浅析抗病毒涂料的应用技术与性能测试

邵建峰

众创科建（山东）建筑科技有限公司 山东省青岛市 266114

摘要：从2019年年底至今，新冠疫情已经持续了近三年，而这已经不是第一次由病毒带来的全球范围内人类公共健康危害事件。病毒属于微生物的一种，没有细胞结构，主要由蛋白质外壳和遗传物质组成，普遍存在在人类生活和自然界中。病毒主要是通过近距离的飞沫传播。通常，人们会通过佩戴口罩的方式阻断飞沫传播，降低感染病毒的风险。近年来，抗病毒涂料成为了一种新型的应用技术。本文将基于病毒与细菌的对比，阐述抗病毒涂料的应用技术，探讨涂料的性能测试。

关键词：抗病毒涂料；应用技术；性能测试

疫情的爆发无时不刻在提醒我们：保持良好的卫生习惯，出门要与其他人保持一定距离，及时对接触面消毒。人们往往会忽略在封闭的室内，最重要的接触面就是墙壁。新研究出的而这种抗病毒涂料也成为了新时期与病毒传播做抗争的坚定基础。抗病毒涂料能够代替传统的抗菌涂料，保证墙壁长期具备杀菌的能力。

一、病毒和细菌的区别

细菌和病毒都属于小型微生物，需要借助显微镜才能观察到其形态。细菌具有完整的细胞结构，属于单细胞生物，而病毒必须要寄存在活细胞上才可显示活性。关于繁殖方式，细菌通过裂变的方式繁殖，其繁殖数量也是成指数倍数增长的，并且可以主动代谢。而病毒主要是寄生在宿主细胞上不断复制遗传物质，释放出子病毒。近年来，相关的科研人员推出了多种抗生素来解决细菌感染问题。抗生素能破坏细胞结构，从而完全地杀死细菌，但是并不能作用于没有细胞结构的病毒。消除病毒只能通过免疫系统产生免疫反应，或者接受疫苗刺激身体产生抗体解决病毒感染。

二、抗病毒涂料的应用技术

前文提到细菌和病毒存在着很大的差异，那么对应的抗菌涂料和抗病毒涂料也是如此。抗病毒涂料具有多种化学物质，针对的靶细胞非常多，可以通过破坏胞胞膜细胞壁，抑制酶活性，抑制酶促反应，阻止代谢过程，最后阻止细胞的呼吸作用，进而导致细胞死亡。相比之下，抗病毒涂料的活性物质不多，靶细胞也比较匮乏。目前已知的抗病毒涂料技术主要有：光催化、金属和金属氧化物、季铵盐类、表面结构调控和高PH值体系。

1. 光催化技术

光催化技术的材料通常是二氧化钛纳米粒子。二氧化钛纳米粒子的优点是稳定性比较高，对人体的毒害作用比较小，并且成本相对适中。光催化技术的原理是。二氧化钛纳米粒子在受到一定强度的光的刺激下产生未配对的自由电子，这些物质一并迁移到宿主细胞的表面，吸附相应的物质并发生化学反应。最终产生活性氧类物质，可以简称为ROS。活性氧类物质本身具有未成对的电子，因此其生物活性非常活跃。活性氧类物质作用在病毒的外壳上，与外壳的组成物质——蛋白质，相接触蛋白质活性降低，破坏了蛋白质的结构，降低了病毒对宿主细胞的攻击概率，降低了病毒的活性。但是，活性氧类物质产生的电子和空穴对具有复合率，因此即使接受到光刺激，也不会稳定地发生作用。为解决这一问题，我们可以选择更贵的金属或者非金属离子掺杂在活性纳米粒子中。而贵金属的离子可以当做电子，来阻止电子和空穴对的复合。

（二）金属和金属氧化物

在众多金属中，科研人员主要研究的是银、铜、金这类贵金属，他们的优点是毒害作用小，并且活性更强，因此应用在抗病毒涂料上的效果会更加明显。对于包膜病毒，金属离子或金属氧化物可以破坏脂质层，阻断宿主细胞接收病毒脂质双分子层的结合。对于不具有包膜的病毒，金属离子破坏蛋白质外壳，阻断病毒遗传物质的复制，病毒就会灭活。但是利用这样的金属，会产生更高的成本，并且对于涂料的颜色要求也比较高。因此，运用金属或金属氧化物这项技术，能够从核心出发，破坏病毒的蛋白质结构，降低病毒的生存率。

