CN106414334A

CN106414334A - 包括空位工程化(ve)‑zno纳米复合物的组合物，制备组合物的方法，使用组合物的方法

Info

Publication number: CN106414334A
Application number: CN201580018399.9A
Authority: CN
Inventors: S·桑特拉; M·贝罗特
Original assignee: University of Central Florida Research Foundation Inc UCFRF
Current assignee: University of Central Florida Research Foundation Inc UCFRF
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2035-01-21
Also published as: EP3102540A1; EP3102540B1; BR112016018272B1; WO2015119772A1; EP3102540A4; BR112016018272A2; ES2874548T3; US9215877B2; US20150216178A1; CN106414334B

Abstract

在一个方面，本公开的实施方案涉及包括空位工程化(VE)‑ZnO纳米复合物的组合物，制备组合物的方法，使用组合物的方法等。在一个实施方案中，除其它外，组合物包括：包括相互连接的VE‑ZnO纳米颗粒的空位工程化(VE)‑ZnO纳米复合物，其中所述VE‑ZnO纳米颗粒具有与氧空位相关的表面缺陷，其中所述VE‑ZnO纳米颗粒具有约3至8nm的直径，其中该VE‑ZnO纳米颗粒包括表面封端剂涂层，该表面封端剂具有一个或更多个Zn离子螯合官能团。

Description

包括空位工程化(VE)-ZNO纳米复合物的组合物，制备组合物的方法，使用组合物的方法

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2014年2月5日提交的序列号为14/173,012的同时待决美国专利申请的优先权，通过引用将其全文并入本文。

背景技术

商业、旅行和通信的全球化引起了对社区和国家间的世界性交流越来越多的关注，包括细菌和病原体生态系统的潜在全球化。已开发出杀菌剂和杀真菌剂来控制人、动物和植物疾病，它们必须改进以保持有效，因为越来越多的耐受抗生素、杀虫剂和杀昆虫剂的细菌和真菌出现在全球各地。

针对抗微生物剂的细菌耐药性也出现在全世界，成为对人和农业生活方式的重大威胁之一。针对抗细菌剂和抗真菌剂的耐药性已作为农业问题出现，其需要在当今使用的处理材料方面引起注意以及进行改进。

例如，专注于植物，在世界范围有超过300,000种疾病侵袭植物，导致每年数十亿美元的作物损失。可改进现存的抗细菌/抗真菌制剂，让它们更有效。

发明内容

本公开的实施方案在一个方面涉及包括空位工程化(vacancy-engineered，VE)-ZnO纳米复合物的组合物，制备组合物的方法，使用组合物的方法等等。

在一个实施方案中，除其它外，组合物包括：包括相互连接的VE-ZnO纳米颗粒的空位工程化(VE)-ZnO纳米复合物，其中该VE-ZnO纳米颗粒具有与氧空位相关的表面缺陷，其中该VE-ZnO纳米颗粒具有约3至8nm的直径，其中该VE-ZnO纳米颗粒包括表面封端剂涂层，该表面封端剂具有一个或更多个Zn离子螯合官能团。

在一个实施方案中，除其它外，方法包括：将组合物布置于表面上，其中该组合物具有包括相互连接的VE-ZnO纳米颗粒的空位工程化(VE)-ZnO纳米复合物，其中该VE-ZnO纳米颗粒具有与氧空位相关的表面缺陷，其中该VE-ZnO纳米颗粒具有约3至8nm的直径，其中该VE-ZnO纳米颗粒包括表面封端剂涂层，该表面封端剂具有一个或更多个Zn离子螯合官能团；以及杀死在结构的表面上的或与该结构的表面接触的大部分的微生物或抑制或基本上抑制所述微生物的生长。

在一个实施方案中，除其它外，方法包括：混合水溶性锌源、表面封端剂以及氧化剂，其中该表面封端剂具有羧基基团和羟基基团；以及形成包括相互连接的VE-ZnO纳米颗粒的空位工程化(VE)-ZnO纳米复合物，其中该VE-ZnO纳米颗粒具有与氧空位相关的表面缺陷，其中该VE-ZnO纳米颗粒具有约1至10nm的直径，其中该VE-ZnO纳米颗粒包括由该表面封端剂形成的涂层。

在审查以下的附图和详细说明后，其它的组合物、方法、特征以及优点将会是或者变得对本领域技术人员显而易见。所有这些另外的结构、组合物、方法、特征和优点都旨在包括进本说明书中，位于本公开的范围内，并且由所附的权利要求书所保护。

附图简要说明

本公开的很多方面可参照以下的附图而更好地理解。附图中的要素不一定是按比例绘制，与之相反，重点在于清楚地显示本公开的原理。此外，在附图中，相同的附图标记在几个视图中始终表示相应的部件。

图1A和B显示了表面带涂层的VE-ZnO材料的HRTEM图像。

图2A和B显示了非VE-ZnO材料的HRTEM图像。

图3A到E显示了各种涂层的植物毒性结果。

图4显示用Alamar blue测定法测定的VE-ZnO、带涂层的ZnO、Nordox、和Kocide3000对大肠杆菌(E.coli)的生长抑制。

图5显示Zinkicide^TM存在下相对VE-ZnO、带涂层的ZnO、Nordox、和Kocide3000的大肠杆菌生长曲线。

图6显示Zinkicide^TM材料存在下的大肠杆菌生存力。

图7显示带涂层的VE-ZnO材料产生ROS的直接证据。

图8A和B显示表面带涂层的VE-ZnO和ZnO的HRTEM-EDX光谱。

图9A和B显示了表面带涂层的VE-ZnO和ZnO的x-射线光电子光谱(XPS)结果。

图10显示VE ZnO(“Zinkicide”)纳米颗粒复合物(纳米复合物)的示意图。

具体实施方式

在更详细描述本公开之前，应该理解的是，本公开不限于所描述的具体实施方案，因为这些当然可以有变动。还应当理解的是，本文所用的术语仅是出于描述具体实施方案的目的，而无意进行限制，由于本公开的范围仅由所附的权利要求书所界定。

