JP2014534201A - 抗菌性ガラスセラミック - Google Patents
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Abstract
本出願は、非晶相および結晶相と、銀、銅、および銀と銅との混合物からなる群から選択される抗菌剤とを有する抗菌性ガラスセラミック物品の形成を開示する。抗菌性ガラスセラミックは、対数減少値>2を有し得る。
Description
本出願は、2011年10月12日に出願された米国仮特許出願第61/546302号明細書(その内容に依拠し、その全体において参照によって本明細書に組み込む)の米国法典第35編第119条の下での優先権の恩恵を請求する2012年10月11日に出願された米国特許出願第13/649499号明細書の米国法典第35編第120条の下での優先権の恩恵を請求する。
本開示は、抗菌性ガラスセラミック、特に、銀、銅または銀と銅との組合せを含有する抗菌性ガラスセラミックに関する。
改良された強度を有する抗菌性構造物が必要とされている。
一態様において本開示は、非晶相および結晶相と、銀、銅、および銀と銅との混合物からなる群から選択される抗菌剤とを有する抗菌性ガラスセラミック(「GC」)の形成に関する。
開示の別の態様は、少なくとも1つの選択された抗菌剤をその中に有する抗菌性物品を製造する方法であり、方法が、抗菌剤をその上に有さず、結晶成分および非晶質成分を有するガラスセラミック基材を提供する工程と、少なくとも1つのイオン交換可能な抗菌剤塩と交換可能なアルカリ金属塩とを保有するイオン交換槽を使用して前記ガラスセラミック基材をイオン交換プロセスに供して、それによって抗菌性ガラスセラミック物品を形成する工程とを含み、そこで抗菌剤が、銅、銀、および銅と銀との混合物からなる群から選択される。
銀および銅、またはそれらの混合物は、ガラスセラミック中に、金属の形態であるAg0またはCu0としてゼロ価で存在する場合があるが、イオンである場合があり、ガラスセラミック中にAg+1、Cu+1またはCu+2として存在する場合があり、またはガラスセラミック中に一方または両方の試剤のゼロ価およびイオンの形態の混合物として、例えば、Ag0とCu+1および/またはCu+2、Ag+1とCu0、およびゼロ価の種とイオン種とのその他の組合せである場合がある。(1)前述の抗菌剤の一方または両方を保有するイオン交換槽を使用して、予備成形されたガラスセラミックをイオン交換するか、または(2)ガラスセラミックを形成するために後でセラミック化されるガラスを調製するために使用されるバッチ処理された材料中に前述の抗菌剤の一方または両方を含有するかどちらかによって抗菌剤をガラスセラミックに混入することができる。(1)において、抗菌剤の硝酸塩をイオン交換のために使用できるため、また、ガラスセラミック上の硝酸塩種はイオン交換プロセスの間に容易に分解されるので、抗菌剤はガラスセラミック内にイオンの形態で、酸化物として存在している。塩化物もまた使用できるが、それらの使用は問題を生じる場合があり、例えば、ガラスセラミックの劣化や、その後、その望ましい性質の損失がある場合がある。(2)において、抗菌剤はまた、全て空気中で行うことができるガラスの融解、成形、核形成およびセラミック化(ceramming)の条件のために酸化物として存在すると考えられる。どちらの場合でも、得られた抗菌剤を含有するガラスセラミックをそのまま使用することができ、または還元工程に供することができる。
