KR102165235B1 - 중합체 기반된 항생 물질 구성 요소 및 이의 사용 방법 - Google Patents

중합체 기반된 항생 물질 구성 요소 및 이의 사용 방법 Download PDF

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엑시온 랩스 인크.
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Abstract

무 독성의, 수용성이고, 표면으로부터 감염성 질환의 전염을 완화시키는 중합체-계 항미생물 조성물이 제공된다. 조성물은 양이온성 중합체, 적어도 하나의 접착 촉진제, 가시광 속에서 광촉매적으로 활성인 임의의 유기및/또는 무기 입자, 및 담체를 포함하며, 여기서 조성물의 성분은 서로에 공유결합으로 결합되지 않는다. 또한 적어도 (i) 폴리에틸렌이민-계 중합체 및 담체 또는 (ii) 가시광 속에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자, 및 접착 촉진체, 및 담체를 포함하는 항미생물 조성물이 또한 제공된다. 항미생물 조성물은 표면을 소독하고 표면 위에 제거가능한 잔류성 자가-위생처리 필름을 형성하기 위해 적용될 수 있다.

Description

중합체계 항미생물 조성물 및 이의 사용 방법
감염성 질환은 임의의 다른 단일의 원인보다 매년 전세계에서 많은 사람들을 사망시킨다. 병원성 미생물에 의해 유발된 감염을 최소화하는 것은 많은 분야, 특히 의료 장치, 약물, 병원 표면/가구, 치과 회복 및 수술 장비, 건강관리 제품 및 위생 용품, 정수 시스템, 직물, 식품 포장 및 저장, 산업용 또는 가정용 기구, 항공학 등에서 큰 관심사이다. 특히 병원에서, 감염에 대항하여 싸우는 데 있어서 많은 노력과 상당한 비용이 발생한다.
감염은 병원체를 포함하는 것을 접촉하거나, 먹거나, 마시거나 또는 호흡하여 생성된다. 사람 감염의 80%는 미생물로 오염된 표면과 접촉한 결과로서 발생한다(Salwiczek et al., Trends Biotechnol 32: 82-90 (2014)). 일반적으로, 이러한 감염은 병원체를 표적으로 하는 항균제와 싸운다. 그러나, 특히 문제가 되는 것은 유전자를 신속하고 용이하게 돌연변이시켜서 이들 제제에 대하여 내성을 갖도록 할 수 있어서, 이들의 제거가 어려워질 수 있는 미생물이다. 예를 들면, 스타필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus)(에스. 아우레우스(S. aureus))는 심각한 문제를 일으키지 않고 사람 피부와 점막에 흔히 침범하지만, 세균이 체내로 들어오면, 피부와 상처 감염, 감염된 습진, 농양 감염, 심장 판막 감염 또는 심장 내막염, 폐렴, 및 혈류 감염 또는 균혈증을 포함하여, 경증으로부터 생명을 위협하는 질병까지의 질병을 발현할 수 있다. 일부 에스. 아우레우스는 메티실린에 대하여 내성이고 기타 β-락탐 항생제-메티실린-내성 에스. 아우레우스(MRSA)-에 대해 내성이며, 이들을 치료하기 위한 대안적 유형의 항생제를 필요로 한다. 또한, 설사로부터 결장의 생명을 위협하는 염증에 이르는 증상을 유발하는 장내 슈퍼박테리아(superbug)인 포자-형성 클로스트리디움 디시필레(Clostridium difficile)(씨. 디피실레(C. difficile))는 병원에서 가장 흔하게 발생하는 세균 감염이다.
과거 수년에 걸쳐, 쇠약하게 하는 감염을 고비용으로 완화시키고/시키거나 박멸하는 것을 돕는 것을 목표로 하는 신규한 항미생물 시스템을 연구하는 연구자의 수가 증가해 왔다. 많은 이러한 연구는 다음과 같은 이들의 고유 특성으로 인하여 중합체에 집중하여 왔다: 중합체는 항미생물제 및 이들의 친수성 및/또는 분자량과 같은 이들의 특성을 유지하기 위한 매트릭스로서 작용할 수 있고, 수득되는 항미생물 활성에 큰 영향을 가질 수 있다. 따라서, 항미생물 특성을 지닌 중합체 물질의 사용은 대학 및 산업 지역사회 둘 다로부터 증가된 관심을 끌어 왔다.
공지된 항미생물 중합체 코팅은 필름화된 층(filmed layer)을 제공하기 위하여 항미생물제를 다양한 표면에 함침시키거나, 흡수시키거나, 공유결합으로 부착시켜 제조하여 왔다. 예를 들면: 미국 특허 제9,127,173호는 기판 위에 층상 코팅(layer by layer coating)시켜 층을 제조하는 것을 개시하고 있으며, 여기서 코팅은 기판에 항균 특성을 부여하는 4급 아민 그룹을 포함한다. 미생물은 서방성 표면(slow-release surface)과 비교하여 고 표면 농도의 항미생물 제제에 노출되므로 비-침출 표면이 흔히 바람직한 것으로 고려된다. 더욱이, 표면을 침출시키는 것은 환경 보호국(Environmental Protection Agency: EPA) 세포독성 시험을 통과하기 어렵게 한다. 일반적으로, 비-침출 항미생물 코팅 및 제조 방법론은 대량 생산 및 상업화하기에 매우 복잡하며 비현실적이다. 더욱이, 이러한 기술은 일반적으로 표면 특이적이다. 항미생물 코팅의 제조에 대한 대안적인 시도는 표면에 비-공유결합으로 연결되는 코팅의 사용을 포함한다. 그러나, 공유결합적으로 연결된 코팅과 유사하게, 이러한 방법론은 일반적으로 다수의 합성 단계를 필요로 하며 상이한 기판을 코팅하기 위해 조절할 필요가 있으므로, 상업적으로 사용하기에 비현실적이 되도록 한다.
따라서, 이러한 분야에서 적극적인 연구에도 불구하고, 광범위한 항미생물 활성을 나타내고 복잡한 상이한 환경(예컨대, 가정, 의료인, 학교, 농업), 표면(예컨대, 목재, 스테인레스 강, 대리석, 유리, 및 직물), 및 응용(예컨대, 식품 포장, 물 또는 공기 필터, 또는 심지어 과일 및 야채 보호)에 용이하게 적응시킬 수 있는 신규한 항미생물 물질에 대한 필요성이 남아있다. 또한, 이러한 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름(self-sanitizing film) 또는 코팅은 이상적으로 매우 높은 사멸 속도를 제공하여야 하고, 수주 동안 생존할 수 있어야 하고, 무-독성이지만 용이하게 제거되어야 한다. 또한 이러한 표면 코팅을 상업적인 규모로 제조하기 위한 다용도의 저렴한 과정을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
발명의 간략한 요지
본 발명은 무독성이고, 수용성이며, 유리, 플라스틱, 화강암, 및 금속 기판 및 피부와 같은 표면으로부터 감염성 질환의 전염을 유의적으로 완화시키는 중합체-계 항미생물 조성물을 예측한다. 조성물 속에 사용된 중합체는 2개의 기능을 제공할 수 있다: (i) 존재하는 세균을 사멸("바로 사멸(kill now))"시킴으로써 표면을 소독시키는 능력; 및 (ii) 미래의 미생물 성장을 예방하는("후에-사멸(kill-later)") 제거가능한, 잔류성의 자가-위생처리 필름의 제공. 중합체-계 조성물은 클로스트리디움 디시필레(Clostridium difficile)(씨. 디피실레(C. difficile))를 포함하는, 세균, 바이러스, 및 포자에 대해 효과적이다. 또한, 대부분의 상업적 소독제와는 달리, 중합체-계 조성물은 전형적으로 일반적인 감기 및 위장 플루(gastro-intestinal flu)의 원인인, 비-엔벨로프된 바이러스(non-enveloped virus)를 불활성화시킨다. 항미생물 조성물은 살균성 화학물질 또는 금속을 필요로 하지 않으므로, 조성물은 많은 다른 상업적인 소독제와는 달리, 사람, 동물, 및 환경에 대해 안전하다.
본 발명은 양이온성 중합체, 적어도 하나의 접착 촉진제, 담체, 및 임의로 가시광 속에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자를 포함하는 중합체-계 항미생물 조성물을 제공하며, 여기서 조성물의 성분은 서로 공유결합으로 결합되지 않는다. 항미생물 조성물은 다음의 시험중 적어도 하나에 따른다:
(i) 바이러스에 대해 log 3 감소 및 세균에 대해 log 5 감소의 EPA 요건을 충족하는 미국 시험 및 재료 협회(American Society for Testing and Materials: ASTM) 국제 방법 E1153에 따른 살균성 스프레이 시험,
(ii) ASTM 국제 방법 E1052-96(2002) 또는 ASTM 국제 방법 E2315(2016)에 따른 현탁액 시험,
(iii) 항미생물 활성에 대한 일본 산업 표준(Japanese Industrial Standard: JIS) Z 2801 (2006)) 시험, 또는 본원에 기술된 바와 같은 이러한 시험의 변형된 버젼에 따라서, 조성물로부터 형성된 필름은
(iii-a) 30분 내에 그람 양성 또는 그람 음성 세균의 log 5 집단의 적어도 95%,
(iii-b) 접촉 30분 내에 엔벨로프된 바이러스의 log 4 집단의 적어도 95%,
(iii-c) 접촉 30분 내에 비-엔벨로프된 바이러스의 적어도 95%, 및/또는
(iii-d) 접촉 24시간 내에 클로스트리디움 디피실레 세균의 log 4 집단의 적어도 94%를 사멸시킨다,
(iv) 조성물로부터 형성된 필름은 국제 표준화 기구(International Organization for Standardization: ISO) 10993-5 시험관내 세포독성 시험에 따라 2 이하의 값은 갖는다,
(v) (v-a) 조성물로부터 형성된 필름은 EPA 프로토콜 # 01-1 A 잔류 자가-위생처리 활성 시험에 따른 그람-양성 세균 및 그람-음성 세균의 적어도 99.9%를 사멸시키거나, (v-b) 필름 형성 후 7일 째에, 조성물로부터 형성된 필름은 본원에 기술된 바와 같은 프로토콜 # 01-1A 잔류성 자가-위생처리 활성 시험에 따라 그람-양성 세균 및 그람-음성 세균, 또는 엔벨로프된 및 비-엔벨로프된 바이러스의 적어도 95%를 사멸시키는 것으로부터 선택된 내구성 시험(durability test).
본 발명은 또한 표면에 양이온성 중합체, 적어도 하나의 접착 촉진제, 담체, 및 임의로 가시광 속에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자를 포함하는 항미생물 조성물을 적용시킴을 포함하여, 표면 상의 미생물을 사멸시키는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 표면에 고 분자량 폴리디알릴디메틸암모늄 염 및 담체를 포함하는 항미생물 조성물을 적용시킴을 포함하여, 표면 상의 미생물을 사멸시키는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 폴리에틸렌이민-계 중합체, 임의로 폴리디알릴디알킬암모늄 염, 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디알킬암모늄 할라이드), 키토산, 또는 이의 조합물로부터 선택된 제2의 양이온성 중합체, 임의로 폴리산(polyacid), 및 담체를 포함하는 조성물을 제공한다. 또한 가시광 속에서 광촉매적으로 활성인 적어도 하나의 유기 및/또는 무기 입자, 적어도 하나의 접착 촉진제, 및 담체를 포함하는 항미생물 조성물을 또한 제공한다. 이러한 조성물은 표면 상의 미생물을 사멸시키는 방법에서 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 구현예에서 LiTFSI에 의한 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드(폴리DADMAC)에서 대-이온 교환(counter-ion exchange)을 나타낸다.
