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【抗菌铝】加拿大公司开发专利技术生产抗菌铝,抑制细菌和病毒传播!

来源:Light Metal Age 时间:2020-07-14 13:44 浏览次数:17333
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摘要:加拿大A3 Surfaces公司开发出了一项专利技术以生产抗菌性阳极氧化的铝产品,这种铝材可以抑制表面细菌或病毒传播。

  据Light Metal Age报道,加拿大A3 Surfaces公司开发出了一项专利技术以生产抗菌性阳极氧化的产品,这种铝材可以抑制表面细菌或病毒传播。目前,力拓公司正在为抗菌铝技术的整个试验阶段提供资金和后援支持,以期早日投入商业生产和应用。

  医院获得性感染(称为医院感染)是一个多见的问题,在加拿大,该类感染每年造成大约8000-12000人死亡,在美国,死亡人数约为80000人。A3 Surfaces位于加拿大魁北克省Saguenay,是一家初创企业,致力于通过消除医疗机构中的交叉污染,研发高接触式自我消毒装置和表面产品。近期,A3 Surfaces开发了一种突破性的表面处理技术,可以将铝产品转化为抗菌表面,从而显著降低细菌和病毒疾病传播的风险(图1)。该技术可将交叉污染从几秒钟推到几分钟,这意味着它可以分解更坚顽固的微生物,而这些微生物一般需要更多的时间才能消除。A3 Surfaces表示,这种技术可用于医院,同时还可应用于公共交通、大型建筑的进风口暖通空调、教室、食品加工等领域,更有可能预防新一轮的流感大流行。

【抗菌铝】加拿大公司开发专利技术生产抗菌铝,抑制细菌和病毒传播!.png

  图1 A3 Surfaces已经开发出一种针对铝的抗菌处理方法,它可以显著减少门把手等表面细菌或病毒感染的传播

  这项技术的研究始于Chicoutimi学院一个关于铝转化培训的课程结束项目,当时Maxime Dumont和Jocelyn Lambert有了创造抗菌铝的想法。在他们的研究过程中,他们发现在阳极氧化的铝上应用现有的生物杀灭剂产品具有抗菌抑菌效果。在2013年,他们申报了这一概念的专利技术。

  A3 Surfaces.成立于2015年,位于加拿大魁北克,由Martin Lambert与联合发明人Maxime Dumont和Jocelyn Lambert组建,旨在进一步开发抗菌铝的潜力。A3 Surfaces在创建过程中,得到了力拓区域经济发展团队(Regional Economic Development Team)的资金和后勤支持,力拓立即看到了这项技术的巨大潜力。在过去的5年里,力拓已向A3 Surfaces司投资了总计25万加元的启动支持,促进了与潜在客户的联系,并帮助A3 Surfaces与各级政府监管部门的协调工作。

  随着时间的推移,A3 Surfaces已经完善了其杀菌剂配方,以使其更有效,并制备一种自消毒阳极氧化的铝。这项名为UmanProtek的技术,可以让经过这种表面处理的铝部件实现自我消毒。2019年12月,该公司提交了第2份专利申请,要求在全球范围内保护该项技术。

  目前,A3 Surfaces在1100平方英尺的租赁空间内运营(图2),在生产车间内,分布13个生产单元(3英尺长x 1英尺宽x 2英尺深)。现有设备用于研究和开发工作,同时可以完成阳极氧化抗菌零件的现有合同。其中,大型铝部件的加工,分包给外部公司去完成,该公司有8英尺x 3英尺x 4英尺的阳极氧化槽。目前,公司正在建造一个15英尺的长槽生产装置。A3 Surfaces的部分商业模式,通过商业许可进行,因为阳极氧化市场与最终用户直接挂钩。

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  图2 A3 Surfaces生产示范线(旁站立者为A3 Surfaces 总裁Martin Lambert)

  UmanProtek是一种先进的处理技术,它将铝的阳极氧化过程与生物化学相结合。从本质上讲,使该技术成为可能的灭杀生物剂化学释放过程,受物理化学范德华力和菲克扩散定律制约。范德华力是一种在纳米环境中很活跃的弱力,能使生物杀灭剂保留在孔隙中。菲克定律控制着生物杀灭剂在氧化的铝基体表面的扩散。

  选择正确、无毒、能自我消毒的杀菌剂,是开发人类防护技术的重要组成部分。生物杀灭剂必须满足几个方面的考虑,如分子大小、扩散速率和化学稳定性。此外,如果杀菌剂显著影响生物群(人们皮肤上的友好自然菌群),它会对微生物产生有害的抵抗力。另外,这种药剂还需要无毒,不会对抗生素产生耐药性。

  A3 Surfaces技术副总裁Jean-Luc Bernier说:“我们测试了大量生物杀灭剂,发现季铵盐化合物(QAC)和银是灭活革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和病毒的最佳组合。银可以起到预防作用,因为它的毒性不足以杀死微生物,但强度足以避免微生物的复制。在医疗机构,QAC和银已经应用多年,并得到了卫生当局的批准。”

