前 言
隨著人們對生活環境、衛生和保健的要求日益提高，在衣、食、住、行等方面都要考慮健康問題。人們將更加關注居住空間環境及用品的清潔、凈化、人身安全等健康環境問題，因此抗菌功能材料及制品的應用將成為21世紀生態環境材料的主角。
本文詳細介紹了抗菌功能無機非金屬材料研究開發的國內外現狀、抗菌機理和最新動向。
1、抗菌性無機非金屬材料及制品
抑制細菌增長和發育的性能稱為抗菌，殺死細菌或接近無菌狀態的性能稱為殺菌。具有抗菌或殺菌功能的材料則通稱為抗菌材料。而在材料成分中添入的抗菌外加劑被稱為抗菌劑。抗菌材料可分為天然系、有機系、無機系抗菌材料。其中有機抗菌材料對人體有一定損害，抗菌有效期短，主要用于使用溫度較低的場合。天然系抗菌材料也多屬有機類。無機抗菌材料耐高溫性能強、抗菌作用持久，應用前景廣闊。
無機非金屬抗菌材料可歸納為：含金屬離子的抗菌材料、金屬氧化物抗菌材料、光催化抗菌材料、稀土激活保健抗菌材料等。
1.1 含金屬離子的抗菌材料
含金屬離子的無機鹽或絡合物類無機抗菌劑品種最多，用途也最廣，產量也最大。金屬離子殺滅、抑制病原體的活性按下列順序遞減：
Ag＞Hg＞ Cu＞Cd＞Cr＞Ni＞Pb＞Co＞Au＞Zn＞Fe＞Mn＞Mo＞Sn
但是由于Hg、Cd、Cr和Pb的毒性較大，實際上用作抗菌劑的金屬主要為銀、銅和鋅。銀的殺菌能力比銅大許多倍，比鋅大得更多。
抗菌劑中常用的Ag、Zn、Cu金屬離子的最小發育阻止濃度（MIC）見表1。
金屬離子與細菌進行相互作用，因此殺菌效果與其濃度和時間有關。Ag、Cu離子在不同作用時間中的殺菌最小濃度，見表2。
但是金屬離子受光或熱條件的影響較大，一般不宜單獨使用，因此常加在陶瓷載體上，做成緩釋型抗菌劑。利用磷酸鹽、硅酸鹽等載體的耐高溫性能，可解決抗菌材料的耐高溫性能和長期使用問題。因此，目前含金屬離子的無機抗菌劑主要是利用銀、銅、鋅等金屬本身所具有的抗菌能力，通過物理吸附或離子交換等方法將銀、銅、鋅等金屬離子固定在沸石、硅膠、磷酸鹽等表面活性高的物質表面，制成抗菌劑。然后將其 加入到制品中就可以獲得具有抗菌性能的材料。
（1）銀——沸石抗菌劑
銀離子有很好的抗菌性能，而沸石具有吸附功能、分子篩功能、離子交換功能和催化功能。將沸石與硝酸銀溶液浸泡、進行離子交換，制得銀－沸石抗菌劑。銀的含量為2.5wt%時，MIC為62.5～250ppm。沸石有天然型和人工型，其分子式為：XM2/nO·Al2O3·YSiO2·ZH2O,它有30多種結構形式。Si/Al比的不同可表現出不同的結構和功能，離子交換能力由含Al量決定。這種抗菌劑一般在850℃以上容易失效。
（2）銀——磷酸鹽抗菌劑
磷酸鹽具有很強的吸附功能、離子交換功能和催化功能，因此銀-磷酸鹽抗菌劑是國內外研究開發的重點技術之一。但銀-磷酸鹽抗菌劑中一般含銀3wt%左右，價格較高。尤其是銀-磷酸鋯、銀-磷酸鈦抗菌劑，盡管這類材料具有較好的抗菌性能和高溫使用性能，但由于價格昂貴應用受到較大限制。降低銀含量、繼續提高抗菌性能和高溫使用性能，開發復合磷酸鹽無機抗菌材料技術是今后研究的重要方向之一。
（3）銀——可溶性玻璃抗菌劑
