国内外抗菌剂的研究现状及发展趋势

第３４卷第９期　２００６年９月　塑料工业　

ＣＨＩＮＡ　ＰＬＡ　ｎＣＳ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　

国内外抗菌剂的研究现状及发展趋势　孙　洪　。夏　英　－，陈　莉　，谭振宇　，孟令懿　（１．大连轻工业学院材料系，辽宁大连１１６０３４；２．大连轻工业学院生物与食品工程学院，辽宁大连１１６０３４；　３．宁波金海雅宝化工有限公司，浙江宁波３１５６１４）　

摘要：综述了国内外有机、无机、复合抗菌剂的种类、抗菌机理、研究现状及前景。指出复合型抗菌剂的研究与　应用必将成为该领域发展的重要方向之一。　关键词：有机抗菌剂；无机抗菌剂；复合抗菌剂；研究现状；发展趋势　中图分类号：ＴＱ３１４．２４　５．９　文献标示码：Ａ　文章编号：１００５—５７７０（２ｏｏ６｝ｏ９一ＯＯＯｌ一０４　

Ｐｒｅｓｅｎｔ　Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌ　Ａｇｅｎｔ　ａｔ　Ｈｏｍｅ　ａｎｄ　Ａｂｒｏａｄ　ＳＵＮ　Ｈｏｎｇ　，ＸＩＡ　Ｙｉｎｇ　，ＣＨＥＮ　Ｌｉ　，ＴＡＮ　Ｚｈｅｎ．ｙｕ　，ＭＥＮＧ　Ｌｉｎｇ．ｙｉ　（１．Ｄｅｐｔ．ｏｆ　Ｍａｔｅｒ．Ｅｎｇ，Ｄａｌｉａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｄａｌｉａｎ　１１６０３４，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏＵｅｇｅ　ｏｆ　Ｂｉｏ．＆Ｆｏｏｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｄａｌｉａｎ　Ｉｎｓｄｔｕｔ　ｏｆ　Ｌｉ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｄａｌｉａｎ　１　１６０３４，Ｃｈｉｎａ；３．Ｎｉｎｇｂｏ　Ｊｉｎｈａｉ　Ａｌｂｅｍａｒｌｅ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇ．Ｃｏ．，ｌａｄ．，Ｎｉｎｇｂｏ　３１５６１４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｖａｒｉｅｔｙ，ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌ　ａｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｏｒｇａｎｉｃ，ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇ　ａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌ　ａｇｅｎｔｓ　ｂｏｔｈ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　ａｒｅ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇ　ａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌ　ａｇｅｎｔ　ｗｉｌｌ　ｂｅｃｏｍｅ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｆｉｅｌｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｏｒｇａｎｉｃ　Ａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌ　Ａｇｅｎｔ；Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　Ａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌ　Ａｇｅｎｔ；Ｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇ　Ａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌ　Ａｇｅｎｔ；　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ；Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｔｒｅｎｄ　

随着高分子学科的不断发展，高分子材料及其制　品在工业、农业、交通和电子电器等领域得到了广泛　应用。然而，由于高分子材料在加工过程中常常要加　入适宜微生物生存和繁殖的添加剂，致使其制品在使　用和存放过程中容易玷污并滋生大量的细菌、真菌等　有害微生物，从而成为疾病的重要传播源，危害着人　类的身体健康，也大大限制了高分子材料在国民经济　各个领域中的推广和应用。　近年来，通过在高分子材料中添加适量的抗菌剂　制备出的抗菌材料已经引起了学者的广泛关注。这种　新兴功能材料自身具有抑制和杀灭有害微生物的功　能，在其使用的过程中，能够有效地切断人类与致病　菌的接触，减少疾病的传播。在抗菌材料被广泛利用　的趋势下，抗菌剂的研制与开发正成为高分子材料添　加助剂研究领域的热点之一。　抗菌剂的研究、开发始于２０世纪８０年代初Ｌｌ　Ｊ。　目前，已研制及应用的抗菌剂可归为：有机抗菌剂、　无机抗菌剂及复合抗菌剂三类。　１有机抗菌剂　有机抗菌剂的研究起步较早，制备工艺较成熟，　其研究和应用主要集中在欧美等国家。目前普遍认为　有机抗菌剂的杀菌作用机理是：带有正电荷的有机分　子链与细菌和霉菌的细胞膜表面阴离子结合或与巯基　反应，从而破坏有害微生物细胞膜的组成，使其细胞　内物质如：Ｋ　、ＤＮＡ、ＲＮＡ等泄漏，最终导致菌体　死亡，从而起到抑菌、杀菌的目的。目前国内外研制　的有机抗菌剂可以分为天然和合成两类。　１．１天然有机抗菌剂　天然抗菌剂是人类最早使用的抗菌剂，它是从某　些动植物体内提取出的具有抗菌活性的高分子有机　物。最常用的天然抗菌剂是壳聚糖及其衍生物。早在　１９７９年，Ａｌｌａｎ就指出，壳聚糖具有安全广谱的抗菌　