本明細書中で用いられるとき用語「抗菌性」は、細菌、ウイルスおよび菌類からなる科の少なくとも2つからの微生物を死滅させるかまたはその成長を抑制する試剤または材料、またはこの試剤または材料を含有する表面を意味する。本明細書中で用いられるときこの用語は、それがこのような科の範囲内の全ての種の微生物を死滅させるかまたはその成長を抑制することを意味しないが、それがこのような科からの微生物の1つまたは複数の種を死滅させるかまたはその成長を抑制することを意味する。イオン交換のために適した全てのガラスセラミック組成物、またはガラスセラミックにセラミック化される前のイオン交換のために適しているガラスの成分は、別記しない限り、酸化物として重量パーセント(重量%)を用いて示される。ガラスセラミックの表面上にまたは/またはその深さにまで存在している抗菌剤の内容物、例えば、銀を分析する方法は、Nicholas Francis Borrelliらの名前で“Coated,Antimicrobial,Chemically Strengthened Glass and Method of Making”という題で2011年8月3日に出願された権利者が共通の米国特許出願第13/197,312号明細書(米国特許出願第13/197,312号明細書の教示を参照によって本願明細書に組み込む)に記載されている。
用語「ガラスセラミック」は、非晶質成分と結晶成分との両方を有する材料として本明細書において定義される。ガラスセラミックは、ガラスの制御された失透によって生じた微結晶質固体である。ガラスセラミックを製造するために、ガラスをバッチ処理し、融解し、所定の形通りに製造し、次に、高度に均一な微細構造を有する部分結晶材料に熱処理によって変換する。制御された結晶化の基礎は、効率的な内部核形成にあり、それは、ボイド、微小亀裂、または他の多孔性を最小にする細かな、不規則に配向した粒の成長を可能にする。結晶微細構造の性質のために、強度、弾性、破壊靭性、および耐磨耗性などの機械的性質は、ガラスにおいてよりもガラスセラミックにおいていっそう高い場合がある。
開示の態様は、結晶成分および非晶質成分と、銀、銅、および銀と銅との混合物からなる群から選択される少なくとも1つの抗菌剤とを有するガラスセラミックを含む基材を含む抗菌性物品である。
開示の別の態様は、少なくとも1つの選択された抗菌剤をその中に有する抗菌性物品を製造する方法であり、この方法は、抗菌剤をその上に有さず、結晶成分および非晶質成分を有するガラスセラミック基材を提供する工程と、少なくとも1つのイオン交換可能な抗菌剤塩と交換可能なアルカリ金属塩とを保有するイオン交換槽を使用して前記ガラスセラミック基材をイオン交換プロセスに供して、それによって抗菌性ガラスセラミック物品を形成する工程とを含み、そこで抗菌剤が、銅、銀、および銅と銀との混合物からなる群から選択される。
一実施形態において抗菌性ガラスセラミック物品は、20〜98体積%の範囲の結晶成分および2〜80体積%の範囲の非晶質成分を有する。結晶成分は、単一結晶相または複数の結晶相を含むことができる。すなわち、1つまたは複数の結晶相を含むことができる。別の実施形態において抗菌性ガラスセラミック物品は、20〜90体積%の範囲の結晶成分と80〜10体積%の範囲の非晶質成分とを有する。さらに別の実施形態において、抗菌性ガラスセラミック物品は、40〜90体積%の範囲の結晶成分と60〜10体積%の範囲の非晶質成分とを有する。
結晶成分は、いくつかの実施形態において、ガラス成分中にほとんど均一に分散され、10nm〜20μmの範囲の粒度を示し、例えば、10nm〜19μm、例えば、10nm〜18μm、例えば、10nm〜17μm、例えば、10nm〜16μm、例えば、10nm〜15μm、例えば、10nm〜14μm、例えば、10nm〜13μm、例えば、10nm〜12μm、例えば、10nm〜11μm、例えば、10nm〜10μm、例えば、10nm〜9μm、例えば、10nm〜8μm、例えば、10nm〜7μm、例えば、10nm〜6μm、例えば、10nm〜5μm、例えば、10nm〜4μm、例えば、10nm〜3μm、例えば、10nm〜2μm、例えば、10nm〜1μm、例えば、10nm〜900nm、例えば、10nm〜850nm、例えば、10nm〜800nm、例えば、10nm〜750nm、例えば、10nm〜700nm、例えば、10nm〜650nm、例えば、10nm〜600nm、例えば、10nm〜550nm、例えば、10nm〜500nm、例えば、10nm〜450nm、例えば、10nm〜400nm、例えば、10nm〜350nm、例えば、10nm〜300nmの範囲の粒度を示す。