热喷涂铜基涂层在防止热塑性塑料表面污染方面的综述

工程科学与技术，国际期刊35（2022）101194防止热塑性塑料表面污染的热喷涂铜基涂层：系统综述Camelia Popescua，b，Sophie Alainc，Mathis Courantc，Armelle Vardellea，Alain Denoirjeana，Marjorie Cavarrocd，aIRCER，UMR CNRS 7315，12 rue Atlantis，87068 Limoges，Franceb罗马尼亚，Magurele，Atomistilor 409，国家激光、等离子体和辐射物理研究所c法国利摩日大学微生物学系和医学基因组单位CHU，UMR Inserm 1092，RESINFITdSafran Tech，Materials and Processes，Rue des Jeunes Bois，Châteaufort，78114 Magny-Les-Hameaux，France阿提奇莱因福奥文章历史记录：接收日期：2022年2022年5月31日修订2022年6月7日接受2022年6月29日在线提供关键词：热塑性塑料热喷涂方法铜抗菌涂层表面工程A B S T R A C T目前，学术界和工业界正在进行广泛的努力，以设计具有成本效益的涂层，通过限制微生物的传播和生长来保护表面免受微生物的侵害。通过将创新设计与金属材料的抗菌性能相结合，热喷涂可用于改善热塑性表面的功能。本文系统地综述了热喷涂技术在热塑性塑料上沉积铜涂层的研究进展。其目的是了解表面粗糙度，材料微观结构和表面化学对微生物，特别是病毒灭活率的作用。此外，金属表面和微生物之间的相互作用机制的一般看法强调。抗微生物涂层应设计成控制金属离子的释放，这与微生物的寿命直接相关。它们还必须符合ISO21702：2019，该标准规定了在抗病毒处理产品的塑料和其他无孔表面上测量抗病毒活性的合适方法。所设计的涂层应提供持久的病毒保护并防止表面降解。最后，概述了铜沉积方法对热塑性塑料表面、涂层微观结构和表面特定氧物种的影响，并与抗菌性能相关©2022 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍如今，疫情危机导致经济下滑速度超过2008年金融危机，而行业、公共卫生和政府因面临不确定性而复苏缓慢。一个重大关切是病毒的传播及其在不同表面上的存活，这些表面在病原体传播中起着关键作用。致病性病毒SARS-CoV-2在人与人之间传播，但也通过液滴和气溶胶传播，这些液滴和气溶胶取决于环境条件而沉降到不同的表面上（对SARS-CoV-2传播途径的研究仍在进行中）。[1[1，5*通讯作者。电子邮件地址：marjorie. safrangroup.com（M. Cavarroc）。由Karabuk大学负责进行同行审查。病毒类型，例如呼吸道病毒可持续数天（一般为3至5天），肠道病毒可持续2个月，经血液传播的病毒可持续一周以上，疱疹病毒可持续数小时至7天。[7]2002年发表的一项为期10年的研究强调，表面污染是传播病毒（如鼻病毒）的重要因素之一。[八]《中国日报》防止病毒传播的一种常用方法是用杀菌剂清洁受污染的表面。然而，传统的消毒方法具有一些实质性的局限性，因为它们仅提供临时保护，并且意外跳过的部分可能允许细菌和病毒病原体的传播。清洁的有效性取决于温度、消毒剂/杀菌剂的浓度;这是一种耗时且成本高的操作。在公共场所，由于更新的气溶胶源和频繁的接触，病原体很因此，需要加强新的缓解途径[9https://doi.org/10.1016/j.jestch.2022.1011942215-0986/©2022 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestchC. 波佩斯库Alain，M.Courant等人工程科学与技术，国际期刊35（2022）1011942抗菌表面必须经过工程设计，以防止过敏（皮肤和鼻炎）和免疫介导的疾病。[11]P. Strachan[12]并由S. S.强调Cassidy等人[11]世卫组织建议选择抗菌表面的管理策略，并对不同的工业部门、医疗保健专业人员和机构、国家和国际决策者进行修正，以便在开发和销售这些表面时采用系统方法。通过可持续路线的有前途的解决方案可能是具有成本效益的、生态友好的和可以防止过敏反应的抗菌涂层。