CN1242815C - 一种用于吸附和灭活病毒的多孔固体材料及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于吸附和灭活病毒的多孔固体材料及其应用，其中多孔固体材料成分是TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3或P2O5中的一种或其组合，结构特点是具有多孔的性质，孔径在0.3-500nm范围内，孔容为0.01-3ml/g；可以采用元素周期表中第VIII族，Ib族，IIb族，IIa族中的一种或几种改性元素对其改性，达到对病毒分子的有效灭活之目的。本发明的多孔固体材料对病毒具有非特异性吸附和灭活作用，特别对如副流感病毒等冠状病毒等具有吸附和灭活作用。

Description

一种用于吸附和灭活病毒的多孔固体材料及其应用
技术领域
本发明涉及病毒类疾病的防治技术，具体地说是一种用于吸附和灭活病毒的多孔固体材料及其应用。
背景技术
病毒是人类重要的致病因素之一。许多病毒类疾病的防治(如艾滋病，非典型性肺炎等)使现代社会面临重大的挑战。有效地灭活病毒是防止传染性病毒疫病扩散的重要手段。
在水处理过程中经常采用活性碳或改性的活性碳杀灭细菌。含Ag的纳米多孔固体材料在过去被广泛用作杀菌剂。如日本专利JP 62241932(1987)、JP 03161275(1991)、JP 03215527(1991)和JP 07033906(1995)都采用Ag、Cu或Zn交换的A型沸石作为除臭剂和杀菌剂用于食品包装等领域。美国专利US6544621将含银的分子筛加入到橡胶中，用于家庭中的地面装饰，可以起到抑菌杀菌的作用。但病毒分子与细菌的结构和致病机制截然不同，病毒比细菌小得多，一般在几十～几百纳米范围内。如果能将固体多孔材料用于吸附和灭活病毒，将对病毒类疾病的防治起到非常积极的作用，但是，目前国内外至今尚无相关报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种自身毒性低或无毒，对病毒具有非特异性吸附和灭活能力的多孔固体材料及其应用。
本发明的技术方案是：用于吸附和灭活病毒的多孔固体材料，成分是TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3或P2O5中的一种或其组合，孔径(直径)在0.3-500nm范围内，孔容为0.01-3ml/g。
根据不同病毒分子的特性，可以采用改性元素对其改性，达到对病毒分子的有效灭活之目的；改性元素可以是元素周期表中第VIII族，Ib族，IIb族，IIa族中的一种或几种的组合；其加入量为总重量的0.10-10％。
本发明多孔固体材料可用于对病毒、核酸、蛋白质或微生物非特异的吸附和灭活，对冠状病毒具有吸附和灭活作用；本发明还可用于制作与人体接触和非接触的病毒防护器材和设施。
本发明的原理是基于无机固体材料的酸碱性质、氧化还原性质、吸附性质和催化性质等特性，采用多孔固体材料吸附病毒，并对病毒中的糖或核酸上的基团发生化学作用，使病毒灭活。其中本发明所述的多孔固体材料的孔径与病毒分子的大小相匹配。
本发明具有如下有益效果：
1.自身毒性低或无毒。由于本发明采用无毒、或具有较低的细胞毒性的材料，有利环保。
2.由于本发明产品的孔径与病毒分子的大小相匹配，对病毒等微生物具有非特异的吸附和灭活能力(吸附和灭活率可达100％)，它可用于制作与人体接触或非接触的防护材料或设施中，有效阻断病毒通过空气或水系统的扩散，范围广泛。
3.本发明所述多孔固体材料可以反复活化使用，经济实用；新产品原料易得，成本低。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明。
实施例1
本发明所述的多孔固体材料的制备可以采用沉淀、共沉淀、溶胶-凝胶、浸渍、水热合成等方法，但不受上述所列举的方法的限制。本实施例采用溶胶-凝胶方法；具体为：
将78.4g ZrOCl2·H2O溶解在150ml去离子水中，然后缓慢加入到688g硅溶胶中，搅拌均匀后，滴加NH3·H2O至pH≈7，将固体离心分离，洗涤，110℃烘干，550℃焙烧2小时制得样品。利用Nova 4000吸附仪进行测定，平均孔径为90nm，孔容为0.35ml/g。
实施例2-14
利用多种方法制备出不同孔结构和孔容、不同中氧化物成分的多孔固体材料。然后，利用Nova 4000吸附仪进行测定，结果列于表1。
                                表1  实施例1-14样品的性质
  实施例号   样品编号   组成   制备方法   平均孔径(纳米)   孔容(ml/g)
  1   ASC-59   SiO2-ZrO2(Si/Zr＝8)   见实施例1   90   0.35
  2   ASC-16   SiO2-Al2O3(晶体，Si/Al＝4)   水热合成   10   0.50
  3   ASC-24   SiO2   溶胶-凝胶   5   1.75