  UmanProtek工艺分4个阶段进行:表面处理、阳极氧化、抗菌物质浸渍和密封。表面处理阶段包括清洁和剥离基材,以获得具有最小缺陷的均匀表面。

  阳极氧化类型II和III是该过程中至关重要的第2步,因为它们形成氧化铝纳米储层的蜂窝状结构并控制其孔径大小。硬质阳极氧化(洛氏硬度约50)必须根据军用(MIL)规范进行监控。大多数问题,是由于质量无法保证而发生的。例如,如果阳极氧化工在清洗步骤中不使用去离子水,水的硬度将导致斑点,从而产生不可接受的视觉外观。

  由于一些合金元素,如硅、铁等,不利于获得均匀的光洁度,并非所有铝等级都适合获得尺寸和长径比合适的纳米孔。因此,优选1000、3000、5000和6000系列合金,并通过装饰性和建筑饰面处理以制备均匀的纳米孔产品。

  第3阶段是将抗菌物质浸渍到铝表面的纳米孔中。在杂货店里出售的抗菌湿巾中,QAC是一种多用的抗菌物质。在这一步骤中,必须监测生物杀灭剂的浓度和污染情况。

  封闭是纳米孔闭合的最后一个阶段。采用专利技术监测密封工序。

  经验证,UmanProtek可以显著降低通过交叉污染传播微生物感染的风险,使铝部件能够自我消毒。Sherbrooke大学的Nathalie Faucheux博士和Louis Charles Fortier博士进行的研究发现,经过A3 Surfaces处理的产品,可以在5分钟或更短时间内杀死99.9%的细菌(金黄色葡萄球菌,是皮肤感染、呼吸道感染和食物中毒的常见病菌)(图3)。此外,McGill大学的Nathalie Tufenkji教授进行了测试,结果表明,接触A3 Surfaces技术的材料,在5秒钟之内,受污染手上的细菌负荷(金黄色葡萄球菌)可降低80%。

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  图3 使用光度计进行测试,以检查处理过的铝表面的细菌清除情况。在未经处理的表面(A)上可见几百个菌落形成单位,而在经抗菌处理的表面(b)上没有检测到。

  研究还表明,通过硬质阳极氧化和QAC剂处理得到的抗菌铝,使用寿命延长,且具有长期稳定性。例如,10年前在实验室里制备的一个样本仍然显示出抗菌效果的有效性。

  此外,加拿大国家研究委员会(NRC)铝技术中心(ATC)采用标准医院清洁剂测量产品的磨损情况。在测试中,ATC使用加德纳磨损测试仪,用家用海绵在UmanProtek处理过的表面上进行200次来回测试,测试产品有3种:漂白液(0.5%活性氯)、Vert-to-Go消毒液(1升水为7毫升)和不锈钢清洁剂(未稀释)。结果表明,被测的铝产品表面保持了其抗菌性能。

  此外,A3S在一个公共图书馆安装了一块推门板,在该图书馆内,每周有4000人使用推门板。30个月后,发现产品的生物抗菌性与初期相当。根据这些测试,A3 Surfaces估计抗菌处理后的铝产品的预期寿命为20年。

  目前,来自A3 Surfaces的UmanProtek产品数量有限。该产品可以在美国境内销售,豁免范围包括使用EPA/FDA批准的生物杀灭剂处理的铝产品。对于在加拿大的销售,该公司正在等待加拿大卫生部的批准,项目进展顺利。

  大面积的表面材料(如墙壁或桌面),必须用铝挤压板制造,相比连续薄板卷阳极氧化而言,采用挤压板是不经济的。A3 Surfaces公司正在与板卷阳极氧化生产商进行磋商,以拓展更广泛的应用范围。

  A3 Surfaces正在与Chicoutimi大学医院和魁北克政府合作,进一步证明该技术在医院环境中的有效性(图4)。有效性检验按如下方式进行:使用由独立实验室监控的2个房间,一个房间为标准的医院房间,其中配备典型的使用设备;另一个房间被改造,并用A3 Surfaces的生物杀灭铝部件(包括门把手、墙壁、托盘等)进行翻新。每周对上述2个房间进行取样,并对结果进行比较,同时对表面进行测试,以证明减少了交叉污染。在此期间,由于一些原因(部分原因与新冠疫情爆发有关),实验被暂时停止,不过,目前疫情有所减缓,对比实验将继续进行。

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  图4 该项技术正在一家医院进行测试,以验证其抗菌能力

  力拓将在抗菌铝技术的整个试验阶段继续提供资金和后援支持。2020年,力拓将专注于帮助A3 Surfaces开发其商业模式和计划,同时协同开发市场。魁北克省区域经济发展部(Regional Economic Development Quebec)主任EmmanuelBergeron说:“A3 Surfaces在魁北克进行的此类创新,有可能成为抗击流行病和感染的主要手段。在日常生活中,该技术应用广,我们很高兴看到社会对抗菌铝的兴趣与日俱增。”

  (公司部分抗菌铝产品)

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  (尚轻时代编译,来源:Light Metal Age)

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