新型抗感染纳米银创面修复材料研究进展

李宇飞　赵建宁　张文俊　综述　章建林　审校

自古以来，各种形式的银被应用于创面细菌感染的治疗。但随着一些抗生素的出现，这些银的应用显著下降。由于复杂病原菌所致的感染性疾病的增加以及抗生素耐药的发生，制药公司和研究者正在寻找新的抗菌制剂。目前，纳米材料因其具有高表面积/体积比，以及独特的化学和物理特性已成为新的抗菌制剂。近年来随着纳米技术的发展，将银的尺寸调节到纳米大小，使金属的化学、物理及光学性质有了极大的改变。纳米级别的金属银是一种潜在的抗菌剂。由于一些病原菌对大部分抗生素产生耐药性，因此纳米银的应用也变得极为重要。因此，纳米银被广泛地应用于各个医疗领域，包括银为基础的辅料、药用银涂层设备，如纳米凝胶、纳米洗剂等，本文就新型抗感染纳米银创面修复材料的研究进展综述如下。

1 概述

以制造纳米级新材料为目的的科学和技术应用使得纳米技术有了飞速的发展。“纳米”嘲是指十亿分之一米或10^-9米。“纳米技术”最早于1974年由东京理科大学的Norio Taniguchi教授提出，用以描述纳米级材料制造的精度。Feynman教授曾在“Theres plenty of room at the Bottom”演讲中提出了纳米技术的概念。生物纳米技术整合了生物技术和纳米技术用于发展纳米材料的生物合成和环保领域应用。纳米粒子是指尺寸范围在1～100nm的原子簇。“纳米”是一个希腊单词，意指非常的小。纳米颗粒因其独特的化学、光学和机械属性，在21世纪发展迅速。金属纳米颗粒由于其较大的表面积与体积比，显示出了卓越的抗菌活性，因其对金属微粒耐药的微生物、抗生素及耐药菌株所显示出的抗菌能力，使其越来越受到研究者的青睐。不同的纳米材料，如：铜、锌、钛、镁、金和银等均已实现，但与其他纳米材料相比银纳米颗粒在抗细菌、病毒及原核生物效果方面显示出了最佳疗效。然而，纳米银颗粒作为药用消毒剂存在一些危险性，如：暴露在银环境下可导致银中毒，并对哺乳动物细胞存在毒性。目前研究显示，采用银离子或金属银以及纳米银颗粒可用于治疗烧伤、制成牙科材料、不锈钢材料涂层，纺织面料，水处理及防晒乳液等，且对人体细胞毒性较低，具有高热稳定性以及低波动性。

2 银作为抗菌材料

银用于治疗烧伤和慢性伤口已有数百年历史。最早在公元前1000年，银就被用于饮用水的处理。硝酸银是以固体形式被应用的，其有不同的短语形式，英语中称为“Lunar caustic”，拉丁语中称为“Lapis infernale”，而法语中称为“Pierreinfernale”。1770年，硝酸银开始用于治疗性病、唾液腺瘘、肛周脓肿以及骨脓肿。19世纪，采用硝酸银除去肉芽组织，并促进上皮细胞再生，使创面得以愈合。不同浓度的硝酸银可用于新鲜烧伤的治疗。1881年，Crede等使用硝酸银滴眼液治愈了新生儿眼炎。Crede设计了银浸渍敷料用于植皮治疗。20世纪40年代，青霉素诞生后，银在细菌感染治疗中的作用大大降低。20世纪60年代，Moyer采用0.5%硝酸银用于烧伤的治疗，使得银再次得到使用。这一方法不会影响表皮细胞的增殖，同时能够具有抗金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、大肠杆菌的作用。1968年，硝酸银联合磺胺合成了磺胺嘧啶银乳膏，它可作为一种广谱抗菌剂，并被用于烧伤的治疗。磺胺嘧啶银对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、克雷伯菌和假单胞菌均具有有效的抗菌作用。并且，还具有一定的抗真菌和抗病毒活性。近年来，由于抗生素耐药菌的出现，以及临床上抗生素使用的局限性，使得含有不同水平银的银伤口敷料重新得到重视。

