JP2018516828A - グアニジン官能化パーライト粒子、この粒子を含有する物品、並びにこの粒子及び物品の使用方法 - Google Patents

グアニジン官能化パーライト粒子、この粒子を含有する物品、並びにこの粒子及び物品の使用方法 Download PDF

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Abstract

グアニジン官能化パーライト粒子が提供される。繊維性多孔質マトリックスと、繊維状多孔質マトリックス内に捕らえられた複数のグアニジン官能化パーライト粒子と、を含む不織布物品も提供される。第1の基材と、第1の基材の外周の少なくとも一部に沿って第1の基材に封止された第2の基材と、を含む積層物品が更に提供される。積層物品は、第1の基材と第2の基材との間に配置されたグアニジン官能化パーライト粒子を更に含む。
グアニジン官能化粒子又は積層物品を使用して流体試料中の微生物又は標的細胞検体を検出する方法も提供される。
【選択図】図1

Description

発明の詳細な説明
(分野)
本開示は、グアニジン官能化パーライト粒子、不織布物品、積層物品、並びに流体試料中の微生物を検出するためなどの粒子、不織布物品、及び積層物品の使用方法に関する。
(背景)
存在する微生物の同定及び/又は定量測定を行うために、様々な医療、食品、環境、又はその他の試料中における、細菌又は他の微生物の存在を検定することが、望ましい又は必要であることが多い。例えば、たとえ他の細菌の存在下であっても、特定の細菌種の存在又は不在を検査するために、細菌DNA又は細菌RNAの検査を行うことができる。しかしながら、特定の細菌の存在を検出する能力は、少なくとも部分的に、分析される試料中の細菌の濃度に依存する。試料中の細菌を濃縮することで、培養時間を短縮することができ、培養の工程の必要を排除することすら可能になる。よって、菌株に特異的な抗体を使用することによって、特定の細菌株を分離する(及びこれにより濃縮する)ための方法が(例えば、抗体をコーティングした磁石又は非磁石粒子の形態で)開発されている。しかしながら、このような方法は高価になり、少なくとも一部の診断用途に望まれる方法よりも依然としてやや遅い傾向がある。微生物の非特異的な濃縮又は捕捉は、炭水化物とレクチンタンパク質との相互作用に基づいた方法によって達成されている。様々な無機物質(例えば、ヒドロキシアパタイト及び金属水酸化物)もまた、細菌に非特異的に結合しこれを濃縮するために使用されている。このような非特異的濃縮法は、速度、費用、試料要件、空間要件、使いやすさ、現場使用の適格性、及び/又は有効性が異なる。
ATP生物発光試験に基づく迅速な方法は、即座に結果を提供するため水中の微生物汚染を判定するために使用されてきたが、この方法は、検出可能な応答を誘導するためには少なくとも1×10コロニー形成単位(cfu)/mLを必要とするため、検出感度により制限される。ATP生物発光試験の感度は、大量の試料(例えば、100mL)を使用することにより増加させることができるが、このような方法は当分野での実施が困難である可能性がある。
(概要)
グアニジン官能化パーライト粒子並びに粒子を含む不織布物品及び積層物品が提供され、これらは流体試料中の微生物及び/又は細胞検体を検出するために使用できる。
第1の態様では、グアニジン官能化パーライト粒子が提供される。グアニジン官能化パーライト粒子は、式X3−n Si−Y−Gを有する少なくとも1個のシランによって修飾されたパーライト粒子を含む。式中、nは0、1又は2であり、各Rは、存在する場合には、独立してアルキル、アラルキル又はアリールである。式中、Yは、2〜20個の炭素原子を有するアルキレンを含む2価の基であり、Gは、式−NH−C(=NH)−NHのグアニジン基であり、各Xは、独立してアルコキシ又はアシルオキシである。
第2の態様では、不織布物品が提供される。不織布物品は、繊維性多孔質マトリックスと、繊維性多孔質マトリックス内に捕らえられた(enmeshed)複数のグアニジン官能化パーライト粒子と、を含む。
第3の態様では、積層物品が提供される。積層物品は、第1の基材と、第1の基材の外周の少なくとも一部に沿って第1の基材に封止された第2の基材と、を含む。積層物品は、第1の基材と第2の基材との間に配置された複数のグアニジン官能化パーライト粒子を更に含む。
第4の態様では、流体試料中の微生物又は標的細胞検体を検出する方法が提供される。本方法は、第3の態様に係る積層物品を準備する工程と、少なくとも1種類の微生物株又は標的細胞検体を含有すると疑われる流体試料を準備する工程と、を含む。本方法は、少なくとも1種類の微生物株又は標的細胞検体の少なくとも一部分が積層物品に結合するように流体試料を積層物品と接触させる工程と、少なくとも1種類の結合した微生物株又は結合した標的細胞検体の存在を検出する工程と、を更に含む。
第5の態様では、流体試料中の微生物又は標的細胞検体を検出する別の方法が提供される。本方法は、第2の態様に係る複数のグアニジン官能化パーライト粒子を準備する工程と、少なくとも1種類の微生物株又は標的細胞検体を含有すると疑われる流体試料を準備する工程と、を含む。本方法は、少なくとも1種類の微生物株又は標的細胞検体の少なくとも一部分がグアニジン官能化パーライト粒子に結合するように流体試料を複数のグアニジン官能化パーライト粒子と接触させる工程と、少なくとも1種類の結合した微生物株又は結合した標的細胞検体の存在を検出する工程と、を更に含む。
実施例1の代表的なグアニジン官能化パーライト粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)画像である。 実施例3の例示的な不織布物品のSEM画像である。
(詳細な説明)
グアニジン官能化パーライト粒子、粒子を含む不織布物品及び積層物品、並びに流体試料の微生物含有量の迅速な監視方法が提供される。グアニジン官能化粒子によって、少なくとも1種類の微生物又は標的細胞検体を濃縮し、結合した微生物又は標的細胞検体の検出を可能にする。グアニジン官能化粒子、不織布物品及び積層物品は、大量の流体試料と接触して微生物及び/又は標的細胞検体を濃縮でき、また検出前に汚染物質を除去するための更なる所望による洗浄も可能となる。
本開示に係る方法は、約15分で流体試料中の細菌汚染を迅速に検出できる。
したがって、グアニジン官能化粒子、不織布物品、積層物品及び方法は、流体試料中の微生物及び標的細胞検体の現場での検出に好適であり得る。
以下の定義された用語の用語集に関して、別の定義が特許請求の範囲又は本明細書の他の箇所において示されない限り、これらの定義が本明細書全体で適用されるものとする。
用語集
明細書及び特許請求の範囲の全体を通して特定の用語が使用されており、大部分は周知であるが、いくらか説明を必要とするものもある。本明細書で使用される場合、以下のように理解すべきである。
用語「1つの(a)」、「1つの(an)」、及び「その(the)」は、「少なくとも1つの」と同義に使用され、記載される要素のうちの1つ以上を意味する。
用語「及び/又は(and/or)」は、一方又は両方を意味する。例えば「A及び/又はB」は、Aのみ、Bのみ、又はA及びBの双方を意味する。
本明細書で使用するとき、末端値による数値範囲での記述には、その範囲内に包含されるあらゆる数値が含まれる(例えば、1〜5には1、1.5、2、2.75、3、3.8、4、及び5が含まれる)。
特に指示がない限り、本明細書及び実施形態で使用する量又は成分、特性の測定値などを表す全ての数は、全ての場合、「約」という用語によって修飾されていると理解するものとする。したがって、特に指示がない限り、前述の明細書及び添付の実施形態の列挙において示す数値パラメータは、本開示の教示を利用して当業者が得ようとする所望の特性に依存して変化しうる。最低でも、請求項記載の実施形態の範囲への均等論の適用を限定する試みとしてではなく、報告される有効桁の数に照らして、通常の四捨五入を適用することにより、各数値パラメータは少なくとも解釈されるべきである。
用語「含む/包含する(comprises)」及びその変化形は、それらの用語が本明細書及び特許請求の範囲に現れる場合、限定的な意味を有するものではない。
用語「〜から本質的になる」は、所与の組成物又は生成物の所望の特性に著しく影響しない追加の材料の存在を除外しない。
「好ましい」及び「好ましくは」という言葉は、一定の状況下で一定の利益を提供できる、本開示の実施形態を指す。しかしながら、同じ又は他の状況下で、他の実施形態がまた好ましくてもよい。更には、1つ以上の好ましい実施形態の記載は、他の実施形態が有用ではないことを示唆するものではなく、本開示の範囲から他の実施形態を排除することを意図するものではない。
用語「アシルオキシ」とは、化学式−O(CO)Rの1価の基を意味し、式中、Rは、アルキル基である。
用語「アルコキシ」とは、式−ORの1価の基を意味し、式中、Rはアルキル基である。
用語「アルキル」とは、アルカンのラジカルである1価の基を意味し、直鎖、分岐鎖、環状、又はそれらの組み合わせである基を含む。アルキル基は通常、1〜30個の炭素原子を有する。いくつかの実施形態では、アルキル基は、1〜20個の炭素原子、1〜10個の炭素原子、1〜6個の炭素原子又は1〜4個の炭素原子を含有する。アルキル基の例としては、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、n−ヘキシル、シクロヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、及びエチルヘキシルが挙げられるが、これらに限定されない。
用語「アルキレン」は、アルカンのラジカルである2価の基を指す。アルキレンは、直鎖、分岐鎖、環状、又はそれらの組み合わせであることができる。典型的には、アルキレンは1〜200個の炭素原子を有する。いくつかの実施形態では、アルキレンは、1〜100個の炭素原子、1〜80個の炭素原子、1〜50個の炭素原子、1〜30個の炭素原子、1〜20個の炭素原子、1〜10個の炭素原子又は1〜4個の炭素原子を含有する。アルキレンのラジカル中心は、同一炭素原子上に(即ち、アルキリデン)あっても、又は異なる炭素原子上にあってもよい。
用語「アラルキル」は、化合物R−Arのラジカルである1価の基を意味し、式中、Arは芳香族炭素環基であり、Rはアルキル基である。
用語「アリール」は、芳香族炭素環式化合物のラジカルである1価の基を意味する。アリールは1つの芳香環を有することができ、又は芳香環に結合又は縮合する5つまでの他の炭素環を含むことができる。その他の炭素環は、芳香族、非芳香族、又はこれらの組み合わせであることができる。アリール基の例としては、フェニル、ビフェニル、テルフェニル、アントリル、ナフチル、アセナフチル、アントラキノニル、フェナントリル、アントラセニル、ピレニル、ペリレニル、及びフルオレニルが挙げられるが、これらに限定されない。
用語「細胞検体」は、細胞起源の検体(即ち、微生物又はその構成要素(例えば、細胞又は細胞要素、例えば、デオキシリボ核酸(DNA)若しくはリボ核酸(RNA)、タンパク質、アデノシン三リン酸(ATP)などのヌクレオチドなど、及びそれらの組み合わせ))を意味し、本明細書における微生物又は微生物株といった記載は、あらゆる細胞検体に一般的に適用されることが意図されている。
用語「濃縮剤」は、流体試料からの微生物及び/又は細胞検体を結合させ(好ましくは、少なくとも約60パーセント、又は少なくとも約70パーセント、又は少なくとも約80パーセント、又は少なくとも約90パーセントの細胞検体捕捉又は結合効率を有する)、これにより微生物及び/又は細胞検体を流体試料中に存在していたときよりも少量へと濃縮する物質又は組成物を意味する。本開示の濃縮剤は、グアニジン官能化パーライト粒子を含む。
用語「検出」は、微生物又は細胞検体(例えば、それにより標的微生物が存在することを判定する、少なくとも標的微生物の構成要素)の同定を意味する。
(繊維性多孔質マトリックス中の粒子に関しての)用語「絡めた」とは、粒子が、単に繊維性多孔質マトリックスの表面上に保持されるのではなく、繊維性多孔質マトリックス中及び繊維性多孔質マトリックス上に閉じ込められている(好ましくは、その中に分散している)ことを意味する。
(繊維又は繊維性材料に関しての)「フィブリル化された」とは、繊維の本幹に結合しているフィブリル又は枝を形成するように(例えば、叩くことによって)処理されることを意味する。
用語「繊維性多孔質マトリックス」とは、織り交ぜた(interlaid)繊維を含む不織布ウェブ又は媒体(即ち、織布又は編布ではない)、例えば、メルトブロー加工、スパンボンド加工、又は他のエアレイド技術、梳綿(carding)、湿式積層などによって絡み合わされた繊維を含むウェブを意味する。典型的には、繊維は、100ミリメートル未満の長さを有し、捲縮していない。
用語「濾過」は、一般に、サイズ、電荷、及び/又は機能によって物質を分離するプロセスを記述するために使用される。例えば、濾過は、可溶物及び溶媒(例えば、希釈剤)を不溶物から分離する工程を含むことができ、あるいは、可溶物、溶媒、及び比較的小さな不溶物を、比較的大きな不溶物から分離する工程を含むことができる。様々な濾過方法が使用でき、液体組成物をフィルタに通すこと、沈殿させてから吸引又は液体をデカントにより移すこと、他の好適な濾過方法、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。「沈殿」は、液体組成物中の不溶物を沈殿させることを指すのに用いられる。沈殿は重力又は遠心によって行うことができる。次いで、不溶物から可溶物及び溶媒を吸引する工程、可溶物及び溶媒をデカントにより移す工程、又はこれらの組み合わせによって、不溶物(又は比較的大きな不溶物)を、可溶物(又は可溶物及び比較的小さな不溶物)及び溶媒から分離することができる。
用語「濾液」は、一般に、液体組成物から不溶物(又は少なくとも比較的大きな不溶物)を除去後に残る液体を記述するために使用される。
用語「流体」は、液体、溶液、又は液体中の固体若しくは液体の分散体(dispersion)を意味する。
用語「積層された」とは、複数の積層された層を有する物品(例えば、第1の基材層、第1の基材層上に配置された粒子層、及び粒子層上に配置された第2の基材層を有する物品)を意味する。
用語「微生物」は、分析又は検出に好適な遺伝物質を有する何らかの細胞又は粒子を意味する(例えば、細菌、酵母、ウイルス、及び細菌内生胞子が挙げられる。)。
用語「微生物株」は、検出法により識別可能な特定のタイプの微生物(例えば、異なる属、属内の異なる種、又は種内の異なる分離株の微生物)を意味する。
用語「多角形」は、3つ以上の辺を有する形状を意味する。
「ポリマー」及び「ポリマー材料」なる用語は、互換可能に用いられ、1つ以上のモノマーを反応させることによって形成された材料を指す。
用語「試料」は、(例えば、分析のために)採取される物質又は材料を意味する。
用語「試料マトリックス」は、試料の微生物及び/又は細胞検体以外の構成要素を意味する。
用語「標的細胞検体」は、検出しようとする任意の細胞検体を意味する。
用語「標的微生物」は、検出しようとする任意の微生物を意味する。
(多孔質マトリックスに関しての)「貫通孔」は、多孔質マトリックスを通る通路又はチャンネル(別々の入口及び出口を有する)を含む細孔を意味する。
