耐用涂层能在几分钟内杀死COVID病毒和其他细菌

诸平

Fig. 1 The image remains clear even through a thick layer of the antimicrobial coating. Credit: Anish Tuteja, University of Michigan

Fig. 2 These images show the bacterial load on a coated and uncoated computer keyboard, cell phone and cutting board with raw chicken. Credit: Anish Tuteja, University of Michigan

Fig. 3 Graphical abstract

据美国密歇根大学（University of Michigan）2022年8月26日提供的消息，耐用的涂层能在几分钟内杀死COVID病毒和其他细菌（Durable coating kills COVID virus, other germs in minutes）。

在我们与细菌的长达几个世纪的战斗中，可能很快就会出现一种新的武器:第一种耐用的涂层，它可以迅速杀死细菌和病毒，并能连续数月杀死它们。

它由美国密歇根大学的工程师和免疫学家组成的团队开发的，被证明对SARS-CoV-2(导致COVID-19的病毒)、大肠杆菌（E. coli）、 耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（Methicillin-resistant Staphylococcus aureus简称MRSA）和各种其他病原体都是致命的。

即使在键盘、手机屏幕和涂满鸡肉的砧板等现实世界的表面经过数月的反复清洗、磨损和其他折腾后，它仍能杀死99.9%的微生物。相关研究结果于2022年8月24日已经在《材料》（Matter）杂志网站发表（印刷出版需要等到2022年11月初）——Abhishek Dhyani, Taylor Repetto, Dylan Bartikofsky, Carmen Mirabelli, Zhihe Gao, Sarah A. Snyder, Catherine Snyder, Geeta Mehta, Christiane E. Wobus, J. Scott Van Epps, Anish Tuteja. Surfaces with instant and persistent antimicrobial efficacy against bacteria and SARS-CoV-2. Matter, Available online 24 August 2022. DOI: 10.1016/j.matt.2022.08.018. https://dx.doi.org/10.1016/j.matt.2022.08.018

参与此项研究的有来自美国密歇根大学大分子科学与工程（Macromolecular Science and Engineering）部门、生物界面研究所（Biointerfaces Institute）、材料科学与工程系（Department of Materials Science and Engineering）、微生物与免疫学学系（Department of Microbiology and Immunology）、化工系（Department of Chemical Engineering）、急诊医学系（Departments of Emergency Medicine）、生物医学工程系（Department of Biomedical Engineering）以及密歇根重症监护综合研究中心（Michigan Center for Integrative Research in Critical Care）的研究人员。

密歇根大学材料科学与工程教授、发表在《材料》杂志上的这篇论文的共同通讯作者阿尼什·图特贾(Anish Tuteja)表示，这种涂层可能会改变机场和医院等传统充满细菌的公共空间的游戏规则。

他说:“我们一直没有一种很好的方法来保持机场触摸屏等经常被触摸的表面的清洁。消毒清洁剂可以在一两分钟内杀死细菌，但它们很快就会消失，使表面很容易再次感染。我们确实有基于铜和锌等金属的持久抗菌表面，但它们需要几个小时才能杀死细菌。我们研制的这种涂层为快速杀菌和持久耐用提供了最好的选择。”

这种涂层是透明的，可以刷涂或喷涂，通过以一种新的方式结合经过试验的可靠成分，从而获得耐用性和杀菌能力。它使用了从茶树油（tea tree oil）和肉桂油（cinnamon oil）中提取的抗菌分子，几个世纪以来，这两种油都是安全有效的杀菌剂，两分钟内就能见效。这种涂层的耐久性来自于聚氨酯（polyurethane），这是一种坚韧的、像清漆一样的密封剂，通常用于地板和家具等表面。

阿尼什·图特贾说:“我们测试的抗菌剂被美国食品及药品管理局（FDA）列为‘一般认为安全的’，有些甚至被批准为食品添加剂。”聚氨酯是一种安全且非常常用的涂料。但为了确定这一点，我们做了毒性测试，结果发现，我们特定的成分组合甚至比当今的许多抗菌剂（antimicrobials）更安全。”