这可以通过用金属功能化表面来实现。功能化表面应能够抑制微生物生长，呈现自清洁能力，并防止电阻和金属污染的演变。抗菌产品的标签和营销必须由专门的保护机构认证。抗菌功效的标准取决于应用领域（社区、医疗或兽医）、用途（仪器、表面等）和目标微生物（病毒、细菌、酵母、真菌、孢子）。如果没有适当的批准，营销或销售产品的公司被认为是在进行非法活动。欧洲药品管理局（EMA）负责对欧盟内上市的医疗产品进行科学评价，在国家权威机构的监管体系中提供高质量的工作，并使用不断审查和改进的监管机制。[13]在美国，环境保护署（EPA）和食品药品监督管理局（FDA）行使其权力，保护消费者免受声称减轻、抑制、治疗和销售未经批准产品对抗病毒[14个]金属化合物作为抗菌剂的历史可以追溯到几千年前，直到本世纪中叶有机抗生素被引入。[14-最常用的是Cu、Ag、Zn、Ti、Ni、Cr、Au、Co和13-16周期族的准金属[14]病原体对抗生素的能力增加（抗生素抗性），随后抗生素的使用减少，使人们对开发金属作为抗微生物剂或涂层的应用产生了更大的兴趣[16]这些应用与离子和纳米形式而不是本体形式有关。从金属涂覆表面释放的金属离子是抗微生物活性的关键决定因素;它们引起化学反应，通过蛋白质、核酸和脂质对微生物造成氧化损伤。[17]金属涂层表面化学成分、纹理和结构[18]此外，为了确保这些涂层的质量，必须控制其厚度。功能化表面的寿命取决于所用金属的组成和氧化行为以及外部因素（例如，湿度、温度、清洁剂等）。与人体接触和不同环境条件下的表面需要特别注意，因为它们每天都要经过不同的清洁程序和指纹残留，因此会出现腐蚀相关[19V. M. Villapún等人[21]发表了一篇关于在医疗保健环境中用作触摸抗菌表面涂层的金属材料的综述，并比较了来自日本、欧洲和美国的不同标准。欧洲（ISO 22196：2011）和日本Z2801：2010）标准描述了关于广泛材料抗菌性能的方法学方法，而美国开发的方案涉及铜或其合金硬质和无孔表面的抗菌活性评估。[22]美国标准强调，消毒剂材料必须消除99.9%的接触病原体在一个小时内。指出了影响金属涂层抗菌性能的主要因素，如物理化学性质、几何形状、材料的氧化性和湿度的影响。H. T. Michels等人[23]评估了在不同温度和湿度条件下，铜和银这两种非常知名的金属在这种作用中破坏微生物的效率。他们仅使用日本工业标准，并观察到在类似于室内环境的环境条件下，铜合金的抗菌效率高于银。铜是一种微量元素，是用于涂层的最常用的金属之一，其减轻病毒传播并抑制或破坏微生物。[24]关于铜涂层的抗微生物特性的细节在60年代初就已发表，比银涂层的这些特性得到证实早了30[19]EPA在2008年认可了约300种不同的铜合金作为抗菌材料，并强调这些材料可用作传统表面清洁和去污实践的对应物。此外，所获得的产品不应对公众健康造成任何风险[21日]考虑到所有这些因素，本研究提供了一个全面的审查的监管要求和研究趋势相关的热喷涂技术的潜在工业发展的可持续铜涂层的热塑性塑料基板。这些热塑性塑料是塑料聚合物材料，可以很容易地重新成形，而不会影响它们在聚合物链中的化学键。由于热塑性塑料在加热时软化和在冷却时硬化的能力，热喷涂方法的挑战之一将是在其表面上沉积金属涂层而不影响整个基底的长链分子。沉积在这些热塑性塑料上的涂层必须满足用于抵抗一种或多种病原体所需的标准标准。设计涂层的重要特性是其效率和耐久性，以提供持久的保护，防止表面退化。这也将影响其成本。功能化表面可用于不同的行业。然而，在这篇评论中，注意力集中在它们在航空工业中的应用上.这可能会整合新的科学成果，以满足对热塑性表面上的下一代抗菌涂层的需求，并满足这些类型表面的法规和标准化，以适应市场。2. 抗菌涂料的新兴产业趋势2.1. 抗菌表面ISO标准是根据该领域专家的知识制定的，这些专家来自制造商、分销商、买家、用户、贸易协会、消费者或监管机构。它们描述了在广泛的活动（如制造产品、管理过程、提供服务或供应材料标准）中制定标准的最佳指导原则。对于抗微生物和抗病毒功能，该标准特别针对特定特性设计。ISO 21702：2019用于标记多孔和无孔抗病毒处理表面。本标准适用于聚合物（塑料、橡胶）、陶瓷、金属、涂料、天然和人造革等不同产品。具有抗病毒功能的材料[25]ISO 21702：2019测试方法是基于无孔和塑料表面的抗菌性能（ISO 22196：2011）[26]和抗细菌性能报告的。C. 