JP6868085B2 - 抗菌性パターン化表面及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、一般に、抗菌特性を有する表面フィーチャ(features)を含む基質及びその調製方法に関する。
微生物によって引き起こされる感染症の約80%が接触によって広がり、及びしたがって公衆衛生に重大な脅威を与える。したがって、頻繁に接触する表面上の微生物を死滅することは、交差感染を回避する有効な方法である。
本開示は、複数の一体的に形成された表面フィーチャ(surface features)を含む基質(substrate)を提供する。前記表面フィーチャは、マイクロサイズ、ナノサイズ、又はそれらの混合物であり、各表面フィーチャは、結晶相及び少なくとも1つの尖った末端を含む。
前記銅基質の表面を試薬溶液と接触させるステップであって、前記試薬溶液はアルカリと酸化剤とを含むステップ、
を含み、
前記酸化剤が過硫酸塩、硝酸塩、ハロゲン化合物、次亜ハロゲン酸塩(hypohalites)及び過マンガン酸塩からなる群から選択され;且つ、
前記試薬溶液中の前記酸化剤の濃度は、少なくとも約0.3Mである;
銅基質が提供される。
亜鉛基質を提供するステップであって、
前記亜鉛基質は、前記亜鉛基質の表面に複数の一体的に形成されたニードルを含み、各ニードルは六方晶構造及び少なくとも1つの尖った末端を含み、各ニードルの長さは約500nm〜5μmであり、各ニードルの基部の断面は、約10nm〜500nmの直径を有する円形であり、
前記ニードルの遠位端は、約1nm〜100nmの直径を有する円形断面の先端であり、
不溶性塩を形成するため、前記亜鉛表面が硝酸塩と反応性であり、及び
前記六方晶構造が前記不溶性の酸化物塩を含む、ステップと;
前記微生物を前記亜鉛基質と接触させるステップと;
を含む。
以下により調製された複数の規則的な一体形成表面構造を有する亜鉛基質を提供するステップと;
前記亜鉛基質の表面を、試薬溶液と接触させるステップであって、前記試薬溶液はアルカリ及び硝酸塩を含み、
試薬溶液中の前記アルカリの濃度が約1.0M〜約2.5Mである、ステップと;
前記微生物を前記銅基質と接触させるステップと;
を含む。
本明細書で使用される以下の単語及び用語は、以下に示された意味を有するものとする。
一体的に形成された複数の表面フィーチャを含む基質の例示的で非限定的な実施形態を開示する。
前記表面フィーチャがマイクロサイズ及び/又はナノサイズであり、各表面フィーチャが結晶相及び少なくとも1つの尖った末端を含み、且つ、
前記表面フィーチャは、それによって、前記基質の前記表面上に前記表面フィーチャを一体的に形成するため、アルカリ及び酸化剤を含む酸化溶液と前記基質の表面とを接触させることを含むワンステッププロセスによって形成されるか、又はそれから得ることができる、
基質が提供される。前記基質の表面を、アルカリ及び酸化剤を含む酸化溶液と接触させるプロセスは、各々が少なくとも1つの尖った末端を含む前記複数の表面フィーチャの形成をもたらすことが仮定される。それらの化学的形成の性質に起因して、前記プロセスから形成された各表面フィーチャの構造の正確な特徴付けは、物理的特性によって余す所なく記載されない場合があるとはいえ、前記表面フィーチャの例示的かつ任意選択の実施形態を以下に記載する。
前記表面フィーチャがマイクロサイズ及び/又はナノサイズであり、各表面フィーチャが結晶相及び少なくとも1つの尖った末端を含み、且つ、
前記表面フィーチャは、それによって、前記基質の前記表面上に沈殿により前記表面フィーチャを一体的に形成するため、塩のイオンを含む試薬溶液と前記基質の表面とを接触させることを含むワンステッププロセスによって形成されるか、又はそれから得ることができる、
基質が提供される。前記基質の表面を塩のイオンを含む試薬溶液と接触させる前記プロセスは、各々が前記基質表面上に沈着又は沈殿した少なくとも1つの尖った末端を含む前記複数の表面フィーチャの形成をもたらすと仮定される。それらの化学的形成の性質に起因して、前記プロセスから形成された各表面フィーチャの構造の正確な特徴付けは、物理的特性によって余す所なく記載されない場合があるとはいえ、前記表面フィーチャの例示的かつ任意選択の実施形態を以下に記載する。
添付の図面は、開示された実施形態を示し、且つ、開示された実施形態の原理を説明する役割を果たす。しかしながら、図面は説明の目的のみで設計されており、本発明の限界の定義としてではないことを理解されたい。
本発明の非限定的な実施例及び比較例は、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特定の実施例を参照してさらに詳細に記載される。
Cu(OH)2ナノチューブの成長のために、4mlの1M (NH4)2S2O8、8mlの10M NaOH及び18mlの水を混合して溶液を形成した。Cu箔(20×25mm)を前記溶液中に15分間懸濁させた。前記Cu箔上にCu(OH)2ナノチューブの固体膜が得られた。次いで、前記Cu箔を水で3回、エタノールで3回洗浄した。洗浄後、前記箔(foil)を、N2を流しながら乾燥させ、将来の使用のために貯蔵した。
