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1、季铵盐类抗菌剂的研究进展2008/12/18随着生活水平的提高，人们对生活环境的要求也越来越高。自然界中存在着大量的微生物，有害微生物对人和动、植物有极大的危害，影响人们的健康，甚至危及生命。微生物还会引起各种材料的分解、变质和腐败，带来重大的经济损失。由此，具有抗菌和杀菌功能的材料越来越受到人们的关注，抗菌材料的生产已成为一个新兴的产业。 1 季铵盐抗茵剂研究季铵盐类抗菌剂是研究较多的一类有机抗菌剂，自 1935 年德国人 GDomark 发现烷基二甲基氯化铵的杀菌作用并利用其处理军服以防止伤口感染以来，季铵盐类抗菌剂的研究一直是研究者关注的重点，目前该类抗菌剂已经发展到第五代。FraI1k
2、1in 发现长链烷基季铵盐基团就具有很强的抗菌性能，作为季铵盐类的一个主要品种，这类抗菌剂的抗菌作用随季铵盐类结构变化的一般规律是同类季铵盐烷基链短的毒性要比烷基链长的大；在烷基链长相同时，带苄基的毒性要比带甲基的小；单烷基的毒性要比带甲基的小，单烷基的毒性要比双烷基的大。随着烷基链的增长，抗菌能力增强；但到一定长度，抗菌力反而下降。对于小分子季铵盐抗菌剂的抗菌活性已经有了较多的研究，但是小分子抗菌剂存在易挥发、不易加工、化学稳定性差等缺点。人们发现带有长链烷基的高分子季铵盐基团具有很好的抗菌性能，同时高分子季铵盐抗菌剂不会渗透进人的皮肤，还具有比小分子抗菌剂更好的抗菌性能，因此高分子季铵盐抗
3、菌剂成为当今研究和开发的一个热点。本文介绍了国内外有关季铵盐类抗菌剂及其抗菌机理等的最新研究进展，并对其应用和今后的发展作了评述。11 水溶性季铵盐抗菌剂研究目前水溶性的小分子和高分子季铵盐抗菌剂已经广泛应用于水处理、食品、医疗卫生和包装材料等领域。将抗菌基团键合到高分子骨架上，制得的高分子抗菌材料，可提高抗菌基团的密度，从而提高抗菌性能。目前以共价键连接的高分子抗菌剂研究主要是季铵盐、季镌盐及吡啶盐型。US 54119332J 报道了一种季铵盐抗菌剂，其结构的显著特征为季氮上带有不饱和的丙炔基，这类化合物具有极高效、广谱的抗菌活性，其对大肠杆菌的 MIC 小于 4 ，对曲霉属的 MIC 小于
4、 1.6 。王蕊欣等将丙烯酰铵与 4 一乙烯基吡啶(4 一 VP)进行共聚合，然后使用季铵化试剂硫酸二甲酯使共聚物阳离子化，制备了吡啶季铵盐型阳离子聚丙烯酰胺(Q LV)，并研究了其抗菌性能，探讨了其抗菌机理，结果表明，吡啶季铵盐型阳离子聚丙烯酰胺具有很强的抗菌性能，QPAV 溶液在短时间内及小剂量下即可使大肠杆菌活菌数迅速下降，而季铵化度最高的 QPAV 样品，在质量浓度为 20mgL 及接触时间为 5min 的条件下，抗菌率可达到 100。通过抗菌性能测定表明，该抗菌剂随着其阳离子度的增加，抗菌率增大，吡啶季铵盐与烷基链季铵盐相同，凭借所带正电荷与负电荷的菌体之间会产生强的静电相互作用，因
5、而大分子QPAV 对菌体会产生强烈的吸附作用，其大分子链中的阳离子度越高，正电荷密度越大，对菌体的吸附能力越强，因此其抗菌性能随着阳离子度的增大而增强。李银涛等合成了一系列的单吡啶季铵盐，是以吡啶为母体，通过吡啶的烷基化，季铵化合成的，测定了其表面活性和杀菌活性，杀菌实验结果表明其对枯草杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌等细菌均有一定的杀菌能力，对白色念珠菌的杀菌活性最高可达 988，对其他三种细菌的抑菌率均达90以上，同时随着吡啶氮原子上所连接的碳原子数增多而杀菌活性下降。双季铵盐杀菌剂具有极强的杀菌活性，一方面是由于分子中具有两个长链的疏水基团；另一方面是由于分子中有两个带正电荷的
6、 N ，通过诱导作用使分子中的季氮上的正电荷密度增加、更有利于杀菌剂分子在细菌表面的吸附，从而改变细胞壁的渗透性，使菌体破裂。此外，杀菌剂吸附到菌体表面后，有利于疏水基与亲水基分别深入菌体细胞的类脂层与蛋白质层，导致酶失去活性和蛋白质变性。由于这两种作用的联合效应，使得该杀菌剂有较强的杀菌能力。李杰等以十二胺、甲酸和甲醛为原料制备出中间体长链叔胺，又以长链叔胺和 1，3 一二溴丙烷合成出双季铵盐杀菌剂，应用红外光谱对其结构进行表征，双季铵盐收率可达 854。孟琳等利用自制的双卤代醚与长链叔铵，合成了双季铵盐杀菌剂，评价了其杀菌效果，实验结果表明，双季铵盐对硫酸盐还原菌具有良好的杀菌性能，在菌量
