納米銀殼聚糖復(fù)合抗菌材料的研究進展

1、納米銀/殼聚糖復(fù)合抗菌材料的研究進展蔣衛(wèi)娟1,2,關(guān)靜2（1天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津 300134；2軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院 衛(wèi)生裝備研究所，天津 300161）摘要：納米銀具有很強的殺菌作用，滲透性強，廣譜殺菌且無任何耐藥性，近年來，銀作為一種功能性抗菌材料發(fā)展很快；殼聚糖是一種重要的天然抗菌材料，具有良好的生物相容性和生物降解性。將納米銀粒子與殼聚糖有效復(fù)合，能夠獲得良好的抗菌性能，廣泛應(yīng)用于醫(yī)用創(chuàng)傷抗菌。本文綜述了目前國內(nèi)外納米銀/殼聚糖復(fù)合抗菌材料的研究進展。關(guān)鍵詞：納米銀 殼聚糖 抗菌中文分類號：Research on antibacterial composite of a

2、 novel chitosanAg-nanoparticle Jiang Weijuan1,2, Guan Jing2 (1Biological Technology and Food Science College, Tianjin University of Commerce, Tianjin 3001434；2Institute o f Medical Equipment, Academy of Milita ry Medica l Sciences,Tianjin 300161，China)Abstract: Nano-silver has a strong bactericidal

3、effect, permeable, broad-spectrum bactericidal and without any resistance， In recent years, nano-silver dressings wound dressings as a rapid development of functional, Chitosan is a kind of important natural antimicrobial materials, Which has a good biocompatibility and biodegradability. The effecti

4、ve compound of nanosize silver particles and chitosan can get good antibacterial properties and will be widely used in medical antibacterial trauma. This paper summarized and prospected nano silver/chitosan composite antibacterial material research progress both at home and abroad.Keywords: medical

5、application of nano-silver antimicrobial chitosan引言細菌廣泛存在于自然界中，有害菌群嚴重影響著人民的生活與健康，在食品加工與貯藏過程中，大量使用防腐劑，造成了諸多食品安全問題；醫(yī)療抗菌消炎方面，抗生素的濫用，使得超級細菌應(yīng)運而生，嚴重威脅著人類的生存與發(fā)展；市場上眾多不可降解的抗菌產(chǎn)品，加劇了環(huán)境的惡化。近些年研究者把目光聚焦在制備安全、高效、無毒、無耐藥性，可降解的抗菌材料，尤其是醫(yī)用抗菌敷料方面發(fā)展較快1。研究表明銀具有很強的殺菌作用，滲透性強，廣譜殺菌且無任何的耐藥性，對絕大多數(shù)的革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌甚至一些抗性菌株具有很好的殺滅作

6、用2，在抗菌材料領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。殼聚糖是一種天然存在的堿性多糖，安全無毒，可生物降解的天然高分子，具有很好的生物相容性、無毒、能被生物體完全吸收的特點而且具有抗菌、止血和抑制癌細胞轉(zhuǎn)移的作用。殼聚糖能被生物體內(nèi)的溶菌酶降解生成天然的代謝物,，因此用它作藥物緩釋劑具有較大的優(yōu)越性3。本文在殼聚糖/納米銀的抗菌機理、復(fù)合抗菌材料的制備及其安全性等方面綜述了殼聚糖/納米銀復(fù)合抗菌材料的研究進展。1 納米銀的抗菌機理納米顆粒具有重要的科學(xué)研究價值，它建立了大塊物質(zhì)和原子、分子之間的橋梁。納米銀(Nano Silver)就是將粒徑做到納米級的金屬銀單質(zhì)，具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能。納米銀顆粒，對大腸桿菌

7、、淋球菌、沙眼衣原體等數(shù)十種致病微生物都有強烈的抑制和殺滅作用，而且不會產(chǎn)生耐藥性。動物試驗表明，這種納米銀抗菌微粉即使用量達到標(biāo)準劑量的幾千倍，受試動物也無中毒表現(xiàn)。同時，它對受損上皮細胞還具有促進修復(fù)作用。值得一提的是，該產(chǎn)品遇水抗菌效果愈發(fā)增強，更利于疾病的治療。專家認為，這種納米銀抗菌微粉還可廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護、紡織服飾、水果保鮮、食品衛(wèi)生等領(lǐng)域4。納米銀粒徑小，比表面積大，其表面可不斷地游離出銀離子和銀原子，目前銀的抗菌機理沒有公認的定論，主要有以下兩種機理假說5：(1)接觸反應(yīng)假說：銀離子與細菌接觸反應(yīng)，造成細菌固有成分被破壞或產(chǎn)生功能障礙從而導(dǎo)致細菌死亡。由于微生物的細胞膜常帶有

