張 峰,徐思峻,陳思宇,3,陸 強(qiáng)
(1.沙洲職業(yè)工學(xué)院,江蘇 張家港,215600) (2.張家港耐爾納米科技有限公司,江蘇 張家港 215600)(3.蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院,江蘇 蘇州, 215021)(4.蘇州愛得科技發(fā)展有限分司,江蘇 張家港,215600)
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微納米抗菌材料與器械研究現(xiàn)狀
張峰1,2,徐思峻2,陳思宇2,3,陸強(qiáng)4
(1.沙洲職業(yè)工學(xué)院,江蘇 張家港,215600) (2.張家港耐爾納米科技有限公司,江蘇 張家港 215600)(3.蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院,江蘇 蘇州, 215021)(4.蘇州愛得科技發(fā)展有限分司,江蘇 張家港,215600)
摘要:隨著微納米技術(shù)的發(fā)展,微納米抗菌材料及其在醫(yī)療器械中的應(yīng)用已成為近年來的研究熱點(diǎn)。按抗菌有效成份及其作用機(jī)理的不同,對(duì)微納米抗菌材料進(jìn)行了分類;介紹了不同類別微納米抗菌材料的制備方法和抗菌機(jī)理;根據(jù)微納米抗菌材料在醫(yī)療器械中的應(yīng)用現(xiàn)狀,重點(diǎn)介紹了銀基微納米材料在抗菌醫(yī)用導(dǎo)管、抗菌敷料、植入材料、牙科材料和外科器械等方面的應(yīng)用;分析了目前微納米抗菌材料與器械研究、應(yīng)用、檢測(cè)和市場(chǎng)推廣中存在的問題,尤其關(guān)注了近幾年國內(nèi)外關(guān)于含銀醫(yī)療器械生物安全性的爭議;展望了未來微納米抗菌材料與器械的研究發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞:微納米抗菌材料;分類原則;制備方法;抗菌機(jī)理;醫(yī)療器械
1前言
近年來,一些由新型病毒引起的傳染病頻繁爆發(fā),如埃博拉病毒、禽流感病毒、中東呼吸綜合征(MERS)冠狀病毒等;此外,抗生素的濫用,導(dǎo)致細(xì)菌變異催生了各種超級(jí)病菌,如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌等。因此,如何制備低耐藥性、高抗菌性和光譜抗菌性的新型抗菌材料越來越受到重視[1-2]。
抗菌劑是指能夠在一定時(shí)間內(nèi)殺死或抑制微生物活性的各種制劑,主要分為有機(jī)抗菌劑、無機(jī)抗菌劑和復(fù)合抗菌劑[3]。有機(jī)抗菌劑包括天然的和合成的兩種[4],如?;桨奉悺⑦溥蝾?、季銨鹽類等,具有殺菌力強(qiáng)、加工方便、種類多等特點(diǎn)。但有機(jī)抗菌劑往往耐熱性較差、容易分解、不耐洗滌、抗菌持久性差;此外,部分抗菌劑還容易在溶劑存在的環(huán)境下析出,產(chǎn)生耐藥性、化學(xué)穩(wěn)定性差和分解產(chǎn)物高毒性等缺陷,如三氯生在光照下容易分解為類似于二噁英的物質(zhì),對(duì)人體具有潛在的毒性[5]。相比較而言,無機(jī)抗菌劑則具有緩釋長效性、高耐熱性、低耐藥性、廣譜性、較高的安全性和易加工性等優(yōu)點(diǎn),但價(jià)格較高、存在抗菌遲效性,不能像有機(jī)抗菌劑那樣迅速殺滅細(xì)菌[6-7]。
為了降低抗菌劑的用量,提高抗菌劑的抗菌效率,伴隨著微納米技術(shù)的發(fā)展,微納米抗菌材料應(yīng)運(yùn)而生。該材料是將抗菌劑制成微米級(jí)或納米級(jí)抗菌劑,再與抗菌載體通過一定的方法和技術(shù)制備而成的具有抗菌功能的材料[8]。追蹤國內(nèi)外微納米抗菌材料的研究與應(yīng)用,無機(jī)微納米抗菌材料是研究重點(diǎn)。微納米技術(shù)的應(yīng)用,使無機(jī)微納米抗菌材料具有更為廣泛、卓越的抗菌殺菌性能,并且通過緩釋作用,提高了抗菌長效性。同時(shí)得益于其特殊的抗菌機(jī)理,無機(jī)微納米抗菌材料對(duì)單細(xì)胞生物(細(xì)菌、真菌等)殺傷力較強(qiáng)而對(duì)多細(xì)胞生物毒性較小,因而成為替代有機(jī)抗菌劑的理想選擇,已開始在建材、陶瓷潔具、塑料、紡織品、醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[9]。
2微納米抗菌材料分類
微納米抗菌材料按維度可分為零維微納米抗菌微粒、一維微納米抗菌線、二維微納米抗菌膜和三維微納米抗菌結(jié)構(gòu)材料[10];按抗菌有效成份及其作用機(jī)理的差異分為微納米金屬抗菌材料、微納米金屬氧化物抗菌材料、微納米碳基抗菌材料和復(fù)合微納米抗菌材料等。
2.1微納米金屬抗菌材料
微納米金屬抗菌材料,即以金屬或金屬離子為抗菌有效成份,通過微納米技術(shù)制備得到微納米金屬粉體或微納米金屬分散溶液,如納米金、納米銀、納米銅粉體或納米金、納米銀、納米銅分散液等;亦可將具有抗菌功能的金屬或金屬離子負(fù)載到沸石、膨潤土、蒙脫石、二氧化硅、羥基磷灰石和磷酸鹽等多孔、表面積大、吸附性能好、無毒且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的各種礦物載體上制備微納米抗菌材料。雖然大多數(shù)重金屬及其氧化物具有很好的抗菌性能,但是Hg,Cd,Pb和Cr等金屬的毒性較大;Cu,Zn雖然成本較低,但抗菌性能比Ag低得多;Au雖然也具有較高的抗菌效率,但成本高昂。微納米金屬抗菌材料目前研究最多的是銀基微納米抗菌材料,該材料往往具有抗菌性能優(yōu)異[11],制備方法相對(duì)簡單等優(yōu)點(diǎn)。
銀基微納米抗菌材料包括微納米銀粉體或分散液和載體微納米含銀抗菌材料等。其制備方法有物理法和化學(xué)法兩種。物理法包括激光燒蝕法、真空冷凝法、機(jī)械球磨法;化學(xué)法包括化學(xué)還原法、光還原法、電化學(xué)還原法、超聲波還原法和微乳液法等,其中化學(xué)還原法設(shè)備工藝簡單、重現(xiàn)性好、產(chǎn)率高,是國內(nèi)外研究的重點(diǎn)。截止目前,能真正實(shí)現(xiàn)粒徑均勻、穩(wěn)定性好且能規(guī)?;a(chǎn)的微米銀、納米銀還很少,很多文獻(xiàn)報(bào)道中研究的納米銀制備方法大多難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。國內(nèi)現(xiàn)階段較為成熟的產(chǎn)業(yè)化制備方法有:①孔黃寬等[12]以線性二氧化硅作為無機(jī)固態(tài)骨架,用金屬銀鹽還原法制備了分散、均勻的粒徑<100 nm的納米銀顆粒,通過納濾膜或陰陽離子樹脂脫除雜離子,從而獲得穩(wěn)定的中性納米銀水溶液;②張峰等[13]以烷基化環(huán)糊精水溶液和硝酸銀為原料,一步法制備了新型強(qiáng)吸附型納米銀溶液,穩(wěn)定性能優(yōu)異,納米銀的粒徑在5~10 nm左右,如圖1所示。載體微納米含銀抗菌材料主要通過離子交換和物理吸附等作用將單質(zhì)銀或銀離子沉淀到無機(jī)材料的表面或介孔材料中,制成無機(jī)抗菌劑使其具有殺菌作用。③吳繼賢等[14]以立方型磷酸鋯為載體,將銀離子以穩(wěn)定的形態(tài)均勻地分布到磷酸鋯的結(jié)構(gòu)中,制備了具有強(qiáng)抗菌作用的超微細(xì)粉末,粒徑<1.4 μm。磷酸鋯載銀是目前主流載銀抗菌技術(shù),其空隙率遠(yuǎn)小于沸石載體,在銀離子釋放速度上控制好、釋放均勻、抗菌性能好、且耐變色性能好。④ Jiang等[15]采用氣溶膠法制備了一種以二氧化硅為載體的復(fù)合納米銀超細(xì)微粉,如圖2所示,粒徑<1 um,具有較好的穩(wěn)定性。
