抗菌的高分子材料文獻調研

-.z.抗菌的高分子材料文獻調研**：涂大強**：11111132引言隨著高分子材料技術的進步和開展，各種各樣的高分子材料制品已經滲入到了我們衣食住行的各個角落。然而，高分子材料受到微生物的污染，從而引起疾病的傳播，這是一個全球性的問題。如何有效地防止細菌的產生和滋長，進而抑制疾病的傳播，使用具有抗菌性能的高分子材料是最為簡單有效的方法。隨著人們對疾病預防和控制的重視，以及對自身居住、工作和生活環(huán)境衛(wèi)生要求的提高，抗菌技術和抗菌材料也因此而得到了快速開展。迄今為止，已經有多種類型的抗菌高分子材料被開發(fā)出來，并應用于醫(yī)療器械，食品包裝，服飾等多領域，取得了非?？上驳难芯砍晒??？咕鷦┑姆诸惪咕母叻肿硬牧弦话阌筛叻肿硬牧?、抗菌劑以及外表改性劑三局部組成。其中，抗菌劑是高分子材料抗菌性能的關鍵，大體上可以分為無機抗菌劑、有機抗菌劑、天然抗菌劑以及復合型抗菌劑。其中，天然抗菌劑大多為有機物，故常被劃入到有機抗菌劑中。無機抗菌劑主要包括金屬離子抗菌劑和金屬氧化物抗菌劑。金屬離子抗菌劑大多為重金屬離子，如銀、銅、鋅等。金屬離子抑制病原體活性按如下順序遞減：Ag>Hg>Cu>Cd>Cr>Ni>Pb>Co>Zn>Fe,其中Hg、Cd、Pb、Cr的毒性較大，因此應用較少。而銀的抑菌性能遠遠高于其他的金屬離子，銀系抗菌劑具有廣譜、高效、持久性，因此被廣泛應用，如日本最早使用Zeomic抗菌劑制成的抗菌除臭襪和抗菌塑料，由于抗菌效果良好，很快被日本及其他國家廣泛使用。金屬氧化物抗菌劑均屬于光觸媒，是一種在光照條件下，自身不發(fā)生變化，卻可以促進化學反響的物質。常見的金屬氧化物抗菌劑有TiO2與ZnO，如參考文獻中注塑成型聚丙烯/TiO2納米復合材料改善聚丙烯的力學和抗菌性能以及聚丙烯材料外表移植ZnO等離子體來提高其抗菌能力。其中TiO2作為金屬氧化物抗菌劑性能最正確，因為無機金屬應用在紡織物上有顯色反響，而使用TiO2金屬抑菌添加劑則對人體無毒無害，平安性能高，紡織物長期使用不變色，同時兼具耐紫外光照、耐熱和廣譜高效抗菌等優(yōu)點。大局部有機抗菌劑都是通過化學合成的方法得到的，主要包括季銨鹽類、醇類、酚類、醛類、醚類、酯類以及有機酸類等，如參考文獻中將鹽酸環(huán)丙沙星作為抗菌劑添加到電紡PVA與再生絲素蛋白復合材料中，用作醫(yī)療中的傷口敷料。有機抗菌劑通常都具有高效的抑菌性能，但同時也有毒性大，耐熱性差，抗菌持久性差等缺點。天然抗菌劑主要是從動植物中提取、精制得到的，大多是多糖，多肽以及糖肽聚合物類物質，如參考文獻中含有乳酸鏈球菌素的高分子材料在食品抗菌防腐方面的應用。天然抗菌劑具有耐候性優(yōu)良，毒性低，使用平安等優(yōu)點，但耐熱性差、藥效時間短，是未來抗菌添加劑的主要方向。抗菌劑的作用機理抗菌劑的種類多種多樣，各種抗菌劑的抗菌機理也不盡一樣。細菌主要由細胞壁、細胞膜、細胞質和核質體等組成，各類抗菌劑對細菌的影響方式大體可以分為以下三種:(1)作用于細菌的細胞壁、細胞膜系統(tǒng)，破壞其保護系統(tǒng)，使其內部物質因失去保護而流失，進而導致死亡。(2)作用于生化反響的酶或其他活性物質，如蛋白質，這些物質是細菌生存的物質根底，破壞它們就會導致細菌物質代謝停滯，進而死亡。(3)作用于細菌內部的遺傳物質，進而使細菌無法增殖而逐漸凋亡。抗菌劑在高分子材料中的具體應用抗菌劑廣泛應用于各類高分子材料中，大體可以劃分為三類制品：抗菌纖維制品、抗菌塑料以及抗菌橡膠。