香港大学黄明欣团队研发出抗新冠病毒高含铜不锈钢，有效抑制物传人风险

实习记者 都 芃

黄明欣团队运用粉末冶金的生产工艺，把不锈钢里铜的含量提升到 20%，从而得到了具备抗新冠病毒特性的不锈钢。这种通过提升铜含量制得的不锈钢，一方面能够避免“铜脆”现象，另一方面其富铜沉淀物能够在整个金属制品中均匀分布，即便制品表面出现磨损，也不会对其抗病毒效果产生影响。

新冠肺炎疫情暴发后，“物传人”成为新冠病毒传播的重要途径之一。有研究曾表明，新冠病毒在普通不锈钢材料表面能够存活 3 天之久。所以，研发出可以杀灭新冠病毒的不锈钢材料，成为了业界和学界的一个重要目标。

近期，香港大学工程学院机械工程系的黄明欣教授所领导的团队，与香港大学（李嘉诚医学院）免疫与感染研究中心的潘烈文教授的研究团队展开合作。他们通过对不锈钢的化学成分以及微观组织结构进行调整，成功使得不锈钢具备了能够杀灭其表面附着的新冠病毒以及其他常见病原体微生物的能力。

新型不锈钢含铜20% 显示出强大的抗新冠病毒特性

20 世纪初被发明之后，不锈钢凭借其在硬度方面的优异性能，在公共场所的基础设施中得到应用；凭借其在耐腐蚀性方面的优异性能，在家庭生活的日常装潢中得以使用；凭借其在可加工性方面的优异性能，成为公众最常接触的材料之一。

但新冠肺炎疫情席卷全球后，不锈钢这种在公共场所随处可见的基础材料，已成为新冠病毒扩散传播的载体。携带病毒的飞沫以及呼吸道分泌物会附着在不锈钢材料上，从而使不锈钢材料成为潜在的病毒传播媒介。

中国疾病预防控制中心此前曾对一起新冠病毒感染案例展开分析，认为在同一单元楼内的住户，极有很大可能性是因为共同使用了一部电梯，并且一起触摸了不锈钢材质的电梯按键，从而导致病毒在住户当中进行了扩散。

在具体的研究过程中，为了能够更优地对不同的不锈钢材料之间的抗菌抗病毒性能进行比较。黄明欣团队制备出了多份样品，其中有常规的 316 不锈钢；还有含银量分别为 0.3%和 0.6%的不锈钢；以及 4 种含铜量在 1%至 20%之间不等的不锈钢；另外还有纯银和纯铜。他们为了凸显其实用价值，专门把它制备成电梯按钮样式，以此来模拟在最常见的使用环境中，不同种类不锈钢的抗新冠病毒性能。

相比之下，含铜不锈钢表现出了十分显著的抗病毒特性。含铜量 20%的不锈钢尤其如此，它在 3 小时内能够显著减少其表面 99.75%的活体新冠病毒，在 6 小时内能够显著减少其表面 99.99%的活体新冠病毒，展现出了强大的抗新冠病毒特性。

黄明欣称，高含铜量不锈钢的制备运用粉末冶金方式。这种方式让它能不受材料表面磨损的影响，在较长时间范围内持续具备抗新冠病毒的特性。

从抗菌到抗病毒 把握不锈钢中的铜含量很重要

其实在这种抗新冠病毒不锈钢研发之前，抗菌的不锈钢就已经很普遍了。并且它早早开始了工业化生产，在其中添加了铜和银。

中国科学院金属研究所的研究员杨珂表明，铜和银在业界是被公认的优秀抗菌材料，它们对像大肠杆菌这类常见致病菌有着良好的抵抗能力。例如，抗菌不锈钢中含铜量仅为 5%时，就具备 99%的抗菌率。这是因为密集的富铜沉淀物会一直留存于不锈钢基质里，从而产生持久的抗菌效果。银的抗菌能力较为突出。只要在不锈钢基质里添加 0.3%的银，就能产生很强的抗菌效果。然而，抗菌不锈钢若要达到抗新冠病毒的效果，就需要增加其中的铜含量。

