JP2024505490A - 抗ウイルス性組成物及びデバイス並びにそれらの使用方法 - Google Patents

Abstract

組成物又は装置と接触するウイルスを不活性化するための抗ウイルス性組成物及び装置並びにそれらの使用方法が本明細書に記載される。組成物及び／又は装置は、１重量％～１５重量％の濃度で窒化ケイ素を含み、窒化ケイ素は、組成物及び／又は装置と接触するウイルスの少なくとも８５％を不活性化する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年１月２９日に出願された米国仮出願第６３／１４３，３７０号の優先権を主張し、その内容は参照により本明細書に完全に組み込まれる。

本開示は、抗ウイルス性組成物、システム、方法、及びデバイスに関する。より具体的には、本開示は、ウイルスの不活性化のための窒化ケイ素組成物、デバイス、及びコーティングに関する。

ウイルスの安全かつ信頼性の高い不活性化又は除去の必要性は普遍的である。ヒトの健康に影響を及ぼす病原体を制御する広範な必要性が存在する。ヒト薬物療法のための抗ウイルス特性を有する材料だけでなく、様々な医療デバイス又は機器、診察台、衣類、フィルター、マスク、手袋、カテーテル、内視鏡器具等のための表面コーティング及び／又は複合材としての使用も必要とされている。

ＣＯＶＩＤ－１９パンデミックの原因である重症急性呼吸器症候群コロナウイルス２（ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２）は、依然として生存可能なままであり、したがっていくつかの材料上で潜在的に感染性である。ＣＯＶＩＤ－１９の媒介物による伝播を抑制するための戦略の１つは、表面化学がＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２を自発的に不活性化することができる材料の開発である。

したがって、人体と長時間接触する可能性がある、医療デバイス、機器、衣類、又は他のシステムに適用され得る、ウイルスを不活性化及び死滅させるための安全かつ信頼性の高い方法の必要性が存在する。

約１重量％～約１５重量％の濃度で窒化ケイ素を含む抗ウイルス性組成物であって、窒化ケイ素が、組成物と接触するウイルスを不活性化する、抗ウイルス性組成物の実施形態が本明細書に提供される。

いくつかの態様において、ウイルスは、窒化ケイ素と少なくとも１分間又は少なくとも３０分間接触する場合がある。例えば、ウイルスは、窒化ケイ素と少なくとも１分間接触した後、少なくとも８５％不活性化され得る。窒化ケイ素は、１０重量％以下の濃度で存在し得る。窒化ケイ素は、α－Ｓｉ_３Ｎ_４、β－Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＹＡｌＯＮ、β－ＳｉＹＡｌＯＮ、ＳｉＹＯＮ、又はＳｉＡｌＯＮであってもよい。ウイルスは、Ａ型インフルエンザ又はＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２であり得る。いくつかの態様において、組成物は、スラリー、懸濁液、ゲル、スプレー、塗料、又は歯磨き粉である。

約１重量％～約１５重量％の濃度で窒化ケイ素を含む抗ウイルス性装置であって、窒化ケイ素が、組成物と接触するウイルスを不活性化する、抗ウイルス性装置の実施形態が本明細書に更に提供される。

いくつかの態様において、ウイルスは、窒化ケイ素と少なくとも１分間又は少なくとも３０分間接触する場合がある。例えば、ウイルスは、窒化ケイ素と少なくとも１分間接触した後、少なくとも８５％不活性化され得る。窒化ケイ素は、１０重量％以下の濃度で存在し得る。窒化ケイ素は、α－Ｓｉ_３Ｎ_４、β－Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＹＡｌＯＮ、β－ＳｉＹＡｌＯＮ、ＳｉＹＯＮ、又はＳｉＡｌＯＮであってもよい。ウイルスは、Ａ型インフルエンザ又はＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２であり得る。いくつかの態様において、装置は、医療デバイス、医療機器、診察台、フィルター、マスク、手袋、カテーテル、内視鏡器具、又は高頻度接触表面であり得る。装置は、金属、ポリマー、及び／又はセラミックであってもよく、窒化ケイ素は、装置の表面上にコーティングされるか、又は埋め込まれてもよい。

また、抗ウイルス性装置をウイルスと接触させることを含み、装置が、約１重量％～１５重量％の濃度で窒化ケイ素を含む、ウイルスの伝播を予防する方法の実施形態も本明細書に提供される。

いくつかの態様において、ウイルスは、窒化ケイ素と少なくとも１分間又は少なくとも３０分間接触する場合がある。例えば、ウイルスは、窒化ケイ素と少なくとも１分間接触した後、少なくとも８５％不活性化され得る。窒化ケイ素は、１０重量％以下の濃度で存在し得る。窒化ケイ素は、α－Ｓｉ_３Ｎ_４、β－Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＹＡｌＯＮ、β－ＳｉＹＡｌＯＮ、ＳｉＹＯＮ、又はＳｉＡｌＯＮであってもよい。ウイルスは、Ａ型インフルエンザ又はＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２であり得る。

本発明の他の態様及び反復は、以下でより徹底的に説明される。

Ａ型インフルエンザウイルスの例示である。 ０重量％、７．５重量％、１５重量％、及び３０重量％のＳｉ_３Ｎ_４に１０分間曝露したウイルスの例示である。 図２Ａに従ってＳｉ_３Ｎ_４に曝露したウイルスを接種した細胞の生存率を決定するために使用される方法の例示である。 １５重量％のＳｉ_３Ｎ_４に１分間、５分間、１０分間、及び３０分間曝露したウイルスの例示である。 図３Ａに従ってＳｉ_３Ｎ_４に曝露した後のウイルスの生存率を決定するために使用される方法の例示である。 図２Ａに従って、０重量％、７．５重量％、１５重量％、及び３０重量％のＳｉ_３Ｎ_４に１０分間曝露したＡ型インフルエンザのＰＦＵ／１００μｌのグラフである。 図２Ｂに従って、７．５重量％、１５重量％、及び３０重量％のＳｉ_３Ｎ_４に１０分間曝露したＡ型インフルエンザを接種した細胞の細胞生存率のグラフである。 様々な濃度のＳｉ_３Ｎ_４に曝露された、スラリーに対して異なる比率のウイルスを接種した細胞の写真を含む。 （ａ）接種前のＭＤＣＫ細胞の蛍光顕微鏡画像を示す。（ｂ）対照に曝露されたウイルスを接種した後のＭＤＣＫ細胞の蛍光顕微鏡画像を示す。（ｃ）３０重量％のＳｉ_３Ｎ_４に曝露したウイルスを接種した後のＭＤＣＫ細胞の蛍光顕微鏡画像を示す。 １５重量％のＳｉ_３Ｎ_４に室温で１分間、５分間、１０分間、又は３０分間曝露したＡ型インフルエンザのＰＦＵ／１００μｌのグラフである。 １５重量％のＳｉ_３Ｎ_４に室温で１分間、５分間、１０分間、又は３０分間曝露したＡ型インフルエンザを接種した細胞の細胞生存率のグラフである。 １５重量％のＳｉ_３Ｎ_４に４℃で１分間、５分間、１０分間、又は３０分間曝露されたＡ型インフルエンザのＰＦＵ／１００μｌのグラフである。 １５重量％のＳｉ_３Ｎ_４に４℃で１分間、５分間、１０分間、又は３０分間曝露したＡ型インフルエンザを接種した細胞の細胞生存率のグラフである。 （ａ）不活性化前のＡ型インフルエンザウイルスのラマンスペクトルを示す。（ｂ）曝露１分後の不活性化後のＲＮＡ及びヘマグルチニンの化学修飾に関連するＡ型インフルエンザウイルスのラマンスペクトルの変化を示す。 ＮＨ_３が、アルカリエステル交換の機序によってＡ型インフルエンザウイルスを不活性化することを示す。 不活性化後の五配位リン酸基におけるＯ－Ｐ－Ｏ伸長を示す。 ヘマグルチニン構造におけるメチオニンの振動モードを示す。 アンモニアの存在下でのメチオニンの構造変化を示す。 不活性化後のメチオニンのホモシステインへのＣ－Ｓ伸長を示す。 １５重量％又は３０重量％のＳｉ_３Ｎ_４に１分間、１０分間、又は３０分間曝露したネコカリシウイルスのＰＦＵ／１００μｌのグラフである。 ３０重量％のＳｉ_３Ｎ_４に１分間、１０分間、３０分間、又は６０分間曝露したネコカリシウイルスを接種した細胞の細胞生存率のグラフである。 １５重量％の窒化ケイ素のスラリーに１０分間曝露された後に、かつ糸状アクチン（Ｆ－アクチン）タンパク質の存在について緑色で染色したＭＤＣＫ細胞を含有する生体培地への接種後に赤色で染色したＡ型インフルエンザ（Ｈ１Ｈ１）ウイルス（核タンパク質、ＮＰ）を示す。 図１５ＡからのＮＰ染色Ａ型インフルエンザ（Ｈ１Ｈ１）ウイルスを示す。 図１５ＡからのＦ－アクチン染色ＭＤＣＫ細胞を示す。 窒化ケイ素への曝露なしで、かつ糸状アクチン（Ｆ－アクチン）タンパク質の存在について緑色で染色したＭＤＣＫ細胞を含有する生体培地への接種後に赤色で染色したＡ型インフルエンザ（Ｈ１Ｈ１）ウイルス（核タンパク質、ＮＰ）を示す。 図１６ＡからのＮＰ染色Ａ型インフルエンザ（Ｈ１Ｈ１）ウイルスを示す。 図１６ＡからのＦ－アクチン染色ＭＤＣＫ細胞を示す。 窒化ケイ素粉末の三峰性分布を示す。 β－Ｓｉ_３Ｎ_４濃度（重量％／ｍＬ）の関数としてＭＤＣＫ細胞の生存率を示す。 Ａ型インフルエンザをＳｉ_３Ｎ_４粉末に３０分間曝露する前後のウイルス力価の直接比較を示す。 α－Ｓｉ_３Ｎ_４濃度（重量％／ｍＬ）の関数としてＭＤＣＫ細胞の生存率を示す。 Ａ型インフルエンザをα－Ｓｉ_３Ｎ_４粉末に３０分間曝露する前後のウイルス力価の比較を示す。 窒化ケイ素粉末の三峰性粒度分布を示す。 抗ウイルス試験方法の概要である。 細胞培養培地で１分間、５分間、及び１０分間インキュベートした、５、１０、１５、又は２０重量％／体積（ｎ＝４）のいずれかの濃度の窒化ケイ素への曝露後２４時間で測定されたＶｅｒｏ細胞生存率を示す。 細胞培養培地で１分間、５分間、及び１０分間インキュベートした、５、１０、１５、又は２０重量％／体積（ｎ＝４）のいずれかの濃度の窒化ケイ素への曝露後４８時間で測定されたＶｅｒｏ細胞生存率を示す。 ＰＦＵ／ｍＬとして表される、細胞培養培地に希釈したＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルスとともに１分間、５分間、及び１０分間インキュベートした、５、１０、１５、及び２０重量％／体積の濃度の窒化ケイ素の力価を示す。 ％阻害として表される、細胞培養培地に希釈したＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルスとともに１分間、５分間、及び１０分間インキュベートした、５、１０、１５、及び２０重量％／体積の濃度の窒化ケイ素の力価を示す。

