高分子抗菌劑的應(yīng)用

1、精品文檔高分子抗菌劑的應(yīng)用摘要：綜述了季銨鹽類抗菌劑、季膦鹽類抗菌劑、有機錫類抗菌劑、鹵代胺類抗菌劑、胍鹽 類抗菌劑、殼聚糖及其衍生物類抗菌劑等高分子抗菌劑的制備、抗菌性能、抗菌機理及其在 各個方面的應(yīng)用的研究進展，并對這些高分子材料抗菌劑的應(yīng)用和今后的發(fā)展作了展望。 關(guān)鍵詞：抗菌劑；抗菌高分子；高分子材料；季銨鹽 引言高分子抗菌劑也稱抗菌高分子，人們根據(jù)天然高分子的抗菌機理開始模仿合 成具有抗菌性能的高分子。高分子材料抗菌性能的獲得，是通過向其中添加抗菌 劑制成復(fù)合材料或?qū)Ω叻肿硬牧线M行表面處理實現(xiàn)的。合成高分子抗菌劑可以克 服天然抗菌劑耐熱性差等缺點，通過熔融共混得到抗菌材料。抗菌劑指能夠

2、在一 定時間內(nèi)，使某些微生物（細(xì)菌、真菌、酵母菌、藻類及病毒等）的生長或繁殖 保持在必要水平以下的化學(xué)物質(zhì)?？咕鷦┦蔷哂幸志蜌⒕阅艿奈镔|(zhì)或產(chǎn)品。 抗菌劑作用在于影響微生物菌絲的生長、孢子萌發(fā)、各種籽實體的形成、細(xì)胞的 透性、有絲分裂、呼吸作用、細(xì)胞膨脹、細(xì)胞原生質(zhì)體的解體和細(xì)胞壁受損壞等， 使微生物細(xì)胞相關(guān)的生理、生化反應(yīng)和代謝活動受到干擾和破壞，殺死或抑制微 生物的生長繁殖 1 。隨著社會快速發(fā)展和人們生活水平的提高，越來越多的人發(fā)現(xiàn)細(xì)菌、霉菌等 有害微生物嚴(yán)重危害著人的自身健康、生活質(zhì)量與居住環(huán)境 .過去發(fā)生的種種事件 足以證明有害微生物已經(jīng)危害到人類生存基地地球，因此如何防止細(xì)菌對人

3、 體的危害，加強抗菌知識和擴大應(yīng)用領(lǐng)域顯得極其迫切，并得到了進一步的重視 2。o抗菌劑包括無機抗菌劑、有機抗菌劑、天然抗菌劑和高分子抗菌劑等四大類。本文主要討論高分子抗菌劑的應(yīng)用及其發(fā)展。正文一、高分子抗菌劑高分子抗菌劑是近些年興起的抗菌劑品種，目前研究和使用主要集中于高分 子季銨鹽、季鏻鹽等。高分子抗菌劑主要是通過帶官能團單體的聚合反應(yīng)或以接 枝的方式在高分子鏈上引入抗菌官能團而獲得抗菌性能的。高分子抗菌劑由于其高效殺菌、殺菌時效性長等優(yōu)點，日益受到人們的廣泛 關(guān)注。目前研究和使用的高分子抗菌劑主要有季銨鹽類、季膦鹽類、吡啶鹽類、 有機錫類和胍鹽類，它們都具有一定地殺菌效果 3 。隨著人們對

4、生活質(zhì)量要求的提高，人們對服裝、衛(wèi)生用品、日用品、食品包 裝等耐用消費品的抗菌性也有了較高的要求。另外，在公共場所適當(dāng)?shù)厥褂每咕?產(chǎn)品，可以有效地抑制細(xì)菌的生長，防止細(xì)菌的傳播和感染。面對日益增長的對 抗菌材料的需求，抗菌材料的研究也越來越多地受到關(guān)注，更多安全、高效、廉 價的抗菌劑和抗菌產(chǎn)品被開發(fā)出來。高分子抗菌材料就是其中重要的一種。對于 低分子抗菌劑的抗菌活性已經(jīng)有了較多的研究，人們發(fā)現(xiàn)帶有長鏈烷基的季銨鹽 基團就具有很強的抗菌性能，但是低分子抗菌劑存在易揮發(fā)、不易加工、化學(xué)穩(wěn) 定性差等缺點。帶有抗菌基團的有機高分子化合物恰好可以克服上述缺點，而且 高分子抗菌劑不會滲透進人的皮膚， 同時

