抗菌剂研究进展
陕西科技大学化学与化工学院 谢瑜 张昌辉
抗菌是指在一定时间内抑制细菌、真菌等微生物的生长、繁殖和存活。抗菌方法主要有物理法和化学法两类，
其中化学法是通过调节pH值，进行气体交换，隔离营养源等手段杀菌。“抗菌剂”是指能够抑制细菌和霉菌繁殖，
造成其难于生存的环境，且效果持久的药剂。抗菌剂具有刺激性小、使用浓度下毒性较低、不会引起过敏反应、作
用温和等特点。目前，已研制及应用的抗菌剂可归为有机抗菌剂、无机抗菌剂及复合抗菌剂3类。
有机抗菌剂
有机抗菌剂广泛应用于塑料、涂料、纤维、纸张、橡胶、树脂、木材、建材、医药以及水处理等领域。有机抗
菌剂是通过化学反应破坏细菌等的细胞膜，使蛋白质变性、代谢受阻，从而起到杀菌、防腐及防霉等作用。有机抗
菌剂包括天然和合成两大系列。
1.天然有机抗菌剂
天然有机抗菌剂是从某些动植物体内提取出的具有抗菌活性的高分子有机物，如山嵛、孟宗竹、薄荷、柠檬叶
等的提取物，蟹和虾中提炼的壳聚糖及其衍生物等。其中，最常用的天然抗菌剂是壳聚糖，对霉菌、细菌都有很强
的抗菌效果，与生物体能亲和相容。目前对壳聚糖抗菌机理的推测有两种，其一是在酸性条件下，活性基团吸附带
有负电荷的细菌，进而导致细菌溶解而死亡；其二是壳聚糖齐聚物吸附细菌后，进一步低分子化，通过微生物细胞
壁进入细胞内，扰乱细胞的正常活动，从而抑制了细菌的繁殖。壳聚糖的抗菌性能受浓度、酸度、相对分子质量、
脱乙酰化度的影响，这使其应用范围受到很大限制。为了更好地发挥壳聚糖的抗菌活性，人们开始对其进行改性，
制备壳聚糖衍生物。此外，一些生物碱也可用作抗菌剂，Y.R.Torres等发现从一种海绵无脊椎动物提取的生物碱
对革兰氏阳性菌都有很好的抗菌性能。
由于天然有机抗菌剂的使用安全性很高，对人体无毒、无刺激，已被广泛应用。但天然有机抗菌剂的耐热性差
且药效持续时间短，因此它的应用受到限制。
2.有机合成类抗菌剂
低分子有机合成抗菌剂的品种主要有季铵盐、季膦盐、有机金属、卤代胺和双胍类等，抗菌机理主要是其与细
菌和霉菌的细胞膜表面的阴离子相结合，或与巯基反应，破坏蛋白质和细胞膜的合成系统，从而抑制细菌和霉菌的
繁殖。
季铵盐类 此类产品中的N带正电荷，吸引细菌，引起胞壁结构受损使内容物漏出，抗菌机制属于“触杀”。
此外，季铵盐也具有抑制细菌脱氢酶、氧化酶等作用，应用较为广泛。目前已经开发出4代典型的季铵盐类抗菌剂，
分别为单链季铵盐、单链季铵盐的衍生物、双链季铵盐及单双链季铵盐的联合应用。季铵盐类抗菌剂的抗菌能力和
毒性与结构变化存在一定关联性，同类季铵盐抗菌剂含短烷基链的毒性要比长烷基链的大；在烷基链长度相同时，
带甲基的毒性要比带苄基的大；单烷基的毒性要比双烷基的大。
季膦盐类 季铵盐结构中的N原子被P原子取代所得，其更容易吸附带负电荷的菌体。季膦盐分子结构比较稳
定，可在pH为2～12的水中使用，而季铵盐只有在pH≥9时效果才最佳。Kamazawa A等人于1993年报道了一系
列带有长烷基链的三丁基膦化合物，当长链烷基的碳数为12、14、16、18时，均对E.Coli及S.Aureus菌有高效、
快速的杀菌活性。同年，Kamazawa A等人还报道了单、双长烷基链的碳数分别为10、14、18的季膦盐对十多种典
型的微生物均有好的抗菌性，可广泛应用于制革、化工、制药等行业。此外，季膦盐对藻类、异样菌、铁氧菌、硫
酸盐还原菌具有很好的杀菌效果，可被用于油田循环水系统。由于合成材料有限、价格较高，且合成条件较为苛刻，
因此，国内对季膦盐的研究目前还处于起步阶段。
高分子有机合成抗菌剂研究和使用主要集中于高分子季铵盐、季膦盐等，抗菌性能主要是通过将带抗菌活性官
能团的单体聚合或以接枝的方式引入高分子链而得。其中，通过带活性官能团的单体聚合制备的抗菌剂较少，主要
是制备过程较为复杂以及难以选择合成原料。
Adriana P等人将不同的季膦盐接枝到不溶性的交联聚苯乙烯氯甲基化合物载体上，此抗菌材料可以重复使用，
并对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都有很好的抗菌效果。Sauvet G等人制得带季铵盐侧基的硅氧烷，并将其接入
