CN107105648A - 包含经交换和经浸注的抗微生物试剂的抗微生物材料 - Google Patents

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Abstract

提供了抗微生物材料的实施方式。在一个或多个实施方式中,抗微生物材料包括无机基材,其包括围绕内部部分的表面部分以及布置在表面部分和内部部分中的任意一个或多个上的抗微生物试剂。在一些实施方式中,无机基材包括碱性物质,并且至少一部分的碱性物质存在于表面部分上。在另一个实施方式中,抗微生物试剂浸注到基材中。在一些情况下,基材中存在的非碱性组分被抗微生物试剂替换。在一些实施方式中,基材中的阴离子被抗微生物试剂替换。揭示了包含抗微生物材料的组合物,并且还提供了用于制造抗微生物材料和组合物的方法。

Description

包含经交换和经浸注的抗微生物试剂的抗微生物材料
相关申请交叉参考
本申请根据35U.S.C.§119,要求2014年9月19日提交的美国临时申请系列第62/052698号以及2014年8月29日提交的美国临时申请系列第62/043547号的优先权,本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
技术背景
本文涉及包含抗微生物试剂的抗微生物材料,所述抗微生物试剂被交换和浸注到基材中,涉及包括此类抗微生物材料的组合物及其制造方法。
已知的含碱材料通常采用已经建立起来的离子交换技术将各种试剂(包括抗微生物试剂)交换进入基材中。在一些情况下,该交换过程会赋予基材颜色,产生具有不同折射率的基材,并且在基材中产生压缩应力层或含抗微生物试剂的区域。已有的抗微生物材料采用银离子技术,其制造成本昂贵并且不展现出受控的释放机制。在一些情况下,这些材料在水和/乙醇、包封在耐用的软织物聚氨酯表面中的微尺寸的沸石载剂或者包含银离子的涂料的混合物中含有完全可溶解的银离子和完全可溶解的聚合物。此类材料受到其碱性含量以及已知的离子交换工艺的限制。
因此,存在对于如下抗微生物材料的需求,其不受到所采用的基材的碱性含量的限制并且包括可调节的抗微生物试剂浓度,其是可受控释放的并且其释放排除了所有其他可浸出物。还需要以时间节约和成本有效的方式形成此类材料的方法。
发明内容
本文的第一个方面属于包含无机基材的抗微生物材料,所述无机基材包括围绕内部部分的表面部分以及布置在表面部分和内部部分中的任意一个或多个上的抗微生物试剂。抗微生物试剂可以被交换和浸注到基材中。
在一个或多个实施方式中,基材包括碱性物质并且至少一部分的碱性物质存在于表面部分上,即使当抗微生物试剂布置在表面部分和内部部分中的任意一个或多个上的时候亦是如此。
在一个或多个实施方式中,抗微生物材料包括布置在表面部分和内部部分中的任意一个或多个上的经浸注的抗微生物试剂。在此类实施方式中,基材可包括与抗微生物试剂发生交换的非碱性组分。基材可任选地基本不含碱性组分或者基本不含碱性物质。
在一个或多个实施方式中,基材包括阴离子(例如,氧),并且至少一部分的阴离子与抗微生物试剂发生交换。在一个或多个实施方式中,抗微生物材料在进入基材的大于或等于约1微米的深度处包括Si-OH、H2O和H3O+中的任意一种或多种。
一个或多个实施方式的抗微生物材料包括仅包含抗微生物试剂的可浸出物(即,没有其他可浸出物)。在一些情况下,在存在水分的情况下,释放了可浸出物。在一些例子中,可浸出物的释放率小于或等于约0.1份每百万份(ppm)。在其他例子中,可浸出物的释放率约为0.03-7ppm。在其他例子中,可浸出物的释放率约为5-80ppm。当抗微生物材料结合到水性溶液中或者以任意其他方式暴露于水性溶液时,可展现出此类浸出率。
在抗微生物材料中,抗微生物试剂存在的量可以约为1-40重量%。抗微生物试剂的浓度可以是均匀的。
无机基材可以是片材或者颗粒和/或可以是无定形的或者是晶体。在一些例子中,无机基材可以包括平均最长横截面尺寸是如下范围的颗粒:约为1纳米(nm)至约为10毫米(mm)(例如,约为1纳米(nm)至约为1000纳米(nm),约为1微米(μm)至约为1000微米(μm),或者约为1毫米(mm)至约为10毫米(mm))。在某些实践方式中,无机基材可以包括具有如下平均最长横截面尺寸的颗粒:约为0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、2μm、3μm、4μm、以及高至5μm。在前述方面中,颗粒可以具有规则几何形貌或者可以具有不规则几何形貌。
当抗微生物材料存在于具有大于或等于约0.007g/L的抗微生物材料浓度的水性溶液中以及水性溶液暴露于23℃的水中的大肠杆菌90分钟之后,一个或多个实施方式的抗微生物材料使得大肠杆菌的浓度展现出大于或等于5的对数下降。在其他实施方式中,当抗微生物材料与具有大于或等于约0.07g/L的抗微生物材料浓度的水性溶液结合以及水性溶液暴露于23℃的水中的大肠杆菌1分钟之后,抗微生物材料使得大肠杆菌的浓度展现出大于或等于5的对数下降。
一个或多个实施方式的抗微生物材料可包括在美容用品、口腔护理产品、个人护理产品、衣物护理产品、家庭护理产品、车辆护理产品、用于电子器件的触敏显示屏或盖板、电子器件的非触敏组件、家用电器的表面、医疗器械的表面、生物或药品包装容器或者汽车组件的表面的一部分中。
本文的第二个方面属于包含载剂和本文所述的抗微生物材料的组合物。载剂可包括表面活性剂、聚合物,或其组合。当组合物暴露于23℃的水中的大肠杆菌90分钟之后,组合物可使得大肠杆菌的浓度展现出大于或等于5的对数下降。组合物可包括在美容用品、口腔护理产品、个人护理产品、衣物护理产品或者家庭护理产品中。
本文的第三个方面属于形成抗微生物材料的方法,其包括:提供(如本文所述的)无机基材,以及以大于或等于约5MPa的压力将抗微生物试剂交换和浸注到无机基材中,以提供抗微生物材料。该方法可包括使得抗微生物材料与载剂(例如,表面活性剂、聚合物或其组合)结合。
在以下的详细描述中提出了本文的其他特征和优点,其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言,根据所作描述就容易看出,或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的各种实施方式而被认识。
应理解,上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的,用来提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。所附附图提供了进一步理解,附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了一个或多个实施方式,并与说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。
附图说明
图1A显示一个或多个实施方式的片形式的抗微生物材料;
图1B显示一个或多个实施方式的颗粒形式的抗微生物材料;
图2A-2F显示一个或多个实施方式的抗微生物材料;
图3是根据一个实施方式,用于将抗微生物试剂交换和浸注到无机基材中的系统的浴和压力容器的示意图;
图4是根据另一个实施方式,图2所示的系统的示意图,其中,基材浸入浴和容器中;
图5a-5j显示根据实施例1和对照材料,包含大肠杆菌和颗粒的营养琼脂板的照片;
图6显示当与实施例1的抗微生物材料接触的情况下,大肠杆菌的灭活与时间的关系;
图7显示用高角度环形暗场成像(HAADF)获得的图像,显示抗微生物试剂作为纳米颗粒存在于抗微生物材料的表面上;
图8显示在各种稀释情况下,实施例3A-3C的大肠杆菌的对数下降;
图9显示在各种稀释情况下,在还原再氧化之前和之后,实施例3C的大肠杆菌的对数下降;
图10显示当与涂料(没有表面活性剂)结合以及当与涂料和表面活性剂结合的情况下,实施例3C和比较例3D-3F的抗微生物活性;
图11显示实施例4A和4B的二次离子质谱(SIMS)谱图;
图12是实施例4A、比较例4C和实施例4D的傅里叶变换红外(FTIR)谱图;
图13显示从实施例5的颗粒浸出的银离子的浓度,每日测量;
图14显示从实施例5的颗粒浸出的银离子的累积浓度与时间的关系;以及
图15的柱状图显示从实施例7的颗粒浸出的银离子的浓度。
具体实施方式
下面详细参考各个实施方式和实施例,它们部分在附图中示出。
本文的第一个方面属于抗微生物材料10,其包含基材11和抗微生物试剂。如本文所述以及图1A和1B所示,基材11包括围绕内部部分14的表面部分12。抗微生物试剂可以存在于基材的表面部分12上,可以存在于基材的内部部分14中,或者可以同时存在于基材的表面部分12和内部部分14。抗微生物试剂可以以经交换和浸注的组分存在,如本文所述,并且可以以各种浓度水平与各种基材结合。
基材可表征为无机的以及含碱性物质或不含碱性物质的。在一个或多个实施方式中,基材可以包括各种玻璃、玻璃-陶瓷、以及陶瓷等。基材的形状没有限制,以及可以包括颗粒基材(如图1B所示)、片状基材(如图1A所示)或者三维形状基材。
当采用颗粒基材时,颗粒可以包括约为1纳米(nm)至约为10毫米(mm)的平均最长横截面尺寸。如本文所使用,术语“最长横截面尺寸”指的是给定物体(例如,颗粒或者孔等)的单个最长尺寸。因此,为了清楚起见,当物体是圆形时,最长横截面尺寸是其直径;当物体是椭圆形状时,最长横截面尺寸是椭圆的最长直径;以及当物体是不规则形状时,最长横截面尺寸是其周边上最远的两个相对点之间的线。在一些情况下,颗粒可以包括如下平均最长横截面尺寸:约为1纳米(nm)至约为1000纳米(nm),约为1微米(μm)至约为1000微米(μm),以及约为1毫米(mm)至约为10毫米(mm)。在某些方面,无机基材可以包括具有如下平均最长横截面尺寸的颗粒:约为0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、2μm、3μm、4μm、以及高至5μm。颗粒无机基材可以具有规则几何形貌或者可以具有不规则几何形貌。几何形貌可以表征为以下任意一种或多种:球形、梯形、正方形、矩形、三角形、圆柱形、菱形、菱形十二面体、菱形三十面体(rhombic tria-contrahedron)和菱形九十面体(rhombicenneacontrahedron)。
