Коронавирус привел к ужасающим социально-экономическим последствиям для современного общества. Пока что лекарства от него нет, и пройдут еще месяцы, прежде чем будет разработана вакцина с доказанной эффективностью. Поскольку коронавирус — острозаразное заболевание и легко передается от человека к человеку, очистка поверхности приобрела принципиально новое значение для контроля его распространения.
В медицинских учреждениях приняты различные методы контроля за распространением микробов и бактерий. Разные приспособления и оборудование изготавливаются из таких материалов, как стекло, нержавеющая сталь и пластмассы. На все стены внутри помещений наносят специальные краски, пригодные к постоянной очистке и дезинфекции. За последние годы противомикробные покрытия получили широкое распространение в медицинских учреждениях и домах, жители которых имеют проблемы со здоровьем, например, страдают от астмы. В подобных покрытиях используются добавки с серебром, медью и аммонием для уничтожения микробов.
Постоянные очистки снижают риск заражения пациентов и сотрудников, но при этом разрушают поверхности из-за физического истирания и химических реакций. Это повышает вероятность дополнительных загрязнений и усложняет последующую очистку.
Современная очистка состоит из следующих этапов:
- Чистящее средство наносят на загрязненную поверхность;
- Присутствующие загрязнения находятся во взвешенном состоянии;
- Специальные чистящие составы уничтожают микробы и бактерии;
- Смесь чистящего средства/загрязнений/микробов начисто стирается или смывается.
Эффективность очистки сотрудники проверяют визуально, что не всегда является достоверной оценкой из-за микроскопического размера коронавируса и других микробов (рисунок 1).
Рисунок 1. Сравнение размеров коронавируса и других субмикронных клеток и частиц.
НАНОРЕШЕНИЕ
Nano-clean — это специально разработанная система, которая позволяет преодолеть ограничения традиционных методов очистки. Очиститель Nano-clean основан на нанотехнологии, т.е. создании или организации материалов, устройств или систем на наноуровне (1 миллиардная метра). Основным компонентом Nano-clean является кремний, компонент стекла и тот же материал, который используется в производстве современных компьютерных микросхем (таблица 1).
Эффективность очистки повышается благодаря изменению поверхностей на микроскопическом уровне. Поверхность становится похожей на закаленное стекло. При включении кремния в микромолекулярный полимер он превращается в высокоэффективное, сверхтонкое защитное покрытие, подходящее для любых твердых поверхностей.
Традиционные покрытия содержат смолу/связующее, пигменты, добавки и наполнитель на основе воды или растворителя. Пигменты придают цвет и повышают устойчивость к воздействию химических веществ и истиранию.
Смола/связующее — это клей, удерживающий пигменты и добавки в виде суспензии. Наполнитель на основе воды или растворителя способствует образованию пленки и испаряется в процессе отверждения. Адгезия — это результат механического и химического взаимодействия между покрытием и поверхностью.
Очиститель Nano-clean не содержит цветных пигментов или смолы/связующего, только наночастицы кремния. Сцепление с поверхностью обеспечивается электростатическим притяжением. Этот эффект создается благодаря положительному заряду наночастиц кремния и отрицательному заряду поверхности. Времени на реакцию не требуется. Как только кремний вступает в контакт с материалом подложки, процесс отверждения завершается.
Эксплуатационные характеристики покрытия обеспечиваются при повторном нанесении. Повторное нанесение полностью окупается, поскольку первоначальное нанесение служит основой для последующих процессов повторного нанесения. Это значительно сокращает затраты на труд и материалы.
КАК ЭТО РАБОТАЕТ?
Практически все натуральные и искусственные поверхности содержат микроскопические дефекты, известные как капиллярные структуры. При приближении эти неровности выглядят как пики и впадины подобно горному хребту. Пыль, грязь и остатки химических веществ впитываются в эти пустоты, откуда их крайне сложно удалить. Капиллярные структуры также обеспечивают микробам отличное место для роста и размножения. На рисунке 2 представлена капиллярная структура.
Рисунок 2. Изображение капиллярной структуры
Наночастицы кремния заполняют впадины в капилярной структуре положительно заряженными пластинками, перекрывающими друг друга как чешуя рыб. Это усиливает барьерный эффект нанопокрытия и предотвращает проникновение грязи, пыли и микробов в полости. Кремний не пропускает влагу, что снижает притяжение загрязняющих веществ на водной основе.
ПРЕИМУЩЕСТВА
Очиститель Nano-clean — это не только чистящее средство, но и компонент технологии ухода за поверхностью, разработанный для поддержания высокого уровня чистоты поверхностей, которые подвергаются воздействию микробов, вызывающих инфекционные заболевания. Он обладает рядом преимуществ:
- взвешенная в воздухе пыль отталкивается;
- концентрация микробов, бактерий и вирусов значительно сокращается;
- исключается поглощение и удержание воды;
- трудозатраты значительно снижаются;
- уменьшается необходимость в использовании агрессивных и вредных чистящих средств;
- микробы не могут найти благоприятную почву для размножения.
Сокращение затрат на очистку Количество микробов и бактерий удваивается каждые 20 минут. Поэтому чтобы сдерживать их рост, требуется дополнительная очистка.
В большинстве случаев это крайне затратный и нерациональный подход. Nano-clean заменяет очистку, выполняемую при появлении видимых загрязнений, на превентивные меры: кремний используется в качестве профилактического покрытия, чтобы улучшить характеристики поверхности и снизить затраты на очистку. Благодаря Nano-clean можно добиться снижения затрат на труд и материалы на 50-80%.
