王誉茜+纪丁琪+翟丽华+孙刚+房岩

摘 要：生物材料是常被应用于人工器官、外科修复、诊断、治疗疾病等新型材料，广泛的应用于人们的生产生活中，极大改善了人们的生活水平和状态，本文主要综述了常用生物材料抗菌性的最新研究进展，为生物抗菌材料的制备提供理论基础和实验依据。

关键词：生物材料；抗菌；无机金属氧化物；纳米金属

中图分类号：R318.08 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170532002

引言

生物材料是指可以应用于医疗的高技术材料，因其具有人体组织不会产生不良影响，常被应用于人工器官、外科修复、诊断、治疗疾病等。作为研究人工器官和医疗器械的基础材料，生物材料己成为材料学科的重要分支，各国科学家将其作为研究和开发的热点。

常见的生物材料可以分为3类：随着医学和生物学发展所产生的生物高分子材料，总称为生物医用高分子材料。这类生物材料是使用最广泛且使用量最大的，同时其发展速度也是最快的一种。依据材料的性质可以分为非降解性和降解性2类；生物陶瓷材料，其主要优点是化学性质稳定，无毒副作用，植入机体内不会发生排异反应；生物医用金属材料，因其具有机械强度高和抗疲劳性能，临床上主要用于修复或替换人体的硬组织，是应用广泛的承力植入材料。

新材料新技术广泛被应用在人们的生产生活中，极大的改善了人们的生活水平和状态。同时人们对生活环境安全和高分子材料抗菌卫生等方面给予了高度重视，这些生物材料制品的放置环境，为细菌的滋生提供了良好的条件。因此，优化生物材料的抗菌性十分必要，主要改良生物材料抗菌性的方法是添加抗菌劑，本文主要综述了常用的添加抗菌剂增强生物材料抗菌性的方法研究的最新进展，为今后生物材料更好的应用于临床提供理论参考。

1 常用抗菌剂

1.1 纳米银系抗菌剂

21世纪，纳米技术被应用到各个领域，其中纳米银作为新型的纳米材料，具有催化、防腐、抗菌的作用，而且纳米银具有极大的比表面积，广谱抗菌性更是优于普通的单质银，同时对细菌不产生耐药性，应用于医学领域，极少量则可以具有很强的灭菌作用，是一种稀有的无机杀菌材料[1]。同时，在纳米银抑菌的过程中，当细菌死亡后，Ag+可以从已经被杀死的细菌中游离出来，进一步与其他细菌结合并将其致死。

纳米银具有极大比表面积和化学性质活泼，在制备过程中容易吸附有害的化学物质而具有毒性，并且极易被氧化成Ag2O而丧失活性。因此常用的方法是将纳米银与生物材料基物相融合，提高纳米银的分散性，以提高复合材料的抗菌性。

在21世纪，膜分离技术被应用的越来越广泛，但是随着分离过程的进行，微生物会附着在膜表面或者沉积到膜孔中，并繁殖和生长，造成生物膜的污染，缩短膜的使用寿命，影响了其膜的应用和进一步的推广。陶瓷Al2O3是常用的滤膜材料，因此有学者采用直接浸渍法对Al2O3膜表面进行抗菌处理，制备载银陶瓷微滤膜。制备的复合膜的抑菌效果良好，大肠杆菌和金黄葡萄球菌的培养基上有明显的抑菌圈，而且杀菌率达到99. 99%[2]。然而赵阳[3]等人进一步改良，采用化学气相沉积方法在Al2O3基体上生长多壁碳纳米管，而后将纳米银负载于其表面，形成Ag@MWCNTs/Al2O3膜。而且进行动态、静态和实际空气中的微生物拦截过程，结果表明，该种聚合膜可以100%实施拦截大肠杆菌、枯草芽胞杆菌和黑曲霉，在120min时的抗菌率达到99.87%以上，在空气净化中效果极佳。

1.2 纳米二氧化钛

纳米TiO2也是无菌杀菌剂中较为理想的一类，具有长效的杀菌效应。在固定矫治患者口腔中，可能会在托槽周围有大量菌斑堆积，而纳米TiO2具有持久的抗菌性被加以利用，但是TiO2的抗菌效果是在光催化作用下发挥的，但李振霞[4]等人研究表明，在托槽粘接剂中加入的纳米TiO2，虽然光照受到限制，但仍然发挥了一定的抗菌效果，而且并没有影响其粘接性能，这可以推测纳米TiO2对粘接剂的改性是可行的。