硅树脂网络中，能有效抑制大肠杆菌。卢滇楠等人成功地在纤维素的纤维表面接枝季铵盐单体，使得纤维表面上菌
体活性被明显抑制。Kanazawa A等人研制了以季膦盐为抗菌基团的高分子抗菌剂，并考察了不同取代基抗菌活性，
发现含有较长链（辛基）的化合物有较高的抗菌活性。
高分子抗菌剂的抗菌机理非常复杂，分子的摩尔质量、摩尔质量分布以及分子在溶液中的形态都可能对抗菌剂
的抗菌性能产生影响。此外，分子的交联结构对抗菌性能影响也非常大。相对于低分子抗菌剂，高分子抗菌剂具有
性能稳定，杀菌效果显著，不挥发，易于加工、贮存，不会渗入人或动物表皮的优点，具有非常广阔的应用前景。
无机抗菌剂
无机抗菌剂是20世纪80年代中期发展起来的一类抗菌材料，具有安全性高、耐热性好、不产生耐药性和抗菌
长效的特点，但是其价格昂贵，且具有抗菌迟效性。目前对无机抗菌材料的应用研究主要涉及溶出型抗菌剂、光催
化材料抗菌剂和纳米抗菌剂。
溶出型抗菌剂 主要是将具有抗菌活性的金属离子或其化合物如银离子、铜离子、锌离子等通过物理吸附、离
子交换等方法固定到多孔介质上而制得。微量金属离子吸引带负电荷的细菌，破坏微生物合成酶的活性，并干扰微
生物DNA的合成，造成细菌丧失分裂繁殖能力而死亡。该类抗菌剂应用较广，抗菌效果较好。但是汞、镉离子对人
体有害；铜、镍、钴离子具有一定的颜色，会影响产品的外观，因而“银离子溶出型”抗菌剂为此类抗菌剂的典型
代表，已经广泛应用到建筑材料、陶瓷制品、纤维、塑料、涂料、医疗等诸多领域。
光催化型抗菌剂 价格极为低廉，且无毒。主要品种有N型半导体金属氧化物，如TiO2、ZnO、SiO2等。其中
TiO2的氧化活性较高，稳定性也较强，对人体无害，具有优异的广谱抗菌效能。这类抗菌剂的抗菌原理主要是基
于光催化反应。光催化抗菌剂不仅能杀死细菌本身，而且能与细菌及其分泌的毒素反应，起到残骸和毒素的杀灭和
清除作用。光催化抗菌剂目前已在纺织、涂料、陶瓷制品等方面得到了广泛的应用。
纳米抗菌剂 在纳米级粉体的基础上包覆抗菌物质而制成。根据杀菌机理的不同，可分为载有银离子和载有
TiO2材质2类。由于载体纳米化，抗菌材料具有更大表面积，对微生物有更强的吸附作用，从而纳米银离子抗菌
剂的抗菌性能远远高于传统的银离子杀菌剂。载银纳米抗菌材料包括载银硅酸盐和载银磷酸盐等。载银硅酸盐系抗
菌剂用于低温加工的纤维、塑料等，而载银磷酸盐系抗菌剂主要用于高温加工的陶瓷产品。研究发现含有单一金属
离子的抗菌剂达到理想抗菌效果时，所需添加量较大，同时，银的光敏效应很强，易氧化变色，这些都影响了其应
用领域的拓展。因此，在多孔介质上负载两种或多种以上的金属离子制备出的多组分无机抗菌剂越来越受到人们的
青睐。
同载银抗菌剂类似，TiO2纳米化后抗菌即效性好、安全性高、持效长，添加到纤维织物中可以起到抗菌、防
臭、抗紫外线等作用。虽然TiO2来源广泛、价格低廉、安全性很高，但只有在外界能量作用下才能发挥抗菌活性，
严重限制了其应用范围。将Ag+、Cu2+等金属离子附载到TiO2上，制备新型无机抗菌剂获得了理想的效果。
有机-无机复合抗菌剂
有机-无机复合抗菌剂结合了有机和无机抗菌剂的优点，兼具了有机系的即效性、持续性与无机系的安全性、
耐热性，而且价格低廉、用量少、抗菌性能高、稳定性好。日本多将有机聚硅氧烷、可水解硅烷，含三唑基的化合
物与沸石混合，所得产品不仅抗菌效果好，不受紫外线的干扰，而且与聚合物有很好的相容性，还可以利用层间插
入的方法，将有机抗菌剂引入到含有银离子的层状粘土的层间隙中制得复合抗菌剂。
此外，还有一类复合抗菌剂是利用具有抗菌性能的有机配体和具有抗菌性能的无机阳离子形成复合盐抗菌剂。
Noriko Chikaraishi Kasuga等合成了四缩氨基硫脲的Ni（II）、Cu(II)、Zn(II)螯合物，其抗菌活性明显提高，
说明金属离子对配体的抗菌活性有一定的协同作用。济南大学范迎菊等人合成了两种新5-溴水杨醛亚胺Schiff碱
合铜(II)的配合物，这两种化合物对多种菌株有明显的抑菌活性，且比结构改造前的水杨醛亚胺合铜(II)配合物具
有抗菌谱广、活性高等特点。