抗微生物劑

抗微生物劑（英語：Antimicrobial）是一種用來殺死微生物或阻止其生長的藥劑。抗微生物劑可以根據它們主要作用的微生物進行分組，例如：抗生素用於對抗細菌、抗真菌劑用於對抗真菌。它們也可以根據其功能進行分類。殺死微生物的藥劑稱為殺菌劑；僅抑制微生物生長的藥劑稱為抑菌劑。使用抗菌藥物治療感染稱為抗微生物化學治療，而使用抗菌藥物預防感染稱為抗生素預防。

抗微生物劑的主要類別是消毒劑（非選擇性劑，例如漂白劑），它可以殺死非生物表面上的多種微生物以防止疾病傳播，消毒藥水（應用於活體組織並有助於減少在手術期間的感染）和抗生素（破壞體內的微生物）。「抗生素」這一術語最初僅描述那些源自活微生物的製劑，但現在也適用於合成劑，例如磺胺類藥物或喹諾酮類抗生素。儘管該術語在過去僅限於抗菌劑（而且經常被醫學專業人士和醫學文獻用作它們的同義詞），但其範圍早已擴大到包括所有抗微生物劑。抗菌劑可進一步細分為殺死細菌的殺菌劑和減緩或阻止細菌生長的抑菌劑。抗微生物技術的進步帶來了超越簡單抑制微生物生長的解決方案。人類已經開發出某種類型的多孔介質來殺死接觸的微生物。

## 歷史

至少2000年來，抗微生物藥物的使用一直是普遍做法。古埃及人（古埃及醫學）和古希臘人（古希臘醫學）使用特定的黴菌和植物提取物來治療感染。

在19世紀，路易·巴斯德（Louis Pasteur）和朱爾斯·朱伯特（Jules François Joubert）等微生物學家觀察到一些細菌之間的拮抗作用，並討論了在醫學上控制這些相互作用的優點。路易·巴斯德在發酵和自然發生說方面的工作發現了厭氧菌和好氧菌的區別。路易·巴斯德獲得的資訊促使約瑟夫·李斯特將消毒方法，例如對手術工具進行消毒和將傷口清創引入到手術程序中。這些消毒技術的實施大大減少了與外科手術相關的感染和手術後的死亡人數。路易·巴斯德在微生物學方面的工作也促成了許多針對危及生命的疾病，如炭疽病和狂犬病的疫苗的開發。1928年9月3日，亞歷山大·弗萊明度假歸來，發現一個裝滿葡萄球菌的培養皿由於抗微生物真菌魯本斯青黴菌而被分離成菌落。亞歷山大·弗萊明和他的同事努力分離出這種抗微生物劑，接著便在1929年的《英國實驗病理學雜誌》中提到了它的治療潛力。1942年，霍華德·弗洛里、恩斯特·伯利斯·柴恩和愛德華·亞伯拉罕（Edward Abraham）利用亞歷山大·弗萊明的成果提純和提取青黴素用於藥用，為他們贏得了1945年的諾貝爾醫學獎。

## 化學

### 抗菌劑

抗菌劑用於治療細菌感染。抗生素一般分為β-內醯胺類、大環內酯類、喹諾酮類抗生素、四環素類抗生素或氨基糖苷類抗生素。它們在這些類別中的分類取決於它們的抗菌譜、藥效學和化學成分。長期使用某些抗菌藥物物會減少腸道菌群的數量，這可能對健康產生負面影響。益生菌的攝入和合理的飲食可能有助於替代被破壞的腸道菌群。對於長期服用抗生素治療卻難以恢復的患者，如復發性偽膜性結腸炎，可考慮進行糞便移植。

20世紀抗菌藥物的發現、開發和使用降低了細菌感染的死亡率。抗生素的時代開始於1936年磺胺類藥物的治療應用，隨後是大約1945年至1970年的「黃金」時期，當時發現並開發了許多結構多樣且高效的藥物。自1980年以來，用於臨床的新型抗微生物藥物的引入量有所下降，部分原因是開發和測試新藥的巨大費用。與此同時，細菌、真菌、寄生蟲和一些病毒對多種現有藥物的抗生素抗藥性也出現了驚人的增長。

