CN109714968A - 基于聚合物的抗微生物组合物及其使用方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种基于聚合物的抗微生物组合物，它是无毒的、水溶性的，并且减少来自表面的传染病的传播。该组合物包含阳离子聚合物、至少一种黏附促进剂、任选的在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒、和载体，其中组合物的组分彼此不共价结合。还提供了抗微生物组合物，其至少包含(i)基于聚乙烯亚胺的聚合物和载体，或(ii)在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒、黏附促进剂和载体。可以施加抗微生物组合物以对表面进行消毒并在表面上形成可去除的残留自消毒膜。

Description

基于聚合物的抗微生物组合物及其使用方法

发明背景

传染病每年在世界范围内造成的死亡人数超过任何其他单一因素。最大限度地减少由病原微生物引起的感染是许多领域的一个重要问题，特别是在医疗装置、药物、医院表面/器具、牙科修复和手术设备、健康护理产品和卫生应用、水净化系统、纺织品、食品包装和储存、工业或家用电器、航空等。特别是在医院中，在抗击感染方面付出了极大的努力和巨大的成本。

通过触摸、进食、饮用或呼吸含有病原体的物质会产生感染。据估计，80％的人类感染是由于与受微生物污染的表面接触而发生的(Salwiczek等人，Trends Biotechnol32：82-90(2014))。通常，这些感染与靶向病原体的抗微生物剂对抗。然而，特别成问题的是这些微生物能够快速且容易地发生基因突变而变得对这些试剂具有抗性，从而使得它们的消除变得困难。例如，金黄色葡萄球菌(S.aureus)通常在人皮肤和黏膜中定植而不会引起严重问题，但如果细菌进入体内，则会出现从轻微到危及生命的疾病，包括皮肤和伤口感染、感染性湿疹、脓肿感染、心脏瓣膜感染或心内膜炎、肺炎、以及血流感染或菌血症。一些金黄色葡萄球菌对甲氧西林和其他β-内酰胺抗生素具有抗性，即耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)，并且需要替代类型的抗生素来治疗它们。此外，形成孢子的艰难梭菌(C.difficile)是一种引起从腹泻到危及生命的结肠炎症的症状的肠道超级细菌，是医院中最常见的细菌感染。

在过去几年中，越来越多的研究人员致力于研发新的抗微生物系统，旨在帮助减轻、对抗和/或消除代价高昂的使人衰弱的感染。由于聚合物的固有性质，这些研究的大部分集中在聚合物上：聚合物可以作为保持抗微生物剂的基底，并且它们的特性，例如它们的亲水性和/或分子量，可以对所得的抗微生物活性产生很大影响。因此，具有抗微生物特性的聚合物材料的使用引起了学术界和工业界的日益关注。

已经通过使抗微生物剂浸渍、吸附或共价附着到各种表面以提供成膜层来制备已知的抗微生物聚合物涂层。例如：美国专利9127173公开了在基底上制备逐层的涂层，其中涂层包含赋予基底抗菌性能的季胺基团。与缓释表面相比，非浸析表面通常被认为是优选的，因为微生物暴露于高表面浓度的抗微生物剂。此外，浸析表面使得其难以通过环境保护局(EPA)的细胞毒性测试。作为一般规则，非浸析抗微生物涂层和制备方法对于大规模生产和商业化而言极其复杂且不实用。此外，该技术通常是表面特异性的。制备抗微生物涂层的替代方法包括使用与表面非共价连接的涂层。然而，类似于共价连接的涂层，这些方法通常需要复杂的多个合成步骤，并且需要调整以涂覆不同的基底，因此使得它们不适于商业用途。

因此，尽管在该领域进行了积极的研究，仍然需要具有广谱抗微生物活性并且可以容易地适应不同环境(例如，家庭、医疗保健提供者、学校、农业)、表面(例如，木材、不锈钢、大理石、玻璃和纺织品)和应用(例如食品包装、水或空气过滤器、甚至保护水果和蔬菜)的复杂性的新型抗微生物材料。此外，这种抗微生物残留的自消毒膜或涂层理想地应提供非常高的杀灭率，活力可持续数周，无毒且易于除去。还希望有一种用于以商业规模制备这种表面涂层的通用且廉价的方法。

发明内容

本发明涉及基于聚合物的抗微生物组合物，它是无毒的、水溶性的，并且显著地减少来自如玻璃、塑料、花岗岩和金属基底以及皮肤等表面的传染病传播。组合物中使用的聚合物能够起到两种作用：(i)能够通过杀灭现存的病菌对表面进行消毒(立刻杀灭)；(ii)提供可去除的残留自消毒膜，以防止未来的微生物生长(后续杀灭)。基于聚合物的组合物对细菌、病毒和包括艰难梭菌在内的孢子有效。另外，与大多数商业消毒剂不同，基于聚合物的组合物使无包膜病毒失活，无包膜病毒通常是普通感冒和胃肠型感冒的原因。因为抗微生物组合物不需要杀菌化学品或金属，所以与许多其它商业消毒剂不同，该组合物对人类、动物和环境是安全的。

本发明提供一种基于聚合物的抗微生物组合物，它包含阳离子聚合物、至少一种黏附促进剂、载体和任选的在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒，其中所述组合物的组分彼此不共价结合。抗微生物组合物符合以下测试中的至少一种：

(i)根据美国材料与测试协会(ASTM)国际方法E1153的杀菌喷雾测试，该测试满足EPA对病毒的log3减少和对细菌的log5减少的要求，

(ii)根据ASTM国际方法E1052-96(2002)或ASTM国际方法E2315(2016)的悬浮测试，

(iii)根据抗微生物活性的日本工业标准(JIS)Z 2801(2006)测试或本文所述的此类测试的改进版本，由该组合物形成的膜

(iii-a)在30分钟内杀灭至少95％的革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌的log5群体，

(iii-b)在接触30分钟内杀灭至少95％的包膜病毒的log4群体，

(iii-c)在接触30分钟内杀灭至少95％的无包膜病毒，和/或

(iii-d)在接触24小时内杀灭至少94％的艰难梭菌的log4群体，

(iv)由该组合物形成的膜具有根据国际标准化组织(ISO)10993-5体外细胞毒性测试的2或更小的值，

(v)耐久性测试，其选自(v-a)根据EPA方案#01-1A残留自消毒活性测试，由该组合物形成的膜杀灭至少99.9％的革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌，或(v-b)根据如本文所述的方案#01-1A残留自消毒活性测试的改进版本，在膜形成后等待7天，由该组合物形成的膜杀灭至少95％的革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌，或包膜病毒和无包膜病毒。

本发明还提供了杀灭表面上的微生物的方法，其包括向表面施用包含阳离子聚合物、至少一种黏附促进剂、载体和任选的在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒的抗微生物组合物。

本发明还提供一种杀灭表面上的微生物的方法，其包括向表面施用包含高分子量聚二烯丙基二甲基铵盐和载体的抗微生物组合物。

本发明还提供一种组合物，其包含基于聚乙烯亚胺的聚合物、任选的第二阳离子聚合物、任选的多元酸、和载体，其中第二阳离子聚合物选自聚二烯丙基二烷基铵盐、聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二烷基卤化铵)、壳聚糖、或其组合。还提供了一种抗微生物组合物，其包含至少一种在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒、至少一种黏附促进剂、和载体。这些组合物可以用于杀灭表面上的微生物的方法中。

附图说明

图1示出了在本发明的实施方案中通过LiTFSI进行的聚二烯丙基二甲基氯化铵(聚DADMAC)的反离子交换。

图2A示出了包含不带正电的5μm玻璃的过滤器的小孔径。图2B示出包含具有较大孔径的带正电荷的氧化铝以及与氧化铝偶联的阳离子聚合物的过滤器。

具体实施方式

本发明提供一种基于聚合物的抗微生物组合物，它包含阳离子聚合物、至少一种黏附促进剂、任选的在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒、和载体，其中组合物的组分彼此不共价结合。抗微生物组合物符合以下测试中的至少一种：

(i)根据ASTM E1153的杀菌喷雾测试，该测试满足EPA对病毒的log3减少和对细菌的log5减少的要求，

(ii)根据ASTM E1052-96(2002)或ASTM E2315(2016)的悬浮测试，

(iii)根据抗微生物活性的JIS Z 2801(2006)测试或本文所述的此类测试的改进版本，由组合物形成的膜

(iii-a)在30分钟内杀灭至少95％的革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌的log5群体，

(iii-b)在接触30分钟内杀灭至少95％的包膜病毒的log4群体，

(iii-c)在接触30分钟内杀灭至少95％的无包膜病毒，和/或

(iii-d)在接触24小时内杀灭至少94％的艰难梭菌的log4群体，

(iv)由该组合物形成的膜具有根据国际标准化组织(ISO)10993-5体外细胞毒性测试的2或更小的值，

(v)耐久性测试，其选自(v-a)根据EPA方案#01-1A残留自消毒活性测试，由该组合物形成的膜杀灭至少99.9％的革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌，或(v-b)根据如本文所述的方案#01-1A残留自消毒活性测试的改进版本，在膜形成后等待7天，由该组合物形成的膜杀灭至少95％的革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌，或包膜病毒和无包膜病毒。

本文所述的抗微生物组合物的有效性最佳地体现为从以下优点。当作为传统消毒剂施用于表面时，该组合物具有“立刻杀灭”的能力，即使不存在可能有毒的常规杀菌化学品。该组合物具有“后续杀灭”的能力，即通过形成残留的自消毒膜，在未来的后期施用中持久杀灭(消毒)，该自消毒膜通过如上所述的EPA可接受的耐久性测试和EPA批准的毒性测试。残留的自消毒膜可用水(例如温肥皂水)、醇或水-醇混合物除去。该技术是高度可调的，因为：i)可以调整组合物以产生具有多种厚度、溶解性和黏附性的膜，ii)可以以特定比例混合一种或多于一种阳离子聚合物以靶向特定病原体和/或设计具有各种成本特征的产品，和/或iii)如果需要，可以通过向组合物中加入一种或多于一种常规抗微生物剂来增强源自阳离子聚合物的天然“立刻杀灭”特征。从本文提供的本发明的描述中，本发明的这些和其他优点以及另外的发明特征是显而易见的。

抗微生物组合物包含至少一种阳离子聚合物。阳离子聚合物可以是具有任何合适的分子量和电荷密度的阳离子聚合物，其表现出抗微生物性质并且使组合物或由该组合物形成的膜能够通过测试(i)-(v)的至少一种。经确定，电荷密度受分子量和制剂pH的影响。例如，随着分子量的增加，电荷趋于增加。或者，或另外，随着pH降低，电荷趋于增加。因此，可以改变分子量和/或pH以提供所需的电荷密度和/或抗微生物活性。本文描述了多种阳离子聚合物的合适分子量。组合物的pH通常小于约7，例如pH为约3至7，更优选pH为约4至6。

不希望受任何特定理论的束缚，阳离子聚合物尤其在靶向革兰氏阳性和/或革兰氏阴性细菌以及包膜病毒和无包膜病毒方面非常有效。特别地，认为带正电荷的聚合物吸引并结合至微生物颗粒，例如病毒颗粒。该聚合物继续包封微生物。一旦聚合物完全包封微生物，衣壳就被破坏，从而导致基因组物质的无害释放。

合适的阳离子聚合物的具体实例包括聚二烯丙基二烷基铵盐、丙烯酰氧基烷基三烷基铵盐(例如，丙烯酰氧基乙基三甲基卤化铵、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基卤化铵)、乙烯基苯基烷基三烷基铵盐(例如乙烯基苄基三甲基卤化铵)、丙烯酰氨基烷基三烷基铵盐(例如3-丙烯酰氨基-3-甲基丁基三甲基卤化铵)、聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二烷基铵盐)(例如，聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二甲基氯化铵))、基于聚乙烯亚胺的聚合物、壳聚糖或其组合。在任何前述聚合物中，每个烷基是相同或不同的，并且是直链C_1-6或支化C_3-6(例如甲基、乙基、叔丁基)基团，并且盐是阴离子，例如卤离子(例如氯离子、氟离子、溴离子)、含卤素的阴离子(例如双(三氟甲烷)磺酰亚胺、三氟乙酸盐)、硫酸盐或磷酸盐。优选地，阳离子聚合物是聚二烯丙基二烷基铵盐(例如，聚二烯丙基二甲基卤化铵)、聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二烷基卤化铵)(例如，聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二甲基氯化铵))和/或基于聚乙烯亚胺的聚合物(例如线性、非化学改性的PEI)。在一些实施方案中，该组合物不含桥连多环化合物(例如，空穴配体(cavitand)结构)，包括结合聚合物的桥连多环化合物(例如，结合聚合物的空穴配体)。在一些实施方案中，阳离子聚合物不是包含一种或多于一种二价金属和硅氧烷桥的杂化材料。

在一些情况下，组合物中使用选自聚二烯丙基二烷基铵盐(例如，聚二烯丙基二甲基卤化铵)、丙烯酰氧基烷基三烷基铵盐、乙烯基苯基烷基三烷基铵盐、丙烯酰氨基烷基三烷基铵盐、聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二烷基卤化铵)、基于聚乙烯亚胺的聚合物和壳聚糖的两种或多于两种阳离子聚合物的组合。在具体实施方案中，聚二烯丙基二烷基铵盐(例如，聚二烯丙基二甲基卤化铵)与基于聚乙烯亚胺的聚合物(例如，线性或支化聚乙烯亚胺(PEI))组合使用。在优选的实施方案中，聚二烯丙基二甲基氯化铵或聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二烷基氯化铵)与非化学改性的线性PEI组合使用。

阳离子聚合物可以与阴离子聚合物一起使用或不与阴离子聚合物一起使用以形成聚电解质复合物(PEC)。如本文所用，PEC是指在与一种或多于一种阴离子聚合物一起加入一种或多于一种阳离子聚合物时自动形成的复合物。PEC通常是亲水的并且往往是水溶性的。在一些实施方案中，组合物不包含阴离子聚合物。当阳离子聚合物是聚二烯丙基二烷基铵盐(例如，聚二烯丙基二烷基卤化铵)时，PEC的形成是任选的，即阴离子聚合物在组合物中是任选的。在一些实施方案中，组合物不包含阴离子聚合物与聚二烯丙基二烷基铵盐(例如，聚二烯丙基二甲基卤化铵)的组合。

在一个实施方案中，阳离子聚合物是聚二烯丙基二烷基铵盐，例如聚二烯丙基二烷基卤化铵(例如卤离子或含卤卤素的阴离子)、聚二烯丙基二烷基硫酸铵或聚二烯丙基二烷基磷酸铵。在聚二烯丙基二烷基卤化铵中，卤化物可以是任何合适的化合物，其中阴离子是卤离子或包含卤离子(例如双(三氟甲烷)磺酰亚胺、三氟乙酸盐)，例如聚二烯丙基二甲基氟化铵、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚二烯丙基二甲基溴化铵、聚二烯丙基二甲基碘化铵、聚二烯丙基二甲基铵双(三氟甲烷)磺酰亚胺或其组合。在优选的实施方案中，聚二烯丙基二甲基卤化铵是聚二烯丙基二甲基氟化铵、聚二烯丙基二甲基氯化铵(聚DADMAC)、或聚二烯丙基二甲基氯化铵和聚二烯丙基二甲基氟化铵和/或聚二烯丙基二甲基铵双(三氟甲烷)磺酰亚胺的混合物。

优选的聚二烯丙基二烷基铵盐是由二烯丙基二烷基铵化合物的聚合形成的那些聚合物，其可以由下式表示：

其中，R₁和R₂相同或不同，并且各自为氢或C₁-C₆烷基；R₃和R₄独立地为氢或为具有1个至12个碳原子的烷基、羟烷基、羧烷基、羧酰胺烷基或烷氧基烷基；Y^-表示阴离子，例如卤离子、含卤素的阴离子(例如双(三氟甲烷)磺酰亚胺)、硫酸根或磷酸根。优选的二烯丙基二烷基铵单体的实例包括二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)、二烯丙基二甲基氟化铵、二烯丙基二甲基铵双(三氟甲烷)磺酰亚胺、二烯丙基二甲基溴化铵、二烯丙基二甲基硫酸铵、二烯丙基二甲基磷酸铵、二甲基烯丙基二甲基氯化铵、二甲基烯丙基二甲基氟化铵、二甲基烯丙基二甲基铵双(三氟甲烷)磺酰亚胺、二乙基烯丙基二甲基氯化铵、二乙基烯丙基二甲基氟化铵、二乙基烯丙基二甲基铵双(三氟甲烷)磺酰亚胺、二烯丙基二(β-羟乙基)氯化铵、二烯丙基二(β-羟乙基)氟化铵、二烯丙基二(β-羟乙基)铵双(三氟甲烷)磺酰亚胺、二烯丙基二(β-乙氧基乙基)氯化铵、二烯丙基二(β-乙氧基乙基)氟化铵、二烯丙基二(β-乙氧基乙基)铵双(三氟甲烷)磺酰亚胺、二烯丙基二乙基氯化铵、二烯丙基二乙基氟化铵、和二烯丙基二乙基铵双(三氟甲烷)磺酰亚胺。在优选的实施方案中，阳离子聚合物是聚DADMAC。

在具体实施方案中，一些聚DADMAC分子氯化物反离子可以转化成不溶的含氟反离子。这种转化可以例如通过添加双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂(LiTFSI)的稀释混合物来进行。LiTFSI以及聚DADMAC具有静电荷，从而赋予该部分在溶液具有(聚)电解质行为。LiTFSI在聚DADMAC中的这种反离子交换在图1中示出。已知LiTFSI在水中具有良好的溶解性和稳定性。交换反应由混合两种溶液组成：一种含有带正电荷的聚DADMAC，另一种含有带负电荷的TFSI^-阴离子。当足够比例的聚合物反阴离子已经与TFSI^-阴离子交换时，聚合物变得不溶，并从溶液中沉淀出来。溶液中的TFSI^-阴离子可以与聚合物链连接或可以是胶束的一部分。本发明试图使用离子交换策略仅产生足够的胶束以略微降低阳离子聚合物无论单独使用还是在PEC膜中使用时的溶解度。TFSI^-阴离子的加入降低了聚合物的溶解度，但增加了所得膜根据如本文所述的EPA方案#01-1A残留自消毒活性测试或其改进版本的耐久性。通过实验确定将产生所需溶解度降低的TFSI^-的量来实现所需的溶解度。在具体实例中，可以使用以下步骤：1)最初将添加到聚DADMAC溶液中的水减少125毫升；2)通过对于每2.4克聚DADMAC，将0.125克至0.250克TFSI混入溶液中来制备稀释的TFSI溶液；然后3)将这种稀释溶液滴入聚DADMAC溶液中。在室温下剧烈搅拌24小时以进行该方法，这是确保均匀分布所必需的。如果需要，该混合物可以用于产生具有一种或多于一种阴离子聚合物的PEC。如果在这样的实施方案中需要PEC，则在引入阴离子聚合物以产生PEC之前，通过添加TFSI^-的稀释溶液来实现水溶性聚DADMAC中Cl^-反离子的部分替换。