具有片状形状的基材可展现出约为100μm至约为5mm的物理厚度。示例性基材物理厚度范围约为100-500μm(例如,100、200、300、400或500μm)。其他示例性基材物理厚度范围约为500-1000μm(例如,500、600、700、800、900或者1000μm)。基材可具有大于约1mm(例如,约为2、3、4或者5mm)的物理厚度。在一个或多个具体实施方式中,基材的物理厚度可以小于或等于2mm,或者小于1mm。作为补充或替代,当采用片状基材时,出于美观和/或功能原因,基材的物理厚度可沿其一个或多个尺寸发生变化。例如,基材的边缘可以相比于基材的更为中心区域是更厚的。根据抗微生物材料10的应用或用途,基材的长度、宽度和物理厚度尺寸也可以发生变化。片材的形状可以是三维形式和/或可以表征为刚性或挠性。
无论基材的形状如何,基材还可经过酸性抛光或者任意其他方式的处理,以去除或减少表面瑕疵的影响。
在一个或多个实施方式中,基材可表征为不溶于反应性环境。如本文相对于基材所用的“反应性环境”包括其中使得基材中的二氧化硅键合会发生降解或者发生降解的环境。此类反应性环境的例子包括基材与pH大于或等于约10或者pH小于或等于约2的材料之间的接触。
基材可以是无机的,并且可以包含碱性物质或者可以不含碱性。在一个或多个实施方式中,基材可以是无定形的,并且可以包括可经过强化或者未经过强化的玻璃。合适的玻璃的例子包括钠钙玻璃、不含碱的玻璃、碱性铝硅酸盐玻璃、含碱硼硅酸盐玻璃以及碱性铝硼硅酸盐玻璃。在一些变化形式中,玻璃可以不含碱性物质,具体来说,可以不含氧化锂、钠、钾、铷和铯中的任意一种或多种。在一个或多个替代实施方式中,基材可以包括晶体基材,例如玻璃陶瓷基材(其可以经过强化或者未经过强化)或者可以包括单晶结构,例如蓝宝石。合适的玻璃陶瓷基材的例子包括具有β-锂辉石(同时包括Li型和Cu型,以及Li、Cu、Mg和Na的固溶体)、β-石英(同时包括β-锂霞石和硅锂石)、霞石、三斜霞石、铯榴石、白榴石(K[AlSi2O6])、三硅酸氟云母(包括金云母和黑云母)、四硅酸氟云母(包括带云母和多硅锂云母)、含碱性堇青石和大隅石、硅碱钙石和氟角闪石。在一个或多个具体实施方式中,基材包括无定形基底(例如玻璃)和晶体包覆层(例如,蓝宝石层、多晶氧化铝层和/或尖晶石(MgAl2O4)层)。在一些实施方式中,基材可以是含二氧化硅的或者可以是不含二氧化硅的(例如基本不含二氧化硅)。基材可表征为可氧化的或者不可氧化的。
基材可以是基本上光学透澈、透明和没有光散射的。在此类实施方式中,基材在光波长区域可展现大于或等于约85%、大于或等于约86%、大于或等于87%、大于或等于88%、大于或等于89%、大于或等于90%、大于或等于91%或者大于或等于92的平均透射率。在一个或多个替代实施方式中,基材110可以是不透明的,或者可以在光波长区域展现出小于约10%、小于约9%、小于约8%、小于约7%、小于约6%、小于约5%、小于约4%、小于约3%、小于约2%、小于约1%或者小于约0%的平均透射率。在一个或多个实施方式中,基材可任选地展现出颜色,例如白色、黑色、红色、蓝色、绿色、黄色、橙色等。在一个或多个实施方式中,基材可展现出约为1.45-1.55的折射率。
可采用各种不同工艺来提供基材。例如,当基材包括无定形基材例如玻璃时,各种成形方法可以包括浮法玻璃工艺以及下拉工艺例如熔合拉制和狭缝拉制。当采用颗粒形式时,可以采用喷射研磨、球磨、搅拌磨、空气研磨和惰性气体研磨和/或本领域已知的其他技术将基材进一步成形为颗粒形式。
一旦形成,可以对基材进行强化以形成经强化的基材。可以在将抗微生物试剂交换和浸注到基材之前或之后进行强化过程,或者可以在交换和浸注的同时进行强化过程。如本文所用术语“经强化的基材”可以表示通过例如用较大离子来离子交换基材的表面部分12中的较小离子从而进行了化学强化的基材。但是,也可采用本领域已知的其他强化方法,例如采用热回火或者利用基材不同部分之间的热膨胀系数的不匹配来产生压缩应力和中心拉伸区域,以形成经强化的基材。
当通过离子交换工艺对基材进行化学强化时,用具有相同价态或氧化态的较大离子来代替或交换基材中的从表面部分12到基材内一定深度的离子。通常通过将基材浸泡在熔盐浴中进行离子交换工艺,所述熔盐浴包含要与基材中的较小离子发生交换的较大离子。本领域技术人员会理解的是,离子交换工艺的参数包括但不限于:浴组成和温度、浸没时间、基材在一种或多种盐浴中的浸没次数、多种盐浴的使用、其它步骤例如退火以及洗涤等,其通常是由以下的因素决定的:基材的组成,所需的压缩应力(CS)、通过强化操作得到的基材的压缩应力层深度(或层深度)。例如,含碱金属的玻璃基材的离子交换可以通过以下方式实现:浸泡在至少一种包含盐的熔盐浴中,所述盐包括例如但不限于较大碱金属离子的硝酸盐、硫酸盐和氯化物。熔盐浴的温度通常约为380℃至高至约450℃,而浸入时间约为15分钟至高至40小时。但是,也可以采用与上述不同的温度和浸入时间。
另外,在以下文献中描述了在多种离子交换浴中浸没玻璃基材(在浸泡之间进行洗涤和/或退火步骤)的离子交换工艺的非限制性例子:Douglas C.Allan等人于2009年7月10日提交的题为“Glass with Compressive Surface for Consumer Applications(用于消费者应用的具有压缩表面的玻璃)”的美国专利申请第12/500,650号,其要求2008年7月11日提交的美国临时专利申请第61/079,995号的优先权,其中,通过在不同浓度的盐浴中多次浸泡,进行连续的离子交换处理,从而对玻璃基材进行强化;以及2012年11月20日公告的Christopher M.Lee等人的题为“Dual Stage Ion Exchange for ChemicalStrengthening of Glass(用于对玻璃进行化学强化的多阶段离子交换)”的美国专利8,312,739,其要求2008年7月29日提交的美国临时专利申请第61/084,398号的优先权,其中,玻璃基材通过以下方式进行强化:首先在用流出离子稀释的第一浴中进行离子交换,然后在第二浴中浸泡,所述第二浴的流出离子浓度小于第一浴。美国专利申请第12/500,650号和美国专利第8,312,739号的内容全文参考结合于此。
可以基于中心张力(CT)、表面CS和层深度(DOL)的参数对通过离子交换所实现的化学强化程度进行定量化。可以在强化的玻璃的表面附近或其内的各个深度处测量表面CS。最大CS值可以包括在强化基材的表面测得的CS(CSs)。CT是为玻璃基材内与压缩应力层相邻的内部区域计算的,其可以由CS、物理厚度t和DOL计算得到。采用本领域已知的那些方式测量CS和DOL。此类方式包括但不限于,使用诸如Luceo有限公司(日本东京)制造的FSM-6000或者类似的商用仪器,来测量表面应力(FSM),测量CS和DOL的方法如ASTM 1422C-99所述,题为“Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass(用于化学强化的平坦玻璃的标准规格)”和ASTM 1279.19779“Standard Test Method for Non-Destructive Photoelastic Measurement of Edge and Surface Stresses inAnnealed,Heat-Strengthened,and Fully-Tempered Flat Glass(用于退火的、热强化的、完全回火的平坦玻璃中的边缘和表面应力的非破坏性光弹性测量的标准测试方法)”,其全文通过引用结合入本文。表面应力测量依赖于应力光学系数(SOC)的精确测量,其与玻璃基材的双折射相关。进而通过本领域已知的那些方法来测量SOC,例如光纤和四点弯曲方法(它们都参见ASTM标准C770-98(2008)所述,题为“Standard Test Method forMeasurement of Glass Stress-Optical Coefficient(用于测量玻璃的应力-光学系数的标准测试方法)”,其全文通过引用结合入本文,以及块圆柱体方法。CS和CT之间的关系如下式(1)所示:
CT=(CS·DOL)/(t–2DOL)(1),
式中,t是基材的物理厚度(μm)。在本文的各部分中,CT和CS的单位是兆帕斯卡(MPa),物理厚度t的单位是微米(μm)或毫米(mm),以及DOL的单位是微米(μm)。
在一个实施方式中,强化基材的表面CS可以大于或等于250MPa、大于或等于300MPa,例如大于或等于400MPa、大于或等于450MPa、大于或等于500MPa、大于或等于550MPa、大于或等于600MPa、大于或等于650MPa、大于或等于700MPa、大于或等于750MPa、或者大于或等于800MPa。强化基材的DOL可以大于或等于10μm、大于或等于15μm、大于或等于20μm(例如,25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm或更大),和/或CT可以大于或等于10MPa、大于或等于20MPa、大于或等于30MPa、大于或等于40MPa(例如,42MPa、45MPa或50MPa或更大)但是小于100MPa(例如,95、90、85、80、75、70、65、60、55MPa或更小)。在一个或多个具体实施方式中,强化的基材具有以下一种或多种性质:表面CS大于500MPa、DOL大于15μm,以及CT大于18MPa。
