JP2023518459A - 改良されたタングステン含有抗菌複合材料 - Google Patents
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Abstract
本発明は、抗菌剤としてのタングステンブルーの使用、タングステンブルーを含む複合材料、およびその調製方法に関する。【選択図】なし
Description
説明
本発明は、抗菌剤としてのタングステンブルーの使用、タングステンブルーを含む複合材料、およびその調製方法に関する。
本発明は、抗菌剤としてのタングステンブルーの使用、タングステンブルーを含む複合材料、およびその調製方法に関する。
微生物の蓄積を防止するため、物品の表面は抗菌剤で処理されるか、または抗菌特性が備えられる。とりわけ、殺菌剤および殺生物剤は、それぞれ、微生物と戦うために使用される。しかし、有機殺生物剤の使用の主たる不利益は、微生物の中での耐性および交差抵抗性の発現である。従って、微生物と効率的に戦い、そして微生物を有する表面の集団を防止するために、代替物がますます考えられている。1つの可能性は、金属および金属化合物の使用である。それらの良好な抗菌効果のせいで、特に銀および銅はしばしば使用される。第1の変形例において、元素金属が、高いレベルの活性を達成するために、可能な限り最大の表面積を有する形態で提供される。特に、ナノ粒子、発泡金属、または担体上に固定されたナノ粒子は、この点に関して考慮されるべきである。第2の変形例は、例えば、ゼオライトに組み込まれるかまたは複合材料に直接組み込まれる可溶性金属塩の提供を提供する。しかし、不利益は、上述の貴金属または貴金属イオンがそれぞれ比較的高価であり、そしてさらに硫黄含有化合物または高い電解質濃度によってほぼ完全に不活性化されることである。
最近、モリブデンおよびタングステン、特にモリブデン酸塩および酸化モリブデンならびにタングステン酸塩および酸化タングステンを含む化合物の抗菌剤としての使用もまた議論されている。これらの化合物は、比較的安価であり、そしてまた実質的に水に不溶であるので非毒性である。酸化タングステン(VI)(WO3)は、室温で鮮烈な黄色を有し、そして加熱すると橙色である結晶粉末である。斜方WO3の結晶格子は、3つの空間方向において共通の角によって連結しているWO6八面体からなる。三酸化タングステンは、水および酸に完全に不溶であるが、水と反応してタングステン酸を形成し得る。三酸化タングステンの殺生物効果は、周囲の媒体中のpH値の関連した低下に基づく。しかし、今まで試験されてきたWO3ならびに他のモリブデンおよびタングステン化合物の抗菌効力は、しばしば不十分である。
WO 2015/091993は、抗菌活性複合材料および対応する抗菌活性材料の調製方法を記載する。印刷文書は、タングステンブルーが酸素欠損WO3マイナス(引く)1~10モル%酸素またはWO3マイナス(引く)5モル%酸素である、タングステンブルーの抗菌複合活性材料としての使用を開示しない。さらに、好ましい粒径の粒子を有する酸素欠損WO3の非常に効果的な調製は記載されていない。WO3の酸素含有量への言及は印刷文書WO 2015/091993に与えられていない。酸素飽和タングステンイエローおよび酸素欠損タングステンブルーの混合物は、青色に見え、そして通例、従ってしばしば誤って概してタングステンブルーと呼ばれる。
従って、本発明の目的は、改善された活性を有する抗菌剤を提供すること、および微生物の集団に対して材料および表面を効果的に保護する費用効率が高い可能性を提供することである。
三酸化タングステンに加えて、タングステンの他の酸化物もまた知られている。黄色酸化タングステン(VI)は、還元剤に曝されると、茶色酸化タングステン(IV)に最終的に変化する。新たに沈殿した酸化タングステン(VI)水和物の還元によって、
WO3 + xH → WO3-x(OH)x
に従って、6価~5価タングステンの水和した混合酸化物の濃青溶液が得られる。これらの青色タングステン(VI)-タングステン(V)混合酸化物は、集合的に「タングステンブルー」と呼ばれる。
WO3 + xH → WO3-x(OH)x
に従って、6価~5価タングステンの水和した混合酸化物の濃青溶液が得られる。これらの青色タングステン(VI)-タングステン(V)混合酸化物は、集合的に「タングステンブルー」と呼ばれる。