聚DADMAC的反离子转化策略不会对它的抗微生物活性产生不利影响。为了测试活性，使用过量的TFSI^-以产生沉淀，然后将沉淀溶解在二甲基亚砜(DMSO)中。然后将该溶液置于载玻片上以产生膜，将膜保持7天，然后接种大肠杆菌(E.coli)的log6群体。具有氟离子和氯离子混合物的经转化的聚DADMAC提供了能够在30分钟内杀灭>99.99％的大肠杆菌群体的膜。

聚二烯丙基二烷基铵盐(例如，聚二烯丙基二甲基卤化铵)、丙烯酰氧基烷基三烷基铵盐、乙烯基苯基烷基三烷基铵盐和/或丙烯酰氨基烷基三烷基铵盐优选地具有25000g/摩尔至20000000g/摩尔的数均分子量。通常优选较高的分子量以降低由抗微生物组合物形成的膜的溶解度。聚二烯丙基二烷基铵盐(例如，聚二烯丙基二甲基卤化铵)、丙烯酰氧基烷基三烷基铵盐、乙烯基苯基烷基三烷基铵盐和/或丙烯酰氨基烷基三烷基铵盐的数均分子量可以为20000000g/摩尔或更低，例如15000000g/摩尔或更低，10000000g/摩尔或更低、5000000g/摩尔或更低、或1000000g/摩尔或更低。或者或另外地，聚二烯丙基二烷基铵盐、丙烯酰氧基烷基三烷基铵盐、乙烯基苯基烷基三烷基铵盐、和/或丙烯酰氨基烷基三烷基铵盐的数均分子量可以为25000g/摩尔或更高，例如，50000g/摩尔或更高、100000g/摩尔或更高、150000g/摩尔或更高、200000g/摩尔或更高、250000g/摩尔或更高、300000g/摩尔或更高、350000g/摩尔或更高、400000g/摩尔或更高、450000g/摩尔或更高、500000g/摩尔或更高、550000g/摩尔或更高、600000g/摩尔或更高、650000g/摩尔或更高、700000g/摩尔或更高、750000g/摩尔或更高、或800000g/摩尔或更高。因此，聚二烯丙基二烷基铵盐、丙烯酰氧基烷基三烷基铵盐、乙烯基苯基烷基三烷基铵盐、和/或丙烯酰氨基烷基三烷基铵盐可以具有由任何两个上述端点限定的数均分子量。例如，聚二烯丙基二烷基铵盐、丙烯酰氧基烷基三烷基铵盐、乙烯基苯基烷基三烷基铵盐、和/或丙烯酰氨基烷基三烷基铵盐的数均分子量可以为25000g/摩尔至20000000g/摩尔、25000g/摩尔至15000000g/摩尔、25000g/摩尔至10000000g/摩尔、25000g/摩尔至5000000g/摩尔、25000g/摩尔至1000000g/摩尔、50000g/摩尔至1000000g/摩尔、100000g/摩尔至1000000g/摩尔、150000g/摩尔至1000000g/摩尔、200000g/摩尔至1000000g/摩尔、250000g/摩尔至1000000g/摩尔、300000g/摩尔至1000000g/摩尔、350000g/摩尔至1000000g/摩尔、或400000g/摩尔至1000000g/摩尔。在一些实施方案中，聚二烯丙基二烷基铵盐、丙烯酰氧基烷基三烷基铵盐、乙烯基苯基烷基三烷基铵盐、和/或丙烯酰氨基烷基三烷基铵盐的数均分子量为250000g/摩尔至1000000g/摩尔、或800000g/摩尔至1000000g/摩尔，包括900000g/摩尔至1000000g/摩尔。

在一些实施方案中，聚二烯丙基二烷基铵盐是“超高分子量”的聚二烯丙基二烷基铵盐，例如超高分子量聚二烯丙基二烷基卤化铵。超高分子量聚二烯丙基二烷基铵盐(例如聚二烯丙基二烷基卤化铵)的数均分子量通常为约800000g/摩尔至约20000000g/摩尔(例如，约1000000g/摩尔至15000000g/摩尔、约1000000g/摩尔至10000000g/摩尔、约1000000g/摩尔至5000000g/摩尔、约2000000g/摩尔至5000000g/摩尔、约3000000g/摩尔至5000000g/摩尔、约4000000g/摩尔至10000000g/摩尔、约5000000g/摩尔至20000000g/摩尔、约5000000g/摩尔至15000000g/摩尔、约6000000g/摩尔至20000000g/摩尔、约6000000g/摩尔至15000000g/摩尔)。在这些实施方案中，一般来说，聚二烯丙基二烷基卤化铵中的卤离子是氟离子、氯离子，包括含氟和/或氯的阴离子。具体地，聚二烯丙基二甲基卤化铵是聚DADMAC、或聚DADMAC与聚二烯丙基二甲基氟化铵和/或聚二烯丙基二甲基铵双(三氟甲烷)磺酰亚胺的混合物。

在另一个实施方案中，阳离子聚合物是基于聚乙烯亚胺的聚合物，其通常对无包膜病毒有效，所述无包膜病毒占病原微生物，例如鼻病毒、脊髓灰质炎病毒、腺病毒、柯萨奇病毒、细小病毒和轮状病毒的大部分。基于聚乙烯亚胺的聚合物可以是任何合适的基于聚乙烯亚胺的聚合物，它是线性或非线性的，优选是线性的。

存在许多关于聚乙烯亚胺(PEI)已被化学改性以产生抗微生物剂的报道。参见，例如Gao等人(J.Biomaterial Science，Polymer Edition，2007，18，531-544)报道了季铵化的支化PEI(BPEI)在低浓度下对大肠杆菌(E.coli)具有抗微生物活性。Pasquier等人(Biomacromolecules，2007，8，2874-2882)报道了被各种长烷基季铵化的BPEI对大肠杆菌表现出一定程度的抗微生物活性，而用长链烷基链接枝的线性PEI(LPEI)产生一系列疏水改性的水不溶性LPEI衍生物，该LPEI衍生物有效杀灭大肠杆菌和金黄色葡萄球菌(Staphyloccoccus aureus)。还参见美国专利9399044和WO2008/127416A2。例如，美国专利9399044中描述的化学改性的PEI仅对细菌(例如结核分枝杆菌、革兰氏阴性大肠杆菌和铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、革兰氏阳性金黄色葡萄球菌)和真菌白色念珠菌有效，而对病毒无效。WO2008/127416A2证明，包含化学改性的PEI的抗微生物涂层能够杀灭包膜病毒但不能杀灭无包膜病毒，如表1所示。

表1

然而，化学改性需要使用了对人类和环境有害的有毒化学品的昂贵、低收率的有机化学过程。因此，在本发明的一些实施方案中，基于聚乙烯亚胺的聚合物是未经化学改性或结构改性的线性PEI(例如，不包括烷基和/或季铵基团)。此外，发现非化学改性的线性PEI可以杀灭无包膜病毒。特别地，本文所述的非化学改性的线性PEI的膜不仅杀灭革兰氏阳性菌和革兰氏阴性细菌，而且还显示针对包膜病毒和无包膜病毒的至少log4(99.99％)降低，这是特别重要的，因为许多无包膜病毒是引起普通感冒和胃肠型感冒的病原微生物，如鼻病毒、脊髓灰质炎病毒、腺病毒、柯萨奇病毒、细小病毒和轮状病毒。表2中示出了包含非化学改性的线性PEI的抗微生物组合物减少MS2噬菌体的能力，MS2噬菌体被视为无包膜病毒的替代物。

表2

在其他实施方案中，基于聚乙烯亚胺的聚合物是脱酰化的PEI或季铵化的N-烷基-N-甲基聚乙烯亚胺。脱酰化的聚乙烯亚胺可以由商业来源提供，例如Polysciences公司(宾夕法尼亚州沃灵顿)。如本文所用，“脱酰化的聚乙烯亚胺”是指具有可质子化氮并且具有下式的聚乙烯亚胺：：

其中聚合物被部分(至少10％、至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、或至少90％)或完全(约98％至100％)水解(脱酰化)。不希望被任何具体理论束缚，认为脱烷基化作用增强了PEI杀灭病毒的能力，并降低了它的细胞毒性。

如本文所用，“季铵化的N-烷基-N-甲基聚乙烯亚胺”是指部分(至少10％、至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、或至少90％)或完全(约98％至100％)水解、甲基化、然后被烷基取代基季铵化的聚乙烯亚胺。该实施方案中的烷基取代基可以是任何合适的直链或支化的烷基取代基。通常，烷基取代基的链长被选择为对病毒最有效，例如C_1-18，包括C_8-14和C_10-12。在一个实施方案中，烷基取代基是癸烷、十二烷或十六烷。

提供完全水解(脱酰化)、甲基化、然后季铵化的PEI的合成途径包括以下方法步骤：

步骤1：通过商业PEOZ(例如，500kDa、200kDa和50kDa，优选50kDa)的酸催化水解来制备完全脱乙酰化的线性PEI。例如，将10.0g的PEOZ加入到400mL的24％(重量/体积)HCl中，然后回流96小时。POEZ晶体在2小时内完全溶解，但3小时后(即总共5小时)出现白色沉淀物。通过过滤分离每种情况下的沉淀物，然后风干。

然后使用碱水溶液(例如KOH)将质子化的PEOZ(2-乙基-2-唑啉)去质子化。简而言之，将10g质子化的线性PEI溶解在蒸馏水(50mL)中，并加入6M KOH直至溶液的pH变为约11。完全去质子化的PEI呈白色沉淀，将它过滤并用蒸馏水反复洗涤直至变为中性(pH为约7)。最终产物是不含N-酰基基团的线性PEI，其分子量为约217kDa、87kDa，或优选22kDa。

步骤2：E.Clarke甲基化技术(Clarke等人，JACS，55(11)：4571(1933))可以用于产生线性N-甲基-PEI。将由步骤1中产生的10g 22kDa的PEI组成的PEI的50％水溶液转移至圆底烧瓶中，向圆底烧瓶中加入90％甲酸(24.5mL，0.48摩尔)，然后加入37％甲醛(29.3mL，0.36摩尔)和20mL水。将反应混合物在90℃下搅拌96小时。冷却至室温后，使用8M KOH溶液将反应混合物的pH调节至11。将去质子化的N-甲基化PEI用氯仿萃取数次，并将整个有机溶液进行反复水洗。然后除去氯仿，得到黄色黏稠的甲基化程度为100％的N-甲基化PEI。

步骤3：然后将N-烷基-N-甲基PEI季胺化至可水溶的，并且靶向病毒。特别地，在螺旋盖压力管中将1g(17.5毫摩尔/重复单元)的N-甲基化PEI溶解于75mL叔丁醇中。向螺旋盖压力管中加入1-溴十六烷，以提供对杀灭病毒最有效的侧链长度。然后将反应混合物在105℃下加热48小时至96小时，这取决于最终产物的所需溶解度。完成反应后，除去溶剂以达到其初始体积的十分之一。然后，将过量的丙酮(200mL)加入到反应混合物中，滤出沉淀物。为了进一步纯化产物，将沉淀物溶解在氯仿中，并加入丙酮以使产物再沉淀。倾析掉过量的溶剂，并使用高真空泵干燥沉淀物，以得到线性N-烷基N-甲基PEI聚合物。

基于聚乙烯亚胺的聚合物的数均分子量通常为15000g/摩尔至250000g/摩尔。基于聚乙烯亚胺的聚合物的数均分子量可以为250000g/摩尔或更低，例如230000g/摩尔或更低，210000g/摩尔或更低、190000g/摩尔或更低、或170000g/摩尔或更低。或者，或另外地，基于聚乙烯亚胺的聚合物的数均分子量可以为15000g/摩尔或更高，例如，30000g/摩尔或更高、60000g/摩尔或更高、90000g/摩尔或更高、100000g/摩尔或更高、120000g/摩尔或更高、或150000g/摩尔或更高。因此，基于聚乙烯亚胺的聚合物可以具有由任何上述两个端点限定的数均分子量。例如，基于聚乙烯亚胺的聚合物的数均分子量可以为15000g/摩尔至250000g/摩尔、15000g/摩尔至230000g/摩尔、15000g/摩尔至210000g/摩尔、15000g/摩尔至190000g/摩尔、15000g/摩尔至170000g/摩尔、30000g/摩尔至170000g/摩尔、60000g/摩尔至170000g/摩尔、90000g/摩尔至170000g/摩尔、120000g/摩尔至170000g/摩尔、150000g/摩尔至170000g/摩尔、或160000g/摩尔。

本发明的一个方面是一种抗微生物组合物，该组合物包含(a)聚二烯丙基二烷基铵盐(例如，聚二烯丙基二甲基卤化铵)，其与基于聚乙烯亚胺的聚合物(例如，线性或支化聚乙烯亚胺(PEI)，优选线性PEI)组合使用；(b)至少一种黏附促进剂；(c)任选的在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒；(d)任选的至少一种盐；和(e)载体，它们中的每一种在本文中描述。抗微生物组合物通过测试(i)-(v)中的至少一种。聚二烯丙基二烷基铵盐与基于聚乙烯亚胺的聚合物的重量比是任何合适的数量，但通常为80/20至20/80(例如，30/70、33/67、40/60、45/55、50/50、55/45、60/40、67/33、70/30)。在一个具体实例中，聚DADMAC:PEI的重量比为50/50或33/67。

当阳离子聚合物是基于聚乙烯亚胺的聚合物时，组合物还可以包含阴离子聚合物，使得阳离子聚合物和阴离子聚合物结合形成PEC。在一些实施方案中，基于聚乙烯亚胺的聚合物，例如非化学改性的线性PEI，在没有阴离子聚合物如聚丙烯酸盐的情况下使用。在需要PEC的其他实施方案中，组合物包含聚二烯丙基二烷基铵盐(例如，聚二烯丙基二甲基卤化铵)和PEI，例如支化的PEI。提出了两种将PEI添加到体系中的方法。一种方法是首先将聚二烯丙基二烷基卤化铵和阴离子聚合物复合，然后将PEI与阴离子聚合物复合，然后共混两种复合物。第二种且优选的方法是在一锅法合成中同时将阳离子聚合物与阴离子聚合物复合。

本领域技术人员已知无包膜病毒对乙醇具有抗性，乙醇是手消毒剂和其他消毒剂中最常用的醇。本发明人发现，乙醇和非化学改性的线性PEI的组合物可有效杀灭无包膜病毒，并且通过添加有机小分子多元酸如柠檬酸可以进一步改善抗微生物活性。不希望受任何理论束缚，认为质子化的线性PEI结合多元酸的阴离子形式(例如柠檬酸盐)以形成复合物。合适的有机多元酸包括含有至少三个羧酸基团(例如，3、4、5和/或6个羧酸基团)的多元羧酸，例如有机三元酸。多元羧酸的具体实例包括柠檬酸、异柠檬酸、乌头酸、丙烷-1,2,3-三羧酸、连苯三酸、偏苯三酸、均苯三酸、连苯四酸、苯偏四甲酸(meallanophanic acid)、均苯四甲酸、苯五甲酸、苯六甲酸、乙二胺-N，N'-二马来酸(EDDM)、2,2'-氮杂二琥珀酸、2,2'-氧二琥珀酸(ODS)、乙二胺二琥珀酸(EDDS)、二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、2,2'-((((1,2-二羧基乙基)氮杂二基)双(乙烷-2,1-二基))双(氧))二琥珀酸、及其任意组合。优选地，多元酸是柠檬酸。当质子化的线性PEI与柠檬酸的比例为约70:30至90:10(例如，约70:30、约75:25、约80:20，约85/15、或约90:10)时，PEI-柠檬酸盐复合物形成稳定的胶体。如果复合物中需要更多的柠檬酸，例如60:40，则胶体会变得不稳定。然而，通过滤出较大的柠檬酸盐复合物可以使胶体稳定。

在另一个实施方案中，阳离子聚合物是壳聚糖。当阳离子聚合物是壳聚糖时，PEC的形成是任选的，即阴离子聚合物任选地存在于组合物中。在一些情况下，具有95％或更少的脱乙酰化和/或用季铵化来脱乙酰化(例如三甲基壳聚糖)的壳聚糖产生更可溶的高分子量壳聚糖。因此，可以产生足够耐用且不需要形成PEC的低可溶性膜。

壳聚糖的数均分子量通常为20000g/摩尔至2000000g/摩尔。壳聚糖的数均分子量可以为2000000g/摩尔或更低，例如1750000g/摩尔或更低、1500000g/摩尔或更低、或1250000g/摩尔或更低。或者，或另外地，壳聚糖的数均分子量可以为20000g/摩尔或更高，例如，50000g/摩尔或更高、100000g/摩尔或更高、250000g/摩尔或更高、500000g/摩尔或更高、或1000000g/摩尔或更高。因此，壳聚糖可以具有由任何两个上述端点限定的数均分子量。例如，壳聚糖的数均分子量可以为20000g/摩尔至2000000g/摩尔、20000g/摩尔至1750000g/摩尔、20000g/摩尔至1500000g/摩尔、20000g/摩尔至1250000g/摩尔、20000g/摩尔至1000000g/摩尔、50000g/摩尔至2000000g/摩尔、100000g/摩尔至2000000g/摩尔、250000g/摩尔至2000000g/摩尔、500000g/摩尔至2000000g/摩尔、或1000000g/摩尔至2000000g/摩尔。