可用于基材的示例性玻璃可包括碱性铝硅酸盐玻璃组合物或者碱性铝硼硅酸盐玻璃组合物,但是也考虑其他玻璃组合物。此类玻璃组合物能够通过离子交换过程进行化学强化。一种示例性玻璃组合物包含SiO2、B2O3和Na2O,其中,(SiO2+B2O3)≥66摩尔%,并且Na2O≥9摩尔%。在一个实施方式中,玻璃组合物包含至少6重量%的氧化铝。在另一个实施方式中,基材包含具有一种或多种碱土氧化物,从而碱土氧化物的含量至少为5重量%的玻璃组合物。在一些实施方式中,合适的玻璃组合物还包含K2O、MgO和CaO中的至少一种。在一个特定实施方式中,用于基材的玻璃组合物可包含:61-75摩尔%的SiO2;7-15摩尔%的Al2O3;0-12摩尔%的B2O3;9-21摩尔%的Na2O;0-4摩尔%的K2O;0-7摩尔%的MgO;以及0-3摩尔%的CaO。
适合基材的另一种示例性玻璃组合物包含:60-70摩尔%的SiO2;6-14摩尔%的Al2O3;0-15摩尔%的B2O3;0-15摩尔%的Li2O;0-20摩尔%的Na2O;0-10摩尔%的K2O;0-8摩尔%的MgO;0-10摩尔%的CaO;0-5摩尔%的ZrO2;0-1摩尔%的SnO2;0-1摩尔%的CeO2;小于50ppm的As2O3;以及小于50ppm的Sb2O3;其中12摩尔%≤(Li2O+Na2O+K2O)≤20摩尔%,以及0摩尔%≤(MgO+CaO)≤10摩尔%。
适合基材的另一种示例性玻璃组合物包含:63.5-66.5摩尔%的SiO2;8-12摩尔%的Al2O3;0-3摩尔%的B2O3;0-5摩尔%的Li2O;8-18摩尔%的Na2O;0-5摩尔%的K2O;1-7摩尔%的MgO;0-2.5摩尔%的CaO;0-3摩尔%的ZrO2;0.05-0.25摩尔%的SnO2;0.05-0.5摩尔%的CeO2;小于50ppm的As2O3;以及小于50ppm的Sb2O3;其中14摩尔%≤(Li2O+Na2O+K2O)≤18摩尔%,且2摩尔%≤(MgO+CaO)≤7摩尔%。
在一个具体实施方式中,适合基材的碱性铝硅酸盐玻璃组合物包含氧化铝、至少一种碱金属以及在一些实施方式中大于50摩尔%的SiO2,在其他实施方式中至少为58摩尔%的SiO2,以及在其他实施方式中至少为60摩尔%的SiO2,其中,其中组分的比例以摩尔%计,改性剂是碱金属氧化物。在特定实施方式中,该玻璃组合物包含以下组分:58-72摩尔%的SiO2、9-17摩尔%的Al2O3、2-12摩尔%的B2O3、8-16摩尔%的Na2O以及0-4摩尔%的K2O,其中,
在另一个实施方式中,基材可包括碱性铝硅酸盐玻璃组合物,其包含:64-68摩尔%的SiO2;12-16摩尔%的Na2O;8-12摩尔%的Al2O3;0-3摩尔%的B2O3;2-5摩尔%的K2O;4-6摩尔%的MgO;以及0-5摩尔%的CaO,其中66摩尔%≤SiO2+B2O3+CaO≤69摩尔%;Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO>10摩尔%;5摩尔%≤MgO+CaO+SrO≤8摩尔%;(Na2O+B2O3)-Al2O3≤2摩尔%;2摩尔%≤Na2O-Al2O3≤6摩尔%;以及4摩尔%≤(Na2O+K2O)-Al2O3≤10摩尔%。
在一个替代实施方式中,基材可包括碱性铝硅酸盐玻璃组合物,其包含:大于或等于2摩尔%的Al2O3和/或ZrO2或者大于或等于4摩尔%的Al2O3和/或ZrO2
在一些实施方式中,基材包括约为14:1的SiO2:Al2O3,或者约为13:1至约为15:1的SiO2:Al2O3
其中,基材11包括晶体基材,基材可以包括单晶体,其可以包括Al2O3。这种单晶基材称作蓝宝石。其他合适的晶体材料包括多晶氧化铝层和/或尖晶石(MgAl2O4)。
可选地,晶体基材可包含玻璃陶瓷基材,其可以是经过强化的或未经过强化的。合适的玻璃陶瓷的例子可以包括Li2O-Al2O3-SiO2体系(即,LAS体系)玻璃陶瓷、MgO-Al2O3-SiO2体系(即,MAS体系)玻璃陶瓷,和/或包括具有β-石英固溶体、β-锂辉石ss、堇青石和二硅酸锂的主晶相的玻璃陶瓷。可以采用本文所揭示的化学强化工艺对玻璃陶瓷基材进行强化。在一个或多个实施方式中,MAS体系玻璃陶瓷基材可以在Li2SO4熔盐中进行强化,从而可以发生2Li+交换Mg2+
在具体实施方式中,利用环上球(ball-on-ring)测试,使用至少5个、至少10个、至少15个或者至少20个样品进行测量,基材在一个或多个相对主表面的表面上可展现出大于或等于0.5%、大于或等于0.6%、大于或等于0.7%、大于或等于0.8%、大于或等于0.9%、大于或等于1%、大于或等于1.1%、大于或等于1.2%、大于或等于1.3%、大于或等于1.4%、大于或等于1.5%或者甚至大于或等于2%的平均断裂应变。在具体实施方式中,基材11在其一个或多个相对主表面的表面上可展现出约为1.2%、约为1.4%、约为1.6%、约为1.8%、约为2.2%、约为2.4%、约为2.6%、约为2.8%或者约为3%或更大的平均断裂应变。
合适的基材11可展现出约为30-120GPa的弹性模量(或者杨氏模量)。在一些情况下,基材的弹性模量可以约为30-110GPa、约为30-100GPa、约为30-90GPa、约为30-80GPa、约为30-70GPa、约为40-120GPa、约为50-120GPa、约为60-120GPa、约为70-120GPa,以及其间的所有范围和子范围。
可以采用的抗微生物试剂可以包括各种重金属离子(例如,Ag、Cu、Zn、Au离子)中的任意一种或多种。例如,抗微生物试剂可以包括Ag、Cu、Zn和Au中的任意一种或多种的组合。在一个或多个实施方式中,抗微生物试剂可以被交换和浸注到基材11的表面部分12上和/或可以被交换和浸注到基材11的内部部分14中。
在一个或多个实施方式中,(图2A-2F中显示为点画区域的)抗微生物试剂16仅存在于表面部分12中,仅存在于内部部分14中,或者同时存在于表面部分12和内部部分14中。在一些实施方式中,存在抗微生物试剂16的区域可用包含抗微生物试剂的区域深度(DOR)进行表征。如图2A和2B所示,抗微生物试剂16仅存在于内部部分14中,并且包括DOR 20。在图2C和2D中,抗微生物试剂16仅存在于表面部分12中,并且具有DOR 20。在图2E和2F中,抗微生物试剂16同时存在于内部部分14和表面部分12中。如图2E所示,抗微生物试剂16的浓度可以从内部部分14到表面部分12是发生变化的,或者在内部部分14和表面部分中是均匀的,如图2F所示。
在一个或多个实施方式中,DOR与基材的压缩应力层至少部分重叠。在一些实施方式中,压缩应力层的深度(DOL)大于DOR。在其他实施方式中,DOL和DOR是近似相等的。DOR通常可能受到限制从而避免抗微生物材料的视觉可见着色以及使得基材内的抗微生物试剂的抗微生物功效最大化。
在一个或多个实施方式中,DOR的平均厚度可以小于约100微米(μm)、小于约50微米(μm)或者小于约20微米(μm)。例如,平均厚度可以是如下范围:约为0.01微米(μm)至约50微米(μm),约为0.01微米(μm)至约30微米(μm),约为0.01微米(μm)至约25微米(μm),约为0.01微米(μm)至约20微米(μm),约为0.01微米(μm)至约18微米(μm),约为0.01微米(μm)至约16微米(μm),约为0.01微米(μm)至约14微米(μm),约为0.01微米(μm)至约12微米(μm),约为0.01微米(μm)至约10微米(μm),约为0.01微米(μm)至约8微米(μm),约为0.01微米(μm)至约6微米(μm),约为0.01微米(μm)至约5微米(μm),约为0.01微米(μm)至约4微米(μm),约为0.1微米(μm)至约20微米(μm),约为0.5微米(μm)至约20微米(μm),约为1微米(μm)至约20微米(μm),约为2微米(μm)至约20微米(μm),约为5微米(μm)至约20微米(μm),或者约为10微米(μm)至约20微米(μm),以及其间的所有范围和子范围。
在一个或多个实施方式中,抗微生物试剂存在的量可以约为抗微生物材料的1重量百分比(重量%)至约40重量%。在一个一些实施方式中,抗微生物材料中,抗微生物试剂存在的量约为1重量%-38重量%,约为1重量%-36重量%,约为1重量%-34重量%,约为1重量%-32重量%,约为1重量%-30重量%,约为1重量%-28重量%,约为1重量%-26重量%,约为1重量%-24重量%,约为1重量%-22重量%,约为1重量%-20重量%,约为2重量%-40重量%,约为3重量%-40重量%,约为4重量%-40重量%,约为5重量%-40重量%,约为6重量%-40重量%,约为7重量%-40重量%,约为8重量%-40重量%,约为9重量%-40重量%,约为10重量%-40重量%,约为12重量%-40重量%,约为14重量%-40重量%,约为16重量%-40重量%,约为18重量%-40重量%,约为20重量%-40重量%,约为1重量%-10重量%,约为1重量%-8重量%,约为1重量%-6重量%,或者约为1重量%-5重量%,以及其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中,可以基于抗微生物试剂的氧化物形式(例如,Ag2O、Cu2O、CuO、ZnO和Au2O)的浓度来确定前述抗微生物试剂的浓度。
可以对具体DOR厚度内的抗微生物试剂的浓度进行限定。例如,DOR的最外或最内50纳米(nm)内的抗微生物试剂的浓度高至约45重量%,基于DOR的该最外或最内50纳米(nm)的总重计。在一些实施方式中,DOR的该最外或最内50纳米内的抗微生物试剂的浓度高至约10重量%或者高至约6重量%。
抗微生物试剂的交换和浸注导致抗微生物材料具有独特组成,其可描述为在抗微生物试剂交换和浸注之前和之后,基材中存在的碱性组分和非碱性组分。
如本文所用术语“交换”指的是将第一阳离子引入基材11的表面部分12(和潜在的内部部分14),并替代具有与第一阳离子相同价态/电荷/氧化态的其他阳离子或者替代具有与第一阳离子不同价态/电荷/氧化态的其他阳离子。在一个或多个实施方式中,被替换(或交换)离开基材的所述其他阳离子包括基材中的碱性组分。在一个或多个实施方式中,被替换离开基材的所述其他阳离子是基材的非碱性组分。如本文所用术语“浸注”指的是通过物理过程将第一阳离子引入基材的表面部分12(和潜在的内部部分14),在所述物理过程中将第一阳离子引入空隙空间。在特定环境中,从基材释放第一阳离子。.
