CN115605297A - 抑制生物病原体转移的等离子体涂覆处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在表面上提供生物活性层的方法，所述方法包含以下步骤：a)在150℃或更低的低温和约大气压下，电离等离子体气体，从而产生等离子体；b)将前体引入所述等离子体中；c)使所述表面暴露在包含所述前体的所述等离子体中，从而在所述表面形成涂层，其特征在于，所述前体包含生物病原体转移抑制化合物。

Description

抑制生物病原体转移的等离子体涂覆处理方法

技术领域

本发明涉及一种用于表面上的等离子体涂覆的方法和设备，以改变该表面的生物特性，特别是能灭活和/或固定生物病原体的层。利用大气压低温等离子体法在表面形成薄涂层。因此，改变了该表面对于至少一种生物病原体的特性，从而使该表面能够破坏，灭活和/或固定该生物病原体。

发明背景

目前爆发的Sars-Cov-2病毒和Covid-19疾病表明，需要一种有助于防止生物病原体(特别是病毒，但也包含其他生物病原体，如细菌)传播的方法。

许多表面可能会接触到生物病原体，如病毒或细菌。其包括衣服，防护服，家具，家用设备，门把手，还包括许多实验室设备，食品和饮料容器，海洋船舶，水下建筑，微流体芯片，流化床反应器等。

文件EP0859547B1公开了用于修饰纺织品基材的试剂和方法，用于在接触时灭活病毒，特别是脂质包膜病毒。该基材可以通过光化学固定含有季铵基团和碳氢链的亲水聚合物进行修饰，从而形成能够在与基材接触时破坏脂质包膜病毒的局部的表面活性。本发明的基材可以制作成用于医疗和相关用途的物品形式。该文件与湿法沉积有关，其中基材暴露在含有光聚合物的溶液中。

文件WO2008127416A2公开了，已开发出一种疏水聚合物涂层，该涂层可以通过如油漆一般的方式非共价地施加在固体表面(如金属，塑料，玻璃，聚合物，纺织品，以及其他基材，如织物，纱布，绷带，纸巾，以及其他纤维物)上，例如，通过刷涂，喷涂或浸涂，使表面具有杀病毒和杀菌作用。同样在该文件中，涂层通过湿法施加。

上述的涂层技术利用"湿法涂层"，即将表面置于含有涂层材料的液体溶液中。这种湿法涂层技术通常有很多缺点，例如：

-干燥时间长；

-大量废弃物对环境造成巨大压力；

-涂层的均匀性和保形性(conformality)并不总能达到预期，

-涂层的厚度不总是受控，其局部可能比预期的要厚很多，

-涂层可能不能充分渗透到多孔基材中。

此外，可以看到，当使用湿法涂层技术时，后冲洗是必要的，并表现出很多涂层材料仍然被冲洗掉，即很多涂层材料并没有很好地附着在基材上。设想在用于杀菌涂层的情况下，这可能会导致用户所不期望的健康风险。

在过去的几十年中，一种涂层技术获得了巨大的发展，即等离子体涂覆。其中，在基材表面上形成涂层的前体至少部分处于等离子体状态，并且基材表面受到等离子体化的前体的作用。其结果为，前体可以与基材形成牢固的键合和/或在物质分子之间形成交联，从而产生薄但非常耐用，均匀和保形的涂层。若前体是可聚合单体，则聚合可以直接发生在基材表面上。

等离子体涂层技术可以分为操作压力显著低于大气压的真空技术和在大气压或约大气压下操作的大气压技术，例如400mbar至1600mbar，而优选的是非常接近大气压，例如950mbar至1050mbar。本发明涉及一种大气等离子体技术，与真空等离子体技术相比，它具有许多优点，例如不需要耗时的减压步骤，并且容易实现分批处理和流线处理(inlineprocessing)，即依次处理一个或多个待处理物体。

欧洲专利申请EP3650580A1公开了一种通过在室温和60℃之间的温度下，产生并保持大气压低温等离子体，来将生物分子经由连接分子固定在基材样品表面的两步方法。优选的等离子体温度是室温。该方法包含第一步骤和第二步骤，两者依次进行。在该方法的第一步骤中，通过将样品表面暴露于第一等离子体射流和连接分子，将连接分子沉积到样品表面上，从而在样品表面上生成连接层。在该方法的第二后续步骤中，通过将连接层暴露于第二等离子体射流和生物分子，将生物分子沉积到连接层上。

德国专利申请公开了一种将自清洁层，特别是自清洁和/或抗菌光催化层施加于表面的方法，其中通过在工作气体中放电产生大气压等离子体射流，并将前体材料与工作气体分开引入，前体材料作为气溶胶直接引入等离子体射流。该发明还涉及一种在表面上利用大气压等离子体施加层的设备，其带有产生等离子体射流(26)的等离子体源(2)和混合装置(3，3'，3”)，可以将前体材料作为气溶胶(34)直接引入等离子体射流。

欧洲专利申请EP1939350A1公开了一种用于制备具有抗菌涂层的基材的方法，以及一种具有抗菌涂层的基材。并且，特别是该发明涉及一种使用等离子体处理法在基材的表面上反应产生抗菌涂层的方法。发现该发明的方法几乎不影响基材的物理性能，对环境友好，并且使用高分子量的无毒活性化合物，与传统的湿处理技术相比，具有更好的抗菌活性。

本发明希望在上述技术的基础上进行改进，向表面提供涂层以改变表面对生物有机体和化合物的亲和力，从而实现高通量应用。更具体地，本发明的重点是提供具有生物病原体转移抑制涂层的表面。生物病原体转移抑制涂层是指至少部分，优选完全抑制生物病原体(如生物有机体或生物化合物)转移的涂层。对转移的抑制可以通过以下方式获得：

-灭活生物病原体，即杀生物涂层。

-减少生物病原体的增殖，即减少增殖的涂层/生物抑制涂层(biostaticcoating)。

-固定生物病原体，即生物固定涂层。

在许多情况下，优选灭活生物病原体。

发明概述

本发明涉及一种在表面上提供生物活性层的方法，所述方法包含以下步骤：

a)在低温和约大气压下电离等离子体气体，从而产生等离子体；

b)将前体引入所述等离子体中；

c)将表面暴露在包含所述前体的所述等离子中，从而在所述表面上形成涂层。

由此，前体包含生物病原体转移抑制化合物，其优选是生物病原体灭活化合物，生物病原体固定化合物和/或生物病原体增殖减少化合物。

这不同于EP3650580A1，其中在第一步中使用第一前体，在第二步中使用第二前体，第二前体是生物分子，如蛋白质，碳水化合物，脂质和核酸。在本发明中，所使用的前体包含生物病原体转移抑制化合物，即该前体能够仅通过接触而抑制生物病原体的转移。因此，不需要用生物病原体作前体。注意到在本发明的优选实施方式中，前体不是生物分子。由于本发明中的前体不是生物分子，所以可证明，本发明的方法可以在很大的工艺参数范围内执行。抑制生物病原体的转移是一个比较容易保留的功能，因为其只需要使生物病原体失活或死亡，而不需要执行困难的生物功能，例如生化催化作用。此外，在本发明的一个优选的实施方式中，所述表面之前没有使用包含所述步骤a，b和c的等离子体涂覆方法进行涂覆，所述方法使用不同于包含生物病原体转移抑制化合物的第二前体。

这也与DE1028008029681A1所的教导不同，其中，只有随后用紫外线辐射激发涂层以使该层具有生物活性之后，才能达到抗菌效果，即前体本身不包含生物病原体转移抑制化合物。在本发明中，前体本身包含生物病原体转移抑制化合物，从而可以抑制生物病原体的转移，而无需额外的紫外线辐射。请注意，在本发明的一个优选实施方式中，该方法不包含对基材上的生物活性层进行电磁辐照使得该层能够抑制生物病原体转移的步骤。

EP1939350A1中使用的技术涉及到与本发明中不同的技术。EP1939350A1公开了三种技术，其中没有一种明确地公开在等离子体中引入前体，然后将基材暴露在包含所述前体的等离子体中。这也适用于Rachel Davis等在《表面和涂层技术205(2011)》(Surfaceand Coating Technology 205(2011))第4791-4797页中的教导，其中抗菌单体沉积在基材上，随后仅暴露在等离子体中，也适用于国际公开WO2016050419A2，其中首先将前体沉积在基材上，然后暴露在等离子体中，或者将前体与气体混合，然后将混合物等离子化，即前体没有引入等离子体中。