本開示の様々な実施形態が、以下に詳細に考察される。具体的な実装形態が論じられるが、これは例示目的のみのために行われることを理解されたい。当業者は、他の構成要素及び構成が、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく使用され得ることを認識するであろう。したがって、以下の説明及び図面は例示であり、限定として解釈されるべきではない。本開示の完全な理解をもたらすために、多数の具体的な詳細が記載されている。しかし、特定の事例では、説明を不明瞭にすることを避けるために、周知又は通例の詳細は説明されていない。

本開示全体に適用される複数の定義がここで提示される。本明細書における「一実施形態」、「実施形態」、又は同様の形式化への言及は、実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、動作、又は特性が本技術の少なくとも一実施形態に含まれ得ることを意味する。本明細書の様々な箇所における「一実施形態では」という語句の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を指しているわけではなく、他の実施形態と相互排他的な別個の又は代替の実施形態でもない。更に、いくつかの実施形態によって示され、他の実施形態によって示されない可能性がある様々な特徴が記載される。

本明細書で使用される場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、それらのオープンで非限定的な意味で使用される。「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」という用語は、複数及び単数を包含すると理解される。したがって、「その混合物」という用語はまた、「それらの混合物」に関する。

本明細書で使用される場合、「約」は、明示的に示されているか否かにかかわらず、整数、分数、パーセンテージ等を含む数値を指す。「約」という用語は、一般に、数値の範囲、例えば、列挙された値の±０．５～１％、±１～５％又は±５～１０％を指し、例えば、同じ機能又は結果を有する列挙された値と等価と考えられる。

本明細書で使用される場合、「窒化ケイ素」という用語は、α－Ｓｉ_３Ｎ_４、β－Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＹＡｌＯＮ、β－ＳｉＹＡｌＯＮ、ＳｉＹＯＮ、ＳｉＡｌＯＮ、又はそれらの組み合わせを含む。

本明細書で使用される場合、「不活性化する」又は「不活性化」は、ウイルスを完全に除去するか又はそれらを非感染性にすることによって、ウイルスが製品又は物体を汚染するのを防ぐウイルス不活性化を指す。

本明細書で使用される「装置」又は「構成要素」という用語は、材料、組成物、デバイス、表面コーティング、及び／又は複合材を含む。いくつかの例では、装置は、様々な医療デバイス又は機器、診察台、衣類、フィルター、マスク及び手袋等の個人用保護具、カテーテル、内視鏡器具、ウイルス持続性が疾患の伝播を促進し得る高頻度接触表面等を含み得る。装置は、金属、ポリマー、及び／又はセラミック（例えば、窒化ケイ素及び／又は他のセラミック材料）であってもよい。

本明細書で使用される場合、「接触」は、組成物又は装置によって影響を受けるように組成物又は装置に物理的に接触しているか、又は十分に近接していることを意味する。

本明細書で使用される用語は、一般に、開示される主題の文脈内で、及び各用語が使用される特定の文脈内で、当該技術分野におけるそれらの通常の意味を有する。本明細書で論じられる用語のいずれか１つ又は複数について代替の言語及び同義語を使用することができ、用語が本明細書で詳述又は議論されるか否かに特別な重要性は置かれるべきではない。場合によっては、特定の用語の同義語が提示される。１つ又は複数の同義語の列挙は、他の同義語の使用を排除しない。本明細書で論じられる任意の用語の例を含む本明細書のどこかの例の使用は、例示にすぎず、本開示又は任意の例示的な用語の範囲及び意味を更に限定することを意図するものではない。同様に、本開示は、本明細書で与えられる様々な実施形態に限定されない。

続く説明において、本開示の追加の特徴及び利点を述べ、一部は、説明から明らかであるか、又は本明細書に開示される原理の実践により知得できる。本開示の特徴及び利点は、別添の特許請求の範囲で特に指摘される器具及び組み合わせによって実現及び取得することができる。本開示のこれら及び他の特徴は、以下の説明及び別添の特許請求の範囲からより完全に明らかになるか、又は本明細書で述べる原理の実践によって知得することができる。

ウイルスの不活性化のために窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を含む抗ウイルス性デバイス、組成物、及び装置が本明細書に提供される。窒化ケイ素は独特の表面化学を有し、生体適合性であり、多くの生物医学的用途を提供し、例えば、１）脊椎及び歯科インプラント等における同時の骨形成、骨誘導、骨伝導、及び静菌、２）異なる機構によるグラム陽性菌及びグラム陰性菌の両方の死滅、３）ヒト及び動物のウイルス、細菌、及び真菌の不活性化、及び４）ポリマー又は金属マトリックス複合材、天然又は人工の繊維、ポリマー、又は窒化ケイ素粉末を含有する金属は、重要な窒化ケイ素の骨修復性、静菌性、抗ウイルス性、及び抗真菌性を保持する。

ある実施形態では、抗ウイルス性組成物は、窒化ケイ素を含み得る。例えば、抗ウイルス性組成物は、窒化ケイ素粉末を含む装置であり得る。いくつかの実施形態では、抗ウイルス性装置は、最大１００重量％の窒化ケイ素を含むモノリシックな構成要素であり得る。かかる構成要素は、内部多孔率を有しない完全に密集した状態であり得るか、又は約１％～約８０％の範囲の多孔率を有する多孔質であり得る。モノリシックな構成要素は、医療デバイスとして使用されてもよいか、又はウイルスの不活性化が所望され得る装置に使用されてもよい。別の実施形態では、抗ウイルス性組成物は、デバイス上又はデバイス内のウイルスを不活性するために、デバイス内又はコーティング中に組み込まれ得る。いくつかの実施形態では、抗ウイルス性組成物は、窒化ケイ素粉末を含むスラリーであり得る。

いくつかの実施形態では、抗ウイルス性組成物は、ヒトウイルスを不活性化し得るか、又はその伝播を減少させ得る。抗病原性組成物によって不活性化され得るウイルスの非限定的な例としては、コロナウイルス（例えば、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２）、Ａ型インフルエンザ、Ｈ１Ｎ１、エンテロウイルス、及びネコカリシウイルスが挙げられる。例えば、窒化ケイ素組成物は、Ａ型インフルエンザウイルスの不活性化に有効であり得る。他の例では、窒化ケイ素組成物は、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２の不活性化に有効であり得る。

窒化ケイ素は、水性培地、又は生物学的流体及び組織と接触したときに窒素含有種が放出されるため、抗病原性であり得る。窒化ケイ素の表面化学は、以下のように示すことができる。
Ｓｉ_３Ｎ_４＋６Ｈ_２Ｏ→３ＳｉＯ_２＋４ＮＨ_３
ＳｉＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ→Ｓｉ（ＯＨ）_４