도 2의 a는 양으로 하전되지 않은 5 μm 유리를 포함하는 필터로부터의 작은 공극 크기(pore size)를 나타낸다. 도 2의 b는 보다 큰 공극 크기를 지닌 양으로 하전된 알루미나 및 이러한 알루미나에 커플링된(coupled) 양이온성 중합체를 포함하는 필터를 나타낸다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 양이온성 중합체, 적어도 하나의 접착 촉진제, 임의로 가시 광 속에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자, 및 담체를 포함하는 중합체-계 항미생물 조성물을 제공하며, 여기서 조성물의 성분은 서로 공유결합으로 결합되어 있지 않다. 항미생물 조성물은 다음 시험 중 적어도 하나에 따른다:
(i) 바이러스에 대해 log 3 감소 및 세균에 대해 log 5 감소의 EPA 요건을 충족하는 ASTM E1153에 따른 살균성 스프레이 시험;
(ii) ASTM 국제 방법 E1052-96(2002) 또는 ASTM 국제 방법 E2315(2016)에 따른 현탁액 시험;
(iii) 항미생물 활성에 대한 JIS Z 2801 (2006) 시험, 또는 본원에 기술된 바와 같은 이러한 시험의 개질된 버젼에 따라서, 조성물로부터 형성된 필름은
(iii-a) 30분 내에 그람 양성 또는 그람 음성 세균의 log 5 집단의 적어도 95%,
(iii-b) 접촉 30분 내에 엔벨로프된 바이러스의 log 4 집단의 적어도 95%,
(iii-c) 접촉 30분 내에 비-엔벨로프된 바이러스의 적어도 95%, 및/또는
(iii-d) 접촉 24시간 내에 클로스트리디움 디피실레 세균의 log 4 집단의 적어도 94%를 사멸시킨다;
(iv) 조성물로부터 형성된 필름은 국제 표준화 기구(International Organization for Standardization: ISO) 10993-5 시험관내 세포독성 시험에 따라 2 이하의 값은 갖는다;
(v) (v-a) 조성물로부터 형성된 필름은 EPA 프로토콜 # 01-1 A 잔류 자가-위생처리 활성 시험에 따른 그람-양성 세균 및 그람-음성 세균의 적어도 99.9%를 사멸시키거나, (v-b) 필름 형성 후 7일 째에, 조성물로부터 형성된 필름은 본원에 기술된 바와 같은, 프로토콜 # 01-1A 잔류성 자가-위생처리 활성 시험에 따르는 그람-양성 세균 및 그람-음성 세균, 또는 엔벨로프된 및 비-엔벨로프된 바이러스의 적어도 95%를 사멸시키는 것으로부터 선택된 내구성 시험(durability test).
본원에 기술된 항미생물 조성물의 효능은 다음의 장점의 측면에서 가장 잘 고찰된다. 조성물은 심지어 독성일 수 있는 통상의 살균 화학물질의 존재없이도, 전통적인 소독제로서 표면에 적용되는 경우 "바로 사멸"시키는 능력을 갖는다. 조성물은 "후에 사멸"시키는, 즉, 본원에 기술된 바와 같이, EPA-허용가능한 내구성 시험 및 EPA-승인된 독성 시험을 통과하는 잔류성 자가-위생처리 필름을 형성함으로써 미래의 적용 후까지 지속적으로 사멸(위생처리)시키기 위한 능력을 갖는다. 잔류성 자가-위생처리 필름은 물(예컨대, 비누성 온 수), 알코올, 또는 물-알코올 혼합물로 제거가능하다. 이러한 기술은 i) 조성물이 다양한 두께, 용해력, 및 부착성 필름을 생성하도록 조율될 수 있고, ii) 하나 이상의 양이온성 중합체가 특수한 비율로 혼합되어 특이적인 병원체를 표적화하고/하거나 다양한 비용 프로파일을 지닌 생성물을 설계할 수 있고/있거나, 및/또는 iii) 양이온성 중합체로부터 유래하는 천연의 "바로-사멸" 특징이 경우에 따라 하나 이상의 통상의 항미생물제를 조성물에 가함에 의해 증강될 수 있으므로, 크게 조율가능하다. 본 발명의 이러한 및 다양한 장점 뿐만 아니라 추가의 본 발명의 특징은 본원에 제공된 본 발명의 설명으로부터 명백해질 것이다.
항미생물 조성물은 적어도 하나의 양이온성 중합체를 포함한다. 양이온성 중합체는 항미생물 특성을 입증하고 조성물 또는 조성물로부터 형성된 필름이 시험 (i) 내지 (v) 중 적어도 하나를 통과할 수 있도록 하는 분자량 및 전하 밀도(charge density)의 임의의 적합한 양이온성 중합체일 수 있다. 전하 밀도는 제형의 분자량 및 pH에 의해 영향받는 것으로 측정되었다. 예를 들면, 전하는 보다 높은 분자량으로 증가되는 경향이 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 전하는 보다 낮은 pH로 증가되는 경향이 있다. 따라서, 분자량 및/또는 pH는 바람직한 전하 밀도 및/또는 항미생물 활성을 제공하도록 변형될 수 있다. 다양한 양이온성 중합체의 적합한 분자량이 본원에 기술되어 있다. 조성물의 pH는 전형적으로 약 7 미만, 예를 들면 pH 약 3 내지 7, 보다 바람직하게는 pH 약 4 내지 6이다.
임의의 특수한 이론에 얽메이려는 의도없이, 양이온성 중합체는 특히 표적화 그람-양성 및/또는 그람-음성 세균 및 엔벨로프된 및 비-엔벨로프된 바이러스에서 매우 효과적이다. 특히, 양으로 하전된 중합체는 바이러스 입자와 같은 미생물 입자를 유인하여 결합하는 것으로 여겨진다. 중합체는 미생물을 지속적으로 캡슐화(encapsulating)한다. 일단 중합체가 미생물을 완전히 캡슐화하면, 캡시드가 파괴되며, 이는 유전 물질의 무해한 방출을 야기한다.
적합한 양이온성 중합체의 구체적인 예는 폴리디알릴디알킬암모늄 염, 아크릴옥시알킬트리알킬암모늄 염(예컨대, 아크릴옥시에틸트리메틸암모늄 할라이드, 메타크릴옥시에틸트리메틸암모늄 할라이드), 비닐페닐알킬트리알킬암모늄 염(예컨대, 비닐벤질트리메틸암모늄 할라이드), 아크릴아미도알킬트리알킬암모늄 염(예컨대, 3-아크릴아미도-3-메틸부틸트리메틸암모늄 할라이드), 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디알킬암모늄 염)(예컨대, 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디메틸암모늄 클로라이드)), 폴리에틸렌이민-계 중합체, 키토산, 또는 이의 조합물을 포함한다. 상기 중합체 중의 임의의 것에서, 각각의 알킬 그룹은 동일하거나 상이하고 직쇄 C1-6 또는 측쇄 C3-6(예컨대, 메틸, 에틸, t-부틸) 그룹이며, 염은 할라이드(예컨대, 클로라이드, 플루오라이드, 브로마이드), 할라이드-함유 음이온(예컨대, 비스(트리플루오로메탄)설폰이미드, 트리플루오로아세테이트), 설페이트, 또는 포스페이트이다. 바람직하게는, 양이온성 중합체는 폴리디알릴디알킬암모늄 염(예컨대, 폴리디알릴디메틸암모늄 할라이드), 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디알킬암모늄할라이드)(예컨대, 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디메틸암모늄 클로라이드)), 및/또는 폴리에틸렌이민-계 중합체(예컨대, 선형의 화학적으로 개질되지 않은 PEI)이다. 일부 구현예에서, 조성물은 중합체-결합된 브릿지된 폴리사이클릭 화합물(예컨대, 중합체-계 공동(cavitand))을 포함하는 브릿지된 폴리사이클릭 화합물(예컨대, 공동화된 구조(acavitand structure))을 함유하지 않는다. 일부 구현예에서, 양이온성 중합체는 하나 이상의 2가 금속 및 실록산 브릿지를 포함하는 하이브리드 물질이 아니다.
일부 예에서, 폴리디알릴디알킬암모늄 염(예컨대, 폴리디알릴디메틸암모늄 할라이드), 아크릴옥시알킬트리알킬암모늄 염, 비닐페닐알킬트리알킬암모늄 염, 아크릴아미도알킬트리알킬암모늄 염, 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디알킬암모늄 할라이드), 폴리에틸렌이민-계 중합체, 및 키토산으로부터 선택된 2개 이상의 양이온성 중합체의 조합이 조성물에 사용된다. 특수한 구현예에서, 폴리디알릴디알킬암모늄 염(예컨대, 폴리디알릴디메틸암모늄 할라이드)은 폴리에틸렌이민-계 중합체(예컨대, 직쇄 또는 측쇄 폴리에틸렌이민(PEI))와 함께 사용된다. 바람직한 구현예에서, 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드 또는 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디알킬암모늄 클로라이드)는 화학적으로 개질되지 않은 직쇄 PEI와 함께 사용된다.
양이온성 중합체는 음이온성 중합체와 함께 사용되거나 사용되지 않고 다가전해질 복합체(PEC)를 형성할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, PEC는 하나 이상의 음이온성 중합체와 함께 하나 이상의 양이온성 중합체의 첨가시 자동적으로 형성하는 복합체를 지칭한다. PEC는 전형적으로 친수성이며 수용성인 경향이 있다. 일부 구현예에서, 조성물은 음이온성 중합체를 포함하지 않는다. 양이온성 중합체가 폴리디알릴디알킬암모늄 염(예컨대, 폴리디알릴디알킬암모늄 할라이드)인 경우, PEC의 형성은 임의적인데, 즉, 음이온성 중합체는 조성물 속에서 임의적이다. 일부 구현예에서, 조성물은 폴리디알릴디알킬암모늄 염(예컨대, 폴리디알릴디메틸암모늄 할라이드)와 함께 음이온성 중합체를 포함하지 않는다.
구현예에서, 양이온성 중합체는 폴리디알릴디알킬암모늄 할라이드(예컨대, 할라이드 또는 할라이드-함유 음이온), 폴리디알릴디알킬암모늄 설페이트, 또는 폴리디알릴디알킬암모늄 포스페이트와 같은 폴리디알릴디알킬암모늄 염이다. 폴리디알릴디알킬암모늄 할라이드에서, 할라이드는 임의의 적합한 화합물일 수 있으며, 여기서 음이온은 할라이드이거나 폴리디알릴디메틸암모늄 플루오라이드, 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드, 폴리디알릴디메틸암모늄 브로마이드, 폴리디알릴디메틸암모늄 요오다이드, 폴리디알릴디메틸암모늄 비스(트리플루오로메탄)설폰이미드 또는 이의 조합물과 같은 할라이드(예컨대, 비스(트리플루오로메탄)설폰이미드, 트리플루오로아세테이트)를 포함한다. 바람직한 구현예에서, 폴리디알릴디메틸암모늄 할라이드는 폴리디알릴디메틸암모늄 플루오라이드, 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드(폴리DADMAC), 또는 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드와 폴리디알릴디메틸암모늄 플루오라이드 및/또는 폴리디알릴디메틸암모늄 비스(트리플루오로메탄)설폰이미드의 혼합물이다.
바람직한 폴리디알릴디알킬암모늄 염은 디알릴디알킬암모늄 화합물의 중합으로부터 제조된 중합체이며, 이는 다음의 화학식으로 나타낼 수 있다:
Figure 112019026492973-pct00001
상기 화학식에서,
R1 및 R2는 동일하거나 상이하고 각각 수소 또는 C1-C6 알킬이고; R3 및 R4는 독립적으로 수소 또는, 탄소수 1 내지 12의 알킬, 하이드록시알킬, 카복시알킬, 카복시아미드알킬 또는 알콕시알킬 그룹이며; Y-는 할라이드, 할라이드-함유 음이온(예컨대, 비스(트리플루오로메탄)설폰이미드), 설페이트, 또는 포스페이트와 같은 음이온이다. 바람직한 디알릴디알킬암모늄 단량체는 디알릴디메틸암모늄 클로라이드 (DADMAC), 디알릴디메틸암모늄 플루오라이드, 디알릴디메틸암모늄 비스(트리플루오로메탄)설폰이미드, 디알릴디메틸암모늄 브로마이드, 디알릴디메틸암모늄 설페이트, 디알릴디메틸암모늄 포스페이트, 디메티알릴디메틸암모늄 클로라이드, 디메티알릴디메틸암모늄 플루오라이드, 디메티알릴디메틸암모늄 비스(트리플루오로메탄)설폰이미드, 디에틸알릴디메틸암모늄 클로라이드, 디에틸알릴디메틸암모늄 플루오라이드, 디에틸알릴디메틸암모늄 비스(트리플루오로메탄)설폰이미드, 디알릴디(베타-하이드록시에틸)암모늄 클로라이드, 디알릴디(베타-하이드록시에틸)암모늄 플루오라이드, 디알릴디(베타-하이드록시에틸)암모늄 비스(트리플루오로메탄)설폰이미드, 디알릴디(베타-에톡시에틸)암모늄 클로라이드, 디알릴디(베타-에톡시에틸)암모늄 플루오라이드, 디알릴디(베타-에톡시에틸)암모늄 비스(트리플루오로메탄)설폰이미드, 디알릴디에틸암모늄 클로라이드, 디알릴디에틸암모늄 플루오라이드, 및 디알릴디에틸암모늄 비스(트리플루오로메탄)설폰이미드를 포함한다. 바람직한 구현예에서, 양이온성 중합체는 폴리DADMAC이다.