抗菌藥物是最常用的藥物之一，也是醫生經常濫用的藥物之一，例如把抗菌藥物用於病毒性呼吸道感染。由於抗生素的廣泛使用和濫用，抗生素耐藥性病原體加速出現，對全球公共衛生造成嚴重威脅。耐藥性問題被要求重新尋找能夠有效對抗對當前抗菌劑有耐藥性的病原菌的抗菌劑。實現這一目標的可能策略包括增加來自不同環境的採樣和應用宏基因組學來識別由目前未知和未培養的微生物產生的生物活性化合物，以及開發針對細菌靶標定製的小分子庫。

### 抗真菌劑

抗真菌劑用於殺死或防止真菌進一步生長。在醫學上，它們被用於治療足癬、皮癬菌病和鵝口瘡等感染，並通過利用哺乳動物細胞和真菌細胞之間的差異來發揮作用。與細菌不同，真菌和人類都是真核生物。所以，真菌和人類的細胞在分子水平上是相似的，這讓抗真菌藥物變得更難找到在宿主生物體中不存在的攻擊的靶點。因此，其中一些藥物通常會產生副作用。如果這類藥物使用不當，其中一些副作用可能會危及生命。

除了在醫學上的應用外，抗真菌劑還經常被用來控制潮濕的家居材料中的室內黴菌。噴到物體表面上的碳酸氫鈉（小蘇打）起到抗真菌劑的作用。另一種在小蘇打噴灑後或未噴灑的情況下使用的抗真菌溶液是過氧化氫和一層薄的表面塗層（可中和黴菌並包裹表面以防止孢子釋放）。一些塗料還添加了抗真菌劑，用於浴室或廚房等高濕度區域。其他抗真菌表面處理通常包含已知抑制黴菌生長的金屬，例如含銅、銀或鋅的顏料或溶液。由於它們的毒性，這些溶液通常不向公眾提供。

### 抗病毒劑

抗病毒藥物是一類專門用於治療病毒感染的藥物。像抗生素一樣，特定的抗病毒藥物只能用於特定的病毒。它們應與殺病毒劑區分開來，殺病毒劑會主動使體外的病毒顆粒失活。

許多抗病毒藥物被設計於治療包括愛滋病在內的逆轉錄病毒感染。重要的抗逆轉錄病毒藥物包括蛋白酶抑制劑類。以引起唇疱疹和生殖器疱疹而聞名的疱疹病毒通常用核苷（酸）類似物阿昔洛韋治療。病毒性肝炎由五種不相關的嗜肝病毒（A-E）引起，可根據感染類型並使用對應的抗病毒藥物治療。一些甲型流感病毒和乙型流感病毒已經對奧司他韋等神經氨酸酶抑制劑產生抗藥性，而對新物質的探索仍在繼續。

### 抗寄生蟲劑

抗寄生蟲藥是一類用於治療由線蟲、絛蟲、吸蟲和傳染性原生動物等寄生蟲引起的傳染病，如利什曼病、瘧疾和南美錐蟲病的藥物。抗寄生蟲藥物包括甲硝唑、雙碘喹啉和阿苯達唑。和所有治療性抗微生物劑一樣，它們必須在不嚴重損害宿主的情況下殺死感染生物。

### 廣譜療法

廣譜療法對多種病原體具有活性。這種療法已被建議作為瘟疫的潛在緊急治療方法。

### 非藥物

廣泛的化學和天然化合物被用作抗微生物劑。有機酸及其鹽廣泛用於食品中，如乳酸、檸檬酸、醋酸或是作為成分和消毒劑。例如，牛肉胴體經常用酸性液體噴灑，然後沖洗或蒸煮，以減少大腸桿菌的流行。