本发明还涉及一种包含使用根据本发明的方法获得的生物病原体转移抑制层的表面。

其中，生物病原体灭活化合物能够灭活病原体。这种灭活化合物的优选实施方式是杀生物化合物，杀病毒化合物和/或杀菌化合物。

在该方法的一个优选实施方式中，前体包含杀生物化合物，更优选下表中的任意化合物或其任意组合，其中为便于参考而显示了结构：

杀病毒前体是化学物质，如单个化合物或组合物，攻击和灭活，即至少部分降低细胞外病毒颗粒(病毒体)的感染性。在许多情况下，杀病毒剂(i)破坏病毒体蛋白衣壳或超级衣壳膜(当此外壳被打破时，病毒就无法将物质注入宿主细胞)，或(ii)渗透到病毒体中，破坏病毒基因组，使其不能再在宿主体内自我复制。病毒颗粒的完整性也可能受到影响。

在一个优选的实施方式中，前体包含杀病毒化合物，更优选的是前体包含下表的任意化合物或其任意组合:

在一个特别优选的实施方式中，该前体包含柠檬酸。柠檬酸可以是无色晶体的形式，其纯度优选为99.5。在这种情况下和其他情况下，优选将柠檬酸溶解，优选溶解在水性溶液中。

在本发明的一个实施方式中，无机物，金属或金属氧化物颗粒与前体共同注入等离子体中。

在一个实施方式中，前体包含抗生素和/或肽。

在一个优选的实施方式中，前体包含乙内酰脲(CAS号461-72-3)或乙内酰脲衍生物。

前体优选包含以下任意化合物或其任意组合：

α,α',α”-三甲基-1,3,5-三嗪-1,3,5(2H,4H,6H)-三乙醇(HPT)，

1-丙醇，2-丙醇，2-苯氧基乙醇，联苯-2-醇，氯甲酚，氯苄酚，

5-氯-2-(4-氯苯氧基)苯酚(DCPP),

D-葡萄糖酸，与N,N"-二(4-氯苯基)-3,12-二亚氨基-2,4,11,13-四氮杂十四烷二脒的化合物(2：1)(CHDG),

6-(苯二甲酰亚氨基)过氧己酸(PAP)

柠檬酸,甲酸,乙醇酸,L-(+)-乳酸,过氧乙酸,水杨酸,壬酸,

(C12-18)-烷基二甲基苄基氯化铵)(ADBAC(C12-18),

(C12-C14)-烷基乙基苄基氯化铵(ADEBAC(C12-C14)),

双癸基二甲基氯化铵(DDAC),

二甲基十八烷基[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]氯化铵,

C12-C18烷基苄基二甲基季铵化合物与1,2-苯并异噻唑-3(2H)-酮,1,1-二氧化物(1:1)的盐(ADBAS),

N-(3-氨基丙基)-N-十二烷基-1,3-丙二胺(二胺),

戊二醛,乙二醛,肉桂醛,3-苯基-丙烯-2-醛(肉桂醛),

二氯异氰尿酸钠二水合物,N-氯苯磺酰胺钠(氯胺B),三氯异氰尿酸(Symclosene),

溴氯-5,5-二甲基咪唑烷-2,4-二酮(BCDMH/溴氯二甲基乙内酰脲),

氯胺T钠(氯胺T钠-氯胺T),曲氯新钠,

5-氯-2-甲基-2H-异噻唑-3-酮(EINECS号247-500-7)与2-甲基-2H-异噻唑-3-酮混合物(EINECS号220-239-6)(CMIT/MIT混合物),

绿谷隆，

过一硫酸氢钾复合盐(Pentapotassium bis(peroxymonosulphate)bis(sulphate))，

2-巯基吡啶-1-氧化物钠盐(吡啶硫酮钠)，

布罗波尔，铜，1,2-苯并异噻唑-3(2H)-酮(BIT)，

3,3'-亚甲基双[5-甲基噁唑烷](羟保松/MBO)，

N-C10-16-烷基丙二胺与氯乙酸的反应产物(Amines,N-C10–16-alkyltrimethylenedi-,reaction products with chloroacetic acid)(Ampholyt 20)，

甲基丙烯酸2-(二乙氨基)乙酯(DIAMA)，

甲基丙烯酸2-(叔丁基氨基)乙酯(BUTAMA)，

3-二甲氨基-1-丙胺(DIMAP)，

N-[(3-(N,N-二甲氨基)丙基]甲基丙烯酰胺(DMAPMA)，

PVP-I2聚乙烯吡咯烷酮-碘络合物

壳聚糖，

乳酸链球菌素，

纳他霉素，

葡萄糖酸氯己定，

氧化铜纳米颗粒，

在一个特别优选的实施方式中，该前体包含柠檬酸。上述前体，特别是柠檬酸，优选用作生物病原体的灭活化合物，以备杀生物层的需要。

附加或替代地，前体可以包含疏水性前体，亲水性二醇基前体，基于氨基的前体，磺酸盐基前体，铵基前体，膦酸酯基前体，天然化合物或其任意组合。更优选的是，前体可以包含以下任意化合物或其任意组合：

1H,1H,2H,2H-全氟癸基丙烯酸酯，

2-(全氟己基)乙基丙烯酸酯，

1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷，

聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯，优选具有高乙二醇含量，优选羟基封端，

二(乙二醇)乙醚丙烯酸酯，

聚(乙二醇)甲醚丙烯酸酯,优选具有高乙二醇含量，

二丙二醇二丙烯酸酯，

三丙二醇二丙烯酸酯，

丙烯酰胺，

2-羟丙基甲基丙烯酰胺，

甲基丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯(DIAMA)，

[2-(甲基丙烯酰氧)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵,优选以溶解的形式，

[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-磺丙基)氢氧化铵,优选以溶解的形式，

氯化[2-(甲基丙烯酰基氧)乙基]三甲基铵盐，优选为水性溶液，更优选75wt％以上的溶液，

氯化[2-(丙烯酰基氧基)乙基]三甲基铵盐，优选为水性溶液，更优选为80wt％以上的溶液，

氯化[3-(甲基丙烯酰胺基)丙基]三甲基铵盐，优选为水性溶液，更优选为50wt％以上的溶液，

氯化3-(丙烯酰胺丙基)三甲基铵盐，优选为水性溶液，更优选为75wt％以上的溶液，

2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱，优选以溶解的形式，

二[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]磷酸酯，

二乙基(丙烯酰氧乙基)磷酰胺，优选是合成的，

磷酸二乙基烯丙酯，

百里香酚，优选为溶解的形式，更优选为醇溶液或有机溶剂溶液，

柠檬酸，优选为溶解的形式，更优选为醇溶液，更优选乙醇溶液，或至少部分溶于水性溶液，

乳酸(DL)，优选以液体形式和/或溶于水性溶液或醇溶液，如乙醇溶液。

这些前体优选用作生物病原体的灭活化合物，其中生物病原体是病毒，以备杀病毒层的需要。

在一个优选的实施方式中，前体包含含卤素的化合物，更优选为卤素浸出化合物，当其存在于本发明的生物活性层中时，能够浸出其卤素。更优选的是，该化合物包含氯，氟，溴和/或碘。特别优选的是卤代乙内酰脲或基于乙内酰脲的化合物，如优选1-溴-3-氯-5,5-二甲基乙内酰脲(也称为BCDMH或溴氯二甲基乙内酰脲，CAS号16079-88-2)。无意囿于理论，预计生物病原体与浸出卤素的生物活性层接触后，可以被灭活。

在一个特别优选的实施方式中，该前体包含丁二酰亚胺或基于丁二酰亚胺的化合物。丁二酰亚胺(CAS号：123-56-8)的结构式：

丁二酰亚胺和基于丁二酰亚胺的化合物特别适合作为生物病原体固定化合物。

在优选的实施方式中，前体包含以下任意一种：

-带有病原体官能团的有机硅氧烷。

-具有官能团的可聚合化合物，其中优选所述可聚合化合物为丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯或乙烯基化合物，和/或

-带有官能团的饱和化合物，

其中，所述官能团是生物病原体转移抑制官能团，可以是含氟官能团，二醇基官能团，氨基，磺酸酯基官能团，铵基官能团或膦酸酯基官能团。在此优选地，氨基可以是伯氨基，仲氨基或叔氨基。在一个优选的实施方式中，所述前体包含FPDA和/或BUTAMA。

