抗菌材料研究進(jìn)展

劉利　龍必強(qiáng)　周亮　何昌兵　余思江

【摘 要】介紹了抗菌材料的研究現(xiàn)狀，并闡述了各類抗菌材料的抗菌機(jī)理，同時(shí)探討了各抗菌材料在發(fā)展中遇到的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】抗菌材料；研究；進(jìn)展

細(xì)菌無(wú)處不在，有害細(xì)菌無(wú)時(shí)不刻不威脅著人類健康，據(jù)統(tǒng)計(jì)，細(xì)菌感染是威脅人類健康的最大致病源之一[1]。全球每年因?yàn)榧?xì)菌和病毒感染致死的人數(shù)多達(dá)1700萬(wàn)，約占全球死亡率的三分之一。其中細(xì)菌感染更是讓人防不勝防，因?yàn)榧?xì)菌廣泛存在環(huán)境中的各個(gè)地方，感染方式主要有吸入帶有病菌的空氣、傷口接觸帶有病菌的物體或醫(yī)療設(shè)備、食用帶有病菌的食物等。細(xì)菌感染導(dǎo)致的常見(jiàn)病有破傷風(fēng)、肺炎、傷寒等，一些毒性強(qiáng)的細(xì)菌甚至能夠引起某些癌癥。面對(duì)細(xì)菌的侵襲，從古自今，人類從未放棄過(guò)抵抗，制造出了多種抗菌材料。

1 天然抗菌材料

1.1 天然抗菌材料的研究現(xiàn)狀

天然抗菌材料是人類最先用于抵抗細(xì)菌侵襲的武器，比如公元前1550年，古埃及醫(yī)生用豬油調(diào)來(lái)敷貼傷口，以防止傷口感染而發(fā)炎。《左傳》中也記載有“叔展曰有麥曲乎？”此處的“曲”是一種可以用作治療消化系統(tǒng)疾病的天然抗菌劑。發(fā)展到近些年，由于天然抗菌材料有良好的生物相容性和對(duì)自然無(wú)污染性等優(yōu)點(diǎn)，具有抗菌功能的天然產(chǎn)物任然受到極大的關(guān)注，主要來(lái)自與動(dòng)植物表皮分泌的多糖或多肽等，如殼聚糖。

1.2 天然抗菌材料存在的問(wèn)題及解決方案

天然抗菌材料由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)使其經(jīng)久不衰，但其缺點(diǎn)也限制了它的應(yīng)用。首先是大部分天然抗菌材料來(lái)源有限，不能成批量生產(chǎn)，且價(jià)格昂貴；其次是如殼聚糖等天然抗菌材料，雖然產(chǎn)量較大，且價(jià)格較便宜，但其抗菌性能有限，在實(shí)際應(yīng)用中不能起到明顯的抗菌作用。

面對(duì)天然抗菌劑的問(wèn)題，目前大部分科學(xué)家選擇以天然抗菌劑殼聚糖等為基質(zhì)，將其他有較強(qiáng)抗菌能力的抗菌劑符合到天然抗菌劑中，如曾戎等[2]將納米銀符合到殼聚糖中，增強(qiáng)了殼聚糖的抗菌能力，使其應(yīng)用到抗菌材料成為了可能。

2 有機(jī)抗菌劑

2.1 有機(jī)抗菌劑的研究現(xiàn)狀

有機(jī)抗菌劑及抗生素，抗生素的應(yīng)用始于上個(gè)世紀(jì)40年代青霉素的使用，在20世紀(jì)30年代，另一個(gè)開(kāi)創(chuàng)新紀(jì)元的抗生素——鏈霉素問(wèn)世，它是青霉素的完美搭檔，青霉素作用于革蘭氏陽(yáng)性菌，而鏈霉素作用于革蘭氏陰性菌。青霉素的發(fā)現(xiàn)在二戰(zhàn)期間挽救了無(wú)數(shù)生命，而鏈霉素的發(fā)現(xiàn)給科研工作者帶來(lái)了新的方向，鼓舞了大家研究抗生素的信心。在接下來(lái)的一段時(shí)間里，各種抗生素相繼被發(fā)現(xiàn)，1947年發(fā)現(xiàn)了金霉素、1952年發(fā)現(xiàn)了紅霉素、1958年發(fā)現(xiàn)了卡那霉素等等。這些抗生素的相繼問(wèn)世挽救了無(wú)數(shù)的生命，在人類抗菌史上譜寫出新的篇章。

