JP2016536329A - 抗菌剤を表面及びポリマーにクロスリンクするための処方及びプロセス - Google Patents

Abstract

生物エージェントの増殖を防止するために抗菌剤を基質に適用する過程をここに記載する。抗菌剤・バインダー混合物を提供する。バインダーは、グアーガム、硫酸アンモニウム、尿素、及びメチルアクリロイドを含む。抗菌剤は、オルガノシラン第四アミン抗菌剤である。抗菌剤・バインダー混合物は、負荷電粒子を含むようにイオン化される。抗菌剤・バインダー混合物はフォグを形成するようにエアロゾル化される。フォグは表面に塗布され、乾燥される。【選択図】図１

Description

［関連する出願］
本出願は、２０１３年８月３０日出願の米国仮出願第６１／８７１，８８７号に対する優先権を主張する。

表面は、微生物活性の温床である。インフルエンザ等の重患は、簡単な人の接触により容易に伝染される。オフィスにおける共有の電話やキーボード、公共交通の手すりや椅子、スーパーにおけるレジのタッチスクリーン、さらにドアの取っ手等、公共スペースにおける一般のオブジェクトは、全て危険なウィルスや細菌の住処になり得る。アメリカの家庭における標準的な表面にも有害な微生物が存在し得る。例えば、台所は、食中毒等の食品系病気をもたらす大腸菌[Escherichia coli]（通称「E. Coli」）、カンピロバクター［Camphylobacter］、及びサルモネラ菌［Salmonella］等の危険な細菌の住処になり得る。ワークトップや蛇口、冷蔵庫、及びキャビネットの取っ手等のタッチ表面は、微生物の一般的な繁殖地である。

従来の殺菌剤スプレーやワイプは、この微生物の一部を死滅させるが、掃除の少し後に、付加的な微生物によって同じエリアが汚染されることを防止しない。結果として、微生物の繁殖を継続的に防止するためには、これらの表面を頻繁に拭く必要がある。また、従来の殺菌剤は、感染病原体を毒殺することで働くため、その病原体が処理に対する抵抗性を発現する可能性がある。これによって、元々破壊の標的であった病原体よりも危険な感染病原体が発生する可能性もある。このような抵抗性の危険な微生物の種類の有名な一例は、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌［methicillin-resistant Staphylococcus aureus］、通称ＭＲＳＡである。実際に、ＭＲＳＡのような「スーパーバグ」というものに対しては、従来の治療は必ずしも効果的ではない。

非健康的な微生物の広がりを防止するために、表面及びその他の固体基質や多孔性基質の処理の改良の必要性は高い。また、その処理は、抵抗力の増加又は抵抗力のあるものの発生のリスクを回避しながら感染体を破壊し、従来の処理で破壊できない危険な抵抗性感染体を破壊する必要もある。

ここに記載する実施態様の幾つかにおいて、抗菌剤を表面に塗布することで、その表面上における生物エージェントの繁殖を防止する方法が提示されている。抗菌剤・バインダー混合物を提供する。バインダーは、グアーガム、硫酸アンモニウム、尿素、及びメチルアクリロイドを含む。抗菌剤は、オルガノシラン四級アミン抗菌剤である。抗菌剤・バインダー混合物は、負荷電粒子を含むようにイオン化される。それから、抗菌剤・バインダー混合物はフォグを形成するためにエアロゾル化される。フォグは表面に塗布され、乾燥される。

表面上に生物エージェントの繁殖を防止するために抗菌剤を表面に塗布する他の実施態様において、抗菌剤・バインダーの混合物が作成される。６３℃超の温度に水を加熱する。グアーガムと水を混合させ、混合物を５７℃〜６３℃の間の温度に冷却する。混合物を希釈し、それに硫酸アンモニウムと尿素を混合し、その後再び混合物を希釈する。そこにメチルアクリロイドを混合する。バインダーは、式NH₃C₁₈H₃₆Rを有し、Rはシラン基である抗菌剤と、イオン化剤と、水と混合され、抗菌剤・バインダー混合物が構成される。バインダーは、抗菌剤・バインダー混合物の２〜３重量％を構成する。イオン化剤は、抗菌剤・バインダー混合物の１重量％を構成する。抗菌剤は、抗菌剤・バインダー混合物の２〜３重量％を構成する。混合物は、負荷電粒子を含むようにイオン化され、フォグを形成するようにエアロゾル化される。フォグは表面に適用され、室温にて乾燥される。