銅合金的表面具有天然的抗菌特性，可以殺死大腸桿菌和葡萄球菌等微生物。美國國家環境保護局已經批准了355種此類抗菌銅合金的註冊。除了定期清潔外，一些醫療保健設施和地鐵交通系統中還安裝了抗菌銅合金作為公共衛生措施。納米顆粒形式的銅因其固有的抗菌特性越來越引起人們的興趣。其他重金屬陽離子如汞和鉛具有抗微生物活性，但可能有毒。近年來，已經研究了配位化合物的抗微生物活性。

傳統的草藥師使用植物來治療傳染病。其中已經對許多植物的抗菌活性進行了科學調查，而一些植物已被證明可以抑制病原微生物的生長。其中許多藥物似乎具有與當前使用的抗生素不同的結構和作用方式，這表明與已在使用的藥物的交叉耐藥性可能很小。

#### 精油

草藥藥典中包含的許多精油據稱具有抗菌活性，月桂油、桂皮油、丁香油和百里香油已被證明在食源性細菌病原體的研究中是最有效的。椰子油也因其抗菌特性而聞名。活性成分包括類萜和次生代謝物。儘管它們在替代醫學中被廣泛使用，但精油在主流醫學中的使用有限。雖然25%到50%的藥物化合物是來源於植物的，但沒有一種被用作抗微生物劑，儘管這方面的研究有所增加。在主流醫學中增加使用的障礙包括監管和質量控制不力、產品標籤錯誤或識別錯誤以及交付方式有限。

#### 抗菌殺蟲劑

根據美國國家環境保護局（EPA）和聯邦殺蟲劑、殺菌劑和滅鼠劑法（FIFRA），抗菌殺蟲劑用於通過消毒、衛生預防或減少發育來控制微生物的生長和保護無生命的物體、工業系統、表面、水或其他化學物質免受細菌、病毒、真菌、原生動物、藻類或黏菌增生而引起的污染、污垢或變質。EPA監控產品系統，例如用於醫院或家庭的消毒劑，以確定功效。因此，用於公共衛生的產品都在此監控系統之下，包括用於飲用水、游泳池、食品衛生和其他環境表面的產品。這些殺蟲劑產品在註冊前提下，如果使用得當，它們不會對人類或環境產生不合理的副作用。即使某些產品已經投放市場，EPA也會繼續對其進行監控和評估，以確保它們在保護公眾健康方面保持有效。

EPA監管的公共衛生產品分為三類：

- 殺菌劑（殺孢子劑）：消除所有細菌、真菌、孢子和病毒。
- 消毒劑（Disinfecting）：破壞或使微生物降低活性（細菌、真菌、病毒），但不能作為殺孢子劑。根據功效數據，EPA將消毒劑分類為有限、通用/廣譜或醫院消毒劑。
- 消毒劑（Sanitizers）：減少微生物的數量，但可能無法殺死或消除所有微生物。

##### 抗菌殺蟲劑安全性

抗菌殺蟲劑有可能成為耐藥性的主要因素。世界衛生組織（WHO）等組織呼籲在全球範圍內大幅減少其使用以應對這一問題。根據2010年美國疾病控制與預防中心（CDC）的報告，醫護人員可以採取措施改進他們的安全措施，防止接觸抗菌殺蟲劑。建議工人佩戴手套和安全眼鏡等個人防具，以儘量減少接觸這些試劑。此外，正確遵循處理說明也很重要，這也是為什麼EPA認為它們可以安全使用的原因。員工應接受有關健康危害的教育，並鼓勵員工在發生接觸時尋求醫療護理。

### 臭氧

臭氧可以殺死空氣、水和工藝設備中的微生物，已用於廚房排氣通風、垃圾房、隔油池、沼氣廠、廢水處理廠、紡織生產、啤酒廠、乳製品廠、食品和衛生生產、製藥行業等環境、裝瓶廠、動物園、市政飲用水系統、游泳池和水療中心，以及衣物的洗滌和室內黴菌和氣味的處理。

