加拿大公司開發(fā)專利技術生產抗菌鋁，抑制細菌和病毒傳播！

發(fā)布時間：2018-11-13

　　據Light Metal Age報道，加拿大A3 Surfaces公司開發(fā)出了一項專利技術以生產抗菌性陽極氧化的鋁產品，這種鋁材可以抑制表面細菌或病毒傳播。目前，力拓公司正在為抗菌鋁技術的整個試驗階段提供資金和后援支持，以期早日投入商業(yè)生產和應用。

　　醫(yī)院獲得性感染（稱為醫(yī)院感染）是一個多見的問題，在加拿大，該類感染每年造成大約8000-12000人死亡，在美國，死亡人數(shù)約為80000人。A3 Surfaces位于加拿大魁北克省Saguenay，是一家初創(chuàng)企業(yè)，致力于通過消除醫(yī)療機構中的交叉污染，研發(fā)高接觸式自我消毒裝置和表面產品。近期，A3 Surfaces開發(fā)了一種突破性的表面處理技術，可以將鋁產品轉化為抗菌表面，從而顯著降低細菌和病毒疾病傳播的風險（圖1）。該技術可將交叉污染從幾秒鐘推到幾分鐘，這意味著它可以分解更堅頑固的微生物，而這些微生物一般需要更多的時間才能消除。A3 Surfaces表示，這種技術可用于醫(yī)院，同時還可應用于公共交通、大型建筑的進風口暖通空調、教室、食品加工等領域，更有可能預防新一輪的流感大流行。

　　圖1 A3 Surfaces已經開發(fā)出一種針對鋁的抗菌處理方法，它可以顯著減少門把手等表面細菌或病毒感染的傳播

　　這項技術的研究始于Chicoutimi學院一個關于鋁轉化培訓的課程結束項目，當時Maxime Dumont和Jocelyn Lambert有了創(chuàng)造抗菌鋁的想法。在他們的研究過程中，他們發(fā)現(xiàn)在陽極氧化的鋁上應用現(xiàn)有的生物殺滅劑產品具有抗菌抑菌效果。在2013年，他們申報了這一概念的專利技術。

　　A3 Surfaces.成立于2015年，位于加拿大魁北克，由Martin Lambert與聯(lián)合發(fā)明人Maxime Dumont和Jocelyn Lambert組建，旨在進一步開發(fā)抗菌鋁的潛力。A3 Surfaces在創(chuàng)建過程中，得到了力拓區(qū)域經濟發(fā)展團隊（Regional Economic Development Team）的資金和后勤支持，力拓立即看到了這項技術的巨大潛力。在過去的5年里，力拓已向A3 Surfaces司投資了總計25萬加元的啟動支持，促進了與潛在客戶的聯(lián)系，并幫助A3 Surfaces與各級政府監(jiān)管部門的協(xié)調工作。

　　隨著時間的推移，A3 Surfaces已經完善了其殺菌劑配方，以使其更有效，并制備一種自消毒陽極氧化的鋁。這項名為UmanProtek的技術，可以讓經過這種表面處理的鋁部件實現(xiàn)自我消毒。2019年12月，該公司提交了第2份專利申請，要求在全球范圍內保護該項技術。

　　目前，A3 Surfaces在1100平方英尺的租賃空間內運營（圖2），在生產車間內，分布13個生產單元（3英尺長x 1英尺寬x 2英尺深）?，F(xiàn)有設備用于研究和開發(fā)工作，同時可以完成陽極氧化抗菌零件的現(xiàn)有合同。其中，大型鋁部件的加工，分包給外部公司去完成，該公司有8英尺x 3英尺x 4英尺的陽極氧化槽。目前，公司正在建造一個15英尺的長槽生產裝置。A3 Surfaces的部分商業(yè)模式，通過商業(yè)許可進行，因為陽極氧化市場與最終用戶直接掛鉤。

　　UmanProtek是一種先進的處理技術，它將鋁的陽極氧化過程與生物化學相結合。從本質上講，使該技術成為可能的滅殺生物劑化學釋放過程，受物理化學范德華力和菲克擴散定律制約。范德華力是一種在納米環(huán)境中很活躍的弱力，能使生物殺滅劑保留在孔隙中。菲克定律控制著生物殺滅劑在氧化的鋁基體表面的擴散。

　　選擇正確、無毒、能自我消毒的殺菌劑，是開發(fā)人類防護技術的重要組成部分。生物殺滅劑必須滿足幾個方面的考慮，如分子大小、擴散速率和化學穩(wěn)定性。此外，如果殺菌劑顯著影響生物群（人們皮膚上的友好自然菌群），它會對微生物產生有害的抵抗力。另外，這種藥劑還需要無毒，不會對抗生素產生耐藥性。

　　A3 Surfaces技術副總裁Jean-Luc Bernier說：“我們測試了大量生物殺滅劑，發(fā)現(xiàn)季銨鹽化合物（QAC）和銀是滅活革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌和病毒的最佳組合。銀可以起到預防作用，因為它的毒性不足以殺死微生物，但強度足以避免微生物的復制。在醫(yī)療機構，QAC和銀已經應用多年，并得到了衛(wèi)生當局的批準?！?/p>

