Antimikrobisten pinnoitteiden pitkäaikaiskestävyys : Kuparia ja hopeaa sisältävät pinnoitteet

Abstract

Kuparia ja hopeaa sisältäviä antimikrobisia pinnoitteita käytetään esimerkiksi terveydenhuollon kosketuspinnoilla. Kuparin ja hopean antimikrobisuus perustuu niiden vapauttamiin ioneihin ja nanopartikkeleihin, jotka kosketuskontaktissa vahingoittavat mikrobin soluseinämää ja tunkeutuvat solun sisälle. Solun sisällä ionit ja nanopartikkelit vaurioittavat solun luonnollista toimintaa, mikä lopulta johtaa solukuolemaan.

Tutkimukset ovat osoittaneet kuparilla ja hopealla olevan vahvaa antimikrobista aktiivisuutta useita yleisiä mikrobeja vastaan. Tutkimuksissa on kuitenkin käytetty uusia ja puhtaita kupari- ja hopeanäytteitä, joten tässä työssä perehdyttiin kuparia tai hopeaa sisältävien pinnoitteiden pitkäaikaiseen aktiivisuuteen. Tähän mennessä tehdyt tutkimukset antimikrobisten pinnoitteiden pitkäaikaiskestävyydestä ovat mitanneet korkeintaan muutaman vuoden käytössä olleiden pinnoitteiden aktiivisuutta. Tuolla mittausaikavälillä ei ole havaittu merkittävää heikentymistä pinnoitteen aktiivisuudessa, joten nykyiset antimikrobiset pinnoitteet tuhoavat mikrobeja tehokkaasti vähintään muutaman vuoden ajan.

Todelliset käyttöolosuhteet kuitenkin vaativat pinnoitteilta kykyä eliminoida mikrobeja jopa vuosikymmenien ajan. Hopea- ja kuparipinnoitteiden pitkäaikaiskestävyyttä voidaan kasvattaa monella eri tavalla, joista tärkein yksittäinen tekijä on ionien tasainen vapautuminen. Pitkällä aikavälillä ionien tasaiseen vapautumisnopeuteen vaikuttavat esimerkiksi metallipartikkeleiden koko ja konsentraatio pinnoitteessa. Tutkimusten mukaan pienemmällä partikkelikoolla ja suuremmalla konsentraatiolla ioneja vapautuu enemmän.

Myös pinnan karheudella ja adheesiolla pystytään tasaamaan ionien vapautumista. Kasvattamalla pinnan karheutta saadaan enemmän pinta-alaa, josta pinnoite voi vapauttaa ioneja ja nanopartikkeleita. Hyvä adheesio pinnoitteen ja substraatin välillä puolestaan mahdollistaa tiiviin pinnoitteen, jossa on mahdollisimman paljon kupari- tai hopeapartikkeleita vapauttamassa ioneja. Lisäksi hyvä adheesio kasvattaa pinnoitteen kulumiskestävyyttä, mikä myös osaltaan edistää pitkäaikaiskestävyyttä. Sekä adheesiota että pinnan karheutta voidaan kasvattaa eri valmistusmenetelmillä, kuten kylmäruiskutuksella ja magnetronisputteroinnilla, sekä substraattimateriaalin esikäsittelyillä.

Pinnoite kokee myös kulumista esimerkiksi mekaanisen hankauksen ja muun kuormituksen muodossa. Tällöin pinnoitteen kulumiskestävyys on tärkeä osa pitkäaikaiskestävyyttä, ja siihen voidaan vaikuttaa esimerkiksi kasvattamalla pinnoitteen kovuutta ja paksuutta. Myös näitä ominaisuuksia pystytään säätelemään eri valmistusmenetelmillä, esimerkiksi sähkösaostuksessa pinnoitteen paksuutta voidaan helposti muuttaa lyhentämällä tai pidentämällä pinnoitusaikaa. Kulumiskestävyyteen voi vaikuttaa myös muilla pinnoituskerroksilla, joiden avulla voi saavuttaa pinnoitteelle halutut mekaaniset ominaisuudet.

Terveydenhuollossa tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että hopea- ja kuparipinnoitteet sopivat käytettäväksi nimenomaan terveydenhuoltoon, mutta ne eivät sellaisinaan ole riittäviä tuhoamaan suuria mikrobimääriä nopeasti. Sen sijaan desinfioimalla antimikrobisia pintoja säännöllisesti voidaan estää mikrobien kasvamista ja leviämistä tehokkaasti pitkäaikaisessa käytössä.