특수한 구현예에서, 폴리DADMAC 분자 클로라이드 대이온(counterion) 중 일부는 불용성의 플루오라이드-함유 대이온으로 전환시킬 수 있다. 이러한 전환은 예를 들면, 리튬 비스(트리플루오로메탄)설폰이미드(LiTFSI)의 묽은 혼합물을 첨가함으로써 발생시킬 수 있다. 폴리DADMAC 뿐만 아니라 LiTFSI도 용액 속에서 (폴리)전해질 거동을 지닌 모이어티(moiety)를 부여하는 정전기 전하를 지닌다. 폴리DADMAC 속에서 LiTFSI에 의한 이러한 대이온 교환은 도 1에 나타나 있다. LiTFSI는 물 속에서 양호한 용해도 및 안정성을 가진 것으로 알려져 있다. 교환 반응은 2개의 용액: 양으로 하전된 폴리DADMAC를 함유하는 용액 및 음으로 하전된 TFSI- 음이온을 함유하는 다른 용액의 혼합으로 이루어진다. 중합체 대-음이온(counter-anion)의 충분한 분획이 TFSI- 음이온으로 교환되는 경우, 중합체는 불용성이 되어, 용액으로부터 침전된다. 용액 속의 TFSI- 음이온은 중합체 쇄에 연결될 수 있거나 미셀(micelle)의 일부가 될 수 있다. 본 발명은 자체로 사용되거나 PEC 필름 속에서 사용되는 것에 상관없이 양이온성 중합체의 용해도를 약간 증가시키기 위해 충분한 미셀(micelle) 만을 생성시키기 위한 이온-교환 전략을 사용하는 것을 추구한다. TFSI- 음이온의 첨가는 중합체의 용해도를 감소시키지만 본원에 기술된 바와 같은, EPA 프로토콜 # 01-1A 잔류성 자가-위생처리 활성 시험, 또는 이의 변형에 대해 수득되는 필름의 내구성을 증가시킨다. 요구된 용해도는 용해도에 있어서 목적한 감소를 생성할 TFSI-의 양을 실험적으로 측정함으로써 달성된다. 구체적인 실시예에서, 다음의 단계가 사용될 수 있다: 1) 폴리DADMAC 용액에 첨가된 물을 125 ml까지 초기에 감소시킨다; 2) 용액내로 0.125 내지 0.250 그램의 TFSI를 모든 2.4 그램의 폴리DADMAC에 대해 혼합함으로써 TFSI의 묽은 용액을 생성한다; 이후에 3) 이러한 묽은 용액을 폴리DADMAC 용액내로 조금씩 붓는다. 이러한 방법은 실온에서 24시간 동안 격렬하게 교반하면서 수행되며, 이는 균질한 분포를 달성하는데 필수적이다. 이러한 혼합물은 경우에 따라, 하나 이상의 음이온성 중합체를 지닌 PEC를 생성하는데 사용할 수 있다. PEC가 이러한 구현예에서 요구되는 경우, 수용성 폴리DADMAC 속의 CI- 대이온의 부분적인 교체는 음이온 중합체를 도입하여 PEC를 생성하기 전에 TFSI-의 묽은 용액을 첨가함으로써 달성된다.
폴리DADMAC의 대-이온 변환은 이의 항미생물 활성에 역으로 영향을 미치지 않는다. 이러한 활성을 시험하기 위해, 과도한 TFSI-를 사용하여 디메틸 설폭사이드(DMSO) 속에 용해된 침전물을 생성시켰다. 이러한 용액을 이후 슬라이드 위에 두어 필름을 생성하고 이를 7일 동안 유지시킨 다음 에스케리키아 콜라이(Escherichia coli)(이. 콜라이(E. coli))의 log 6 집단과 함께 항온처리하였다. 필름을 제공한 플루오라이드 이온과 클로라이드 이온의 혼합을 지닌 변형된 폴리DADMAC는 30분 이내에 이. 콜라이 집단의 > 99.99%를 사멸시킬 수 있었던 필름을 제공하였다.
폴리디알릴디알킬암모늄 염(예컨대, 폴리디알릴디메틸암모늄 할라이드), 아크릴옥시알킬트리알킬암모늄 염, 비닐페닐알킬트리알킬암모늄 염, 및/또는 아크릴아미도알킬트리알킬암모늄 염은 바람직하게는 수 평균 분자량이 25,000 g/mol 내지 20,000,000 g/mol이다. 항미생물 조성물로부터 형성된 필름의 용해도를 감소시키기 위하여 보다 높은 분자량이 전형적으로 바람직하다. 폴리디알릴디알킬암모늄 염(예컨대, 폴리디알릴디메틸암모늄 할라이드), 아크릴옥시알킬트리알킬암모늄 염, 비닐페닐알킬트리알킬암모늄 염, 및/또는 아크릴아미도알킬트리알킬암모늄 염은 수 평균 분자량이 20,000,000 g/mol 이하, 예를 들면, 15,000,000 g/mol 이하, 10,000,000 g/mol 이하, 5,000,000 g/mol 이하, 또는 1,000,000 g/mol 이하이다. 대안적으로, 또는 추가로, 폴리디알릴디알킬암모늄 염, 아크릴옥시알킬트리알킬암모늄 염, 비닐페닐알킬트리알킬암모늄 염, 및/또는 아크릴아미도알킬트리알킬암모늄 염은 수 평균 분자량이 25,000 g/mol 이상, 예를 들면, 50,000 g/mol 이상, 100,000 g/mol 이상, 150,000 g/mol 이상, 200,000 g/mol 이상, 250,000 g/mol 이상, 300,000 g/mol 이상, 350,000 g/mol 이상, 400,000 g/mol 이상, 450,000 g/mol 이상, 500,000 g/mol 이상, 550,000 g/mol 이상, 600,000 g/mol 이상, 650,000 g/mol 이상, 700,000 g/mol 이상, 750,000 g/mol 이상, 또는 800,000 g/mol 이상이다. 따라서, 폴리디알릴디알킬암모늄 염, 아크릴옥시알킬트리알킬암모늄 염, 비닐페닐알킬트리알킬암모늄 염, 및/또는 아크릴아미도알킬트리알킬암모늄 염은 전술한 종점 중 임의의 2개에 의해 결합된 수 평균 분자량을 가질 수 있다. 예를 들면, 폴리디알릴디알킬암모늄 염, 아크릴옥시알킬트리알킬암모늄 염, 비닐페닐알킬트리알킬암모늄 염, 및/또는 아크릴아미도알킬트리알킬암모늄 염은 수 평균 분자량이 25,000 g/mol 내지 20,000,000 g/mol, 25,000 g/mol 내지 15,000,000 g/mol, 25,000 g/mol 내지 10,000,000 g/mol, 25,000 g/mol 내지 5,000,000 g/mol, 25,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 50,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 100,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 150,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 200,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 250,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 300,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 350,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 또는 400,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol이다. 일부 구현예에서, 폴리디알릴디알킬암모늄 염, 아크릴옥시알킬트리알킬암모늄 염, 비닐페닐알킬트리알킬암모늄 염, 및/또는 아크릴아미도알킬트리알킬암모늄 염은 수 평균 분자량이 900,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol를 포함하여, 250,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol 또는 800,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol이다.
일부 구현예에서, 폴리디알릴디알킬암모늄 염은 초 고분자량 폴리디알릴디메틸암모늄 할라이드와 같은 "초-고분자량" 폴리디알릴디알킬암모늄 염이다. 초-고 분자량 폴리디알릴디알킬암모늄 염(예컨대, 폴리디알릴디메틸암모늄 할라이드)은 전형적으로 수 평균 분자량이 약 800,000 g/mol 내지 약 20,000,000 g/mol(예컨대, 약 1,000,000 g/mol 내지 15,000,000 g/mol, 약 1,000,000 g/mol 내지 10,000,000 g/mol, 약 1,000,000 g/mol 내지 5,000,000 g/mol, 약 2,000,000 g/mol 내지 5,000,000 g/mol, 약 3,000,000 g/mol 내지 5,000,000 g/mol, 약 4,000,000 g/mol 내지 10,000,000 g/mol, 약 5,000,000 g/mol 내지 20,000,000 g/mol, 약 5,000,000 g/mol 내지 15,000,000 g/mol, 약 6,000,000 g/mol 내지 20,000,000 g/mol, 및 약 6,000,000 g/mol 내지 15,000,000 g/mol)이다. 이러한 구현예에서, 일반적으로, 폴리디알릴디알킬암모늄 할라이드 속의 할라이드는 플루오라이드 및/또는 클로라이드를 함유하는 음이온을 포함하는, 플루오라이드, 클로라이드이다. 특히, 폴리디알릴디알킬암모늄 할라이드는 폴리DADMAC 또는 폴리DADMAC와 폴리디알릴디메틸암모늄 플루오라이드 및/또는 폴리디알릴디메틸암모늄 비스(트리플루오로메탄)설폰이미드의 혼합물이다.
다른 구현예에서, 양이온성 중합체는 폴리에틸렌이민-계 중합체이며, 이는 전형적으로 리노바이러스, 폴리오바이러스, 아데노바이러스, 콕사키에바이러스, 파르보바이러스, 및 로타바이러스와 같은 다수의 병원성 미생물을 설명하는, 비-엔벨로프화된 바이러스에 대해 효과적이다. 폴리에틸렌이민-계 중합체는 직쇄 또는 비-직쇄, 바람직하게는 직쇄인 임의의 적합한 폴리에틸렌이민-계 중합체일 수 있다.
항미생물제를 생성하기 위해 화학적으로 개질된 폴리에틸렌이민(PEI)의 다수의 보고서가 존재한다. 예를 들면, 가오(Gao) 등(J. Biomaterial Science, Polymer Edition, 2007, 18, 531-544)은 4급화되고 측쇄된 PEI(BPEI)가 저 농도에서 에스케리키아 콜라이(이. 콜라이)에 대해 항미생물성이었음을 보고하였다. 파스퀴에르(Pasquier) 등(Biomacromolecules, 2007, 8, 2874-2882)은 다양한 길이의 알킬 그룹으로 4급화된 BPEI가 이. 콜라이에 대해 일부 정도의 항미생물 활성을 나타낸 반면, 장쇄 알킬로 그래프트된 직쇄 PEI(LPEI)는 이. 콜라이 및 스타필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus)를 효과적으로 사멸한 일련의 소수적으로-개질된 수 불용성 LPEI 유도체를 생산하였음을 보고하였다. 또한 미국 특허 제9,399,044호 및 제WO 2008/127416 A2호를 참고한다. 예를 들면, 미국 특허 제9,399,044호에 기술된 화학적으로 개질된 PEI는 세균(예컨대, 투베르쿨로시스 마이코박테리움(Tuberculosis mycobacterium), 그람 음성 이. 콜라이 및 슈도모나스 아에루기노사(Pseudomonas aeruginosa), 그람 양성 스타필로코쿠스 아우레우스) 및 진균 칸디다 알비칸스(Candida albicans)에 대해서만 효과적이나, 바이러스에 대해서는 효과적이지 않다. 제WO 2008/127416 A2호는 화학적으로 개질된 PEI를 포함하는 항미생물 코팅이 표 1에 나타낸 바와 같이, 엔벨로프된 바이러스를 사멸시킬 수 있지만 비-엔벨로프된 바이러스는 사멸시킬 수 없음을 입증하고 있다.