（三）季铵盐类

季铵盐类物质的技术原理是铵根集团氢离子被芳烃基取代，使其具有灭菌的特点，而季铵盐类物质可以吸附在包膜病毒上，分解脂质层导致病毒遗传物质裸露在表面，没有寄主细胞附着。而且由于其本身是阳离子，很难存活在阴离子涂料中，并且由于其难以被降解，对环境也十分不友好，不值得提倡。

（四）表面结构调控

表面特性调控主要利用聚合物的化学性质，向涂料中加入氟原子，降低涂层表面被病毒附着的可能。其中的一种方式是利用微纳米尺度进行涂层的表面调控，使得涂层表面的间隙小于病毒粒子，这样病毒离子就不会进入到涂层中。但是这项技术只能调控和抑制病毒附着能力，不能做到灭活病毒。并且，这项技术要建立在病毒数量和病毒活性的两项基础上，大多作用在协同其他技术上，共同对抗病毒。

（五）高PH值体系

病毒的生存环境为中性环境，因此PH过高或过低都不是于病毒的生存。高PH值体系技术的原理是：通过控制涂料的酸碱性来降低病毒的存活率。涂料的主要成分是消石灰，我们可以增加空气湿度，让空气中的水分与涂料中的消石灰相结合，使消石灰溶解出来并且表现出强碱性。强碱性环境会加快病毒的蛋白质和遗传物质中的核酸变性，失去繁殖能力。由于其强碱性环境极易威胁到人类的生命健康，因此高pH值体系的抗病毒涂料通常适用于涂抹在天花板上。

三、抗病毒涂料的性能测试

相比抗病毒涂料技术应用，该技术的性能测试并不完善，主要有两个原因，一是人类对抗病毒涂料不够重视，在性能测试方面的投入远少于抗病毒涂料技术研究；另一个原因是性能测试需要运用到病毒这一材料。而科学家对某些病毒特性的认识也许并不完全，因此需要专业人员在高安全系数的实验室内进行实验。即使按照这样的高标准，也没有人能够保证不会产生病毒爆发。在21世纪初，世界上进行的抗病毒性能测试实验，通常按照日本制定的相关工业标准。在此后的十年，美国的国家环境保护局出台了相关的性能测试方法，并且国际经合组织也发布了抗菌产品的测试指南。直到两年前，我国的涂料工业协会正式颁布了《抗菌和抗病毒涂料性能测试方法》，使得我国的抗病毒涂料性能测试的结果有了科学依据，迈出了重要一步。

这里列举两种测试方法：以JIS Z2801为代表的湿法测试，以及以EPA为代表的干法测试。相关参数包括：接种量、温度、湿度和接触时间。研究发现细菌气溶胶在湿度百分之百的条件下，在铜表面完全失活，但是却能够在完全干燥的环境下保持活性。得出结论：抗菌和抗病毒涂料在受到高温或者湿度较高的条件下，容易分解出病毒或细菌，而在正常温度和湿度的环境下能够使病毒或者细菌灭活。

之后，我们还可以通过EPA干法测试，测试出接种量的影响。结果显示：少量接种量能够更好的反映病毒在宿主细胞上的沉积效果。科学家认为干法测试中和湿法措施相比，湿法测试的结果更加稳定，具有参考意义。而干法测试难以控制环境的温度和湿度，容易对结果造成较大误差，不能作为抗病毒涂料性能测试的重要依据。

总结

病毒传播对人类的生存和发展来讲，具有威胁的作用。抗病毒涂料在我国目前的研究中处于较为初级的研究阶段，我国在这项研究上也花费了大量的人力和资金支持。本文先是简要概括了病毒和细菌的根本区别，包括繁殖方式和结构。接着介绍了五种抗病毒涂料的应用技术，包括：光催化、金属和金属氧化物、季铵盐类、表面结构调控和高PH值体系。这五种技术的应用原理具有很大的差异性，对应的抗病毒结果也不同，能够应用在不同的涂料当中，对病毒进行灭活。最后简要介绍了两种抗病毒涂料的性能测试。

参考文献：

1. 徐海, 付成名, 曾广斌,等. 一种长效缓释杀菌抗病毒涂料及其制备方法和应用:, CN111704816A[P]. 2020.

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