paper-季铵盐研究进展

1、季铵盐杀生剂杀生性能与机理研究进展张跃军，赵晓蕾（南京理工大学化工学院，江苏南京210094）摘要：该文对国内外季铵盐杀生剂及其杀生性能与机理研究进行了综述。以已有的季铵盐7代产品的发展历程为基础，提出可按季铵盐的结构特点将其分为单链季铵盐、双链季铵盐、聚季铵盐和混合季铵盐4个大类。进而，结合这4个大类季铵盐杀生剂的结构特点，以菌藻为亲抑对象，对其所具有的杀生性能与机理分别进行了阐述，归纳了季铵盐杀生剂杀生过程的6个基本步骤和杀生作用的4个基本方式。在该基础上特别提出，研究季铵盐分子与其作用对象的关键作用位点和致死作用方式应是机理研究的要点所在；针对具体作用对象的浓度，研究得到杀生剂的浓度与作

2、用时间的关系是其应用的重要基础。最后，给出了今后对季铵盐杀生剂杀生性能与机理研究工作的若干建议。关键词：季铵盐杀生剂；发展历程；杀生性能；杀生机理中图分类号：TQ226.3 文献标识码：A 文章编号：1003-5214(2010)12-1145-08随着社会经济发展和生活水平提高，人们的健康 意识和卫生观念不断增强，对生活环境质量提出了更高要求。因此，具有杀生功能的化学药剂和复合材料越来越受到人们关注，已广泛用于工农业生产、医疗卫生、日常生活等诸多领域，其开发与生产也逐步发展成为一个新兴产业1。在种类繁多、功能各异的杀生剂中，季铵盐化合物以其广谱高效的杀生性能，以及使用范围广、水溶性好、性质稳

3、定、安全低毒、价格便宜等诸多优点在众多领域得到广泛应用2。1季铵盐杀生剂产品的发展历程及其结构类别人们对季铵盐化合物的认识就是从其所具有的杀菌作用上开始的。1915年，Jacobs W A等首次合成了季铵盐化合物，并指出这类化合物具有一定的杀菌能力，但该研究成果一直未受到重视。直到1935年，Domagk G3发现了烷基二甲基苄基氯化铵的杀菌作用，进一步研究了杀菌性能与结构的关系，并利用其处理军服以防止伤口感染。随后，季铵盐杀生剂才逐渐引起关注。同年，Wetzel R即将季铵盐杀生剂用于临床消毒4。1.1产品的发展历程季铵盐杀生剂发展到今天，按其开发历程来划分，至少已有7代产品。第1代产品为烷

4、基二甲基苄基卤化铵，其中烷基链长为C12C16的产品杀菌效果最佳；第2代产品为第1代产品的衍生物，可通过苯环或季氮上的取代反应得到；第3代产品为双烷基二甲基卤化铵，与前两代相比，在合成工艺、生产成本方面都有了改进，且对革兰氏阴性菌有很强的杀菌能力；第4代产品为第1、3代产品的混合物，杀菌效果比前3代产品高出420倍，且抗干扰能力强、毒性小、价格较低；第5代产品为含有2个N+的双季铵盐，主要特点是杀菌效果好、毒性低、水溶性好，并具有广泛的生物活性；第6代产品为聚合季铵盐，具有毒性更小、杀菌作用更温和的特点，故更具药用价值，如角膜接触镜和个人护理用品的杀菌；第7代产品为第1、2、6代产品的混合物，

5、利用协同增效的原理，其杀菌效果优于单一成分461.2产品的结构类别以文献指出的产品发展历程为基础，系统考察这7代产品的分子结构不难发现，季铵盐杀生剂各代产品的结构可用通式图示如下：其中：m =1，n=0，R7为长链时，为第1代单链季铵盐；m=l，n=0，R7为长链（含芳烃单元）时，为第2代单链季铵盐；m=1，n=0，R1或R2也为长链时，为第3代双链季铵盐；m=l，n=l，R7为长链，R1或R2也为长链时，为第5代双季铵盐；m>2，n=0，R7为长链（可含芳烃）时，为第6代聚季铵盐。按照季铵盐杀生剂产品的发展历程，以及各代产品的结构组成特点，可将其归纳为单链季铵盐、双链季铵盐、聚季铵盐、