8、負電荷，銀離子能依靠庫倫引力牢固吸附在細胞膜上，而且銀離子還能進一步穿透細胞壁進入細菌內(nèi)，并與細菌中的巰基反應(yīng)，使細菌的蛋白質(zhì)凝固，破壞細菌的細胞合成酶的活性，使細胞喪失分裂增殖能力而死亡。反應(yīng)過程如下： SH酶 SH + 2Ag+ SAg SAg酶 + 2H+此外，銀離子也能破壞微生物電子傳輸系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、物質(zhì)傳輸系統(tǒng)。當(dāng)菌體失去活性后，銀離子又會從菌體中游離出來，重復(fù)進行殺菌活動，因此其抗菌效果持久。(2)催化反應(yīng)假說：在光的作用下，銀離子及納米級顆粒能起到催化活性中心的作用，激活水分子和空氣中的氧，產(chǎn)生羥基自由基(·OH)及負氧離子(O2-)6，O2-和·OH能在短

9、時間內(nèi)破壞細菌的增殖能力，致使細胞死亡，從而達到抗菌的目的。銀離子的光催化過程如下7： Ag+ + H2O hv Ag + H+ + OH Agn hv Ag+ + Agn-1 + e- e- + O2 hvO2-銀離子殺菌將以何種機理進行，目前并無定論。一般認為，在通常的情況下，以第一種殺菌機理為主，光催化過程也起到一定的作用。2殼聚糖的抗菌活性殼聚糖是一種天然存在的堿性多糖，安全無毒，可生物降解的天然高分子，具有很好的生物相容性，能被生物體完全吸收的特點，具有高效的殺菌性8,9和對哺乳動物細胞低的毒性。早在1979年Allan等10就提出殼聚糖具有廣譜抗菌性，此后有許多學(xué)者對殼聚糖的抗菌機

10、理進行了研究。一般認為，根據(jù)殼聚糖在細胞上的作用靶位不同，其抗菌機理可分為兩大類：一類是YONG等提出的以細菌帶有負電荷的細胞膜為作用靶的機理，即殼聚糖帶的陽離子與構(gòu)成微生物細胞壁的唾液酸(SIALIC)或磷脂質(zhì)陰離子發(fā)生離子結(jié)合，束縛了微生物的自由度，阻礙其發(fā)育；另一類是Hadwiger等提出的以細菌分子中DNA為作用靶的抗菌機理11，即低分子殼聚糖滲透到微生物細胞壁內(nèi)，阻礙遺傳因子從DNA到RNA的轉(zhuǎn)移，從而阻止了微生物的發(fā)育。陳威等12認為殼聚糖微球的抗菌機理是殼聚糖表面的正電荷和微生物細胞膜表面的負電荷的相互吸引作用，破壞微生物的細胞膜，導(dǎo)致細菌的蛋白質(zhì)和其它細胞成分被破壞。邵榮等13

11、用光密度法測定了殼聚糖微球?qū)瘘S色葡萄球菌殺菌實驗，并探討了殼聚糖的濃度、以及體系pH值等對其抗菌活性的影響。結(jié)果表明，殼聚糖對金黃色葡萄球菌的抑制能力隨濃度的降低而減弱；培養(yǎng)基pH控制在6.0時殼聚糖抗菌活性最高。3 納米銀/殼聚糖復(fù)合材料3.1復(fù)合材料特性殼聚糖/銀(CS/Ag)復(fù)合物能保持殼聚糖和納米銀粒子的主要優(yōu)點，獲得原組分所不具備的性能。納米銀有許多優(yōu)點，但是其粒徑小，比表面積和表面能極大，化學(xué)性質(zhì)活潑，易轉(zhuǎn)變成為棕色的氧化銀并且極易發(fā)生團聚而形成帶有若干弱連接界面且尺寸較大的團聚體，從而影響了納米銀粒子的實際應(yīng)用效果。殼聚糖/銀溶膠中殼聚糖成分通過包覆納米銀粒子防止納米銀粒子被氧

12、化或團聚而失去活性。晉治濤14通過溶膠凝膠法合成了粒徑大小約為 60100nm納米銀，并將其和羧甲基殼聚糖復(fù)合，通過抑菌試驗證明納米銀/羧甲基殼聚糖生物敷料結(jié)合了納米銀與CMC優(yōu)良抗菌性能，其抑菌抗菌效果明顯優(yōu)于單一的CMC甚至納米銀。根據(jù)殼聚糖基體類型可將納米銀/殼聚糖復(fù)合材料分為薄膜類、凝膠類、海綿類和微球粉末類等。3.2 復(fù)合材料的制備傳統(tǒng)沉淀法制備的納米銀材料，粒度大且尺寸分布較寬，影響其抗菌性能的高效性15。張富強16利用光還原技術(shù)，構(gòu)建了一種殼聚糖/納米銀薄膜。硝酸銀在殼聚糖薄膜表面的飽和吸附時間約30min。紫外光還原后，殼聚糖薄膜表面均勻分布了大量尺寸在50100納米的銀顆粒。