(与术语“交换”和/或“浸注”一起使用的)第一阳离子可包括不止一种类型的阳离子(例如,Ag+、Na+和K+等的任意一种或多种),并且可以包括比基材中的所述其他阳离子大的阳离子。在上文中,相对于基材的化学强化使用交换;但是,应注意的是,在本文所述的将抗微生物试剂交换进入基材的过程中,所采用方法的压力、温度和其他此类参数不同于化学强化过程。该不同方法的例子见2014年4月10日提交的美国临时专利申请第61/977692号所述,其在下文中更为详细描述并且其全文通过引用结合入本文。
在一个或多个实施方式中,在基材的表面部分上和/或在基材的内部部分中存在抗微生物试剂,从而基材11在表面部分12上包括一些碱性组分。在一个或多个具体实施方式中,抗微生物材料中(的表面部分和/或内部部分中)存在的抗微生物试剂的量大于抗微生物试剂进行交换和浸注之前存在于基材中的碱性组分的量。抗微生物材料中存在的抗微生物试剂的量大于基材中碱性组分的初始量表明了抗微生物试剂浸注到基材中。
在一个或多个实施方式中,抗微生物材料包括基本不含碱性组分的基材。如本文所用术语“基本不含碱性组分”或者“基本不含碱性物质”是可互换的,并且表示基材包含小于约0.1重量%的碱性物质或者小于约0.01重量%的碱性物质。在采用基本不含碱性组分的基材的一个或多个实施方式中,抗微生物试剂被交换进入基材(即,在表面部分上,在内部部分中,或其组合)。在此类实施方式中,经交换的抗微生物试剂替换了基材中的一种或多种非碱性组分。
在一个或多个实施方式中,抗微生物材料包括基材,所述基材包括阴离子,并且抗微生物试剂替换了基材中的至少一部分阴离子。在一些实施方式中,被抗微生物试剂替换的阴离子可以包括氧。
在一些实施方式中,抗微生物材料包括Si-OH、H2O和H3O+中的任意一种或多种,其可以存在于进入基材大于或等于约100纳米(nm)的深度,其中,深度是从表面部分12开始测量的。在一些实施方式中,所述Si-OH、H2O和H3O+中的任意一种或多种可以存在于如下深度:约为500纳米(nm)或更大,约为1微米(μm)或更大,约为2微米(μm)或更大,约为3微米(μm)或更大,约为4微米(μm)或更大,约为5微米(μm)或更大,约为10微米(μm)或更大,约为15微米(μm)或更大,约为20微米(μm)或更大,约为25微米(μm)或更大,约为30微米(μm)或更大,或者约为500纳米(nm)至约为30微米(μm)。在一些情况下,所述Si-OH、H2O和H3O+中的任意一种或多种可以存在于基材的所有深度。在此类实施方式中,抗微生物试剂可以表征为被交换和浸注进入基材的整个厚度。在一个或多个实施方式中,存在于抗微生物材料中的Si-OH是由基材中俘获的水合氢(H3O+)离子形成的。当在低温(例如小于或等于约200℃)下形成抗微生物材料时,可存在此类离子。在一些实施方式中,一部分Si-OH形成H2O。
在一个或多个实施方式中,抗微生物材料包括可浸出物(或者从基材浸出的组分)。在一个或多个实施方式中,此类可浸出物基本上由抗微生物试剂组成。
在一些实施方式中,抗微生物试剂包括含银试剂,其展现出特定的银离子可浸出性。换言之,抗微生物材料可展现出此类银离子的特定可浸出性。为了确定可浸出性,以不同浓度(例如,约为70mg/mL至约为7μg/mL)将抗微生物材料悬浮在1mL水中,持续2分钟。然后将溶液中的抗微生物材料过滤通过0.5μm隔膜过滤器。通过电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)立即测量溶液中浸出的银离子(或者其他抗微生物试剂)的量。在水中和其他测试介质中可展现出如下可浸出率。例如,当抗微生物试剂以大于或等于约0.007g/L(例如,70g/L)的浓度存在于水溶液中的时候,来自抗微生物试剂的银离子的可浸出性可以小于或等于约0.1份每百万份(ppm)。小于约0.1份每百万份(ppm)的该可浸出率可以持续展现大于约1小时、大于1天或者大于7天的时间。在其他实施方式中,当抗微生物试剂以大于或等于约0.007g/L(例如,70g/L)的浓度存在于水溶液中的时候,来自抗微生物试剂的银离子的可浸出性可以约为0.03份每百万份(ppm)至约为7份每百万份(ppm),其可以持续展现大于约1小时、大于1天或者大于7天的时间。在一些情况下,此类可浸出性可以持续展现大于或等于100天或者甚至大于或等于200天。在一些情况下,银离子的可浸出性可以是如下范围:约为0.03份每百万份(ppm)至约6.5份每百万份(ppm),约为0.03份每百万份(ppm)至约6份每百万份(ppm),约为0.03份每百万份(ppm)至约5.5份每百万份(ppm),约为0.03份每百万份(ppm)至约5份每百万份(ppm),约为0.03份每百万份(ppm)至约4.5份每百万份(ppm),约为0.03份每百万份(ppm)至约4份每百万份(ppm),约为0.03份每百万份(ppm)至约3.5份每百万份(ppm),约为0.03份每百万份(ppm)至约3份每百万份(ppm),约为0.03份每百万份(ppm)至约2.5份每百万份(ppm),约为0.03份每百万份(ppm)至约2份每百万份(ppm),约为0.05份每百万份(ppm)至约5份每百万份(ppm),约为0.1份每百万份(ppm)至约5份每百万份(ppm),约为0.5份每百万份(ppm)至约5份每百万份(ppm),约为1份每百万份(ppm)至约5份每百万份(ppm),约为1.5份每百万份(ppm)至约5份每百万份(ppm),约为2份每百万份(ppm)至约5份每百万份(ppm),或者约为3份每百万份(ppm)至约5份每百万份(ppm),以及其间的所有范围和子范围。在其他实践方式中,来自抗微生物试剂的银离子的可浸出性可以约为5-80ppm,以及其间的所有范围和子范围。
一个或多个实施方式的来自抗微生物材料的抗微生物试剂的受控释放可以与已知的基于沸石或者基于有机物(或基于聚合物)的抗微生物材料相对比。已知的基于沸石或者基于聚合物的抗微生物材料具有开放结构,从而快速地释放其中所含的抗微生物试剂并且还可能释放其他不合乎希望的可浸出物(即,除了微生物试剂之外的可浸出物)。本文一个或多个实施方式的抗微生物材料的结构可表征为玻璃状无定形结构。作为对比,已知的沸石基抗微生物材料具有陶瓷晶体结构,其具有长程晶序,孔径范围约为本文的抗微生物材料的一个或多个实施方式的封闭结构允许仅在表面释放抗微生物试剂,以及内部部分中所含的抗微生物试剂从内部部分扩散或移动到表面进行释放。这提供了抗微生物试剂的受控和长期释放,而不是已知的沸石基材料的开放结构所实现的快速释放。此外,仅抗微生物试剂作为可浸出物进行释放可以与已知的基于有机物或基于聚合物的抗微生物材料区分开来,它们会释放其他不合乎希望的可浸出物。
在一些实施方式中,尽管具有明显较小的表面积(相比于已知的沸石基抗微生物材料),抗微生物材料展现出该增加的抗微生物活性。例如,在一些实施方式中,可以以小颗粒形式提供抗微生物材料,并且展现出小于或等于约0.5m2/g的表面积。作为对比,对于已知的沸石基抗微生物材料的表面积,表面积大于或等于约150m2/g。
本文所述的抗微生物材料对于各种微生物(例如,细菌、病毒和真菌)展现出抗微生物功效。如本文所述,通过抗微生物材料与载剂的组合,也展现出如本文所述的抗微生物功效。
在一个或多个实施方式中,抗微生物材料对于如下细菌中的任意一种或多种展现出大于或等于2的对数下降(例如,大于或等于约2.5的对数下降、大于或等于约3的对数下降、大于或等于约3.5的对数下降、大于或等于约4的对数下降、大于或等于约5的对数下降、或者大于或等于约5.5的对数下降):金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)、铜绿假单胞菌(Pseudomomas aeruginosa)、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin Resistant Staphylococcus aureus)和大肠杆菌(Escherichia coli)。
在一个或多个具体实施方式中,当抗微生物材料存在于具有大于或等于约0.007g/L的抗微生物材料浓度的水性溶液中以及水性溶液暴露于23℃的水中的大肠杆菌90分钟之后,抗微生物材料使得大肠杆菌的浓度展现出大于或等于5的对数下降。在一个或多个实施方式中,当抗微生物材料与具有大于或等于约0.07g/L的抗微生物材料浓度的水性溶液结合以及水性溶液暴露于23℃的水中的大肠杆菌1分钟之后,抗微生物材料使得大肠杆菌的浓度展现出大于或等于5的对数下降。
一个或多个实施方式的抗微生物材料在用于细菌的JIS Z 2801(2000)测试条件或者修订的JIS Z 2801(2000)测试条件下,展现出细菌的此类对数下降,其中,JIS Z 2801(2000)的修订条件包括:将抗微生物材料在约38-42%的湿度下,加热至约23-37摄氏度的温度,持续约24小时,之后干燥约6-24小时。在一个或多个实施方式中,在干测试下展现出细菌的这些对数下降。干测试参见美国临时专利申请第61/908,401号所述,其全文通过引用结合入下文。在干测试条件下,以如下方式制备接种物:用具有多种细菌生物的一部分原料来接种营养琼脂以形成培养物,对培养物进行孵育以形成第一经孵育的培养物,用营养琼脂对一部分的第一经孵育的培养物进行孵育以形成第二经孵育的培养物,用营养琼脂对一部分的第二经孵育的培养物进行孵育以形成第三经孵育的培养物,使第三经孵育的培养物孵育约48小时以形成具有多种细菌菌落的经孵育的测试板,以及将一部分的所述多种细菌菌落悬浮于具有15%的牛胎儿血清(FBS)的最小必需培养基溶液的缓冲测试溶液中,将测试溶液的pH调节至约为7-8,以及向测试溶液加入浓度约为10-30重量%的有机质土血清。每个样品用接种物接种并孵育约2小时。然后每个样品在中和溶液中清洗以形成残留测试接种物。然后对残留测试接种物中每体积的存活细菌菌落数量进行计数,以计算残留测试接种物中存活细菌菌落的百分比下降(相对于对照残留接种物)。