除非另有说明，用在本文中的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域普通技术人员所通常理解的相同的含义。尽管类似于或者等同于本文中所描述的那些的任何方法和材料也可用于实施或测试本公开，但现在描述优选的方法和材料。

将本说明书中引述的所有出版物和专利都通过引用并入本文，如同具体地和单个地表明通过引用将每个单独的出版物或专利并入，并通过引用将它们并入本文来公开和描述与所引述的出版物有关的方法和/或材料。对任何出版物的引述都是由于其公开在申请日之前，但不应理解为承认本公开不享有由于在先公开而早于该出版物的权利。此外，所提供的出版时期可能不同于实际出版时期，这可能需要逐个证实。

在阅读本公开后对本领域技术人员显而易见的是，本文所描述和阐释的每个单独实施方案具有分立的成分和特征，它们可容易地与其它几个实施方案的任何一个的特征分开或者组合，而不脱离本公开的范围或精神。任何表述的方法都可按所表述的事件的顺序进行或者以逻辑上可能的任何其它顺序进行。

除非另有说明，本公开的实施方案将采用化学、聚合物化学、生物学等技术，这些在现有技术范围内。这些技术在文献中有充分阐述。

提供以下的实施例，以便为本领域普通技术人员提供关于如何实施所述方法以及如何使用本文公开的和主张权利的组合物和化合物的完整公开和描述。关于数值(例如，量，温度等)，已努力确保精确性，但应考虑到一些误差和偏差。除非另有说明，份数为重量份，温度以℃表示，压力以大气压表示。标准温度和压力定义为25℃和1个大气压。

在详细描述本公开的实施方案之前，应该理解的是，除非另有说明，本公开不限于具体的材料、试剂、反应材料、制备过程等，因为它们可以变动。还应理解的是，本文所用的术语仅是出于描述具体实施方案的目的，而无意进行限制。在本公开中，步骤还可能以不同的顺序执行，只要这在逻辑上是可行的。

必须注意的是，用在本说明书和所附权利要求书时，单数形式的“a”、“an”、和“the”包括复数指代物，除非上下文另有明确说明。因此，例如提及“a support”包括多个支持物。在本说明书和所附的权利要求书中，将会提及数个用语，它们应定义为具有以下含义，除非有显然的相反意思表示。

定义：

术语“抗微生物特性”指杀死和/或抑制微生物生长的能力。具有抗微生物特性的物质可以是对微生物(例如，细菌、真菌、原生动物、藻类等)有害的。具有抗微生物特性的物质可杀死微生物和/或防止或基本上防止微生物的生长或繁殖。

术语“抗细菌特性”指杀死和/或抑制细菌生长的能力。具有抗细菌特性的物质可以是对细菌有害的。具有抗细菌特性的物质可杀死细菌和/或防止或基本上防止细菌的复制或繁殖。

“凝胶基质”或“纳米凝胶基质”(Nanogel matrix)指由空位工程化晶体氧化锌纳米颗粒(例如，约3至8nm)彼此相互连接形成的无定形凝胶样物质。在一个实施方案中，该无定形凝胶基质没有有序(例如，确定的)结构。在一个实施方案中，空位工程化氧化锌纳米颗粒共价相互连接(例如，通过-Zn-O-Zn-键)、通过范德华力物理结合和/或通过离子相互作用相互连接。

“均匀植物表面覆盖”指由于喷涂应用本公开的实施方案导致的均匀和完全(例如，约100％)的潮湿表面。换言之，喷涂应用致使本公开的实施方案铺展在整个植物表面。

“基本上均匀的植物表面覆盖”(Substantial uniform plant surfacecoverage)指约70％或更多、约80％或更多、约90％或更多、或更多的均匀植物表面覆盖。

“基本上覆盖”(Substantially covering)指覆盖约70％或更多、约80％或更多、约90％或更多、或更多的植物叶片和树枝。

“植物”指树、植物、灌木、花等以及植物部分如细枝、叶片、茎、树枝、果实、花等。在具体实施方案中，术语植物包括果树，例如柑橘树(例如，橘子树、柠檬树、酸橙树等)。

用在本文时，术语“处理”(″treat″，″treatment″，″treating″等)指让本公开的组合物对疾病或状况起作用以通过改善或改变该疾病或状况来影响它。此外，“处理”包括完全或部分地防止(例如，约70％或更多、约80％或更多、约90％或更多、约95％或更多、或约99％或更多)植物获得疾病或状况。在此意义上，用语“防止”(prevent)可替代处理使用。用在本文时，“处理”涵盖对植物疾病的一种或更多种处理，包括：(a)在易患该疾病但还未诊断出患有该疾病的植物中减少出现该疾病的风险，(b)阻碍该疾病的发展，和/或(c)缓解该疾病，例如导致疾病消退和/或缓解一个或更多个疾病症状。