13、采用納米銀原位復(fù)合技術(shù)，增強殼聚糖薄膜敷料的抗菌性能。并且做了體外抑菌圈實驗，實驗證明：殼聚糖/納米銀薄膜具有良好的抗菌性能，其抗菌效果要好于純殼聚糖和磺胺嘧啶銀紗布。曾曉峰等17通過縮醛化反應(yīng)制得含Ag/SiO2納米顆粒的殼聚糖/聚乙烯醇海綿。并檢測材料的各項物理性能、表面形貌、細胞毒性、抗菌性能。結(jié)果表明材料呈多孔結(jié)構(gòu)，吸水率、透氣性和保濕性良好，具有較高的拉伸強度；材料孔隙率高、空隙致密均勻，孔徑大小為0.11 mm；MTT法檢測材料對小鼠成纖維細胞毒性顯示無明顯毒性，并且能促進該細胞的生長；材料對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌、銅綠假單胞菌、傷寒沙門菌均有良好的殺菌效果。而且這種

14、含Ag/SiO2納米顆粒的殼聚糖/聚乙烯醇海綿敷料不但具有良好的物理性能、生物活性和抗菌性能，而且合成工藝簡單，可作為很好的創(chuàng)面敷料。Zhou等18制備出了黏土/殼聚糖/銀納米聚合物復(fù)合材料，并將其此填入到醫(yī)學(xué)導(dǎo)尿管中，可有效殺死假單胞菌，葡萄球狀菌和假絲酵母菌。Mi等19用濕-干相反轉(zhuǎn)法制得了雙層殼聚糖膜，該膜有高密度的表層和海綿狀的內(nèi)層，有很好的透氧能力和較好的吸水能力，可以控制水蒸氣的轉(zhuǎn)移速率。向敷料中添加磺胺嗜陡銀(AgSD)來抑制傷口的感染，該膜對AgSD有緩釋作用。體外和體內(nèi)抗菌性實驗表明，該膜對綠膿桿菌和金黃色葡萄球菌都有很好的抑制作用。值得一提的是，近年來不少研究者制備出含納米

15、銀的殼聚糖微球，可有效控制銀的釋放，達到長期抗菌的目的。劉青等20以殼聚糖的乙酸溶液為介質(zhì)，用硼氫化鈉還原硝酸銀而制備銀納米粒子，用溶膠-凝膠法成功制備出殼聚糖/銀溶膠。以液體石蠟為連續(xù)相，CS/Ag 溶膠為分散相，戊二醛為交聯(lián)劑，采用乳化交聯(lián)法制備出粒徑約為98 nm CS/Ag微球，其所包埋的納米銀粒徑在520 nm之間。而且抗菌實驗表明CS/Ag復(fù)合微球的抗菌性能是Ag納米粒子和CS協(xié)同作用的結(jié)果。4 含銀抗菌材料的安全性在使用銀系抗菌劑中必須考慮安全性。己有的研究表明，銀本身就是人體內(nèi)的組織成分之一，正常人體腎臟、肝臟和脾臟中銀的含量分別為0.4mg/、0.7mg/和2.7mg/細胞干

16、重，皮膚中的含銀量為0.030mg/細胞干重，服用AgNO3總量在4g以下時，很少有產(chǎn)生銀斑的危險。用濃度很低的銀離子處理過的細胞沒有明顯的細胞聚集、細胞變形和細胞溶解等變化，這表明少量的銀離子對人體沒有明顯的毒害作用。少量的離子對人體、動物均沒有毒害作用，可以放心地用于各類抗菌整理中21,22胡23和陳炯24等人對納米銀輔料在銀離子吸收和人體內(nèi)的代謝變化方面進行了研究，結(jié)論顯示在透射電鏡下觀察到創(chuàng)面上有銀沉積，納米銀顆粒可通過毛孔皮下并逐步釋放銀離子。在用于中小面積輕度燒傷創(chuàng)面的過程中，在連續(xù)使用5天時，患者的血和尿銀離子濃度逐漸上升，停用兩天后，銀離子濃度明顯下降，9天后，患者體內(nèi)銀離子濃

17、度基本接近正常水平。5問題與展望近年來納米材料以其優(yōu)越的理化特性迅猛發(fā)展，由于含納米銀的殼聚糖均有良好的生物相容性和廣譜的抑菌抗菌性，而且還可以促進傷口愈合、減少疼痛，在接下來的若干年將會在皮膚科、灼傷科等領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用。而現(xiàn)階段我國納米銀/殼聚糖復(fù)合抗菌材料的開發(fā)仍處于研究階段，國內(nèi)技術(shù)與國外相比存在一定差距，在抗菌材料開發(fā)方面仍需要廣大研究者不懈的努力與創(chuàng)新。另外雖然少量的銀不會引起人的過敏反應(yīng)，但對銀在不同部位抗菌應(yīng)用劑量沒有統(tǒng)一的規(guī)定，社會上對納米銀的大量應(yīng)用是否會引起環(huán)境問題存在著很大爭議，有待于廣大科研工作者進一步論證研究。參考文獻：1 McCormick, M. L.,

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