6、混合季铵盐等4大类。第1、2代季铵盐杀生剂产品属于单链季铵盐，结构特点在于单个阳离子头和单个疏水尾；第3代季铵盐杀生剂产品属于双链季铵盐，结构特点是双长链的疏水尾；第5、6代季铵盐杀生剂产品属于聚季铵盐，结构特点在于阳离子头高度密集，其中第5代产品可看作第6代产品的一个特例；第4、7代季铵盐杀生剂产品属于混合季铵盐，主要特点是不同结构分子的配合使其功能得到互补。2 季铵盐杀生剂杀生性能研究进展目前，关于季铵盐杀生剂杀生性能的研究非常丰富，按照本文单链季铵盐、双链季铵盐、聚季铵盐、混合季铵盐的分类，其杀菌、灭藻性能不尽相同、各有特点。2.1 单链季铵盐杀生剂单链季铵盐杀生剂的代表品种主要有十二烷

7、基二甲基苄基溴化铵（苯扎溴铵）、十二烷基二甲基苯氧乙基溴化铵（度米芬）和十四烷基二甲基吡啶溴化铵（消毒净）等，对某些细菌繁殖体有较强的杀灭能力，可有效杀灭化脓性病原菌、肠道菌和部分亲脂病毒7。例如，高东旗等8的研究表明，500 mg/L的苯扎溴铵对铜绿假单胞菌作用10min后，杀菌率可达99.9%。魏明运等9考察了苯扎溴铵对几种肠道菌的杀灭作用，发现25 mg/L的质量浓度对伤寒沙门氏菌或40mg/L的质量浓度对大肠杆菌作用10min后，杀菌率均可达100%。度米芬比苯扎溴铵杀菌能力稍强，主要表现在杀菌有效质量浓度方面，其杀菌谱基本没有区别。在实验室条件下，苯扎溴铵杀灭细菌繁殖体所需质量浓度是

8、度米芬的510倍7。其他一些品种的单链季铵盐杀菌剂同样具有不错的杀菌效果，如李银涛等10对一系列单吡啶季铵盐的杀菌效果实验表明，其对白色念珠菌的杀菌率最高可达98.8%，对枯草杆菌、大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌的杀菌率均达90%以上。仉春华等11研究了十二烷基二甲基苄基溴化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵和十四烷基二甲基苄基氯化铵对某石化企业排放的直流冷却水的灭藻效果，当单链季铵盐质量浓度25 mg/L后，其灭藻率均在90%以上，出水达到了工业水处理要求。许银等12的研究表明，十六烷基三甲基氯化铵96h抑制小球藻生长的半效应质量浓度为0.18 mg/L。洪爱华等13考察了苯扎溴铵对赤潮生物海洋原甲藻

9、的灭杀和抑制作用，质量浓度为0.10 mg/L时，可以抑制其生长，质量浓度大于0.15 mg/L后，灭藻率可达90%以上。由于单链季铵盐杀生剂具有使用浓度低、毒性小、刺激性轻、腐蚀性小、价格低廉的特点，所以其虽属于低效杀生剂，但在医疗卫生、食品、日用化工和水处理等领域至今仍然得到广泛应用。2.2双链季铵盐杀生剂随着时间的推移和研究的深入，单链季铵盐杀生剂的某些缺点逐渐显现出来，如产生抗药性，杀生谱较窄等，因此，国内外相继研究开发出双链季铵盐杀生剂。双链季铵盐以双十烷基二甲基溴化铵（百毒杀）、溴化（双十二烷基二甲基）乙撑二铵（新洁灵）等为代表，可杀灭多种微生物，包括细菌、藻类、芽孢和病毒。例如：