术语“细菌”(″bacteria″or″bacterlum″)包括但不限于革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌。细菌可包括，但不限于，贫养菌(Abiotrophia)、无色杆菌(Achromobacter)、氨基酸球菌(Acidaminococcus)、食酸菌(Acidovorax)、不动杆菌(Acinetobacter)、放线杆菌(Actinobacillus)、放线棒菌(Actinobaculum)、马杜拉放线菌(Actinomadura)、放线菌(Actinomyces)、气球菌(Aerococcus)、气单胞菌(Aeromonas)、阿菲波菌(Afipia)、土壤杆菌(Agrobacterium)、产碱菌(Alcaligene)、差异球菌(Alloiococcus)、交替单胞菌(Alteromonas)、无枝酸菌(Amycolata)、拟无枝酸菌(Amycolatopsis)、厌氧螺菌(Anaerobospirillum)、近亲鱼腥藻(Anabaena affinis)和其它蓝藻(cyanobacteria)(包括鱼腥藻(Anabaena)、项圈藻(Anabaenopsis)、束丝藻(Aphanizomenon)、Camesiphon、Cylindrospermopsis、粘蓝杆菌(Gloeobacter)、软管藻(Hapalosiphon)、鞘丝藻(Lyngbya)、微囊藻(Microcystis)、节球藻(Nodularia)、拟珠藻(Nostoc)、席藻(Phormidium)、浮丝藻(Planktothrix)、假鱼腥藻(Pseudoanabaena)、裂须藻(Schizothrix)、螺旋藻(Spirulina)、束毛藻(Trichodesmium)、和Umezakia属)、棍状厌氧菌(Anaerorhabdus)、蛛网菌(Arachnia)、隐秘杆菌(Arcanobacterium)、气杆菌(Arcobacter)、节杆菌(Arthrobacter)、奇异菌(Atopobium)、金杆菌(Aureobacterium)、拟杆菌(Bacteroides)、巴氏发菌(Balneatrix)、巴尔通体菌(Bartonella)、伯杰氏菌(Bergeyella)、双歧杆菌(Bifidc Aacterium)、嗜胆菌(Bilophila)、布兰汉氏菌(Branhamella)、包柔氏螺旋体菌(Borrelia)、博德特杆菌(Bordetella)、短螺菌(Brachyspira)、短芽胞杆菌(Brevibacillus)、枯草芽孢杆菌(Brevibacterium)、短波单胞菌(Brevundimonas)、布鲁氏杆菌(Brucella)、伯克霍尔德菌(Burkholderia)、布丘氏菌(Buttiauxella)、丁酸弧菌(Butyrivibrio)、鞘杆菌(Calymmatobacterium)、螺旋杆菌(Campylobacter)、二氧化碳噬纤维菌(Capnocytophaga)、心杆菌(Cardiobacterium)、卡托氏菌(Catonella)、西地西菌(Cedecea)、纤维单胞菌(Cellulomonas)、百足菌(Centipeda)、披衣菌(Chlamydia)、嗜衣原体(Chlamydophila)、色杆菌(Chromobacterium)、金黄杆菌(Chyseobacterium)、金色单胞菌(Chryseomonas)、梓檬酸杆菌(Citrobacter)、梭菌(Clostridium)、柯林斯氏菌(Collinsella)、丛毛单胞菌(Comamonas)、棒状杆菌(Corynebacterium)、柯克斯体(Coxiella)、短小杆菌(Cryptobacterium)、代尔夫特菌(Delftia)、皮杆菌(Dermabacter)、嗜皮菌(Dermatophilus)、脱硫单胞菌(Desulfomonas)、脱硫弧菌(Desulfovibrio)、戴阿李斯特杆菌(Dialister)、腐蹄杆菌(Dichelobacter)、狡诈球菌(Dolosicoccus)、狡诈菌(Dolosigranulum)、爱德华氏菌(Edwardsiella)、埃格特菌(Eggerthella)、埃利希体(Ehrlichia)、艾肯菌(Eikenella)、稳杆菌(Empedobacter)、肠杆菌(Ehterobacter)、肠球菌(Enterococcus)、欧文氏菌(Erwinia)、丹毒丝菌(Erysipelothrix)、埃希氏菌(Escherichia)、粘球生孢噬纤维菌(Eubacterium)、爱文氏菌(Ewingella)、锰氧化还原菌(Exiguobacterium)、费克蓝姆菌(Facklamia)、产线菌(Filifactor)、黄色单胞菌(Flavimonas)、伊氏螺菌(Flavobacterium)、弗朗西氏菌(Francisella)、梭形杆菌(Fusobacterium)、加德纳氏菌(Gardnerella)、孪生菌(Gemella)、Globieatella、戈登氏菌(Gordona)、嗜血菌(Haemophilus)、哈夫尼菌(Hafnia)、螺杆菌(Helicobacter)、盐球菌(Helococcus)、霍尔德曼氏菌(Holdemania)、不活动粒菌(Ignavigranum)、约翰森氏菌(Johnsonella)、金氏菌(Kingella)、克雷伯氏菌(Klebsiella)、考克斯菌(Kocuria)、科泽氏菌(Koserella)、库特氏菌(Kurthia)、盖球菌(Kytococcus)、乳杆菌(Lactobacillus)、乳球菌(Lactococcus)、Lautropia、勒克菌(Lealercia)、军团杆菌(Legionellla)、勒米诺氏菌(Leminorella)、钩端螺旋体(Leptospira)、纤毛菌(Leptotrichia)、明串珠菌(Leuconostoc)、利斯特氏菌(Listeria)、利斯顿氏菌(Listonella)、巨球形菌(Megasphaera)、甲基杆菌(Methylobacterium)、微杆菌(Microbacterium)、微球菌(Micrococcus)、光岗菌(Mitsuokella)、动弯杆菌(Mobiluncus)、米勒氏菌(Moellerella)、莫拉氏菌(Moraxella)、摩根氏菌(Morganella)、分枝杆菌(Mycobacterium)、支原体(Mycoplasma)、香味菌(Myroides)、奈瑟氏球菌(Neisseria)、诺卡氏菌(Nocardia)、拟诺卡氏菌(Nocardiopsis)、苍白杆菌(Ochrobactrum)、厄氏菌(Oeskovia)、寡源杆菌(Oligella)、东方体(Orientia)、类芽孢杆菌(Paenibacillus)、泛菌(Pantoea)、衣原体(Parachlamydia)、巴斯德氏菌(Pasteurella)、小球菌(Pediococcus)、消化球菌(Peptococcus)、消化链球菌(Peptostreptococcus)、发光杆菌(Photobacterium)、光杆状菌(Photorhabdus)、植原体(Phytoplasma)、邻单胞菌(Plesiomonas)、卟啉单胞菌(Porphyrimonas)、普雷沃氏菌(Prevotella)、丙酸杆菌(Ptopionibacterium)、变形菌(Proteus)、普罗威登斯菌(Providencia)、假单胞菌(Pseudomonas)、假诺卡氏菌(Pseudonocardia)、Pseudoramibacter、嗜冷杆菌(Psychrobacter)、拉恩氏菌(Rahnella)、劳尔氏菌(Ralstonia)、红球菌(Rhodococcus)、立克次氏体Rickettsia)、罗卡利马氏体(Rochalimaea)、玫瑰单胞菌(Roseomonas)、罗氏菌(Rothia)、瘤胃球菌(Ruminococcus)、沙门氏菌(Salmonella)、月形单胞菌(Selenomonas)、蛇形螺旋体(Serpulina)、沙雷氏菌(Serratia)、Shewenella)、志贺氏菌(Shigella)、西门坎氏菌(Simkania)、史雷克氏菌(Slackia)、鞘氨醇杆菌(Sphingobacterium)、鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas)、螺菌(Spirillum)、螺原体(Spiroplasma)、葡萄球菌(Staphylococcus)、寡养单胞菌(Stenotrophomonas)、口腔球菌(Stomatococcus)、链杆菌(Streptobacillus)、链球菌(Streptococcus)、链霉菌(Streptomyces)、琥珀酸弧菌(Succinivibrio)、萨特氏菌(Sutterella)、萨顿氏菌(Suttonella)、塔特姆氏菌(Tatumella)、替策氏菌(Tissierella)、特拉布斯氏菌(Trabulsiella)、密螺旋体(Treponema)、创非锐(Tropheryma)、束村氏菌(Tsakamurella)、苏黎世菌(Turicella)、尿枝原体(Ureaplasma)、漫游球菌(Vagococcus)、韦荣氏球菌(Veillonella)、弧菌(Vibrio)、威克斯氏菌(Weeksella)、沃林氏菌Wolinella)、黄单胞菌(Xanthomonas)、致病杆菌(Xenorhabdus)、耶尔森氏菌(Yersinia)和预研菌(Yokenella)。细菌的其它例子包括结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)、牛分枝杆菌(M.Bovis)、鼠伤寒分枝杆菌(M.Typhimurium)、牛分枝杆菌菌株BCG、BCG亚株、鸟分枝杆菌(M.Avium)、胞内分枝杆菌(M.Intracellulare)、非洲分枝杆菌(M.Africanum)、堪萨斯分枝杆菌(M Kansasii)、海鱼分枝杆菌(M.Marinum)、溃疡分枝杆菌(M.Ulcerans)、副结核鸟分枝杆菌亚种(M.aviumsubspecies paratuberculosis)、金黄色酿脓葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)、马葡萄球菌(Staphylococcus equi)、酿脓链球菌(Streptococcus pyogenes)、无乳链球菌(Streptococcus agalactiae)、单核细胞增多性李斯特菌(Listeria monocytogenes)、绵羊李斯特菌(Listeria ivanovii)、炭疽杆菌(Bacillus anthracis)、枯草芽孢杆菌(B.Subtilis)、星形诺卡菌(Nocardia asteroides)和其它诺卡菌属细菌(Nocardiaspecies)、草绿色链球菌亚型(Streptococcus viridansgroup)、消化球菌属细菌(Peptococcus species)、消化链球菌属细菌(Peptostreptococcus species)、以色列放线菌(Actinomyces israelii)和其它放线菌属细菌(Actinomyces species)以及痤疮丙酸杆菌(Propionibacterium acnes)、破伤风梭菌(Clostridium tetani)、肉毒梭菌(Clostridium botulinum)、其它梭菌属细菌(Clostridium species)、绿脓假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、其它假单胞菌属细菌(Pseudomonas species)、弯曲杆菌属细菌(Campylobacter species)、霍乱弧菌(Vibriocholera)、埃利希氏体属细菌(Ehrlichia species)、胸膜肺炎放线杆菌(Actinobacilluspleuropneumoniae)、溶血性巴斯德氏菌(Pasteurella haemolytica)、多杀巴斯德氏菌(Pasteurella multocida)、其它巴斯德氏菌属细菌(Pasteurella species)、嗜肺军团菌(Legionella pneumophila)、其它军团菌属细菌(Legionella species)、伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi)、其它沙门氏菌属细菌(Salmonella species)、志贺氏菌属细菌(Shigella species)、流产布鲁氏菌(Brucella abortus)、其它布鲁氏菌属细菌(Brucellaspecies)、沙眼衣原体(Chlamydi trachomatis)、鹦鹉热衣原体(Chlamydia psittaci)、贝氏柯克斯体(Coxiella burnetti)、大肠杆菌(Escherichia coli)、脑膜炎奈瑟菌(Neiserria meningitidis)、淋病奈瑟菌(Neiserria gonorrhea)、流感嗜血杆菌(Haemophilus influenzae)、杜克雷氏嗜血杆菌(Haemophilus ducreyi)、其它嗜血杆菌细菌(Haemophilus species)、鼠疫耶尔森氏菌(Yersinia pestis)、肠结肠炎耶尔森氏菌(Yersinia enterolitica)、其它耶尔森氏菌属细菌(Yersinia species)、大肠杆菌、E.hirae和其它埃希氏菌属细菌(Escherichia species)以及其它的肠细菌(Enterobacteria)、流产布鲁氏菌(Brucella abortus)和其它布鲁氏菌细菌(Brucellaspecies)、洋葱伯克霍尔德菌(Burkholderia cepacia)、类鼻疽伯克霍尔德菌(Burkholderia pseudomallei)、土拉弗朗西斯菌(Francisella tularensis)、脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)、Fudobascterium nucleatum、普雷沃菌属细菌(Provetellaspecies)以及反刍兽考德里氏体(Cowdria ruminantium)、或它们的任何菌株或变体。革兰氏阳性细菌可以包括但不限于，革兰氏阳性球菌(例如，链球菌、葡萄球菌、和肠球菌)。革兰氏阴性细菌可以包括但不限于，革兰氏阴性杆菌(例如，类杆菌科(Bacteroidaceae)、肠杆菌科(Enterobacteriaceae)、弧菌科(Vibrionaceae)、巴斯德氏菌科(Pasteurellae)和假单胞菌科(Pseudomonadaceae))。在一个实施方案中，细菌可包括肺炎支原体(Mycoplasmapneumoniae)。

