涨知识 | 一文带你了解抗菌材料的前世今生
导读
提到抗菌材料，不同人可能有不同理解。对于抗菌材料与抑菌、杀菌的概念，专家们也是各抒己见，难以统一。正如那句西方谚语所说：“有一千个读者就会有一千个哈姆雷特。”对于抗菌材料的定义，小编也是倍感迷惑。
季君晖、史维明在其编著的《抗菌材料》中认为抗菌材料指自身具有杀灭或抑制微生物功能的一类新型功能材料。
小编进一步采访中国科学院理化技术研究所抗菌材料检测中心主任张维，他说：“抗菌材料确切的角色是维护细菌菌群平衡，发挥和平使者的作用，杀灭、抑制那些打破原有菌群平衡的菌株，让其环境恢复到应有的状态，比如（1）墙上涂料发霉了，就该赋予涂料抗菌功能，抑制霉菌打破环境菌群平衡；（2）妇科炎症就是细菌打破了免疫系统维护的菌群平衡，就应该采用抗菌医疗器械或药物抑制体内不听话的菌，让其恢复原有平衡状态。同时他也特别强调，抗菌材料是一个涉及“人、细菌和环境”三方面的交叉学科，应该满足“材料适配性、细菌适配性和环境适配性”要求。也就是说，不影响结合使用的材料性能，不产生细菌耐药性和变异性，不产生毒性和环境安全性问题（环境指抗菌材料使用位置比如口腔、骨头、自然环境等）。
小编终于明白，抗菌是一门多学科研究领域，同时涉及到药学、微生物学、分子生物学、材料学、医学等多个学科，只有同时把握好这些知识，才能研制出发挥“和平使者”作用的抗菌材料。
一. 抗菌材料的发展简史
在远古时代，古埃及人就知道在伤口上覆盖银片来防止细菌感染；古希腊人就已经知道将铜片在船底，可以减少由微生物引起的腐蚀；蒙古牧民就已经使用银碗盛装羊奶使奶水保鲜；西汉马王堆汉墓里的文物（湖南长沙马王堆）中，许多纺织品也都经过了抗菌防霉处理。
据《Nature》报道，德国化学家在一具保存完好的木乃伊旁发现了遗体防腐剂，他们发现其中含有一种叫做愈创木酚的防腐化学物质，研究结果表明，愈创木酚在没伤害机体组织的情况下起到了极强的抗菌作用。
图1 马王堆汉墓主人辛追，抗菌防腐材料常相随
公元前一世纪的《记胜之书》记载了用附子、干艾等储存粮食种子。成书于战国时代的《山海经》记载了药物百余种，列举了“流赭以涂牛马之病，熏草佩之可以已疠”等。而商代就已懂得用汞医疗癞疾等皮肤病。《本草经》记载了365种药物，其中仅矿物药就有46种，石硫磺、汞、铅丹（Pb3O4）、石灰、石胆（CuSO4·5H2O）硼砂（Na2B4O7·10H2O）以及至今仍有应用的抗菌药物如黄连、黄柏、黄岑等均有记载。
1865年法国科学家巴斯德首次证实有机物的发酵和腐败，以及蚕病的起因都是由微生物引起的。同年Laster将苯酚用于外科手术防止感染。由巴斯德发明的巴氏灭菌法，后来广泛用于牛奶、啤酒、红酒、果汁等进行灭菌保鲜。它是一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风味不变的消毒法，常常被广义地用于定义需要杀死各种病原菌的热处理方法。
图2 巴氏灭菌法处理牛奶，风味好可保鲜易储存
1882年，Millardet为了防止小偷进入葡萄园，在篱笆上喷洒石灰和硫酸铜的混合液，结果，喷了混合液的葡萄植株不感染霜霉病。经过几年试验制成的著名的波尔多液（硫酸铜∶石灰∶水=3∶1∶100）。
图3 肇始于防盗窃的构思，催生出抗菌防霉新品
1909年，德国人Ehrlich合成了第一个抗微生物化学医疗药物606（砷凡纳明）。1931年开始应用的百浪多息等磺胺药，特别是1829年发现、二战时开发的青霉素药物都是用抗菌剂抵抗疾病历史上的里程碑，至今仍为世人所称道。（青霉素的发明也充满传奇色彩，有关药物/抗生素的文献描述较多，本文不再赘述）