本明細書全体を通し、「一実施形態」、「特定の実施形態」、「1つ以上の実施形態」、又は「実施形態」への言及は、「実施形態」という用語の前に「例示的(代表的)」という用語が含まれているかどうかに関わらず、その実施形態と共に記載される、ある特定の特徴、構造、材料、又は特性が、本開示の特定の例示的な実施形態の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。それゆえ、本明細書全体を通して、様々な箇所での「1つ以上の実施形態では」、「いくつかの実施形態では」、「特定の実施形態では」、「一実施形態では」、「多くの実施形態では」、又は「実施形態では」などの語句の出現は、必ずしも、本開示の特定の例示的実施形態のうちの、同じ実施形態に言及するものではない。更に、ある特定の特徴、構造、材料、又は特性は、1つ以上の実施形態において、任意の好適な方法で組み合わせられてもよい。
ここで本開示の様々な実施形態が記述される。本開示の代表的な実施形態は、開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な修正や変更が可能である。したがって、本開示の実施形態は以下に記述する例示的実施形態に限定されず、請求項及びそれと同等の任意のものに定められた制限によって支配されるものと理解されたい。
第1の態様では、グアニジン官能化パーライト粒子が提供される。グアニジン官能化パーライト粒子は、少なくとも1種類のグアニジン含有リガンドによって修飾されたパーライト粒子を含む。パーライトは、約70〜75%の二酸化ケイ素及び12〜15%の酸化アルミニウム、並びに酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化鉄、酸化マグネシウム、及び酸化カルシウムなどの少量のその他の金属酸化物を含有する、自然に形成される非晶質火山ガラスである。パーライトが熱によって膨張されたとき、パーライトはその最初の体積の約4〜20倍の軽量凝集体を形成する。パーライトは、建築用途(例えば、断熱材又はテクスチャライザ)、園芸用途(例えば、通気及び保湿を与えるため、又は肥料若しくはその他活性剤用の担体として)、及び工業用途(例えば、研磨材、充填材、又は水及びその他流体試料用のフィルタとして)に使用されてきた。好適なパーライト粒子の例としては、4106グレード材料、4156グレード材料、及び476グレード材料が挙げられ、いずれもDicaperl Minerals Corporation(Crawfordsville,IN)から市販されている。
グアニジン含有リガンドは、パーライト粒子を、次の式1に示される構造を有するグアニジン含有シランで修飾することによって、形成される。
3−n Si−Y−G 式1
式1において、Siは、ケイ素原子であり、Gは、式−NH−C(=NH)−NHで表されるグアニジン基を示す。Yは、一端においてケイ素原子と共有結合し、他端においてG基と共有結合する2価の基である。各R基は、存在する場合には、独立してアルキル基、アラルキル基、又はアリール基であり、ケイ素原子と結合している。各Xは、ケイ素原子と共有結合した脱離基であり、かつ独立してアルコキシ又はアシルオキシであり、nは、0、1、又は2である。
典型的なアルキレンは、2価の基の末端原子を含めて、最大20個、最大16、12、10、8、7、6、5、4個、又は最大3個の炭素原子、又は2個の炭素原子を有していてよい。いくつかの実施形態においては、Yは、3〜6個の炭素原子を有するアルキレンを含む2価の基である。好ましい一実施形態においては、Yは、3個の炭素原子を有する2価の基(即ち、プロピル)である。
式1においては、各脱離基Xは、独立して、1、2、3、4、5、6、7、8、9個、若しくは最大10個の炭素原子を有するアルコキシ基である、又は、2個、若しくは3、4、5、6、7、8、9個、若しくは最大10個の炭素原子を有するアシルオキシ基であり、アルコキシ基又はアシルオキシ基は、酸素原子を介してケイ素原子と結合している。
いくつかの実施形態では、nは0である。nが0のとき、R基は存在しないため、式1は、式2に示すように、より単純化することができる(ここで、Si、G、Y、及びXは、式1で定義した通りである。)。
Si−Y−G 式2
式1(又は式2)のシランがパーライト粒子の表面上の−OH基と反応するとき、少なくとも1個の脱離基Xが、ケイ素原子とパーライト粒子の表面上の酸素原子との間の共有結合により置き換えられる。式1で表される一般形態のうち、n=0(即ち、式2におけるように)の場合の、特定の例示的なグアニジン含有リガンドを含むグアニジン官能化パーライト粒子の実施形態を、式3に示す(式3の円はパーライト粒子を表す。)。
Figure 2018516828
式3は、nが3であり、かつYが3個の炭素原子を有するアルキレンである2価の基である場合の特定の実施形態を表すものであることが理解されるであろう。各式1〜3では、グアニジン基のイオン化状態は省略されているが、様々な環境により、例えば、本明細書で後に述べるように、グアニジン基が存在する液状媒体のpHに応じて、このようなグアニジン基は、荷電していてもよいし、荷電していなくてもよい(例えば、プロトン化していてもよいし、脱プロトン化していてもよい。)ことが理解されるであろう。
例えば、本明細書で後に詳細に述べるように、グアニジン含有前駆体のSiに結合した加水分解性基を粒子のヒドロキシル基と反応させることにより、リガンドの1個又は複数個の酸素と粒子との間に、1つ又は複数の共有結合を簡便に得ることができる。式3の例示的な構造では、このように結合した酸素原子が3つ示されている(即ち、式1においてn=3)が、様々な実施形態において、このように結合した酸素原子は1つであっても、2つであっても、又は3つであってもよいことが理解されるであろう。このようにケイ素原子に結合する酸素原子が3つ未満の場合、ケイ素原子には他の置換基が存在し得る(例えば、粒子と結合しない置換基など、この置換基は式1に示されていない。)。例えば、グアニジン含有リガンドは、2つ以上のグアニジン含有リガンド前駆体間で形成されるSi−O結合に起因する、Si−O−Si(即ち、シロキサン)基の形成を含むポリマー構造を含み得る。理論に束縛されるものではないが、添加した水、又は他の水性溶媒、又はSi−O−R基の結合を加水分解できる他の薬剤などの存在下では、Si−O−Si基が形成され、粒子に結合するより複雑なグアニジン含有リガンド構造を生じさせることができるものと考えられ、このような構造としては、式4a〜4d(式4a〜4dにおける各Rは、独立してH又は低級アルキル(例えば、メチル)又は他のSi原子であり、Si−O−結合を介してパーライト粒子に結合していてもよいし、結合していなくてもよく、式4a〜4dのそれぞれにおける円は、パーライト粒子を表す。)の非限定的な例に示されるような構造が考えられる。
Figure 2018516828

Figure 2018516828

Figure 2018516828

Figure 2018516828
式4a〜4dから、重合したグアニジン含有リガンドのネットワークにより、パーライト粒子の表面上にコーティングが形成できていることがわかる。いくつかの実施形態においては、パーライト粒子の表面上への、窒素含有グアニジン基の付与を増加させる手段として、重合したグアニジン含有リガンドにより官能化された粒子(例えば、重合したグアニジン含有リガンド内に少なくとも1つのSi−O−Si基を有した、式4a〜4dなどに示される非限定的な重合グアニジン含有リガンド構造のうちのいずれかなど)を得ることが望ましい場合がある。少なくともこれらの種類の重合では、パーライト粒子の表面上への窒素含有グアニジン基の付与により、表面窒素濃度は、例えば、X線光電子分光法により測定可能な場合に、1〜10原子パーセントの水準に達し得る、と考えられる。
濃縮剤粒子は、微生物及び/又は細胞検体を含む流体試料と接触したときに、非特異的に微生物株、細胞検体、又はこれらの組み合わせを捕捉するために用いられる非水溶性微粒子材料である。濃縮剤粒子は、典型的には微小粒子を含む。
本開示の不織布物品に使用されるグアニジン官能化パーライト粒子は、基本的には、繊維とブレンドして本開示の不織布物品を形成しやすい、又は2つの基材の間に包まれて本開示の積層物品を形成しやすい、任意の微粒子形態(好ましくは、比較的乾燥している、又は、揮発性成分を含まない形態)で使用することができる。好ましくは、グアニジン官能化パーライト粒子は、粉末形態で使用される。有用な粉末としては、微小粒子(好ましくは、約1マイクロメートル(より好ましくは約2マイクロメートル、更により好ましくは約3マイクロメートル、最も好ましくは約4マイクロメートル)〜約100マイクロメートル(より好ましくは約50マイクロメートル、更により好ましくは約25マイクロメートル、最も好ましくは約15又は20マイクロメートル)の範囲の粒径を有する微小粒子、ここで任意の下限は上記の範囲の任意の上限と対をなすことができる。)を含むようなものが挙げられる。
X線光電子分光法(「XPS」、化学分析用電子分光法(「ESCA」としても知られている。))は、固体表面上に存在する元素濃度及び化学(酸化状態及び/又は官能基)濃度に関する情報を提供することが可能な技術である。XPSは、典型的には試験片表面上の最も外側の3〜10ナノメートル(nm)の分析を提供する。XPSは、水素及びヘリウムを除き、周期表中の全ての元素に対して感度がよく、ほとんどの種について0.1〜1原子パーセントの濃度範囲の検出限界を有している。一部の場合、例えば、パーライト粒子の場合は、XPSの好ましい表面組成評価条件には、受光立体角(solid angle of acceptance)±20度で試料表面に対して測定される取り出し角度45度が含まれ得る。当業者であれば、本開示の粒子の分析のために好適な機器のセッティングを選択できる。本開示に係る使用に好適なグアニジン官能化パーライト粒子としては、パーライトを含み、かつ、表面組成において、XPSにより測定される表面窒素濃度が2より大きく、かつ約12以下であるものが挙げられる。
本明細書に記載するグアニジン基は、置かれる具体的な環境に応じて(例えば、グアニジン官能化粒子が接触させられるようになる水性緩衝液のpHに応じて)、荷電していなくてもよいし、荷電していても(例えば、プロトン化)よいことが理解されるであろう。グアニジン官能化粒子のグアニジン基が荷電している環境では、荷電グアニジン基は、会合する(associated)対イオンを含み得る。いくつかの実施形態においては、このような対イオンは、グアニジン基の発生において生じ得る(即ち、本明細書で後に述べるように、合成反応において生成されるグアニジン基は、荷電している場合があり、そのグアニジン基に会合する対イオンを有する場合がある。)。他の実施形態においては、対イオンは、グアニジン基の発生においては生じない場合がある(例えば、合成反応において、グアニジン基は、遊離塩基として生成される場合がある。)が、グアニジン含有リガンド(例えば、官能化粒子)は、このグアニジン基が荷電し、対応する対イオンがそのグアニジン基と会合するようになるような環境(例えば、液状緩衝剤)へと、後に置かれてもよい。更なる他の実施形態においては、(例えば、合成時に)ある特定の対イオンが、グアニジン基と会合してもよく、その後、この対イオンが別の対イオンと交換されてもよい。それ故、グアニジン基の荷電状態、並びに対イオンの存在、対イオンのアイデンティティ、及び対イオンの荷電状態は、環境と共に変化し得、本明細書の請求項におけるグアニジン基に対する全ての言及は、請求項において、対イオンのこのような荷電状態及び/又は存在及び/又はアイデンティティについて明示的に特定されていない限りは、グアニジン基の荷電状態とは無関係であり、かつ、会合する対イオンの存在又はアイデンティティとは無関係であることが強調される。
更に、グアニジン基に会合する対イオンという概念は、本明細書では広い意味に用いられ、このような対イオンが、同一のグアニジン基の直近に常に位置していなくてもよい場合もあることが理解されるであろう。更に、このグアニジン基及び会合する対イオンは、必ずしも(例えば、水溶液中に)完全に溶媒和されている必要はない。即ち、これらは、部分的に、又はかなりの程度乾燥した製品(例えば、固体又は半固体製品)において、塩として提示されてもよく、この製品は、所望に応じ液体(例えば、水性緩衝液)中に置かれていてもよいし、溶媒和されていてもよい。特定の実施形態においては、会合する対イオンは、硫酸イオン及び/又は重硫酸イオンである。他の特定の実施形態においては、この会合する対イオンは、水酸化物イオンである(例えば、遊離塩基形態にあるグアニジン基を非緩衝水溶液(unbuffered aqueous solution)中に置くことによるものであってもよい。)。
いくつかの実施形態においては、グアニジン官能化粒子は、O−アルキルイソ尿素、又はその塩(例えば、容易に入手可能な出発物質である、O−メチルイソ尿素ヘミ硫酸塩、CAS登録番号52328−05−9)を用いた容易かつ簡便な方法により作製することができる。この方法の第1の工程において、O−アルキルイソ尿素を式5に示される一般構造を有するリンカー分子と反応させてよい。
3−n Si−Y−NH 式5
式5において、Siは、ケイ素原子であり、NHは、1級アミノ基を示す。Yは、一端においてケイ素原子と共有結合し、他端において第1級アミノ基と共有結合する2価の基である。各R基は、存在する場合には、独立してアルキル基、アラルキル基、又はアリール基であり、ケイ素原子と結合している(nが0のとき、R基が存在しなくなることに留意されたい)。各Xは、ケイ素原子と共有結合した脱離基であり、かつ独立してアルコキシ又はアシルオキシであり、nは、0、1、又は2である。
いくつかの実施形態においては、Yは2価のアルキレン基である。典型的なアルキレンは、最大20個、最大16、12、10、8、7、6、5、4個、又は最大3個の炭素原子、又は2個の炭素原子であってよい。いくつかの実施形態においては、Yは、3〜6個の炭素原子を有するアルキレンを含む2価の基である。好ましい実施形態においては、例えば、式6の好ましいリンカー化合物に示されるように、Yは、3個の炭素原子を有する2価の基(即ち、プロピル)である。
Figure 2018516828
いくつかの実施形態においては、グアニジン官能化パーライト粒子を作製する方法の第1の工程は、反応スキーム1のようになり、式5の化合物を、O−アルキルイソ尿素(R’は、メチル、又は2〜10個程度の炭素原子を含む他の低級アルキルであってよい。)と反応させる。この反応は、好適な溶媒(例えば、メタノール又はエタノール)中で行うことができる。
反応スキームI
Figure 2018516828

反応スキームIのより具体的な実施形態においては、反応スキームIIに示されるように、式6の化合物を、O−メチルイソ尿素塩と反応させる。
反応スキームII
Figure 2018516828

反応スキームIIにおいて、O−メチルイソ尿素は、ヘミ硫酸塩として提供され、(メタノール中の)3−アミノプロピルトリメトキシシランと反応して、グアニジン基を形成する(グアニジン基及び会合する対イオンであるヘミサルフェートの荷電状態は、反応スキームIIに示されていない点に留意されたい。)。
