【納米基抗菌材料的探究進(jìn)展綜述4700字】

納米基抗菌材料的研究進(jìn)展綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u30897納米基抗菌材料的研究進(jìn)展綜述 1243901總體特色 1105902抗菌機(jī)制 2273902.1納米基銀系抗菌材料 2148692.2納米基二氧化鈦 2301782.3納米基氧化鋅 2226432.4納米基氧化鎂 3315583.關(guān)鍵性能 3199443.1細(xì)菌細(xì)胞壁的影響 352813.2生物膜形成的影響 3298983.3納米基粒子的影響 499214工藝 428754.1共混交聯(lián)法 4229474.2浸漬法 4312574.3水熱法 4143654.4溶膠-凝膠法 562845應(yīng)用現(xiàn)狀 5321855.1醫(yī)療領(lǐng)域 5309645.2紡織領(lǐng)域 531795.3建筑材料領(lǐng)域 5292456未來方向 64370參考文獻(xiàn) 6摘要：抗菌材料表示的是這類材料自身對(duì)一些真菌，細(xì)菌等就有極好的抑制作用，并且能夠?qū)@些微生物表現(xiàn)出較高的敏感性。通過物理或者是化學(xué)的方式將其作用在物體表面，能夠起到較好的抗菌與抑菌效果。納米基抗菌材料是將一些具有高度抗菌的材料進(jìn)行復(fù)合之后所制作出來的新型材料，它具有使用便捷，穩(wěn)定性較高，抗菌范圍較為廣泛等優(yōu)勢(shì)，廣泛運(yùn)用于當(dāng)前的醫(yī)療，建筑以及服裝紡織業(yè)中。在本文研究中，我們對(duì)近幾年市場(chǎng)上所出現(xiàn)的新型抗菌納米基材料進(jìn)行分析，研究不同材料的性能、使用的工藝、抗菌原理等。找到這些材料在后期的發(fā)展方向，并為其納米基抗菌材料的理論完善提供幫助。關(guān)鍵詞：納米基；抗菌材料；抗菌機(jī)制；制備工藝；應(yīng)用1總體特色納米基材料和一般的抗生素比較而言，有著更強(qiáng)的膜透過性，還能起到抑制細(xì)胞外排泵的作用，并且很多種類的納米基材料有著多重抗菌作用，能夠共同使用抗菌，科學(xué)家深入研究發(fā)現(xiàn)這種材料不容易引起病菌的耐藥性[1]。銀是有著最長(zhǎng)使用歷史的抗菌金屬，納米基銀可以導(dǎo)致細(xì)胞膜出現(xiàn)物理損傷進(jìn)而使細(xì)胞產(chǎn)生自由基團(tuán)，還能產(chǎn)生銀離子限制細(xì)胞的部分功能。2抗菌機(jī)制2.1納米基銀系抗菌材料納米基的銀由于具備良好的抑菌效果因而在很多領(lǐng)域被使用。其具體的抑菌原理是：①通過結(jié)合細(xì)胞膜與細(xì)胞壁中的DNA，并且與DNA分子鏈里胞嘧啶和鳥嘌呤以及胸腺嘧和嘌呤間的氫鍵發(fā)生置換反應(yīng)，阻礙細(xì)胞合成DNA、RNA和蛋白質(zhì)分子，起到抑菌效果。②銀的微觀結(jié)構(gòu)使得銀有著很強(qiáng)的催化作用，高氧化狀態(tài)的銀有著極強(qiáng)的還原性，可以讓環(huán)境中生成氧化性極強(qiáng)的氧離子，起到滅菌作用；③還能和病菌細(xì)胞內(nèi)部的部分結(jié)構(gòu)結(jié)合，例如可以結(jié)合分解酶上的基團(tuán)，讓其失去活性，最終殺死病菌。2.2納米基二氧化鈦納米基的二氧化鈦可以保持長(zhǎng)時(shí)間的殺菌作用，是很優(yōu)秀的無機(jī)物殺菌材料[2]。其滅菌功能主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一，當(dāng)日光與紫外線照射到二氧化鈦之上，會(huì)激發(fā)該分子里的電子，使其躍遷生成電子空缺位，然后在環(huán)境電荷層的電場(chǎng)影響下出現(xiàn)分離現(xiàn)象，所形成的光生空穴（h+）與光生電子（e）會(huì)和細(xì)菌的細(xì)胞膜以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生反應(yīng)使其死亡；其二，光生空穴（h+）與光生電子（e）還能和環(huán)境中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生具有很強(qiáng)氧化性的活性氧離子，很容易與細(xì)菌內(nèi)部的成分發(fā)生氧化反應(yīng)使其死亡[3]。