酸性表面抗菌技术营造安全洁净的医疗环境

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林玉平[1]
（北京安霸泰克生物科技有限公司，北京市100055）

摘要：在医院内长期有效地杀灭和抑制各种致病微生物，减少人们受细菌感染的途径和机会，已经成为医学专家们重点研究课题和公众最为关心的问题。针对细菌生长的环境和条件，目前已经存在几种抵抗医院内感染的解决方案，这些解决方案都取得了不同程度的成功，但也伴随着一些弊端。为了减少环境污染，避免二次伤害，研究全新的抗菌技术显得尤为重要。通过人体皮肤保护机理，分析出让金属氧化物与水接触生成带正电的氢离子，形成PH值在2.5-5.5的酸性表面可以实现最新的无菌表面处理技术,能够达到快速高效广谱的抗菌效果，进而开辟了绿色安全的抗菌技术新领域。
关键词：功能高分子材料；医院感染；抗菌材料；酸性表面抗菌技术

1医院内交叉感染的危害
菌类无处不在。细菌、病毒及真菌统称为“菌类”或微生物。它们能使人重度感染，免疫系统受抑制的成人和儿童，尤其有被感染的危险。而这些人往往经常会出现在医院、幼儿园、养老院或其它公共场所地方。在这些人流大的地方，各种菌类很容易扩散传播。因此，医院、幼儿园、养老院、公共场所及公共交通工具等成了菌类繁殖和传播的温床。医院内过度使用抗生素产生了一种叫做多重耐药菌的菌类（俗称超级臭虫）。多重耐药菌可以免疫多种抗生素，几乎不能根除。
如果某人在医学服务中，因病原体传播引起的感染，那么我们称为医源性感染，是医院内感染的一部分。假如感染由多重耐药菌引起，那么传统抗生素是很难治愈患者的。据欧洲科学基金会（ESF）报告^[1]，医源感染是一个很大的威胁。病人可预防性死亡的原因（但尚未证实）就是与医护相关的感染。一项保守估计显示[1]，每年欧洲有10%的人住院，如果其中有5%的人患医源感染，那就是175万患者，而且他们最少一次患医源感染。假设保守估计死亡率在10%，则每年欧洲因这些感染而死亡的人将有17.5万之多。这些数字不包括为治疗感染所花的钱以及由于感染而致残的人的数（在欧洲还没有可靠的评估数据）。下图是欧洲国家因患重症监护室感染而死亡人数的死亡率图（图1）。

图1 欧洲国家因患重症监护室感染而死亡人数的死亡率
 
美国的情形也几乎如出一辙。美国疾病控制中心（CDC）估计，每年美国有200万人患医源感染。治疗这些感染每个病人平均要花费4.7万美元，并且每年致死人数在9万。每年给医院延长护理及治疗的额外费用就高达48亿美元。所以，医源感染成了欧洲及美国成人患者的一项重大难题。
根据中国卫生统计年鉴2011年数据显示，2010年全国医院诊疗人次数为21.88亿，住院人数为1.01亿人，按8%的住院感染率统计，则全国有808万人患医院内感染；每位院内感染患者平均住院时间延长了14天，加上额外的看护和治疗花费，增加了6542亿人民币的开支。按照5%的死亡率估算，有40.5万人因此死亡。
由此可见，在医院内长期有效地抑制和杀灭各种病菌，减少人们受细菌感染的途径和机会，已经成为医学专家们重点研究课题和公众最为关心的问题。为了最大程度上的降低医源感染及其所造成的危害，我们必须立即采取行动。