図１は、ここに記載する方法の好ましい実施態様のフローチャートを示す。

ここの開示は、バインダーを利用して表面に抗菌剤を適用する方法に関する。図１は、そのような実施態様の一例を示すフローチャートを提示する。水性のバインダー溶液は、抗菌剤を基質に結合させるバインダーを形成する１つ以上の構成要素を含み得る。ここに記載の方法で使用可能なこのような水性バインダー溶液の１つは、グアーガムにより構成されている。幾つかの実施態様において、水性バインダー溶液は、さらに硫酸アンモニウム、尿素、及び／又はメチルアクリロイドを含み得る。このバインダーに使用可能なメチルアクリロイドは、例えば、Dow Chemical製メタクリル酸メチルコポリマーのParaloid(R)製品等のようなメタクリル酸メチルコポリマーを含む。

水性バインダー溶液のある実施態様において、溶液は約１．５重量％のグアーガムを含む。水性バインダー溶液の別の実施態様において、水性バインダー溶液は、１．５％重量％のグアーガム及び約２．０重量％の硫酸アンモニウムを含み得る。水性バインダー溶液の他の実施態様において、溶液は約１．５重量％のグアーガム、約２．０重量％の硫酸アンモニウム、約０．９〜１．０重量％の尿素、及び約１．７５重量％のメチルアクリロイドを含み得る。

バインダーは、ここに記載の方法により、表面を含む基質の処理に用いるために作成してもよい。（１０１）このようなバインダーを作成するために、約１０２ポンド（約４６．３ｋｇ）を１４５°F（６５℃）超の温度に加熱する。約３．５ｌｂｓ（１．５９ｋｇ）のグアーガムを水に混合させる。その後、混合物は約１３５〜１４５°F（５７〜６３℃）の間に冷却される。約３７．５ｌｂｓ（１７ｋｇ）の水を混合物に加える。水は、１４５°F以下の温度にある。約４．５ｌｂｓ（２．０４ｋｇ）の硫酸アンモニウムをそれに混合させる。混合物と硫酸アンモニウムを混合させた後、約２ｌｂｓ（０．９１ｋｇ）の尿素をそれに混合させる。尿素の混合が完成すると、７５ｌｂｓ（３４ｋｇ）の水及び４ｌｂｓ（１．８１ｋｇ）のメチルアクリロイドを加え、バインダーを作成する。そして、このバインダーは、表面を含む基質を処理する方法に用いることができる。当業者であれば、バインダーの構成要素の重量は、構成要素それぞれのおおよその割合が維持されている限り、変更可能であることを理解する。

表面を処理するために、抗菌剤をバインダーと水と混合する。（１０２）このような混合は、応用に求められる混合物の量を作成するために適切なサイズを有する、如何なる容器においても実行できる。幾つかの実施態様において、容器は工業用ミキサーを備える混合タンクであってもよい。抗菌剤、バインダー及び水を混合させるために使用し得るミキサーの一例は、１／４馬力Hill Vortexミキサーである。抗菌剤、バインダー及び水を混合させる工程の一部として、溶液を混ぜ、少なくとも１００°F、好ましくは１００°F〜１２０°Fの間の温度に加熱する。好ましくは、混合物は１００°Fの温度を達成後、少なくとも５分間混ぜられる。いくつかの実施態様において、タンクは、加熱過程を簡略化するための発熱素子を含み得る。このようなタンクの一例は、加熱ジャケット式タンクである。ただし、当業者であれば如何なる適切な発熱素子も使用できることを理解する。

この混合物に使用される抗菌剤及びバインダーのパーセンテージは予め設定されている。いくつかの実施態様において、抗菌剤の重量パーセンテージは約２％〜３％であり、バインダーの重量パーセンテージは約２％〜３％である。