2.3納米基氧化鋅近些年出現(xiàn)了很多有關(guān)納米基氧化鋅（ZnO）抑菌殺菌作用的研究發(fā)表，目前對(duì)于氧化鋅抑菌殺菌作用的理論研究基本可以分成三個(gè)方向：氧化鋅會(huì)產(chǎn)生Zn2+離子：研究結(jié)果顯示，納米基的氧化鋅遇到水會(huì)持續(xù)性的慢慢產(chǎn)生Zn2+離子，該離子可以穿過細(xì)胞膜直達(dá)細(xì)菌內(nèi)部，不僅使細(xì)胞膜受損還能和蛋白質(zhì)中一些成分發(fā)生作用，使病菌結(jié)構(gòu)受損并失去活性，起到滅菌效果。②納米基氧化鋅可以破壞細(xì)菌的外部結(jié)構(gòu)：ZhaoJ等研究人員[4]觀察到，該材料會(huì)和細(xì)菌的外部結(jié)構(gòu)相互作用，是細(xì)菌的細(xì)胞壁嚴(yán)重受損，使得該納米材料進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，破壞細(xì)菌的正常形態(tài)，導(dǎo)致內(nèi)部成分流出，該材料的抑菌能力與病菌外部結(jié)構(gòu)的互相左右有直接關(guān)系。③反應(yīng)生成活性氧（ROS）：該材料不僅有著以上殺菌機(jī)制，氧化鋅離子和細(xì)胞反應(yīng)生成的活性氧也能起到殺菌作用。反應(yīng)生成的活性氧可以誘發(fā)很多的生物化學(xué)反應(yīng)，比如破壞細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)，然后出現(xiàn)溶菌效應(yīng)或是加速離子在病菌內(nèi)部富集，使病菌死亡[5]。2.4納米基氧化鎂納米基的氧化鎂（MgO）是最新研發(fā)的有多種作用的納米無機(jī)材料，具備很強(qiáng)的化學(xué)活性，能夠被用作抑菌殺菌材料。該材料非常容易與水發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)后會(huì)在表面生成Mg（OH）2，并且和水中的溶解氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生過氧離子O2-。反應(yīng)后該材料表面覆蓋一層OH-，因?yàn)镺2-能在堿性環(huán)境里保證一定的穩(wěn)定性，因此該材料的表面會(huì)附著很多的O2-，使得病菌的細(xì)胞膜被破壞，不需要陽光就能快速消滅細(xì)菌[6]。3.關(guān)鍵性能3.1細(xì)菌細(xì)胞壁的影響依據(jù)細(xì)菌細(xì)胞壁的組成成分，可以將其分成兩種類型，也就是革蘭陰性菌與革蘭陽性菌。革蘭陽性菌的細(xì)胞壁有著很厚一層肽聚糖，其附著著磷壁酸質(zhì)[7]。而革蘭陰性菌的細(xì)胞壁則是有著比較薄的肽聚糖層以及細(xì)菌外膜結(jié)構(gòu)，該外模結(jié)構(gòu)可以抵抗疏水性物質(zhì)，對(duì)于維持細(xì)菌的生存以及結(jié)構(gòu)完整十分關(guān)鍵[8]。納米粒子材料的醫(yī)改性以及其耐受性，當(dāng)前所具備的結(jié)構(gòu)有著直接的聯(lián)系。例如脫硫腸狀菌中含有的D-丙酰胺-D-丙酰胺結(jié)構(gòu)對(duì)萬古霉素表現(xiàn)出來的敏感性較高，所以在對(duì)其使用的過程中，這類材料能夠?qū)θf古霉素起到較好的抗菌作用[9]。但想要保證在這類材料制作的過程中能夠?qū)⒖咕牧霞{入其中抵抗萬古霉素的出現(xiàn)，這一過程與工藝是十分難以實(shí)現(xiàn)的，其原因在于這類細(xì)胞的包壁上擁有一層外膜，將其包裹使其抗菌物質(zhì)無法在表面發(fā)生作用。3.2生物膜形成的影響生物膜是由粘連的固態(tài)外層以及包含DNA分子、各種蛋白質(zhì)和胞外多糖等分泌物的框架構(gòu)成，覆蓋在整個(gè)細(xì)菌菌落之上，是一種成分復(fù)雜的細(xì)菌菌落。納米基銀可以抑制病菌在加入到生物膜菌落中，限制生物膜的進(jìn)一步擴(kuò)張。納米基氟化鎂（MgF2）分子則可以十分明顯的抑制各種病菌生物膜的產(chǎn)生[10]。3.3納米基粒子的影響納米基抗菌材料的抑菌殺菌性能不但和病菌的結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，還和多種因素有關(guān)，比如氣溫、空氣流通性、酸堿度、抗菌材料與病原體的濃度等。病菌的種類以及納米基粒子的種類都是影響病菌感染性與耐受性的因素，適宜的溫度、不錯(cuò)的空氣流通性以及酸性環(huán)境可以降低抗菌材料的集聚性，提升抗菌性能。