窒素は、表面のシラノールが比較的安定であるため、ケイ素よりも速く（数分以内に）溶出する。ウイルスの場合、驚くべきことに、窒化ケイ素は、ゲノムの完全性の喪失及びウイルス不活性化をもたらすアルカリエステル交換によるＲＮＡ切断をもたらし得ることが見出された。これはまた、赤血球凝集素の活性を低下させ得る。アンモニアの溶出は、ｐＨの付随する増加とともに、ウイルス、細菌及び真菌を不活性化する。実施例に示されるように、驚くべきことに、窒化ケイ素のそれぞれが、コロナウイルス及びＡ型インフルエンザを不活性化することが見出された。

ある実施形態では、抗病原性組成物は、（ｉ）通常の気体状態からではなく固体状態からの、遅いが連続的なアンモニアの溶出、（ｉｉ）哺乳動物細胞への損傷又は悪影響なし、及び（ｉｉｉ）ｐＨの低下とともに増加するインテリジェントな溶出を示す溶出動態を呈し得る。

歴史的に認識されている殺ウイルス剤である銅（Ｃｕ）の使用は、その細胞毒性によって制限される。Ｃｕとは対照的に、Ｓｉ_３Ｎ_４で作られたセラミックデバイス又は装置は生体適合性であり、人体に有毒ではない。Ｓｉ_３Ｎ_４の利点は、材料の汎用性である。したがって、Ｓｉ_３Ｎ_４は、ポリマー、生物活性ガラス、更には他のセラミックに組み込まれて、Ｓｉ_３Ｎ_４の好ましい生体適合性及び抗ウイルス特性を保持する複合材及びコーティングを作製することができる。

抗ウイルス性デバイス又は装置は、抗ウイルス、抗菌、又は抗真菌作用のために、デバイスの表面の少なくとも一部分上に窒化ケイ素を含み得る。ある実施形態では、抗ウイルス性デバイスは、デバイスの表面の少なくとも一部分上に窒化ケイ素コーティングを含み得る。窒化ケイ素コーティングは、粉末としてデバイスの表面に塗布され得る。いくつかの例では、窒化ケイ素粉末は、デバイスの少なくとも一部分に充填され得るか、埋め込まれ得るか、又は含浸され得る。いくつかの実施形態では、粉末は、マイクロメーター又はナノメーターのサイズであり得る。平均粒度は、約１００ｎｍ～約５μｍ、約３００ｎｍ～約１．５μｍ、又は約０．６μｍ～約１．０μｍの範囲であり得る。他の実施形態では、窒化ケイ素は、デバイス内に組み込まれ得る。例えば、デバイスは、窒化ケイ素粉末をデバイスの本体内に組み込み得る。一実施形態では、デバイスは窒化ケイ素で作製されてもよい。別の実施形態では、組成物は、窒化物粒子のスラリー又は懸濁液を含むことができる。

窒化ケイ素コーティングは、約１重量％～約１００重量％の濃度で装置の表面上又は装置内に存在し得る。様々な実施形態では、コーティングは、約１重量％、２重量％、５重量％、７．５重量％、８．３重量％、１０重量％、１５重量％、１６．７重量％、２０重量％、２５重量％、３０重量％、３３．３重量％、３５重量％、又は４０重量％の窒化ケイ素粉末を含み得る。いくつかの例では、コーティングは、約１０重量％～約２０重量％の窒化ケイ素を含み得る。少なくとも１つの例では、コーティングは、約１５重量％の窒化ケイ素を含む。いくつかの実施形態では、窒化ケイ素は、約１重量％～約１００重量％の濃度でデバイス若しくは装置内又はその表面上に埋め込まれ得る。様々な実施形態では、デバイス又は装置は、約１重量％、２重量％、５重量％、７．５重量％、８．３重量％、１０重量％、１５重量％、１６．７重量％、２０重量％、２５重量％、３０重量％、３３．３重量％、３５重量％、４０重量％、５０重量％、６０重量％、７０重量％、８０重量％、９０重量％～１００重量％の窒化ケイ素を含み得る。いくつかの例では、窒化ケイ素は、約１０重量％～約２０重量％の濃度で装置の表面上にあってもよい。少なくとも１つの例では、窒化ケイ素は、約１５重量％の窒化ケイ素の濃度で装置の表面上にあってもよい。

いくつかの実施形態では、抗ウイルス性組成物は、窒化ケイ素からなるモノリシックな構成要素であり得る。かかる構成要素は、内部多孔率を有しない完全に密集した状態であり得るか、又は約１％～約８０％の範囲の多孔率を有する多孔質であり得る。モノリシックな構成要素は、医療デバイスとして使用されてもよいか、又はウイルスの不活性化が所望され得る装置に使用されてもよい。

様々な実施形態では、抗ウイルス特性のための窒化ケイ素を含むデバイス又は装置は、医療デバイスであり得る。医療デバイス又は装置の非限定的な例としては、整形外科用インプラント、脊椎インプラント、椎弓根スクリュー、歯科インプラント、留置カテーテル、気管内チューブ、大腸内視鏡スコープ、及び他の同様のデバイスが挙げられる。

いくつかの実施形態では、窒化ケイ素は、ポリマー及び織物、手術衣、管類、衣類、空気フィルター及び水フィルター、マスク、病院の診察台及び手術台等の台、机、備品、ハンドル、ノブ、おもちゃ、並びに空調フィルター等のフィルター、又は歯ブラシ等の、抗ウイルス特性のための材料又は装置内に組み込まれ得るか、又はコーティングとしてそれらに塗布され得る。いくつかの例では、フィルターは、空気が感染した肺の内外を移動するときにフィルター内の抗菌性表面層が肺病原体を捕捉することができるように、麻酔器、人工呼吸器、又はＣＰＡＰ機の濾過デバイス内にあってもよい。

他の実施形態では、窒化ケイ素粉末は、スラリー、懸濁液、ゲル、スプレー、塗料、又は歯磨き粉を含むが、これらに限定されない組成物中に組み込まれ得る。例えば、次に表面に塗布される塗料等のスラリーへの窒化ケイ素の添加は、抗菌、抗真菌、及び抗ウイルス性表面を提供し得る。他の実施形態では、窒化ケイ素は、任意の適切な分散剤及びスラリー安定化剤とともに水と混合され、その後、スラリーを様々な表面上に噴霧することによって塗布され得る。分散剤の例は、Ｄｏｌａｐｉｘ Ａ８８である。

いくつかの実施形態では、窒化ケイ素は、約５重量％～約２０重量％の濃度で抗ウイルス性組成物中に含まれてもよい。少なくとも１つの例では、組成物は、約１５重量％の窒化ケイ素を含み得る。代替的に、いくつかの実施形態では、窒化ケイ素は、約５重量％～約２０重量％の濃度で抗ウイルス性組成物中に含まれてもよい。少なくとも１つの例では、組成物は、約１５重量％の窒化ケイ素を含み得る。一例では、抗ウイルス性組成物は、窒化ケイ素粉末と水とのスラリーであり得る。窒化ケイ素を水と組み合わせて、約０．１重量％～最大約７０重量％の濃度の水性スラリーを形成することができる。いくつかの実施形態では、窒化ケイ素粉末は、約０．１重量％～約５５重量％の濃度でスラリー中に存在し得る。他の実施形態では、窒化ケイ素は、約０．１重量％～最大約７０重量％、又は約０．１重量％～最大約５５重量％の濃度で、有機懸濁液、ゲル、スプレー、及び／又は塗料中に組み込まれ得る。様々な実施形態では、スラリー、有機懸濁液、ゲル、スプレー、及び／又は塗料は、約０．１重量％、約０．５重量％、１重量％、１．５重量％、２重量％、５重量％、１０重量％、１５重量％、２０重量％、２５重量％、３０重量％、３５重量％、４０重量％、４５重量％、５０重量％、又は５５重量％の窒化ケイ素を含み得る。

いくつかの実施形態では、組成物は、歯磨き粉を含み、窒化ケイ素は、標準的な歯磨き粉に見出される二酸化ケイ素粉末に直接置換される粉末の形態にある。窒化ケイ素粉末は、約１重量％～約３０重量％の濃度で歯磨き粉中の二酸化ケイ素に置換され得る。いくつかの例では、窒化ケイ素は、約１重量％、５重量％、１０重量％、１５重量％、２０重量％の濃度で歯磨き粉中に存在し得る。窒化ケイ素は、歯磨き粉中の抗ウイルス剤及び抗菌剤として機能するだけでなく、二酸化ケイ素に類似した研磨剤としても機能し得る。

ウイルスを、窒化ケイ素を含む抗ウイルス性組成物と接触させることによって病原体を不活性化する方法が本明細書に更に提供される。ある実施形態では、方法は、デバイス又は装置を窒化ケイ素でコーティングすることと、コーティングされた装置をウイルスと接触させることとを含み得る。装置をコーティングすることは、窒化ケイ素粉末を装置の表面に塗布することを含み得る。他の実施形態では、窒化ケイ素粉末は、デバイス又は装置内に充填され得るか、組み込まれ得るか、又は含浸され得る。

