管瑛，恽亮，韦恩泽，陈恩坤，厉龙，暴海霞

（苏州市计量测试院 国家空气净化产品及气体检测仪器质检中心，江苏苏州 215000）

微生物是自然生态系统中的重要组成部分，主要包括细菌、病毒、真菌和少数藻类等[1]。在种类繁多的微生物种群中，很多是能够与人类友好共存，为人类生活带来便利的有益微生物，如能够产生青霉素的青霉菌、用于发酵的食品微生物等。但是，微生物种群中也存在着给人类造成困扰的有害微生物，如造成食品腐烂、疟疾等疾病的致病菌，以及进入21世纪以来严重影响人类健康的非典型肺炎病毒（SARS病毒）和目前正在全球肆虐的新型冠状病毒（COVID-19病毒）。随着生活水平的提高和科技的进步，疾病预防、卫生安全、生存环境等微生物与人类健康相关的领域吸引了越来越多的科研工作者的目光，促进了抗菌材料这一研究领域的飞速发展。

抗菌材料是指具有抑菌或杀菌活性的材料，可以有效防止有害微生物的滋生，其中抗菌剂是抗菌材料的核心组成成分[2]。抗菌材料主要分为无机抗菌材料（Inorganic Antibacterial Material，IAM）、有机抗菌材料（Organic Antibacterial Material，OAM）和复合型抗菌材料（Hybrid Antibacterial Material，HAM）3大类。二战时期，抗菌材料被大规模应用于战士的衣服，之后在汽车建材、通信、家电和日用品中又得到了广泛应用，带动了抗菌材料的快速发展[2]。日本是世界上最早启动抗菌材料研究的国家，是目前国际抗菌材料研发和应用的前沿国家[3]。中国抗菌材料的研发始于1998年中科院和海尔集团合作的“抗菌系列家电及抗菌塑料研制应用”项目，自此打开了中国抗菌产业发展大门[4]。目前，抗菌材料已经深入到衣、食、住、行等与人们生活息息相关的各个领域。

本文主要阐述了目前国内外无机抗菌材料、有机抗菌材料和聚乙烯醇（PVA）复合抗菌材料的研究现状及发展趋势。

1 无机抗菌材料

无机抗菌材料通常是指将银、锌等具有抗菌活性的金属离子及金属盐化物通过离子交换、物理吸附及多层包覆等手段与不同载体相结合[5]，具有耐热性能好、安全性能高和抗菌谱广等优点，但也具有抗菌迟效性、银盐、钛系遇光或长期保存下易变色等不足之处[2]。根据不同的作用机理，无机抗菌材料可分为含金属离子型无机抗菌材料和光催化型无机抗菌材料。

1.1 含金属离子无机抗菌材料

大多数金属离子对于细菌、真菌等微生物都可以起到一定的抑制、杀灭作用，在实际的使用中以银、铜、锌等离子及其盐化物为主要的抗菌成分。当微生物与金属离子接触后，金属离子可以穿透细胞膜进入微生物体内，并与生物体内蛋白质及核酸中的硫氮官能团（-SH、-NH2）反应，蛋白质变性使微生物体内相关的酶丧失活性、破坏微生物的物质传输系统、遗传系统、呼吸系统，从而造成微生物的死亡[6]。其中银离子与其他金属离子相比具有较高的杀菌能力和安全性，因此研究最为广泛[7]。孙文恺等[8]制备了对大肠杆菌（E. coli）、金黄色葡萄球菌（S. aureus）及沙门氏菌（Salmonella）有抗菌作用的Ag+、Zn2+和Cu2+负载型抗菌材料，其中抗菌效果最佳的为Ag+负载型沸石材料。

1.2 光催化型无机抗菌材料

光催化型无机抗菌剂通常是指TiO2、Fe2O3、ZnO和SiO2等n型宽禁带半导体氧化物。抗菌作用机制主要是以金属氧化物作为催化活性中心，通过吸收光电子能量，发生电子跃迁产生正电荷空穴，催化空气中的氧气和水蒸气生成强氧化还原能力的羟基自由基和超氧负离子。这些强氧化物质的一部分能直接在生物体内聚集，当浓度达到一定阈值后就能发挥杀菌作用；另一部分与细菌细胞的糖苷、蛋白质和不饱和脂肪酸等物质发生反应，将其氧化分解使细胞的生化反应紊乱，抑制细菌生长和繁殖从而产生抗菌性能[9]。