Figure 112019026492973-pct00002
그러나, 화학적 개질은 고가, 저 수율, 사람 및 환경에 유해한 독성 화학물질을 사용하는 유기 화학 공정을 필요로 한다. 따라서, 본 발명의 일부 구현예에서, 폴리에틸렌이민-계 중합체는 화학적으로 또는 구조적으로 개질되지 않은(예컨대, 알킬 및/또는 4급 암모늄 그룹을 포함하지 않는) 직쇄 PEI이다. 더욱이, 화학적으로 개질되지 않은 직쇄 PEI는 비-엔벨로프된 바이러스를 사멸시킬 수 있음이 발견되었다. 특히, 본원에 기술된 화학적으로 개질되지 않은 직쇄 PEI의 필름은 그람 양성 및 그람 음성 세균을 사멸시킬 뿐만 아니라 또한 엔벨로프된 및 비-엔벨로프된 바이러스 둘 다에 대해 적어도 log 4(99.99%) 감소를 입증하며, 이는 많은 비-엔벨로프된 바이러스가 리노바이러스, 폴리오바이러스, 아데노바이러스, 콕사키에바이러스, 파르보바이러스, 및 로타바이러스와 같은 일반적인 감기 및 위장 플루(gastrointestinal flu)를 유발하는 병원성 미생물이므로 특히 중요하다. 비-엔벨로프된 바이러스에 대한 대용품인 것으로 고려되는, MS2 박테리오파아지를 감소시키는 화학적으로 개질된되지 않은 직쇄 PEI를 포함하는 항미생물 조성물의 능력은 표 2에 입증되어 있다.
Figure 112019026492973-pct00003
다른 구현예에서, 폴리에틸렌이민-계 중합체는 데아실화된 PEI 또는 4급화된 N-알킬-N-메틸폴리에틸렌이민이다. 데아실화된 폴리에틸렌이민은 Posciences, Inc. (펜실베이니아주 와링톤 소재)와 같은 상업적 공급원으로부터 공급될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같은, "데아실화된 폴리에틸렌이민"은 양자화가능한 질소를 지닌 다음 화학식의 폴리에틸렌이민을 지칭한다:
Figure 112019026492973-pct00004
여기서,
중합체는 부분적으로(적어도 10%, 적어도 20%, 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 또는 적어도 90%) 또는 완전히(약 98 내지 100%)) 가수분해(탈아실화)된다. 임의의 특수한 이론에 얽메이려는 의도없이, 탈알킬화는 바이러스를 사멸시키고 이의 세포독성을 감소시키는 PEI의 능력을 강화시키는 것으로 여겨진다.
본원에 사용된 바와 같은, "4급화된-N-알킬-N-메틸폴리에틸렌이민"은 부분적으로 (적어도 10%, 적어도 20%, 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 또는 적어도 90%) 또는 완전히(약 98 내지 100%)) 가수분해되고, 메틸화된 후 알킬 치환체로 4급화된 폴리에틸렌이민을 지칭한다. 본 구현예에서 알킬 치환체는 직쇄 또는 측쇄인 임의의 적합한 알킬 치환체일 수 있다. 일반적으로, 알킬 치환체는 바이러스에 대해 가장 효과적이도록 선택된 쇄 길이, 예컨대, C8-14 및 C10-10을 포함하는, C1-18을 갖는다. 일 구현예에서, 알킬 치환체는 데칸, 도데칸, 또는 헥사데칸이다.
완전히 가수분해되고(탈아실화되고), 메틸화된 후 4급화된 PEI를 제공하는 합성 경로는 다음 방법 단계를 포함한다:
단계 1: 시판되는 PEOZ(예컨대, 500 kDa, 200 kDa, 및 50 kDa, 바람직하게는 50kDa)의 산-촉매된 가수분해에 의해 완전히 탈아실화된 직쇄 PEI를 제조한다. 예를 들면, 10.0 g의 PEOZ를 400 mL의 24%(wt/vol) HCl에 가한 후, 96시간 동안 환류시킨다. POEZ 결정을 2시간 동안 완전히 용해시키나, 3시간 후(즉, 총 5시간) 백색 침전물이 나타난다. 각각의 경우에 침전물을 여과로 분리한 후 공기-건조시킨다.
양자화된 PEOZ(2-에틸-2-옥사졸린)을 이후에 수성 염기(예컨대, KOH) 용액으로 탈양자화하였다. 요약하면, 10 g의 양자화된 직쇄 PEI를 증류수(50 mL) 속에 용해하고, 6 M KOH을 용액의 pH가 ~11이 될 때까지 가하였다. 완전히 탈양자화된 PEI는 백색 침전물로서 나타났으며, 이를 여과하고 이것이 중성(pH ~7)으로 될 때까지 증류수로 반복적으로 세척하였다. 최종 생성물은 분자량이 대략 217 kDa, 87 kDa, 또는 바람직하게는 22 kDa인 N-아실 그룹이 없는 직쇄 PEI이었다.
단계 2: 이. 클라크 메틸화 기술(E. Clarke methylation technique)(Clarke et al., JACS, 55(11): 4571 (1933))을 사용하여 직쇄 N-메틸-PEI를 생성할 수 있다. 단계 1에서 생성된 10 g의 22 kDa PEI로 이루어진 PEI의 50% 수용액을 환저 플라스크로 이전시키고, 여기에 90% 포름산(24.5 mL, 0.48 mol)을 가한 후 37% 포름알데하이드(29.3 mL, 0.36 mol) 및 20 mL의 물을 가하였다. 반응 혼합물을 90℃에서 96시간 동안 교반하였다. 실온으로 냉각시킨 후에, 반응 혼합물의 pH를 8M KOH 용액을 사용하여 11로 조절하였다. 탈양자화되고 N-메틸화된 PEI를 클로로포름으로 수회 추출하고, 전체 유기 용액을 반복된 수 세척에 적용하였다. 이후에, 클로로포름을 제거하여 100% 메틸화도를 지닌 황색의 점성의 N-메틸화된 PEI를 수득하였다.
단계 3: N-알킬 N-메틸 PEI를 이후에 4급화하여 수용성이 되고 바이러스를 표적화하도록 하였다. 특히, 1g(17.5mmol/반복 단위)의 N-메틸화된 PEI를 스크류-톱 압력 튜브(screw-top pressure tube) 속에서 75 ml의 3급-부탄올 속에 용해하였다. 여기에 1-브로모헥사데칸을 가하여, 바이러스에 대해 가장 효과적인 측쇄 길이를 제공하였다. 이후에, 반응 혼합물을 최종 생성물의 바람직한 용해도에 따라, 105℃에서 48시간 내지 96 시간 동안 가열하였다. 반응을 완료한 후, 용매를 이의 초기 용적의 1/3로 제거하였다. 이후에, 과량의 아세톤(200 mL)을 반응 혼합물에 가하고, 침전물을 여과 제거하였다. 생성물을 추가로 정제하기 위하여, 침전물을 클로로포름 속에 용해하고, 아세톤을 가하여 생성물을 재-침전시켰다. 과량의 용매를 경사 제거하고, 침전물을 고 진공 펌프를 사용하여 건조시켜 직쇄 N-알킬 N-메틸 PEI 중합체를 수득하였다.
폴리에틸렌이민-계 중합체는 전형적으로 수 평균 분자량이 15,000 g/mol 내지 250,000 g/mol이다. 폴리에틸렌이민-계 중합체는 수 평균 분자량이 250,000 g/mol 이하, 예를 들면, 230,000 g/mol 이하, 210,000 g/mol 이하, 190,000 g/mol 이하, 또는 170,000 g/mol 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 폴리에틸렌이민-계 중합체는 수 평균 분자량이 15,000 g/mol 이상, 예를 들면, 30,000 g/mol 이상, 60,000 g/mol 이상, 90,000 g/mol 이상, 100,000 g/mol 이상, 120,000 g/mol 이상, 또는 150,000 g/mol 이상일 수 있다. 따라서, 폴리에틸렌이민-계 중합체는 상술한 종점 중 임의의 2개에 의해 결합된 수 평균 분자량을 가질 수 있다. 예를 들면, 폴리에틸렌이민-계 중합체는 수 평균 분자량이 15,000 g/mol 내지 250,000 g/mol, 15,000 g/mol 내지 230,000 g/mol, 15,000 g/mol 내지 210,000 g/mol, 15,000 g/mol 내지 190,000 g/mol, 15,000 g/mol 내지 170,000 g/mol, 30,000 g/mol 내지 170,000 g/mol, 60,000 g/mol 내지 170,000 g/mol, 90,000 g/mol 내지 170,000 g/mol, 120,000 g/mol 내지 170,000 g/mol, 또는 150,000 g/mol 내지 170,000 g/mol, 예컨대, 약 160,000 g/mol일 수 있다.
본 발명의 국면은 이들 각각이 본원에 기술된, (a) 폴리디알릴디알킬암모늄 염(예컨대, 폴리디알릴디메틸암모늄 할라이드)이 폴리에틸렌이민-계 중합체(예컨대, 직쇄 또는 측쇄 폴리에틸렌이민(PEI), 바람직하게는 직쇄 PEI), (b) 적어도 하나의 접착 촉진제, (c) 임의로 가시 광에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자, (d) 임의로 적어도 하나의 염, 및 (e) 담체를 포함하는 항미생물 조성물이다. 항미생물 조성물은 시험 (i) 내지 (v) 중 적어도 하나를 통과한다. 폴리디알릴디알킬암모늄 염 대 폴리에틸렌이민-계 중합체의 중량비는 임의의 적합한 양이지만, 전형적으로 80/20 내지 20/80(예컨대, 30/70, 33/67, 40/60, 45/55, 50/50, 55/45, 60/40, 67/33, 70/30)이다. 특수한 실시예에서, 폴리D ADMAC:PEI의 중량비는 50/50 또는 33/67이다.
양이온성 중합체가 폴리에틸렌이민-계 중합체인 경우, 조성물은 또한 음이온성 중합체를 포함함으로써, 양이온성 중합체 및 음이온성 중합체가 결합하여 PEC를 형성하도록 할 수 있다. 일부 구현예에서, 화학적으로 개질되지 않은 직쇄 PEI와 같은 폴리에틸렌이민-계 중합체는 폴리아크릴산 염과 같은 음이온성 중합체의 부재하에서 사용된다. PEC가 요구되는 다른 구현예에서, 조성물은 폴리디알릴디알킬암모늄 염(예컨대, 폴리디알릴디메틸암모늄 할라이드) 및 측쇄된 PEI와 같은 PEI 둘 다를 포함한다. 2개의 시도는 시스템에 대한 PEI의 첨가를 위해 제시된다. 하나의 시도는 폴리디알릴디알킬암모늄 할라이드와 음이온성 중합체를 첫번째로 복합체화시킨 후 PEI를 음이온성 중합체에 복합체화시킨 다음 2개의 복합체를 배합시키는 것이다. 두번째의 및 바람직한 시도는 2개의 양이온성 중합체를 음이온성 중합체와 1-포트 합성(one-pot synthesis)으로 동시에 복합체화시키는 것이다.
비-엔벨로프된 바이러스가 에탄올에 내성인 것은 당해 분야의 기술자에게 알려져 있으며, 알코올은 손 세정제 및 다른 소독제로 가장 일반적으로 사용되는 알코올이다. 본 발명자는 에탄올 및 화학적으로 개질되지 않은 직쇄 PEI의 조성물이 비-엔벨로프된 바이러스를 사멸시키는데 효과적이며 항미생물 활성이 시트르산과 같은 유기 소 분자 폴리산을 첨가시킴에 의해 추가로 증진될 수 있음을 발견하였다. 임의의 이론에 얽메이려는 의도없이, 양자화된 직쇄 PEI는 폴리산(예컨대, 시트레이트)의 음이온 형태에 결합하여 복합체를 형성하는 것으로 여겨진다. 적합한 유기 폴리산은 유기 삼염기산과 같은, 적어도 3개의 카복실산 그룹(예컨대, 3, 4, 5, 및/또는 6개의 카복실산 그룹)을 포함하는 폴리카복실산을 포함한다. 폴리카복실산의 구체적인 예는 시트르산, 이소시트르산, 아토니트산, 프로판-1,2,3-트리카복실산, 헤미멜리트산, 트리멜리트산, 트리메스산, 프레니트산, 멜라노판산, 피로멜리트산, 벤젠펜타카복실산, 멜리트산, 에틸렌디아민-N,N'-디말론산(EDDM), 2,2'-아잔디일디석신산, 2,2'-옥시디석신산(ODS), 에틸렌디아민디석신산(EDDS), 디에틸렌트리아민펜타아세트산(DTP A), 에틸렌 디아민 테트라아세트산(EDTA), 2,2'-((((1,2-디카복시에틸)아잔디일)비스(에탄-2,1-디일))비스(옥시))디석신산, 및 이의 임의의 조합을 포함한다. 바람직하게는 폴리산은 시트르산이다. PEI-시트레이트 복합체는 양자화된 직쇄 PEI 대 시트르산의 비가 약 70:30 내지 90:10(예컨대, 약 70:30, 약 75:25, 약 80:20, 약 85/15, 또는 약 90:10)의 범위인 경우 안정한 코로이드질(colloidal)을 형성한다. 보다 많은 시트르산이 복합체 속에서 요구되는 경우, 예를 들면 60:40인 경우, 콜로이드질은 불안정해질 수 있다. 그러나, 콜로이드질은 보다 큰 시트레이트 복합체를 여과함으로써 안정성이 되도록 할 수 있다.
