載銀氧化鋁除菌技術(shù)用于艦艇艙室表面消毒的可行性分析

張建平，仇順海，陳雙紅，任小孟，莫琳芳

新時期海軍作訓(xùn)任務(wù)實現(xiàn)近海防御與遠海護衛(wèi)相結(jié)合的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，要求海軍艦(潛)艇具備更長的續(xù)航能力和自持力，對官兵工作居住的艙室環(huán)境提出更高的質(zhì)量要求。海軍艦(潛)艇艙室環(huán)境封閉或半封閉、內(nèi)部空氣與外界交換有限，艙室環(huán)境高溫高濕，導(dǎo)致微生物成為艦艇艙室主要的生物污染因子。對作訓(xùn)官兵健康構(gòu)成潛在危害，影響部隊作業(yè)效能[1]。

微生物達到一定臨界濃度可造成人員感染及過敏等健康損害，部分微生物對武器裝備及精密儀器造成腐蝕性破壞，微生物分解代謝的有毒有害及異味氣體對環(huán)境造成二次污染，影響人員健康和設(shè)備安全[2]。目前艦艇艙室表面微生物原位消除手段配置有限，航行期間部分艙室表面、儀器儀表縫隙等部位易霉變且難以清除，部隊反映強烈。筆者通過分析密閉艙室微生物表面消毒方法的技術(shù)要求，對比四種常用消毒技術(shù)的環(huán)境適應(yīng)性能，探討載銀氧化鋁除菌技術(shù)應(yīng)用于密閉艙室微生物表面消毒領(lǐng)域的可行性。

1 艦艇密閉艙室微生物表面消毒技術(shù)的選擇要求

海軍艦艇艙室封閉或半封閉、作訓(xùn)期間只能部分新風(fēng)，且官兵作業(yè)戰(zhàn)位任務(wù)繁重，艦艇環(huán)境日常衛(wèi)生維護基本是由官兵機動戰(zhàn)位調(diào)劑完成相關(guān)作業(yè)。因此，常態(tài)化使用的艦艇密閉艙室微生物表面消毒技術(shù)應(yīng)符合以下特殊要求：(1)操作簡單方便，對操作人員專業(yè)技術(shù)要求較低。(2)性能穩(wěn)定、殺菌廣譜、效率較高。(3)不產(chǎn)生二次污染、無蓄積毒性、無腐蝕性。(4)應(yīng)急狀況下使用消毒劑時，應(yīng)無揮發(fā)性。(5)低毒，不產(chǎn)生刺激性氣味，無皮膚、呼吸道刺激性，無吸入毒性。

2 備選消毒技術(shù)的適應(yīng)性分析

2.1 化學(xué)消毒 化學(xué)消毒是通過化學(xué)消毒液與菌體的蛋白質(zhì)結(jié)合，使蛋白質(zhì)變性、沉淀而達到抑菌或殺菌作用，常用的消毒液有含氯消毒劑、苯酚、乙醇、來蘇爾、高錳酸鉀、福爾馬林等?；瘜W(xué)消毒技術(shù)操作簡單方便、殺菌廣譜、效率高，缺點是化學(xué)消毒劑多具有刺激性氣味，存在蓄積毒性或二次污染，不適合密閉環(huán)境常態(tài)化應(yīng)用，部分國家已絕對禁止化學(xué)消毒液在密閉艙室使用(應(yīng)急沾染洗消除外)。

2.2 紫外線消毒 紫外線殺菌是通過紫外線照射，破壞及改變細胞脫氧核糖核酸結(jié)構(gòu)，使細菌死亡或不能繁殖，達到殺菌消毒的目的。紫外光譜分為UVA(320～400 nm)、UVB(290～320 nm)、UVC(190～290 nm)、真空紫外線(100～190 nm)[3]。UVA、UVB的光量子能量相對較低，單獨照射時對單細胞生物的滅火作用弱于UVC，UVC對單細胞生物的殺傷作用強，其中波長253.7 nm左右的紫外線更易被生物體的DNA吸收，殺菌效果最佳。波長184.9 nm的紫外線能電離空氣中的氧分子，產(chǎn)生臭氧[3-4]。紫外線殺菌技術(shù)殺菌范圍廣而迅速，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，多用于空間內(nèi)循環(huán)消毒。常用的普通紫外消毒燈殺菌需要一定的作用時間，一般單次有效工作時間不低于30 min，且在照射過程中會消耗環(huán)境中的氧氣產(chǎn)生臭氧，有氣味、刺激呼吸道黏膜。消毒時，物品不宜相互遮擋，紫外線照射不到的部位消毒作用有限。艦艇艙室儀器設(shè)備密集，24 h有人工作或休息，紫外線表面消毒局限性大。目前，部分艦艇中會議室兼做手術(shù)室配有紫外燈，但在潛艇中，會議室也有艇員居住，因此，紫外線消毒裝置應(yīng)用受限。

