抗菌材料綜述【摘要】本文綜述了抗菌材料的研究進(jìn)展,分別介紹了無機(jī)系、有機(jī)系和復(fù)合類抗菌劑的特點(diǎn)、抗菌機(jī)理及應(yīng)用領(lǐng)域，著重介紹了有機(jī)抗菌劑里的季銨鹽類抗菌劑，并指出抗菌復(fù)合材料和光催化類抗菌材料將是今后的發(fā)展重點(diǎn)。【關(guān)鍵詞】 抗菌材料；有機(jī)抗菌劑；季銨鹽 隨著生活水平的提高，人們對生存環(huán)境的質(zhì)量和衛(wèi)生水平提出了更高的要求，特別是對健康的意識也在不斷增強(qiáng)。另一方面，各種各樣的致病微生物在自然界分布非常廣泛，并在一定條件下生長、繁殖，甚至變異，不僅威脅著人類的健康，還會引起各種材料的分解、變質(zhì)和腐敗。隨著人們對健康和環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強(qiáng)，世界范圍內(nèi)對紡織產(chǎn)品的抗菌防霉處理提出了更多和更高的要求。國外紡織品抗菌防霉劑近年來發(fā)展速度很快，市場趨勢十分看好。目前，對纖維和織物進(jìn)行抗菌防霉處理，已成為世界紡織品整理加工的主流。抗菌紡織品不僅可以滿足人類健康的需要，同時也為中國的紡織行業(yè)開創(chuàng)了新的商機(jī)。“抗菌劑”是指能夠有效抑制微生物生長繁殖或可殺死致病微生物。從結(jié)構(gòu)和性能，看抗菌劑包括殺菌劑和抑菌劑。殺菌劑可有效殺死有害微生物的化學(xué)物質(zhì)。殺菌劑一般指作用強(qiáng)、起效快而且是通過接觸直接使微生物死亡的制劑；抑菌劑能夠抑制微生物的生長繁殖或孢子萌發(fā)的物質(zhì)。抑菌劑一般僅可控制微生物萌發(fā)或代謝過程而不能直接使微生物死亡。其作用主要是抑制有害微生物的生長、繁殖，保護(hù)生物和產(chǎn)品不受微生物導(dǎo)致的損害，包括防腐劑、防霉劑、保鮮劑、紡織品和塑料制品等的抗菌劑等。抗菌劑及作用原理：抗菌材料是通過抗菌劑來實現(xiàn)的。在實際應(yīng)用中,一般并不要求抗菌材料能迅速殺滅有害微生物,而是側(cè)重于在長期的使用過程中抑制它們的生長和繁殖,以達(dá)到保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生的目的。抗菌劑按其化學(xué)組成可分為無機(jī)系、有機(jī)系和復(fù)合類三大類。1. 無機(jī)抗菌劑無機(jī)抗菌劑是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的一類抗菌材料，具有安全性高、耐熱性好、無揮發(fā)、不產(chǎn)生耐藥性和抗菌失效等特點(diǎn)，但是其價格昂貴，且具有抗菌遲效性。目前對無機(jī)抗菌材料的應(yīng)用研究主要涉及溶出型抗菌劑、光催化材料抗菌劑及納米抗菌劑。1.1 溶出型抗菌劑溶出型無機(jī)抗菌劑主要是將具有抗菌活性的金屬離子(如銀離子、銅離子、鋅離子等)或其化合物通過物理吸附、離子交換等方法固定到多孔介質(zhì)上(包括沸石、硅膠、羥基磷灰石等)制得的。1.2 光催化型抗菌劑光催化型無機(jī)抗菌劑的價格極為低廉，且無毒；主要品種有N型半導(dǎo)體金屬氧化物，如Ti02、ZnO、Si02等。其中Ti02的氧化活性較高，穩(wěn)定性也較強(qiáng)，對人體無害，具有優(yōu)異的廣譜抗菌效能。1.3 納米抗菌劑近年來，隨著納米技術(shù)的廣泛研究，納米級抗菌劑也逐漸面世。納米級抗菌劑是在納米級粉體的基礎(chǔ)上包覆抗菌物質(zhì)而制成的。隆泉等發(fā)現(xiàn)納米級抗菌劑的抗菌性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)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，從而可以有更好的抗菌效果。