在一些情况下,在铜合金作为消毒剂的功效的EPA测试方法(“EPA测试”)的测试条件下,抗微生物材料使以下至少一种展现出大于或等于2的对数下降:金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)、铜绿假单胞菌(Pseudomomas aeruginosa)、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin ResistantStaphylococcus aureus)和大肠杆菌(Escherichia coli)。在一些实施方式中,此类抗微生物材料包括含铜抗微生物试剂。
在一个或多个实施方式中,在用于评估病毒的修订的JIS Z 2801(2000)测试条件(下文称为“用于病毒的修订的JIS Z 2801”)下,抗微生物材料使以下任意一种或多种病毒的浓度展现出大于或等于0.5的对数下降(例如,大于或等于1的对数下降或者大于或等于2的对数下降):流感病毒(Influenza viruses)、人体免疫缺陷病毒(HumanImmunodeficiency Virus)和鼠诺如病毒(Murine Norovirus)。
用于病毒的修订的JIS Z 2801测试包括如下过程。对于每种待测试材料(例如,抗微生物材料和任意对比材料),材料的三个样品(装在单独的消毒皮氏培养皿中)分别用20μL的测试病毒的等分试样进行接种(测量抗微生物活性)或者用包含5%牛胎儿血清的有机土载荷(具有或者不具有测试病毒)的测试介质进行接种(测量细胞毒性)。然后用膜覆盖接种物,向下压膜,从而测试病毒和/或测试介质铺展到膜上,但是没有铺展超过膜边缘。当每个样品接种时,暴露时间开始。将经接种的样品转移到设定为室温(约20℃)和42%相对湿度的控制室中,持续2小时。下面结合对照样品描述暴露时间。在2小时暴露之后,采用消毒镊子提起膜,将2.00mL的测试病毒和/或测试介质的等分式样移液到材料的每个样品上以及用于覆盖每个样品的膜的下侧(或者膜暴露于样品的一侧)。每个样品的表面分别用消毒塑料细胞刮刀切屑(scrap),以收集测试病毒或测试介质。(以10-2稀释)收集测试病毒和/或测试介质,采用旋风混合器混合,制备连续10倍的稀释物。然后评估稀释物的抗微生物活性和/或细胞毒性。
对于用于病毒的修订的JIS Z 2801测试,三个对照样(装在单独的消毒皮氏培养皿中)分别用20μL的测试病毒的等分式样接种,来制备用于测试抗微生物活性的对照样(也称作“零时间病毒对照”)。在接种之后,立即将2.00mL的测试病毒的等分式样移液到每个对照样品上。每个样品的表面分别用消毒塑料细胞刮刀切屑(scrap),以收集测试病毒。(以10-2稀释)收集测试病毒,采用旋风混合器混合,制备连续10倍的稀释物。评估稀释物的抗微生物活性。
对于用于病毒的修订的JIS Z 2801测试,一个对照样(装在单独的消毒皮氏培养皿中)用20μL的含有机土负荷(5%牛胎儿血清)的测试介质的等分式样接种(无测试病毒),来制备用于细胞毒性的对照样(也称作“2小时对照病毒”)。用膜覆盖接种物,压膜,从而测试介质铺展到膜上,但是没有铺展超过膜边缘。当每个对照样品接种时,暴露时间开始。将对照样品转移到设定为室温(约20℃)和42%相对湿度的控制室中,持续2小时暴露时间。在该暴露之间之后,采用消毒镊子提起膜,将2.00mL的测试介质的等分式样移液到每个对照样品上以及膜的下侧(暴露于样品的一侧)。每个样品的表面分别用消毒塑料细胞刮刀切屑(scrap),以收集测试介质。(以10-2稀释)收集测试介质,采用旋风混合器混合,制备连续10倍的稀释物。评估稀释物的细胞毒性。
在一些实施方式中,抗微生物材料可展现出本文所述(即,EPA测试下、JIS Z 2801测试条件、用于细菌的修订的JIS Z 2801测试和/或用于病毒的修订的JIS Z 2801测试)的对数下降,持续大于或等于1个月的时间或者持续大于或等于3个月的时间。所述一个月的时间或者三个月的时间可以是在形成抗微生物材料时或者可以是在形成抗微生物材料之后开始,或者所述一个月的时间或者三个月的时间可以是抗微生物材料与载剂结合时或者可以是抗微生物材料与载剂结合之后开始,如本文所述。
在一些实施方式中,在暴露于高温(例如,大于或等于约180℃)之后,抗微生物材料可展现出本文所述(即,EPA测试下、JIS Z 2801测试条件、用于细菌的修订的JIS Z 2801测试和/或用于病毒的修订的JIS Z 2801测试)的对数下降。相反地,已知的沸石基抗微生物材料没有在高温下展现出此类活性。此外,甚至是在酸性或者高度碱性条件下(例如,pH约为2-10),抗微生物材料的实施方式展现出这些对数下降。相反地,已知的沸石基抗微生物材料没有在酸性或者高度碱性条件下展现出此类活性。
本文所述的抗微生物材料的实施方式可包含在美容产品(例如,粉底、美容粉、腮红、眼线、面霜和眼霜等)、口腔护理产品(例如,牙膏、牙线、漱口水、亮白条和牙刷)、个人护理产品(除臭剂、洗发水、护发素、洗手皂、洗面皂、身体皂、须后护理品和剃须膏)、衣物护理产品(例如,洗涤剂、织物柔软剂和干燥片)或家庭护理产品(例如,家用清洁剂、海绵、毛巾、洗碗碟和洗碗机洗涤剂)的至少一部分中。
在一些情况下,抗微生物材料的各种实施方式可包含在用于电子器件的触敏显示屏或盖板、电子器件的非触敏组件、家用电器的表面、医疗器械的表面、生物或药品包装容器或者汽车组件的表面的至少一部分中。
在一些情况下,抗微生物材料可包含在涂料(例如,用于住所、医院、实验室或学校)、用于包装(例如,食物和药物包装)的涂层、织物、运动装备、正牙装置(例如,假牙、保护带、填料、腭扩张器)、受伤护理(例如,绷带)、抗微生物喷雾和生物医药装置(例如,导管、IV针、整形装置、外科口罩和其他医学装置)的至少一部分中。在一个或多个实施方式中,抗微生物材料可用于水净化、废水处理和用于空气净化。
一个或多个实施方式中,抗微生物材料可展现出防腐功能。在此类实施方式中,抗微生物材料可以杀灭或消灭或者减少通常存在于载剂(例如,涂料、清漆、聚合物等)中的各种污物(例如,真菌、细菌、病毒及其组合)的生长。
本文的第二个方面属于包含本文所述的抗微生物材料的组合物。在一个或多个实施方式中,组合物可以包含载剂以及本文所述的抗微生物材料。载剂可以包括适合在溶液中与抗微生物材料结合的材料,并且可以包括表面活性剂、溶剂、聚合物,或其组合。在其他实施方式中,载剂可以包括如下材料,其适合与抗微生物材料一起注入可模制材料、可挤出材料或者适用于涂料的材料或者拉制成纤维的材料中。合适的表面活性剂的例子包括:二辛基磺基琥珀酸钠盐(也可称作AOT、二(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠盐、DOSS和多库酯钠),N-月桂酰肌氨酸钠盐(也称作N-十二烷酰-N-甲基甘氨酸钠盐和肌氨酰NL),十二烷基硫酸钠(也称作硫酸十二烷基钠、十二烷基硫酸钠盐、月桂基硫酸钠盐、SDS和硫酸月桂基钠),牛磺脱氧胆酸钠水合物(也称作2-([3α,12α-二羟基-24-氧代-5β-胆烷-24-基]氨基)乙烷磺酸和牛磺脱氧胆酸钠盐水合物),柠檬酸三钠盐二水合物,十二烷酸钠(也称作十二烷酸钠盐、月桂酸钠盐和月桂酸钠),双十三烷基磺基琥珀酸钠,双辛基磺基琥珀酸钠,二酯磺基琥珀酸酯及其掺混物(例如,购自赛泰克工业公司(Cytec Industries)的那些,包括二己基磺基琥珀酸钠、二环己基磺基琥珀酸钠、二戊基磺基琥珀酸钠和二异丁基磺基琥珀酸钠),烷基氨基-胍聚氧代乙醇,单酯磺基琥珀酸酯(包括磺基琥珀酸的二钠乙氧基化醇的半酯、磺基琥珀酸的二钠乙氧基化壬基酚半酯),磺基琥珀酸酯/盐(包括N-十八烷基磺基琥珀酸二钠、N-(1,2二羧基乙基)-N-十八烷基磺基琥珀酸四钠和N-(1,2二羧基乙基)-N-十八烷基(十八亚烷基)磺基琥珀酸四钠),和壬基酚醚硫酸盐/酯(包括硫酸壬基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇的铵盐)和萘磺酸烷基酯(包括二异丙基萘磺酸钠)。
在一些实施方式中,可以采用表面活性剂的组合。在一些实施方式中,表面活性剂可包含特定量或最小量的钠阳离子,其可以与抗微生物试剂发生交换,从而使得抗微生物试剂存在于抗微生物材料的表面上或者在抗微生物材料的表面上是容易获得的。在一些实施方式中,表面活性剂包括可有助于抗微生物材料在载剂(例如聚合物)中进行分散的特定阴离子。
在一些实施方式中,可以采用稳定剂,例如电荷稳定化稳定剂、胺稳定化稳定剂(例如,聚乙烯亚胺)、位阻稳定化稳定剂(例如,NIPAM)、羧酸(例如,葡聚糖、聚褐藻酸、聚(丙烯酸)和麦芽糖)和聚(乙烯吡咯烷酮)。
合适的聚合物的例子包括但不限于:热塑性塑料,包括聚苯乙烯(PS)、高抗冲PS、聚碳酸酯(PC)、尼龙(有时候称作聚酰胺(PA))、聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)(ABS)、PC-ABS掺混物、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和PBT共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和PET共聚物、聚烯烃(PO),包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、环状聚烯烃(环状-PO)、改性聚苯醚(mPPO)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯酸类聚合物,包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、热塑性弹性体(TPE)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚醚酰亚胺(PEI)以及这些聚合物互相的掺混物。合适的可注塑模制的热固性聚合物包括环氧树脂、丙烯酸类树脂、苯乙烯类树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、氨基甲酸酯树脂、聚酯树脂和硅酮树脂。在其他实施方式中,聚合物可以溶解在溶剂中或者作为单独相分散在溶剂中,例如乳胶,也就是说,通过聚合获得的合成或天然橡胶或塑料的水乳液,并特别地用于涂层(作为涂料)和粘合剂。聚合物可以包含抗冲改性剂、阻燃剂、UV抑制剂、防静电剂、脱模剂、填料,包括玻璃、金属或碳纤维或颗粒(包括球体)、滑石、粘土或云母,以及着色剂。
