CN102805081A - 纳米粒子在减少和/或防止病毒传播中的应用以及方法和防护服饰物品及滤器 - Google Patents

纳米粒子在减少和/或防止病毒传播中的应用以及方法和防护服饰物品及滤器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了如通式MnXy所示的化合物纳米粒子用于减少和/或防止病毒传播的应用，其中，M是(i)选自由钙(Ca)、铝(Al)、锌(Zn)、镍(Ni)、钨(W)和铜(Cu)所组成的组中的金属，或者M是(ii)选自由硅(Si)、硼(B)和碳(C)所组成的组中的非金属；其中，n等于1、2或3；以及X是(iii)选自由氧(O)、氮(N)和碳(C)所组成的组中的非金属，或者X是(iv)选自由磷酸根(PO4 3-)、磷酸氢根(HPO4 2-)、磷酸二氢根(H2PO4 -)、碳酸根(CO3 2-)、硅酸根(SiO4 2-)、硫酸根(SO4 2-)、硝酸根(NO3 -)、和亚硝酸根(NO2 -)所组成的组中的阴离子；其中，y等于0、1、2、3或4。本发明还提供了用于减少和/或防止病毒传播的方法和防护服饰物品或滤器，其中，纤维涂覆有所述的纳米粒子。

Description

纳米粒子在减少和/或防止病毒传播中的应用以及方法和防护服饰物品及滤器
本申请是申请号为200780008764.3，申请日为2007年2月16日，名称为“杀病毒材料”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及金属和/或金属化合物的纳米粒子在防止病毒感染中的应用。
背景技术
空气传播的病毒感染通常通过是由吸入含有病毒粒子的水滴而引起的。较大的含有病毒的水滴沉积于鼻中，而较小的水滴或纳米粒子则找到其途径进入人的呼吸道或肺泡中。如图1所示的严重急性呼吸器官综合症（SARS）病毒通过由咳嗽或喷嚏产生的大小约为100-500nm的飞沫传播，尽管可能也涉及其它感染途径，诸如表面污染(Donnelly等，Lancet,361,1761-1777,(2003))。从过滤的观点来看，纳米级的病毒和粒子在理论上可以穿过通常的美容面具（facial mask）的间隙。当前，世界上超级细的人造或天然纤维丝的直径是大约7微米。如图2所示的标准美容面具的纤维束周围所有地方的间隙大约>20-10μm。
因此，应用传统滤布材料的美容面具无法阻挡纳米级的病毒。在美容面具上纤维之间的间隙平均是10-30μm(10,000-30,000nm)。具有更小纤维间隙的面具会导致呼吸困难。其它纳米级的空气传播的病毒和粒子(如烟和超微灰尘)可以进入人类肺部并然后通过呼吸膜进入血液系统。健康效果主要与粒子的亚微米级部分相关(即空气动力学直径dp小于1μm)。来自烟粒子的危险是dp<100nm的部分，并且在燃烧过程中大量产生此类小粒子。
小于100nm的粒子是纳米材料，该纳米材料覆盖了包括人类病毒诸如禽流感和人免疫缺陷症（HIV）的大小的范围。现在已经确定对流感(即SARS和H5N1病毒感染的结果)和AIDS的全球性关注是现代世界范围内的问题，但是至今仍缺乏解决防止病毒传播的方法。然而，纳米材料可能为人类攻克这些疾病提供极其重要的解决方法。迫切需要解决这些流行性疾病的方法。
纳米粒子的特性可以通过电子显微镜(例如透射电子显微镜或扫描电子显微镜(TEM或SEM))、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、粉末X射线衍射法(XRD)以及傅里叶变换红外光谱(FTIR)来确定。
纳米粒子已被用于药物制剂中以提高药物物质的溶解度和/或生物学活性。除了药物和研究目的，纳米粒子还被用于医疗目的。例如，已将银纳米粒子用于杀死细菌(Furno等J.Antimicrob Chemother,54(6),1019-24(2004))。
其它的研究已经描述了纳米催化剂的应用，所述纳米催化剂是用金属(诸如银)、二氧化钛、氧化锌和碳制备的(Fang等Virologica Sinica,20,70-74(2005)。此类催化剂证实了金属的纳米大小的催化晶体结构组成，而纳米大小催化剂粒子主要包含(111)型的晶体平面。此类催化剂已被用于促进解离吸附，表面反应，以及各种氢化作用和相关反应（诸如甲烷化、羰基化、加氢甲酰化、还原烷基化、氨基化、硅氢化作用、氨合成、油或脂硬化等）中的氢的重组/去吸附。然而，没有任何启示表明金属或金属氧化物的纳米粒子本身具有任何的杀病毒性质。
在病毒学的领域中的其它研究已研究了诸如膨润土的材料的应用，所述膨润土是胶体粘土材料。已制备了膨润土的纳米粒子并且已报道其具有杀病毒活性。然而，由于材料的复杂的性质，不清楚作用机制是与粒子大小还是与材料的固有特性有关(http://www.eswiconference.org-2005)。
目前，已报道(www.nanoscale.com)银纳米粒子作为一种试剂能够有效地防止病毒复制。然而，数据表明所应用的粒子在材料本身的物理化学性质上没有任何的杀病毒效果(Elechiguerra等J.Nanobiotechnology3(6)(2005))。然而，应用银不是100%的完全有效，并且涉及费用和毒性问题。
