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 摘要：隨著經濟水平的不斷發展，人們的生活質量也在逐步提高，人類對于健康防護的意識也不斷增強。有害細菌在自然界中分布范圍廣泛，十分容易被人體接觸。致病病菌的種類繁多、數量龐大，嚴重威脅著人類身體健康。因此，新型、綠色、高效的抗菌劑和抗菌材料應運而生，其開發和應用逐漸成為科研工作者的研究熱點。闡述了抗菌材料的分類和不同類別的抗菌材料的應用。

關鍵詞：抗菌材料分類應用

引言

細菌充斥在人類生活的方方面面，其感染的途徑眾多。例如帶有病菌的氣體被人體吸入，受傷后傷口病菌感染，就醫時無可避免地接觸被病菌污染的醫療設備，誤食病菌污染過的腐敗變質食物等等。面對細菌的侵害，古往今來人類從來沒有放棄過抵抗，陸續研究出了許多種類的抗菌劑和抗菌材料?？咕鷦┦侵改軌蛞种颇承┪⑸铮热缂毦?、真菌和病毒等的生長繁殖甚至殺滅這些微生物的物質。而抗菌材料則是指以抗菌劑作為有效抗菌成分的材料。

獲得普遍認可的分類方法是將抗菌材料分為天然抗菌材料、有機抗菌材料和無機抗菌材料這三大類。

1.1 天然抗菌材料

天然抗菌材料主要來源于動物和植物體，通過提取、分離和純化獲得具有抑菌性能的活性物質，是人類最先用來保護自身免于細菌侵襲的武器，如古埃及人用植物汁液浸泡過的布匹制作木乃伊。天然抗菌材料生物相容性好，對環境的污染程度較輕，毒害性小。但是出于來源有限，提取的成本高，提取物穩定性比較差，并且因其抗菌的范圍窄、抗菌效率低、抗菌作用較弱等短板，其應用受到了一定的限制。根據具有抗菌性能的提取物的來源不同，可以分為植物源、動物源以及微生物源三個類別的天然抗菌材料。

植物源天然抗菌材料是最早被人類投入使用的一種抗菌材料。我們的先人們在生活中利用大自然的資源，憑借著自己的經驗和智慧，從植物體中攝取得到抗菌物質。植物源天然抗菌材料主要是萜類化合物及其衍生物、生物堿類、甾體、皂甙、木脂素、氨基酸等。

動物源抗菌材料則主要有糖類、氨基酸類以及肽類等，其中殼聚糖和肽類在目前研究應用較為廣泛。大多數科研工作者傾向于以殼聚糖等作基質，把其他具有較強抗菌能力的抗菌材料例如納米銀和天然抗菌材料復合，增強了抗菌能力，拓寬了應用范圍。

微生物源抗菌材料的存在主要是由于某些微生物自身具有抗菌性，或者其代謝產物具有抗菌能力。噬菌體和益生菌就是自身抗菌的典型，代謝產物最常見的有抗生素、細菌素。如今廣泛應用的微生物源抗菌材料主要還是抗生素，并且隨著菌體對抗生素產生抗性，人類需要不斷開發出新的抗菌材料。

1.2 有機抗菌材料

有機抗菌材料根據抗菌有效成分的分子結構類型可以分為低分子抗菌材料和高分子抗菌材料兩個類別。有機低分子抗菌材料主要包括季磷鹽類、季銨鹽類、酚醇酯類、雙胍類、咪唑類等?？咕肿优c菌種的細胞膜表面陰離子相結合，或與巰基反應使得菌體的蛋白質變性，以達到抑制菌體生命活動的目的。季銨鹽類低分子抗菌材料是該類別中應用最為廣泛，研究最為深入系統的一種。有機高分子抗菌材料是抗菌官能團單體通過聚合(包括共聚和均聚)或者接枝等形式形成抗菌高分子。有機抗菌材料種類豐富，運用范圍廣，抗菌效果明顯，使用技術較為成熟。然而，部分毒性強、耐熱性差、易分解易揮發的有機抗菌材料的安全問題也值得深思。有機抗菌材料長期使用容易使得細菌產生耐藥性。另外，抗菌效果隨時間推移而逐步減弱甚至完全消失。

1.3 無機抗菌材料

無機抗菌材料是較新的抗菌材料，其具有廣譜抑菌且持久抑菌、耐高溫性能優良的優勢。在使用過程中不會如同有機抗菌材料一樣使菌體產生耐藥性。但部分產品工藝復雜、成本高，有些還存在穩定性差、抗菌時效短等缺點。根據抑菌抗菌的作用機理不同，可分為含金屬離子(金屬或金屬氧化物)型和光催化金屬氧化物型抗菌材料兩大類。