降低集聚程度可以產(chǎn)生更大的接觸面積和細(xì)菌的細(xì)胞膜發(fā)生反應(yīng)，還可以提升材料的溶解性，進(jìn)而提升康舉辦性能[11]。將納米基銀和卡拉霉素、紅霉素等各種抗生素結(jié)合應(yīng)用，在抑制革蘭陽性菌與革蘭陰性菌時(shí)有效果強(qiáng)化效應(yīng)[12]。4工藝4.1共混交聯(lián)法共混交聯(lián)法是當(dāng)前較為便捷且方便的復(fù)合材料制作的方法通常運(yùn)用于高分子抗菌材料的制作中。將其制作成粉狀，使其與高分子材料進(jìn)行充分的融合，最后借助擠塑機(jī)的方式對(duì)其壓縮定型。不足之處在于在制作的過程中，這些粉末無法均勻的分布在高分子材料中，極易造成局部聚集現(xiàn)象。高艷玲等[13]使用共混法，在LDPE中加入ZnO，隨后將其放置在普通環(huán)境下，發(fā)現(xiàn)它能夠?qū)Υ竽c桿菌起到的抗菌效果約為99.93%。4.2浸漬法浸漬法則是將納米多孔材料完全浸泡至水溶液中，待其充分溶解之后以當(dāng)前的溫度為基礎(chǔ)對(duì)其進(jìn)行攪拌均勻，隨后將其放在真空的環(huán)境下進(jìn)行干燥、研磨，焙燒最終制成具有較好抗菌效果的成品。楊玲等[14]借助這種方式所制作出來的ZnO/Ag納米基抗菌材料在實(shí)驗(yàn)過程中表現(xiàn)出來的抗菌性較好。且在抑制大腸埃希氏菌的過程中，在保證其MIC為75mg/L的時(shí)候依舊能夠起到抑菌效果。4.3水熱法水壓法表示的是將當(dāng)前的溫度與壓力控制在一個(gè)既定的值之后，將其需要使用的試劑以及粉料共同加入到水溶液中進(jìn)行攪拌，待其冷卻至室溫環(huán)境中后，通過離心機(jī)處理的方式收集其得到的沉淀物最后對(duì)其進(jìn)行干燥處理，制成復(fù)合型材料。張崇淼等[15]利用這種方法制作出了ZnO/TiO2復(fù)合材料，在后期抑菌實(shí)驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)，它對(duì)各種細(xì)菌的抑制率能夠達(dá)到99.9%。當(dāng)期溫度處于30℃的時(shí)候，材料的整體抗菌效果會(huì)得到提升。4.4溶膠-凝膠法溶膠－凝膠法在制作納米基抗菌復(fù)合材料的過程中，這種方法所表現(xiàn)出來的效果最好，在上述材料制作過程中使用的頻率也較高。我們將這種制作方式運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)中，制作出制成TiO2的溶膠，隨后再與其他溶劑相混合，通過各種反應(yīng)的發(fā)生，最終得到實(shí)驗(yàn)所需的TiO2抗菌復(fù)合材料。鞠劍鋒等[16]用利用上述方法制作出了Ag/TiO2復(fù)合材料。在抑菌效果方面，n(Ti)∶n(Ag)=20∶1時(shí)，他們對(duì)金黃葡萄球菌以及大腸桿菌所表現(xiàn)出來的一致性較好。5應(yīng)用現(xiàn)狀5.1醫(yī)療領(lǐng)域在骨修復(fù)或者是口腔治療方面，納米基抗菌材料表現(xiàn)出來的抗菌性更是尤為突出，能夠幫助人體受傷的組織盡快愈合康復(fù)。孫傳鋒等[17]在對(duì)Gel-HA-M之前研究后發(fā)現(xiàn)他所表現(xiàn)出來的抗菌性較好，能夠有效抑制金黃色葡萄球菌的生長(zhǎng)。王加興等[18]經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在骨科領(lǐng)域中使用該材料后，它能夠?qū)墙M織的康復(fù)起到明顯的促進(jìn)效果。5.2紡織領(lǐng)域?qū)⒖咕牧咸砑舆M(jìn)紡織物中，可以獲得不錯(cuò)的抑菌作用。經(jīng)過復(fù)合后的紡織產(chǎn)品，其儲(chǔ)藏時(shí)間比未經(jīng)復(fù)合的紡織產(chǎn)品要長(zhǎng)。戴晉明等[19]用載銀SiO2與羊毛進(jìn)行復(fù)合，其斷裂強(qiáng)度和彈性回復(fù)都有所增加，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率達(dá)到了96%。將粉料與高分子材料進(jìn)行混合，通過機(jī)械攪5.3建筑材料領(lǐng)域抗菌材料被大量使用在建筑管道與涂料里面，被作為新型的有著抑菌殺菌功能的材料。