严重急性呼吸器官综合症（SARS）、禽流感和人类流感的病毒爆发的影响显示出目前防御病毒感染的手段是多么的有限。因此，需要提供防止病毒粒子传播的改良的方法。
发明内容
根据本发明的第一个方面，提供了如通式MnXy所示的化合物的纳米粒子在减少和/或防止病毒传播中的应用，其中，
M为（i）选自由钙(Ca)、铝(Al)、锌(Zn)、镍(Ni)、钨(W)和铜(Cu)所组成的组中的金属，或者M为（ii）选自由硅(Si)、硼(B)和碳(C)所组成的组中的非金属，其中n等于1、2或3；以及
X为（iii）选自由氧(O)、氮(N)和碳(C)所组成的组中的非金属，或者X为（iv）选自由磷酸根(PO4 3-)、磷酸氢根(HPO4 2-)、磷酸二氢根(H2PO4 -)、碳酸根(CO3 2-)、硅酸根(SiO4 2-)、硫酸根(SO4 2-)、硝酸根(NO3 -)和亚硝酸根(NO2 -)所组成的组中的阴离子，其中y等于0、1、2、3或4。
纳米粒子是指具有纳米尺寸的粒子，并且纳米粒子的尺寸可能为例如约几纳米至几百纳米。纳米粒子可以是类似于任何给定靶标病毒的大小或比任何给定靶标病毒更小的大小。
根据本发明应用的纳米粒子的平均粒子大小最高可以为约100nm、约200nm、约300nm或约500nm。优选的平均粒子大小可以为约1nm至约90nm，优选为约5nm至约75nm或约20nm至约50nm。特别优选地，平均粒子大小为约20nm至约50nm。
所述粒子的优选的比表面积可以是约150m2/g至约1450m2/g、优选为200m2/g至约700m2/g，合适的值可以包含150m2/g、640m2/g、700m2/g。粒子中的空隙可以为约0.1ml/g至约0.8ml/g，合适地为约0.2ml/g至约0.7ml/g，优选约0.6ml/g。
以干燥粉末形式的纳米粒子通常是优选的，但纳米粒子也可以为液体、溶胶-凝胶或聚合物以及纳米管的形式。粒子可以是聚集的或自由联接的。
纳米粒子可以只含有单元素M，在这种情况下，通式MnXy中的y等于0，因此X不存在；或纳米粒子可以包括如上定义的化合物，其中，y具有1、2或3的值，并且x根据y的值变化并遵从于通式中存在的元素M和X各自的化合价。
或者，当y等于0时的单元素纳米粒子可以掺杂选自由硅(Si)、硼(B)、磷(P)、砷(As)、硫(S)或镓(Ga)所组成的组中的一种或多种元素；或者与选自由铝(Al)、锰(Mn)、镁(Mg)、镍(Ni)、锡(Sn)、铜(Cu)、钛(Ti)、钨(W)、银(Ag)或铁(Fe)所组成的组中的一种或多种元素形成合金。
例如，混合纳米粒子可以包括如下的不同元素：
C-P-Ag-Zn、C-P-Cu-S、C-P-Cu-Ni-S、C-Si-Ag-Zn、C-Si-Cu-S、C-Si-Cu-Ni、C-Cu-Zn-W、C-Cu-Zn-Ag、C-Cu-Zn-W-Ag、C-W-Ti-B、C-W-Ti-N、C-Ti-N、Si-N、Ti-N、Al-N、B-N、Al-B。
纳米粒子还可以进一步含有以下氧化物中的至少一种：TiO2、Cu2O、CuO、ZnO、NiO、Al2O3、FeO、Fe2O3、Fe3O4、CoO、Co3O4、Si2O3、或它们的组合。
优选地，通式为MnXy的化合物可以是氧化物、碳酸盐、硅酸盐、碳化物、氮化物和/或磷酸盐。
例如，氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化锌(ZnO)、磷酸铝(即磷酸铝(AlPO4))、磷酸氢铝(Al2(HPO4)3)、磷酸二氢铝(Al(H2PO4)3)、氧化钙(CaO)、碳酸钙(CaCO3)、硅酸钙(CaSiO4)、磷酸钙(即磷酸钙(Ca3(PO4)2)、磷酸氢钙(CaHPO4)、或磷酸二氢钙(Ca(H2PO4))、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)或碳氮化钛(TiC0.5N0.5)。
纳米粒子也可以制备为包含内部芯和外部的壳的分层的粒子(芯/壳)。
本发明的其它实施方案可以包括纳米粒子的混合组合物的应用。因此，例如混合组合物可以包括一种或多种如上通式MnXy所示的化合物(即，至少两种此类化合物)，或可以进一步包括选自由硼(B)、碳(C)、铝(Al)、硅(Si)、磷(P)、钙(Ca)、钛(Ti)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、银(Ag)、锌(Zn)、铜(Cu)、硫(S)、镍(Ni)、金(Au)、锆(Zr)、镱(Yb)和锆(Zr)所组成的组中的附加元素，它们的氧化物，或它们的组合。优选的氧化物可以包括例如二氧化钛(TiO2)或氧化锆(ZrO2)。
纳米粒子的混合组合物可以为铜(Cu)、氧化铜(II)(CuO)和或氧化亚铜(I)(Cu2O)。纳米粒子可以包括与第一个方面所定义相同的如通式MnXy所示的化合物与以下物质中的一种或多种的混合组合物：铝(Al)、硅(Si)、锌(Zn)或镍(Ni)或它们的组合。在此类实施方案中，纳米粒子可以包含：
（i）铝(Al)和氧化铝(Al2O3)，
（ii）硅(Si)和氧化硅(SiO2)，
（iii）硅(Si)和碳化硅(SiC)，
（iv）锌(Zn)和氧化锌(ZnO)，或
（v）镍(Ni)和氧化镍(II)(NiO)，
或它们的组合。