本発明において、驚くことに、タングステンブルーが三酸化タングステンよりも顕著に高い抗菌活性を示すことが見い出された。同じ粒径で、タングステンブルーの効力は三酸化タングステンの効力よりも顕著に良好である。
従って、本発明の第1の局面は、タングステンブルーの抗菌剤としての使用に関する。
本発明によれば、「タングステンブルー」は、タングステンがVIとVとの間の酸化状態で存在する酸素欠損三酸化タングステンをいう。対照的に、「タングステンイエロー」は、酸素飽和三酸化タングステンである。特に、タングステンブルーは、WO3マイナス(引く)約1~10モル%酸素、より好ましくはWO3マイナス(引く)約4~6モル%酸素、好ましくはWO3マイナス(引く)約5モル%酸素、最も好ましくはマイナス(引く)5モル%酸素として記載され得る。従って本発明による「酸素欠損WO3」は、好ましくはWO3マイナス(引く)約5モル%酸素を記載する。特に本発明によるタングステンブルー、すなわち好ましくは5%酸素欠損であるタングステンブルーは、優れた抗菌活性を有し、そして広範な種々の細菌に対して活性であることが見い出された。これに関連して、少量のタングステンブルーを含む酸化タングステンが既に青みがかった色を有することに留意すべきである。タングステンイエローのタングステンブルーとの混合物は、青色に見え、そして従って、概してしばしば(誤って)タングステンブルーと呼ばれる。好ましくは、タングステンイエローまたは酸素飽和WO3は、対応するタングステンブルー調製物中に存在しない。しかし、本発明による目的のため、タングステンブルーは、実際、酸素欠損WO3のみ、特にWO3マイナス(引く)約5モル%酸素を意味すると理解される。好ましくは、酸素飽和WO3(タングステンイエロー)は存在しない。
本発明に従って、好ましくは、それぞれ酸素飽和WO3(タングステンイエロー)を実質的に含まないまたは酸素飽和WO3(タングステンイエロー)を含まないタングステンブルー調製物が使用される。好ましくは、本発明による抗菌複合材料は、従って酸素飽和WO3(タングステンイエロー)内容物を有しない。酸素飽和WO3は抗菌活性ではないので、複合材料に含まれるタングステンの割合は、酸素飽和WO3を完全に省くことによって、抗菌活性の損失なくより低く維持され得る。
タングステンブルーは、人間および動物に対して非毒性であり、そしてそれ故優れた生体適合性を示す。それは、比較的安価に製造され得、そして少量であっても強力な抗菌活性を示す。
タングステンブルーは、真菌およびウイルス、ならびにグラム陽性およびグラム陰性微生物を含む広範囲の微生物に対して、それらの抗生物質耐性にかかわらず、高い抗菌活性を有する。タングステンブルーが本発明に従って効果的である微生物の例は、Lactobacillus acidophilus、Pseudomonas、例えばP.aeruginosa、Salmonella、例えばS.aureus、E.coli、Candida Spp、C.albicans、C.glabrataおよびC.tropicalis、レジオネラ、リステリア菌;ウイルス、例えばインフルエンザ、エプスタイン-バーウイルス、ロタウイルスおよびノロウイルス;ならびにAspergillus niger、fumigatusおよびflavusを含むが、これらに限定されない。抗菌活性は、酸化タングステン(VI)(イエロー)と比較して同じ粒径で顕著に増大する。
特に好ましい実施態様において、本発明による酸素欠損タングステンブルーは、S.aureus、E.coliおよび/またはP.aerugに対する抗菌剤として使用される。
本発明によれば、特に良好な抗菌効力は、0.1μmと0.9μmとの間の平均粒径を有する粒子の形態のタングステンブルーについて見い出された。好ましくは、タングステンブルーの平均粒径は、0.2~0.7μmの範囲、さらに好ましくは0.25~0.5μmの範囲である。0.1μmよりも小さい粒子、および特にナノ粒子は、本発明によって提供されない。優れた抗菌効力は、タングステンブルーを上述の範囲の粒径で用いて達成され、その結果、ナノ粒子に関連する危険性が回避され得ることが見い出された。特に好ましい実施態様は、酸素欠損WO3、すなわちWO3マイナス(引く)約5モル%酸素(タングステンブルー)の抗菌剤としての使用に関し、ここで該タングステンブルーは、0.20~0.5μmの間、およびより好ましくは0.25~0.5μmの間の平均粒径を有する粒子の形態であり、そしてタングステンブルー調製物は、好ましくは0.1μm未満の粒径を有する粒子を有しない。先行技術は、対応する特徴の優れた組み合わせについて、当業者にいかなるヒントも提供しない。これは、特に先行技術において引用される「タングステンブルー組成物」に適用される。
