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天然抗菌剂和无机抗菌剂的结构和作用

常见天然抗菌剂和无机抗菌剂

抗菌剂种类繁多,但种类无外乎那些大类。在此我们现将抗菌剂进行分类,再按照类别对他们进行分析:
1、按来源可分为天然抗菌剂和化学合成抗菌剂;
2、按抗菌剂的有机无机性分为有机硅季铵盐、季铵盐、双胍类、二苯醚类、多糖类等,无机抗菌剂主要是含金属离子的化合物。
3、按抗菌剂的化学结构分为酯类、醚类、醇类、酚类、醛类、腈类、双胍类、卤素类、喹啉类、噻唑类、二硫化合物、硫代氨基甲酸酯类、(多)糖类、表面活性剂类、无机化合物、天然化合物。

一、天然抗菌剂

1、壳聚糖类抗菌剂
壳聚糖作为甲壳质的脱乙酯衍生物,是一种天然的无毒抗菌剂,具有良好的生物相容性和生物活性,五毒,具有消炎、止痛、促进伤口愈合等功效,可以生物降解。机理:来自于壳聚糖的正电荷性,它能与微生物蛋白质中的负电荷部分结合,使细菌或真菌失去活性。壳聚糖的抑菌能力取决于壳聚糖的相对分子质量大小及官能团,壳聚糖中的阳离子部分与磷脂中的唾液酸结合后限制了微生物运动。相对分子质量小的壳聚糖渗透到微生物细胞体内部,阻止 RNA(核糖核酸)转化,从而限制细胞生长。
2、艾蒿
艾蒿具有抗菌消炎、抗过敏和促进血液循环的作用。艾蒿的主要成分有 1,8-氨树脑、α-守酮、乙酰胆碱等。其功效如下图:

艾蒿的成分及功效 

3、芦荟:
芦荟中药效成份包括多糖类和酚类,芦荟汁对革兰氏阳性菌、阴性菌都有明显的抑制作用。芦荟汁本身的耐热性好,121℃处理 20mins 不会影响其抑菌性。

芦荟 

4、桧油

罗汉柏的蒸馏物称为桧油。对革兰氏阳性菌、阴性菌均有杀灭效果,对真菌的抗菌性较强。桧油的主要成分为 4-异丙基-2-羟基环庚基-2,4,6-三烯-1-酮。
机理:分子结构中的 2 个可供配位络合的氧原子可与微生物体内蛋白质作用使之变性。
5、蕺菜
俗称鱼腥草,成份功效如下图:
蕺菜的成分与功效

二、纳米抗菌整理剂

纳米抗菌材料是一类具备抗菌活性的新型材料,由于比表面积大、反应活性高,极大地提高了整理剂的抗菌效果,使微生物的细菌、真菌、病毒、酵母菌、藻类等的生长和繁殖得到抑制。无机纳米级抗菌剂如纳米 TiO2、ZnO、纳米银系粉剂等,具有无机抗菌材料的耐热性、持久性、五毒、无味及对皮肤无刺激等较高的安全性,同时又具有常规无机抗菌剂所无法比拟的优良抗菌效果。
纳米抗菌整理剂包括 2 大类,第一类是金属型纳米抗菌剂,主要以金属离子 Ag+、Cu2+、Zn2+为活性粒子;第二类是具有光催化性能的半导体无机材料,如 TiO2、ZnO、WO3、ZrO3、V2O3、SnO2、SiC 等。目前在纺织品抗菌整理中,以纳米级 TiO2、ZnO 应用最多,纳米抗菌剂的粒子直径一般为 23-75nm。

三、无机化合物类抗菌整理剂

此类抗菌剂是以银、铜、锌为抗菌主体,以泡沸石、硅、磷石灰、氧化钛、磷酸锆为载体的无机抗菌剂。其最大的优点是非常稳定,耐热性可达 500℃以上,用于合纤熔融纺丝液中制造抗菌纤维;安全性好,这类抗菌剂的急性毒性 LD50 在 5000mg/Kg 以上,变异原试验呈阴性,对皮肤刺激呈阴性。美国环境保护局(EPA)的毒性试验及环境影响均认为是安全的。

银离子

无机类抗菌剂按溶出(有控制释放)抗菌机理作用,即逐渐从纤维或涂层中溶出活性氧,金属离子,扩散到微生物细胞内,破坏蛋白质结构,引起细胞代谢障碍。微量的 Zn、Cu、Ag、Ce 对人体是有益的,但对微生物是有害的,当微量银离子接触到带负电荷的细菌细胞膜时,因库仑引力牢牢结合,且银离子穿透细胞壁进入细胞内与细菌酶蛋白的巯基和氨基结合,破坏细菌合成酶的活性,使细胞上市分裂繁殖能力而死亡。此外,银离子也能破坏微生物的电子传输系统、呼吸系统和物质传递系统。当细菌死亡后银离子得到释放,与邻近的细菌再次结合,发挥杀菌作用。作用过程如下:

银离子的抗菌作用

四、铜化合物类抗菌剂

以铜化合物做为抗菌剂开发的抗菌织物,代表产品是日本蚕毛染色株式会社的商品“Sandaron2SSN”,这种织物具有导电和抗菌双功能。聚丙烯腈上的腈基和硫化亚铜反应生成复杂的配位高分子 Cu9S5固着于纤维上,结构式为:
聚丙烯腈上的腈基和硫化亚铜反应生成复杂的配位高分子 Cu9S5固着于纤维上
这种抗菌织物的完全性能好,耐洗性能卓越,对细菌和真菌均有很强的杀灭效果。
机理:铜离子破坏微生物的细胞膜,与细胞内酶的巯基结合,降低酶活性,阻碍细胞的新陈代谢,抑制其成长,从而杀灭微生物。
常见的天然抗菌剂,无机抗菌剂暂且介绍到这里。


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