非“銅”一般 抵抗病毒的金屬“王者”

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非“铜”一般 抵抗病毒的金属“王者”

新冠肺炎疫情防控期間,廣州市疾病預防控制中心通過對新型冠狀病毒肺炎確診患者居住外環境的監測、檢查中發現,在一名確診患者家中門把手上發現了新型冠狀病毒的核酸。

近日,專業醫學期刊《新英格蘭醫學雜誌》發表了一項最新研究成果,來自美國國立衛生研究院、美國疾病預防控制中心、加州大學洛杉磯分校和普林斯頓大學的科學家,通過模擬新冠肺炎病毒感染者在家庭或醫院環境中咳嗽、接觸物體所帶來的病毒沉積情況,評估了不同環境下新冠病毒的穩定性。研究發現,新冠病毒在紙板上的存活時間為24小時;在塑料、不鏽鋼等表面上,病毒可以存活長達72小時;在銅表面存活時間最短,僅為4小時。

多年來的實驗結果印證了,銅對於一些毒性很大的細菌、真菌和病毒具有快速而廣泛的抑菌效用,包括鮑氏不動桿菌、黑麴黴、空腸彎曲桿菌、大腸桿菌、甲型流感(H1N1)、諾瓦克病毒、綠膿桿菌、腺病毒、白色念珠菌、幽門螺桿菌、結核桿菌、脊髓灰質炎病毒等。相關機構經過科學測試表明,純銅和含銅量大於60%的銅合金(如黃銅、青銅、銅鎳合金等)都具有良好的抑菌功能,且銅含量越高抑菌時效越佳。

當前,境外疫情呈暴發增長態勢,經陸地邊境輸入風險上升。3月27日,習近平總書記主持召開中央政治局會議,會議強調,要在疫情防控常態化條件下加快恢復生產生活秩序,統籌推進疫情防控和經濟社會發展工作,力爭把疫情造成的損失降到最低限度,努力完成全年經濟社會發展目標任務,確保實現決勝全面建成小康社會、決戰脫貧攻堅目標任務。在疫情防控常態化的大背景下,抑菌銅正在多個領域默默無聞地為抗擊疫情發揮著作用。

醫療衛生領域的捍衛者

為人類健康保駕護航

銅,可謂名副其實的“寶藏金屬”。近年來在一些醫療設備、傢俱和配件上,出現了一個關於銅的特別符號“Cu+”。這個符號表明產品含有抑菌銅——目前世界上最有效的接觸表面抑菌材料。美國環保署EPA規範測試表明,紫銅、黃銅、青銅能有效對抗多種致病細菌。在室溫下,抑菌銅能夠24小時全天候抑制細菌生長,在兩個小時內殺滅其表面上超過99.9%的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、抗萬古黴素腸球菌、金黃色葡萄球菌、產氣腸桿菌、綠膿假單胞菌、大腸桿菌,能夠最大程度減少“二次汙染”,效果遠遠優於包括含銀塗層、不鏽鋼、抗菌塑料在內的其他材料。抑菌銅作為天然的抑菌材料,對人和環境無傷害,100%可回收利用。抑菌銅表面無任何形式的塗層,即便反覆磨損、汙染、自然氧化乃至生鏽到不同程度,也不會損害其抑菌功效。在威力強大的抑菌銅面前,霸道的細菌們“慫”了。

病菌的院內感染問題始終困擾著醫療界。導致院內感染的罪魁禍首包括耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、甲氧西林敏感金黃色葡萄球菌、艱難梭狀芽胞桿菌感染和大腸埃希氏菌等。這些細菌對患者健康存在巨大隱患。耐藥菌感染控制的主要方法除了阻斷病原體的傳播途徑以外,將抗菌材料應用於環境表面以提高感染控制也被業界認為是行之有效的好方法。

《應用及環境微生物學》雜誌發表過一項研究成果,科學家們將病菌點放在模擬手指印的不鏽鋼表面,發現這些病菌在上面存活的時間很長,換成銅或銅合金表面病菌則很快死亡。銅,絕對稱得上是“硬核”殺菌高手。

專家認為,傳統消毒滅菌方法如洗手等,雖然能控制醫院內感染,但不能達到足夠理想的效果。在大量使用金屬銅的醫院,物體表面耐藥菌定植的情況明顯減少。門把手、病床圍欄、照明開關、桌、水龍頭、輸液杆等, 這些銅和銅合金製品已經在很多醫院大範圍使用。美國ICU研究所得的數據表明,醫院病房內主要接觸表面更換為銅的病房,與未更換為銅的病房相比,病人的醫院感染髮病率HCAIs降低40%~70%。

