纳米抗菌材料抗病毒作用的研究进展

©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net【收稿日期】2009206209【基金项目】国家自然科学基金项目(30870681)【作者简介】向冬喜(19832),男,硕士研究生,从事病毒感染的预防与治疗研究;Email:xdx8312@yahoo.com.cn;郑丛龙,通讯作者,Email:zcl9812@yahoo.com.cn文章编号:10052376X(2009)0820760202【综　　述】纳米抗菌材料抗病毒作用的研究进展向冬喜,郑丛龙(大连大学医学院辽宁省高校生物物理重点实验室,辽宁大连　116622)【关键词】　纳米技术;纳米抗菌材料;抗病毒作用【中图分类号】R454　　　　【文献标识码】A　　随着经济和科学技术的快速发展以及卫生条件的不断改善,人们的健康水平有了很大提高。但由于病毒的进化和变异日益猖獗,人类的健康依然受到严重威胁。既往几种治疗疑难病毒(如:HIV、HBV、PIV等)尚未攻破,新的病毒(如:SARS冠状病毒、禽流感病毒和甲型H1N1流感病毒等)又冒现在人类面前,严重威胁着人类健康。变异病毒的出现,使得病毒性疾病的的预防和治疗变得十分困难。因此,积极研制高效、特效的抗病毒药物和材料具有十分重要的意义。本文就纳米抗菌材料的抗病毒研究进展进行了综述。具有抗菌功能的纳米材料按抗菌机理可分为两类:一类为银系纳米抗菌材料;另一类为TiO2光催化型纳米抗菌材料[1]。国内外学者对这些抗菌材料的抗菌作用研究较多,各商家也生产出了相应的产品并逐渐市场化。这些抗菌材料纳米化后,抗病毒的作用也凸显出优越性,因此逐渐成为人们关注的焦点。1　纳米抗菌材料的抗病毒作用当某种特定的材料被纳米化后,成为超微颗粒,其微粒大小介于1～100nm时,便拥有了宏观物质所没有的特性:如表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应,此外,它们还具有极大的比表面积(与粒子直径成反比),粒子尺寸越小,其表面原子所占的百分比增加,成为具有高表面能的不稳定原子,这种结构给各种反应提供了众多的接触吸附位点和反应作用点,通过化学键很容易与外来原子相结合。纳米抗菌材料有很强的吸附病毒的能力,与病毒之间相互产生的化学反应能力也快速增强。1.1　银系纳米抗菌材料的抗病毒作用　纳米技术在医学领域内具有广泛的应用前景。目前,除了纳米银,其他纳米产品还尚未达到普遍应用的医疗目的[2]。国内外研究人员将纳米材料及技术与银的特性相结合,研制出纳米银材料应用于众多领域[3,4],诸如:(1)可作为烧烫伤、烧伤植皮中的临床外用药;(2)在妇科,国内开发出的妇女外科抗菌器,可有效抑制引起阴道炎的多种衣原体和支原体;(3)在皮肤科,可用纳米银祛痘凝胶治疗寻常痤疮;(4)在口腔科,应用纳米银可有效抑制多种病原菌的生长[5]。纳米银是一种新型纳米抗菌剂,它的制备方法已经比较成熟。金属纳米材料中,纳米银拥有广泛的应用前景而备受青睐。最近,有关纳米银在抗病毒作用方面的文献已初出端倪。桂芳等人运用血凝实验及观察CPE变化的方法,研究了多种消杀型纳米催化剂(有多个系列,其中AB系列01235为纳米银等加分子筛)抗病毒的作用,结果表明:在所的112种纳米催化剂中,经血凝试验筛选出29种对副流感病毒(PIV)具有强吸附力的纳米催化剂,再通过对腺病毒和人疱疹病毒Ⅰ型的吸附灭活试验,发现AB24(纳米银加等分子筛)对病毒的吸附与灭活能力最强。并且该纳米材料对细胞无毒性作用,是值得开发应用的纳米抗病毒材料[6]。为了有效地消除病毒,必须运用纳滤膜和反渗作用,聚砜的超过滤膜被注入纳米银后,能够有效地改良生物淤积现象和抗病毒[7]。香港大学的LUT等在纳米银抗乙肝病毒复制的研究中,应用了平均直径大约为10nm和50nm的单分散纳米银颗粒,并以HepAD38细胞株作为HBV的感染载体,在试管内观察这些纳米银颗粒的抗HBV作用。