7、较高的情况下(15lO8 个m1)杀菌浓度仅为 50 mgL，就能 100杀死硫酸盐还原菌，是一种很有应用前景的新型工业用杀菌剂。壳聚糖(chitosan)，是自然界储存量最丰富的唯一碱性多糖，具有良好的生物相容性和生物可降解性，在化工、环保、生物医药、食品等诸多领域有其广泛而独特的应用价值。近年来，壳聚糖的抗菌性能引起了人们的广泛关注，作为一种天然的抗菌剂，其抗菌活性已经被广泛地报道。但由于其抗菌活性较低，因此，国内外许多研究者做了大量的工作来提高其抗菌活性。徐霞等 8 研究了壳聚糖在 Ce4 的存在下与甲基丙烯酰氧乙基一苄基一二甲基氯化铵的反应，在壳聚糖分子中引入一个杀菌性较强的抗菌剂，该
8、壳聚糖季铵盐的红外光谱表明壳聚糖和甲基丙烯酰氧乙基一苄基一二甲基氯化铵发生了接枝共聚反应，其与大肠杆菌和白色念珠菌作用 30min 后杀菌率可达到 99以上，与金黄色葡萄球菌作用的杀菌率可达 88，对革兰氏阳性菌的杀灭作用较弱。张艳艳等人采用异相法合成了壳聚糖季铵盐一羟丙基三甲基氯化铵(HACC)，经实验分析，其具有较好的水溶性和较高的稳定性。吴迪等使用缩水甘油三甲基氯化铵对壳聚糖进行了增强正电性的改性，制备了高取代度的壳聚糖季铵盐，其在酸 l 生、中性、碱性条件下都易溶，水溶性良好，其相对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度分别为 0039 和 0078mgml，较壳聚糖有很大提高。Zh
9、ishen Jia 等曾报道过季铵化壳聚糖的抗菌活性与它的分子量有关。壳聚糖在醋酸中的抗菌活性比在水中高，醋酸浓度提高，其抗菌活性也提高。季铵化的壳聚糖抗菌性能比壳聚糖的抗菌性能好，壳聚糖在 pH65 以上时溶解性很差，其分子量在 10000-100000 之间时，能抑制细菌的生长，而在分子量为 220000 时抗菌性能最好，当平均分子量为 9300 时抗大肠杆菌的性能较好。马新爱等人对复方季铵盐消毒剂一赛弗尔消毒剂的杀菌效果、HBsAg 破坏作用、稳定性及腐蚀性进行了试验观察。该消毒剂的主要成分是烷基甲基苄基氯化铵，并辅以两性表面活性剂和增效剂。结果，含季铵盐 5280mgL 的复方消毒剂水
10、溶液对布片上金黄色葡萄球菌、大肠杆菌作用 3min、对白色念珠菌作用5min，杀灭率均达 100。含 5000mgL 的该消毒剂，作用 20min，可将 I-IBsAg 抗原性完全破坏。该消毒剂原液对不锈钢、碳钢无腐蚀，对铜基本无腐蚀，对铝有轻度腐蚀。于 37存放 3 个月，该消毒剂有效成分平均下降 169。王莉等研究了复合季铵盐消毒剂的杀菌效果，其主要成分为脂肪醇聚氧乙烯基甲基双辛基氯化铵，三月桂基氯化铵，季铵盐含量为 60。悬液定量杀菌试验表明，以其含 lOOmgL 季铵盐的溶液对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌作用 lmin，对白色念珠菌作用 5min，杀灭率均达 999。杀菌作用受有机物影响明
11、显，该杀菌剂稳定性较好，在 56下放置 14 d，杀菌效果无明显变化。12 水不溶性季铵盐抗菌剂研究季铵盐阳离子聚合物抗菌剂尤其是水不溶性季铵盐阳离子抗菌剂的研究已引起人们的普遍关注。他们已显示出良好的抗菌性能，而且已初步在多方面有所应用，尤其水不溶性季铵盐阳离子抗菌剂以其缓释、长效、低毒、安全的抗菌性能更引人关注。US 4349646 报道的 以聚苯乙烯或交联聚苯乙烯的氯甲基化合物为载体，通过带有反应活性中心氯甲基的载体与不同结构的叔胺季铵化，将有杀菌消毒性能的季铵盐以 CN 键的形式固载到高分子载体上，制得不同结构的不溶性聚季铵盐，这类聚合物能有效地杀灭细菌、真菌、病毒及藻类。US4826