特定の理論に限定されることなく、抗ウイルス性組成物は、アルカリエステル交換によってウイルス作用を低下させ、ヘマグルチニン活性を低下させ得る。驚くべきことに、窒化ケイ素粉末が、（ｉ）ＲＮＡヌクレオチド間結合の切断によるアルカリエステル交換によってウイルス作用を著しく低下させ、（ｉｉ）ヘマグルチニン活性を著しく低下させ、それ故に、ウイルス表面上のタンパク質構造を変性させることによって宿主細胞認識を破壊し、ウイルスエンベロープの存在に関わらずウイルスの不活性化をもたらすことが見出された。

ある実施形態では、抗病原性組成物は、（ｉ）通常の気体状態からではなく固体状態からの、遅いが連続的なアンモニアの溶出、（ｉｉ）哺乳動物細胞への損傷又は悪影響なし、及び（ｉｉｉ）ｐＨの低下とともに増加するインテリジェントな溶出を示す溶出動態を呈し得る。更に、窒化ケイ素の無機的性質は、哺乳動物細胞を害するか、又は土壌、植物、及び野菜又は果物に残留効果を有することが知られている石油化学又は有機金属殺菌剤、殺ウイルス剤、及び殺菌剤の使用よりも有益であり得る。

病原体をヒト患者内の位置で処置又は予防する方法も本明細書に提供される。例えば、病原体は、ウイルスであり得る。方法は、患者を、窒化ケイ素を含むデバイス、装置、又は組成物と接触させることを含み得る。いずれか１つの理論に限定されることなく、窒化ケイ素は、ウイルス（例えば、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２等のコロナウイルス、又はＡ型インフルエンザ）を不活性化する。デバイス、装置、又は組成物は、約１重量％～約１００重量％の窒化ケイ素を含み得る。いくつかの例では、デバイス又は装置は、デバイス又は装置の表面上に約１重量％～約１００重量％の窒化ケイ素を含み得る。ある実施形態では、デバイス又は装置はモノリシック窒化ケイ素セラミックであり得る。別の実施形態では、デバイス又は装置は、窒化ケイ素粉末コーティング等の窒化ケイ素コーティングを含み得る。別の実施形態では、デバイス又は装置は、窒化ケイ素をデバイスの本体内に組み込み得る。例えば、窒化ケイ素粉末は、当該技術分野で既知の方法を使用して、デバイス又は装置の本体内に組み込まれるか、又は含浸され得る。

いくつかの実施形態では、組成物又は装置は、患者又はユーザと、少なくとも１分間、少なくとも５分間、少なくとも３０分間、少なくとも１時間、少なくとも２時間、少なくとも５時間、又は少なくとも１日間接触させることができる。少なくとも１つの例では、デバイス又は装置は、患者に永久的に移植され得る。少なくとも１つの例では、デバイス又は装置は、ユーザによって永久的に着用され得る。別の例では、装置は高頻度接触表面であってもよい。更なる例では、装置は、患者の体液と連続的又は持続的に接触していてもよい。体液は、血液又は気体（例えば、吸入又は呼気ガス）であってもよい。

いくつかの実施形態では、ウイルスは、組成物又は装置中の窒化ケイ素と少なくとも１分間、少なくとも５分間、又は少なくとも３０分間接触した後、少なくとも７０％不活性化されるか、少なくとも７５％不活性化されるか、少なくとも８０％不活性化されるか、少なくとも８５％不活性化されるか、少なくとも９０％不活性化されるか、少なくとも９５％不活性化されるか、又は少なくとも９９％不活性化される。少なくとも１つの例において、ウイルスは、組成物又は装置中の窒化ケイ素と少なくとも１分間接触した後、少なくとも８５％不活性化される。別の例では、ウイルスは、組成物又は装置中の窒化ケイ素と少なくとも３０分間接触した後、少なくとも９９％不活性化される。

実施例１：ウイルス不活性化に対する窒化ケイ素濃度の影響
ウイルスの不活性化に対する窒化ケイ素濃度の影響を示すために、Ａ型インフルエンザを様々な濃度のＳｉ_３Ｎ_４粉末に曝露した。窒化ケイ素を調製するために、特定の重量の窒化ケイ素粉末を純蒸留水と混合した。例えば、７．５ｇの窒化ケイ素を９２．５ｇの純蒸留水中に分散させた。ウイルスを、この混合物に、それぞれ、１：１、１：１０、及び１：１００の濃度で添加した。次いで、これらの混合物を、穏やかに撹拌しながら、４℃で１０分間インキュベートさせた。Ａ型インフルエンザを、図２Ａに示されるように、０重量％、７．５重量％、１５重量％、及び３０重量％のＳｉ_３Ｎ_４に４℃で１０分間曝露した。その後、混合物を濾過して、窒化ケイ素粉末を除去した。

次いで、Ａ型インフルエンザウイルスを接種したメイディン・ダービーイヌ腎臓（ＭＤＣＫ）細胞を、Ａ型インフルエンザの不活性化におけるＳｉ_３Ｎ_４の有効性について観察した。その後、残りの混合物を、生体培地中にＭＤＣＫ生細胞を含むペトリ皿に接種した。その後、３日間の曝露後に、染色法を使用してＭＤＣＫ生細胞の量を計数した。図２Ｂに従ってＳｉ_３Ｎ_４に曝露されたＡ型インフルエンザを細胞に３日間接種した後に、ＭＤＣＫ細胞の生存率を決定した。

図４Ａは、０重量％、７．５重量％、１５重量％、及び３０重量％のＳｉ_３Ｎ_４に１０分間曝露されたＡ型インフルエンザのＰＦＵ／１００μｌのグラフである。図４Ｂは、７．５重量％、１５重量％、及び３０重量％のＳｉ_３Ｎ_４に１０分間曝露されたＡ型インフルエンザを接種した細胞の細胞生存率のグラフである。

実施例２：ウイルス不活性化に対する曝露時間及び温度の影響
ウイルスの不活性化に対する窒化ケイ素の影響を示すために、Ａ型インフルエンザを固定濃度のＳｉ_３Ｎ_４粉末（１５重量％）に、様々な時間及び温度で曝露した。次いで、混合物を、穏やかに撹拌しながら、室温及び４℃で１～３０分間インキュベートさせた。例えば、Ａ型インフルエンザを、図３Ａに示されるように、１５重量％のＳｉ_３Ｎ_４に室温又は４℃で１分間、５分間、１０分間、又は３０分間曝露した。次いで、Ａ型インフルエンザウイルスを接種したメイディン・ダービーイヌ腎臓（ＭＤＣＫ）細胞を、Ａ型インフルエンザの不活性化におけるＳｉ_３Ｎ_４の有効性について観察した。図３Ｂに従ってＳｉ_３Ｎ_４に曝露されたＡ型インフルエンザを細胞に３日間接種した後、ＭＤＣＫ細胞の生存率を決定した。

図７Ａは、１５重量％のＳｉ_３Ｎ_４に室温で１分間、５分間、１０分間、又は３０分間曝露されたＡ型インフルエンザのＰＦＵ／１００μｌのグラフである。図７Ｂは、１５重量％のＳｉ_３Ｎ_４に室温で１分間、５分間、１０分間、又は３０分間曝露されたＡ型インフルエンザを接種したＭＤＣＫ細胞の細胞生存率のグラフである。

図８Ａは、１５重量％のＳｉ_３Ｎ_４に４℃で１分間、５分間、１０分間、又は３０分間曝露されたＡ型インフルエンザのＰＦＵ／１００μｌのグラフである。図８Ｂは、１５重量％のＳｉ_３Ｎ_４に４℃で１分間、５分間、１０分間、又は３０分間曝露されたＡ型インフルエンザを接種したＭＤＣＫ細胞の生存率のグラフである。

実施例３：Ａ型インフルエンザ（Ｈ１Ｈ１）不活性化に対する窒化ケイ素の影響
ウイルス不活性化に対する窒化ケイ素の影響を示すために、Ａ型インフルエンザを１５重量％の窒化ケイ素のスラリーに１０分間曝露した。

図１５Ａ～１５Ｃは、全ての真核細胞に見られる糸状アクチン（Ｆ－アクチン）タンパク質の存在について緑色で染色したＭＤＣＫ細胞を含有する生体培地への接種後に赤色で染色したＡ型インフルエンザ（Ｈ１Ｈ１）ウイルス（Ａ／プエルトリコ／８／１９３４ Ｈ１Ｎ１（ＰＲ８））を示す。図１６Ａ～１６Ｃは、窒化ケイ素不在下でのＭＤＣＫ細胞に対するウイルスの影響を示す。

実施例４：ＭＤＣＫ細胞における窒化ケイ素によるＡ型インフルエンザの殺ウイルス活性の評価
この試験は、３０分のインキュベーション時点及び１５重量％／重量の濃度で、Ａ型インフルエンザに対するベータ窒化ケイ素（β－Ｓｉ_３Ｎ_４）粉末の抗ウイルス能力を調べるように設計された。１５重量％の懸濁液を、添加剤なしでＤＭＥＭ内で希釈した１．５ｍＬのウイルス内で調製した。