圖1 納米銀TEM照片[13]Fig.1 TEM micrograph of nano silver[13]
圖2 納米銀-硅復(fù)合材料TEM照片[15]Fig.2 TEM micrograph of nano silver-silica composite[15]
微納米金屬抗菌材料的抗菌機(jī)理主要有接觸滅菌機(jī)理和活性氧抗菌機(jī)理兩種。接觸滅菌機(jī)理,即微納米金屬抗菌材料在實(shí)際應(yīng)用過程中,金屬離子從抗菌材料中釋放出來,與微生物接觸造成微生物共有成份被破壞或產(chǎn)生功能障礙,如Ag+穿透細(xì)胞壁進(jìn)入胞內(nèi)并與-SH、-NH反應(yīng),能夠使蛋白質(zhì)變性,破壞細(xì)胞合成酶的活性,或破壞微生物的電子傳輸系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、物質(zhì)傳送系統(tǒng)等,最終導(dǎo)致細(xì)胞喪失分裂能力而死亡。活性氧抗菌機(jī)理,即微納米金屬抗菌材料表面的金屬離子,如Ag+在可見光作用下,能激活空氣或水中的氧,產(chǎn)生羥基自由基(·OH)及活性氧離子(O2-),對(duì)微生物發(fā)生作用從而達(dá)到抗菌作用[16]。
2.2微納米金屬氧化物抗菌材料
據(jù)報(bào)道,目前已發(fā)現(xiàn)Ag2O、ZnO、Fe2O3、TiO2、SnO2、CuO、Cu2O、CeO2、CdS和WO3等微納米金屬氧化物材料具有抗菌性能[17-20],其中研究較多的有ZnO、TiO2和CuO/Cu2O,這3種金屬氧化物具有類似的結(jié)構(gòu)與性能,相比較而言,納米TiO2具有價(jià)廉無毒、催化活性高、氧化能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、易制備成透明薄膜等特點(diǎn),是最具代表性的光催化型抗菌劑材料。
該材料的制備方法通常有氣相法和液相法兩種。氣相法即使用金屬鹵化物或金屬有機(jī)物在加熱條件下?lián)]發(fā),經(jīng)氣相反應(yīng)使生成物沉淀下來,得到微納米金屬氧化物。通過氣相法制備的微納米金屬氧化物往往純度高、粒度細(xì)、分散性好,但設(shè)備和工藝要求高。國內(nèi)外較多采用氣相氫氧焰高溫水解法(Aerosil法)制備微納米級(jí)TiO2,即將H2、O2和TiCl4同時(shí)噴入燃燒爐,高溫燃燒得到微納米級(jí)TiO2。與氣相法相比,液相法合成溫度低、設(shè)備和操作簡單,是實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)生產(chǎn)中較為廣泛使用的方法,包括溶膠-凝膠法、水熱反應(yīng)法、溶劑熱法、化學(xué)沉淀法、膠束/反膠束法、氧化法等[21-22]。典型的溶膠-凝膠法制備納米TiO2,即將鈦醇鹽的酒精溶液緩慢滴加到硝酸/乙醇/水的混合溶液中,受控水解生成淡黃色透明凝膠,最后熱處理(煅燒,水熱處理等)即可得到相應(yīng)的納米顆粒[23]。如Nikam等[24]采用溶劑熱法制備納米CuO/Cu2O,即將醋酸銅與芐醇混合,然后轉(zhuǎn)移到微波反應(yīng)器中微波反應(yīng)10 min后提純、烘干即可得到納米Cu2O顆粒,或混合溶液預(yù)先加入NaOH則反應(yīng)產(chǎn)物為納米CuO。
微納米金屬氧化物主要的抗菌機(jī)理是光催化作用,即在可見光或紫外光照射下,通過光催化作用產(chǎn)生很強(qiáng)化學(xué)活性的羥基自由基(·OH)及活性氧離子(O2-),并與微生物內(nèi)的有機(jī)物發(fā)生作用,從而實(shí)現(xiàn)抗菌效果。如納米ZnO在紫外光照射下,價(jià)帶電子躍遷產(chǎn)生正電荷電子空穴對(duì),電子空穴對(duì)轉(zhuǎn)移到表面與表面吸附的O2、OH-作用產(chǎn)生羥基自由基(·OH)及活性氧離子(O2-),這些自由基能夠破壞細(xì)胞膜上或內(nèi)部的重要蛋白質(zhì),將其氧化并分解為H2O和CO2,并最終對(duì)環(huán)境中的微生物實(shí)施抑制和殺滅作用。
2.3微納米碳基抗菌材料
微納米碳基抗菌材料包括碳納米管、石墨烯和氧化石墨烯等。碳納米管為一維碳納米材料,可以看做由單層或多層石墨烯卷曲而成,具有鋸齒型、扶手椅型和螺旋型3種結(jié)構(gòu)。石墨烯是一種二維碳納米材料,是一種由碳原子以 sp2雜化軌道組成的六角形蜂巢晶格結(jié)構(gòu)的平面薄膜,厚度為一個(gè)碳原子厚度,如圖3所示[25]。
圖3 石墨烯和碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖[25]Fig.3 Structural schematic diagram of graphene and carbon nanotubes[25]
碳納米管的制備方法以物理方法為主,主要包括電弧法、化學(xué)氣相沉淀法(CVD)、脈沖激光蒸發(fā)法等。石墨烯的制備方法分為物理法和化學(xué)法,物理法包括機(jī)械剝離法、外延生長法、化學(xué)氣相沉淀法等,其中化學(xué)氣相沉淀法的產(chǎn)物質(zhì)量好、成產(chǎn)效率高且成本較低,是目前產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方法中最具潛力的方法;化學(xué)法則主要以氧化石墨烯還原法為主,該方法操作簡單、制備成本低,可以大規(guī)模制備石墨烯[26]。
碳納米管抗菌活性的作用機(jī)理尚不完全清晰,目前的研究結(jié)果認(rèn)為,主要是細(xì)胞膜損傷(物理穿刺作用)和碳納米管誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)[27]。細(xì)胞膜損傷,即當(dāng)細(xì)菌與碳納米管接觸時(shí),其細(xì)胞形態(tài)發(fā)生畸變、細(xì)胞膜完整性受損、胞內(nèi)物質(zhì)流出,使細(xì)菌細(xì)胞失去功能;氧化應(yīng)激反應(yīng)是通過破壞細(xì)菌細(xì)胞壁內(nèi)強(qiáng)氧化劑和抗氧劑的平衡而殺死細(xì)菌。石墨烯和氧化石墨烯的抗菌能力強(qiáng)于碳納米管,氧化石墨烯的抗菌機(jī)理和碳納米管相似,即氧化石墨烯能夠破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜,從而導(dǎo)致胞內(nèi)物質(zhì)外流并殺死細(xì)菌;而石墨烯不但可以通過對(duì)細(xì)菌細(xì)胞膜的插入進(jìn)行切割,還可以通過對(duì)細(xì)胞膜上磷脂分子的大規(guī)模直接抽取,來破壞細(xì)胞膜從而殺死細(xì)菌[28-29]。這是全新的抗菌機(jī)制,為微納米碳基抗菌材料在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用提供了理論支持。