一実施形態において結晶成分は10nm〜1μmの範囲の粒度を有し、ガラス成分中にほとんど均一に分散される。別の実施形態において結晶成分は10nm〜5μmの範囲の粒度を有し、ガラス成分中にほとんど均一に分散される。さらなる実施形態において結晶成分は10nm〜2μmの範囲の粒度を有し、ガラス成分中にほとんど均一に分散される。
結晶成分は、いくつかの実施形態において、ガラス成分中にほとんど均一に分散され、10nm〜20μmの範囲の平均粒度を示し、例えば、10nm〜19μm、例えば、10nm〜18μm、例えば、10nm〜17μm、例えば、10nm〜16μm、例えば、10nm〜15μm、例えば、10nm〜14μm、例えば、10nm〜13μm、例えば、10nm〜12μm、例えば、10nm〜11μm、例えば、10nm〜10μm、例えば、10nm〜9μm、例えば、10nm〜8μm、例えば、10nm〜7μm、例えば、10nm〜6μm、例えば、10nm〜5μm、例えば、10nm〜4μm、例えば、10nm〜3μm、例えば、10nm〜2μm、例えば、10nm〜1μm、例えば、10nm〜900nm、例えば、10nm〜850nm、例えば、10nm〜800nm、例えば、10nm〜750nm、例えば、10nm〜700nm、例えば、10nm〜650nm、例えば、10nm〜600nm、例えば、10nm〜550nm、例えば、10nm〜500nm、例えば、10nm〜450nm、例えば、10nm〜400nm、例えば、10nm〜350nm、例えば、10nm〜300nmの範囲の平均粒度を示す。一実施形態において結晶成分は10nm〜1μmの範囲の平均粒度を有し、ガラス成分中にほとんど均一に分散される。別の実施形態において結晶成分は10nm〜5μmの範囲の平均粒度を有し、ガラス成分中にほとんど均一に分散される。さらなる実施形態において結晶成分は10nm〜2μmの範囲の平均粒度を有し、ガラス成分中にほとんど均一に分散される。
一実施形態において、その中にまたはその上に抗菌剤を有さないガラスセラミック物品が提供され、少なくとも1つのイオン交換可能な抗菌剤塩と交換可能なアルカリ金属塩とを保有するイオン交換槽を使用するイオン交換プロセスに供される。一実施形態において抗菌剤塩およびアルカリ金属塩が硝酸塩として槽内に存在している。アルカリ金属は、例えば、硝酸ナトリウム、硝酸カリウムまたはそれらの混合物であり得る。イオン交換槽内の抗菌剤を含有する塩の濃度は、いくつかの実施形態において、1重量%〜100重量%の範囲である。槽の残部は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩であり得る。いくつかの実施形態において、イオン交換槽内の抗菌剤を含有する塩の濃度は5重量%〜100重量%の範囲である。
イオン交換槽内の銀塩または銅塩、またはそれらの混合物の濃度は、0.01重量%〜10重量%の範囲であり得る。一実施形態において、イオン交換槽内の銀塩または銅塩、またはそれらの混合物の濃度は、0.01重量%〜5重量%の範囲である。
