纳米抗菌剂的研究进展

邹训重;刘亚杰;张莉杰;黎彧;张精安;李锦;蒋春桃;陈志豪

【摘 要】纳米抗菌剂是一种新型高效的抗菌药物,现已逐步应用于纺织、建筑、医疗等各个行业中.传统抗菌方法存在着安全性差、灭菌时间长、操作不方便等缺点,纳米抗菌剂具有使用安全、方便,稳定性好,抗菌谱广和抗菌效力强等优点.综述了纳米抗菌剂的发展概况,展望了纳米抗菌剂发展的主要趋势. 【期刊名称】《广东微量元素科学》 【年(卷),期】2013(020)005 【总页数】4页(P63-66)

【关键词】纳米;抗菌;无机抗菌材料;研究进展

【作 者】邹训重;刘亚杰;张莉杰;黎彧;张精安;李锦;蒋春桃;陈志豪

【作者单位】广东药学院中药学院/药科学院,广州510006;广东药学院中药学院/药科学院,广州510006;广东药学院中药学院/药科学院,广州510006;广东轻工职业技术学院轻化系,广州510300;广东药学院中药学院/药科学院,广州510006;广东轻工职业技术学院轻化系,广州510300;广东轻工职业技术学院轻化系,广州510300;嘉应学院化学与环境学院,广东梅州 514015 【正文语种】中 文 【中图分类】TQ455.1

在经济快速发展的同时，环境破坏日益严重，由此导致各种致病细菌、真菌和病毒

引发的各种疾病，例如疟疾、结核、肺炎、非典禽流感、诺如病毒、H7N9等严重威胁人类的健康。因此，各种抗菌材料成为了研究热点。纳米抗菌材料是一类具备抑菌性能的新型材料，由于材料中纳米抗菌剂的高比表面积和高反应活性的特殊效应，大大提高了整体的抗菌效果。因此，纳米技术在生活中越来越广泛地被运用于消毒杀菌[1－3]。

纳米抗菌材料有许多分类方法:按结构形态的不同，可以分为纳米抗菌微粒、纳米抗菌固体以及纳米抗菌组装结构;按载体类型的不同，可以分为沸石型抗菌材料、磷酸复盐抗菌材料、羟基磷灰石抗菌材料以及水溶性玻璃和硅胶纳米抗菌材料。纳米抗菌材料中的核心成分是抗菌剂。抗菌剂大体上可分为无机系、有机系和天然生物系三大类。由于有机系和天然系抗菌剂受耐药性差、安全和生产价格等因素的制约，还不能大规模市场化生产，所以目前市场上主要是以无机系抗菌剂为研究热点[4－5]。无机抗菌材料有着优良的安全性、耐久性、缓释性和化学稳定性，使用方便，得到越来越重要的应用。此外，无机纳米抗菌剂中微量的Zn、Ag、Cu、Ce等对人体是有益的，但对微生物是有害的。 1 抗菌剂的发展概况 1.1 纳米银

纳米银是被公认最强的纳米抗菌剂，一般用量为10－6(24 h)或≤0.5 μg/mL即可灭菌[6]。现已被广泛应用于污水处理、建筑材料、涂料、医疗和织物等领域。纳米银的制备方法很多，按制备机理可分为化学还原法、光还原法、电化学法、激光烧蚀法、化学电镀法、辐射法、微乳液法、晶种法等[7－9]。纳米银的可能抗菌机理主要有以下两种。

1.1.1 接触反应说 银离子接触反应破坏微生物共有成分或使其功能发生障碍。当微量银离子与微生物细胞膜接触时，因后者带负电荷，两者依靠库仑引力使其牢固结合，银离子穿透细胞壁进入细胞内并与—SH反应，使蛋白质凝固，破坏细胞合成

酶的活性，导致细胞丧失能力而死亡。银离子也能阻碍微生物的电子运输、呼吸、物质传送系统的正常运行。

1.1.2 催化反应说 物质表面的微量银能催化产生活性中心。银离子激活空气或水中的氧，产生羟基自由基(·OH)及活性氧(O－2)[10]，这些活性氧物质可破坏细胞内各种重要高分子和膜，同时可形成其他活性氧化物，抑制微生物繁殖和生长能力，从而起到抗菌效果[7]。

