纳米抗菌材料研究综述

纳米抗菌材料研究综述　陈化飞　哈尔滨商业大学管理学院黑龙江哈尔滨１５００２８　

【摘要】为控制有害微生物的生长繁殖，避免细菌的传播和感染，研发高效无毒且效力持久的抗菌剂是一项与人类健康生活息息相关的重要课题。　综述多肽类与壳聚糖、纳米银、二氧化钛（Ｔｉ０２）、氧化辞（Ｚｎ０）及新型纳米材料等常见纳米抗菌材料特点及其抗菌剂机理，并展望纳米抗菌剂的发　展趋势。　【关键词】纳米材料抗茵复配　中图分类号：Ｒ４５文献标识码：Ｂ文章编号：１００９—４０６７ｆ２０１４）０８—８５—０２　

一、

纳米抗菌材料简介　

纳米抗菌材料是近年来出现的一种新型抗菌材料，其特征尺寸在　１－１０Ｏｈｍ之间，因此具有纳米材料的基本性能如表面效应、小尺寸效应、　量子尺寸效应和宏观隧道效应等。天然的或人为制备的纳米材料具有更　小规模、更高性能且更有针对性的使用，因此具有很大的应用潜力。　二、常见纳米抗菌材料及其抗菌机理　（一）多肽类与壳聚糖　天然多肽类化合物的抗菌机理是通过在微生物细胞膜中形成纳米级　的通道，引起细胞渗透性能的崩溃，。抗菌多肽类化合物的合成是借鉴了　已知蛋白质的结构，针对特定的抗菌应用，制备不同尺寸、形貌、涂覆　层等多肽纳米结构和其衍生物。　研究表明：壳聚糖对病毒、真菌的抗菌性能要优于细菌；对Ｇ＋菌的　抗菌效率要高于Ｇ一菌。壳聚糖抗菌机理目前并无定论，Ｑｊ等认为带正电　荷的壳聚糖可以与带负电的细胞膜反应，引起细胞渗透性的增加，最终　导致细胞内含物的破裂和泄露，这也与实验观察到在ＰＨ＞６的环境中天然　壳聚糖和其纳米材料均无抗菌活性的现象相一致；Ｒａｂｅａ等认为壳聚糖可　以与痕量金属发生鳌合作用，引起酶活性的失效，在真菌细胞中，壳聚　糖可能渗透进细胞壁和细胞核中，与ＤＮＡ结合阻碍了ＲＮＡ的合成。　（二）纳米银　含银化合物一直以来就被作为抗菌剂而广泛应用，但是其抗菌机理　一直没有被研究透彻。Ｍａｔｓｕｊｎｕｒａ等提出银离子可以与蛋白质中的巯基　（－ＳＨ）反应，导致呼吸酶的失效和ＲＯＳ的产生；Ｆｅｎｇ等发现银离子可以　阻碍ＤＮＡ的自我复制，影响了细胞膜的结构和渗透性；Ｋｉｍ等发现在　ＵＶ—Ａ和ｕｖ—ｃ的照射下，银离子可以与大量的聚核苷酸形成综合体，　通过三联中间体发生光化学转化，导致ＤＮＡ的光二聚作用加速，使抗　菌效率提高。　迄今为止，纳米银的抗菌机理可以总结为以下几种：（１）纳米颗粒　在细胞表面上的粘附影响了细胞膜的性能，如相关报导提出纳米银降解　了脂多糖分子，在细胞内积累形成聚集点，引起细胞渗透性的大幅提高；　（２）纳米银进入细胞内部，引起ＤＮＡ损坏；（３）纳米银中具有抗菌功　能的银离子的释放。　（三）二氧化钛（Ｔｉ０２）　其抗菌性主要源于ＲＯＳ的产生。此类氧化物禁带宽度较小，当受到　能量较高的紫外光照射时，氧化物价带中的电子会被激发而跃迁到导带。　