载银氧化铝除菌技术用于舰艇舱室表面消毒的可行性分析

2020-12-15张建平仇顺海陈双红任小孟莫琳芳

海军医学杂志 2020年6期

张建平，仇顺海，陈双红，任小孟，莫琳芳

新时期海军作训任务实现近海防御与远海护卫相结合的战略转型，要求海军舰(潜)艇具备更长的续航能力和自持力，对官兵工作居住的舱室环境提出更高的质量要求。海军舰(潜)艇舱室环境封闭或半封闭、内部空气与外界交换有限，舱室环境高温高湿，导致微生物成为舰艇舱室主要的生物污染因子。对作训官兵健康构成潜在危害，影响部队作业效能[1]。

微生物达到一定临界浓度可造成人员感染及过敏等健康损害，部分微生物对武器装备及精密仪器造成腐蚀性破坏，微生物分解代谢的有毒有害及异味气体对环境造成二次污染，影响人员健康和设备安全[2]。目前舰艇舱室表面微生物原位消除手段配置有限，航行期间部分舱室表面、仪器仪表缝隙等部位易霉变且难以清除，部队反映强烈。笔者通过分析密闭舱室微生物表面消毒方法的技术要求，对比四种常用消毒技术的环境适应性能，探讨载银氧化铝除菌技术应用于密闭舱室微生物表面消毒领域的可行性。

1 舰艇密闭舱室微生物表面消毒技术的选择要求

海军舰艇舱室封闭或半封闭、作训期间只能部分新风，且官兵作业战位任务繁重，舰艇环境日常卫生维护基本是由官兵机动战位调剂完成相关作业。因此，常态化使用的舰艇密闭舱室微生物表面消毒技术应符合以下特殊要求：(1)操作简单方便，对操作人员专业技术要求较低。(2)性能稳定、杀菌广谱、效率较高。(3)不产生二次污染、无蓄积毒性、无腐蚀性。(4)应急状况下使用消毒剂时，应无挥发性。(5)低毒，不产生刺激性气味，无皮肤、呼吸道刺激性，无吸入毒性。

2 备选消毒技术的适应性分析

2.1 化学消毒化学消毒是通过化学消毒液与菌体的蛋白质结合，使蛋白质变性、沉淀而达到抑菌或杀菌作用，常用的消毒液有含氯消毒剂、苯酚、乙醇、来苏尔、高锰酸钾、福尔马林等。化学消毒技术操作简单方便、杀菌广谱、效率高，缺点是化学消毒剂多具有刺激性气味，存在蓄积毒性或二次污染，不适合密闭环境常态化应用，部分国家已绝对禁止化学消毒液在密闭舱室使用(应急沾染洗消除外)。

2.2 紫外线消毒紫外线杀菌是通过紫外线照射，破坏及改变细胞脱氧核糖核酸结构，使细菌死亡或不能繁殖，达到杀菌消毒的目的。紫外光谱分为UVA(320～400 nm)、UVB(290～320 nm)、UVC(190～290 nm)、真空紫外线(100～190 nm)[3]。UVA、UVB的光量子能量相对较低，单独照射时对单细胞生物的灭火作用弱于UVC，UVC对单细胞生物的杀伤作用强，其中波长253.7 nm左右的紫外线更易被生物体的DNA吸收，杀菌效果最佳。波长184.9 nm的紫外线能电离空气中的氧分子，产生臭氧[3-4]。紫外线杀菌技术杀菌范围广而迅速，设备结构简单，多用于空间内循环消毒。常用的普通紫外消毒灯杀菌需要一定的作用时间，一般单次有效工作时间不低于30 min，且在照射过程中会消耗环境中的氧气产生臭氧，有气味、刺激呼吸道黏膜。消毒时，物品不宜相互遮挡，紫外线照射不到的部位消毒作用有限。舰艇舱室仪器设备密集，24 h有人工作或休息，紫外线表面消毒局限性大。目前，部分舰艇中会议室兼做手术室配有紫外灯，但在潜艇中，会议室也有艇员居住，因此，紫外线消毒装置应用受限。

