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2020年3月11日，世界衛(wèi)生組織宣布COVID-19疫情已經(jīng)構(gòu)成全球大流行，至今已經(jīng)過去了兩年多的時(shí)間，如今病毒仍在肆虐，世界很多國家和地區(qū)都受到了嚴(yán)重影響，近期，我國多個(gè)地區(qū)再次出現(xiàn)疫情，威脅大家的身體健康，也會(huì)阻礙經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

作為材料人，能做點(diǎn)什么呢？

道哥看到澳洲科學(xué)研究組織（Cisro）在實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)顯示：新冠病毒在30°C下，在鈔票、塑料、玻璃和不銹鋼表面可存活7天，在乙烯基和棉花表面可存活3天。

就這個(gè)話題，開展了科研精神的調(diào)研工作。

先來看下新冠病毒

新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）是目前已知的第7種人類冠狀病毒，能夠引起人類和動(dòng)物感染，導(dǎo)致新型冠狀病毒肺炎（Coronavirus Disease 2019，COVID-19）。

SARS-CoV-2傳播途徑復(fù)雜多樣，其在環(huán)境中的存活時(shí)間越久，波及范圍就越廣，增加人群感染的風(fēng)險(xiǎn)，也給疫情防控帶來巨大挑戰(zhàn)。

現(xiàn)有研究工作發(fā)現(xiàn)

[1]Aerosoland surface stability of SARS-CoV-2 as compared with SARS-CoV-1[J].N Engl J Med, 2020;[2]SARS病毒在外界環(huán)境物品中生存和抵抗能力的研究[J].中國消毒學(xué)雜志，2003;[3]Stability of SARS-CoV-2 in different environmental conditions [J]. Lancet Microbe,2020.

在不銹鋼表面的存活時(shí)間

不銹鋼材料具有良好的耐蝕性、力學(xué)性能和可加工性，因而在近些年得以飛速發(fā)展并被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。很多生活、工業(yè)用品采用不銹鋼材料制成，如餐具、電梯表面、扶手、門把手等。由上表研究表明，在實(shí)驗(yàn)條件下，SARS-CoV和SARS-CoV-2病毒可在不銹鋼表面存活2~7d左右。

在銅表面的存活時(shí)間

銅是人類最早發(fā)現(xiàn)和使用的金屬之一，在我國的消費(fèi)量僅次于鋁。由上表研究表明，在實(shí)驗(yàn)條件下，SARS-CoV和SARS-CoV-2病毒在銅制品表面存活4~8h左右。

不銹鋼材料具有良好的耐蝕性、力學(xué)性能和可加工性，因而在近些年得以飛速發(fā)展并被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。2021年，中國不銹鋼粗鋼產(chǎn)量為3063.2萬噸，被廣泛用在我們生活的方方面面，如何改進(jìn)不銹鋼的性能，增進(jìn)抗菌性能，減少有害微生物對(duì)生活的潛在威脅呢？

結(jié)合上表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可否兼具不銹鋼和銅的優(yōu)良特性？既具有銅的抗菌、抗病毒性能，同樣具有不銹鋼的優(yōu)良性能呢？

含銅不銹鋼

含銅抗菌不銹鋼是指以不銹鋼為基體材料向其中熔合一定比例的金屬Cu元素，在之后的加工流程中，通過獨(dú)特的金屬熱加工工藝，使得具有特定尺寸和結(jié)構(gòu)的富銅相ε-Cu基體材料中高度彌散析出，這種富銅相的存在使不銹鋼具有了優(yōu)良的抗菌性能。

有解釋稱：

含銅抗菌不銹鋼的抗菌機(jī)理是，在抗菌熱處理之后富銅相ε-Cu高度彌散，這使得不銹鋼表面的銅離子更易于溶出，在其與細(xì)菌觸碰之后會(huì)摧毀細(xì)胞質(zhì)外的保護(hù)結(jié)構(gòu)，造成細(xì)菌胞漿流露，無法進(jìn)行正常的新陳代謝，進(jìn)而死亡。含銅不銹鋼的抗菌機(jī)制與靜電場(chǎng)吸附殺菌機(jī)制相吻合，細(xì)菌的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁帶負(fù)電荷，金屬離子帶正電荷，異性電荷相互吸引使得細(xì)胞的生存環(huán)境紊亂，抑制呼吸作用，導(dǎo)致細(xì)胞的“接觸死亡”。在此過程中會(huì)發(fā)生細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的變形，使蛋白質(zhì)和酶的作用受阻，細(xì)胞代謝功能紊亂，發(fā)生穿孔破裂，造成細(xì)胞膜溢流，這現(xiàn)象被稱為“溶解死亡”。