イオン交換温度は300〜500℃の範囲であってもよく、イオン交換時間は5分超〜6時間未満の範囲である。硫酸塩が存在している場合、温度範囲はより高くなり得る。時間および温度の正確な選択は、ガラスセラミックに交換されることが求められる層の深さに依存している。例えば、抗菌剤がガラスセラミックの表面上にまたは表面付近でイオン交換されることが望ましいとき、イオン交換は、1時間以下の時間にわたって、例えば使用される槽に応じて、350〜420℃の範囲の温度において、例えば限定しないが、5分〜20分の範囲の時間にわたって420℃の温度において行なわれる。抗菌剤がガラスセラミック内にまで深くイオン交換されることが望ましい場合、イオン交換は、より長い時間にわたってより高い温度において、例えば限定しないが、4〜6時間の範囲の時間にわたって450℃の温度において行なわれてもよい。
いくつかの実施形態において、抗菌性物品において抗菌剤が銀であり、物品の、Ag2Oとして定量された銀の表面濃度が1〜20重量%である。いくつかの実施形態において、抗菌性物品において抗菌剤が銅であり、物品の、CuOとして定量された銅の表面濃度が1〜20重量%である。いくつかの実施形態において、抗菌性物品において抗菌剤が銅と銀との混合物であり、物品の、Ag2OおよびCuOとして定量された銅および銀の表面濃度が1〜20重量%である。
いくつかの実施形態において、抗菌性物品において抗菌剤が銀であり、物品の、Ag2Oとして定量された銀の表面濃度が6重量%以下である。いくつかの実施形態において、抗菌性物品において抗菌剤が銅であり、物品の、CuOとして定量された銅の表面濃度が6重量%以下である。いくつかの実施形態において、抗菌性物品において抗菌剤が銅と銀との混合物であり、物品の、Ag2OおよびCuOとして定量された銅および銀の表面濃度が6重量%以下である。
いくつかの実施形態において、抗菌性物品において抗菌剤が銀であり、物品の、Ag2Oとして定量された銀の表面濃度が1〜6重量%である。いくつかの実施形態において、抗菌性物品において抗菌剤が銅であり、物品の、CuOとして定量された銅の表面濃度が1〜6重量%である。いくつかの実施形態において、抗菌性物品において抗菌剤が銅と銀との混合物であり、物品の、Ag2OおよびCuOとして定量された銅および銀の表面濃度が1〜6重量%である。
別の実施形態においてガラスセラミック形成成分、例えば砂、ナトリウムおよび/またはカリウム酸化物、アルミニウム酸化物、硼酸塩マグネシアおよび/または特定のガラスセラミック材料を形成するために必要に応じて他の成分を適切な容器内でドライブレンドし、例えば、抗菌剤の溶液を容器内に噴霧することによって、混合の間に抗菌剤塩の溶液を乾燥材料に添加した。いくつかの実施形態において、溶液は水溶液である。抗菌塩を含有する溶液の全てを乾燥混合物に添加して十分に混合した後、材料の得られたバッチを融解し、ガラスに形成した。その後、ガラスを選択された時間、核形成時間にわたって核形成温度に加熱し、次に、選択された時間、セラミック化時間にわたってセラミック化温度に加熱し、ガラスセラミックを形成した。
前述の両方の方法において、方法がさらに、選択された温度の還元雰囲気中で選択された時間にわたって加熱して抗菌剤をゼロ価の形態に還元することによって抗菌剤含有ガラスセラミック中の得られた抗菌剤を還元する工程を含むことができる。還元条件は、水素雰囲気、例えば、高純度H2環境を、1〜10気圧の範囲の圧力において300℃〜600℃の範囲の温度において、例えば、350℃〜500℃において1〜6時間の範囲の時間にわたって、例えば、2〜6時間または、例えば、1〜5時間にわたって使用する。また、フォーミングガスなどの他の還元物質を使用することもできる。
抗菌性ガラスセラミックを調製するために有用であるガラスセラミックは、20〜98体積%の結晶成分および2〜80体積%のガラス成分を含有する。抗菌性ガラスセラミックは光学透明であっても不透明であってもよく、それらは、着色されても着色されなくてもよく(すなわち、透明であってもよい)、そこで透明は、可視的な着色がないことを意味する。したがって、透明なガラスセラミックは、透明であるかまたは着色されるかどちらであってもよい。白色および黒色はここで色と考えられている。