將含銀、鋅、銅等抗菌性金屬元素的化合物與B2O3系、P2O5系、SiO2系玻璃一起熔化，經冷卻、研磨，即可制得銀-可溶性玻璃抗菌劑。用這種抗菌劑可以制成抗菌玻璃、抗菌陶瓷、抗菌塑料。
1.2 金屬氧化物抗菌材料
日本山本元治等1994年申報了堿金屬或Ag2O、CuO、ZnO等金屬氧化物抗菌劑和抗菌搪瓷釉的專利。Jawai等檢測了MgO、CaO和ZnO等氧化物的抗菌性，并認為其抗菌作用是活性氧引起的。矢作多貴江進行了MgO、CaO及ZnO對遺傳物質DNA的損傷實驗（即變異性能實驗），在變異和致癌物質苯并芘（Benzopyrene）中加入濃度為5mg/ml的MgO時，變異菌數降低1/2。J.Sawai等認為MgO、CaO及ZnO對抗變異和抗癌，Mg對高血壓、血管系統的疾病，Zn對生殖系統的保健等都是有利的。可見金屬氧化物不僅具有抗菌性，也有一定的保健功能。
1.3 半導體光催化抗菌材料
1972 年日本Fujishima 和Honda報道了TiO2電極上光電解水現象后，半導體光催化研究引起了國際化學、物理、材料等領域科學家的廣泛關注。在納米半導體材料制備、結構、性能、以及光催化理論等方面進行了尤為深入研究，發現TiO2在環境保護方面具有廣闊的應用前景，將引起下世紀利用太陽能凈化環境的一次新技術革命。
具有光催化功能的半導體材料有WO3、TiO2、ZrO2、V2O3、ZnO、CdS、SeO2、GaP、SiC等，最典型的光催化半導體材料為TiO2、ZnO。由于其它材料均不同程度上存在易發生光氧化、壽命短等缺陷，TiO2納米半導體光催化材料技術引起了高度重視。
OH自由基的pK = 11.9，它在酸性條件下是強氧化劑，在堿性條件下是弱氧化劑。
在與無機溶質反應時，.OH自由基通常起氧化劑作用，通過簡單的電子轉移可變成OH-離子；在與有機物反應時，其氧化劑作用是無選擇性的，各種有機物均可被.OH自由基分解。因此，.OH自由基等活性氧自由基除可與細菌等作用，殺死細菌]外，也可將VOC等有機物、NOx、SO2、NH3等無機物分解，起到凈化空氣的作用。
1.4 無機抗菌材料制品
將無機抗菌材料加入到傳統衛生瓷、釉面磚、塑料、涂料等產品中，可以生產多種抗菌制品，這些制品大部分是通過在產品表面涂膜或涂層的形式實現抗菌的。
（1）抗菌陶瓷
日本TOTO公司（東陶機器）開發的抗菌陶瓷，于1993年申請國際專利和日本專利，并向市場推出。該產品主要是利用光催化作用實現抗菌。如：光催化銀系抗菌面磚，熒光燈下1h抗菌率為97％，其價格為6000日元/ m2,衛生潔具平均約為7萬日元/個。。SHMITOMO CEMENT CO.LTD 開發了含銀磷酸鹽、氧化鈦、硅酸鹽系復合抗菌釉，1994年申報國際專利。石冢硝子公司1995年申報了利用含銀抗菌性玻璃制備抗菌陶瓷的專利。INAX公司開發的抗菌陶瓷也是用釉外加含銀抗菌陶瓷粉的方法燒制而成的。
梁金生、金宗哲等專家與山東美林公司合作利用稀土激活技術開發成功抗菌衛生陶瓷，1999年通過山東省科技廳組織的專家鑒定，并投入批量生產。該技術于2002年8月通過了山東省科技廳組織的專家鑒定，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺抑率高達96%以上。此外，淄博博納科技發展有限公司用該材料與淄博華辰集團合作開發抗菌易潔墻面磚，經國家建筑材料工業環境監測中心檢測對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺抑率達99.2以上%。