銅對(duì)病毒的作用就像是“肥皂對(duì)脂肪那樣”，當(dāng)金屬離子接觸到病毒包膜（一層糖蛋白）時(shí)，包膜就會(huì)破裂，病毒也隨之被破壞。

中國科學(xué)院金屬研究所發(fā)現(xiàn)抗菌不銹鋼所表現(xiàn)出的抗菌性能不僅與加入的金屬元素的殺菌性能有關(guān)，抗菌元素在抗菌不銹鋼表面的存在形式也同樣非常重要，銅固溶在基體中是不夠的，只有富銅相ε-Cu形成后材料才會(huì)使材料具有良好的抗菌性能。與此同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)含銅抗菌不銹鋼還兼具良好的生物安全性和長效抗菌性能，這使得含銅抗菌不銹鋼的研發(fā)得到迅速發(fā)展。

上個(gè)世紀(jì)末期，NISSHIN STEEL發(fā)明出殺菌性能的含銅不銹鋼材料，此后研發(fā)并生產(chǎn)能夠有效殺滅細(xì)菌且加工性能良好的一系列含銅不銹鋼產(chǎn)品，即“NSSAM”系列不銹鋼材料。本世紀(jì)初期，日本利用金屬注射成型的工藝將粒度為μm級(jí)別的不銹鋼與銅混合，通過添加粘結(jié)劑攙合造粒后，在特定氣氛下進(jìn)行燒結(jié)加工得到了性能良好的含銅抗菌不銹鋼材料。在這之后，日本的其他科研團(tuán)隊(duì)以及公司均研發(fā)出其他種類的殺菌性能良好的含銅不銹鋼產(chǎn)品。

我國含銅抗菌不銹鋼的相關(guān)研究中，中國科學(xué)院金屬研究所在2000年就成功制備出含銅的抗菌不銹鋼，并對(duì)其進(jìn)行一系列研究測(cè)試后，含銅抗菌不銹鋼的研究得到逐步開展。在這之后，上海交通大學(xué)與上海寶鋼技術(shù)中心聯(lián)合又對(duì)含銅含氮不銹鋼材料微觀組織、抗菌性能進(jìn)行了深入的研究，并結(jié)合熱力學(xué)分析計(jì)算對(duì)其進(jìn)行了解釋，之后將這種材料投以生產(chǎn)。武漢科技大學(xué)利用金屬蒸汽真空弧技術(shù)并調(diào)整工藝參數(shù)，成功得到不銹鋼銅離子注入層，該材料能夠有效殺滅試驗(yàn)用的典型微生物。生產(chǎn)方面，上海寶鋼以及太鋼等已經(jīng)可以成功自主生產(chǎn)抗菌不銹鋼產(chǎn)品，并成功投入商業(yè)化。

近期有報(bào)道稱，香港大學(xué)工程學(xué)院采用粉末冶金的生產(chǎn)工藝，將不銹鋼中銅的含量提升至20%，獲得了具有抗新冠病毒特性的不銹鋼。這樣制得的高含銅量不銹鋼，不僅能避免“銅脆”現(xiàn)象，而且其富銅沉淀物能均勻分布在整個(gè)金屬制品中，即使制品表面磨損也不會(huì)影響其抗病毒效果。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，6小時(shí)可殺滅99.99%的新冠病毒，標(biāo)志我國新型含銅抑制病毒的不銹鋼研究上了新臺(tái)階。

材料人的研究還在繼續(xù)，部分研究還有待產(chǎn)業(yè)化，部分產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品還有待降本。我國的抗菌不銹鋼生產(chǎn)技術(shù)在世界范圍內(nèi)是領(lǐng)先的，抗菌不銹鋼未來還可以有更大的用途，在醫(yī)療器械抗感染方面的應(yīng)用最被看好，隨技術(shù)的發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)在日常生活中的大規(guī)模應(yīng)用，提高行業(yè)整體水平。