有利に、本発明によれば、0.1μmよりも小さい粒径を有する粒子を本質的に有しないタングステンブルーが使用される。0.9μmよりも大きい粒径を有する粒子が実質的に含まれないことがさらに好ましい。狭い粒径分布は、ナノ粒子に関連する危険性を回避しつつ、特に高い抗菌効力を確保する。
タングステンブルーそれ自体は、水に不溶である。水または大気中水分と接触すると、タングステンブルーはpH値の低下を引き起こす。タングステンブルーそれ自体は、溶解せず、そして分解せず、または材料から洗い流されない。
抗菌使用のため、タングステンブルーは単独でまたは他の活性成分および/または賦形剤と組み合わせて使用され得る。好ましくは、WO3は存在しない。
タングステンブルーが少なくとも1つの親水化剤または吸湿剤と組み合わせて使用される場合、さらなる利益が生じる。特に好ましい親水化剤および吸湿剤は以下に記載される。
本発明によれば、タングステンブルーは、抗菌特性が備えられるべき材料に組み込まれ得るかまたは材料の表面上に少なくとも堆積され得る。このようにして、抗菌活性複合材料が生じる。
従って、本発明のさらなる目的は、タングステンブルーおよび少なくとも1つのさらなる材料を含む抗菌活性複合材料である。それについて、タングステンブルーの平均粒径は、好ましくは上述の通り0.1μmと0.9μmとの間、さらに好ましくは0.2~0.7μmおよび特に好ましくは0.25μm~0.5μmの範囲である。0.1μmより小さい粒子および特にナノ粒子は、本発明によって提供されない。本発明による複合材料は、好ましくは酸素飽和WO3(タングステンイエロー)を含まない。
本発明の目的のため、複合材料は一緒に結合した2つ以上の材料からなる材料であると理解され、ここで材料の少なくとも1つは上記で定義したタングステンブルーである。さらなる材料は、原則として任意の材料から形成され得、そしてまた例えばそれ自体複合材料を構成し得る。
タングステンブルーの存在は、本発明による複合材料に抗菌効果を与える。病原菌の接着性は、かなりの程度まで低減される。微生物の増殖および生物膜の形成は阻害される。例えば、これは、生物膜中の微生物は抗生物質、有機殺生物剤、殺菌剤などによって除去することができないかまたは少なくとも永久に除去されないので、病院、介護施設などにおいて特に重要である。pHの低下は複合材料、あるいは部品またはそれから製造される製品の表面境界層の領域でのみ要求されるので、表面の領域において相応に少量のタングステンブルーが、所望の抗菌効力を達成するのに十分である。
タングステンブルーは、本質的に水溶性でなく、それ故複合材料から洗い流されずにそこに留まり、そして複合材料の寿命を通してその抗菌効力を維持する。
複合材料の少なくとも1つのさらなる材料は、原則として任意の種類の材料から選ばれ得る。例えば、それは、無機、金属、セラミックまたは有機材料あるいはそれらの任意の組み合わせであり得る。原則として、さらなる材料は、例えばプラスチック、塗料、ラッカー、シリコーン、ゴム、ゴム、メラミン、アクリレート、アクリル酸メチル、ワックス、エポキシ樹脂、ガラス、金属、セラミックおよびその他であり得る。好ましい実施態様において、本発明による複合材料は、さらなる材料として、少なくとも1つの有機ポリマー、または化合物および/またはシリコーンを含む。有機ポリマーの例は、ポリエチレン(PE)およびポリプロピレン(PP)を含む。
抗菌機器のために材料(該材料中にまたは該材料上にタングステンブルーが導入される)は、固体および/または液体マトリクスを形成し得る。タングステンブルーが、合計重量または合計体積の0.1%と10%(重量パーセントまたは体積パーセント)との間を構成するように添加されると規定され得る。好ましくは、タングステンブルーの量は1~3重量%である。
原則として、複合材料は層状複合材料、繊維複合材料、粒子複合材料または相互貫入複合材料として形成され得る。
原則として、本発明による複合材料は、標準状態で固体または液体形態で存在し得る。例えば、複合材料は、例えばそれぞれラッカーまたは液体コーティング剤として、溶液、懸濁液および/または分散液の形態であり得る。