不锈钢是一种铁基合金，以铁为基础。在生产过程中，会加入镍、铬等元素来增强其性能。如果一味加入大量铜，就会使它的基础性能发生改变，进而导致它不再具备不锈钢的特性，也就无法进行大规模应用。杨珂表示，生产抗病毒不锈钢，最大的挑战在于怎样在加入足量抗病毒元素的同时，又不改变不锈钢的核心性能。

铜是不锈钢的核心元素之一，然而加入过量会严重影响不锈钢的核心性能。杨珂向记者介绍，钢铁的热加工锻造过程需在 1200℃左右的高温下进行，而铜本身的熔点约为 1080℃。铜加入过多会使钢材在热加工时的锻造性变差，出现“铜脆”现象。

为避免“铜脆”现象，且保证加入有足够抗病毒效果的铜，一些研究人员采用物理气相沉积、冷喷涂、离子注入等方式，给不锈钢涂抹一层抗病毒涂层。然而，这些方法所生产的涂层，其厚度不足 1 毫米，容易因磨损而使抗病毒性能大幅降低，所以这类不锈钢材料难以获得长期的抗病毒效果，不具备大规模应用的价值。

黄明欣团队此次运用粉末冶金工艺，把不锈钢中铜的含量提升到 20%，从而获得了具备抗新冠病毒特性的不锈钢。杨珂指出，粉末冶金的方式是把金属粉末利用模具进行高压压制，接着再在较高温度下进行烧结定型。这种方法制造的高含铜量不锈钢，不会出现“铜脆”现象。其富铜沉淀物并非只分布在表面，而是均匀分布在整个金属制品中。所以，即便制品表面磨损，也不会影响其抗病毒效果。

市场空间仍待挖掘 扩大产业化规模应从两方面发力

杨珂介绍，实验效果显著。然而，抗病毒不锈钢要实现规模化、产业化，还有很长的路要走。即便目前工业生产中抗菌不锈钢已十分成熟，但其仍有较大的市场空间等待去挖掘。

一家与我们合作的企业，在 2020 年生产并销售了 5000 吨抗菌不锈钢。杨珂表示，当下抗菌不锈钢工业规模较大，并且已形成相关行业标准。2020 年底，工信部正式发布了“含铜抗菌不锈钢”行业标准 YB/T 4171 - 2020，此标准涵盖了含铜系列抗菌不锈钢在订货内容、技术要求、试验方法、检验规则等方面的内容。目前抗菌不锈钢主要应用于生产餐饮领域的餐具和厨具，像抗菌不锈钢筷子、菜刀等。消费市场主要集中在江苏、浙江、广东这些地方。其应用规模还比较小，使用场景也较为单一。

杨珂指出，生产抗病毒不锈钢所采用的粉末冶金方法，其工艺较为复杂，成本也比较高，难以成为主要的生产方式。同时，过多加入铜元素会使不锈钢的耐腐蚀性降低，导致它无法用于生产高端产品，在一定程度上对其应用场景进行了限制。

杨珂觉得，该研究成果距离大规模应用还需要一些时间。不过，它打开了一扇新的窗口，让铜在不锈钢材料中的作用能更大程度地显现出来，也给不锈钢材料带来了新的可能。他还指出，我们国家的抗菌不锈钢生产技术在世界范围内处于领先地位，抗菌不锈钢未来会有更广泛的用途，其中在医疗器械抗感染方面的应用最被看好。

目前，杨珂等在与深圳地铁合作，致力于开发由抗菌不锈钢制成的把手、栏杆等物品。他觉得，未来若要让抗菌、抗病毒不锈钢实现规模化应用，需在两方面作出努力。其一，在应用端找到合适的应用场景，例如可在医院用抗菌不锈钢建造样板房，以起到示范作用。其二，要加强基础研究。目前，铜离子的抗菌抗病毒作用机制尚未被完全摸清。各种理论各自独立，没有形成统一的、具有广泛说服力的作用机制。这在一定程度上对抗菌、抗病毒不锈钢的发展起到了制约作用。