用在本文时术语“原生动物”(protozoan)包括但不限于，鞭毛虫类(flagellates)(例如，蓝氏贾第鞭毛虫(Giardia lamblia))、类变形虫(amoeboids)(例如，痢疾变形虫(Entamoeba histolitica))以及孢子虫(sporozoans)(例如，诺氏疟原虫(Plasmodiumknowlesi))和纤毛虫(例如，结肠小袋虫(B.Coli))。原生动物可包括但不限于，结肠内阿米巴(Entamoeba coli)、Entamoeabe histolitica、Iodoamoeba buetschlii、Chilomastixmeslini、阴道毛滴虫(Trichomonas vaginalis)、人五毛滴虫(Pentatrichomonashomini)、间日疟原虫(Plasmodium vivax)、巴西利什曼原虫(Leishmania braziliensis)、克氏锥虫(Trypanosoma cruzi)、布氏锥虫(Trypanosoma brucei)以及Myxoporidia。

术语“藻类”(algae)用在本文时包括但不限于微藻类和丝状藻类，例如组囊藻(Anacystis nidulans)、栅藻(Scenedesmus sp.)、衣藻(Chlamydomonas sp.)、小球藻(Clorella sp.)、杜氏藻(Dunaliella sp.)、眼虫藻(Euglena so.)、土栖藻(Prymnesiumsp.)、紫球藻(Porphyridium sp.)、聚球藻(Synechoccus sp.)、布朗葡萄藻(Botryococcusbraunii)、隐甲藻(Crypthecodinium cohnii)、细柱藻(Cylindrotheca sp.)、微胞藻(Microcystis sp.)、Isochlysis sp.、单肠藻(Monallanthus salina)、M.minutum、微绿球藻(Nannochloris sp.)、微拟球藻(Nannochloropsis sp.)、富油新绿藻(Neochlorisoleoabundans)、菱形藻(Nitzschia sp.)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)、裂壶藻(Schizochytriumsp.)、Senedesmus obliques、和融合微藻(Tetraselmis sueica)以及属于水绵属(Spirogyra)、刚毛藻属(Cladophora)、无隔藻属(Vaucheria)、黑孢藻属(Pithophora)和浒苔属(Enteromorpha)中任一种的藻类。

术语“真菌”(fungi)用在本文时包括但不限于多种生物体，例如，霉菌(molds)、霉菌(mildews)和锈菌(rusts)，包括青霉属(Penicillium)、曲霉属(Aspergillus)、枝顶孢属(Acremonium)、枝孢属(Cladosporium)、镰孢霉属(Fusarium)、毛霉菌属(Mucor)、链孢霉属(Nerospora)、根霉属(Rhizopus)、毛癣菌属(Tricophyton)、孢盘菌属(Botryotinia)、疫霉属(Phytophthora)、长喙壳属(Ophiostoma)、稻瘟菌属(Magnaporthe)、葡萄穗霉属(Stachybotrys)和Uredinalis属内的物种。

讨论：

根据本公开的目的，如在本文中所体现的和广泛描述的，本公开的实施方案在一个方面涉及包括空位工程化(VE)-ZnO纳米复合物的组合物，制备组合物的方法，使用组合物的方法等等。

在一个实施方案中，该组合物可用作抗微生物剂来杀死和/或抑制微生物在诸如树、植物等的表面上的形成。本公开的优点在于该组合物为水溶性的，成膜的，具有抗微生物性能，并且是无植物毒性的。特别是，该组合物是大肠杆菌和苜蓿黄单胞菌(Xalfalfae)的抗微生物剂，对观赏蔓长春花属物种(ornamental vinca sp.)无植物毒性。

另外，本公开的实施方案提供了可用于多个目的的组合物。本公开的实施方案的优点在于它们可基本上防止和/或处理(treat)或基本上处理植物疾病或状况，并用作抗细菌和/或抗真菌剂，同时为无植物毒性的。

在一个实施方案中，该组合物可以具有抗微生物特性。短语“抗微生物特性”可具有以下含义：与表面上未布置该组合物的类似表面相比，杀死该表面上约70％或更多、约80％或更多、约90％或更多、约95％或更多、约99％或更多的微生物(例如，细菌)和/或使在该表面上形成或生长的微生物的量减少约70％或更多、约80％或更多、约90％或更多、约95％或更多、约99％或更多。

尽管无意被理论所束缚，但该VE-ZnO纳米复合物的VE-ZnO纳米颗粒的独特表面电荷和表面化学可能是维持良好的胶体稳定性的原因。大表面积和凝胶样结构形态可能是导致对诸如植物表面的表面的强粘附性能的原因。无植物毒性可能是归功于VE-ZnO纳米复合物的中性pH和有限的可溶性离子可获得性。其它的细节描述在实施例中。

在一个实施方案中，该VE-ZnO纳米复合物可包括VE-ZnO纳米颗粒，例如过氧化锌(ZnO₂)或ZnO和ZnO₂的组合。在一个实施方案中，该VE-ZnO纳米颗粒具有与氧空位相关的表面缺陷，这将该VE-ZnO纳米颗粒与ZnO纳米颗粒区分开。UV-Vis研究已显示，VE-ZnO纳米颗粒和ZnO纳米颗粒具有不同的光学特性，这表示VE-ZnO纳米颗粒具有与氧空位相关的表面缺陷。其它的细节提供在实施例中。

在一个实施方案中，该氧化锌纳米颗粒的直径可通过适当调整合成参数来控制，例如水溶性锌源、表面封端剂和氧化剂、碱的量，pH，反应时间，添加组分的顺序等等。例如，该颗粒的直径可通过调整反应的时间框架来控制。尽管无意被理论所束缚，但本公开的实施方案的优越抗微生物功效可归功于VE-ZnO纳米颗粒的量子限制(例如，大小)和表面缺陷相关性能。例如，该VE-ZnO纳米颗粒的大小可以允许该VE-ZnO纳米颗粒系统性地运输进植物，到达韧皮组织，并与病原体相互作用。在一个实施方案中，该VE-ZnO纳米颗粒可具有约1至10nm或约5nm的直径，或者平均直径为约5nm。