プラークアッセイ方法論を利用した。プラークアッセイを十分に定量化するために、メイディン・ダービーイヌ腎臓細胞（ＭＤＣＫ）の生存率を、３０分～７２時間にわたるインキュベーション期間での様々な濃度のＳｉ_３Ｎ_４への曝露の関数として評価した。結果は、事前選択された条件でウイルス負荷の９９．９８％超が低減され、Ｓｉ_３Ｎ_４が、Ａ型インフルエンザに対して完全に殺ウイルス性であることを実証した。ＭＤＣＫ細胞の生存率は、時間及び用量に依存することが見出された。最大１５重量％／重量までのＳｉ_３Ｎ_４濃度では、生存率の損失は、本質的に観察されなかった。生存率の変化は、２４、４８、及び７２時間で１５重量％の濃度のみに対して観察された（すなわち、それぞれ、８３．３％、５９．７％、及び４４．０％生存可能）。

本試験において使用されるＳｉ_３Ｎ_４粉末は、９０重量％のα－Ｓｉ_３Ｎ_４、６重量％のイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、及び４重量％のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の公称組成を有していた。それを、無機成分の水性混合及び噴霧乾燥、それに続く噴霧乾燥顆粒の焼結（約１７００°Ｃで約３時間）、熱間静水圧プレス（約１６００°Ｃで２時間、Ｎ_２中１４０ＭＰａ）、水性粉砕及び凍結乾燥によって調製した。結果的に得られた粉末は、図１７に示されるように、０．８±１．０μｍの平均粒度を有する三峰性分布を有していた。Ｙ_２Ｏ_３及びＡｌ_２Ｏ_３でＳｉ_３Ｎ_４をドーピングすることは、セラミックを高密度化し、焼結中にそのα相からβ相に変換するのに有用である。高密度化の機序は、α相の溶解と、冷却中に固化する一過性の粒界液の形成によって促進されるβ相粒子のその後の沈殿とによるものである。β－Ｓｉ_３Ｎ_４は、したがって、約１０重量％の粒界ガラス相（ＩＧＰ）及び９０重量％の結晶性β－Ｓｉ_３Ｎ_４粒子からなる複合材である。

この試験では、３つの連続アッセイを実施した：（１）ＭＤＣＫ生存率試験、（２）遠心分離及び濾過を用いた及び用いないＡ型インフルエンザ上清滴定試験、及び（３）１５重量％／重量のＳｉ_３Ｎ_４をウイルス阻害剤として３０分のインキュベーション期間に使用したウイルス滴定。

図１８では、ＭＤＣＫ細胞の生存率が、β－Ｓｉ_３Ｎ_４濃度（重量％／ｍＬ）の関数として示される。１５重量％から開始し、連続希釈を実施して、０．０４７重量％に到達させた。より低い濃度では、細胞生存率は、最大７２時間までの全ての時点で概して８０％超であった。また、１５重量％を除く全ての濃度で、細胞生存率が曝露時間とともに概して増加したことにも留意されたい。１５重量％及び３０分間の曝露では、細胞生存率は、約９４．５％であった。

ＭＤＣＫ細胞生存率の決定後、細胞にウイルス及び試料を添加する２４時間前に、ＭＤＣＫ細胞を、１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）を補充したダルベッコの最小必須培地（ＤＭＥＭ）中に、２ｍＬの体積で１×１０^６細胞／ウェルの密度で６ウェルプレートにプレーティングした。アッセイ当日、１×１０^４ＰＦＵ／ｍＬの、添加剤なしでＤＭＥＭに希釈されたウイルス中の１５重量％の窒化ケイ素の３つの試料を、振盪しながら室温で３０分間インキュベートした。インキュベーション後、試料を４℃及び１２，０００ｒｐｍで２分間遠心分離し、０．２ミクロンのフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）フィルターを通して更に濾過した。次いで、試料を１：５で連続的に希釈し、Ｄｕｌｂｅｃｃｏのリン酸緩衝生理食塩水（ＤＰＢＳ）で３回に分けて４００μＬの体積で２回洗浄した細胞に７つの濃度を添加した。試料を、１５～２０分毎に揺動させながら、３７℃で１時間インキュベートした。インキュベーション後、２ｍＬのプラークアッセイ培地をウェルに添加し、培養物を３５℃／５％ＣＯ_２で４８時間インキュベートした。インキュベーション後、細胞をクリスタルバイオレットを用いて染色し、プラークを視覚的に列挙した。

染色当日、プラッギング培地を除去し、単層をＤＰＢＳで２回洗浄した。次いで、細胞を７０％エタノールで１０分間、室温で固定した。エタノールを除去し、０．３％のクリスタルバイオレット溶液を各ウェルに室温で１０分間添加した。このインキュベーションの後、クリスタルバイオレットを除去し、単層をＤＰＢＳで２回洗浄して、残留クリスタルバイオレットを除去した。単層を、プラークを計数する前に一晩空気乾燥させた。

殺ウイルス試験を、１５重量％／体積の濃度、及び３０分で実施した。遠心分離及び濾過のプロセスステップは、ウイルス負荷を約０．２５ｌｏｇ_１０低減したのみであった。この結果を考慮して、次いで、後続の滴定を、３０分間のＳｉ_３Ｎ_４へのウイルスの曝露なし及び有りで実施した。Ｓｉ_３Ｎ_４なしの滴定のための濃度は、ＩＳＯ ２１７０２（プラスチック及び他の非多孔質表面上の抗ウイルス活性の測定）に基づいて、４．４×１０^３ｐｆｕ／ｍｌとなるように事前に選択された。Ｓｉ_３Ｎ_４に３０分間曝露した後、ＭＤＣＫ細胞上にプラークは形成されなかった。Ｓｉ_３Ｎ_４は、Ａ型インフルエンザの不活性化に１００％有効であるとみなされた。Ｓｉ_３Ｎ_４粉末に３０分間曝露する前後のウイルス力価の直接比較が図１９に提供される。データは、Ｓｉ_３Ｎ_４への曝露後のウイルス負荷の３．５ｌｏｇ_１０超の低減を明確に示す（すなわち、９９．９８％超）。

要約すると、これらの試験は、ＭＤＣＫ細胞へのＳｉ_３Ｎ_４の曝露が、１５重量％／体積未満の濃度又は３０分以内の期間では、有害な生存率の影響を有さなかったことを実証した。４．４×１０^３ｐｆｕ／ｍｌのウイルス負荷、３０分間曝露での１５重量％／体積のＳｉ_３Ｎ_４の抗ウイルス試験条件では、Ｓｉ_３Ｎ_４は、曝露されたビリオンの本質的に１００％を不活性化した。これらの条件下で、Ｓｉ_３Ｎ_４は、Ａ型インフルエンザに対して殺ウイルス性であることが見出された。

実施例５：ＭＤＣＫ細胞及びＡ型インフルエンザに対するα－Ｓｉ_３Ｎ_４粉末の影響
最初に、３０分間、２４時間、４８時間及び７２時間曝露した後のＭＤＣＫ細胞に対する毒性についてα－Ｓｉ_３Ｎ_４粉末を評価した。２％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）を補充した１．５ｍＬのＤｕｌｂｅｃｃｏの改変イーグル培地（ＤＭＥＭ）内で１５重量％（ｗｔ％）の懸濁液を調製した。

細胞に試料を添加する２４時間前に、上記のように調製されたα－Ｓｉ_３Ｎ_４粉末懸濁液を、振盪しながら室温で３０分間インキュベートした。インキュベーション後、懸濁液を４℃、１２，０００ｒｐｍで２分間遠心分離した。上清を、０．２ミクロンのフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）フィルターを通して更に濾過し、次いで、１／２対数増分で連続的に希釈した。事前にプレーティングされた細胞に、２００μＬの体積で、６つの濃度を３回に分けて添加した。プレートを３０分、２４時間、４８時間、及び７２時間インキュベートし、その際、細胞を、以下に説明されるように、テトラゾリウム色素ＸＴＴ（２，３－ビス（２－メトキシ－４－ニトロ－５－スルホフェニル－５－［（フェニルアミノ）カルボニル］－２Ｈ－テトラゾリウム水酸化物）を使用して細胞毒性を評価した。

