CN115336594B - 抗微生物组合物及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本揭示公开一种抗微生物组合物及其制造方法。所述抗微生物组合物包含多个光触媒粒子、一或多种金属粒子、一或多种芳香化合物及一溶剂。所述金属粒子及所述芳香化合物结合于所述光触媒粒子上。所述溶剂为水。所述抗微生物组合物能有效抑制微生物生长而不会危害人体健康，并且能喷涂在各种物品上而不会对所述物品造成损坏。
Description
技术领域
本揭示涉及抗微生物组合物的技术领域，特别是涉及一种含有光触媒的抗微生物组合物及其制造方法。
背景技术
随着人们生活水准提升，对于生活环境之洁净度的要求亦与日俱增，从而带动了抗微生物材料的发展。然而，现有的抗微生物组合物一般包含有对人体健康可能有危害的化学抗微生物剂、有机溶剂，以及诸如人工香精等添加物。此外，为了加强抑制微生物生长的效果，现有的抗微生物组合物多设计为酸性或碱性，而对由某些材料制成的物品会造成损坏，因此使用者无法随意地将现有的抗微生物组合物涂覆或喷涂在各种物品上。因此，有需要研发一种新颖的抗微生物组合物，其能有效抑制微生物生长而不会危害人体健康，并且能喷涂在各种物品上而不会对所述物品造成损坏。
发明内容
为了解决上述技术问题，本揭示提供一种抗微生物组合物，其包含多个光触媒粒子、一或多种金属粒子、一或多种芳香化合物及一溶剂。所述金属粒子及所述芳香化合物结合于所述光触媒粒子上。所述溶剂为水。
在一实施例中，所述光触媒粒子在所述抗微生物组合物中的含量可为1-10重量％。所述光触媒粒子可包含一或多种由下列任一者制成的光触媒粒子：氧化钛、氧化锡、氧化钨、氧化铁、氧化锌、氧化铬、氧化钼、氧化钌、氧化锗、氧化铅、氧化镉、氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化锰、氧化钴、氧化铑、氧化镍、氧化铼及氧化锆。
在一实施例中，所述金属粒子在所述抗微生物组合物中的浓度可为10-1000ppm。所述金属粒子可包含一或多种由下列任一者制成的金属粒子：银、铜及铂。
在一实施例中，所述光触媒粒子呈具有15-20nm的长径及6-10nm的短径之椭球体，且所述金属粒子呈粒径为1-5nm的球形。
本揭示还提供一种抗微生物组合物的制造方法，其包含：将所述光触媒前驱物、金属离子化合物及芳香化合物加入水中而形成混合液；将酸性溶液加入所述混合液，以使所述光触媒前驱物、金属离子化合物及芳香化合物完全溶解，从而使所述混合液变成所述透明溶液；将还原剂及碱性溶液加入所述透明溶液，其中还原剂使金属离子化合物的一或多种金属离子还原成一或多种金属粒子，所述碱性溶液使光触媒前驱物形成光触媒中间产物，以及所述金属粒子与所述芳香化合物结合于所述光触媒中间产物上；取出沉积在所述透明溶液下层的含有所述光触媒中间产物及水之稠状溶液；去除所述稠状溶液中源自于所述酸性溶液与所述碱性溶液的带电离子，以使所述稠状溶液的pH值为6-8；以及将水加入稠状溶液，并在70-85℃下以50-150rpm搅拌，直到所述光触媒中间产物结晶形成光触媒粒子，进而形成含有1-10重量％之光触媒粒子的抗微生物组合物。
在一实施例中，所述光触媒前驱物为乙酰丙酮钛，所述光触媒中间产物为氧化钛，所述光触媒粒子为氧化钛结晶，所述金属离子化合物为硝酸银，且所述金属粒子为银粒子。
在一实施例中，所述酸性溶液为氯化氢，所述还原剂为维他命C，碱性溶液为氨水。
在一实施例中，在将所述光触媒前驱物、金属离子化合物及芳香化合物加入水中而形成混合液的步骤之前，所述抗微生物组合物的制造方法还包含：从植物萃取所述芳香化合物。