納米抗菌劑根據(jù)殺菌機(jī)理的不同，可分為2類：一類為載有Ag+的納米抗菌劑；另一類為載有Ti02等材質(zhì)的納米抗菌劑。2 有機(jī)抗菌劑有機(jī)類抗菌劑具有殺菌力強(qiáng)，加工方便，種類多等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于塑料、纖維、紙張、橡膠、樹脂以及水處理等等。有機(jī)抗菌劑包括天然和合成兩大類。2 .1 天然有機(jī)抗菌劑天然有機(jī)抗菌劑是人類最早使用的抗菌劑，它是從某些動植物體內(nèi)提取出的具有抗菌活性的高分子有機(jī)物。例如山崳、孟宗竹、薄荷、檸檬葉等的提取物，蟹和蝦中提煉的殼聚糖及其衍生物等。其中，最常用的天然抗菌劑是殼聚糖，它是一種帶正電荷的活性物質(zhì)。目前對殼聚糖抗菌機(jī)理的推測有兩種：(1)首先是在酸性條件下，殼聚糖的氨基陽離子吸附帶有負(fù)電荷的細(xì)菌，束縛了微生物的自由度，阻礙其代謝和繁殖；(2)低分子量的殼聚糖分子，通過微生物細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，阻礙微生物遺傳密碼由DNA向RNA的復(fù)制，從而抑制了細(xì)菌的繁殖。殼聚糖抗菌劑具有良好的生物相容性和廣譜抗菌性，無毒，對人體免疫抗原小，且具消炎、止痛及促進(jìn)傷口愈合等功效。但是，殼聚糖的抗菌性能受濃度、酸度、相對分子質(zhì)量、脫乙酰化度的影響，這使其應(yīng)用范圍受到很大限制。因此，要使殼聚糖成為耐久性抗菌劑的途徑之一，是使其季銨化。季銨化程度高，則抗菌性能高，而其耐洗性可通過添加聚乙二醇縮水甘油醚交聯(lián)劑得以改進(jìn)。有人提出利用殼聚糖的季銨鹽衍生物作為纖維素纖維的抗菌劑，不僅用量少，且抗菌效果比單獨(dú)用殼聚糖整理織物的效果明顯得多。Lim等把季銨鹽接入殼聚糖的氨基上，制得的一種水溶性殼聚糖衍生物，再經(jīng)過NMA改性，得到的殼聚糖衍生物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有很好的抗菌活性。天然有機(jī)抗菌劑的使用安全性很高，對人體無毒、無刺激，但天然有機(jī)抗菌劑的耐熱性差且藥效持續(xù)時間短，因此它的應(yīng)用受到限制。2.2 有機(jī)合成類抗菌劑2.2.1 季銨鹽類抗菌劑對季銨鹽作為抗菌基團(tuán)的抗菌劑研究較多。目前此類抗菌劑已經(jīng)發(fā)展到第5代。呂艷萍等合成的有機(jī)硅季銨鹽類抗菌整理劑具有優(yōu)良的抗菌耐洗性。由于季銨鹽類有機(jī)抗菌劑中的N帶正電荷，吸引細(xì)菌，損害胞壁結(jié)構(gòu)，使其中的內(nèi)容物漏出，抗菌機(jī)制屬于“觸殺。另外，季銨鹽也具有抑制細(xì)菌脫氫酶、氧化酶等作用。這類抗菌劑的抗菌能力隨結(jié)構(gòu)變化的一般規(guī)律：當(dāng)R1碳鏈中碳原子數(shù)少于10或大于16時，抗菌劑對細(xì)菌的殺傷力不大；而當(dāng)碳原子數(shù)為14時，抗菌劑的抗菌力最強(qiáng)，R2為芐基及其衍生物時要比為甲基時高的多。這類抗菌劑的毒性隨結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律：同類季銨鹽烷基鏈短的毒性要比長的大；在烷基鏈長相同時，帶芐基的毒性要比帶甲基的小：單烷基的毒性要比雙烷基的大。此外，Kourai等早在1995年就報道了一些含有不飽和烷基的季銨鹽抗菌劑，并且認(rèn)為季銨鹽中引入不飽和烷基時的抗菌力要比引入甲基時高得多。2.2.2 普通季銨鹽抗菌劑應(yīng)用在紡織品整理上是溶出型的，易洗脫，且易在人體表面逐漸富集，長期使用易產(chǎn)生病變。而有機(jī)硅季銨鹽屬于非溶出型抗菌整理劑，由于與纖維結(jié)合牢固、持久和抗菌效果明顯，對人體安全可靠，因此廣泛用于內(nèi)衣、襪子、毛巾、床單、地毯及手術(shù)用紡織品的整理。最具代表性的是三甲氧基丙基硅烷十八烷基二甲基氯化銨。