日本商工株式会社（Nippon Shokubai Co.(总部：日本大阪，社长：后藤裕次郎，以下简称 “日本商工”）与北海道大学医院牙髓与牙周病学部的宫地博文博士领导的研究小组共同开发了一种氧化石墨烯复合膜，对包括引起 COVID-19 的 SARS-CoV-2 在内的多种细菌和病毒具有灭活作用。由氧化石墨烯和抗菌/抗病毒剂组成的氧化石墨烯复合膜即使在潮湿的环境中也能发挥抗菌/抗病毒膜的作用。
氧化石墨烯复合膜的特性
- 可用于同时要求防水性和抗菌性/抗病毒性的环境中
- 可选择各种抗菌剂/抗病毒剂
- 无色透明，不失基材色调
氧化石墨烯是一种纳米碳材料，具有厚度为 1 纳米、宽度为几微米的高纵横比薄片结构（图 1）。氧化石墨烯的功效已在各种用途中得到证实，有望在广泛领域得到应用。然而，大规模工业化生产一直是个难题。日本商工利用迄今为止积累的在化学生产中安全稳定地控制化学反应的技术，解决了氧化石墨烯量产中的各种问题，并建立了量产技术。
图 1 氧化石墨烯的原子力显微镜图像
氧化石墨烯对各种基材具有很高的粘附性，还能利用其形状和丰富的氧官能团与各种分子、聚合物等发生强烈的相互作用。利用氧化石墨烯的这些特性，可以改善基底材料与粘附性低的物质之间的相互作用。因此，它可以带来防水性和长期稳定性（图 2）。
图 2 基础材料和物质与氧化石墨烯的相互作用示意图
在抗菌/抗病毒制剂和应用领域，有必要开发一种技术，通过简单的方法就能显示出长期稳定、高耐水性的抗菌/抗病毒效果。然而，一般消毒方法和抗菌/抗病毒方法的耐水性较低，因此很难在潮湿环境中保持抗菌/抗病毒效果。
日本商工株式会社和 Miyaji 博士的研究小组开发出了将氧化石墨烯和苯扎氯铵等抗菌剂/抗病毒剂结合在一起的复合膜。我们证实，复合膜中的抗菌剂/抗病毒剂与基底材料之间通过氧化石墨烯产生了强烈的插层作用。从这一效果来看，即使在潮湿的环境中，氧化石墨烯上的抗菌/抗病毒剂也能得到强化，因此，该复合膜可作为抗水洗和耐潮湿的抗菌/抗病毒膜使用（图 3）。
图 3 日本商工株式会社和 Miyaji 博士研究小组开发的氧化石墨烯复合膜的效果
此外，氧化石墨烯膜是一种无色透明的单层膜，不会降低各种基底材料的色调（图 4）。
图 4 玻璃上的氧化石墨烯复合膜（600 纳米波长的透光率：99% 或更高） 左：原始玻璃基板。右图氧化石墨烯复合膜处理后
为了进一步验证其抗菌/抗病毒特性，日本商工株式会社和 Miyaji 博士的研究小组利用新型冠状病毒（引起 COVID-19 的 SARS-CoV-2 病毒）进行了抗病毒特性评估。
实验方法
对以下四种样品用水洗涤后的抗菌/抗病毒能力进行分析。
- 仅基底（对照组，水洗后）
- 仅基底上的氧化石墨烯（带水洗）
- 基底上仅有苯扎氯铵（含洗涤）
- 基底上的氧化石墨烯-苯扎氯铵复合膜（带水洗）
结果
只有氧化石墨烯-苯扎氯铵复合膜显示出较强的抗病毒效果，仅氧化石墨烯或仅苯扎氯铵的效果较弱（图 5）。这表明，氧化石墨烯与抗菌/抗病毒剂复合后，耐水性得到了改善。
图 5 用清水冲洗后样本的抗冠状病毒结果（培养 24 小时后的感染滴度）
我们还证实，即使样品在水中存放 1 个月，氧化石墨烯复合膜仍能保持原样。
氧化石墨烯复合膜可应用于多种细菌和病毒，因为氧化石墨烯可与根据目标细菌或病毒选择的各种抗菌剂/抗病毒剂结合使用。
利用这种无色透明的氧化石墨烯复合膜，即使是对防水性和抗菌/抗病毒性都有要求的环境或材料，预计也能长期保持抗菌/抗病毒效果，而不会失去基础材料的色调。氧化石墨烯复合膜可应用于水槽和浴室等潮湿区域环境，以及容易结露的窗户玻璃和窗扇。我们将继续改进复合膜。
该效果是在本次实验的基质和条件下得到确认的，并非所有材料和潮湿环境都能获得相同的效果。
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