2抵抗医院内细菌的载体及策略
针对细菌生长的环境和条件，已经存在几种抵抗医院内感染的解决方案，这些解决方案都取得了不同程度的成功。
2.1使用抗生素
使用抗生素能杀死细菌，但也能产生多重耐药菌。一旦产生耐药性，则抗生素对其作用就失去效力。若这些细菌是病原体，则会造成重大问题。滥用抗生素已经是一个必须要重视的严重影响治疗效果，危及患者生命安全的问题[2]。然而，目前人们对抗生素最大担忧是：制药业不再研发足够多的新型抗生素。最近 3年内，市场上没出现过一例新型抗生素制品。因为，人们抗生素对抗细菌的主要争论点是：起效范围有限、增强抗药性（如：白色念珠菌）、抗菌活性消退迅速（不持久，无稳定）、与 MIC（最低抑制浓度）相比，根除固着生物需要100-250倍更高浓度、抗生素不能预防疾病，只能用于治疗而且价格昂贵[3]。
2.2使用消毒剂
使用消毒剂可以杀灭细菌。一旦使用消毒剂后，可以根除局部细菌。比如消毒酒精是常用的消毒剂，洗涤剂也可以用来杀菌。但是这些载体存在的问题都是不能长效，而且它们只能清洗表面。然而，再遇污染时，就需重新使用消毒剂。消毒剂的优点明显，缺点也很突出。优点是可以立即起效，根除细菌；但缺点是活性不持久、起效范围有限、污染环境、有毒、诱发抗药性，并且用工多，需要勤奋的清洁工全面清洁。
2.3加强医疗护理
研究发现，在医院中的护理人员通过接触受污染的地方及诸多病人，他们自身也受到污染，并把这些细菌带到了其它地方，起到转移细菌的作用。如果1位护士只对应照看1名病人，细菌的传播机会将会大幅下降。然而这太不实际，因为聘用过多的护士，没有医院能承受起相关的费用。例如，如果对8名病人采用1对1护理时间表，就得30多个护士（4个一组倒班，还要考虑假期等等）。这样的人工明显太高，是不可能实现的。
2.4使用纳米银抗菌技术
银的抗菌性众人皆知，它是由银离子起作用的。使用金属银杀菌的方法就是产生足量银离子，从而增加银的面积。为实现这个杀菌效果，可以向物体内或物体表面添加纳米银或微型银粒子。纳米银抗菌技术的优点是：抗菌活性好、耐药性好、低毒性，缺点是：代价高，遇硫及高浓度电解质环境时抗菌活性钝化、抗菌活性的有效期短、价格昂贵。目前市场上只有为数不多的几家公司在推动纳米银抗菌技术。
2.5使用二氧化钛光触媒技术
众所周知，二氧化钛经光线照射能产生活性氧自由基。这些活性氧自由基能杀死细菌，有很好的抗菌活性。但是，这个技术的问题是需要外来的光能量，而在细菌繁殖严重的某些重要区域确恰恰没有光线，同时制造和维护这些产品的成本昂贵。
2.6使用金属离子抗菌技术
人们发现有些金属具有抗菌性，前面已经提到过的金属银就有这种特性。金属离子的抗菌活性序列是：银>汞>铜>镉>铬>铅>钴>铝>锌>锰>锡。这意味着银的抗菌活性最活跃，汞随其后。但问题是它们都有毒，威胁人们的健康。现在市场上可以看到使用铜离子的抗菌产品，但效果有限。
3抗菌材料的革命-酸性表面抗菌技术
如果在医院里可接触区（重症监护室、产房、候诊区、手术室等）创造一层持久无菌表层，这样多重耐药病源微生物及病毒就不能传播了，就切断了治病微生物通过接触传播的途径，为医护患者创造健康安全的医疗康复环境。
北京安霸泰克生物科技公司推广的无菌表面处理技术^[1]，是国际专利发明人德国埃尔朗根大学医学教授古根博士^[2]带领的团队历经15年研究开发出来的创新技术，是抗菌材料领域里的革命。这种无菌表面处理技术是借助金属氧化物与水接触生成带正电的氢离子，形成PH值在2.5-5.5的酸性表面实现的。
人们很早就知道酸性物质具有抗生物活性的功能，比如：
·胃酸可以抑制小肠中的细菌；
·皮肤表面的脂肪酸PH值约为5.2，这种酸性膜使皮肤抑制病原菌；
·为防止尿道感染反复发作，通过口服氨基酸（蛋氨酸）使尿酸的PH值为5；
·有机酸可以防止食物腐烂并延长储存时间。
下图展示的是人体皮肤酸性膜的抗菌情况。

图2 健康皮肤与患病皮肤上的细菌数量对比
注：1左图为健康皮肤，右图为患神经性皮炎的皮肤
从这两个图片可以看到，患神经性皮炎皮肤上有更多细菌的原因是皮肤上的酸膜不再完整，PH值也不够低。
3.1安霸酸性表面技术的抗菌范围
经添加金属氧化物而形成的酸性表层能提供超强的抗菌活性，可以抵抗绝大部分细菌、病毒和真菌，无论它们对抗生素或消毒剂是否有耐药性。也就是说，多重耐药菌也能被有效杀死。实质上，安霸酸性表面的抗菌活性仅取决于自由氢离子。
抗菌活性的本质在于释放出的氢离子能降低物体表层的PH值。不同PH值的表面酸的抗菌活性是不同的，通常情况下：如图3所示，PH值在4.0到5.0能限制许多革兰氏阴性菌的生长（如：大肠杆菌、绿脓杆菌、梭状芽胞杆菌、弧形杆菌、不动杆菌），PH值在3.5到4.0能根除许多革兰氏阳性菌（如：葡萄状球菌、链球菌、球菌、军团菌、念珠菌、乳酸菌菌落），PH值为3.5可根除念珠菌（白色念珠菌和光滑念珠菌）。安霸酸性表面的抗菌活性不必考虑对现有抗生素的抗药性。

