無機抗菌劑的研究進展

摘 要:本文介紹了無機抗菌劑的分類，通過對無機抗菌劑機理的介紹引出了對納米抗菌劑的深刻探討。最后，展望未來幾年無機抗菌劑的發展方向。

關鍵詞:無機抗菌劑納米抗菌劑分類機理

中圖分類號:TQ07文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(c)-0001-01

隨著生活水平的提高，人們對環境質量以及衛生健康程度提出了更高的要求。即使是肉眼無法注意到的微生物(細菌、真菌、霉菌)，特別是有害微生物，人們也不能容忍其潛在的危害。抗菌劑受到了人們的青睞，無論是食品業、化妝品業、建筑業還是在日常生活家具上都不約而同的用上了抗菌材料。“抗菌劑”是指能夠有效抑制微生物生長繁殖或可以殺死病菌的物質。抗菌劑大體上可以分為天然抗菌劑、有機抗菌劑和無機抗菌劑。天然抗菌劑[1]來自于天然提取物，如殼聚糖、日柏醇等，其主要抗菌機理被認為與有機季銨鹽類似，但效果不如有機抗菌劑，且產品尚不成熟。有機抗菌劑具有殺菌速度快、抗菌性能好的優點，但是耐熱性差、易分解、使用壽命短等缺點使其的應用受到了限制;相比之下，無機抗菌劑具有較高的安全性、耐熱性、耐久性、持續性、抗菌廣譜型，因而在各類材料中更能得到廣泛的應用。本文將以納米抗菌劑為重心，對無機抗菌劑進行介紹與展望。

1 無機抗菌劑的分類

無機抗菌劑根據抗菌機理可以分為兩大類:一類是以金屬離子或其化合物為抗菌主要成分的抗菌劑。這種抗菌劑按其載體材料的種類不同，可以分為沸石抗菌劑、磷酸復鹽抗菌劑、可溶性玻璃抗菌劑、膨潤土抗菌劑等。沸石是一種堿金屬或堿土金屬的結晶型硅鋁酸鹽，它的結構決定了沸石具有很強的陽離子交換能力;同時，沸石又是載體中抗菌性最強的一種。所以金屬/硅酸鹽類抗菌劑已經獲得成熟應用。例如日本Sinanen Zeomic公司的專利產品Zeomic XAW10D，即銀或銀和鋅/A型沸石[2]。由于磷酸鈣與生物具有良好的親和性，金屬/磷酸鹽類抗菌劑的研究也是十分活躍。銀/活性碳和銀/碳纖維抗菌劑(金屬/活性碳)常用于水的凈化處理。

第二類是以二氧化鈦為代表的具有光催化活性類抗菌劑。此類抗菌劑的優點是耐熱性比一般無機抗菌劑高，但它必需紫外線照射和氧氣(或水)的存在才能起殺菌作用。實驗證明[3]，在玻璃上涂一層TiO2并給予三小時的光照可以殺滅大腸桿菌，若給予四小時的光照則可以使毒素的含量控制在5%以下。

2無機抗菌劑的機理

重金屬可以使人中毒，同時各種重金屬具有不同程度的殺菌作用。金屬離子殺滅和抑制細菌活性安下列順序遞減:Ag+>Hf2+>Cu2+>Cd2+>Cr2+>Ni2+>Pb2+>Co4+>Zn2+>Fe3+;而微量的Zn、Cu、Ag、Ce是對人體有益的，但對微生物是有害的。當今應用比較廣泛的還屬Zn系、Cu系和Ag系，主要涉及溶出抗菌原理和光催化殺抗菌機理。

2.1 金屬離子溶出抗菌機理

金屬離子以其較強的氧化能力，破壞細菌細胞的代謝作用，阻止了微生物的繁殖。另外，金屬離子可以迅速與細菌體內蛋白酶的巰基結合，使細菌因其基因酶喪失活性而死亡。當菌體被殺滅后，金屬離子又游離出來，與其它菌體作用，實行新一輪的殺滅，直到細菌全部殺死為止。