（2）抗菌搪瓷
搪瓷釉面光滑并含有金屬氧化物，因此一般搪瓷表面也具有一定抑菌效果。為了進一步提高抗菌、防霉、自潔效果，人們正逐漸開始要求搪瓷浴缸、面盆、儲水箱等搪瓷制品具有較好的抗菌功能。日本礙子研制的搪瓷表面可溶出堿金屬氧化物或者Ag2O,CuO,ZnO等申請了防霉搪瓷的制造方法及其制品專利。
1.5 稀土無機抗菌功能材料
由于稀土元素具有獨特的外層電子結構，且已在醫學領域的抗菌消炎藥物方面獲得成功應用，這就促使人們開始研究市場前景更加廣闊的建材和日用品抗菌功能開發所需稀土無機抗菌材料。美國Saad]等用稀土元素制造的堿硅酸鹽搪瓷涂層材料含氧化鈰12-30%，具有一定的自潔功能。日本NIPG公司發明的防霉抗菌搪瓷涂層材料生產用抗菌性玻璃粉，含Ag2O:0.05-20%,CeO2+TiO2:0.1-2.0%。但上述報道中加入的稀土主要是以乳濁或改善釉面質量為目的，對稀土的抗菌作用未予關注。稀土與納米二氧化鈦材料復合后，可在二氧化鈦禁帶中增加表面能級，使材料在可見光照射下就可以產生大量羥基自由基、具有優良的抗菌和凈化功能。
2、無機非金屬材料的抗菌機理
材料的抗菌作用，一般說是指某種材料對微生物的生命活動所產生的不良影響和后果。這種不良影響和后果最集中的表現就是影響微生物的生長、繁殖以至死亡。也就是說抑制微生物的生長與繁殖或殺死微生物的作用。抗菌材料和微生物之間的關系，可以看作微生物與環境關系，特別是對微生物有毒性的環境關系。材料抗菌作用機制有以下幾個方面：(1)干擾細胞壁的合成。細菌細胞壁的重要組分為肽聚糖，抗菌材料對細胞壁干擾作用，主要抑制多糖鏈與四肽交聯的連結，從而使細胞壁失去完整性和對滲透壓的保護作用，損害菌體而死亡；(2)可損傷細胞膜。細胞膜是細菌細胞生命活動的重要結構部分，因此如細胞膜受損傷、破壞，將導致細菌死亡；(3)抑制蛋白質的合成。蛋白質的合成需要活化的氨基酸，且在各種酶參與下在核糖體上完成。抑制、阻礙和改變其中任何一組結構或其合成環節之一，都能導致蛋白質合成過程變更、停止，使細菌死亡；(4)干擾核酸的合成。總的說是阻礙遺傳信息的復制，包括DNA、RNA的合成以及按DNA模板轉錄mRNA等。
無機抗菌材料主要由銀、銅、鋅、稀土等抗菌性金屬與各種載體復合制得，其中銀抗菌性能最強。根椐報道，銀離子及其化合物的抗菌作用為人們所知已有1200余年，并得到廣泛應用。但是人們對抗菌作用機理認識仍不一致，歸納起來存在兩種解釋：一是銀離子的緩釋殺菌抗菌機理；二是活性氧殺菌機理。
2.1離子緩釋殺菌機理
銀離子緩釋殺菌抗菌機理是指在其使用過程中，抗菌劑緩慢釋放出Ag+，因為Ag+在很低濃度下即能破壞細菌細胞膜或強烈地吸引細菌體中酶蛋白的疏基，并迅速結合在一起降低細胞原生質活性酶的活性，具有抗菌作用。因而通過緩釋Ag+，無機抗菌劑可發揮持久的抗菌效果。
2.2活性氧抗菌機理