開示の実施において使用することができるガラスセラミック材料は、ベータユウ輝石固溶体(LiタイプおよびCuタイプの両方、ならびにLi、Cu、Mg、およびNaの固溶体など)、ベータ石英固溶体(ベータユークリプタイトおよびバージライトなど)、カスミ石固溶体、カーネギーアイト固溶体、ポルサイト、白榴石(K[AlSi2O6])、フッ化三ケイ素雲母(金雲母および黒雲母など)、フッ化四ケイ素雲母(タイニア雲母およびポリリシオナイトなど)、アルカリ担持コーディエライトおよび大隅石、相当量のアルカリアルミノケイ酸またはアルカリホウケイ酸ガラスを含有するガラスセラミック、カナサイト、アグレライトおよびフッ素角閃石からなる群から選択されてもよい。ここで使用される典型的なガラスセラミックには、ベータユウ輝石およびベータ石英固溶体の他、Macor(商標)(Corning Incorporated)があり、これは機械加工可能な、白色、無臭、(外観において)磁器状のガラスセラミック材料であり、磁器の外観を有し、55体積%がフッ素金雲母マイカおよび45体積%がホウケイ酸ガラスである。一実施形態において、抗菌性ガラスセラミックは光学透明であり、有色であるかまたは無色である。別の実施形態において、抗菌性ガラスセラミックは半透明であるかまたは不透明であり、有色である。
いくつかの実施形態によって、ガラスセラミックは表1の範囲で記載された組成を有してもよい。組成を重量パーセントで記載する。
図1は、20分間420℃において5重量%のAgNO3/95重量%のNaNO3槽を使用してイオン交換した後のユウ輝石タイプガラスセラミックの電子マイクロプローブ(EMP)分析である。線10は、マイクロメートル単位の深さの関数としてガラスセラミック中に存在しているAg2Oの重量%を示す。
図2Aは、5時間450℃において5重量%のAgNO3/95重量%のNaNO3槽を使用してイオン交換した後のEMP分析である。データポイントは、マイクロメートル単位の深さの関数としてガラスセラミック中に存在しているAg2Oの重量%を示す。
図2Bは、図2AのガラスセラミックのAgマップである。明るい領域12は、増加したAg濃度を示す。
図3は、(a)NaNO3槽中で5重量%のAgを使用して20分間420℃においてイオン交換した後(上部、ガラスセラミックは白色である)および(b)1気圧の圧力のH2中で5時間420℃において還元した後(下部、ガラスセラミックは灰色である)のユウ輝石ガラスセラミックの写真である。
図4Aおよび4Bは、20分間420℃において5重量%のAgNO3/95重量%のNaNO3槽を使用してイオン交換した後のユウ輝石ガラスセラミックの表面(図4A)および端縁(図4B)のSEM顕微鏡写真である。
図5A〜5Cは、1気圧のH2中で5時間450℃において還元した後の図4A/4Bのユウ輝石ガラスセラミックのSEM顕微鏡写真である。
図6は、1100℃において熱処理後の製造されたままの1モル%のCuOを含有するユウ輝石ガラスセラミックのEMP分析である。
典型的な組成物が表2に示され、組成物AおよびBは、それぞれ、「Macor」およびカスミ石組成物の実施例であり、実施例C、D、E、およびFは、ベータ石英の実施例である。表3の実施例K、L、M、N、O、およびPは、ベータユウ輝石の実施例を示す。表3の実施例Qは典型的なフッ素雲母ガラスセラミックである。表3の実施例Rは典型的なカナサイトガラスセラミックである。表3の実施例Sは典型的なユウ輝石ガラスセラミックである。表2および3は、抗菌活性について評価および試験されたガラスセラミック材料のいくつかの代表的な組成物を示す。いくつかの実施形態によって、表1、2、および3に記載されたガラスセラミックをベースガラスセラミックとして使用することができ、イオン交換してガラスセラミック中の銅、銀、またはそれらの組合せの量を提供または増加させることができる。