### 抗微生物手術服

抗微生物手術服可以減少手術服上異味和污漬的積累，從而延長手術服的使用壽命。這些手術服也有多種顏色和款式。隨著抗菌技術的快速發展，這些手術服很容易買到，並且每年都有更先進的版本上市。

### 鹵素

氯、碘、氟和溴等元素是非金屬的元素，他們構成鹵素家族。這些鹵素中的每一種都具有不同的抗菌效果，受各種因素的影響，例如pH值、溫度、接觸時間和微生物類型。氯和碘是最常用的兩種抗菌劑。氯在污水處理廠、藥品和食品工業中被廣泛用作消毒劑。它氧化可溶性污染物並殺死細菌和病毒。它對細菌孢子也非常有效。它的作用方式是破壞這些微生物中存在的鍵。當細菌酶與含氯化合物接觸時，該分子中的氫原子會被氯取代。因此，這會改變酶的功能，進而導致細菌死亡。碘最常用於消毒和傷口清潔。三種主要的含碘抗菌化合物是醇碘溶液、碘水溶液和碘伏。碘伏更具有殺菌作用，可用作防腐劑，因為它們在塗抹在皮膚上時刺激性較小。另一方面，細菌孢子不能被碘殺死，但它們可以被碘伏抑制。當碘滲入細胞並氧化蛋白質、遺傳物質和脂肪酸時，微生物的生長受到抑制。溴也是一種有效的抗菌劑，可用於水處理廠。當與氯混合時，它對細菌孢子（如糞腸球菌）非常有效。

### 酒精

酒精通常用作消毒劑和防腐劑。酒精可以殺死植物細菌、大多數病毒和真菌。乙醇、正丙醇和異丙醇是最常用的抗菌劑。甲醇也是一種消毒劑，但一般不使用，因為它是劇毒的。大腸桿菌、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌是少數可以被酒精抑制的細菌。酒精對包膜病毒（60-70%乙醇）具有很高的抵抗力，70%的異丙醇或乙醇作為抗菌劑非常有效。在有水的情況下，70%的酒精會導致蛋白質凝結，從而抑制微生物的生長。當涉及到孢子時，酒精病不是很有效。酒精的作用方式是使蛋白質變性。酒精會干擾蛋白質結構中存在的氫鍵。酒精還可以溶解存在於微生物中的脂質膜。細胞膜的破壞是酒精的另一個特性，它有助於導致細胞死亡。酒精是廉價而有效的抗菌劑。它們廣泛用於製藥行業。酒精通常用於洗手液、防腐劑和消毒劑。

### 苯酚和酚類化合物

苯酚也稱為石炭酸，是最早用作抗菌劑的化學品之一。它具有很高的防腐性能。它在濃度為0.1%–1%時具有抑菌作用，在1%–2%時具有殺菌/殺真菌作用。5%的溶液可在48小時內殺死炭疽孢子。酚類最常用於口腔漱口水和家用清潔劑。它們對多種細菌、真菌和病毒具有活性。如今多使用苯酚衍生物，例如百里酚和甲酚，因為與苯酚相比，它們的毒性較小。這些酚類化合物具有苯環以及結合到其結構中的-OH基團。它們具有更高的抗菌活性。這些化合物通過沉澱導致其變性的蛋白質並通過滲透到微生物的細胞膜並破壞它來抑制微生物的生長。酚類化合物還可以使酶失活並破壞微生物細胞中的胺基酸。酚類物質，如芬替克洛，一種抗菌和抗真菌劑，被用作真菌感染的口服治療劑。二氯苯氧氯酚對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌都非常有效。六氯酚（雙酚）用作表面活性劑。由於其防腐性能，它被廣泛用於肥皂、洗手液和皮膚產品中。它也用作殺菌劑。甲酚是一種有效的抗菌劑，廣泛用於漱口水和止咳藥水。酚類物質對表皮葡萄球菌和銅綠假單胞菌等細菌具有很高的抗菌活性。2-苯基苯酚水溶液用於包裝水果的浸泡處理（但它不用於包裝材料）。伊洛夫和卡利茨基在1961年發現以這種方式加工的水果皮中殘留少量但可測量的量。