使用可能な抗菌剤は、スパイクの付いた構造を形成できる有機シラン四級アミンを含む。通常この分子はシラン基(R)、炭素鎖（C_ｘH_ｙ）及び四級アミン（NH_３）を含む。分子は、シラン基が炭素鎖の一端に、アミンが他端に結合し、分子的スパイク（NH_３C_ｘH_ｙR)を形成するように構成される。使用可能な有機シラン四級アミンの一例は、NH_３C_１８H_３６Rである。好ましい実施態様において、抗菌剤は、Paterson, NJにあるNelcon, Inc.が販売するNelsperse Ultimate Protection抗菌剤である。他の実施態様において、有機シラン四級アミン抗菌剤はAegis Environmental ManagementのDow Corning 5700, （塩化（３−トリメトキシシリル）−プロピルジデシルメチルアンモニウム）であってもよい。他の実施態様は、(CH₃O)₃Si(CH₂)₃N⁺(CH₃)₂C₁₈H₃₇Cl^-, (CH₃O)₃Si(CH₂)₃N⁺(C₂H₅)₃Cl^-; (CH₃O)₃Si(CH₂)₃N⁺(CH₃)₂C₁₈H₃₇Br^-; (CH₃O)₃Si(CH₂)₃N⁺(CH₃)₃Cl^-; (CH₃O)₃Si(CH₂)₃N⁺(CH₃)₂CH₂C₆H₅Cl^-; (C₂H₅O)₃Si(CH₂)₃N⁺(CH₃)₂C₁₈H₃₇Cl^-; 及び(CH₃O)₃Si(CH₂)₃N⁺(CH₃)₂C₄H₉Cl^-等の有機シラン四級アミン抗菌剤を使用しても良い。

分子の四級アミン構造は、スパイクの先端として機能する。この構造が細胞膜に接触する際に、それを突き刺す。膜に穴をあけることにより、栄養輸送系や構造的完全性が破壊され、細胞の死に至る。特に、アミン先端は、接触する細胞を毒することによって働かない。むしろ、アミン先端は、物理的にそのような細胞の膜に穴をあける。

いくつかの実施態様において、抗菌剤・バインダー溶液は更にイオン化剤を含む。イオン化剤は、有害な生物エージェントを破壊する抗菌剤の能力を向上させるように働くと仮定されている。イオン化剤は、フォギング塗布のための抗菌剤・バインダー混合物のイオン化を促進し得る（下記に述べる）。イオン化剤は、混合物と混合されてもよい。ある実施態様において、イオン化剤は、トルマリンである。ここに記載する抗菌剤・バインダー溶液に使用できるトルマリン原薬の１つは、東京、日本のIon Trading Universal Co. が販売する、．０３ミクロンの粒子サイズを有する白色イオンパウダーである。イオン化剤の他の例は、東京、日本のIon Trading Universal Co.が販売する灰色イオンパウダー、Shanghai Huzheng Nano Technology Co., Ltd.の負イオンパウダー（hznano.en.alibaba.com/product/516339676-213716786/Negative_ion_powder.htmlより入手可能）、DB Chemicのイオンパウダー（www.dbchemic.com/product/Ion.php）より入手可能）、Rootsの負イオンパウダー、タイプC（www.root-cn.com/Negative-Ion-Powder-Type-C.htmlより入手可能）、及びIon Tradingの白色トルマリンパウダー（www.n-ion.com/e/product/tourmaline-stones-powder/tpd-1-l.htmlより入手可能）を含む。イオン化剤の他の例は、ガドリニウム、リン、サマリウム、イッテルビウム、及びネオジムを構成する。ある好ましい実施態様において、イオン化剤は、抗菌剤・バインダー溶液の１重量％を含む。

抗菌剤とバインダーが水と混合された後、抗菌剤及びバインダーの水中分散を可能にするために、混合物の温度を調節する。ある好ましい実施態様において、温度は抗菌剤及びバインダーを水中均一な分散を可能にする温度に調節される。この温度は変化するが、ある好ましい実施態様において、温度は約３７℃（約１００°F）及び約４４℃（約１１０°F)の間である。

抗菌剤及びバインダーの混合物を受容するための表面が選択される。表面は、一般に、如何なる非生地材料を含んでもよい。例えば、ポリマー、ガラス、及び金属は表面になり得る。表面は剛性又は可撓性表面であってもよく、多数の異なる形やサイズを有し得る。表面は、固体基質、多孔性基質、又はその組み合わせを含んでもよい。