纳米粒子可以进一步包括二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)和二氧化钛(TiO2)中的一种或多种。
也可以根据本发明制备和应用超过以上一种纳米粒子的混合物。可以通过任何合适的方法制备混合纳米材料组合物，所述合适的方法例如，诸如用转筒混合、共沉淀或机械炼制合金（mechanical alloying）。
因此，本发明的应用还扩展至混合的氧化物、非化学计量的粒子的应用。
纳米粒子合成可认为包括两个主要领域：气相合成和溶胶-凝胶加工。纳米粒子可以通过在低于大气压的惰性气体环境中蒸发和浓缩(成核和增长)而制备。可以应用各种气溶胶加工技术提高纳米粒子的产量。这些方法包括通过燃烧火焰、等离子体、激光消融、化学气相浓缩、喷雾热解、电喷射和等离子体喷射的合成方法。
溶胶-凝胶加工是湿式化学合成方法，该方法可以通过胶凝化、沉淀和水热处理而用于产生纳米粒子。可以通过掺杂引入或热处理控制半导体、金属和金属氧化物纳米粒子的大小分布。可以通过应用反胶束、基于嵌段共聚物或聚合物混合物的聚合物基质结构、多孔性玻璃和异位粒子覆盖技术（ex-situ particle capping technology）得到限量的半导体纳米粒子更佳的大小并实现稳定性的控制。
其它纳米粒子合成技术包括声化学处理、空化处理(例如，应用活塞间隙均质器)、微乳处理以及高能量球研磨。在声化学中，声学空化处理可以产生具有极高温度梯度和压力的瞬时局部热区域。此类温度和压力的突然改变帮助破坏声化学前体(例如，有机金属溶液)并形成纳米粒子。
在流体动力学空化中，通过在溶胶-凝胶溶液内部产生和释放气泡产生纳米粒子。通过在超临界干燥室中快速加压并进行空化干扰和高温加热，以混合溶胶-凝胶溶液。喷出的流体动力学气泡引起纳米粒子的成核、生长以及淬火。可以通过在空化室中调节压力和和溶液保留时间来控制粒子大小。
微乳可以被用来合成金属的、半导体的、硅石的、硫酸钡的、磁性的、以及超导体的纳米粒子。通过添加辅助表面活性剂(例如，中等链长的醇)来控制非常低的界面张力(约10-3mN/m)，这些微乳能够自发地产生，而不需要显著的机械搅动。这一技术可以用于利用相对简单和便宜的硬件来大规模生产纳米粒子。高能量球研磨已被用于产生具有磁性的、催化性的和结构的纳米粒子。
实现控制产生单分散性纳米粒子经常是非常重要的，所述单分散性纳米粒子具有如此小的大小差异以至于不需要通过离心沉淀或迁移分级来选择大小。在所有上面所讨论的合成技术当中，就大小单分散性来说，气相合成是最好的技术之一，该方法一般是通过应用严格控制浓缩成核生长和通过扩散及紊乱以避免聚沉，以及通过有效收集纳米粒子和其后的操作来实现的。可以通过在液体悬浮液中收集纳米粒子确保所收集的纳米粒子粉末针对附聚、烧结和组成变化的稳定性。已应用表面活性剂分子来稳定金属纳米粒子的液体悬浮液。或者，已显示出通过气相反应和通过在胶体溶液中氧化作用的纳米粒子的惰性硅石胶囊化对于金属纳米粒子是有效的。
已经发展了产生不需要应用大小分级处理的单分散纳米粒子的方法。可以通过在有树枝状聚合物(dendrimers)存在的情况下用紫外（UV）辐射还原金属盐制备直径大约1nm的单分散金胶体纳米粒子。更高产量的具有表面氨基基团的聚(氨基胺)树枝状聚合物具有球状3维（3-D）结构，该树枝状聚合物对金纳米粒子的形成可能具有有效的保护作用。
适合于生产这些材料的一种生产方法是
Figure BDA00001886170300071
方法(描述在WO01/78471和WO 01/58625中)，其中，该方法应用高温直流型（DC）等离子体在惰性气体包围层内产生等离子体。可将材料(生产前原料或混合原料)、或液体置于等离子体中，等离子体能使得它们非常快速的蒸发。产生的蒸汽然后离开等离子体，并然后由大量的冷气冷却。这些气体可以是惰性的(诸如氩气或氦气)或可以是空气，或可以具有痕量组份以形成所需要的化学性质/形态/大小。然后快速冷却(超过一秒100,000摄氏度)冰冻粒子，随后应用可能包含固体或织物过滤器、旋风器和液体系统的技术组合冷却和收集所述粒子。也可以将材料直接收集至惰性气体下的容器中或各种液体中。
在本发明的一个实施方案中，通过下述方法制备纳米粒子，所述方法包括在惰性气体包围层内产生等离子体，并且将含有一种或多种元素、所述一种元素或多种元素的化合物、或它们的混合物的物质和/或液体插入到等离子中，随后通过气体冷却从等离子体中出来的所得到的蒸汽。
可将减少和/或防止病毒传播定义为在将本文中定义的纳米粒子组合物施予病毒制剂后病毒滴度至少减少90%。优选地，病毒滴度减少至少93%、94%或95%，最优选为98%、99%或100%。通过病毒与纳米粒子接触后病毒的失活来证实病毒传播的减少和/或防止。
70%或更少的病毒滴度减少不是足以避免感染的有效减少。本发明提供了用于减少病毒滴度的方法，从而显著地防止或避免感染。
病毒滴度是在给定样品中病毒粒子数目的测量值。病毒滴度可以通过应用红细胞凝集试验(HA)来检测。病毒家族具有能够凝集动物血红细胞(RBC)并结合至RBCs细胞表面的N-乙酰神经氨酸残基的表面或外壳蛋白。在病毒结合后，RBC能够形成可被量化的一种格状物。