式6及び反応スキームIIは、代表的な例であって、本明細書に記される範囲全体に含まれる、任意の好適なリンカー分子を(そのリンカー分子がO−メチルイソ尿素と反応してグアニジン基を形成できる、例えば、第1級アミンなどを含んでいる限りにおいて、)使用できることが理解されるであろう。例えば、リンカー分子は、ケイ素原子上に、任意の好適な反応性基(例えば、エトキシ、メトキシ、アセトキシ)を任意の所望の数にて含んでいてよい(複数の反応性基が存在する場合は、それらの反応性基は同一である必要はないことに留意されたい。また、使用するこのような反応性基が3個未満である場合は、例えば、式4の一般表現に示されるように、他の(例えば、R)基が存在してもよいことに留意されたい。更に、複数のR基が存在する場合は、それらの基は同一である必要はないことにも留意されたい。)。ある具体例においては、式6の3−アミノプロピルトリメトキシシランではなく、3−アミノプロピルトリエトキシシランをリンカー分子として使用し、反応スキームIIに含ませてよい。
特定の実施形態においては、Yは、アルキレンを含む2価の基であり、この2価の基は、アリーレン、オキシ、−NH−、又はこれらの組み合わせなどの他の基を任意選択で更に含んでいてもよい。一部の特定の実施形態においては、リンカー分子の2価のY基は、2級アミンを含んでいてもよい。この種の具体例においては、リンカー分子は、例えば、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(Gelest,Inc.(Tullytown,PA)から商品名「SIA0591.0」として入手可能)であってよい。使用できる可能性がある他のリンカー分子としては、例えば、(アミノエチルアミノメチル)フェネチルトリメトキシシラン(「SIA0588.0」,Gelest)、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン(「SIA0589.0」,Gelest)、N−(6−アミノヘキシル)アミノプロピルトリメトキシシラン(「SIA0594.0」,Gelest)、N−(2−アミノエチル)−11−アミノウンデシル−トリメトキシシラン(「SIA0595.0」,Gelest)、N−3[(アミノ(ポリプロピレンオキシ)]アミノプロピルトリメトキシシラン(「SIA0599.4」,Gelest)、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン(「SIA0605.0」,Gelest)、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(「SIA0610.0」,Gelest)、及び(3−トリメトキシシリルプロピル)ジエチレン−トリアミン(「SIT8398.0」,Gelest)を挙げることができる。所望により、本明細書で言及したリンカー分子のうちの任意のものの混合物を使用してもよい。
この方法の第2の工程において、(シランカップリング剤という用語で周知の、1個又は2個以上のこのような反応性アルコキシ基又はアシルオキシ基を含むSi原子を有する。)リンカー分子のSiに結合したX基のうちの少なくとも1つを、好適な粒子のヒドロキシル基と反応させて、リンカー分子と粒子との間に共有結合を形成する(「第1の」工程及び「第2の」工程という用語は、単に説明を簡便にするために使用されており、これらの工程を任意の所望の順番で行ってよいことが強調される。)。例えば、反応スキームIIにおけるリンカー分子の、3個のトリメトキシ反応性基のいずれ、又は、その全てを、粒子表面のヒドロキシル基と反応させることができる。いくつかの実施形態においては、上述したように、この方法の第2の工程において水を添加することにより、XPSによって測定したとき、高い表面の窒素値がもたらされることが観察されている(実施例を参照)。添加する水の量は、リンカー分子の量に対して、水0〜5当量(「eq」)(「当量」とは、ここでは「モル当量」を指し、リンカー分子1モル当たり水1モルとして定義される。)であってよく、例えば、リンカー分子の量に対して、水は最大1当量、又は最大2当量、最大1当量、最大0.5当量、最大0.25当量、又は0当量〜5当量の間の任意の値であってよい。
一実施形態においては、これら2つの工程の最終的な結果物は、式7の例示的な実施形態にまとめられる(式7の円はパーライト粒子を表す。)。
Figure 2018516828
式7の具体的な例示表現では、結果として生成されるグアニジン基が正に荷電(例えば、プロトン化)した状態にあり、そのグアニジン基に会合する対イオンであるヘミサルフェートは負に荷電していることが示されている。上述の方法では、このような状態でグアニジン官能化粒子を生成し得るものの、上述したように、グアニジン基の荷電状態、対イオンの存在、対イオンのアイデンティティ及び/又は対イオンの荷電状態などは、その後にグアニジン官能化粒子が置かれる環境に影響されることが理解されるであろう。
上述の一般的な作製方法、及びその中で使用される物質は、具体的な目的に応じて所望により調整されてよい。それ故、いくつかの実施形態においては、粒子上に結果として形成される各グアニジン含有リガンドは、(例えば、所与のグアニジン含有リガンド上に2、3個、又はそれ以上のグアニジン基が存在するのではなく)グアニジン基を1つだけ有していてもよい。いくつかの実施形態においては、結果として形成されるグアニジン含有リガンドは、粒子上にある唯一のリガンドであってもよい(粒子上に、例えば、シラン−結合リガンドなどの更なるリガンド(この更なるリガンドには、グアニジン基は含まれない。)が存在しない)。いくつかの実施形態においては、粒子のヒドロキシルの一部にリンカー分子が結合し、粒子上にリガンドを形成した後にも、相当量(例えば、表面分析により容易に検出可能な量)の残存のヒドロキシルが、(例えば、残存のヒドロキシルがエンドキャップされるのではなく)粒子の表面上に存在する。いくつかの実施形態においては、本明細書で開示する方法は、リンカー分子を粒子の表面のヒドロキシル基と反応させる前に、定めた相対湿度(例えば、40%未満)を有する大気中で粒子を平衡化する工程を含まない。
反応スキームIIに概説された方法では、O−メチルイソ尿素を使用したが、式1の一般構造を有するグアニジン官能化リンカーを作製するために他の出発物質を使用してもよいことが理解されるであろう。このような出発物質としては、例えば、O−メチルイソ尿素硫酸塩、O−メチルイソ尿素硫酸水素塩、O−メチルイソ尿素酢酸塩、O−エチルイソ尿素硫酸水素塩、及びO−エチルイソ尿素塩酸塩などのO−アルキルイソ尿素塩を挙げることができる。これらの物質以外に、式1の一般構造を有するグアニジン官能化リンカーを作製するために使用してもよい他の出発物質としては、シアナミド、クロロホルムアミジン塩酸塩、1−アミジノ−1,2,4−トリアゾール塩酸塩、3,5−ジメチルピラゾール−1−カルボキサミジン硝酸塩、ピラゾール−1−カルボキサミジン塩酸塩、N−アミジノピラゾール−1−カルボキサミジン塩酸塩などを挙げることができる。これらの出発物質の一部は、グアニジン基が特定の荷電状態にあり(例えば、遊離塩基である、又は、正に荷電している。)、かつ/又はそのグアニジン基に会合する特定の対イオンを有する、グアニジン含有リンカーを生成し得ることが理解されるであろう。このようなグアニジン基は、本明細書の開示に基づき、特定の荷電状態に置かれていてもよいこと、他の一部の対イオンに置き換わりそのグアニジン基に会合した対イオンを有していてもよいこと、などが理解されるであろう。
第2の態様では、不織布物品が提供される。不織布物品は、繊維性多孔質マトリックスと、繊維性多孔質マトリックス内に捕らえられた(enmeshed)複数のグアニジン官能化パーライト粒子と、を含む。不織繊維性多孔質マトリックスは、多くの場合、紡織又は編み合わせではなく、織り交ぜた繊維の層の形態である。不織繊維性多孔質マトリックスは、例えば、エアレイド技術、メルトブロー加工又はスパンボンド加工などのスパンレイド技術、梳綿、湿式積層、及びこれらの組み合わせなどの任意の好適なプロセスにより、調製することが可能である。多くの実施形態では、繊維性不織布マトリックスは、湿式積層技術により調製される。
不織繊維性多孔質マトリックスの調製に用いるのに好適な繊維は、パルプ化可能な(pulpable)又は押出成形可能な繊維、例えば、放射線及び/又は種々の溶媒に対して安定した繊維である。所望により、ポリマー繊維のうちの少なくとも一部は、ある程度の親水性を呈するように選択され得る。有用な繊維としては、ポリマー繊維、無機繊維、及びこれらの組み合わせが挙げられる。更に詳細には、繊維は、ポリオレフィン繊維及び繊維ガラス繊維などの複数の異なる種類の繊維を含む。
好適なポリマー繊維としては、熱可塑性及び溶媒分散性ポリマーなどの、天然ポリマー類(動物若しくは植物源由来のもの)及び/又は合成ポリマー類から作製されたものが挙げられる。有用なポリマーとしては、ポリオレフィン(例えば、ポリ(エチレン)(例えば、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンなど)、ポリプロピレン、ポリ(1−ブテン)、エチレンとプロピレンとのコポリマー、αオレフィンコポリマー(例えば、エチレン又はプロピレンと1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、と1−デセンとのコポリマー)、例えば、ポリ(エチレン−co−1−ブテン)及びポリ(エチレン−co−1−ブテン−co−1−ヘキセン)など);ポリ乳酸;ポリ(イソプレン);ポリ(ブタジエン);ポリアミド類(例えば、ナイロン6、ナイロン6,6、ナイロン6,12、ポリ(イミノアジポイルイミノヘキサメチレン)、ポリ(イミノアジポイルイミノデカメチレン)、ポリカプロラクタムなど);ポリイミド(例えば、ポリ(ピロメリットイミド)など);ポリエーテル;ポリ(エーテルスルホン)(例えば、ポリ(ジフェニルエーテルスルホン)、ポリ(ジフェニルスルホン−co−ジフェニレンオキシドスルホン)など);ポリ(スルホン);ポリ(ビニルエステル)(例えば、ポリ(酢酸ビニル));酢酸ビニルのコポリマー(例えば、ポリ(エチレン−co−酢酸ビニル)、及びアセテート基の少なくとも一部が加水分解されていることでポリ(エチレン−co−ビニルアルコール)などの種々のポリ(ビニルアルコール)を与えるコポリマーなど);ポリ(ホスファゼン);ポリ(ビニルエーテル);ポリ(ビニルアルコール);ポリアラミド(例えば、ポリ(パラフェニレンテレルタルアミド)などのpara−アラミド、及びDuPont Co.(Wilmington,DE)より「KEVLAR」の商品名で販売される繊維(そのパルプは、パルプを構成する繊維の長さに基づいて「KEVLAR 1F306」及び「KEVLAR 1F694」などの様々な等級で市販されており、これらはいずれも少なくとも4mmの長さのアラミド繊維を含んでいる。)など);羊毛;絹;セルロース系ポリマー類(例えば、セルロース及びレーヨンのようなセルロース誘導体など);アクリル系ポリマー(例えば、ポリアクリロニトリル);ポリエステル(例えば、ポリエチレンテレフタレート);フッ素化ポリマー(例えば、ポリ(フッ化ビニル)、ポリ(フッ化ビニリデン)、フッ化ビニリデンのコポリマー(例えば、ポリ(フッ化ビニリデン−co−ヘキサフルオロプロピレン)など)、クロロトリフルオロエチレンのコポリマー(例えば、ポリ(エチレン−co−クロロトリフルオロエチレン)など);塩素化ポリマー;ポリ(カーボネート);及びこれらに類するもの;並びにこれらの組み合わせが挙げられる。特定の実施形態では、ポリマー繊維はポリオレフィン、ポリスルホン、ポリアミド、又はこれらの組み合わせを含む。
好適な無機繊維としては、ガラス、セラミックス、及びこれらの組み合わせから選択される少なくとも1種類の無機材料を含むものが挙げられる。これらの繊維を加えることにより、多くの場合、繊維性多孔質マトリックスを強化することが可能である。例えば、無機繊維を含有する多孔質マトリックス層は、多くの場合、壊れることなく、屈曲、折り畳み、又はプリーツ状にすることが可能である。有用な無機繊維としては、例えば、繊維ガラス(例えば、Eガラス及びSガラスなど)、セラミック繊維(例えば、金属酸化物(アルミナなど)、炭化ケイ素、窒化ホウ素、炭化ホウ素などで製造された繊維)、及びこれらの組み合わせが挙げられる。有用なセラミック繊維は、少なくとも部分的に結晶性であり得る(認識可能なX線粉末回折図形を示す、又は結晶質相及び非晶質(ガラス)相の両方を含有する。)。いくつかの用途では、無機繊維は繊維ガラスを含む。
グアニジン官能化パーライト粒子の捕捉を促進する目的で、及び/又は大きい表面積を確保する目的で、不織布の形成に用いる繊維の繊維性多孔質マトリックスは、多くの場合、(例えば、主繊維が多くのより小さな結合フィブリルで取り囲まれた形態の)少なくとも1つのフィブリル化繊維を含有する。主繊維は、一般に、0.5ミリメートル〜5ミリメートルの範囲内の長さ、及び1マイクロメートル〜20マイクロメートルの範囲内の直径を有し得る。フィブリルは、典型的には、μm未満の直径を有し得る。多くの実施形態において、フィブリル化繊維は、ポリ(エチレン)若しくはポリプロピレンのようなポリオレフィンから、又はポリアクリロニトリルのようなアクリル系ポリマーから調製される。
好適なポリマー繊維としては更に、2成分繊維が挙げられ、これは典型的には、2成分繊維の材料の一方の融点の差により、マトリックス繊維全てを結合する助けとなる。2成分繊維は、例えば、コア−シース構造、並列構造、海島型構造、又は分割パイ構造などを有することができる。並列2成分繊維の例には、ポリオレフィン、熱結合された2成分繊維、Chisso Corporation(Osaka,Japan)からCHISSO(例えば、CHISSO ES)という商品名で市販されているものがある。コア−シース2成分繊維の例には、Unitika Ltd.(Osaka,Japan)からMELTY(例えば、MELTY 4080)という商品名で市販されているもの、及びMinifibers,Inc.(Johnson City,TN)から市販されている、エチルビニルアセテート(シース)及びポリプロピレン(コア)製又はポリエステル及びポリエチレンテレフタレート(PET)(シース)並びにポリエステル(コア)のコポリエステル製のもの、がある。
不織繊維性多孔質マトリックスは、複数の異なる種類の繊維を含有する。いくつかの実施形態において、多孔質マトリックスは、3、4種類、又は更にはより多くの異なる種類の繊維を使用して形成され得る。例えば、強度及び一体性をもたせるために繊維ガラス繊維を加えることができる一方、粒子を閉じ込めるためにフィブリル化ポリ(エチレン)を加えることができる。加えて、ナイロン繊維が親水性特性をもたらすのに対して、フィブリル化ポリ(エチレン)は多孔質マトリックスに疎水性特性をもたらす。フィブリル化繊維及び非フィブリル化繊維を組み合わせて使用した場合、フィブリル化繊維と非フィブリル化繊維との重量比は、多くの場合、少なくとも1:2、少なくとも1:1、少なくとも2:1、少なくとも3:1、少なくとも5:1、又は更には少なくとも8:1である。いくつかの実施形態では、疎水性及び親水性ポリマー繊維の混合物が使用される。例えば、繊維性多孔質マトリックスは、ポリオレフィンのような疎水性繊維と、ポリスルホンのような親水性繊維との混合物を含み得る。いくつかの具体的な例では、ポリマー繊維としては、ポリオレフィン繊維、2成分繊維、及び繊維ガラス繊維が挙げられる。