对于细菌、病毒和真菌,本文所述的组合物相比于本文所述的抗微生物材料展现出相同或更高水平的功效。例如,组合物使如下细菌中的任意一种或多种可展现出大于或等于2的对数下降(例如,大于或等于约2.5的对数下降、大于或等于约3的对数下降、大于或等于约3.5的对数下降、大于或等于约4的对数下降、大于或等于约5的对数下降、或者大于或等于约5.5的对数下降):金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)、铜绿假单胞菌(Pseudomomas aeruginosa)、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin Resistant Staphylococcus aureus)和大肠杆菌(Escherichiacoli)。在一个或多个具体实施方式中,当组合物存在于具有大于或等于约0.007g/L的抗微生物材料浓度的水性溶液中以及水性溶液暴露于23℃的水中的大肠杆菌90分钟之后,组合物使得大肠杆菌的浓度展现出大于或等于5的对数下降。在一个或多个具体实施方式中,当组合物与具有大于或等于约0.07g/L的抗微生物材料浓度的水性溶液中结合以及水性溶液暴露于23℃的水中的大肠杆菌1分钟之后,组合物使得大肠杆菌的浓度展现出大于或等于5的对数下降。一个或多个实施方式的组合物在JIS Z 2801(2000)测试条件下或者修订的JIS Z 2801(2000)细菌测试、干测试或者EPA测试下展现出细菌的此类对数下降。在一个或多个实施方式中,在用于病毒的修订的JIS Z 2801下,组合物使以下任意一种或多种病毒的浓度展现出大于或等于0.5的对数下降(例如,大于或等于1的对数下降,或者大于或等于2的对数下降):流感病毒(Influenza viruses)、人体免疫缺陷病毒(HumanImmunodeficiency Virus)和鼠诺如病毒(Murine Norovirus)。
组合物可包括在美容用品、口腔护理产品、个人护理产品、衣物护理产品和家庭护理产品中,如本文所述。在一些情况下,组合物可包含在涂料(例如,用于住所、医院、实验室或学校)、用于包装(例如,食物和药物包装)的涂层、织物、正牙装置(例如,假牙、保护带、填料、腭扩张器)、受伤护理(例如,绷带)、抗微生物喷雾和生物医药装置(例如,导管、IV针、整形装置、外科口罩和其他医学装置)的至少一部分中。
本文的第三个方面属于形成本文所述的抗微生物材料的方法。在一个或多个实施方式中,该方法包括:提供无机基材;以及使抗微生物材料交换和浸注到无机基材中。在一个或多个实施方式中,在大于或等于5MPa、大于或等于10MPa或者大于或等于20MPa的压力下,使抗微生物材料交换和浸注到无机基材中。
在一个或多个实施方式中,使抗微生物材料交换和浸注到无机基材中包括:在无机基材中形成裂纹或不规则体,以及促进抗微生物试剂渗透进入裂纹或不规则体中。在一个或多个实施方式中,在无机基材的表面中形成裂纹或不规则体,以及抗微生物试剂渗透进入基材中的一个或多个空隙空间中。在一个或多个实施方式中,使抗微生物试剂交换和浸注到无机基材中包括:使氢离子渗透含氧无机基材,以及用抗微生物试剂替换一部分的氧。在一些实施方式中,氧被以-OH的形式替换出基材。不希望受限于理论,相信水合氢(H3O+)离子进入无机基材,并使无机基材中存在的二氧化硅(SiO2)断裂,从而形成Si-OH。在一些情况下,-OH形成H2O。
在一个或多个实施方式中,可以根据2014年4月10日提交的题为“Antimicrobialand Strengthened-Glass Articles Through Pressurized Ion Exchange(经由加压离子交换的抗微生物和强化玻璃制品)”的美国临时专利申请第61/977,692号所述工艺,进行将抗微生物试剂交换和浸注到无机基材中。如图3所示,可以在系统100中进行将抗微生物试剂交换和浸注到无机基材中,所述系统100包括同时具有压力容器体104和压力容器盖108的压力容器102。容器102含有浴200。浴200包含溶剂和溶解在溶剂中的多种离子。在一个实施方式中,压力容器102可以包括压力传感器116和温度传感器124。两个传感器可以分别经由压力连接器120和温度连接器128与控制器112相连。控制器112能够独立地改变压力容器102和浴200中的温度和压力。
浴200可以包括各种溶剂组合物。溶剂优选是在环境温度和压力下的极性液体。极性溶剂的选择不限于特定组合物。例如,溶剂可以是质子型极性溶剂,例如水、甲醇、乙醇、异丙醇、硝基甲烷、甲酸、乙酸、乙二醇、1,3-丙二醇,甘油或者任意其他质子型极性溶剂,或者质子型极性溶剂的组合。类似地,极性溶剂也可以是质子惰性极性溶剂,例如丙酮、乙酸乙酯、乙腈、二甲亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺,或者任意其他质子惰性极性溶剂,或者质子惰性极性溶剂的组合。此外,溶剂可以是质子型溶剂与质子惰性溶剂的各种比例的组合。
用于系统100的浴200的离子可以包括来自各种来源的各种离子。可以通过盐、酸的溶解以及将离子引入液体的其他已知方法,将离子引入浴200。可溶解在浴200中的一类盐包括金属盐。这些金属盐可以包括过渡金属离子,包括但不限于,铜、银、铬、镍、钴、铒和铁。示例性盐可以包括硝酸银、氟化银、高氯酸银、氯化铜(I)、乙酸铜(I)、氯化铜(II)、硝酸铜(II)、硫酸铜(II)和硝酸铒。金属盐的另一示例性子类包括包含第1A族碱金属离子的盐。此类第1A族金属离子可以包括锂、钠、钾、铷和铯。含有这些离子的示例性盐可以包括:硫酸钾、氢氧化钾、硫代硫酸钾、硫代乙酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸三钾、硝酸锂、硫酸锂、氯化锂、硝酸铯、硫酸铯、硝酸铷、氯化铷和硫酸铷。可以使用的另一示意性金属盐子类是第2A族金属盐。此类第2A族金属离子包括铍、镁、钙、锶和钡。在浴200的极性溶剂中溶解第2A族类型的金属盐的方式可以与其他金属盐类似。
酸也可作为系统100的浴200的离子源。酸通常给出带正电荷的氢离子和各种带负电荷的离子。示例性酸包括硫酸、氯化氢、硝酸、磷酸、碳酸、草酸。在水的情况下,自由氢离子与水反应形成水合氢(或H3O+)离子,其可用于系统100所采用的离子交换过程。
再次参见图3,用于系统100的控制器112能够感应压力容器102和浴200的温度和压力。控制器112还能够独立于容器温度来调节压力容器102内的压力。控制器112还可执行各种其他功能,包括对压力容器102和浴200保持在特定温度和压力的持续时间进行控制。
参见图4,将基材300放入用于系统100的压力容器102的压力容器体104内,使得基材300浸入浴200中。在一个实施方式中,系统100的压力容器102能够将浴200加热至50-1000℃的温度(例如,约100-375℃),更优选加热至80-500℃的温度。系统100的压力容器102能够获得并保持约为0.1-100MPa(例如,约为20-75MPa)的压力。在一些实施方式中,容器102可以获得并保持约为1.6-70MPa的压力。压力容器102能够接受各种尺寸和物理属性的基材300。在一个示例性实施方式中,压力容器102能够接受近似3.4英尺x 4英尺的玻璃面板。在另一个示例性实施方式中,压力容器102设计成能够接受近似6英尺x 7英尺的玻璃面板。在另一个实施方式中,压力容器102能够接受具有不同尺寸和构造的多个基材300。压力容器102的设计的尺寸和形状是可升级的。因此,压力容器102可以构造成适合基材的各种尺寸和构造,而不对系统100所采用的浴200的压力或温度造成可感知的损失。
在一个或多个具体实施方式中,抗微生物试剂的交换和浸注包括:用如下浴组合物在容器(例如,容器102)中制备浴(例如,浴200),所述浴组合物包括极性溶剂和多种离子;以及将基材(例如,基材300)浸入浴中。然后,方法包括如下步骤:将容器中的浴加压至明显高于环境压力的预定压力;以及将容器中的浴加热至预定温度以及在预定压力和预定温度下对基材进行一段预定持续时间的处理,从而一部分的所述多种离子被交换和浸注到基材中。可以分别至少部分基于基材组成和浴组成来对预定的持续时间、温度和压力进行选择。在一个实施方式中,预定温度可以包括室温,或者压力容器中的水热亚临界或超临界条件。在一些实施方式中,压力是大气压力以及温度是室温。在一个或多个实施方式中,浴的固体:溶剂比约为0.05:1:00至约为2:00-1:00。
在一个或多个实施方式中,方法包括:在用抗微生物试剂交换和浸注无机基材之前、之后或其过程中,在无机基材中形成压缩应力层。在一些实施方式中,形成压缩应力层包括:将基材浸入包含KNO3、NaNO3或其组合的熔浴中,从而较小的碱性离子与较大的碱性离子发生交换。在浴中也可以采用其他盐。在一个或多个实施方式中,形成压缩应力层包括:在压力容器中制备浴,所述浴包含KNO3、NaNO3或其组合,从而较小的碱性离子与较大的碱性离子发生交换。在一些情况下,可以在抗微生物试剂发生交换和浸注的同时,将较大碱性离子交换进入基材中。
实施例
通过以下实施例进一步阐述各个实施方式。
实施例1