该研究的耐久性测试结果表明，这种涂层可以在其油脂蒸发并降低消毒能力之前，杀灭细菌6个月或更长时间。阿尼什·图特贾说，即便如此，还可以用新油对其进行擦拭，使其表面重新吸收新油，再次恢复消毒杀菌能力，开始新循环。

阿尼什·图特贾估计这项技术可以在一年内投入商业应用;已经授权给了Hygratek公司，该公司是阿尼什·图特贾在密歇根大学创新伙伴关系(U-M Innovation Partnerships)的帮助下成立的一家派生公司。

关键的挑战是如何将油和聚氨酯结合起来，使油分子既能杀菌，又能防止它们快速蒸发。研究团队包括材料科学（materials science）与工程与生物医学工程副教授吉塔·梅塔（Geeta Mehta），共同通讯作者;材料科学与工程博士生阿布舍克·迪亚尼（Abhishek Dhyani）和泰勒·雷佩托（Taylor Repetto），共同第一作者。他们发现了交联的一种可能的解决方案，交联是一种众所周知的过程，使用加热在分子水平上连接材料。较小的油分子容易与交联聚合物分子结合，形成稳定的基质。

但要杀死细菌，油分子需要穿透它们的细胞壁，如果它们紧紧地拴在基质中，就无法做到这一点。最终，他们找到了一个中间地带，通过部分交联这些材料，使其中一些油分子（oil molecules）能够自由发挥作用，而另一些则与聚氨酯紧密结合。

阿尼什·图特贾说:“经过了一些尝试和错误，但我们最终发现，交联只起到了我们需要的作用。游离油倾向于与交联到基体中的油留在一起，帮助涂层使用更长时间。”

一旦基本配方确定，研究人员就开始寻找一种有效成分的组合，可以杀死各种各样最困扰人类的细菌。为了确定一个具有代表性的微生物样本，他们与密歇根大学医学院的微生物学和免疫学副教授克里斯蒂安·沃布斯(Christiane E. Wobus)和急诊医学副教授斯科特·范·埃普斯(J. Scott Van Epps)合作。最终，他们找到了一种有效、安全、廉价的抗菌分子的精确平衡。

阿尼什·图特贾强调，他们不会拘泥于一个特定的配方;该团队对单个成分的特性的理解使他们能够针对特定的应用调整配方，或重新平衡抗菌剂以杀死特定的细菌。

阿尼什·图特贾说:“我们的目标绝不仅仅是开发一种一次性涂层，而是开发一种基础材料属性库。如果我们能了解这些特性，那么我们就能开发出满足特定应用需求的涂料。”

密歇根大学已经申请了这项技术的专利。

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

'Everything-repellent' coating could kidproof phones, homes 

Highlights:

l         Describes durable coatings with instant and persistent antimicrobial activity

l         Coatings incorporate natural antimicrobial oils that are generally regarded as safe (GRAS).

l         Coatings possess broad-spectrum antimicrobial properties, and can be applied to virtually any desired surface via dip- or spray-coating.

Summary

Surfaces contaminated with bacteria and viruses contribute to the transmission of infectious diseases and pose a significant threat to global public health. Modern day disinfection either relies on fast-acting (>3-log reduction within a few minutes), yet impermanent, liquid-, vapor- or radiation-based disinfection techniques, or long-lasting, but slower-acting, passive antimicrobial surfaces based on heavy metal surfaces, or metallic nanoparticles. There is currently no surface that provides instant and persistent antimicrobial efficacy against a broad spectrum of bacteria and viruses. In this work, we describe a class of extremely durable antimicrobial surfaces incorporating different plant secondary metabolites which are capable of rapid disinfection (>4-log reduction) of current and emerging pathogens within minutes, while maintaining persistent efficacy over several months and under significant environmental duress. We also show that these surfaces can be readily applied onto a variety of desired substrates or devices via simple application techniques such as spray-, flow-, or brush-coating.