特定の実施形態では、繊維性多孔質マトリックスはポリアミド繊維を含まない。繊維性多孔質マトリックス中にナイロン繊維を含むと、生物発光ATP検出法ではナイロン繊維を含まない繊維性多孔質マトリックスよりも低い発光量をもたらす可能性があることが分かっている。
好ましくは、不織繊維性多孔質マトリックスの形成に用いられる繊維は、捲縮していない。捲縮していない繊維と対照的に、捲縮繊維は、特徴(例えば、波状、ぎざぎざした、正弦波形状等の繊維の外観が顕在化する)の反復を呈する、螺旋形の外観(例えば、特に2成分繊維の熱活性化によって得られる捲縮繊維の場合)を有する等で識別することができ、当業者には容易に認識できる。例示的な捲縮繊維は、米国特許第4,118,531号(Hauser)、同第5,597,645号(Pike et al.)、及びカナダ特許第2612854号(Sommer et al.)に説明される。
不織繊維性多孔質マトリックスの形成に用いられる繊維は、特定用途(例えば、流体試料をマトリックスに通過させる。)にとって十分な構造的一体性及び十分な多孔性を有する多孔質マトリックスを提供できる長さ及び直径のものであり得る。繊維の長さは、多くの場合、少なくとも約0.5ミリメートル、少なくとも1ミリメートル、少なくとも2ミリメートル、少なくとも3ミリメートル、少なくとも4ミリメートル、少なくとも6ミリメートル、少なくとも8ミリメートル、少なくとも10ミリメートル、少なくとも15ミリメートル、又は少なくとも20ミリメートル、かつ最長50ミリメートル、最長40ミリメートル、最長30ミリメートル、又は最長25ミリメートルである。繊維の直径は、例えば、少なくとも10マイクロメートル、少なくとも20マイクロメートル、又は少なくとも30マイクロメートルであり得る。繊維の長さ及び直径は、繊維の性質及び用途のタイプなどの要因に応じて様々となる。
不織繊維性多孔質マトリックスは、多くの場合、ポリオレフィン繊維、ガラス繊維、及び2成分繊維の混合物を含む。いくつかの特定の実施形態において、不織繊維性多孔質マトリックスは、フィブリル化ポリエチレン繊維、ガラス繊維、及びシース−コアの2成分繊維の混合物を含有する。いくつかの実施例では、不織繊維性多孔質マトリックスは、40〜80重量%のフィブリル化ポリエチレン繊維、5〜20重量%のガラス繊維、及び5〜20重量%の2成分繊維を含有する。いくつかの実施例では、不織繊維性多孔質マトリックスは、40〜80重量%のフィブリル化ポリエチレン繊維、10〜30重量%のナイロン繊維、5〜20重量%のガラス繊維、及び5〜20重量%の2成分繊維を含有する。他の実施例では、不織繊維性多孔質マトリックスは、50〜70重量%のフィブリル化ポリエチレン繊維、5〜15重量%のガラス繊維、及び5〜20重量%の2成分繊維を含有する。更に他の実施例では、繊維性多孔質マトリックスは、55〜65重量%のフィブリル化ポリエチレン繊維、0〜20重量%のナイロン繊維、5〜15重量%のガラス繊維、及び10〜20重量%の2成分繊維を含有する。
上述のように、繊維性多孔質マトリックスは無機繊維及びポリマー繊維から本質的になる。したがって、ほとんどの実施形態では、繊維性多孔質マトリックスは繊維のみを含有する。例えば、乾燥繊維性多孔質マトリックスの少なくとも90重量%、少なくとも95重量%、少なくとも98重量%、少なくとも99重量%、又は少なくとも99.5重量%は、繊維である。特定の実施形態では、不織布物品は、少なくとも0.1ミリメートル、又は少なくとも0.15ミリメートル、又は少なくとも0.2ミリメートル、又は少なくとも0.3ミリメートル、又は少なくとも0.4ミリメートル、又は少なくとも0.5ミリメートル、又は少なくとも0.6ミリメートルの厚さを有する。不織布物品は通常、最大1ミリメートル、又は最大0.9ミリメートル、又は最大0.8ミリメートル、又は最大0.7ミリメートル、又は最大0.55ミリメートルの厚さを有する。言い方を変えれば、不織布物品は、0.15ミリメートル〜1ミリメートル、又は0.15ミリメートル〜0.8ミリメートル、又は0.1ミリメートル〜0.7ミリメートルの厚さを有することができる。特定の実施形態では、厚さの範囲が下限近くの厚さを有する不織布物品は、不織布物品内への試薬の拡散に必要な時間を低減する、又は生成される検出シグナルの遮断を低減するなど、微生物及び/又は細胞検体の検出への干渉を最小限にするように選択される。
典型的には、不織布物品は、繊維性多孔質マトリックスと繊維性多孔質マトリックス内に分散されたグアニジン官能化パーライト粒子の両方を含む。ほとんどの実施形態において、不織布物品は、不織布物品の総乾燥重量に基づいて少なくとも10重量%のグアニジン官能化パーライト粒子を含有する。グアニジン官能化パーライト粒子の量が約10重量%未満の場合、不織布物品が流体試料から微生物又は細胞検体を効率的に捕捉するのに十分なグアニジン官能化パーライト粒子を含有していない可能性がある。いくつかの実施例では、不織布物品は、不織布物品の総乾燥重量に基づいて少なくとも15重量%、少なくとも20重量%、少なくとも25重量%、又は少なくとも30重量%のグアニジン官能化パーライト粒子を含有する。
他方、不織布物品は、通常、不織布物品の総乾燥重量に基づいて55重量%以下のグアニジン官能化パーライト粒子を含有する。グアニジン官能化パーライト粒子の量が約55重量%を超える場合、不織布物品が十分な量の繊維性多孔質マトリックスを含有する可能性がある。即ち、不織布物品の強度は、微生物株及び/又は標的細胞検体を捕捉するのに用いられたとき結合させるのに不十分な可能性がある。いくつかの実施例において、不織布物品は、不織布物品の総重量に基づいて50重量%以下、45重量%以下、又は40重量%以下のグアニジン官能化パーライト粒子を含有する。
言い方を変えれば、不織布物品は、多くの場合、10〜55重量%のグアニジン官能化パーライト粒子及び45〜90重量%の繊維性多孔質マトリックス、15〜50重量%のグアニジン官能化パーライト粒子及び50〜85重量%の繊維性多孔質マトリックス、20〜50重量%のグアニジン官能化パーライト粒子及び50〜80重量%の繊維性多孔質マトリックス、20〜45重量%のグアニジン官能化パーライト粒子及び55〜80重量%の繊維性多孔質マトリックス、25〜40重量%のグアニジン官能化パーライト粒子及び60〜75重量%の繊維性多孔質マトリックス、又は30〜40重量%のグアニジン官能化パーライト粒子及び60〜70重量%の繊維性多孔質マトリックスを含有する。この量は、不織布物品の総乾燥重量に基づいている。
多くの実施形態において、不織布物品(乾燥時)は、グアニジン官能化パーライト粒子及び繊維性多孔質マトリックスのみを含有する。例えば、不織布物品は、乾燥時、少なくとも90重量%、少なくとも95重量%、少なくとも98重量%、少なくとも99重量%、又は少なくとも99.5重量%の結合したグアニジン官能化パーライト粒子、及び繊維性多孔質マトリックスを含有する。
1つの特定の方法では、不織布物品は、湿式積層又は「湿式積層」プロセスを使用して調製される。このプロセスにおいて、(a)複数の繊維、(b)複数のグアニジン官能化パーライト粒子、(c)ポリマーバインダー繊維、及び(d)水、水混和性の有機溶剤、又はこれらの混合物などの分散液を含有する分散体を形成する。繊維及びグアニジン官能化パーライト粒子は、分散液中に一緒に分散され得る。いくつかの実施形態において、繊維(例えば、疎水性繊維)は、添加剤、表面処理剤、又は化学基を有し、分散液中での繊維の分散を容易にする。例えば、ポリオレフィン系繊維は、無水マレイン酸官能性若しくは無水コハク酸官能性を含むことができ、又はポリエチレン系繊維を調製するための溶解処理中に、好適な界面活性剤を添加することができる。
加えて、湿式積層プロセスは脱水、次いで脱水を終え、及び任意で繊維の一部を結合するための加熱が含まれる。
1種類以上の補助剤又は添加剤がこの種の不織布物品を調製する際に使用され得る。有用な補助剤としては、加工助剤、界面活性剤、溶剤、凝集補助剤、歩留まり向上剤、又は得られる不織布物品の全体的な性能を向上できるその他の材料が挙げられる。そのような補助剤の量は、使用するとき、例えば、不織布物品(例えば、繊維及びグアニジン官能化パーライト粒子)の総乾燥重量に基づいて、最大5重量%、最大4重量%、最大3重量%、最大1重量%、又は最大0.5重量%の量で存在しうる。不織布物品中に含まれ得るグアニジン官能化パーライト粒子の量を最大限にするように、補助剤の総量は、典型的には、可能な限り少量になるように選択される。
もう1つの特定の湿式積層プロセスでは、分散液(例えば、水、水混和性の有機溶剤、例えば、アルコール、又はこれらの混合物)の存在下で繊維(例えば、短繊維)が容器内でブレンドされて、スラリーを形成することができる。スラリーが形成された後、グアニジン官能化パーライト粒子及び任意の沈降剤(例えば、ミョウバンのようなpH調整剤)がスラリーに添加され得る。
当該技術分野において既知のハンドシート法(hand−sheet method)を用いて湿式積層プロセスが実行されるときに、成分(即ち、繊維及びグアニジン官能化パーライト粒子)を分散体に添加する順序が不織布物品の最終的な性能に重大な影響を及ぼすことは見出されなかった。形成後、分散混合体は、型に注がれてもよく、この型の底部はスクリーンで被覆されてもよい。分散液は、(濡れたシートの形態の)混合物からスクリーンを通して排水させることができる。十分な量の液体を排出させた後は、通常、この濡れたシートを型から取り外して、加圧、加熱、又はこの2つの組み合わせにより乾燥させることができる。一般的に、圧力は、約300〜約600kPaの範囲内である。濡れたシートの乾燥に用いられる温度は、90℃〜200℃の範囲内、100℃〜175℃の範囲内、100℃〜150℃の範囲内、又は90℃〜120℃の範囲内であり得る。乾燥によって、多くの場合、全ての又は大部分の分散液(例えば、分散液を形成するために加えられた分散液の量に基づいて最大85重量%、最大90重量%、最大95重量%、最大98重量%、又は最大99重量%の分散液)が除去される。
結果として得られる不織布物品は、少なくとも0.1ミリメートル、少なくとも0.2ミリメートル、少なくとも0.5ミリメートル、少なくとも0.8ミリメートル、少なくとも1ミリメートル、少なくとも2ミリメートル、少なくとも4ミリメートル、又は少なくとも5ミリメートルの平均厚さを有する乾燥シートである。平均厚さは、多くの場合、最大20ミリメートル、最大15ミリメートル、最大12ミリメートル、又は最大10ミリメートルである。所望される場合、カレンダ加工を用いることにより、乾燥シートの加圧又は溶着を更に行うことが可能である。(シート材料の形態の)不織布物品の秤量は、約100〜約350g/mの範囲内、好ましくは、約200〜約300g/mの範囲内、例えば、約250g/mであり得る。
不織布物品において、グアニジン官能化パーライト粒子は、利用される繊維の性質に応じて、化学的相互作用(例えば、化学結合)又は物理的相互作用(例えば、吸着若しくは機械的捕捉)のいずれかにより、繊維性多孔質マトリックス内に捕捉することができる。グアニジン官能化パーライト粒子は、多くの場合、不織布物品内の繊維性多孔質マトリックス全体に本質的に均一に分散されることが好ましい。
一般に、乾燥不織布物品の平均細孔径は、走査電子顕微鏡(SEM)で測定したとき、0.1〜10マイクロメートルの範囲であり得る。20〜80体積%の範囲内又は40〜60体積%の空隙体積が有用であり得る。乾燥不織布物品の多孔性を、繊維混合物中により大きい直径又は剛性を有する繊維を使用することによって変更する(増加させる)ことができる。
第3の態様では、積層物品が提供される。積層物品は、第1の基材と、第1の基材の外周の少なくとも一部に沿って第1の基材に封止された第2の基材と、を含む。積層物品は、第1の基材と第2の基材との間に配置された複数のグアニジン官能化パーライト粒子を更に含む。
本開示の積層物品に適した基材としては、スパンボンドポリプロピレン、ポリアミドとポリエステルとのスパンボンドブレンド、スパンボンドポリアミド、スパンボンドポリエチレン、スパンボンドポリエステル、スパンボンドポリブチレンテレフタレート(PBT)、スパンボンドポリプロピレン、メルトブロウンウェブ、ステープルウェブ、及び最も好ましくはスパンボンドポリプロピレン又はポリアミドとポリエステルとのスパンボンドブレンドが挙げられる。好ましくは、第1の基材及び第2の基材のそれぞれは、積層物品に通過させられた流体試料の濁度が、積層物品に通過させられる前の流体試料の濁度と比較して、検出可能な程度に増大しない、又は、後述する濁度試験に合格するように、繊維がほとんど又はまったく脱落しない材料から選択される。第1の基材及び第2の基材は適当な材料から独立して選択されるが、しばしば同じ材料を含む。「第1」及び「第2」の基材という用語は、あくまで説明の便宜上使用されるものであり、特定の実施形態では、第1の基材及び第2の基材は1個の連続した基材の部分であり、他の実施形態では、第1の基材及び第2の基材は個別の別々の基材であることが重視される。1個の連続した基材の部分である第1の基材及び第2の基材の1つの例として、例えば、基材が半分に折り畳まれ、一方の半分が第1の基材を与え、他方の半分が第2の基材を与えるような基材がある。
積層物品の厚さを通過する液体(例えば、流体試料)の流れを可能とするため、第1の基材及び第2の基材のそれぞれは流体透過性である。多くの用途において、水を含む流体(例えば、水溶液又は分散体)が積層物品に通過させられることから、任意で、第1の基材及び第2の基材の少なくとも一方が、一方又は両方の基材の濡れ性及び一方又は両方の基材を通じた液体の浸透性を向上させるために親水化された基材からなる。親水化処理は当業者には周知のものであり、例えば、プラズマ処理を用いて行うことができる(例えば、米国特許第4,772,488号を参照)。
典型的に多孔度と関連するスパンボンド材料の特性としては、材料の単位面積の坪量、及びスパンボンド材料が構成される個々の繊維の直径が挙げられる。本開示に基づく積層物品に適した基材としては、少なくとも約10、25、40、55、60、又は更には65gsm〜約75、80、90、100、140、180、又は更には200gsm以下の1平方メートル当りのグラム数で表される坪量(gsm)を有する1以上のスパンボンド材料が挙げられる。例えば、特定の態様では、第1の基材及び第2の基材は、10〜200gsm、好ましくは55〜100gsm、及び最も好ましくは60〜100gsm(端点を含む。)のgsmを有するスパンボンド材料を独立して含む。特定の態様では、第1の基材及び第2の基材は、少なくとも約10マイクロメートル(μm)、11、12、13、14、又は更には15μm〜約17、18、19、20、22、24、26、28、又は更には30μm以下の繊維直径を有するスパンボンド材料を独立して含む。例えば、特定の態様では、第1の基材及び第2の基材は、10〜30μm、及び好ましくは10〜18μm、12〜20μm、又は14〜22μm(端点を含む。)の繊維直径を有するスパンボンド材料を独立して含む。