＊辽宁省教育厅基金项目（Ａ类），项目编号：０５１９７０　作者简介：夏英，女，１９６６年生，博士生，主要从事高分子复合材料及功能的研究。ｘｉａｙｉｎｇ９６１＠ｓｉｎａ．ｃｏｉｎ　

维普资讯 http://www.cqvip.com 塑　料　工　业　２００６钲　性能【　。但是壳聚糖只在酸性领域内显示出抗菌活　性，这使其应用范围受到很大限制ｌ＿３　Ｊ。为了更好的发　挥壳聚糖的抗菌活性，研究人员开始对其进行改性，　制备壳聚糖衍生物。四川大学的季莉等　４　Ｊ利用环氧丙　烷与壳聚糖反应制备出的羟丙基壳聚糖具有良好的溶　解性能，添加这种抗菌剂的涤纶织物能够具有较好的　抗菌和抗静电性能。张艳艳等人ｌ＿５　Ｊ采用异相合成法，　在壳聚糖分子结构中Ⅳ上引入季铵盐侧链，制备了　壳聚糖衍生物羟丙基三甲基氯化铵（ＨＡＣＣ），其在室　温下水中的溶解度可以达到１０％，具有较好的水溶　性和较高的稳定性。兰州大学ｌ＿６　Ｊ通过对壳聚糖进行　Ⅳ一酰化改性发现，壳聚糖分子间的氢键作用使其不　溶于水溶液中。当壳聚糖分子中引入某些基团后，其　分子排列被破坏，取代度越大，破坏性越强，所以溶　解性越好。Ｈｕａｎｇ　Ｒ　Ｈ等ｌ＿７　Ｊ通过化学修饰的手段制备　了壳聚糖硫酸盐及其衍生物，这种抗菌剂对金黄色葡　萄球菌等具有非常显著的抑制效果。Ｃｈｕｎｇ　Ｙ　Ｃ等　Ｊ　制备了一系列的壳聚糖螯合物，实验发现，当ｐＨ值　小于６时，这类抗菌剂具有很强的抑菌杀菌性能，而　且抗菌活性会随着金属离子强度的增加而增强。同　时，壳聚糖及其螯合物在含有少量ｃ原子的有机酸　溶剂中的抗菌效果比在无机酸溶剂中好。　天然抗菌剂的使用安全性很高，对人体无毒、无　刺激，已被用于制备高分子复合膜或研成粉末添加到　丁腈橡胶（ＮＢＲ）或聚氨酯海绵中应用。但天然抗菌　剂的加工性能极差，高温下容易分解失效，从而使它　的应用受到限制。　１．２合成型有机抗菌剂　１．２．１低分子有机抗菌剂　低分子抗菌剂的品种主要有季铵盐、季膦盐、有　机锡、卤代胺和双胍盐类等。目前国际上使用最广泛　的是季铵盐类有机杀菌剂。Ｋｏｕｒａｉ　Ｈ等人ｌ－９　Ｊ早在１９９５　年就发表了关于含有不饱和烷基的季铵盐抗菌剂具有　高效、广谱抗菌活性的报道。２０００年，Ｎａｇａｍｕｎｅ　Ｈ　等人ｌ＿ｌｏＪ合成了一系列新的、对环境友好的双季铵盐　抗菌剂。由于１个分子中有２个季铵盐离子，电荷密　度更高，因而比单季铵盐具有更强的抗细菌活性；并　且这些抗菌剂均由一ｃＯＮＨ一和一ｃＯＯ一、一Ｓ一连接　２个季氮离子，因此，在环境中能够降解成无毒的物　质，是一种理想的杀菌剂。２００４年，郭志强ｌ１１　Ｊ利用　多种烷基胺制备出烷基氯化铵杀菌剂。发现烷基链上　碳原子数目为ｌ２一ｌ６的单烷基氯化铵具有较大的杀　菌作用，当碳原子数目为ｌ４时，抗菌剂的杀菌作用　最强。　但是，近年来由于季铵盐的大量使用使细菌、真　菌等有害微生物产生了耐药性，抗菌效果明显减弱。　１９９０年国外开始生产和使用新一代广谱、高效的烷　基季膦盐有机杀菌剂　。季膦盐杀菌剂的结构与季　铵盐类似，即季铵盐结构中的Ⅳ原子被Ｐ原子取代　所得。１９９３年，Ｋａｎａｚａｗａ　Ａｌ＿ｌ３Ｊ报道了一系列带有长烷　基链的三丁基膦化合物，当长烷基链碳数为ｌ２、１４、　ｌ６、ｌ８时，均对Ｅ．Ｃｏｌｉ和Ｓ．Ａｕｒｅｕｓ菌有高效、快速　的杀菌作用。Ｅｖａｎｓ　Ｒｌ＿ｌ　于２００２年研究得到了一种新　型的季膦盐，结构如下：　