試験材料のＴＣ５０値を、テトラゾリウム色素ＸＴＴの還元を測定することによって導出した。代謝活性細胞におけるＸＴＴは、ミトコンドリア酵素ＮＡＤＰＨオキシダーゼによって可溶性ホルマザン生成物に代謝される。ＸＴＴ溶液を、添加剤なしで、ＤＭＥＭ内の１ｍｇ／ｍＬのストックとして毎日調製した。フェナジンメトスルフェート（ＰＭＳ）溶液を、Ｄｕｌｂｅｃｃｏのリン酸緩衝生理食塩水（ＤＰＢＳ）内で０．１５ｍｇ／ｍＬで調製し、－２０℃の暗所で保存した。ＸＴＴ／ＰＭＳストックを、ＸＴＴ溶液１ｍＬ当たり４０μＬのＰＭＳを添加することによって、使用直前に調製した。プレートの各ウェルに５０μＬ（５０ ４）のＸＴＴ／ＰＭＳを添加し、プレートを３７℃で４時間インキュベートした。４時間のインキュベーションは、各アッセイについて示される細胞数でＸＴＴ色素低減の線形応答範囲内であると経験的に決定されている。プレートを密封し、可溶性ホルマザン生成物を混合するために数回反転させ、プレートを、４５０ｎｍ（６５０ｎｍの基準波長）で、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ＤｅｖｉｃｅｓのＳｐｅｃｔｒａＭａｘ Ｐｌｕｓ ３８４の９６ウェルプレート形式の分光光度計を用いて読み取った。

ＭＤＣＫ細胞を、１５重量％～０．０４７重量％の範囲の６つの濃度のα－Ｓｉ_３Ｎ_４粉末で、３０分間、２４時間、４８時間及び７２時間処理した。図２０では、ＭＤＣＫ細胞の生存率が、α－Ｓｉ_３Ｎ_４濃度（重量％／ｍＬ）の関数として示される。全ての濃度で処理された曝露３０分後の細胞は、４．７重量％及び１５重量％で処理した細胞を除いて９０％を超える生存率を有し、それぞれ、８９％及び８３％の生存率を有した。各濃度で処理された細胞の２４時間生存率は、９２％を上回ったままであった。４８時間では、生存率は、１．５重量％、４．７重量％、及び１５重量％で処理された細胞で９０％を下回るが（それぞれ、８９．１％、８８．７％、及び７４．０％）が、７２時間時点では、１５重量％で処理された細胞のみが９０％を下回る生存率を有した（８７．５％）。

次いで、１５重量％のα－Ｓｉ_３Ｎ_４粉末を、ＭＤＣＫ細胞におけるＡ型インフルエンザ株Ａ／ＰＲ／８／３４に対する殺ウイルス活性について評価した。１５重量％の懸濁液を、添加剤なしでＤＭＥＭ内で希釈した１．５ｍＬのウイルス内で調製した。

細胞にウイルス及び試料を添加する２４時間前に、ＭＤＣＫ細胞を、１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）を補充したダルベッコの最小必須培地（ＤＭＥＭ）中に、２ｍＬの体積で１×１０^６細胞／ウェルの密度で６ウェルプレートにプレーティングした。アッセイ当日、１×１０^４ＰＦＵ／ｍＬの、添加剤なしでＤＭＥＭに希釈されたウイルス中の１５重量％のα－Ｓｉ_３Ｎ_４の３つの試料を、振盪しながら室温で３０分間インキュベートした。インキュベーション後、試料を４℃及び１２，０００ｒｐｍで２分間遠心分離し、０．２ミクロンのフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）フィルターを通して更に濾過した。次いで、試料を１：５で連続的に希釈し、Ｄｕｌｂｅｃｃｏのリン酸緩衝生理食塩水（ＤＰＢＳ）で３回に分けて４００ｍＬの体積で２回洗浄した細胞に７つの濃度を添加した。試料を、１５～２０分毎に揺動させながら、３７℃で１時間インキュベートした。インキュベーション後、２ｍＬのプラークアッセイ培地をウェルに添加し、培養物を３５℃／５％ＣＯ_２で４８時間インキュベートした。インキュベーション後、細胞をクリスタルバイオレットを用いて染色し、プラークを視覚的に列挙した。

染色当日、プラーキング培地を除去し、単層をＤＰＢＳで２回洗浄した。次いで、細胞を７０％エタノールで１０分間、室温で固定した。エタノールを除去し、０．３％のクリスタルバイオレット溶液を各ウェルに室温で１０分間添加した。このインキュベーションの後、クリスタルバイオレットを除去し、単層をＤＰＢＳで２回洗浄して、残留クリスタルバイオレットを除去した。単層を、プラークを計数する前に一晩空気乾燥させた。

１５重量％のα－Ｓｉ_３Ｎ_４粉末を、ＭＤＣＫ細胞中のＡ型インフルエンザ株Ａ／ＰＲ８／３４に対して評価した。標的ウイルス力価は、１×１０^４ＰＦＵ／ｍＬであり、実際の個々の複製は、３．１×１０^３、３．８×１０^３、及び４．７×１０^３ＰＦＵ／ｍＬであり、３．９×１０^３±０．８×１０^３ＰＦＵ／ｍＬの平均力価（及び標準偏差）が得られた。この実際の力価は、標的とするＰＦＵ／ｍＬの２倍以内である。α－Ｓｉ_３Ｎ_４粉末で処理された試料は、単一のプラークを含む１つのウェルを有し、４．１のＰＦＵ／ｍＬをもたらした。

対数低減は、２．９８であり、以下の式を使用して計算した：ｌｏｇ１０（Ａ／Ｂ）、式中、Ａは未処理のウイルスであり、Ｂは処理されたウイルスである。パーセント低減は、９９．８９％であり、以下の式を使用して計算した：（Ａ－Ｂ）×１００／Ａ、式中、Ａは未処理のウイルスであり、Ｂは処理されたウイルスである。α－Ｓｉ_３Ｎ_４粉末に３０分間曝露する前後のウイルス力価の比較が図２１に提供される。したがって、１５重量％のα－Ｓｉ_３Ｎ_４粉末は、３０分間の曝露後にＡ型インフルエンザウイルス株Ａ／ＰＲ／８／３４に対して殺ウイルス性であった。

実施例６：ＭＤＣＫ細胞内の２つの形態のＳｉ_３Ｎ_４粉末によるＡ型インフルエンザ殺ウイルス活性
α－Ｓｉ_３Ｎ_４及びβ－Ｓｉ_３Ｎ_４粉末の５重量％及び１０重量％の懸濁液を、添加剤なしでＤＭＥＭ内で希釈した１．５ｍＬのウイルス内で調製した。

細胞にウイルス及び試料を添加する２４時間前に、ＭＤＣＫ細胞を、１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）を補充したダルベッコの最小必須培地（ＤＭＥＭ）中に、２ｍＬの体積で１×１０^６細胞／ウェルの密度で６ウェルプレートにプレーティングした。アッセイ当日、１×１０^４ＰＦＵ／ｍＬの、添加剤なしでＤＭＥＭに希釈されたウイルス中の１０及び５重量％のα－Ｓｉ_３Ｎ_４及びβ－Ｓｉ_３Ｎ_４粉末の３つの試料を、振盪しながら室温で３０分間インキュベートした。インキュベーション後、試料を４℃及び１２，０００ｒｐｍで２分間遠心分離し、０．２ミクロンのフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）フィルターを通して更に濾過した。次いで、試料を１：５で連続的に希釈し、Ｄｕｌｂｅｃｃｏのリン酸緩衝生理食塩水（ＤＰＢＳ）で３回に分けて４００μＬの体積で２回洗浄した細胞に７つの濃度を添加した。試料を、１５～２０分毎に揺動させながら、３７℃で１時間インキュベートした。インキュベーション後、２ｍＬのプラークアッセイ培地をウェルに添加し、培養物を３５℃／５％ＣＯ_２で４８時間インキュベートした。インキュベーション後、細胞をクリスタルバイオレットを用いて染色し、プラークを視覚的に列挙した。

染色当日、プラッギング培地を除去し、単層をＤＰＢＳで２回洗浄した。次いで、細胞を７０％エタノールで１０分間、室温で固定した。エタノールを除去し、０．３％のクリスタルバイオレット溶液を各ウェルに室温で１０分間添加した。このインキュベーションの後、クリスタルバイオレットを除去し、単層をＤＰＢＳで２回洗浄して、残留クリスタルバイオレットを除去した。単層を、プラークを計数する前に一晩空気乾燥させた。

５重量％及び１０重量％のα－Ｓｉ_３Ｎ_４及びβ－Ｓｉ_３Ｎ_４粉末の殺ウイルス活性を、ＭＤＣＫ細胞中のＡ型インフルエンザウイルスＡＩＰＲ８／３４に対して評価した。これを４つの個々の実験で実施した。標的ウイルス力価は、１×１０^４ＰＦＵ／ｍＬであった。

第１の実験では、未処理のウイルス試料の個々の複製は、５．３×１０^３、５．９×１０^３、及び４．１×１０^３ＰＦＵ／ｍＬであり、５．１×１０^３±０．９×１０^３ＰＦＵ／ｍＬの平均力価（及び標準偏差）が得られた。５重量％及び１０重量％のβ－Ｓｉ_３Ｎ_４で１０分間処理されたウイルスは、１０重量％で処理したウイルスに２１未満のＰＦＵ／ｍＬをもたらし、５重量％で処理したウイルスに２１（１プラーク形成）のＰＦＵ／ｍＬをもたらした。この試料では、対数低減は、２．４であり、以下の式を使用して計算した：ｌｏｇ１０（ＮＢ）、式中、Ａは未処理のウイルスであり、Ｂは処理されたウイルスである。パーセント低減は、９９．５％であり、以下の式を使用して計算した：（Ａ－Ｂ）×１００／Ａ、式中、Ａは未処理のウイルスであり、Ｂは処理されたウイルスである。

