中國粉體網訊 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、化學性質穩定且持久緩釋等優點，成為了抗菌材料載體的優良選擇。
主要的無機抗菌材料
1無機抗菌材料
依據化學物質內部成分的不同，可以將抗菌材料分為天然、無機和有機抗菌材料。其中，無機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載體合成的無機抗菌材料；二是在有光源條件下可以產生抗菌物質的金屬氧化物；三是金屬有機骨架化合物(MOFs)抗菌材料。本文以無機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，鋅、鐵離子相對較弱。通過強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，有利于金屬離子與載體相結合。
負載金屬離子的抗菌機理是，金屬離子進入細胞膜內，導致細菌滲透性發生改變。其次，金屬離子黏附在細菌的細胞壁上，載體可以持久、高效地釋放金屬離子，導致細菌無法與外界進行物質交換，達到殺菌的作用。
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。抗菌機理是，金屬氧化物可以吸收光能，發生電子躍遷，生成帶有強氧化還原性的物質，該物質與細菌細胞內的物質發生反應，阻礙了細胞內物質的正常合成，從而達到抑制細菌生長的作用。
2無機抗菌材料及載體研究應用
2.1沸石
沸石是一種具有較大比表面積的三維骨架環狀結構的結晶型硅鋁酸鹽，因為沸石結構中的鋁-氧和硅-氧四面體電價不平衡，使得其易吸收金屬陽離子，從而沸石具有很強的陽離子交換能力。Alswat等用沸石作為載體進行氧化鋅抗菌材料的改良，實驗結果發現用載體負載后氧化鋅有著更強的抗菌性能，這是因為沸石載體可以防止納米粒子發生聚集的現象。Williams等研究發現，納米粒子的比表面積越大，會增大與細菌接觸反應的面積，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。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。深圳清華大學研究院以磷酸鹽為載體，抗菌活性成分用銀，制備得的含銀無機固體抗菌劑在抗菌纖維、抗菌塑料、抗菌陶瓷等領域得到應用。
2.3半導體氧化物
TiO2光催化型抗菌劑可以吸收外界的光電子能量，形成的超氧負離子(O2-)和羥基自由基(-OH)具有強氧化還原能力，讓微生物的蛋白質和脂質分解，進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，具有豐富的孔道結構和大比表面積。硅橡膠具有對人體組織無毒、生物相容性好等特點，因而廣泛用于醫療領域。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98%以上，抗菌性能優異。
2.5稀土
稀土材料因特殊的外電層結構使其具有不同的物理、化學性能，因而被廣泛用于抗菌、發光、成像等領域。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，還可以通過與有機物配合制備抗菌材料。郭韻恬等制備了摻雜稀土鑭的復合包裝薄膜。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作用。
2.6石墨烯
石墨烯不僅具有良好的物理、化學性能，而且被發現具有一定的抗菌效果，通過與金屬復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合抗菌材料。材料中的還原氧化石墨烯會對大腸桿菌的細胞膜造成損傷，導致細胞內的物質不受大腸桿菌的控制而流出，最后使大腸桿菌死亡。
結語
無機抗菌劑的耐熱性能好，不產生抗藥性、不揮發、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。因此，如何同時兼顧抗菌劑的高效性、安全性、長效性、穩定性并且生產成本較低、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：抗菌材料的研究進展，陜西省功能材料染整創新工程中心
劉呈坤，等：常見抗菌材料的研究進展，西安工程大學
汪子翔，等：抗菌材料及抗菌劑的研究現狀及前景展望，沈陽工業大學