다른 구현예에서, 양이온성 중합체는 키토산이다. 양이온성 중합체가 키토산인 경우, PEC의 형성은 임의적인데, 즉, 음이온성 중합체가 조성물 속에 임의로 존재한다. 일부 예에서, 95% 이하의 탈아세틸화 및/또는 4급화(예컨대, 트리메틸키토산)를 지닌 탈아세틸화를 지닌 키토산은 보다 안정한 고 분자량의 키토산을 생성한다. 따라서, PEC의 형성을 필요로 하지 않기에 충분한 내구성의 저 용해성 필름을 생성시키는 것이 가능하다.
키토산은 전형적으로 수 평균 분자량이 20,000 g/mol 내지 2,000,000 g/mol이다. 키토산은 수 평균 분자량이 2,000,000 g/mol 이하, 예를 들면, 1,750,000 g/mol 이하, 1,500,000 g/mol 이하, 또는 1,250,000 g/mol 이하이다. 대안적으로, 또는 추가로, 키토산은 수 평균 분자량이 20,000 g/mol 이상, 예를 들면, 50,000 g/mol 이상, 100,000 g/mol 이상, 250,000 g/mol 이상, 500,000 g/mol 이상, 또는 1,000,000 g/mol 이상이다. 따라서, 키토산은 전술한 종점 중 어느 2개에 의해 결합된 수 평균 분자량을 가질 수 있다. 예를 들면, 키토산은 수 평균 분자량이 20,000 g/mol 내지 2,000,000 g/mol, 20,000 g/mol 내지 1,750,000 g/mol, 20,000 g/mol 내지 1,500,000 g/mol, 20,000 g/mol 내지 1,250,000 g/mol, 20,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 50,000 g/mol 내지 2,000,000 g/mol, 100,000 g/mol 내지 2,000,000 g/mol, 250,000 g/mol 내지 2,000,000 g/mol, 500,000 g/mol 내지 2,000,000 g/mol, 또는 1,000,000 g/mol 내지 2,000,000 g/mol일 수 있다.
항미생물 조성물은 임의로 적어도 하나의 음이온성 중합체를 포함하며, 이는양이온성 중합체와 함께 PEC를 형성하고, PEC는 본 발명에 2가지 중요한 장점을 제공할 수 있다: 1) PEC를 사용한 중합체의 조립은 화학적 가교결합제의 사용을 제거함으로써 시약의 가능한 독성 및 다른 바람직하지 않은 효과를 감소시키고; 2) 폴리산과 폴리 염기 사이에 형성된 PEC는 용해 매질 속에서 pH 변화에 대해 내성이다.
음이온성 중합체는 폴리아크릴산 염, 폴리설페이트, 폴리설포네이트, 폴리카복실레이트, 폴리옥소메탈레이트, 설폰화되거나 카복실화된 메탈로포르피린, 크산탄 검, 알기네이트, 또는 리그닌 화합물(예컨대, 리그노설포네이트, 펙틴, 카라기난, 후메이트, 풀베이트, 안지코 검(angico gum), 검 콘다고구(코클레오스페르뭄 고시피움 DC), 나트륨 알킬 나프탈렌 설포네이트(예컨대, MORWET™), 폴리-γ-글루탐산, 말레익 전분 반-에스테르, 카복시메틸 셀룰로즈, 콘드로이틴 설페이트, 덱스트란 설페이트, 및 하이알루론산)로부터 선택된 음이온성 중합체와 같은, 양이온성 중합체와 함께 PEC를 형성할 수 있는 임의의 적합한 음이온성 중합체일 수 있다. 음이온성 중합체는 직쇄, 측쇄, 수지(dendritic), 그래프트일 수 있거나 공중합체(예컨대, 블록 공중합체)로서 존재할 수 있다.
바람직한 구현예에서, 음이온성 중합체는 폴리아크릴산 염(PAAS)이다. PAAS의 구체적인 예는 폴리아크릴산 알칼리 금속 염(예컨대, 폴리아크릴산 나트륨 염) 및 폴리아크릴산 암모늄 염이다. 폴리아크릴산 염은 수 분자량이 적어도 10,000 g/mol이다. 예를 들면, 폴리아크릴산 염은 수 평균 분자량이 20,000 g/mol 이상, 예컨대, 40,000 g/mol 이상, 60,000 g/mol 이상, 80,000 g/mol 이상, 100,000 g/mol 이상, 120,000 g/mol 이상, 또는 140,000 g/mol 이상이다.
PEC 입자의 크기 및 내부 구조는 예를 들면, 형성 공정, 매질 및 구조 매개변수, 특히, 혼합 순서, 혼합 비, PEC 농도, pH, 및 분자량에 의해 조절된다. PEC 입자의 크기를 조절하는 것은 입자 크기가 1) 피커링(Pickering) PEC의 전체 안정성; 2) 분산에 의해 형성된 필름의 용해력(solvency); 및 3) 기판에 대한 필름의 부착 강도에 영향을 미치므로 중요하다. 필름의 용해력 및 부착성은 최종 PEC 콜로이드의 크기를 조절함으로써 조율할 수 있다. 일부 적용은 덜 가용성이고 보다 부착성인 필름을 필요로 할 수 있다. 그러나, 이러한 2개의 속성을 조율하는 것은 안정성 쟁점에 의해 항상 구속될 것이다. 너무 많은 음이온성 중합체가 사용되는 경우, PEC 콜로이드는 너무 커져서 침전될 것이다.
최종 PEC 입자의 크기는 양이온성 다전해질(n+)의 양에 대한 음이온성 다전해질(n-)의 양에 의해 결정될 수 있다. n-/n+ 비가 높은 경우, PEC 입자는 성장할 것이다. 그러나, 양이온성 중합체가 음이온성 중합체 내에 도우징(dosing)되는 경우, 가속화된 성장 점이 존재한 후 크기가 작아진다. 도핑(doping)의 바람직한 방법은 이러한 도우징 순서가 가장 작은 입자(n-/n+가 0.8 이하로 추정됨)를 생성할 수 없다 해도, 음이온성 중합체를 양이온성 중합체내로 도우징하는 것이다.
PEC 입자의 크기는 또한 혼합 순서에 의해 영향받는다. 음이온성 중합체가 양이온성 중합체내로 도우징되는 경우, PEC 입자는 보다 더 커진다. 그럼에도 불구하고, 이러한 바람직하지 않는 성장을 상쇄시키는 기술이 존재한다. 첫째로, 형성하는 용액 속에서 다전해질의 농도를 제한함으로써 PEC 유액 입자의 크기를 작게 유지시킬 수 있다; 다시 말해서, 매우 묽은 용액을 사용하여 작업할 수 있다. 바람직한 혼합 순서가 입자 크기에 유해한 효과를 가짐을 고려할 때, 본 발명에 설정된 상쇄 전략은 묽은 용액을 사용하여 작업하는 것, 즉, 중합체의 농도를 제한한 후 PEC의 형성 후 과량의 물을 증발 제거하는 것이다. 본 발명의 구체적인 구현예에서, 방법은 양이온성 중합체(예컨대, 폴리디알릴디알킬암모늄 염, 아크릴옥시알킬트리알킬암모늄 염, 비닐페닐알킬트리알킬암모늄 염, 아크릴아미도알킬트리알킬암모늄 염, PEI, 및/또는 키토산)를 약 0.001 내지 0.1 M(예컨대, 0.005 M)의 농도에서 사용하는 것을 선호하지만 이에 한정되지 않는다.
성장하는 PEC의 경향성을 상쇄시키는 제2의 방법은 음이온성 중합체 혼합물의 pH에 대해 양이온성 중합체 혼합물의 pH를 제어하는 것이다. 예를 들면, 양이온성 중합체의 보다 낮은 pH(pH ~4) 및 음이온성 중합체의 높은 pH(pH ~10)는 보다 작은 입자 크기를 생성한다. 따라서, PEC를 생성하기 위한 양이온성 중합체(예컨대, 폴리디알릴디알킬암모늄 염, 아크릴옥시알킬트리알킬암모늄 염, 비닐페닐알킬트리알킬암모늄 염, 아크릴아미도알킬트리알킬암모늄 염, PEI, 및/또는 키토산)의 pH가 ~4에서 유지되고 음이온성 pH가 ~10에서 유지되는 것이 바람직하지만 요구되지는 않는다. 최종 PEC 용액의 pH는 ~4.5이며 증발 후, pH는 ~7.4로 조절된다. 양이온성 중합체의 보다 낮은 pH는 보다 작은 입자 크기에 기여하므로 도우징 순서 및 분자량의 부정적 영향을 상쇄하도록 도움으로써, 보다 큰 입자 크기를 조성하는 것으로 여겨진다.
항미생물 조성물은 EPA 세포독성 시험을 통과하기 위하여 pH가 7 근처에서 유지되어야 한다. 심지어 시험 동안 필름의 약간의 용해는 침출을 유발할 수 있으며, 7 초과 또는 미만의 pH는 시험에 사용된 포유동물 세포를 사멸시킬 것이며 필름은 실패할 것이다. 또한, pH 7은 음이온성 중합체가 이온화된 형태로 유지되는 것을 보증하는 것을 도울 수 있다. 필요한 경우, pH는 적합한 산(예컨대, 염산, 황산, 시트르산 등) 또는 염기(예컨대, 수산화나트륨, 수산화칼륨)의 첨가에 의해 조절될 수 있다. 최종 pH는 임의의 유기 및/또는 무기 입자를 PEC 내로 분산시킨 후 조절하는 것이 추천된다.
본 발명과 관련하여, PEC 표면이 강력하게 양성으로 남는 것이 중요하다. 예를 들면, 과도한 양의 음이온성 중합체가 첨가되는 경우(즉, (n-/n+)가 너무 높은 경우), PEC 입자 전하는 음성으로 될 것이며, 이는 항미생물 작용 방식이 음성으로 하전된 미생물 막을 공격하여 구멍을 뚫는 양으로 하전된 양이온성 중합체(들)과 관련되는 것으로 여겨지므로, 항미생물 조성물의 효능을 파괴할 수 있다. 따라서, PEC 입자 전하가 양으로 남아있는 것이 중요하다. 본 발명의 목적을 위해, (n-/n+) 값이 0.3을 초과하지 않고, 바람직하게는 0.2 이하인 것이 추천된다.
일반적으로, 필름 두께에 대한 ppm은 조합된 용액(예컨대, PEC 용액)으로부터 증발되는 담체(예컨대, 물)의 양에 의해 측정된다. 매우 묽은 농도로 작업하는 경우, 고려할만한 과량의 담체는 필름-형성 조성물 속에서 고체의 바람직한 ppm에 도달하기 위해 증발될 필요가 있다.
본 발명의 국면은 PEC가 용액 속에서 약 500 nm 미만(예컨대, 400 nm 미만, 300 nm 미만, 200 nm 미만)의 용액 중 평균 응집체 크기를 갖도록 하는 방식으로 조립되는 것이다. 일부 구현예에서, 응집 크기는 직경이 약 100 nm 미만(예컨대, 80 nm 미만, 50 nm 미만, 25 nm 미만, 10 nm 미만)이다. 연합성 PCE의 입자 크기 및 분자량은 정적 또는 역학적 광 산란을 통해 측정할 수 있다.
항미생물 조성물은 바람직하게는 또한 조성물이 기판의 표면에 부착하여 즉시 세척 제거될 수 없는 잔류성 자가-위생처리 필름을 형성하도록 하는 적어도 하나의 접착 촉진제를 포함한다. 일부 구현예에서, 잔류성 자가-위생처리 필름은 기판의 표면에 공유결합으로 결합되지 않는다. 접착 촉진제는 일부 예에서, 커플링제로서 기술될 수 있다. 접착 촉진제는 전형적으로 바람직한 기판, 적어도 하나의 양이온성 중합체, 또는 둘 다의 표면에 인력을 갖는 적어도 하나의 작용 그룹을 지닌 하나 이상의 화합물이다. 접착 촉진제의 적합한 예는 티타네이트, 카복실화된 측쇄 또는 직쇄 PEI, 실란 화합물, 양이온성 블록 공중합체, 및 아실 또는 카복실산, 및 카복실산 유도체와 같은 "점성(sticky)," 반응성 그룹을 생성할 다른 중합체를 포함한다. 바람직하게는, 접착 촉진제는 중합체의 양이온성 전하로부터 탈착되지 않으므로, 카복실화되고 측쇄된 PEI이다.