除了在醫院中使用,銅還可用於重點防控感染傳播的其他環境,如養老院、救護車、健身房、學校、公共建築、公共交通設施、遊輪、電梯間、暖通空調及其它涉及公共安全衛生的設備和環境等。金屬銅,不需要“監督”,就會持續忠實地發揮著消毒作用,也為人類追求美好生活提供了條件。

作為人體必需的微量金屬元素,銅離子對心血管系統具有重要的作用,不僅可以抑制血栓的形成,還能抑制動脈平滑肌的過度增殖、變性等病變,促進血管內皮再生。此外,醫學研究表明,無論是在體外還是在動物體內,銅離子均能明顯地促進骨膠原的沉積。由於骨膠原能促進鈣、磷等無機物質在骨上的沉積,因而能起到修復骨組織、促進骨再生、改善骨質疏鬆症狀等有益作用。還有研究發現,微量銅離子可促進人體組織中的血管化過程,對人體組織的修復過程具有至關重要的作用。

中科院金屬研究所近年來開發出的系列含銅抗菌不鏽鋼為上述嘗試奠定了材料基礎。含銅不鏽鋼是指在現有醫用不鏽鋼的成分基礎上,通過加入適度過飽和量的銅元素,經過固溶+時效的熱處理,使其基體中均勻彌散地分佈有納米尺度富銅析出相的新型不鏽鋼。中科院金屬研究所研究團隊表示,這種含銅不鏽鋼在人體環境中不可避免地會發生一定的腐蝕,因而可以微量和持續地向周圍組織中釋放出銅離子,從而發揮出銅離子的諸多有益的生物醫學功能。由於含銅不鏽鋼具有的強烈和廣譜殺菌功能,因此還能夠有效抑制在其表面上形成細菌生物膜。316L含銅不鏽鋼有望成為新一代心血管支架和外科、骨科植入材料。

種植養殖領域的小衛士

為行業、企業開拓新發展思路

細菌不僅是人類的健康絆腳石,也是動植物的天敵之一。隨著經濟社會的發展與進步,銅的抑菌屬性被越來越多領域所認可,並得以大範圍推廣。如今,有了殺菌小能手——銅的“加持”,細菌在農業以及現代海水養殖領域,怕是也要“涼涼”了。

野生大黃魚是江浙地區家喻戶曉的珍饈美味,具有較高的營養價值和上乘的口感。然而,由於上世紀80年代粗放式無序捕撈,其數量受到了重創。如今個頭較大的野生大黃魚已經從普通百姓的餐桌上消失了。隨著人們生活水平的提高,深海人工養殖大黃魚走入人們的視線。養殖大黃魚與野生大黃魚相比,營養價值上差異不大,口味上接近,有很高的市場價值,逐漸成為水產養殖商的“新寵”。早在幾年前,浙江省台州市大陳島恆勝水產養殖專業合作社就開始人工養殖仿野生大黃魚,實現年經濟效益逾兩千萬元,產品供不應求。保證養殖品質的秘訣,就是銅合金製成的牧場化離岸抗風浪超大型圍網。

銅的抑菌特性為海水養殖帶來福音,驗證了“養魚先養水”的規律。一方面,銅能有效抵禦網箱內水體滋生有害細菌的侵擾,減少魚類患病、死亡率,同時促進魚類生長,杜絕抗生素濫用對人類健康造成的間接危害;另一方面,銅合金網箱能夠防止海洋汙損生物的附著和汙染,有效降低維護網衣的人工成本,增加水體交換和含氧量,有利於魚類的健康和成長。此外,與傳統尼龍網衣相比,銅合金網衣強韌堅固,具有更高的強度和張力。直徑為25毫米~40毫米銅合金絲使用壽命長達5~10年以上。銅合金網衣由於材料的天然優勢,具有超強的抗颱風能力,在實際的應用中多次經歷了12級以上臺風的直接衝擊,網衣和養殖的魚均未出現破壞和損傷,而不同規格的尼龍網衣存在嚴重受損的情況。同時,銅合金網衣又如金剛罩,能有效抵禦捕食者的攻擊,保障養殖戶的財產安全。