当抗微生物组合物任选地包含至少一种阴离子聚合物时，该阴离子聚合物与阳离子聚合物形成PEC，PEC可以为本发明提供两个重要的优点：1)使用PEC组装聚合物消除了化学交联剂的使用，从而减少了试剂的可能的毒性和其他不良影响；2)在多元酸和多元碱之间形成的PEC耐受在溶解介质中的pH变化。

阴离子聚合物可以是能够与阳离子聚合物形成PEC的任何合适的阴离子聚合物，例如选自聚丙烯酸盐、多硫酸盐、多磺酸盐、聚羧酸盐、多金属氧酸盐、磺化或羧化金属卟啉、黄原胶、藻酸盐、或木质素化合物(例如，木质素磺酸盐、果胶、角叉菜胶、腐植酸盐、富里酸盐、巴西树胶、Kondagogu胶(Cochlospermum gossypium DC.)、烷基萘磺酸钠(例如，MORWET^TM)，聚-γ-谷氨酸、马来酸淀粉半酯、羧甲基纤维素、硫酸软骨素、硫酸葡聚糖和透明质酸)的阴离子聚合物。阴离子聚合物可以是直链的、支化的、树枝状的、接枝的或作为共聚物(例如嵌段共聚物)存在。

在优选的实施方案中，阴离子聚合物是聚丙烯酸盐(PAAS)。PAAS的具体实例包括聚丙烯酸碱金属盐(例如聚丙烯酸钠盐)和聚丙烯酸铵盐。聚丙烯酸盐的数均分子量为至少10000g/摩尔。例如，聚丙烯酸盐的数均分子量可以为20000g/摩尔或更高，例如40000g/摩尔或更高、60000g/摩尔或更高、80000g/摩尔或更高、100000g/摩尔或更高、120000g/摩尔或更多、或140000g/摩尔或更高。

PEC颗粒的尺寸和内部结构通过例如形成过程、介质和结构参数、特定混合顺序、混合比、PEC浓度、pH和分子量来调节。控制PEC颗粒的尺寸是重要的，因为颗粒尺寸影响：1)皮克林PEC的整体稳定性；2)由分散体形成的膜的溶解力；和3)膜与基底的黏附强度。可以通过控制最终PEC胶体的尺寸来调节膜的溶解力和黏附性。一些应用可能需要溶解度较低且黏性较大的膜。但是，调整这两个属性将始终受稳定性问题的限制。如果使用过多的阴离子聚合物，则PEC胶体会变得太大并沉淀出来。

最终PEC颗粒的尺寸可以通过阴离子聚电解质的量(n-)相对于阳离子聚电解质的量(n+)来确定。如果n-/n+比率高，则PEC颗粒将生长。然而，当将阳离子聚合物加入到阴离子聚合物中时，存在加速生长然后尺寸减小的问题。优选的掺杂方法是将阴离子聚合物加入到阳离子聚合物中，即使这种加料顺序不能产生最小的颗粒(假设n-/n+低于0.8)。

PEC颗粒的尺寸也受混合顺序的影响。当阴离子聚合物加入到阳离子聚合物中时，PEC颗粒变大。然而，有一些技术可以抵消这种不期望的生长。首先，通过限制成形溶液中聚电解质的浓度，也就是使用非常稀的溶液，可以使PEC乳液颗粒的尺寸保持很小。考虑到优选的混合顺序对颗粒尺寸具有不利影响，本发明中提出的抵消策略是使用稀溶液，即限制聚合物的浓度，然后在PEC形成之后蒸发掉多余的水。在本发明的一个具体实施方案中，该方法优选但不限于使用浓度为约0.001M至0.1M(例如，0.005M)的阳离子聚合物(例如，聚二烯丙基二烷基铵盐、丙烯酰氧基烷基三烷基铵盐、乙烯基苯基烷基三烷基铵盐、丙烯酰氨基烷基三烷基铵盐、PEI和/或壳聚糖)。

抵消PEC生长趋势的第二种方法是相对于阴离子聚合物混合物的pH控制阳离子聚合物混合物的pH。例如，较低pH的阳离子聚合物(pH为约4)和高pH的阴离子聚合物(pH为约10)产生较小的粒径。因此，用于产生PEC的阳离子聚合物(例如，聚二烯丙基二烷基铵盐、丙烯酰氧基烷基三烷基铵盐、乙烯基苯基烷基三烷基铵、丙烯酰氨基烷基三烷基铵盐、PEI和/或壳聚糖)溶液的pH优选但非必需地保持在约4，并且阴离子pH保持在约10。最终PEC溶液的pH为约4.5，蒸发后，将pH调节至约7.4。认为，阳离子聚合物流体的较低pH有助于产生较小的粒径，因此有助于抵消加料顺序和分子量的负面影响，从而促进产生更大的粒径。

抗微生物组合物应保持在接近7的pH，以通过EPA细胞毒性测试。在测试期间即使膜的轻微溶解也会导致浸析，并且远高于或远低于7的pH将杀灭测试中使用的哺乳动物细胞并且膜将失效。此外，pH为7应有助于确保阴离子聚合物保持电离形式。如果需要，可以通过加入合适的酸(例如盐酸、硫酸、柠檬酸等)或碱(例如氢氧化钠、氢氧化钾)来调节pH。建议在将任何有机颗粒和/或无机颗粒分散到PEC中之后调节最终pH。

关于本发明，重要的是PEC表面保持强阳性。例如，如果添加过量的阴离子聚合物(即，如果(n-/n+)太高)，则PEC颗粒电荷会变为负值，这会破坏抗微生物组合物的有效性，因为认为抗微生物作用模式与带正电荷的阳离子聚合物有关，该阳离子聚合物吸引并刺穿带负电荷的微生物膜。因此，重要的是PEC颗粒电荷保持为正。出于本发明的目的，推荐(n-/n+)值不超过0.3，优选低于0.2。

通常，膜厚度的ppm由从组合溶液(例如PEC溶液)蒸发的载体(例如水)的量确定。当使用非常稀的浓度时，需要蒸发相当大量的载体以在成膜组合物中达到所需的固体ppm。

本发明的一个方面是以使得PEC在溶液中的平均聚集体尺寸小于约500nm(例如，小于400nm、小于300nm、小于200nm)的方式组装PEC。在一些实施方案中，聚集体尺寸的直径小于约100nm(例如，小于80nm、小于50nm、小于25nm、小于10nm)。可以通过静态或动态光散射测量缔合的PEC的粒径和分子量。

抗微生物组合物优选还包含至少一种黏附促进剂，使得组合物能够黏附到基底表面以形成不能立即洗去的残留自消毒膜。在一些实施方案中，残留的自消毒膜不共价结合到基底的表面。在一些情况下，黏附促进剂可以描述为偶联剂。黏附促进剂通常是一种或多于一种具有至少一个官能团的化合物，所述官能团对基底期望基底的表面、至少一种阳离子聚合物或这两者具有吸引力。黏附促进剂的合适实例包括钛酸酯、羧化的支化或线性PEI、硅烷化合物、阳离子嵌段共聚物和将会产生“黏性”的其他聚合物、反应性基团如酰基或羧酸、和羧酸衍生物。优选地，黏附促进剂是羧化的支化PEI，因为它不损害聚合物的阳离子电荷。

钛酸酯可以是任何合适的钛酸酯，它增加组合物黏附到表面的能力和/或使组合物或由组合物形成的膜能够通过测试(i)-(v)中的一个或多于一个。通常，钛酸酯选自烷氧基钛酸酯、新烷氧基钛酸酯、羟乙酸螯合钛酸酯、亚乙基螯合钛酸酯、焦磷酸酯钛酸酯及其组合。

在优选的实施方案中，钛酸酯选自2,2(双2-丙烯氧基甲基)丁氧基-三新癸酸-O钛IV、2,2(双2-丙烯氧基甲基)丁氧基-三(十二烷基)苯磺酸-O钛IV、2,2(双2-丙烯氧基甲基)丁氧基-三(二辛基)磷酰氧基-O钛IV、2,2(双2-丙烯氧基甲基)丁氧基-三(二辛基)焦磷酰氧基-O钛IV、2,2(双2-丙烯氧基甲基)丁氧基-三(2-乙烯二氨基)乙氧基钛IV、2,2(双2-丙烯氧基甲基)丁氧基-三(3-氨基)苯氧基钛IV、2,2(双2-丙烯氧基甲基)丁氧基-三(6-羟基)己氧基-O钛IV、或其任意组合。通常，钛酸酯是2,2(双-2-丙烯氧基甲基)丁氧基-三新癸酸-O钛IV。

抗微生物组合物可以包含任何合适量的钛酸酯以形成残留的自消毒膜。抗微生物组合物可以包含例如量为阳离子聚合物的0.1％基于单体的重量(“wbm”)或更多的钛酸酯，例如，0.2％wbm或更多、0.3％wbm或更多、0.4％wbm或更多、或0.5％wbm或更多。或者，或另外地，抗微生物组合物可以包含量为阳离子聚合物的6％wbm或更少的钛酸酯，例如5％wbm或更少、4％wbm或更少、3％wbm或更少、2％wbm或更少、1％wbm或更少、0.9％wbm或更少、0.8％wbm或更少、或0.7％wbm或更少。因此，抗微生物组合物可以包含由任何两个前述端点限定的量的钛酸酯。例如，抗微生物组合物可以包含量为阳离子单体的0.1％wbm至6％wbm的钛酸酯，例如，0.2％wbm至6％wbm、0.3％wbm至6％wbm、0.4％wbm至少6％wbm、0.5％wbm至6％wbm、0.5％wbm至5％wbm、0.5％wbm至4％wbm、0.5％wbm至3％wbm、0.5％wbm至2％wbm、0.5％wbm至1％wbm、0.5％wbm至0.9％wbm、0.5％wbm至0.8％wbm、或0.5％wbm至0.7％wbm，例如0.6％wbm。

黏附促进剂可以是羧化的PEI(PEI-COOH)，其为支化的、线性的、或支化的和线性的混合物。PEI-COOH可以商业购买或由PEI制备。例如，可以将溴乙酸水溶液加入到PEI水溶液中。然后搅拌所得混合物，然后过滤以分离聚合物并除去未反应的酸。PEI-COOH可以具有任何合适的分子量，但通常具有15000g/摩尔至250000g/摩尔的数均分子量。PEI-COOH可以以合适的量使用，通常为0.001重量％至3重量％，包括端点为0.01重量％、0.1重量％、0.5重量％、1重量％、1.5重量％、2重量％和/或2.5重量％的范围。优选的量为0.001重量％至0.01重量％，例如0.001重量％。

硅烷化合物如硅烷偶联剂可以用作黏附促进剂。通常，硅烷偶联剂在两个末端具有官能团，使得有机基团如阳离子聚合物能够与无机基团如基底结合。硅烷化合物可以具有式R-(CH₂)_n-Si-X₃，其中R是有机官能团(例如，任选的经取代的直链或支化的C₁-C₂₀烷基，任选的经取代的芳基如苯基或萘基，氨基如–NH(CH₂)₃NH₂，环氧基或甲基丙烯酰氧基)，n是0至6的整数，X是可水解基团(例如，烷氧基、酰氧基、卤素或氨基)。合适的实例包括三烷氧基硅烷和单烷氧基硅烷(其中烷氧基是C₁-C₆烷氧基(例如，甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、或其组合))、具有两个烷氧基-硅烷支链的二齿(支化的)硅烷、环状氮杂硅烷、乙烯基硅烷、丙烯酰氧基硅烷、环氧硅烷和氨基硅烷、或它们的任意组合。硅烷化合物的具体实例包括甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷，3-甲基丙烯酰氧基丙基-三甲氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己基)-乙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基-三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基-甲基二乙氧基硅烷、N-β(氨基乙基)-γ-氨基丙基-三甲氧基硅烷、N-β(氨基乙基)-γ-氨基丙基-甲基二甲氧基硅烷、3-氨基丙基-三乙氧基硅烷、和N-苯基-γ-氨基丙基-三甲氧基硅烷、或其组合。

黏附促进剂可以是阳离子嵌段共聚物，例如具有碱性或酸性黏性基团如氨基和/或羟基的高分子量聚乙烯基共聚物。这种类型的商业产品包括来自BYK Chemie GmbH(维塞尔，德国)的BYK^TM 4500、BYK^TM 4510、BYK^TM 4509、BYK^TM 4512和BYK^TM 4513。嵌段共聚物的合适量为0.001重量％至5重量％，包括端点为0.01重量％、0.1重量％、0.5重量％、1重量％、1.5重量％、2重量％、2.5重量％、3重量％、3.5重量％、4重量％、或5重量％的范围。优选的量为0.5重量％至2重量％，例如1重量％。

黏附促进剂也可以是天然地具有或已经被改性以具有“黏性”反应性基团的聚合物，该反应性基团例如为酰基、羧酸、羧酸衍生物、含硫部分(例如硫代)、氨基、羟基和/或含卤素基团。聚合物本身是任何合适的部分，优选不带电荷，例如聚乙烯、聚丙烯、聚(乙烯-乙酸乙烯酯)、聚酯、聚氨酯、聚酰胺、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯乙烯、聚乙烯醚、或其组合。聚合物的合适量为0.001重量％至3重量％，包括端点为0.01重量％、0.1重量％、0.5重量％、1重量％、1.5重量％、2重量％和/或2.5重量％的范围。优选的量为0.5重量％至2重量％，例如1重量％。

在一些实施方案中，抗微生物组合物包含在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒，并且该有机颗粒和/或无机颗粒可以是任何合适的在可见光(例如，390nm至700nm)下具有光催化活性的基于有机(例如，石墨烯或石墨相氮化碳(g-C₃N₄))和/或基于无机的颗粒。具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒产生能够破坏病原微生物(例如，杀灭艰难梭菌、细菌和/或病毒，包括禽流感和SARS)的活性氧物质，从而增强组合物的消毒性质。通常，在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒选自石墨烯、g-C₃N₄、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、过渡金属硒化物、染料敏化剂、共轭聚合物、贵金属或其混合物。颗粒的混合物意味着在抗微生物组合物中存在两种或多于两种不同的颗粒，而在多结复合物中，复合物的各种组分紧密结合以确保电子转移，并使空穴的再结合最小化。

如本文所用，术语“颗粒”包括球状颗粒(例如球体)和其他形状，例如片晶、棒、立方体和薄片、或各种形状和形态的组合。

石墨烯是碳的同素异形体，其中碳原子以一个原子厚度的片状形式彼此键合。石墨烯可以任选地用含氧和/或含氮基团官能化。石墨的类似物是光催化的石墨相氮化碳(g-C₃N₄)。

过渡金属氧化物、硫化物和硒化物可以是任何合适的化合物，其包含至少一种金属原子和至少一种氧化态为-2的氧、硫或硒的阴离子。在一些方面，过渡金属氧化物选自二氧化硅(包括气相二氧化硅、非晶二氧化硅、沉淀二氧化硅、亲水二氧化硅和疏水二氧化硅)、二氧化钛、氧化锌、铁氧化物、氧化铝、氧化铈、氧化锆、及其组合；过渡金属硫化物选自硫化镉、二硫化钼、硫化钨、硫化银、硫化锌、硫化硒、二硫化铁、硫化镍、硫化钌、硫化钴及其组合；和/或过渡金属硒化物选自硒化镉、硒化铜、铜锗硒、铜铟镓硒、硒化铜钛、硒化铟、二硒化锰、硒化钛、二硒化钨、硒化银、硒化二银、三硒化二金、硒化锌、硒化铁、硒化镍、硒化钌、硒化钴及其组合。

已经证明，钨掺杂以及其他金属掺杂抑制电荷重组并改善光催化剂的光催化活性(Rozenberg等人，Prog Polym Sci，2008，33：40-112)。在一些实施方案中，过渡金属氧化物/硫化物/硒化物颗粒可以掺杂有合适的金属如钨、氮、或钨和氮的组合。

在一个实施方案中，过渡金属氧化物是二氧化钛(TiO₂)。TiO₂颗粒可以从任何合适的TiO₂矿物形式获得。例如，TiO₂颗粒可以保持锐钛矿晶体结构、板钛矿晶体结构或金红石晶体结构。在优选的实施方案中，TiO₂保持锐钛矿晶体结构。

TiO₂颗粒可以是任何合适的结构类型。通常，TiO₂颗粒是TiO₂纳米颗粒(“NP”)。TiO₂纳米颗粒可以通过任何合适的方法合成。例如，TiO₂纳米颗粒可以是液相合成的或气相合成的。在优选的实施方案中，TiO₂纳米颗粒是液相合成的，因为液相合成倾向于产生软聚集体，这使得更容易使TiO₂分散。示例性的TiO₂纳米颗粒是掺杂有钨的25nm锐钛矿、液相合成的TiO₂纳米颗粒，它可以购自Nanostructured&Amorphous Materials公司(美国德克萨斯州休斯顿)。

在使TiO₂颗粒官能化的具体实例中，W-掺杂的液相合成TiO₂(20nm)与尿素在400℃下煅烧1小时，这产生共价连接到TiO₂颗粒上的聚(氨基-三-s-三嗪)聚合物。接下来，将W/N-掺杂的TiO₂颗粒与粉末状尿素一起研磨。将煅烧产生的硬质材料研磨成粉末，以便它可以与尿素一起放入行星式球磨机中。研磨规格是在300rpm下用10％尿素和重量为TiO₂重量10倍的球研磨30分钟。30分钟后，将研磨滚筒的四分之三填充200mL的H₂O，并再研磨5分钟以捕获并分散TiO₂纳米颗粒。然后将内容物放入烧杯中并在150W的UV光下混合1小时。然后可以将高度分散的纳米粉末添加到抗微生物组合物中。重要的是要注意，纳米粉末在水中高度分散，这使它保持非聚集的纳米状态。因此，本文所述的官能化方法使TiO₂能够分散在水中，而TiO₂通常仅可分散在醇中。在没有表面活性剂的情况下产生这种稳定的纳米分散体意味着，当颗粒分散到阳离子聚合物溶液或PEC中时，颗粒不会被可能会抑制它们对可见光的响应能力的表面活性剂污染。