5、還具有比小分子抗菌劑更好的抗菌性能。 因此高分子抗菌劑的合成和應(yīng)用正成為當(dāng)今研究和開發(fā)的一個熱點4。按照抗菌基團的不同，目前研究得較多的高分子抗菌劑有季銨鹽、季膦鹽、有機錫、鹵代 胺、胍鹽、殼聚糖及其衍生物等 6 種。二、高分子抗菌劑的應(yīng)用1、季銨鹽類抗菌劑對季銨鹽作為抗菌基團的抗菌劑研究較多 ,這類抗菌劑的抗菌力和毒性隨結(jié)構(gòu) 變化的一般規(guī)律是：同類季銨鹽抗菌劑含短烷基鏈的毒性要比長的大；在烷基鏈 長相同時 ,帶芐基的毒性要比帶甲基的小；單烷基的毒性要比雙烷基的大?？扇苄?的高分子抗菌劑可以在溶液中將細(xì)菌殺滅，而交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子抗菌劑通過 吸附來捕捉細(xì)菌，這個過程是部分不可逆的。高分子抗菌

6、劑的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以及抗菌 基團的分布對抗菌活性有很大的影響 5 。季銨鹽類抗菌劑價格低廉、抗菌速度快、實用性強、發(fā)展較快。其抗菌機理 存在四個關(guān)鍵步驟：吸附于帶負(fù)電的細(xì)菌細(xì)胞表面、侵入細(xì)胞壁、與細(xì)胞膜結(jié)合 和摧毀細(xì)胞膜。將季銨鹽接枝到棉纖維中使改性后的棉具有更高的抗菌活性；季 銨鹽還可接枝與塑料等多種材料中賦予材料抗菌性能 6 。目前季銨鹽類抗菌劑被廣泛地應(yīng)用于陶瓷、玻璃制品、凈水器、塑料、橡膠、纖維、紙張、涂料等方面 ,如冰箱、洗衣機、電話機、等地抗菌塑料部件、抗菌牙 刷、食品包裝抗菌袋、各種抗菌衣服等。材料的種類及功能也在向多元化發(fā)展,即除抗菌外 ,還有去污、除臭、保健等功能。例如：(1) 在

7、抗菌織物中的應(yīng)用：一種有機硅季銨鹽抗菌整理劑，是以氨乙基氨 丙基二甲氧基硅烷為原料，與油酸甲酯進行酰胺化反應(yīng)制備油酰胺乙基氨丙基硅 烷中間體，然后用硫酸二甲酯季銨化制得有機硅季銨鹽抗菌整理劑油酰胺乙基二 甲基氨丙基硅烷季銨鹽 ASQA ，將其配制成一定濃度的溶液，將純棉布放入其中 浸漬后，制成抗菌整理純棉布，經(jīng)抗菌劑整理后的棉布具有一定的耐洗性，具有 持久的抗菌作用。一種殺菌布，其殺菌成分主要為含硅季銨鹽的抗菌整理劑處 理而成的抗菌布，具有較強殺菌效果。合成的季銨鹽類改性氨基硅油抗菌衛(wèi)生 整理劑的性能，并將其應(yīng)用到抗菌布中。經(jīng)有機硅季銨鹽抗菌衛(wèi)生整理劑整理的 布具有較好的抑菌效果，并且抑菌率較

8、高。性能測試結(jié)果表明，其柔軟性能有很 大的提高，撕破強度基本保持不變，可廣泛適用于純棉、羊毛、混紡織物，具有 很好的超柔軟整理效果。(2) 在水處理中的應(yīng)用：一種新型非氧化性殺菌劑TS-838,其主要成分為 雙季銨鹽，其對水中異養(yǎng)菌和硫酸鹽還原菌有較好得殺滅效果，其殺菌性能優(yōu)于傳統(tǒng)的單季銨鹽殺菌劑。以天然高分子植物膠粉為原料，經(jīng)季銨鹽改性后，制 得具有絮凝、緩蝕、殺菌等多功能的水處理藥劑。經(jīng)研究表明，其對硫酸鹽還原 菌的殺滅作用較強，殺菌率可達 99.9%。且具有較好的絮凝、緩蝕作用，可達到 一次投藥同時滿足絮凝、緩蝕、殺菌三種水質(zhì)要求。(3) 在造紙方面的應(yīng)用：季銨鹽型陽離子表面活性劑作為表