通过如下方式制备实施例1:从铝硅酸盐玻璃形成颗粒无机基材,所述铝硅酸盐玻璃具有如下标称组成,其包含:约58摩尔%的SiO2、约17摩尔%的Al2O3、约17摩尔%的Na2O、约3摩尔%的MgO和约6.5摩尔%的P2O5。通过喷射研磨约200mL的铝硅酸盐玻璃来形成颗粒,以提供具有如下范围的横截面尺寸的颗粒:约为1微米(μm)至约为12微米(μm),平均最长横截面尺寸(D50)约为5微米(μm)(即,D最小=1.93,D50=4.67,D最大=12.19),如下表1所示。
表1:实施例1的颗粒的横截面尺寸
将约50克的颗粒引入(体积为1升的)压力容器中,所述压力容器包含50mL的1:1的硝酸银:水浴、100g的重力水(bulk water)溶液。压力容器加压至25MPa,以及温度设定为200℃。交换和浸注的持续时间为4小时。在4小时的持续时间之后,分离(滗析)颗粒和浴溶液,并在室温下干燥。颗粒在去离子水中清洗3次以去除过量的硝酸银,然后在40℃干燥过夜。
颗粒放入水中,浓度为70mg颗粒/mL的水,温度为23℃。来自斜面培养的大肠杆菌重悬浮在水中,浓度为8log10CFU/mL,并添加至颗粒溶液,最终浓度为7log10CFU/mL。在23℃下,1分钟、30分钟和90分钟的给定暴露时间之后,溶液中的大肠杆菌细菌和颗粒通过20μm的隔膜过滤器过滤。通过立即添加10mL的Letheen肉汤(LB),中和Ag离子。通过菌落盘计数来评估计算活着的细菌。将与颗粒接触的细菌(100ul)涂在营养琼脂板上,没有进一步稀释,如图5a、5b、5c、5d和5e所示。(未用抗微生物试剂进行交换和浸注的)对照颗粒在LB中(以1:100的浓度)稀释并(100ul)涂在营养琼脂板上,如图5f、5g、5h、5i和5j所示。
所有的板在37℃孵育24小时,通过菌落计数来评估杀灭率(对数减少=Log10a-Log10b,或者%减少=(a-b)/a*100),其中,“a”是与对照颗粒接触后存活的有机物的数量,以及“b”是与实施例1的颗粒接触后存活的有机物的数量。
如图5所示,虽然在与对照颗粒接触之后大肠杆菌存活非常好,但是实施例1的颗粒的杀灭率与氯水相同,并且23℃水中的大肠杆菌暴露于0.07mg/mL的分散颗粒和水仅1分钟之后,观察到大肠杆菌完全灭活(如图5d和5i所示)。
在水中制备了不同浓度的实施例1的颗粒,如表1A所示。通过电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测量每种溶液中浸出的银离子(或者可浸出物)的量。如表1A所示,浸出的银浓度低于饮用水中所允许的银水平(例如,约0.1ppm)。
表1A:实施例1的颗粒的溶液和测得的从颗粒浸出的银量
图6显示对于具有约为0.007g/L的实施例1颗粒浓度的溶液,大肠杆菌的灭活与时间的关系。如图6所示,在约为90分钟的时间里,溶液展现出大于约99.999%的大肠杆菌减少。
实施例2
通过如下方式制备实施例2:提供与实施例1所用相同的颗粒无机基材,然后在相同的压力容器中,在200℃和25MPa下,采用100mL水中的100g AgNO3过热溶液使得银浸注和交换到颗粒中,持续4小时。
表2显示在用抗微生物试剂进行交换和浸注之前和之后,实施例2的颗粒的组成分析。如表2所示,碱性物质仍然存在于颗粒中,表明除了抗微生物试剂与碱性物质交换之外的浸注。具体来说,颗粒中存在的银的量从零增加到约7.03摩尔%;但是,碱性物质的总量仅减少2.67摩尔%。钾量没有发生变化,而钠量仅下降2.67摩尔%,表明部分银与钠发生交换。不希望受限于理论,相信在银的交换和浸注之后,氧量下降并且Si量保持恒定,但是Si的相对量发生变化,因为在银的交换和浸注之后,氧和银的量发生变化。
表2:在银的交换和浸注之前和之后,实施例2的颗粒的组成分析
单位 在浸注和交换之前 在浸注和交换之后
摩尔%K 0.01 0.01
摩尔%Na 9.32 6.65
摩尔%Al 9.30 9.36
摩尔%Mg 0.78 0.79
摩尔%P 3.70 3.73
摩尔%Si 16.08 27.57
摩尔%Ag 0.00 7.03
摩尔%O 60.81 44.87
总摩尔% 100.00 100.00
图7显示HAADF图像,表明银作为纳米颗粒存在于抗微生物材料的表面上。显示暴露于电子束5秒之后、40秒之后、2分钟之后和5分钟之后的图像,表明通过电子束,银随时间减少。
实施例3
评估用于形成本文一个或多个实施方式的颗粒的浴中的AgNO3浓度的浓度依赖性,以及对于大肠杆菌的杀灭率。实施例3A-3B采用与实施例1和2所用相同的颗粒无机基材。采用如下方式形成实施例3A:在150℃温度和25MPa压力的压力容器中,使用水中的10%AgNO3浓度的浴,以及采用如下方式形成实施例3B:在200℃温度和25MPa压力的压力容器中,使用水中的30%AgNO3浓度的浴,分别持续4小时。采用如下方式形成实施例3C:在200℃温度和25MPa压力的压力容器中,使用水中的100%AgNO3浓度的浴(其对应于100mL水中的100g的AgNO3),持续4小时。然后将实施例3A-3C的颗粒以不同浓度添加到水中,如图8所示,向其中加入大肠杆菌,方式与实施例1相同,持续2分钟的暴露时间。以实施例1相同方式测量大肠杆菌的对数杀灭。
如图8所示,在压力容器中采用低浓度AgNO3形成颗粒,因而包括低浓度的银,这种颗粒展现出大于或等于3的对数下降。具体来说,使用30%的AgNO3溶液使得银浸注和交换进入颗粒无机基材,提供了与使用100%AgNO3溶液相当的抗微生物活性。
在用热甘油还原成Ag金属以及用漂白剂再氧化成Ag2O之前和之后,评估实施例3C的颗粒的杀灭率。经过还原的颗粒对于大肠杆菌的杀灭没有那么有效,如图9所示。对数杀灭率降低的一种解释是,漂白剂处理没有将Ag有效地转变回氧化物。
实施例3C的颗粒(没有经过还原和再氧化)与两种不同载剂结合。载剂包括:白色半光泽涂料(由贝尔工艺公司(Behr Process Corporation)提供,商品名为没有表面活性剂)以及具有1重量%的油酸钠表面活性剂的相同涂料。颗粒的负载量为载剂质量的10%。比较例3D包括已知的抗微生物玻璃基材,其仅仅采用7重量%的AgNO3水性溶液进行银交换(没有银浸注)。具体地,比较例3E包括由Mo-Sci保健公司提供的已知抗微生物玻璃颗粒,负载量为10%,以及比较例3F包括艾德马斯特英国有限公司(Addmaster(UK)Limited)供给的抗微生物材料,商品名为Biomaster,负载量为10%。比较例3D、3E和3F结合的载剂和负载量都与实施例3C相同。
在本文所述的干测试条件下,采用金黄色葡萄球菌(S.aureus)评估实施例3C和比较例3D-3F。与(具有和不具有表面活性剂的)涂料结合的比较例3D-3F和实施例3C的结果如图10所示。需要注意的是,图10所示的柱状图是t-95%置信区间条。如图10所示,相比于具有和不具有表面活性剂的比较例3D-3F,实施例3C展现出增加的抗微生物活性。还如图10所示,每个比较例都展现出抗微生物功效的下降,而实施例3C展现出抗微生物功效的明显增加(即,从约2.6对数下降到4对数下降)。不希望受限于理论,相信表面活性剂中的阳离子将水分吸引到抗微生物材料的表面,以及将抗微生物试剂拉向抗微生物材料的表面,还可能拉向涂覆表面。通常来说,采用表面活性剂来为聚合物载剂提供稳定性;但是,数据暗示表面活性剂分子迁移引起或增强了聚合物的水敏感性。
实施例4
实施例4A包括与实施例1所用相同基材,以及实施例4B包括具有铝硅酸盐玻璃组合物的基材,其包含约60摩尔%的SiO2、15摩尔%的Al2O3、16.5摩尔%的Na2O、3摩尔%的MgO、5.2摩尔%的P2O5以及约0.1摩尔%的SnO2。采用与实施例1所示相同工艺将实施例4A和4B形成为颗粒,并且具有相同尺寸。将颗粒引入与实施例1所用相同的压力容器中,其包含50mL的1:1的硝酸银:水浴、100g的重力水(bulk water)溶液。压力容器加压至45MPa,以及温度设定为330℃。交换和浸注的持续时间为4小时。在4小时的持续时间之后,分离(滗析)颗粒和浴溶液,并在室温下干燥。颗粒在去离子水中清洗3次以去除过量的硝酸银,然后在40℃干燥过夜。
使用SIMS评估颗粒。如图11所示,谱图显示对于实施例4A,至约为20微米(μm)的深度存在氢,以及对于实施例4B,至约为5微米(μm)的深度存在氢。
采用FTIR评估(用于实施例4A的基材的)对照样(比较例4C),实施例4A的样品(其形成没有任何额外的后处理)以及实施例4D(其是实施例4A的样品,在400℃加热18小时)。如图12所示,谱图显示由于在抗微生物试剂的交换和浸注过程中,H3O+扩散进入基材,导致存在Si-OH和H2O。
实施例5
实施例5包括钠钙硅酸盐玻璃基材,其采用与实施例1所示相同工艺形成为颗粒,并且具有相同尺寸。将颗粒引入与实施例1所用相同的压力容器中,其包含50mL的1:1的硝酸银:水浴、100g的重力水(bulk water)溶液。压力容器加压至45MPa,以及温度设定为330℃。交换和浸注的持续时间为4小时。在4小时的持续时间之后,分离(滗析)颗粒和浴溶液,并在室温下干燥。颗粒在去离子水中清洗3次以去除过量的硝酸银,然后在40℃干燥过夜。
颗粒与水混合,浓度为10mg颗粒/mL的水。对混合物的等分式样进行评估,以确定在制备了混合物之后第一天浸出到水中的银离子的浓度(单位,ppm)。然后将颗粒滤出混合物,以相同浓度添加到新鲜水。对混合物的等分式样进行评估,以确定第二天的银离子滤出物浓度,然后在第三天、第四天和第七天进行重复,采用相同过程(从混合物滤出颗粒,并在每次评估之后添加到新鲜水)。将滤出物中的银离子浓度相对于收集的天数绘图,如图13所示。如图13所示,颗粒以恒定速率释放银离子,没有明显的浓度下降。