TiO₂颗粒的高能研磨实现了两个目的：1)使粉末解聚以产生纳米颗粒；和2)尿素双重掺杂含氮的颗粒，特别是，当高能研磨使附聚物和聚集体破碎时，任何新暴露的颗粒切面都被掺杂。基本上，认为研磨迫使氮进入孔隙并覆盖在煅烧过程中先前未暴露的切面。在用尿素煅烧并用尿素研磨之后，用150瓦的UV光照射TiO₂纳米颗粒。不希望受任何理论的束缚，认为UV照射改善了TiO₂纳米颗粒的可见光响应性，因为在TiO₂纳米颗粒的表面上引入了羟基。这是为何颗粒容易在水中分散的一种解释。对官能化的纳米颗粒降解亚甲蓝的能力进行了测试，并且观察到所有四个官能化步骤的总和在90分钟内显著降解了染料。

最后，在煅烧、研磨、洗涤和光照射之后，可以对颗粒进行染料敏化。使用染料来增强过渡金属氧化物颗粒(例如，TiO₂)的可见光灵敏度的理论和实践是“染料敏化太阳能电池”(DSSC)技术的核心。DSSC近年来因其相对较低的成本和高效率而备受关注。DSSC基本上是光电化学系统，其中光捕获由染料分子完成，所述染料分子吸附在形成光电极膜的氧化物纳米结构的表面上。通过化学吸附或物理吸附染料进行的宽带隙半导体光催化剂如TiO₂的表面敏化可以提高激发过程的效率，并扩展过渡金属氧化物颗粒(例如TiO₂)的激发波长范围。这通过激发敏化剂而进行，所述激发可以将空穴或更常见的电子注入到颗粒中。当单层染料分散在具有高表面积的光催化剂上时，观察到高效的电荷注入。这种敏化作用增加了光催化剂的波长响应范围，这对于它在自然日光下操作是重要的。从染料到过渡金属氧化物颗粒(例如，TiO₂)的电子注入和反向电子转移速率取决于染料分子的性质、过渡金属氧化物颗粒(例如，TiO₂)的性质、以及染料和过渡金属氧化物颗粒之间的相互作用。染料是任何合适的化合物，例如荧光素、异硫氰酸荧光素、花菁、部花菁、半花菁、苝、氧杂蒽、卟啉(例如，四苯基卟啉)、酞菁(例如，铜酞菁)、多烯、聚噻吩、香豆素(例如，NKX-2677、NKX-2587、NKX-2697、NKX-2753、NKX-2586或NKX-2311)和基于钌的染料(例如，(Bu₄N)₂[Ru(dcbpyH)₂(NCS)₂](N719)、(Bu₄N)₂[Ru(dcbpy)₂(NCS)₂]、顺式-二(硫氰酸基)双(2,2′-联吡啶-4,4′-二羧酸)钌(II)(N3)、三(硫氰酸基)-2,2′,2″-三联吡啶-4,4′,4″-三羧酸)钌(II)(黑色染料)、K8、K9、K19和Z907)。在本发明的一个具体实施方案中，通过将煅烧/研磨/UV光官能化的过渡金属氧化物颗粒(例如，TiO₂)在黑暗中与0.5mM的N719染料混合物在乙醇中混合1小时来施用N719染料。也可以使用其他染料。将官能化颗粒倾析、离心并加回水中。

在本文所述的任何实施方案中，TiO₂颗粒掺杂有钨和氮，并在紫外(UV)光下水解。所得颗粒是可见光响应性的TiO₂颗粒，其作为抗微生物剂是有效的，特别是当这种颗粒嵌入由本发明的抗微生物组合物形成的膜中时。因此，本发明提供了一种杀灭表面上的微生物的方法(例如，对表面进行消毒、提供残留的自消毒膜、或两者)，其包括向表面施用抗微生物组合物，该抗微生物组合物包含(i)掺杂有钨和氮的可见光响应性TiO₂颗粒，(ii)至少一种黏附促进剂(例如，钛酸酯、羧化的支化PEI)，和(iii)载体。黏附促进剂如本文所述，并且载体如本文所述，可以是例如水、醇、或水和醇的组合。

不希望受任何特定理论的束缚，TiO₂的电子结构的特征在于填充的价带和空的导带。带隙能量被激发并且电子从价带被驱动到导带并且产生电子-空穴对。该电子空穴与水反应产生活性氧，例如羟基自由基，有时称为活性氧物质(ROS)。TiO₂的正空穴将水分子分开，以形成氢气和羟基自由基。负电子与氧分子反应形成超氧化物阴离子(O₂ ^-)。超氧化物阴离子进一步与水分子反应生成过氧化羟基自由基(·OOH)和过氧化氢(H₂O₂)。·OH、O₂ ^-、·OOH和H₂O₂中的每一个可以与病原微生物发生反应并破坏它们的细胞结构。

此外，电子空穴本身可以直接与微生物细胞壁、细胞膜以及细胞组分反应。在酵母菌和杆菌中，细胞内辅酶A(CoA)被TiO₂氧化，使得CoA二聚体失去活性，这导致细胞的呼吸作用停止并最终导致微生物死亡。在此过程中，被杀死的细胞和TiO₂之间的电子转移通过CoA进行。因此，CoA的含量降低，CoA二聚体增加。

染料敏化剂是任何合适的化合物，例如荧光素、异硫氰酸荧光素、花菁、部花菁、半花菁、苝、氧杂蒽、卟啉(例如，四苯基卟啉)、酞菁(例如，铜酞菁)、多烯、聚噻吩、香豆素(例如，NKX-2677、NKX-2587、NKX-2697、NKX-2753、NKX-2586或NKX-2311)和基于钌的染料(例如，(Bu₄N)₂[Ru(dcbpyH)₂(NCS)₂](N719)、(Bu₄N)₂[Ru(dcbpy)₂(NCS)₂]、顺式-二(硫氰酸基)双(2,2′-联吡啶-4,4′-二羧酸)钌(II)(N3)、三(硫氰酸基)-2,2′,2″-三联吡啶-4,4′,4″-三羧酸)钌(II)(黑色染料)、K8、K9、K19和Z907)。

有机和/或无机光催化颗粒可以包括导电的共轭聚合物。合适的共轭聚合物包括聚吡咯(Ppy)、聚(3-己基噻吩)(P3HT)、聚咔唑、聚吲哚、聚氮杂、聚苯胺、聚芴、聚亚苯基、聚芘、聚薁、聚萘、聚噻吩(Ptp)、聚(3,4-乙撑二氧噻吩)、聚(对亚苯基硫醚)、聚乙炔、聚(对亚苯基亚乙烯基)、及其任意组合。共轭聚合物可以掺入纳米复合材料中，该纳米复合材料专门设计用于与普通室内照明系统反应以产生活性氧物质(ROS)。ROS破坏难以杀灭的孢子样微生物，如艰难梭菌和真菌。ROS还氧化微生物碎片，从而执行持续的清洁功能。在一个具体实施方案中，光催化纳米复合材料由多结复合材料构成，该多结复合材料包括：WTiO₂/CN异质结/Ppy，其中WTiO₂是如本文所述的钨掺杂的TiO₂纳米颗粒，CN是石墨相氮化碳(g-C₃N₄)，Ppy是聚吡咯。

历史上，大多数光催化材料是围绕各种金属硫化物和金属氧化物而非聚合物设计的。二氧化钛(TiO₂)是所选择的金属氧化物，因为它易于获得、廉价、稳定、无毒，并且在紫外(UV)光谱中具有高反应性。发明人希望超出TiO₂的使用，因为目标是产生在普通室内照明系统中具有反应性的光催化材料。由于TiO₂具有宽带隙(3eV至3.2eV)，它仅吸收UV光谱中的光，这些光在室内照明中不存在。因此，本发明提供了一种基于聚合物的光催化纳米复合材料，即没有或非常有限地使用金属。如本文所述，这种纳米复合材料可能对人和环境的毒性较小，并且当掺入含阳离子聚合物的残留自消毒膜中时，没有阴离子电荷来抵消阳离子电荷。在基于聚合物的纳米复合材料中，WTiO₂/CN异质结/Ppy多结复合材料中的WTiO₂被酸改性或质子化的石墨相氮化碳(g-C₃N₄)代替。CN的质子化使CN的带隙具有与TiO₂非常接近的带价和导带。发明人已经开发了几种技术来产生被称为酸化氮化碳(ACN)的质子化的CN，然后将质子化的CN强偶联到非均相CN和共轭聚合物(例如聚吡咯(Ppy)、聚(3-己基噻吩)(P3HT)、聚噻吩(Ptp)等)，从而得到专门设计用于捕获低能级室内光的光催化复合材料。在美国临时专利申请62/367981和发明人同时提交的临时专利申请中详细解释了该方法，其全部内容通过引用并入于此。

这种新型的基于聚合物的光反应材料的优点包括以下一项或多于一项：(i)利用多结带片段进行最大光捕获，(ii)通过使用具有适当的能带边缘的材料，对组合件进行排序并紧密偶联以促进快速电子传输，以及最大限度地减少电子-空穴复合，从而实现最大光子利用率，(iii)使用低成本、易于扩展的制造工艺进行装配，该制造工艺不使用有毒化学品且不产生废物，并产生具有极高表面积的纳米介孔材料，这产生微米、纳米和结晶颗粒和片晶的混合形态的稳定分散体，从而使入射光的光路最大化并保留所有“看不见的”纳米/结晶颗粒和片晶。

有机和/或无机光催化颗粒可以包括贵金属，例如钌、铑、钯、银、锇、铱、铂、金或其混合物。在一些实施方案中，贵金属是铂。

在可见光中具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒的平均直径不受特别限制，并且可以为5nm至1000nm。有机颗粒和/或无机颗粒的平均直径可以为1000nm或更小，例如750nm或更小、500nm或更小、250nm或更小、或100nm或更小。或者，或另外，有机颗粒和/或无机颗粒的平均直径可以为5nm或更大，例如10nm或更大、或15nm或更大。因此，有机和/或无机光催化颗粒可以具有由任何两个前述端点限定的平均直径。例如，有机光催化颗粒和/或无机光催化颗粒的平均直径可以为5nm至1000nm、5nm至750nm、5nm至500nm、5nm至250nm、5nm至100nm、10nm至100nm、或15nm至100nm。

抗微生物组合物可以包含任何合适量的有机光催化颗粒和/或无机光催化颗粒，以形成残留的自消毒膜。抗微生物组合物可以包含量为阳离子单体的1％基于单体的重量(“wbm”)或更多的有机和/或无机光催化颗粒，例如1.5％wbm或更多、2％wbm或更多、2.5％wbm或更高、3％wbm或更高、4％wbm或更高、或5％wbm或更高。或者，或另外地，抗微生物组合物可以包含量为阳离子聚合物的20％wbm或更少的有机颗粒和/或无机颗粒，例如18％wbm或更少、15％wbm或更少、12％wbm或更少、10％wbm或更少、9％wbm或更低、8％wbm或更少、7％wbm或更少、6％wbm或更少、或5％wbm或更少。因此，抗微生物组合物可以包含由任何两个前述端点限定的量的有机颗粒和/或无机颗粒。例如，抗微生物组合物可以包含量为阳离子单体的1％wbm至20％wbm的有机颗粒和/或无机颗粒，例如，1％wbm至15％wbm、1％wbm至10％wbm、1％wbm至7％wbm、1％wbm至6％wbm、1％wbm至5％wbm、4％wbm至20％wbm、5％wbm至15％wbm、4％wbm至8％wbm、5％wbm至8％wbm。

在本发明的一个方面，抗微生物组合物包含至少一种在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒、至少一种黏附促进剂和载体。本文描述了有机光催化颗粒和无机光催化颗粒、黏附促进剂和载体。由包含光催化颗粒的抗微生物组合物形成的膜在JIS Z2801(2006版，其在2010年更新)的修改方案的条件下杀灭微生物。例如，包含至少一种在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒的抗微生物组合物在接触24小时内杀灭至少90％(例如，至少92％、至少94％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％)的艰难梭菌、真菌或酵母的log4群体。因此，可以根据本文所述的任何方法使用组合物以杀灭表面上的微生物。

在一些实施方案中，抗微生物组合物包含可以影响阳离子聚合物吸附到基底表面并产生膜的能力的盐。不希望受任何理论束缚，认为高盐浓度导致类似于聚合物在有利溶剂中所经历的相互作用的条件。聚电解质虽然带电，但仍然主要是具有碳骨架的非极性的。虽然聚合物骨架上的电荷施加静电力，使聚合物进入更开放和松散的构象，但如果周围的溶液具有高浓度的盐，则会屏蔽电荷排斥。一旦这种电荷被屏蔽，聚电解质会作为任何其他非极性聚合物在高离子强度溶液中起作用并开始最大限度地减小与溶剂的相互作用，这可使更多聚集和致密的聚合物沉积在表面上并改善吸附或黏附。

盐是任意无机盐，例如含有I族金属(锂、钠、钾、铷或铯)、II族金属(铍、镁、钙、锶或钡)、铵或铝的阳离子的任何盐。反阴离子可以是卤离子、碳酸根、碳酸氢根、硫酸根、硫代硫酸根、磷酸根、硝酸根、亚硝酸根、乙酸根、溴酸根、氯酸根、碘酸根等。盐的具体实例包括溴化锂、氯化锂、碘酸锂、碘化锂、氢氧化锂、硫酸锂、磷酸锂、溴化钠、氯化钠、乙酸钠、碳酸氢钠、硫酸氢钠、溴酸钠、氯酸钠、氢硫化钠、氢氧化钠、次磷酸钠、碘酸钠、碘化钠、乙酸钾、碳酸氢钾、溴酸钾、溴化钾、氯化钾、碳酸钾、氯酸钾、氢氧化钾、碘化钾、磷酸钾、硫代硫酸钾、溴化铷、氯化铷、氟化铷、碘化铷、硝酸铷、硫酸铷、溴化铯、氯化铯、碳酸铯、硝酸铯、硝酸铍、硫酸铍、乙酸镁、溴化镁、氯化钠、碘酸镁、碘化镁、硝酸镁、磷酸镁、硫酸镁、乙酸钙、溴化钙、氯化钙、碘化钙、碘酸钙、亚硝酸钙、硝酸钙、磷酸钙、硫酸钙、溴化锶、氯化锶、磷酸氢锶、碘化锶、硝酸锶、硫酸锶、乙酸钡、溴化钡、氯化钡、碘化钡、硝酸钡、磷酸钡、硫酸钡、硫代硫酸钡、乙酸铵、碳酸氢铵、溴化铵、氯化铵、硝酸铵、氯化铝、磷酸铝及其任何组合。在一些实施方案中，盐是I族卤化物盐，例如氯化钠或氯化钾。

抗微生物组合物可以包含任何合适量的盐，例如0.01M至0.1M，包括端点例如0.01M、0.02M、0.03M、0.04M、0.05M、0.06M、0.07M、0.08M、0.09M和0.1M的任何组合。在一个具体实例中，抗微生物组合物包含0.01M至0.05M的盐。

如果需要，阳离子聚合物可以与一种或多于一种非电解质(非离子)聚合物共混。合适的非电解质(非离子)聚合物优选是水溶性的，并且包括例如聚丙烯酰胺、聚胺、聚酰胺型胺、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和聚丙烯酸酯(例如聚甲基丙烯酸甲酯)、或其任何组合。

抗微生物组合物包含载体。载体可以是任何合适的载体，该载体在组合物施加到期望的表面后就蒸发。通常，载体选自醇、水或其组合。在一些实施方案中，载体包括水和醇的组合。合适的醇包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、和叔丁醇、或其组合。在优选的实施方案中，载体包含乙醇(例如，载体是乙醇和水的组合)。当使用醇和水的组合作为载体时，醇:水的比例的优选为10:90至99:1(例如，10:90、20:80、30:70、40:60、50:50、60:40、70:30、80:20、90:10、95:5和99:1)。在一些实施方案中，醇:水的比例为70:30至80:20。

通常，抗微生物组合物不包含杀菌小分子化合物(即非聚合物)或抗微生物金属(包括那些EPA注册的常规杀菌剂)，因为这些组分对组合物具有实质性影响。可以从组合物中排除的EPA批准的杀菌剂包括例如，戊二醛、哈拉宗、六氯酚、呋喃西林、硝甲酚汞、聚乙烯吡咯酮碘、硫柳汞、C₁-C₅-对羟基苯甲酸酯、次氯酸盐、卤卡班、氯苄酚、泊洛沙姆碘、酚醛塑料、醋酸磺胺米隆、盐酸氨吖啶、季铵盐、奥昔氯生、美溴沙仑、红汞、双溴沙仑、甘油基月桂酸酯、吡啶硫酮钠和/或吡啶硫酮锌、(十二烷基)(二亚乙基二胺)甘氨酸、(十二烷基)(氨基丙基)甘氨酸、酚类化合物(例如，间甲酚、邻甲酚、对甲酚、邻苯基苯酚、4-氯间甲酚、氯二甲酚、6-正戊基间甲酚、间苯二酚、间苯二酚单乙酸酯、对叔丁基苯酚和邻苄基对氯苯酚)、碱性戊二醛、和季铵盐(例如，N-(高级)C₁₀-C₂₄-烷基-N-苄基-季铵盐，其包含水溶性阴离子，例如卤离子(如氯离子、溴离子和碘离子)；硫酸盐和甲基硫酸盐、以及杂环酰亚胺，例如咪唑啉盐)。合适的季铵化合物描述于美国专利8067403中，其包括：苯扎氯铵(例如，苯扎氯铵)、经取代的苯扎氯铵(例如，烷基二甲基苄基氯化铵)、双季铵化合物(例如，含有烷基二甲基苄基氯化铵和烷基二甲基乙基苄基氯化铵的均等混合物)、双或双链季铵化合物，如二烷基甲基胺(如二癸基二甲基氯化铵或二辛基二甲基氯化铵)、以及第四代季铵化合物与第二代季铵化合物(例如，二癸基二甲基氯化铵与烷基二甲基苄基氯化铵)的混合物。在一个实施方案中，杀菌剂是选自以下的至少一种：次氯酸钠、氯化物、二氧化氯、氯化钠、过硫酸钾、高锰酸钾、硝酸银、氯己定、六氯酚、过氧化氢、乙酸、过乙酸、必妥碘、聚乙烯吡咯酮碘、甲醛、戊二醛、苯扎氯铵、三氯生、硼酸、苯酚、甲酚酸、百里酚、和聚六甲基双胍。

