光活性抗微生物剂在防护材料中的应用研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.11.017

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (11): 108-117.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.11.017

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光活性抗微生物剂在防护材料中的应用研究进展

张正¹(), 陈乐², 李杰¹, 段顺², 李长金¹, 李方全¹

^1.中石化（北京）化工研究院有限公司，中国石化医用卫生材料研究与应用重点实验室，北京 100013
^2.北京化工大学材料科学与工程学院，北京 100029

收稿日期:2024-11-13 出版日期:2025-11-26 发布日期:2025-11-21
作者简介:张正（1993—），男，山东省潍坊市人，博士，工程师，zhangzh.bjhy@sinopec.com
基金资助:
国家重点研发计划(2022YFB3804204);中国石化科技部项目(224275);中国石化科技部项目(222014)

Research progress in photo⁃induced antimicrobial agents and their applications in antimicrobial protective equipment

ZHANG Zheng¹(), CHEN Le², LI Jie¹, DUAN Shun², LI Changjin¹, LI Fangquan¹

^1.Sinopec Key Laboratory of Research and Application of Medical and Hygienic Materials，Sinopec （Beijing） Research Institute of Chemical Industry Co，Ltd，Beijing 100013，China
^2.College of Materials Science and Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China

Received:2024-11-13 Online:2025-11-26 Published:2025-11-21

摘要/Abstract

摘要：

总结了几种可以用在防护材料中的光活性抗微生物剂，并讨论了其微生物灭活原理及其在抗菌抗病毒材料中的应用，希望对光活性抗菌抗病毒医用防护材料的设计和发展提供一定参考。

关键词: 光活性抗菌剂, 防护材料, 抗菌抗病毒机理

Abstract:

This review introduces several common photo⁃induced antimicrobial agents， detailing their respective mechanisms of action and exploring their potential applications in medical protective materials. The discussed agents include titanium dioxide （TiO₂）， zinc oxide （ZnO）， and other photoactive compounds that exhibit antibacterial and antiviral properties under light irradiation. By elucidating the relationship between material structure， photocatalytic activity， and biological efficacy， the review paper aims to support the rational design and development of advanced light⁃driven antimicrobial protective equipment for use in healthcare and public settings.

Key words: photo?induced antimicrobial agent, medical protective material, antimicrobial and antiviral mechanism

中图分类号:

TQ325

张正, 陈乐, 李杰, 段顺, 李长金, 李方全. 光活性抗微生物剂在防护材料中的应用研究进展[J]. 中国塑料, 2025, 39(11): 108-117.

ZHANG Zheng, CHEN Le, LI Jie, DUAN Shun, LI Changjin, LI Fangquan. Research progress in photo⁃induced antimicrobial agents and their applications in antimicrobial protective equipment[J]. China Plastics, 2025, 39(11): 108-117.

图/表 10

图1 二氧化钛的光反应机理

Fig.1 Photoreaction mechanism of titanium dioxide

图2 （a）Ce/Er掺杂的光活性TiO2纳米颗粒的制备及其对大肠杆菌的抗菌效果［25］；（b）Mn/Co掺杂的光活性TiO2纳米颗粒在可见光（>420 nm）下的抗MS2噬菌体病毒效果［26］；（c）C3N4掺杂的光活性TiO2纳米颗粒的化学结构及其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果［29］；（d）还原氧化石墨烯修饰的光活性水溶性聚合物及其光热抗菌作用［33］

Fig.2 （a） Preparation of Ce/Er⁃doped photoactive TiO2 nanoparticles and their antibacterial effect on Escherichia coli［25］；（b） Anti⁃MS2 phage virus effect of Mn/Co⁃doped photoactive TiO2 nanoparticles in visible light （>420 nm）［26］；（c） Chemical structure of C3N4⁃doped photoactive TiO2 nanoparticles and their antibacterial effects on Escherichia coli and Staphylococcus aureus［29］；（d）Photoactive water⁃soluble polymer modified with reduced graphene oxide and its photothermal antibacterial effect［33］

图3 I型和II型光反应过程

Fig.3 Type I and Type II light reaction processes

图4 一些有机类光活性抗微生物剂的化学结构

Fig.4 Chemical structure of some organic photoactive antimicrobials

图5 蒽醌类化合物的I型光反应机理

Fig.5 Type I photoreaction mechanism of anthraquinones

图6 孟加拉红染料在光照下的II型光敏化反应

Fig.6 Type II photosensitization of Bengal red dye under light

图7 （a）经蒽醌和孟加拉红修饰的光活性抗菌口罩及其对大肠杆菌和李斯特菌的抗菌效果［37］；（b）经羧酸蒽醌修饰的纳米纤维材料及其在UV光照下的抗菌效果［38］；（c）二苯甲酮修饰的光活性棉花材料的制备及其在UV光照下的抗菌效果［39］

Fig.7 （a） Photoactive antibacterial masks modified with anthraquinone and Bengal red and their antibacterial effects against Escherichia coli and Listeria［37］；（b）Nanofiber materials modified with anthraquinone carboxylate and their antibacterial effect under UV light［38］；（c）Preparation of benzophenone⁃modified photoactive cotton material and its antibacterial effect under UV light［39］

图8 一些天然光活性抗微生物剂的化学结构

Fig.8 Chemical structure of some natural photoactive antimicrobials

图9 （a）核黄素类光活性物质的光反应原理［48］；（b）经核黄素修饰的防护口罩材料在UV光照下的抗病毒效果［49］；（c）姜黄素水溶液在UV光照下对菠菜洗涤水中的大肠杆菌和李斯特菌抗菌效果［53］；（d）原卟啉修饰的细菌纤维素材料在白光照射下对大肠杆菌的抗菌效果［57］

Fig.9 （a） Principle of light reaction of riboflavin⁃like photoactive substances［48］；（b） Antiviral effect of riboflavin⁃modified protective mask materials under UV light［49］；（c） Curcumin aqueous solution has an antibacterial effect on Escherichia coli and Listeria monocytogenes in spinach wash water under UV light［53］；（d）Protoporphyrin⁃modified bacterial cellulose material has an antibacterial effect on Escherichia coli under white light irradiation［57］

项目	来源	激发光源	作用机制	产生活性氧种类	其他特点
无机类	金属/无机元素氧化物、石墨烯等无机物	多为紫外光，经掺杂后可发生吸光红移	激发后产生空穴、自由电子和活性氧或光热抗菌	羟基自由基、过氧化氢	颗粒直径多在纳米级范围内；大多耐高温，易于加工
有机类	合成蒽醌、二苯甲酮、染料类化合物	紫外⁃可见光	激发后与氧气反应生成活性氧	羟基自由基、单线氧、过氧化氢	多不耐高温，热加工受限；多为接枝改性加工
天然类	动植物提取物	紫外⁃可见光	激发后与氧气反应生成活性氧	羟基自由基、单线氧、过氧化氢	具有良好的生物安全性，部分物质在光照下易分解变性

表1 部分无机类、有机类和天然类光活性抗微生物剂的特点及作用机制

Tab.1 Characteristics and mechanism of action of some inorganic， organic and natural photoactive antimicrobials

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