10、沈伟等14研究了百毒杀的杀菌作用，杀灭大肠杆菌的质量浓度和作用时间为：500 mg/L，1min;250 mg/L，5 min;125 mg/L，10 min。杀灭金黄色葡萄球菌的质量浓度和作用时间为：500 mg/L，30s;250 mg/L，2 min;125 mg/L，10 min。朱厚宏等15的研究表明，250 mg/L的新洁灵对金黄色葡萄球菌作用2、5 min，杀灭率分别为99.96%、100%；500mg/L对大肠杆菌作用2、5 min，杀灭率分别为99.97%、100%；500 mg/L对白色念珠菌作用5、10min杀灭率分别为99.96%、100%。曹西华等16的研究发现，双十

11、八烷基二甲基氯化铵对赤潮异弯藻的用量为5.0 mg/L时，24h后灭藻率为70左右。张珩等17考察了双链季铵盐2-（2一苯氧基乙氧基）乙基三甲基氯化铵对球形棕囊藻和塔玛亚历山大藻的96 h最小抑藻质量浓度，分别为0.8 mg/L和0.4 mg/L。双链季铵盐具有较好的水溶性和良好的降低表面张力的能力，还具有抵抗阴离子表面活性剂、硬水、蛋白有机物等不利作用的功能。此外，其泡沫很少，受水质影响较小，可维持良好的杀菌效果4。双链季铵盐的问世结束了季铵盐都是低效杀生剂的历史，其杀生作用比单链季铵盐更强，杀生谱更广18。2.3聚季铵盐杀生剂聚季铵盐杀生剂包括双季铵盐杀生剂。2.3.1双季铵盐双季铵盐是通

12、过一个连接基将两个单一季铵盐分子在其亲水头基或接近亲水头基处连接在一起而成的一类杀生剂19，可以看作是聚合季铵盐中n=2时的特例，具有极强的杀生活性，且几乎不受温度和pH的影响。例如，孟琳等20采用二卤代醚与十二烷基二甲基叔胺合成了双季铵盐杀菌剂，发现当硫酸盐还原菌含量为1.5×l08个/m L，双季铵盐质量浓度为50mg/L时，杀菌率即达到100%，是一种很有应用前景的新型工业用杀菌剂。赵剑曦等21研究了两类烷烃链疏水基的系列双季铵盐的杀菌性能，并与对应的单链季铵盐十二烷基三甲基溴化铵(C12TABr)的杀菌效果进行了对比。结果表明，1mg/L的双季铵盐对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌或

13、2.5 mg/L的双季铵盐对白色念珠菌分别作用10 min时，杀菌率均超过了99.9%，而C12TABr达到相同效果时的用量是双季铵盐用量的25倍或40倍。王修林等22考察了由两个十二烷基三甲基氯化铵分子经连接基连接而成的双季铵盐灭藻剂的抑藻活性，质量浓度为0.20.5 mg/L时，该双季铵盐对东海原甲藻、塔玛亚历山大藻和赤潮异湾藻的生长有明显的抑制作用，质量浓度大于0.5 mg/L后，对中肋骨条藻的生长也表现出一定的抑制作用。吴萍23比较了双烷基聚氧乙烯基三季铵盐(DPQAC)和三烷基聚氧乙烯基三季铵盐( TPQAC)对赤潮藻的杀灭效果，发现DPQAC的用量为4mg/L时，灭藻率可达100%