然而，如果需要，可以将一种或多于一种另外的化学杀菌剂，例如，如上所述的那些试剂，加入到抗微生物组合物的任何前述实施方案中。该选择提供了额外的化学杀灭机制，以进一步增强抗微生物组合物的抗微生物活性。当一种或多于一种杀菌剂掺入抗微生物组合物中时，这些试剂保留在抗微生物的残留自消毒膜中，并在经涂覆的表面与水分接触时逐渐释放。当膜暴露于较大量的水中，例如当通过擦拭、食物残渣或洗碗水润湿表面时，可以导致释放增加量的杀菌剂。因此，重要的是无论使用何种杀菌剂，试剂必须是对人体无毒的，并且不应使膜发黏、模糊或以任何方式损坏它们所施用的表面的外观。杀菌剂通常以较低浓度加入。因此，这些添加剂优选地占阳离子聚合物的0.001％至5％的基于单体的重量(“wbm”)。

在一些实施方案中，抗微生物组合物基本上由聚二烯丙基二甲基卤化铵、基于聚乙烯亚胺的聚合物、阴离子聚合物、至少一种黏附促进剂(例如，钛酸酯、羧化的支化PEI)、任选的在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒、和载体组成，或由聚二烯丙基二甲基卤化铵、基于聚乙烯亚胺的聚合物、阴离子聚合物、至少一种黏附促进剂(例如，钛酸酯、羧化的支化PEI)、任选的在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒、和载体组成，其中各个组分在本文中描述。在该实施方案的一些方面，在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒存在于组合物中。在一些实施方案中，抗微生物组合物基本上由聚二烯丙基二甲基卤化铵、基于聚乙烯亚胺的聚合物、至少一种黏附促进剂、任选的阴离子聚合物、任选的在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒、和载体组成，或由聚二烯丙基二甲基卤化铵、基于聚乙烯亚胺的聚合物、至少一种黏附促进剂、任选的阴离子聚合物、任选的在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒、和载体组成，其中各个组分在本文中描述。在一些实施方案中，抗微生物组合物基本上由聚二烯丙基二甲基卤化铵、至少一种黏附促进剂(例如，钛酸酯、羧化的支化PEI)、在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒、和载体组成，或由聚二烯丙基二甲基卤化铵、至少一种黏附促进剂(例如，钛酸酯、羧化的支化PEI)、在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒、和载体组成，其中各个组分在本文中描述。

本发明的另一方面是抗微生物组合物，其包含基于聚乙烯亚胺的聚合物、任选的第二阳离子聚合物(选自聚二烯丙基二烷基铵盐、聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二烷基卤化铵)、壳聚糖或其组合)、任选的多元酸、任选的至少一种黏附促进剂、和载体。基于聚乙烯亚胺的聚合物通常是如本文所述的线性或支化的聚乙烯亚胺(PEI)，但优选是未经化学或结构改性的线性PEI。

在一些情况下，不存在第二阳离子聚合物。在其他情况下，第二阳离子聚合物是聚二烯丙基二烷基铵盐，其为聚二烯丙基二甲基卤化铵(例如，聚二烯丙基二甲基氯化铵和/或聚二烯丙基二甲基氟化铵)。在一个实施方案中，第二阳离子聚合物是聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二烷基卤化铵)，例如聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二甲基氯化铵)。在其他实施方案中，第二阳离子聚合物是壳聚糖。

多元酸和至少一种黏附促进剂如本文所述。

组合物中使用的载体是如本文所述的任何合适的载体(例如，水、丙醇、异丙醇和/或乙醇)。通常，组合物包含20体积％至80体积％的各种醇共混物和余量为水的共混物。为了增强杀病毒作用，可以将3％至10％的各种二醇(优选链长为3个至5个碳原子的那些，如丙二醇(1,2-丙二醇和1,3-丙二醇)或丁二醇(1,3-丁二醇))共混物加入到组合物中。优选地，二醇是1,2-丙二醇和/或醇是乙醇。

质子供体可以以合适的量(例如，占醇的总重量的约0.015％至约1％，包括约0.05％至约1％、约0.08％至约0.8％、约0.1％至约0.8％)添加到组合物中。质子供体是任何合适的化合物，例如盐酸、硝酸、磷酸、膦酸、硼酸、硫酸、己二酸、苯1,3,5-三羧酸、氯琥珀酸、氯化胆碱、顺乌头酸、柠苹酸、柠檬酸、环丁烷-1,1,3,3-四羧酸、环己烷-1,2,4,5-四羧酸、环戊烷-1,2,3,4-四羧酸、二甘醇酸、富马酸、谷氨酸、戊二酸、乙醛酸、异柠檬酸、酮丙二酸、乳酸、马来酸、苹果酸、丙二酸、氮三乙酸、草乙酸、草酸、植酸、对甲苯磺酸、水杨酸、琥珀酸、酒石酸、丙醇二酸、四氢呋喃-2,3,4,5-四羧酸、丙三羧酸、乙二胺四乙酸(verseneacid)、3-羟基戊二酸、2-羟基丙烷、1,3-二羧酸、甘油酸、呋喃-2,5-二羧酸、3,4-二羟基呋喃-2,5-二羧酸、3,4-二羟基四氢呋喃-2,5-二羧酸、2-氧代-戊二酸、dl-甘油酸、2,5-呋喃-二羧酸、或其混合物。优选地，质子供体是柠檬酸、酒石酸、丙二酸和/或苹果酸。更优选地，质子供体是柠檬酸。

如果需要，组合物可以含有其他组分，包括例如丙二醇、增稠剂(例如聚丙烯酸)、保湿剂(例如甘油、芦荟)、精油(例如茶树油)、水果提取物、香料(例如卡波姆、氨甲基丙醇、肉豆蔻酸异丙酯、生育酚乙酸酯)和/或染料(例如蓝1、红33、黄5)。取决于载体、所用的聚合物和其他组分的存在，组合物可以是任何所需的制剂，包括液体、霜剂、凝胶或泡沫。

在一个具体实例中，组合物包含非化学改性的线性PEI、聚DADMAC、任选的柠檬酸、羧化的支化PEI、和水/醇载体。

在一个实施方案中，基于聚乙烯亚胺的聚合物和第二阳离子聚合物形成结晶可混溶的共混物，产生在载体中稳定的分散体。可混溶的共混物提供稳定的澄清结晶溶液，即没有沉淀或沉降。可混溶的混合物与PEC不同。此外，不希望受任何理论的束缚，认为共混物中聚合物的结晶性质为具有更大的表面积并且能够在溶液中或作为膜提供更多的阳离子聚合物和微生物病原体之间的界面。

结晶可混溶的共混物可以通过任何合适的方法制备。在一个具体实例中，可以如下制备非化学改性的线性PEI和其它阳离子聚合物的可混溶的共混物。将适量的水/PEI分散体(例如，约4000ppm的PEI)加热至略高于PEI的玻璃化转变温度的温度(例如，高于玻璃化转变温度至少1℃、高于玻璃化转变温度至少约2℃、高于玻璃化转变温度高至少约3℃、高于玻璃化转变温度至少约4℃、高于玻璃化转变温度至少约5℃；包括65℃至80℃、或68℃至78℃、或70℃至75℃、或约70℃、约72℃或约74℃的温度)。接下来，添加适量的具有较低pH(例如，pH为约5至6，包括pH为约5、pH为约5.5、或pH为约6)的第二阳离子聚合物(例如，聚DADMAC)溶液。这种较低的pH进一步有助于确保PEI保持溶液状态。剧烈混合后，将溶液冷却至室温。接下来，添加适量(例如，25ppm至100ppm)的黏附促进剂(例如，羧化的支化PEI)。羧化的支化PEI是非常碱性的，从而会提高溶液的pH。应将pH调节回6.5，以使线性PEI不固化。接下来，将溶液再加热至略高于PEI的玻璃化转变温度的温度(例如，高于玻璃化转变温度至少1℃、高于玻璃化转变温度至少约2℃、高于玻璃化转变温度至少约3℃、高于玻璃化转变温度至少约4℃、高于玻璃化转变温度至少约5℃；包括65℃至80℃、或68℃至78℃、或70℃至75℃、约72℃或约75℃的温度)。在剧烈搅拌共混物的同时，滴入适量的醇。在冷却至室温的同时持续搅拌共混物。然后将室温溶液再搅拌24小时。

含PEI的组合物可以具有一种或多于一种杀细菌、杀病毒和/或杀病菌特性，并且如果需要，基底可以用作符合本文所述的测试、基底和/或方法的抗微生物组合物，特别是用作手消毒剂。因此，本发明还提供一种对表面进行消毒的方法，其包括将含有基于聚乙烯亚胺的聚合物、任选的第二阳离子聚合物(选自聚二烯丙基二烷基铵盐、聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二烷基卤化铵)、壳聚糖、或其组合)、任选的多元酸、任选的至少一种黏附促进剂、和载体的组合物施用于表面。在该方法的一个方面，将包含非化学改性的线性PEI、任选的多元酸、和包含水和醇的载体的组合物用作对无包膜病毒特别有效的手消毒剂。

由于线性PEI对pH和温度敏感，因此开发了特定技术以产生包含线性PEI胶体分散体的稳定、完全清澈、非黏性的手消毒剂共混物。在一个具体实例中，制备手消毒剂组合物的方法包括以下步骤：在室温下，剧烈搅拌适量的线性PEI水溶液以产生PEI分散体。在剧烈搅拌下，然后用适当的酸使分散体中的PEI质子化，从而使pH达到6并产生澄清的液体。接下来，将澄清的液体加热至略高于PEI的玻璃化转变温度的温度(例如，高于玻璃化转变温度至少1℃、高于玻璃化转变温度至少约2℃、高于玻璃化转变温度至少约3℃、高于玻璃化转变温度至少约4℃、高于玻璃化转变温度至少约5℃；包括65℃至80℃、或68℃至78℃、或70℃至75℃、约70℃、约72℃或约74℃的温度)。然后滴入适量的醇，以便将澄清的液体的温度保持在约65℃。将澄清的手消毒剂混合物从加热中取出以避免过量的醇蒸发，然后在覆盖的同时搅拌数小时(例如，至少2小时、至少3小时、至少4小时、或至少5小时)。

本发明的抗微生物组合物满足或超过以下抗微生物测试中的至少一种：

(i)根据ASTM E1153的杀菌喷雾测试，该测试满足EPA对病毒的log3减少和细菌的log5减少的要求，

(ii)根据ASTM E1052-96(2002)或ASTM E2315(2016)的悬浮测试，

(iii)根据抗微生物活性的JIS Z 2801(2006)测试，或本文所述的此类测试的改进版本，由组合物形成的膜

(iii-a)在30分钟内杀灭至少95％的革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌的log5群体，

(iii-b)在接触30分钟内杀灭至少95％的包膜病毒的log4群体，

(iii-c)在接触30分钟内杀灭至少95％的无包膜病毒，和/或

(iii-d)在接触24小时内杀灭至少94％的艰难梭菌细菌的log4群体，

(iv)由该组合物形成的膜具有根据国际标准化组织(ISO)10993-5体外细胞毒性测试的2或更小的值，

(v)耐久性测试，其选自(v-a)根据EPA方案#01-1A残留自消毒活性测试，由该组合物形成的膜杀灭至少99.9％的革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌，或(v-b)根据如本文所述的方案#01-1A残留自消毒活性测试的改进版本，在膜形成后等待7天，由该组合物形成的膜杀灭至少95％的革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌，或包膜病毒和无包膜病毒。

测试(i)是指ASTM E1153，其全部内容通过引用而并入，其是用来评估用于轻度污染、无生命、无孔、非食品接触表面的一步清洁消毒剂制剂的抗微生物功效的杀菌喷雾测试(即，“立刻杀灭”要求)。在ASTM E1153(2014年的最近修订版)中，在预清洁、无生命、坚硬、无孔、非食物接触表面上测试消毒剂针对金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌(Klebsiellapneumoniae)、产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)或其组合的抗微生物功效。

涉及本发明可混溶的共混物制剂的杀菌喷雾测试结果列于表3中，同时与三种市售产品进行了比较。用两种阳离子聚合物组合物进行MS2、MRSA和大肠杆菌杀菌喷雾测试。组合物A是可混溶的共混物，其包含3000ppm的非化学改性的线性PEI、3000ppm的聚DADMAC、25ppm羧化的支化PEI、35％乙醇和余量的水。组合物B是可混溶的共混物，其包含200ppm的非化学改性的线性PEI、200ppm的聚DADMAC、25ppm羧化的支化PEI、70％乙醇和余量的水(操作pH为约7.6)。

表3

表3中的结果表明，组合物B含有400ppm的阳离子聚合物，并在接触5分钟内通过MS2杀菌喷雾测试，这是值得注意的，因为EPA根据ASTME1153的季铵化合物的最大ppm标准是400ppm。此外，一些季铵化合物的抗微生物功效因土壤或有机负荷而显著降低。如表3所示，在5％土壤负荷的存在下，组合物B对MRSA和大肠杆菌喷雾测试(ASTM E1153)也非常有效。

测试(ii)是根据ASTM E1052-96(2002)或ASTM E2315(2016)的悬浮测试，用于确定抗微生物溶液的有效性，所述抗微生物溶液是针对特定病毒如腺病毒、冠状病毒、流感病毒、鼻病毒和轮状病毒的悬浮液形式。将测试物质的等分试样用测试病毒接种并保持所需的暴露时间。在每个预定的暴露时间，取出等分试样，通过连续稀释进行中和，并通过对测试病毒特定的测定方法来测定病毒感染性。适当的病毒、测试物质细胞毒性和中和对照同时进行。与相应的病毒对照相比，计算病毒感染性的百分比和对数减少。ASTM E1052-96(2002)和ASTM E2315(2016)最适合于悬浮液形式的抗微生物组合物，例如手消毒剂组合物。

对于测试(iii)，可以根据在JIS Z 2801(2006版，2010年更新)中阐述的条件来测试由抗微生物组合物形成的膜杀灭革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌以及包膜病毒、无包膜病毒和/或艰难梭菌的能力，JIS Z 2801被称为抗微生物产品抗微生物活性和功效的日本工业标准测试，其全部内容通过引用并入本文。特别地，根据如本文所述的JIS Z 2801(2006)或其改进版本，由本发明的抗微生物组合物形成的膜：(iii-a)在30分钟内杀灭至少95％的革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌的log5群体，(iii-b)在接触30分钟内杀灭至少95％的包膜病毒的log4群体，(iii-c)在接触30分钟内杀灭至少95％的无包膜病毒，和/或(iii-d)在接触24小时内杀灭至少94％的艰难梭菌的log4群体。在优选的实施方案中，由本发明的抗微生物组合物形成的膜满足要求(iii-a)-(iii-d)中的2种或更多种、3种或更多种或全部4种。

例如，在该测试的条件下，JIS Z 2801方案显示出针对log5挑战，30分钟后在仅包含聚DADMAC的膜上大肠杆菌的log4减少(表4)。

表4

*cfu/样品–每个回收样品的菌落形成单位

相同的膜显示10分钟后MRSA的log4减少，但是具有log7挑战(表5)。

表5

*cfu/样品–每个回收样品的菌落形成单位

为残留的自消毒膜设计了额外的自消毒(“后续杀灭”)测试，认为这对于实际应用更为实用，特别是在测试抗病毒活性时。该测试基于这样的假设：在现实的应用中，不会覆盖抗微生物的残留自消毒膜。该测试通过不需要覆盖经接种的膜并且在接种物干燥后开始测试时间来改进JIS Z 2801(2006版，其在2010年更新)。使用改进的JIS Z 2801得到的测试结果列于表6中，用于测定MS2在由3000ppm非化学改性的线性PEI、3000ppm的聚DADMAC、79％乙醇、25ppm羧化支化PEI、余量为水的无毒可混溶的共混物形成的膜上的细胞溶解。使用标准JIS测试得到革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的“后续杀灭”数据。

表6

此外，可以通过在光照条件下进行测试并将样品表面积从1600mm²增加到2500mm²来改进针对艰难梭菌进行测试时的JIS Z 2801(2006版本，2010年更新)。

测试(iv)涉及ISO 10993-5(最近更新于2009年)，其全部内容通过引用而并入，其中对医疗装置材料的体外细胞毒性进行测试。该方法涉及直接或通过扩散使培养的细胞与装置和/或装置的提取物接触孵育。特别地，根据ISO 10993-12方法提取测试物品、阳性对照和阴性对照。将原始提取物连续稀释，并使用5种浓度进行测试。用样品提取物、试剂对照和阴性对照或阳性对照处理L-929细胞(小鼠，C3H/An，结缔组织)。每种处理制备三份。将细胞孵育24小时，并在显微镜下观察细胞毒性作用。在显微镜下观察培养物并使用0至4等级评定反应性(“4”表示重度细胞毒性；“3”表示中度细胞毒性；“2”表示轻度细胞毒性；“1”表示微细胞毒性；“0”表示无细胞毒性)。当结果小于或等于等级2(即0、1或2)时，测试物品满足测试要求。

如本文所述，由PEC、可混溶的共混物或单独的阳离子聚合物形成的残留自消毒膜是非浸析的，因此通过ISO 10993-5(2009版)体外细胞毒性测试，得分为0，如表7中的以下测试结果所示。

表7

测试(v)涉及方案#01-1A，通常称为“Clorox测试”，其为EPA批准的用于测定长期消毒要求(即，“后续杀灭”耐久性要求)的方法。方案#01-1A(其全部内容通过引用并入)测定干燥化学残留物(膜)在无生命、坚硬、无孔表面上仅针对以下细菌的残留自消毒活性：金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌和/或产气肠杆菌。特别地，对表面进行接种，用测试产品处理，使其干燥，然后在交替的湿和干条件下刮擦，其中穿插数次重新接种。在研究结束时和至少24小时后，测定测试表面在5分钟内杀灭99.9％微生物的能力。为了通过该测试，由组合物形成的膜必须在用加重织物交替进行干湿摩擦12次之间和之后保持抗微生物功效。

可以使用EPA耐久性测试，即方案#01-1A的改进版本。认为修改方案更适合于评估由本发明的抗微生物组合物形成的残留自消毒膜，因为方案#01-1A被设计用于依赖于通过从膜释放杀菌化学品而杀灭微生物并且随着时间推移化学品会耗尽的产品。本发明的抗微生物组合物不需要杀菌化学品，而是包含带电荷的阳离子聚合物，其杀灭机制被认为不会随着时间推移而耗尽。改进测试包括使用EPA#01-1A方案的重量和循环时间，每天对膜进行三次摩擦(一次干燥、一次湿润、一次干燥)。与标准方案#01-1A的单次24小时测量相比，该改进测试捕获抗微生物组合物在数天内的抗微生物效力。通过该改进测试要求在4至7天后，基于聚合物的膜将继续表现出在玻璃或不锈钢基底上具有至少95％(例如，至少96％、至少97％、至少98％、至少99％、至少99.5％、至少99.9％)的革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、包膜病毒和/或无包膜病毒的减少。