波佩斯库Alain，M.Courant等人工程科学与技术，国际期刊35（2022）1011943~~~多孔表面的综合性能，如纺织品（ISO 18184 - 2019）。[27日]ISO 22196：2011预期不评估细菌在无抗菌处理的无孔表面上的影响和[28]本标准不包括抗菌治疗的副作用，如防止生物降解和气味。经抗菌剂处理的纺织品不包括在内，即使其表面是涂层或层压的：它们属于ISO 20743：2013标准。[29]不包括光催化材料和产品：它们属于ISO 27447：2019标准[30]。ISO 22196：2011是日本标准（JIS）Z2801：2010的国际版本，该标准可以测试表面的抗菌活性，但不适用于实际条件下使用的生物杀灭表面。该日本标准针对敷料制定，采用的方案涉及在湿度饱和（最低90%）的大气中、35° C（+/- 1° C）的温度下、黑暗中和长接触时间（24 h +/- 1 h）下测试表面。如果在24小时后细菌活菌群的减少达到3log（或99%），则认为经处理的表面是抗菌的。当在正常条件下使用时，例如环境温度和湿度，对于经常接触的表面（门把手、马桶、墙壁、栏杆、医疗设备等），该标准不再有意义。其中在非常短的接触之后发生污染。风险：根据JIS Z2801：2010标准声称具有“抗菌”的表面ISO 20743：2013用于测定纺织品的抗菌活性和该活性的定量方法。[29]它适用于所有纺织品，包括用于穿戴衣服、床上用品、家具和各种物品的织物、垫料、纱线和材料，无论抗菌剂（天然或合成、有机或无机）和使用方法如何。为了通过考虑预期的应用、使用纺织品的情况及其表面特性来确定纺织品的抗菌活性，指定了三种不同的评估方法：a) 吸收法：将试验菌悬液直接接种于试管中;b) 转移法：将试验菌置于琼脂培养基平板上，然后加入试管中c) 打印方法：将试验菌置于滤纸上，然后打印在试管上。根据该标准，孵育条件为18至24 h，温度为37℃ +/-2℃。使用的细菌是肺炎克雷伯氏菌和金黄色葡萄球菌。计数技术和ATP（三磷酸腺苷）的发光测量方法也用于定量细菌的数量。ISO 27447：2019技术陶瓷是一种测试光催化半导体材料抗菌活性的方法。[30]本标准规定了用于通过在紫外光照射下计数细菌来确定包含光催化剂或在其表面上存在光催化膜的材料的抗菌活性的测试方法。ISO 27447：2019是针对片材、面板、板材和纺织品形式的各种类型的光催化半导体材料提出的，这些材料是这些材料在许多应用中的基本形式。不包括粉末、颗粒或多孔材料。本试验方法适用于仅具有抗菌效果的光催化材料。如果光催化材料具有其他特性（抗病毒和抗真菌活性、水中污染物的分解、自清洁能力、防雾和空气净化），则必须考虑其他标准。2.2. R D和工业趋势目前学术界和工业部门正在进行广泛的努力，以设计具有成本效益的涂层，可以保护表面免受微生物的侵害，限制其传播和生长。为了利用抗菌涂料市场的新兴趋势并获得品牌认可，行业参与者正在迅速投资研发并在该市场推广可以中和病原体（病毒和细菌）的产品。在Clarivate Analytics管理的重要科技信息平台Web of Science之后，1975-2021年期间，“抗菌涂料”一词出现在8003份出版物中，引用次数为220795次。在A. Tiwari和A.结果显示，该检索的结果显示2007年至2016年期间有2882篇文章。[18]这也表明，在过去5年中，对开发抗菌表面的新方法或改进方法的需求迅速增加，该领域的研究文章数量几乎翻了一番。全球发表的论文涉及不同的主题，如图1所示，百分比最高在大多数出版物在亚太地区（36%），其次是欧洲（33%），美国（27%）和世界其他地区（4%）。同样的趋势也出现在该行业，亚太地区主导着抗菌涂料市场，其次是北美，然后是欧洲。[32个]这些文章中只有5.8%涉及根据Global Market Insight的数据，2020- 2026年期间，抗菌涂料市场的复合年增长率（CAGR）将继续以10.4%的速度到2026年达到63亿美元。[33]这篇文章考虑到了一些在这一领域工作的主要参与者，包括阿克苏诺贝尔N。V.，瑞士龙沙集团有限公司和西卡股份公司，德国巴斯夫公司，日本油漆控股有限公司，公司日本、挪威佐敦集团、美国PPG工业公司，艾仕得涂料系统，宣伟公司，陶氏化学公司，E。I. Du Pont De Nemours，RPM International Inc.