在本揭示所提供的抗微生物组合物中，抗微生物活性成分为结合有金属粒子及芳香化合物的光触媒粒子，且溶剂为水。所述抗微生物活性成分能有效抑制微生物生长。再者，所述光触媒粒子、金属粒子、从植物萃取的芳香化合物及水本身及其组合皆不会危害人体健康。此外，所述抗微生物组合物的pH为6-8，因此亦不会对任何材料所制成的物品造成损坏，使得使用者能随意地将所述抗微生物组合物喷涂在各种物品上。
附图说明
图1系本发明实施例之抗微生物组合物的示意图。
具体实施方式
请参照图1，本发明提供一种抗微生物组合物100，其包含多个光触媒粒子11、一或多种金属粒子13、一或多种芳香化合物15及一溶剂20。所述金属粒子13是在凡得瓦力的作用下结合于所述光触媒粒子11上。所述芳香化合物15是透过其官能基结合于所述光触媒粒子11上。所述溶剂20为水。结合有所述金属粒子13及所述芳香化合物15的所述光触媒粒子11均匀分散于所述抗微生物组合物100中。
在一实施例中，所述光触媒粒子在所述抗微生物组合物中的含量可为1-10重量％。所述光触媒粒子11可呈具有15-20nm的长径及6-10nm的短径之椭球体。相较于呈圆球状的光触媒粒子，呈椭球体状的光触媒粒子11的表面积较大，因此具有较强的氧化力。所述光触媒粒子可包含一或多种由下列任一者制成的光触媒粒子：氧化钛、氧化锡、氧化钨、氧化铁、氧化锌、氧化铬、氧化钼、氧化钌、氧化锗、氧化铅、氧化镉、氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化锰、氧化钴、氧化铑、氧化镍、氧化铼及氧化锆，但不限于此。所述光触媒粒子11的材料仅要是在形成奈米粒子后、经光(可见光或紫外光)激发时能使氧或水分氧化或还原成羧自由基(hydroxyl radical，OH－)及超氧阴离子(superoxide anion，O2 －)等自由基的半导体材料即可。前述自由基具有强氧化力，能破坏细菌及霉菌等微生物的结构。换言之，所述光触媒粒子11具有抗菌及防霉等抗微生物的功效。再者，所述光触媒粒子11具有高的化学稳定度且不会释出有害物质。在特定实施例中，所述光触媒粒子11为氧化钛的锐钛矿(anatase)型结晶，其又称为「光合钛」。
在一实施例中，所述金属粒子在所述抗微生物组合物中的浓度可为10-1000ppm。所述金属粒子13可呈粒径为1-5nm的球形。所述金属粒子可包含一或多种由下列任一者制成的金属粒子：银、铜及铂。所述金属粒子13可包含一或多种由下列任一材料所制成的金属粒子：银、铜及铂，但不限于此。所述金属粒子13的材料仅要是能释放出具有抗微生物功效的金属离子的材料即可。所述金属离子可通过干扰细胞壁合成、损坏细胞膜、抑制蛋白质合成及/或干扰核酸合成来破坏细菌及霉菌等微生物。换言之，所述金属粒子13具有抗菌及防霉等抗微生物的功效。再者，所述金属粒子13具有高化学稳定度及高安全性。
在一实施例中，所述芳香化合物15是萃取自植物，诸如樟树，但不限于此。所述芳香化合物15可包含具有抗菌及/或防霉功效的化合物。所述芳香化合物15使所述抗微生物组合物100整体具有宜人的香气。所述芳香化合物15可包含下列化合物中的一或多者：1,4-桉油醇(1,4-cineole)、1,8-桉油醇(1,8-cineole)、葑酮(fenchone)、葑醇(fenchol)、芳樟醇(linalool)、莰酮(camphor)、1-萜品醇(1-terpineol)、α-萜品醇(α-terpineol)、α-二氢萜品醇(α-dihydro-terpineol)、γ-萜品醇(γ-terpineol)、萜品烯-4-醇(terpinen-4-ol)、内-龙脑(endo-borneol)、m-异丙酚(m-isopropylphenol)、香茅醇(citronellol)及桃金娘醇(myrtanol)。
