周馨悅，徐井華，劉星雨，潘景宏，范莉莉

（通化師范學院物理學院，吉林 通化 134002)

在當前科技社會，隨著納米技術的不斷完善，納米ZnO 作為一種常見的無機抗菌劑，已廣泛應用于抗菌材料中。本文綜述了納米ZnO 的不同制備方法、抗菌機理及影響納米ZnO 抗菌性能的主要因素，探究了納米ZnO 在抗菌材料中的應用，總結與納米ZnO 相關的抗菌材料，主要可分為兩種，一種是摻雜復合型納米氧化鋅抗菌材料;另一種是負載載體型納米ZnO 抗菌材料。

1 抗菌材料

1.1 定義

一些自身具有殺滅或抑制微生物及細菌功能的新型材料叫做抗菌材料。目前對于抗菌材料，更多的是指通過添加抗菌劑到一定的材料中，從而使這些材料具有抑制或殺滅表面細菌的能力。

1.2 抗菌材料分類

1.2.1 無機抗菌劑類

常見的無機抗菌劑有氧化鋅、二氧化鈦、氧化銅等。無機抗菌劑是通過利用一些金屬離子的抗菌能力，如：銅、鋅、鈦等離子，將這些金屬離子制成抗菌劑，然后將其加入到一定的材料中，從而使材料獲得抗菌能力。無機抗菌劑的優(yōu)點較多，如抗菌范圍廣、抗菌時效長及耐熱性好等優(yōu)點。

1.2.2 有機抗菌劑類

有機抗菌劑的抗菌作用是通過進行一定的化學反應，使微生物的細胞膜被破壞，導致蛋白質變性，進而起到抑制或殺滅細菌等作用。該類抗菌劑抑菌作用速度快，但一般的有機抗菌劑容易水解，抑菌效果不明顯且耐熱性差。

2 納米氧化鋅及其抗菌機理

2.1 氧化鋅概述

鋅元素是一種人體必需的微量元素，在生物體生長、發(fā)育及保持健康的生理過程中都起到了至關重要的作用。在抗菌材料中，氧化鋅是鋅的重要來源，被應用于一種常見的無機抗菌材料。

2.2 納米氧化鋅的抗菌機理

人們對納米氧化鋅的抗菌機理已經做了大量的研究，但是目前對以哪種機理為主尚在研究階段。因此，為了使生活中納米氧化鋅抗菌材料有更廣泛的應用，研究納米氧化鋅的抗菌機理是非常必要的。目前對于納米氧化鋅抗菌機理的研究有許多，大致可分為金屬離子溶出機理、接觸吸附機理和光催化機理三種說法。金屬溶出機理和光催化機理是最主要的兩種[1]。

接觸吸附機理是納米氧化鋅發(fā)揮抑制或殺滅細菌的基本條件。Yamamoto 研究了影響納米氧化鋅抗菌性能的主要因素，結果表明，納米氧化鋅的抗菌效果與對細菌表面的吸附性能相關，納米氧化鋅通過進行吸附，使微生物的細胞膜被破壞，導致蛋白質變性、微生物細胞死亡，進而起到抑制或殺滅細菌等作用。

金屬離子溶出機理是指納米氧化鋅與細菌接觸時，釋放的Zn2+透過細胞膜進入細胞，在破壞細胞膜的正常結構和功能的同時與蛋白質上的某些基團反應，對蛋白質的新陳代謝和細菌的遺傳功能起到影響，使得細菌在生物體內因不穩(wěn)定存在而失活，起到抗菌作用[2]。

光催化機理是指納米氧化鋅可受到紫外線或可見光的激活，產生大量的自由基，如OH-、H2O2和O2-等。其中H2O2能直接穿透細胞壁在菌體內聚集并殺滅細菌，而OH-在細菌細胞膜外層表面發(fā)生聚集現象，并與其發(fā)生反應導致細胞膜被破損，進而達到抗菌的目的。

3 影響納米氧化鋅抗菌性能的因素

3.1 粒徑

Williams 等研究發(fā)現，納米粒子的比表面積越大，會增大與細菌接觸反應的面積，從而起到了更好的抗菌作用，并且粒徑為納米級時，納米氧化鋅的表面活性也較強。Raghupathi 等研究不同粒徑的納米氧化鋅對金黃色葡萄球菌生長的抑制效果，結果表明，納米氧化鋅的粒徑越大，對金黃色葡萄球菌的抑制效果越不明顯，而在粒徑較小時，不僅抑制該菌的生長，甚至對其有致死作用。