实施例5中制备的新鲜颗粒与水混合,浓度为10mg颗粒/mL的水。混合物的等分式样在制备之后立即评估,以确定浸出到水中的银离子的浓度(单位,ppm)。在各个时间段之后,对相同的混合物进行评估,以确定随时间的浸出率。(即,颗粒没有滤出和与新鲜水混合)。在图14中,相对于时间(分钟)绘制银离子的浓度。如图14所示,银滤出物浓度随时间增加,然后达到稳态或者基本恒定浓度。
实施例6
实施例6包括与实施例5所用相同基材,其采用与实施例1所示相同工艺形成为颗粒,并且具有相同尺寸。将颗粒引入与实施例1所用相同的压力容器中,其包括包含了20g硝酸银/100g水的溶液的浴。压力容器加压至25MPa,以及温度设定为200℃。交换和浸注的持续时间为4小时。在4小时的持续时间之后,分离(滗析)颗粒和浴溶液,并在室温下干燥。颗粒在去离子水中清洗3次以去除过量的硝酸银,然后在40℃干燥过夜。
颗粒与水结合,颗粒负载量为125g,以提供混合物中的不同颗粒浓度。实施例6A具有100mg/mL的浓度,实施例6B具有10mg/mL的浓度,实施例6C具有1mg/mL的浓度,以及实施例6D具有0.1mg/mL的浓度。将大肠杆菌分别添加到实施例6A-6D,其方式与实施例1相同。以与实施例1相同方式测量大肠杆菌的对数杀灭。实施例6A-6D分别展现出大于6.5的大肠杆菌的对数杀灭,表明无论颗粒的稀释情况如何,都观察到相同的高杀灭率。
实施例6E-6M采用与实施例1相同的基材,以形成颗粒。实施例6E-6M采用与实施例6A-6D相同工艺使得银浸注到颗粒中,但是浴包含不同浓度的硝酸银。实施例6E采用包含10g硝酸银/100mL水的浴。实施例6E-6G采用包含20g硝酸银/100mL水的浴。实施例6H-6M采用包含30g硝酸银/100mL水的浴。
实施例6E-6M与水结合,采用不同颗粒负载量,以提供混合物中的各种颗粒浓度,如表3所示。将大肠杆菌分别添加到实施例6E-6N,其方式与实施例1相同。以与实施例1相同方式测量大肠杆菌的对数杀灭。实施例6E-6N的大肠杆菌的对数下降如表3所示。
表3:实施例6E-6N
实施例7
实施例7包括钠钙硅酸盐玻璃基材,其采用与实施例1所列出工艺相似工艺形成为具有0.3μm的平均最长横截面尺寸的颗粒(实施例7A)和具有5μm的平均最长横截面尺寸的颗粒(实施例7B)。将实施例7A和7B的颗粒与水性硝酸银溶液一起引入到与实施例1所用相同的压力容器中。具体来说,溶液含有30g的AgNO3和100g的水。压力容器加压至25MPa,以及温度设定为175℃(对于实施例7A样品而言)和200℃(对于实施例7B样品而言)。在完成了压力容器内的Ag离子的引入步骤之后,分离(滗析)颗粒和浴溶液,并在室温下干燥。颗粒在去离子水中清洗3次以去除过量的硝酸银,然后在40℃干燥过夜。
用银离子浸注的实施例7A和7B样品的玻璃颗粒与水混合,浓度为10mg颗粒/mL水。对混合物的等分式样进行评估,以确定在制备了混合物之后第一天结束时(即,24小时浸出持续时间之后)浸出到水中的银离子的浓度(单位,ppm)。对于实施例7A和7B,将滤出物中的银离子浓度相对于收集的天数绘图,如图15的柱状图所示。如图15所示,明显较小的实施例7A颗粒以约为73ppm释放银离子,而较大的实施例7B颗粒以约为5ppm释放银离子。不希望受限于理论,相信实施例7A颗粒释放银离子的浸出率明显高于实施例7B颗粒的原因在于,实施例7A颗粒具有明显更大的表面积,以及较大的表面积造成压力容器中的浸注过程中银离子的摄入水平更高。
对本领域的技术人员而言,显而易见的是可以在不偏离本发明的范围或精神的情况下对本发明进行各种修改和变动。

Claims (36)

1.一种抗微生物材料,其包含:
包含碱性物质的无机基材,所述无机基材包括围绕内部部分的表面部分;以及
布置在所述表面部分和所述内部部分中的任意一个或多个上的抗微生物试剂,
其中,至少一部分的所述碱性物质存在于所述表面部分上。
2.一种抗微生物材料,其包含:
无机基材,所述无机基材包括围绕内部部分的表面部分;以及
布置在所述表面部分和所述内部部分中的任意一个或多个上的经浸注的抗微生物试剂。
3.如权利要求2所述的抗微生物材料,所述抗微生物材料还包括经交换的抗微生物试剂,其中,所述基材包括被所述抗微生物试剂替换的非碱性组分。
4.如权利要求2所述的抗微生物材料,其特征在于,所述无机基材是基本不含碱性物质的。
5.一种抗微生物材料,其包含:
包含阴离子的无机基材,所述无机基材包括围绕内部部分的表面部分;以及
布置在所述表面部分和所述内部部分中的任意一个或多个上的抗微生物试剂,
其中,至少一部分的所述阴离子与所述抗微生物试剂发生交换。
6.如权利要求5所述的抗微生物材料,其特征在于,所述阴离子包括氧。
7.如权利要求6所述的抗微生物材料,所述抗微生物材料还在进入基材的大于或等于约1微米的深度处包括Si-OH、H2O和H3O+中的任意一种或多种。
8.如权利要求1-7中任一项所述的抗微生物材料,所述抗微生物材料还包括可浸出物,其中,所述可浸出物基本由所述抗微生物试剂构成。
9.如权利要求8所述的抗微生物材料,其特征在于,所述可浸出物在存在水分的情况下释放。
10.如权利要求9所述的抗微生物材料,其特征在于,所述可浸出物的释放率小于或等于约0.1份每百万份。
11.如权利要求9所述的抗微生物材料,其特征在于,所述可浸出物的释放率约为0.03-7ppm。
12.如权利要求9所述的抗微生物材料,其特征在于,所述可浸出物的释放率约为5-80ppm。
13.如权利要求1-5中任一项所述的抗微生物材料,其特征在于,所述抗微生物试剂存在的量约为1-40重量%。
14.如权利要求13所述的抗微生物材料,其特征在于,所述抗微生物试剂的浓度是均匀的。
15.如权利要求1-5中任一项所述的抗微生物材料,其特征在于,所述无机基材包括片材或颗粒。
16.如权利要求1-5中任一项所述的抗微生物材料,其特征在于,所述无机基材包括无定形基材和晶体基材中的任意一种。
17.如权利要求16所述的抗微生物材料,其特征在于,所述无机基材包括:钠钙硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃和铝硼硅酸盐玻璃。
18.如权利要求1-5中任一项所述的抗微生物材料,其特征在于,所述无机基材包括从所述表面部分延伸进入所述内部部分的压缩应力层。
19.如权利要求18所述的抗微生物材料,其特征在于,所述无机基材包括颗粒,所述颗粒具有约为1纳米(nm)至约为10毫米(mm)的平均最长横截面尺寸。
20.如权利要求19所述的抗微生物材料,其特征在于,所述平均最长横截面尺寸包括以下任意一种:约为1纳米(nm)至约为1000纳米(nm),约为1微米(μm)至约为1000微米(μm),以及约为1毫米(mm)至约为10毫米(mm)。
21.如权利要求19所述的抗微生物材料,其特征在于,所述平均最长横截面尺寸包括约为0.3-5μm。
22.如权利要求19所述的抗微生物材料,其特征在于,所述颗粒包括规则几何形貌或不规则几何形貌。
23.如权利要求1-5中任一项所述的抗微生物材料,其特征在于,
所述抗微生物试剂包括含银试剂,以及
当所述抗微生物材料结合在水性溶液中的时候,所述抗微生物材料包括约为0.03份每百万份(ppm)至约为5份每百万份(ppm)的银离子可浸出性。
24.如权利要求23所述的抗微生物材料,其特征在于,当抗微生物材料存在于具有大于或等于约0.007g/L的抗微生物材料浓度的水性溶液中以及所述水性溶液暴露于23℃的水中的大肠杆菌90分钟之后,所述抗微生物材料使得大肠杆菌的浓度展现出大于或等于5的对数下降。
25.如权利要求23所述的抗微生物材料,其特征在于,当抗微生物试剂与具有大于或等于约0.07g/L的抗微生物材料浓度的水性溶液结合以及所述水性溶液暴露于23℃的水中的大肠杆菌1分钟之后,所述抗微生物材料使得大肠杆菌的浓度展现出大于或等于5的对数下降。
26.如权利要求1-5中任一项所述的抗微生物材料,其特征在于,所述抗微生物材料包括在如下产品的一部分中:美容用品、口腔护理产品、个人护理产品、衣物护理产品、家庭护理产品或者车辆护理产品。
27.如权利要求1-5中任一项所述的抗微生物材料,其特征在于,所述抗微生物材料包括在如下产品的一部分中:用于电子器件的触敏显示屏或盖板、电子器件的非触敏组件、家用电器的表面、医疗器械的表面、生物或药品包装容器或者汽车组件的表面。
28.一种组合物,其包含:
载剂;以及
无机基材,所述无机基材包括围绕内部部分的表面部分;以及
布置在所述表面部分和所述内部部分中的任意一个或多个上的抗微生物试剂,
其中,所述组合物包括以下一种:
所述无机基材包括碱性物质,以及至少一部分的所述碱性物质保留在所述无机基材的所述表面部分上,
所述抗微生物试剂被浸注和交换进入所述基材的所述表面部分和所述内部部分中的任意一个或多个中,以及
所述无机基材包括阴离子,以及至少一部分的所述阴离子与所述抗微生物试剂发生交换。
29.如权利要求28所述的组合物,其特征在于,所述载剂包括表面活性剂和聚合物中的任意一种。
30.如权利要求28所述的组合物,当所述组合物暴露于23℃的水中的大肠杆菌90分钟之后,所述组合物还使得大肠杆菌的浓度展现出大于或等于5的对数下降。
31.如权利要求28所述的组合物,所述组合物还包括在以下任意一种中:美容用品、口腔护理产品、个人护理产品、衣物护理产品或者家庭护理产品。
32.一种形成抗微生物材料的方法,该方法包括:
提供无机基材;以及
以大于或等于约5MPa的压力使抗微生物试剂交换和浸注到所述无机基材中,从而提供抗微生物材料。
33.如权利要求32所述的方法,其特征在于,所述无机基材包括碱性物质,以及一部分的所述碱性物质保留在所述基材的表面上。
34.如权利要求32所述的方法,其特征在于,所述无机基材包括非碱性组分,所述非碱性组分用于与所述抗微生物试剂发生交换。
35.如权利要求32所述的方法,所述方法还包括使得所述抗微生物材料与载剂结合。
36.如权利要求35所述的方法,其特征在于,所述载剂包括表面活性剂和聚合物中的任意一种或多种。
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