2.4復(fù)合微納米抗菌材料
復(fù)合微納米抗菌材料是通過將不同類型的抗菌劑經(jīng)物理混合或化學(xué)反應(yīng)制備而成,發(fā)揮各類抗菌劑協(xié)同作用和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),克服單一微納米抗菌材料的局限性,有效提高抗菌材料的抗菌性能和適用范圍。復(fù)合微納米抗菌材料種類復(fù)雜,目前研究較為活躍的主要有金屬復(fù)合微納米抗菌材料、金屬與金屬氧化物復(fù)合微納米抗菌材料和金屬與碳基材料復(fù)合微納米抗菌材料等。
金屬復(fù)合微納米抗菌材料日本早在1993年就有關(guān)于含金屬離子的酚醛復(fù)合抗菌材料的報(bào)道。該抗菌材料的主要成分含有Ag或Cu,Ni,Sn等金屬離子的酚醛環(huán)狀縮合體[30]。Jia等[31]以納米SiO2為載體,制備了負(fù)載Ag/Zn納米SiO2無機(jī)抗菌劑,通過Ag,Zn離子復(fù)配,發(fā)揮二者的抗菌協(xié)同作用,大大提高了抗菌劑的抗菌性能,并可降低Ag系無機(jī)抗菌劑的變色性。
金屬與金屬氧化物復(fù)合微納米抗菌材料Anchun等[32]將Ag離子與TiO2復(fù)合制備了Ag/TiO2復(fù)合抗菌材料,該材料既具有納米TiO2的光催化抗菌作用,又具有Ag離子的抗菌作用,克服了納米TiO2避光處無抗菌能力的不足;Wang等[33]采用鋅鹽摻雜法制備了Zn/TiO2復(fù)合抗菌材料,提高了TiO2在可見光條件下的光催化抗菌作用;另外還可通過稀土金屬Ce,Sm和In等摻雜[34-35],降低TiO2帶隙能,提高TiO2在可見光條件下的光催化抗菌作用。
金屬與碳基材料復(fù)合微納米抗菌材料何光裕等[36]以聚乙二醇為還原劑通過水熱反應(yīng),還原氧化石墨烯同時(shí)在石墨烯表面原位生長銀納米粒子,制備納米銀-石墨烯復(fù)合材料,該納米銀-石墨烯復(fù)合材料在100 mg/L時(shí)可以完全抑制大腸桿菌的生長,是一種效果顯著的新型抑菌材料;Bao等[37]利用合成的納米銀/氧化石墨烯復(fù)合材料研究了在水質(zhì)凈化方面的效果,結(jié)果表明,納米銀/氧化石墨烯復(fù)合材料能有效殺滅水中的細(xì)菌并可過濾水中雜質(zhì),達(dá)到水凈化的目的;連崑等在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)了銅/碳-核/殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料 (n-Cu/C)的規(guī)模化生產(chǎn),含銅-氧化亞銅平衡成份的納米銅23%,當(dāng)尼龍D70紗中復(fù)合材料的添加量為7‰時(shí),布樣對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率在99.9%以上。
3微納米抗菌材料在醫(yī)療器械中的應(yīng)用
隨著微納米抗菌材料技術(shù)的不斷成熟,微納米抗菌材料在抗菌涂料、抗菌纖維、抗菌塑料、抗菌陶瓷、抗菌玻璃、抗菌金屬制品、化妝品和醫(yī)療器械等方面得到了廣泛應(yīng)用。其中,微納米抗菌材料在醫(yī)療器械中的應(yīng)用是目前的研究熱點(diǎn)。在抗菌醫(yī)療器械應(yīng)用中,主要采用微納米金屬抗菌材料和金屬復(fù)合微納米抗菌材料,其中銀基微納米抗菌材料因其優(yōu)異的抗菌性能獲得了最為廣泛的應(yīng)用,主要涉及抗菌醫(yī)用導(dǎo)管、抗菌敷料、植入材料、牙科材料、外科器械等。
(1)應(yīng)用于導(dǎo)尿管、氣管插管、中心靜脈導(dǎo)管等醫(yī)用導(dǎo)管,可顯著降低導(dǎo)尿管伴隨尿路感染、肺部感染和ICU插管感染等院內(nèi)感染[38]。Samuel等[39]在聚亞胺樹脂和硅樹脂中添加納米銀顆粒制備的導(dǎo)管具有優(yōu)異的廣譜抗菌效果,可降低導(dǎo)管相關(guān)感染;Plowman等[40]制備的納米Ag-SiO2導(dǎo)尿管可顯著減少導(dǎo)尿管相關(guān)性尿路感染的發(fā)生率;臧奎等[41]研究納米銀/聚乳酸復(fù)合材料(AgNPs/PLLA)對(duì)ICU導(dǎo)管術(shù)感染耐藥菌的殺滅效果,結(jié)果顯示AgNPs/PLLA能夠顯著降低細(xì)菌的生存率,降低ICU插管感染;蔣旭宏等[42]以醫(yī)用聚乙烯氣管插管導(dǎo)管為基材、納米載銀TiO2為抗菌劑制備Ag-TiO2抗菌涂層氣管插管導(dǎo)管;陸運(yùn)濤等[43]將6.0%納米銀含量的磷酸鋯載銀抗菌劑應(yīng)用于抗菌靜脈導(dǎo)管,以提高靜脈導(dǎo)管的抗菌性能。
(2)應(yīng)用于傷口敷料,可用于各類傷口護(hù)理,尤其是一些慢性傷口、困難傷口的護(hù)理,如褥瘡、糖尿病患者傷口、動(dòng)靜脈潰瘍傷口、燒燙傷和因感染而導(dǎo)致延遲愈合的急性傷口等。其典型產(chǎn)品形式包括:英國Smith &Nephew公司、瑞典Molnlycke Health Care AB公司和英國Advanced Medical Solutions Ltd.公司開發(fā)的含銀藻酸鹽敷料;丹麥Coloplast A/S公司和瑞典Lnlycke Health Care AB公司開發(fā)的含銀泡沫敷料;美國ConvaTec Inc公司開發(fā)的羧甲基纖維素鈉敷料和丹麥康樂保公司開發(fā)的由羧甲基纖維素鈉水膠體顆粒懸浮在凡士林聚酯纖維網(wǎng)中構(gòu)成的銀離子抗菌敷料;臺(tái)灣Lin等[44]以聚丙烯腈基活性炭纖維(ACF)為原料,通過浸漬醋酸銀溶液或硝酸銀溶液,再經(jīng)高溫分解獲得銀顆粒呈納米級(jí)均勻分布的含銀活性炭纖維敷料,如圖4所示,并制成了“科云”
圖4 Ag-25/ACF(a)和Ag-50/ACF(b)的SEM照片[44]Fig.4 SEM micrographs of the Ag-25/ACF (a) and Ag-50/ACF (b)[44]
含銀膠布;張峰等[45-46]以自制納米銀溶液開發(fā)的含銀網(wǎng)狀紗布、含銀藻酸鹽敷料和含銀活性炭纖維敷料并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,相關(guān)檢測(cè)表明,抗菌性能和臨床應(yīng)用效果令人滿意;Madhumathi等[47]研究的納米銀/殼聚糖結(jié)合制作的敷料,用于處理燒燙傷傷口,可以抵抗金葡、大腸等多種細(xì)菌,且表現(xiàn)出良好的止血效果。相關(guān)研究表明[48-49],局部使用含納米銀的敷料不僅能加速傷口愈合,還能改善疤痕愈合的外觀,甚至降低疼痛感、縮短療程和降低費(fèi)用。