銀離子的活性氧抗菌機理認為：高氧化態銀的還原勢極高，在光的作用下，抗菌劑和水或空氣作用，生成的活性氧O-2和OH，具有很強的氧化還原作用。事實上，組成細菌細胞膜結構的主要成分之一是脂，其中大部分為磷脂。磷脂分子是以磷酸基或磷酸膽堿基為主的極性基團構成脂分子的親水頭部，而分布于細胞膜內外表面；其長鏈脂肪酸烴基為中性的疏水基團構成脂分子的疏水尾部，而分布于膜中心區。脂分子中脂肪酸烴鏈的長短和雙鍵的數目會直接影響膜的性質。這樣，當細菌微生物靠近抗菌材料表面附近時，抗菌材料周圍產生的O-2和OH自由基攻擊細菌細胞膜導致：（a）表征蛋白質二級結構中-螺旋含量改變；（b）C=0雙鍵的1727cm-1IR峰強度增加，甘油基骨架的取向發生了變化；（c）靠近極性區C=0基團增多；（d）C=0雙鍵減少，碳氫鏈不飽和度降低；（e）膜蛋白二級結構損傷后很難恢復，損傷具有不可逆性。從而使材料具有持久的抗菌效果。
3、抗菌功能無機非金屬材料的最新發展動向
3.1 多功能健康陶瓷材料及其功能制品
將天然礦物材料組份優良的熱電特性、自極化特性與稀土納米復合材料中稀土元素協同增效，制備成功多功能健康陶瓷材料。該陶瓷材料不僅具備優良的抗菌性能，還具有輻射超強遠紅外線、活化水的多種有利于人體健康的新功能。經權威部門檢測，開發的新型陶瓷材料的紅外輻射率可達到90％以上，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺抑率可達到99％以上。在陶瓷、玻璃、釀酒、煙草、引用水凈化、環保等多種行業具有廣闊的應用前景。
3.2 稀土/納米氧化鈦無機抗菌凈化功能材料
為有效克服TiO2類光催化材料在紫外光條件下才能具有較好抗菌及凈化空氣功能的不足，實現室內條件下光催化抗菌和空氣凈化的研究目標。文獻系統研究了我國富產的稀土元素鈰對納米TiO2晶體結構、顯微結構、表面電子結構、紫外吸收光譜以及產生羥基自由基（.OH）性能的影響。制備的稀土/納米TiO2光催化抗菌凈化功能材料，在室內光條件下就具有優良的抗菌和空氣凈化性能。
3.3 稀土/復合磷酸鹽無機抗菌材料
為實現不降低抗菌性能前提下減少抗菌材料中貴金屬銀元素的含量、降低成本、有效克服變色難題的研究目標。綜合利用銀和稀土元素的抗菌作用以及稀土元素穩定銀離子的作用，以復合磷酸鹽為載體，將稀土與磷酸鹽復合制備的稀土/復合磷酸鹽無機抗菌材料，可以在可見光條件下也可以產生大量羥基自由基，具有優良的抗菌性能。
3.4 稀土/粘土納米復合無機抗菌材料
具有層狀結構的粘土材料能與金屬離子進行離子交換。將抗菌性離子交換到粘土層間，一方面可使材料有效避免變色問題；另一方面也可避免抗菌離子的團聚，使抗菌元素分散得更均勻，從而使抗菌性能得到充分發揮；另外還可以實現抗菌離子的緩釋效果，進而提高材料的抗菌有效期。
4、結 語
無機抗菌功能材料是近年國際上剛剛興起不久的熱點研究課題。抗菌材料由原來主要用于食品和醫療方面，向建筑材料的無機抗菌、空氣凈化等生態健康功能方向發展。特別是具備抗菌、輻射遠紅外線、易清潔、多功能健康陶瓷材料，對于提升陶瓷制品向功能化、健康化、生態化方向發展具有巨大的推動作用。預計21世紀將發展為兼有抗菌和凈化功能的生態環境材料。這些新材料多是以原來材料為載體，外加稀土元素、光催化劑、抗菌劑、輻射遠紅外線外加劑等添加劑來協同增效，提高材料及其制品的生態健康功能。