因此导带上将形成带负电荷的高活性电子，而价带上产生带有正电荷的　空穴。产生的电子一空穴对在空间电场的作用下迅速分离并迁移到粒子表　面。电子居于较高能量状态，可被０２捕获，生成超氧离子自由基（・０２一），　并会与水发生近一步作用，生成轻基和双氧水（Ｈ２０２）；空穴则被Ｈ２０、　ＯＨ一捕获生成轻基自由基（・ＯＨ）。这些产物都具有较强的氧化性，能与微　生物体内的有机物发生反应，破坏其繁殖能力和再生能力。　目前研究的热点是希望能将ＴｉＯ２的光催化活性提高到可见光范同　内，已有采用金属掺杂的方法，如添加　材料使ＴｉＯ２在可见光下就产　生电子跃迁，同时也提高了材料的抗菌性能。　（四）氧化锌（Ｚｎ０）　与ＴｉＯ２类似，ＺｎＯ也因高紫外光吸收率和吸收光谱往可见光方向的　红移而成为研究热点。ＺｎＯ对多种细菌具有抗菌功能，其抗菌机理也正　在不断研究中。Ｈ２０２的产生被认为是最主要的抗菌机理之一，另外ＺｎＯ　与细胞接触透过细胞壁，也破坏了细胞膜使其解体。Ａｔｉｎａｅａ等发现Ｚｎ２＋　对几种细菌的生长有抑制作用，可能是因为Ｚｎ２＋与细胞膜的结合，延长　了细菌繁殖的对数生长期；Ｓｏｄｅｂｅｒｇ等发现Ｚｎ２＋对ｃ＋菌比Ｇ一菌更有效，　因为其与树脂类的协同作用对Ｇ＋菌更强。对于颗粒尺寸的影响，Ｊｏｎｅｓ　等认为小颗粒比大颗粒抗菌效率更高，而Ｆｒａｎｋｌｉｎ等却认为颗粒尺寸对　ＺｎＯ抗菌性能没有影响。　（五）新型纳米材料　近年来，一些新颖设计的纳米材料也展示出优越的抗菌性能，．它们　既是优良抗菌剂，又对动物细胞毒性较小，因此有很大的应用前景。　富勒烯（ｃ６０、Ｃ７０等）的发现和性能研究提供了一种具有高电子传导　性、高拉伸性能以及独特的热和光性能的新材料。Ｃ６０也可以形成稳定　的纳米颗粒的水相悬浊液，称为ｎＣ６０，其尺寸分布很广，并因为潜在的　抗菌广谱性而备受关注，但其抗菌机理仍在研究中。　碳纳米管的毒性研究表明，其对哺乳动物的肺部细胞的毒性大小按　单壁碳纳米管（ＳＷＮＴ）＞多壁碳纳米管（ＭＷＮＴ）＞石英＞富勒烯顺序递减。碳　纳米管的抗菌性研究相对较少，这是因为它们在水中很难均匀分散。研　究结果表明碳纳米管对Ｃ＋菌和Ｇ一菌都有抗菌作用，可能是因为一种物　理影响或氧化作用损坏了细胞的完整性。尽管碳纳米管的抗菌效率相对　较低，但仍可以被用来防止材料表面生物膜的形成。如果想充分利用碳　纳米管的抗菌性能，需要研究其聚集度、稳定性以及生物利用度等。　石墨烯是由单层碳原子紧密排列而成的二维晶体，自研发以来便因　其优异的电子传递性能和较高的机械强度等成为材料应用的新贵。Ｈｕ等　研究了氧化石墨烯的抗菌特陛，发现其对大肠杆菌细胞膜具有破坏作用，　氧化石墨烯悬液在与大肠杆菌接触２ｈ后，抑菌率超过９０％，同时它对哺　乳动物产生的细胞毒性很小。　