，Sciessent LLC、Diamond Vogel Paint Company和Burke IndustrialCoatings LLC。[33个]Flexjet与Constant Aviationuse（美国-基于维护、维修和运营的公司）开发了一种Fig. 1. 1975-2021年关于“抗菌涂料”的文章在不同科学网类别中的分布C. 波佩斯库Alain，M.Courant等人工程科学与技术，国际期刊35（2022）1011944由FDA批准并由EPA注册的抗微生物涂层;它被称为MicroShield 360，旨在防止处理表面上的病原体这种涂层的应用包括静电应用一种特殊配方的消毒剂，然后在处理过的表面上涂上一层生物静电涂层。[34个]PPG Industries （ U.S.A ） 销 售 专 门 采 用 银 离 子 技 术 配 制 的SilverSan产品受保护的粉末涂料嵌入PPG树脂化学物质（环氧树脂、混合物或聚酯）中，缓慢释放银离子，以保护漆膜免受微生物生长的影响。他们声称，他们的产品可以防止变色，降解和由细菌引起的难闻气味。[35]PPG与康宁合作，在EPA注册了一种采用康宁®配方的涂料产品。Guardiant®. [36]他们的产品含有铜，铜盔甲的市场[37个]法国公司MetalSkin medical® Technologies SAS开发了MetalSkinMedical®，这是一种可喷涂到各种材料上的涂层。他们的产品是一种复合材料，结合了铜合金（92%）和聚合物。MetalSkin Med- ical®技术已获得全球专利。[38]MetalSkin medical®超过了NF S90-700的要求，NF S90-700是一种用于评估无孔表面基本杀菌活性澳大利亚公司SPEE3D开发了ACTIVAT3D铜产品，并优化了算法，使他们的3D打印机能够用铜涂覆现有的金属零件。他们声称，这种方式比从头开始打印实心铜部件他们的测试证实，96%的SARS-CoV-2在两小时内被ACTIVAT3D copper已在整个北领地贸易、商业和创新部实施，以对抗COVID-19的传播。[39]第三十九章E. K. Mantlo等人[40]探索了Luminore CopperTouchTM涂层表面抑制SARS-CoV-2的能力。这些表面，铜和铜-镍基，在2小时内去除99%的SARS-CoV-2，99.9%的埃博拉和马尔堡病毒。该产品已被EPA批准用于医院，扩展和高级护理设施和诊所。爱尔兰公司Kastus提供Kastus®智能Sur-face TechnologyTM是一种获得专利的抗菌涂层技术，可用于玻璃或陶瓷表面的烧制。[41]抗微生物激活是通过形成活性氧（ROS）的自然光实现的。产品已通过全球标准（包括ISO 27447：2019）测试及认证。Lebronze alloy是一家创新的法国公司，开发了一种基于铜的新型合金材料Steriall®。 这种合金是一种保持抗菌能力的振兴产品。 它是10年研究的对象，发表在不同的科学出版物上，99%符合法国标准NF-S90-700。[四十二]活跃在油漆涂料领域的公司正试图在市场上推出抗病毒产品。不同的标准限制了目前可用的产品，因为分配用于测试和分析包衣材料中使用的活性成分的时间不足。这些涂料大部分是银基产品。健康和安全问题迫使人们采用更安全的替代方案，将抗微生物剂掺入持久的涂层基质或其他类型的技术，这些技术可以用抗微生物剂涂覆不同类型的材料3. 抗菌表面设计3.1. 铜离子对抗菌活性的贡献铜涂层的抗微生物活性引起了学术界和工业界的特别好奇然而，道具-铜块体材料及其合金的种类需要更系统地研究和理解如何可能在耐久性、机械加工性、颜色、美观性和长时间增加的抗微生物活性[21]对医疗单位和医院使用的铜及其合金表面进行了体外抗菌试验，并与不锈钢表面进行了比较。[43-[45相反，铜离子在细胞膜中积累并杀死了病毒或细菌。这种机制以三种平行的方式发生（图2），防止了细菌耐药性的风险。[46个]J.A. Lemire 等 人 [45] 证 明 了 Cu2+ 的 形 成 与 自 由 基 和 活 性 氧（ROS）的产生有关，加速了抗氧化剂的减弱，降低了细胞壁处理这些ROS物质引起的损伤并成功自我修复的能力。这种引发氧化性细胞损伤的作用被称为芬顿型反应：铜氧化氢！ Cu2-OH-2·OH-1-在完成3d电子壳层（4s1 3d10而不是4s2 3d9）之后，自由电子被置于s轨道上，解释了铜在氧化还原反应中的[51]这种构型增加了金属的束缚，并且由于外壳和核之间的距离而没有共价特征。虽然Cu+具有填充轨道，但它不如Cu2+稳定。当铜表面与特定环境中的微生物相互作用时，系统的稳定性将提供哪些离子与宿主连接以及破坏机制的线索。铜离子进入宿主微生物并开始攻击其内部结构的精确途径仍在研究中。P. Nawani和D.Walters[52]描述了减轻不同表面上生物膜形成的各种方法关于铜表面这些方法处理两种细菌菌株，金黄色葡萄球菌和产气肠杆菌，但它们可以适用于其他生物杀灭剂和表面。第一个EPA批准的协议（577PA1，D.P. 条形码402958）表示抗菌铜表面对特定测试微生物的效率第二个EPA批准的方案（577PA3，D.P.条形码402956）介绍了抗菌涂层表面的有效性，该表面在特定时间内多次重新暴露后可持续减少受试微生物的污染最后一个EPA批准的协议（577PA2，D.P.条形码402957）显示了抗菌铜涂层表面的残留自消毒剂活性。关于无孔和硬铜表面抗菌活性效率的更新方案可在EPA网站上找到[五十三]环保和可持续铜涂层的设计应考虑这种金属对生物圈的影响。低浓度的铜对生物体是必不可少的这种金属在自然界中分布很广，可以开采、加工和还原。[54]它对植物的毒性是人类活动造成土壤污染的后果在动物中，它的毒性和缺乏是罕见的。人体铜污染很少发生。一个原因可能是食物中毒，这是不同的医疗结果，但也有代谢缺陷，这是遗传的性质。在空气、食物和水中发现的这种金属的水平是无害的。[55]D. Mitra等人[17]考虑了环境中铜浓度增加的影响、生态毒性效应以及对病原体产生抗菌剂耐药性的可能性到C. 波佩斯库Alain，M.Courant等人工程科学与技术，国际期刊35（2022）1011945××图二. 大块金属玻璃释放的Cu离子的抗菌作用[50]为了获得这些杀菌涂层，作者使用了Cu离子与丙烯酸化季铵化壳聚糖（AQCS）和乙二胺四乙酸（EDTA）的澄清水溶液组合，以帮助调节它们随后的释放。在革兰氏阴性菌的情况下，Cu离子释放较高，因为细菌分泌的蛋白水解酶与EDTA或AQCS之间的酰胺键裂解，但对哺乳动物细胞的细胞毒性较低。铜表面的抗菌效率和耐久性必须在不同金属离子浓度下长期观察只有少数抗菌测试已经完成了长期暴露在真实条件下，重建医疗环境和医院。[56来自南安普敦大学生物科学学院的Keevil及其团队是首批研究铜在不同铜浓度下对致病性和非致病性微生物的功效并证明这种金属固有的抗菌特性的微生物研究人员之[60-[21]与贵金属相比，铜可能受到环境因素、清洁产品或试剂的侵蚀。与某些铜合金相比，铜的存在增加了对这些攻击的抵抗力。在未受污染的空气、水和脱气的非氧化性酸中，铜的腐蚀速率可以忽略不计。在水介质和环境温度下，形成一个粘附层的Cu2O，防止腐蚀.这种氧化物是一种p型半导体，通过以下电化学过程产生：4 Cu 2 H2O！ 2Cu 2O 4 H2O 4 e-氧化物阳极O22 H2O 4 e-！4-羟基-3-甲基-4-四铜一氧化二！ 2 Cu2O反硝化反应除了环境利益，铜的皮肤吸收应加以解决。[63]只有少数研究涉及铜扩散到人体皮肤中，并且观察仅基于其效果。这种金属的定量生物利用度尚未使用人体皮肤离体测量。[64]通常，已发表的测试低估了使用没有异质多组分膜、角质层的皮肤模型的实验中的吸收。[64-患者积极回应Pirot等人[68]估计硫酸铜的渗透率为3.2 × 10 - 6cm/h，氯化铜的渗透率2.3 10-6 cm/h。W. E. Platten等人[19]研究了当皮肤与用微粉化铜压力处理的木材表面相互作用时铜的释放释放的铜的总量低于对成人有毒的值然而，作者强调，根据每日铜摄入量，他们获得的值高于8岁以下儿童的耐受限度。3.2. 工程化表面以获得抗菌性能的方法已经建立了许多方法来设计原始的抗微生物涂层。[69]表面的环境在其“卫生状况”中起着重要作用抗微生物表面、难以刮擦的表面以及有效的自清洁是目前用于限制污染的方法。清洁/污垢循环本身会影响表面。例如，它可能会导致磨损，这将使污染更严重，需要更多的清洁，这将导致更多的磨损。表面的性质很重要：金属会刮伤，玻璃和陶瓷会破碎，塑料会磨损和刮伤。释放活性剂的抗微生物表面如果其比表面通过磨损而增加，则可以更有效，但缺点将是有机物质（血液、食物等）的存在。与微生物一起附着在该表面上，这将阻碍抗菌效果，并最终保护病原体。