　　UmanProtek工藝分4個階段進行：表面處理、陽極氧化、抗菌物質浸漬和密封。表面處理階段包括清潔和剝離基材，以獲得具有最小缺陷的均勻表面。

　　陽極氧化類型II和III是該過程中至關重要的第2步，因為它們形成氧化鋁納米儲層的蜂窩狀結構并控制其孔徑大小。硬質陽極氧化（洛氏硬度約50）必須根據軍用（MIL）規(guī)范進行監(jiān)控。大多數(shù)問題，是由于質量無法保證而發(fā)生的。例如，如果陽極氧化工在清洗步驟中不使用去離子水，水的硬度將導致斑點，從而產生不可接受的視覺外觀。

　　由于一些合金元素，如硅、鐵等，不利于獲得均勻的光潔度，并非所有鋁等級都適合獲得尺寸和長徑比合適的納米孔。因此，優(yōu)選1000、3000、5000和6000系列合金，并通過裝飾性和建筑飾面處理以制備均勻的納米孔產品。

　　第3階段是將抗菌物質浸漬到鋁表面的納米孔中。在雜貨店里出售的抗菌濕巾中，QAC是一種多用的抗菌物質。在這一步驟中，必須監(jiān)測生物殺滅劑的濃度和污染情況。

　　封閉是納米孔閉合的最后一個階段。采用專利技術監(jiān)測密封工序。

　　經驗證，UmanProtek可以顯著降低通過交叉污染傳播微生物感染的風險，使鋁部件能夠自我消毒。Sherbrooke大學的Nathalie Faucheux博士和Louis Charles Fortier博士進行的研究發(fā)現(xiàn)，經過A3 Surfaces處理的產品，可以在5分鐘或更短時間內殺死99.9%的細菌（金黃色葡萄球菌，是皮膚感染、呼吸道感染和食物中毒的常見病菌）（圖3）。此外，McGill大學的Nathalie Tufenkji教授進行了測試，結果表明，接觸A3 Surfaces技術的材料，在5秒鐘之內，受污染手上的細菌負荷（金黃色葡萄球菌）可降低80%。

　　圖3 使用光度計進行測試，以檢查處理過的鋁表面的細菌清除情況。在未經處理的表面（A）上可見幾百個菌落形成單位，而在經抗菌處理的表面（b）上沒有檢測到。

　　研究還表明，通過硬質陽極氧化和QAC劑處理得到的抗菌鋁，使用壽命延長，且具有長期穩(wěn)定性。例如，10年前在實驗室里制備的一個樣本仍然顯示出抗菌效果的有效性。

　　此外，加拿大國家研究委員會（NRC）鋁技術中心（ATC）采用標準醫(yī)院清潔劑測量產品的磨損情況。在測試中，ATC使用加德納磨損測試儀，用家用海綿在UmanProtek處理過的表面上進行200次來回測試，測試產品有3種：漂白液（0.5%活性氯）、Vert-to-Go消毒液（1升水為7毫升）和不銹鋼清潔劑（未稀釋）。結果表明，被測的鋁產品表面保持了其抗菌性能。

　　此外，A3S在一個公共圖書館安裝了一塊推門板，在該圖書館內，每周有4000人使用推門板。30個月后，發(fā)現(xiàn)產品的生物抗菌性與初期相當。根據這些測試，A3 Surfaces估計抗菌處理后的鋁產品的預期壽命為20年。

　　目前，來自A3 Surfaces的UmanProtek產品數(shù)量有限。該產品可以在美國境內銷售，豁免范圍包括使用EPA/FDA批準的生物殺滅劑處理的鋁產品。對于在加拿大的銷售，該公司正在等待加拿大衛(wèi)生部的批準，項目進展順利。

　　大面積的表面材料（如墻壁或桌面），必須用鋁擠壓板制造，相比連續(xù)薄板卷陽極氧化而言，采用擠壓板是不經濟的。A3 Surfaces公司正在與板卷陽極氧化生產商進行磋商，以拓展更廣泛的應用范圍。

　　A3 Surfaces正在與Chicoutimi大學醫(yī)院和魁北克政府合作，進一步證明該技術在醫(yī)院環(huán)境中的有效性（圖4）。有效性檢驗按如下方式進行：使用由獨立實驗室監(jiān)控的2個房間，一個房間為標準的醫(yī)院房間，其中配備典型的使用設備；另一個房間被改造，并用A3 Surfaces的生物殺滅鋁部件（包括門把手、墻壁、托盤等）進行翻新。每周對上述2個房間進行取樣，并對結果進行比較，同時對表面進行測試，以證明減少了交叉污染。在此期間，由于一些原因（部分原因與新冠疫情爆發(fā)有關），實驗被暫時停止，不過，目前疫情有所減緩，對比實驗將繼續(xù)進行。

　　力拓將在抗菌鋁技術的整個試驗階段繼續(xù)提供資金和后援支持。2020年，力拓將專注于幫助A3 Surfaces開發(fā)其商業(yè)模式和計劃，同時協(xié)同開發(fā)市場?？笨耸^(qū)域經濟發(fā)展部（Regional Economic Development Quebec）主任EmmanuelBergeron說：“A3 Surfaces在魁北克進行的此類創(chuàng)新，有可能成為抗擊流行病和感染的主要手段。在日常生活中，該技術應用廣，我們很高興看到社會對抗菌鋁的興趣與日俱增?！?/p>

　　（公司部分抗菌鋁產品）