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三、纳米抗菌剂的发展趋势　纳米有　无机、无机／无机等多种复配方式或抗菌微粒组装等技术是　纳米抗菌剂发展的一个趋势：　（１）为了克服离子溶出型无机抗菌剂抗菌谱的局限陛，可采用纳米　有机／无机复合的方式将有机抗菌剂交换到层间距比较大的粘土矿物上，　以扩宽抗菌剂的抗菌谱范围。　（２）无机呒机复配体系中，各种不同无机抗菌剂的固有抗菌活性可　能会显著的增强。在低添加量的情况下获得更高更全面的抗菌性能。如　光催化抗菌剂与离子溶出型抗菌剂复合。　（３）组装型抗菌剂一般由载体核、包覆层组成。外包敷层可改善抗　菌的缓释陛能及与基体的亲和性能。　此外找到有效抑制银系抗菌剂变色的方法也是各国研究人员努力的　一个方向。　参考文献　［１］Ｑｉ　Ｌ　Ｆ，ｅｔ　ａ１．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａ１　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｃｈｉｔｏｓａｎ　ｎａｎｏｐａｒｔｉＣｉｅＳ［Ｊ】．Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２　０１２，３３９（１６）　：２６９３－２７００．　［２］Ｒａｂｅａ　Ｅ　Ｉ，ｅｔ　ａ１．Ｃｈｉｔｏｓａｎ　ａｓ　ａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａ１　ａｇｅｎｔ：Ａｐｐ　

ｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｍｏｄｅ　ｏｆ　ａｃｔｉｏｎ［Ｊ】．Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｔｌ１ｅｓ　２　０１　３，４（６）　：１４５７—１４６５．　［３】Ｍａｔ　ｓｕｎａｇａ　Ｔ，ｅｔ　ａ１．Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａ１　Ｓｔｅｒｉ１ｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｂｉａｌ＿ｃｅ１１　Ｓ　ｂｙ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｐｏｗｄｅｒｓ［Ｊ］Ｊ．Ｆｅｍｓ　Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００８，２９（卜２）：２１卜２１　４　［４］Ｋｉｍ　Ｊ　Ｓ，ｅｔ　ａ【．Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｉｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅ．ｃｏｌｉ　ａｎｄ　ＭＳ一２　Ｐｈａｇｅ　ｂｙ　Ｓｉｌｖｅｒ　ｉｏｎｓ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈＵＶ—Ａ　ａｎｄ　ｖｉ　ｓｉｂｌｅ　１ｉｇｈｔ　ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｅｈ，２　０１　３，４２（卜２）：３５６—３６２．　［５］Ｍａｎｅｓ　Ｓ　Ｐ　Ｃ，ｅｔ　ａ１．Ｂａｃｔｅｒｉｃｉｄａ１　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｔｉ０２　ｒｅａｃｔｉｏｎ：Ｔｏｗａｒｄ　ａｎ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｎｓ　ｋｉ“ｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉ　ｓｍ［Ｊ］．　Ａｐｐｌ　ｉｅｄ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａ１　Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，２００９，６５（９）：４０９４—４０９８．　【６］ｎｕ　Ｗ，ｅｔ　ａ１．Ｇｒａｐｈｅｎｅ－Ｂａｓｅｄ　Ａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａ１　Ｐａｐｅｒ［Ｊ］．Ａｃｓ　Ｎａｎｏ，　２０１　０，４（７）：４３１７—４３２３．　作者简介　陈化飞，硕士，讲师，主研领域：商品学。　基金项目　黑龙江省自然科学基金资助项目“关于纳米抗菌化妆品及其防腐体　系效能的研究”（Ｄ０２１１）的阶段性成果之一。　