ZnOナノニードルの成長のために、10mlの0.5M Zn(NO3)2水溶液及び10mlの4M KOHを混合した。Zn箔(20×20mm)を前記溶液中に室温で12時間懸濁させた。前記Zn箔の表面を水で3回、エタノールで3回洗浄した。続いて、前記Zn箔をN2を流しながら乾燥させ、将来の使用のために貯蔵した。
前記サンプルの表面は、SEM(JEOL JSM−7400E)及びXRD(1.5406ÅにおけるCu Kα放射を伴うPANalytical X線回折計、X’pert PRO)によって特徴付けられた。SEMの前に、高分解能スパッターコーター(JEOL、JFC−1600 Auto Fine Coater)を用いて前記サンプルを薄いPt膜で被覆した。コーティング条件: サンプルテスト用(20mA、30s)。抗細菌試験のためのPt被覆サンプルの場合(20mA、60s)。
E. coli、S. aureus及びC. albicansは、American Type Culture Collectionから入手した(ATCC−8739)。各細菌実験の前に、バクテリア培養物をストックから栄養寒天上にリフレッシュした。新鮮な細菌懸濁液を、5mlのTSB(E. coli及びS. aureus)又はC.albicansの場合は5mlのYMブロス中、37℃で一晩増殖させた。増殖の対数段階で細菌細胞を回収し、懸濁液をOD600=0.07に調整した。
試験した細菌を5mLのそれぞれの栄養ブロスに懸濁し、OD600=0.に調整した。表面を覆うために、150μLの細胞懸濁液を表面上に置いた。実験は37℃で3回実施した。表面とのインキュベーション後、それぞれの細胞懸濁液を洗浄し、希釈し、各希釈液を2つの栄養寒天プレートに広げた。次いで、得られたコロニーを標準的なプレートカウント技術を用いて計数し、1mLあたりのコロニー形成単位の数を計算した。コロニー形成単位の数は懸濁液中の生存細胞の数に等しいと仮定された。
洗浄プロセスをシミュレートするために、E.coliを5mlの水に懸濁し、OD600=0.07に調整した。3.5cmの円形ディスク上に載せた試験面を、インキュベーション間隔の間、1:10希釈細菌懸濁液5mlに浸し、300r/分の速度で振盪した。次いで、細胞懸濁液を別々の時間間隔でサンプリングし(100μl)、1:10に段階希釈し、各希釈物を2つの栄養寒天プレートに広げた。得られたコロニーを計数し、1mL当たりのコロニー形成単位の数を計算した。
本出願のナノパターン化表面は、非化学的抗細菌特性を提供するのに有用であり得る。このような抗細菌性ナノパターン化表面は、病院環境(setting)におけるような細菌の増殖を妨げる又は阻害する環境を提供するため、頻繁に接触する表面、例えばドアノブ、ハンドル及び衛生器具、のための代替表面材料として使用することができる。
以下のステップを含む方法によって製造された、複数の規則的な一体形成表面構造を有する銅基質であって、:
前記銅基質の表面を試薬溶液と接触させるステップであって、前記試薬溶液はアルカリと酸化剤とを含むステップ、
を含み、
前記酸化剤が過硫酸塩、硝酸塩、ハロゲン化合物、次亜ハロゲン酸塩及び過マンガン酸塩からなる群から選択され;且つ、
前記試薬溶液中の前記酸化剤の濃度は、少なくとも約0.3Mである;
銅基質。
[請求項2]
前記酸化剤/アルカリのモル比が約1:10〜1:30である、請求項1に記載の基質。
[請求項3]
前記酸化剤/アルカリのモル比が約1:20である、請求項2に記載の基質。
[請求項4]
前記酸化剤が過硫酸塩である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の基質。
[請求項5]
前記アルカリがNaOH又はKOHである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の基質。
[請求項6]
前記接触させるステップが、前記複数の表面フィーチャを生成するのに十分な期間行われる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の基質。
[請求項7]
前記接触させるステップが、約25分〜約35分の期間行われる、請求項6に記載の基質。
[請求項8]
接触させるステップが、前記基質を前記試薬溶液に浸漬することを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の基質。
[請求項9]
前記表面構造が、約200nm〜5μmの長さ、約100nm〜500nmの幅を含み、
前記表面構造は、前記基質の前記表面から前記ブレードの遠位端に向かって先細になる厚さを有し、
前記遠位端における前記ブレードの厚さは約10nm〜30nmである、請求項1〜8のいずれか一項に記載の基質。
[請求項10]
不溶性塩を形成するため、前記銅基質の表面が前記酸化剤と反応性である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の基質。
[請求項11]
前記表面構造が単斜晶構造を含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の基質。
[請求項12]
前記単斜晶構造が酸化物塩を含む、請求項11に記載の基質。
