鄭 露， 陳昭斌

(1.重慶醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校，重慶 401331；2.四川大學(xué) 華西公共衛(wèi)生學(xué)院，四川 成都 610041；3.深圳市南山區(qū)疾病預(yù)防控制中心，廣東 深圳 518054)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展以及醫(yī)療衛(wèi)生條件的不斷改善，人們的健康醫(yī)療水平有了很大的提高。但一些變異的細(xì)菌病毒和一些新出現(xiàn)的傳染病等對人類的威脅也從未停止過，嚴(yán)重威脅著人類健康。因此，研制一種高效安全的抗菌材料具有十分重要的意義。自從德國物理學(xué)家Gleiter于1984年研制出納米金屬材料后，人們漸漸地發(fā)現(xiàn)其具有許多特性[1],如表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和介電限域效應(yīng)等。納米材料是指粒子尺寸在1～100 nm之間，達(dá)到納米數(shù)量級的材料[2]。納米材料作為消毒劑使用，具有長時間滅菌、消毒、抑菌、防腐的作用[3]，顯示出了很好的開發(fā)和應(yīng)用前景。本文就納米抗菌材料抗微生物的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 金屬元素型納米材料

金屬納米材料是目前應(yīng)用最為廣泛的納米材料之一，可以通過納米技術(shù)直接制備得到納米金屬粉末或納米金屬分散溶液[4]，方法較為簡單。常見的有Au、Ag、Cu、Fe、Ni、Pt等形成的納米材料[5]，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、生物傳感器、抗菌劑、靶向腫瘤治療、高效催化劑[6]等領(lǐng)域。也可以將金屬納米顆粒負(fù)載到二氧化硅、蒙脫石等化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的礦物載體上。雖然大多數(shù)的金屬納米材料都具有抗菌性能，但是Pb、Cd、Hg等重金屬的毒性較大；Cu、Zn雖然毒性不大且成本較低，但是抗菌性能沒有納米銀的效果好[4,7]，目前研究最多的是銀基納米材料，具有抗菌性能優(yōu)越且制備方法簡單的優(yōu)點[8]。

納米銀的抗菌機理主要有兩種：一種是接觸反應(yīng)說，銀離子穿透細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部與-SH反應(yīng)，使蛋白質(zhì)凝固，破壞酶的活性，導(dǎo)致細(xì)胞喪失分裂活性而死亡；另一種是催化反應(yīng)說，納米銀能催化產(chǎn)生活性中心，激活空氣或水中的O2，產(chǎn)生活性氧及羥基自由基[9]，可破壞微生物的細(xì)胞組分，抑制微生物繁殖和生長?？梢宰鳛橐环N新型的醫(yī)用高分子外用敷料，防止燒傷部位的感染，能夠有效抑制和殺滅病菌[10]，促進(jìn)傷口愈合和感染好轉(zhuǎn)，有效縮短愈合時間[11]。還可以作為抗腫瘤血管生成藥物，在中風(fēng)、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、心肌梗死的治療中具有一定的應(yīng)用價值[12]。納米金與納米銀相似，但成本較高。對于納米銀/金的合成主要是化學(xué)合成法，因此會有一些毒性殘留，吉林大學(xué)的錢永清[13]研究出了用植物內(nèi)生真菌生物合成納米銀/金的一種更安全的微生物合成法。

2 金屬氧化物型納米材料

經(jīng)研究證明的具有抗微生物作用的金屬氧化物型納米材料有ZnO、Ag2O、CuO、Cu2O、SnO2、TiO2等[14-22]，其中研究報道較多的為TiO2、ZnO和CuO/Cu2O。這3種納米氧化物材料具有相似的結(jié)構(gòu)與性能。研究報告表明，ZnO和CuO/Cu2O納米材料與人體直接接觸時會對人體有一定的損害，而納米二氧化鈦安全性較高，性質(zhì)穩(wěn)定，催化活性高，易制備成透明薄膜附著在其他載體上，是最具有代表性的光催化性抗菌材料[7-8，10，23]。根據(jù)納米二氧化鈦的特性，將其作為納米涂層材料，廣泛應(yīng)用于口腔義齒的抗菌、廢水中的光催化降解等[24-25]。金屬氧化物型納米材料主要的抗菌機理是光催化作用。當(dāng)大于其帶隙能的光照照在納米材料上后，通過光催化作用產(chǎn)生化學(xué)活性很強的羥基自由基(·OH) 及活性氧離子(O2-),與微生物內(nèi)的有機物，如細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)等發(fā)生作用，從而達(dá)到抗微生物的效果[7]。在使用過程中，對于納米二氧化鈦的濃度有一定的要求，抗菌效果并不是隨著濃度的升高而一直上升，經(jīng)本課題組研究發(fā)現(xiàn)，納米二氧化鈦作為消毒劑使用時有一個最佳濃度[26],濃度過高時，消毒效果反而有所降低，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)與其抗菌機理有一定的關(guān)系，濃度過高時，增加電子空穴對的復(fù)合幾率，同時會阻擋光對納米二氧化鈦的有效激發(fā)，從而降低了消毒效果。

3 非金屬無機化合物型納米材料

納米碳化硅、介孔納米二氧化硅、納米碳納米抗菌材料等無機化合性納米材料制備方法簡單，成本低、穩(wěn)定性好， 在生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用也受到越來越多的關(guān)注，在藥物載體、熒光探針、基因治療、抗菌材料等方面應(yīng)用廣泛[27-30]。