### 醛類

它們對細菌、真菌和病毒非常有效。醛通過破壞外膜來抑制細菌生長。它們用於手術器械的消毒和滅菌。由於劇毒，它們不用於防腐劑。目前，儘管許多其他醛類具有良好的抗菌活性，但只有三種醛類化合物被廣泛用作消毒殺菌劑，即戊二醛、甲醛和鄰苯二甲醛。然而，由於其較長的接觸時間，其他消毒劑通常是優選的。

## 物理

### 熱

微生物具有生長的最低溫度、最佳溫度和最高溫度。高溫和低溫都被用作物理控制劑。不同的生物體對熱或溫度表現出不同程度的抗性或敏感性，一些生物體，如細菌內生孢子，抗性更強，而營養細胞抗性較差，在較低溫度下很容易被殺死。另一種涉及使用熱量殺死微生物的方法是分段滅菌法。這個過程涉及暴露在100攝氏度的溫度下一個小時，每次持續幾天。分級滅菌也稱為丁達爾化。使用這種方法可以殺死細菌內生孢子。乾熱和濕熱都可以有效消除微生物的生命。例如，用於儲存果醬的果醬罐可以通過在傳統烤爐中加熱來進行消毒。加熱也用於巴氏殺菌，這是一種減緩牛奶、奶酪、果汁、葡萄酒和醋等食物變質的方法。此類產品在一定時間內加熱到一定溫度，大大減少了有害微生物的數量。低溫還用於通過減緩微生物新陳代謝來抑制微生物活動。

### 放射性

食物經常被輻照以殺死有害病原體。有兩種類型的輻射用於抑制微生物的生長——電離和非電離輻射。食品消毒中使用的常見輻射源包括鈷-60（一種伽馬發射器）、電子束和X射線。紫外線也用於對飲用水進行消毒，包括小型個人使用系統和大型社區淨水系統。

### 乾燥

乾燥也稱為脫水。它是極度乾燥的狀態或過程。一些微生物，如細菌、酵母菌和黴菌，需要水才能生長。乾燥會使水分變干，從而抑制微生物的生長。在有水的情況下，細菌會恢復生長，因此乾燥不會完全抑制細菌的生長。用於執行此過程的儀器稱為乾燥器。該工藝廣泛用於食品工業，是一種有效的食品保鮮方法。乾燥也主要用於製藥行業，以儲存疫苗和其他產品。

### 抗菌表面

抗菌表面旨在抑制微生物生長的能力，或通過化學（銅毒性）或物理過程（微/納米柱破壞細胞壁）破壞它們。這些表面對於醫療保健行業尤為重要。設計有效的抗菌表面需要深入了解最初的微生物表面粘附機制。分子動力學模擬和延時成像通常用於研究這些機制。

### 滲透壓

滲透壓是防止溶劑從高濃度區域通過半透膜進入低濃度區域所需的壓力。當細胞內溶解物質或溶質的濃度高於細胞外時，細胞被稱為低滲環境，水將流入細胞。當細菌置於高滲溶液中時，會引起質壁分離或細胞收縮，同樣在低滲溶液中，細菌會發生質壁分離或膨脹狀態。這種質壁分離會殺死細菌，因為它會引起滲透壓的變化。

## 外部連結

- 抗微生物劑指數—科學文獻中不斷更新的抗微生物劑清單（包括植物提取物和肽）
- 國家農藥資訊中心
- 抗微生物劑在塑料應用中的使用概述
- 歐洲國家的抗藥性和疾病的負擔—歐盟的項目用於估計歐洲醫院抗生素耐藥性的財務負擔
- 考科藍，抗微生物劑清單（PDF）
- https://courses.lumenlearning.com/microbiology/chapter/using-physical-methods-to-control-microorganis