在一个实施方案中，该VE-ZnO纳米颗粒可彼此相互连接以形成相互连接的VE-ZnO纳米颗粒链。在一个实施方案中，该VE-ZnO纳米复合物可包括多个VE-ZnO纳米颗粒链，其中这些链可彼此独立或者连接一个或更多个其它链。

在一个实施方案中，该VE-ZnO纳米颗粒在表面上包括由表面封端剂形成的涂层。在一个实施方案中，该表面封端剂包括一个或更多个Zn离子螯合官能团，例如羧基基团、羟基基团、胺、硫醇、和/或两种或更多种的组合。在一个实施方案中，该表面封端剂包括具有羧基基团和羟基基团的化合物。在一个实施方案中，该表面封端剂选自小分子封端剂，例如水杨酸钠、葡萄糖酸钠；以及聚合物，例如壳聚糖(chitosan)、硅石(silica)、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯呲咯烷酮、葡聚糖(dextran)、聚乙二醇、树状聚合物(dendrimers)以及它们的组合。在一个实施方案中，该涂层可覆盖VE-ZnO纳米颗粒的整个表面或者该VE-ZnO纳米颗粒的表面的大部分(例如，VE-ZnO纳米颗粒的表面的约50％或更多，约60％或更多，约70％或更多，约80％或更多，约90％或更多，约95％或更多，或约99％或更多)。在一个实施方案中，该涂层具有约0.5nm至10nm的厚度。

在一个实施方案中，该VE-ZnO纳米复合物可在凝胶基质中包括该VE-ZnO纳米颗粒。在一个实施方案中，该凝胶基质可包括水溶性锌源、表面封端剂(surface cappingagent)和氧化剂。在一个实施方案中，该表面封端剂可包括诸如上文列举的化合物(例如，水杨酸钠)。在一个实施方案中，该氧化剂可为该VE-ZnO纳米复合物凝胶基质的约10至50或约25至35重量百分比。

在一个实施方案中，该水溶性锌源可包括水溶性锌盐，有机锌复合物，例如酒石酸锌、柠檬酸锌、草酸锌、乙酸锌等。在一个实施方案中，该水溶性锌盐可包括硝酸锌、硫酸锌和氯化锌。在一个实施方案中，该水溶性锌源可为该VE-ZnO纳米复合物凝胶基质的约40至80或约50至70重量百分比。

在一个实施方案中，该氧化剂选自过氧化氢、氯(chlorine)、次氯酸钠以及它们的组合。在一个实施方案中，该氧化剂可为该VE-ZnO纳米复合物凝胶基质的约10至50或约25至35重量百分比。

在一个实施方案中，制备组合物的方法可包括混合水溶性锌源、表面封端剂和氧化剂。在一个实施方案中，在水溶液(例如，去离子水)中混合这些组分。在一个实施方案中，在室温混合这些组分，混合约12至36小时后，用诸如NaOH的碱将pH调至约7.5。在一个实施方案中，这些组分可同时添加到一起或者可按顺序添加到一起。例如，可以混合该表面封端剂和氧化剂，任选地与碱一起混合。然后，在搅拌下，可在几分钟到一小时的时间内缓慢滴加该水溶性锌源。

在一个实施方案中，该氧化剂可为该VE-ZnO纳米复合物的约10至50或约25至35重量百分比。在一个实施方案中，该水溶性锌源可为该VE-ZnO纳米复合物的约40至80或约50至70重量百分比。在一个实施方案中，该氧化剂可为该VE-ZnO纳米复合物的约10至50或约25至35重量百分比。

一旦混合这些组分，就形成该VE-ZnO纳米复合物，其中该VE-ZnO纳米颗粒具有由表面封端剂形成的涂层。该组合物可按制备的就此使用，或者可洗去未结合的组分(例如，水溶性锌源、表面封端剂、氧化剂以及碱)，以致仅保留相互连接的VE-ZnO纳米颗粒。该过程可采用单一反应容器进行，或者可采用多个反应容器。其它的细节提供在实施例中。

在一个实施方案中，可将该组合物置于结构的表面上。在一个实施方案中，该结构可包括植物，例如树、灌木、草、农作物等，并包括叶片和果实。在一个实施方案中，该组合物提供均匀植物表面覆盖，基本上均匀的植物表面覆盖，或者基本上覆盖植物。在一个实施方案中，该组合物可用于处理具有疾病的植物，或者防止植物患上疾病。

在一个实施方案中，该结构可包括可能暴露于微生物和/或微生物可在其上生长的那些结构，例如但不限于织物、烹饪台、食物加工设备、厨房用具、食物包装、游泳池、金属、药瓶、医疗器械、医学植入体、纱线、纤维、手套、家具、塑料装置、玩具、尿布、皮革、瓷砖以及地板材料。在一个实施方案中，该结构可包括纺织品、纤维、滤器或过滤单元(例如，用于空气和水的HEPA)、包装材料(例如，食物、肉、家禽等食物包装材料)、塑料结构(例如，由聚合物或共混聚合物制成的)、该结构表面上的玻璃或玻璃样结构、金属、金属合金、或金属氧化物结构、结构(例如，瓷砖、石头、陶瓷、大理石、花岗岩等)以及它们的组合。

在一个实施方案中，在将该组合物置于表面上之后，该结构可以具有抗微生物特性，即能够杀死该结构表面上的大部分微生物(例如，细菌如大肠杆菌、苜蓿黄单胞菌(Xalfalfa)和金黄色葡萄球菌(S.aureus))和/或抑制或基本上抑制微生物在该结构表面上的生长。短语“杀死大部分”(″killing a substantial portion")包括，与在其上未布置该组合物的结构相比，杀死布置了该组合物的表面上的约70％或更多、约80％或更多、约90％或更多、约95％或更多、或约99％或更多的微生物(例如，细菌)。短语“基本上抑制生长”(″substantially inhibits the growth")包括，与在其上未布置该组合物的结构相比，抑制布置了该组合物的表面上的约70％或更多、约80％或更多、约90％或更多、约95％或更多、或约99％或更多的微生物(例如，细菌)生长。