本发明还提供一种抗微生物组合物100的制造方法，其包含：(1)将所述光触媒前驱物、金属离子化合物及芳香化合物15加入水中而形成混合液；(2)将酸性溶液加入所述混合液，以使所述光触媒前驱物、金属离子化合物及芳香化合物15完全溶解，从而使所述混合液变成所述透明溶液；(3)将还原剂及碱性溶液加入所述透明溶液，其中所述还原剂使金属离子化合物的一或多种金属离子还原成一或多种金属离子13，所述碱性溶液使光触媒前驱物形成光触媒中间产物，且所述金属粒子13与所述芳香化合物15结合于所述光触媒中间产物上；(4)取出沉积在所述透明溶液下层的含有所述光触媒中间产物及水之稠状溶液；(5)去除所述稠状溶液中源自于所述酸性溶液与所述碱性溶液的带电离子，以使所述稠状溶液的pH值为6-8；以及(6)将水加入稠状溶液，并在70-85℃下以50-150rpm搅拌，直到所述光触媒中间产物结晶形成光触媒粒子11，进而形成含有1-10重量％之光触媒粒子11的抗微生物组合物100。
在一实施例中，所述光触媒前驱物为乙酰丙酮钛。所述光触媒中间产物为氧化钛。所述光触媒粒子为氧化钛结晶。所述金属离子化合物为硝酸银。所述金属粒子为银粒子。所述酸性溶液可为氯化氢。所述还原剂可为维他命C。所述碱性溶液可为氨水。
在一实施例中，在将所述光触媒前驱物、金属离子化合物及芳香化合物加入水中而形成混合液的步骤之前，所述抗微生物组合物的制造方法还包含：从植物萃取所述芳香化合物。
在本发明所提供的抗微生物组合物100中，抗微生物活性成分为结合有金属粒子13及芳香化合物15的光触媒粒子11，且溶剂20为水。所述抗微生物活性成分能有效抑制微生物生长。再者，所述光触媒粒子11、金属粒子13、从植物萃取的芳香化合物15及溶剂20本身及其组合皆不会危害人体健康；并且所述抗微生物组合物100不包含对人体健康可能有危害的化学抗微生物剂、有机溶剂，以及诸如人工香精等添加物。此外，所述抗微生物组合物100的pH为6-8，因此亦不会对任何材料所制成的物品造成损坏，使得使用者能随意地将所述抗微生物组合物100喷涂在各种物品上。
为验证本发明的抗微生物组合物100在抑制微生物生长上的优异功能，以下列具体实施例为例，来进行抗菌实验与防霉实验。
具体实施例的制备
步骤1：从桧木萃取出芳香化合物。具体地，交替使用水蒸馏(WaterDistillation)及蒸气蒸馏(Steam Distillation)的方式来蒸馏桧木，以取得桧木蒸馏液。蒸馏所用之水的电导度约为20us/cm。所述桧木蒸馏液包含油层及水层。取出所述桧木蒸馏液中的水层，来进行后续的步骤。所述桧木蒸馏液中的水层包含下列亲水性的芳香化合物：1,4-桉油醇、1,8-桉油醇、葑酮、葑醇、芳樟醇、莰酮、1-萜品醇、α-萜品醇、α-二氢萜品醇、γ-萜品醇、萜品烯-4-醇、内-龙脑、m-异丙酚、香茅醇及桃金娘醇。步骤1亦可省略，改采用市售的萃取自桧木之亲水性芳香化合物，来进行后续的步骤。
步骤2：将145g的乙酰丙酮钛、2.5g的硝酸银及1Kg的桧木蒸馏液之水层及2Kg的水加入反应槽，以形成混合液。
步骤3：将1M的氯化氢以约10cc/min的速度持续加入反应槽，以使所述混合液的pH值维持在1-3；同时以300-500rpm的转速进行搅拌，直到乙酰丙酮钛及硝酸银完全溶解，从而使得所述混合液变成透明溶液。