  4   ASC-29   SiO2(纳米)   溶胶-凝胶   7   2.3
  5   ASC-28   TiO2   溶胶-凝胶   110   0.2
  6   ASC-31   Ag/TiO2(Ag＝1％)   浸渍   110   0.18
  7   ASC-32   Co/TiO2(Co＝5％)   浸渍   105   0.18
  8   ASC-33   Cu/TiO2(Cu＝5％)   浸渍   105   0.18
9 ASC-42   SiO2-Al2O3-P2O5(晶体，Si∶Al∶P＝0.08∶0.1∶0.92) 水热合成 0.6 0.35
10 ASC-43   SiO2-Al2O3-P2O5(晶体，Si∶Al∶P＝0.12∶1∶0.87) 水热合成 0.7 0.20
  11   ASC-49   SiO2-Al2O3(Si/Al＝1)   溶胶-凝胶   150   0.25
12 ASC-50   SiO2-Al2O3-P2O5(无定型，Si∶Al∶P＝0.3∶1∶1) 溶胶-凝胶 46 0.34
  13   ASC-52   TiO2   沉淀   60   0.30
14 ASC-54 SiO2-Al2O3(Si/Al＝3)   溶胶-凝胶+喷雾干燥 250 1.4
实施例15
选用DNA分子为K-ras基因第一外显子中一段长为211bp的DNA片段，由荧光(6-FAM)标记的引物经PCR扩增。将该PCR产物用去离子水稀释成30倍的DNA分子原液。然后称取0.2-0.3g实施例2制备的多孔固体材料，使之在表面皿上均匀铺开。取50μl的DNA分子原液喷洒到催化材料表面，并调匀，分别过10min，20min后用水洗脱，离心过滤，取上清液在310型DNA全自动遗传分析仪上电泳，激光诱导荧光检测进行分析。吸附10分钟后洗脱液中没有DNA分子存在，说明多孔固体材料在10min内即可将DNA完全吸附，并且吸附后不能被水洗掉。
比较例1
选用60-80目玻璃微球作为DNA吸附对照。结果表明，未经纯化处理的玻璃微球对DNA分子有少量吸附，经过乙醇和水清洗的玻璃微球对DNA分子无吸附。
实施例16
以实施例15相同的方法，采用实施例1，实施例3-14的多孔固体材料分别进行DNA的吸附-洗脱实验。结果为均可以在10分钟内对DNA分子全部吸附，且水洗不能使DNA分子脱附。
实施例17
称实施例3的多孔固体材料(ASC-24)1g于无菌瓶中，加副流感病毒液(1∶1280)0.1ml于室温混合作用30min，每10min振荡2min，共操作3次，加入2ml无菌生理盐水，立即混匀振荡2min 1000r/min离心5min。吸取洗脱病毒液进行血凝试验，测得所有测得一次洗脱病毒血凝效价为1∶40，该材料病毒吸附率为96.9％。二次洗脱病毒液的血凝效价为1∶160，病毒吸附率为87.5％。三次洗脱病毒夜的血凝效价为1∶1280，病毒吸附率为0％。
实施例18
按照实施例17的方法，采用实施例4的多孔固体材料(ASC-28)，只是将添加的副流感病毒液(1∶1280)变为0.05ml，测得所有三次洗脱液的血凝效价均为阴性。
比较例2
按照实施例17的方法，采用60-80目玻璃微球为吸附剂，测得一次洗脱病毒血凝效价为1∶640，该材料病毒吸附率为50％。二次和三次洗脱病毒夜的血凝效价均为1∶1280，病毒吸附率为0％。
比较例3
按照实施例17的方法，不采用任何吸附剂样品，测得相当于一次洗脱病毒血凝效价为1∶1280，该材料病毒吸附率为0％。二次和三次洗脱病毒夜的血凝效价均为1∶1280，病毒吸附率为0％。
实施例19
以实施例17的方法，分别采用实施例3、实施例4、实施例5、实施例7的固体材料进行病毒吸附后洗脱液的血凝效价实验，结果列于表3。本实施例结果说明，本发明所述的多孔固体材料可以高效吸附病毒。
          表3 吸附副流感病毒后洗3次脱液的血凝效价(括号内数字为吸附率)
  样品对应的实施例   样品号                            HA test
  一次洗脱液(2ml，振动)   二次洗脱液(3ml，缓摇)   三次洗脱液(2ml，强振)
  实施例3   ASC-24  1∶40(96.9％)   1∶160(87.5％)   1∶1280(0％)
  实施例4   ASC-28  ＜1∶20(＞98.4％)   -   -
  实施例5   ASC-29  1∶80(93.8％)   1∶320(75％)   1∶160(87.5％)
  实施例7   ASC-32  1∶160(87.5％)   -   -
  比较例2   玻璃小球  1∶640(50％)   1∶1280(0％)   1∶1280(0％)
  比较例3   无样品  1∶1280(0％)   1∶1280(0％)   1∶1280(0％)
实施例20