纖維制品大多與人體直接接觸，要求對人體不會造成嚴重的影響，因此纖維制品中使用最為廣泛的抗菌劑是銀系抗菌劑和天然抗菌劑，如上文中提到的日本最早使用Zeomic抗菌劑制成的抗菌除臭襪以及含有鹽酸環(huán)丙沙星作為抗菌劑的電紡PVA與再生絲素蛋白復合材料作為傷口敷料在醫(yī)療中的應用?？咕w維的加工方法有三種：后處理加工法、原纖維加工法以及染整加工法。后處理加工法是以染漬、染軋、涂層或噴涂等方法將抗菌的物質附在纖維上，抗菌劑只存在于纖維表層上，脫落后不能補充，這種方法加工出來的抗菌纖維抗菌持久性差，耐洗滌性也差，同時還存在一定的平安性問題。原纖維加工法和正染法是將抗菌劑混入到纖維內部，通過抗菌劑露出纖維外表或少量溶出而顯示出抗菌性的。這兩種方法加工出的纖維，內部的抗菌劑可以向外部擴散使之得以補充，使得抗菌纖維的抗菌持久性得到保障。塑料制品在生活中隨處可見，衛(wèi)生潔具、廚房用品、家用電器外殼以及塑料包裝袋等，只要環(huán)境適宜，很容易就會滋生病菌。因此，對塑料制品進展抗菌加工非常有必要。目前，抗菌塑料的制備方法主要是通過添加少量抗菌劑共混復合而成的，其有效成分是抗菌劑。也有少數(shù)抗菌塑料是材料化學構造上具備抗菌能力，或是經過反響改性而得到的。上文中提到的，注塑成型聚丙烯/TiO2納米復合材料和含有乳酸鏈球菌素的高分子材料在食品抗菌防腐中的應用都是抗菌劑在塑料制品中的具體應用。橡膠制品在生產加工過程中，常常需要參加其他的配合劑，如硫化劑、促進劑、活性劑、防老劑等。因此橡膠的成分體系相對復雜，相較于前面兩種抗菌高分子材料，抗菌橡膠的研究就少了許多。制備抗菌橡膠制品的方法有外表接枝抗菌劑分子，抗菌母料與干膠的混煉等。目前對于抗菌橡膠抗菌性能的檢測一般采用微生物學方面的貼膜法和抑菌圈法等。有研究工作者自制了ZnO/Ag納米復合抗菌劑，并親油改性，然后利用改性的抗菌劑與天然橡膠制備出了具有抗菌能力的抗菌橡膠。比照分析參考文獻中涉及到的抗菌高分子材料既有抗菌纖維制品，也有抗菌塑料制品。其中用到的抗菌劑既包含了TiO2與ZnO等無機金屬氧化物抗菌劑，也包含了鹽酸環(huán)丙沙星與乳酸鏈球菌素等有機抗菌劑。通過對調研的幾篇參考文獻比照分析，大致可以歸納出設計研發(fā)抗菌高分子材料的大致實驗思路。想要設計出符合應用條件的抗菌高分子材料，首先需要對選用的高分子材料和抗菌劑進展篩選。高分子材料的篩選主要考慮的是材料特性是否與所要應用的環(huán)境條件相匹配，而抗菌劑的選擇，除了要考慮抗菌劑本身的抗菌性能外，還要考慮與高分子材料間的相容性、應用環(huán)境的條件等諸多因素。例如，參考文獻中提到的制備含有鹽酸環(huán)丙沙星的PVA與再生絲素蛋白抗菌復合材料，這其中就包含了對高分子材料的篩選，PVA作為常用的高分子材料，本身具有良好的力學性能，但是作為傷口敷料，PVA與醫(yī)療中常用的抗菌劑鹽酸環(huán)丙沙星相容性不佳。再生絲素蛋白本身具有優(yōu)異的生物相容性，但是其力學性能不佳。通過電紡技術，可以很好地制備出PVA與再生絲素蛋白的復合材料。這樣，獲得的高分子材料既具備了符合醫(yī)療應用的力學性能，也同時具備了與抗菌劑鹽酸環(huán)丙沙星間良好的生物相容性。再例如，參考文獻中提到的利用外表改性劑改善納米TiO2與SEBS間的相容性，進而提高復合材料的抗菌性能。