1935年G. Domark采用季铵盐处理军服以防止伤口感染，从此揭开了现代抗菌材料研究和应用的序幕。随着科技的发展和人民生活水平的不断提，人们对卫生和健康的要求将会越来越高。抗菌产品也逐渐从军用迅速转为民用。
l947年美国市场上出现了季铵盐处理的尿布、绷带和毛巾等商品，可预防婴儿得皮肤病。
1952年英国EnRel等人用十六烷基三甲基溴化铵处理毛毯和床( 坐)垫面料，但由于季铵盐活性较低，不耐水洗和皂洗，后来，曾一度使用有机汞、有机锡等高效杀菌剂作为纺织品的抗菌防臭整理剂，但是，由于这类杀菌剂很容易引起人们皮肤的伤害，很快被淘汰。
自此以后抗菌防臭整理剂一直沿着安全、高效广谱和耐久性方向开发，总的来说，大体经历了三个阶段 ：
第一阶段为l955至l 965年，这是抗菌剂和抗菌织物发展的孕育时期，当时，很多人认识到抗菌织物的可行性和实用价值，积极研制抗菌剂。
1965至1975年为抗菌织物发展的第二阶段，这一阶段的前期，主要是追求抗菌的效果，当时使用的抗菌剂主要是有机汞、有机锡、有机铜、有机锌以及一些含硫化合物，这些药物虽然用量少，但效果明显，在后半期，抗菌剂的安全性引起人们的关注：部分有机金属化合物对人体的细胞和组织有毒害作用，会引起皮肤病和癌症等疾病；
70年代以后为第三阶段，主要的发展方向是“针对抗菌性和安全性的矛盾，加紧研制开发安全性抗菌剂”。1973年美国道康宁公司宣布新抗菌剂开发成功，终于使抗菌与安全两种性能同时得到认可，1975年开始投放市场，从此纺织品抗菌整理走上稳步发展的道路。
二．国外现代抗菌产业发展概况
国外抗菌材料的研究开始于20世纪80年代。其中研究和应用最为发达的是日本。
日本在20世纪80年代开始集中研究银系无机抗菌剂及其应用．并很快取得了进展。1993年日本品川燃料株式会社首先实现了无机抗菌剂的工业化。
目前，品川燃料、锤纺、石冢硝子、东亚合成都是世界上规模较大的无机抗菌剂生产企业，年产无机抗菌剂均达到1000吨以上。到1998年，日本抗菌制品技术协会成立时，参加协会的抗菌材料制造商和用户就多达250家。而抗菌剂市场年销售额达到280亿日元，抗菌制品生产额 则高达6000多亿日元。
目前日本抗菌材料主要用于家庭用品、家用电器、玩具等领域。
家庭用品主要集中在卫浴用品、室内用品等。TOTO、松下住设等公司开发了系列抗菌盥洗设备，如坐便器、厕用洁具刷等产品。室内用品的生产厂家主要是一些中小企业．其产品主要是抗菌椅子，衣架等。日本的抗菌铅笔产销量也很大，1994年日本抗菌笔的月产量为300万支。
家用电器是目前抗菌材料运用最广泛和使用量最大的行业之一。1993年，日立、东芝、松下等厂家开始生产抗菌洗衣机。1986年，日立推出抗菌冰箱；同一时期，松下、日立和大金等开发了抗菌空调；松下通讯工业和松下电器产业开发的抗菌电话（传真机）；松下、精工、东芝、三菱电机、象印等多家企业生产抗菌食品干燥机；日本还生产了700多万套抗菌电饭锅，150多万台抗菌换气扇。
欧美在抗菌材料的开发应用上滞后于日本。欧美主要使用的是有机抗菌剂．目前较著名的有机抗菌剂生产企业有Ciba，Microban,，Morton,，Dow corning等公司，无机抗菌剂生产企业有Ciba，Dupont等。
三．中国现代抗菌产业发展概况
中国抗菌产业发展始于上世纪80年代、催生于上世纪90年代末。目前中国抗菌制品年产销额超过千亿元。抗菌行业从技术开发到初具产业规模，用了10多年时间进入了国际先进行列。