2.3 光催化消毒 光催化劑大多是半導(dǎo)體材料。當(dāng)光子能量高于半導(dǎo)體吸收閾值的光照射半導(dǎo)體時，半導(dǎo)體的價帶電子發(fā)生帶間躍遷，產(chǎn)生光生電子和空穴。此時吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負離子，而空穴將吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成氫氧自由基。超氧負離子和氫氧自由基具有很強的氧化性，能將絕大多數(shù)有機物氧化成二氧化碳和水。光催化消毒技術(shù)優(yōu)點是殺菌廣譜，性能穩(wěn)定，缺點是消毒過程中會產(chǎn)生少量有害副產(chǎn)物氮氧化合物，刺激呼吸系統(tǒng)。目前，光催化消毒技術(shù)多用于固定式空氣凈化末端補充裝置，表面消毒技術(shù)還不成熟。

2.4 銀制劑消毒 從19世紀(jì)開始，科學(xué)家們就開始應(yīng)用銀及其復(fù)方制劑來抑菌、殺菌。銀離子與細菌接觸后，靠庫侖引力牢固吸附于細胞膜上，接著擊穿細胞壁進入細胞內(nèi)，破壞細胞合成酶的活性，細胞就會喪失分裂增殖能力而死亡。銀制劑廣譜抗菌、無刺激性氣味、不產(chǎn)生二次污染，已應(yīng)用于大腸桿菌、白色念珠菌等細菌的消毒[5]。目前，銀制劑應(yīng)用的消毒領(lǐng)域非常廣泛。一是用于空氣消毒。含銀濃度為50～500 mg/L的含銀殺菌劑可用于空氣的消毒。二是用于飲水消毒。英、美、德國的學(xué)者近年來都對銀離子消毒飲用水做了深入的研究。國內(nèi)有研究將銅、銀離子與氯協(xié)同對飲用水進行消毒，發(fā)現(xiàn)對微生物的滅活效果良好。三是用于物品表面消毒。由于銀離子具有安全廣譜的殺菌作用, 可用于多種物體表面的消毒，如儀器儀表操作臺、門把手、鼠標(biāo)、鍵盤等。四是用于納米銀抗菌醫(yī)用敷料。含納米銀抗菌醫(yī)用敷料是采用納米處理技術(shù)將銀超細顆粒集成到醫(yī)用無菌紗布上，用于燒燙傷創(chuàng)面保護，起到抑菌消毒和預(yù)防感染的作用。五是用于食品儲存加工。將銀離子整合到冰箱內(nèi)壁、切菜板、食品儲存袋的材料上，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、腸炎菌、沙門桿菌都具有一定殺滅作用。六是用于抗菌纖維制品。銀離子與纖維結(jié)合，可制成抗菌性面料，用于防臭毛巾、內(nèi)衣褲、襪子等被服用品，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌等都具有較好的抑菌效果。

3 載銀氧化鋁除菌技術(shù)的研究進展分析

銀制劑消毒技術(shù)安全、高效，目前國內(nèi)已開展多種載銀復(fù)合消毒技術(shù)研究，如載銀沸石、載銀二氧化鈦、載銀氧化鋁等。其中，載銀氧化鋁除菌新技術(shù)，殺滅微生物廣譜、無二次污染，有望應(yīng)用于密閉艙室微生物表面消毒領(lǐng)域。

鋁質(zhì)輕，已廣泛應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域。鋁有較強的還原性，有空氣或氧化劑存在時可氧化成具有晶格間隙的Al2O3晶體，在其中摻入微量雜質(zhì)進行改性，可制成新型功能性材料。在空氣中和無需光照的條件下，Ag/Al2O3對SARS冠狀病毒、多形德巴利酵母菌和大腸桿菌等具有很好的殺滅作用[6]。張維麗等[7]在鋁合金表面沉積出粒度為1 μm以下的銀顆粒，鋁合金抗菌層的表面抗菌測試結(jié)果表明，抗菌沉積層對大腸桿菌的殺菌率可達到96%以上。吳蓓蓓等[8]用對Al2O3膜表面進行抗菌處理，制備載銀陶瓷微濾膜，發(fā)現(xiàn)載銀膜對大腸桿菌和金黃葡萄球菌殺菌率達到99.99%。

Ag/Al2O3除菌技術(shù)能將細菌氧化分解成小分子二氧化碳和水，同時具備環(huán)境表面原位殺菌和自凈能力，在密閉載人環(huán)境應(yīng)用優(yōu)勢明顯，而且Al2O3基質(zhì)延展性好，通過優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)和制備工藝可以多維度開發(fā)Ag/Al2O3新型抗菌材料，應(yīng)用于艦艇儀器儀表、操作臺、艙室內(nèi)壁、門把手等易滋生細菌等微生物的部位，還可以用于艦艇精密器件防腐、飲水過濾消毒、食品包裝貯存、被服裝具抗菌、污廢物品收納等領(lǐng)域(常用微生物表面消毒技術(shù)對比如表1所示)。

表1 表面消毒技術(shù)性能對比

4 結(jié)語

為維護艦員健康和艦艇戰(zhàn)斗力，解決密閉艙室表面微生物污染控制問題，研發(fā)高效安全的表面微生物原位消除技術(shù)成為必要。

Ag/Al2O3安全、穩(wěn)定、不易產(chǎn)生二次污染，是一種穩(wěn)定的固體、無機抗菌材料，可以負載在其他材料上，制成長效殺菌作用的濾料、涂料和織物等功能材料，有望應(yīng)用于艦艇易滋生微生物的場所，起到原位抑菌殺菌、消除異味的作用，是先進新技術(shù)運用于軍事領(lǐng)域的有益探索。