2009年,由國際銅業協會和中國水產科學院東海水產研究所,聯合發起了銅合金網衣網箱在中國養殖行業的研發、測試、養殖實踐和規模化應用推廣的工作。2015年11月,由中國銅業有限公司、中國水產科學研究院東海水產研究所、國際銅業協會在青島中國國際漁業博覽會期間,共同舉行了《銅合金拉伸網戰略合作簽訂儀式》,標誌著中國銅業積極拓展銅產品應用市場,通過技術升級換代,提升我國水產養殖水平,為我國漁業養殖業作出積極貢獻。

目前,銅合金網箱已經在多個沿海省份投入使用。經過多年的探索、應用與發展,取得了良好的效果。銅合金網衣維護成本低、抗颱風能力強,魚的生存健康和生長速度均得到顯著提升,養殖企業的效益成倍增加,贏得了良好的口碑。但我們也要看到,銅合金網箱雖然應用前景廣闊,但普及率並不高,行業規模不大。希望在不久的將來,養殖業和有色產業能夠找到更多契合點,實現深度“聯名合作”,為行業、企業開拓出新的發展思路。

產自法國的波爾多紅酒聞名遐邇,備受紅酒愛好者追捧。1878年,細菌突然嚴重攻擊了波爾多地區的葡萄園。1885年,法國人米拉德氏發現了硫酸銅混合石灰水後的溶液可以有效地殺菌,他把這種液體廣泛地應用到了波爾多地區,扭轉了該地區葡萄大量減產的困局,葡萄酒產量也恢復了。由此,這種液體也被正式命名為“波爾多液”。

在波爾多液推廣應用之後,銅的抑菌功效被人們所認識並進行了不斷髮展。1900年,氧氯化銅(王銅)被用於殺菌劑;1932年英國人J.G. Horsfall發現了氧化亞銅的殺菌活性;1968年美國Kennecott Crop推出氫氧化銅殺菌劑;1970年無機銅製劑開始與有機殺菌劑(代森錳鋅、甲霜靈、乙磷鋁等)混用,取得較好效果;1980年無機銅製劑開始與抗生素類殺菌劑(氧氯化銅+春雷黴素)混用,使用至今未見抗藥性產生。銅製劑是歷史悠久的保護性殺菌劑品種之一,按其殺菌原理屬於多位點的無機及金屬類殺菌劑,是由含銅類化合物加工成製劑產品的總稱。農藥專家指出,銅製劑作為一類既能夠防治真菌性病害,又能防治細菌性病害的莖葉噴施的廣譜型、低毒殺菌劑,少數品種還可除草、殺滅害蟲的幼蟲或軟體動物。此外,銅製劑還可以用於某些果品貯藏期間保鮮防腐作用,在全球得到廣泛的應用。銅製劑還對真菌引起的瓜果類經濟作物病害有特殊的防治效果,且長期使用不易產生抗性。

此刻,或許正在您手邊擺放著的香甜水果,在田間到餐桌的過程中就有“銅衛士”的一分功勞。

現代建築領域的好幫手

高性能銅管為疫情防控作貢獻

隨著人類文明的進步與發展,銅在建築領域建樹頗多。北京首都博物館外裝飾採用了總高度42米、總面積4750平方米的青銅幕牆,系國內首個由仿青銅器紋理的青銅板組合成的藝術性金屬裝飾幕牆,在世界上也屬罕見。然而,美觀、耐用這些眾所周知的特點,對於集才華與容貌於一身的銅來說,可謂是騏驥一毛。

疫情防控期間,武漢市肺科醫院彭鵬院長表示,抗疫一線除人員及防護用品緊張以外,還有一個突出的問題是氧氣的供應。重症病人需要100%吸氧,極危重病人的氧氣需求量是重症病人的10倍以上。作為醫院氧氣等氣體傳送的載體,醫用氣體銅管在當前疫情防控中備受關注。

醫用氣體管道系統是醫療設施硬件中的重要組成部分之一,符合衛生學要求的優質管材是醫院進行搶救、治療和檢測的有效保證。醫用氣體從氣源至終端的輸送過程中,為避免因洩漏、汙染等因素引起醫用氣體品質的變化,氣體管道應具有良好的潔淨度、耐腐蝕性和密閉性。除了承受一定壓力外,還具有系統多、分支管多、介質種類多、介質特性複雜、管材品種多等特點。醫用氣體管道因輸送的安全性和衛生性要求,以及其輸送介質的特殊性和重要性,使其有別於民用建築中常見的公用管道。醫用管道一旦發生事故,不僅對患者的治療和手術的安全性帶來嚴重威脅,而且會對他人造成傷害。因此選用安全優質的管材、合理的施工連接方式,可以提高醫用氣體系統的安全性和穩定性,降低事故出現的幾率。醫用氣體管道輸送的氣體往往直接作用於病人,因此潔淨度與毒性殘留的要求十分苛刻,所用管材必須嚴格按照規定進行脫脂清潔。由於脫脂工序成本昂貴,醫用銅管的價格也會略高於普通銅管。