9、面活性劑的重要組成部分，成為造紙化學(xué)品不可缺少的重要成分，在造紙的各個工序中都起到了 很大作用。紙漿從制漿工段到造紙工段要經(jīng)過很多的工序和時間，為了防止期間 的原料出現(xiàn)生物繁殖，產(chǎn)生腐漿，一般加入十六烷基三甲基溴化銨等季銨鹽陽離 子表面活性劑來進行殺菌防霉，效果很好。造紙過程中產(chǎn)生的大量的污水必須進 行處理，季銨鹽在處理廢水時除了具有絮凝劑的作用外，還可起到殺菌的作用， 如十八烷基三甲基氯化銨等陽離子表面活性劑。另外，季銨鹽型陽離子表面活性 劑在紙張制造過程的抗靜電、樹脂障礙控制，防腐等方面也都具有一定的作用7。2、季膦鹽類抗菌劑季膦鹽類高分子抗菌劑的抗菌活性不僅比相應(yīng)的小分子高，而且要比相同

10、結(jié) 構(gòu)的季銨鹽型高分子抗菌劑高出兩個數(shù)量級。相較于季銨鹽，季膦鹽適用范圍更 廣、更容易吸附細(xì)菌細(xì)胞、更穩(wěn)定，與一般的氧化還原劑以及酸、堿等都不發(fā)生 反應(yīng)。對季膦鹽上不同的取代基抗菌活性的研究表明， 含有較長鏈 （辛基 ）的化合物 有特別高的抗菌活性，可能是憎水性的提高有利于提高對細(xì)菌的殺滅力 8 。所以 季膦鹽更是一種高效、廣譜、低藥量、低發(fā)泡、低毒、強污泥剝離作用的殺菌劑。 北京石油化工科學(xué)研完院研制的 RP-71 藥劑就是季膦鹽類殺菌劑。3、有機錫類抗菌劑 通過測定抑菌圈的大小對單體和共聚產(chǎn)物的抗菌性能進行了考察。 研究表明， 含有機錫基團的抗菌劑對于革蘭氏陽性細(xì)菌，尤其是對金黃色葡萄色球

11、菌有著很 好的殺滅率。對革蘭氏陰性細(xì)菌的殺滅率相對較低。單體共聚后，由于抗菌基團 濃度下降，抗菌活性也隨著下降。4、鹵代胺類抗菌劑 鹵胺類聚合物的抗菌活性較高，既能釋放強氧化性的鹵素陽離子到微生物體 內(nèi)，破壞細(xì)胞壁酶的活性和代謝過程，也能通過與細(xì)菌的直接接觸而發(fā)揮抗菌活 性。鹵代胺類抗菌劑不溶于水，而且在水中氯溶解量小于1mg/L,所以可以用于凈化飲用水。這種抗菌劑最大的優(yōu)點就是安全性好，并且在使用后，可以通過鹵 化處理重新活化 9。對天然紡織品進行處理得到抗菌紡織品，可抵御細(xì)菌、病毒、 真菌、霉菌及芽孢等，且處理后的纖維對大腸桿菌具有很好的殺菌效果。隨著研 究的深入，鹵胺化合物在抗菌紡織品方

12、面的應(yīng)用技術(shù)越來越成熟。目前，美國的 某個公司已經(jīng)對這類型的紡織品進行工業(yè)化生產(chǎn)，主要包括廚房抹布、廚房毛巾、 浴室毛巾、床上用品、內(nèi)衣和內(nèi)褲、襪子、清潔用擦布等 10 。5、胍鹽類抗菌劑 胍及其衍生物具有很好的抗菌性能，并在醫(yī)療、農(nóng)產(chǎn)品防護、食品和日用品等方面被廣泛使用。胍鹽類抗菌劑有較好的抗細(xì)菌和真菌效果。這種抗菌劑可以 耐250C的高溫，對多種細(xì)菌和真菌仍具有很好的殺菌效果，因此可以用于聚丙烯、 尼龍等聚合物的抗菌處理，因此可以作為PE、PP、PA66等高分子材料的添加劑11。6、殼聚糖及其衍生物類抗菌劑 殼聚糖具有廣譜抗菌性，且殼聚糖具有微細(xì)的小孔結(jié)構(gòu)，有毛細(xì)管作用，可 以迅速散發(fā)吸收