14、；而TPQAC的用量为2mg/L时，即可在短时间内100的灭杀赤潮藻。可见，TPQAC的灭藻效果优于DPQAC。尽管双季铵盐杀生剂以其独特的结构，特殊的性质引起了众多研究者的兴趣，但其仍是小分子季铵盐，存在易挥发、化学稳定性差，尤其是残留余毒、杀菌时效短等诸多缺陷1,24。此时，高分子聚合季铵盐杀生剂的成功研发与应用可弥补这些不足。2.3.2聚合季铵盐聚合季铵盐作为聚氮阳离子型杀生剂，已在工农业生产、医疗卫生、水处理和日常生活等领域获得应用。例如，Green H等25报道了水溶性均聚物聚双二甲基丁烯的杀菌活性很高，其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最低抑菌质量浓度均为50 mg/L。Meriano

15、s J J 26报道了结构为RN+( CH3)2( CH2CH20)2CH2N+( CH3)2(CH2CH20)2nCH2CH2N+(CH3)2R的水溶性聚季铵盐，式中n =230，R为C12C14的烷基，这类聚合物对典型微生物的最低抑菌质量浓度为520mg/L，且毒性低。Kourai H等27报道了以氯甲基苯乙烯的均聚物或其与苯二乙烯的共聚物为载体制备的水不溶性聚季铵盐对细菌、真菌具有长效且高效的杀菌活性，并能有效控制黏泥，在25mm内几乎可全部杀灭所试条件下典型的革兰氏阳性菌和阴性菌，适用于水处理、建材和农业等领域。Pera J D28通过二甲胺、多胺与环氧氯丙烷季铵化反应制得水溶性聚季铵

16、盐具有高效灭藻性，可用于工业水处理。Nudel R等29报道了以聚苯乙烯或交联聚苯乙烯的氯甲基化合物等为载体制备的水不溶性聚季铵盐或聚双季铵盐能有效杀灭藻类，适用于水处理，且具有长效性。水溶性和水不溶性聚合季铵盐杀生剂以其较低的杀生浓度、较广的杀生谱、持久的杀生作用、较高的稳定性和安全性等特点，应用越来越广泛。2.4 混合季铵盐杀生剂在很多情况下，通过结构设计来调节功能理想的系列化季铵盐难以实现，此时混合季铵盐杀生剂即可发挥其功效。混合季铵盐杀生剂大致可分为两类：主要的一类是功能互补型，如第4代产品是第1、3代产品的混合物，属于亲脂性互补，比单一杀生剂增强了杀生活性，延长了使用周期，且化学性质

17、稳定，腐蚀性小，受有机物和水的硬度影响小29。例如，张莉莉30报道由二癸基二甲基氯化铵和正烷基w(C14) =50、W( C12)= 40、W( Cl0)=10%二甲基苄基氯化铵以60:40质量比复合而成的杀菌剂显示了优异的杀菌效果，用250mg/L对枯草杆菌黑色变种芽孢作用30min，杀灭率可达99.99，超过了相同质量浓度单一杀菌剂的效力。魏兰芬等31用混合季铵盐（含双癸基氯化铵与正1216烷基苄基氯化铵）进行了乙肝表面抗原( HBsAg)破坏实验，3200 mg/L或800 mg/L的混合季铵盐对HBsAg作用45 min或60 min，均可将其破坏，而单独使用上述两种季铵盐的效果较差。

18、另一类是微结构调整型，如第1、2代产品的混合物，其中第2代为第1代的衍生物，连在季氮上的官能团在结构上略有调整。例如，烷基二甲基苄基氯化铵与烷基二甲基乙基苄基氯化铵的等量混合物，这种组合方式的主要特点是可使急性口服毒性明显下降(第1、2代产品的小鼠经口LD50为300400 mg/kg，混合物的LD50为750 mg/kg)4。此外，如第7代产品为第1、2、6代产品的混合物，属于功能互补加微结构调整型。还有更多的其他组合及复配方式，最终形成了多种各具特色的可满足不同需要的季铵盐杀生剂。3季铵盐杀生剂杀生机理研究进展目前，关于季铵盐杀生剂杀生机理的研究已有不少，按照单链季铵盐、双链季铵盐、聚季铵

