示意图显示了 Mustafa Akbulut 博士的超疏水和抗菌双重功能涂层。图片来源：德州农工大学工程学院
德州农工大学的研究人员创造了一种涂层，可应用于传送带和收集桶等表面。
在从开阔的田野到杂货店的农产品展示的过程中，新鲜蔬菜和水果有时会被微生物污染。然后这些物品会破坏其他农产品，进一步传播污染并增加可能导致疾病的食品数量。
为了防止新鲜农产品之间的交叉污染，德克萨斯 A&M 大学的研究人员创造了一种涂层，可以应用于食品接触表面，如传送带、滚筒和收集桶。除了具有杀菌作用外，研究人员还设计了他们的涂层具有极强的防水性。研究人员表示，没有水，细菌就无法在表面粘附或繁殖，从而大大抑制了从一种产品到另一种产品的污染。
“食用受污染的生食每年会导致数百人生病，因此食品污染不仅是一个巨大的健康问题，也是一个重大的经济负担，”阿蒂·麦克费林化学工程系副教授穆斯塔法·阿克布鲁特说。 “在我们的研究中，我们展示了我们的新型双功能涂层——一种既可以驱除又可以杀死细菌的涂层——可以大大减少细菌传播，避免交叉污染。”
研究结果发表在 ACS Applied Materials &Interfaces 期刊二月刊上 .
食源性疾病可能是由一大群病原体引起的，其中包括多种病毒和细菌菌株。 为了在收获后治愈任何感染，新鲜农产品通常会经过清洗，然后用过氧化氢或醋酸等强效抗菌剂进行消毒。
然而，如果细菌设法隐藏在水果和蔬菜皮上难以到达的地方，它们仍然可以毫发无损地逃脱。此外，如果细菌数量足够多，它们可以形成保护鞘，称为生物膜，进一步保护它们免受消毒剂的作用。
受污染的农产品可以通过接触其他食品直接传播病原体，也可以通过食品接触表面间接传播病原体。目前，有几种方法可以防止间接传播，从抗菌表面涂层到像弹簧一样将细菌推开的防污聚合物表面。但研究人员表示，这些方法虽然一开始很有效，但随着时间的推移可能会由于各种原因而失去作用。
为了克服当前技术带来的障碍，Akbulut 和他的团队着手制造一种同时具有极强疏水性的抗菌表面涂层。他们指出，涂层的防水性能可以帮助食品接触表面更长时间地保持其杀菌作用。
“大多数细菌只能在水环境中生存，”Akbulut 说。 “如果表面是超疏水的，那么水以及大部分细菌都会被排斥掉。周围的细菌越少，用掉的杀菌剂就越少，从而延长了涂层的整体使用寿命。”
为了制造双功能涂层，Akbulut 和他的团队从铝板开始，这是一种常用于食品工业接触表面的金属。在金属表面上，他们使用高温化学附着一层薄薄的称为二氧化硅的化合物。然后，以这一层为基质，他们添加了二氧化硅和一种天然存在的杀菌蛋白，这种蛋白存在于眼泪和蛋清中，称为溶菌酶。
与二氧化硅-溶菌酶层结合的二氧化硅-铝层一起形成了一种涂层，在微观尺度上观察时该涂层具有粗糙的质地。研究人员指出，这种亚微观粗糙度，或涂层上的微小凸起和缝隙，是超疏水性的关键。
“一般来说，如果你增加粗糙度，材料的疏水性就会增加，但这是有限度的，”工程学院研究生、该研究的主要作者刘书豪说。 “如果涂层太粗糙，细菌会再次隐藏在缝隙后面并造成污染。因此，我们调整了二氧化硅和溶菌酶的比例，使粗糙度在不影响涂层整体功能的情况下产生尽可能好的疏水性。”
当他们的超疏水溶菌酶涂层经过微调并准备就绪后，研究人员测试了它是否能有效抑制两种致病细菌的生长，鼠伤寒沙门氏菌 和无害李斯特菌 .经过检查，他们发现这些表面的细菌数量比裸露的表面少99.99%。
尽管他们的涂层在防止细菌传播方面具有很高的功效，但研究人员表示，还需要更多的调查来确定涂层在减轻病毒交叉污染方面是否同样有效。虽然比其他涂料更持久，但他们指出，他们的涂料在使用一定量后也需要重新涂抹。因此，下一步，Akbulut 和他的团队正致力于开发更持久的双功能涂层。
“我们的目标是创造智能表面，可以防止任何类型的病原体附着和繁殖，”Akbulut 说。 “在这方面，我们开发了表面涂层，可以防止细菌在表面聚集，这是交叉污染的主要原因之一。我们现在正与农业研究人员合作，将我们的发明从实验台付诸实践。”
参考：“具有细菌抗接触和抗菌特性的双功能超疏水涂层”，作者：Shuhao Liu、Jeremy Zheng、Li Hao、Yagmur Yegin、Michael Bae、Beril Ulugun、Thomas Matthew Taylor、Ethan A. Scholar、Luis Cisneros-Zevallos、Jun Kyun Oh 和 Mustafa Akbulut，2020 年 2 月 5 日，ACS Applied Materials &Interfaces .
DOI：10.1021/acsami.9b18928
该研究的其他贡献者包括德克萨斯 A&M 化学工程系的 Michael Bae 和 Ethan A. Scholar；德克萨斯农工大学生物医学工程系的 Jeremy Zheng 和 Beril Ulugun；中国仲恺农业工程大学李浩；德克萨斯农工大学营养与食品科学系的 Thomas Matthew Taylor、Luis Cisneros-Zevallos 和 Yagmur Yegin；和韩国檀国大学的 Jun Kyun Oh。
这项工作得到了食品制造技术计划和美国农业部的支持。
