加拿大公司開發專利技術生產抗菌鋁，抑制細菌和病毒傳播！

 

圖1A3Surfaces已經開發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MaximeDumont和JocelynLambert有了創造抗菌鋁的想法。在他們的研究過程中，他們發現在陽極氧化的鋁上應用現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。A3Surfaces.成立于2015年，位于加拿大魁北克，由MartinLambert與聯合發明人MaximeDumont和JocelynLambert組建，旨在進一步開發抗菌鋁的潛力。A3Surfaces在創建過程中，得到了力拓區域經濟發展團隊（RegionalEconomicDevelopmentTeam）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A3Surfaces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系，并幫助A3Surfaces與各級政府監管部門的協調工作。隨著時間的推移，A3Surfaces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，A3Surfaces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x1英尺寬x2英尺深）。現有設備用于研究和開發工作，同時可以完成陽極氧化抗菌零件的現有合同。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x3英尺x4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。A3Surfaces的部分商業模式，通過商業許可進行，因為陽極氧化市場與用戶直接掛鉤。

 

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圖2A3Surfaces生產示范線（旁站立者為A3Surfaces總裁MartinLambert）

 

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。

 

A3Surfaces技術副總裁Jean-LucBernier說：“我們測試了大量生物殺滅劑，發現季銨鹽化合物（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。在醫療機構，QAC和銀已經應用多年，并得到了衛生當局的批準。”

 

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）規范進行監控。大多數問題，是由于質量無法保證而發生的。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，必須監測生物殺滅劑的濃度和污染情況。。

 

封閉是納米孔閉合的一個階段。采用專利技術監測密封工序。

 

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NathalieFaucheux博士和LouisCharlesFortier博士進行的研究發現，經過A3Surfaces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NathalieTufenkji教授進行了測試，結果表明，接觸A3Surfaces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%。

 

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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，發現產品的生物抗菌性與初期相當。根據這些測試，A3Surfaces估計抗菌處理后的鋁產品的預期壽命為20年。

 

目前，來自A3Surfaces的UmanProtek產品數量有限。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，相比連續薄板卷陽極氧化而言，采用擠壓板是不經濟的。A3Surfaces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。

 

A3Surfaces正在與Chicoutimi大學醫院和魁北克政府合作，進一步證明該技術在醫院環境中的有效性（圖4）。有效性檢驗按如下方式進行：使用由獨立實驗室監控的2個房間，一個房間為標準的醫院房間，其中配備典型的使用設備；另一個房間被改造，并用A3Surfaces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，對比實驗將繼續進行。

 

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圖4該項技術正在一家醫院進行測試，以驗證其抗菌能力力拓將在抗菌鋁技術的整個試驗階段繼續提供資金和后援支持。2020年，力拓將專注于幫助A3Surfaces開發其商業模式和計劃，同時協同開發市場。魁北克省區域經濟發展部（RegionalEconomicDevelopmentQuebec）主任EmmanuelBergeron說：“A3Surfaces在魁北克進行的此類創新，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。”