抗菌和抗菌材料即将兴起

新的传染性病原体的出现已成为一个重大问题 – 现在世界比以往任何时候都更面临全球大流行带来的健康和经济后果。 抗菌材料的开发与应用 随着我们在控制环境和防止未来爆发方面采取更严格的措施，预计只会上升 .

在安全和健康维护意识不断提高的推动下，全球抗菌涂料行业预计需求将急剧增长 ，据 Global Market Insights 报道。

2017 年抗菌材料和涂料市场价值超过 30 亿美元。预计 2018-2024 年复合年增长率约为 12.5% ，到 2024 年底达到 70 亿美元。

<图>

随着我们采取更严格的措施来控制我们的环境和预防未来的爆发，预计抗菌材料的开发和使用只会增加。

传染性病原体通常通过空气飞沫传播 产生于打喷嚏或咳嗽 .这些体液可以沉淀在表面 ，如果个人接触这些呼吸道飞沫，就有可能人传人。

Neely 和 Maley 进行的一项研究发现，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 (MRSA) 和耐万古霉素肠球菌等病原体在医院使用的材料上可存活一天 .

<图>

病毒在不锈钢、塑料和类似的硬质表面上的活性通常比在织物和其他软质表面上的活性更长。

一些微生物甚至可以存活超过 90 天 .这些微生物在重症监护病房 (ICU) 中流行，并且与疾病和死亡的可能性增加有关。 消毒剂，如过氧化氢 , 不理想 由于它们有限的残留效应和环境毒性问题。

目前的这种结构要求需要探索能够提供抗菌活性的材料 ，从而减少可能爆发的发生。

理想的抗菌材料

抗菌材料 含有能够抑制或杀死微生物的抗菌剂 在它们的表面或周围。它们可以是抗菌聚合物、抗菌塑料、抗菌纳米材料或抗菌陶瓷 .

一种理想的抗菌材料具有以下特点：

• 使用安全；
• 便宜且易于合成；
• 涵盖广泛的抗菌活性；
• 长期高度稳定；
• 不溶于水（如果用于水消毒）；
• 不易腐烂；
• 不应释放有毒产品。

抗菌材料和涂层的类型

1。抗菌聚合物

聚合物的多功能大分子特性 使其成为防止微生物污染的有利选择，尤其是在生物医学领域 .抗菌聚合物也称为聚合杀菌剂，可以抑制致病微生物的生长。

<图>

抗菌表面的一般原理[1]。

无需任何改进即可表现出抗菌作用并具有固有的自我消毒特性的材料 被称为内在抗菌材料 .天然聚合物、具有胍基的聚合物、含季氮原子的聚合物、含卤素的聚合物以及模拟天然肽的聚合物是众多具有内在抗菌活性的聚合物材料中的一部分。

一些天然聚合物 包括壳聚糖、肝素和e-聚赖氨酸 .壳聚糖基材料具有可生物降解、无毒、生物相容性和抗菌活性等优点，具有广阔的应用前景。

<图>

随着公司改用抗菌包装以获得更安全的产品和延长保质期，聚合物抗菌食品包装正在流行起来。

通过化学修饰也可以赋予聚合物抗菌活性 .一些修饰包括低分子量抗菌剂的共价结合、抗菌肽的偶联以及天然聚合物与合成聚合物的接枝。

高分子抗菌食品包装 随着公司转向抗菌包装以获得更安全的产品和延长保质期 .

抗菌聚合物的其他应用还包括模具修复、粉末涂料和建筑行业。

2。抗菌塑料

a) 抗菌塑料

抗菌塑料 是一种合成聚合物材料，含有抗菌添加剂，使其有效抑制微生物生长 .它通过形成抗粘附表面来破坏细胞间通讯，从而杀死细菌，从而显示出抗菌特性。

<图>

商用滤水器中的抗菌塑料。

商业用途的抗菌塑料，例如高脚椅、滤水器和食品储存容器 比不含任何抗菌活性成分的塑料更耐用。混合到热塑性和热固性聚合物中的添加剂可最大限度地减少导致塑料更快降解的微生物的存在，从而进一步延长塑料的功能寿命 .一些兼容的塑料材料包括聚丙烯（PP）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）和聚乙烯（PE/LDPE）。

b) 抗菌生物塑料

白蛋白、大豆和乳清蛋白 是制造生物塑料的有利原料。 基于白蛋白的塑料阻碍了大肠杆菌和枯草芽孢杆菌在其表面的生长 ，而在乳清蛋白中发现的免疫球蛋白和糖巨肽结合毒素并防止微生物感染 .

