防疫抗疫：那些可以杀菌消毒的平面
每年有1000万人死亡 。这个数字不可思议，但也是拉鲁里—毛姆斯（Gerald Larrouy-Maumus）经常提到的。致病微生物对人类的对抗方式产生了防御，令抗生素产生耐药性，因此这个数字是世界面临的潜在代价。
古希腊人已经开始使用铜来烹饪和医疗。铜合金中的离子既抗病毒又抗菌，能在两小时内杀死99.9%以上的细菌。 目前，每年有70万人死于耐药性疾病。在过去十年左右的时间里，我们可以用来对抗有害细菌的药物越来越少。与此同时，包括真菌、病毒和寄生虫在内的其它致病生物也在产生耐药性，其速度之快，几乎与制造新药物的速度一样快。这意味着，由它们引起的疾病越来越难以治疗。 英国伦敦帝国理工学院（Imperial College London）的传染病研究员拉鲁里—毛姆斯警告说：“如果我们什么都不做，每年将有1000万人死亡。” 他是寻找解决抗菌素耐药性的人之一。他计划将这些病原体在人与人之间传播的物体表面转化为对抗它们的武器。 拉鲁里—毛姆斯说：“我们日常接触的物体表面可以成为传播媒介。”导致2019年新型冠状病毒病（COVID-19）的病毒Sars-CoV-2可以在硬纸板上存活长达24小时，而在塑料和不锈钢上可以存活长达三天。包括大肠杆菌和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA；又译耐药性金黄葡萄球菌）在内的一些细菌可以在无生命表面存活数月，而传染性酵母可以存活数周。因此持续消毒并清洁经常接触的物体表面相当重要。 在门把手、升降机按钮和水龙头等频繁接触的物体表面上使用抗菌金属或表面，可以降低传播风险。 一些科学家希望，只要改变我们使用物体表面的纹理，或者在表面涂上能更快杀死细菌和病毒的物质，就有可能在传染性生物体进入身体之前击败它们。 拉鲁里—毛姆斯打算试一试铜合金。铜合金中的离子既抗病毒又抗菌，能在两小时内杀死99.9%以上的细菌。铜比银更有效，因为它需要水分来激活抗菌性能。 拉鲁里—毛姆斯说：“铜是最适合使用的表面，因为人类已经使用了3000年。古希腊人已经开始使用铜来烹饪和医疗。” 然而，铜还没有在医疗设施中广泛使用。它价格昂贵，而且很难在不造成腐蚀的情况下清洗，许多人不喜欢这种材料。例如，并不是所有人都想坐在金属马桶座上。拉鲁里—毛姆斯说，这意味着，不锈钢和塑料取代了铜。塑料的优点是轻巧便宜，所以它能单次使用，“你不需要再对它进行消毒”。 虽然不可能在所有物体表面都涂上铜，但拉鲁里—毛姆斯认为，在升降机按钮和门把手上等经常触碰的部位使用铜合金有助于减少污染，并减低由此导致的微生物传播。 铜的表面也可以用激光处理，制造出粗糙的纹理，从而增加表面面积，扩大可以杀死的细菌数量。印第安纳州普渡大学（Purdue University）的研究人员开发了这项技术，发现铜甚至可以在短短几个小时内杀死高度密集的耐抗生素细菌菌株。这种方法不仅可以用于门把手，还可以帮助降低髋关节置换等医疗植入物引起的感染。 改变表面的纹理可以提供一些防止传染病的方法。 澳大利亚皇家墨尔本理工大学（RMIT University）分子生物化学家伊万诺娃（Elena Ivanova）说：“蝉的翅膀以其自我清洁的效果而闻名。”蝉的翅膀是超疏水性的，水滴会从翅膀上反弹，就像蝉从荷叶上弹起来一样，让污染物随水滚落。她说，更重要的是，蝉的翅膀表面布满了小刺，阻止细菌细胞在表面定居和生长。 “当细菌细胞……有效地破坏生物膜时，你基本上看到的是一种独特的自然机制。”伊万诺娃说，她已经研究模仿这种设计方法大约十年了。她从大自然中汲取灵感，试图改变易受污染表面的微小纹理，以防止细菌在表面形成菌落。 控制医院里的耐抗生素细菌正在成为一项重大挑战，如果放任不管，可能会夺去许多人的生命。 所需图案的密度和几何形状，以及制造方法和材料将取决于目标微生物的特征。伊万诺娃说，复杂的锯齿形状在水和空调过滤器上尤其有效。石墨烯薄片非常薄，“锋利的边缘可以穿透细菌膜杀死它”（这些微小的刀片太微小，不会伤害人类皮肤）。 钛和钛合金的抗菌性最让她兴奋。这些金属可以被水热腐蚀：基本上金属可以在高温和压力下熔化，形成边缘锋利的薄片，可以杀死不同类型的细菌。