中國粉體網(wǎng)訊 抗菌材料是一類具有抑菌或殺菌性能的新型功能材料，其抗菌性可以通過在高分子材料中添加適量的抗菌劑，或以其他方式將抗菌劑引入到載體材料中。沸石、蒙脫石、硅膠、磷酸鹽、石墨烯以及稀土等材料，因具有孔隙率高、比表面積大、吸附性能好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且持久緩釋等優(yōu)點(diǎn)，成為了抗菌材料載體的優(yōu)良選擇。
主要的無機(jī)抗菌材料
1無機(jī)抗菌材料
依據(jù)化學(xué)物質(zhì)內(nèi)部成分的不同，可以將抗菌材料分為天然、無機(jī)和有機(jī)抗菌材料。其中，無機(jī)抗菌材料又可以分為3類：一是帶有抗菌功能的金屬離子與無機(jī)載體合成的無機(jī)抗菌材料；二是在有光源條件下可以產(chǎn)生抗菌物質(zhì)的金屬氧化物；三是金屬有機(jī)骨架化合物(MOFs)抗菌材料。本文以無機(jī)抗菌材料中的前兩類為例，闡述抗菌材料與載體材料的研究及應(yīng)用情況。
1.1含金屬離子型抗菌材料
大部分的金屬離子具有抗菌效果，其中銀離子最強(qiáng)，鋅、鐵離子相對較弱。通過強(qiáng)靜電吸附作用或離子交換法將金屬離子合成到載體上制備抗菌材料，這些載體與離子之間的吸附作用很強(qiáng)，有利于金屬離子與載體相結(jié)合。
負(fù)載金屬離子的抗菌機(jī)理是，金屬離子進(jìn)入細(xì)胞膜內(nèi)，導(dǎo)致細(xì)菌滲透性發(fā)生改變。其次，金屬離子黏附在細(xì)菌的細(xì)胞壁上，載體可以持久、高效地釋放金屬離子，導(dǎo)致細(xì)菌無法與外界進(jìn)行物質(zhì)交換，達(dá)到殺菌的作用。
1.2光催化金屬氧化物型抗菌材料
光催化型抗菌材料是指金屬氧化物(如常見的ZnO、TiO2)必須在有光照的情況下，才能具有抗菌效果�？咕鷻C(jī)理是，金屬氧化物可以吸收光能，發(fā)生電子躍遷，生成帶有強(qiáng)氧化還原性的物質(zhì)，該物質(zhì)與細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，阻礙了細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的正常合成，從而達(dá)到抑制細(xì)菌生長的作用。
2無機(jī)抗菌材料及載體研究應(yīng)用
2.1沸石
沸石是一種具有較大比表面積的三維骨架環(huán)狀結(jié)構(gòu)的結(jié)晶型硅鋁酸鹽，因?yàn)榉惺Y(jié)構(gòu)中的鋁-氧和硅-氧四面體電價(jià)不平衡，使得其易吸收金屬陽離子，從而沸石具有很強(qiáng)的陽離子交換能力。Alswat等用沸石作為載體進(jìn)行氧化鋅抗菌材料的改良，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)用載體負(fù)載后氧化鋅有著更強(qiáng)的抗菌性能，這是因?yàn)榉惺d體可以防止納米粒子發(fā)生聚集的現(xiàn)象。Williams等研究發(fā)現(xiàn)，納米粒子的比表面積越大，會增大與細(xì)菌接觸反應(yīng)的面積，從而起到了更好的抗菌作用，并且粒徑為納米級時，納米氧化鋅的表面活性也較強(qiáng)。此外，沸石還可以載銅、銀鋅、銅鋅等，是使用最廣泛的抗菌劑載體。
2.2磷酸鹽