HA的方法是容易、简单和快速的方法，并且能够应用于大量的样本。详细的条件取决于病毒种类。某些病毒只在特定的pH值结合RBCs，其它的病毒只在特定的离子强度下结合RBCs。然而，这些对于本领域技术人员都是熟知的，并且可以根据所讨论的病毒很容易的确定。将病毒稀释液在适当的条件下加入至RBC稀释液中保持适当的一段时间。随后，计数形成的格状物并计算滴度。
本发明提供了减少病毒的病毒滴度的方法，优选地，所述病毒选自由以下病毒所组成的组中：流感病毒、麻疹病毒、冠状病毒、流行性腮腺炎病毒、马尔堡病毒、伊波拉病毒、风疹病毒、鼻病毒、脊髓灰质炎病毒、甲型肝炎病毒、天花病毒、水痘病毒、严重急性呼吸器官综合症病毒或SARS病毒(也称为SARS冠状病毒)、人免疫缺陷症病毒(HIV)和相关的非人类动物免疫缺陷逆转录病毒(诸如猿免疫缺陷病毒(SIV))、轮状病毒、诺沃克病毒和腺病毒。诺沃克病毒包括其替代物猫科杯状病毒。流感病毒包括人类和禽类病毒形式。
本发明因此也提供了用作杀病毒剂的含有如上描述的纳米粒子的组合物。纳米粒子可以适当地配制于合适的载体、涂覆层或溶剂(诸如水、甲醇、乙醇、丙酮)、水溶性聚合物粘合剂(诸如聚乙酸乙烯酯(PVA)、环氧树脂、聚酯等)以及偶联剂、抗静电剂中。也可以应用生物材料溶液，诸如磷酸盐缓冲盐水(PBS)、或模拟生物流体(SBF)。
纳米粒子在溶液中的浓度可以是0.001%(重量)至约20%(重量)的范围。
在本发明这个方面的一个实施方案中提供了平均粒子大小最大为100nm的通式如MnXy所示的化合物纳米粒子在减少和/或防止病毒传播中的应用，其中，
M为（i）选自由钙(Ca)、铝(Al)、锌(Zn)、和铜(Cu)所组成的组中的金属，或者M为（ii）选自由硅(Si)、和碳(C)所组成的组中的非金属，其中n等于1或2；以及
X为（iii）选自由氧(O)、氮(N)和碳(C)所组成的组中的非金属，或者X为（iv）选自由磷酸根(PO4 3-)、磷酸氢根(HPO4 2-)、磷酸二氢根(H2PO4 -)、碳酸根(CO3 2-)、硅酸根(SiO4 2-)、硫酸根(SO4 2-)、硝酸根(NO3 -)、和亚硝酸根(NO2 -)所组成的组中的阴离子，其中y等于0、1、2或3。
病毒传播的减少和/或防止除了防止病毒从第一位置传播至第二位置(例如从外部空间传播至内部腔)或防止病毒穿过障碍材料传播外，还包括防止携带有病毒的受试者对外的病毒感染。受试者可以是人类或非人类动物，合适的是非人类哺乳动物。本发明因此可以应用于人类医学和动物兽医医学领域，以及应用于非医学中感染控制领域，诸如预防病毒传播。
本发明的第二个方面提供了减少和/或防止病毒传播的方法，该方法包括将如上定义的纳米粒子组合物应用于防护服饰物品中。
本发明这一方面应用的纳米粒子可以配制于如上描述的组合物中。
可以通过任何通常合适的方法进行涂覆处理，例如，诸如喷涂、电喷涂、浸渍、等离子体涂覆。
此类防护服饰物品可以由任何适当的纤维和织物，诸如天然或人造纤维制备。天然纤维包括棉花、羊毛、纤维素(包括纸材料)、丝、毛发、黄麻、大麻、剑麻、皮线（flex）、木材、竹子。人造纤维包括聚酯、人造丝、尼龙、
Figure BDA00001886170300101
lyocell聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(羧基化（carboxylato）苯氧基)磷腈（PCPP）、玻璃纤维(玻璃)、陶瓷、金属、碳。服饰物品可以选自面罩(外科口罩、呼吸面具)、帽子、头巾、裤子、衬衫、手套、裙子、连衫裤工作服、手术服(洗涤剂)等所组成的组中。由于在医院中控制感染是很重要的，因此，此类服饰在医院有特殊的用途。
本发明的第三个方面提供了减少和/或防止病毒传播的方法，该方法包括将如上定义的纳米粒子组合物应用于滤器中。纳米粒子组合物的这种应用可以如描述本发明的第二个方面的方式描述。
滤器可以由任何适当的如上本发明的第二个方面描述的天然或人材料制备。
滤器可以是空气滤器。空气滤器是从空气中除去污染物(通常是固体颗粒)的装置。空气滤器常用于潜水空气压缩机、通风系统和任何其它空气质量很重要的情况，诸如空气调节单位中。空气滤器包括过滤封闭空间中的空气的装置，所述封闭空间诸如建筑物或房间、以及用于处理病毒材料的设备或室。因此，其它实现保护功能的物品，诸如窗帘或屏风也可以被认为是空气滤器。因此，根据本发明这一方面的空气滤器也可以根据本发明的第二个方面制备。
空气滤器可以包括纸质滤器、泡沫塑料（foam）滤器、棉花滤器、或纺成玻璃纤维滤器元件。或者，空气滤器可以使用纤维或带有静电的元件。主要有四种机械空气滤器：纸质滤器、泡沫塑料滤器、合成材料滤器和棉花滤器。
设计用于家庭取暖、流通空气和空气调节(HVAC)系统输送管内的折叠纸质空气滤器的实例是3M“Filtrete”产品。
可将聚酯纤维应用于制造网状形式的空气过滤器。可将聚酯与棉花或其它纤维混合以产生广泛的工作特性。在某些情况下可以应用聚丙烯。在许多种类的高效微粒空气过滤器(HEPA)也可以应用称之为微纤维的微小合成纤维。高效空气过滤器可以使用浸油的棉花纱布层。
或者，滤器也可用于过滤液体。此类滤器可以包括上述任何合适的纤维。用于过滤液体的滤器可以用于过滤人类或动物消费的饮料液体、普通家庭用的水、医药用的液体，诸如血浆或盐溶液、或用于注射的药物制剂、或其它可能与病人接触的生物液体。