1998年中国科学院化学研究所（相关抗菌研究和检测方向并入中国科学院理化技术研究所）的抗菌材料技术和海尔集团家电制造能力联手，首次将抗菌家电推向市场，取得了空前成功，并带动了我国抗菌产品的开发热潮。1999年成立理化所抗菌材料检测中心，并于2003年成为加入我国WTO后首批通过CNAS和CMA双证合一的单位，展开抗菌研究、对外技术支持和产品第三方检测，全方位推动抗菌行业的发展，到2006年我国抗菌产业已发展成为年产值超过600亿元的新兴产业。
2001年11月，在中科院理化所组织下成立全国卫生产业企业管理协会抗菌分会，在北京举行了以“健康产业与抗菌科技”为主题的首届中国抗菌产业大会，这是中国抗菌行业的首次盛会。本次大会由两院院士、著名材料学专家师昌绪先生担任大会主席。
从上游抗菌材料领域发展来看，目前国内已经形成了数十家各具特色的抗菌材料生产企业各显其能、各得其所的局面。
抗菌材料广阔的市场前景，也吸引了许多巨头加入。比如，中石化介入抗菌塑料领域，钢铁行业巨头宝钢集团和太钢集团已经介入并研发出了具有抗菌功能的不锈钢，并已经成功应用到餐厨具等行业领域。
家电行业的海尔集团、美的集团、格力集团、格兰仕集团、海信集团、TCL集团以及日本松下公司、韩国三星公司、美国惠而浦公司等这些国内外抗菌家电巨头纷纷推出自己的抗菌家电产品。
纺织行业的许多巨头，也适时推出了各自的抗菌纺织品。
在建材领域，许多企业也纷纷推出了自己的抗菌建材/卫浴产品。
此外，在建材/纺织领域，除了需满足抗菌标准之外，公共场所建材还需满足GB8624 -2012 《建筑材料及制品燃烧性能分级》的要求。在这方面，杭州湘隽阻燃科技有限公司开发的阻燃抗菌医用隔帘、阻燃抗菌防霉风管布、阻燃抗菌墙布等，既满足国标对阻燃性能的要求，抗菌性能也十分优异，值得关注。
图4 阻燃医用隔帘，兼具抗菌功能
在抗菌产业蓬勃发展的背景下，规范抗菌行业的发展势在必行，尤其是抗菌与安全性方面已经引起科研、企业和使用者的广泛关注，中科院理化所协调国内专家学者，积极参与抗菌行业标准的制定，参与制定/修订26个各类标准（目前抗菌标准总共有32个）。
小编想到，自己所在单位也曾参与过一项国标《客车内饰材料的燃烧特性》的制定，对其中的酸甜苦辣深有感触。中科院理化所季君晖老师和张维老师参与数十项抗菌标准制定/修订，对各种抗菌材料了如指掌，著作等身，硕果累累。目前，他们对抗菌产业与其他产业深度融合，给予极大的关注和支持，期待阻燃抗菌、抗菌三防、抗菌屏蔽材料等产业涌现出更多的人才和成果。两位老师产业报国，拳拳之心，赤子之心，让人感动。
末了，小编采访理化所季君晖老师和张维老师，表达自己的崇敬之情。
图5 小编表达对专家的敬仰
张维老师谦逊地摆了摆手，说道，抗菌材料的研究工作，并非看起来那么光鲜，其实，科研是充满挑战和艰辛的，每天和各种微生物打交道，例如，大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、肺炎克雷伯菌、绿脓杆菌、黑曲霉、绳状青霉、球毛壳、绿色木霉等，大家作每一个实验都不轻松的，科研是一场苦行，需要用一生的时间去探索。
小编看了看张老师的手，充满着粗糙的质感，隐约有实验留下的血痕，再看看张老师额头不断后退的发际线，还有那排得满满的实验进度表，感叹万千......
此时，小编站在理化所抗菌中心的荣誉墙下，不禁想起了一首诗：
成功的花
冰心
成功的花，
人们只惊羡她现时的明艳！
然而当初她的芽儿，
浸透了奋斗的泪泉，
洒遍了牺牲的血雨。
图6 冰心在灯下笔耕不辍
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