本发明还提供了一种杀灭表面上的微生物的方法，其包括向表面施用抗微生物组合物，所述抗微生物组合物包含阳离子聚合物(单独或包封在PEC中)、至少一种黏附促进剂(例如，钛酸酯、羧化的支化PEI)、任选的在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒、和载体，这些组分中的每一种如本文所述。该方法可以包括对表面进行消毒，提供残留的自消毒膜，或两者。术语“微生物”包括任何单细胞或多细胞生物，例如细菌、病毒、真菌、古细菌和原生生物(例如藻类、变形虫、原生动物)。如本文所用，术语“施用”是指用于将抗微生物组合物转移至表面的任何合适技术。例如，用于施用的技术可以是但不限于刷涂、滚涂、喷涂、擦拭、拖、浇注、涂装、吸收、吸附、吸取、浸湿、浸透、渗透、浸渍和这些方法的组合。

还提供了一种杀灭表面上的微生物的方法(例如，对表面进行消毒，提供残留的自消毒膜，或两者)，其包括向表面施用包含如本文所述的高分子量(优选超高分子量)聚二烯丙基二甲基铵盐(例如，聚二烯丙基二甲基卤化铵)和载体的抗微生物组合物。该实施方案的抗微生物组合物还可以包含(i)基于聚乙烯亚胺的聚合物、壳聚糖或其组合，和/或(ii)阴离子聚合物，和/或(iii)在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒，和/或(iv)至少一种黏附促进剂(例如，钛酸酯、羧化的支化PEI)，和/或(v)至少一种盐。这些任选组分中的每一种如本文所述。

如本文所述，施加到表面上后，组合物中的载体蒸发，从而在表面上留下抗微生物的残留自消毒膜。抗微生物的残留自消毒膜使表面具有杀细菌、杀病毒和/或杀病菌的作用。如本文所用，术语“使表面具有杀细菌、杀病毒和/或杀病菌的作用”是指使细菌、病毒和/或病菌(包括真菌，例如巴西曲霉(Aspergillus brasiliensis))的存在减少(例如，消除、杀灭或预防和/或抑制生长)至任何合适的程度。如本文所用，术语“任何合适的程度”是指减少50％或更多，包括减少60％或更多、减少70％或更多、减少80％或更多、减少90％或更多、减少92％或更多、减少94％或更多、减少95％或更多、减少97％或更多、减少98％或更多、减少99％或更多、或者消除99.5％或更多。

根据该实施方案，本发明提供了一种经涂覆的表面，其包括表面(例如，基底的表面)和被施加到表面的如本文所述的抗微生物的残留自消毒膜。所得膜提供不易除去的非浸析表面。在大多数实施方案中，抗微生物的残留自消毒膜不与表面(例如，基底的表面)共价结合。

具有杀细菌、杀病毒、和/或杀病菌作用的表面可以是任何合适的材料，包括生物相容性材料。表面可以以任何合适的形式使用或衍生自任何合适的形式，例如粉末、灰尘、聚集体、非晶固体、片材、纤维、管、织物等。在实施方案中，表面包括金属、玻璃、玻璃纤维、二氧化硅、砂、木材、纤维、天然聚合物、合成聚合物、塑料、橡胶、陶瓷、瓷器、石材、大理石、水泥、人或动物的身体(例如皮肤)、或任何杂合物、合金、共聚物、共混物、或其组合。

适用于本发明的金属表面包括例如，不锈钢，镍，钛，钽，铝，铜，金，银，铂，锌，镍钛合金(镍钛诺)，镍、铬和铁的合金(INCONEL^TM，Special Metals公司，美国印第安纳州埃尔克哈特)，铱，钨，硅，镁，锡，镀锌钢，热浸镀锌钢，电镀锌钢，退火热浸镀锌钢，任何前述金属的合金，含有任何前述金属的涂层，以及它们的组合。

适用于本发明的玻璃表面包括例如碱石灰玻璃、锶玻璃、硼硅酸盐玻璃、钡玻璃、含镧的玻璃陶瓷、玻璃纤维、及其组合。

适用于本发明的二氧化硅表面包括例如石英、熔凝石英、结晶二氧化硅、煅制二氧化硅、硅胶、二氧化硅气凝胶、及其混合物。

适用于本发明的砂表面包括例如，由二氧化硅(例如石英)构成的砂、由碳酸钙(例如文石)构成的砂、及其混合物。砂可以包含其他组分，例如矿物质(例如，磁铁矿、绿泥石、海绿石、石膏、橄榄石、石榴石)、金属(例如铁)、贝壳、珊瑚、石灰石和/或岩石。

合适的木材表面包括例如硬木和软木，以及由木材、木屑或纤维制成的材料(例如，胶合板、定向刨花板、层压单板、复合材料、成材、刨花板、硬质板、中密度纤维板)，及其组合。木材的类型包括桤木、桦木、榆木、枫木、柳木、胡桃木、樱桃木、橡木、山核桃木、杨木、松木、杉木、及其组合。

适用于本发明的纤维表面包括例如，天然纤维(例如，衍生自动物、植物或矿物质)和合成纤维(例如，衍生自纤维素、矿物质或聚合物)。合适的天然纤维包括棉、大麻、黄麻、亚麻、苎麻、剑麻、甘蔗渣、木质纤维、蚕丝、蜘蛛丝、筋、肠线、羊毛、海丝、毛线、马海毛、安哥拉山羊毛和石棉。合适的合成纤维包括人造纤维(例如，莱赛尔纤维)、莫代尔和金属纤维(例如，铜、金、银、镍、铝、铁)、碳纤维、碳化硅纤维、竹纤维、海藻纤维、尼龙、聚酯、聚氯乙烯纤维(例如，维尼昂)、聚烯烃纤维(例如，聚乙烯、聚丙烯)、丙烯酸聚酯纤维、芳族聚酰胺(例如，TWARON^TM、KEVLAR^TM或NOMEX^TM)、氨纶、及其组合。

适用于本发明的天然聚合物表面包括例如，多糖(例如，棉、纤维素)、虫胶、琥珀、羊毛、丝、天然橡胶、生物聚合物(例如，蛋白质、细胞外基质组分、胶原)、及其组合。

适用于本发明的合成聚合物表面包括例如，聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酸树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯腈、缩醛、聚苯醚、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯亚胺、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚原酸酯、聚酐、聚砜、聚醚砜、聚己内酯、聚羟基戊酸丁酯、聚内酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、以及它们的共聚物和组合。

适用于本发明的典型橡胶表面包括例如，硅酮、氟代硅酮、丁腈橡胶、硅酮橡胶、聚异戊二烯、硫磺硫化橡胶、丁二烯-丙烯腈橡胶、异戊二烯-丙烯腈橡胶、及其组合。

适用于本发明的陶瓷表面包括例如，氮化硼、氮化硅、氧化铝、二氧化硅、及其组合。

适用于本发明的石材表面包括例如，铝土矿、方解石、长石、石膏、板岩、花岗岩、石英、石英岩、石灰石、白云岩、砂岩、大理石、皂石、蛇纹石、及其组合。

出于本发明的目的，动物体包括但不限于啮齿目(如小鼠)、兔形目(如兔)、食肉目(例如，猫科动物(猫)和犬科动物(狗))、偶蹄目(如牛和猪)、奇蹄目(如马)、灵长目阔鼻小目或类人猿下目(如猴)、鸟纲(如鸟)、节肢动物纲(如昆虫)、鱼纲(如鱼)、或类人猿目(如人和猿)。通常动物体的皮肤(包括完整的皮肤、受伤或破损的皮肤、和/或其他通过例如烧伤受损的皮肤)和/或黏膜组织(例如，口腔、鼻腔、眼部或生殖器组织)充当适合施加抗微生物组合物的表面。皮肤和/或黏膜组织可以与动物体的任何部分相关联，这些部分包括肢体、尾巴、腹部、胸部、头部、颈部、面部、生殖器区域(例如乳房)、臀部或背部。通常，将会选择抗微生物组合物的组分的类型和量以确保生物相容性，使毒性最小化，使刺激最小化，和/或达到所需水平的表面黏性和/或所形成的膜的黏合性。

表面通常是较大结构的组件。例如，表面可以是基底的一部分，基底例如为医疗装置、诊断设备、植入物、手套、面罩、窗帘、床垫、床单、毯子、纱布、敷料、组织、手术单、管材、手术器械、安全装置、织物、服装用品、地板、手柄、墙、水槽、淋浴或浴缸、卫生间、家具、墙壁开关、玩具、运动器材、游乐场设备、购物车、台面、器具、栏杆、门、空气过滤器、管、用具、盘子、杯子、容器、对象显示容器、食品、食品展示容器、食品包装、食品加工设备、食品处理设备、食品运输设备、食品自动售货设备、食品储存设备、食品包装设备、植物、电话、手机、遥控器、电脑、鼠标、键盘、触摸屏、皮革、化妆品、化妆品制作设备、化妆品储存设备、化妆品包装设备、个体护理用品、个体护理用品制作设备、个人护理储存设备、个人护理包装设备、动物护理用品、动物护理用品制作设备、兽医设备、粉末、霜剂、凝胶、药膏、眼部护理用品、眼部护理用品制作设备、隐形眼镜、眼镜、眼部护理用品储存设备、隐形眼镜盒、珠宝、珠宝制造设备、珠宝存放设备、动物房、农业设备、动物食品处理设备、动物食品储存空间、动物食品储存设备、动物食品容器、飞行器、陆地车辆、空气处理设备、空气过滤器、水上交通工具、储水空间、储水设备、水处理设备、储水容器、滤水器、手、毛发、脚、腿、手臂、躯干、头部、或动物身体部位、药品展示容器、药品包装、药品加工设备、药品处理设备、药品运输设备、药品自动售货设备、药品、药品储存设备、药品包装设备。

“医疗装置”包括具有在使用或操作过程中接触组织、血液或其他体液的表面的任何装置，所述组织、血液或其他体液存在于哺乳动物(例如人)中或随后用于哺乳动物(例如人)内。医疗装置包括例如，用于外科手术的体外装置，例如血液氧合器、血泵、血液储存袋、血液收集管、包括过滤介质的血液过滤器、透析膜、用于运输血液的管道等，这些装置接触血液然后将血液返回患者或哺乳动物。医疗装置还包括植入哺乳动物(例如人)的内假体，例如植入血管或心脏中的血管移植物、支架、起搏电极、外科假体导管、心脏瓣膜等。医疗装置还包括用于临时血管内使用的装置，例如放置在血管、心脏、器官或组织中用于监测、修复或治疗的导管、导丝、羊膜穿刺术和活检针、套管、引流管、分流器、传感器、换能器、探针等。医疗装置还包括假体，例如人造关节如人造臀部或膝盖以及人造心脏。此外，医疗装置包括阴茎植入物、避孕套、卫生棉条、卫生巾、眼用透镜、悬带材料、缝合线、手术中使用的止血剂、抗微生物材料、外科网状织物、透皮贴片和伤口敷料/绷带。

“诊断设备”包括用于诊断或监测医疗状况的任何设备或工具。实例包括超声波、磁共振成像(MRI)机、正电子发射断层扫描(PET)扫描仪、计算机断层扫描(CT)扫描仪、呼吸机、心肺机、体外膜氧合(ECMO)机、透析机、血压计、耳镜、检眼镜、听诊器、血压计、血压袖带、心电图仪、温度计、除颤器、窥器、乙状结肠镜和肛门镜。

“手术器械”包括用于进行外科手术或操作的任何工具或装置。实例包括手术刀、刺血针、套管针、止血钳、抓钳、镊子、夹钳、牵引器、撑开器、定位器、气管切开器、扩张器、吻合器、灌注针、注射针、钻头、示波器、内窥镜、探针、尺和卡尺。

“安全装置”包括用于保护人、动物或物体的装置。“安全装置”的实例是掩罩、面罩、遮阳板、护目镜、眼镜、手套、鞋套、护脚板、护腿、腰带、罩衫、围裙、外套、背心、雨具、帽子、头盔、下巴托、发网、浴帽、听力保护物品(耳塞、耳罩、听力带)、呼吸器、防毒面具、送风罩、衣领、皮带和急救箱。

“织物”包括任何类型的合适织物，例如床上用品、窗帘、毛巾、桌布、防护被单和洗碗布。

“服装用品”包括衣服、鞋类或穿在他/她的身上的其他物品。实例包括制服、外套、衬衫、裤子、涉水用高筒靴、外科手术服、袜子、鞋或靴子衬里、鞋垫、手套、帽子、鞋、靴子和凉鞋。

表面可以是建筑结构的一部分或可存在于建筑结构中的物品，例如地板、墙壁、器具(例如，冰箱、烤箱、火炉、洗碗机、洗衣机、干衣机、炉子、热水器、空调、加热器)、水槽、淋浴或浴缸、卫生间、家具(如床垫、长沙发、沙发、椅子、桌子、架子、地幔、床、梳妆台)、台面、栏杆、空气过滤器、空气处理设备、水处理设备、滤水器、管道、门、手柄、灯、灯开关、温控器、洒水器、空调蒸发器和/或冷凝器。

表面也可以是玩具或运动器材，包括健身器材、游乐场设备或游泳池。

表面可以是用具(例如，刀、叉、勺子、杓子、抹刀、搅拌器等)、盘子(例如，食物储存容器、食物供应件等)、食品包装(例如，袋子、盒子、铝箔、保鲜膜)或与食品接触的其他物品(例如砧板、食品展示容器、食品加工设备、食品处理设备、食品运输设备、食品贩卖设备、动物食品处理设备、动物食品储存空间、食品储存设备、动物食品容器、动物食品储存设备)。表面可以是食品加工设备的一部分，例如食品加工罐、搅拌器、传送带、刀具、研磨机、包装机、贴标机等。

“食品”是期望以抗微生物的残留自消毒膜提供的任何食品。在这样的实施方案中，抗微生物的残留自消毒膜及其组合物对人和动物的消耗应该是无毒的。“食品”可以是例如任何水果、蔬菜、肉或蛋。

“植物”是任何合适的植物，包括被子植物(开花植物)、裸子植物(产生种子的植物)、针叶树、蕨类植物和苔藓植物。合适的被子植物来自无油樟属(例如，无油樟(Amborella trichopoda Baill))、睡莲目(例如，睡莲)、木兰藤目(例如，八角茴香(Illicium verum))、金粟兰目(例如，来自蛔形兰属、金粟兰属、雪香兰属、或九节茶)、木兰类植物(例如，木兰、月桂、黑胡椒)、单子叶植物(例如，禾本植物、兰花、棕榈)、金鱼藻属(例如，水生植物)、或真双子叶植物(例如，向日葵、矮牵牛、苹果)。合适的裸子植物来自苏铁亚纲(Cycadidae)、银杏亚纲(ginkgoidae)、买麻藤亚纲(gnetidae)或松柏亚纲(pinidae)。

表面可以是电子设备，例如电话、手机、遥控器、计算机、鼠标、键盘和触摸屏的一部分。

表面还可以是化妆品的一部分(例如，眼影、眼线、妆前乳、粉底、唇膏、唇彩、腮红)、化妆品制造设备、化妆品储存设备、化妆品包装设备、个体护理用品(例如，面霜、凝胶、药膏、润唇膏、沐浴露、洗面奶、洗液、古龙香水、香水、止汗剂、除臭剂、面巾纸、棉签、化妆棉、漱口水、牙膏、指甲油、洗发水、护发素、发胶、爽身粉、剃须膏、隐形眼镜、隐形眼镜盒、眼镜)、个体护理用品制造设备、个人护理储存设备、个人护理包装设备、珠宝(例如，项链、戒指、耳环、手镯、手表)、珠宝制作设备或珠宝存放设备。

“动物护理用品”和“兽医设备”可以是在包括动物的环境中使用的任何产品，例如房屋、寄放处或兽医医院。当然，兽医设备可以在医院环境之外的场所使用。动物是通常被视为宠物的任何动物、由兽医提供膳宿的非宠物和野生动物。实例包括狗、猫、爬行动物、鸟、兔、雪貂、豚鼠、仓鼠、大鼠、小鼠、鱼、龟、马、山羊、牛和猪。合适的动物护理用品包括本文所述的个体护理用品、玩具、床、篓、狗窝、托架、碗、碟、皮带、项圈、小盒子和梳理用品(例如，钳子、剪刀、刷子、梳子、解结器和脱毛工具)。合适的兽医设备包括本文所述的任何医疗装置和手术器械以及其他设备，例如桌子、浴盆、担架、水槽、秤、笼、托架和皮带。

“动物房屋”可以是任何合适的房屋，例如鸡舍、马厩、蔽所、抓袋蔽所、小屋、谷仓、棚屋、围栏、巢箱、喂食器、支柱、笼、托架或床。

“农业设备”是农业环境中使用的任何装置，包括农场或牧场，特别是饲养动物、加工动物或两者的农场或牧场。可以如本文所述饲养或加工的动物牲畜包括例如马，牛，美洲野牛和小动物，例如家禽(例如，鸡、鹌鹑、火鸡、鹅、鸭、白鸽、鸽子、野鸡、天鹅、鸵鸟、珍珠鸡、印度孔雀、鸸鹋)、猪、绵羊、山羊、羊驼、美洲驼、鹿、驴、兔子和鱼。农业设备的实例包括货车、拖车、推车、谷仓、棚屋、围栏、洒水车、铲、铲运机、吊索、绳索、约束设备、喂食器、饮水机、水槽、滤水器、水处理设备、储罐、喷泉、斗、桶、干草架、秤、家禽地板、鸡蛋处理设备、谷仓窗帘、拖拉机、播种机、种植机、犁、旋转器、分蘖、吊具、喷雾器、搅拌器、分拣机、打包机、收割机、棉花采摘机、脱粒机、割草机、挖掘装载机、挤压滑槽、液压滑槽、头滑槽、水闸门、挤水浴缸、畜栏盆、槽、产犊栏、产犊台和挤奶机。

