抗菌剂及抗菌材料的应用_李晓英

抗菌剂及抗菌材料的应用

李晓英

(山西省化工研究所,山西太原030021)

摘要:介绍了抗菌剂的分类和抗菌机理及其在抗菌纤维、抗菌塑料中的应用和发展。

关键词:抗菌剂;抗菌材料;机理

中图分类号:T Q314124+5.9文献标识码:B文章编号:1001O9278(2001)02O0068O03

随着社会发展及人民生活水平的提高,健康的生存环境日益成为人类的追求目标。因而,危害人类健康的环境微生物也引起了人们的重视。1996年,日本发生的O-157感染事件,曾一度引起全世界的恐慌。而在世界范围内因细菌传染引起的包括霍乱、肺炎、疟疾、结核病和肝炎等导致人类的死亡更是频频见诸报道,触目惊心。为此,控制和消灭有害细菌的生长和繁殖,在当今仍是科技领域内的重要课题,并不断受到关注。

1抗菌剂的种类

抗菌剂按照其抑制微生物生长的程度不同,分为灭菌剂、消毒剂和防菌剂[1]。

灭菌剂,杀死生物体中所有微生物(包括病原菌和非病原菌)的繁殖体和芽孢。

消毒剂,杀死病原菌。一般消毒剂在常用浓度下只对细菌的繁殖有效,对于芽孢则无杀害作用。

防菌剂,又称抑菌剂或防腐剂,能够防止或抑制微生物生长。

一般来讲,抗菌剂或抗菌材料,都具有杀菌作用或抑菌作用。而许多药品,在低浓度时只有抑菌作用,浓度增大或作用时间长时,可起到杀菌作用。

2抗菌剂的分类

用作抗菌剂的物质为数不少,大体上可分为无机和有机两大类。

211无机抗菌剂

主要是指将银、铜、锌等本身具有抗菌能力的金属或金属离子负载于无机物载体上的制剂。其中载体主要是合成的或天然的沸石、二氧化钛、磷酸锆、硅胶等。

由于银离子的毒性很小,抗菌能力强,而且在人体收稿日期:2000O12O26内难于积累[2],所以早在古代人们就利用其安全性和抗菌性来制成餐具和抗菌药物。目前已商品化的无机抗菌剂大多是银系抗菌剂。

银系抗菌剂的作用机制是银离子从载体中溶出后,与细菌或霉菌细胞中的)SH、)NH2、)COOH等反应,与细胞体内的蛋白质发生作用,阻碍其合成的进行和能量来源,进而使代谢受阻,抑制细菌的繁殖[3]。

无机抗菌剂由于是通过载体的缓释来完成抗菌目的,而且载体及金属都具有很低的毒性,因此,其突出的特点是耐久性及安全性好。而银离子易生成氧化银或经光催化还原成金属银,故存在使制品变色的缺憾。212有机抗菌剂

有机抗菌剂包括天然类和合成类两大系列。

天然类抗菌剂是从动植物中提炼精制的,主要有从蟹和虾的壳中提炼精制的壳聚糖。壳聚糖分子内含有活性基团)NH2,可对多种菌类表现出抗菌性。一般认为壳聚糖的抗菌机理是由两步反应完成的。首先,在酸性条件下,壳聚糖分子中的H N+3与细胞壁所含的硅酸、磷酸酯等解离出的阴离子结合,结合结果使细菌自由活动受阻,从而阻止细菌的大量繁殖。然后,壳聚糖进一步低分子化,通过细胞壁进入微生物的细胞内,使遗传因子从DNA到RNA的转变过程受阻,造成微生物彻底无法繁殖[4]。天然抗菌剂由于其耐热性差,药效持续时间短,同时受到安全性和加工条件的制约,目前还未实现大规模的商品化。

另一类更占主导地位的有机抗菌剂是合成类有机抗菌剂,主要品种有:季胺盐类、双胍类、醇类、酚类、有机金属类、吡啶类、咪唑类、噻吩类等。其作用机理主要是与细菌和霉菌的细胞膜表面阴离子结合,或与硫基反应,破坏蛋白质和细胞膜的合成系统,抑制细菌和霉菌繁殖。