隨著人們對生活環境、衛生和保健的要求日益提高，在衣、食、住、行等方面都要考慮健康問題。人們將更加關注居住空間環境及用品的清潔、凈化、人身安全等健康環境問題，因此抗菌功能材料及制品的應用將成為21世紀生態環境材料的主角。
本文詳細介紹了抗菌功能無機非金屬材料研究開發的國內外現狀、抗菌機理和最新動向。
1、抗菌性無機非金屬材料及制品
抑制細菌增長和發育的性能稱為抗菌，殺死細菌或接近無菌狀態的性能稱為殺菌。具有抗菌或殺菌功能的材料則通稱為抗菌材料。而在材料成分中添入的抗菌外加劑被稱為抗菌劑。抗菌材料可分為天然系、有機系、無機系抗菌材料。其中有機抗菌材料對人體有一定損害，抗菌有效期短，主要用于使用溫度較低的場合。天然系抗菌材料也多屬有機類。無機抗菌材料耐高溫性能強、抗菌作用持久，應用前景廣闊。
無機非金屬抗菌材料可歸納為：含金屬離子的抗菌材料、金屬氧化物抗菌材料、光催化抗菌材料、稀土激活保健抗菌材料等。
1.1 含金屬離子的抗菌材料
含金屬離子的無機鹽或絡合物類無機抗菌劑品種最多，用途也最廣，產量也最大。金屬離子殺滅、抑制病原體的活性按下列順序遞減：
Ag＞Hg＞ Cu＞Cd＞Cr＞Ni＞Pb＞Co＞Au＞Zn＞Fe＞Mn＞Mo＞Sn
但是由于Hg、Cd、Cr和Pb的毒性較大，實際上用作抗菌劑的金屬主要為銀、銅和鋅。銀的殺菌能力比銅大許多倍，比鋅大得更多。
抗菌劑中常用的Ag、Zn、Cu金屬離子的最小發育阻止濃度（MIC）見表1。
金屬離子與細菌進行相互作用，因此殺菌效果與其濃度和時間有關。Ag、Cu離子在不同作用時間中的殺菌最小濃度，見表2。
但是金屬離子受光或熱條件的影響較大，一般不宜單獨使用，因此常加在陶瓷載體上，做成緩釋型抗菌劑。利用磷酸鹽、硅酸鹽等載體的耐高溫性能，可解決抗菌材料的耐高溫性能和長期使用問題。因此，目前含金屬離子的無機抗菌劑主要是利用銀、銅、鋅等金屬本身所具有的抗菌能力，通過物理吸附或離子交換等方法將銀、銅、鋅等金屬離子固定在沸石、硅膠、磷酸鹽等表面活性高的物質表面，制成抗菌劑。然后將其 加入到制品中就可以獲得具有抗菌性能的材料。
（1）銀——沸石抗菌劑
銀離子有很好的抗菌性能，而沸石具有吸附功能、分子篩功能、離子交換功能和催化功能。將沸石與硝酸銀溶液浸泡、進行離子交換，制得銀－沸石抗菌劑。銀的含量為2.5wt%時，MIC為62.5～250ppm。沸石有天然型和人工型，其分子式為：XM2/nO·Al2O3·YSiO2·ZH2O,它有30多種結構形式。Si/Al比的不同可表現出不同的結構和功能，離子交換能力由含Al量決定。這種抗菌劑一般在850℃以上容易失效。
（2）銀——磷酸鹽抗菌劑
磷酸鹽具有很強的吸附功能、離子交換功能和催化功能，因此銀-磷酸鹽抗菌劑是國內外研究開發的重點技術之一。但銀-磷酸鹽抗菌劑中一般含銀3wt%左右，價格較高。尤其是銀-磷酸鋯、銀-磷酸鈦抗菌劑，盡管這類材料具有較好的抗菌性能和高溫使用性能，但由于價格昂貴應用受到較大限制。降低銀含量、繼續提高抗菌性能和高溫使用性能，開發復合磷酸鹽無機抗菌材料技術是今后研究的重要方向之一。
（3）銀——可溶性玻璃抗菌劑