いくつかの実施態様において、表面は抗菌剤及びバインダーの混合剤の塗布の前に、準備工程を受けてもよい。例えば、表面は、塗布の前に洗浄されてもよい。洗浄は、表面上に存在し得る有害性であり得る物質を除去するために役立つ可能性がある。様々なやり方で洗浄できる。いくつかの実施態様において、洗浄は、表面を例えば紫外線で処理することにより実行される。他の実施態様において、洗浄は市販の洗浄用製品を用いて処理することを含み得る。例えば、下記の実施例において記述する試験表面の一部は、市販の抗菌剤製品であるFantastic(R)及びFormula 409(R)洗浄剤で洗浄された。

抗菌剤・バインダー混合剤と表面が準備された後に、抗菌剤・バインダー混合剤は表面に塗布される。表面に混合物を塗布する方法としては、如何なる方法を用いてもよい。このような方法の例は、フォギング塗布、ディッピング塗布、及びスプレー塗布を含むが、これらに限定されない。好ましくは、塗布方法は表面に抗菌剤・バインダー混合物の均一な分散を可能にする。ディッピングは、均一な分散を可能にする塗布方法の１つである。ディッピングを使用するある実施態様において、表面は抗菌剤・バインダー混合物に浸漬される。いくつかの実施態様において、浸漬は約１〜２分間続く。

ある好ましい実施態様はフォギングである。フォギングが好ましいことにはいくつかの理由があり、その１つは、短い時間で広い表面積を処理できることである。例えば、ここに記載するフォギング方法を利用して一部屋の全体を容易に処理できる。抗菌剤・バインダー混合物をイオン化することによりフォギング機能を使用する実施態様混合物に負の電荷を帯びたイオンが含まれるように、混合物はフォギング機械においてイオン化される。負の電荷を帯びた抗菌剤・バインダー混合物は、フォギング機械によりさらにエアロゾル化される。ここに記載する方法のフォギング部分を実行するために利用できる、このようなフォギング機械の一例は、www.dynafog.com/ulv/ecf/hurricaneより入手可能なHurricane Electric Portable Aerosol Applicator（ハリケーン）である。ハリケーンは、混合物が負イオンを含むように抗菌剤・バインダー混合物をイオン化する機能及び約５〜５０ミクロン範囲のエアロゾル粒子を形成する機能を実行できる。フォギングを利用するある実施態様において、表面はフォギング機械からのフォグに暴露される。いくつかの実施態様において、暴露時間は６〜１０秒間である。他の実施態様において、フォギングは数分に亘って利用できる。抗菌剤・バインダー混合物を含む負電荷フォグは、フォギング機械から出力され、雰囲気に入る。そこから、近傍の表面に引きつけられる。これは、正電荷を有する正電荷表面による。抗菌剤・バインダー混合物の粒子が、電気的吸着により乾燥が完了するまで表面に保持され、乾燥が完了する時点において、バインダーにより混合物が表面に吸着されたままにあることが確保される。

表面に抗菌剤・バインダー混合物を塗布した後に、混合物は表面に乾燥される。ある好ましい実施態様において、乾燥は室温で、過剰な空気移動のない条件で行われる。ここでいう室温は、２０℃〜２６℃（６８°F〜７９°F）の間の温度を意味する。乾燥時間は、いくつかの実施態様において空気の移動を増加させるための送風機又は扇風機、或いは熱を利用することにより促進できる。

乾燥過程が完了すると、表面は乾燥したバインダー及び抗菌剤に化学的に結合されている。抗菌剤及びバインダーは、約１：１の重量比率で表面上に存在する。バインダーは、抗菌剤が表面の外側に暴露されているスパイク構造となるように配向されるように表面を抗菌剤に結合させる。スパイク構造の四級アミン部分は、処理された表面に対して末端に配向され、四級アミンはスパイクの先端を形成する一方、シラン基は、表面とシラン結合を形成するように、表面に対して最も近いように配向される。この化学的結合により抗菌剤は表面に吸着されたままにある。