納米碳化硅興起于20世紀(jì)80年代中后期，被廣泛應(yīng)用于改善納米材料性能的材料制備中,將其作為增韌劑添加到無紡布中，可以改善材料的物理性能，更好地應(yīng)用于生物材料，用納米碳化硅制成的生物材料具有良好的生物相容性，安全無毒[31]。有研究表明納米碳化硅在400 μg/mL較低濃度時就有較好的殺菌效果,其殺菌機理在于納米碳化硅具有高表面活性，強效的脂質(zhì)過氧化物和損傷抗氧化能力能夠有效破壞菌體細(xì)胞膜的通透性，導(dǎo)致細(xì)菌代謝功能紊亂最終死亡[32]。

介孔納米二氧化硅具有良好的生物相容性，因其具有介孔結(jié)構(gòu)、比表面積大、表面易修飾等特點，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景[33]。利用其介孔結(jié)構(gòu)、表面易修飾特點，可以將介孔納米二氧化硅作為載體，負(fù)載一些光譜抗菌的納米材料，如納米銀等，這樣二者協(xié)同作用，可以緩慢釋放介孔中負(fù)載的納米抗菌材料，降低納米材料的復(fù)合團(tuán)聚，增強抗菌效果與抗菌的持久性。與傳統(tǒng)的納米二氧化硅載抗菌劑相比，可以提高載入量，放大抗菌效果。在日常應(yīng)用中，可以引入基團(tuán)，如氨基和巰基基團(tuán)對介孔納米二氧化硅表面修飾，得到更好的介孔孔道，從而發(fā)揮更好的協(xié)同抗菌效果[34]。

納米碳材料在抗菌方面應(yīng)用較為廣泛的為石墨烯。Hu等對石墨烯的抗菌應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)研究，結(jié)果表明氧化型石墨烯和還原型石墨烯均具有較好的抑菌效果，其中氧化型石墨烯抑菌效果更好些。其作用機理通過透射電鏡分析石墨烯作用后的大腸埃希菌提示為細(xì)菌細(xì)胞膜破壞嚴(yán)重，胞質(zhì)外流，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡[35]。還有文獻(xiàn)報道顯示將石墨烯用氨基苯甲酸修飾后裝載四環(huán)素可以抵御耐藥的大腸埃希菌，這就給今后對于耐藥菌株的殺滅滅活提供了一個新的研究方向[36]。

4 有機化合物型納米材料

有機分子具有結(jié)構(gòu)易剪裁和功能多樣性的特點，在分子水平上能夠靈活組合，可以實現(xiàn)納米尺度的自組裝，改變材料性質(zhì)。在催化、抗菌、藥物載體、生物顯影和光電材料方面有很好的應(yīng)用前景[37]。將納米材料分散在有機物或聚合物上同時也解決了無機納米材料易聚集和沉淀這一難題，能夠更好地發(fā)揮其抗菌等作用[38]。

5 天然納米材料

天然納米材料因其安全無毒綠色環(huán)保越來越受重視，也是納米材料發(fā)展應(yīng)用的趨勢。目前應(yīng)用較多的天然納米材料有膨潤土、埃洛石納米管、凹凸棒土等。在污水處理、重金屬的吸附、生物治療等方面應(yīng)用較為廣泛[39-41]。膨潤土具有吸附過濾的作用，可以直接吸附病毒細(xì)菌以及細(xì)菌產(chǎn)生的毒素[40]，也可用于無機抗菌劑的制備。 Kuw等[42]研究表明膨潤土與sodium omadine吡硫鈉混合所制成的抗菌劑對銅綠假單胞菌有較好的效果。埃洛石納米管(HNTs)是由硅酸鹽片層在天然條件下卷曲而成的微管狀的天然納米材料,因其特殊的管狀結(jié)構(gòu)，使其具有天然物理吸附的作用，用來吸附廢水中的氨氮、染料及重金屬凈化環(huán)境[43]。也可以將埃洛石納米管與抗菌劑結(jié)合成為新型抗菌材料，增強抗菌效果、降低細(xì)胞毒性以及增強了體內(nèi)生物相容性，如將季鏻鹽抗菌劑負(fù)載于埃洛石納米管上，相對于直接使用季鏻鹽抗菌劑具有更低的細(xì)胞毒性[44]。

6 小結(jié)與展望

納米材料因其特有的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)使其具有一些特殊的功用，在生物治療、傳感器、磁效應(yīng)、抗菌催化材料等都有傳統(tǒng)材料無法比擬的優(yōu)點[11]，越來越受到人們的重視。但是其生物安全性也不容忽視，有些納米材料可以破壞微生物的蛋白結(jié)構(gòu)從而達(dá)到殺滅微生物的效果[45],那么在殺滅微生物的同時，對于人體是否有損害，或如何避免損害等問題將是今后研究的重點。2007年7月，美國FDA發(fā)布首份納米技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品監(jiān)管調(diào)查報告，要求制訂針對納米產(chǎn)品的科學(xué)監(jiān)管方法。2012年9月國家食品藥品監(jiān)督管理局發(fā)布通知，明確將納米銀等生物材料類醫(yī)療器械按第三類醫(yī)療器械管理，相關(guān)產(chǎn)品重新注冊，全面評價其安全性。近年來關(guān)于納米材料的安全性研究也有了相應(yīng)的進(jìn)展，天然納米材料也因其安全無毒越來越受到重視?？傊?，研究開發(fā)一種新型材料，在新領(lǐng)域推廣應(yīng)用，都要全面了解它的性能，評估它的安全性，這樣才能持之以恒地發(fā)展。

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