图3 PH值对照图
3.2安霸酸性表面抗菌技术的抗菌效果
使用安霸表面抗菌技术生产的抗菌涂层，已经通过严格的企业内检和国家权威检测机构认证，国家权威机构的检测报告显示，安霸抗菌涂层的抗菌率大于99.99%，持久抗菌率大于99.54%，15分钟杀灭常见病毒。如图4显示，浓度为10⁷和10⁸CFU/ml的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌菌液，在三个小时后就被100%杀灭。如图5所示，浓度为10⁴、10⁵、10⁶CFU/ml的菌液，只需30分钟就可以100%被杀灭。而医院常见的细菌浓度为10³-10⁵CFU/ml。由此可见，安霸表面抗菌涂层的抗菌效果远超过市场上现有的其它抗菌产品。

图5 10⁴、10⁵和 10⁶CFU/ml菌液浓度的抗菌实验
 
3.3安霸酸性表面抗菌技术的抗菌机理
安霸抗菌涂层能够实现如此快速和高效的抗菌效果是因为它的抗菌机理是基于多重机制同时起效。当空气中的水分与抗菌涂层中的抗菌元素接触时，抗菌元素释放出带正电的水合氢离子H3O⁺，H3O⁺再分解为水和氢离子。
氢离子能永久破坏细菌的蛋白质层，也就是蛋白质分解作用、破坏细菌蛋白质结构，使其凝固坏死；氢离子降低了最适合几种转运酶的PH值，同时削弱了蛋白质新陈代谢中酶的活动性。H3O⁺能穿过细菌的细胞膜，阻断细菌细胞壁上重要的酶系统并在细胞内部发生作用，结果细菌细胞壁上的转运系统受到了限制，打断了DNA序列。当带正电的氢离子接触到带负电的细胞膜时，带负电的细胞膜会与带正电的氢离子发生库仑吸引，使两者牢固结合，束缚细菌的活动自由，抑制其呼吸机能，即发生“接触死亡”；另外，细菌在电场力的作用下，细胞壁和细胞膜上的负电荷分布不均匀造成变形，发生物理性破裂，使细胞的内容物如水、蛋白质等渗出体外，发生“溶菌”现象而死亡。由于氢离子不浸入细菌细胞核内，不影响细胞核中的遗传因子，因此不会产生遗传变异的耐药性菌。
安霸酸性表面的PH值与尿酸或稀释的醋酸近似，因此是安全的。安霸酸性表面不仅可以杀死和抑制致病微生物，而且还具有以下重要特点：
·降低细菌粘着强度
·阻断细菌繁殖
·阻断形成生物膜
3.4安霸酸性表面抗菌技术的优点
安霸酸性表面抗菌技术是抗菌材料领域中的革命性发明，它综合了现有抗菌技术的优点，避免了它们的缺点，是一个优势特点突出、市场前景广阔的创新技术。它的主要优点是：广谱快速持久抗菌活性、不诱导产生抗药性、不污染环境、安全无毒、生物适应性好、与几乎所有载体（金属、瓷器、塑料、木器和玻璃）兼容、无纳米颗粒析出。
3.5在工业和医学中的用途
安霸无菌表面处理技术—抗菌涂层有很好的市场前景，可以广泛应用于医院、养老院、疗养院、公共交通工具、公共场所、无菌车间、实验室的内墙与地板、扶手、门把手、洁具、支架；也可以用于医疗产品、食品机械等设备，实现真正的无菌洁净表面^[3]。
在下列医疗产品上涂覆抗菌涂层后，可以减少交叉感染风险，延长产品的使用寿命，减少患者痛苦，缩短医疗康复时间：
·泌尿导管（硅胶、聚氨酯）
·外周小静脉导管（硅胶、聚氯乙烯、气相沉积法）
·各种导管（穿刺、鼻饲管等等、聚乙二醇导管）
·导管连接件：卢尔锁、三腔阀门、导管阀门
·通风设备（热塑性聚氨酯、液体硅胶）
·电缆及接头、插座（热塑性聚氨酯）
·保温箱盖（环氧树脂）
·工作台面等

4结束语
为预防和减少医院内交叉感染，保护医护和患者，北京安霸泰克生物科技有限公司与古根教授共同致力于研发全面抵抗致病微生物的技术和产品，倡导和推广绿色无菌医院的解决方案，引领安全医疗与健康生活的新潮流。
 
参考文献
[1] Vincent, Lancet 361, June 14, 2003
[2] J.P. Guggenbichler, private communication, 2011.
[3] Grisold, MRSA in Alten und Pflegeheimen HygMed. 31. 1/2, 2006