结果表明:和空白对照组(HBV感染HepAD38细胞株)相比,实验组(10nm和50nm的单分散纳米银颗粒组)能够有效地减少细胞外乙型肝炎毒DNA的形成,抑制率大于50℅。纳米银颗粒对减少HBV共价环状DNA的总量有少许作用,但能够抑制细胞内乙型肝炎毒RNA。由于病毒和直径为10nm的银颗粒都在纳米级范围,通过电子显微镜可以观察到纳米银可以直接对病毒产生作用[8]。国外学者研究发现:当Hut/CCR5细胞被HIV感染时,纳米银颗粒能够有效地抑制HIV,呈现出对T细胞有强有力的保护作用[9]。亦有相关报道,纳米银材料可用于安全套或宫内节育器中,保护黏膜,抵抗细菌和病毒的入侵[5]。郑丛龙等在研究“纳米银对新城疫病毒(NDV)的抑制作用”试验中,通过血凝实验证实纳米银能够有效地抑制NDV在鸡胚中增值[10]。张若愚等人,应用纳米银和载纳米银硅藻土(Ag/Diat2omite复合材料)对禽流感病毒(AIV)的杀灭研究实验中,经纳米银和载纳米银硅藻土材料处理前后得病毒悬液,血凝效价和对鸡胚致死力有明显区别,证实此纳米银材料对禽流感病毒有较强的灭活作用[11,12]。STOZKOWSKA等对磺胺塞唑银的抗病毒作用进行了研究,磺胺塞唑银本身拥有很强的抗菌作用,同时也表现出很强的抗病毒作用。在组织培养中将不同浓度该药物和病毒混合,在不同时段,磺胺塞唑银均显示出很强的抗1型和2型疱疹病毒感染的作用[13]。2005年,美国德克萨斯大学和墨西哥大学的研究人员首次发现纳米银颗粒易于附着在人类免疫缺陷病毒(HIV21)颗粒上,对HIV21具有明显的抑制作用[14]。上述众多国内外的研究结果表明,银系纳米抗菌材料的具有明显的抗病毒作用,未发现有明显的毒副作用。这些研究结果为研制安全有效的纳米银抗病毒药物和材料提供了一定的理论基础和实验依据,为抗病毒预防和治疗提供了新的研究方法和策略。1.2　纳米TiO2光催化型抗菌剂的抗病毒作用　纳米TiO2是一种新型的无机抗菌材料,在纳米粉体材料中,其光催化性能最好,是当前最具潜力的一种光催化剂[15]。在光照条件下,产生羟基自由基(·OH)和原子氧(·O)。羟基自由基具有强氧化性,能将各种有机物(包括有害微生物体内的)氧化分解为CO2和H2O2,从而发挥它的抗菌作用[16]。目前对于纳米抗菌复合材料抗病毒的报道较少。喻菡、龚睿等人设计了在实验室检测TiO2抗菌材料抗病毒功效的检测方法,他们采用乙型肝炎表面抗原HBsAg破坏试验方法,检测纳米TiO2无机抗菌材料的抗病毒作用。实验结果表明,纳米TiO2在光照下有良好的杀灭HBV的效果,而且随着紫外线强度的加强对HBV的杀灭率越来越高。这类产品在防止病毒性疾病传播方面也能发挥重大作用[17]。徐丽丽等报道,内墙涂刷含有纳米TiO2光催化剂的抗菌涂料后,经室内的弱光和太阳光作用后,纳米TiO2能发挥很好的杀菌消毒作用[18]。1.3　纳米复合抗菌材料的抗病毒作用067ChineseJournalofMicroecology,Aug12009,Vol121No18©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net1.3.1　纳米二氧化钛载银抗菌剂的抗病毒作用　纳米TiO2是目前最有效、使用最广泛的光催化剂之一[19]。但由于其产生作用主要由对紫外光的吸收引起,对太阳能的利用率比较低,催化效果也不太理想,且在空气中易氧化、吸湿。当纳米二氧化钛载银后,能够弥补双方各自抗菌有弊端的不足:一方面,金属银的沉积可以改善纳米TiO2由于电子和空穴复合速度过快的缺点,提高其抗菌效应[20,21];另一方面,纳米银能够通过库伦力更加更好地强烈吸附于菌体,通过酶化反应使蛋白质凝固,从而破坏细胞合成酶的活性,使细胞丧失分裂增殖的能力而死亡[22]。由此可见,纳米二氧化钛载银抗菌剂的特性都优于各自的抗菌作用,此类复合材料在抗病毒作用方面可能具有更好的效果,需要进一步的深入研究。