新型抗感染創面修復材料：納米銀

李宇飛 張文俊 章建林 綜述 趙建寧 審校

自古以來，各種形式的銀被應用于創面細菌感染的治療，但隨著抗生素的出現，其應用顯著下降。由于復雜病原菌所致的感染性疾病增多，以及抗生素耐藥的發生，研究人員正在尋找新的抗菌制劑。目前，納米材料因其高表面積/體積比，以及獨特的理化特性已成為新的抗菌制劑[1]。近年來，隨著納米技術的發展，銀離子的尺寸可調節到納米級，使其化學、物理及光學性質有了極大的改變。納米級的金屬銀是一種潛在的抗菌劑，有望廣泛地應用于醫療領域，包括銀為基礎的輔料、藥用銀涂層設備，如納米凝膠、納米洗劑等。

1 概述

以制造納米級新材料為目的的科學和技術應用使得納米技術有了飛速的發展。“納米技術”最早于1974年由東京理科大學的Taniguchi提出，用以描述納米級材料制造的精度[2]。

生物納米技術整合了生物技術和納米技術，用于發展納米材料的生物合成和環保領域應用。納米粒子是指尺寸范圍在1～100 nm的原子簇。“納米”是一個希臘單詞，意指非常的小。納米顆粒因其獨特的化學、光學和機械屬性，在21世紀發展迅速。金屬納米顆粒由于較大的表面積與體積比，顯示出了卓越的抗菌活性，尤其對金屬微粒耐藥的微生物、抗生素及耐藥菌株顯示出獨特的抗菌能力，使其越來越受到研究者的重視[3]。

不同的納米材料，如銅、鋅、鈦、鎂、金和銀等，均已成功合成[4]。但與其他納米材料相比，銀納米顆粒在抗細菌、病毒及原核生物效果方面具有極佳的療效。然而，納米銀顆粒作為藥用消毒劑存在一些危險性，如暴露在銀環境下可導致銀中毒，并對哺乳動物細胞存在毒性。

目前研究顯示，采用銀離子或金屬銀以及納米銀顆粒，可用于治療燒傷，以及制成牙科材料、不銹鋼材料涂層、紡織面料、防曬乳液等[5]。

銀用于治療燒傷和慢性傷口已有數百年歷史。最早在公元前1000年，銀就被用于飲用水的處理[6]。硝酸銀是以固體形式被應用的。1770年，硝酸銀開始用于治療性病、唾液腺瘺、肛周膿腫以及骨膿腫。19世紀，硝酸銀用于去除肉芽組織，并促進上皮細胞再生，使創面得以愈合。不同濃度的硝酸銀可用于燒傷早期的治療。1881年，Crede等使用硝酸銀滴眼液治愈了新生兒眼炎。Crede設計了銀浸漬敷料用于植皮治療。20世紀40年代，青霉素誕生后，銀在細菌感染治療中的應用大大降低[7]。20世紀60年代，Moyer采用0.5%硝酸銀用于燒傷的治療，使得銀再次得到應用。該方法不會影響表皮細胞的增殖，同時具有抗金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、大腸桿菌等的作用。1968年，硝酸銀聯合磺胺合成了磺胺嘧啶銀乳膏，可作為一種廣譜抗菌劑，并被用于燒傷的治療。磺胺嘧啶銀對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、克雷伯菌和假單胞菌等均具有較好的抗菌作用，并且還具有一定的抗真菌和抗病毒活性。近年來，由于抗生素耐藥菌的出現，以及臨床上抗生素使用的局限性，使得含有銀的傷口敷料重新得到應用[7-8]。

2 作用機制

銀對微生物的確切作用機制目前尚不完全明了，但研究發現，銀可使細菌細胞形態和結構發生變化。

2.1 銀的作用機制

細菌細胞呼吸酶研究的發現提示，銀的作用機制與銀和巰基化合物的相互作用聯系在了一起。銀可與細菌細胞壁和細胞膜相結合，參與抑制呼吸過程。大腸桿菌中，銀通過抑制磷的吸收，釋放磷、甘露醇、琥珀酸鹽、脯氨酸及谷氨酸而發揮作用。

2.2 銀離子的作用機制

銀離子的抗菌作用機制尚不明確，但是可以通過觀察細菌結構和形態學的變化，來研究銀離子的作用機制。當DNA分子處于放松狀態時，DNA的復制能夠有效進行；但是當DNA處于凝集形式時，就失去了復制能力。因此，當銀離子滲透進入細菌細胞內后，DNA分子變為凝集形式，并使其復制能力喪失，進而導致細胞的死亡。此外，已有研究報道稱，重金屬通過與巰基黏附，與蛋白起反應，進而使蛋白滅活。

銀離子在銀沸石的抗菌活性中起關鍵作用。Matsumura等曾報道，銀沸石的作用可能是由于細菌細胞攝取了銀離子，使銀沸石與細菌接觸，抑制細胞功能，使細胞被破壞；其次，銀沸石可以通過產生活性氧分子，抑制呼吸作用。

