一、抗菌材料分类

    抗菌材料可以分类为：无机抗菌材料、有机抗菌材料（合成类）、天然抗菌材料、合成高分子抗菌材料、复合型抗菌材料等。

    无机抗菌材料：包括Ag、Zn、Cu、Ti系等无机体系抗菌材料(抗菌剂），具有安全性高、耐热性好、无挥发、不产生耐药性等特点。

    但是部分产品工艺复杂、成本高，有些产品对基材色泽有影响，部分无机抗菌材料存在重金属超标的问题。

    目前对无机抗菌材料的应用研究主要涉及溶出型无机抗菌剂、光催化抗菌材料及纳米抗菌剂。

    通常，利用银、铜、锌等金属（离子）的抗菌能力，通过物理吸附离子交换等方法，将银、铜、锌等金属（或化合物）固定在磷酸锆、沸石、陶瓷、活性炭、硅胶等多孔材料的表面制成抗菌材料，

    然后将其加入到相应的制品中即获得具有抗菌能力的产品。

    水银、镉、铅等金属（离子）也具有抗菌能力，但对人体有害；铜、镍、钴等离子带有颜色，将影响产品的美观，金属离子的抗菌性能强弱一般有如下顺序：

    Ag+>Hg2+>Cu2+>Cd2+>Cr3+>Ni2+>Pb2+>Co2+>Zn2+>Fe3+

    光催化抗菌材料属于比较热门的材料。

    目前，光催化抗菌剂主要TiO2，ZnO，CdS，WO3，SnO2和Fe2O3等N型半导体金属氧化物，

    其中TiO2的氧化活性较高,稳定性也较强,对人体毒副作用相对小。

    纳米抗菌材料是将无机抗菌剂采用高科技的纳米技术处理，使其具有更为广泛、高效的抗菌杀菌功能。

    有关纳米银、纳米金抗菌材料研究的文献很多。

    尤其是纳米银系抗菌剂，具有高效、广谱抗菌、抗菌效果持久、不易产生耐药性和安全性高等优点，成为当前抗菌材料研究的焦点之一，已广泛应用于医用材料、农业抗菌剂、光学材料和半导体材料等方面。

    然而，纳米抗菌材料使用时也暴露出一些问题，例如银累积和迁移造成的生活和安全问题。银富集到较高浓度时对人体和哺乳动物有较大危害，可能会随呼吸进入线粒体、胚胎以及肝脏和循环系统等。

    有研究指出纳米银比铝和金等金属的纳米颗粒毒性更强。部分国家和地区对纳米抗菌材料的应用持审慎态度。

    有机抗菌材料（合成类）：包括咪唑类、吡啶类、异噻唑啉酮类、苯酚类、季铵盐类、苯酚类、酰基苯胺类、双呱类、香草醛或乙基香草醛类等化合物，以及人工合成抗生素等有机系抗菌材料。

    目前部分有机抗菌剂尤其是其分解产物的安全性，受到广泛关注。

    对于有机抗菌剂应用可能产生的耐药性问题，也值得研究。一般来说，有机抗菌剂耐热性相对差一些。

    天然抗菌材料：包括牡丹皮、花椒、辣椒、蒜、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、多肽化合物等。

