电梯按键滋生新冠病毒?激光技术造就金属表面可瞬间杀菌


普渡大学的研究人员开发了一种激光对金属表面进行织构化的技术,可以潜在的将几乎任何金属的表面转换成可以快速杀灭同它的表面相接触的细菌。这一研究,发表在期刊《Advanced Materials Interfaces》上。这一研究成果,将会有助于我们打破常见的超级细菌的传播链条和削减由于同这些金属表面进行非直接接触所造成的感染。



激光在铜表面制备出织构的表面,可以提高其表面抗菌的性能


细菌性病原体可以在物体表面存活数天。众所周知的新冠病毒在低温环境下在更多的物体表面可以存活多天而进行传播。如何对我们经常接触的表面,如球形门拉手,电体按键进行经常性的杀灭?


来自普渡大学的研究人员采用激光表面处理技术可以潜在的将几乎任何金属表面转换成可以快速的杀灭细菌的金属表面,激光所进行的操作只是将金属表面形成一种特殊的织构。


在发表在期刊《Advanced Materials Interfaces》的研究中,研究人员报道了这一新技术,可以使得铜的表面快速的杀死诸如MRSA(耐甲氧西林葡萄球菌)类型的超细菌(抗生素不能轻易杀死)。



铜一直以来都被作为抗菌材料,其应用历史已经超过一个世纪。但是,比较典型的是,铜作为抗菌杀菌材料,往往需要数小时才能杀死铜表面的细菌。


如今,普渡大学的研究人员采用一步法激光织构技术就可以有效的在铜的表面制备出显著具有杀菌功能的表面织构来。


这一技术不仅仅可以定制用来杀死诸如当前正在流行的COVID-19新冠病毒,这一病毒比细菌要小得多。


细菌性病原体可以在物体表面存活数天。那么对于我们经常接触到的门把手,电梯按键上的病毒如何实现立即灭杀?


自从发表了这一研究工作之后,普渡大学的Rahimi研究团队开始使用这一技术在其它金属和聚合物表面上进行测试,以减少在这些物体表面上细菌生长的风险和在骨科植入物或可穿戴物品上用于慢性伤口恢复时可能的生物膜的形成等。


使得植入物具有抗菌的表面将会阻碍感染风险的传播和提高抗菌素的能力,这是因为这样的话,就不再需要使用抗生素来杀死植入物表面的细菌了。


这一技术将会应用到金属的表面,使得它同时具有抗菌的性质。


金属如铜经常具有光滑的表面,这使得它很难杀死同它直接接触的细菌。


普渡大学Rahimi团队使用激光在金属表面制备出具有纳米尺度的织构图案。这一图案形成一个粗糙的纹理从而增加其表面积,使得有机会让更多的细菌可以撞击金属的表面从而在撞击点发生断裂。



激光处理铜的表面后,使得铜表面的织构可以允许金属立即杀死细菌。


在过去,研究人员使用过不同的纳米涂层来提高金属表面的抗菌灭杀性能,但比较遗憾的是,这些涂层有剥落的倾向和存在对环境有毒的害处。


我们采用激光在金属表面有选择性的产生微纳结构的表面具有鲁棒性,直接在金属表面生成微纳结构而不需要改变铜金属的整体性能。


激光织构后的金属表面具有双重的效应:该技术不仅可以直接提高接触的效果,同时还会使得表面更加亲水。对于骨科植入物来说,这一表面有助于骨细胞更好的扎根生长,提高了植入物同骨头的融合生长。研究团队在对纤维母细胞的研究中观察到了这一效应的存在。


由于该技术的简单方便和技术的可拓展性,研究人员相信该技术可以非常容易的将其应用在医疗器械的制造工艺中。


基于这个新的技术,这一技术是靠金属本身起作用。他们使用激光技术在金属表面来刻蚀出纳米尺度的沟槽,增加了金属的表面积并由此提高了其抗细菌的性能。基于这一自然的金属表面进行工作使得这一技术比现存的技术要坚固的多——它不存在污染或者损害环境的问题。


这一技术使得门把手,电梯按键等变得更加卫生。然而,Rahimi及其团队正在研究将这一技术应用于骨科植入物和可穿戴伤口贴片。植入物在人体的免疫系统中具有易碎的特点,这时会因为植入物属于内在的外来物体。这就意味着必须采用额外的措施来保护植入物这些容易受感染的区域。通常的,采用抗生素来保护细菌生物膜的形成,但这样做就会造成细菌中抗生素的耐药性。


普渡大学的激光蚀刻技术可以阻止这一事情的发生,这是因为巨大的推动使得植入物表面的抗菌的能力得到加强,而不需要使用抗生素或抗粘附涂层,使用抗生素或抗粘附涂层的话,这就使得植入物自体内的整合变慢。


文章来源: “Hierarchical Micro/Mesoporous Copper Structure with Enhanced Antimicrobial Property via Laser Surface Texturing” by Vidhya Selvamani, Amin Zareei, Ahmed Elkashif, Murali Kannan Maruthamuthu, Shirisha Chittiboyina, Davide Delisi, Zheng Li, Lirong Cai, Vilas G. Pol, Mohamed N. Seleem and Rahim Rahimi, 11 February 2020, Advanced Materials Interfaces. DOI: 10.1002/admi.201901890


https://www.purdue.edu/newsroom/releases/2020/Q2/now-metal-surfaces-can-be-instant-bacteria-killers,-thanks-to-new-laser-treatment-technique.html和Purdue University photo/Kayla Wiles


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