本開示の積層物品は、第1の基材を第2の基材に固定するためのシールを有している。詳細には、第2の基材は、基材の外周の少なくとも一部に沿って第1の基材に封止される。本明細書で使用するところの「外周」なる用語は、基材の境界又は外側境界線であって、境界又は外側境界線の最も遠い縁部から基材の中心に内側に向かう距離の約10%内の領域の全体を含む境界又は外側境界線を意味する。例えば、基材が10センチメートル(cm)の半径を有する円形を有する場合、外周は、外縁部から円形形状の中心に向かって外縁部から内側1cmまでの領域の全てを含む。また、基材が長さ40cm、高さ20cmを有する長方形(例えば、多角形)を有する場合、外周は、短い端の外縁部から長方形の中心点に向かって4cm内側までの領域、及び長い端の外縁部から長方形の中心点に向かって2cm内側までの領域の全てを含む。典型的には、第2の基材は、第1の基材の外周の少なくとも約75%、又は85%、又は90%、かつ第1の基材の外周の最大約95%、又は98%、又は100%に沿って第1の基材に封止される。第1の基材の外周の少なくとも一部に沿った封止に加えて、第1の基材の外周の内側の別個の点の点接着(又はピン接着)も必要に応じて更に用いられる。点接着を行うことの利点の1つは、グアニジン官能化パーライト粒子が第1の基材と第2の基材との間に最初に配置される場所に留まるグアニジン官能化パーライト粒子に更なる安定性を与えることである。
第2の基材に対する第1の基材の封止は、例えば、これらに限定されるものではないが、超音波シーリング、熱シーリング、接着剤シーリング、縫合、又はこれらの組み合わせを含む、当該技術分野では周知の様々な適当な方法によって実現することができる。超音波シーリングは好ましい方法であり得、少なくとも約150ジュール(J)、又は175J、又は200J、又は更には225J〜約200J、225J、又は更には250J以下、例えば、150J〜250J(端点を含む。)のエネルギー設定値で典型的には行われる。特定の実施形態では、超音波シーリングが積層物品を1つの工程で同時に封止及び切断することにより、積層物品を基材から個々に分離する必要を除く。
本開示の積層物品は、(a)複数の上記のグアニジン官能化パーライト粒子を準備する工程と、(b)上記の第1の基材を準備する工程と、(c)上記の第2の基材を準備する工程と、(d)第1の基材と第2の基材との間に複数のグアニジン官能化パーライト粒子を配置する工程と、(e)(上記に述べたように)第2の基材を、第1の基材の外周の少なくとも一部に沿って第1の基材に封止する工程と、を含む、プロセスによって調製することができる。
第4の態様では、流体試料中の微生物又は標的細胞検体を検出する方法が提供される。本方法は、(上記に述べたように)第3の態様に係る積層物品を準備する工程と、少なくとも1種類の微生物株又は標的細胞検体を含有すると疑われる流体試料を準備する工程と、を含む。本方法は、少なくとも1種類の微生物株又は標的細胞検体の少なくとも一部分が積層物品に結合するように流体試料を積層物品と接触させる工程と、少なくとも1種類の結合した微生物株又は結合した標的細胞検体の存在を検出する工程と、を更に含む。
本開示に係る方法は、2つの物質間に接触をもたらす、様々な既知の方法又は今後開発される方法のいずれによっても実施可能である。例えば、積層物品又は不織布物品を流体試料に加えてもよいし、流体試料をそれら物品に加えてもよい。例えば、試料は、積層物品又は不織布物品の上又は中(好ましくは中)を通過することができる。不織布物品の場合、接触させる工程は、任意により、試料が繊維性多孔質マトリックスの細孔(例えば、貫通孔)を通過させるように実施される。積層物品の場合、接触させる工程は、任意により、試料が第1の基材、少なくとも1つのグアニジン官能化パーライト粒子、及び第2の基材を通過させるように実施される。本開示の実施形態においては、濾過装置は、液体を通過させるための入口及び出口ポートを有する容器と、容器内に収容された本開示の積層物品又は不織布物品と、を含む。
接触させる工程は、所望の時間に渡って行うことができる(例えば、数リットルの試料量、又は積層物品若しくは不織布物品を複数回通過させるプロセスでは、最大で約60分、又は約15秒〜約30分、又は約15秒〜約15分、又は約15秒〜約10分、又は約15秒〜約5分、又は更には約15秒〜約2分の接触が有用であり得る。)。
接触させる工程は、試料を少なくとも1回(好ましくは1回のみ)積層物品又は不織布物品に通過させる(例えば、重力、真空、又は圧送により)ことにより行うことができる。基本的には任意のタイプのポンプ(例えば、蠕動ポンプ)、又は液体を通過させるための入口及び出口ポートを有する好適な容器(例えば、シリンジ又はプランジャ)内に収容される不織布物品又は積層物品の試料に渡った圧力差を作り出すための他の機器を用いることができる。有用な流速は、流体試料マトリックスの性質及び特定用途などの要因に応じて異なる。有利な点として、本開示の不織布物品及び積層物品は、流体試料を物品に効果的に通過させる上で物品の両側で極めて低い圧力差しか必要としない。この特性は、例えば、流体試料を処理するために利用可能なポンプがないか又は低出力である場合に、又は工業用水試料などの複雑な試料マトリックスを取り扱う際に特に有用である。本開示の一実施形態では、接触させる工程は、流体試料を14.7ポンド/平方インチ(psi)(101.3キロパスカル(kPa))以下、又は4.0ポンド/平方インチ(psi)(27.58キロパスカル(kPa))以下、又は3.0psi(20.68kPa)、又は2.0psi(13.79kPa)、又は1.0psi(6.9kPa)、又は0.9psi(6.21kPa)、又は0.8psi(5.52kPa)、又は0.7psi(4.83kPa)、又は0.6psi(4.14kPa)、又は更には0.5psi(3.45kPa)以下の圧力、及び少なくとも0.4psi(2.76kPa)、又は少なくとも0.5psi(3.45kPa)の圧力で不織布物品又は積層物品に通過させることを含む。
有利な点として、本開示の積層物品はグアニジン官能化パーライト粒子を充分に封入し、第1及び第2の基材が一体性を保つため、積層物品は、濁度試験に基づいて、0.2比濁計濁度単位(NTU)未満、又は0.15NTU未満、又は0.10NTU未満の濁度を与える。濁度試験は、積層物品の使用の間にグアニジン官能化パーライト粒子及び/又は基材からどれぐらいの量(もしあれば)の材料(例えば、繊維及び/又は粒子)が、脱落し得るかの指標となるものである。濁度試験は、例えば、流体試料が飲料水である場合のように、積層物品と接触させられる流体試料が接触の後で使用されることを意図している場合に特に重要である。濁度試験は、「飲料水における装置及び保護材料の衛生安全評価の基準(Standard for Hygienic Safety Evaluation of Equipment and ProtectiveMaterials in Drinking Water)」(規格番号GB/T 17219−1998)に基づいたものであり、以下のようなものである。即ち、積層試料の47mmのディスクを2.5Lの真空濾過装置(サイドアームを有するもの)内に置き、脱イオン水で30分間、継続的に洗い流す。この後、試料を取り出し、70mLの脱イオン水の入ったガラスビン中に24時間置く。水試料のアリコートを、MICRO100TURBIDIMETER(HF scientific(Fort Myers,FL)より販売されるもの)などの濁度計を使用して濁度について分析する。70mLの試料から2つの25mLの試料を濁度測定に使用する。70mLの脱イオン水の一定の量を対照とする。
第5の態様では、流体試料中の微生物又は標的細胞検体を検出する別の方法が提供される。本方法は、(上記に述べたように)第2の態様に係る複数のグアニジン官能化パーライト粒子を提供する工程と、少なくとも1種類の微生物株又は標的細胞検体を含有すると疑われる流体試料を準備する工程と、を含む。本方法は、少なくとも1種類の微生物株又は標的細胞検体の少なくとも一部分がグアニジン官能化パーライト粒子に結合するように流体試料を複数のグアニジン官能化パーライト粒子と接触させる工程と、少なくとも1種類の結合した微生物株又は結合した標的細胞検体の存在を検出する工程と、を更に含む。
流体試料を複数のグアニジン官能化パーライト粒子と接触させる工程は、典型的には、粒子の少なくとも一部分を流体試料に分散させることを含む。所望により、グアニジン官能化パーライト粒子及び流体試料は、様々な任意の容器内に合わせて入れられる(任意の追加順序を用いて)(所望により、しかしながら好ましくは、キャップ付き、閉鎖、又は密閉された容器であり、より好ましくは、キャップ付きの試験管、瓶、又は広口瓶である。)。本発明のプロセスを実施するために用いられるのに好適な容器は、個々の試料によって決定され、量及び性質により大きく異なり得る。例えば、容器は10マイクロリットル容器(例えば、試験管)などの小さいものであり得、又は100ミリリットル〜3リットル容器(例えば、三角フラスコ又はポリプロピレン製広口瓶)などの大きいものであり得る。流体試料に直接接触する容器、及びその他の器具又は添加剤は、使用前に滅菌することができ(例えば、制御された熱、エチレンオキシドガス、過酸化水素、又は放射線によって)、これにより検出エラーを起こし得る試料の汚染を低減又は防ぐことができる。特定の試料の微生物及び/又は細胞検体を捕捉又は濃縮するための、検出を成功させるのに十分なグアニジン官能化パーライト粒子の量は、場合によって異なり(例えば、濃縮剤の性質及び形態並びに試料量に依存する。)、当業者によって容易に決定できる。例えば、一部の用途については、試料ミリリットル当たり、10ミリグラムのグアニジン官能化パーライト粒子が有用であり得る。
必要に応じて、流体試料の中に少なくとも1回、グアニジン官能化パーライト粒子を通過させることにより(例えば、約10分間に渡って重力沈殿(gravitational settling)に依存することによって)、接触は効果的なものになり得る。接触は、混合によって(例えば、撹拌、振盪、又は揺動台の使用によって)強化することができ、これによりグアニジン官能化パーライトの粒子が流体試料の大部分を通って繰り返し通過又は沈殿することができる。マイクロリットルオーダーの少量の容量(典型的には0.5ミリリットル未満)の場合、混合は、例えば、米国特許第5,238,812号(Coulter et al.)に記載のように、ボルテックス又は「転動(nutation)」などの急速なものであり得る。約0.5ミリリットル以上の、より大量の容量(典型的には0.5ミリリットル〜3リットル)の場合、混合は、例えば、米国特許第5,576,185号(Coulter et al.)に記載のように、微粒子濃縮剤及び試料を「上下回転」させる方法で穏やかに混転することにより達成できる。このような混転は、例えば、試験管又は他のタイプの反応容器を支えるよう構成された装置を用い、試験管又は容器を「上下転倒」させる方法でゆっくりと回転させて達成することができる。接触は、望むだけの時間、実施することができる(例えば、試料量が約100ミリリットル以下の場合、最高約60分間の接触が有用であり得、好ましくは、約15秒〜約10分又はそれ以上、より好ましくは、約15秒〜約5分の接触が有用であり得る。)。
よって、混合(例えば、攪拌、揺動、又はかき混ぜ)及び/又は培養(例えば、周囲温度で)は任意ではあるが、微生物とグアニジン官能化パーライト粒子との接触を増加させるために好ましい。特定の実施形態では、接触は、微生物含有流体試料をグアニジン官能化パーライト粒子と混合する工程(例えば、約15秒〜約5分)と、培養する工程(例えば、約3分〜約30分)との両方が含まれる。望ましい場合は、1種類以上の添加剤(例えば、溶解試薬、生物発光検定試薬、核酸捕捉試薬(例えば、磁石ビーズ)、微生物増殖培地、緩衝液(例えば、固体試料の分散又は抽出のため)、微生物染色試薬、洗浄用緩衝液(例えば、結合していない物質を洗い流すため)、溶出試薬(例えば、血清アルブミン)、界面活性剤(例えば、Union Carbide Chemicals and Plastics(Houston,TX)から販売されているTriton X−100非イオン系界面活性剤)、及び機械的磨耗/溶出試薬(例えば、ガラスビーズ)など)が、グアニジン官能化パーライト粒子及び流体試料の組み合わせ内に含まれ得る。
所望により、本方法は更に、結果として得られる微生物が結合したグアニジン官能化パーライト粒子の凝離(segregation)を含む。このような凝離は、少なくとも部分的に重力沈殿(例えば、約5分〜約30分に渡る重力沈降)に依存することによって達成できることが好ましい。しかしながら、いくつかの場合において、凝離を促進すること(例えば、遠心分子又は濾過によって)又は任意の凝離方法の組み合わせを使用することが望ましいことがある。
所望により、本方法は更に、結果として得られる微生物が結合したグアニジン官能化パーライト粒子及び流体試料を凝離することを含む。これには、凝離により生じた上澄みの除去又は分離を含み得る。上澄みの分離は、当該技術分野において周知の数多くの方法によって実施することができる(例えば、上澄みをデカント又は吸い上げることによって、プロセスを実施するのに使用した容器又は管の底に、微生物が結合したグアニジン官能化パーライト粒子を残すことができる。)。本方法は、手動で(例えば、バッチ式で)行うことができ、又は(例えば、連続的又は半連続的処理を可能にするように)自動化することができる。
流体試料は、様々な異なるタイプの試料から提供されてよく、医療、環境、食品、飼料、臨床、及び検査室の試料、及びこれらの組み合わせなどを含むが、これらに限定されない。医療又は獣医試料としては、例えば、臨床診断のために検査される生物源(例えば、ヒト又は動物)から得た細胞、組織、又は流体を挙げることができる。環境試料は、例えば、医療施設又は獣医学施設(例えば、ルーメン型装置などの医療用品の洗浄で出た洗浄液(rinsate))、工業施設(例えば、随伴水及び冷却塔水)、土壌、水源、食品調理領域(食品接触及び非接触領域)、又は検査室から得たものであり得る。使用することができる試料の例としては、飲料(例えば、ジュース、ビール、又は炭酸飲料)、水(飲料水を含む。)、及び生物学的液体などが挙げられる。
液体の形態、又は液体中の固体の分散液若しくは懸濁液の形態で得られる流体試料は、直接使用することができ、あるいは濃縮して(例えば、遠心分離により)又は希釈して(例えば、緩衝(pH調整された)溶液の追加により)使用することができる。固体又は半固体形態の試料は、例えば、所望により、流動体媒質(例えば、緩衝溶液)で洗浄若しくはすすぎ、又は流体媒質中に懸濁若しくは分散させるなどの方法により抽出され得る。試料は表面から(例えば、スワブ又はすすぎにより)採取され得る。好ましくは、試料は、少なくとも流体である(例えば、液体、気体、又は液体中若しくは気体中の固体若しくは液体の分散体若しくは懸濁物)。
試料量は、特定の用途に応じて異なり得る。例えば、診断又は研究用途の場合には、流体試料量は、典型的には、マイクロリットルの範囲とわずかであり得る(例えば、10マイクロリットル以上)。濾過処理が飲料水安全性試験のために使用される場合、試料量は典型的には、ミリリットル〜リットルの範囲であり得る(例えば、100ミリリットル〜3リットル)。工業用途及び住宅用途においては、この量は、数万リットルにもなる場合がある。