12、924 E2报道了以氯甲基苯乙烯的均聚物或它与苯二乙烯的共聚物为载体制备的水不溶性聚季铵盐抗菌剂。该类聚合物对细菌、真菌有长效、高效的抗菌性，在 25min 内几乎全部杀灭所试条件下典型的革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，可用于水处理、建材及农业等领域。US 5104649 E2 J 报道了通过聚乙烯或聚氯乙烯在紫外光下与二氧化硫和氯气作用制得的磺酰氯为载体，该载体再与适当结构的二胺反应与季铵化作用制得又一类水不溶性聚合物抗菌剂。这类抗菌剂有很广的抗菌谱，可用于流体(如水或空气)消毒抗菌或用作食品包装材料。周轩榕等在纤维素的纤维表面接枝季铵盐单体甲基丙烯酰氧基一苄基一二甲基氯化铵( 一 BC)。所得
13、化合物的抗菌效果明显，5min 内悬浮液中的活菌数下降至少 6 个数量级；随着接触时间的延长，上清液菌浓度的降低速度减慢。其实验证明抗菌纤维对细菌有很强的吸附能力，对于活菌的吸附能力更强，结果表明抗菌材料的杀菌过程由吸附和杀菌两步构成，其中吸附过程速度快，而杀菌过程速度较慢。Tiller 等在载玻片表面成功地以共价键结合一系列含长烷基链(C0 6)的聚(4 一乙烯基)吡啶(PVP)。为了准确测定抗菌性能，他们把培养的细菌悬浮液喷洒在合成的玻片上，自然干燥，放置于培养皿中，以琼脂作为培养基。实验发现，其中已烷基的杀菌性能最优，杀菌率可达到 944。Tiller 等又做了进一步的研究，他们在 5
14、种已商品化的材料表面接枝已烷基吡啶(hexylPVP)，实验证实，杀菌效果均接近 99。Lin Jian 等在 Tiller 上述工作的基础上，又发现了一种新型杀菌基团烷基长链聚乙烯亚胺(PEI)。他们在氨基玻璃表面接枝一系列不同链长的烷基聚乙烯亚胺，发现其中已烷基的杀菌性能同样最优，杀菌(革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌)效果可达 98。而后在棉毛制品、尼龙一 66、聚酯表面接枝已烷基聚乙烯亚胺，杀菌效果理想，都能达到 97左右。邢晓东等制备了一种季铵盐抗菌聚乙烯膜，他们是以高压汞灯为紫外光源在聚乙烯薄膜上接枝季铵盐单体甲基丙烯酰氧乙基一苄基一二甲基氯化铵(DI 一 BC)，通过 x射线光电子能谱
15、化学分析和红外光谱分析等手段证明了抗菌单体确已成功的接枝于 PE 膜上。Kim Lewis 等研究了一种表面接触型的杀菌材料，选用烷基化吡啶盐做抗菌成分，将抗菌单体接枝到高分子 PVP 链上，合成一种抗菌聚合物，并将这种抗菌聚合物接枝到玻璃表面。抗菌性能实验表明，其对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草杆菌的杀灭率都在 99以上。而以 PEI 作为抗菌成分的抗菌剂时抗菌效果不明显，可能是因为它的正电荷不充足，再经烷基化后，季铵盐多聚阳离子的抗菌活性显著增加，杀菌效率也有很大提高。他们还用烷基化后的 PEI 接枝到几种常用织物上制成抗菌织物，如棉花、毛线、尼龙等。结果，所有抗菌织物对受试菌的致死率达到
16、 90以上，少数情况下达到 98，其对真菌的杀菌率与细菌的杀菌率几乎同样高。朱文杰等将抗菌有效成分一季铵类化合物组装在二氧化硅网格或纳米颗粒上，制备出SiO2 改性的有机抗菌剂，经实验证明，该抗菌剂具有优良的抗菌性能与耐热性能。其抗菌实验结果表明该抗菌剂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果都在 99以上。抗菌实验结果也表明所制备的样品具有较高的耐热温度。张葵花等采用离子交换法将不同季铵盐插层到钠基蒙脱土中制备了改性蒙脱土，实验证明，改性蒙脱土对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有很强的抗菌作用，不同季铵盐改性蒙脱土的抗菌活性不同，其中双季铵盐改性蒙脱土的抗菌活性最好，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的最小抑菌浓度分别为 625mgL 和125mgrrd。他们还用扫描电镜对与细菌作用不同时间后的蒙脱土进行了观察，结果表明，细菌是先吸附到改性蒙脱土的表面，然后慢慢的死亡。并且还对在生理盐水中浸泡不同时间后的改性蒙脱土进行了 X 射线衍射和热重分析，结果说明改性蒙脱土的抗菌活性是