实施例17中的洗脱液1和洗脱液3分别接种9-11日龄鸡胚，进行病毒增殖；3天后收获尿囊液测病毒血凝效价并与接种前对比，结果为：一次洗脱液接种前为1∶40，接种后为阴性；三次洗脱液接种前为1∶1280，接种后1∶80。
比较例4
按照实施例03的方法，只是不使用固体多孔材料，相当于一次和三次洗脱液接种前后的血凝效价测得均为1∶1280。
实施例21
按照实施例03的方法，分别采用实施例3、实施例4、实施例5、实施例7的固体材料进行接种前后的血凝效价对照，结果列于表4。本实施例的测定结果说明，病毒被多孔材料吸附后，已经部分或完全被灭活。
                     表4 洗脱液接种鸡胚前后的血凝效价比较
  样品对应的实施例   样品编号   一次洗脱液(2ml，振动)    三次洗脱液(2ml，强振)
  接种前   接种后   接种前   接种后
  实施例3   ASC-24   1∶40   阴性   1∶1280   1∶80
  实施例4   ASC-28   ＜1∶20   阴性   --   --
  实施例5   ASC-29   1∶80   --   1∶160   1∶40
  实施例7   ASC-32   1∶160   1∶1280   --   --
  比较例4   无样品   1∶1280   1∶1280   1∶1280   1∶1280
实施例22
分别将白血病耐药细胞株(K562/R)和白血病敏感细胞株(K562/S)制成2×105和1×105的细胞悬液。实施例1的多孔固体材料样品预先制成三个浓度梯度悬液：原液(1000ug/ml)、1/10原液(100ug/ml)、1/100原液(10ug/ml)。各取上述悬液100μl和细胞悬液100μl分别加入96孔细胞培养板，放入CO2孵箱孵育24h，显微镜下观察细胞学形态。利用固体材料的三个剂量(绝对量)100μg、10μg、1μg确定其细胞毒范围。实施例1制备的多孔固体材料的细胞死亡率分别为：100μg时，对K562/R和K562/S均为10％，其余剂量时细胞死亡率均为0％。
实施例23
按照实施例23的方法，分别采用实施例2-14的多孔固体材料样品，测定其细胞毒性。结果列于表5。说明本发明的多孔固体材料对细胞是低毒性的。
                          表5 催化剂细胞毒检测和评价结果
样品对应的实施例 样品编号                       各剂量时细胞死亡率(％)
         100μg           10μg           1μg
  K562/R   K562/S   K562/R   K562/S   K562/R   K562/S
  1   ASC-59   10   10   0   0   0   0
  2   ASC-16   30   60   0   0   0   0
  3   ASC-24   10   10   0   0   0   0
  4   ASC-29   10   10   0   0   0   0
  5   ASC-28   10   10   0   0   0   0
  6   ASC-31   100   100   90   80   0   0
  6   ASC-32   10   10   0   0   0   0
  8   ASC-33   100   100   10   10   0   0
  9   ASC-42   10   10   0   0   0   0
  10   ASC-43   10   10   0   0   0   0
  11   ASC-49   10   10   0   0   0   0
  12   ASC-50   10   10   0   0   0   0
  13   ASC-52   10   10   0   0   0   0
  14   ASC-54   10   10   0   0   0   0

Claims (5)

1.一种用于吸附和灭活病毒的多孔固体材料，其特征在于：成分是TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3或P2O5中的一种或其组合，孔径在0.3-500nm范围内，孔容为0.01-3ml/g；采用改性元素对其改性，改性元素的加入量为总重量的0.10-10％。
2.按照权利要求1所述多孔固体材料，其特征在于：改性元素是元素周期表中第VIII族，Ib族，IIb族，IIa族中的一种或几种的组合。
3.一种按照权利要求1所述多孔固体材料的应用，其特征在于：可用于对病毒、核酸、蛋白质或微生物非特异的吸附和灭活。
4.按照权利要求3所述多孔固体材料的应用，其特征在于：用于对冠状病毒的吸附和灭活。
5.一种按照权利要求1所述的多孔固体材料的应用，其特征在于：用于制作与人体接触和非接触的病毒防护器材和设施。
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