本方法还涉及特殊用途:

-本方法用于灭活基材表面的生物病原体，其中前体优选包含杀生物化合物和/或杀病毒化合物。

-本方法用于减少附着在表面的微生物物质的增殖，其中前体优选包含胺，硅氧烷，磺酸酯，铵，膦酸酯，季铵，金属纳米颗粒，酶，表面活性剂，肽，脂肽或其任意组合，以及。

-使用本方法收集表面的微生物物质，其中前体优选包含壳聚糖。

下表5总结了不同前体的具体效果：

在上表中，使用了至少以下化合物的缩写：甲基丙烯酸2-(叔丁基氨基)乙酯(BUTAMA)，甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯(DIMAEMA)。注意上表中测试的前体并不限于已经提到的那些。其他前体也被测试过，其中一些在本文件的其他地方有更详细的讨论。

在一个实施方式中，前体包含羟基(醇)，羧基(酸)，醛，胺，二醇，氟碳，硅氧烷，季铵，磺酸酯，铵，膦酸酯，卤素，天然油，金属(金属纳米颗粒)，金属氧化物，无机粒子，盐，酶，表面活性剂，肽，脂肽，壳聚糖，抗生素或其任意组合。

在本发明的一个实施方式中，生物病原体转移抑制化合物是生物病原体增殖减少化合物，优选是微生物增殖减少化合物。本发明的方法可随后用于减少附着在表面的微生物物质的增殖。在此优选地，前体包含胺，硅氧烷，磺酸酯，铵，膦酸酯，季铵，金属纳米颗粒，酶，表面活性剂，肽，脂肽或其任意组合。

在本发明的一个实施方式中，生物病原体转移抑制化合物是生物病原体固定化合物，优选是微生物收集化合物。本发明的方法可随后用于收集表面的微生物物质。在此优选地，该前体包含壳聚糖。

本申请人发现，上述前体明显改变了与生物有机体和化合物有关的表面特性。更特别的是，所述前体是允许生物病原体的至少部分转移抑制的化合物，所述生物病原体与使用本发明方法在其上沉积了层的表面接触。如上所述，可以通过各种方式获得生物病原体的至少部分转移抑制，这取决于作为前体的化合物。至少有三种可能的效果可以用来抑制生物病原体的转移。

请注意，在本文的上下文中，术语"抑制"包括部分抑制，即生物病原体的转移是不完全的或减缓的。优选是能够完全地抑制转移。

在本文中，术语"生物活性层"是指薄薄的至少部分覆盖在基材表面的薄层。该层可以覆盖整个表面，但部分覆盖也可以是优选的。术语"涂层"和"涂覆层"在本文中与"层"同义使用。本文的术语"生物活性"是指该层对生物或生化物质具有可测量的作用。特别是，在本发明的背景下，该层的生物活性涉及抑制生物病原体的转移。

大气压低温等离子体涂层技术，即前体被注入等离子体中，所述表面暴露在所产生的等离子体中，可以以高吞吐率应用，同时仍然可以获得非常光滑的薄涂层。等离子体技术还允许处理具有较大范围的形状和尺寸的表面。

过去曾应用过等离子体技术在表面沉积薄层。本申请人和发明人此前已就这一主题提交了专利申请。

文件WO2019243631A1公开了一种对包含物体轮廓的物体进行等离子体涂覆的方法，包含以下步骤：a)制造可替换的防护罩，包含射流入口，喷嘴出口和从射流入口延伸到喷嘴出口的侧壁，其中喷嘴出口包含与物体轮廓的至少一部分基本一致的边缘；b)将可替换的防护罩以可拆卸的方式连接到等离子体射流发生器的射流出口；c)将物体放在喷嘴出口处，使物体轮廓与喷嘴出口边缘紧密贴合，从而使喷嘴出口和物体之间的间隙最小；d)用低温无氧等离子体对物体进行等离子体涂覆，其工作压力高于大气压力，优选多10％以下，通过等离子体射流发生器在防护罩中提供等离子体射流，并在防护罩中的等离子体射流中注入涂层前体，来产生所述工作压力，从而在缺氧的等离子体区域对物体进行等离子体涂覆。

文件WO2019038378A1公开了一种在基材上沉积涂层的方法。提供了包含氟丙烯酸酯单体，氟烷基丙烯酸酯单体，氟甲基丙烯酸酯单体，氟烷基甲基丙烯酸酯单体，氟硅烷单体或其组合或衍生物的第一前体。提供了包含线性硅氧烷，硅烷单体，环硅氧烷，环硅烷单体，或其组合或衍生物的第二前体。第一和第二前体共同注入处理区。在所述处理区产生大气压或减压等离子体放电。该基材涂层包含交替的多层(multi-stacked)纳米结构，并通过第一和第二前体的共聚而形成。

这些文件描述了一些将层沉积到表面上的等离子体技术，其通过产生优选为贫氧或无氧的等离子体流，并在等离子体流中引入单体前体。随后，等离子体流被引导至待处理的表面上。由此，单体就会直接在表面发生聚合。该技术使用低温等离子体，通常在0℃和100℃之间，优选在室温下。等离子体也是在大气压或约大气压的压力下应用的，这比真空压力等离子体技术要快得多。等离子体压力略高于环境压力，以确保定向的等离子体流，并确保在处理时周围空气中的氧气从表面排空。

附图说明

图1：在t＝t0时，等离子体开启。将前体R-X添加到等离子体气体中并且使等离子体与基材表面接触。由此前体R-X被自由基化，而表面被活化。

图2：在t＝t1时，等离子体开启。自由基重组反应发生在表面上，导致基材和前体之间形成共价键。

图3：在t＝t2时，等离子体开启。膜的生长和厚度取决于处理时间。同样地，会发生交联。

图4：在t＝t3时，等离子体关闭。在等离子体处理之后，官能化的等离子体沉积膜得以保留，其接枝到基材上。

具体实施方式

如本文所用，下列术语具有以下含义：

除非文中另有明确说明，否则如本文中所用的“一个”，“一种”和“该/所述”包含单数和复数指代。举例来说，“一个隔室”是指一个隔室或多于一个隔室。

当涉及可测值如参数，含量，持续时间等时，本文中使用的术语“约”意指包含与特定值相差+/-20％或更少，优选+/-10％或更少，更优选为+/-5％或更少，更优选为+/-1％或更少，更优选为+/-0.1％或更少的变量，只要所述变量适用于所公开的发明即可。但应理解，修饰语“约”涉及的值其自身也是具体公开的。

本文所用的术语“包含”，“含有”，“包含了”与“包括”，“包括有”，“包括了”或“涵盖”，“涵盖有”，“涵盖了”同义，是包括的或开放式术语，其列举了以下内容(如组件)的存在，并且并不排除或阻碍本领域已知或本公开中揭示的其它未提及的组件，特征，要素，构件，步骤的存在。

此外，在说明书和权利要求书中的术语第一，第二，第三等用来区别类似的元件，而不一定是用来描述顺序或时间顺序，除非特别说明。应理解，在合适的情况下，如此使用的术语可互换使用，本发明所述的实施方式能够按照除本文所述或说明的顺序以外的其它顺序进行操作。

按端点列举的数字范围包括该范围内包含的所有数字和分数，以及列举的端点。

除非另有定义，否则在本文中和整个说明书中，"重量％"，"重量百分比"，"％wt"或"wt％"的表述是指基于制剂总重量的各组分的相对重量。除非另有定义，否则在本文中和整个说明书中，"体积％"，"体积百分比"，"％vol"或"vol％"的表述是指基于制剂总体积的各组分的相对体积。

虽然术语"一个或多个"或"至少一个"，如一组成员中的一个或多个或至少一个成员，本身是明确的，但通过进一步的示例，该术语包含除其他外，所提及的所述成员中的任意一个，或所述成员中的任意两个或多个，例如，所述成员中的任意≥3，≥4，≥5，25≥6或≥7等，以及直至所有的所述成员。

如本文所用，术语抗菌是指减少可能存在于表面的微生物物质(特别是病毒和/或细菌物质)的增殖。

如本文所用，术语抗病毒和杀病毒是指在接触时破坏或灭活病毒的能力。

如本文所用，术语气溶胶是指在空气或其他气体中的细小固体颗粒或液滴的悬浮物。

术语"生物病原体"是指能够产生疾病的生物有机体或化合物。病原体也可以被称为感染性物质，或简单地称为病菌。优选的是，生物病原体是病毒，细菌，原生动物，朊病毒，病毒体或真菌。在一个特别优选的实施方式中，该生物病原体是病毒。在一个优选的实施方式中，优选是生物病原体的灭活。