纳米银对革兰种阴性菌、革兰阳性菌及霉菌，均有抑制和杀灭作用，且对革兰阴性菌的杀菌作用强于革兰阳性菌[7]，对单纯疱疹病毒、人类免疫缺陷病毒有抗病毒作用[30]。 1.2 纳米TiO

纳米TiO2也称光触媒，广泛应用于水处理、食品包装、卫生日用品、化妆品、纺织品等行业，具有优异的长效杀菌效应，是一种理想的无机抗菌剂[11－12]。它对细菌作用表现有两方面:一方面，TiO2在阳光尤其是紫外线的照射下，粒子中的价带电子被激发跃迁到导带，形成光生电子孔穴，并在空间电荷层的电场作用下，发生有效分离。光生电子(e)或光生空穴(h+)与细胞膜或细胞内组分反应而导致细胞死亡。另一方面，光生电子或光生空穴与水或空气中的氧反应，生成活性氧类:e+H2+O2→H2O2，h++H2O→OH－+H+，氧化能力极强的活性氧类进攻细胞内组分，发生生化反应而导致细胞死亡[25－28]。同时H2O2和OH－也有一定的灭菌能力，可以分解细菌有机物，具有防污防臭功能，属于低毒、高效环保型的抗菌材料。

TiO2对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、牙枝菌和曲霉等近百种病菌都具有很强的广谱杀菌能力，但对病毒的作用还未见报道[3]。 1.3 纳米ZnO

纳米ZnO粉体是一种新型多功能精细无机材料。它广泛应用于化妆品、纺织、自

洁性陶瓷、光学材料、电话机和微机的防菌涂层等领域。ZnO的制备方法很多，有真空冷凝法、球磨法、均匀沉淀法、溶胶－凝胶法、脉冲电子沉淀法、氧化电镀化学沉积法、水热法、机械化学法等[16－19]。

纳米ZnO的抗菌机理主要是在紫外线的照射下，纳米ZnO在水和空气中能自行分解出自由移动的带负电的电子，同时留下带正电的空穴。这种空穴可以激活空气中的氧，从而产生有极强的化学活性的活性氧，其与大多数有机物发生反应达到杀菌的效果，抗菌谱与TiO2相似[20－21]。 1.4 纳米MgO

纳米MgO也是一种新型多功能精细无机材料，它的化学活性高，在抗菌材料中有重要的应用。MgO的合成方法有气相法、金属醇盐水解法、溶胶－凝胶法、白云石碳化法和固相合成法等。MgO极易水合，并在表面形成一层Mg(OH)2，溶解在溶液中的氧通过单电子还原反应生成过氧离子。MgO的表面包覆一层OH－，由于在碱性环境中具有化学稳定性，所以高浓度的能够在MgO表面存在从而对细胞膜壁造成破坏，迅速杀死细菌而无需光照[22－23]。

纳米MgO对革兰种阴性菌、革兰阳性菌作用较强，对孢子也有一定的作用。目前对其研究主要集中在通过合成过程中控制其粒径大小、形貌特征和通过复合改性，如利用其吸附性能吸附其它杀菌物质，从而来加强、提高其杀菌性能[24]。 此外，纳米 TiO2/WO3复合薄膜、V2O5/TiO2－SiO2复合材料、纳米 SiO2复合抗菌剂、Ce4+/ZnO复合抗菌剂等复合型的纳米抗菌材料，也具有良好的抗菌性能[25－28]。 2 展望

随着人们生活质量的提高及环保意识的增强，纳米抗菌剂凭借着其广谱杀菌效能、耐热性高、安全性好、持续性好、使用方便等优点，在杀菌除臭、预防疾病、美化环境等方面日益受到人们的重视[29]。将来纳米抗菌剂的发展可能主要有以下几个

方面:

(1)复合型纳米抗菌剂的开发应用，如纳米银与纳米TiO2的复合等，制成适宜的抗菌剂型或抗菌材料，充分合理地发挥各种抗菌剂各自的优点。

(2)纳米抗菌剂与微波灭菌等物理灭菌方法联用，发挥其协同作用，加强灭菌效力和缩短灭菌时间。

(3)纳米抗菌剂的循环利用和低成本工艺开发，纳米抗菌剂作为一种新型的抗菌剂，其价格较高，将来研究可从降低工艺成本和回收循环利用等方面入手，减少资源的浪费和环境的污染。 参考文献:

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