周立春[20]學(xué)者將納米基原纖化纖維素結(jié)合氧化鋅納米基材料生產(chǎn)制造出了納米基抗菌復(fù)合材料，將其添加到涂料里，針對(duì)大腸桿菌與金黃色葡萄球菌有不錯(cuò)的抑制效果。6未來方向隨著材料學(xué)界不斷深入的研究納米基抗菌材料的抗菌能力，未來必將大量用于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，產(chǎn)生重要的社會(huì)價(jià)值。預(yù)期未來有關(guān)納米基抗菌材料的研究大都集中在下面這些方面：（1）投入更多資源研發(fā)復(fù)合型的納米基抗菌材料，將不同抗菌材料的優(yōu)勢(shì)結(jié)合并發(fā)揮出來，生產(chǎn)制造更加強(qiáng)力的抑菌殺菌材料。（2）在研究納米基抗菌材料抑菌殺菌作用的正面意義之外，還需要全面深入的研究材料的危險(xiǎn)性，深入研究這類材料的毒性情況，通過基因以及蛋白質(zhì)生物理論和對(duì)應(yīng)的生物科技，并使用高精尖設(shè)備，實(shí)時(shí)觀測(cè)這類材料和生物體的各種器官、組織以及微觀結(jié)構(gòu)的反應(yīng)情況，找到損害原因，為這類材料未來的實(shí)踐應(yīng)用建立全方位的安全性能評(píng)估體系。（3）投入更多資源研發(fā)復(fù)用性強(qiáng)、污染程度低、易于清理的全新納米基抗菌材料，并不斷的優(yōu)化改進(jìn)工藝降低生產(chǎn)成本。參考文獻(xiàn)[1]方顏.多酸基納米復(fù)合材料的構(gòu)建及抗菌性能研究[D].開封:河南大學(xué)碩士學(xué)位論文,2019[2]LiuY,ShiLQ,SuLZ,VanDerMeiHC,JuttePC,RenYJ,BusscherHJ.Nanotechnology-basedantimicrobialsanddeliverysystemsforbiofilm-infectioncontrol[J].ChemicalSocietyReviews,2019,48(2):428-446.[3]TheuretzbacherU,PiddockLJV.Non-traditionalantibacterialtherapeuticoptionsandchallenges[J].CellHost&Microbe,2019,26(1):61-72.[4]ZhaoJ,LiXY,HouXY,QuanCS,ChenM.Widespreadexistenceofquorumsensinginhibitorsinmarinebacteria:potentialdrugstocombatpathogenswithnovelstrategies[J].MarineDrugs,2019,17(5):275.[5]ZhangLY,QuanCS,ZhangXN,XiongW,FanSD.Proteoliposome-basedmodelforscreeninginhibitorstargetinghistidinekinaseAgrC[J].ChemicalBiology&DrugDesign,2019,93(5):712-723.[6]WangY,YangYN,ShiYR,SongH,YuCZ.Antibiotic-freeantibacterialstrategiesenabledbynanomaterials:progressandperspectives[J].AdvancedMaterials:DeerfieldBeach,Fla,2020,32(18):42-47.[7]陳浩,汪濤.無機(jī)納米抗菌材料在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用[J].輕紡工業(yè)與技術(shù),2021,50(09):117-118.[8]張欣,莫巧彌,邵文惠,呂嘉順,胡欣,李軍,張艷梅,權(quán)春善.納米酶的抗菌作用及其機(jī)制研究進(jìn)展[J].微生物學(xué)通報(bào),2021,48(09):3083-3094.[9]馮詩藝,蔣悅,王玥,張鳳,王毅豪,梁雪,劉耀文.聚乙烯醇與納米抗菌材料的復(fù)合研究進(jìn)展[J].塑料工業(yè),2019,47(03):14-18+130.[10]張超,張利,劉興華,陳琳,楊永珍,于世平.碳納米材料的抗菌性及在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào),2020,34(S1):53-57.[11]劉旖旎,劉芳,王德寶,孫芝蘭,吳海虹.納米抗菌纖維