步骤4：将5g的维他命C加入反应槽，并持续以300-500rpm的转速进行搅拌，以使硝酸银中的银离子还原成银粒子。
步骤5：将15M的氨水以约10cc/min的速度持续加入反应槽，以使所述透明溶液的pH值维持在9-10；同时持续以300-500rpm的转速进行搅拌，直到乙酰丙酮钛形成白色的氧化钛，且所述萃取自桧木之亲水性芳香化合物与所述银粒子结合于所述氧化钛上。具体地，所述银粒子是在凡得瓦力的作用下与氧化钛中的钛原子结合。所述芳香化合物是透过其官能基结合于氧化钛上。可通过氨水加入的时间和多寡来停止银离子的还原，从而控制银粒子的大小。
步骤6：静置1-2天后，取出沉积在所述反应槽下层之约1-1.2Kg的白色稠状溶液。所述白色稠状溶液包含结合有银粒子及芳香化合物的氧化钛，以及水。
步骤7：以超音波振荡所述稠状溶液60分钟，使得结合有银粒子及芳香化合物的氧化钛均匀分散于水中，从而使所述稠状溶液成为均相溶液。此步骤亦可省略。
步骤8：以核子级交换树脂去除所述均相溶液中源自于氯化氢的氯离子(Cl－)，及源自于氨水的氨根离子(NH4+)，以使所述稠状溶液的pH值为6-8。
步骤9：以过滤板滤出所述均相溶液中的核子级树脂。具体地，所述过滤板的孔洞尺寸大于结合有银粒子及芳香化合物之氧化钛的尺寸，且小于核子级树脂的尺寸。以所述过滤板过滤所述均相溶液时，所述核子级树脂会残留在所述过滤板上，结合有银粒子及芳香化合物之氧化钛及水会流过所述过滤板，从而获得pH值为6-8的均相溶液。
步骤10：将所述pH值为6-8的均相溶液加入搅拌槽中，并加入20us/cm的纯水直至所述均相溶液的总重量为10Kg；并且在70-85℃的常压下以50-150rpm的转速搅拌，直到氧化钛结晶而形成光触媒粒子，使得所述均相溶液形成含有约1重量％之光触媒粒子(氧化钛结晶)、约100ppm银粒子、前述桧木之亲水性芳香化合物及水的抗微生物组合物。所述抗微生物组合物的pH值为7.5。所述光触媒粒子(氧化钛结晶)为具有16-18nm的长径及8-10nm的短径之椭球体。所述银粒子为具有1-2nm的粒径为之球形。所述银粒子是在凡得瓦力的作用下与光触媒粒子(氧化钛结晶)中的钛原子结合。所述芳香化合物是透过其官能基结合于光触媒粒子上。
抗细菌实验
将前述具体实施例的抗微生物组合物检送至SGS台湾检验科技股份有限公司(SGSTaiwan Limited)以美国的Pharmacopeia Microbiological Tests之<51>AntimicrobialEffectiveness Testing进行检测。检测结果请参阅表1。
表1
当灭菌率R<1％时，表示无明显的抗细菌效果。前述具体实施例的抗微生物组合物对于金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、大肠杆菌(Escherichia coli)及克雷白氏肺炎菌(Klebsiella pneumoniae)的灭菌率R皆大于99.9％。由此可见，前述具体实施例的抗微生物组合物对于革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌)及革兰氏阴性菌(大肠杆菌及克雷白氏肺炎菌)，皆具有优异的抗细菌效果。
抗真菌实验
将前述具体实施例的抗微生物组合物送至台湾检验科技股份有限公司以美国的Pharmacopeia Microbiological Tests之<51>Antimicrobial Effectiveness Testing进行检测。检测结果请参阅表2。