ｒ　

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３４卷第９期　孙　洪等：国内外抗菌剂的研究现状及发展趋势　结构式中Ｒ　基链的长短对抗菌能力影响较大。　当Ｒ，中碳原子数少于１０或大于１６时，抗菌剂对细　菌的抑制和杀死能力不大；而当碳原子数为ｌ４时，　抗菌剂的抗菌性能最强。Ｒ２为苄基及其衍生物时抗　菌力比为甲基时高得多　ｌ　。交联结构对高分子抗菌　剂的抗菌性能影响也非常大。“和Ｓｈｅｎ等人发现，　可溶性的高分子抗菌剂可以在溶液中将细菌杀灭，而　交联网状结构的高分子抗菌剂通过吸附来捕捉细菌，　这个过程是部分不可逆的Ｅ２ｏ］。李凤艳等　２ｌｊ还考察了　交联结构对高分子抗菌剂抗菌性能的影响，结果表　明。随着高分子载体交联度的升高，杀菌产品的杀菌　率明显降低。　高分子抗菌剂具有性能稳定，杀菌效果显著，不　挥发，易于加工、贮存，不会渗入人或动物表皮的优　点；虽然对它的研究还处于刚刚起步的阶段，但具有　非常广阔的应用前景，近年来受到研究人员越来越多　的重视。　２无机抗菌剂　无机抗菌剂的耐热性好、安全性高、适合添加到　需要较高加工温度的材料中发挥抗菌活性。根据杀菌　作用机理的不同，无机抗菌剂又可以分为溶出型和光　催化型两种。　２．１溶出型抗菌剂　溶出型无机抗菌剂主要是通过物理吸附、离子交　换等方法将某些金属离子附载到多孔介质上制得的。　其杀菌机理是：当微量金属离子接触到微生物的细胞　膜时，因细胞膜带负电荷而与金属离子发生库仑吸　引，使两者牢固结合，导致金属离子穿透细胞膜，进　入微生物内，与微生物体内蛋白质上的巯基发生作　用，使蛋白质凝固，破坏微生物合成酶的活性，并可　能干扰微生物ＤＮＡ的合成，造成微生物丧失分裂殖　能力而死亡　ｌ　。溶出型无机抗菌剂的主要品种包括　以沸石、活性炭、羟基磷灰石等为载体的银、铜、锌　等金属离子无机抗菌剂。太原理工大学的侯文生等　人＿２　以４Ａ沸石为载体，通过离子交换法制出的载银　沸石抗菌剂对大肠杆菌、沙门氏菌均有良好的抗菌性　能，并指出交换液的浓度、反应的温度、反应时间、　ｐＨ值等对沸石的交换性能有较大的影响。叶瑛等　人［∞］制备出的载铜蒙脱石无机抗菌剂能够在２　ｈ内将　革兰氏阴性菌和阳性菌完全杀灭。徐光亮等人Ｅ２４　Ｊ以　天然矿物斜发沸石为载体，利用干湿循环法成功制备　了一种高锌含量的无机抗菌剂；且锌含量为１０．３２％　时，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率均大于　９９．９％　随着研究的深入，人们发现，含有单一金属离子　的抗菌剂达到理想抗菌效果时，所需添加量较大，重　金属离子的含量较高；并且含银离子的抗菌剂极易被　氧化变色，影响产品的外观。因此近年来在多孔介质　上负载两种或两种以上的金属离子制备出的多组分无　机抗菌剂越来越受到人们的青睐。赵月红等人　２　Ｊ研　制了以银离子为主要活性成分，并含有锌离子的无机　抗菌防霉剂，这种新型抗菌剂具有耐高温、抗变色、　高抗菌效率、长寿命的特点。俞波等　２６Ｊ以１３Ｘ沸石　为载体，利用复合离子交换的方法制备了多组分无机　抗菌剂，多种抗菌离子间具有协同的抑菌作用和广谱　抑菌性，其相对抗菌强度优于阳性对照ＡＧＺ．３３０，且　成本较低。　２．２光催化型抗茵剂　光催化型无机抗菌剂的价格极为低廉，且无毒；　主要品种有锐钛型Ｔｉ０２、ＺｎＯ、ＳｉＯ２等。这类抗菌剂　的杀菌原理主要是基于光催化反应：当纳米无机抗菌　剂受到紫外线照射时，可以分解出自由移动的带负电　的电子（ｅ一）和带正电的空穴（ｈ　），电子使空气中　的氧气还原成原子氧，空穴使空气中的水氧化成羟基　自由基，生成的羟基自由基和原子氧具有很强的化学　活性，能够氧化大多数致病细菌，生成ＣＯ，和Ｈ２０，　从而在很短的时间内杀死细菌。美国研究人员利用纳　米ＴｉＯ２和太阳光进行灭菌，他们将大肠杆菌和ＴｉＯ　混　合液在大于３８０　ｎｍ的光线下照射，发现大肠杆菌以　级反应动力方程的速度被迅速杀死。北京化工大学　的徐瑞芬等［　’Ｊ将纳米ＴｉＯ　添加到塑料中，使抗菌塑