表面可以是交通工具的一部分，例如飞行器、陆地车辆或水上交通工具。合适的交通工具包括汽车、货车、卡车、公共汽车、救护车、休闲车、露营车、摩托车、踏板车、自行车、轮椅、火车、有轨电车、舰、船、独木舟、潜艇、无人水下航行器(UUV)、个人水运工具、飞机、喷气式飞机、直升机、无人驾驶自动车辆(UAV)和热气球。

因为抗微生物的残留自消毒膜通常不与表面共价键合，因此如果需要，可以通过除去抗微生物的残留自消毒膜来重新生成已经施加了抗微生物的残留自消毒膜的表面。可以通过任何合适的方法，例如用溶剂(例如水和/或醇)洗涤或冲洗来进行除去步骤。因此，本文所述的表面(例如，基底的表面)上的抗微生物涂层可以被认为是暂时的(例如，可移除的)。在一个实施方案中，抗微生物的残留自消毒膜是水溶性的并且可用水(例如热肥皂水)除去。

抗微生物的残留自消毒膜使得表面对任何合适的细菌具有任何合适程度的杀菌作用。换句话说，本发明的抗微生物组合物可以在表面(例如，基底的表面)上形成抗微生物的残留自消毒膜，杀灭与抗微生物的残留自消毒膜接触的至少75％(例如，至少80％、至少85％、至少90％、至少92％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％、或至少99.5％)的细菌。例如，细菌可以是例如，金黄色葡萄球菌、革兰氏阳性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)、腐生葡萄球菌(Staphylococcus saprophyticus)、铜绿假单胞菌、单核细胞增生李斯特氏菌(Listeria monocytogenes)、肺炎克雷伯氏菌、肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae)、化脓性链球菌(Streptococcus pyogenes)、无乳链球菌(Streptococcus agalactiae)、流感嗜血杆菌(Haemophilus influenzae)、幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)、沙门氏菌属(Salmonella)、志贺氏菌属(Shigella)、梭菌属(Clostridium)、产气肠杆菌、革兰氏阴性大肠杆菌、艰难梭菌、或其组合。在一些实施方案中，抗微生物组合物可以有效减少(例如，消除、杀灭或预防和/或抑制生长)革兰氏阳性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)、革兰氏阴性大肠杆菌(ATCC 8739)、艰难梭菌(ATCC43598)、或其组合。

在本发明的一个方面，由本文所述的抗微生物组合物形成的抗微生物的残留自消毒膜使得表面对革兰氏阳性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)具有杀菌作用。优选地，抗微生物的残留自消毒膜在接触30分钟内(例如，在20分钟内、15分钟内、10分钟内、5分钟内)杀灭至少95％(例如，至少96％、至少97％、至少98％、至少99％)的革兰氏阳性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的log5群体。在一个特别优选的实施方案中，抗微生物的残留自消毒膜在接触5分钟内杀灭至少99.8％的革兰氏阳性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的log5群体。

在本发明的另一方面，由本文所述的抗微生物组合物形成的抗微生物的残留自消毒膜使得表面对革兰氏阴性大肠杆菌(ATCC 8739)具有杀菌作用。特别地，抗微生物的残留自消毒膜在接触30分钟(例如，在20分钟内、15分钟内、10分钟内、5分钟内)杀灭至少95％(例如，至少96％、至少97％、至少98％、至少99％)的革兰氏阴性大肠杆菌(ATCC 8739)的log5群体。在一个优选的实施方案中，抗微生物的残留自消毒膜在接触5分钟内杀灭至少99.7％的革兰氏阴性大肠杆菌(ATCC 8739)的log5群体。

在本发明的另一方面，由本文所述的抗微生物组合物形成的抗微生物残留的自消毒膜使得表面对艰难梭菌(ATCC 43598)具有杀菌作用。更具体地，抗微生物的残留自消毒膜在接触24小时内(例如，18小时内、12小时内、10小时内、8小时内、6小时内)杀灭至少75％(例如，至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、至少97％、至少98％、至少99％)的艰难梭菌(ATCC 43598)的log4群体。在一个优选的实施方案中，抗微生物的残留自消毒膜在接触8小时内杀灭至少99.7％的艰难梭菌(ATCC 43598)的log4群体。

病毒更难以杀灭，尤其是无包膜病毒，例如诺如病毒、轮状病毒、腺病毒和脊髓灰质炎病毒。一般来说，杀灭大量无包膜病毒的唯一方法是使用大量非常刺激的化学物质，如次氯酸盐、酸和过氧化物，所有这些物质都具有很高的细胞毒性。值得注意的是，本发明中描述的技术能够形成杀灭无包膜病毒的抗微生物的残留自消毒膜。因此，本发明提供了由本文所述的抗微生物组合物形成的抗微生物的残留自消毒膜，其使得表面对任何合适的病毒具有任何合适的程度的杀病毒作用，例如，减少(例如，消除、杀灭或预防和/或抑制生长)至少75％(例如，至少80％、至少85％、至少90％、至少92％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％、或至少99.5％)的病毒。在一个具体实例中，由本文所述的抗微生物组合物形成的抗微生物的残留自消毒膜使得表面对至少一种包膜病毒(例如，水痘病毒、流感病毒、单纯性疱疹病毒、严重急性呼吸综合征(SARS)病毒、黄病毒、披膜病毒)和/或无包膜病毒(例如，光滑噬菌体属、诺如病毒、轮状病毒、腺病毒、细小病毒和脊髓灰质炎病毒)具有杀病毒作用。

在本发明的另一方面，由本文所述的抗微生物组合物形成的抗微生物的残留自消毒膜使得表面对甲型流感(例如，H1N1、H1N2和H5N1)包膜病毒具有杀病毒作用。在一个实施方案中，抗微生物的残留自消毒膜在接触60分钟内(例如，45分钟内、30分钟内、20分钟内)杀灭至少95％(例如，至少96％、至少97％、至少98％、至少99％)的甲型流感(H1N1)(ATCCCCL-34)包膜病毒的log4群体。在一个优选的实施方案中，抗微生物的残留自消毒膜在接触30分钟内杀灭至少99％的甲型流感(H1N1)(ATCC CCL-34)包膜病毒的log4群体。

在本发明的另一个方面，抗微生物的残留自消毒膜使得表面对无包膜病毒，例如光滑噬菌体属(如MS2)、诺如病毒、轮状病毒、腺病毒、细小病毒或脊髓灰质炎病毒具有杀病毒作用。在一个实施方案中，抗微生物的残留自消毒膜在接触30分钟内(例如，20分钟内、15分钟内、10分钟内、5分钟内)杀灭至少95％(例如，至少96％、至少97％、至少98％、至少99％)的无包膜病毒。在优选的实施方案中，抗微生物的残留自消毒膜在接触5分钟内杀灭至少97％的无包膜病毒。在该实施方案的一些情况下，无包膜病毒是MS2(ATCC 15597-B1)。

本发明的一个实施方案涉及经处理的过滤介质，其包含一种或多于一种与带正电荷的非织物过滤介质偶联的如本文所述的不溶性阳离子聚合物。过滤介质适合于过滤例如液体(例如水)和空气，并且可以由任何合适的材料制成，例如氧化铝(Al₂O₃)、聚酯(例如PET)、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺(例如，尼龙6,6)、聚酰亚胺、聚丙烯酸、玻璃、金属、葡聚糖、纤维素、黄麻、木浆、棉花或其组合(例如，微玻璃纤维和/或涂有纳米氧化铝纤维的纤维素)。如果材料的天然形式不带正电荷，则可以根据需要，例如通过添加一个或多于一个季铵基团对材料进行改性，从而提供必要的正电荷。非织物过滤介质可以商业购买并且可以通过任何合适的方法(例如，湿法成网、气流成网、干法成网、熔喷、纺黏法、纳米纤维网纺和连续拉伸纤维化)制备。参见，例如，Argonide(佛罗里达州桑福德)、Pall Corporation(纽约华盛顿港)，GE Infrastructure Water and Process Technologies(宾夕法尼亚州特里沃斯)和Meissner Filtration Products(加利佛尼亚州卡马里奥)。可以使用如本文所述的黏附促进剂用作偶联剂。其中黏附促进剂是阳离子例如支化的羧化PEI的实施方案是优选的。

大多数过滤介质通过简单的尺寸筛选来减少病原微生物，但是这种过滤器需要高压来有效筛选材料(例如流体)，容易结垢，并且需要频繁维护。如本文所述，带正电荷并与一种或多于一种不溶性阳离子聚合物偶联的经处理的过滤器可以在减压和/或更少结垢的情况下有效地杀灭微生物。图2A示出了包含不带正电荷的5μm玻璃的过滤器的小孔径。图2B示出了包含带正电荷的氧化铝并具有较大孔径的过滤器。然而，由于阳离子聚合物(例如，不溶性聚DADMAC、线性PEI)与氧化铝偶联，过滤器的作用类似于图2A中的较小孔径的微玻璃过滤器。

在经处理的水过滤器的一个实例中，已经变得不可溶的聚DADMAC(例如，通过用氟化物取代部分氯化物反离子)与带有支化的羧化PEI、带正电荷的非织物过滤器Al₂O₃介质偶联。所得到的经处理的过滤介质具有非常高的正ζ值。在另一个实例中，通过使用黏附促进剂(例如支化的羧化PEI)将线性PEI与带正电荷的非织物过滤器Al₂O₃介质偶联而制成经处理的空气过滤器。

在测试时，高度污染的(log7)金属工作流体通过如本文所述的经处理的过滤器，使包括无包膜病毒在内的微生物减少99.9％。

通过以下实施方案进一步说明本发明。

(1)一种抗微生物组合物，其包含：(a)阳离子聚合物、(b)至少一种黏附促进剂、(c)任选的在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒、和(d)载体，其中所述组合物的组分彼此不共价结合，并且抗微生物组合物满足以下测试中的一种或多种：(i)根据美国材料测试协会(ASTM)国际方法E1153的杀菌喷雾测试，该测试满足EPA对病毒的log3减少和对细菌的log5减少的要求；(ii)根据ASTM国际方法E1052-96(2002)或ASTM国际方法E2315(2016)的悬浮测试；(iii)根据抗微生物活性的日本工业标准(JIS)Z2801(2006)测试或本文所述的此类测试的改进版本，由该组合物形成的膜，(iii-a)在30分钟内杀灭至少95％的革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌的log5群体，(iii-b)在接触30分钟内杀灭至少95％的包膜病毒的log4群体，(iii-c)在接触30分钟内杀灭至少95％的无包膜病毒，(iii-d)在接触24小时内杀灭至少94％的艰难梭菌的log4群体；(iv)由该组合物形成的膜具有根据国际标准化组织(ISO)10993-5体外细胞毒性测试的2或更小的值；和(v)耐久性测试，其选自(v-a)根据环境保护局(EPA)方案#01-1A残留自消毒活性测试，由该组合物形成的膜杀灭至少99.9％的革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌，或(v-b)根据如本文所述的方案#01-1A残留自消毒活化测试的改进版本，在膜形成后等待7天，由该组合物形成的膜杀灭至少95％的革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌，或包膜病毒和无包膜病毒。

(2)根据实施方案(1)的抗微生物组合物，其中阳离子聚合物是聚二烯丙基二烷基铵盐、丙烯酰氧基烷基三烷基铵盐、乙烯基苯基烷基三烷基铵盐、丙烯酰氨基烷基三烷基铵盐、聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二烷基铵盐)、基于聚乙烯亚胺的聚合物、任选地与阴离子聚合物组合使用的壳聚糖、或其组合。

(3)根据实施方案(2)的抗微生物组合物，其中聚二烯丙基二烷基铵盐是聚二烯丙基二甲基卤化铵，并且卤离子是氯离子、氟离子、含氯阴离子、含氟阴离子、或其组合。

(4)根据实施方案(1)至(3)中任一项的抗微生物组合物，其中阳离子聚合物是非化学改性的线性聚乙烯亚胺(PEI)。

(5)根据实施方案(1)至(4)中任一项的抗微生物组合物，其中至少一种黏附促进剂选自钛酸酯、羧化的支化或线性PEI、硅烷化合物、阳离子嵌段共聚物、以及包含酰基、羧酸基团或羧酸衍生物中的至少一种的聚合物、以及它们的组合。

(6)根据实施方案(1)至(5)中任一项的抗微生物组合物，其中在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒选自石墨烯、g-C₃N₄、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、过渡金属硒化物、染料敏化剂、共轭聚合物、贵金属或其混合物。

(7)根据实施方案(1)至(6)中任一项的抗微生物组合物，其中在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒是在紫外线(UV)下水解的W-掺杂和N-掺杂的TiO₂颗粒。

(8)根据实施方案(1)至(7)中任一项的抗微生物组合物，其中抗微生物组合物不含杀病菌的小分子化合物。

(9)根据实施方案(1)至(7)中任一项的抗微生物组合物，其中抗微生物组合物还包含至少一种杀菌剂。

(10)根据实施方案(1)至(9)中任一项的抗微生物组合物，其中抗微生物组合物还包含一种或多于一种非电解质聚合物。

(11)根据实施方案(10)的抗微生物组合物，其中一种或多于一种非电解质聚合物包括聚丙烯酰胺。

(12)一种抗微生物组合物，其包含基于聚乙烯亚胺的聚合物、任选的第二阳离子聚合物(选自聚二烯丙基二烷基铵盐、聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二烷基卤化铵)、壳聚糖、或其组合)、任选的多元酸、任选的至少一种黏附促进剂、和载体。

(13)根据实施方案(12)的抗微生物组合物，其中基于聚乙烯亚胺的聚合物是线性PEI。

(14)根据实施方案(12)或(13)的抗微生物组合物，其中组合物包含非化学改性的线性PEI、聚二烯丙基二甲基氯化铵(聚DADMAC)、任选的柠檬酸、羧化的支化PEI和水-醇载体。

(15)根据实施方案(12)至(14)中任一项的抗微生物组合物，其中组合物包含柠檬酸。

(16)一种抗微生物组合物，其包含至少一种在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒、至少一种黏附促进剂、和载体，其中由抗微生物组合物形成的膜在的条件下杀灭微生物，该JIS Z2801通过不要求经接种的膜被覆盖并在接种物干燥后开始测试时间而进行修改。

(17)一种杀灭表面上的微生物的方法，其包括向表面施用将实施方案(1)至(16)中任一项的抗微生物组合物。

(18)根据实施方案(17)的方法，其中载体蒸发从而在表面上留下残留的自消毒膜。

(19)根据实施方案(18)的方法，其中残留的自消毒膜使表面具有杀细菌、杀病毒和/或杀病菌的作用。

(20)根据实施方案(18)或(19)的方法，其中残留的自消毒膜杀灭以下中的一种或多于一种：(i)在接触30分钟内杀灭至少95％的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的log5群体；(ii)在接触30分钟内杀灭至少95％的群革兰氏阴性大肠杆菌(ATCC 8739)的log5群体；(iii)在接触60分钟内杀灭至少95％的甲型流感(H1N1)(ATCC CCL-34)包膜病毒的log4群体；(iv)在接触30分钟内杀灭至少95％的无包膜病毒；和/或(v)在接触24小时内杀灭的至少75％的艰难梭菌(ATCC 43598)的log4群体。

(21)根据实施方案(20)的方法，其中无包膜病毒是MS2(ATCC 15597-B1)。

(22)一种杀灭表面上的微生物的方法，其包括向表面施用包含高分子量聚二烯丙基二烷基铵盐和载体的抗微生物组合物。

(23)根据实施方案(22)的方法，其中抗微生物组合物还包含基于聚乙烯亚胺的聚合物、壳聚糖或其组合。

(24)根据实施方案(22)或(23)的方法，其中抗微生物组合物还包含在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒。

(25)根据实施方案(22)至(24)中任一项的方法，其中抗微生物组合物不含杀病菌的小分子化合物。

(26)根据实施方案(22)至(25)中任一项的方法，其中载体蒸发从而在表面上留下残留的自消毒膜。

(27)根据实施方案(26)的方法，其中残留的自消毒膜杀灭以下中的一种或多于一种：(i)在接触30分钟内杀灭至少95％的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的log5群体；(ii)在接触30分钟内杀灭至少95％的革兰氏阴性大肠杆菌(ATCC 8739)的log5细菌群体；(iii)在接触60分钟内杀灭至少95％的甲型流感(H1N1)(ATCC CCL-34)包膜病毒的log4群体；(iv)在接触30分钟内杀灭至少95％的无包膜病毒；和/或(v)在接触24小时内杀灭至少75％的艰难梭菌(ATCC 43598)的log4群体。

以下实施例进一步说明了本发明，但当然不应解释为以任何方式限制其范围。

实施例

以下实施例的抗微生物组合物根据以下一般程序制备：(1)制备一种或多于一种阳离子聚合物的高度稀释混合物，(2)以基于阳离子单体的重量百分比(％wbcm)加入光催化剂颗粒，(3)制备一种或多于一种阴离子聚合物的高度稀释的混合物，(4)将稀释的阳离子聚合物和稀释的阴离子聚合物共混以产生PEC，(5)如果使用的话，以基于总单体的重量百分比(％wbtm)加入钛酸酯黏附促进剂，(6)将阳离子/阴离子PEC缩合(即，部分蒸发溶剂)以获得用于确定例如膜厚度和膜耐久性的所需浓度，和(7)进一步稀释抗微生物组合物以进行所需的改性。步骤2-7是任选的取决于所需的消毒组合物和浓度。

实施例1

该实施例说明了本发明实施方案中的抗微生物组合物的制备。

用于形成聚DADMAC/PEI/PAAS PEC的各组分及其相对量制成表并列于表8中。除了计算溶液的浓度(ppm)之外，还列出了各个组分的量。

表8

表8中列出的产生PEC的抗微生物组合物包含两种阳离子聚合物(即，聚DADMAC和PEI)、阴离子聚合物(PAAS)、钛酸酯、TiO₂颗粒(光催化剂)和作为载体的水。PEC的产生不需要醇。在PEC形成后，一定比例的水被醇替代。当组合物用作消毒剂喷雾时，醇有助于杀灭细菌。醇还有助于组合物更快地干燥以形成残留的自消毒膜。用醇替代水可以是5％的醇至90％的醇，优选35％至70％。