表2
当灭菌率R<1％时，表示无明显的抗真菌效果。前述具体实施例的抗微生物组合物对于白色念珠球菌(Candida albicans)及黑曲菌(Aspergillus brasilienis)的灭菌率R皆大于99.9％。由此可见，前述具体实施例的抗微生物组合物对于不同型态的真菌皆具有优异的抗真菌效果。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明的申请专利范围，凡在本发明的原则内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的申请专利范围之内。
Claims (10)
1.一种抗微生物组合物，其包含：
多个光触媒粒子，其中每个光触媒粒子呈具有15-20nm的长径及6-10nm的短径之椭球体；
一或多种芳香化合物，结合于所述光触媒粒子上；
一或多种金属粒子，结合于所述光触媒粒子上；以及
一溶剂，其中所述溶剂为水。
2.根据权利要求1所述的抗微生物组合物，其特征在于：所述光触媒粒子在所述抗微生物组合物中的含量为1-10重量%。
3.根据权利要求1所述的抗微生物组合物，其特征在于：所述光触媒粒子包含一或多种由下列任一者制成的光触媒粒子：氧化钛、氧化锡、氧化钨、氧化铁、氧化锌、氧化铬、氧化钼、氧化钌、氧化锗、氧化铅、氧化镉、氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化锰、氧化钴、氧化铑、氧化镍、氧化铼及氧化锆。
4.根据权利要求1所述的抗微生物组合物，其特征在于：所述金属粒子在所述抗微生物组合物中的浓度为10-1000ppm。
5.根据权利要求1所述的抗微生物组合物，其特征在于：所述金属粒子包含一或多种由下列任一者制成的金属粒子：银、铜及铂。
6.根据权利要求1所述的抗微生物组合物，其特征在于：所述金属粒子呈粒径为1-5nm的球形。
7.一种抗微生物组合物的制造方法，其包含：
将光触媒前驱物、金属离子化合物及芳香化合物加入水中而形成混合液；
将酸性溶液加入所述混合液，以使所述光触媒前驱物、金属离子化合物及芳香化合物完全溶解，从而使所述混合液变成透明溶液；
将还原剂及碱性溶液加入所述透明溶液，其中所述还原剂使金属离子化合物的一或多种金属离子还原成一或多种金属粒子，所述碱性溶液使光触媒前驱物形成光触媒中间产物，且所述金属粒子与所述芳香化合物结合于所述光触媒中间产物上；
取出沉积在所述透明溶液下层的含有所述光触媒中间产物及水之稠状溶液；
去除所述稠状溶液中源自于所述酸性溶液与所述碱性溶液的带电离子，以使所述稠状溶液的pH值为6-8；以及
将水加入稠状溶液，并在70-85℃下以50-150rpm搅拌，直到所述光触媒中间产物结晶形成光触媒粒子，进而形成含有1-10重量％之光触媒粒子的抗微生物组合物。
8.根据权利要求7所述的抗微生物组合物的制造方法，其特征在于：所述光触媒前驱物为乙酰丙酮钛，所述光触媒中间产物为氧化钛，所述光触媒粒子为氧化钛结晶，所述金属离子化合物为硝酸银，且所述金属粒子为银粒子。
9.根据权利要求8所述的抗微生物组合物的制造方法，其特征在于：所述酸性溶液为氯化氢，所述还原剂为维他命C，且所述碱性溶液为氨水。
10.根据权利要求7所述的抗微生物组合物的制造方法，其特征在于：在将所述光触媒前驱物、金属离子化合物及芳香化合物加入水中而形成混合液的步骤之前，所述方法还包含：从植物萃取所述芳香化合物。
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