3.2 細菌類型

真菌大致可分為革蘭陽性菌和革蘭陰性菌，革蘭陽性菌對納米氧化鋅更加敏感。Premanathan等研究證明了納米氧化鋅對革蘭陽性菌的抗菌作用更強，兩類真菌的抗菌效果的不同可能是由于這兩類真菌細胞壁結構不同所導致的。LIU Yang等發(fā)現納米氧化鋅的抗菌效果與真菌的生長方式有關，也與納米氧化鋅的制備發(fā)法不同從而導致納米氧化鋅本身固有的耐受性不同相關。

除以上影響因素外，納米氧化鋅的濃度及作用時間、溫度、pH 值、光照強度等也會對納米氧化鋅抗菌性能造成影響。

4 納米氧化鋅在抗菌材料中的應用

納米ZnO 作為一種常見的無機抗菌劑，現在已廣泛應用于抗菌材料中。為進一步增強其性能，將納米ZnO 進行摻雜或復合改良是一種新型趨勢。當前，對于納米ZnO 應用于抗菌材料中，可分為以下兩種[3]。

4.1 摻雜復合型納米氧化鋅抗菌材料

納米ZnO 改良為摻雜復合型抗菌材料，可以通過將納米ZnO 與金屬離子摻雜，納米ZnO 與金屬氧化物復合或者用有機物來修飾納米ZnO 等方法。

Rekha K 等將納米ZnO 與Mn 進行摻雜，結果表明摻雜了Mn 的納米ZnO 相對于純的納米ZnO 的抗菌性能增強；Yamamoto 等將納米ZnO與金屬氧化物MgO 進行復合，但實驗顯示隨著金屬氧化物在納米ZnO 中的摻雜量越高，對細菌的抑制作用越不明顯；也有一些研究者用有機物來修飾納米ZnO，從而對納米ZnO 的性能進行增強，如：聚苯乙烯等，通過實驗驗證后發(fā)現，進行修飾后的納米ZnO 對金黃色葡萄菌或是大腸桿菌都有著很強的抑制作用。

綜上所述，將納米ZnO 進行摻雜或復合都會在抗菌性能方面有一定的改善，但由于某些金屬氧化物或者金屬離子特異的性質，使得改良后的納米ZnO 的抗菌效果存在一定的優(yōu)良性，因此為得到抗菌性能最佳的納米ZnO，尚待研究中。

4.2 負載載體型納米氧化鋅抗菌材料

納米ZnO 通常會以離子的形式游離到環(huán)境中，從而破壞環(huán)境，使得自身的性能受到一定的限制，所以研究者通常會采用載體來將納米ZnO進行固定，從而增強抗菌性能。目前適合作為抗菌材料載體主要有硅膠類以及磷酸鹽類等[4]。

Alswat 等用沸石作為載體進行抗菌材料的改良，實驗結果發(fā)現用載體負載后的抗菌材料有著更強的抗菌性能，這是因為沸石載體可以防止納米粒子發(fā)生聚集的現象。當前所研究出的氧化石墨烯負載納米氧化鋅型抗菌材料己被用作有效的殺滅大腸桿菌的微生物制劑。

5 結語

基于納米ZnO 作為抗菌劑的優(yōu)勢，現在將納米ZnO 應用于抗菌材料已成為一種必然趨勢。本文對抗菌材料及納米ZnO 進行概述，將納米ZnO的抗菌機理主要分為金屬離子溶出機理和光催化機理兩大類，并且討論了影響納米ZnO 抗菌性能的主要因素。但目前納米ZnO 作為一種常見的無機抗菌劑，現在已廣泛應用于抗菌材料中，為進一步增強其性能，將納米ZnO 進行摻雜或復合改良是一種新型趨勢。人們對于納米ZnO 的抗菌機理已經做了大量的研究，但是以哪種機理為主尚在研究階段。對此，研究者應加大時間與經歷的投入，對抗菌材料的研究應更加深入，將研究各類抗菌劑的抗菌機理與抗菌劑之間的相互協(xié)調增強殺菌效果作為接下來主要的研究方向，并為以后納米氧化鋅在抗菌材料中的應用提供更多的理論基礎及實驗探究。