티타네이트는 표면에 부착하는 조성물의 능력을 증가시키고/시키거나 조성물 또는 조성물로부터 형성된 필름이 시험 (i) 내지 (v) 중 하나 이상을 통과하도록 할 수 있도록 하는 임의의 적합한 티타네이트일 수 있다. 전형적으로, 티타네이트는 알콕시 티타네이트, 네오알콕시티타네이트, 옥시아세테이트 킬레이트화된 티타네이트, 에틸렌 킬레이트화된 티타네이트, 피로포스페이트 티타네이트, 및 이의 조합물로부터 선택된다.
바람직한 구현예에서, 티타네이트는 티탄 IV 2,2(비스 2-프로페놀레이토메틸)부탄올레이토, 트리스 네오데카노에이토-O, 티탄 IV 2,2(비스 2-프로페놀레이토메틸)부탄올레이토, 트리스(도데실)벤젠설포네이토-O, 티탄 IV 2,2(비스 2-프로페놀레이토메틸)부탄올레이토, 트리스(디옥틸)포스페이토-O, 티탄 IV 2,2(비스 2-프로페놀레이토메틸)부탄올레이토, 트리스(디옥틸)피로포스페이토-O, 티탄 IV 2,2(비스 2-프로페놀레이토메틸)부탄올레이토, 트리스(2-에틸렌디아미노)에틸레이토, 티탄 IV 2,2(비스 2-프로페놀레이토메틸)부탄올레이토, 트리스(3-아미노)페닐레이토, 티탄 IV 2,2(비스 2-프로페놀레이토메틸)부탄올레이토, 트리스(6-하이드록시)헥사노에이토-O, 또는 임의의 이의 조합물로부터 선택된다. 전형적으로, 티타네이트는 티탄 IV 2,2(비스 2-프로페놀레이토메틸)부탄올레이토, 트리스 네오데카노에이토-O이다.
항미생물 조성물은 임의의 적합한 양의 티타네이트를 포함함으로써 잔류성 자가-위생처리 필름을 형성할 수 있다. 항미생물 조성물은 예를 들면, 티타네이트를 양이온성 중합체의 단량체("wbm")를 기반으로 0.1 중량% 이상의 양, 예를 들면, 0.2% wbm 이상, 0.3% wbm 이상, 0.4% wbm 이상, 또는 0.5% wbm 이상의 양으로 포함할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 항미생물 조성물은 티타네이트를 양이온성 중합체의 6% wbm 이하, 예를 들면, 5% wbm 이하, 4% wbm 이하, 3% wbm 이하, 2% wbm 이하, 1% wbm 이하, 0.9% wbm 이하, 0.8% wbm 이하, 또는 0.7% wbm 이하의 양으로 포함할 수 있다. 따라서, 항미생물 조성물은 티타네이트를 전술한 종점 중 임의의 2개에 의해 결합된 양으로 포함할 수 있다. 예를 들면, 항미생물 조성물은 티타네이트를 양이온성 단량체의 0.1% wbm 내지 6% wbm의 양, 예를 들면, 0.2% wbm 내지 6% wbm, 0.3% wbm 내지 6% wbm, 0.4% wbm 내지 6% wbm, 0.5% wbm 내지 6% wbm, 0.5% wbm 내지 5% wbm, 0.5% wbm 내지 4% wbm, 0.5% wbm 내지 3% wbm, 0.5% wbm 내지 2% wbm, 0.5% wbm 내지 1% wbm, 0.5% wbm 내지 0.9% wbm, 0.5% wbm 내지 0.8% wbm, 또는 0.5% wbm 내지 0.7% wbm, 예컨대, 0.6% wbm의 양으로 포함할 수 있다.
접착 촉진제는 측쇄, 직쇄, 또는 측쇄와 직쇄의 혼합물인 카복실화된 PEI(PEI-COOH)일 수 있다. PEI-COOH는 상업적으로 시판되거나 PEI로부터 제조될 수 있다. 예를 들면, 수중 브로모아세트산을 수중 PEI에 첨가할 수 있다. 이후에, 수득되는 혼합물을 교반한 후 여과하여 중합체를 분리하고 반응하지 않은 산을 제거한다. PEI-COOH는 임의의 적합한 분자량을 가질 수 있지만 전형적으로 수 평균 분자량이 15,000 g/mol 내지 250,000 g/mol이다. PEI-COOH는 0.01 중량%, 0.1 중량%, 0.5 중량%, 1 중량%, 1.5 중량%, 2 중량%, 및/또는 2.5 중량%에서 종점을 갖는 범위를 포함하는, 일반적으로 0.001 중량% 내지 3 중량%의 범위의 적합한 양으로 사용될 수 있다. 바람직한 양은 0.001 중량%와 같이, 0.001 중량% 내지 0.01 중량%의 범위이다.
실란 커플링제와 같은, 실란 화합물은 접착 촉진제로서 사용될 수 있다. 일반적으로, 실란 커플링제는 양이온성 중합체와 같이, 유기 그룹이 기판과 같은 무기 그룹에 결합하도록 하는 말단 끝 둘 다에서 작용 그룹을 갖는다. 실란 화합물은 화학식 R-(CH2)n-Si-X3를 가질 수 있고, 여기서 R은 유기작용성 그룹(예컨대, 임의 치환된 직쇄 또는 측쇄 C1-C20 알킬, 페닐 또는 나프틸과 같은 임의 치환된 아릴, -H(CH2)3NH2와 같은 아미노, 에폭시, 또는 메타크릴옥시)이고, n은 0 내지 6의 정수이며, X는 가수분해가능한 그룹(예컨대, 알콕시, 아실옥시, 할로, 또는 아미노)이다. 적합한 예는 트리알콕시실란 및 모노알콕시실란을 포함하고, 여기서 알콕시는 C1-C6 알콕시(예컨대, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 또는 이의 조합물), 2개의 알콕시-실란 측쇄를 지닌 디포달(dipodal)(측쇄된) 실란, 사이클릭 아자실란, 비닐 실란, 아크릴옥시 실란, 에폭시실란, 및 아미노실란, 또는 이의 임의의 조합이다. 실란 화합물의 구체적인 예는 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, n-옥티트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐트리클로로실란, 비닐트리스(β-메톡시에톡시)실란, 비닐트리에톡시 실란, 비닐트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필-트리메톡시 실란, β-(3,4-에폭시사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란, γ-글리시독실프로필-트리메톡시실란, γ-글리시도프로필-메틸리디에톡시실란, N-β(아미노에틸)-γ-아미노프로필-트리메톡시실란, N-β(아미노에틸)-γ-아미노프로필-메틸디메톡시실란, 3-아미노프로필-트리에톡시실란, 및 N-페닐-γ-아미노프로필-트리메톡시실란, 또는 이의 조합물을 포함한다.
접착 촉진제는 또한 아미노 및/또는 하이드록시와 같은 염기성 또는 산성 접착 그룹을 지닌 고 분자량 폴리에틸렌-계 공중합체와 같은 양이온성 블록 공중합체일 수 있다. 이러한 유형의 시판 제품은 BYK™ 4500, BYK™ 4510, BYK™ 4509, BYK™ 4512, 및 BYK™ 4513을 포함하며, 이는 BYK Chemie GmbH(독일 베젤 소재)로부터 이용가능하다. 블록 공중합체의 적합한 양은 0.01%, 0.1%, 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 2.5%, 3%, 3.5%, 4%, 또는 5%에서 종점을 갖는 범위를 포함하는, 0.001중량% 내지 5중량%의 범위이다. 바람직한 양은 1 중량%와 같이, 0.5 중량% 내지 2 중량%의 범위이다.
접착 촉진제는 또한 아실 그룹, 카복실산, 카복실산 유도체, 황-함유 모이어티(예컨대, 티오), 아미노 그룹, 하이드록실, 및/또는 할로-함유 그룹과 같은 "점성" 반응성 그룹을 천연적으로 가지거나 가지도록 개질된 중합체일 수 있다. 중합체 자체는 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(에틸렌-비닐아세테이트), 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 에테르 또는 이의 조합물과 같은, 바람직하게는 전하가 없는 임의의 적합한 모이어티이다. 중합체의 적합한 양은 0.01 중량%, 0.1 중량%, 0.5 중량%, 1 중량%, 1.5 중량%, 2 중량%, 및/또는 2.5 중량%에서 종점을 갖는 범위를 포함하는, 0.001 중량% 내지 3 중량%의 범위이다. 바람직한 양은 1 중량%와 같이, 0.5 중량% 내지 2 중량%의 범위이다.
일부 구현예에서, 항미생물 조성물은 가시광 속에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자를 포함하며, 가시 광(예컨대, 390 내지 700 nm) 속에서 광촉매적으로 활성인 임의의 적합한 유기-계(예컨대, 그래핀 또는 그래파이트 질화탄소(g-C3N4)) 및/또는 무기-계 입자일 수 있다. 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자는 조성물의 소득 특성을 증강시키는 병원성 미생물을 파괴할 수 있는(예컨대, 씨. 디피실레, 세균 및/또는 flu 및 SARS를 포함하는 바이러스를 사멸시키는) 반응성 산소 종을 생성한다. 일반적으로, 가시광 속에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자는 그래핀, g-C3N4, 전이 금속 산화물, 전이 금속 황화물, 전이 금속 셀레나이드, 염료 감작화제(dye sensitizer), 공액 중합체, 귀금속, 또는 이의 혼합물로부터 선택된다. 입자의 혼합물은 2개 이상의 상이한 종류의 입자가 항미생물 조성물 속에 존재함을 의미하는 반면, 다중접합 복합체 속에서는, 복합체의 다양한 성분이 단단하게 커플링되어 전자 전달을 보증하고, 구멍의 재조합을 최소화한다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "입자"는 구체-유사 입자(예컨대, 구) 및 플레이틀렛(platelet), 막대, 입방체, 및 플레이크(flake)와 같은 다른 유형 또는 다양한 유형 및 형태의 조합을 포함한다.
그래핀은 탄소의 동소체이며, 여기서 탄소 원자는 1개 원자 두께인 시이트(sheet) 속에서 서로 결합되어 있다. 그래핀은 산소- 및/또는 질소-함유 그룹으로 임의로 작용화될 수 있다. 그래파이트의 유사체는 광촉매성인, 그래파이트 질화탄소(g-C3N4)이다.
전이 금속 산화물, 설파이드, 및 셀레나이드는 적어도 하나의 금속 원자 및 산소, 황, 또는 -2의 산화 상태를 갖는 셀레늄의 적어도 하나의 음이온을 포함하는 임의의 적합한 화합물일 수 있다. 일부 국면에서, 전이 금속 산화물은 이산화규소(훈증 실리카, 무정형 실리카, 침전 실리카, 친수성 실리카, 및 소수성 실리카), 이산화티탄, 산화아연, 산화철, 산화알루미늄, 산화세륨, 산화지르코늄, 및 이의 조합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고/되거나; 전이 금속 황화물은 황화카드뮴, 이황화몰리브데늄, 황화텅스텐, 황화은, 황화아연, 황화셀레늄, 이황화철, 황화니켈, 황화루테늄, 황화코발트, 및 이의 조합물로부터 선택되고/되거나; 전이 금속 셀레나이드는 셀렌화카드뮴, 셀렌화구리, 셀렌화구리 제라늄, 셀렌화구리인듐갈륨, 셀렌화구리티탄, 셀렌화인듐, 이셀렌화망감, 셀렌화티탄, 이셀렌화텅스텐, 셀렌화은, 셀렌화이은, 삼셀렌화이금, 황화아연, 셀렌화철, 셀렌화니켈, 셀렌화루테늄, 셀렌화코발트, 및 이의 조합물로부터 선택된다.