2 有机抗菌材料

相较于与无机抗菌材料，有机抗菌材料的制备工艺更为成熟，抗菌效果更加显著，但一般具有较强的毒性、耐热性差、过度使用易产生耐药性。根据来源不同，有机抗菌材料可分为天然有机抗菌材料（Natural Organic Antibacterial Material，NOAM） 和合成型有机抗菌材料（Synthetic Organic Antibacterial Material，SOAM）。

2.1 天然有机抗菌材料

天然有机抗菌材料是指通过提取、分离和纯化等手段从动物、植物、微生物及其衍生物中制备的抗菌材料[10]。根据来源不同，天然有机抗菌材料可分为植物源提取物，壳聚糖、溶菌酶等动物源及细菌素等微生物源抗菌材料，具有抗菌范围广、无毒环保、资源丰富及良好的生物相容性等优点，但也具有药效短、耐热性差等缺点[11]。

研究显示，壳聚糖及其衍生物显示出良好的抗菌活性，是一种最常用的天然抗菌材料，但pH值、相对分子质量、脱乙酰度等因素会对其抗菌活性产生影响。其抗菌机理主要有2种观点：一种观点是壳聚糖中NH4

+吸附在微生物表面，在微生物表面形成高分子保护膜，使参与细胞代谢的营养物质的运输过程受阻，从而起到杀菌作用，同时壳聚糖也能够改变细胞膜的选择性，造成壁膜分离导致细胞质流失，进而杀灭细菌[12]；另外一种观点是壳聚糖进入细胞会产生絮凝作用，并与微生物的遗传物质发生反应，干扰相关蛋白的转录翻译过程，影响微生物的生长[13]。

2.2 合成型有机抗菌材料

常用的有机抗菌材料主要有季胺盐类、有机酸类、醇类和酚类等物质，其抗菌机制主要是抗菌材料通过结合微生物细胞膜表面阴离子进入细胞内部，或者是与-SH反应导致蛋白质变性，阻碍细胞膜的合成，抑制微生物的生长繁殖，从而起到抗菌效果[14]。ZHOU等[15]设计了季铵化NCC晶体，发现过长的肽链增加了聚合物的疏水性从而导致其抗菌性能的减弱。

3 PVA复合抗菌材料

近年来，聚乙烯醇（PVA）抗菌材料的开发成为人们研究的热点，具有独特的可生物降解性和优异的抗菌性。PVA是聚乙酸乙烯酯发生皂化反应生成的高分子有机化合物，分子链内含有大量-OH，可交联形成大分子网络结构，该结构是其具有良好抗菌活性的结构基础。WANG等[16]采用超声辐照法，制备了硫化铜/聚乙烯醇-壳聚糖（CuS/PVA-CS）纳米复合材料，该复合材料对多种致病菌均起到良好的抑菌作用。EGHBALIFAM等[17]通过溶液浇铸法制备了聚乙烯醇/海藻酸钠/银纳米粒子（PVA/SA/Ag）薄膜，并在不同的γ辐照剂量和银浓度下，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均表现出较强的抗菌活性。

4 结语

社会的发展进步大大提升了人们的生活水平，与此同时，人们的健康意识和环保意识也在不断提升，人们在为营造健康的生活环境而不懈努力，这在很大程度上促进了抗菌材料行业的发展。为了满足人们日益增长的对抗菌材料的需求，开发研制高效持久、安全稳定、成本低廉且易获取的抗菌材料是今后的发展方向。其中有机/无机复合抗菌材料因其兼有无机抗菌材料的稳定性和有机抗菌材料的高效性将会成为研究的热门方向。目前，抗菌材料产业在我国仍属于新兴产业，处于快速发展阶段，在社会高质量、可持续发展的大背景下，抗菌材料的研发和应用必将展现出蓬勃的生机。