Самоочистка
При многократном использовании Nano-clean обеспечивает самоочищающее действие благодаря силам Ван-дер-Ваальса, которые возникают, когда две поверхности находятся близко друг к другу. Чем ближе точки соприкосновения, тем сильнее притяжение. Поскольку наночастицы кремния стремятся достичь наибольшего сцепления, загрязняющие вещества постоянно вытесняются и легко удаляются.
ИСПЫТАНИЕ НА СМАЧИВАЕМОСТЬ И ИЗМЕРЕНИЕ УГЛА СМАЧИВАНИЯ
Nano-clean позволяет работникам контролировать характеристики с помощью испытания на смачиваемость поверхности водой согласно стандарту ASTM F-22-02, наблюдая за каплями воды на обработанной поверхности. Капли воды указывают на то, что кремниевое покрытие остается неповрежденным. Nano-clean создает гидрофобную поверхность, отталкивающую влагу.
Гидрофильные поверхности, напротив, впитывают влагу. Уровень водонепроницаемости определяют по размеру и форме капель воды. Измеряют угол смачивания, который проходит от основания капли воды и далее по прямой до точки отрыва. Чем больше угол смачивания, тем более устойчива поверхность к поглощению и удержанию влаги.
Рисунок 3. Смачиваемость / угол смачивания
Nano-clean — это первое защитное покрытие, для контроля кроющей способности и эффективности которого используется испытание на смачиваемость поверхности водой. Эффективность очистки также можно проверить, проведя чистой хлопчатобумажной тканью по обработанной поверхности. Если чувствуется сопротивление, то присутствует излишнее загрязнение.
Удаление органических и неорганических загрязнений зависит от типа поверхности. Гладкие твердые поверхности проще очистить, чем пористые и неровные. На рисунке 4 показана предполагаемая «продолжительность жизни» коронавируса на различных поверхностях.
Рисунок 4. Предполагаемая «продолжительность жизни» коронавируса на различных поверхностях.
ИСПЫТАНИЯ
Для вывода на рынок Nano-clean необходимы испытания, которые позволят продемонстрировать его преимущества по сравнению с традиционными методами очистки. Следует учитывать следующее:
- Адгезию кремниевых нанопокрытий к поверхностям;
- Скопление патогенных микроорганизмов в микротрещинах и трещинах;
- Ограничение контакта с субмикронными впадинами из-за вязкости современных очистителей;
- Влияние состояния поверхности на эффективность очистки;
- Почему Nano-clean повышает эффективность очистки, герметизируя микроскопические дефекты поверхности;
- Как Nano-clean снижает неблагоприятное воздействие на окружающую среду, характерное для традиционных методов очистки.
Проверить эффективность Nano-clean очень просто. Нужен необработанный контрольный образец и образец с кремниевым нанопокрытием.
Чтобы определить разницу в водопоглощении, каждая пластина подвергается испытанию на смачиваемость поверхности водой. Для имитации реальных условий эксплуатации обе пластины загрязняют сажей, грязью и биологическими загрязнителями.
Контрольный образец очищают традиционными методами и протирают чистой хлопчатобумажной тканью. Образец, обработанный Nano-clean, очищают мылом и водой, протирают тканью из микрофибры, предназначенной для удаления поверхностных загрязнений с помощью микроскопических «крючков», расположенных в самой ткани. Ткань из микрофибры улучшает очистку, удаляя загрязнения, а не просто перемещая частицы по поверхности. Разница в эффективности определяется с помощью люминометра, прибора для измерения микроскопических концентраций.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На протяжении XX века человечество сталкивалось с несколькими пандемиями.
- Эпидемия полиомиелита в Америке 1916 года: 27000 заражений, 6000 смертей.
- Испанский грипп с 1918 по 1920 год: 500 миллионов заражений, 100 миллионов смертей.
- Азиатский грипп с 1957 по 1958 год: 1,1 миллиона смертей по всему миру, 116000 смертей в США.
- Пандемия СПИДа с 1981 года по настоящее время: 35 миллионов смертей по всему миру.
- Пандемия свиного гриппа (штамм H1N1) с 2009 по 2010 год: 1,4 миллиарда заражений, 575400 смертей.
- Эпидемия лихорадки Эбола в Западной Африке с 2014 по 2016 год: 28600 заражений, 11325 смертей.
- Одной из самых страшных пандемий в истории была Черная смерть с 1346 по 1353 год: по оценкам историков эта пандемия чумы унесла жизни более половины населения Европы.
На 16 августа 2020 года в США было зарегистрировано 5 370 000 заражений коронавирусом, 169 000 смертей и 2 904 440 выздоровлений. Следовательно, показатель смертности составляет менее 0,04%.
В будущем появятся и другие инфекционные заболевания. На сегодняшний день очистка и дезинфекция поверхностей в основном выполняется в рамках реактивного обслуживания, т.е. по факту загрязнения, или регулярного профилактического обслуживания, выполняемого по графику в зависимости от объема работы или рекомендаций производителя.
Nano-clean — это средство профилактического обслуживания поверхности, а это оптимальная стратегия для контроля распространения инфекционных заболеваний. Использование Nano-clean может стать стандартной мерой при пандемиях, когда важна очистка и дезинфекция поверхностей.
Джим Дирдорфф, президент компании Superior Coatings, Чилликот, штат Миссури, США