据推测，随着粗糙度的增加，比表面积的增加会增加保持力，然而，这尚未得到证实。表面在形状、轮廓和尺寸方面的特征可以增加比表面并提供更大的接触表面微生物，从而提高他们的能力，留在表面上。[70]在开发新的抗菌表面时，必须考虑所有这些方面，包括磨损，必须限制磨损，以保持表面清洁度及其擦拭能力。通常提出了不同类型的抗微生物涂层：防止微生物粘附的所谓的C. 波佩斯库Alain，M.Courant等人工程科学与技术，国际期刊35（2022）1011946这些不同的策略不仅利用了化学[73]、机械[74]和形态[75]涂层特征，而且还利用了可以掺入涂层中的活性化合物，例如抗生素、无机材料、与超小金属纳米颗粒结合的肽[76]和其他抗菌化合物。[77]Adlhart等人[78]进行的文献综述描述了这三种类型的表面，其重点是强化医疗保健部门的空气/固体界面。作者指出，当开发和实施不同类型的抗菌表面时，采用安全设计标准是有意义的。它们包括毒性，长期稳定性和抗菌素耐药性的发展。表面的物理性质可以影响微生物粘附。[79]许多研究表明，在细菌的情况下，当表面粗糙度增加时，它们的粘附力也会增加。[80–82]通过抑制光滑表面的传播，可以减少（甚至抑制）医院内疾病（也称为医疗保健相关感染的HCAI然而，这种类型的表面不会减少微生物的数量，因为它们不会杀死它们。利用超疏水性降低细菌粘附是一个相对较新的课题，但它从未被严格和系统地研究过。[83].对于病毒，A. Guo等人[84]描述了病原体对不同表面的粘附主要归因于静电相互作用和疏水相互作用;它受环境条件的影响。[85Gha- semi等人[88]提供了关于塑料表面如何，对病毒污染高度敏感，环境条件有利于污染物传播。在他们的研究中，作者使用分子动力学模拟提出了SARS-COV-2病毒与不同表面的结合能和分离（图11）。 3 a）。病毒在这些表面上的附着聚乙烯的疏水性导致低病毒粘附。如图3b所示，这种病毒对塑料的亲和力降低表明，这种材料很容易通过皮肤水分中的水分子将病毒传播给人类。如果亲和力增加，病毒在被水分子抬升时会被破坏。他们在二氧化硅（SiO2）表面上的研究证明了这一点，在二氧化硅表面上，病毒的可用位点增加了（图1）。 3 c）。对于接触杀灭涂层，微生物在接触表面时被溶解。这种活性接触表面表现出抗微生物活性而不释放任何杀生物物质。[78，89]Liu等人[90]已经表明，涉及杀菌作用的策略比仅通过表面效应限制粘附含有杀菌分子的涂层可掺入所谓的“释放-杀伤”表面的抗微生物分子[95抗微生物涂料中使用的杀生物元素具有内在毒性。释放这些元素的表面受欧洲生物杀灭剂产品法规（EU 528/2012）、欧洲议会法规（EC 1907/2006）和化学品注册、所有这些法规可能使其活性与杀生物剂的释放相关的抗微生物涂层的开发耗时且昂贵，并且使进入市场变得复杂。[78]释放杀生物物质的表面具有某些概念上的缺陷，因为它们被认为图3.第三章。分子动力学模拟预测SARS冠状病毒2在不同表面的附着（a）与各种表面的结合能（b）病毒从与水分子接触的塑料表面（聚乙烯）上脱离;（c）当可用位点增加时病毒脱离（SiO2表面）[88]。“设计”而不是“设计安全”。此外，这些涂层仅具有短期抗微生物作用;在存在和不存在致病菌株的情况下都可能释放杀菌剂，从而限制了器械的有效性。此外，这些表面有利于阻力的出现。[98]比较相对于有机试剂，金属氧化物在高温和高压下更稳定。[99]金（Au）、铜（Cu）、银（Ag）金属纳米颗粒以及金属氧化物如氧化银（Ag2O）、氧化铜（CuO）、氧化钛（TiO2）、氧化钙（CaO）、氧化铈（CeO2）和氧化锌（ZnO）已证明具有抗菌活性。[100-101]C. 波佩斯库Alain，M.Courant等人工程科学与技术，国际期刊35（2022）1011947通常认为，表面缺陷或某些（惰性）表面设计可促进污垢和/或微生物的保留，从而影响其清洁和/或消毒的能力。交叉感染控制、材料表面质量以及清洁和消毒方案的影响也很重要。[78个国家]未来抗菌涂层对微生物产生耐药性的能力的影响是一个重要的问题。虽然目前发生率较低，但以前在医院废水系统中观察到细菌对Ag的抗性[102]其他研究表明，抗微生物涂层（生物杀灭剂和金属）中使用的抗 微 生 物 剂 和 抗 生 素 存 在 共同 耐 药 性 和 交 叉 耐 药 性 的 威 胁 。