텅스텐 도핑 뿐만 아니라 다른 금속 도핑도 전하 재조합을 억제하고 광촉매의 광촉매 활성을 증진시키는 것으로 입증되었다(Rozenberg et al., Prog Polym Sci, 2008, 33: 40-112). 특정 구현예에서, 전이금속 산화물/황화물/셀레나이드 입자는 텅스텐, 질소, 또는 텅스텐과 질소의 조합물과 같은 적합한 금속으로 도핑될 수 있다.
일 구현예에서, 전이 금속 산화물은 이산화티탄(TiO2)이다. TiO2 입자는 TiO2의 임의의 적합한 무기물 형태로부터 수득될 수 있다. 예를 들면, TiO2 입자는 예추석(anatase) 결정성 구조, 판티탄성(brookite) 결정성 구조, 또는 금홍석 결정성 구조를 유지할 수 있다. 바람직한 구현예에서, TiO2는 예추석 결정성 구조를 유지한다.
TiO2 입자는 임의의 적합한 구조형일 수 있다. 전형적으로, TiO2 입자는 TiO2 나노입자("NP")이다. TiO2 나노입자는 임의의 적합한 공정에 의해 합성될 수 있다. 예를 들면, TiO2 나노입자는 액체-합성되거나 가스-합성될 수 있다. 바람직한 구현예에서, 액체 합성은 연질 응집체를 생성하는 경향이 있으며, 이는 TiO2를 분산시키기 보다 용이하게 하므로, TiO2 나노입자는 액체-합성된다. 예시적인 TiO2 나노입자는 텅스텐으로 도핑된 액체-상 합성된 TiO2 나노입자인, 25 nm의 예추석이며, 이는 Nanostructured & Amorphous Materials, Inc.(텍사스주 휴스턴 소재)로부터 구입할 수 있다.
작용화 TiO2 입자의 구체적인 예에서, W-도핑된, 액체 합성된 TiO2 (20 nm)를 400℃에서 1시간 동안 우레아로 하소(calcining)시키면, 이는 TiO2 입자에 공유결합으로 부착된 폴리(아미노-트리-s-트리아진) 중합체를 생산한다. 다음에, W/N-도핑된 TiO2 입자를 분말화된 우레아와 함께 분쇄한다. 하소로부터 생성된 경질 물질을 분말로 분쇄하고 이를 우레아와 함께 플랜터리 볼 분쇄기(planetary ball mill) 속에 둔다. 분쇄 사양은 300 rpm에서 30분 동안 10% 우레아와 중량이 TiO2의 중량의 10배인 볼과 함께 분쇄하는 것이다. 30분 후, 분쇄 드럼을 200 ml의 H2O로 3/4 채우고 추가로 5분 동안 분쇄하여 TiO2 나노 입자를 포획하여 분산시킨다. 이후에, 성분을 비이커에 넣고 150W UV 광 하에서 1시간 동안 혼합한다. 고도로 분산된 나노입자는 이후에 항미생물 조성물에 첨가되기 용이하게 된다. 나노분말이 물 속에 고도로 분산되는 것에 주목하는 것이 중요하며, 이는 나노입자를 비-응집된 나노 상태로 유지시킨다. 따라서, 본원에 기술된 작용화 공정은 TiO2가 물 속에 분산될 수 있도록 하며, 여기서 TiO2는 전형적으로 알코올 속에서만 분산될 수 있다. 표면활성제를 포함하지 않는 이러한 안정한 나노-분산액의 생성은 입자가 양이온성 중합체 용액 또는 PEC 내로 분산되는 경우, 입자가 가시광에 반응하는 이들의 능력을 가능하게는 약화시킬 수 있는 계면활성제로 오염되지 않을 것임을 의미한다.
TiO2 입자의 고-에너지 분쇄는 다음의 2가지를 달성한다: 1) 이는 분말을 탈-응집시켜 나노입자를 생성하고; 2) 우레아는 입자를 질소로 이중 도핑하며, 특히, 임의의 새로이 노출된 입자 측면(facet)은 고-에너지 분쇄가 응집체 및 집합체를 파괴함에 따라 도핑된다. 본질적으로, 분쇄는 질소를 공극내로 집어넣어서 하소 공정 동안에 이미 노출되지 않은 측면을 덮는다. 우레아를 사용한 하소 및 우레아를 사용한 분쇄 후, TiO2 나노입자를 150 와트(watt)의 UV 광으로 조사한다. 특정한 이론에 얽메이려는 의도없이, TiO2 나노 입자의 표면 상에 하이드록실 그룹의 도입으로 인하여 UV 조사는 TiO2 나노입자의 가시광 반응성을 증진시키는 것으로 여겨진다. 이는 입자가 물 속에 용이하게 분산되는 이유에 대한 하나의 설명이 된다. 메틸렌 블루를 분해하는 작용화된 나노입자의 능력을 시험하였으며, 모든 4개의 작용화 단계의 합은 90분 내에 염료를 유의적으로 분해하였음이 관찰되었다.
마지막으로 하소, 분쇄, 세척, 및 광 조사 후, 입자를 염료-감작화시킬 수 있다. 전이 금속 산화물 입자(예컨대, TiO2)의 가시광 민감성을 향상시키기 위한 염료의 사용의 이론 및 실시가 "염료-감작화된 태양 전지(dye-sensitized solar cell)" (DSSC) 기술의 중심이다. DSSC는 이들의 비교적 낮은 비용 및 높은 효율로 인하여 최근 몇년 동안 크게 관심이 집중되어 왔다. DSSC는 필수적으로 광-전기화학적 시스템이며, 여기서 광 수거는 광-전극 필름을 형성하는 산화물 나노구조물의 표면에 흡착된 염료 분자에 의해 달성된다. 화학흡착되거나 물리흡착된 염료를 통한, TiO2와 같은, 광범위 밴드 갭 반도체 광-촉매의 표면 감작화는 여기 과정(excitation process)의 효율을 증가시킬 수 있으며 전이 금속 산화물 입자(예컨대, TiO2)에 대한 여기의 파장 범위를 확장시킬 수 있다. 이는 구멍 또는, 보다 일반적으로, 전자를 입자내로 주입할 수 있는 감작화제의 여기를 통해 발생한다. 염료의 단층이 고 표면적을 지닌 광촉매 위에 분산되는 경우 고 효율 전하 주입이 관찰된다. 이러한 감작화는 광촉매의 파장 반응의 범위를 증가시키며, 이는 천연 태양광 하에서 이를 작동시키는 것이 중요하다. 염료로부터 전이 금속 산화물 입자(예컨대, TiO2)로의 전자 주입 및 역 전자-전달 속도는 염료 분자의 특성, 전이 금속 산화물 입자(예컨대, TiO2)의 특성, 및 염료와 전이 금속 산화물 입자 사이의 상호작용에 의존한다. 염료는 플루오레세인, 플루오레세인 이소티오시아네이트, 시아닌, 메로시아닌, 헤미시아닌, 페릴렌, 크산텐, 포르피린(예컨대, 테트라페닐포르피린), 프탈로시아닌(예컨대, 구리 프탈로시아닌), 폴리엔, 폴리티오펜, 쿠마린(예컨대, KX-2677, KX-2587, KX-2697, KX-2753, KX-2586, 또는 KX-2311), 및 루테늄-계 염료(예컨대, (Bu4N)2[Ru(dcbpyH)2(NCS)2](N719), (Bu4N)2[Ru(dcbpy)2(NCS)2], 시스-디(티오시아네이토)비스(2,2'-비피리딜-4,4'-디카복실레이트)루테늄(II)(N3), 트리(티오시아네이토)-2,2',2''-테르피리딜-4,4',4''-트리카복실레이트)루테늄(II)(흑색 염료), K8, K9, K19, 및 Z907)과 같은 임의의 적합한 화합물이다. 본 발명의 구체적인 구현예에서, N719 염료는 하소된/분쇄된/UV 광 작용화된 전이 금속 산화물 입자(예컨대, TiO2)를 1시간 동안 암실에서 에탄올 중 N719의 0.5 mM 혼합물과 혼합함으로써 적용된다. 다른 염료를 또한 사용할 수 있다. 작용화된 입자는 경사제거하고, 원심분리하며, 물에 다시 첨가할 수 있다.
본원에 기술된 임의의 구현예에서, TiO2 입자를 텅스텐 및 질소로 도핑하고 자외선(UV) 광 하에 가수분해한다. 수득되는 입자는, 특히 이러한 입자를 본 발명의 항미생물 조성물로부터 형성된 필름 속에 포매(embedding)시키는 경우, 항미생물제로서 효과적인 가시성의 광-반응성 TiO2 입자이다. 따라서, 본 발명은 (i) 텅스텐 및 질소로 도핑된 가시광-반응성 TiO2 입자, (ii) 적어도 하나의 접착 촉진제(예컨대, 티타네이트, 카복실화되고 측쇄된 PEI), 및 (iii) 담체를 포함하는 항미생물 조성물을 표면에 적용시킴을 포함하여, 표면에서 미생물을 사멸시키는(예컨대, 표면을 소독하거나, 잔류 자가-위생처리 필름을 제공하거나, 또는 둘 다) 방법을 제공한다. 접착 촉진제는 본원에 기술된 바와 같고, 담체는, 예컨대, 본원에 기술된 바와 같이, 물, 알코올, 또는 물과 알코올의 조합물일 수 있다.
임의의 특수한 이론에 얽메이려는 의도없이, TiO2의 전자 구조는 충전된 원자가 밴드 및 빈 전도 밴드에 의해 특징화된다. 밴드 갭 에너지가 여기되면 전자가 원자가 밴드로부터 전도 밴드로 촉진되어 전자-구멍 쌍이 생성된다. 이러한 전자 구멍은 물과 반응하여 때때로 반응성 산소 종(ROS)으로 지칭되는, 하이드록실 라디칼과 같은 활성 산소를 생성한다. TiO2의 양성 구멍은 물 분자를 쪼개어서 수소 가스 및 하이드록실 라디칼을 형성한다. 음성 전자는 산소 분자와 반응하여 슈퍼옥사이드 음이온(Ο2 -)을 형성한다. 슈퍼 옥사이드 음이온은 또한 물 분자와 반응하여 하이드록실 라디칼 퍼옥사이드(·ΟΟΗ) 및 과산화수소(H2O2)를 생성한다. 각각의 ·ΟΗ, 02 -, ·ΟΟΗ, 및 H2O2는 병원성 미생물과 반응하여 이들의 세포 구조를 파괴한다.
추가로, 전자 구멍 자체는 미생물 세포 벽, 세포막, 및 세포 성분과 직접 반응할 수 있다. 미생물 및 세균에서, 세포내 보조효소 A(CoA)는 TiO2에 의해 산화되어 CoA 이량체가 이의 활성을 상실하도록 하며, 이는 세포의 호흡을 중지시켜 최종적으로 미생물 사멸을 야기한다. 이러한 과정 동안, 사멸된 세포와 TiO2 사이의 전자 이동이 CoA를 통과한다. 따라서, CoA의 성분은 감소하고 CoA 이량체가 증가한다.
염료 감작화제는 플루오레세인, 플루오레세인 이소티오시아네이트, 시아닌, 메로시아닌, 헤미시아닌, 페릴렌, 크산텐, 포르피린(예컨대, 테트라페닐포르피린), 프탈로시아닌(예컨대, 구리 프탈로시아닌), 폴리엔, 폴리티오펜, 쿠마린(예컨대, KX-2677, KX-2587, NKX-2697, KX-2753, KX-2586, 또는 KX-2311), 및 루테늄-계 염료(예컨대, (Bu4N)2[Ru(dcbpyH)2(NCS)2](N719), (Bu4N)2[Ru(dcbpy)2(NCS)2], 시스-디(티오시아네이토)비스(2,2'-비피리딜-4,4'-디카복실레이트)루테늄(II)(N3), 트리(티오시아네이토)-2,2',2"-테르피리딜-4,4',4"-트리카복실레이트)루테늄(II)(흑색 염료), K8, K9, K19, 및 Z907)와 같은 임의의 적합한 화합물이다.