如上文提到的，本公开的实施方案对于处理影响植物，例如柑橘植物和树，的疾病是有效的。在一个实施方案中，该组合物可起抗细菌和/或抗真菌的作用，尤其是处理(treating)或基本上处理、防止或基本上防止植物疾病，例如柑橘黄龙病(citrusgreening，HLB)和柑桔溃疡病(citrus canker diseases)。羟基自由基、锌离子和它们的组合可在一段时间内(例如，从施用起的数天到数月)起抗细菌和/或抗真菌的作用。该组合物的设计有利于均匀植物表面覆盖或基本上均匀的植物表面覆盖。在一个实施方案中，施用至植物的该组合物可在暴露于各种类型的气候条件下(例如雨、风、雪和阳光)具有优越的粘附性能，以致在使用该组合物的时间框架上不会被基本上去除。在一个实施方案中，该组合物具有减弱的植物毒性效应，或者对植物无植物毒性。

本公开的实施方案可在与该组合物的有效性一致的时间框架上施用，这些时间框架可包括从施用的第一天到约一周、约一个月、约两个月、约三个月、约四个月、约五个月、约六个月、约七个月、或约八个月。

实施例

材料与方法：

制剂缩写：

Z-SG-1

ZPER-SG-1

ZPER-SG-2

ZSAL-SG-2

ZPSAL-SG-3

ZPSAL-SG-4

ZPSAL-SG-5

ZPSAL-SG-6

ZPSAL-SG-7

详细的纳米制剂合成过程

Z-SG-1、ZPER-SG-1、ZSAL-SG-2、ZPSAL-SG-3和ZPSAL-SG-4合成过程：

在玻璃烧杯中，取50ml去离子水，5ml硝酸锌储备液(59％重量比)，在磁力搅拌下滴加1M NaOH，直至pH为7.5。

然后分为5等份：

Z-SG-1：不处理

ZPER-SG-1：添加2ml过氧化氢(30％)

ZSAL-SG-2：添加1ml水杨酸钠溶液(32.8％重量比)

ZPSAL-SG-3：添加1ml水杨酸钠溶液(32.8％重量比)，洗涤以除去未结合的水杨酸钠溶液，添加2ml的过氧化氢(30％)

ZPSAL-SG-4：添加2ml过氧化氢(30％)，搅拌2小时，洗涤以除去未结合的过氧化氢，添加1ml的水杨酸钠溶液(32.8％重量比)，洗涤

ZPER-SG-2和ZPSAL-SG-5合成过程：

在玻璃烧杯中，取40ml去离子水，10ml过氧化氢(30％)和5ml硝酸锌储备液(59％重量比)。用1NNaOH调pH到7.5。

然后分为2等份：

ZPER-SG-2：不处理

ZPSAL-SG-5：添加2.5ml水杨酸钠溶液(32.8％重量比)，测pH-调至7，搅拌过夜。

ZPSAL-SG-6合成过程(带涂层的VE-ZnO)：

在玻璃烧杯中，取40ml去离子水，10ml过氧化氢(30％)，2.5ml水杨酸钠溶液(32.8％重量比)和5ml硝酸锌储备液(59％重量比)。磁力搅拌过夜，然后用1N NaOH调pH至7.5(大约25ml)。

**带涂层的ZnO材料与带涂层的VE-ZnO相同，除了其不含有过氧化氢。

ZPSAL-SG-7合成过程：

在玻璃烧杯中，取40ml去离子水，10ml过氧化氢(30％)，2.5ml水杨酸钠溶液(32.8％重量比)并添加大约20ml 1N NaOH。然后，在强烈磁力搅拌下滴加(非常仔细和缓慢；每分钟几滴)硝酸锌溶液(59％重量比)，直至pH达到7.5。

图1A和B显示了表面带涂层的VE-ZnO材料的HRTEM图像。具体地，图1(a)显示了表面带涂层的VE-ZnO材料的代表性低倍HRTEM图像，示出相互连接的量子大小(＜5nm)晶体VE-ZnO溶胶颗粒簇的凝胶样网络。图1(b)显示了VE-ZnO材料的高倍图像。插图示出了VE-ZnO溶胶颗粒的晶格边缘。

图2A和B显示了非VE-ZnO材料的HRTEM图像。具体地，图2A显示了表面带涂层的ZnO材料的代表性HRTEM图像，示出亚微米大小范围的平板样小平面结构。图2B显示了带涂层的ZnO材料的高倍图像，示出平板结构内的多晶和无定形区域的外观。

图3(a)到(c)显示了各种涂层的植物毒性结果。具体地，图3显示了对(a)无涂层的、(b)表面带涂层的ZnO、(c)表面带涂层的VE-ZnO、(d)Nordox以及(e)Kocide3000材料的植物毒性评估。将制剂以790ppm金属锌的喷涂率施用。数码照片显示没有植物组织损伤(-)出现，甚至在72小时后。

图4显示用Alamar blue测定法测定的VE-ZnO、带涂层的ZnO、Nordox和Kocide3000对大肠杆菌的生长抑制。

图5显示大肠杆菌在Zinkicide^TM存在下相对VE-ZnO、带涂层的ZnO、Nordox和Kocide 3000的大肠杆菌生长曲线。

图6显示Zinkicide^TM材料存在下的大肠杆菌生存力。具体地，图6显示大肠杆菌抗VE-ZnO、带涂层的ZnO、Nordox和Kocide 3000的生存力。

图7显示了带涂层的VE-ZnO材料产生ROS的直接证据。图7显示混合价铈土以及经表面带涂层的VE-ZnO材料处理的铈土的透射光谱。铈土(Ceria)和VE-ZnO颜色上为发白的。但是，当合并时，出现了强的红色。观察到铈土透射波长向更长波长的明显偏移，证实在与ROS(由表面带涂层的VE-ZnO材料产生)反应后Ce³⁺向Ce⁴⁺状态的转化。

