Konstruerte kobberoverflater har flyttet seg fra laboratorienysgjerrighet til et praktisk svar for høy-berøringsmaskinvare, fordi de reduserer bakteriemengden uten å være avhengig av forbrukbare kjemikalier. Denne artikkelen forklarer hvordan en mikro-porøs kobberoverflate produseres, hvilken ytelse som er målt mot Staphylococcus aureus, og hvilke kvalitetskontroller som betyr noe når materialet kjøpes i industrielle mengder.
Kobberioner frigjort fra en metalloverflate er giftige for bakterieceller, og det er grunnen til at kobber lenge har vært brukt mot stammer som Staphylococcus aureus. På en standard kobberoverflate blir omtrent 97 % av Staphylococcus aureus-cellene drept innen fire timer. Denne perioden er for lang for mange berøringsapplikasjoner, så forskningsgrupper har konsentrert seg om å akselerere ionefrigjøring.
Den mikro-porøse strukturen og fjerningsveien for kam
Det nye materialet er laget av en spesiell kobberstøpeprosess som arrangerer kobber- og manganatomer i en definert struktur. Manganet fjernes deretter ved et rimelig-og skalerbart kjemisk delegeringstrinn, og etterlater en overflate av i det vesentlige rent kobber fylt med hulrom i mikron-skala og nanoskala. Sett under et skanningselektronmikroskop med 2000 ganger forstørrelse viser overflaten et mikro-kammønster med mindre nanoporer inne i hver tann, noe som gir et veldig stort aktivt overflateareal. Det samme mønsteret gjør overflaten superhydrofil, så vann eksisterer på den som en flat film i stedet for å danne dråper.
Hvorfor den porøse overflaten virker raskere
To effekter kombineres. Først strekker den hydrofile karakteren og nanostrukturen bakteriecellen slik at den sliter med å holde formen. For det andre frigjør det porøse nettverket kobberioner raskere enn en vanlig rullet overflate. Sammen forårsaker disse effektene strukturell nedbrytning av bakteriecellen, noe som gjør den mer utsatt for giftige kobberioner, og de fremmer også opptak av kobberioner i cellen. Det er denne kombinasjonen som i stor grad akselererer eliminering av bakteriene, og resultatet ble oppnådd uten hjelp av noen medisiner.
Målt antibakteriell ytelse
| Parameter | Standard kobberoverflate | Konstruert mikro-porøst kobber |
|---|---|---|
| Drapshastighet for Staphylococcus aureus | Omtrent 97 % innen fire timer | Over 99,99 % innen to minutter |
| Relativ hastighet | Grunnlinje | Omtrent 120 ganger raskere |
| Overflatefuktbarhet | Ikke spesifisert | Superhydrofilt, vann sprer seg som en flat film |
| Aktiv overflate | Vanlig rullet eller støpt hud | Mikronhulrom som inneholder porer i nanoskala |
| Kjemisk assistanse | Ingen | Ingen |
Applikasjonsområder og utviklingsstatus
Når prosessen er videreutviklet, forventes materialet å passe til antibakterielle dørhåndtak og andre berøringsflater i skoler, sykehus, hjem og offentlig transport, samt antibakterielle åndedrettsvern, filtreringsmedier i ventilasjonsanlegg og masker. Relatert arbeid er å evaluere effektiviteten til det forbedrede kobberet mot innkapslede virus, inkludert tester på tre-dimensjonalt trykte prøver. Kobberoverflater har også tiltrukket seg regulatorisk anerkjennelse for antiviral bruk, og den underliggende prosessen er patentert i flere markeder, inkludert USA, Kina og Australia.
Helsetjenester og offentlig transport berører maskinvare der rengjøringsintervallene er lange.
Luftbehandlings- og filtreringskomponenter som må holde seg biologisk rene mellom servicebesøk.
Personlig verneutstyr, hvor en høy drapshastighet reduserer den levedyktige belastningen som bæres på det ytre laget.
Fabrikasjon og kvalitetskontroll for leverandører
For industriell forsyning avgjør tre variabler om den antibakterielle effekten overlever reell tjeneste. Avlegeringsdybden må være tilstrekkelig til å åpne porenettverket, men ikke så dypt at den mekaniske kjernen svekkes. Rester av mangan må være lavt og jevnt fordelt, fordi urørt mangan ikke bidrar til ionefrigjøring. Poreuniformiteten må være stabil over støpingen, siden porestørrelsesfordelingen følger den opprinnelige støpestrukturen. Kjøpere bør derfor be om tverrsnittsmetallografi, gjenværende elementanalyse og testing av gjentatt avlivings-rate etter slitasje- og rengjøringssykluser i stedet for et enkelt laboratoriesertifikat.
Kobber-hovedmateriale av mangan-legering bør bestilles med et tett sammensetningsvindu, og prosessparametere som støpetemperatur og avlegeringstid bør registreres parti for parti. Disse postene er den eneste pålitelige måten å demonstrere at en levert batch vil oppføre seg som den testede prøven.
Ofte stilte spørsmål
Spørsmål: Hvor raskt dreper den konstruerte kobberoverflaten Staphylococcus aureus?
Over 99,99 % av cellene ble ødelagt på to minutter, sammenlignet med omtrent 97 % på fire timer på en standard kobberoverflate, som er omtrent 120 ganger raskere.
Spørsmål: Hvordan produseres det porøse kobberet?
En kobber-manganlegering støpes i en spesiell form slik at atomene får en definert struktur, og manganet fjernes deretter ved et skalerbart kjemisk delegeringstrinn som etterlater rent kobber fullt av hulrom i mikron og nanoskala.
Spørsmål: Trenger materialet medisiner eller kjemiske tilsetningsstoffer for å fungere?
Nei. De rapporterte drapsratene ble oppnådd uten hjelp av noen medisiner; effekten kommer fra strukturen til selve kobberoverflaten.
Spørsmål: Hvorfor er en hydrofil overflate viktig?
Fordi vann sprer seg som en flat film i stedet for å danne dråper, strekkes bakteriecellene mot nanostrukturen og mister formen, mens det porøse nettverket frigjør kobberioner raskere.
Spørsmål: Hvilke applikasjoner er best egnet?
Dørhåndtak og andre ofte berørte overflater i skoler, sykehus, hjem og offentlig transport, sammen med antibakterielle åndedrettsvern, ventilasjonsfiltreringsmedier og masker.
Spørsmål: Hva bør sjekkes før du bestiller en produksjonsbatch?
Be om tverrsnittsmetallografi, analyse av gjenværende mangan og testing av-drepshastighet etter slitasje og rengjøring, fordi disse resultatene viser om porestrukturen har overlevd behandlingen.