病毒包膜是许多类型的病毒的最外层。当在宿主细胞之间旅行时，其能保护它们的生命周期中的遗传物质。并非所有病毒都有包膜。在本发明的一个实施方式中，生物病原体是一种脂质包膜病毒或非脂质包膜病毒，优选是脂质包膜病毒。

包膜通常来自宿主细胞膜的部分(磷脂和蛋白质)，但也包括一些病毒糖蛋白。它们可能有助于病毒避开宿主的免疫系统。包膜表面的糖蛋白用于识别并与宿主膜上的受体位点结合。然后，病毒包膜与宿主的膜融合，使得衣壳和病毒基因组进入并感染宿主。

一些包膜病毒还有衣壳，即在包膜和基因组之间的另一蛋白质层。

病毒出芽的细胞经常死亡或被削弱，并在很长一段时间内脱落更多病毒颗粒。这些病毒的脂质双层包膜对干燥，热和洗涤剂相对敏感，因此这些病毒比非包膜病毒更容易消毒，在宿主环境之外的生存能力有限，而且通常必须直接在宿主之间转移。包膜病毒拥有很强的适应性，可以在短时间内改变，以逃避免疫系统。包膜病毒可以引起持续的感染。

包膜病毒的示例：

-DNA病毒：疱疹病毒，痘病毒，肝脏病毒，非洲猪瘟病毒科

-RNA病毒：黄病毒，甲病毒，外衣病毒(Togavirus)，冠状病毒，丁型肝炎病毒，正粘病毒，副粘病毒，弹状病毒[2]，布尼亚病毒，线状病毒

-逆转录病毒

根据本发明，术语"病毒"包括双链或单链的RNA或DNA病毒，其感染细菌，植物和/或动物的细胞。这些病毒包括来自以下病毒科的病毒：虹彩病毒科，非洲猪瘟病毒科，石蛾科(Poxyiridae)，细小病毒科，呼肠孤科，双段双链RNA病毒科(Birnaviridae)，小RNA病毒科，披膜病毒科，黄病毒科，弹状病毒科，布尼亚病毒科，疱疹病毒科，腺病毒科，乳多空病毒科，嗜肝DNA病毒科，冠状病毒科，杯状病毒，沙粒病毒科，副粘病毒科，正黏病毒科，丝状病毒科，逆转录病毒科，杆状病毒科，多去氧核糖核酸病毒科(Polydnaviridae)，天蚕蛾病毒(3病毒科(Nudaurelia(3virus group)，野田村病毒科，花椰菜花叶病毒科，双生病毒科，番茄斑萎病病毒科，黄矮病毒科，玉米褪绿病毒科(Machlovirus)，坏死病毒科，南方菜豆花叶病毒科，番茄丛矮病毒科，芜菁黄花叶病毒科，雀麦草花叶病毒科，黄瓜花叶病毒，等轴不稳定环斑病毒科，苜蓿花叶病毒科，豇豆花叶病毒科，香石竹病毒科，线虫传多面体病毒，豌豆蚀花叶病毒科(Pea enation mosaic virus group)，烟草花叶病毒科，烟草脆裂病毒科，大麦病毒，马铃薯X病毒科，马铃薯Y病毒科，香石竹潜病毒科，线性病毒科，全病毒科，双分病毒科，肌尾病毒科(Myoviridae)，长尾噬菌体科，短尾病毒科，复层噬菌体科，芽生噬菌体科(Plasmaviridae)，被脂病毒科，微病毒科，丝状噬菌体科，囊病毒科和光滑病毒科(Leviviridae)。在一个特别优选的实施方式中，该生物病原体是感染人类细胞的病毒。

应该理解的是，病毒可以包括不属于上述科的病毒或传染源，例如，分别是植物卫星病毒，朊病毒，杆菌病毒和噬菌体。

根据本发明，术语"噬菌体"是指感染特定的细菌菌株，例如沙门氏菌，大肠杆菌，葡萄球菌或假单胞菌噬菌体的噬菌体。在一个优选的实施方式中，该生物病原体是噬菌体。

如上所述，本发明涉及一种在表面提供生物活性层的方法，包含以下步骤:

a)在低温和约大气压下电离等离子体气体，从而产生等离子体；

b)将前体引入所述等离子体中；

c)使表面暴露在包含所述前体的所述等离子体中，从而在所述表面形成涂层，

其中，所述前体包含生物病原体转移抑制化合物。因此，所述生物活性层是生物病原体转移抑制层。本发明非常适合于确保在沉积层的过程中，保持化合物的生物病原体转移抑制功能。这是因为等离子体气体可以在标准的温度和压力条件下应用，例如在室温或约室温，在大气压或约大气压，而且前体被引入等离子体，而不是直接被等离子体化，即前体主要是通过与等离子体物质碰撞而间接激发。这种激发方式减少了前体碎裂的风险或任何其他可能导致功能丧失的原因。

重要的是要意识到，沉积生物活性层的基材可以有任何类型的形状和大小，并且由于其惰性或极度脆弱，可能难以处理，例如天然材料，可生物降解或水溶性材料。然而，本发明的方法是非常温和的，可用于诸多材料，例如优选是以下任意或任意组合：

-可用于基材的聚合物，如优选以下任意一种：

商品(例如PE，PP，PVC，PS，EPDM，聚烯烃……)

·工程热塑性塑料(例如PET，PBT，PMMA，PC，PES，聚酰胺，芳香族聚酰胺，丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(ASA)，丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)……)

·氟化聚合物(例如PTFE，PVDF，氟化乙烯丙烯(FEP)……)

·可生物降解的聚合物(例如PLA，PCL……)

·交联聚合物(例如环氧胺，聚氨酯，有机硅……)

·碳纤维

·水溶性聚合物(PEG，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，聚乙烯醇(PVA)，聚丙烯酸(PAA)，聚丙烯酰胺，二乙烯基醚-马来酸酐(DIVEMA)，聚噁唑啉，聚磷酸酯，聚磷腈……)

-天然材料，例如优选地，人造丝或粘胶，多糖，壳聚糖，胶原蛋白，蛋白质，黄原胶，果胶，葡聚糖，角叉菜胶，瓜尔胶，透明质酸(HA)，皮革和/或纤维素材料，如纸张材料。

-金属，例如优选地，包含以下任意或任意组合：铁，黄铜，铅，铁，锡，不锈钢，铝，锌，钛，金，银，铜及其所有可能的合金。

-无机材料，例如优选地，玻璃，硅晶片，金属氧化物(例如Al₂O₃，ZnO)，碳化物(例如SiC，碳化钛)，氮化物(例如Si₃N₄)

本发明的方法优选应用于以下任意基材的表面：

-膜和/或过滤系统，更优选浸没式膜和/或浸没式过滤系统，可用于海水淡化厂或水循环厂。

-过滤膜，其中的抗菌和/或抗病毒层有助于避免膜的污损和/或细菌污染。

-水冷管，可用于工业生产系统，家用设备，散热器，计算机冷却系统，优选是高端计算机水冷系统。

-排水管和/或排污系统，其中抗菌和/或抗病毒层有助于减少污染。

-分配器管和/或分配器水龙头，例如用于液体，其中，抗菌和/或抗病毒层有助于避免液体中营养物质的交叉污染。

-输送系统，如传送带，夹具，机械臂。

-食品包装，其中，抗菌和/或抗病毒层可大幅提高包装内产品的保质期。此处的包装产品优选是以下任意一种：啤酒，番茄酱，蛋黄酱，牛奶和乳制品，软饮；

-食品处理装置，其中抗菌和/或抗病毒层有助于避免食品的交叉污染。

-液体运输系统和/或液体储存罐，其中抗菌和/或抗病毒层有助于避免液体的交叉污染。

-可触觉的人类用户界面，如键盘，电脑鼠标，触摸屏，手机，平板电脑。其中，所述界面的触觉组件优选带有抗菌和/或抗病毒层以避免污染。

-在医院或类似的工作环境中使用的技术纺织品和/或手术纺织品，其中抗菌和/或抗病毒层有助于减少污染。

本发明的方法也可以优选应用于以下任意一项的表面：

-医疗设备，优选是可重复使用的医疗设备，其中，抗菌和/或抗病毒层有助于消毒。医疗设备上的材料堆积会促进疾病的传播，并成为感染源。这对于可植入的医疗设备来说也是特别优选的，其中，抗菌和/或抗病毒层可减少感染的风险。这种可植入的医疗设备的示例有移植物，导管，针头，起搏器，可植入的传感器等。