19、盐的分类，其杀生机理各具特色、不一而足。3.1 单链季铵盐杀生剂有关单链季铵盐杀生机理的研究很丰富。例如，赵剑曦等21认为单烷烃链季铵盐的杀菌特性是通过正离子头基吸附在负电荷的菌体表面，改变了细胞壁的通透性。同时，烷烃链可与细胞的类脂层发生疏水相互作用而插入其中，导致胞内酶失活和蛋白质变性。薛广波32对苯扎溴铵等单链季铵盐杀菌机理的研究表明，杀菌剂可以吸附于菌体表面，形成微团，并逐步渗入细胞浆的类脂层和蛋白质层，从而改变细胞膜通透性，使胞内物质外渗。同时，酶和结构蛋白发生变性，破坏代谢过程，导致细胞死亡。黄金营等33研究了一种长链烷基甲硝唑季铵盐化合物( MDHTD)的杀菌机理。MDHTD吸附

20、到菌体表面，形成高浓度的离子团，疏水基和亲水基逐步渗入细胞膜的类脂层与蛋白质层，从而改变细胞壁膜的渗透性，使胞内物质外泄，细胞的新陈代谢作用失衡，导致菌体生理活性受到破坏而死亡。同时，甲硝唑、烷氧基等官能团可与蛋白质上的一些基团反应而使蛋白质变性；甲硝唑5-N02在无氧条件下可被还原成氨基，破坏DNA中的胸腺嘧啶或其衍生物，导致DNA的解旋。可见，单链季铵盐的杀菌机理可描述为：吸附到菌体表面，疏水基插人类脂层，改变细胞壁、膜的通透性，胞内物质泄漏，酶或蛋白质变性，最后菌体死亡。其杀菌作用方式基本相似：破坏细胞的壁、膜结构，抑制酶或蛋白的活性，影响细胞代谢过程。许银等12认为十六烷基三甲基氯化铵

21、( CTAC)杀灭小球藻是3个方面的共同作用：首先，CTAC可抑制小球藻对以阳离子形式存在的营养元素的吸收；其次，CTAC抑制了酸性磷酸酶的活性，使其功能丧失并发生变异，导致底物在溶酶体中大量贮积，引起膨胀现象；最后，疏水基团与膜脂结合，引起质壁分离，破坏亚显微结构，影响细胞间的物质运输和信息传递，导致细胞死亡。洪爱华34研究了几种灭藻剂对棕囊藻的杀灭作用机理，通过SEM发现在苯扎溴铵的作用下，棕囊藻的细胞壁严重损伤。结果表明，苯扎溴铵中的十二烷基能溶解并损伤藻细胞表面的脂肪层，破坏细胞壁后，进入藻体内与蛋白质和酶反应，导致棕囊藻代谢异常，从而杀死藻细胞。庞艳华等35研究了十六烷基三甲基溴化铵

22、( HDTMAB)对小球藻、新月菱形藻的杀灭作用；曹西华等36研究了HDTMAB对东海原甲藻的杀灭作用，结果均表明游离的HDTMAB分子能在低浓度下抑制藻细胞的光合作用，降低其活性，破坏藻细胞内的类膜质结构，具有很强的灭藻能力。曹西华等16对单链季铵盐灭藻机理的研究表明，当季铵盐的疏水基空间排列适当时，可吸附在细胞膜上，引起膜蛋白的亲脂键破裂，导致膜功能的破坏。同时，季铵盐的长脂肪链可与叶绿素的叶醇基作用，破坏叶绿素与蛋白质和磷脂结合成稳定复合体进行光合作用的功能。通过TEM发现叶绿体膨胀变形，光合片层堆积，有序性降低，对线粒体、高尔基体等细胞器的膜结构也有明显破坏作用。另外，细胞核膜溶胀，进