13、的汗液，使細(xì)菌不易附著并滋生，從而增強了抗菌的效果。殼聚 糖對皮膚沒有刺激 ,安全性高，且具備生物相容性，因而被廣泛用于食品加工及醫(yī) 藥行業(yè)。但由于殼聚糖在堿性條件下溶解性較差，因此限制了它的應(yīng)用。在殼聚 糖的胺基上接上了不同長度的烷基，制備了一系列的殼聚糖季銨鹽衍生物。由于 殼聚糖的衍生物在酸性和堿性條件下都可溶，因此有著更廣泛的應(yīng)用。對抗菌性 能的研究表明經(jīng)過改性的殼聚糖抗菌活性有所提高，而且抗菌活性隨著烷基鏈的 增長而增加 12。殼聚糖及其衍生物類抗菌劑在醫(yī)藥方面的應(yīng)用：藥用載體、緩釋 制劑的輔料；作為制備緩釋骨架片劑的輔料；用于止血和傷口保護、抗腫瘤、抗 凝血活性、抗血栓性的醫(yī)用材料等

14、 13 。三、高分子抗菌劑的其它應(yīng)用 當(dāng)今抗菌材料的研究與開發(fā)的熱點之一就是高分子抗菌材料的合成與應(yīng)用。高分子抗菌劑的定義是，以共價鍵的方式使帶抗菌基團的前體結(jié)合到目標(biāo)聚合物 中而得到的，在有機類抗菌劑中雜環(huán) N-鹵代胺抗菌劑已被證明是一類強殺菌和滅 菌的抗菌劑。目前，抗菌高分子材料已應(yīng)用于食品包裝、醫(yī)療器械、服裝、家電等多個領(lǐng) 域。小分子抗菌材料存在著相容性和分散性差等缺點，通過細(xì)化高分子材料微粒 而促進與其它高分子材料的不相容性和分散性等。含抗菌劑的高分子材料除了可 應(yīng)用于食品包裝外，還可廣泛應(yīng)用于非食品產(chǎn)品，如個人衛(wèi)生器具（手套） 、衛(wèi)浴 設(shè)施（浴缸）、機件器材、室內(nèi)天花板墻壁、醫(yī)藥用品

15、、環(huán)保產(chǎn)品或一般消費產(chǎn)品 等。包裝材料含菌能力是活性包裝的一種，活性包裝材料的種類很多，有脫氧、 分解膽固醇、乳糖分解酵素、微生物檢測與顯示，毒素檢測、溫度時間感測、控 濕及氣調(diào)等作用。 抗菌高分子包裝材料可選用的材料也很多，有可產(chǎn)生過氧化物 的薄膜，可釋放二氧化氯或乙醇的高分子材料等，目前有些材料已有商業(yè)化的應(yīng) 用。生物活性包裝也可應(yīng)用于食品風(fēng)味、色澤的改進，以及貨架期的延長。抗菌 高分子材料對許多微生物，如沙門氏菌、葡萄球菌及大腸桿菌等污染皆能有效抑 制，其抑菌效能可重復(fù)使用 5 次以上。未來抗菌包裝材料亦可配合 GMP 作為食品 包裝技術(shù)的抑菌因子之一。將抗菌劑結(jié)合于聚苯乙烯樹脂材料，具

16、有抑制大腸桿菌生長的作用，且可以 減少病原菌的生存。在不同的 pH 值，其抑菌能力會有改變， pH 值愈低其病原菌 量愈少。四、高分子抗菌劑的優(yōu)勢低分子抗菌劑的研究已經(jīng)頗為成熟，但存在著易揮發(fā)、不易加工、化學(xué)穩(wěn)定 性差、毒性較大、對環(huán)境污染較大、釋放難以控制以及時效短等缺點。相對于低 分子有機抗菌劑來說，高分子抗菌劑具有性能穩(wěn)定、不易揮發(fā)、使用壽命長、易 于加工存放、不會滲入人或動物皮毛等優(yōu)點。比較了高分子抗菌劑和低分子抗菌 劑在作用方式上的區(qū)別，說明了高分子抗菌劑具有抗菌活性和選擇性強、效果持 久、安全無毒等優(yōu)點，具有良好的研究價值。五、高分子抗菌劑的發(fā)展趨勢高分子抗菌劑因其低毒性、穩(wěn)定性、