    天然抗菌材料安全性好，但耐热性差，加工困难，应用推广也受一定的限制。

    高分子抗菌材料：包括聚苯乙烯己内酰脲、聚吡唑、聚六亚甲基盐酸胍、多价盐类高分子抗菌剂等。

    高分子抗菌材料在抗菌的长效性、耐热稳定性、颜色稳定性方面有独特优势，研究开发和应用推广需要进一步加强。

    复合型抗菌材料：复合有机抗菌剂、无机抗菌剂、天然抗菌剂、高分子抗菌剂中的两种或多种的复合材料。

    二、抗菌材料的作用机理

    抗菌材料作用原理：多数抗菌材料是通过抗菌剂来实现的，在接下来的分节介绍中，将直接介绍抗菌剂的抗菌机理。

    在实际应用中，一般并不要求抗菌材料能迅速杀灭有害微生物，而是侧重于在长期的使用过程中抑制它们的生长和繁殖，以达到保护环境卫生的目的。

    1.无机抗菌剂

    无机抗菌剂，可以通过多种机理实现抗菌效果：

    例如，接触反应机理：即抗菌制品中的金属离子与细菌接触反应后，造成微生物固有成分破坏或产生功能障碍。

    当微量的金属离子到达微生物细胞膜时，因后者带负电荷，依靠库仑引力，使两者牢固吸附，金属离子穿透细胞壁进入细胞内，

    并与巯基（-SH）反应，使蛋白质凝固，破坏细胞合成酶的活性，细胞丧失分裂繁殖能力而死亡。

    金属离子还能破坏微生物电子传输系统、呼吸系统和物质传输系统。

    当菌体失去活性后，金属离子又会从菌体中游离出来，重复进行杀菌活动，因此其抗菌效果持久。

   是一些无机抗菌材料的抗菌机理示意图(部分资料来源于中科院理化所张维老师)。

    无机抗菌材料的电子转移效应及抗菌机理（理化所三价银络合物）

    对于光触媒类抗菌材料，其抗菌机理为光催化反应：在光的作用下，金属离子能起到催化活性中心的作用，激活水和空气中的氧，产生羟基自由基和活性氧离子，活性氧离子具有很强的氧化能力，能在短时间内破坏细菌的繁殖能力而使细胞死亡，从而达到抗菌的目的。

        2.有机（合成类）抗菌剂

    有机（合成类）抗菌剂抗菌机理理论阐述较为清晰，以季铵盐类抗菌剂为例：

    由于季铵盐类有机抗菌剂中的N带正电荷，吸引细菌，损害胞壁结构，使其中的内容物漏出，抗菌机制属于“触杀"。

    另外，季铵盐也具有抑制细菌脱氢酶、氧化酶等作用。

    普通季铵盐抗菌剂应用在纺织品整理上是溶出型的，易洗脱，且易在人体表面逐渐富集，长期使用易产生病变。

    而有机硅季铵盐属于非溶出型抗菌整理剂，由于与纤维结合牢固、持久和抗菌效果明显。

    3.天然有机抗菌剂

    天然有机抗菌剂种类繁多。其中，最常用的天然抗菌剂是壳聚糖，它是一种带正电荷的活性物质。

    目前对壳聚糖抗菌机理的推测有两种：

    (1)首先是在酸性条件下，壳聚糖的氨基阳离子吸附带有负电荷的细菌，束缚了微生物的自由度，阻碍其代谢和繁殖；

    (2)低分子量的壳聚糖分子，通过微生物细胞壁进入细胞内，阻碍微生物遗传密码由DNA向RNA的复制，从而抑制了细菌的繁殖。

    天然有机抗菌剂的使用安全性很高，对人体无毒、无刺激，

    但天然有机抗菌剂的耐热性差且药效持续时间短，抗菌效果受浓度、pH、相对分子质量等多种因素影响。

    4.高分子类抗菌剂

    高分子类抗菌剂的抗菌机理，与其结构和组分有关。

    例如，高分子季铵盐，是通过其抗菌基团上的N+与细菌表面的负电荷相互作用，附着到菌体表面，然后像“阴离子海绵”一样，将部分阴离子细菌细胞膜吸入其内部空隙中，造成微生物膜起皱变形，胞内物质泄露，从而杀死细菌，这也是目前最为广泛接受的理论。

    同时也有文献报道，它是凭借N+与细胞膜附近的Ca2+、Mg2+等进行离子交换，破坏细菌内的电荷平衡使菌体死亡。

    除上述机理外，高分子季铵盐的抗菌活性还受其抗菌基团、相对分子质量、携带电荷性质、载体及特殊基团等的影响。

    季鏻盐类聚合物的抗菌活性来源于P+的正电荷，且磷属第三周期元素，离子半径大，所以季鏻盐的极化作用和正电性更强，抗菌活性也更高。

    5.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，兼有了有机系的强敛性、持续性与无机系的安全性、耐热性，其抗菌机理比单一抗菌剂要复杂。

    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。

    但是有的具有抗菌性能的配体形成配合物后抗菌性能降低，因而目前对于这类复合抗菌剂的抗菌机理研究还在不断进行中。