本发明的第五个方面提供了含有纤维的滤器，其中，所述纤维涂覆有如上所定义的纳米粒子组合物。合适地，滤器可以是空气滤器。
在本发明涉及防护服饰或滤器物品的方面，应当注意的是服饰或滤器物品可以由来自上述任何来源的混合纤维制备。
本发明优选的实施方案提供了含有纤维材料的面罩或滤器，其中，所述纤维材料已涂覆有本文所定义的纳米粒子组合物。
本发明也提供了氧化锌(ZnO)和二氧化钛(TiO2)混合纳米粒子在减少和/或防止病毒传播中的应用。本发明的此类混合纳米粒子也可用于如上描述的方法、如上描述的滤器、或如上描述的防护服饰物品中。
对于本发明的第二个及随后各方面的优选特征如已作必要的修正的第一个方面的特征。
下面将通过参考以下实施例和附图进一步描述本发明，实施例和附图仅用于说明目的，而不能解释为对发明的限制。实施例中提及的附图如下：
附图说明
图1显示了流感病毒和SARS病毒的纳米级电子显微镜图片。
图2显示了阻止空气传播颗粒和病毒的面具。在现代织物面具中，织物之间的空隙超过10μm。
图3显示了用于公共建筑，诸如大学研究建筑、购物中心和医院等的过滤织物的扫描电子显微镜（SEM）图片。
图4显示了应用纳米材料作为抗病毒剂的HA试验测试的两个示例板。
图5是显示由不同的金属、金属氧化物和化合物纳米粒子所引起的病毒减少的抗病毒效果测试结果(对照在左边)。
图6是测试的不同金属和金属氧化物的病毒减少，所述金属和金属氧化物包括纳米银、纳米TiO2、纳米ZnO、纳米Cu、纳米Ni、纳米TiO2(安妮塔（Anitase）和偌塔（Rotal）晶体)、纳米ZnO、纳米SiO2和钢等。
图7显示了用于抗微生物测试的涂有纳米和微米级粒子/化合物混合物的单个纤维。
图8显示了由氮化硅(IV)、碳化钨、碳化钛、碳氮化钛纳米化合物导致的病毒滴度的减少百分比。在杀病毒试验中用测试纳米材料反应后量化的禽类H5N1流感NIBRG-14病毒的数目(Log10TCID50/ml)。
图9显示了由氮化硅(IV)、碳化钨、碳化钛、碳氮化钛纳米化合物导致的抗病毒试验后的病毒滴度(Log10TCID50/ml)。在杀病毒试验中用测试纳米材料反应后的禽类H5N1流感NIBRG-14病毒的减少百分比(%)。
图10显示了由氮化硅(IV)、碳化钨、碳化钛、碳氮化钛纳米化合物导致的H5N1病毒的对数减少（结果表示为对于纳米化合物的滴度对数减少）。在杀病毒试验中用测试纳米材料反应后的禽类H5N1流感NIBRG-14病毒的病毒滴度减少(Log10TCID50/ml)。
具体实施方式
实施例1：纳米材料抗病毒性质的初步研究
通过应用HA方法进行生物学评估筛选了超过60种不同的材料，所述HA方法的目的是量化样品种存在的流感病毒、血细胞凝集(HA)抗原。
材料：
96U型孔或V型底微量滴定板
火鸡(Turkey)红细胞(TRBC’s)
磷酸缓冲盐水(PBS)
50ml移液管
一次性移液枪头
方法：
1、将50ml PBS加至微量滴定板所有2-12排的壁上；
2、将PBS加至第一排壁上，PBS的加入量取决于样品所需要的稀释液；
3、病毒样品处理：加入水溶液或含有约0.1至1%纳米粒子或测试材料的悬浮液；
4、将适当体积的样品加至第一排的孔中(每一个样本和稀释范围都应做两份)；
5、从板的第1-11排稀释样品；
6、在PBS中配制0.5%TRBC’s溶液；
7、将50ml0.5%TRBC’s加至所有被使用的孔中及第12排(RBC对照)的孔中；
8、将板置于混合器平台上30秒以促进TRBC’s的均匀分布；
9、将板在室温下放置30分钟以使颗粒沉淀（settle）；
10、读板；
11、应当按照如下方法对板进行读数和分级：
阴性结果
沉淀应该形成于孔的底部。当将板倾斜45°时，沉淀会形成条纹而TRBC’s缓慢的向下移动。这显示没有足够量的病毒颗粒来交联TRBC’s。
阳性结果
阳性结果是能看到TRBC’s凝集并形成贯穿孔的扩散基质。这显示存在足够多的病毒粒子以交联TRBC’s(如图4显示的两个测试板)。
当病毒滴度比TRBC’s相对高时，血细胞凝集可能崩解。这可能出现于孔底部的沉淀，但是在斜板上其将保持在原来的位置上。如果其发生了崩解，建议应用更低的滴度重复试验。
试验的终点定义为仍然能够引起血细胞凝集的病毒最小浓度(最高稀释度)。
病毒滴度记录为以血细胞凝集单位(HAV)作为单位表示并将病毒滴度直接与孔终点的稀释度相关联。
实施例2：对不同的天然材料和人造材料的血细胞凝集分析
为进行该测试，最初应用HA试验以筛选病毒对天然和人造纳米材料的反应。目的是鉴别并分类使病毒失活以防止流感和SARS的最有效的纳米材料。鉴别出一些天然和人造纳米材料，这些天然和人造纳米材料具有使标准A/B型流感病毒失效或失活的特别功能。
在测试中，牛病毒B/GD AL444、VCI/256和其它流感病毒被应用于针对不同材料的测试。
牛HA(NHA)：室温下1/512，37℃下1/256-1/512；将病毒对材料的反应显示为病毒滴度减少百分比(病毒-材料滴定法-VTMHA)。在测试中，在将病毒溶液与材料混合后，将混合物置于室温20℃或在培养箱中在37℃下放置30分钟。至今测试了20种以上的元素纳米粒子或它们的化合物，它们的一些具有超过90%的杀病毒率。超过60个经HA测试的样品中的12个显示于表1。