金屬離子(金屬或金屬氧化物)型抗菌材料是指金屬離子(主要是銀系離子)，然而金屬分散體的穩定性以及納米顆粒的聚集和粒度分布問題常常給科研工作者帶來困擾。單獨使用金屬納米顆粒還存在與納米尺寸相關的潛在危險，可能對人類和環境造成不良影響，而且銀系抗菌材料容易氧化變色。為了解決這些問題，科研工作者積極開展負載型金屬抗菌材料的研究，著力尋求性能更加優良的載體，將金屬離子通過離子交換法、吸附法和熔融法等方式負載到活性炭、硅膠、沸石等基體上。金屬離子的抗菌性能強弱一般有如下順序：

鉛、汞和鎘等金屬離子很少使用，因為具有較高毒性、致癌性；銅、鈷等金屬離子因為顏色較深，限制了其應用；鋅離子和三價鐵離子的抗菌性能有限，貴金屬銀離子殺菌效率高，在無機抗菌材料的研究中有著舉足輕重的地位。光催化金屬氧化物型抗菌材料則主要有TiO2等，在紫外的作用下，二氧化鈦可以殺滅細菌。光催化抗菌材料的有效成分是半導體化合物，在半導體光催化抗菌材料中，獲得普遍認可的學說是，有銳鈦型結構的一類因具有抗菌和防霉效應，消毒能力強，耐久穩定，不會造成二次污染而具有廣闊的應用前景。

2.1 天然抗菌材料的應用

國內外都有將天然抗菌材料應用于食品包裝材料的實例，Yang W等將纖維素納米晶體以及木質素納米晶體與聚乳酸熔融共混，制備出的薄膜具有抗菌能力，可以顯著抑制丁香假單胞菌的生長，有望應用于蔬果和其他類食品的包裝材料。

茍瓊友將三個不同的抗菌液體系——辣椒素液、殼聚糖液以及辣椒素/殼聚糖復合液浸軋整理到棉織物、尼龍織物和絲織物上，探究所得織物的抗菌性能。根據實驗結果分析得知，辣椒素抗菌液基本不能對金黃色葡萄球菌起抑制作用。殼聚糖液、辣椒素/殼聚糖復合液都可以對該菌種起到明顯抑制作用，而且抑菌效果在棉織物上最好，在絲織物上次之。

殼聚糖對于枯草桿菌、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等多種菌體都有抑制功能。Duran M等分別將乳酸鏈球菌素、納他霉素和葡萄籽提取物負載到殼聚糖涂層，所制得的抗菌材料可以在不影響草莓的亮度以及紅度的前提下抑制嗜溫細菌、霉菌和酵母的生長繁殖，從而有效延長草莓的貨架壽命。

鏈霉素、青霉素、金霉素、紅霉素等來源于微生物培養液或者代謝產物的抗生素被廣泛應用于醫藥方面，造福無數患者，在人類抗菌歷史上留下了濃墨重彩的一筆。

2.2 有機抗菌材料的應用

有機抗菌材料中的季銨鹽類低分子在多種領域內都扮演著重要角色。在包裝材料上，主要有抗菌包裝紙和抗菌纖維等。張雯將季銨鹽類低分子作為助劑制備了具有抗菌性的紙包裝材料。但隨著季銨鹽大量使用，細菌產生了抗性，因而科研工作者研發出新的有機抗菌材料——季磷鹽。季磷鹽的抗菌性約為季銨鹽的100倍。張昌軍合成的抗菌材料十二烷基三苯基溴化磷，其抗菌效力遠遠高于抗菌材料1227。Chen R等用丙烯酸酯類季銨鹽共價接枝在PU鏈上，制備了安全性高的接觸型抗菌聚氨酯(PU)薄膜，有望應用于食品和醫藥包裝領域。韓瑞濤等用原子轉移自由基聚合法，把功能單體N-羥甲基丙烯酰胺成功接枝在微晶纖維素上，然后鹵化N—H轉變為N—Cl鍵，從而獲得具有抗菌性的有機高分子抗菌材料，并對其抗菌性能進行研究。此為高分子有機抗菌材料的應用實例。