所望により、1種類又は2種類以上の添加剤(例えば、溶解試薬、生物発光検定試薬、核酸捕捉試薬(例えば、磁石ビーズ)、微生物増殖培地、緩衝液(例えば、固体試料を湿らせるための)、微生物染色試薬、洗浄用緩衝液(例えば、結合していない物質を洗い流すための)、溶出試薬(例えば、血清アルブミン)、界面活性剤(例えば、Union Carbide Chemicals and Plastics(Houston,TX)より販売される非イオン系界面活性剤である「TRITON X−100」)、及び吸着緩衝液などが、接触後の流体試料及びグアニジン官能化パーライト粒子、不織布物品、又は積層物品の組み合わせの中に含まれ得る。
例えば、細菌、菌類、酵母菌、原生動物、ウイルス(無エンベロープウイルスウイルスとエンベロープウイルスの両方を含む。)、真菌胞子、細菌内生胞子(例えば、バチルス(炭疽菌、セレウス菌、及び枯草菌を含む。)、及びクロストリジウム(ボツリヌス菌、クロストリジウム・デフィシレ、及びウェルシュ菌を含む。))など、及びこれらの組み合わせ、例えば、グラム陰性菌、グラム陽性菌、酵母、菌類、及びこれらの組み合わせを含む、種々の微生物が本開示の不織布物品及び方法を使用して濃縮及び検出できる。本開示の方法を使用して濃縮及び検出できる標的細胞検体としては、核酸、タンパク質、アデノシン三リン酸(ATP)、又はこれらの組み合わせが挙げられる。
所望により、本方法は、グアニジン官能化パーライト粒子、不織布物品、又は積層物品と接触させる前に、流体試料を粗目フィルタに通過させることを更に含む。このようなフィルタの使用により、流体試料から微粒子を除去できるが、さもなければ、物品が詰まったり、接触を妨げ得る。好適な粗目フィルタとしては、例えば、少なくとも1マイクロメートル、少なくとも5マイクロメートル、少なくとも10マイクロメートル、少なくとも25マイクロメートル、又は少なくとも50マイクロメートルの細孔径を有するフィルタが挙げられるが、これらに限定されない。
特定の実施形態では、本方法は、検出前に、少なくとも1種類の微生物株又は標的細胞検体が結合する積層物品、不織布物品、又はグアニジン官能化パーライト粒子を洗浄することを更に含む。残留試料マトリックスなどの汚染物質は、結合又は捕捉した微生物及び/又は細胞検体を著しく失うことなく除去できることが発見されている。特定の実施形態では、洗浄する工程としては、例えば、滅菌脱イオン水若しくは瓶詰めの飲料水ですすぐ工程、又は塩水溶液若しくは緩衝液ですすぐ工程が挙げられるが、これらに限定されない。積層物品、不織布物品、又はグアニジン官能化パーライト粒子を洗浄する工程は、諸成分を除去する傾向があるが、さもなければこれらの成分は、利用する特定の検出法によっては結合した微生物及び/又は細胞検体の存在の検出を妨げ得る。
特定の実施形態では、結合した微生物株又は結合した標的細胞検体を検出する工程は、グアニジン官能化パーライト粒子、積層物品、又は不織布物品を、それを通して検出シグナルを検出できる物質を含む受け部(receptacle)に配置する工程を含み、受け部は少なくとも1種類の試薬を含む。例えば、試薬と接触させて微生物株又は標的細胞検体が結合した物質を配置する工程は、所望により、グアニジン官能化パーライト粒子、積層物品、又は不織布物品を、効率的に操作できるように(operationally)ルミノメータに接続されるように構成された受け部に配置する工程を含み、受け部は少なくとも1種類の試薬を含む。したがって、このような実施形態において、検出は、結合した微生物株及び/又は標的細胞検体と少なくとも1種類の試薬との反応によって生じる光の測定を行うためにルミノメータに受け部を配置することによって容易になる。同様に、受け部は、特定の検出法によって他のタイプの器具と連携できる。特定の実施形態では、試薬と接触させて微生物株又は標的細胞検体が結合したグアニジン官能化パーライト粒子、積層物品、又は不織布物品を配置する工程は、少なくとも1種類の試薬を含む受け部に物質を押し込む工程を含む。好適な受け部、例えば、少なくとも1種類の試薬を含む受け部の非限定的な例としては、3M Company(St.Paul,Minn.)より販売される3M CLEAN−TRACE Surface ATP Swab,Hygiena(Camarillo,Calif.)より販売されるAQUASNAP ATP Water Test,Neogen Corporation(Lansing,Mich.)より販売されるACCUPOINT 2 ATP Sanitation Monitoring System、及びHygienaより販売されるPRO−CLEAN Rapid Protein Residue Testが挙げられる。
微生物株及び/又は標的細胞検体は、グアニジン官能化パーライト粒子、積層物品、又は不織布物品により捕捉された状態から除去される必要なく検出可能であることが発見された。微生物株及び/又は標的細胞検体を検出前に物質から溶出することを必要とする方法と比べて、必要な方法工程の数が減るので、グアニジン官能化パーライト粒子、積層物品、又は不織布物品に付着した微生物株及び/又は標的細胞検体を検出することが可能であることは、有利である。更に、グアニジン官能化パーライト粒子、積層物品、又は不織布物品は微生物株及び/又は標的細胞検体を物質の体積(volume)内に濃縮し、この体積は典型的には、流体試料量よりもかなり小さい。
グアニジン官能化パーライト粒子、積層物品、又は不織布物品により捕捉又は結合された(例えば、吸着、吸収、又は篩い分けによる)微生物及び/又は細胞検体は、現在知られている、又は今後開発される本質的に任意の所望の方法によって検出可能である。このような方法には、例えば、培養による方法、顕微鏡(例えば、透過光型顕微鏡又はエピ蛍光顕微鏡(蛍光染料で標識した微生物を可視化するために使用することができる。))及びその他の画像手法、免疫学的検出法、並びに遺伝子学的検出法が挙げられる。微生物及び/又は細胞検体を捕捉した後の検出プロセスは、所望により、試料マトリックス成分を除去するための洗浄、染色、沸騰、又は溶出緩衝液若しくは溶解剤を使用して細胞検体を不織布物品から解放することなどを含んでよい。
免疫学的検出は、標的生物に由来する抗原物質の検出であり、これは一般的に、細菌又はウイルス粒子の表面にあるマーカーとして作用する生物学的分子(例えば、タンパク質又はプロテオグリカン)である。抗原物質の検出は、典型的には、抗体、ファージディスプレイなどの方法から選択されるポリペプチド、又はスクリーニング方法から得られたアプタマーによるものであり得る。
免疫学的検出方法は周知であり、例えば、免疫沈降及び酵素結合免疫吸着検査法(ELISA)が挙げられる。抗体結合は、様々な方法で(例えば、一次抗体又は二次抗体のいずれかを、蛍光染料で、量子ドットで、又は化学発光若しくは着色基質を生成し得る酵素で標識し、かつプレートリーダ又はラテラルフローデバイスのいずれかを使用することによって)検出され得る。
検出は、遺伝子学的試験によって(例えば、核酸ハイブリッド形成又はプライマーを用いた増幅によって)実行することもできる。捕捉又は結合された微生物が溶解されて、それらの遺伝子学的物質(例えば、細胞検体)を試験に利用可能なものにする。溶解方法は周知であり、これには例えば、超音波処理、浸透性ショック、高温処理(例えば、約50℃〜約100℃)、及びリゾチーム、グルコラーゼ、チモラーゼ(zymolose)、リチカーゼ、プロテイナーゼK、プロテイナーゼE、及びウイルスエンドリシン(enolysins)などの酵素と共にインキュベーションすることが挙げられる。
多くの一般的に使用されている遺伝子学的検出試験は、DNA及び/又はRNAを含む、特定の微生物の核酸を検出する。遺伝子学的検出方法に使用される条件の厳密性は、検出される核酸配列の変異レベルに相関する。塩濃度及び温度の非常に厳密な条件は、検出を標的の正確な核酸配列に限定することができる。このように、標的核酸配列において小さな変異を有する微生物株は、非常に厳密な遺伝子学的試験を使用して区別することができる。遺伝子学的検出は、一本鎖核酸プローブが微生物の変性核酸にハイブリッド化してプローブ鎖を含む二本鎖核酸が生成される、核酸ハイブリダイゼーションに基づいて行われる。当業者であれば、ゲル電気泳動、細管式電気泳動、又はその他の分離方法の後でハイブリッドを検出するための、放射性、蛍光、及び化学発光標識などのプローブ標識に精通している。
特に有用な遺伝子学的検出方法は、プライマーを用いた核酸増幅に基づくものである。プライマーを用いた核酸増幅方法には、例えば、熱サイクル方法(例えば、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(RT−PCR)、及びリガーゼ連鎖反応(LCR))、並びに等温方法及び鎖置換増幅(SDA)(及びこれらの組み合わせ、好ましくはPCR又はRT−PCR)が挙げられる。増幅された生成物を検出するための方法としては、例えば、ゲル電気泳動分離及び臭化エチジウム染色、並びに生成物中に組み込んだ蛍光標識又は放射性標識の検出が挙げられるが、これらに限定されない。増幅生成物の検出前に分離工程を必要としない方法(例えば、リアルタイムPCR又はホモジニアス検出法)も使用することができる。
生物発光検出法は周知であり、例えば米国特許第7,422,868号(Fan et al.)に記述されているものを含むアデノシン三リン酸(ATP)検出法が挙げられる。ATPについての生物発光検出法としては、多くの場合、ルシフェラーゼ酵素がATP及び2価カチオン(マグネシウム又はカルシウムなど)の存在下でルシフェリンの酸化を触媒する既知のルシフェリン−ルシフェラーゼシステムが挙げられる。他の発光に基づく検出方法も利用され得る。
多くの実施形態では、検出は、培養による検出法、画像化検出法、蛍光に基づく検出法、比色検出法、免疫学的検出法、遺伝子学的検出法、生物発光に基づく検出法、又はこれらの組み合わせを含む。
グアニジン官能化パーライト粒子、不織布物品、積層物品、及び流体試料中の微生物又は標的細胞検体を検出する方法を含む種々の実施形態が提供される。
実施形態1は、a)繊維性多孔質マトリックスと、b)繊維性多孔質マトリックス内に捕らえられた複数のグアニジン官能化パーライト粒子と、を含む不織布物品である。
実施形態2は、繊維性多孔質マトリックスが不織繊維を含む、実施形態1に記載の不織布物品である。
実施形態3は、繊維性多孔質マトリックスがポリマー繊維を含む、実施形態1又は2に記載の不織布物品である。
実施形態4は、ポリマー繊維がポリアミド、ポリオレフィン、ポリスルホン、又はこれらの組み合わせを含む、実施形態1〜3のいずれか1つに記載の不織布物品である。
実施形態5は、繊維性多孔質マトリックスがフィブリル化ポリオレフィンポリマー繊維を含む、実施形態1〜4のいずれか1つに記載の不織布物品である。
実施形態6は、繊維性多孔質マトリックスが無機繊維を更に含む、実施形態1〜5のいずれか1つに記載の不織布物品である。
実施形態7は、無機繊維がガラス繊維、セラミック繊維、又はこれらの組み合わせを含む、実施形態6に記載の不織布物品である。
実施形態8は、繊維性多孔質マトリックスが不織繊維から本質的になる、実施形態1〜7のいずれか1つに記載の不織布物品である。
実施形態9は、不織布物品が不織布物品の総乾燥重量に基づいて5〜55重量%のグアニジン官能化パーライト粒子と、不織布物品の総乾燥重量に基づいて45〜95重量%の繊維性多孔質マトリックスと、を含む、実施形態1〜8のいずれか1つに記載の不織布物品である。
実施形態10は、不織布物品が不織布物品の総乾燥重量に基づいて20〜50重量%のグアニジン官能化パーライト粒子と、不織布物品の総乾燥重量に基づいて50〜80重量%の繊維性多孔質マトリックスと、を含む、実施形態1〜9のいずれか1つに記載の不織布物品である。
実施形態11は、繊維性多孔質マトリックスがポリマー繊維及び無機繊維を含む不織繊維層である、実施形態1〜10のいずれか1つに記載の不織布物品である。
実施形態12は、繊維性多孔質マトリックスが不織繊維層であり、グアニジン官能化パーライト粒子が不織繊維層全体に分布している、実施形態1〜11のいずれか1つに記載の不織布物品である。
実施形態13は、不織繊維層がポリオレフィン繊維及びガラス繊維を含む、実施形態12に記載の不織布物品である。
実施形態14は、無機繊維及びポリマー繊維は50ミリメートル未満の平均長さを有する、実施形態13に記載の不織布物品である。
実施形態15は、繊維性多孔質マトリックスが捲縮していないポリマー繊維を含む不織繊維層である、実施形態1〜14のいずれか1つに記載の不織布物品である。
実施形態16は、グアニジン官能化パーライト粒子のそれぞれが、以下の式、
3−n Si−Y−G
[式中、
nは、0、1、又は2であり、
各Rは、存在する場合には、独立してアルキル、アラルキル、又はアリールであり、
Yは、2〜20個の炭素原子を有するアルキレンを含む2価の基であり、
Gは、式−NH−C(=NH)−NHで表されるグアニジン基であり、
各Xは、独立してアルコキシ又はアシルオキシである。]を有する少なくとも1個のシランによって修飾されたパーライト粒子を含む、実施形態1〜15のいずれか1つに記載の不織布物品である。
実施形態17は、2価の基が、アリーレン、オキシ、−NH−、又はこれらの組み合わせを更に含む、実施形態16に記載の不織布物品である。
実施形態18は、2価の基が、3〜6個の炭素原子を有するアルキレンである、実施形態16又は17に記載の不織布物品である。
実施形態19は、グアニジン基が、第1級アミンとO−メチルイソ尿素塩との反応生成物である、実施形態16〜18のいずれか1つに記載の不織布物品である。
実施形態20は、リンカーが3−アミノプロピルトリメトキシシランである、実施形態16〜19のいずれか1つに記載の不織布物品である。
実施形態21は、リガンドが、パーライト粒子の1個以上のヒドロキシル基とリガンドのシランカップリング剤部分の1個以上の反応性の基との反応生成物である、実施形態14〜18のいずれか1つに記載の不織布物品である。
実施形態22は、グアニジン官能化パーライト粒子が、X線光電子分光法(XPS)によって測定したとき、少なくとも2原子パーセントの表面窒素濃度を有する、実施形態1〜19のいずれか1つに記載の不織布物品である。
実施形態23は、グアニジン官能化パーライト粒子が、X線光電子分光法(XPS)によって測定したとき、最大12原子パーセントの表面窒素濃度を有する、実施形態1〜20のいずれか1つに記載の不織布物品である。
実施形態24は、繊維性多孔質マトリックスが0.15ミリメートル〜1ミリメートルの厚さを有する、実施形態1〜21のいずれか1つに記載の不織布物品である。
実施形態25は、以下の式、
3−n Si−Y−G
[式中、
nは、0、1、又は2であり、
各Rは、存在する場合には、独立してアルキル、アラルキル、又はアリールであり、
Yは、2〜20個の炭素原子を有するアルキレンを含む2価の基であり、
Gは、式−NH−C(=NH)−NHで表されるグアニジン基であり、
各Xは、独立してアルコキシ又はアシルオキシである。]を有する少なくとも1個のシランによって修飾されたパーライト粒子を含グアニジン官能化パーライト粒子である。