初步B/GD病毒反应测试的结果之一是通过加入小百分比纳米粒子后在HA试验中病毒量的减少。这些结果表明病毒活性的降低。有些纳米材料可能能使病毒结合血红细胞的能力完全失效/失活。
图5和图6显示了通过添加表1和表2中不同的金属、金属氧化物或它们的化合物纳米粒子的病毒水平变化(%)的测试结果。
表1用纳米材料作为抗病毒剂的HA测试结果
Figure BDA00001886170300151
*如果纳米材料导致的病毒滴度减少小于70%，认为该纳米粒子不具有抗病毒作用。
A型：纳米Al，纳米Al2O3及相关化合物。
B型：纳米Si，纳米SiO2及相关化合物。
C型：纳米SiC及相关化合物。
D型：纳米Zn，纳米ZnO及相关化合物。
E型：纳米Cu、纳米CuO、纳米Cu2O及相关化合物。
F型：纳米Ag及其化合物。
G型：纳米Ni和NiO2及相关化合物。
H：纳米膨润土粒子。
I：纳米TiO2相关材料。
表2用纳米材料作为抗病毒剂(抗病毒纳米组合物)的HA测试结果
Figure BDA00001886170300161
Figure BDA00001886170300171
HA试验结果的分析
为寻找用于可能与流感/SARS病毒接触的美容面具和滤器的新材料，用生物学试验进行了病毒对纳米材料反应的筛选。鉴定出具有使标准流感病毒失效或失活的特性的纳米材料。将短期测试集中于筛选潜在的纳米材料并将分选出应用于美容面具及滤器中使病毒失活的最有效的材料。
不受理论所限制，当前的假设是可能具有亲水性或疏水性(或同时具有亲水性和疏水性)的小尺寸并高度活化的纳米粒子(诸如SiO2)、与病毒大小相同的纳米TiO2粒子、金属粒子(Au、Cu)和陶瓷粒子(SiC、Al2O3)能够被病毒摄取。
纳米材料的强表面功能可能模仿动物细胞与病毒的相互作用。
本研究探索了纳米粒子用作杀病毒剂的应用，并鉴定了一些最有效的纳米粒子，这些纳米粒子作为用于发展特异吸附病毒涂覆材料的靶标。涂覆有抗病毒纳米粒子的低成本美容面具能够通过吸引或接触病毒但然后使病毒显著失活病毒而阻止病毒。观察到小于100nm的纳米材料的抗病毒活性是更有效的。图7显示了用SEM观察涂覆有抗病毒纳米粒子的单个纤维的图片。所述粒子是不同纳米材料和化合物的混合物。根据本发明的纳米材料可用于公共大楼、医院、运输工具诸如车辆、汽车、火车、船和飞机中的封闭通分织物中。所述纳米粒子也可用于医药应用，诸如过滤材料，即用于生物液体诸如血浆、血液、奶、精液等的过滤以失活病毒。
可将抗病毒纳米粒子涂覆在织物和不同产品，诸如家具、油漆/涂料、书皮、电脑键盘的表面上，以生产具有抗病毒性质的产品。此类产品能为医院、儿童、病人、老人提供低成本的无病毒环境。其它用途可能包括封闭环境，诸如载客飞机、大型巴士和汽车的空气通分系统，用于阻止纳米粒子和空气传播流感病毒和其它感染病毒的进入或排出。
初步的B/GD病毒与纳米材料的反应之一显示了在HA试验中通过添加小百分比纳米粒子的病毒量的减少，这显示了可以怎样将纳米材料用于防止病毒传播。在HA试验中，一些材料使病毒结合血红细胞的能力完全失效或失活。
B/GD病毒筛选的初步结果提供了在HA试验中通过添加小百分比(<1%)的纳米粒子或化合物的病毒量的减少。
通过添加不同的纳米粒子导致病毒水平变化(以百分比表示)的测试结果，所述纳米粒子为可以用金属或金属氧化物涂覆的无机纳米化合物，如磷酸钙，以及陶瓷诸如SiC，矾土，金属和金属氧化物如纳米Ag、Cu、Zn、Al、纳米级CuO、Cu2O、Al2O3、TiO2、纳米ZnO等。用金属和金属氧化物涂覆的无机和矿物化合物组合的复合纳米簇也是本发明的一部分，诸如含有如表3和表4中所示的混合物元素组C-P-Ag-Zn、C-P-Cu-S、C-P-Cu-Ni-S、C-Si-Ag-Zn、C-Si-Cu-S、C-Si-Cu-Ni的纳米化合物。
当前结果鉴定了一系列具有比其它纳米材料(诸如银)改进了的抗病毒活性的纳米材料。本研究也显示了利用每一纳米材料的多种材料产生纳米级簇(例如，诸如可从制造商，诸如QinetiQ Nanomaterials有限责任公司获得的纳米材料)、涂覆有金属和金属氧化物的无机/有机、矿物化合物的纳米粒子组合的益处。
结果显示已被测试的20种纳米粒子及许多种类的化合物材料：纳米Ag(不好)；TiO2(不好)；ZnO(好)；矾土(好)；以及Al相关化合物，诸如Al-磷酸盐；Cu和Cu相关氧化物及化合物；Ca2+相关化合物，诸如Ca-磷酸盐、Ca-硅酸盐和Ca-碳酸盐；Si相关化合物，诸如SiO2和SiC；以及P相关化合物，诸如Al-磷酸盐和活性碳都显示出超过90%的杀病毒率。
本发明的多种元素多种氧化物的化合物和混合物可以用于处理多种病毒的传播和可能的病毒污染，例如，用化合物簇来处理不同的流感病毒和SARS病毒。
表3用于抗病毒应用的材料
表4用于抗病毒应用的材料的组合
Figure BDA00001886170300192
实施例3：纳米粒子对禽类H5N1流感NIBRG-14病毒的杀病毒效力初步研究