試験結果
MRSAに対する試験
ここに記載する方法に従って表面が処理され、感染病原体に対する有効性を判断するために試験が行われた。ポリカーボネートクーポンを、ここに開示する抗菌剤・バインダー混合物で処理した。クーポンは、フォギング装置から６フィート離れた平面表面上に配置された。そして、抗菌剤・バインダー混合物を３〜４分間、フォギングで塗布し、その後１０〜２０分間乾燥させた。乾燥は、約３６℃の温度で空気乾燥することで実行された。

クーポンの別のセットは、バイオフィルム被膜を含むように処理された。バイオフィルム被膜はメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（「MRCA」）を含む。バイオフィルムで被膜されたクーポンは、ここに記載する方法に従って処理されたクーポンに暴露される。８時間の暴露後、コロニー形態及びグラム染色により、MRSA生物の不在が示された。２４時間の暴露後に実行された試験も同様の結果を示した。この結果は、バイオフィルムにおいてMRSAが撲滅された場合と一致する。

病院の設定における試験
ここに記載の方法を使用して、抗菌剤は病院における固い表面に適用された。６週間の期間にわたり、生物エージェントの再発があったかを判断するために、表面が試験された。結果は下記表１に示されている。２月２５日に取得した測定値は、表面に抗菌剤を塗布する前の時点で取得された。その後、１度の塗布が実行された。そして、３月１２日、３月３０日、及び４月１４日に測定した。そこから見られるように、処理後、生物エージェントは著しく低下し、試験の最後までその低下したレベルが維持された。この結果は、ここに記載する方法により抗菌剤を塗布することにより、処理時に表面上に存在した生物エージェントが破壊されただけではなく、さらにその後続けて数週間に亘ってその表面に新しい生物エージェントが無い状態を維持できたことを示す。

表１：塗布後、生物エージェントの低下を示す試験結果。

普通の家庭微生物に対する試験
米国の家庭から取得した台所のごみ箱に対して試験を行った。試験は、明細書の方法を介して、ここに記載する抗菌剤・バインダー溶液を塗布すると、普通の家庭微生物を効果的に殺菌できたことを示す。

この試験は、SystemSURE Plus(TM) ATP Hygiene/Sanitation Monitoring Systemを用いて実行された。SystemSURE Plus(TM)は、微生物の増殖及び汚染を示すアデノシン三リン酸（「ATP」）を検出する。試験スワブは、被検体である台所のごみ箱の縁をスワブするために使用された。スワブは、スワブを回転させながら４インチ×４インチの正方形に亘って行われた。そして、スワブは試験管におかれ、SystemSure Plus(TM) 試験キットの一部として提供される液体試剤と混合される。この試剤は、少なくとも部分的に、サンプルスワブに存在するATPと反応し、光を放出するルシフェリン／ルシフェラーゼ酵素を含む。そして、放出された光はSystemSURE Plus(TM)のデバイスにより測定される。サンプルに存在するATPの量と放出される光の量との間に、直接の相関性がある。特に、ATPの各１フェムトモルは、１相対光ユニット（Relative Light Unit）の光を放出する。よって、サンプルに存在するATPの量を測定できる。

SystemSURE Plus(TM) Systemに従い、処理前のごみ箱の縁から２つの試験スワブを取得した。SystemSURE Plus(TM) Systemは、１４５０フェムトモルのATPを示す測定値を返し、微生物の存在を示した。ここに記載の方法を利用して、イオン化剤を含む抗菌剤・バインダー溶液でごみ箱を数秒間フォギングした。乾燥後、２つの追加の試験スワブをごみ箱から取得し、SystemSURE Plus(TM) Systemを使用して試験し、ゼロフェムトモルのATPが存在すると示す測定値が返された。この結果は、ここに記載する方法による処理は、普通の家庭微生物を破壊することを示す。

同様のルミノメーターキットを使用して、ATPを測定するためにトイレに対しても試験を実行した。数サンプルを取得した。第１のサンプルは、洗浄されていないトイレの便器から取得された。ルミノメーターにより返されたデータは、３０００を超える細菌増殖を示した。その後、トイレは「Kaboom」便器クリーナーで洗浄され、第２のサンプルが取得された。このサンプルは、３４０の細菌数を示し、洗浄だけでは全ての細菌増殖が破壊されなかったことを示した。