3 作用机制

银对微生物的确切作用机制目前尚不完全明了，但根据研究发现在细菌细胞形态和结构方面发生变化，从而提出了金属银、银离子、纳米银粒子可能的作用机制。

3.1 银的作用机制：根据细菌细胞呼吸酶研究的发现结果提示，银的作用机制与银和巯基化合物的相互作用联系在了一起。银可与细菌细胞壁和细胞膜相结合，参与移植呼吸过程。大肠杆菌中，银通过抑制磷的吸收，释放磷、甘露醇、琥珀酸盐、脯氨酸及谷氨酸而发挥作用。

3.2 银离子的作用机制：银离子的抗菌作用机制可能尚不明确，但是可以通过观察细菌结构和形态学的变化情况研究银离子的作用机制。这就提示当DNA分子处于放松状态时，DNA的复制能够有效的进行。但是当DNA处于凝集形式时，就失去了复制能力，当银离子渗透进入细菌细胞内后，DNA分子变为凝集形式并使其复制能力丧失，进而导致细胞的死亡。此外，已有研究报道称重金属通过与巯基粘附，与蛋白起反应，进而使蛋白灭活。银离子在银沸石的抗菌活性中起关键作用。Matsumura等曾报道，银沸石的作用可能是由于细菌细胞摄取了银离子，使银沸石与细菌接触，抑制细胞功能，使细胞破坏。其次，银沸石可以通过产生活性氧分子，抑制呼吸作用。

3.3 纳米银粒子的作用机制：纳米银粒子的抗菌性能要优于其他盐类，这主要是由于其具有极大的表面积，使之能够更好地与微生物所接触。纳米粒子能够附着于细胞膜，也能够渗透入细菌细胞内。细菌细胞膜具有含硫蛋白，而纳米银粒子能够与细胞内的这些蛋白相互作用，同时也能够与含磷化合物相互作用，如DNA。当纳米银粒子进入细菌细胞后，可在细菌的中心形成一个低分子量区域，细菌向该区域聚集，使DNA免受银离子损害。纳米银粒子有效攻击呼吸链、细胞的分化，最终导致细胞的死亡。纳米银粒子可向细菌细胞中释放银离子，增强杀菌活性。

4 应用

已知银以金属纳米形式均具有较强的抗菌性能，因此银已在不同的领域得到广泛使用。Fe₃O₄附着纳米银粒子可用于水处理并通过磁场可容易清除，以避免对环境造成污染。磺胺嘧啶银由于其能够缓慢而稳定地与血清及其他体液反应，可使烧伤创面较好的愈合。纳米银敷料、药膏及凝胶可减少慢性伤口的细菌感染。含纳米银粒子的聚醋酸乙烯纳米纤维作为创面敷料已显示出了卓越的抗菌性能。报道称，在动物模型研究中，纳米银粒子显示出了较好的创面愈合性能，使创面更为美观、瘢痕愈合。银浸渍医用设备如外科口罩及可植入性医疗设备等均显示出了良好的抗菌效应。环保型抗菌纳米涂料也已得到开发。无机复合材料用做各种产品的防腐剂。硅凝胶微球与硅硫代硫酸混合具有长效抗菌活性。治疗烧伤和各种感染，银沸石被应用于食品的保存、消毒以及产品的净化。纳米银粒子可用于水的过滤。

5 小结

总而言之，在各种不同的抗菌剂研究中，银是被广泛研究的，自古以来银都被用于抗感染和防腐。银离子、银复合物及纳米银粒子的抗细菌、抗真菌和抗病毒性能也被进行了广泛而深入的研究。与其他抗生素相比，微生物似乎对银不会产生耐受性，而且银具有广谱抗菌作用。纳米银粒子因其独特的理化特性，可作为新型抗菌剂的良好选择。此外，纳米银粒子以不同形式得到广泛应用，例如：创面敷料、医疗设备的涂层、纳米银浸渍织物等。纳米银粒子浸渍的优点在于能够持续释放银离子，并可通过内外两次涂层来提高其抗菌效果。纳米银粒子治疗烧伤创面可获得良好的外观效果，促进瘢痕组织愈合。

由此可得出结论，金属银自古沿用至今。然而，随着纳米银粒子的发展及其作为抗菌剂的使用，需要进行深入研究观察其毒性情况。尚有一些问题有待解决，例如：纳米银与细菌细胞的确切作用机制，纳米粒子的表面积是如何影响其抗菌活性的，如何使用动物模型更好地研究银敷料的抗菌效果，以及如何明确各种银敷料的毒性情况等。