醫院是功能複雜的公共建築,配套的輔助設施較多,走廊吊頂內除佈置有醫用氣體管道外,還有大量的管線。選擇醫用氣體管材時,有必要考慮管材與管件連接處的彎曲因素。銅管柔韌性好、適應性強,可以彌補施工中的不足。另外,銅管的不可燃燒性可以起到很好地阻燃效果,由於內部結構緻密,銅管還具有優異的防漏、防滲透性能。

目前,我國醫用銅管發展較為成熟。在疫情防控阻擊戰中,醫用銅管生產企業盡最大努力貢獻著自己的力量。在接到上海市公共衛生臨床中心、深圳第三人民醫院、佛山市應急救治醫院等全國多地醫療機構的醫療銅管需求函後,浙江海亮集團有限公司分兩批次將總長達100萬米的高質量醫用銅管用於緊急馳援各地防疫項目建設;1月初,金龍精密銅管集團股份有限公司積極響應湖北省醫用銅管採購招標工作,憑藉行業自身的產品優勢,競標成為首批湖北省醫用銅管中標單位,金龍銅管河南醫用銅管工程市場代理商的第一批醫療銅管投入到鄭州版“小湯山”防疫隔離醫院的建設中;在武漢建立雷神山和火神山專項醫院後,北京小湯山醫院亦隨之啟動修繕工程,將視疫情變化啟動作為補充。緊要關頭,青島宏泰銅業有限公司火速支援抗疫建設,在最短的時間內為北京小湯山醫院備齊所需要的多個規格的醫用氣體銅管,並及時輸送到了施工現場……

銅管也為實現綠色建築的目標提供了支持。綠色建築,指在建築的全壽命週期內,最大限度地節約資源,包括節能、節地、節水、節材等,保護環境和減少汙染,為人們提供健康、舒適和高效的使用空間,與自然和諧共生的建築物。綠色建築技術注重低耗、高效、經濟、環保、集成與優化,室內設計要求儘量減少使用合成材料,節省能源。綠色建築已成為全球建築設計的趨勢與標準。2019年8月1日起,由住房和城鄉建設部、國家市場監督管理總局聯合發佈的中華人民共和國國家標準《綠色建築評價標準》(GB/T50378-2019)正式實施,該標準條文明確指出,要求室內給水系統優先採用銅管和不鏽鋼管,“官宣”了銅管的優越屬性。

在經濟發達國家和地區,銅管更是建築給水管的首選材料。美國、加拿大、澳大利亞等國家,85%建築給水管是銅管,英國甚至達到95%。東南亞、新加坡、中國香港等地區,銅管作為建築用上水管使用率也高達75%。生物學研究表明,供水中的大腸桿菌在銅管道內不能再繼續繁殖。99%以上的水中細菌在進入銅管道5個小時後被徹底殺滅。銅管組織結構極其緻密,具有不可滲透性。無論是油脂、細菌、病毒、氧氣和紫外線等有害物質都不能穿過它而汙染水質。相比之下,銅管集眾多優點於一身,逐漸成為許多重大建築首選管材,也是直飲水用管理想的管材。銅也是機體內蛋白質和酶的重要成分,對機體的代謝過程至關重要。作為人體內的微量元素,從銅管輸送的飲用水攝人適量銅,也為人類健康提供了幫助。

銅水管高溫膨脹係數小、低溫強度大,能夠承受極熱與極冷的溫度,是供應熱水的優秀管材。由於內壁光潔,作為水管摩阻小、流量大、無噪音、抗壓能力突出,可以顯著降低水的滲漏率,使管道連接更加緊固安全。銅管可以100%回收利用,再生價值高,且不會像塑料管最終淪為難以分解的白色廢物汙染環境。雖然銅水管相對普通塑料水管和不鏽鋼水管來說造價更高,但銅管的使用壽命極長,銅管能夠保證使用期間不需要維修與更換。

本以為只是“青銅”,未想到它竟然是個“王者”。

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