(3)應(yīng)用于醫(yī)用植入材料。據(jù)報(bào)道,美國每年有約30 000~50 000例疝修補(bǔ)手術(shù)會(huì)發(fā)生植入網(wǎng)片感染,為此Cohen 等[50]采用物理氣相沉積法制備了一種納米銀涂層聚丙烯網(wǎng)片,可應(yīng)用于納米銀疝修補(bǔ)術(shù)和骨盆重建手術(shù)。檢測(cè)結(jié)果表明,該網(wǎng)片具有優(yōu)異的抗菌性能,可大大降低術(shù)后植入網(wǎng)片的感染。Saravanan等[51]制備了殼聚糖/納米羥基磷灰石/納米銀復(fù)合支架材料;Marsich等[52]采用冷凍干燥法制備了海藻酸鈉/納米羥基磷灰石/納米銀復(fù)合支架材料。納米銀的引入旨在賦予復(fù)合支架材料一定的抗菌性能,以保持支架微結(jié)構(gòu)的性能及其功效,確保支架上細(xì)胞的生長。
(4)應(yīng)用于牙科材料。如在牙槽骨手術(shù)植入材料和相關(guān)修復(fù)材料中引入微納米含銀抗菌材料[53],可降低術(shù)后細(xì)菌污染率,防止種植體周圍感染等。曹江南等[54]采用離子濺射技術(shù)在基托樹脂表面制備納米銀涂層,對(duì)義齒基托進(jìn)行表面改性,得到了均勻致密的納米銀顆粒涂層,改性后的基托樹脂材料有較好的生物相容性與抗菌性能。
(5)應(yīng)用于外科器械中。茂啟二郎等[55]研制的載有納米級(jí)銀粒的抗菌不銹鋼夾子、抗菌不銹鋼刀具、抗菌把手等醫(yī)療器械,經(jīng)檢測(cè)這些器械具有優(yōu)異的抗菌性能。余森等[56]配制了一種含有納米銀溶液的微弧氧化電解液,并將鈦及鈦合金醫(yī)療器械作為陽極,在此電解液中進(jìn)行微弧氧化處理,得到了含有抗菌復(fù)合涂層的鈦及鈦合金醫(yī)療器械。銀基微納米抗菌材料還可以用于避孕器械,如含有Cu,Ag和Zn的納米復(fù)合材料,可用作新型宮內(nèi)節(jié)育器(IUD)的基本材料[57],不僅可通過控制金屬離子的釋放速率、高轉(zhuǎn)化率、降低材料表面沉積物來提高IUD的避孕效果,而且還能降低副反應(yīng)的發(fā)生,增加續(xù)用率。
除銀基微納米抗菌材料外,微納米碳基抗菌材料也有望應(yīng)用于醫(yī)療器械。如利用細(xì)菌在石墨烯上不能生長的特性,制造石墨烯防菌紗布。但由于其抗菌方式以細(xì)胞膜損傷(物理穿刺作用)為主,如何提高與細(xì)菌的接觸面積是增強(qiáng)其抗菌效率的關(guān)鍵,也是其抗菌的瓶頸所在。據(jù)C&EN網(wǎng)站2014年6月10日?qǐng)?bào)道,曲小剛等使用石墨烯量子點(diǎn)催化分解雙氧水,使其產(chǎn)生強(qiáng)而有力的殺菌羥基自由基。在類似于創(chuàng)可貼的繃帶上,含有石墨烯量子點(diǎn)和少量的過氧化氫,即可顯著減少小鼠創(chuàng)傷處細(xì)菌的數(shù)量,有望應(yīng)用于傷口敷料。
4存在的問題
隨著微納米技術(shù)的發(fā)展,大量微納米抗菌材料已實(shí)現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn),相關(guān)抗菌醫(yī)療器械也已實(shí)現(xiàn)了臨床應(yīng)用,但微納米抗菌材料與器械的研究與應(yīng)用領(lǐng)域仍存在諸多問題:
概念與命名不規(guī)范以銀基微納米抗菌材料及銀基抗菌醫(yī)療器械為例,往往存在納米銀、納米銀顆粒、納米銀涂層、納米銀化合物、納米銀復(fù)合材料、銀離子、絡(luò)合銀等概念。由于國內(nèi)企業(yè)及監(jiān)管部門缺乏專業(yè)知識(shí),使用時(shí)往往較為隨意[58];甚至國內(nèi)曾經(jīng)因?yàn)榧{米銀醫(yī)療器械的注冊(cè)報(bào)批存在爭議,為了規(guī)避納米銀,出現(xiàn)了一批本該命名為納米銀產(chǎn)品的,現(xiàn)均命名為銀離子抗菌材料及銀離子抗菌醫(yī)療器械;有些醫(yī)療器械上銀顆粒明顯呈納米級(jí)分布,但在工藝描述時(shí),只簡單描述為浸泡硝酸銀溶液,與實(shí)際生產(chǎn)工藝大相徑庭。這些不科學(xué)與不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拿绞剑焕诙纠韺W(xué)專家和監(jiān)管部門的審評(píng)人員迅速了解產(chǎn)品狀態(tài),擾亂了抗菌醫(yī)療器械的終端市場(chǎng)。
材料表征與穩(wěn)定性檢測(cè)存在問題國內(nèi)外文獻(xiàn)提出一種新型微納米抗菌材料制備方法時(shí),往往僅采用透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)或動(dòng)態(tài)光散射納米粒度儀(DLS)等進(jìn)行表征,但其實(shí)這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。以制備納米銀溶液為例,往往沒有檢測(cè)溶液中的銀離子有沒有完全轉(zhuǎn)化為納米銀顆粒、沒有分析溶液中處于納米級(jí)分布的銀顆粒的比例、沒有檢測(cè)納米銀溶液的穩(wěn)定性、更沒有考慮納米銀溶液在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性與相容性問題,等等。這些問題導(dǎo)致了雖然國內(nèi)外已報(bào)道的納米銀技術(shù)層出不窮,但能夠?qū)嶋H應(yīng)用的比例很低,甚至有些不成熟的技術(shù)在沒有解決上述問題的前提下就盲目應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn),影響了產(chǎn)品的應(yīng)用性能,影響了微納米抗菌產(chǎn)品的市場(chǎng)聲譽(yù)。
材料研發(fā)與應(yīng)用之間存在脫節(jié)現(xiàn)象即國內(nèi)外微納米抗菌材料的研究人員較多是化學(xué)或材料學(xué)相關(guān)專業(yè)人員,缺乏對(duì)后續(xù)應(yīng)用加工工藝的了解;而微納米抗菌材料加工工藝的操作人員卻往往是非專業(yè)人員,缺乏對(duì)微納米抗菌材料特性的了解,兩者之間存在脫節(jié)現(xiàn)象。例如,在實(shí)際生產(chǎn)加工中,往往購買的微納米抗菌材料是微米、納米級(jí)的,但在加工過程中因操作人員不了解產(chǎn)品性能,操作不當(dāng)導(dǎo)致抗菌材料團(tuán)聚;另由于微納米材料本身的不穩(wěn)定性,無法適應(yīng)極端加工環(huán)境,導(dǎo)致材料在加工過程中性質(zhì)發(fā)生根本性改變,無法保證產(chǎn)品最終的抗菌特性。
材料實(shí)際添加量存在爭議國內(nèi)外文獻(xiàn)在研究一種微納米抗菌材料時(shí),往往會(huì)檢測(cè)其最低抑菌濃度(MIC),但是以此來簡單推斷相關(guān)抗菌產(chǎn)品的實(shí)際添加量是不合理的。因?yàn)榭咕a(chǎn)品抗菌性能的實(shí)現(xiàn)不僅與抗菌劑的添加量有關(guān)系,還與微納米抗菌材料與產(chǎn)品的結(jié)合方式、釋放形式、抗菌產(chǎn)品的使用環(huán)境等有關(guān)系。如在加工含銀抗菌敷料時(shí),銀基微納米抗菌材料直接吸附于纖維表面與銀基微納米抗菌材料在纖維紡絲時(shí)共混添加相比,實(shí)現(xiàn)同等抗菌性能時(shí)其添加量相差甚大;海藻酸鈣纖維、棉纖維與甲殼素纖維因其表面活性基團(tuán)的不同,銀基微納米抗菌材料的添加量也不盡相同;此外,部分銀基微納米抗菌材料能與纖維材料的牢固結(jié)合,提高了抗菌敷料的生物安全性能和緩釋性能,但考慮其抗菌效果,在一定程度上也應(yīng)適當(dāng)提高銀基微納米抗菌材料的添加量。
