對(duì)于所有人來說，2020年都是不平凡的一年。新冠病毒肆虐，數(shù)以萬計(jì)的人丟失生命，而醫(yī)院作為救死扶傷的第一線，很容易發(fā)生病毒細(xì)菌的接觸和飛沫傳播而造成感染，因此對(duì)能保持表面清潔的抗菌抗病毒治療的需求迫切增加。盡管過往已開發(fā)出一些抗菌表面，但可以殺死病毒的表面仍難以獲得。
近日，澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)的Prasad KDV Yarlagadda團(tuán)隊(duì)受昆蟲翅膀微觀結(jié)構(gòu)的殺菌特性的啟發(fā)，采用濕法刻蝕技術(shù)制備了一種具有優(yōu)異機(jī)械性能的抗病毒和抗菌納米結(jié)構(gòu)鋁合金表面。將細(xì)菌或病毒施加到該表面，3小時(shí)后銅綠假單胞菌和金黃色葡萄球菌大部分被滅活，而普通病毒的存活率在2小時(shí)內(nèi)下降，其抗菌抗病毒能力均優(yōu)于塑料或光滑鋁表面。同時(shí)該納米結(jié)構(gòu)表面表現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性，可承受1000次2000μN(yùn)的循環(huán)載荷而無任何損傷。
本研究首次報(bào)道了具有優(yōu)異機(jī)械性能的抗病毒抗菌納米結(jié)構(gòu)表面，隨機(jī)取向的尖銳的納米結(jié)構(gòu)使細(xì)菌不可逆變形，也能夠破壞病毒包膜或使其困在納米結(jié)構(gòu)中失活。這種表面有可能阻止醫(yī)院物理表面引起的感染傳播。研究人員表示該策略可以擴(kuò)展到游輪、飛機(jī)等其他公共區(qū)域的表面，該團(tuán)隊(duì)目前正在研究這種納米結(jié)構(gòu)鋁合金表面對(duì)新型冠狀病毒的影響。
納米結(jié)構(gòu)鋁合金表面的制備
采用水射流切割技術(shù)將2.5mm的Al 6063合金板切割成直徑為10mm的圓盤。在室溫下采用濕法刻蝕技術(shù)制備納米結(jié)構(gòu)。用2.0M NaOH刻蝕Al 6063圓盤30min、60min和3h，未刻蝕的圓盤作為對(duì)照組。
表面表征
如圖1所示，納米結(jié)構(gòu)隨著刻蝕時(shí)間的增加而變得明顯，在掃描電鏡下觀察到隨機(jī)取向的納米形貌，其中納米結(jié)構(gòu)呈脊?fàn)钆帕?。這種漸縮的納米結(jié)構(gòu)僅在高放大倍率下可見，并且在整個(gè)刻蝕的鋁合金表面上以平行脊?fàn)铍S機(jī)堆積。
如表1所示，隨著刻蝕時(shí)間的增加，表面的潤(rùn)濕性呈現(xiàn)出接觸角減小的趨勢(shì)。對(duì)照表面是疏水的，而納米結(jié)構(gòu)的表面是高度親水的，在不同的表面長(zhǎng)度尺度上，由于形貌的變化，水滴也有可能被吸收，導(dǎo)致疏水性降低。
抗菌性能研究
隨后，研究人員選用銅綠假單胞菌和金黃色葡萄球菌來評(píng)估納米結(jié)構(gòu)表面的抗菌性能。
如圖2所示，銅綠假單胞菌及金黃色葡萄球菌粘附在光滑對(duì)照表面上形成菌落，而在刻蝕表面上，兩種細(xì)菌的細(xì)胞均由于納米結(jié)構(gòu)形貌而塌陷變形。
如圖3所示，附著的銅綠假單胞菌細(xì)胞中約91.9％不能存活，而附著的金黃色葡萄球菌細(xì)胞也有87％的無法存活。以上結(jié)果證明刻蝕得到的納米結(jié)構(gòu)表面具有優(yōu)異的抗菌性能。
抗病毒性能研究
研究人員選擇包膜病毒（RSV）和非包膜病毒（RV）暴露在刻蝕和對(duì)照表面后的一段時(shí)間內(nèi)檢測(cè)存活率，首次表征了納米結(jié)構(gòu)表面對(duì)病毒顆粒的影響。
如圖4所示，在2小時(shí)內(nèi)，納米結(jié)構(gòu)刻蝕表面上的RSV病毒存活率明顯低于對(duì)照鋁和無任何表面的細(xì)胞培養(yǎng)塑料板。而對(duì)于RV病毒來說，在較短的2小時(shí)內(nèi)，與在對(duì)照鋁表面上也顯示出一定程度減少的RSV病毒相比，僅在納米結(jié)構(gòu)表面上觀察到RV病毒存活率的下降。證明了該納米結(jié)構(gòu)鋁合金表面具有很好的抗病毒性能，應(yīng)用于醫(yī)院等場(chǎng)所能夠在一定程度上減少病毒的傳播。
機(jī)械性能測(cè)試
研究人員采用納米壓痕測(cè)試來測(cè)試其耐久性。將2000 μN(yùn)的1000次循環(huán)載荷施加到納米結(jié)構(gòu)表面上，如圖5所示，即使在循環(huán)負(fù)載之后，大多數(shù)納米結(jié)構(gòu)也得以保留。結(jié)果表明，納米結(jié)構(gòu)表面具有優(yōu)異的機(jī)械性能。
結(jié)論
在本篇文章中，使用簡(jiǎn)單的基于氫氧化鈉的濕法刻蝕工藝在鋁合金表面上制造了納米級(jí)形貌，將最初光滑的疏水表面變成了脊?fàn)钣H水表面。
該納米結(jié)構(gòu)表面具有優(yōu)異的抗菌抗病毒性能，能夠裂解87％的附著的金黃色葡萄球菌和92％的附著的銅綠假單胞菌細(xì)胞，與對(duì)照表面相比，在2小時(shí)內(nèi)RSV和RV病毒的存活率顯著降低。
另外，納米結(jié)構(gòu)表面出色的耐久性，可以承受2000 μN(yùn)負(fù)載1000次循環(huán)的重復(fù)作用力而沒有任何損傷。這種納米結(jié)構(gòu)鋁合金表面能夠降低細(xì)菌病毒表面接觸傳播的可能性，對(duì)減少醫(yī)療保健相關(guān)的感染工作將大有助益。
原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsbiomaterials.0c00348
