纳米银抗菌剂性能评价和应用现状综述

2015-02-20张然安徽新华学院药学院安徽合肥230088

长江大学学报(自科版) 2015年25期

张然（安徽新华学院药学院，安徽合肥230088）

吴安琪（合肥杰事杰新材料股份有限公司，安徽合肥230601）

施伶俐（安徽新华学院药学院，安徽合肥230088）

纳米银作为一种普通无机抗菌剂添加应用于塑料制品中形成纳米银塑料，使塑料具有抗菌和杀菌的能力，可以避免由于使用塑料制品而引起的交叉感染，对保障人类身体健康和提高生活品质有着十分重要的意义。由于纳米银具有其他无机类抗菌剂无法比拟的优良抗菌效果及安全性，因而是一种具有长效性和耐候性的抗菌剂。下面，笔者对纳米银抗菌剂的研究和应用情况进行综述。

1 纳米银抗菌剂简介

1．1 纳米银抗菌剂的定义

纳米银是以纳米技术为基础而研制的新型抗菌材料，是粒径在1～100nm 的金属银微粒组成的粉体。因其粒径超细，表面积大，所以具有明显的表面效应，杀菌作用是普通银的数百倍。由于纳米尺度金属银的表面电子特性，可以与细菌内部的吸电子基团结合形成配体，进一步增强了抗菌效果［1］。

1．2 纳米银抗菌剂的抗菌机理

纳米银由于特殊的表面效应、小尺寸效应和宏观的量子隧道效应，可以轻易地进入病原体，且纳米银具有粒径尺寸小、表面积大等特点，使得其表面活性增强，同时具有很强的穿透力［2］。

纳米银抗菌剂的抗菌作用主要包括3个环节［3，4］：抗菌剂与致病细菌代谢酶中的巯基结合，使代谢酶失去活性；抗菌剂与暴露的细菌的细胞壁发生肽聚糖反应之后形成可逆复合物，该复合物阻碍了细菌将氧气和能量运输进入细胞内部；抗菌剂与致病菌的DNA 结合，导致DNA 的结构变性，最终抑制DNA 复制。

1．3 纳米银抗菌剂的抗菌优越性

一般来说，有机抗菌剂具有抗菌范围广抗菌剂数量较多、杀菌速度快等特点，但是使用有机抗菌剂的毒副作用相对较大，使用寿命短且有机抗菌剂容易水解。天然抗菌剂大多都是安全性高的材料，但天然抗菌剂的使用寿命普遍短，耐热性差，不易进行再加工处理。纳米银作为一种典型的纳米金属抗菌材料，抗菌能力是普通银的数百倍，尤其对于致病的球菌、杆菌和丝菌的杀灭作用远远大于传统的银离子杀菌剂。由于纳米银抗菌剂的抗菌能力优异，且具有广谱抗菌性、安全性高和持续性好等特点，因而引起了广大研究者的关注。

2 纳米银抗菌剂的制备方法

纳米银抗菌剂的制备方法一般分为2种，即直接制备法和间接制备法。

2．1 直接制备法

直接制备法指直接从简单的金属银单质制备纳米银颗粒，可以分为真空气体冷凝法、激光高温燃烧法、溅射法和机械研磨法等［5］。直接制备法可制备大量的纳米银颗粒，且纳米银颗粒纯度比较高，但是这些制备方法需要在低压惰性气体及非常专业的设备的条件下完成，而且原料的成本价格高。

2．2 间接制备法

间接法又称为还原法，即将银离子通过还原得到纳米银颗粒，根据还原方法、还原剂及原理的不同，可以分为物理法、化学法和生物法。

1）物理法该方法是通过物理方式制得纳米银颗粒，杂质少，质量好，但是对生产仪器设备的要求高，生产成本高，很难实现大规模生产。主要有光量子还原法、激光高温燃烧法、高压磁控溅射法和声致法等。

2）化学法使用化学法合成的纳米银主要运用于对纳米银性能要求较高的电学、光学和生物医学等领域，其关键在于如何控制纳米银颗粒粒径，粒度分布及颗粒晶形结构［6］。化学方法主要包括电化学还原法、光化学还原法和液相化学还原法等。

3）生物法生物法是指利用微生物体系制备纳米银颗粒，大致分为酶催化法和非酶还原法。该方法制备的纳米银颗粒具有很好的敏感性，对金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌都有很好的抑菌作用［7］。生物法所需的原料来源广，原料易得且价格低廉，绿色环保，反应所需的条件温和，但是该方法还原能力弱，引入细菌导致纯度不高，所以寻找更加高效的还原剂是重要的突破点。

3 纳米银抗菌剂的性能评价

纳米银作为一种新型的塑料抗菌剂，其抗菌性能是人们十分关注的问题，其抗菌剂性能评价包括5个方面，即抗菌能力、细菌的耐药性、耐光性、耐热性和缓释性能。

3．1 抗菌能力

抗菌能力主要由最小杀菌质量浓度（MBC）、最低抗菌质量浓度（MIC）及杀菌率3个指标决定。MBC是指导致细菌死亡的抗菌剂的最小质量浓度，浓度越小，说明抗菌剂的杀菌效果越好。MIC 是指细菌终止分裂增殖的最低抗菌剂质量浓度，浓度越低，说明抗菌剂的抗菌能力越强。杀菌率是指在给定的时间内，一定浓度的抗菌剂在一定浓度的菌液中的杀菌数量，由此评价抗菌能力。试验表明，纳米银抗菌剂具有广谱的抗菌特点，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌和革兰氏阴性菌等多种细菌具有优异的抗菌能力［8］。