[請求項13]
微生物の成長を死滅又は阻害する方法であって、
請求項1〜12のいずれか一項に記載の銅基質を提供するステップと、
前記微生物を前記銅基質と接触させるステップと、
を含む方法。
[請求項14]
微生物の成長を死滅又は阻害する方法であって、以下のステップ:
亜鉛基質を提供するステップであって、
前記亜鉛基質は、前記亜鉛基質の表面に複数の一体的に形成されたニードルを含み、各ニードルは六方晶構造及び少なくとも1つの尖った末端を含み、各ニードルの長さは約500nm〜5μmであり、各ニードルの基部の断面は、約10nm〜500nmの直径を有する円形であり、
前記ニードルの遠位端は、約1nm〜100nmの直径を有する円形断面の先端であり、
不溶性塩を形成するため、前記亜鉛表面が硝酸塩と反応性であり、及び
前記六方晶構造が前記不溶性の酸化物塩を含む、ステップと;
前記微生物を前記亜鉛基質と接触させるステップと;
を含む方法。
[請求項15]
微生物の成長を死滅又は阻害する方法であって、以下のステップ:
以下により調製された複数の規則的な一体形成表面構造を有する亜鉛基質を提供するステップと;
前記亜鉛基質の表面を、試薬溶液と接触させるステップであって、前記試薬溶液はアルカリ及び硝酸塩を含み、
試薬溶液中の前記アルカリの濃度が約1.0M〜約2.5Mである、ステップと;
前記微生物を前記銅基質と接触させるステップと;
を含む方法。
[請求項16]
前記微生物がグラム陰性又はグラム陽性細菌である、請求項13〜15のいずれか1項に記載の方法。
[請求項17]
グラム陰性細菌が、Escherichia、Shigella、及びSalmonellaからなる群から選択される、請求項16に記載の方法。
[請求項18]
前記グラム陽性細菌が、Staphylococcus、Enterococcus及びStreptococcusからなる群から選択される、請求項16に記載の方法。
[請求項19]
生体外環境に抗細菌特性を付与するための、請求項1〜12のいずれか1項に記載の銅基質又は請求項14もしくは15に記載の亜鉛基質の使用。
[請求項20]
前記生体外環境に対して静菌性又は殺菌性の目的を提供するための請求項19に記載の使用。
[請求項21]
非治療的使用である、請求項19又は20に記載の使用。
[請求項22]
前記抗細菌基質が、グラム陰性細菌及びグラム陽性細菌の増殖を死滅又は抑制することができる、請求項19〜21のいずれか1項に記載の使用。
[請求項23]
前記グラム陰性細菌が、Escherichia、Shigella、及びSalmonellaからなる群から選択される、請求項22に記載の使用。
[請求項24]
前記グラム陽性細菌が、Staphylococcus、Enterococcus及びStreptococcusからなる群から選択される、請求項22に記載の使用。
Claims (11)
- 微生物の成長を死滅又は阻害する方法であって、以下のステップ:
以下により調製された複数の規則的な一体形成表面構造を有する亜鉛基質を提供するステップと;
前記亜鉛基質の表面を、試薬溶液と接触させるステップであって、ここで、前記試薬溶液はアルカリ及び硝酸塩を含み、
試薬溶液中の前記アルカリの濃度が約1.0M〜約2.5Mである、ステップと;
前記微生物を前記亜鉛基質と接触させるステップと;
を含み、ここで、表面フィーチャは、マイクロサイズ、ナノサイズ、又はそれらの混合物であり、各表面フィーチャは、少なくとも1つの尖った末端を含む方法。 - 前記表面構造は、六方晶構造を含むニードルであり、前記ニードルの長さは500nm〜5μmであり、前記ニードルの基部の断面は、10nm〜500nmの直径を有する円形であり、且つ、前記ニードルの遠位端は、1nm〜100nmの直径を有する円形断面の先端である、請求項1に記載の方法。
- 前記微生物がグラム陰性又はグラム陽性細菌である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記グラム陰性細菌が、Escherichia、Shigella、及びSalmonellaからなる群から選択される、請求項3に記載の方法。
- 前記グラム陽性細菌が、Staphylococcus、Enterococcus及びStreptococcusからなる群から選択される、請求項3に記載の方法。
- 生体外環境に抗細菌特性を付与するための、請求項1に記載の亜鉛基質の使用。
- 前記生体外環境に対して静菌性又は殺菌性の目的を提供するための請求項6に記載の使用。
- 非治療的使用である、請求項6又は7に記載の使用。
- 前記抗細菌基質が、グラム陰性細菌及びグラム陽性細菌の増殖を死滅又は抑制することができる、請求項6〜8のいずれか1項に記載の使用。
- 前記グラム陰性細菌が、Escherichia、Shigella、及びSalmonellaからなる群から選択される、請求項9に記載の使用。
- 前記グラム陽性細菌が、Staphylococcus、Enterococcus及びStreptococcusからなる群から選択される、請求項9に記載の使用。
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