合成类有机抗菌剂具有速效、防霉效果优良等特性,但它同时具有毒性较大、耐热性较差、药效持续时

第15卷第2期中国塑料V ol.15,N o.2 2001年2月CHINA PLASTICS F eb.,2001

间短等缺点。表1对这三类抗菌剂作了简单的归纳。

表1抗菌剂分类及其特点比较

抗菌剂类别主要品种作用机理优点缺点

无机抗菌剂银-活性炭、银-沸石、银-磷酸锆,银

-硅胶、银-二氧化钛、银、锌、铜等金

属离子及其氧化物

金属可与细菌或霉菌细胞中的

)SH、)NH2、)COOH等反应,破坏蛋

白质的代谢而抑制细菌繁殖

安全性高,耐热性好,持

续性好,抗菌范围广,有

效期长

价格高,银系存在变

色问题

天然抗菌剂壳聚糖使细胞壁破坏,阻碍细菌自由活动,

DNA的合成受阻

安全性高寿命短,耐热性差

合成抗菌剂酚醚类,苯酚类,季胺盐类,双胍类,异

噻唑类,有机卤素化合物,哌啶类,咪唑

类,噻唑类,砜类

破坏细胞膜

蛋白质变性,代谢受阻

抗菌范围广,杀菌速度快

毒性大,易水解,使

用寿命短

3抗菌剂的应用

目前,抗菌剂的应用领域越来越广泛,如日常的纤维服装、家用电器、卫生陶瓷制品、食品包装以及建筑用的钢板、涂料等。其中纤维材料和塑料是抗菌剂应用最广的领域。

311抗菌纤维

纤维由于能够吸附很多微生物,而这些微生物如果温度适宜,就会迅速繁殖,进而对人体产生种种危害。所以,在纤维中添加抗菌剂日益成为现代人类追求高质量生活的需求。目前市场上出现的代表性抗菌纤维如表2所示。

表2目前市场上出现的代表性的抗菌纤维[5]公司名称商品名纤维基团和抗菌剂

钟纺巴克泰基拉

利普弗来休A

利普弗来休C

聚酯内添加抗菌沸石

聚丙烯腈内添加抗菌沸石

尼龙内添加抗菌沸石

帝三制药苔丝纶尼龙内添加医用抗菌剂日本医疗巴依克纶尼龙内添加含氮抗菌剂

富士纺基特波利纤维素纤维内添加脱乙酰壳多糖微粉

东帮人造丝萨因德罗奈粘胶纤维内添加季胺盐

可乐丽萨尼达-30

萨依耐克斯

聚酯内添加抗菌沸石

尼龙内添加含银无机物

帝人开米达克(短纤)

利帕尔泰

聚酯内添加含银无机物

聚丙烯腈内添加铜微粉

蚕毛染色桑达纶SS-N聚丙烯腈纤维表面配位络合硫化铜

旭化成短纤维-RBCY 粘胶内添加胶体硫磺使铜氨纤维表层析出微细铜化合物

大和纺斯纳尔帕粘胶内添加有机抗菌剂

东丽泰利卡纳(长丝)尼龙内添加无机抗菌剂

尤尼奇卡波尔法(短纤)聚酯内添加抗菌沸石

中国纺大中纺AB聚丙烯腈纤维链上接枝抗菌基团

纤维的抗菌加工方法大致可分为后处理加工法和原纤维加工法两大类。后处理加工法是利用纤维表面的活性基团,将抗菌剂或含有抗菌剂的反应性树脂接枝到纤维表面。原纤维加工法是在合成纤维阶段,将抗菌剂加于纺丝液内制成抗菌纤维。在后处理加工法中,抗菌剂只存在于纤维表层中,抗菌耐久性差。而原纤维加工法是通过抗菌剂露出纤维表面或部分溶出而显示抗菌性,当纤维表面抗菌剂减少时,纤维内部抗菌剂又可以向外得以补充而具有强的耐久性。目前已形成抗菌纤维的主要生产技术。

抗菌纤维中使用的抗菌剂大致有金属及金属化合物、二苯醚及其衍生物、有机硅季胺盐及脲类、胍类、脂肪酸酯、甲壳类等70余种。

312抗菌塑料

塑料抗菌剂是一类新型塑料添加剂。添加少量抗菌剂可赋予塑料长期的抗菌和杀菌能力。90年代以来,以日本为代表的发达国家已在家用电器、化学建材产品、电信通讯产品、食品包装物和厨房用品、文具、卫生浴具、玩具等用品中使用抗菌塑料,利用其中的抗菌剂可以将玷污在塑料上的细菌在一定时间内杀死或抑制其繁殖,保持自身清洁状态,减少因使用塑料制品而发生的交叉污染。抗菌塑料的应用见表3。

表3抗菌塑料的应用

应用领域应用产品

食品用具

食品保鲜膜(袋)、餐具、菜板、食品加工机、保温

瓶壳

电子通讯电话机、传真机、移动电话、话筒、键盘

家用电器

冰箱、洗衣机、空调、洗碗机、录像机、电饭锅、电

熨斗、换气扇

建材装饰板、内墙涂料、油漆、壁纸、家具、卫生间设施

办公用品纸张、文具

玩具塑料、木制玩具;棋子

医疗卫生

医院设施、注射器、输液器、医护人员及病人的服

装

日常用品及其它

牙刷、交通工具内饰件、乐器、助听器、污物筒、包

装袋等

抗菌塑料的抗菌性应当具有高效、广谱、持续性好的特点,并且无毒,无异味,对环境无影响。抗菌剂还应当与各种塑料配伍性好,不与塑料中各种助剂发生化学反应,不受光和热的变色作用。

抗菌塑料的加工方法与抗菌纤维相似,抗菌塑料成型时通常在200e左右的高温,且要经受强烈的机

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