將含銀、鋅、銅等抗菌性金屬元素的化合物與B2O3系、P2O5系、SiO2系玻璃一起熔化，經冷卻、研磨，即可制得銀-可溶性玻璃抗菌劑。用這種抗菌劑可以制成抗菌玻璃、抗菌陶瓷、抗菌塑料。
1.2 金屬氧化物抗菌材料
日本山本元治等1994年申報了堿金屬或Ag2O、CuO、ZnO等金屬氧化物抗菌劑和抗菌搪瓷釉的專利。Jawai等檢測了MgO、CaO和ZnO等氧化物的抗菌性，并認為其抗菌作用是活性氧引起的。矢作多貴江進行了MgO、CaO及ZnO對遺傳物質DNA的損傷實驗（即變異性能實驗），在變異和致癌物質苯并芘（Benzopyrene）中加入濃度為5mg/ml的MgO時，變異菌數降低1/2。J.Sawai等認為MgO、CaO及ZnO對抗變異和抗癌，Mg對高血壓、血管系統的疾病，Zn對生殖系統的保健等都是有利的。可見金屬氧化物不僅具有抗菌性，也有一定的保健功能。
1.3 半導體光催化抗菌材料
1972 年日本Fujishima 和Honda報道了TiO2電極上光電解水現象后，半導體光催化研究引起了國際化學、物理、材料等領域科學家的廣泛關注。在納米半導體材料制備、結構、性能、以及光催化理論等方面進行了尤為深入研究，發現TiO2在環境保護方面具有廣闊的應用前景，將引起下世紀利用太陽能凈化環境的一次新技術革命。
具有光催化功能的半導體材料有WO3、TiO2、ZrO2、V2O3、ZnO、CdS、SeO2、GaP、SiC等，最典型的光催化半導體材料為TiO2、ZnO。由于其它材料均不同程度上存在易發生光氧化、壽命短等缺陷，TiO2納米半導體光催化材料技術引起了高度重視。
OH自由基的pK = 11.9，它在酸性條件下是強氧化劑，在堿性條件下是弱氧化劑。
在與無機溶質反應時，.OH自由基通常起氧化劑作用，通過簡單的電子轉移可變成OH-離子；在與有機物反應時，其氧化劑作用是無選擇性的，各種有機物均可被.OH自由基分解。因此，.OH自由基等活性氧自由基除可與細菌等作用，殺死細菌]外，也可將VOC等有機物、NOx、SO2、NH3等無機物分解，起到凈化空氣的作用。
1.4 無機抗菌材料制品
將無機抗菌材料加入到傳統衛生瓷、釉面磚、塑料、涂料等產品中，可以生產多種抗菌制品，這些制品大部分是通過在產品表面涂膜或涂層的形式實現抗菌的。
（1）抗菌陶瓷
日本TOTO公司（東陶機器）開發的抗菌陶瓷，于1993年申請國際專利和日本專利，并向市場推出。該產品主要是利用光催化作用實現抗菌。如：光催化銀系抗菌面磚，熒光燈下1h抗菌率為97％，其價格為6000日元/ m2,衛生潔具平均約為7萬日元/個。。SHMITOMO CEMENT CO.LTD 開發了含銀磷酸鹽、氧化鈦、硅酸鹽系復合抗菌釉，1994年申報國際專利。石冢硝子公司1995年申報了利用含銀抗菌性玻璃制備抗菌陶瓷的專利。INAX公司開發的抗菌陶瓷也是用釉外加含銀抗菌陶瓷粉的方法燒制而成的。
梁金生、金宗哲等專家與山東美林公司合作利用稀土激活技術開發成功抗菌衛生陶瓷，1999年通過山東省科技廳組織的專家鑒定，并投入批量生產。該技術于2002年8月通過了山東省科技廳組織的專家鑒定，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺抑率高達96%以上。此外，淄博博納科技發展有限公司用該材料與淄博華辰集團合作開發抗菌易潔墻面磚，經國家建筑材料工業環境監測中心檢測對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺抑率達99.2以上%。