いくつかの実施形態によって、表1、2、および3に記載されたガラスセラミックの、銀、銅、またはそれらの組合せの濃度は例えば0〜20重量%の範囲、例えば、1〜20重量%、例えば、1〜19重量%、例えば、1〜18重量%、例えば、1〜17重量%、例えば、1〜16重量%、例えば、1〜15重量%、例えば、1〜14重量%、例えば、1〜13重量%、例えば、1〜12重量%、例えば、1〜11重量%、例えば、1〜10重量%、例えば、1〜9重量%、例えば、1〜8重量%、例えば、1〜7重量%、例えば、1〜6重量%、例えば、1〜5重量%、または、例えば、2〜20重量%、例えば、3〜20重量%、例えば、4〜20重量%、例えば、5〜20重量%、例えば、6〜20重量%、例えば、7〜20重量%、例えば、8〜20重量%、例えば、9〜20重量%、例えば、10〜20重量%、例えば、11〜20重量%、例えば、12〜20重量%、例えば、13〜20重量%、例えば、14〜20重量%、例えば、15〜20重量%であり得る。
抗菌剤を含有するガラスセラミックは、例えば、以下に説明した方法を使用して、それらの抗菌活性について試験され、抗菌性ガラスセラミックのいくつかは、対数減少値>2を有する。いくつかの実施形態において、物品は、微生物の対数減少値>0.2を有し、例えば、>0.5、例えば、>1、例えば、>1.5、例えば、>2、例えば、>2.5、例えば、>3、例えば、>3.5、例えば、>4、例えば、>4.5、例えば、>5を有する。いくつかの実施形態において、物品は、ウイルスの対数減少値>4および>5を有する。いくつかの実施形態において、物品は、少なくとも2種の微生物種を1時間以内に対数減少値>1に抑制することができる。いくつかの実施形態において、物品は、6時間後に4超の細菌の対数減少値を有する。
抗細菌試験、例えば、抗細菌湿潤試験をいくつかの典型的なガラスセラミックで実施した。各々の試験試料ガラスセラミックを1インチ(2.54cm)×1インチ(2.54cm)のガラスセラミックスライドに切り分け、ペトリ皿内に置いた。3つのコートされていないガラスセラミックスライドを陰性対照試料として使用した。グラム陰性大腸菌を1×106細胞/mlの濃度において1/500ルリア培地(LB)培地中で懸濁した。156μlの大腸菌細胞懸濁液を各々の試料表面上に置き、滅菌された実験室PARAFILMを使用してよく接触させておき、飽和湿度(>95%の相対湿度)において37℃で6時間にわたって培養した。各々の試料を3部作製した。6時間の温置後、2mlのリン酸緩衝生理食塩水(PBS)緩衝液を各々のペトリ皿に加えた。振とうした後、スライドとPARAFILMの両方を洗浄し、各々のペトリ皿からの全ての溶液を集め、LB寒天板上に置いた。37℃の培養器にさらに16時間にわたって温置した後、細菌コロニーの形成を検査した。幾何学的手段を使用して、ガラスセラミックと対照ガラスセラミックのコロニー数に基づいて対数およびパーセント減少を計算した。
抗細菌試験、例えば、抗細菌乾燥試験をいくつかの典型的なガラスセラミック
で実施した。各々の試験試料ガラスセラミックを1インチ(2.54cm)×1インチ(2.54cm)のガラスセラミックスライドに切り分け、ペトリ皿内に3部置いた。銅がドープされていない(コートされていない)ガラスセラミックスライドを陰性対照試料として使用した。グラム陽性黄色ブドウ球菌細菌を試験日の少なくとも3連続日前および試験日に培養し、接種材料を少なくとも48時間培養した。細菌培養物を渦巻かせ、しょう液(5%の最終濃度)を添加し、Triton X−100(最終濃度0.01%)を接種材料に添加した。各々の試料に細菌懸濁液の20μlのアリコートを接種し、試料を室温および42%の相対湿度において30〜40分間乾燥させた。試料を乾燥のすぐ後に2時間暴露した。2時間後に、4mlのPBS緩衝液を各々のペトリ皿に添加した。振とうした後、各々のペトリ皿からの全ての溶液を集め、トリプチケースソイ寒天板上に置いた。37℃においてさらに24時間にわたって温置した後、細菌コロニーの形成を検査した。幾何学的な手段を使用して、ガラスおよび対照ガラスのコロニー数に基づいて対数およびパーセント減少を計算した。