-外科缝线，纤维或针头，其中的抗菌和抗病毒层可防止或减少感染风险，从而促进和加速伤口愈合，并限制伤口区域的感染扩散。

-木板，可以是室内使用的，也可以是室外使用的，特别是表面暴露在高湿度中的木板。例如，如果其用于地板，阳台，露台，桑拿房，则木板上的抗菌和/或抗病毒层可以增加保护。

-公共空间表面，抗菌和/或抗病毒层有助于减少疾病传播的风险。抗菌和抗病毒表面可以帮助减少人口密集的地方和地区的疾病传播风险，在这些地方，大量的人接触某些表面，如门把手，扶手，电梯按钮，浴室空间，厨房，由此也减少了维护和清洁频率。

-医院表面或护理设施表面，其中，抗菌和/或抗病毒层可以防止疾病传播。医院，手术室，医生诊所等的抗菌和/或抗病毒表面限制了关键接触点的感染传播。

-服装，其中抗菌和/或抗病毒层可以防止微生物的繁殖。通过防止微生物繁殖，衣服在两次洗涤之间可以使用更多次，而且还可以减少使用后的气味，因为至少部分气味的产生是由于微生物引起的反应。

-用于表面清洁的纸巾，其中，微生物收集层可以有效地清洁公共场所(浴室，扶手，门把手)，医院，体育馆，飞机，火车，公共汽车等的表面。家庭用的清洁布也可以提供微生物收集层。在清洁布或纸巾上施加微生物收集层可以避免需要额外的表面喷洒。

-生物材料收集装置，例如棉签，其中据此，微生物层可以方便地回收微生物进行生物分析。因此，可以形成高亲和力的表面，以便为生物分析和/或检测进行有效的材料收集，以及更有效的拭子测试。

使用本发明的方法，特别优选将生物活性层沉积在以下任意基材上：

-个人防护设备(PPE)，例如优选口罩，上衣，窗帘，手套，鞋或鞋套，眼镜，屏风，围裙，罩衫，帽子。

-医院设备，例如优选地，被单和枕套，床单，窗帘，垫子，墙，手术室的墙，废品箱，手术刀或手术刀刃，容器，盒子，导管外表面，伤口敷料，毛巾，一次性牙科用品，抹布，盖板(例如手术盖板)。

-工业应用中的基材，例如优选是在水处理设施，膜，空调系统或设备，食品加工设施中。

-实验室设备，例如优选是：

-实验室设备的包装，如封口膜，培养皿，

-实验室设备的一次性包装，如艾本德(Eppendorf)移液器，孔板，

-运输系统，如在公共汽车，火车，飞机，汽车等上可以找到的，优选是座椅，墙壁，密封，扶手

-非食品接触面的包装，如优选是薄膜，罐子，瓶子，托盘，纸杯，

-公共应用中的基材，如虚拟现实面具，电影院座椅，墙纸，家具，尿布，触摸屏，扶手，门把手，按钮(在电梯或公共汽车中的)，垃圾袋，一次性毛巾或纸张，冰箱部件，家用空调过滤器，蚊帐，吸嘴(例如可在厕所或浴室或厨房中的)，厨房油烟机。

在一个实施方式中，本发明可应用于容器的表面，更优选用于生物液体的容器。生物液体可包括具有生物成分或来自生物来源的食品和饮料，例如葡萄酒，啤酒，牛奶，果汁等。生物液体还可包括为分析目的而采集的生物样本，例如血液，唾液，自然形成的水(来自河流，海洋，自然来源等)等。经处理的表面可以是容器的内表面和/或容器的外表面。

液体容器通常由塑料制成，优选是热塑性材料，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚乳酸(PLA)，2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)，聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)。生产这种瓶子的典型方法是首先制造预制件，例如通过注射成型，然后通过拉伸吹塑工艺将预制件扩大到全瓶尺寸。

优选是涂层是完整的。完整的涂层被定义为覆盖其所施加的整个表面的涂层，而没有施加涂层的表面材料暴露的区域。由此，涂层所施加的预制件或容器的生物活性特性由涂层的特性决定。为了确认根据本发明具有一定厚度的完整涂层的存在，可以应用表面技术，如飞行时间二次离子质谱法(TOF-SIMS)。

优选地，涂层是保形涂层。这种保形涂层紧贴表面，甚至在表面包含大弯曲度的情况下。

上述功能可能是整个基材表面所期望的，但也可能是只在基材表面的一部分所期望或需要的。此外，基材表面的不同部分可能需要有不同的功能，或不同的功能组合。因此，在本发明的实施方式中，可以在基材表面的不同部分应用不同的涂层。在实施方式中，等离子体涂层可以沉积在基材的至少一个部分或整个表面上。

在上述方法的一个实施方式中，至少有一种前体是作为气体，液体或固体在等离子体中施用的，优选作为气体或作为液体以气溶胶形式施用，最优选作为液体以气溶胶的形式施用。

低能量等离子体在本文中被定义为一种等离子体，其功率密度高到足以激活前体、基材，允许发生化学反应，但又低到足以防止前体、基材被破坏。功率密度优选在0.2W/l至8W/l之间，更优选在0.5W/l和7W/l之间，更优选在0.8W/l和6W/l之间，但更优选在1W/l和5W/l之间，甚至更优选在1.5W/l和4W/l之间，甚至更优选在2W/l和3W/l之间，例如2W/l,2.1W/l,2.2W/l,2.3W/l,2.4W/l,2.5W/l,2.6W/l,2.7W/l,2.8W/l,2.9W/l,3W/l或其间的任意数值，最优选在2.4W/l至2.6W/l的范围。

本文中的冷等离子体是指温度足够低，不会熔化或以其他方式损坏暴露于所述冷等离子体的前体和/或基材的等离子体。等离子体的温度优选是150℃或更低，更优选130℃或更低，更优选100℃或更低，更优选70℃或更低，甚至更优选60℃或更低，更优选55℃或更低，更优选50℃或更低，甚至更优选45℃或更低。等离子体的温度优选可以低至室温，即等离子体周围的温度。根据进行涂覆过程的地点，室温可以在10-40℃之间，优选是15-30℃，如20-25℃。等离子体的温度一般不会低于室温。

当沉积对温度敏感的涂层时，将等离子体的温度稳定在最佳值是很重要的。根据前体或前体混合物的类型和/或压力，可以选择最佳温度。因此，在一个实施方式中，选择等离子体的温度要考虑到前体的类型，前体混合物和/或等离子体的压力。

本发明的等离子体优选是大气压等离子体，其压力约为环境压力。这种等离子体是在400至1600hPa的压力下产生和放电的，优选是在450至1400hPa的压力下，甚至更优选在500至1300hPa的压力下，但更优选在600至1250hPa之间，甚至更优选在700hPa至1200hPa之间，更优选在800hPa至1150hPa之间，但更优选在900hPa至1100hPa之间，最优选为约环境压力，通常可以是约1013hPa。等离子体的压力对沉积层的质量起着重要作用。与大气压力相比，一些等离子体前体对过低和/或过高的等离子体压力很敏感，而其他前体在较低或较高的等离子体压力下能提供更好的涂层。然而，请注意，低能量的冷等离子体通常可以在低于400hPa直至真空的减压下应用，或在超过1600hPa的增压下应用，这两种类型都需要压力容器来维持所述低或高的压力。在目前优选的约环境压力的范围内使用等离子体，可以减少与维持压力差和压力梯度有关的任何成本和困难。

在一个优选的实施方式中，该等离子体是在大气压力下的介质阻挡放电(dielectric barrier discharge)等离子体。

该层的功能可以取决于沉积该层的等离子体条件，例如温度和压力。因此，在选择温度和/或大气条件时，可以考虑涂层的所需功能。

在一个优选的实施方式中，等离子体气体通过电极进行电离，其中更优选的是所述等离子体气体通过所述电极进行电离，其功率最高为10W/cm²电极表面，更优选最高为9W/cm²，更优选最高为8W/cm²，甚至更优选最高为7.5W/cm²。在本发明的许多实施方式中，电极施加的功率最低为1W/cm²，优选最低为2W/cm²，更优选最低为2.5W/cm²。功率优选在2.5和7.5W/cm²之间。