通常采取浸漬的處理方法將其固定在纖維表面，賦于纖維抗菌性能，它既能與纖維的陰離子發(fā)生離子鍵結(jié)合，又能自身縮聚成膜，在起到殺菌作用的同時，還可使織物具有良好的耐洗性。長鏈烷基三甲基氯化銨可用反應(yīng)樹脂將其固定在纖維表面。其它的主要品種還有：烷基二甲基芳基氯化銨、十八烷基二甲基氯化銨、十六烷基二甲基芐基氯化銨、聚氧化乙烯三甲基氯化銨、聚烷基三烷基氯化銨、3氯-2羥丙基三甲基氯化銨等。有機(jī)硅季銨鹽是一類綜合性能較理想的抗菌劑。此抗菌劑整理織物時不需要高溫烘焙，一般烘干后就可產(chǎn)生持久的抗菌效果。整理后的織物不僅具有優(yōu)良的抗茵性能，而且還具備良好的吸水、吸汗性、柔軟性、平滑性、回彈性、防靜電性和抗污染性。該表面活性劑對人體皮膚無刺激和致癌作用，各項指標(biāo)都符合國內(nèi)外對抗菌紡織品的要求3 復(fù)合抗菌劑抗菌劑的研究和應(yīng)用已進(jìn)入了復(fù)合抗菌劑的新時代。有機(jī)無機(jī)復(fù)合抗菌劑結(jié)合了有機(jī)和無機(jī)抗菌劑的優(yōu)點(diǎn)，兼有了有機(jī)系的強(qiáng)斂性、持續(xù)性與無機(jī)系的安全性、耐熱性，而且價格低廉、用量少、抗菌性能高、穩(wěn)定性好。朱文杰等利用硅溶膠對有機(jī)抗菌劑季銨鹽進(jìn)行無機(jī)復(fù)合改性制備的復(fù)合抗菌劑具有優(yōu)異的抗菌性能與耐候性能，使得季銨鹽的適用范圍得到了進(jìn)一步擴(kuò)展。還有一類復(fù)合抗菌劑是利用具有抗菌性能的有機(jī)配體和具有抗菌性能的無機(jī)陽離子形成復(fù)合鹽抗菌劑。Noriko Chikaraishi Kasuga等合成了四縮氨基硫脲的Ni(II)，Cu(II)，Zn(II)螯合物，其抗菌活性明顯提高了。這說明了金屬離子對配體的抗菌活性有一定的協(xié)同促進(jìn)作用。但是有的具有抗菌性能的配體形成配合物后抗菌性能降低，因而目前對于這類復(fù)合抗菌劑的抗菌機(jī)理還不是很清楚。參考文獻(xiàn)【1】肖麗平，李臨生抗菌防腐劑(I)抗菌防腐劑的歷史、定義與分類J日用化學(xué)工業(yè)，2001,3l(5)：5557【2】孫洪，夏英，陳莉，等國內(nèi)外抗菌劑的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J塑料工業(yè)，2006，34(9)：1-4【3】季君暉，史維明抗菌材料北京：化學(xué)工業(yè)出版社，200316【4】Mackeen P C，Person S，Warner S C，et a1Silver-coated nylon fiber as an antibacterial agentJAntimicrobial Agents and Chemotherapy，1987，3l(1)：97【5】朱文杰，張謹(jǐn)，朱忠其，等改性季銨鹽抗菌劑的制各與性能研究J功能材料，2005，36(12)：18721878【6】楊冬芝，劉曉非殼聚糖抗菌活性的影響因素J應(yīng)用化學(xué)，2000,17(6)：598-602【7】HA-SOO SEONG，Hyun Suk Whang，Sohk-wonKoSynthesis of aquanternary ammonium derivative of chitooligosaccharide as antimicrobial agent for cellulosicJJournal ofApplied Polymer Science，2000，76(14)：2009-2015【8】呂艷萍，李臨生，安秋風(fēng)織物抗菌整理劑有機(jī)硅季銨鹽ASQA的合成及應(yīng)用J印染助劑，2005，22(1)：20一23【9】張葵花，林松柏，譚紹早有機(jī)抗菌劑研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢【J】