で実施した。各々の試験試料ガラスセラミックを1インチ(2.54cm)×1インチ(2.54cm)のガラスセラミックスライドに切り分け、ペトリ皿内に3部置いた。銅がドープされていない(コートされていない)ガラスセラミックスライドを陰性対照試料として使用した。グラム陽性黄色ブドウ球菌細菌を試験日の少なくとも3連続日前および試験日に培養し、接種材料を少なくとも48時間培養した。細菌培養物を渦巻かせ、しょう液(5%の最終濃度)を添加し、Triton X−100(最終濃度0.01%)を接種材料に添加した。各々の試料に細菌懸濁液の20μlのアリコートを接種し、試料を室温および42%の相対湿度において30〜40分間乾燥させた。試料を乾燥のすぐ後に2時間暴露した。2時間後に、4mlのPBS緩衝液を各々のペトリ皿に添加した。振とうした後、各々のペトリ皿からの全ての溶液を集め、トリプチケースソイ寒天板上に置いた。37℃においてさらに24時間にわたって温置した後、細菌コロニーの形成を検査した。幾何学的な手段を使用して、ガラスおよび対照ガラスのコロニー数に基づいて対数およびパーセント減少を計算した。
5重量%のCuを有する典型的なベータ石英ガラスセラミックである表2の実施例Eは、以下の熱処理:720℃/2h+850℃/4hを実施して成長した結晶相を有し(これは、第1の工程が2時間の保持時間で720℃での処理であり、第2の工程が4時間850℃での処理である二重熱処理である。この用語は二重熱処理を説明するために本明細書において使用される)、ベータ石英相を生じる。この典型的なガラスセラミックは光学半透明〜透明であった。H2中の処理および抗菌活性を表4に記載する。
Cuを有する典型的なユウ輝石ガラスセラミックである表2の実施例Eは、以下の熱処理:720℃/2h+1000℃/4hを実施して成長した結晶相を有し、ユウ輝石相を生じた。H2中の処理および抗菌活性を表5に記載する。
5重量%のAgを有する典型的なユウ輝石ガラスセラミックである表3の実施例Nは、以下の熱処理:720℃/2h+1000℃/4hを実施して成長した結晶相を有し、ユウ輝石相を生じた。H2中の処理および抗菌活性を表6に記載する。
Agを有する典型的なユウ輝石のイオン交換ガラスセラミック(槽濃度で5%のAgNO3のイオン交換によってAgを添加した)である実施例Sは、表3のイオン交換前のベースガラスセラミックであり、以下の熱処理:720℃/2h+1000℃/4hを実施して成長した結晶相を有し、ユウ輝石相を生じた。Ag2Oの測定された重量%は16重量%であった。H2中の処理および抗菌活性を表7に記載する。
Agを有する典型的なユウ輝石のイオン交換ガラスセラミックである実施例Sは、表3のイオン交換前のベースガラスセラミックであり、以下の熱処理:720℃/2h+1000℃/4hを実施して成長した結晶相を有し、ユウ輝石相を生じた。表8に示されるように350℃/10分においてAgNO3のイオン交換によってAgを添加した。また、ガラスセラミックを390℃/3.5hにおいてNaイオン交換し、ガラスセラミックを強化した。H2中の処理および抗菌活性を表8に記載する。
Cuを有する典型的なマイカガラスセラミックである表2の実施例Aは、以下の熱処理:720℃/2h+950℃/4hを実施して成長した結晶相を有し、マイカ相を生じた。H2中の処理および抗菌活性を表9に記載する。