2.3 光催化消毒光催化剂大多是半导体材料。当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时，半导体的价带电子发生带间跃迁，产生光生电子和空穴。此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子，而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性，能将绝大多数有机物氧化成二氧化碳和水。光催化消毒技术优点是杀菌广谱，性能稳定，缺点是消毒过程中会产生少量有害副产物氮氧化合物，刺激呼吸系统。目前，光催化消毒技术多用于固定式空气净化末端补充装置，表面消毒技术还不成熟。

2.4 银制剂消毒从19世纪开始，科学家们就开始应用银及其复方制剂来抑菌、杀菌。银离子与细菌接触后，靠库仑引力牢固吸附于细胞膜上，接着击穿细胞壁进入细胞内，破坏细胞合成酶的活性，细胞就会丧失分裂增殖能力而死亡。银制剂广谱抗菌、无刺激性气味、不产生二次污染，已应用于大肠杆菌、白色念珠菌等细菌的消毒[5]。目前，银制剂应用的消毒领域非常广泛。一是用于空气消毒。含银浓度为50～500 mg/L的含银杀菌剂可用于空气的消毒。二是用于饮水消毒。英、美、德国的学者近年来都对银离子消毒饮用水做了深入的研究。国内有研究将铜、银离子与氯协同对饮用水进行消毒，发现对微生物的灭活效果良好。三是用于物品表面消毒。由于银离子具有安全广谱的杀菌作用, 可用于多种物体表面的消毒，如仪器仪表操作台、门把手、鼠标、键盘等。四是用于纳米银抗菌医用敷料。含纳米银抗菌医用敷料是采用纳米处理技术将银超细颗粒集成到医用无菌纱布上，用于烧烫伤创面保护，起到抑菌消毒和预防感染的作用。五是用于食品储存加工。将银离子整合到冰箱内壁、切菜板、食品储存袋的材料上，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、肠炎菌、沙门杆菌都具有一定杀灭作用。六是用于抗菌纤维制品。银离子与纤维结合，可制成抗菌性面料，用于防臭毛巾、内衣裤、袜子等被服用品，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌等都具有较好的抑菌效果。

3 载银氧化铝除菌技术的研究进展分析

银制剂消毒技术安全、高效，目前国内已开展多种载银复合消毒技术研究，如载银沸石、载银二氧化钛、载银氧化铝等。其中，载银氧化铝除菌新技术，杀灭微生物广谱、无二次污染，有望应用于密闭舱室微生物表面消毒领域。

铝质轻，已广泛应用于航空、航天等领域。铝有较强的还原性，有空气或氧化剂存在时可氧化成具有晶格间隙的Al2O3晶体，在其中掺入微量杂质进行改性，可制成新型功能性材料。在空气中和无需光照的条件下，Ag/Al2O3对SARS冠状病毒、多形德巴利酵母菌和大肠杆菌等具有很好的杀灭作用[6]。张维丽等[7]在铝合金表面沉积出粒度为1 μm以下的银颗粒，铝合金抗菌层的表面抗菌测试结果表明，抗菌沉积层对大肠杆菌的杀菌率可达到96%以上。吴蓓蓓等[8]用对Al2O3膜表面进行抗菌处理，制备载银陶瓷微滤膜，发现载银膜对大肠杆菌和金黄葡萄球菌杀菌率达到99.99%。

Ag/Al2O3除菌技术能将细菌氧化分解成小分子二氧化碳和水，同时具备环境表面原位杀菌和自净能力，在密闭载人环境应用优势明显，而且Al2O3基质延展性好，通过优化材料结构和制备工艺可以多维度开发Ag/Al2O3新型抗菌材料，应用于舰艇仪器仪表、操作台、舱室内壁、门把手等易滋生细菌等微生物的部位，还可以用于舰艇精密器件防腐、饮水过滤消毒、食品包装贮存、被服装具抗菌、污废物品收纳等领域(常用微生物表面消毒技术对比如表1所示)。