<图>

苏格兰蓝色生物技术公司 CuanTec 推出了一种基于甲壳素的抗菌家用可堆肥塑料食品包装替代品，甲壳素是世界上第二丰富的天然生物聚合物。该公司从贝类行业的食品加工商的废料（贝壳、头部、爪子、尾巴——人们不吃的部分）中提取这种甲壳素，并将其转化为壳聚糖。

还有测试方法 可用于确定白蛋白或乳清塑料是否可用于医疗保健系统，例如用于医疗应用的医疗产品包装和感染测试 .

3。抗菌陶瓷

抗菌陶瓷 是一种非金属固体材料，在其釉料中加入了一种添加剂，使其能够抵抗细菌生长 . Drelich 等人进行的一项研究表明，铜注入陶瓷 可作为一种很有前景的水消毒抗菌产品。

<图>

(a) 制造抗菌陶瓷石的三个步骤示意图； (b) 陶瓷石； (c) 用于配制石料的粘土的 X 射线衍射图； (d) 显示孔隙度的陶瓷石的扫描电子显微照片[2]。

铜和铜化合物声称可以杀死多种微生物，包括细菌 （革兰氏阳性和阴性）、真菌、病毒 （包膜和非包膜）、酵母和孢子 .

它能够在两小时内杀死 99.9% 的有害细菌 根据铜业发展协会 (CDA) 的说法，无论反复接触铜表面，都能杀死超过 99% 的细菌。暴露于含铜抗菌陶瓷石的污染水中的肺炎克雷伯菌和金黄色葡萄球菌的数量在 3 小时内减少了>99.9% .

抗菌陶瓷应用可以在水槽、浴缸、马桶、淋浴器和厨房用具中找到。

4。抗菌纳米材料

a) 有机和无机纳米粒子

有机纳米粒子 可以通过释放抗菌剂或接触-杀死阳离子表面来消除微生物 .在 Jones 等人进行的一项实验中，聚ε-己内酯 (PCL) 与聚 (N-乙烯基吡咯烷酮)-碘混合，从而赋予生物材料抗菌性能，机械或流变学没有任何变化属性 . PCL降解也促进了大肠杆菌的抗粘附 .

<图>

不同类型纳米粒子（NPs）的示意图，分为有机类、杂化类和无机类[3]。

无机纳米粒子 更稳定 在比有机同类产品更高的温度下 ，使它们能够承受恶劣的加工条件。因此，无机纳米粒子经常被用作抗菌材料。

b) 金属氧化物纳米粒子

金属氧化物纳米粒子 通过静电相互作用引起细胞膜损伤 .质子泄漏会引起活性氧的生成，从而破坏有机生物分子，例如脂质、碳水化合物、核酸和蛋白质，从而导致微生物死亡。

氧化铝 显示对大肠杆菌的生长抑制。 三氧化锑 对金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌也有毒。其他金属氧化物纳米粒子，如氧化钴、氧化铁、氧化镁、氧化锌、二氧化钛 , 和 银纳米粒子 也显示出有希望的抗菌活性结果。

<图>

金属纳米粒子，尤其是银纳米粒子在医学领域最重要的应用之一是使用这些纳米粒子作为抗菌剂。纳米粒子对广谱革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌的致死活性已获批准。

银纳米粒子 与其他金属相比具有出色的抗菌性能 .银离子与蛋白质和细胞酶的硫醇基团的强键使它们成为保健织物的理想添加剂，例如面罩、私人窗帘、绷带、伤口敷料、床单和其他纺织品 与医疗保健有关。 2015 年，抗菌粉末涂料中银的使用占行业总收入的50% .它还预计到 2024 年将产生 20 亿美元的收入。

下一步是什么？

如果政府在执行自我卫生措施方面实施更严格的规范，抗菌材料（尤其是在表面涂料市场）作为主要原材料获得更多吸引力只是时间问题 .

此外，它还应用于许多行业，如建筑、食品包装、纺织、模具修复、家具、厨具和汽车 将进一步加强其在全球市场的占有率。