そして、便器はここに記載する方法に従って処理された。この適用後、細菌数は１９に低下した。追跡サンプルを２週間後に取り、３４の数が返された。この試験は、本願における方法は、従来の洗浄方法よりも高い程度の生物エージェント破壊が得られることを示す。また、少なくとも数週間に亘る拡張した保護という利点を提供する。

本願の方法、組成物、及び表面は、少数／特定の例示的な実施態様のみに関して詳細に示され記載されているが、特に上記教示に鑑み、ここに記載する新規教示及び利益を実質的に変えることなく、開示された実施態様に様々な変更、削除、追加は可能であるため、方法、組成物、表面を実施態様に限定されないことは、当業者は理解される。

Claims (9)

1. 表面に抗菌剤を適用することにより、前記表面上の生物エージェント増殖を防止する方法であって、
   抗菌剤・バインダー混合物を提供する工程であって、バインダーはグアーガム、硫酸アンモニウム、尿素、及びメチルアクリロイドを含み、抗菌剤は有機シラン四級アミン抗菌剤である工程と、
   イオン化された抗菌剤・バインダー混合物を形成するように前記抗菌剤・バインダー混合物をイオン化する工程であって、前記イオン化された抗菌剤・バインダー混合物は負の電荷を帯びたイオンを含む工程と、
   フォグを形成するように、前記イオン化された抗菌剤・バインダー混合物をエアロゾル化する工程と、
   前記表面に前記イオン化された抗菌剤・バインダー混合物を適用する工程と、
   前記表面に前記抗菌剤・バインダー混合物を乾燥させる工程と、を含む方法。
2. 前記抗菌剤・バインダー混合物を提供する工程は、さらに
   バインダー溶液を作成する工程であって、前記バインダー溶液は約１．５重量％のグアーガムと、約２重量％の硫酸アンモニウムと、約０．９〜１．０％重量の尿素、と、約１．７５重量％のメチルアクリロイドを含む工程と、
   前記バインダー溶液を前記抗菌剤と混合する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記抗菌剤・バインダー溶液は、さらにイオン化剤を含む、前記請求項１に記載の方法。
4. 前記イオン化剤は、白色イオンパウダーである、請求項３に記載の方法。
5. 前記抗菌剤は、式NH₃C₁₈H₃₆Rを有し、Rはシラン基である、請求項１に記載の方法。
6. 前記表面に前記抗菌剤・バインダー混合物を適用する前に、前記表面を洗浄する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記洗浄する工程は、前記表面を紫外線で処理することを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記乾燥は、室温で実行される、請求項１に記載の方法。
9. 表面に抗菌剤を適用することにより、前記表面上の生物エージェント増殖を防止する方法であって、
   抗菌剤・バインダー混合物を作成する工程であって、
   水を６３℃超の温度に加熱し、
   グアーガムを前記水と混合させ、第１混合物を生成し、
   前記第１混合物を５７℃〜６３℃の間の温度に冷却し、
   前記第１混合物を希釈し、
   前記第１混合物と硫酸アンモニウムと尿素を混合させ、第２混合物を生成し、
   前記第２混合物を希釈し、
   前記第２混合物とメチルアクリロイドを混合させ、バインダーを生成し、及び
   前記バインダーと、式NH₃C₁₈H₃₆Rを有し、Rはシラン基である抗菌剤と、イオン化剤と、水を混合させ、抗菌剤・バインダー混合物を生成し、前記バインダーは前記抗菌剤・バインダー混合物の２〜３重量％を構成し、前記イオン化剤は前記抗菌剤・バインダー混合物の１重量％を構成し、及び前記抗菌剤は前記抗菌剤・バインダー混合物の２〜３重量％を構成することによる工程と、
   イオン化された抗菌剤・バインダー混合物を形成するように前記抗菌剤・バインダー混合物をイオン化する工程であって、前記イオン化された抗菌剤・バインダー混合物は負の電荷を帯びたイオンを含む工程と、
   フォグを形成するように、前記イオン化された抗菌剤・バインダー混合物をエアロゾル化する工程と、
   前記表面に前記イオン化された抗菌剤・バインダー混合物を適用する工程と、
   室温で前記表面に前記抗菌剤・バインダー混合物を乾燥させる工程と、を含む方法。