其次，想要研發(fā)出符合要求的抗菌高分子材料，還必須考慮如何將抗菌劑與高分子材料有效的結合在一起。除了參考文獻中用到的浸染法、注塑成型法以及外表接枝法等常見方法外，還可以通過改變抗菌劑形態(tài)來改善抗菌劑與高分子材料間的結合。例如，參考文獻四針狀氧化鋅晶須對聚丙烯力學性能及抗菌性能的影響中，通過將不同形態(tài)的氧化鋅接枝到聚丙烯外表，并比照其對復合材料力學性能與抗菌能力的影響，從而篩選出最正確形態(tài)的氧化鋅與聚丙烯高分子材料結合。最后，需要對制備出的抗菌高分子材料進展性能上的檢測，以判斷制備出的抗菌高分材料是否符合應用要求。一般只需要檢測抗菌高分子材料的力學性能和抗菌能力。因為參加了抗菌劑成分，所以高分子材料原有的力學性能可能會發(fā)生改變。為了防止高分子材料的力學性能因為抗菌劑的引入而發(fā)生嚴重下降，以至于無法滿足應用的條件，對制備出的抗菌高分子材料進展力學性能檢測是必要的。為了判斷制備出的抗菌高分子材料在抗菌性能上是否滿足應用要求，除了直接觀察接種到抗菌材料外表的細菌存活情況外，還可以通過間接法來判斷，例如文獻納米TiO2含量對SEBS/TiO2復合材料性能的影響中，采用了黃色指數(shù)法來間接判斷抗菌高分子材料的抗菌性能。如何設計出力學性能和抗菌性能優(yōu)異的抗菌高分子材料，這可以通過優(yōu)化抗菌高分子材料制備工藝，調控抗菌劑與外表改性劑的含量來實現(xiàn)。開展趨勢目前，國內對抗菌的高分子材料的研究還是根本處于初級階段。大多抗菌的高分材料研發(fā)實驗還只是簡單地將一些金屬氧化物等小分子抗菌劑與常用的一些高分子材料，如聚丙烯、聚氨酯等進展初步的物理性結合，然后再對合成的抗菌高分子材料進展簡單地評估測試。至于一些高分子抗菌劑的研發(fā)與應用工作，國內涉及到的并不多；而且對于抗菌的高分子材料的研究，從選料到加工合成，以及最終的質量評估，國內還沒有形成一個比擬完整統(tǒng)一的標準體系。在未來，高分子抗菌劑的研發(fā)與應用將是抗菌的高分子材料的研究熱點。研究者通過化學合成具有優(yōu)良抗菌性能的抗菌基團，并將抗菌基團引入到高分子聚合物中，使其與高分子聚合物以共價鍵形式進展有機的結合。這類抗菌高分子可以彌補無機、有機以及天然抗菌劑性能不穩(wěn)定、易揮發(fā)、易滲入人或動物表皮等缺乏，還可以提高現(xiàn)有抗菌劑的效率、選擇性、延長抗菌劑的使用壽命，減少抗菌劑的殘留毒性等。目前，無機，有機和天然抗菌劑由于使用的條件和場合受很大程度的限制，而高分子抗菌劑則不受以上限制，完全符合時代與市場開展要求，并具有有機抗菌劑的即效性、持續(xù)性和無機抗菌劑平安性和耐熱性等綜合優(yōu)點，因此，高分子抗菌劑的研發(fā)與應用顯示出了非常良好的開展前景。然而，在高分子抗菌劑顯現(xiàn)出諸多優(yōu)點的同時，還有些許缺乏有待克制。當然，這些缺乏之處同時也是高分子抗菌劑研究開展與進步的方向。首先，如何才能制備出一些列高抗菌活性的高分子抗菌劑是目前解決問題的中心。這有賴于是實驗經歷的總結，反響條件的適當調整以及反響設施的優(yōu)化。其次，如何保證高分子抗菌劑的穩(wěn)定性。有些抗菌劑由于不穩(wěn)定而失去抗菌作用，所以優(yōu)化或調整實驗條件及產物構造，提高高分子抗菌劑應用范圍是有必要的。然后是如何提高高分子抗菌劑的相容性問題。相容性問題是高分子抗菌劑能否到達普遍適用的關鍵。盡管高分抗菌劑克制了有機抗菌小分子的許多缺點，但由于大多數(shù)高分子間是彼此不相容的。