磷酸鈦鹽及磷酸三鈣、羥基磷灰石等具有降解性的磷酸鈣類物質(zhì)常作為磷酸鹽類材料抗菌劑載體，且磷酸鈣對生物有較好的親和性。雖然磷酸鹽的載銀量遠(yuǎn)小于沸石的載銀量，抗菌效果也不如沸石，但其具有耐高溫、不變色的特點(diǎn)。深圳清華大學(xué)研究院以磷酸鹽為載體，抗菌活性成分用銀，制備得的含銀無機(jī)固體抗菌劑在抗菌纖維、抗菌塑料、抗菌陶瓷等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
2.3半導(dǎo)體氧化物
TiO2光催化型抗菌劑可以吸收外界的光電子能量，形成的超氧負(fù)離子(O2-)和羥基自由基(-OH)具有強(qiáng)氧化還原能力，讓微生物的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)分解，進(jìn)而抑制或殺滅有害微生物。通過制備TiO2薄膜和粉體，既可以使材料的禁帶變寬，提高電子/空穴的氧化還原電勢，又可以增大材料的表面積，能產(chǎn)生更多的活性氧，提高材料的催化活性。劉秀娥等人通過沉淀沉積法和光致還原法在TiO2的表面沉積了鹵化銀(AgX)和銀-鹵化銀(Ag-AgX)，并且顯示出有著更好的抗菌及光催化活性。
2.4硅膠
抗菌活性硅膠是一種典型的高活性多孔吸附材料，具有豐富的孔道結(jié)構(gòu)和大比表面積。硅橡膠具有對人體組織無毒、生物相容性好等特點(diǎn)，因而廣泛用于醫(yī)療領(lǐng)域。Tang等將載銀磷酸鋯納米粒子與硅橡膠組分混合，制備抗菌硅橡膠材料，使用物理方法對硅膠表面進(jìn)行改性，使抗菌涂層牢牢地鍵合在改性后的硅膠表面，改性之后得到的抗菌材料對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抑菌率高達(dá)98%以上，抗菌性能優(yōu)異。
2.5稀土
稀土材料因特殊的外電層結(jié)構(gòu)使其具有不同的物理、化學(xué)性能，因而被廣泛用于抗菌、發(fā)光、成像等領(lǐng)域。材料中的稀土可以通過與其他金屬氧化物摻雜以提高抗菌效果，還可以通過與有機(jī)物配合制備抗菌材料。郭韻恬等制備了摻雜稀土鑭的復(fù)合包裝薄膜。摻雜稀土鑭使TiO2的晶層更加緊密，抗菌性能提高，對草莓等水果的保鮮有良好的促進(jìn)作用。
2.6石墨烯
石墨烯不僅具有良好的物理、化學(xué)性能，而且被發(fā)現(xiàn)具有一定的抗菌效果，通過與金屬復(fù)合還可以提高其抗菌性能。姜國飛等以還原氧化石墨烯為載體，將Cu與ZnO復(fù)合制成的納米級顆粒附著在石墨烯上，制備出具有抗菌功能的復(fù)合抗菌材料。材料中的還原氧化石墨烯會對大腸桿菌的細(xì)胞膜造成損傷，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)不受大腸桿菌的控制而流出，最后使大腸桿菌死亡。
結(jié)語
無機(jī)抗菌劑的耐熱性能好，不產(chǎn)生抗藥性、不揮發(fā)、具有較好的安全性、抗菌范圍廣。然而，這類試劑也存在抗菌遲效性、銀系易變色、鈦系受光照限制等缺點(diǎn)。因此，如何同時兼顧抗菌劑的高效性、安全性、長效性、穩(wěn)定性并且生產(chǎn)成本較低、工藝合成路線簡單，是今后抗菌劑的重要研究方向。
參考來源
劉姝瑞，等：抗菌材料的研究進(jìn)展，陜西省功能材料染整創(chuàng)新工程中心
劉呈坤，等：常見抗菌材料的研究進(jìn)展，西安工程大學(xué)
汪子翔，等：抗菌材料及抗菌劑的研究現(xiàn)狀及前景展望，沈陽工業(yè)大學(xué)