生物安全性問題的困擾近幾年,國內(nèi)外關(guān)于含銀醫(yī)療器械生物安全性的爭議不斷[59]。湯京龍等[60]直接采用微米銀、納米銀細(xì)胞培養(yǎng)液培養(yǎng)L929細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)在50~500 ug/mL劑量范圍內(nèi),納米銀顆粒引起的細(xì)胞毒性顯著高于微米銀顆粒,而且納米銀顆粒能夠通過細(xì)胞吞噬進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部,而微米銀顆粒不能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。Kim 等[61]將30,125,500 mg/kg的納米銀粒子直接注射到老鼠體內(nèi),結(jié)果被注射125 mg/kg以上納米銀粒子的老鼠肝臟出現(xiàn)了毒性反應(yīng)。于永生等[62]以梯度濃度2.5~80.0 ug/mL的納米銀直接染毒CHL細(xì)胞,揭示了納米銀對(duì)CHL細(xì)胞有顯著的細(xì)胞毒性和遺傳毒性,線粒體功能受損和細(xì)胞凋亡在納米銀的細(xì)胞毒性和遺傳毒性中起到重要作用。類似研究引起了國內(nèi)外對(duì)納米銀潛在毒性的重視,在一定程度上影響了含銀抗菌醫(yī)療器械的注冊(cè)與臨床應(yīng)用。但是關(guān)于含銀醫(yī)療器械應(yīng)用臨床中毒的報(bào)道還是鮮見的[63],即使有些報(bào)道的納米銀中毒現(xiàn)象也是較為極端的。如Mirsattari等[64]報(bào)道了一名71歲的老人在連續(xù)口服納米銀懸浮溶液4個(gè)月后,出現(xiàn)了持續(xù)性肌陣孿性癲癇、昏迷,并于5.5個(gè)月后死亡。Chung等[65]報(bào)道了3名連續(xù)2年服用納米銀膠體溶液后出現(xiàn)反常的血清銀濃度,臉部、脖子和手等處皮膚變色的案例。事實(shí)上2014年美國Barillo等[66]已發(fā)現(xiàn)這些銀中毒的負(fù)面案例均是因不當(dāng)使用造成的,很多都是采用了口服納米銀溶液的方式。Barillo等回顧了公元前335年以來Ag在醫(yī)療抗菌領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的歷史,認(rèn)為不可忽視Ag具有其他現(xiàn)代抗菌材料所沒有的幾千年應(yīng)用實(shí)踐。Ong等[67]還發(fā)現(xiàn)雖然納米銀殼聚糖敷料出現(xiàn)了嚴(yán)重的體外細(xì)胞毒性,但實(shí)際應(yīng)用于傷口護(hù)理時(shí),卻發(fā)現(xiàn)其能夠促進(jìn)表皮成纖細(xì)胞的增殖和角化細(xì)胞的成熟,促進(jìn)傷口的愈合,這表明實(shí)驗(yàn)室研究方法并不能夠完全模擬或預(yù)測(cè)實(shí)際應(yīng)用中的抗菌產(chǎn)品的效果。Poon等[68]發(fā)現(xiàn)體外細(xì)胞毒性檢測(cè)與傷口表面實(shí)際狀況存在差異,傷口表面的氯化物和蛋白質(zhì)會(huì)影響銀離子的生理活性。孫曉霞等[69]進(jìn)行了不同振蕩條件下制備的某種含銀敷料的體外細(xì)胞毒性試驗(yàn),如圖5所示,在靜態(tài)浸提條件下檢測(cè)得到的體外細(xì)胞毒性為1級(jí),而振蕩顯著提高體外細(xì)胞毒性。但眾所周知,含銀敷料在實(shí)際應(yīng)用時(shí)主要為靜止?fàn)顟B(tài),因此如果用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)來衡量含銀敷料的安全性或過度考慮體外細(xì)胞毒性是不合適的。Walker等[70]認(rèn)為在正確使用含銀傷口敷料時(shí),局部或全身銀中毒的風(fēng)險(xiǎn)是較低或可忽略的。Marx等[71]認(rèn)為應(yīng)正確權(quán)衡Ag的益處與危害,如果考慮傷口表面氯離子和其他傷口滲透液的影響,應(yīng)適當(dāng)考慮提高傷口敷料的納米銀含量,以提高釋放量和延長有效釋放時(shí)間。
圖5 不同振蕩速度下含銀敷料浸提液對(duì)細(xì)胞存活率的影響[69]Fig.5 The effect of silver adhesive extracted by different shaking speed on cell viability[69]
5結(jié)語
隨著微納米技術(shù)的發(fā)展,微納米抗菌材料的研究取得了很大的成就,在此基礎(chǔ)上,不少抗菌醫(yī)療器械也應(yīng)運(yùn)而生并廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。但國內(nèi)微納米抗菌材料與醫(yī)療器械行業(yè)的現(xiàn)狀確實(shí)不容樂觀,市場(chǎng)優(yōu)劣難辨、不當(dāng)使用等問題影響了行業(yè)的正常發(fā)展。該材料的研究及應(yīng)用往往存在技術(shù)難度高、抗菌機(jī)理尚不清晰、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題;另外,細(xì)菌用肉眼無法觀察到,消費(fèi)者難以用感觀辨別抗菌產(chǎn)品的效果,再加上抗菌產(chǎn)品的不恰當(dāng)使用,抗菌效果未能達(dá)到預(yù)期,造成了國內(nèi)外微納米抗菌產(chǎn)品的信任危機(jī)。
目前,微納米抗菌材料及其醫(yī)療器械產(chǎn)品的技術(shù)穩(wěn)定性、推廣難度、政策不確定性等因素已使眾多相關(guān)企業(yè)處于困境。未來應(yīng):①加強(qiáng)綠色環(huán)保、技術(shù)穩(wěn)定、成本低廉、抗菌性能優(yōu)異和毒性低的微納米抗菌材料的研究;②注重理論研究與產(chǎn)品應(yīng)用相結(jié)合,特別是不可忽視微納米抗菌材料延伸產(chǎn)品添加工藝的研究;③加強(qiáng)微納米抗菌產(chǎn)品的抗菌機(jī)理和毒理研究,確??咕a(chǎn)品的應(yīng)用安全性;④對(duì)于抗菌醫(yī)療器械,尤其應(yīng)注重模擬臨床實(shí)際,權(quán)衡利弊;⑤進(jìn)一步研究微納米抗菌材料及其延伸產(chǎn)品的檢測(cè)方法與檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范行業(yè)發(fā)展;⑥加強(qiáng)科普宣傳,提升消費(fèi)群體抗菌意識(shí),促進(jìn)抗菌產(chǎn)品科學(xué)使用。
參考文獻(xiàn)References
[1]Zhang Changhui(張昌輝),Xie Yu(謝 瑜),Xu Xuan(徐 旋).ChemicalIndustryandEngineeringProgress(化工進(jìn)展)[J],2007,26(9):1 237-1 242.
