通过抗菌涂层进行保护

作者 Atul Tiwari 博士，FRSC；Flora涂料公司；亚利桑那州，凤凰城

关于在表面使用抗菌涂层来防治通过接触传播的传染病，人们产生了许多疑问。我在2020年7月版的PCI杂志上发表的第一篇文章《抗菌涂料指南》，提供了有关该技术的一些基本信息。这篇简明的文章旨在进一步让客户了解该类型的涂料，并回答一些之前未涉及的问题。关于抗菌涂料的深入技术细节可以在我的书《抗菌涂料手册》中找到。

为何抗菌涂层需要很长时间才能杀死微生物？

首先让我们了解一下杀菌剂（可以在5秒到5分钟内杀死细菌）和抗菌涂层（至少需要2小时）之间的区别。杀菌剂主要杀死微生物，但它们的存在时间很短，因为其不能与表面永久结合。根据EPA的标准，出于健康和安全原因，可使用的杀菌剂溶液不能超过1%。喷洒此类杀菌剂时，表面会留下一层单分子层（埃厚），它通过不同产品的特定机制杀死细菌。这一薄层不能防止细菌在多孔表面繁殖（99%）。而且，这样一层薄的纳米层在第一次接触时就会消失，使表面容易滋生新的细菌。

由于上述应用过程中不涉及粘合剂，涂料专家建议使用某种形式的树脂将这些杀菌剂粘结到它们所施用的表面。这种粘合剂和杀菌剂被认为可以将“杀菌分子”附着在涂层物体上，并提供长期的微生物保护。

然而，一旦杀菌剂与树脂混合，它们可能会因各种过程而失去效率/功效，包括杀菌剂在涂层中的不均匀分布、树脂网络中的低杀菌浓度、与树脂反应导致杀菌剂产生的化学变化，甚至可能在低表面能聚合树脂下会将杀菌成分包覆，使其不具有抗菌活性。

很难创造出一种能克服上述所有障碍的化学物质。一旦抗菌涂料配方得到优化，就必须对其在不同表面上的应用进行测试。为了使表面得到湿润，要使用表面活性剂，这可能会改变杀菌剂的抗菌活性。因此，由于表面润湿性/覆盖性，并非所有抗菌产品都能有效发挥作用。这是大多数抗菌涂料无法保护被处理表面的主要原因之一。大多数市售抗菌涂料产品都是在表面喷涂或雾化涂覆的，这使得观察其润湿性变得更加困难。在显微镜下仔细观察，会发现这些产品显示的是不连续的涂层气泡，而不是连续的保护膜。这些气泡之间的区域就是病原体滋生的区域。

大多数杀菌剂必须向美国环保局注册，并应按照美国标准试验方法（ASTM）进行测试，以表明与未经处理的表面相比，杀菌剂暴露后的2小时内，细菌活性至少降低3 log（3LR）。不幸的是，只有少数或没有ASTM标准可用于测试抗菌涂层；因此，它们无法在EPA注册。大多数用于测试抗菌涂层（疏水性）的ASTM标准都经过了修改，以记录一些让用户满意的数据。

病原体或微生物包括几种细菌，病毒也在其中。杀灭细菌的杀菌剂也不一定能灭活病毒（病毒是非生命的，不能被杀死，只能灭活）。需要专门的杀菌剂来灭活病毒，但迄今为止发现的物质并不多。一些市售产品声称可以通过皮肤捕获来灭活病毒，但这一点尚未得到科学验证。到目前为止，据作者所知，由于没有可用的测试方法，尚未有进行长期保护的抗菌涂层Z在EPA注册。有几种产品被批准用于紧急用途，但尚未注册。然而，这些紧急用途的产品必须只适用于该州和在经EPA批准的对象上使用（参考EPA网站）。一家领先的涂料公司最近获得了EPA的一种铜基抗菌涂料/涂层的批准，该涂料/涂层可在不到2小时内使病毒（包括冠状病毒）灭活（99.9%）（这是EPA注册的要求）。该注册基于专为此类产品设计的专门测试方法，目前尚不清楚该测试方法是否可以普遍用于注册其他的抗菌涂料。

抗菌涂料在对抗病原体方面仍然有用吗？

一些精心设计的抗菌涂层（如Flora Coatics的INVESIL）可以提供与铜或其他杀菌剂类似的保护水平。然而，抗菌涂层被认为是保护的第二种形式，有助于大幅减少杀菌剂的直接使用。如果像三氯生这样的普通杀菌剂能在5秒内杀死细菌，那么为什么它不能在所有地方使用呢？值得一提的是，杀死坏细菌的成分也会杀死好细菌，每一种有毒杀菌剂都会被人类通过皮肤或吸入直接或间接地吸收。由于新冠疫情，杀菌剂的消费量显著增加（信息基于主要杀菌剂制造商的销售情况），这最终将在未来损害人类的健康。因此，如果我们能够通过抗菌涂层提供二级保护，从而减少或尽量减少杀菌剂的使用，这将对人类和医疗保健部门非常有益。

我们如何知道用来保护表面的抗菌剂是有效的？

涂有抗菌剂的表面必须保持清洁，才能让抗菌剂发挥作用，这一前提适用于直接和间接抗菌剂的应用。如果涂层表面（适用于直接和间接杀菌剂）被油、汗液或任何形式的残留物覆盖，则必须使用家用清洁化学品进行清洁。此外，必须根据表面使用频率定期进行此类清洁。大多数杀菌剂层（包括涂层）是看不见的，因此客户必须依赖服务提供商来提供清洁表面。Flora Coatics公司具有受专利保护的INVESIL抗菌涂层，在紫外光下会发光（黑色）。可以用黑光观察INVESIL，以确保物体上涂层的使用寿命。由于该产品受专利保护，其他产品无法提供类似的功能。