17、抗菌持久性及便于改性等特點，將會得 到更廣泛的應(yīng)用。1、由于季膦鹽類抗菌劑正逐步取代季銨鹽類抗菌劑成為新型高效低毒抗菌劑， 因 此，將季膦鹽接枝到各種高分子材料上得到高分子季膦鹽類抗菌這一產(chǎn)業(yè)也必將 得到很好的發(fā)展。2、新型抗菌劑的研發(fā)要以提高抗菌劑的抗菌效率為主要方向， 同時要提高低分子 抗菌劑接枝材料的相容性與穩(wěn)定性。高分子抗菌劑不會因抗菌過量使用或脫落而 造成二次污染，是低毒高效的抗菌劑而將會得到廣泛應(yīng)用。3、抗菌劑接枝于高分子材料中可獲得更為安全長效的抗菌效果， 在醫(yī)院等需消毒 場所大都依靠噴灑酒精消毒劑來殺菌，對人體有一定危害，而國內(nèi)很多抗菌醫(yī)療 設(shè)備都是價格昂貴的進口設(shè)備。因此自主

18、研發(fā)低成本且抗菌效果好的醫(yī)用材料具 有廣闊的市場前景。高分子抗菌劑的開發(fā)應(yīng)用，在國內(nèi)外都有良好發(fā)展前景?，F(xiàn)在國外的抗菌產(chǎn) 品應(yīng)用范圍不斷擴大，需求急劇增加； 目前國內(nèi)抗菌產(chǎn)品大部分應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域， 大眾化的抗菌產(chǎn)品行業(yè)不斷壯大。所有這些都顯示出高分子抗菌劑巨大的市場潛 力和好的發(fā)展前景 14 。由于高分子材料受到微生物的污染， 而引起疾病的傳播是一個全球性的問題。 制備一種高效、廣譜、通用、可再生的高分子抗菌劑是研究者所追求的目標(biāo)。高 分子抗菌劑其優(yōu)點是殺菌力強，即效果好；種類多，不會產(chǎn)生二次污染；性能穩(wěn)定，不揮發(fā)，不會滲入人或動物表皮；可以提高現(xiàn)有抗菌劑的效率、選擇性、延 長抗菌劑的使用壽命

19、、減少抗菌劑的殘留毒性等?？偨Y(jié)綜上所述， 高分子抗菌劑比低分子抗菌劑有更好的抗菌活性，而且使用安全， 易加工，穩(wěn)定性好。1、人們希望研制出廣譜高效、毒性小、可回收再生的廉價抗菌劑，高分子抗菌劑 的開發(fā)和應(yīng)用正好提供了一個很有潛力的研究方向。 高分子抗菌劑有望在水凈化、 醫(yī)療設(shè)備和衛(wèi)生用品等對安全性要求更高的領(lǐng)域?qū)@得大量應(yīng)用。2、抗菌材料和抗菌制品通常通過添加抗菌劑獲得。為克服低分子抗菌劑的一些弱 點，需開發(fā)出高分子抗菌材料，即在聚合物中直接引入抗菌基團得到高分子抗菌 劑。這使人們在生活中使用抗菌制品，可以減少接觸致病菌。抗菌制品具有殺菌、 抑菌的自動清潔作用；而且，抗菌制品只是對本身自清潔，一般不影響制品以外 的空間和用品的微生物環(huán)境，對環(huán)境安全。參考文獻1 李亞娜 ,李樹材 .抗菌性高分子材料的研究進展 .天津 :天津科技大學(xué)包裝與印刷學(xué)院 ,2007.2 師蘭,郭金毓 ,哈 日巴拉 .高 分子抗 菌材料 發(fā)展 現(xiàn)狀與 展望.內(nèi)蒙 古民族 大學(xué)學(xué) 報.2011,26(1):253 潘帥 .新型高分子抗菌劑的合成與性能研