图8A和B显示了表面带涂层的VE-ZnO和ZnO的HRTEM--EDX光谱。图8显示了表面带涂层的A VE-ZnO和B表面带涂层的ZnO材料的代表性HRTEM--EDX光谱。在光谱中发现Zn和氧的特征性元素峰。Au峰源自HRTEM Au网格基底。

图9A和B显示了表面带涂层的VE-ZnO和ZnO的x-射线光电子光谱(XPS)结果。具体地，图9显示了表面带涂层的(a)VE-ZnO和(b)表面带涂层的ZnO材料的XPS结果。观察到Zn(II)氧化态的特征峰。

图10显示了VE ZnO(“Zinkicide”)纳米颗粒复合物(纳米复合物)的示意图。

表1显示了各种试剂对大肠杆菌的最小抑制浓度(minimum inhibitoryconcentration)。

表1：表面带涂层的VE-ZnO、带涂层的ZnO、表面封端剂、Kocide 3000以及Nordox对大肠杆菌的MIC

应注意的是，比率、浓度、量和其它数据在本文中可能以范围形式表示。应该理解，这种范围形式是出于方便和简洁而使用的，因此应以灵活的方式解释为不仅包括作为范围限制而明确表述的数值，还包括该范围所涵盖的全部单个数值或子范围，如同每个数值和子范围都明确表述一样。作为解释，浓度范围“约0.1％至约5％”应解释为不仅包括明确表述的浓度约0.1％至约5％，还包括该指出范围内的单个浓度(例如，1％、2％、3％、和4％)和子范围(例如，0.5％、1.1％、2.2％、3.3％、和4.4％)。在一个实施方案中，用词“约”可包括根据测量技术和数值的常规四舍五入。此外，短语“约′x′至′y′”包括“约′x′至约′y′”。

可以对以上描述的实施方案进行很多改动和修饰。所有这些改动和修饰都旨在包括进本文，位于本公开的范围内，并由所附权利要求书所保护。

Claims

1.一种组合物，包含：

包括相互连接的VE-ZnO纳米颗粒的空位工程化(VE)-ZnO纳米复合物，其中所述VE-ZnO纳米颗粒具有与氧空位相关的表面缺陷，其中所述VE-ZnO纳米颗粒具有约3至8nm的直径，其中所述VE-ZnO纳米颗粒包括表面封端剂涂层，所述表面封端剂具有一个或更多个Zn离子螯合官能团。

2.如权利要求1所述的组合物，其中所述表面封端剂选自由水杨酸钠、葡萄糖酸钠、壳聚糖、硅石、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯呲咯烷酮、葡聚糖、聚乙二醇、树状聚合物以及它们的组合构成的组。

3.如权利要求1所述的组合物，其中所述VE-ZnO纳米颗粒具有约5nm的平均直径。

4.如权利要求1所述的组合物，其中所述涂层覆盖每个所述VE-ZnO纳米颗粒的表面。

5.如权利要求4所述的组合物，其中所述涂层具有约0.5nm至10nm的厚度。

6.如权利要求1所述的组合物，其中所述VE-ZnO纳米复合物被置于包括过氧化氢的凝胶基质中。

7.如权利要求6所述的组合物，其中过氧化氢为所述VE-ZnO纳米复合物的约10至50重量百分比。

8.如权利要求1所述的组合物，其中所述VE-ZnO纳米复合物被置于包括过氧化氢和氢氧化钠的凝胶基质中。

9.如权利要求6所述的组合物，其中过氧化氢为所述VE-ZnO纳米复合物的约10至50重量百分比，以及其中氢氧化钠为所述VE-ZnO纳米复合物的约10至50重量百分比。

10.如权利要求1所述的组合物，其中所述组合物具有针对大肠杆菌和苜蓿黄单胞菌(X.alfalfae)的抗微生物特性。

11.如权利要求1所述的组合物，其中所述组合物对观赏蔓长春花属物种无植物毒性。

12.一种方法。包括：

将组合物布置于表面上，其中所述组合物具有包括相互连接的VE-ZnO纳米颗粒的空位工程化(VE)-ZnO纳米复合物，其中所述VE-ZnO纳米颗粒具有与氧空位相关的表面缺陷，其中所述VE-ZnO纳米颗粒具有约3至8nm的直径，其中所述VE-ZnO纳米颗粒包括表面封端剂涂层，所述表面封端剂具有一个或更多个Zn离子螯合官能团；以及

杀死在结构的表面上的或与所述结构的表面接触的大部分的微生物或抑制或基本上抑制所述微生物的生长。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述微生物为细菌。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述微生物选自由大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、黄单胞菌属细菌(Xanthomonas sp)、韧皮部杆菌属细菌(Candidatus Liberibacter spp)以及金黄色葡萄球菌构成的组。

15.如权利要求12所述的方法，其中所述结构为植物或树。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述布置包括形成该组合物的膜。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述布置包括形成均匀植物表面覆盖。

18.如权利要求16所述的方法，其中所述布置包括形成基本上均匀的植物表面覆盖。

19.制备组合物的方法，包括：

混合水溶性锌源、表面封端剂以及氧化剂，其中所述表面封端剂具有羧基基团和羟基基团；以及

形成包括相互连接的VE-ZnO纳米颗粒的空位工程化(VE)-ZnO纳米复合物，其中所述VE-ZnO纳米颗粒具有与氧空位相关的表面缺陷，其中所述VE-ZnO纳米颗粒具有约1至10nm的直径，其中所述VE-ZnO纳米颗粒包括由所述表面封端剂形成的涂层。

20.如权利要求20所述的方法，其中所述氧化剂为所述VE-ZnO纳米复合物的约10至50重量百分比，以及其中表面封端剂为所述VE-ZnO纳米复合物的约10至50重量百分比。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述氧化剂选自由过氧化氢、氯、次氯酸钠及其组合构成的组，以及其中所述表面封端剂选自由水杨酸钠、葡萄糖酸钠、壳聚糖、硅石、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯呲咯烷酮、葡聚糖、聚乙二醇、树状聚合物以及它们的组合构成的组。