[103Sütterlin等人[105]表明，瑞典医疗机构的肠杆菌属和克雷伯氏菌属菌株中存在Ag耐药基因必须控制这些金属基元素的使用，并遵循其抗性，以避免细菌的自然选择，以及对银的抗性扩散，导致医院内疾病的风险更高目前，在证明抗菌涂料的功效和功能、毒性以及抗菌剂耐药性的潜在风险方面的困难是将抗菌涂料推向市场的主要障碍。抗微生物涂层的主要性能标准是抗微生物功效和对护理单位中使用的清洁方案的长期耐受性。未能严格评估涂层会产生有缺陷的性能。缺乏标准方案来评估塑料上抗菌涂层的抗菌功效和时间稳定性是一个主要问题。这使得不可能客观地比较具有不同抗微生物剂和/或不同加工方法的两种涂层。通过沉积金属和形成可与塑料上存在的官能团形成强键的官能团来改性表面性质应有助于去除污染物或弱边界层。4. 通过不同涂层技术沉积在聚合物表面上的抗菌铜4.1. 物理气相沉积（PVD）PVD涂层具有不同于块体合金、粉末合金和化学合金的特性。涂层材料在真空室内通过热加热或通过溅射（通过离子或原子轰击去除材料）蒸发，然后冷凝在基材上。[108]当表面呈现抗微生物特性时，需要优化涂层特性及其对基材的PVD技术可用于制作装饰性和防指纹涂层。影响涂层性能的一个主要因素是在沉积步骤之前，在辉光放电和离子蚀刻技术的帮助下，在真空室内部清洁靶和基底后者将有助于去除氧化层、水蒸气和其他化学键合分子等，在衬底和目标上还必须考虑基材和涂层的脆性或延展性，因为它们可能导致失效模式[109]：表面-涂层界面出现裂纹时的粘合失效所使用的材料和应用可能需要多层涂层以改善涂层粘附性并在涂层中具有低孔浓度。有助于扩展抗菌应用的当前方向是金属或其组合的等离子体增强PVD沉积。氧化物到聚合物表面上。[110]等离子体沉积方法可以涂覆塑料材料作为底涂层和顶涂层。底涂层能增加硬度，面漆能增加不同色调的鲜艳色彩.类金刚石碳用作塑料表面的底涂层。为了获得最佳的DLC底涂层厚度，通过将真空室内的乙炔流量从5改变到80 cm3/min，使沉积速率增加三倍。[111]为了获得抗微生物聚合物表面，通过特定的官能团实现活化，所述官能团将有助于嵌入聚合物基质中或在聚合物表面上引入金属及其氧化物。[112-E. Woskowicz等人[110]通过磁控溅射- PVD（MS-PVD）在低温下将铜和氧化铜沉积到聚丙烯（PP）表面上。他们研究了涂层在水溶液中的稳定性及其在静态和动态接触条件下对金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性菌）和大肠杆菌（革兰氏阴性菌）的抗菌效率，用于抗生物污染应用。在聚丙烯（Cu-PP）上的铜涂层和CuO（CuO-PP）涂层在润湿性、形貌和稳定性方面表现出几乎相同的性能作者强调，与未改性的聚丙烯样品相比，Cu-PP和CuO-PP涂层的疏水性增加结果表明，金属化样品的抗菌性能与Cu-PP和CuO-PP涂层中离子的释放密切相关将这些涂层暴露于软化水18 h也表明金属离子的释放呈线性，并且浓度足以消除静态和动态接触法中的这些涂层的形态变化如图4所示。它表明，在测试之前，涂层表面是光滑的，只有几个痕迹（图1）。 4 a）而在浸出后，它们呈现出与金属离子的连续释放相关的沉淀（图4 a）。 4 b）。其他研究涉及装饰性和抗菌涂层-通过等离子体沉积使用Cu与陶瓷[114S. Durdu[114]通过PVD-热蒸发在商业钛基材（2级）上微弧氧化（MAO）获得的TiO2涂层顶部施加Cu纳米层作者强调，表面化学在涂层的极性中具有主要作用，并且表面的亲水/疏水性质不受基底形态的他们的结果证明，由于增强的极性，与对照样品相比，Cu基层的亲水性和体外此外，体外抗菌耐药性测试表明，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的存活率较低的铜层。新罕布什尔Chen等人[115]通过结合两种方法，在单一沉积室中，在固定的氮气流下，在Cu-35 Zn基底上合成颜色可选择的和抗微生物的Cu-TiN涂层，所述两种方法是用于钛的电弧离子镀和用于铜TiN用于使表面带正电并增加抗菌性能[120]。为了在工艺结束时获得装饰性和保护性涂层，作者使用两种额外的反应气氛施加非晶薄TiCx Ny Oz和TiNx Oy氧气和乙炔的混合物或恒定的氧气流。用TiCx Ny Oz和TiNx Oy涂层覆盖Cu-TiN表面使得可以控制涂层的保护性能和颜色。这种颜色取决于沉积时间：具有TiNx Oy顶部薄层的Cu-TiN涂层的颜色（在O2流中）从金黄色到红色，然后蓝色，最后紫色波动。