1.3.2　纳米氧化锌抗菌剂的抗病毒作用　氧化锌等无机化合物一般作为填充料,大量混合用于涂料或油漆产品中。经纳米化后,氧化锌显现出良好的抗病毒特性。周希萌、张桂贤等人采用血凝实验对甲、乙、丙、丁四种纳米氧化锌晶须ZnOw复合抗菌材料的抗新城疫病毒效果进行了初步研究。结果表明:四种纳米氧化锌晶须ZnOw都具有良好的抗菌性能,并具有较好的的抗病毒作用,其中丙药物的效果最好。100ppm的丙药物体外对新城疫病毒病毒具有较好的抑制作用,随着作用时间延长,抑制作用不断增强。1000ppm的丙药物比100ppm对病毒的抑制效果更好。1000ppm的丙药物可使病毒的凝集价低于27,抑制效果显著。实验结果表明纳米氧化锌晶须ZnOw在抗新城疫病毒病毒方面具有良好的应用价值[23]。2　纳米抗菌材料的抗病毒机制目前的研究结果提示纳米抗菌材料的抗病毒机制可能与如下三个方面有关:(1)纳米材料对病毒的机械性吸附和固定作用,纳米超微颗粒表面覆盖一层5～10nm厚的聚合物,可以固定大量的蛋白质和酶,尤其是多糖类,从而阻止病毒与宿主细胞的吸附,显示较强的抗病毒活性[24,25];同时由于纳米材料颗粒的胶体稳定性和强吸附性,使病毒失去生存条件而死亡[26,27]。(2)作为病毒感染的一个关键步骤,阻止病毒进入宿主细胞是一个新的抗病毒治疗药物靶点。抑制病毒与受体结合或直接与病毒本身结合,可以防止病毒对宿主细胞的感染。某些小分子可以结合病毒表面蛋白保守的空间结构从而抑制病毒与受体相互作用,纳米材料可以阻止病毒入胞,对病毒进行直接灭活作用,有可能与其杀灭细菌类似,比如,通过纳米银颗粒与病毒体表面蛋白质的2SH相结合,形成2SAg复合物,从而使酶蛋白失活,使病毒失去感染性[28]。(3)纳米银等纳米材料能与病毒核酸结合,改变病毒DNA或RNA结构,影响病毒DNA或RNA的复制,使病毒失去活性[10]。纳米抗菌材料的抗病毒机制还有待进一步深入研究。3　展望综上所述,纳米抗菌材料在抗病毒方面的研究已经取得了较好结果,这些研究结果为临床预防、治疗病毒性感染和寻找新的抗病毒药物提供了有益的启示。纳米银等纳米抗菌材料的低毒性[13,29,30]及非选择性抑制多种病毒的特点,对流感病毒、SARS冠状病毒、禽流感病毒和人类免疫缺陷病毒等感染的预防和治疗具有重要的意义。根据纳米银等纳米抗菌材料的理化特性和抑制病毒的特点,纳米银等纳米抗菌材料极有可能成为多种黏膜感染病毒的“克星”。纳米银等纳米抗菌材料广谱抗病毒的作用机制的深入,将为研制安全有效、黏膜局部使用的广谱抗病毒的纳米抗病毒药物和材料提供理论基础和实验依据,为人类呼吸道和泌尿生殖道病毒感染的广谱预防和治疗提供新的方法和策略。相信在不久的将来,纳米抗菌药物和材料预防和治疗病毒感染性疾病将在临床得到广泛应用。【参考文献】[1]赵婷,戴红,许伟,等.纳米抗菌材料及其在制革领域的应用[J].中国皮革,2005,34(17):31235.[2]CHENX,SCHLUESENERHJ.Nanosilver:ananoproductinmedicineapplication[J].ToxicolLett,2008,176(1):1212.[3]张文钲.银的杀菌功能[J].金属世界,2002,3:201.[4]张文钲,王广文.纳米银抗菌材料研发现状[J].化工新型材料,2003,31(2):42244.[5]王冬梅,莫遗盛,江晓筠,等.纳米银临床应用研究进展[J].中国药房,2007,18(5):3862387.[6]桂芳,张卓然,郑丛龙,等.消杀型纳米催化剂抗病毒作用的研究[J].中国病毒学,2005,20(1):70274.[7]ZODROWK,BRUNETL,MAHENDRAS,etal.Polysulfoneultrafiltra2tionmembranesimpregnatedwithsilver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