[2]Ma Wei(馬 威),Tuo Tingting(拓婷婷),Zhang Shufen(張淑芬).FineChemicals(精細(xì)化工)[J],2012,29(6):521.
[3]Sun Hong(孫 洪),Xia Ying(夏 英),Chen Li(陳 莉),etal.ChinaPlasticsIndustry(塑料工業(yè))[J],2006,34(9):1-4.
[4]Zhang Kui Hua(張葵花),Lin Songbai(林松柏),Tan Shaozao(譚紹早).Paint&CoatingsIndustry(涂料工業(yè))[J],2005,35(5):45-49.
[5]Dann A B,Hontela A.JournalofAppliedToxicology[J],2011,31(4):285-311.
[6]Mao Yong(毛 勇),Deng Yuming(鄧玉明).Nanotechnology(納米技術(shù))[J], 2011,24(9):58-62.
[7]Li Yiling(李一凌).ScienceandTechnologyInnovationHerald(科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào))[J], 2009,5(3):1-1.
[8]Kong Binbin(孔彬彬),Hao Lujiang(郝魯江),Yu Tongli(于同立).ChinaBrewing(中國釀造)[J], 2008,185(8):1-3.
[9]Jia Dongshu(賈冬舒),Yang Feihua(楊飛華),Tong Zhongliang(童忠良).BuildingDecorationMaterialsWorld(建筑裝飾材料世界)[J], 2003,(4):56-61.
[10]Shen Haijun(沈海軍),Shi Youjing(史友進(jìn)).ShanghaiBuildingMaterials(上海建材)[J], 2006,(2):13-15.
[11]Yuan G,Cranston R.TextileResearchJournal[J], 2008,78(1):60-72.
[12]Kong Huangkuan(孔黃寬),Jiang Yan(江 艷),Xiang Yuhua(項(xiàng)玉華),etal. China,201010530646[P], 2010-11-03.
[13]Zhang Feng(張 峰),Wu Nana(武娜娜),Xu Sijun(徐思峻),etal.ChinaTextileLeader(紡織導(dǎo)報(bào))[J], 2012,(5): 92.
[14]Wu Jixian(吳繼賢),Zhou Lu(周 路),Wu Yongxing(吳永鑫),etal. China,201210273501[P],2012-08-01.
[15]Jiang X M,Jeffrey B C,Lin Y,etal. US,8246933 B2 [P],2012-08-21.
[16]Inoue Y,Hoshino M,Takahashi H,etal.JournalofColloidandInterfaceScience[J], 2002,92(1):37-42.
[17]Azam A,Ahmed A S,Khan M S,etal.InternationalJournalofNanomedicine[J], 2012,7:6 003-6 009.
[18]Dizaj S M,Lotfipour F,Barzegar-Jalali M,etal.MaterialsScience&EngineeringC-MaterialsforBiologicalApplications[J], 2014,44:278-284.
[19]Yang H,Wang Y,Xue X.ColloidsandSurfacesB-Biointerfaces[J], 2014,122:701-708.
[20]Ahamed M,Alhadlaq H A,Khan M A M,etal.JournalofNanomaterials[J], 2014,(2014):1-4.
[21]Chen H,Nanayakkara C E,Grassian V H.ChemicalReviews[J], 2012,112(11):5 919-5 948.
[22]Liu K,Cao M,F(xiàn)ujishima A,etal.ChemicalReviews[J], 2014,114(19):10 044-10 094.
[23]Macwan D P,Dave P,Chaturvedi S.JournalofMaterialsScience[J], 2011,46:3 669-3 686.
[24]Nikam A V,Arulkashmir A,Krishnamoorthy K,etal.CrystalGrowth&Design[J], 2014,14(9):4 329-4 334.
[25]Castro N A H,Guinea F,Peres N M R,etal.ReviewofModernPhysics[J], 2009,81(1):109-162.
[26]Georgakilas V,Otyepka M,Bourlinos A B,etal.ChemicalReviews[J], 2012,112(11): 6 156-6 214.
[27]Li Airong(李愛榮),Zhu Han(朱 菡),Xu Zengrui(徐增瑞),etal.MaterialsReview(材料導(dǎo)報(bào))[J], 2013,27(9):54.
[28]Hu W,Peng C,Luo W,etal.ACSNano[J], 2010,4(7): 4 317-4 323.
[29]Tu Y,Lv M,Xiu P,etal.NatureNanotechnology[J], 2013,8(8):594-601.
[30]Kasuga N C,Sckino K,lshikawa M,etal.JournalofInorganicBiochemistry[J], 2003,96(2):298-310.
[31]Jia H S,Hou W S,Wei L Q,etal.DentalMaterials[J], 2008,24(2):244-249.
[32]Mo A C,Liao J,Xu W,etal.AppliedSurfaceScience[J], 2008,255(2):435-438.
[33]Wang Y,Xue X,Yang H. Vacuum[J], 2014,101:193-199.
[34]Wang Y Z,Xue X X,Yang H.etal.AppliedSurfaceScience,[J], 2014,292:608-614.
[35]Jiang W,Zhan G L,Liu J.JournalofRareEarths[J], 2014, 32(8):727-732.
[36]He Guangyu(何光裕),Ma Kai(馬 凱),Hou Jinghui(侯景會(huì)),etal.FineChemicals(精細(xì)化工)[J], 2012,29(9): 840-843.