实施例2

该实施例证明了根据本发明实施方案的抗微生物组合物显示出对革兰氏阳性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)和革兰氏阴性大肠杆菌(ATCC8739)的未来抗微生物防护作用。

制备消毒组合物，其包含表9中列出的250kDa的聚DADMAC或超高分子量(1000000g/摩尔)的聚DADMAC、水-甲醇混合物、钛酸酯和官能化的TiO₂颗粒。报告的杀灭率和时间是用经细菌接种7日龄的膜测量的。细菌测试由独立的测试实验室BioSanLaboratories公司(密歇根州沃伦)进行，并且4.8K ppm膜的结果列于表10中。本文使用的模拟EPA耐久性测试由具有规定重量的必需的12个交替的湿和干擦拭物组成。5分钟后测量从每个样品回收的生物体。结果列于表10第4行。

表9

表10

从表10中列出的结果可以明显看出，超高分子量的聚DADMAC在防止革兰氏阳性(MRSA)和革兰氏阴性(大肠杆菌)细菌的未来生长方面非常有效，在5分钟内杀灭率高于99.5％。另外，在7天的时间段后测量的这些结果证明，抗微生物的残留自消毒膜在该有效水平下持续杀灭。此外，超高分子量的聚DADMAC在EPA耐久性测试后同样有效地杀灭革兰氏阴性(大肠杆菌)细菌。因此，抗微生物的残留自消毒膜不容易从表面除去。

实施例3

该实施例证明了根据本发明实施方案的抗微生物组合物显示出对甲型流感(H1N1)(ATCC CCL-34)包膜病毒和MS2(ATCC 15597-B1)无包膜病毒的未来抗微生物防护作用。

根据表8、表9或表11在水-甲醇混合物中制备包含聚DADMAC和/或PEI、钛酸酯和任选的官能化TiO₂的消毒组合物。报告的杀灭率和时间是用经病毒接种7日龄的膜测量的。病毒测试由独立的测试实验室Antimicrobial Test Laboratories(得克萨斯州朗德罗克)进行，结果列于表12中。

表11

表12

从表12中列出的结果显而易见，包含聚DADMAC和TiO₂的抗微生物组合物在接触30分钟内裂解98.2％的甲型流感(H1N1)病毒的log4群体，在60分钟内裂解99％。此外，包含PEI的抗微生物组合物在5分钟内杀灭97.4％的无包膜病毒MS2的log4群体，在30分钟内杀灭99％。表12还表明，添加了33％PEI的包含聚DADMAC、TiO₂和PEI的消毒组合物变得更具抗病毒性，特别是针对无包膜的MS2。在没有PEI的情况下，在30分钟内杀灭82.3％，但含有33％的PEI时，在30分钟内杀灭95％。此外，表12表明包含聚DADMAC和TiO₂的抗微生物组合物在接触30分钟内仅杀灭82.3％的无包膜MS2病毒，24小时后这一数值增加至97.8％。

实施例4

该实施例证明了根据本发明实施方案的抗微生物组合物显示出对产生孢子的艰难梭菌(ATCC 43598)的未来抗微生物防护作用。

在水-甲醇混合物中制备包含超高分子量聚DADMAC、钛酸酯和官能化TiO₂的抗微生物组合物，如表9所示。报告的杀灭率和时间是用经细菌接种7日龄的膜测量的。细菌测试由独立的测试实验室Antimicrobial Test Laboratories(得克萨斯州朗德罗克)进行，结果列于表13中

表13

测试的艰难梭菌	材料和/或特殊测试条件	初始Log	8小时内的杀灭％
				ATC#43598	超高分子量聚DADMAC/TiO<sub>2</sub>	6.75×10<sup>5</sup>	98％

从表13中列出的结果显而易见，包含超高分子量聚DADMAC和TiO₂的抗微生物组合物在8小时内杀灭98％的艰难梭菌(ATCC 43598)的log5群体。

实施例5

该实施例证明了根据本发明实施方案的抗微生物组合物显示出对真菌巴西曲霉的未来抗微生物防护作用。

使用表9中所示的配方在水-甲醇混合物中制备包含超高分子量聚DADMAC、钛酸酯和官能化TiO₂的抗微生物组合物。报告的杀灭率和时间是用经真菌接种7日龄的膜测量的。真菌测试由独立测试实验室BioSan Laboratories公司(密歇根州沃伦)进行，结果列于表14中。

表14

测试的真菌	材料和/或特殊测试条件	初始Log	8小时内的杀灭％
				巴西曲霉	超高分子量聚DADMAC/TiO<sub>2</sub>	2.15×10<sup>4</sup>	86％

从表14中列出的结果显而易见，包含超高分子量聚DADMAC、钛酸酯和TiO₂的抗微生物组合物在8小时内杀灭86％的巴西曲霉的log4群体。

实施例6

该实施例证明了根据本发明实施方案的抗微生物组合物表现出对革兰氏阳性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的未来抗微生物防护作用。

除了不存在二氧化钛之外，根据表9中列出的组分制备消毒组合物。本文使用的模拟EPA耐久性测试由具有规定重量的必需的12个交替的湿和干擦拭物组成。5分钟后测量从每个样品回收的生物体。结果示于表15中。

表15

*cfu/样品–每个回收样品的菌落形成单位

该实施例证明了由含有聚DADMAC、钛酸酯和载体的抗微生物组合物形成的膜表现出对MRSA的“后续杀灭”抗微生物防护作用。

实施例7

该实施例证明了包含聚DADMAC和载体的组合物表现出抗微生物活性。

在水-甲醇(80/20)混合物中制备包含低分子量聚DADMAC(250000g/摩尔)或超高分子量(1000000g/摩尔)聚DADMAC的抗微生物组合物。将组合物涂覆在透明载玻片上，使其干燥以形成膜。测试聚DADMAC膜对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的杀灭能力。5分钟后测量从每个样品回收的生物体。结果示于表16中。

表16

*cfu/样品–每个回收样品的菌落形成单位

出乎意料地发现，用超高分子量聚DADMAC产生的膜在杀灭革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌方面比低分子量(250000g/摩尔)更有效。如表16所示，在暴露于log 7MRSA群体5分钟后，250000g/摩尔分子量的膜仅提供2.08的抗微生物活性。相比之下，在每种情况下使用相同量的聚合物，1000000g/摩尔分子量的膜产生5.7的抗微生物活性，即超过两倍。认为较低分子量的聚DADMAC与较高分子量的聚DADMAC的杀灭率差异可能是由于膜形成的差异而不是电荷密度的差异导致的。

实施例8

该实施例说明了在织物上用本发明实施方案中的抗微生物组合物提供残留的自消毒膜。

制备PEC形式的抗微生物组合物，其包含6000ppm的聚DADMAC、1500ppm的聚丙烯酸、400ppm的钛酸酯和0.1重量％的官能化TiO₂颗粒。在漂洗循环中将该组合物施加至布，然后使用美国纺织化学家和染色家协会(AATCC)测试方法100测试抗微生物抗性，该测试方法被设计用于评估织物上抗微生物表面材料的性能。该测试表明，基于聚合物的组合物能够在4小时后在布上裂解99.58％的log4MRSA群体(表17)。虽然AATCC未规定标准，但类似的测试方法ISO 20743推荐2-Log₁₀或99％减少。

表17

制备包含在载体中的4000ppm PEI、2000ppm聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二甲基氯化铵)和25ppm羧化的支化PEI的第二抗微生物组合物，其pH为约6。在漂洗循环中将组合物施加至布，然后在与上述相同的条件下测试抗微生物剂抗性。结果示于表18中。

表18

实施例9

该实施例证明了含有钛酸酯的抗微生物组合物显示出对大肠杆菌的抗微生物防护作用。

将含有在水中的钛酸酯的组合物施加至载玻片。将经涂覆的载玻片放置5天，然后用log6的大肠杆菌群体接种该载玻片。在24小时后纯的钛酸酯膜达到88.72％的杀灭率，如表19中所示。

表19

*cfu/样品–每个回收样品的菌落形成单位

实施例10

该实施例证明了本发明实施方案中的手消毒剂组合物的抗微生物活性。

在室温下，剧烈搅拌在水中的4000ppm线性PEI，以产生PEI分散体。在剧烈搅拌下，然后将分散体中的PEI用柠檬酸质子化，从而使pH达到6并产生澄清液体。然后将澄清液体升温至70℃。然后滴入乙醇和1,2-丙二醇，使得澄清液体的温度保持在65℃。将澄清混合物从加热中取出以避免过量的醇蒸发，然后在覆盖的同时搅拌至少4小时。所得的可混溶共混物包含4000pm非化学改性的线性PEI、72％乙醇、5％1,2-丙二醇、0.25重量％柠檬酸和余量的水。

手消毒剂组合物对无包膜病毒的活性符合ASTM E 1052-96(2002)(“评估杀微生物剂对悬浮液中病毒的活性的标准测试方法”)。使用该测试，手消毒剂制剂使MS2(无包膜病毒的替代物)灭活，其中在接触60秒内使MS2减少99.9％(log 3)。手消毒剂组合物对MRSA(革兰氏阳性细菌)和大肠杆菌(革兰氏阴性细菌)的活性符合ASTM E 2315。手消毒剂组合物使两种细菌灭活，其中在接触30秒内使两种细菌减少99.999％(log5)。表20总结了这些测试的结果。

表20

实施例11

该实施例说明了本发明实施方案中官能化TiO₂颗粒的合成。

使用以下方法使TiO₂颗粒官能化。以1g钨掺杂的20nm液相合成的TiO₂作为起始原料，加入5g尿素，并将混合物在400℃下煅烧40分钟，得到NTiO₂。然后将NTiO₂研磨成细粉末，针对每克NTiO₂加入10g研磨球并且加入10％尿素。将混合物在300rpm下研磨30分钟。30分钟后，加入200mL水，并将混合物再研磨5分钟。然后使经研磨的混合物经历160W的UV光照。1小时后，倾析混合物并离心，在黑暗中加入0.5mM染料。将混合物再次倾析并离心，之后再加入水。

本文引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利均通过引用并入本文中，其程度如同每个参考文献被单独且具体地指出通过引用而并入并且在本文中完整地阐述。

在描述本发明的上下文中(特别是在以下权利要求的上下文中)使用术语“一个”和“该”和“至少一个”以及类似的表述应被解释为涵盖一个和多于一个，除非本文另有说明或明确与上下文相矛盾。在一个或多个项目的列举中使用术语“至少一个”(例如，“A和B中的至少一个”)应被解释为表示从列出的项目中选择一个项目(A或B)或所列项目中的两个或更多个的任何组合(A和B)，除非本文另有说明或明确与上下文相矛盾。除非另有说明，否则术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”应被解释为开放式术语(即，意味着“包括但不限于”)。除非本文另有说明，否则本文中对数值范围的描述仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独值的简写方法，并且每个单独的值并入本说明书中，如同其在本文中单独引用一样。除非本文另有说明或上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法可以以任何合适的顺序进行。除非另外声明，否则本文提供的任何和所有实例或示例性语言(例如，“例如”)的使用仅旨在更好地说明本发明，而不是对本发明的范围进行限制。说明书中的任何语言都不应被解释为表明任何未要求保护的要素对于本发明的实践是必不可少的。

本文描述了本发明的优选实施方案，包括发明人已知的实施本发明的最佳方式。在阅读前面的描述后，那些优选实施方案的变化方案对于本领域普通技术人员来说可以变得显而易见。发明人期望熟练的技术人员适当地采用这些变化方案，并且发明人希望本发明以不同于本文具体描述的方式实施。因此，本发明包括适用法律所允许的所附权利要求中所述主题的所有修改和等同物。此外，除非本文另有说明或上下文明显矛盾，否则本发明涵盖上述要素的所有可能变化方案的任何组合。

Claims (27)

1.一种抗微生物组合物，其包含：

(a)阳离子聚合物，

(b)至少一种黏附促进剂，

(c)任选的在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒，和

(d)载体，

其中，

所述组合物的组分彼此不共价结合，以及

所述抗微生物组合物符合以下测试中的一种或多于一种：

(i)根据美国材料与测试协会(ASTM)国际方法E1153的杀菌喷雾测试，该测试满足EPA对病毒的log3减少和对细菌的log5减少的要求，

(ii)根据ASTM国际方法E1052-96(2002)或ASTM国际方法E2315(2016)的悬浮测试，

(iii)根据抗微生物活性的日本工业标准(JIS)Z 2801(2006)测试或此类测试的改进版本，由所述组合物形成的膜

(iii-a)在30分钟内杀灭至少95％的革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌的log5群体，

(iii-b)在接触30分钟内杀灭至少95％的包膜病毒的log4群体，

(iii-c)在接触30分钟内杀灭至少95％的无包膜病毒，和/或

(iii-d)在接触24小时内杀灭至少94％的艰难梭菌的log4群体，

(iv)由所述组合物形成的膜具有根据国际标准化组织(ISO)10993-5体外细胞毒性测试的2或更小的值，和

(v)耐久性测试，其选自(v-a)根据环境保护局(EPA)方案#01-1A残留自消毒活性测试，由所述组合物形成的膜杀灭至少99.9％的革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌，或(v-b)根据方案#01-1A残留自消毒活性测试的改进版本，在膜形成后等待7天，由所述组合物形成的膜杀灭至少95％的革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌，或包膜病毒和无包膜病毒。

2.根据权利要求1所述的抗微生物组合物，其中所述阳离子聚合物是聚二烯丙基二烷基铵盐、丙烯酰氧基烷基三烷基铵盐、乙烯基苯基烷基三烷基铵盐、丙烯酰氨基烷基三烷基铵盐、聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二烷基铵盐)、基于聚乙烯亚胺的聚合物、任选地与阴离子聚合物组合使用的壳聚糖、或其组合。

3.根据权利要求2所述的抗微生物组合物，其中聚二烯丙基二烷基铵盐是聚二烯丙基二甲基卤化铵，并且卤离子是氯离子、氟离子、含氯阴离子、含氟阴离子、或其组合。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的抗微生物组合物，其中所述阳离子聚合物是非化学改性的线性聚乙烯亚胺(PEI)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的抗微生物组合物，其中所述至少一种黏附促进剂选自钛酸酯、羧化的支化或线性PEI、硅烷化合物、阳离子嵌段共聚物、以及包含酰基、羧酸基团、或羧酸衍生物中的至少一种的聚合物、及其组合。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的抗微生物组合物，其中所述在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒选自石墨烯、g-C₃N₄、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、过渡金属硒化物、染料敏化剂、共轭聚合物、贵金属、或其混合物。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的抗微生物组合物，其中所述在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒是在紫外(UV)光下水解的W-掺杂和N-掺杂的TiO₂颗粒。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的抗微生物组合物，其中所述抗微生物组合物不包含杀病菌的小分子化合物。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的抗微生物组合物，其中所述抗微生物组合物还包含至少一种杀病菌的小分子化合物。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的抗微生物组合物，其中所述抗微生物组合物还包含一种或多于一种非电解质聚合物。

11.根据权利要求10所述的抗微生物组合物，其中所述一种或多于一种非电解质聚合物包括聚丙烯酰胺。

12.一种抗微生物组合物，其包含基于聚乙烯亚胺的聚合物；任选的第二阳离子聚合物，其选自聚二烯丙基二烷基铵盐、聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二烷基卤化铵)、壳聚糖、或其组合；任选的多元酸；任选的至少一种黏附促进剂；和载体。

13.根据权利要求12所述的抗微生物组合物，其中所述基于聚乙烯亚胺的聚合物是线性PEI。

14.根据权利要求12或13所述的抗微生物组合物，其中所述组合物包含非化学改性的线性PEI、聚二烯丙基二甲基氯化铵(聚DADMAC)、任选的柠檬酸、羧化的支化PEI、和水-醇载体。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的抗微生物组合物，其中所述组合物包含柠檬酸。

16.一种抗微生物组合物，其包含至少一种在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒、至少一种黏附促进剂、和载体，其中由所述抗微生物组合物形成的膜在JIS Z2801的条件下杀灭微生物，所述JIS Z 2801通过不要求经接种的膜被覆盖并在接种物干燥后开始测试时间而进行修改。

17.一种杀灭表面上的微生物的方法，其包括向表面施用权利要求1至16中任一项的抗微生物组合物。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，载体蒸发从而在表面上留下残留的自消毒膜。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述残留的自消毒膜使表面具有杀细菌、杀病毒和/或杀病菌的作用。

20.根据权利要求18或19所述的方法，其中，所述残留的自消毒膜杀灭以下的一种或多于一种：

(i)在接触30分钟内杀灭至少95％的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的log5群体；

(ii)在接触30分钟内杀灭至少95％的革兰氏阴性大肠杆菌(ATCC 8739)的log5群体；

(iii)在接触60分钟内杀灭至少95％的甲型流感(H1N1)(ATCC CCL-34)包膜病毒的log4群体；

(iv)在接触30分钟内杀灭至少95％的无包膜病毒；和/或

(v)在接触24小时内杀灭至少75％的艰难梭菌(ATCC 43598)的log4群体。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述无包膜病毒是MS2(ATCC 15597-B1)。

22.一种杀灭表面上的微生物的方法，其包括向表面施用包含高分子量聚二烯丙基二烷基铵盐和载体的抗微生物组合物。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述抗微生物组合物还包含基于聚乙烯亚胺的聚合物、壳聚糖、或其组合。

24.根据权利要求22或23所述的方法，其中，所述抗微生物组合物还包含在可见光下具有光催化活性的有机颗粒和/或无机颗粒。

25.根据权利要求22至24中任一项所述的方法，其中，所述抗微生物组合物不含杀病菌的小分子化合物。

26.根据权利要求22至25中任一项所述的方法，其中，所述载体蒸发从而在表面上留下残留的自消毒膜。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述残留的自消毒膜杀灭以下的一种或多于一种：

(i)在接触30分钟内杀灭至少95％的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的log5群体；

(ii)在接触30分钟内杀灭至少95％的革兰氏阴性大肠杆菌(ATCC 8739)的log5群体；

(iii)在接触60分钟内杀灭至少95％的甲型流感(H1N1)(ATCC CCL-34)包膜病毒的log4群体；

(iv)在接触30分钟内杀灭至少95％的无包膜病毒；和/或

(v)在接触24小时内杀灭至少75％的艰难梭菌(ATCC 43598)的log4群体。