23、一步说明季铵盐对藻细胞的杀灭作用主要是破坏其生物膜结构。可见，单链季铵盐的灭藻作用方式基本相似：破坏细胞膜结构，破坏叶绿体，抑制酶或蛋白的活性，影响细胞代谢过程。3.2双链季铵盐杀生剂与单链季铵盐相比，有关双链季铵盐杀生机理的研究少得多。例如，许欣等37研究了新洁灵的杀菌机理，SEM可见菌体变形，表面粗糙，凹凸不平，有粘附物，表明细胞壁受损；TEM可见胞壁和胞膜间隙增加，部分胞壁模糊不清或缺损，胞壁表面出现折皱，胞浆内容物不均并团缩，甚至有内容物漏出，表明细胞内部结构受到破坏，以致菌体死亡；经检测细胞内的乳酸脱氢酶、辅酶和色素细胞氧化酶的活性逐渐降低直至消失，表明新洁灵还可通过抑制或破坏细胞内

24、生物氧化、呼吸代谢和能量产生等生物酶的活性，导致细菌死亡。Majtan V等38的研究表明，双链季铵盐属于外膜活性化合物，可结合到细胞膜上影响细胞的新陈代谢，干扰核酸和蛋白质的合成，影响细胞的能量代谢。活性研究表明是细胞膜内的酶先受到影响，然后消毒剂渗入细胞再作用于细胞质酶。可见，单链、双链季铵盐杀菌作用方式的相同之处在于：破坏细胞的壁、膜结构，抑制酶活性，影响细胞代谢过程；而主要的不同之处在于：双链季铵盐可干扰核酸和蛋白质的合成。3.3聚季铵盐杀生剂3.3.1双季铵盐双季铵盐杀生剂具有极强的杀生活性，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N+，通过诱导

25、作用使季氮上的正电荷密度增加，更有利于杀生剂分子在菌、藻细胞表面的吸附，从而改变细胞壁的渗透性。此外，杀生剂吸附到细胞表面后，有利于疏水基与亲水基分别深入细胞的类脂层与蛋白质层，导致酶失活和蛋白质变性。这两种作用的联合效应使双季铵盐杀生剂具有极强的杀生能力21,39。Sumitomo T等40在研究双季铵盐4，4-（1，6一六亚甲基二硫代）双（1-辛基溴代吡啶）对大肠杆菌的杀灭作用时发现，其杀菌过程为双季铵盐的阳离子部分与细胞表面的Mg2+相互作用，并进一步取代Mg2+，导致Mg2+、外膜孔蛋白E和脂多糖释放。SEM可见细胞表面的孔洞与气泡，TEM可见肽聚糖与细胞质膜遭到破坏，说明药剂的作用位

26、点主要集中在细胞壁，而非细胞膜。诸多研究4143表明藻细胞的膜结构是灭藻剂攻击的主要对象。例如，王修林等22研究了一种双季铵盐灭藻剂对不同海洋微藻生长的抑制效果与各海洋微藻生物膜的多不饱和脂肪酸( PUFAs)含量间的关系，结果表明，各海洋微藻生物膜的PUFAs含量越低，该双季铵盐对其生长的抑制作用越明显，反之亦然。这可能是因为PUFAs含量越低，其疏水性相对越强，因此其膜脂结构更容易与双季铵盐的疏水基团结合而被破坏。吴萍等44研究了三烷基聚氧乙烯基三季铵盐( TPQAC)对赤潮藻的杀灭效果，并指出在TPQAC的作用下，藻细胞破裂、叶绿素被破坏是导致东海原甲藻和强壮前沟藻死亡的主要原因。3.3