タングステンブルーは、複合材料の表面上に配置され得、および/または複合材料中に分配され得る。好ましくは、本発明によれば、タングステンブルーは、少なくとも複合材料の表面の領域(ここで抗菌効果が望まれるので)に配置される。例えば、タングステンブルーは、層または層の成分として基材またはキャリア材料に付与され得る。この場合、基材またはキャリア材料は実質的に構造的制約または材料制約に供されない。原則として、複合材料の表面の1つ以上の領域のみまたは全表面に、タングステンブルーによって抗菌性が備えられ得る。あるいはまたはさらに、タングステンブルーは、それぞれ、また複合材料内に配置され得、または複合材料内に分配され得る。これは、複合材料がその表面上で擦り減る場合でさえ、抗菌効果が永久に維持されることを確保する。
意図する使用に応じて、本発明の文脈における複合材料は、基本的に、さらなる加工工程後にのみその最終使用形態を得る半完成品として、すなわち半完成材料として存在し得る。あるいは、複合材料は、さらなる加工工程なしでその所望の意図した目的のために使用され得る完成品として既に設計され得る。
本発明による複合材料において、タングステンブルーは単独でまたは他の活性成分および/または補助剤と組み合わせて存在し得る。
好ましい実施態様において、本発明による複合材料は、タングステンブルーに加えて、銀または銀化合物など、特にナノ銀または硝酸銀などの可溶性銀化合物などの任意の追加の抗菌活性化合物を有しない。銅、有機殺生物剤、ゼオライトなどもまた、好ましくは本発明による複合材料中に存在しない。このようにして、改善された環境適合性および費用の大幅な削減が達成される。好ましくは、タングステンイエローもまた存在しない。
複合材料の合計質量に対するタングステンブルーの質量含有率は、有利には0.1と80重量%との間、特に1.0と30重量%との間および好ましくは1.5と5.0重量%との間である。この質量比で、タングステンブルーの可能な限り低い原料投入で特に高い抗菌効力が確保される。
原則として、当該分野で一般的な任意の補助剤が本発明による複合材料における補助剤として考慮され得る。可能な補助剤は複合材料の特定の材料に応じて変化し得ることが理解される。好ましくは、従来の分散剤、帯電防止剤、湿潤剤、乳化剤などが使用される。
上述の平均粒径を有する粒子の使用は、一方で特に高い抗菌効力が実現され得、そして他方で本発明による複合材料がナノ粒子を含まないという特別な利点を提供する。
少なくとも複合材料の表面の領域に配置されるタングステンブルーが少なくとも1つの親水化剤または吸湿剤と組み合わせて使用される場合、さらなる利点が生じる。このようにして、抗菌効力は、酸性の表面境界層の形成に重要である特に乾燥した環境、すなわち、例えば非常に低い湿度およびそれに応じて少量の利用可能な水を有する環境において実質的に増大する。適切な親水化剤および/または吸湿剤の例は、特にシリカゲルの形態またはヒュームドシリカとしてのSiO2を含む。これらは、一種の湿度緩衝を形成し、そしてそれ故製品中の最少水分含量を確保する。タングステンブルーのSiO2との連携は、タングステンブルーが複合材料中に特に良好に保持されることを引き起こし、そして洗い流されることが完全に阻止され得ることもまた見い出された。0.25μmと25μmとの間の平均粒径の範囲の粒径分布を有するSiO2が好ましくは使用される。
本発明に従って使用され得る他の親水化剤および/または吸湿剤のさらなる例は、アビエチン酸、アラキドン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、カプリン酸、カプロン酸、セロチン酸、エルカ酸、フザリン酸、フマル酸、胆汁酸、イコセン酸、イソフタル酸、ラクトン酸、ラウリン酸、リグノセリン酸、リノレン酸、レボピマール酸、リノール酸、マルガリン酸、メリシン酸、モンタン酸、ミリスチン酸、ネオアビエチン酸、ネルボン酸、ノナデカン酸、オレイン酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、ペラルゴン酸(ノナン酸)、ピマル酸、パルストリン酸、パルミチン酸、リシノール酸、ステアリン酸、ソルビン酸、タンニン酸、トリデカン酸、ウンデカン酸およびブルピン酸などの有機酸である。さらに、マロン酸、マレイン酸および無水マレイン酸、乳酸、酢酸、クエン酸、サリチル酸およびアスコルビン酸、ならびにそれらの塩は、有利であると証明されている。酸無水物、両性物質、緩衝系、ポリマー酸、イオン交換樹脂、ならびに酸スルホン酸塩および酸ハライドもまた使用され得る。