（2）抗菌搪瓷
搪瓷釉面光滑并含有金屬氧化物，因此一般搪瓷表面也具有一定抑菌效果。為了進一步提高抗菌、防霉、自潔效果，人們正逐漸開始要求搪瓷浴缸、面盆、儲水箱等搪瓷制品具有較好的抗菌功能。日本礙子研制的搪瓷表面可溶出堿金屬氧化物或者Ag2O,CuO,ZnO等申請了防霉搪瓷的制造方法及其制品專利。
1.5 稀土無機抗菌功能材料
由于稀土元素具有獨特的外層電子結構，且已在醫學領域的抗菌消炎藥物方面獲得成功應用，這就促使人們開始研究市場前景更加廣闊的建材和日用品抗菌功能開發所需稀土無機抗菌材料。美國Saad]等用稀土元素制造的堿硅酸鹽搪瓷涂層材料含氧化鈰12-30%，具有一定的自潔功能。日本NIPG公司發明的防霉抗菌搪瓷涂層材料生產用抗菌性玻璃粉，含Ag2O:0.05-20%,CeO2+TiO2:0.1-2.0%。但上述報道中加入的稀土主要是以乳濁或改善釉面質量為目的，對稀土的抗菌作用未予關注。稀土與納米二氧化鈦材料復合后，可在二氧化鈦禁帶中增加表面能級，使材料在可見光照射下就可以產生大量羥基自由基、具有優良的抗菌和凈化功能。
2、無機非金屬材料的抗菌機理
材料的抗菌作用，一般說是指某種材料對微生物的生命活動所產生的不良影響和后果。這種不良影響和后果最集中的表現就是影響微生物的生長、繁殖以至死亡。也就是說抑制微生物的生長與繁殖或殺死微生物的作用。抗菌材料和微生物之間的關系，可以看作微生物與環境關系，特別是對微生物有毒性的環境關系。材料抗菌作用機制有以下幾個方面：(1)干擾細胞壁的合成。細菌細胞壁的重要組分為肽聚糖，抗菌材料對細胞壁干擾作用，主要抑制多糖鏈與四肽交聯的連結，從而使細胞壁失去完整性和對滲透壓的保護作用，損害菌體而死亡；(2)可損傷細胞膜。細胞膜是細菌細胞生命活動的重要結構部分，因此如細胞膜受損傷、破壞，將導致細菌死亡；(3)抑制蛋白質的合成。蛋白質的合成需要活化的氨基酸，且在各種酶參與下在核糖體上完成。抑制、阻礙和改變其中任何一組結構或其合成環節之一，都能導致蛋白質合成過程變更、停止，使細菌死亡；(4)干擾核酸的合成。總的說是阻礙遺傳信息的復制，包括DNA、RNA的合成以及按DNA模板轉錄mRNA等。
無機抗菌材料主要由銀、銅、鋅、稀土等抗菌性金屬與各種載體復合制得，其中銀抗菌性能最強。根椐報道，銀離子及其化合物的抗菌作用為人們所知已有1200余年，并得到廣泛應用。但是人們對抗菌作用機理認識仍不一致，歸納起來存在兩種解釋：一是銀離子的緩釋殺菌抗菌機理；二是活性氧殺菌機理。
2.1離子緩釋殺菌機理
銀離子緩釋殺菌抗菌機理是指在其使用過程中，抗菌劑緩慢釋放出Ag+，因為Ag+在很低濃度下即能破壞細菌細胞膜或強烈地吸引細菌體中酶蛋白的疏基，并迅速結合在一起降低細胞原生質活性酶的活性，具有抗菌作用。因而通過緩釋Ag+，無機抗菌劑可發揮持久的抗菌效果。
2.2活性氧抗菌機理