在一个优选的实施方式中，等离子体气体包含至少99体积％的惰性气体。使用惰性气体作为等离子体气体，基本上可以确保等离子体气体和设备之间，等离子体气体分子自身之间不会发生反应，即使温度升高也不会发生。事实上，不会反应似乎也允许保持较低的等离子体温度，例如，低于50℃，优选是室温左右。等离子体的低温使得能够处理由各种材料制成的基材。此外，这允许更好地控制所形成的涂层和其粘附性能。无意囿于理论，本发明人认为，由于等离子体气体中缺乏活性气体，确保了在基材表面处不发生或很少发生与等离子体气体的化学反应，因此能更好地控制粘附性能。另外，如果等离子体气体是氮气(N₂)或主要包含N₂，在本发明的实施方式中，应用于等离子体的低功率被认为会导致所产生的涂层中很少有或没有氮气。这与使用例如O₂，NH₃或CH₄作为等离子体气体形成鲜明对比，所有这些气体都被认为是反应性气体，而且所有这些气体似乎都会在等离子体涂层中留下更多的痕迹，从而导致失去对粘附性能的控制。

在一个优选的实施方式中，前体是在等离子体气体的余辉中加入的。因此，等离子体气体在等离子体诱导系统(例如一组电极)上方和之间流动。在等离子体诱导系统的下游，存在着等离子体气体余辉，其包含大量没有来得及去离子化的电离等离子体气体分子。前体优选被引入所述等离子体气体余辉中。因此，前体不需要被引入到例如用于电离等离子体气体的电极之间，因此，由于前体不能在电极上形成层，电极可以长期保持清洁。

在一个优选的实施方式中，所述等离子体气体包含至少99％(体积)的惰性气体，即1％(体积)或更少的等离子体气体是活性气体。更优选的是，至少99.5体积％，更优选的是至少99.8体积％，更优选的是至少99.9体积％，甚至更优选的是至少99.95体积％，但更优选的是至少99.99体积％的等离子体气体是惰性气体。这意味着等离子体气体优选包括1体积％或更少的O₂，更优选至多0.5体积％，更优选至多0.2体积％，更优选至多0.1体积％，更优选至多0.05体积％，甚至更优选至多0.01体积％的O₂。在本发明的大气压等离子体法中，例如可以通过使用相对于环境压力的超压来实现，例如，等离子体气体在至少1013mbar，优选至少1020mbar，更优选至少1030mbar，甚至更优选至少1040mbar，仍然更优选至少1050mbar的压力下输送。这种轻微的超压可以在等离子体余辉中创造一个贫氧甚至无氧的区域。

本发明的大气压等离子体涂覆方法允许分批加工和流线加工(inline process)。因此，在一个实施方式中，表面在步骤c期间移动，而在另一个实施方式中，表面在步骤c期间静止。在另一个实施方式中，表面在步骤c期间根据预定轨迹移动并保持静止。这使得能够在表面的一些部分上提供例如较厚的涂层并在所述表面的其他部分上提供较薄的涂层。

在本发明的一个实施方式中，等离子体气流为1-1500标准升每分钟(“slpm”)，更优选为50-1500slpm。1“slpm”是在大气压和室温下的一升气体。更优选地，等离子体气流为80slpm-1000slpm。优选地，包含前体的等离子体气体从等离子体射流喷嘴的出口喷射。在一个优选实施方式中，考虑基材表面和等离子体射流喷嘴的出口之间的距离来确定等离子体气流。该距离越大，则需要越多的等离子体气流来确保对表面施加等离子体而没有除了所使用的前体之外的反应性气体。特别是，可以确保等离子体基本上不含来自例如周围空气的氧气。

在本发明的一个实施方式中，基材在施加包含前体的等离子体之前经过等离子体预处理步骤。其优选在诸如玻璃，硅晶片，金，高性能工程热塑性塑料或热固性塑料等极惰性表面的情况下进行。因此，等离子体预处理优选活化基材表面，即其产生表面自由基，并且还可以优选至少部分地氧化表面，在大多数情况下导致表面能的增加。

在优选的实施方式中，如下所述进行预处理：

-在富氧等离子体环境中，更优选使用空气或CO₂或其他含氧物质，

-在与等离子体气体电离步骤a)中使用的功率相比更高的功率下，和/或

-不添加化学前体。

在本发明的实施方式中，涂覆的基材经过大气压等离子体后处理步骤。优选地，在该后处理步骤期间，等离子体膜的分子量增大和/或等离子体膜的热稳定性提高。

在优选实施方式中，等离子体后处理如下所述进行：

-在缺氧的情况下，使用诸如N₂，Ar，He(或其混合物)等惰性等离子体气体；

-在比等离子体气体电离步骤a)中使用的功率更小的等离子体功率下，和/或

-不添加化学前体。

等离子体对前体和/或表面进行化学活化。前体和/或表面的这种活化可以通过双原子键打开，自由基去除和/或离子形成来实现。这允许和/或改善形成涂层所需的反应。这些反应可涉及：

-前体之间的反应，如聚合反应和交联反应，和/或

-前体和表面之间的反应，如共价键反应。优选的是，涂层被共价接枝到表面上。

在本发明的实施方式中，等离子体涂层的厚度在5-600nm之间，优选在5-500nm之间，更优选在10-500nm之间，甚至更优选在10-300nm之间，更优选在10-200nm之间，更优选在10-80nm之间，如10nm，20nm，30nm，40nm，50nm，60nm，70nm，80nm或其间的任意数值，最优选约20nm。通过控制表面对等离子体和/或前体的暴露时间，可以很好地控制等离子体涂层厚度。

在一个优选实施方式中，加工温度为至多50℃，更优选至多40℃，仍更优选至多30℃，最优选约室温。

在一个优选实施方式中，控制加工温度，更优选通过冷却用于电离等离子体气体的电极来进行。例如，其可以是水冷或空气冷却的电极。优选地，测量电极的温度和/或测量基材的温度，以便更好地控制等离子体气体的温度。通常这可以通过使用温度控制系统来实现，例如PID控制系统，其能够例如通过冷却电极，并通过检查预定的期望加工温度与测量的温度的相关度来控制等离子体的冷却。优选地，测量电极和基材的温度，并且温度控制系统确保加工温度位于电极温度和基材温度之间。

本发明的等离子沉积法基于在等离子体气相中同时产生表面自由基(即活化难以处理的基材)和自由基化物质，使得物质与基材发生自由基重组反应(即基于共价键的接枝)。前体的化学性质范围可以从经典单体到饱和分子，从有机分子到无机分子，从低分子量(例如单体，低聚物)到高分子量(例如溶解或乳化的聚合物)。

图1-4中概述的方案表明了大气压等离子体沉积过程中的不同阶段：

图1：在t＝t0时，等离子体开启。将前体R-X添加到等离子体气体中并且使等离子体与基材表面接触。由此前体R-X被自由基化，而表面被活化。

图2：在t＝t1时，等离子体开启。在表面上发生自由基重组反应，使得基材表面和前体之间形成共价键。

图3：在t＝t2时，等离子体开启。膜的生长和厚度取决于处理时间。同样地，会发生交联。

图4：在t＝t3时，等离子体关闭。在等离子体处理之后，官能化的等离子体沉积膜得以保留，其接枝到基材上。

在步骤1中，产生等离子体(可以基于直接或间接等离子体配置，使用惰性等离子体气体，例如N₂，氩，氦或其任意混合物)，在等离子体气相中瞬间产生自由基化物质。这些物质可以作为气体(或气体混合物)或液体(例如气溶胶，喷雾，液体混合物，乳液，分散体或聚合物溶液)添加到等离子体中，优选作为气体或作为气溶胶。在图1-4概述的方案中，我们用“R-X”表示初始前体，用“RX·”表示前体的自由基化形式。“R”是目标官能团，“X”是能够被自由基化的分子的一部分。例如，“X”可以是反应性的(例如C＝C双键，C＝O，环氧，异氰酸酯等)，但是也可以是非反应性的(即饱和的)，在这种特定情况下，自由基将基于脱氢或其他任意单键的断裂而形成。