二氧化钛暴露在紫外光下会产生活性氧，比如过氧化物，可以杀灭微生物。这已经被用来覆盖牙齿矫正器来减少细菌。即使将这类涂料暴露在商业灯下四小时，存活细菌的数量也会减少1000倍。 伊万诺娃说：“这些表面不需要任何特殊的治疗，需要化学药剂或抗生素才能有效。” 然而，制造出能够预防病毒的表面需要特别精细的精确度，因为它们比细菌要小。但西班牙罗维拉大学（Universitat Rovira i Virgili）的生物物理学家弗拉基米尔·鲍林（Vladimir Baulin）认为，类似的技术可以用于病毒，包括冠状病毒。一种策略是将病毒粒子困在纳米柱之间（纳米柱是一种可以在表面合成的微小的柱状结构）。这有助于收集病毒颗粒，让科学家可以开发测试和疫苗。另一种策略是将表面纹理化，使其纳米突起在物理上破坏病毒的最外层，例如在口罩过滤器中。 大自然还为我们提供了其他方法，使我们周围的物体表面对疾病传播更具弹性。 阿根廷马德普拉塔国立大学（Universidad Nacional de Mar del Plata）的化学工程师彭斯（Alejandra Ponce）说：“有很多证据表明，精油作为抗菌和抗病毒的成分是有效的。”以茶树油为例，这种气味强烈的物质激发了一系列美容产品的灵感。彭斯指出，在实验研究中，“茶树油气雾剂具有很强的抗病毒作用，在接触五至15分钟内，灭活模型病毒的效率可达95%以上”。 软木的高度抗菌性已被证实，尤其是金黄色葡萄球菌。啤酒花的提取物已被用于制造类似塑料的涂层，可以防止某些类型的细菌生长。 然而，对抗菌植物提取物表面涂层的应用研究仍处于实验阶段。从理论上讲，这些植物材料可以制成抗细菌的涂层，但需要了解的关键成分以及它们所针对的微生物类型还有很多。 复制蝉翅膀表面的微小刺状物可以防止细菌定居和形成菌落。 但总的来说，抗菌表面的潜在应用是很多的。鲍林说：“对我来说，重要的是，要强调这是普遍机制，这就是为什么它有如此广泛的范围。你可以把它应用到很多物体表面上。” 然而，瑞典抗生素耐药性反应行动网络（ReAct – Action on Antibiotic Resistance）的政策官员任梦英（Mengying Ren；音译）警告说，我们不应该过度依赖这种方法。她指出：“无论技术有多好，我们仍然需要考虑卫生保健设施的基础，例如卫生保健人员、清洁、卫生和IPC（感染预防和控制）设施，以及疫苗接种覆盖率和能力。没有简单的解决办法。” 在收入较低的国家，自来水供应缺乏，维护需要经常清洗的抗菌表面可能特别困难。例如，带有纳米管的表面可能需要定期清除死微生物和其他碎片。不过，伊万诺娃说，有了钛和钛合金，“病原体细胞的碎片脱离表面”，本质上使它们能够自我清洁。铜需要抛光以限制氧化，这将降低其反应性。 任梦英和她的同事们还担心“银或铜等表面涂层产生耐药性的风险”，而拉鲁里—毛姆斯确信，由于细菌在过去3000年里都没有产生对铜的耐药性，未来也不太可能。 软木以其抗菌性能而闻名，已经被用作地板素材。 无论如何，这些技术找到商业合作伙伴并扩大规模都需要时间。已经有了一些范例。鲨鱼是一种塑料薄膜材料。在表面使用钻石图案来模仿鲨鱼皮，就可避免细菌在上面定居。这一技术已经应用于导管等医疗设备上，这些设备可以将传染性细菌带入体内。微盾360（MicroShield 360）涂层已经应用于飞机内部的表面，比如座椅，以防止细菌。 尽管3D打印机很少能在纳米级工作，但一些型号已经实现了这一里程碑。有一天，甚至可能在你的客厅打印出对抗微生物的图案。 这些表面可以成为我们抗击传染病和未来大流行病的重要工具。 今天，在世界对抗新冠病毒的破坏之际，抗菌素耐药性更加突出。住院患者所携带的细菌引发继发感染的风险相当大。一项研究显示，在中国某医院死于新冠病毒的患者中，有50%还感染了另一种病原体——尽管抗生素对病毒本身没有任何作用，但冠状病毒患者也通常被处方抗生素。这令人们担忧，抗生素可能助长患者体内的耐抗生素细菌感染。 拉鲁里—毛姆斯说：“我们周围到处有人感染，所以目前的战斗正当其时。最重要的是为下一个危机做好准备。我们不知道危机什么时候会来。” 欢迎到 BBC Future 阅读英文原文。