2.2 有機(jī)抗菌劑存在的問(wèn)題及解決方案

目前使用最廣泛的還是有機(jī)抗菌劑，有機(jī)抗菌劑通常具有抗菌力強(qiáng)、抗菌作用迅速、易分散等特點(diǎn)，但有機(jī)抗菌劑容易使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，該抗菌劑抗菌效果逐步減弱甚至失去抗菌能力。

針對(duì)這一問(wèn)題，目前主要是以原抗菌劑為母體，利用化學(xué)方法合成新的抗菌劑。這種方法在短時(shí)間內(nèi)能夠解決有機(jī)抗菌劑的耐藥性問(wèn)題，但使用一段時(shí)間后新的抗菌劑任然會(huì)讓細(xì)菌對(duì)其產(chǎn)生耐藥性，又需要繼續(xù)研究新一代的有機(jī)抗菌劑，青霉素等的發(fā)展就是用的該方法。

3 無(wú)機(jī)抗菌劑

3.1 無(wú)機(jī)抗菌劑的研究現(xiàn)狀

無(wú)機(jī)抗菌劑是一種相對(duì)較新的抗菌劑，因?yàn)闊o(wú)機(jī)抗菌劑具有長(zhǎng)效性、廣譜抗菌性等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的運(yùn)用從上個(gè)世紀(jì)90年代開(kāi)始，無(wú)機(jī)抗菌劑引起了科學(xué)家的廣泛關(guān)注和研究。根據(jù)無(wú)機(jī)抗菌劑與微生物的作用機(jī)理的不同，可以分為兩大類：一類是含有抗菌活性的金屬離子、金屬或金屬氧化物，主要是銀系離子，將這些離子負(fù)載到載體上，載體一般用磷酸鹽、沸石、活性炭、某些無(wú)機(jī)鹽類等，負(fù)載離子的方法包括離子交換法、熔融法和吸附法等；另一類是氧化物光催化系列抗菌劑，主要包括：TiO2等。其中應(yīng)用最多的無(wú)機(jī)抗菌劑是銀系抗菌劑和TiO2系列光催化抗菌劑。在無(wú)機(jī)抗菌劑中，納米銀受到了廣泛的關(guān)注，因?yàn)榧{米銀有良好的生物相容性和較強(qiáng)的抗菌性能。其抗菌機(jī)理是納米銀能夠釋放銀離子，銀離子能夠滲透進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部破壞細(xì)菌的DNA和RNA，同時(shí)，銀離子還可以與細(xì)菌細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)結(jié)合破壞細(xì)菌細(xì)胞膜。

3.2 無(wú)機(jī)抗菌劑存在的問(wèn)題及解決

無(wú)機(jī)抗菌劑不會(huì)使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性，但無(wú)機(jī)抗菌劑通常在納米尺寸使抗菌效果才明顯，如納米銀，隨著納米尺寸的增加，抗菌效果逐步下降。而納米銀等無(wú)機(jī)抗菌劑容易團(tuán)聚，團(tuán)聚后納米銀尺寸明顯變大，進(jìn)而使其抗菌效果大幅度降低。

針對(duì)納米銀等無(wú)機(jī)抗菌劑的團(tuán)聚問(wèn)題，科學(xué)家將納米銀負(fù)載到一些載體上，比如活性炭、二氧化鈦、硅片、聚丙烯酸、氧化石墨烯、磷酸鋯等，通過(guò)載體負(fù)載有效的限制了無(wú)機(jī)納米抗菌劑的團(tuán)聚。

4 展望

細(xì)菌的危害無(wú)處不在，抗菌材料的研究將會(huì)永不停息，劉昌華[3]等研究的協(xié)同抗菌材料為未來(lái)抗菌材料的發(fā)展提供了新思路，通過(guò)有機(jī)抗菌劑和無(wú)機(jī)抗菌劑完美的組合，有效避免單一抗菌材料的的缺點(diǎn)的同時(shí)，新的抗菌材料具備有機(jī)抗菌材料和無(wú)機(jī)抗菌材料的優(yōu)點(diǎn)。協(xié)同抗菌材料可能會(huì)成為未來(lái)研究的主要方向。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Shima Taheri. Synthesis and antibacterial properties of a hybrid of silver–potato starch nanocapsules by miniemulsion/polyaddition polymerization [J]. J. Mater. Chem. B， 2014， 2， 1838-1845.

[2]Changhua Liu. Study on the synergistic antibacterial effect of silver-carried layeredzirconium alkyl-N，N-dimethylenephosphonate. Inorganica Chimica Acta 435 （2015） 66–72.

[3]孔杰，李國(guó)強(qiáng)，曾戎，納米銀/殼聚糖復(fù)合水凝膠的制備，表征及抗菌性能研究[J].功能材料.2012，12（43）：1662-1664.

[責(zé)任編輯：張濤]