27、.2聚合季铵盐目前，对于小分子季铵盐的杀菌机理已有较多研究，但对高分子聚合季铵盐的杀菌机理还得不到十分清晰的描述45。一般认为聚合季铵盐的杀菌过程与小分子季铵盐相似，也可分为6步：吸附到菌体表面；穿透细胞壁；与细胞膜结合；扰乱细胞膜组成；导致胞内物质如K+、DNA、RNA等泄漏；最后菌体死亡46。例如，张昕等47和王蕊欣等48研究了季铵化聚乙烯亚胺和聚（4一乙烯基吡啶季铵盐一丙烯酰胺）两种聚季铵盐的抗菌机理，认为其抗菌过程基本相同。带正电的聚季铵盐吸附到菌体表面后，穿透细胞壁，与细胞膜的类脂层和蛋白质层结合，阻碍细菌对外界的正常离子交换和物质交换，并破坏控制细胞渗透性的原生质膜，使胞内物质外泄

28、，导致细菌死亡。与小分子季铵盐所不同的是季铵盐分子经高分子化后，相对分子质量（以下简称分子量）增大，正电荷密度提高。由于微生物细胞表面带负电，而且细胞膜内含有的磷脂及一些膜蛋白水解也带负电，因此，杀菌剂分子量增大有助于吸附菌体及与细胞膜结合。同时，由于分子量增大，分子体积变大，在扩散穿透细胞壁时的阻力会增大，但就综合效果而言，高分子化后的杀菌剂比相同结构的小分子单体的杀菌性和稳定性均有大幅度提高49。有关聚合季铵盐的灭藻机理研究非常有限。例如，聚氧乙烯氯化二甲亚铵是一种广泛用于游泳池和工业冷却水系统的杀生剂。Frank N50的研究表明，该杀生剂对藻细胞的作用过程可以分为浸润细胞壁、破坏细胞膜

29、、导致胞内物质泄漏、细胞死亡等4步。可见，高分子聚合季铵盐的杀菌机理与小分子季铵盐的杀菌机理相似：吸附到菌体表面，穿透细胞壁，胞内物质外泄，最后菌体死亡。其杀菌作用同样包括破坏细胞的壁、膜结构，抑制酶活性，影响细胞代谢过程等方式。3.3.3聚合季铵盐杀菌剂的作用位点所谓作用位点，指的是杀生剂作用于对象产生致死作用的主要位置。研究杀生剂的作用位点可为更清晰地描述杀生机理提供依据。目前，有关聚季铵盐杀菌剂作用位点的研究有两种观点：一种认为作用位点在细胞壁，另一种认为在细胞膜1。(1)以细胞壁为作用位点Kourai H51研究了聚二甲基六亚甲基氯化亚胺的抗菌机理，其对大肠杆菌作用3060 s时，即可

30、引起菌液浊度明显增加，并导致脂多糖和蛋白质泄漏。作用2 min后，SEM可见细胞表面气泡形成并释放的过程，TEM可见胞内物质大量泄漏。研究认为该杀菌剂吸附到细菌表面后，迅速破坏细胞表面结构，导致细胞死亡。卢滇楠等52研究了一种表面接枝季铵盐聚合物抗菌材料及其单体的杀菌机理。结果表明，季铵盐单体对大肠杆菌的细胞壁有裂解作用，该单体可使菌体发生团聚和分裂，从而导致细胞死亡。吴迪等53对壳聚糖季铵盐杀菌机理的研究表明，季铵盐作用后，细胞壁的保护功能明显下降，大量胞内酶外泄。同时，TEM可见细胞聚集明显，细胞壁模糊，部分缺失，且有明显的质壁分离。因此，推测壳聚糖季铵盐的阳离子性导致的细胞壁功能破坏是其

31、具有抑菌功效的原因。高丽宽纪等研究指出，阳离子杀菌剂的杀菌机制是阻碍细菌的呼吸系统和细胞壁的合成系统，而且杀菌能力强烈依赖于阳离子杀菌剂分子在菌体表面的最初吸附量54。(2)以细胞膜为作用位点周轩榕等46研究了表面接枝季铵盐型高分子材料的杀菌机理。结果表明，季铵盐扰乱了大肠杆菌细胞膜的双层结构，影响膜的渗透性，破坏菌体内外的渗透压平衡，迫使胞内物质泄漏，从而导致细胞变形，直至完全被破坏死亡。Kawabata N等55认为阳离子杀菌剂依靠库仑力吸附到带电荷的细菌表面，通过细胞壁扩散，与细菌质膜结合使其破裂，细菌因内容物释放而死亡。Cloete T E56报道杀菌剂的杀菌作用是先吸附到菌细胞表面，