根據該種機理而體現抗菌性能的材料叫溶出型抗菌劑。該種抗菌劑應用較廣，抗菌效果較好。由于汞、鎘離子對人體有害;銅、鈷、鎳等離子具有一定的顏色，導致產品外觀的變化，因而“銀離子溶出型”抗菌劑為此類抗菌劑的典型代表。Mackeen等用銀處理植入人體的材料，可以防止或減輕植入部位的人體組織被細菌感染所造成的痛苦。

2.2 光催化殺菌機理(即活性氧抗菌機理)

當抗菌劑(如TiO2和ZnO)被光照后產生電子-空穴對，與空氣中的水和氧結合生成羥基自由基·ＯＨ－和超氧化物陰離子自由基·O2-。這兩種自由基均具有較強的氧化活性，能夠與細菌內的有機物結合，破壞其繁殖和再生能力，減少細菌的生命力;同時能攻克細菌和外層細胞，穿透細胞膜，破壞細菌的細胞膜結構，從而徹底殺滅細菌。此外，·O2-還可以與水進一步作用，生成羥基和雙氧水，H2O2可通過細菌細胞膜，不僅能殺死細菌，還能分解細菌死后釋放出來的內毒素等脂類物質，對細胞的破壞作用大大增加。

根據該種機理而體現抗菌性能的材料叫光催化型抗菌劑。光催化型抗菌劑無毒、無特殊氣味、本身為白色、而且顏色穩定、資源豐富、價格低廉，是抗菌材料研究的熱點之一。光催化型抗菌劑根據上述機理可以在短時間內殺滅微生物。

3納米抗菌劑

最近幾年來，時新的納米技術也在無機抗菌材料上發揮了巨大的作用。目前，納米抗菌材料不但已經開展了物理性質、設備技術、性能測試等方面的研究，并取得飛速發展;同時也已經在建筑、陶瓷潔具、塑料、紡織等領域取得了應用。

縱觀納米級抗菌劑，可以輕易地發現它的出現提高了無機抗菌劑的各方面性能。隆泉等[5]發現納米級抗菌劑的抗菌性能遠遠優于微米抗菌劑。這是由于載體納米化，比表面積增大，可以更好地吸附微生物，從而可以有更好地抗菌效果。從另一方面可以看出納米抗菌劑是無機抗菌劑的進一步發展。納米抗菌劑根據殺菌機理不同可以分為兩類:第一類為金屬離子溶出抗菌型納米抗菌劑，以載有Ag+的納米抗菌劑為典型;另一類為光催化殺菌型抗菌劑，具體的有載TiO2或ZnO的納米抗菌劑。研究表明，以鈦酸四丁酯為前軀體，采用溶膠凝膠法制備的有TiO2包裹的載銀SiO2納米抗菌粉體，它的晶體轉變溫度比純TiO2要高，且對大腸桿菌8099的抗菌率達99.9%以上。

國內科學工作者對納米抗菌材料進行研究。奚正英等選用TiO2納米懸浮液作為抗菌劑，以金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和枯草桿菌為受試菌株，得到該抗菌劑的最低抑菌濃度(MIC)為1000mg/kg。

4 結語

抗菌材料對提高人類生活質量、減少疾病、改善生活環境具有十分重要的意義。相信未來社會的綠色環境、安全健康、穩定和諧離不開抗菌材料。

無疑，納米抗菌材料將成為將來的研究熱點之一。納米抗菌劑與普通使用的有機抗菌劑相比，其效應相對性較差，因此多種抗菌材料的復合或改性可以加快殺菌速度。與此同時，同樣引起大家注意的還有有機/無機復合抗菌材料—— 一種兼具兩者優點的抗菌劑。

文獻參考

[1]徐晉勇，高原，高成，等.抗菌金屬材料的研究進展[J].腐蝕科學與防護技術，2010.

[2]賀嵐，楊武斌，陳常明.無機抗菌劑應用現狀及發展趨勢研究[J].湖南科技學院學報，2007.

[3]張梅，楊緒杰，陸路德等.納米TiO2——一種性能優良的光催化劑[J].化工新型材料，2000.