[37]Bao Q,Zhang D,Qi P.JournalofColloidandInterfaceScience[J],2011,360(2):463-470.
[38]Frasca D,Dahyot-Fizelier C,Mimoz O.CriticalCare[J],2010,14(2):212-219.
[39]Samuel U,Guggenbichler J P.InternationalJournalofAntimicrobialAgents[J],2004,23(1):S75-S78.
[40]Plowman R,Graves N,EsquiVel J,etal.JournalofHospitalInfection[J],2001,48(1):33-42.
[41]Zang Kui(臧 奎),Shang Futai(尚褔泰),Guo Shiguang(郭世光).JiangsuMedicalJournal(江蘇醫(yī)藥)[J],2011,37(20):2 374-2 376.
[42]Jiang Xuhong(蔣旭宏),Wang Yuan(王 原),Hua Junyi(華軍益),etal.ChinaCriticalCareMedicine(中華危重病急救醫(yī)學(xué))[J],2014,26(5):343-346.
[43]Lu Yuntao(陸運(yùn)濤),Zhu Yingang(朱迎鋼),Qu Jieming(瞿介明),etal.ChineseJournalofClinicalPharmacy(中國臨床藥學(xué)雜志)[J],2010,19(1):18-22.
[44]Lin Y H,Lin J H,Wang S-H,etal.JournalofAppliedBiomaterials[J],2012,100B(8):2 288-2 296.
[45]Zhang Feng(張 峰),Yao Liyong(姚利榮). China,201310767513.7 [P], 2013-07-31.
[46]Zhang Feng(張 峰),Xu Dianchen(許丹晨),Chu Jiamian(褚加冕),etal. China,201110366674.x[P], 2013-05-01.
[47]Madhumathi K,Sudheesh K P T,Abhilash S,etal.JournalofMaterialsScience-MaterialsinMedicine[J],2010,21(2): 807.
[48]Tian J,Wong K K Y,Ho C M,etal.ChemMedChem[J],2007,2(1):129-137.
[49]Leaper D J.InternationalWoundJournal[J], 2006,3(4):282.
[50]Cohen M S,Stern J M,Vanni A J,etal.SurgicalInfections[J],2007,8(3):397-403.
[51]Saravanan S,Nethala S,Pattnaik S,etal.InternationalJournalofBiologicalMacromolecules[J],2011,49(2):188-193.
[52]Marsich E,Bellomo F,Turco G,etal.JournalofMaterialsScience:MaterialsinMedicine[J],2013,24(7):1 799-1 807.
[53]Stefano S,Edoardo S,Giulia B,etal.JournalofNanomaterials[J],2012,2012:1 687-4 110 .
[54]Cao Jiangnan(曹江南),Liu Xiaoqiu(劉曉秋),Yao Huizheng(姚慧珍),etal.ChineseJournalofStomatology(中華口腔醫(yī)學(xué)雜志)[J],2014,49(4):229-233.
[55]Shigeru K,Inoue Y,Awano Y. Japan,10237643-A[P], 1998.
[56]Yu Seng(余 森),Yu Zhengtao(于振濤),Han Jianye(韓建業(yè)),etal. China,201210194294.7[P], 2012-09-09.
[57]Wang Hong(王 洪).ActaMedicinaeUniversitatisScientiaeetTechnologiaeHuazhong(華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版))[J],2014,43(3):364-367.
[58]Chen Kuan(陳 寬).HebeiMedicalJournal(河北醫(yī)藥)[J],2015,37(10):1 552-1 554.
[59]Zhang Yuanyuan(張媛媛),Sun Jiao(孫 皎).ChineseJournalofMedicalInstrumentation(中國醫(yī)療器械雜志)[J],2007,31(1):36-41.
[60]Tang Jinlong(湯京龍),Wang Shuoli(王碩麗),Wang Chunren(王春仁),etal.BeijingBiomedicalEngineering(北京生物醫(yī)學(xué)工程)[J],2013,32(5):485-489.
[61]Kim Y S,Song M Y,Park J D,etal.ParticleandFibreToxicology[J],2010,7(1):19-29.
[62]Yu Yongshen(于永生),Shi Chang(施 暢),Xu Liming(徐麗明),etal.Carcinogenesis,TeratogenesisMutagenesis(癌變·畸變·突變)[J],2014,26(6):428-433.
[63]Wang Z,Xia T,Liu S J.Nanoscale[J], 2015,7(17):7 470.
[64]Mirsattari S M,Hammond R R,Sharpe M D,etal.Neurology[J],2004,62(8):1 408-1 410.
[65]Chung I S,Lee M Y,Shin D H,etal.InternationalJournalofDermatology[J],2010,49(10):1 175-1 177.
[66]Barillo D J,Marx D E.Burns[J],2014,40:S3-S8.
[67]Ong S Y,Wu J,Moochhala S M,etal.Biomaterials[J],2008,29(32):4 323-4 332.
[68]Poon V K M,Burd A.Burns[J],2004,30(2):140-147.
[69]Sun Xiaoxia(孫曉霞),Wang Luanluan(王鸞鸞),Hou Li(侯 麗).JournalofBiomedicalEngineeringResearch(生物醫(yī)學(xué)工程研究)[J],2014,33(3):189-192.
[70]Walker M,Parsons D.InternationalWoundJournal[J],2014,11(5):496-504.
[71]Marx D E,Barillo D J.Burns[J],2014,40:S9-S18.