除了气相中的自由基化物质以外，与等离子体接触的基材表面上也会形成表面自由基。这些表面自由基的产生可以主要基于位于基材表面的脱氢或共价键的断裂。

在步骤2中，自由基重组反应发生在自由基化物质和表面自由基之间。这种自由基重组反应通过形成共价键使得前体永久接枝到表面上。必须指出的是，在此阶段需要避免存在诸如O₂等反应性气体。

在步骤3中，薄膜的生长是通过自由基重组的物质的不断加入来进行的。必须指出的是，等离子过程是“非特异性的”，这意味着可以在任意位置的表面上构建特定的前体，导致等离子体沉积膜在分子水平上的异质构象。此外，膜的生长可以在“连续”等离子体或“脉冲”等离子体过程中进行。这种脉冲等离子体具有特定的等离子体关闭时间，其有利于重组反应，类似于传统聚合物合成中的链增长(propagation)。

在等离子体沉积过程的最后阶段(步骤4)，等离子体被关闭，或者类似地，基材已经离开等离子体余辉区，从而形成与基材表面共价连接的全官能涂层。

得到的等离子体沉积膜具有以下独特的特点：

与基材表面共价键合；

·生物活性的，例如：

(i)减少蛋白质，细菌，病毒和/或真菌对表面的粘附。

(ii)减少或抑制粘附在表面的微生物物质的增殖

(iii)与表面接触后有能力破坏或灭活蛋白质，细菌，病毒和/或真菌，和/

或

(iv)微生物材料可以被收集(即固定)在表面上。

异质性(Heterogeneous)：

与具有不同重复单元的聚合物类似物类比，等离子体沉积膜本质上是异质的。这意味着除了聚合物主链中的主碳链以外，还可以引入其他元素(源自引入的前体)。

交联：

在等离子体沉积膜的膜生长阶段，在生长的膜本身的表面上也会产生自由基位点。这些自由基位点是随机产生的，从而导致了交联的产生。

高分子量：

由于膜的交联性质，全官能等离子体沉积膜的分子量很高(与传统的热固性材料相比)。必须指出的是，在等离子体工艺的处理区域中，需要避免O₂的存在。当存在大量O₂(>100ppm)时，自由基重组反应将被猝灭，导致低分子量碎片留在等离子体沉积膜中，其具有增塑作用。因此，在最优选的实施方式中，等离子体气体包含至多0.01体积％的O₂。

耐久性：

由于等离子体沉积膜的交联性质和高分子量，与传统底漆相比，膜的耐久性大大提高。总体而言，经测试，等离子体沉积工艺与施加粘合剂或面漆之间的时间可以延长到至少6个月。

干燥：

在等离子体沉积工艺之后，所得的膜不需要任何后续干燥步骤。也可以无需后续的固化步骤，但是可能导致膜分子量的改善。

根据本发明，在表面上提供涂层的设备，可以在于2018年6月22日提交的EP18179354.8号欧洲专利申请，以及于2019年6月24日提交的PCT/EP2019/066647号国际专利申请中找到，这两份申请都被纳入本文。这些文件中描述的装置和方法可用于提供本文件中讨论的涂层。

可以使用通过大气压等离子体射流来沉积涂层的装置来提供涂层，该装置包含：

-包含射流出口的等离子体射流发生器；和

-包含适配器和护罩(优选可更换的护罩)的喷嘴，该护罩包含射流入口，喷嘴出口和从射流入口延伸至喷嘴出口的侧壁，

其中，适配器优选被配置为可拆卸地将防护罩连接到等离子体射流发生器上，从而将喷射出口和喷射入口连通起来。

优选地，防护罩在喷射入口处包含连接到侧壁的凸缘，并且其中适配器包含护壁(retaining wall)，该护壁包含开口，其尺寸和形状适于保留凸缘。

优选地，防护罩是一体式的。

优选地，防护罩包含绝缘材料。更优选地，防护罩包含，并且优选是由聚合物材料制成。

优选地，防护罩的喷嘴出口包含非平面的边缘。

优选地，喷射出口包含开口，而喷射入口包含的开口大于喷射出口的开口。

优选地，该侧壁包含锥形部分。

优选地，防护罩的侧壁包含至少一个前体入口。

优选地，喷嘴包含均质化装置，优选地，防护罩包含流动扰动元件。

优选地，喷嘴适用于冷却，优选地，防护罩的侧壁包含用于通过冷却液的通道。

优选地，防护罩的喷嘴出口包含边缘，并且该装置被配置为将所述边缘与所述基材的所述表面保持至少0.1mm和至多5mm的距离，优选至少0.2mm和至多2mm的距离，更优选至少0.5mm和至多1mm的距离。

下面描述的测试的涂层是使用分子等离子技术(Molecular Plasma Technology)公司的

获得的，使用的功率约为100W(但在60-450W之间任意功率均可)，电压约为15kV(但在5-25kV之间任意电压似乎均可)，频率约为60kHz，等离子气体为N₂，(但也可以使用N₂，He，Ar，甚至空气及其混合物)，大约100slm的等离子体气体流量(但可以使用10至250slm之间的任意等离子体流量)，前体以气溶胶形式注入(但也可以使用液体前体，气体前体，液体混合物，溶液，分散体等)，工作距离约为8mm(但1至20mm之间的任意工作距离似乎都可行)，温度约为室温。这样看来，使用带有生物病原体转移抑制化合物的前体所形成的层，其生物病原体转移抑制特性可以在很大的操作条件范围内达到。在此注意，抑制生物病原体转移的功能是相对粗略的，即它不需要复杂的催化过程或保形涂层。本发明的主要思想是减少生物病原体的转移，而不是在基材表面诱发复杂的化学反应。

生物活性层的生物病原体转移抑制性能是针对多种前体进行测试的。下面的测试是用噬菌体MS2进行的。噬菌体MS2是一种感染大肠杆菌的

RNA病毒。由于其体积小，成分相对简单，易于生长，MS2被用作一些大分子过程的模型生物，包括病毒的复制，翻译，感染和组装。由于MS2易于纯化，对人无害，而且经久耐用，其也越来越多地被用作抗病毒和防腐剂有效性以及水处理厂和过滤装置的效率的定量标志。此外，转基因形式的MS2可用于疫苗开发和作为临床诊断工具使用。对MS2的测试通常被用来观察一种工序对一般的包膜病毒的影响。在本发明中，该测试涉及使具有使用根据本发明的方法沉积的生物活性层的基材受到MS2污染。

这些测试是在LIST(卢森堡科学和技术研究所)进行的。

病毒载量降低试验是根据ASTM E2721-16标准执行的。在ASTM E2721-16中提出的A型流感病毒被另一种病毒：MS2所取代作为模型。MS2是一种噬菌体，可以防止在测试中出现任何生物安全风险。与A型流感病毒(3-4天)相比，可以更快得到杀病毒活性的结果(24小时)。MS2是其他标准(例如EN 14476-医疗领域杀病毒活性评估的定量悬浮试验)中使用的与杀病毒效果有关的裸病毒。

该试验包括验证部分和数据收集部分。在对照部分，MS2噬菌体被喷洒在未经处理的基材表面，即PPE口罩的表面。通过冲洗基材，即PPE口罩，获得MS2噬菌体的回收。数据收集部分包含在喷洒和冲洗步骤(也用于对照部分)之前的处理步骤。处理步骤在此需要执行本发明的方法的若干实施方式。可以通过将数据收集部分的结果与验证部分的结果进行比较获得效果。

在感染控制方面，"对数减少量"表达了产品在减少病原体方面的效果。对数减少量越大，产品在杀灭细菌和其他可导致感染的病原体方面就越有效。

在产品功效测试期间，在测试开始时，微生物实验室在测试细菌时对菌落形成单位(CFU)计数，在测试病毒时对噬菌斑形成单位(PFU)计数。测试是在被测试的处理后的基材和对照基材上进行的，并在对存在的CFU或PFU计数之前等待所需的测试时间。

对照和测试基材之间的差异结果以对数减少表示。例如，如果发现对照组中的CFU数量为1,000,000(或10⁶)，而使用该产品的最终结果只有1,000(10³)，这便是对数减少3或减少99.9％。

在

基材上测试前体的结果总结在下表：

本文中，"LOD"是指检测方法的"检测限"。"EPA安全化学品清单"是指该化合物是否可以在美国环境保护署的安全化学品清单中找到。"EPA病毒"是指被认为对Sars-Cov-2病毒和Covid-19疾病有效的化合物清单。