抗菌涂层能在经常使用的表面持续多久？

材料的使用寿命取决于多种因素，包括化学结构、涂层厚度和涂层对物体表面的附着力。可使用Taber耐磨试验进行的磨损分析生成比较数据。高性能涂料如环氧树脂或聚氨酯等的已知数据可与受试抗菌涂层的数据进行比较，以提供预估的使用寿命。例如，与相同厚度的陶瓷或生物基陶瓷涂层相比，大多数碳氢树脂涂层寿命短，与物体表面的粘合性差。

有没有比杀菌剂更有效的替代方法？

一些研究表明，使用特定波长的紫外线可以立即杀死表面上的微生物。然而，由于各种原因，这种技术的使用并不实用。处理涉及电力使用的紫外线灯组件并不容易，此类组件中使用的紫外线灯/过滤器的准确性可能会受到挑战，并可能对人类眼睛和皮肤造成严重危害。此外，迄今为止，大多数材料都未能经受长期暴露在紫外线下的测试，它可能会过早退化。此外，紫外线无法对隐藏在光线下的空间进行消毒，它也必须在一定距离内操作才能达到最佳效果。

用抗菌涂层能更快地灭活/杀死病原体吗？

人类头发的平均厚度（直径）为60微米，大多数细菌的大小都小于10微米。这意味着，如果没有某种图像放大显微镜，人眼是看不到细菌的。因此，病原体的杀死或失活要由注册机构使用既定方案或ASTM等测试方法来记录，大多数测试方法都是针对水溶性杀菌剂的，检测或记录通过疏水涂层快速杀灭细菌的试验方法要么不可用，要么不被普遍接受。因此，在这个阶段，在更持久的疏水性涂料上记录如此快速的数据是不可能的。同样，由于测试机构缺乏合适的测试方法，这种长效抗菌涂料的时效性研究也不太可能。

存在这么多的变量，使用抗菌涂料是否值得？

仍然困惑吗？我们可以考虑一个情景，比如购买保险（健康/人寿/汽车等），对于大多数健康、安全的人来说，购买保险似乎是一种巨大的浪费。然而，如果一个人陷入一些不幸的境地，保险保障就是存在的。考虑抗菌涂层作为防护，防止像COVID-19这样严重的传染病，大多数主动和受保护的用户可能不需要它，但在需要时它便会起作用。正如政府要求大家购买保险一样，我们正在教育客户和政府，由于人口不断增长和疾病的迅速传播，此类涂层材料现在是必不可少的。

如何选择能提供充分保护的真实产品？

并非所有的产品都是由专家开发和生产出来的。几家如雨后春笋般涌现的公司提供抗菌涂层产品，这可能会让客户面临更高的感染风险，更好的市场营销产品并不意味着它将提供更好的保护。建议对不同搜索引擎提供的产品进行较好和深入的研究。了解公司历史，调查其真实性，检查他们的专业水平，提出困难的问题，并在完全满意的情况下才选择。按照指示使用时，精心设计和开发的抗菌涂层可以像其他杀菌剂一样提供长期保护。

是否有任何快速方法或手持测试设备来监测受感染的表面？

大多数能够探测看不见的微生物的仪器都非常复杂，不易使用。清洁机构一直在使用ATP生物发光计，记录有机物质(包括活细胞)中作为相对光单位的三磷酸腺苷(ATP)浓度。基于ATP仪表的测试方法是大致的指标，不那么准确。来自ATP测量仪的数据记录了活的和死的微生物的值（并不是大多数的病毒），这取决于设备和表面擦拭的方式。尽管选择了核心的生物标记物，甚至测量时间非常快，但该技术仍存在一些重大的差距，无法超越基于实验室的标准方法。

例如，病毒无法被分析。此外，ATP猝灭是一个严重的问题，通常会导致错误的低计数（甚至不计数）。因此，低于可接受水平的低计数不一定意味着表面是清洁的。已经发现，拭子、拭子使用方法、拭子在表面上的压力以及使用的仪器在读数中均起着重要作用。对于涂层表面，由于抗病毒活性所需的高水平表面电荷转移复合物，这些参数变得更加关键。研究还发现，用水清洗涂层表面后，表面涂层上的ATP读数下降到非常低的值，这表明死去的微生物被用水清洗过，对ATP读数没有贡献。在记录ATP读数之前，用纯水清洁表面几次可能会很有意义。然而，来自ATP测量仪的数据只是一个定性指标，只有通过使用ASTM和ISO方法进行严格的实验室测试，才能获得可靠的结果。

结论

重要的是要记住，虽然涂料和杀菌剂用途不同，但抗菌涂料是杀菌效果与涂料美观之间的恰当结合。选择合适的产品，并在使用过程中小心仔细，对于在不断增长的人口中长期防止传染病的传播至关重要。

致谢： 作者要感谢Natarajan Ganesan博士在撰写本文时提供的帮助。

声明: 本文旨在让读者了解抗菌涂层技术，也并未试图为任何产品背书，也未试图将某一产品与另一产品进行比较或比较其优越性。本文所写内容皆为作者的观点，与Flora涂料公司无关。此处显示的信息就作者的知识而言已是最好，但可能并非完全准确。

本文收录在《PCI中文版》杂志2022年5月刊中