Cuを有する典型的なカナサイトガラスセラミックである実施例Rは、表3のイオン交換前のベースガラスセラミックであり、以下の熱処理:720℃/2h+850℃/4hを実施して成長した結晶相を有し、カナサイト相を生じた。表10の第1の典型的なカナサイトを5%のAgNO3を用いて450℃/20分においてAgでイオン交換した。H2中の処理および抗菌活性を表10に記載する。
Cuを有する典型的な「Macor」ガラスセラミックである表2の実施例Aは、以下の熱処理:720℃/2h+950℃/4hを実施して成長した結晶相を有し、「Macor」相を生じた。表11の第1の典型的な「Macor」を5%のAgNO3を用いて450℃/20分においてAgでイオン交換した。H2中の処理および抗菌活性を表11に記載する。
5重量%のCuを有する典型的なカスミ石ガラスセラミックである表2の実施例Bは、以下の熱処理:850℃/4h+1100℃/6hを実施して成長した結晶相を有し、カスミ石相を生じた。H2中の処理および抗菌活性を表12に記載する。
データは、1重量%のCuのCuドーピングレベルにおいて、H2還元を行わないセラミック化ガラスセラミックは、細菌の対数減少値>2(>99%の細菌減少)を有し、H2還元を行うと対数減少値>5(>99.999の細菌減少)を有したことを示す。融解、成形およびセラミック化する前のバッチ材料に添加されたCuを使用して調製されたベータ石英含有ガラスセラミックは、製造されたままのH2還元を行わない抗菌活性が>2であり、Cuガラスセラミックは抗細菌性且つ抗ウイルス性である。バッチ材料が、融解、成形およびセラミック化する前に5重量%のCuを含有するようにドープされる一実施形態において、製造されたままのH2還元を行わない抗菌活性が>5であった。
いくつかの実施形態が説明のために示されたが、前述の説明は開示の範囲または添付された請求の範囲を限定すると考えられるべきではない。したがって、本開示または添付された請求の範囲の精神および範囲から逸脱せずに様々な変更、改造、および代案を当業者は実施することができる。
Claims (5)
- 結晶成分および非晶質成分と、銀、銅、および銀と銅との混合物からなる群から選択される少なくとも1つの抗菌剤とを有するガラスセラミックからなる基材を含む抗菌性物品であって、
前記物品は、微生物の対数減少値>2を有することを特徴とする、抗菌性物品。 - 前記抗菌剤が銀であり、前記物品の、Ag2Oとして定量された銀の表面濃度が6重量%以下であることを特徴とする、請求項1に記載の抗菌性物品。
- 前記抗菌剤が銅であり、前記物品の、CuOとして定量された銅の表面濃度が6重量%以下であることを特徴とする、請求項1に記載の抗菌性物品。
- 前記ガラスセラミックが、ベータユウ輝石固溶体、ベータ石英固溶体、カスミ石固溶体、カーネギーアイト固溶体、ポルサイト、白榴石(K[AlSi2O6])、フッ化三ケイ素雲母、フッ化四ケイ素雲母、アルカリ担持コーディエライトおよび大隅石、相当量のアルカリアルミノケイ酸またはアルカリホウケイ酸ガラスを含有するガラスセラミック、カナサイト、アグレライトおよびフッ素角閃石、およびMacorからなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の抗菌性物品。
- 少なくとも1つの選択された抗菌剤をその中に有する抗菌性物品を製造する方法であって、
抗菌剤をその上に有さず、結晶成分および非晶質成分を有するガラスセラミック基材を提供する工程と、
少なくとも1つのイオン交換可能な抗菌剤塩と交換可能なアルカリ金属塩とを保有するイオン交換槽を使用して前記ガラスセラミック基材をイオン交換プロセスに供して、それによって抗菌性ガラスセラミック物品を形成する工程と、
を含み、前記抗菌剤が、銅、銀、および銅と銀との混合物からなる群から選択されることを特徴とする、方法。
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