抗菌抗微生物材料急速崛起：重塑健康安全未来

新型传染源出现已成重大关切——当前更甚，因全球面临大流行病带来的健康经济后果。抗菌材料开发与应用预期将持续上升，因我们采取更严格措施控制环境、预防未来爆发。

受安全健康维护意识提升驱动，全球抗菌涂料行业预期需求大幅增长，据Global Market Insights报告。

抗菌材料涂料市场2017年估值超30亿美元。预计2018-2024年复合年增长率约12.5%，2024年底达70亿美元。

传染源通常通过飞沫传播，源自打喷嚏或咳嗽。这些体液可沉积表面，个人触摸呼吸道飞沫可人传人。

Neely和Maley研究发现，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)、耐万古霉素肠球菌等病原体在医院用材料上可存活一天。

某些微生物甚至存活超90天。这些微生物流行于重症监护室(ICU)，与疾病死亡率增加相关。过氧化氢等消毒剂非理想因残留效果有限、环境毒性问题。

现行结构呼吁探索能提供抗菌活性的材料，从而降低潜在爆发发生率。

理想抗菌材料

抗菌材料含抗菌剂，能抑制或杀灭表面或周围微生物。可为抗菌聚合物、抗菌塑料、抗菌纳米材料、抗菌陶瓷。

理想抗菌材料具备：

聚合物多功能大分子特性使其成对抗微生物污染有利选项，特别是生物医学领域。也称聚合物杀菌剂，抗菌聚合物可抑制致病微生物生长。

无需改性即展现抗菌作用、具固有自洁特性材料称内源性抗菌材料。天然聚合物、含胍基聚合物、含季铵氮原子聚合物、含卤素聚合物、模拟天然肽聚合物等多种聚合材料具内源性抗菌活性。

一些天然聚合物含壳聚糖、肝素、ε-聚赖氨酸。壳聚糖基材料因可生物降解、无毒、生物相容、抗菌活性显示出巨大潜力。

通过化学修饰赋予聚合物抗菌活性也可行。修饰含低分子量抗菌剂共价掺入、抗菌肽偶联、天然聚合物接枝入合成聚合物。

聚合物抗菌食品包装随企业转向抗菌包装获更安全产品和延长保质期而普及。

抗菌聚合物其他应用见于霉菌治理、粉末涂料、建筑业。

抗菌塑料含抗菌添加剂合成聚合物材料，使其对抗微生物生长有效。通过形成抗粘附表面破坏细胞间通讯展现抗菌性能，从而杀灭细菌。

商用抗菌塑料如高脚椅、净水器、食品储存容器比无抗菌活性成分塑料更耐用。混入热塑性和热固性聚合物的添加剂最小化导致塑料加速降解的微生物存在，进一步延长塑料功能寿命。兼容塑料材料含聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE/LDPE)。

白蛋白、大豆、乳清蛋白作生物塑料制造有利原料。白蛋白基塑料抑制大肠杆菌和枯草芽孢杆菌表面生长，乳清蛋白中免疫球蛋白和糖大肽结合毒素防微生物感染。

也有测试方法判定白蛋白或乳清塑料能否用于医疗系统，如医疗产品包装和医疗应用感染测试。

抗菌陶瓷是釉面掺入添加剂使其抵抗细菌生长的非金属固体材料。Drelich等人研究显示铜掺入陶瓷可作水消毒有前景抗菌产品。

铜及铜化合物声称杀灭多种微生物，含细菌(革兰阳/阴)、真菌、病毒(有/无包膜)、酵母、孢子。

据铜发展协会(CDA)，能2小时内杀灭99.9%有害细菌并持续杀灭超99%细菌无论反复暴露铜表面。受污染水中肺炎克雷伯菌和金黄色葡萄球菌种群经多孔铜掺入抗菌陶瓷石暴露后3小时内减少>99.9%。

抗菌陶瓷应用见水槽、浴缸、马桶、淋浴、厨房电器。

有机纳米颗粒可通过释放抗菌剂或接触杀菌阳离子表面消灭微生物。Jones等人实验中，聚ε-己内酯(PCL)与聚(N-乙烯基吡咯烷酮)-碘混合，赋予生物材料抗菌性能，力学流变性能无变化。PCL降解也促进大肠杆菌抗粘附。

无机纳米颗粒在高温下比有机对应物更稳定，耐受苛刻加工条件。故无机纳米颗粒常作抗菌材料用。

金属氧化物纳米颗粒通过静电相互作用导致细胞膜损伤。质子泄漏诱导活性氧生成破坏脂质、碳水化合物、核酸、蛋白质等有机生物分子，从而致微生物死亡。

氧化铝显示抑制大肠杆菌生长。三氧化二锑对金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌有毒。其他金属氧化物纳米颗粒如氧化钴、氧化铁、氧化镁、氧化锌、二氧化钛及银纳米颗粒也显示出抗菌活性前景。

银纳米颗粒具比其他金属优异抗菌性能。银离子与蛋白质细胞酶巯基强结合使其成医疗织物理想添加剂，如口罩、隐私帘、绷带、伤口敷料、床单及其他医疗纺织品。2015年银用于抗菌粉末涂料占行业总收入50%。预计2024年产值达20亿美元。

只是时间问题，抗菌材料特别是表面涂料市场将获更多关注成主要原材料，若政府实施更严规范强制自我消毒措施。

此外，其在建筑、食品包装、纺织、霉菌治理、家具、厨房用品、汽车等多行业应用将进一步巩固全球市场地位。

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