第２の実験では、未処理のウイルス試料の個々の複製は、７．５×１０^３、７．２×１０^３、及び５．０×１０^３ＰＦＵ／ｍＬであり、６．６×１０^３±１．４×１０^３ＰＦＵ／ｍＬの平均力価（及び標準偏差）が得られた。５重量％及び１０重量％のβ－Ｓｉ_３Ｎ_４で５分間処理されたウイルスは、両方に２１未満のＰＦＵ／ｍＬをもたらした。

第３の実験では、個々の複製は、６．９×１０^３、７．８×１０^３、及び５．０×１０^３ＰＦＵ／ｍＬであり、６．６×１０^３±１．４×１０^３／ｍＬの平均力価（及び標準偏差）が得られた。５重量％及び１０重量％のα－Ｓｉ_３Ｎ_４で１０分間処理されたウイルスは、両方に２１未満のＰＦＵ／ｍＬをもたらした。

第４の実験では、個々の複製は、８．８×１０^３、１．０×１０^４、及び７．５×１０^３ＰＦＵ／ｍＬであり、８．８×１０^３±１．３×１０^３ＰＦＵ／ｍＬの平均力価（及び標準偏差）が得られた。５重量％及び１０重量％のα－Ｓｉ_３Ｎ_４で５分間処理されたウイルスは、両方で２１未満のＰＦＵ／ｍＬをもたらした。

実験の各々では、未処理のウイルス対照について決定された実際の力価は、標的化されたＰＦＵ／ｍＬの２倍以内であった。単一のプラークを含む１つのウェルを有する、５重量％で１０分間β－Ｓｉ_３Ｎ_４粉末で処理された試料が、２１のＰＦＵ／ｍＬをもたらしたことを例外として、５重量％及び１０重量％のα－Ｓｉ_３Ｎ_４及びβ－Ｓｉ_３Ｎ_４粉末の両方で５及び１０分間処理されたウイルスは、１未満のＰＦＵ／ｍＬ（プラークは観察されなかった）をもたらした。

実施例７：インビトロにおけるＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２の窒化ケイ素不活性化
９０重量％α－Ｓｉ_３Ｎ_４、６重量％イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、及び４重量％アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の公称組成を有するドーピングしたＳｉ_３Ｎ_４粉末を、無機成分の水性混合及び噴霧乾燥、それに続く噴霧乾燥顆粒の焼結（約１７００°Ｃで約３時間）、熱間静水圧プレス（約１６００°Ｃで２時間、Ｎ_２中１４０ＭＰａ）、水性粉砕及び凍結乾燥によって調製した。結果的に得られた粉末は、図２２に示されるように、０．８±１．０μｍの平均粒度を有する三峰性分布を有していた。Ｙ_２Ｏ_３及びＡｌ_２Ｏ_３でＳｉ_３Ｎ_４をドーピングすることにより、セラミックを高密度化し、焼結中にそのα相からβ相に変換した。高密度化の機序は、α相の溶解と、冷却中に固化する一過性の粒界液の形成によって促進されるβ相粒子のその後の沈殿とによるものである。β－Ｓｉ_３Ｎ_４は、したがって、約１０重量％の粒界ガラス相（ＩＧＰ）及び９０重量％の結晶性β－Ｓｉ_３Ｎ_４粒子からなる複合材である。

Ｖｅｒｏアフリカミドリザル腎上皮細胞が、高レベルのＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２複製をサポートする能力及び抗ウイルス試験におけるそれらの使用に起因して、この分析のために選択された。１０％ＦＢＳ、１％Ｌ－グルタミン、及び１％ペニシリン／ストレプトマイシンを補充したＤＭＥＭ内で、これらの細胞を培養した。細胞を３７℃及び５％ＣＯ_２に維持した。ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２分離株ＵＳＡ－ＷＡ１／２０２０をＢＥＩ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓから入手した。Ｖｅｒｏ細胞を、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２（ＭＯＩ ０．１）を接種してウイルスストックを生成した。無細胞上清を、感染後７２時間で収集し、１０，０００ｒｐｍで１０分間の遠心分離を介して浄化し、０．２μｍフィルターを通して濾過した。ストックウイルスを、以下に詳述されるプラークアッセイプロトコルに従って力価化した。

Ｓｉ_３Ｎ_４粉末を、マイクロ遠心チューブ内の１ｍＬのＤＭＥＭ増殖培地に懸濁した。チューブを３０秒間ボルテックスして適切な接触を確保し、次いで、チューブリボルバに１、５、又は１０分間配置した。各時点で、試料を遠心分離し、上清を収集し、０．２μｍフィルターを通して濾過した。浄化された上清を細胞に２４又は４８時間添加した。未処理の細胞を対照として並べて維持した。ＡＴＰ産生を測定するＣｅｌｌＴｉｔｅｒ Ｇｌｏを使用して各時点で細胞を試験して、細胞生存率を決定した。

ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２をＤＭＥＭ増殖培地で２×１０^４ＰＦＵ／ｍＬの濃度に希釈した。４ｍＬの希釈されたウイルスを、窒化ケイ素を含有するチューブに、２０、１５、１０、及び５％（ｗ／ｖ）で添加した。Ｓｉ_３Ｎ_４を含まないウイルスを、対照として並行して処理した。チューブを３０秒間ボルテックスして適切な接触を確保し、次いで、チューブリボルバに１、５、又は１０分間配置し、一方、ウイルスのみの対照を最大１０分間インキュベートした。各時点で、試料を遠心分離し、上清を収集し、０．２μｍフィルターを通して濾過した。浄化された上清内の残りの感染性ウイルスを、プラークアッセイによって定量化した。抗ウイルス試験方法の概要が図２３に提供される。ステップ１では、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルスを培地で希釈した。ステップ２では、４ｍＬの希釈されたウイルスを、窒化ケイ素を含有するチューブに、２０、１５、１０、又は５％（ｗ／ｖ）で添加した。ステップ３では、十分な接触を確保するために、チューブを３０秒間ボルテックスし、１分、５分、又は１０分のいずれかの間、チューブリボルバに配置した（ウイルスのみの対照を最大１０分間インキュベートした）。ステップ４では、各時点で、試料を遠心分離し、上清を収集し、０．２μｍフィルターを通して濾過した。ステップ５では、浄化された上清を使用して、プラークアッセイを実施した。試料を連続的に希釈し（１０倍）、１時間のインキュベーションのために新鮮なＶｅｒｏに添加し、１５分毎に揺動させた後、アガロース培地オーバーレイを添加し、４８時間インキュベートした。４８時間のインキュベーション後、細胞を１０％のＦＡで固定し、計数のためにクリスタルバイオレットを用いて染色した。

Ｖｅｒｏ細胞を、プラークアッセイの前日に、１２ウェルプレートに２×１０^５細胞／ウェルでプレーティングした。抗ウイルス試験から浄化された上清を連続的に希釈し（１０倍）、Ｖｅｒｏ細胞に２００μＬを添加し、３７℃、５％ＣＯ_２で１時間インキュベートした。適切なカバレッジを確保するために、プレートを１５分毎に揺動させ、１時間で、１：１の比率の０．６％アガロースと、５％ＦＢＳ、２％ペニシリン／ストレプトマイシン、１％非必須アミノ酸（ＶＷＲ、カタログ番号４５０００－７００）、１％ピルビン酸ナトリウム、及び１％Ｌ－グルタミンを補充した２Ｘ ＥＭＥＭとを細胞に添加した後、３７℃、５％ＣＯ_２で４８時間インキュベートした。インキュベーション後、細胞を１０％のホルムアミドで固定し、計数のために２０％エタノール中２％のクリスタルバイオレットを用いて染色した。

真核細胞生存率に対するＳｉ_３Ｎ_４の影響を調べた。Ｓｉ_３Ｎ_４を細胞培養培地に５、１０、１５、及び２０％（ｗ／ｖ）で再懸濁した。試料を１、５、及び１０分で収集し、Ｖｅｒｏ細胞に添加した。曝露後２４及び４８時間でＶｅｒｏ細胞生存率を測定した（図２４Ａ及び図２４Ｂ）。５％、１０％、又は１５％の窒化ケイ素による曝露後２４時間又は４８時間のいずれかで、細胞生存率の有意な減少は、観察されなかった。２０％のＳｉ_３Ｎ_４に曝露した細胞において、４８時間で細胞生存率に対するわずかな影響（約１０％の減少）が観察された。興味深いことに、４８時間で、Ｖｅｒｏ細胞生存率の約１０％の増加が、５％－１０分及び１０％－１０分の試料で観察され（図２４Ｂ）、Ｓｉ_３Ｎ_４が、これらの条件下で細胞成長又は細胞代謝を刺激している可能性があることが示唆された。これらのデータは、Ｓｉ_３Ｎ_４がＶｅｒｏ細胞の健康及び生存率に最大２０重量％／体積の最小限の影響を与えることを示した。