在Cu-TiN涂层中加入TiCx Ny-C. 波佩斯库Alain，M.Courant等人工程科学与技术，国际期刊35（2022）1011948~图四、等离子体Cu和CuO涂层聚丙烯样品的SEM显微照片：浸提过程前（a）和浸提过程后（b）（改编自[110]）。Oz层（O2+C2H2流）呈现一系列渐变色.在防护性能方面，60 s内获得的涂层的表观硬度比电镀Cu-35 Zn基体的表观硬度高62.0%。A. Daniel等人[117]在不锈钢表面沉积铜-有机硅复合考虑标准JISZ2801：2000标准来评价抗微生物性能。采用磁控溅射法沉积铜，等离子体增强化学气相沉积法沉积有机硅聚合物。该方法还提供了具有透明和薄的面漆的可能性，其将增加耐刮擦性并且不劣化颜色。硅氧烷涂层具有低表面能，这导致更高的疏水性（接触角> 90°）。[第111话]4.2. 热喷涂方法热喷涂是一组通过热能和/或动能沉积金属或非金属涂层的方法的总称通过热喷涂沉积的金属颗粒可以嵌入到较弱的聚合物基底（例如聚氨酯、聚乙烯或尼龙）中，或者它们可以在与聚合物表面相互作用时变形和互锁（例如，在聚合物基底上的金属颗粒）。预处理的热塑性RU、玄武岩和玻璃纤维增强的环氧树脂热固性材料）。[119]为了避免基底腐蚀，在非常软的基底上的沉积需要降低颗粒撞击基底时的速度和温度[118]在聚合物上的粘附性热喷涂铜涂层通常需要粘合涂层和机械涂层。典型的联锁。[121-122]R. Gonzalez等人[119]发表了一篇关于聚合物基材料的金属化工艺和工艺中涉及的技术的综述在表1中呈现了用于将铜沉积到基于聚合物的衬底上的热A. Ganeshan等人[122]研究了冷喷涂铜在热塑性塑料表面上的附着力。他们首先使用锡（Sn）夹层，然后构建厚铜涂层。图5示出了撞击塑料基底的球形铜颗粒的示意图。在撞击时，球形铜颗粒嵌入聚合物中（图1）。 5 a）或引起脆性在周围区域断裂，并产生一个广泛的火山口，防止颗粒的附着（图 5b）。锡（Sn）颗粒在冲击时容易变形，并提供与基材的机械锚定;这使得该材料适合作为聚合物上铜沉积的粘合涂层（图6）。[122]然而，锡在低转变温度（13 °C）下不能保持其完整性，因此被排除在航空应用之外。[123].考虑到这一规定，V. Gillet等人[124]提出了另一种解决方案，用于铜和聚合物基材之间的夹层。他们使用半结晶热塑性塑料-聚醚醚酮（PEEK）作为中间层。这种酮具有生物相容性，用于医疗应用。[125在航空工业中，这种材料被用作碳纤维增强聚合物的基体[124]。A. Ganesan等人[127]通过等离子体以200 mm的间隔距离对碳纤维增强聚合物表面进行机械、化学和热处理，随后使用大气等离子体喷涂方法添加铝夹层。机械和化学处理的表面具有更高的粘附强度。正如他们的结果所示，铜涂层和聚合物基材之间界面处的空隙影响热处理基材的弱粘合强度（图7）。由于表面的化学改性，通过XPS证实，铜对聚合物表面具有亲和力。目前，针对病毒的高度接触表面研究，特别是针对SARS-CoV-2开展的研究。最近，B.C. Sousa等人的两篇评论文章[128冷喷涂法生产抗菌涂层，防止COVID-19传播。这些评论讨论了V.K. Champagne等人重点介绍了冷喷涂抗菌铜的应用。[130]通过与Sundberg及其同事的合作[131]，他们通过冷喷涂纳米结构的干燥铜原料粉末制造了一种可以更快摧毁微生物的表面。Sundberg等人将他们的研究集中在各种抗微生物铜涂层方面，如腐蚀，[132]表面粗糙度，[133]微观结构，[134]表面物种和表面化学。[135Irissou等人[137]还研究了冷喷涂铜基涂层作为抗病毒剂C. 波佩斯库Alain，M.Courant等人工程科学与技术，国际期刊35（2022）1011949表1沉积在聚合物基基材上的冷喷涂和热喷涂铜涂层（改编自[119]）。嵌入嵌入图五. 球形铜颗粒与（a）聚氯乙烯（PVC）和（b）环氧树脂基材相互作用的示意图[122]。抗SARS-CoV-2疫苗他们测试了不同表面的抗病毒效率，不锈钢板，铜板和冷喷涂铜涂层。铜涂层表现出更高的抗病毒性能，4个对数减少，而在同一时期内，散装铜板的2个对数减少V. K Champagne等人[130，135]在他们的论文中证明，冷喷涂铜涂层的较高抗菌效率与喷涂颗粒的冲击速度有关，这会产生增加