这一实施例显示了应用MDCK细胞测试纳米材料针对禽类H5N1流感NIBRG-14病毒的杀病毒效力测试研究的结果。在测试中，测试禽类H5N1流感NIBRG-14病毒针对不同的材料的反应。测试针对“反应混合物”所用的病毒量是106.5TCID50/ml(组织培养感染单位)。纳米材料对病毒的作用表示为病毒滴度的减小(%和Log10TCID50/ml)。将病毒稀释于水中(用蛋中生长的107.5TCID50/ml病毒储存液按照1：10稀释)。然后将病毒(200μl)添加至纳米材料中以形成“反应混合物”。将反应混合物(纳米材料和病毒溶液)在室温下(20℃)轻微蜗旋(混合5秒)，并然后在室温下再孵育30分钟，同时在板式震动器上摇动以保证纳米材料与病毒粒子的持续接触。
从前面的HA试验中检测出的最有希望的材料中选取8种测试纳米材料用于杀病毒作用分析。在孵育30分钟后，离心反应混合物以将纳米材料从病毒中分离，并将病毒添加至准备用于感染MDEK细胞的细胞维持培养基中(1：10的比例)。然后通过制备对MDEK细胞的系列稀释的反应混合物以产生“感染”滴度(Log10TCID50/ml)来量化病毒。应用“阴性对照”(病毒没有用纳米粒子混合)及柠檬酸(溶液的pH为约3.5)“阳性对照”来检验试验的性能。
结果
这些结果显示了杀病毒实验中病毒活性的减小。一些测试纳米材料显示出非常好的杀病毒效力并将病毒感染力降低至分析的可检测的限度以下。通过比较阴性对照(没有纳米材料的病毒)中与含有每一种纳米材料的反应混合物的实验中的病毒量，发现后者感染的病毒量减少(结果表示为Log10TCID50/ml或%)。阳性对照(低pH)将病毒感染力降低至分析的可检测限度以下，因此没有剩下可检测的病毒。
图8显示了在反应结束时测试反应混合物中存在的感染的病毒量(Log10TCID50/ml)。图9和10分别以病毒滴度百分比减小(%)及病毒滴度减小(Log10TCID50/ml)表示了测试材料的杀病毒效力。测试反应和通过添加测试纳米材料的感染的病毒量的减少(滴度，%和Log10TCID50/ml)的结果表示于图5中，这些结果描述了在杀病毒试验中禽类H5N1流感NIBRG-14病毒与测试纳米材料反应后被检测的禽类H5N1流感NIBRG-14病毒的量。
表5
测试的纳米材料(表5中显示结果)的大小在5nm至100nm之间变化。碳化钨(R32)具有99.5%的纯度。碳化钨(R36、R37和R38)在不同的等离子体条件和冷却速度/步骤和粒子大小分布下生产。

Claims (30)

1.如通式MnXy所示的化合物的纳米粒子在减少和/或防止病毒传播中的应用，其中，M为
（i）选自由钙、铝、锌、镍、钨或铜所组成的组中的金属；或者
（ii）选自由硅、硼或碳所组成的组中的非金属；
其中n等于1、2或3；以及
X为
（iii）选自由氧、氮或碳所组成的组中的非金属；或者
（iv）选自由磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根、碳酸根、硅酸根、硫酸根、硝酸根和亚硝酸根所组成的组中的阴离子；
其中y等于0、1、2、3或4。
2.根据权利要求1所述的应用，其中，所述纳米粒子的平均粒子大小最高为100nm。
3.根据权利要求2所述的应用，其中，所述纳米粒子的平均粒子大小为约1nm至约90nm。
4.根据权利要求1-3中的任意一项所述的应用，其中，所述如通式MnXy所示的化合物为氧化物、碳酸盐、硅酸盐、碳化物、氮化物和/或磷酸盐。
5.根据权利要求4所述的应用，其中，所述如通式MnXy所示的化合物选自由以下物质所组成的组中：氧化铝、二氧化硅、氧化锌、磷酸铝、磷酸氢铝、磷酸二氢铝、氧化钙、碳酸钙、硅酸钙、磷酸钙、磷酸氢钙、磷酸二氢钙、氮化硅、碳化硅、氮化硼、碳化钨、和TiC0.5N0.5。
6.根据权利要求1-5中的任意一项所述的应用，其中，所述纳米粒子包括权利要求1所定义的如通式MnXy所示的化合物中的至少两种的混合组合物。
7.根据权利要求5所述的应用，其中，纳米粒子的混合组合物为铜、氧化铜和/或氧化亚铜。
8.根据权利要求1-5中的任意一项所述的应用，其中，所述纳米粒子包括权利要求1所定义的如通式MnXy所示的化合物与以下物质中的一种或多种的混合组合物：铝、硅、锌或镍、或它们的组合。
9.根据权利要求8所述的应用，其中，所述纳米粒子包括：
（i）铝和氧化铝，
（ii）硅和二氧化硅，
（iii）硅和碳化硅，
（iv）锌和氧化锌，或
（v）镍和氧化镍，
或它们的组合。
10.根据权利要求1-5中的任意一项所述的应用，其中，所述纳米粒子还包括二氧化钛。
11.根据权利要求10所述的应用，其中，所述纳米粒子还包括氧化锌和二氧化钛。
12.根据权利要求1-5中的任意一项所述的应用，其中，所述纳米粒子还包括选自由硼、碳、铝、硅、磷、钙、钛、铬、锰、铁、钴、银、锌、铜、硫、镍、金、锆和镱所组成的组中的元素，它们的氧化物，或它们的组合。
13.根据权利要求12所述的应用，其中，所述纳米粒子还包括以下元素组合中的至少一种：
C-P-Ag-Zn、C-P-Cu-S、C-P-Cu-Ni-S、C-Si-Ag-Zn、C-Si-Cu-S、C-Si-Cu-Ni、C-Cu-Zn-W、C-Cu-Zn-Ag、C-Cu-Zn-W-Ag、C-W-Ti-B、C-W-Ti-N、C-Ti-N、Si-N、Ti-N、Al-N、B-N、Al-B。
14.根据权利要求1-5中的任意一项所述的应用，其中，所述纳米粒子还包括以下氧化物中的至少一种：TiO2、Cu2O、CuO、ZnO、NiO、Al2O3、FeO、Fe2O3、Fe3O4、CoO、Co3O4、Si2O3或它们的组合。