５、１０、１５、及び２０％のＳｉ_３Ｎ_４がＶｅｒｏ細胞に対して無毒であることを考慮して、これらの濃度で抗ウイルス試験を実施した。ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ビリオンを、これらの濃度で１、５、又は１０分間、Ｓｉ_３Ｎ_４に曝露した。Ｓｉ_３Ｎ_４への曝露後、各溶液中に残存する感染性ウイルスをプラークアッセイにより決定した。各時点で、試料を遠心分離し、上清を収集し、０．２ｕｍフィルターを通して濾過した。浄化された上清を使用して、二重にプラークアッセイを実施した。並行して処理したが、細胞培養培地に曝露されただけのウイルスは、４．２×１０^３ＰＦＵ／ｍＬを含んでいた。ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２力価は、試験された全ての濃度のＳｉ_３Ｎ_４に曝露されたときに低減された（図２５Ａ及び図２５Ｂ）。阻害は、１分間曝露されたＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２で用量依存性であり、５％のＳｉ_３Ｎ_４がウイルス力価を約０．８ｌｏｇ_１０低減させ、１０％のＳｉ_３Ｎ_４が約１．２ｌｏｇ_１０低減させ、１５％のＳｉ_３Ｎ_４が１．４ｌｏｇ_１０低減させ、２０％のＳｉ_３Ｎ_４が１．７ｌｏｇ_１０低減させた（図２５Ａ）。同様の結果が、５及び１０分間の試料で観察された。このウイルス力価の低減は、５％のＳｉ_３Ｎ_４での８５％のウイルス阻害、１０％のＳｉ_３Ｎ_４での９３％、１５％のＳｉ_３Ｎ_４での９６％、及び２０％のＳｉ_３Ｎ_４での９８％のウイルス阻害に対応する（図２５Ｂ）。より長い時間のより高いＳｉ_３Ｎ_４濃度は、阻害の増加をもたらし、これは、２０％のＳｉ_３Ｎ_４、及び１０分間の曝露における９９．６％のウイルス阻害につながる（図２５Ｂ）。これらのデータは、Ｓｉ_３Ｎ_４がＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２に対する強力な抗ウイルス効果を有することを示す。

驚くべき発見は、Ｓｉ_３Ｎ_４の５％溶液への１分間の曝露が、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２の８５％の不活性化をもたらし、一方、Ｖｅｒｏ細胞生存率が、同じ材料の２０％濃度への４８時間の曝露後であっても、最小限の影響であったことであった。

いくつかの実施形態を説明してきたが、本発明の趣旨から逸脱することなく、様々な修正、代替の構成、及び均等物を使用することができることが当業者によって認識されるであろう。更に、本発明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、いくつかの周知のプロセス及び要素は記載されていない。したがって、上記の説明は、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

当業者は、ここに開示される実施形態が限定ではなく例として教示することを理解するであろう。したがって、上記の説明に含まれる、又は添付の図面に示される事項は、例示的なものとして解釈されるべきであり、限定的な意味で解釈されるべきではない。以下の特許請求の範囲は、本明細書に記載された全ての一般的及び特定の特徴、並びに本方法及びシステムの範囲の全ての記述を包含することを意図しており、これらは、言語の問題として、それらの間にあると言われる場合がある。

Claims (30)

1. １重量％～１５重量％の濃度で窒化ケイ素を含む抗ウイルス性組成物であって、前記窒化ケイ素が、前記組成物と少なくとも１分間接触するウイルスの少なくとも８５％を不活性化する、抗ウイルス性組成物。
2. 前記ウイルスが、前記窒化ケイ素と少なくとも５分間接触する、請求項１に記載の抗ウイルス性組成物。
3. 前記ウイルスが、前記窒化ケイ素と少なくとも３０分間接触する、請求項１に記載の抗ウイルス性組成物。
4. 前記窒化ケイ素が、１０重量％以下の濃度で存在する、請求項１に記載の抗ウイルス性組成物。
5. 前記窒化ケイ素が、α－Ｓｉ_３Ｎ_４、β－Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＹＡｌＯＮ、β－ＳｉＹＡｌＯＮ、ＳｉＹＯＮ、又はＳｉＡｌＯＮを含む、請求項１に記載の抗ウイルス性組成物。
6. 前記ウイルスが、Ａ型インフルエンザ、エンテロウイルス、又はＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２である、請求項１に記載の抗ウイルス性組成物。
7. 前記ウイルスが、前記窒化ケイ素と少なくとも３０分間接触した後、少なくとも９９％不活性化される、請求項１に記載の抗ウイルス性組成物。
8. 前記組成物が、スラリー、懸濁液、ゲル、スプレー、塗料、又は歯磨き粉を含む、請求項１に記載の抗ウイルス性組成物。
9. 前記組成物が、歯磨き粉を含み、前記窒化ケイ素が、標準的な歯磨き粉に見出される二酸化ケイ素粉末に直接置換される粉末の形態にある、請求項８に記載の抗ウイルス性組成物。
10. 窒化ケイ素を含む抗ウイルス性装置であって、前記窒化ケイ素が、前記装置と少なくとも１分間接触するウイルスの少なくとも８５％を不活性化する、抗ウイルス性装置。
11. 前記ウイルスが、前記窒化ケイ素と少なくとも５分間接触する、請求項１０に記載の抗ウイルス性装置。
12. 前記ウイルスが、前記窒化ケイ素と少なくとも３０分間接触する、請求項１０に記載の抗ウイルス性装置。
13. 前記抗ウイルス性装置が、最大１００重量％の窒化ケイ素を含むモノリシック窒化ケイ素デバイスである、請求項１０に記載の抗ウイルス性装置。
14. 前記窒化ケイ素が、１重量％～約１５重量％の濃度で存在する、請求項１０に記載の抗ウイルス性装置。
15. 前記窒化ケイ素が、１０重量％以下の濃度で存在する、請求項１４に記載の抗ウイルス性装置。
16. 前記窒化ケイ素が、α－Ｓｉ_３Ｎ_４、β－Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＹＡｌＯＮ、β－ＳｉＹＡｌＯＮ、ＳｉＹＯＮ、又はＳｉＡｌＯＮを含む、請求項１０に記載の抗ウイルス性装置。
17. 前記ウイルスが、Ａ型インフルエンザ、エンテロウイルス、又はＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２である、請求項１０に記載の抗ウイルス性装置。
18. 前記ウイルスが、前記窒化ケイ素と少なくとも３０分間接触した後、少なくとも９９％不活性化される、請求項１０に記載の抗ウイルス性装置。
19. 前記抗ウイルス性装置が、医療デバイス、医療機器、診察台、フィルター、マスク、手袋、カテーテル、内視鏡器具、又は高頻度接触表面である、請求項１０に記載の抗ウイルス性装置。
20. 前記装置が、金属組成物、ポリマー組成物、及び／又はセラミック組成物を有する基材を含み、前記窒化ケイ素が、前記基材の表面上にコーティングされるか、又は埋め込まれる、請求項１０に記載の抗ウイルス性装置。
21. ウイルスの伝播を予防する方法であって、
    抗ウイルス性装置を前記ウイルスと少なくとも１分間接触させることを含み、
    前記抗ウイルス性装置が、１重量％～１００重量％の濃度で窒化ケイ素を含み、
    前記窒化ケイ素が、前記抗ウイルス性装置と接触する前記ウイルスの少なくとも８５％を不活性化する、方法。
22. 前記窒化ケイ素が前記ウイルスを不活性化する、請求項２１に記載の方法。
23. 前記ウイルスが、前記窒化ケイ素と少なくとも５分間接触する、請求項２１に記載の方法。
24. 前記ウイルスが、前記窒化ケイ素と少なくとも３０分間接触する、請求項２１に記載の方法。
25. 前記抗ウイルス性装置が、最大１００重量％の窒化ケイ素を含むモノリシック窒化ケイ素デバイスである、請求項２１に記載の方法。
26. 前記窒化ケイ素が、１重量％～約１５重量％の濃度で存在する、請求項２１に記載の方法。
27. 前記窒化ケイ素が、１０重量％以下の濃度で存在する、請求項２６に記載の方法。
28. 前記窒化ケイ素が、α－Ｓｉ_３Ｎ_４、β－Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＹＡｌＯＮ、β－ＳｉＹＡｌＯＮ、ＳｉＹＯＮ、又はＳｉＡｌＯＮを含む、請求項２１に記載の方法。
29. 前記ウイルスが、Ａ型インフルエンザ、エンテロウイルス、又はＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２である、請求項２１に記載の方法。
30. 前記ウイルスが、前記窒化ケイ素と少なくとも３０分間接触した後、少なくとも９９％不活性化される、請求項２１に記載の方法。