32、然后穿过细胞壁和细胞膜，到达其作用位点，如细胞膜、呼吸器官、酶和遗传物质等。真正有效的杀菌剂必须穿透细胞壁和细胞膜，并且在作用位点处达到足够高的浓度才能发挥杀菌作用。Lewis K等57研究了聚合季铵盐的杀菌机理。结果表明，为了达到较好的杀菌效果，固定化的聚合季铵盐必须要有足够长的链，破坏细胞膜是表面接触杀菌聚合物的杀菌机理，聚合物长链可以穿过细胞壁，将活性部分伸到细胞膜而杀死细胞。3.4 混合季铵盐杀生剂目前，有关混合季铵盐的杀生机理尚无研究报道。但是，通过对上述各类季铵盐杀生机理研究进展的概述不难看出，混合季铵盐杀生剂所具有的杀生作用应该是各类季铵盐杀生剂共同作用的结果。综上所述，可将季铵

33、盐杀生剂的杀菌作用大致概括为以下4点：破坏菌细胞的壁、膜结构；抑制各种酶和蛋白的活性，影响其功能或使其变性；干扰核酸和蛋白质的合成过程；影响菌细胞的代谢过程，如呼吸代谢、能量代谢和营养代谢等。同理，可将季铵盐杀生剂的灭藻作用大致概括为以下4点：破坏叶绿体，抑制藻细胞的光合作用过程；抑制各种生物酶的活性，影响其功能；破坏藻细胞的生物膜结构；影响藻细胞的代谢过程。结合上述对作用机理和作用位点的讨论不难看到，针对某一具体季铵盐及其与作用对象的作用机理描述，其要点在于6步作用过程中哪些是关键的作用位置和致死的作用方式。4展望季铵盐杀生剂对细菌、真菌、藻类和病毒等微生物均有良好的杀生效果，并在众多领域得

34、到广泛应用，杀生性能与机理的研究多年来一直是国内外季铵盐制备和应用研究领域中十分活跃的研发与创新热点之一，已取得了不少新进展。但是，纵观季铵盐杀生剂的研究与发展历程不难发现，在杀生性能研究中，大多存在受试菌、藻含量不确定；浓度和作用时间（兼顾作用的快速性和持久性）与杀菌、灭藻率间的对应关系不明确；聚合季铵盐杀生剂分子量的大小与杀生性能间的关联不清楚等3方面不足。在杀生机理研究中，有关季铵盐杀生剂在细胞表面的吸附、在壁或膜的作用位点、对酶或蛋白的破坏等方面的研究已有不少认识，但至今对聚合季铵盐杀生剂作用过程的描述不清晰、不完善，以致对其杀生机理尚无统一认识。鉴于此，作者认为今后对于季铵盐杀生剂杀

35、生性能与机理的研究可侧重于：(1)在菌、藻含量明确的条件下，研究杀生剂的作用浓度和时间与杀菌、灭藻率的对应关系，为其应用打下基础；(2)研究聚合季铵盐杀生剂的分子量与杀生性能间的关联，区别其与单体或小分子季铵盐的作用机制；(3)对于聚合季铵盐杀生剂，尤其是一些具有特定结构（如芳烃结构上带有短链疏水基团）的聚合季铵盐杀生剂，研究其杀生作用过程，给出较为清晰的机理描述。参考文献：1佟会，邱树毅季铵盐类抗菌剂及其应用研究进展J贵州化工，2006，31(5)：1 -72梁克中，水处理剂简介J山东化工，2004，33(2)：37 -39.3 Domagk G.A new class of disinfe

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