因此，制備出的高分子抗菌劑盡可應用于有限的體系。從理論上分析，當雜化粒子細化以后，會增進與其他高分子粒子間的相容性。最后是高分子抗菌劑的制備本錢問題。要解決這個問題，需要從選材到工藝全方位來進展評估取舍。只有嚴格控制好生產本錢，才能更好地推進高分子抗菌劑的研發(fā)與應用推廣。隨著材料技術的不斷進步與開展，人們對未來的抗菌的高分子材料會提出越來越多的不同要求，如何使得生產出的抗菌的高分子材料同時具備抗菌廣譜性，高效性，平安穩(wěn)定性以及各種極端環(huán)境下的力學、電學、化學以及生物學性能，使用含有多種高分子抗菌基團和高分子材料的復合型材料成為了必然趨勢。行業(yè)現(xiàn)狀據(jù)中投參謀發(fā)布的"2021-2021年中國新材料產業(yè)投資分析及前景預測報告"顯示，在九十年代末，中科院通過離子交換和多層包覆等技術，獲得了抗菌性強、不變色、本錢低的復合型無機抗菌劑；其研發(fā)出獨特的抗菌母粒應用技術，經崇高納米科技**深度開發(fā)和產業(yè)化后，也已根本到達國際先進水平；此外，中科院還和海爾集團合作，研發(fā)出了抗菌冰箱、抗菌洗衣機等系列抗菌家電產品，目前已形成了產業(yè)化和規(guī)模化。與此同時，雖然目前我國抗菌高分子材料的產業(yè)化已取得了一定的進展，但是由于在抗菌高分子材料的起步相對較晚，對抗菌劑的研究還根本處于初級階段，而在抗菌材料的研究和應用方面也沒能形成自己的研究體系，國內抗菌高分子材料的開展與國際水平的差距還很大。因此，國內關于抗菌劑研究開發(fā)和應用的企業(yè)和研究機構需要加強技術合作交流；同時，抗菌材料和應用制品也要加強行業(yè)間的合作，通過業(yè)內合作的方式開展抗菌材料產業(yè)；此外，國家相關部門也要加強抗菌高分子材料市場的標準和相關標準的執(zhí)行力度，以促進我國抗菌高分子材料產業(yè)的開展。展望隨著人們對疾病預防和控制的重視，以及對自身居住、工作和生活環(huán)境衛(wèi)生要求的提高，抗菌的高分子材料已經成為世界材料學的研究熱點。而人們對抗菌的高分子材料的應用要求的不斷提高，則促使高分子抗菌劑的研發(fā)與應用成為了未來抗菌的高分子材料的研究重點。雖然目前各種各樣的抗菌的高分子材料已經進入到了我們生活中衣食住行的各個角落，但是抗菌的高分子材料的研究依舊為我們留下了寬闊的探索空間，尤其是高分子抗菌劑的研發(fā)與應用更是顯現(xiàn)除了令人憧憬的美好前景。參考文獻［１］MirigulAltanandHuseyinYildirim．MechanicalandAntibacterialPropertiesofInjectionMoldedPolypropylene/TiO2Nano-posites:EffectsofSurfaceModification．J.Mater.Sci.Technol.,201４,28(8),686–692.［２］YoanndeRancourt,BenoitCouturaud,AndréMas,JeanJacquesRobin．Synthesisofantibacterialsurfacesbyplasmagraftingofzinco*idebasednanopositesontopolypropylene．JournalofColloidandInterfaceScience402(2021)320