蔡尚恬、吳嘉文/台灣大學化工系
本文將介紹常見的抗菌離子以及其殺菌、抗菌機制，以及其作為存儲器的微孔洞材料簡介，並說明微孔洞材料─沸石(Zeolite)與有機金屬框架(Metal Organic Frameworks; MOF)作為奈米孔洞材料應用於抗菌的差異性。
一、前言
海洋環境是極其複雜的一種自然環境，除了海水具有豐富的腐蝕因子─氯離子以外，海洋當中還具有多種微生物，微生物所造成的腐蝕稱為微生物誘發腐蝕(Microbially Induced Corrosion; MIC)，這類腐蝕易造成金屬、非金屬材料腐蝕，特別是在海洋應用領域的設備、材料上，像是碼頭、船體和離岸風機等。依據目前船舶與海洋工程建設而言，防腐蝕技術是其海洋環境工程比較重要的一項技術。
海洋生物在無生命基質上的沉積和積累會導致對工程結構的巨大損失。在熱交換器中，生物污垢會堵塞且會腐蝕系統，而在船體上，生物污垢會增加流體動力阻力，降低船舶的可操縱性並增加燃料消耗同時也會腐蝕船體。由於增加了人力、燃料、材料和乾塢時間的使用，這導致了航運業成本的增加。
生物污染的過程通常分為關鍵的生長階段，其中包括吸附有機物的初始積累，形成生物膜基質的先驅細菌的沉降和生長以及隨後的微型和大型污垢的產生，如圖一。
圖一、生物膜基質的先驅細菌的沉降和生長
Videla對生物腐蝕進行了綜述，Beech和Sunner也研究了生物膜對金屬腐蝕的影響。控制微生物結垢很重要，因為微生物的生命週期和產生分解產物的能力會造成腐蝕性環境。這種類型的腐蝕稱為微生物誘發腐蝕(MIC)，其一個例子是由硫酸鹽還原菌產生的硫化物，這些硫化物可引起鋼表面的點蝕。MIC的控制是成功開發可抑制生物污垢附著的塗層的關鍵。
由於較高污染的生物對底物壁Exploitation的利用，生物污染的順序是不可預測的。生物膜的形成通常是大污垢者隨後結垢的先兆。已經通過去除最初的藻類層以限制進一步的結垢而對生物結垢的系列進行了實驗測試，生物膜的存在對某些藻類游動孢子的沉降具有積極影響，生物膜還通過充當擴散屏障來阻止離子和水流入和流出基材表面。通過建立差分曝氣濃度電池，電解質中陰極反應引起的局部氧的還原可加速金屬基材的腐蝕。
由上所述，可知開發Antifouling Agent、抗生物腐蝕劑，對增加船舶機體以及應用於海洋環境材料的耐用性有其必要。國內外現有的Antifouling(抗生物沾黏、附著)技術比較如表一所示。
二、常見抗菌離子以及抗菌原理
金屬作為抗菌劑的應用是眾所周知的，常見的抗菌離子包括Ag+、Cu2+、Co2+、Zn2+及其奈米金屬氧化物，如圖二。這些金屬離子或奈米金屬氧化①可在細菌表面進行堆積而影響細菌的通透性；②進入細菌體內和蛋白質或酵素酶進行反應而使得蛋白質或酵素酶失去活性；③進入細菌體內和其DNA進行結合，降低其活性；④產生ROS (Reactive Oxygen Species，活性氧物質︰生物體內氧化代謝過程及自然防禦系統中，所產生之具有高度活性的物質。) ⑤減少 ATP 的產生等方式來使得細菌的生物活性下降，亦或是造成細菌的死亡。
不同的金屬抑制細菌生長或者使細菌死亡的機制不盡相同，其中以Ag+的作用方式最為多種，也就是Ag+是一種常見、廣效的細菌抑制劑。以下為各種金屬離子抗菌的機制。---此為節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖二、常見抗菌離子以及抗菌原理
三、奈米孔洞材料
奈米孔洞材料又稱奈米空間材料，這些孔洞的大小在於奈米尺度，這些孔洞所形成的空間，使其能夠攜帶、吸附奈米尺度小分子、離子和金屬氧化物，因此可視為一種奈米分子的儲存器。依據IUPAC (International Union of Pure and Application Chemistry)所定義---以上為部分節錄資料，完整容請見下方附檔。