3．2 细菌的耐药性

要求纳米银抗菌剂能够反复多次地杀灭同一种细菌，即细菌不产生耐药性。一般用容易获得耐药性的金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌等作为试验菌种，反复测定其最低抗菌剂质量浓度（MIC），最终该值无明显提高，表明细菌不产生耐药性［9］。

3．3 耐光性

银离子在光照条件下容易被还原变成银单质，不仅抗菌效果减弱，同时棕色的氧化银也会影响塑料制品的颜色外观，而纳米银抗菌剂可以解决上述问题，表明其具备一定的耐光性。

3．4 耐热性

纳米银具有耐高温的性质，符合塑料制品加工过程中的加工的温度要求，热分析（TG－DTA，空气气氛，5℃／rain）结果表明，加热过程不产生水分等挥发物，无热失重，耐热性优异［10，11］。

3．5 缓释性能

缓释性能主要通过不同时间内单位质量的抗菌剂在水中释放的抗菌离子数量来表示，且要求抗菌离子的析出速度达到相对稳定的状态。纳米银抗菌剂中抗菌离子能够在较长时间内均匀释放，遇到水时分散性好，不团聚，可保持较长的抗菌能力，说明抑菌效果彻底。

4 纳米银抗菌剂在塑料领域的应用

4．1 增韧增强作用

目前有多种方法来提高塑料的增韧增强作用，添加传统的普通无机抗菌剂虽然可以提高刚性和耐热性，但往往使得塑料韧性下降。近几年来，纳米技术的出现给塑料改性方面提供了更多的有益信息。由于纳米银离子粒径小，表面积大，表面活性中心多，可以与塑料基体紧密结合，且粒子不容易与基体脱离，能够抵抗外界的压力，因而达到了增韧增强的效果［12］。

4．2 抗老化性

塑料的抗老化性能较差，在280～400nm 的紫外线作用下会发生老化。由于纳米银离子的小尺寸效应，其表面微孔可以吸收紫外线，因而添加纳米银抗菌剂的抗菌塑料，可以在一定程度上通过反射紫外线来获得抗老化的效果［13，14］。

4．3 功能化

在塑料中添加普通抗菌剂（如有机抗菌剂、无机抗菌剂）后的抗菌效果并不是很明显，而在塑料中添加纳米银抗菌剂，可以使塑料制品具有持久的抗菌性能。需要指出的是，含有纳米银抗菌剂的塑料制品不仅具有抗菌能力，还具有很好的防垢能力，这样可以充分保证塑料制品的清洁度。

4．4 通用塑料的工程化

通用塑料具有应用广、产量大和价格低等特点，在通用塑料中加入纳米银后可以达到工程塑料的标准，这样能够降低生产成本，从而可以获得更好的经济效益。

5 纳米银抗菌剂的发展前景及展望

塑料制品加工过程中会经过高温加工处理，所以要求作为塑料添加剂的抗菌剂必须具有良好的耐热性，纳米银以特有的结构效应及作为普通无机抗菌剂的特点，成为塑料用抗菌剂的首选，其应用前景广泛。此外，纳米银作为一种新兴纳米材料，在生物领域表现出多方面的特性，所以在临床疾病的治疗和预防上具有重要意义。由于纳米银既具有小尺寸效应、量子效应、表面积效应等特征，又具有抗菌剂的安全性高、耐热性能好、抗菌范围广和持续杀菌时效长等优势，因而在有关涉及医疗器械及生活用品的塑料制品中得到广泛应用。但是目前还存在一些问题，如制备纳米银抗菌剂的机械设备还需改造、如何完善纳米抗菌材料、怎样使得纳米银粒子达到纳米级别的分散等，这些都需要进一步研究。相信随着科学技术的不断进步，对纳米银抗菌剂的研究将会不断深入，从而研制出更多纳米银系列抗菌材料，并尽可能降低制备成本，最终造福于社会。

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［3］曲锋，许恒毅，熊勇华，等﹒纳米银杀菌机理的研究进展［J］．食品科学，2010，3 （17）：420～424．

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［5］孙倩，李明春，马守栋．纳米银抗菌活性及生物安全性研究进展［J］．中国药事，2013，27 （8）：842～846．

［6］孙振玲，刘俊龙．抗菌塑料的制备及应用研究进展［J］．塑料科技，2007，35 （10）：102～107．

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［8］刘芳，张钟，陈凤英．纳米银抗菌材料的制备及其抗菌性能研究［J］．中国消毒学杂志，2012，29 （12）：1063～1065．

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［10］杨玉旺，刘敬利．纳米银研究和应用新进展［J］．工业催化，2003，11 （12）：7～12．

［11］徐瑞锟．纳米抗菌材料的研究进展［J］．辽宁化工，2013，42 （4）：371～378．

［12］样娜，严玉蓉．银系抗茵剂及其在纺织材料中的应用［J］．化纤与纺织计划，2004，3 （1）：20～23．