実施形態26は、2価の基が、アリーレン、オキシ、−NH−、又はこれらの組み合わせを更に含む、実施形態25に記載のグアニジン官能化パーライト粒子である。
実施形態27は、2価の基が、3〜6個の炭素原子を有するアルキレンである、実施形態25又は26に記載のグアニジン官能化パーライト粒子である。
実施形態28は、グアニジン基が、第1級アミンとO−メチルイソ尿素塩との反応生成物である、実施形態25〜27のいずれか1つに記載のグアニジン官能化パーライト粒子である。
実施形態29は、リンカーが3−アミノプロピルトリメトキシシランである、実施形態25〜28のいずれか1つに記載のグアニジン官能化パーライト粒子である。
実施形態30は、X線光電子分光法(XPS)によって測定したとき、少なくとも2原子パーセントの表面窒素濃度を有する、実施形態25〜29のいずれか1つに記載のグアニジン官能化パーライト粒子である。
実施形態31は、X線光電子分光法(XPS)によって測定したとき、最大12原子パーセントの表面窒素濃度を有する、実施形態25〜30のいずれか1つに記載のグアニジン官能化パーライト粒子である。
実施形態32は、a)第1の基材と、b)第1の基材の外周の少なくとも一部に沿って第1の基材に封止された第2の基材と、c)第1の基材と第2の基材との間に配置された複数のグアニジン官能化パーライト粒子と、を含む積層物品である。
実施形態33は、グアニジン官能化パーライト粒子のそれぞれが、式X3−n Si−Y−Gを有する少なくとも1個のシランによって修飾されたパーライト粒子を含む、実施形態32に記載の積層物品である。式中、nは、0、1、又は2であり、各Rは、存在する場合には、独立してアルキル、アラルキル、又はアリールである。式中、Yは、2〜20個の炭素原子を有するアルキレンを含む2価の基であり、Gは、式−NH−C(=NH)−NHのグアニジン基であり、各Xは、独立してアルコキシ又はアシルオキシである。
実施形態34は、第1の基材及び第2の基材が、スパンボンドポリプロピレン、スパンボンドポリアミド、ポリアミドとポリエステルとのスパンボンドブレンド、スパンボンドポリエチレン、スパンボンドポリエステル、スパンボンドポリブチレンテレフタレート、及びスパンボンドポリプロピレンから独立して選択される、実施形態32又は33に記載の積層物品である。
実施形態35は、第1の基材及び第2の基材が、スパンボンドポリプロピレン、及びポリアミドとポリエステルとのスパンボンドブレンドから独立して選択される、実施形態32〜34のいずれか1つに記載の積層物品である。
実施形態36は、第1の基材及び第2の基材が、10〜200gsm(端点を含む。)の1平方メートル当りのグラム数で表される坪量(gsm)を有するスパンボンド材料を独立して含む、実施形態32〜35のいずれか1つに記載の積層物品である。
実施形態37は、第1の基材及び第2の基材が、55〜100gsm(端点を含む。)の1平方メートル当りのグラム数で表される坪量(gsm)を有するスパンボンド材料を独立して含む、実施形態32〜36のいずれか1つに記載の積層物品である。
実施形態38は、第1の基材及び第2の基材が、10〜30マイクロメートル(μm)(端点を含む。)の繊維直径を有するスパンボンド材料を独立して含む、実施形態32〜37のいずれか1つに記載の積層物品である。
実施形態39は、第1の基材及び第2の基材が同一材料を含む、実施形態32〜38のいずれか1つに記載の積層物品である。
実施形態40は、第2の基材が、第1の基材の外周の最大100%に沿って第1の基材に封止される、実施形態32〜39のいずれか1つに記載の積層物品である。
実施形態41は、積層物品が、濁度試験に基づき、0.2比濁計濁度単位(NTU)未満の濁度をもたらす、実施形態32〜40のいずれか1つに記載の積層物品である。
実施形態42は、第1の基材が、円形形状又は多角形形状を有する、実施形態32〜41のいずれか1つに記載の積層物品である。
実施形態43は、第1の基材及び第2の基材の少なくとも一方が、親水化された基材を含む、実施形態32〜42のいずれか1つに記載の積層物品である。
実施形態44は、第1の基材及び第2の基材のそれぞれが液体透過性である、実施形態32〜43のいずれか1つに記載の積層物品である。
実施形態45は、流体試料中の微生物又は標的細胞検体を検出する方法である。当該方法は、a)実施形態32〜44のいずれか1つに記載の積層物品を準備する工程と、b)少なくとも1種類の微生物株又は標的細胞検体を含有すると疑われる流体試料を準備する工程と、c)少なくとも1種類の微生物株又は標的細胞検体の少なくとも一部分が積層物品に結合するように流体試料を積層物品と接触させる工程と、d)少なくとも1種類の結合した微生物株又は結合した標的細胞検体の存在を検出する工程と、を含む。
実施形態46は、流体試料中の微生物又は標的細胞検体を検出する方法である。当該方法は、a)実施形態25〜31のいずれか1つに記載の複数のグアニジン官能化パーライト粒子を準備する工程と、b)少なくとも1種類の微生物株又は標的細胞検体を含有すると疑われる流体試料を準備する工程と、c)少なくとも1種類の微生物株又は標的細胞検体の少なくとも一部分がグアニジン官能化パーライト粒子に結合するように流体試料を複数のグアニジン官能化パーライト粒子と接触させる工程と、d)少なくとも1種類の結合した微生物株又は結合した標的細胞検体の存在を検出する工程と、を含む。
実施形態47は、検出する工程が、培養による検出法、画像化検出法、免疫学的検出法、遺伝子学的検出法、生物発光検出法、又はこれらの組み合わせを含む、実施形態45又は46に記載の方法である。
実施形態48は、検出する工程が生物発光法を含む、実施形態45〜47のいずれか1つに記載の方法である。
実施形態49は、少なくとも1種類の結合した微生物株を溶解剤と接触させる工程を更に含む、実施形態45〜48のいずれか1つに記載の方法である。
実施形態50は、結合した標的細胞検体が、核酸、タンパク質、細胞壁成分、ATP、又はこれらの組み合わせを含む、実施形態45〜49のいずれか1つに記載の方法である。
実施形態51は、結合した標的細胞検体がATPを含む、実施形態45〜50のいずれか1つに記載の方法である。
実施形態52は、接触させる工程が流体試料を積層物品に少なくとも一回通過させる工程を含む、実施形態45に記載の方法である。
実施形態53は、接触させる工程が、流体試料を、4.0ポンド/平方インチ(psi)(27.58キロパスカル(kPa))以下の圧力で積層物品に通過させる工程を含む、実施形態45又は52に記載の方法である。
実施形態54は、接触させる工程が、流体試料を、0.5psi(3.4kPa)以下の圧力で積層物品に通過させる工程を含む、実施形態45又は52に記載の方法である。
実施形態55は、微生物株が、細菌株、真菌類、原生動物、ウイルス、細菌内生胞子、及びこれらの組み合わせから選択される、実施形態45〜54のいずれか1つに記載の方法である。
実施形態56は、不織布物品が約150〜約350g/mの範囲の秤量を有する、実施形態1〜24のいずれか1つに記載の不織布物品である。
特に指示がない限り、実施例において使用される全ての化学物質はSigma−Aldrich Corp.(Saint Louis,MO)から得ることができる。本明細書において別途記載のない限り、全ての微生物学的な補給品及び試薬は、Sigma−Aldrich又はVWRのいずれかから標準製品として購入されたものである。
Figure 2018516828
グアニル化パーライト粒子の調製
実施例1
無水メタノール(85mL)に溶解させた3−アミノプロピルトリメトキシシラン(17.9g、100mmol)溶液を、O−メチルイソ尿素ヘミ硫酸塩(12.3g、50mmol)で処理した。反応混合物を、一晩、窒素雰囲気下で撹拌した。この溶液の一部分(50g)を500mL丸底フラスコに移し、200mLの無水メタノールで希釈した。次に、パーライト4106粒子(50g)をフラスコに加え、脱イオン水(0.9mL、50mmol)を添加した。混合物を、3日間素早く撹拌し、トリメトキシシランと粒子との反応を促した。得られたグアニジン官能化パーライト粒子を、濾過により単離し、メタノール、水の順ですすぎ、空気乾燥させておいた。次に、真空オーブン中、70℃にて一晩、粒子を乾燥させた。ECSAで測定したときの窒素濃度%は下表1に示す。
Figure 2018516828
グアニル化パーライトのATP捕捉試験
実施例2
(実施例1の)グアニジン官能化パーライト粉末及び未処理パーライト(比較例1、CE1)のそれぞれ12mgずつを、キュベットに等分した。各試料1ミリリットル当たりが約3000RLUのATPシグナルを含む(水1ミリリットル当たり約7マイクロリットルのATP標準液)ように、ATP標準液を含有するATP添加水試料ストックを調製した。キュベットチューブには、1ミリリットルの添加試料を加え、チューブに蓋をし、チューブを10分間、14サイクル/分で回転台(Thermolyne VARI MIX rocking platform(Barnstead International,Iowa))に設置した。次にチューブを試験管立てに置き、10分間、粉末を沈殿させた。上澄み試料を別のキュベットへと取り除き、そのうちの100マイクロリットルを取り、ATPアッセイを試験した。
300マイクロリットルの量のルシフェラーゼ酵素を、沈殿した粉末を含むキュベットに加えた。内容物を5秒間ボルテックスして混合し、次に、キュベットをアダプタ(DELRIN materialにより製造された特注の12センチメートル(cm)長、1cm直径のもの)に接続し、NGルミノメータで読み取った。同様に、300マイクロリットルの量のルシフェラーゼ酵素をキュベットに加え、10秒間、ボルテックスミキサで混合した。キュベットをアダプタに接続し、NGルミノメータで読み取った。上澄みは、物質収支の用途のために分析した。添加ストックのうちの100マイクロリットルの量をATPシグナルに関して試験し、これは、1ミリリットルの試験用試料の説明のために10を乗じた。平均総ATPシグナルは、試料1mL当たりのRLU単位で318.75×10=3187.5RLU=3188RLUであった。
%ATP捕捉=(沈殿した粉末のRLU/1mLの添加試料のRLU)×100
結果を以下の表2に報告する。
Figure 2018516828
バックグラウンド対照として1mLの水(ATPなし)を用いて、パーライト粉末を用いる同一の試験を準備した。実施例1のグアニジン官能化粉末のバックグラウンドATPシグナルは、2.3RLUであったが、CE1のパーライト粉末のものは3.6RLUであった。
グアニル化パーライトを含有する繊維性多孔質マトリックスの調製
実施例3及び4
下表3に示すような異なる量の繊維1、繊維2、繊維3、及び繊維4を混合することにより、2つの繊維プレミックスを調製した。4Lのブレンダ(VWR(Radnor,PA)より「WARING COMMERCIAL HEAVY DUTY BLENDER、モデル37BL84」の商品名で販売されるもの)中で、繊維を3リットルの冷たい脱イオン水に加え、低速で30秒間ブレンドした。この混合物を塊(nit)又は凝集(clump)のない均一な繊維分散体となっているかどうかについて検査した。実施例1からのグアニジン官能化パーライト粒子に更に1リットルの脱イオン水を加えて、低速で15秒間混合した。
底部の細かいメッシュスクリーンとドレイン弁を備える、測定値約30センチメートル(12インチ)平方及び高さ30センチメートル(12インチ)の箱を有する、パッド作製装置(Williams Apparatus(Watertown,NY)から商品名「TAPPI」で入手)を使用して、不織繊維性多孔質フェルトを調製した。このスクリーン上に、約14インチ×12インチのポリエチレンスパンボンド(PET Lutradur 7240、Fiberweb(Cincinnati,OH)から入手)を、スクリーン上のスクリムとして堆積させた。この箱のスクリーンの上方約1センチメートルの高さにまで水道水を満たした。各繊維及び更なる混合物を箱に注ぎ入れ、バルブを直ちに開くと真空が形成されこれにより箱から水が引き出された。
この繊維性多孔質フェルトを、装置から20センチメートル四方の吸取紙のシート(Anchor Paper(St.Paul,MN)より入手した96ポンド白色紙)上に転写した。この繊維性多孔質フェルトを2〜4層の吸取紙の間に挟み、余分な水を吸い取らせた。続いてプレス後の繊維性多孔質フェルトを吸取紙の新たなシート上に移し、110℃に設定したオーブン(SPX Thermal Product Solutions(White Deer,PA)から入手、商品名「BLUE M STABIL−THERM OVEN,MODEL OV−560A2」)内に、約3時間に渡って置いておき、残りの水分を除去し、不織繊維性多孔質マトリックスを形成させた。得られた実施例3の繊維性多孔質マトリックスは約0.8〜1ミリメートルの厚さであり、実施例4の繊維性多孔質マトリックスは0.5〜0.8mmの厚さであった。
Figure 2018516828
大腸菌及び黄色ブドウ球菌の細菌捕捉及びATPアッセイについてのグアニル化パーライトを含む繊維性多孔質マトリックスの試験
大腸菌(ATCC51813、グラム陰性微生物)の画線培養から1つのコロニーを10mLのTSB(Difcoからのトリプチックソイブロス、3重量%)に播種し、37℃で約20時間、一晩インキュベートした。得られた細菌ストックは、約1×10cfu/mLを含んでいた。このストックは順次、脱イオン水で希釈し、1×10cfu/mLの作業ストックを作製した。
実施例3の繊維性多孔質マトリックスから14mmのディスクを打抜き、13mmフィルタホルダ(Milliporeから入手したSWINNEXホルダ)に挿入した。大腸菌の上記作業ストック1mLを1ccシリンジを使用して各ディスクに通し、濾過した。濾液は廃棄した。各ディスクをホルダから抜き、キュベットに入れた。100マイクロリットルの量の溶解試薬をディスクに加え、10秒間ボルテックスした。300マイクロリットルの量のルシフェラーゼ酵素をキュベットに加え、10秒間ボルテックスした。キュベットをアダプタ(3M machine shopの特注、DELRIN materialにより製造された12cm長、1cm直径のもの)に接続し、NGルミノメータで読み取った。1mLの未添加脱イオン水を濾過するディスクも、バックグラウンドATPシグナルについて試験した。もう1セットのディスクを準備し、そのディスクに100マイクロリットルの量の1×10cfu/mL希釈液を添加した。この添加ディスクをATPシグナル(RLU)について試験したところ、「100%対照」試料であった。実施例4の繊維性多孔質マトリックスの14mmディスクについても、実施例3のマトリックスに関して記述したように試験した。捕捉効率は下式を使用して計算される。結果を表4に示す。
%捕捉効率=(試験用繊維性多孔質マトリックスディスクのRLU/100%対照のRLU)×100
Figure 2018516828
実施例3及び4の繊維性多孔質マトリックスを使用した黄色ブドウ球菌(ATC6538、グラム陽性微生物)の捕捉及び検出は、大腸菌に関して上述した方法に従って行った。その結果を下表5に示す。
Figure 2018516828
グアニル化ケイソウ土の調製
比較例3