(編輯王方)
專欄特約編輯顧 寧
特約撰稿人郭志睿
特約撰稿人王強(qiáng)斌
特約撰稿人徐 明
特約撰稿人許海燕
顧寧 :男,1964年生,東南大學(xué)教授、博導(dǎo),教育部長江學(xué)者特聘教授,國家杰出青年基金獲得者。現(xiàn)任江蘇省生物材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任,蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心納米藥物與醫(yī)用材料專業(yè)中心主任,同時(shí)兼任國家納米科技協(xié)調(diào)指導(dǎo)委員會(huì)專家組成員、國家重大科學(xué)儀器設(shè)備研制專項(xiàng)技術(shù)專家組委員、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)信息學(xué)部咨詢專家組成員、中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)常務(wù)理事及納米醫(yī)學(xué)與工程分會(huì)主任委員等。已發(fā)表論文200余篇,發(fā)明專利授權(quán)近60項(xiàng)。獲國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、教育部首屆青年教師獎(jiǎng)、省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)等數(shù)項(xiàng)鼓勵(lì)。主要從事醫(yī)藥納米材料,特別是分子功能薄膜,磁性納米材料的宏量制備、表征與標(biāo)準(zhǔn)、及其在生物醫(yī)(藥)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用的研究。
郭志睿 :男,1975年生,副研究員,碩導(dǎo)。2010年江蘇省人民醫(yī)院心內(nèi)科博士后出站,作為高層次人才引進(jìn)到南京醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院工作。2013年入選江蘇省“六大人才高峰”高層次人才選拔培養(yǎng)對(duì)象。
主要從事基于貴金屬納米顆粒的局域等離激元共振(LSPR)特性進(jìn)行生物檢測(cè)的研究工作, 目前的研究興趣為新型納米功能材料的可控制備以及在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。作為主要完成人之一,參與了博士后工作單位自主研發(fā)的心肌肌鈣蛋白Ⅰ快速檢測(cè)試劑盒(膠體金法)項(xiàng)目?,F(xiàn)該項(xiàng)目已成功研發(fā)并轉(zhuǎn)化。主持國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(青年和面上項(xiàng)目)、江蘇省科技支撐計(jì)劃-社會(huì)發(fā)展項(xiàng)目、南京市科技計(jì)劃項(xiàng)目等6項(xiàng)課題;已發(fā)表SCI論文36篇;獲國家發(fā)明專利和實(shí)用新型專利5項(xiàng) 。主要研究方向:貴金屬納米材料的可控、宏量制備;基于納米技術(shù)的生物標(biāo)志物的高敏檢測(cè);基于膠體金的高敏側(cè)向?qū)游黾夹g(shù)的研發(fā);基于納米顆粒的光熱治療研究。
王強(qiáng)斌:男,1973年生,研究員,博導(dǎo)。2010年中科院“百人計(jì)劃”,2014年國家杰出青年基金獲得者,獲2014年中國科學(xué)院“百人計(jì)劃”結(jié)題優(yōu)秀、2014年中國科學(xué)院特聘研究員、2015年日本化學(xué)會(huì)“Distinguished Lectureship Award”等榮譽(yù)?,F(xiàn)任中科院納米-生物界面重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任,NanoResearch編委。已發(fā)表論文70余篇,申請(qǐng)專利20余項(xiàng),國際專利2項(xiàng),國際會(huì)議特邀報(bào)告20余次;承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金、973重大研究計(jì)劃、中科院科技戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)等項(xiàng)目。
主要從事無機(jī)半導(dǎo)體近紅外量子點(diǎn)可控合成、光學(xué)性質(zhì)調(diào)控及其在活體成像中的應(yīng)用研究,取得了系列進(jìn)展:①提出和發(fā)展了一種新型的近紅外熒光Ag2S量子點(diǎn)及其合成技術(shù),利用能帶裁剪理論對(duì)其光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了精確調(diào)控,并在此基礎(chǔ)上合成了一系列窄帶隙的半導(dǎo)體金屬硫化物;②構(gòu)筑了量子點(diǎn)表面生物功能化平臺(tái),分別通過化學(xué)分子(聚乙二醇)和生物分子(蛋白質(zhì)和DNA)修飾獲得了高生物相容性和靶向性的熒光量子點(diǎn);③發(fā)展了基于近紅外熒光Ag2S量子點(diǎn)的活體影像技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)活體組織原位、實(shí)時(shí)、高靈敏度和高信噪比的影像研究。
徐明:男,1983年生,博士,副研究員。2011年于廈門大學(xué)獲博士學(xué)位,2011~2013年赴法國國家科學(xué)研究中心(CNRS)進(jìn)行博士后研究,2014年進(jìn)入中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工作。2015年晉升副研究員。主要從事納米材料與典型環(huán)境污染物(如重金屬)的毒理學(xué)研究,重點(diǎn)關(guān)注其暴露引發(fā)的生物效應(yīng)和分子作用機(jī)制,揭示納米材料和環(huán)境污染物的環(huán)境與健康風(fēng)險(xiǎn)。主持和參與多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金和“973”課題;發(fā)表SCI論文10余篇,他引200多次。
許海燕:女,1962年生,北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)學(xué)院/中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系系主任,教授,博導(dǎo)。主要學(xué)術(shù)兼職包括中國微米納米技術(shù)學(xué)會(huì)納米科學(xué)技術(shù)分會(huì)常務(wù)理事,全國納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)委員及“健康、安全和環(huán)境”標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)工作組委員兼秘書長等。主持和完成包括國家重大科學(xué)研究計(jì)劃“納米研究”計(jì)劃項(xiàng)目的課題、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目等多項(xiàng)科研任務(wù)。主編或共同主編出版專著《納米生物醫(yī)學(xué)技術(shù)》、《納米生物醫(yī)藥載體》、《生物醫(yī)學(xué)納米材料對(duì)細(xì)胞作用》;在Biomaterials、Theranostics、Nanotoxicology等期刊發(fā)表論文數(shù)十篇;申請(qǐng)發(fā)明專利6項(xiàng),已獲得授權(quán)4項(xiàng)。主要研究方向:①納米材料對(duì)腫瘤微環(huán)境的作用及抗腫瘤免疫治療新方法研究,②基于生物材料的納米結(jié)構(gòu)和環(huán)境響應(yīng)性引導(dǎo)組織再生與修復(fù)。
特約撰稿人張 峰
張峰:男,1971年生,博士,教授。曾主持和參與江蘇省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目、江蘇省高校重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目等多項(xiàng)省級(jí)以上科技計(jì)劃項(xiàng)目5項(xiàng);主要從事纖維的功能化改性、納米材料的開發(fā)及應(yīng)用、綠色染整技術(shù)和清潔生產(chǎn)技術(shù)等領(lǐng)域的研究與教學(xué)工作,在含銀抗菌敷料的技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化推廣方面取得重要進(jìn)展。研究成果在Cellulose、FibersandPolymers等期刊發(fā)表論文25篇,其中SCI收錄7篇,EI收錄1篇;參與國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《含銀抗菌溶液》(HG/T 4317-2012)的制定;擁有含銀抗菌溶液、載銀活性炭纖維、載銀海藻酸鈣纖維等8項(xiàng)中國專利、1項(xiàng)美國發(fā)明專利;曾獲張家港市創(chuàng)業(yè)型領(lǐng)軍人才、張家港“十大杰出青年”和江蘇省“青藍(lán)工程中青年骨干教師”培養(yǎng)對(duì)象等榮譽(yù)稱號(hào)。
Research Status of Micro-Nano Antibacterial Materials and Devices
ZHANG Feng1,2,XU Sijun2,CHEN Siyu2,3,LU Qiang4
(1. Department of Textile Engineering,Shazhou Institute of Technology, Zhangjiagang 215600,China)(2. Zhangjiagang Nellnano Technology Co., Ltd., Zhangjiagang 215600,China)(3.College of Textile and Clothing Engineering, Suzhou University, Suzhou 215021,China)(4.Suzhou And Science & Technology Development Co., Ltd., Zhangjiagang 215600,China)
Abstract:With the development of micro-nano technology, micro-nano antibacterial materials and their application in medical devices have attracted extensive research in recent years. In this review, micro-nano antibacterial materials were classified according to the effective ingredient and their antibacterial mechanism. And, preparation method and antibacterial mechanism of different types of micro-nano antibacterial materials were introduced. Besides, based on the recent application status of micro-nano antibacterial materials in medical devices, micro-nano silver materials in the antibacterial medical devices were mainly introduced, such as antibacterial catheters, wound dressings, implant materials, dental materials and surgical instruments. In addition, problems on current research, application, testing and market promotion of the micro-nano antibacterial materials as well as the related medical devices were analyzed, in which the medical biological safety of silver around the word in recent years was especially focused. Finally, the research aspects of a micro-nano antibacterial materials and devices were predicted.
Key words:micro-nano antibacterial materials;principles of classification;preparation method;antibacterial mechanism;medical devices
中圖分類號(hào):R318.08;TB383.1;TQ1
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1674-3962(2016)01-0040-08
DOI:10.7502/j.issn.1674-3962.2016.01.06
基金項(xiàng)目:江蘇省科技廳科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(BE2013649)
收稿日期:2015-09-06
第一作者:張峰,男,1971年生,博士,教授,Email:
8769811@qq.com