複合材料の合計重量に対する親水化剤および/または吸湿剤の質量含有率は、有利には0.1%と15%との範囲である。例えば、質量含有率は、0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%または14%であり得る。特に有利なのは、1と5%との間の範囲、好ましくは2~4%の範囲の質量含有率である。さらに、親水化剤および/または吸湿剤の質量含有率または質量比は、タングステンブルーの選択した質量含有率に対応するように調節され得る。
特に好ましい実施態様において、タングステンブルーは、親水化剤および/または吸湿剤、特にSiO2で少なくとも部分的に被覆されており、および/または親水化剤および/または吸湿剤、特にSiO2と凝集している。これは、単純な方法で2種類の化合物の空間的近接を確保し、その結果、タングステンブルーには、特に乾燥した条件下でさえ、pH値を低下させるのに必要とされる水分が直接供給される。
本発明の別の局面において、抗菌活性製品の製造のための上記で定義した抗菌活性複合材料の使用が提供される。
本発明の別の局面は、上記で定義した抗菌活性複合材料の製造方法に関する。この目的のために、タングステンブルーは少なくとも1つのさらなる材料と組み合わされる。
有利には、複合材料の調製において、タングステンブルーは上記で定義した少なくとも1つの親水化剤および/または吸湿剤と組み合わされ、ここで親水化剤および/または吸湿剤は、少なくとも複合材料の表面の領域に配置される。タングステンブルーを少なくとも部分的に親水化剤および/または吸湿剤、特にSiO2で被覆する、および/または親水化剤および/または吸湿剤、特にSiO2と凝集させることが特に有利であることが証明された。
本発明は、以下の図面および実施例によってさらに説明される。
タングステンブルーの効力は、全ての細菌に対し、全ての他の試験した剤と比較して顕著に良好である。タングステンイエローおよびタングステンブルーの混合物は、タングステンブルー単独よりも顕著に効果が低いこともまた示される。
Claims (12)
- 抗菌剤としてのタングステンブルーの使用であって、タングステンブルーが酸素欠損WO3、特にWO3-1~10モル%酸素、好ましくはWO3-約5モル%酸素であり、およびタングステンブルーが0.1μm~0.9μmの間の平均粒径、好ましくは0.2~0.7μmの範囲、より好ましくは0.25~0.5μmの範囲の平均粒径を有する粒子の形態で存在し、および0.1μm未満の粒径を有する粒子が存在しない、使用。
- 請求項1に記載のタングステンブルーおよび少なくとも1つのさらなる材料を含む抗菌活性複合材料。
- 少なくとも複合材料の表面の領域に配置されている少なくとも1つの親水化剤および/または吸湿剤をさらに含む、請求項2に記載の抗菌活性複合材料。
- タングステンブルーが親水化剤および/または吸湿剤で少なくとも部分的に被覆されており、および/または親水化剤および/または吸湿剤と凝集している、請求項3に記載の複合材料。
- 親水化剤および/または吸湿剤がSiO2、特にシリカゲルまたはヒュームドシリカを含む、請求項3または4に記載の複合材料。
- 複合材料の合計質量に対するタングステンブルーの質量含有率が0.1%~80%、特に1.0%~30%、および好ましくは1.5%~5.0%である、請求項2~5のいずれか1項に記載の複合材料。
- さらなる材料が少なくとも1つの有機ポリマーおよび/またはシリコーンを含む、請求項2~6のいずれか1項に記載の複合材料。
- 層状複合材料、繊維複合材料、粒子複合材料、または相互貫入複合材料として形成される、請求項2~7のいずれか1項に記載の複合材料。
- 抗菌活性製品の製造のための請求項2~8のいずれか1項に記載の抗菌活性複合材料の使用。
- タングステンブルーが少なくとも1つのさらなる材料と組み合わされる、請求項2~8のいずれか1項に記載の抗菌活性複合材料の製造方法。
- 少なくとも1つの親水化剤および/または吸湿剤が少なくとも複合材料の表面の領域に配置される、請求項10に記載の方法。
- タングステンブルーが親水化剤および/または吸湿剤で少なくとも部分的に被覆され、および/または親水化剤および/または吸湿剤と凝集する、請求項11に記載の方法。
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