是由高密度纺丝聚乙烯纤维制成的100％合成材料。

常用于许多领域，特别是个人防护设备。抗菌剂残余物包含乙氧基化C6-C12醇，2-氨基乙醇，二癸基二甲基氯化铵和N-苄基-N,N-二甲基十四烷-1-氯化铵(表内提供CAS号)。ATAC是指丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯，甲基氯化物季铵盐。APTAC指的是(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵，其优选溶于溶液。

上表中的结果表明，测试的前体导致了LOG的减少，表明了其在抑制生物病原体转移方面的有效性。请注意，这些测试的前体属于多种类别。柠檬酸是一种有机酸；苯扎氯铵，SiQAM和APTAC是氯化铵，抗菌剂残余物是醇和氯化铵的混合物，ATAC是一种季盐，壳聚糖是一种天然抗菌物质，AuO和CuO是金属纳米颗粒。当使用本发明的方法施加时，它们对抑制生物病原体转移的有效性，特别是它们的抗病毒或杀病毒特性，对同一类的其他前体是有说明作用的。

进行了进一步的试验来说明抗菌行为，在密度为25g/m²的聚丙烯无纺布(PPNW)基材(通常用作外科口罩的外层)和合成纺织品

上进行试验。

将含有细菌悬浮液的液滴滴在经处理的材料上，并在保温培养期后进行评估。培养结束后，通过用回收介质清洗被测材料来回收细菌。然后通过在琼脂平板上培养该回收介质来分析是否存在病原体。

如果该材料具有抗菌特性，与未经处理的对照材料相比，琼脂平板上的细菌菌落形成单位将大大减少。

测试中使用的细菌是金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性)和大肠杆菌(革兰氏阴性)。

该测试基于经合组织(OECD)化学品测试指南给出的国际标准，基于ISO标准22197/20743：评估多孔和无孔抗菌处理材料的抗菌活性的定量方法。

样品大小为100mm²，细菌菌种为金黄色葡萄球菌ATCC6538P，接种物体积为0.2ml(40X5μl)，试验接种物中的活菌数为6.60E+05CFU/ml(菌落形成单位/ml)，中和剂为SCDLP(ISO 22196)。

有效的实验条件：

当(a)和(b)中给出的三个条件分别得到满足时，该试验被认为是有效的。如果所有条件都不满足，则认为测试无效，样品应重新进行测试。

a)从未经处理的测试样品中接种后立即回收的菌落形成单位的平均数，对于非多孔材料，在6.2×103CFU/cm²至2.5×104CFU/cm²范围内，对于多孔材料，在1.2×105CFU/g至4.5×105CFU/g之间。

0.4g的多孔材料的范围：4.80E+04至1.80E+05CFU总量

b)培养24小时后，从每个未处理的测试样品中回收的菌落形成单位的数量，对于无孔材料不低于6.2×101CFU/cm2，对于多孔材料不低于1.2×103CFU/g。

0.4g多孔材料的范围：不低于480CFU总量

不同前体在PPNW基材上的测试结果总结在下表中：

不同前体在合成织物基材上的测试结果总结在下表中：

Claims (21)

1.一种在表面上提供生物活性层的方法，包含以下步骤：

a)在150℃或更低的低温以及在约大气压下，电离等离子体气体，从而产生等离子体；

b)将前体引入所述等离子体中；

c)使所述表面暴露在包含所述前体的所述等离子体中，从而在所述表面上形成涂层，

其特征在于，所述前体包含生物病原体转移抑制化合物。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述生物病原体转移抑制化合物是杀病毒化合物。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述前体是柠檬酸。

4.如权利要求3所述的方法，所述表面是纺织品表面。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述表面是面罩的表面，优选是口罩。

6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述生物病原体转移抑制化合物是灭活生物病原体的化合物和/或固定生物病原体的化合物。

7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述前体包括含有至少一个部分的分子，所述部分具有与所述生物病原体共价结合的特征，优选所述分子包含两个部分，更优选所述两个部分不彼此相邻。

8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述前体包含以下任意化合物或其任意组合：

α,α',α”-三甲基-1,3,5-三嗪-1,3,5(2H,4H,6H)-三乙醇(HPT)

1-丙醇,2-丙醇,2-苯氧基乙醇，联苯-2-醇，氯甲酚，

氯苄酚，5-氯-2-(4-氯苯氧基)苯酚(DCPP),

D-葡萄糖酸，与N,N"-二(4-氯苯基)-3,12-二亚氨基-2,4,11,13-四氮杂十四烷二脒的化合物(2：1)(CHDG),

6-(苯二甲酰亚氨基)过氧己酸(PAP)，柠檬酸，甲酸，乙醇酸,

L-(+)-乳酸，过氧乙酸，水杨酸，壬酸,

(C12-18)-烷基二甲基苄基氯化铵(ADBAC(C12-18)),

(C12-C14)-烷基乙基苄基氯化铵(ADEBAC(C12-C14)),

双癸基二甲基氯化铵(DDAC),

二甲基十八烷基[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]氯化铵,

C12-C18烷基苄基二甲基季铵化合物与1,2-苯并异噻唑-3(2H)-酮,1,1-二氧化物(1:1)的盐(ADBAS),

N-(3-氨基丙基)-N-十二烷基-1,3-丙二胺(二胺),

戊二醛，乙二醛，肉桂醛,

3-苯基-丙烯-2-醛(肉桂醛)，二氯异氰尿酸钠二水合物,

N-氯苯磺酰胺钠(氯胺B)，三氯异氰尿酸

溴氯-5,5-二甲基咪唑烷-2,4-二酮(BCDMH/溴氯二甲基乙内酰脲),

氯胺T钠(氯胺T钠-氯胺T)，

曲氯新钠，

5-氯-2-甲基-2H-异噻唑-3-酮(EINECS号247-500-7)与2-甲基-2H-异噻唑-3-酮混合物(EINECS号220-239-6)(CMIT/MIT混合物),

绿谷隆，过硫酸氢钾复合盐，

2-巯基吡啶-1-氧化物钠盐(吡啶硫酮钠)，布罗波尔，铜，

1,2-苯并异噻唑-3(2H)-酮(BIT)，

3,3'-亚甲基双[5-甲基噁唑烷](羟保松/MBO)，

N-C10-16-烷基丙二胺与氯乙酸的反应产物(Ampholyt 20)，

甲基丙烯酸2-(二乙氨基)乙酯(DIAMA)，

甲基丙烯酸2-(叔丁基氨基)乙酯(BUTAMA)，

3-二甲氨基-1-丙胺(DIMAP)，

N-[(3-(N,N-二甲氨基)丙基)甲基丙烯酰胺(DMAPMA)，

PVP-I2聚乙烯吡咯烷酮-碘络合物，

壳聚糖，

乳酸链球菌素，

纳他霉素，

葡萄糖酸氯己定，

氧化铜纳米颗粒。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述前体包含柠檬酸。

10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述前体包含乙内酰脲(CAS号：461-72-3)或乙内酰脲衍生物。

11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述前体包含1-溴-3-氯-5,5-二甲基乙内酰脲。

12.如前述权利要求的任一项所述的方法，其中所述等离子体是在10至130℃的温度下产生并放电的，优选约为室温，并且/或者，其中所述等离子体是在500至1300hPa的压力下产生并放电的。

13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述等离子体气体包含至少99体积％的惰性气体。

14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述等离子体气体包含至多1体积％的O₂。

15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述惰性气体是稀有气体，优选是Ar或He，或者，其中所述惰性气体是非稀有气体，优选是N₂。

16.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述等离子体气体由电极电离，优选地，所述等离子体气体由所述电极以至多10W/cm²电极表面的功率电离。

17.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中前体作为气体，液体或固体在等离子体中施用，优选作为气体或作为液体以气溶胶形式施用，最优选作为液体以气溶胶的形式施用。

18.如前述权利要求中任一项所述的方法，包含使生物活性层与生物病原体接触的步骤，从而灭活所述生物病原体和/或固定所述生物病原体。

19.一种表面，其包含使用如权利要求1至18中任一项的方法获得的生物病原体转移抑制层。

20.如权利要求19所述的表面，其是包含使用如权利要求4中所述的方法获得的生物病原体转移抑制层的纺织品表面。

21.一种面罩，其包含如权利要求20所述的表面。

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