15.氧化锌和二氧化钛的混合纳米粒子在减少和/或防止病毒传播中的应用。
16.根据权利要求1-15中的任意一项所述的应用，其中，所述病毒选自由以下病毒所组成的组中：流感病毒、麻疹病毒、冠状病毒、流行性腮腺炎病毒、马尔堡病毒、伊波拉病毒、风疹病毒、鼻病毒、脊髓灰质炎病毒、甲型肝炎病毒、天花病毒、水痘病毒、严重急性呼吸器官综合症病毒、人免疫缺陷症病毒、轮状病毒、诺沃瓦克病毒和腺病毒。
17.根据前述权利要求中任意一项所述的应用，其中，减少和/或防止病毒传播是防止病毒从第一位置传播至第二位置。
18.根据权利要求17所述的应用，其中，所述第一位置为无生命产品的表面。
19.根据权利要求18所述的应用，其中，所述产品选自家具、油漆/涂料、书皮或电脑键盘。
20.一种减少和/或防止病毒从第一产品表面到第二产品表面传播的方法，该方法包括将如通式MnXy所示的化合物的纳米粒子的组合物施用于产品表面，其中，M为
（i）选自由钙、铝、锌、镍、钨或铜所组成的组中的金属；或者
（ii）选自由硅、硼或碳所组成的组中的非金属；
其中n等于1、2或3；以及
X为
（iii）选自由氧、氮或碳所组成的组中的非金属；或者
（iv）选自由磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根、碳酸根、硅酸根、硫酸根、硝酸根和亚硝酸根所组成的组中的阴离子；
其中y等于0、1、2、3或4。
21.一种涂覆有如通式MnXy所示的化合物的纳米粒子的组合物的无生命产品，其中，
M为
（i）选自由钙、铝、锌、镍、钨或铜所组成的组中的金属；或者
（ii）选自由硅、硼或碳所组成的组中的非金属；
其中n等于1、2或3；以及
X为
（iii）选自由氧、氮和碳所组成的组中的非金属；或者
（iv）选自由磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根、碳酸根、硅酸根、硫酸根、硝酸根和亚硝酸根所组成的组中的阴离子，
其中y等于0、1、2、3或4。
22.根据权利要求21所述的无生命产品，其中，所述产品为家具、油漆/涂料、书皮或电脑键盘中的一件。
23.一种减少和/或防止病毒传播的方法，该方法包括将如通式MnXy所示的化合物的纳米粒子的组合物施用于防护服饰物品，其中，M为
（i）选自由钙、铝、锌、镍、钨或铜所组成的组中的金属；或者
（ii）选自由硅、硼或碳所组成的组中的非金属；
其中n等于1、2或3；以及
X为
（iii）选自由氧、氮或碳所组成的组中的非金属；或者
（iv）选自由磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根、碳酸根、硅酸根、硫酸根、硝酸根和亚硝酸根所组成的组中的阴离子；
其中y等于0、1、2、3或4。
24.一种减少和/或防止病毒传播的方法，该方法包括将如通式MnXy所示的化合物的纳米粒子的组合物施用于滤器，其中，M为
（i）选自由钙、铝、锌、镍、钨或铜所组成的组中的金属；或者
（ii）选自由硅、硼或碳所组成的组中的非金属；
其中n等于1、2或3；以及
X为
（iii）选自由氧、氮或碳所组成的组中的非金属；或者
（iv）选自由磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根、碳酸根、硅酸根、硫酸根、硝酸根和亚硝酸根所组成的组中的阴离子；
其中y等于0、1、2、3或4。
25.一种含有纤维的防护服饰物品，其中，所述纤维涂覆有如通式MnXy所示的化合物的纳米粒子的组合物，其中，M为
（i）选自由钙、铝、锌、镍、钨或铜所组成的组中的金属；或者
（ii）选自由硅、硼或碳所组成的组中的非金属；
其中n等于1、2或3；以及
X为
（iii）选自由氧、氮和碳所组成的组中的非金属；或者
（iv）选自由磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根、碳酸根、硅酸根、硫酸根、硝酸根和亚硝酸根所组成的组中的阴离子；
其中y等于0、1、2、3或4。
26.根据权利要求25所述的防护服饰物品，其中，该服饰物品含有天然纤维，或该服装饰品含有人造纤维。
27.根据权利要求25或26所述的防护服饰物品，其中，该防护服饰物品选自由面罩、外科口罩、呼吸面具、帽子、头巾、裤子、衬衫、手套、裙子、连衫裤工作服和手术服所组成的组中。
28.一种含有纤维的滤器，其中，所述纤维涂覆有如通式MnXy所示的化合物的纳米粒子的组合物，其中，M为
（i）选自由钙、铝、锌、镍、钨或铜所组成的组中的金属；或者
（ii）选自由硅、硼或碳所组成的组中的非金属；
其中n等于1、2或3；以及
X为
（iii）选自由氧、氮或碳所组成的组中的非金属；或者
（iv）选自由磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根、碳酸根、硅酸根、硫酸根、硝酸根和亚硝酸根所组成的组中的阴离子；
其中y等于0、1、2、3或4。
29.根据权利要求24所述的滤器，其中，该滤器含有天然纤维，或人造纤维。
30.根据权利要求28或29所述的滤器，其中，该滤器为空气滤器。
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