（上接５８页）２、创建学籍表：在窗口中双击“使用设计器创建表”，打　开设计窗口，按“学籍表”的信息输入，选择“学号”和“姓名”两个　字段，点右键一选主键，把字段创建为主键。最后把表保存为“学籍表”。　主键：作为主键的字段中所有记录都是唯一的，另外多个表的连接　需要通过主键才能建立。　３、用同样的方法创建“成绩表”、“详纽晴况”、“科目表”。　４、建立表之间的关系：使各个表协同工作。　在数据库窗口中，单击“工具一关系”命令，或在空白处单击鼠标　右键，在菜单中点“关系”命令，出现窗口。单击菜单“关系”下的“显　示表”命令，弹出一个显示袭的窗口，接着把刚创建的五个表都添加上　去。然后通过鼠标选择需要链接的字段，一般是作为主键的字段，拖动　这个字段名称到与它联系的其它表格的相应字段，松开鼠标，此时会出　现一个“编辑关系”对话框，不需要修改，直接单击“创建”按钮，就　会在两个联系的字段之间出现一条连接线，此时创建关系成功。　５、初始数据的输入：　在对象列表中选择“表”选项，在数据库窗口中双击打开学籍表，　把本班同学的初始数据输入表中。同时打开科目表，对应编号输入科目　名称，接着打开成绩表，按科目编号输入每科成绩，同样打开详细情况　表按需要在不同时间输入旷课、迟到早退、请假、缺交作业、操行等级、　奖励、处分、班主任评语等学生资料。　６、创建窗体，通过窗体输入数据：　１）在对象列表中选择“窗体”选项，双击“使用向导创建窗体”，　在窗口中选择窗体中显示的表以及这个表的字段，这里选择“学籍表”，　然后从左边的“可用字段”中选择需要的字段，双击这个字段就会显示　在右边的选定的“字段列表”中。　２）单击“下一步”按钮，出现一个“请确定窗体使用的布局”的对　话框，纵栏表式窗体一对数据表中的一组字段进行排列和显示数据，各　个字段的名称显示在左边。　表格式窗体～以表格的形式来显示数据，此窗体的优势在于可以同　时显示多条记录，以具有窗体的功能。　数据表式窗体～可以同时显示更多的数据。　调整表式窗体～可自动根据字段的大小调整所占空间，字段名称显　示在上面。　８６　中国电子商务．．２０１４・０８　在此选纵栏表。　３）单击“下一步”按钮，出现一个要求选择窗体样式的对话框，在　左边的窗口中会根据选择动态地显示窗体的背景，选择“标准”样式。　４）单击“下一步”按钮，系统弹出的对话框要求为创建的窗体指定　标题，选择该窗体被打开的方式。　５）单击“完成”按钮，就可看到完成后的窗体。　６）在完成的窗体中添加数据，只要点击“增加新记录按钮”，就可　以输入一组新的数据。　只要使用相同的方法，就可以创建“详细情况的窗体”。　７、创建查询，通过窗体生成家庭报告书：　１）创建“详组情况查询”：在对象列表中选择“查询”选项，双击　“使用向导创建查询”，在弹出的对话框中选择“详细情况”表，并从左　边选择需要写进家庭报告书的字段内容到右边，点“下一步”。　２）在对话框中确定使用明细查询还是汇总查询，这里默认。　３）单击“下一步”按钮，系统弹出的对话框要求为创建的查询指定　标题，选择该查询被打开的方式，这里都用默认。点完成，得到完成后　的查询。　４）用以上的方法，通过选择“成绩表”和“科目表”的字段，创建　一个“成绩查询”。　５）用刚创建的“详细情况查询”来建立一个“期末报告”窗体，但　此时还没有成绩在报告表中。单击“设计”按钮，转到设计视图，通过　右边的滚动条拉到最下面，单击工具箱中的“子窗体／子报表”，在设计实　力下面空白处拖拉一个四方框，松开鼠标，在对话框中选择“成绩查询”，　单击“下一步”。在弹出的对话框中输入窗体名称“成绩子窗体”，点“完　成”。最后通过打印输出就可以得到漂亮的家庭报告书了。　总结：通过不同的要求创建不同的查询、窗体、报表、数据页，从　而得到学生不同的信息组合，满足班主任保存学生不同时段情况的需要　以及能及时了解学生情况的要求，提高班主任的工作效率。　参考文献　［１］范国平、陈晓鹏编著，￣ＡＣＣＥＳＳ数据库系统开发实例导航》，人　民邮电出版社．　【２］廖疆星、林涛编著，￣ＡＣＣＥＳＳ应用基础教程》，中国石化出版社．