ケイソウ土粒子50gを実施例1に係る上記の方法に従ってグアニル化したが、ただし、(50gの部分ではなく)反応混合物溶液の48gの部分を500mL丸底フラスコに移し、200mLの無水メタノールで希釈した。真空オーブン中、70℃にて一晩、粒子を乾燥させ、47gのグアニジン官能化ケイソウ土を得た。ECSAで測定したときの窒素濃度%は下表6に示す。
Figure 2018516828
グアニル化DEのATP捕捉試験
比較例3(CE3)のグアニジン官能化ケイソウ土(DE)粉末及び未処理DE粉末(比較例4、CE4)のそれぞれ12mgずつを、キュベットに等分した。各試料1mL当たりが約3000RLUのATPシグナルを含む(水1mL当たり約32マイクロリットルのATP標準液)ように、ATP標準液を含有するATP添加水試料ストックを調製した。試験は上記の実施例2に記述するとおりに行った。平均総ATPシグナルは、試料1mL当たりのRLU単位で240×10=2400RLUであった。%ATP対照=(沈殿した粉末のRLU/1mLの添加試料のRLU)×100。その結果を下表7に示す。
Figure 2018516828
バックグラウンド対照として1mLの水(ATPなし)を用いて、DE粉末を用いる同一の試験を準備した。CE3のグアニジン官能化DE粉末のバックグラウンドATPシグナルは、6RLUであったが、CE4のDE粉末のものは4.5RLUであった。
グアニル化パーライト476及び4156の調製
実施例9及び10
パーライト476粒子及びパーライト4156粒子(それぞれ50g)を実施例1で上述されるようにグアニル化したが、ただし、(50gの部分ではなく)反応混合物溶液の48gを500mL丸底フラスコに移し、200mLの無水メタノールで希釈した。真空オーブン中、60℃にて一晩、粒子を乾燥させ、それぞれ49gのグアニジン官能化パーライト476粒子(実施例9)及びグアニジン官能化パーライト4156粒子(実施例10)を得た。ECSAで測定したときの窒素濃度%は下表8に示す。
Figure 2018516828
グアニル化パーライト476及びパーライト4156のATP捕捉試験
実施例11及び12
グアニジン官能化パーライト476(実施例11)、未処理パーライト476(比較例5、CE5)、グアニジン官能化パーライト4156(実施例12)、及び未処理パーライト4156(比較例6、CE6)の粉末のそれぞれ12mgずつを、キュベットに等分した。各試料1mL当たりが約3000RLUのATPシグナルを含む(水1mL当たり約32マイクロリットルのATP標準液)ように、ATP標準液を含有するATP添加水試料ストックを調製した。試験は上記の実施例2に記述するとおりに行った。平均総ATPシグナルは、試料1mL当たりのRLU単位で240×10=2400RLUであった。%ATP対照=(沈殿した粉末のRLU/1mLの添加試料のRLU)×100。その結果を下表9に示す。
Figure 2018516828
バックグラウンド対照として1mLの水(ATPなし)を用いて、粉末を用いる同一の試験を準備した。グアニジン官能化パーライト476粉末のバックグラウンドATPシグナルは40RLUであり、CE5は7RLUであり、グアニジン官能化パーライト4156粉末は41RLUであり、CE6は4RLUであった。グアニジン官能化パーライト476及び4156のバックグラウンドシグナルはATP捕捉シグナルから減算された。
随伴水(Produced water)試料における迅速な微生物監視のための実施例3の試験
随伴水試料はカナダの油井から入手した。試料は、BBL緩衝液で順次希釈され、PACプレートで1mLずつ培養した。製造業者の説明書に従って、プレートを37℃で48時間インキュベートした。3M PETRIFILMプレートリーダを使用して、プレートの細菌数を分析した。各試料の100マイクロリットルの量をキュベットに加え、145マイクロリットルのCLEAN−TRACE Water−Plus総ATP抽出剤と混合し、10秒間ボルテックスした。450マイクロリットルの量のCLEAN−TRACE Water−Plus総ATP酵素を加え、10秒間混合した。アダプタを使用して(実施例5及び6に関して上述される)、キュベットをNGルミノメータに挿入し、ATPシグナルを測定した。
濾過した量、コロニー数、及びATP値に基づいて、実施例3の不織繊維性多孔質マトリックスを用いた微生物試験のために2つの試料を更に選択した。試料E(比較例8、CE8)は、約3×10cfu/mL、25RLUの遊離(非微生物)ATPシグナル、及び46RLUの総ATPシグナルを有していた。試料G(比較例9、CE9)は、約4.7×10cfu/mL、39RLUの遊離(非微生物)ATPシグナル、及び315RLUの総ATPシグナルを有していた。
各随伴水試料から10mLの量を実施例3の繊維性多孔質マトリックスの14mmディスク及び0.22ミクロンフィルタ(比較例7、CE7)を通して処理し、濾過能力を評価した。詰まりにより貫流が停止したら、濾過は終了とした。詰まるまでの量を下表10に示す。
Figure 2018516828
実施例3の不織繊維性多孔質マトリックススから14mmのディスクを打抜き、13mmフィルタホルダ(Milliporeから入手したSWINNEXホルダ)に挿入した。随伴水試料E10mLを10ccシリンジを使用してディスクに通し濾過した。濾液は廃棄した。ディスクはホルダから取り除き、随伴水試料について上述したようにATPシグナルを試験した。第2のディスクを同じように処理したが、ただし、これは10mLの脱イオン水で洗浄してから、ATPシグナルについて分析した。
10mLの未添加脱イオン水を濾過する繊維性多孔質マトリックスディスクは、バックグラウンドATPシグナルについて試験した。バックグラウンドシグナルは253RLUであり、試験読み取り値から減算した。(不織繊維性多孔質マトリックスにおいて細菌を濃縮することなく)CLEAN−TRACE試験での捕捉細菌からのATPシグナルの改善は下式を使用して計算した。その結果を下表11に示す。
(不織繊維性多孔質マトリックスにおいて細菌を濃縮することなく)CLEAN−TRACE試験でのATPシグナルの増加倍率=(濾過後の湿式積層ディスクのRLU/100マイクロリットルの未濾過試料のRLU)。
CE8及び実施例3のマトリックスのディスク(洗浄済み及び未洗浄)の遊離(非微生物)ATP含有量は、450マイクロリットルのCLEAN−TRACE Water−Plus総ATP酵素を使用し、10秒間混合し、NGルミノメータでATPシグナルを読み取ることにより分析した。
Figure 2018516828
比較例8及び9は、Micro 100濁度計を使用して濁度を評価した。脱イオン水を標準試料として使用した。CE8は138NTUの平均濁度を有し、CE9は0.96の平均濁度を有していて、脱イオン水は0.02NTUの濁度を有していた。実施例CE8は、測定値を得るために脱イオン水で4倍に希釈しなければならなかった。したがって、CE8の報告された濁度は実際の測定値の4倍(4×34.5)である。
試験における変動は、マトリックスの干渉を示唆している。洗浄後のATPシグナルの改善は、阻害物質のキャリーオーバーの減少を示すが、これにより、ATPアッセイは洗浄後の随伴水試料の迅速な監視に使用できる。
スパンボンドスクリム内において固定化されたグアニル化パーライト(仮想例)
実施例1のグアニジン官能化粒子の平均細孔径未満の平均細孔径を有するスパンボンド基材を、清浄な実験台に平らに置く。基材上の16mm直径の円形領域をマークする。実施例1の物質の15mgアリコートを量り分け、マークした領域に置く。これを3回繰り返し、3つの複製試料を作製する。もう1枚のスパンボンド基材のシートを、量り分けた粉末のある領域上に平らに置く。上部のシートを注意深く偏平にする。マークした領域は、BRANSON 2000d ULTRASONIC WELDERを使用して超音波溶着する。超音波ホーンは、18mmの外径及び16mmの内径を有する。溶着は、250ジュールの設定にて平坦なアルミニウムプレートで行う。
溶着された積層物品は、はさみを使用して切断され、実施例2に上述したように、ATP捕捉試験のためにSwinnexホルダに置く。簡潔に言えば、1ミリリットルの脱イオン水に約3000RLUのATPを添加し、1ccシリンジを使用して積層物品に通して濾過する。濾過後、積層物品をフィルタホルダから取り除き、キュベットに加える。145マイクロリットルのCLEAN−TRACE Water−Plus総ATP抽出剤をキュベットに加える。キュベットを10秒間、ボルテックスする。450マイクロリットルの量のCLEAN−TRACE Water−Plus総ATP酵素を加えた後、10秒間混合する。キュベットを(上記実施例2に記載の)アダプタに接続し、NGルミノメータで読み取る。
積層物品についても、1mLの未添加脱イオン水を積層物品に通して濾過することによりバックグラウンドシグナルに関して試験する。バックグラウンドシグナルを試験シグナルから減算する。ストックATP溶液の100マイクロリットルアリコートを試験し、シグナルを生じさせるが、シグナルに10を乗じて「100%対照」シグナルが得られる。%ATP対照=(積層物品のRLU/1mLの添加試料のRLU)×100。
本明細書では、特定の例示的実施形態が詳細に説明されてきたが、当業者には、上述の説明を理解した上で、これらの実施形態の代替物、変更物、及び等価物を容易に想起することができる点が、理解されるであろう。更には、本明細書で参照される全ての刊行物及び特許は、個々の刊行物又は特許を参照により組み込むことが、詳細かつ個別に指示されている場合と同じ程度で、それらの全容が参照により組み込まれる。様々な例示的実施形態が説明されてきた。これらの実施形態及び他の実施形態は、以下の特許請求の範囲に含まれるものである。

Claims (19)

  1. 以下の式、
    3−n Si−Y−G
    [式中、
    nは、0、1、又は2であり、
    各Rは、存在する場合には、独立してアルキル、アラルキル、又はアリールであり、
    Yは、2〜20個の炭素原子を有するアルキレンを含む2価の基であり、
    Gは、式−NH−C(=NH)−NHで表されるグアニジン基であり、
    各Xは、独立してアルコキシ又はアシルオキシである。]
    を有する少なくとも1個のシランによって修飾されたパーライト粒子を含むグアニジン官能化パーライト粒子。
  2. 前記2価の基は、アリーレン、オキシ、−NH−、又はこれらの組み合わせを更に含む、請求項1に記載のグアニジン官能化パーライト粒子。
  3. 前記2価の基は、3〜6個の炭素原子を有するアルキレンである、請求項1又は2に記載のグアニジン官能化パーライト粒子。
  4. 前記グアニジン基が、第1級アミンとO−メチルイソ尿素塩との反応生成物である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のグアニジン官能化パーライト粒子。
  5. リンカーが3−アミノプロピルトリメトキシシランである、請求項1〜4のいずれか一項に記載のグアニジン官能化パーライト粒子。
  6. X線光電子分光法(XPS)によって測定した場合、少なくとも2原子パーセントの表面窒素濃度を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のグアニジン官能化パーライト粒子。
  7. a)繊維性多孔質マトリックスと、b)前記繊維性多孔質マトリックス内に捕らえられた複数のグアニジン官能化パーライト粒子と、を含む不織布物品。
  8. 前記繊維性多孔質マトリックスが0.15ミリメートル〜2ミリメートルの厚さを有する、請求項7に記載の不織布物品。
  9. 前記繊維性多孔質マトリックスがポリマー繊維及び無機繊維を含む不織繊維層である、請求項7又は8に記載の不織布物品。
  10. 前記繊維性多孔質マトリックスが不織繊維層であり、前記グアニジン官能化パーライト粒子が前記不織繊維層全体に分布している、請求項7〜9のいずれか一項に記載の不織布物品。
  11. 前記繊維性多孔質マトリックスが捲縮していないポリマー繊維を含む不織繊維層である、請求項7〜10のいずれか一項に記載の不織布物品。
  12. 前記グアニジン官能化パーライト粒子のそれぞれが、以下の式、
    3−n Si−Y−G
    [式中、
    nは、0、1、又は2であり、
    各Rは、存在する場合には、独立してアルキル、アラルキル、又はアリールであり、
    Yは、2〜20個の炭素原子を有するアルキレンを含む2価の基であり、
    Gは、式−NH−C(=NH)−NHで表されるグアニジン基であり、
    各Xは、独立してアルコキシ又はアシルオキシである。]
    を有する少なくとも1個のシランによって修飾されたパーライト粒子を含む、請求項7〜11のいずれか一項に記載の不織布物品。
  13. a.第1の基材と、
    b.前記第1の基材の外周の少なくとも一部に沿って前記第1の基材に封止された第2の基材と、
    c.前記第1の基材と前記第2の基材との間に配置された複数のグアニジン官能化パーライト粒子と、を含む積層物品。
  14. 前記第1の基材及び前記第2の基材が、スパンボンドポリプロピレン、スパンボンドポリアミド、ポリアミドとポリエステルとのスパンボンドブレンド、スパンボンドポリエチレン、スパンボンドポリエステル、スパンボンドポリブチレンテレフタレート、及びスパンボンドポリプロピレンから独立して選択される、請求項13に記載の積層物品。
  15. a)請求項13又は14に記載の積層物品を準備する工程と、
    b)少なくとも1種類の微生物株又は標的細胞検体を含有すると疑われる流体試料を準備する工程と、
    c)前記少なくとも1種類の微生物株又は標的細胞検体の少なくとも一部分が前記積層物品に結合するように前記流体試料を前記積層物品と接触させる工程と、
    d)前記少なくとも1種類の結合した微生物株又は結合した標的細胞検体の存在を検出する工程と、
    を含む、流体試料中の微生物又は標的細胞検体を検出する方法。
  16. a)請求項1〜6のいずれか一項に記載の複数のグアニジン官能化パーライト粒子を準備する工程と、
    b)少なくとも1種類の微生物株又は標的細胞検体を含有すると疑われる流体試料を準備する工程と、
    c)前記少なくとも1種類の微生物株又は標的細胞検体の少なくとも一部分が前記グアニジン官能化パーライト粒子に結合するように前記流体試料を前記複数のグアニジン官能化パーライト粒子と接触させる工程と、
    d)前記少なくとも1種類の結合した微生物株又は結合した標的細胞検体の存在を検出する工程と、
    を含む、流体試料中の微生物又は標的細胞検体を検出する方法。
  17. 前記検出する工程が、生物発光法を含む、請求項15又は16に記載の方法。
  18. 前記結合した標的細胞検体が、核酸、タンパク質、細胞壁成分、ATP、又はこれらの組み合わせを含む、請求項15〜17のいずれか一項に記載の方法。
  19. 前記接触させる工程が、前記流体試料を、4.0ポンド/平方インチ(psi)(27.58キロパスカル(kPa))以下の圧力で前記積層物品に通過させる工程を含む、請求項15に記載の方法。
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