗菌高分子可以弥补无机、有机以及天然抗菌剂性能不稳定、易挥发、易渗入人或动物表皮等缺乏，还可以提高现有抗菌剂的效率、选择性、延长抗菌剂的使用寿命，减少抗菌剂的残留毒性等。目前，无机，有机和天然抗菌剂由于使用的条件和场合受很大程度的限制，而高分子抗菌剂则不受以上限制，完全符合时代与市场开展要求，并具有有机抗菌剂的即效性、持续性和无机抗菌剂平安性和耐热性等综合优点，因此，高分子抗菌剂的研发与应用显示出了非常良好的开展前景。然而，在高分子抗菌剂显现出诸多优点的同时，还有些许缺乏有待克制。当然，这些缺乏之处同时也是高分子抗菌剂研究开展与进步的方向。首先，如何才能制备出一些列高抗菌活性的高分子抗菌剂是目前解决问题的中心。这有赖于是实验经历的总结，反响条件的适当调整以及反响设施的优化。其次，如何保证高分子抗菌剂的稳定性。有些抗菌剂由于不稳定而失去抗菌作用，所以优化或调整实验条件及产物构造，提高高分子抗菌剂应用范围是有必要的。然后是如何提高高分子抗菌剂的相容性问题。相容性问题是高分子抗菌剂能否到达普遍适用的关键。尽管高分抗菌剂克制了有机抗菌小分子的许多缺点，但由于大多数高分子间是彼此不相容的。因此，制备出的高分子抗菌剂尽可应用于有限的体系。从理论上分析，当杂化粒子细化以后，会增进与其他高分子粒子间的相容性。最后是高分子抗菌剂的制备本钱问题。要解决这个问题，需要从选材到工艺全方位来进展评估取舍。只有严格控制好生产本钱，才能更好地推进高分子抗菌剂的研发与应用推广。随着材料技术的不断进步与开展，人们对未来的抗菌的高分子材料会提出越来越多的不同要求，如何使得生产出的抗菌的高分子材料同时具备抗菌广谱性，高效性，平安稳定性以及各种极端环境下的力学、电学、化学以及生物学性能，使用含有多种高分子抗菌基团和高分子材料的复合型材料成为了必然趋势。行业现状据中投参谋发布的"2021-2021年中国新材料产业投资分析及前景预测报告"显示，在九十年代末，中科院通过离子交换和多层包覆等技术，获得了抗菌性强、不变色、本钱低的复合型无机抗菌剂；其研发出独特的抗菌母粒应用技术，经崇高纳米科技**深度开发和产业化后，也已根本到达国际先进水平；此外，中科院还和海尔集团合作，研发出了抗菌冰箱、抗菌洗衣机等系列抗菌家电产品，目前已形成了产业化和规模化。与此同时，虽然目前我国抗菌高分子材料的产业化已取得了一定的进展，但是由于在抗菌高分子材料的起步相对较晚，对抗菌剂的研究还根本处于初级阶段，而在抗菌材料的研究和应用方面也没能形成自己的研究体系，国内抗菌高分子材料的开展与国际水平的差距还很大。因此，国内关于抗菌剂研究开发和应用的企业和研究机构需要加强技术合作交流；同时，抗菌材料和应用制品也要加强行业间的合作，通过业内合作的方式开展抗菌材料产业；此外，国家相关部门也要加强抗菌高分子材料市场的标准和相关标准的执行力度，以促进我国抗菌高分子材料产业的开展。展望随着人们对疾病预防和控制的重视，以及对自身居住、工作和生活环境卫生要求的提高，抗菌的高分子材料已经成为世界材料学的研究热点。而人们对抗菌的高分子材料的应用要求的不断提高，则促使高分子抗菌剂的研发与应用成为了未来抗菌的高分子材料的研究重点。虽然目前各种各样的抗菌的高分子材料已经进入到了我们生活中衣食住行的各个角落，但是抗菌的高分子材料的研究依旧为我们留下了宽阔的探索空间，尤其是高分子抗菌剂的研发与应用更是显现除了令人憧憬的美好前景。参考文献［１］MirigulAltanandHuseyinYildirim．MechanicalandAntibacterialPropertiesofInjectionMoldedPolypropylene/TiO2Nano-posites:EffectsofSurfaceModification．J.Mater.Sci.Technol.,201４,28(8),686–692.［２］YoanndeRancourt,BenoitCouturaud,AndréMas,JeanJacquesRobin．Synthesisofantibacterialsurfacesbyplasmagraftingofzinco*idebasednanopositesontopolypropylene．JournalofColloidandInterfaceScience402(2021)320