金属Ti及其合金与在骨科生物组织材料中具有优越的生物相溶性、生物弹性和耐腐蚀性，常被应用在骨科领域。但是骨修复材料置入人体，致病细菌会黏附在植入物表面并持续存在。这类感染不易被抗生素控制，因此将抗菌剂负载在生物材料上效果更佳。实验证明，将万古霉素及羟基磷灰石负载上TiO2上具有良好的抗菌性，同时可以起到控制药物的缓释功能。

TiO2的抗菌作用原理可能是TiO2在阳光照射下发生电子激发跃迁，其中光生电子或光生空穴会与细菌的细胞膜或细胞内组分反应而导致细胞死亡；另一说法，这种光生电子或空穴可以与水或空气中的氧反应，生成活性氧类，进攻细胞内组分，发生生化反应而致细胞死亡[5]。

1.3 纳米氧化锌

纳米氧化锌（ZnO）具有良好的生物相溶性，而且对细胞毒性很低，常被应用在精细化学品和医用方面。与TiO2相比，ZnO在无光照条件下仍然具有较好的抗菌作用，因此ZnO比其他的抗菌剂更具有良好的应用前景。

将ZnO制成涂层，探究其对细菌的抑制作用，ZnO形貌和尺寸可以影响其抗菌活性，不同形貌下的氧化锌在抗菌活性上表现出较大的差异[6，7]。ZnO纳米棒阵列涂层具有良好的亲水性，并且对金黄色葡萄球菌具有较好的抗菌效果。

目前，关于纳米ZnO抗菌或杀菌的主要机制有如下几种可能：有游离Zn2+的释放，达到杀菌目的，并且在杀灭细菌后的Zn2+可以从细胞中游离出来，继续起到杀菌作用；纳米粒子和菌体表面相互作用，破坏细菌的细胞壁，使菌体的内容物释放；产生活性氧，纳米粒子诱导产生活性氧，在病菌内产生一系列的化学反应，如能导致菌膜破损，最终导致细菌死亡。

2 展望

目前，生物材料的应用越来越广泛，但是其植入体内或者用作滤膜等总会受到各种各样的病菌干扰，而且现在病菌对药物的抗性越来越严重。如果能在生物材料本体上改良抗菌效果，既可以控制成本造价，也可以抵抗病菌的抗药性，常用的方法是在生物材料表面添加抗菌剂，改良其抗菌性。这些添加的金属氧化物代表对许多细菌、真菌和病毒都有一定的作用，进一步研究其杀菌抗病毒机制有利于拓展生物材料的使用范围。同时也可能替代禁用抗生素，并减少病菌抗药性的发生。有关改良生物材料抗菌性的研究仍属于热点方向，拓展其应用领域，使各种抗菌剂的优势都得以发挥，为生物材料的制备提供理论基础和实验研究依据。

参考文献

[1]张璇，闫欣，黄天地，等.GO-nAg复合材料的制备及其抗菌性能研究[J]. 材料导报，2016，30（12）：18-21.

[2]吴蓓蓓，林钰青，邱鸣慧，等.载银陶瓷膜的制备及其抗菌性能[J].南京工业大学学报（自然科学版） 2016，6（38）：63-69.

[3]丁志杰，马忠友，郭雨，等.板状SBA-15载银抗菌剂的合成及其抗菌性能[J].材料导报，2015，29（24）： 23-26.

[4]张杭州，田昂，梁庆威，等.万古霉素/羟基磷灰石/二氧化钛纳米管的抗菌性能[J]. 中国组织工程研究，2016，20（25）：3732-3737.

[5]徐胜平，王升启，刘琪琦. 纳米抗菌剂抗菌性能研究进展[J].生物技术通讯，2016，27（6）：870-873.

[6]张恋，杨浩.氧化锌纳米棒阵列涂层的制备及其抗菌性能研究[J].武汉工程大学学报，2016，38（3）：236-239.

[7]徐晓玲.氧化锌抗菌及降解有机污染物活性研究[D].西南交通大学.2007.