2.3 納米銀粒子的作用機制

納米銀粒子的抗菌性能要優于其他形式的銀，主要是因其具有極大的表面積，使之能夠更好地與微生物接觸。納米粒子能夠附著于細胞膜，也能夠滲透入細菌細胞內。細菌細胞膜具有含硫蛋白，而納米銀粒子能夠與細胞內的這些蛋白相互作用，同時也能夠與含磷化合物相互作用，如DNA。當納米銀粒子進入細菌細胞后，可在細菌的中心形成一個低分子量區域，細菌向該區域聚集，使DNA免受銀離子損害。納米銀粒子可有效導致細胞的死亡。納米銀粒子也可向細菌細胞中釋放銀離子，增強殺菌活性[1，9]。

3 應用

銀以金屬納米形式存在，具有較強的抗菌性能。因此，納米銀粒子已在不同的領域得到廣泛使用。納米銀粒子可用于水的過濾[10]。Fe3O4附著納米銀粒子可用于水處理，并可通過磁場清除，以避免對環境造成污染。磺胺嘧啶銀能夠緩慢而穩定地與血清及其他體液反應，可使燒傷創面獲得較好愈合。納米銀敷料、藥膏及凝膠可減少慢性傷口的細菌感染[11－12]。含納米銀粒子的聚醋酸乙烯納米纖維作為創面敷料已顯示出了卓越的抗菌性能[13]。報道稱，在動物模型研究中，納米銀粒子顯示出了較好的創面愈合性能，使創面更為美觀。

銀浸漬醫用設備如外科口罩及可植入性醫療設備等，均顯示出了良好的抗菌效應。納米銀粒子浸漬的優點在于能夠持續釋放銀離子，并可通過內外兩個涂層來提高其抗菌效果。環保型抗菌納米涂料也已得到開發[12]。銀沸石被應用于食品的保存、消毒以及產品的凈化。

4 展望

總而言之，在各種不同的抗菌劑研究中，銀是被廣泛研究的。銀離子、銀復合物及納米銀粒子的抗細菌、抗真菌和抗病毒性能也進行了廣泛而深入的研究。在分鐘濃度情況下，銀對人體是無毒的。與其他抗生素相比，微生物似乎對銀不會產生耐受性，而且銀具有廣譜抗菌作用。

納米銀粒子因其獨特的理化特性，可作為新型抗菌劑的良好選擇。此外，納米銀粒子以不同形式得到廣泛應用，例如創面敷料、醫療設備的涂層、納米銀浸漬織物等。納米銀粒子治療燒傷創面可獲得良好的外觀效果，促進瘢痕組織愈合。

納米銀粒子的發展及其作為抗菌劑的使用中，尚有一些問題亟待解決，例如納米銀與細菌細胞的確切作用機制，納米粒子的表面積是如何影響其抗菌活性的，如何使用動物模型更好地研究銀敷料的抗菌效果，以及如何明確各種銀敷料的毒性情況等[14]，都需進行更為深入的研究。另外，還需要進一步研究觀察其毒性情況。

[1]Morones JR,Elechiguerra JL,Camacho A,et al.The bactericidal effect of silver nanoparticles[J].Nanotechnology,2005,16(10):2346-2353.

[2]Albrecht MA,Evan CW,Raston CL.Green chemistry and the health implications of nanoparticles[J].Green Chem,2006,8(5):417-432.

[3]Gong P,Li H,He X,et al.Preparation and antibacterial activity of Fe3O4@Ag nanoparticles[J].Nanotechnology,2007,18(28):604-611.

[4]Ahmad Z,Pandey R,Sharma S,et al.Alginate nanoparticles as antituberculosi drug carriers:formulation development,pharma cokinetics and therapeutic potential[J].Indian J Chest Dis Allied Sci,2005,48(3):171-176.

[5]Duran N,Marcarto PD,De Souza GIH,et al.Antibacterial effect of silver nanoparticles produced by fungal process on textile fabrics and their ef?uent treatment[J].J Biomed Nanotechnol,2007,3(2):203-208.

[6]Castellano JJ,Shafii SM,Ko F,et al.Comparative evaluation of silver-containing antimicrobial dressings and drugs[J].Int Wound J,2007,4(2):114-122.

[7]Chopra I.The increasing use of silver-based products as antimi-crobial agents:a useful development or a cause for concern[J]?J Antimicrob Chemother,2007,59(4):587-590.

[8]Gemmell CG,Edwards DI,Frainse AP.Guidelines for the prophylaxis and treatment of methicillin-resistant Staphylococcus aureus(MRSA)infections in the UK[J].J Antimicrob Chemother,2006,57(4):589-608.

[9]Song HY,Ko KK,Oh LH,et al.Fabrication of silver nanoparticles and their antimicrobial mechanisms[J].Eur Cells Mater,2006,11(Suppl 1):58.

[10]Jain P,Pradeep T.Potential of silver nanoparticle-coated polyurethane foam as an antibacterial water filter[J].Biotechnol Bioeng,2005,90(1):59-63.

[11]Ip M,Lui SL,Poon VKM,et al.Antimicrobial activities of silver dressings:an in vitro comparison[J].J Med Microbiob,2006,55(1):59-63.

[12]Leaper DL.Silver dressings:their role in wound management[J].Int Wound J,2006,3(4):282-294.

[13]Kumar A,Vemula PK,Ajayan PM,et al.Silver-nanoparticlee mbedded antimicrobial paints based on ve getable oil[J].Nat Mater,2008,7(3):236-241.

[14]Oberdorster G,Oberdorster E,Oberdorster J.Nanotoxicology:an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles[J].Environ Heal Perspect,2005,113(7):823-939.