銀離子的活性氧抗菌機理認為：高氧化態銀的還原勢極高，在光的作用下，抗菌劑和水或空氣作用，生成的活性氧O-2和OH，具有很強的氧化還原作用。事實上，組成細菌細胞膜結構的主要成分之一是脂，其中大部分為磷脂。磷脂分子是以磷酸基或磷酸膽堿基為主的極性基團構成脂分子的親水頭部，而分布于細胞膜內外表面；其長鏈脂肪酸烴基為中性的疏水基團構成脂分子的疏水尾部，而分布于膜中心區。脂分子中脂肪酸烴鏈的長短和雙鍵的數目會直接影響膜的性質。這樣，當細菌微生物靠近抗菌材料表面附近時，抗菌材料周圍產生的O-2和OH自由基攻擊細菌細胞膜導致：（a）表征蛋白質二級結構中-螺旋含量改變；（b）C=0雙鍵的1727cm-1IR峰強度增加，甘油基骨架的取向發生了變化；（c）靠近極性區C=0基團增多；（d）C=0雙鍵減少，碳氫鏈不飽和度降低；（e）膜蛋白二級結構損傷后很難恢復，損傷具有不可逆性。從而使材料具有持久的抗菌效果。
3、抗菌功能無機非金屬材料的最新發展動向
3.1 多功能健康陶瓷材料及其功能制品
將天然礦物材料組份優良的熱電特性、自極化特性與稀土納米復合材料中稀土元素協同增效，制備成功多功能健康陶瓷材料。該陶瓷材料不僅具備優良的抗菌性能，還具有輻射超強遠紅外線、活化水的多種有利于人體健康的新功能。經權威部門檢測，開發的新型陶瓷材料的紅外輻射率可達到90％以上，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺抑率可達到99％以上。在陶瓷、玻璃、釀酒、煙草、引用水凈化、環保等多種行業具有廣闊的應用前景。
3.2 稀土/納米氧化鈦無機抗菌凈化功能材料
為有效克服TiO2類光催化材料在紫外光條件下才能具有較好抗菌及凈化空氣功能的不足，實現室內條件下光催化抗菌和空氣凈化的研究目標。文獻系統研究了我國富產的稀土元素鈰對納米TiO2晶體結構、顯微結構、表面電子結構、紫外吸收光譜以及產生羥基自由基（.OH）性能的影響。制備的稀土/納米TiO2光催化抗菌凈化功能材料，在室內光條件下就具有優良的抗菌和空氣凈化性能。
3.3 稀土/復合磷酸鹽無機抗菌材料
為實現不降低抗菌性能前提下減少抗菌材料中貴金屬銀元素的含量、降低成本、有效克服變色難題的研究目標。綜合利用銀和稀土元素的抗菌作用以及稀土元素穩定銀離子的作用，以復合磷酸鹽為載體，將稀土與磷酸鹽復合制備的稀土/復合磷酸鹽無機抗菌材料，可以在可見光條件下也可以產生大量羥基自由基，具有優良的抗菌性能。
3.4 稀土/粘土納米復合無機抗菌材料
具有層狀結構的粘土材料能與金屬離子進行離子交換。將抗菌性離子交換到粘土層間，一方面可使材料有效避免變色問題；另一方面也可避免抗菌離子的團聚，使抗菌元素分散得更均勻，從而使抗菌性能得到充分發揮；另外還可以實現抗菌離子的緩釋效果，進而提高材料的抗菌有效期。
4、結 語
無機抗菌功能材料是近年國際上剛剛興起不久的熱點研究課題。抗菌材料由原來主要用于食品和醫療方面，向建筑材料的無機抗菌、空氣凈化等生態健康功能方向發展。特別是具備抗菌、輻射遠紅外線、易清潔、多功能健康陶瓷材料，對于提升陶瓷制品向功能化、健康化、生態化方向發展具有巨大的推動作用。預計21世紀將發展為兼有抗菌和凈化功能的生態環境材料。這些新材料多是以原來材料為載體，外加稀土元素、光催化劑、抗菌劑、輻射遠紅外線外加劑等添加劑來協同增效，提高材料及其制品的生態健康功能。