2.3 無機抗菌材料的應用

金屬離子(金屬或金屬氧化物)型無機抗菌材料通常整理到載體上進而用作抗菌材料，硅酸鹽黏土礦物是常用的載體，基于復合體獨特的物理化學特性和形貌特征，對無機納米抗菌材料可起到固定和分散作用，提升無機抗菌材料的抗菌性能，故而廣泛應用于生物醫藥、污水處理、食品包裝等方面。Shu以埃洛石作載體研究氧化鋅和銀納米顆粒在埃洛石表面的分散特征及抗菌機理。埃洛石很大的比表面積給氧化鋅和銀納米顆粒提供了負載點，緩解納米顆粒團聚現象，提升了抗菌性能。同時由于埃洛石親水，其表面氧化鋅及銀納米更多地聚集于大腸桿菌表面，更多的活性氧產生，從而抑制細菌的正常增殖。將銀離子或者銀金屬單質分散在載體中，載體通常為磷灰石、磷酸鈣、沸石等，然后加入到釉料之中，進行瓷器制造。抗菌微成分可以長期存在于陶瓷表面的釉層中，從而制得抗菌陶瓷。二氧化硅因為比表面積大，容易表面改性，熱穩定性高因而常作為載體，國內外有許多關于Ag/SiO2良好抗菌性能的研究以及報道，它同時具備了無機和有機抗菌材料的優點，抗菌作用明顯并且實驗表明其抗菌性能優于不載銀的SiO2。不同材料體系之間的混合均勻性以及有效成分在基體之中的遷移性是影響抗菌材料性能的重要因素。

除了銀系抗菌材料以外，也有研究者用鋅、鈦、鎂、鈣等其他金屬或者金屬氧化物作為抗菌成分。唐曉寧等制備出具有抗菌性能的鋅-鈰抗菌白炭黑，并將其加入到陶瓷中制成抗菌陶瓷。研究過程中采用SEM、XRD等常規手段進行結構表征，并且通過實驗得出制備的優化工藝路線。該鋅-鈰抗菌白炭黑對受試菌種大腸桿菌有抑制功能。葉俊偉等從抗菌機理、復合材料的制備和結構設計三方面概括了納米氧化鎂材料的發展情況，認為納米氧化鎂抗菌材料可以彌補銀系抗菌材料和光催化型抗菌材料的缺點，因而成為研究熱點。也有研究者將納米氧化鎂和有機物復合，使得材料的抗菌時間更為持久。在抗菌領域，氧化鋅、氧化鎂和氧化鈣等也是金屬氧化物中得到廣泛研究的幾種。納米ZnO來源豐富，它在高溫下也不變色，不分解，經濟成本低，而且可以控制形貌，因此擁有廣泛的實用價值。

張崇淼研究組自行設計工藝制備了TiO2/ZnO復合粉體，并將其與不復合的純TiO2、ZnO粉體對比，將大腸桿菌作為受試菌株，分別對這3種氧化物粉體材料的抗菌性能進行測試。與載銀陶瓷類似，將二氧化鈦薄膜涂在陶瓷表面，也可得到抗菌陶瓷。

無機抗菌材料單獨使用往往其抗菌性能有限，故而科研工作者致力于將各種不同類別的抗菌材料復合使用，以期利用材料之間的協同效應獲得更加優良的抗菌性能。王旭等利用原子轉移自由基聚合法在TiO2納米粒子的表面共價鍵合接枝丙烯酸酯類聚合物，繼而經季銨化處理，得到聚合物季銨鹽，隨后將改性材料負載于皮革表面。利用多種分析測試手段研究了改性前后對于納米TiO2粒子抗菌性能的影響。接枝后的納米粒子均勻分布在皮革纖維表面，使得皮革制品具有優異抗菌性，可以極大程度地抑制金黃色葡萄球菌的生長增殖。

3、結語

隨著人類的健康保護意識不斷增強，抗菌材料的研究越來越得到廣泛關注。因為細菌無處不在，所以抗菌材料的研究進程也永不停歇。目前已有大量天然、有機和無機抗菌材料以及復合型抗菌材料在功能紡織品領域、食品保鮮和貯存領域、建材(如建筑涂料)領域和其他如抗菌陶瓷、抗菌塑料等材料工程領域得到應用，取得了可喜的成績。與此同時，各類抗菌材料的準確抗菌機理的研究，抗菌材料的生物兼容性、環境友好性，納米材料的分散性、穩定性、遷移性，以及復合材料之間的穩定性研究，仍有很大的探索空間。未來對于納米材料性質的研究和協同抗菌材料的研究將成為抗菌領域的主要發展方向。