유기 및/또는 무기 광촉매 입자는 전도되는 공액 중합체를 포함할 수 있다. 적합한 공액 중합체는 폴리피롤(Ppy), 폴리(3-헬실티오펜)(P3HT), 폴리카바졸, 폴리인돌, 폴리아제핀, 폴리아닐린, 폴리플루오렌, 폴리페닐렌, 폴리피렌, 폴리아줄렌, 폴리나프탈렌, 폴리티오펜(Ptp), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리(p-페닐렌 설파이드), 폴리아세틸렌, 폴리(p-페닐렌 비닐렌), 및 이의 임의의 조합물을 포함한다. 공액 중합체는 통상의 실내 광과 반응하여 반응성 산소 종(ROS)을 생성하도록 특이적으로 설계된 나노복합체 내로 혼입될 수 있다. ROS는 씨. 디피실레(C. difficile) 및 진균과 같은 사멸시키기 어려운 포자-유사 미생물을 파괴한다. ROS는 또한 미생물 부스러기를 산화하므로, 계속 진행중인 정화 기능을 수행한다. 특수한 구현예에서, 광촉매 나노복합체는: WTi02/CN 헤테로접합/Ppy를 포함하는 다중-접합 복합체로 구성되어 있으며, 여기서 WTi02는 본원에 기술된 바와 같은 텅스텐-도핑된 Ti02 나노입자이고, CN는 그래파이트 질화탄소(g-C3N4)이며, Ppy는 폴리피롤이다.
역사적으로, 대부분의 광촉매 물질은 중합체보다는 다양한 금속 황화물 및 금속 산화물에 대해 설계된다. 이산화티탄(Ti02)은 용이하게 이용가능하고, 저렴하며, 안정하고, 무독성이며, 자외선(UV) 광 스펙트럼에서 고도로 반응성이므로, 선택된 금속산화물이 되어 왔다. 본 발명자들은 통상의 실내 광 속에서 반응성일 수 있는 광촉매 물질을 생성하는 것이 목표이었기 때문에 Ti02의 사용을 능가하기를 원하였다. Ti02는 광범위한 밴드 갭(3-3.2 eV)을 갖기 때문에, 이는 UV 스펙트럼내의 광만을 흡수하며, 이들 중 어느 것도 실내 실내 광 속에 존재하지 않는다. 따라서, 본 발명은 중합체를 기반으로 하는, 즉, 금속을 사용하지 않거나 매우 제한하여 사용하는 광촉매 나노복합체를 제공한다. 이러한 나노복합체는 사람 및 환경에 대해 거의 독성이 없는 경향이 있으며 본원에 기술된 바와 같이, 양이온성 중합체-함유 잔류성 자가-위생처리 필름 속에 혼입되는 경우 양이온성 전하를 상쇄하는 음이온성 전하를 가지고 있지 않다. 보다 더 중합체를 기반으로 하는 나노복합체에서, WTiO2/CN 헤테로접합/Ppy 다중-접합 복합체 속의 WTiO2는 산-개질되거나 양자화된 그래파이트 질화탄소(g-C3N4)로 대체된다. CN의 양자화는 CN에게 원자가를 지닌 밴드 갭 및 TiO2와 매우 근접한 전도성 밴드를 제공한다. 본 발명자들은 산성화된 질화탄소(ACN)로 지칭되는 양자화된 CN을 생성한 후, 양자화된 CN을 이종 CN에 및 공액 중합체(예컨대, 폴리피롤(Ppy), 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT), 폴리티오펜(Ptp) 등)에 강력하게 커플링시킴으로써, 낮은 수준의 실내 광을 포획하도록 특이적으로 가공된 광촉매 복합체를 생성하는 몇가지 기술을 개발하였다. 이러한 방법은 미국 가특허원 제62/367,981호 및 본 발명자들의 동시 출원된 개개 특허원에 상세히 설명되어 있으며, 이의 전문은 본원에 참고로 포함된다.
이러한 신규한, 중합체-계, 광-반응성 물질의 이점은 다음 중 하나 이상을 포함한다: (i) 다중-접합 밴드 슬라이싱(multi-junction band slicing)을 사용한 최대 광 수거, (ii) 적절한 밴드 엣지(band edge)를 지닌 물질의 사용, 조립체의 서열분석 및 신속한 전자 수송을 조성하기 위한 강력한 커플링, 및 전자-구멍 재조합의 최소화에 의한 최대 양자 활용, (iii) 독성 화학물질을 사용하지 않거나 폐기물을 생성하지 않으며, 입사광의 광학 경로를 극대화하고 모든 "보이지않는" 나노/결정성 입자 및 플레이틀렛을 보존하는 마이크로, 나노, 및 결정성 입자 및 플레이틀렛의 혼합된 형태학 안정한 분산액을 생성하는 극도의 고 표면적을 지닌 나노, 메소포러스 물질(Nano, mesoporous material)을 생성하는 저-비용의, 용이하게 규모확장가능한 제조 과정을 사용한 조립체.
유기 및/또는 무기 광촉매 입자는 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 오스뮴, 이리듐, 백금, 금, 또는 이의 혼합물과 같은 귀금속을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 귀금속은 백금이다.
가시광에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자의 평균 직경은 특별히 제한되지 않으며 5 nm 내지 1,000 nm의 범위일 수 있다. 유기 및/또는 무기 입자는 평균 직경이 1,000 nm 이하, 예를 들면, 750 nm 이하, 500 nm 이하, 250 nm 이하, 또는 100 nm 이하이다. 대안적으로, 또는 추가로, 유기 및/또는 무기 입자는 평균 직경이 5 nm 이상, 예를 들면, 10 nm 이상, 또는 15 nm 이상일 수 있다. 따라서, 유기 및/또는 무기 광촉매 입자는 전술한 종점 중 임의의 2개에 의해 결합된 평균 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 유기 및/또는 무기 광촉매 입자는 평균 직경이 5 nm 내지 1,000 nm, 5 nm 내지 750 nm, 5 nm 내지 500 nm, 5 nm 내지 250 nm, 5 nm 내지 100 nm, 10 nm 내지 100 nm, 또는 15 nm 내지 100 nm일 수 있다.
항미생물 조성물은 임의의 적합한 양의 유기 및/또는 무기 광촉매 입자를 포함함으로써 잔류성 자가-위생처리 필름을 형성할 수 있다. 항미생물 조성물은 유기 및/또는 무기 광촉매 입자를 양이온성 단량체의 단량체 중량("wbm")을 기반으로 1 중량%의 양, 예를 들면, 1.5% wbm 이상, 2% wbm 이상, 2.5% wbm 이상, 3% wbm 이상, 4% wbm 이상, 또는 5% wbm 이상의 양으로 포함할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 항미생물 조성물은 유기 및/또는 무기 입자를 양이온성 중합체의 20% wbm 이하, 예를 들면, 18%% wbm 이하, 15% wbm 이하, 12% wbm 이하, 10% wbm, 9% wbm 이하, 8% wbm 이하, 7% wbm 이하, 6% wbm 이하, 또는 5% wbm 이하의 양으로 포함할 수 있다. 따라서, 항미생물 조성물은 유기 및/또는 무기 입자를 전술한 종점 중 임의의 2개에 의해 결합된 양으로 포함할 수 있다. 예를 들면, 항미생물 조성물은 유기 및/또는 무기 입자를 양이온성 단량체의 1% wbm 내지 20% wbm, 예를 들면, 1% wbm 내지 15% wbm, 1% wbm 내지 10% wbm, 1% wbm 내지 7% wbm, 1% wbm 내지 6% wbm, 1% wbm 내지 5% wbm, 4% wbm 내지 20% wbm, 5% wbm 내지 15% wbm, 4% wbm 내지 8% wbm, 또는 5% wbm 내지 8% wbm의 양으로 포함할 수 있다.
본 발명의 국면에서, 항미생물 조성물은 가시 광에서 광촉매적으로 활성인 적어도 하나의 유기 및/또는 무기 입자, 적어도 하나의 접착 촉진제, 및 담체를 포함한다. 유기 및 무기 광촉매 입자, 접착 촉진제, 및 담체는 본원에 기술되어 있다. 광촉매 입자를 포함하는 항미생물 조성물로부터 형성된 필름은 JIS Z 2801(2006 버젼, 이는 2010년에 업데이트되었다)에 대한 개질된 프로토콜의 조건 하에서 미생물을 사멸시킨다. 예를 들면, 가시광에서 광촉매적으로 활성인 적어도 하나의 유기 및/또는 무기 입자를 포함하는 항미생물 조성물은 접촉 24시간 내에 클로스트리디움 디피실레 세균, 진균, 또는 효모의 log4 집단의 적어도 90%(예컨대, 적어도 92%, 적어도 94%, 적어도 96%), 적어도 97%, 적어도 98%, 적어도 99%)를 사멸시킨다. 따라서, 조성물은 본원에 기술된 방법 중 어느 것에 따라 사용되어 표면 위의 미생물을 사멸시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 항미생물 조성물은 염을 포함하며, 이는 기판의 표면에 흡수되어 필름을 생성하는 양이온성 중합체의 능력에 영향을 미칠 수 있다. 임의의 이론에 얽메이려는 의도없이, 고 염 농도는 선호되는 용매 속에서 중합체가 겪는 상호작용과 유사한 상태를 유발하는 것으로 여겨진다. 다가전해질은, 하전되지만, 탄소 골격과 여전히 주로 비-극성이다. 중합체 골격 위의 전하는 중합체를 보다 개방되고 느슨한 구조로 구동시키는 정전기력을 발휘하지만, 주변의 용액이 고 농도의 염을 갖는 경우, 전하 반발이 스크리닝(screening)될 것이다. 일단 이러한 전하가 스크리닝되면, 다가전해질은 임의의 다른 비-극성 중합체가 고 이온 강도 용액 속에 있는 것과 같이 작용하여 용매와의 상호작용을 최소화시키기 시작할 것이며, 이는 표면 위에 침착된 보다 더 덩어리지고 조밀한 중합체 및 개선된 흡착 또는 부착을 초래할 수 있다.
염은 I족 금속(리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 또는 세슘), II족 금속(베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 또는 바륨), 암모늄, 또는 알루미늄의 양이온을 함유하는 임의의 염과 같은 임의의 무기 염이다. 대 음이온은 할라이드, 탄산염, 중탄산염, 항산염, 티오황산염, 인산염, 질산염, 아질산염, 아세트산염, 브롬산염, 클로레이트, 요오데이트 등일 수 있다. 염의 구체적인 예는 브롬화리튬, 염화리튬, 요오드화리튬, 수산화리튬, 황산리튬, 인산리튬, 브롬화나트륨, 염화나트륨, 아세트산나트륨, 중탄산나트륨, 중황산나트륨, 브롬화나트륨, 염화나트륨, 수황화나트륨, 수산화나트륨, 차아인산나트륨, 요오드화나트륨, 아세트산칼륨, 중탄산칼륨, 브롬산칼륨, 브롬화칼륨, 염화칼륨, 탄산칼륨, 염화칼륨, 수산화칼륨, 요오드화칼륨, 인산칼륨, 티오황산칼륨, 브롬화루비듐, 염화루비듐, 불화루비듐, 요오드화루비듐, 질화루비윰, 황산루비듐, 브롬화세슘, 염화세슘, 탄산세슘, 질화세슘, 질화베릴륨, 황화베릴륨, 아세트산마그네슘, 브롬화마그네슘, 염화마그네슘, 요오드화마그네슘, 질화마그네슘, 인산마그네슘, 황산마그네슘, 아세트산칼슘, 브롬화칼슘, 염화칼슘, 요오드화칼슘, 아질산칼슘, 질산칼슘, 인산칼슘, 황산칼슘, 브롬화스트론튬, 염화스트론튬, 인산수소 스트론튬, 요오드화스트론튬, 아질산스트론튬, 황산스트론튬, 아세트산바륨, 브롬화바륨, 환산바륨, 티오황산바륨, 아세트산암모늄, 중탄산암모늄, 브롬화암모늄, 염화암모늄, 아질산암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄, 및 이의 임의의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 염은 염화나트륨 또는 염화칼륨과 같은 I족-할라이드 염이다.
항미생물 조성물은 예컨대, 0.01 M, 0.02 M, 0.03 M, 0.04 M, 0.05 M, 0.06 M, 0.07 M, 0.08 M, 0.09 M, 및 0.1 M에서 종점의 임의의 조합을 포함하는, 0.01 M 내지 0.1 M과 같은, 염의 임의의 적합한 양을 포함할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 항미생물 조성물은 0.01 M 내지 0.05 M 염을 포함한다.
경우에 따라, 양이온성 중합체는 하나 이상의 비-전해질(비이온성) 중합체과 배합될 수 있다. 적합한 비-전해질(비이온성) 중합체는 바람직하게는 수용성이며, 예를 들면, 폴리아크릴아미드, 폴리아민, 폴리아미도아민, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 알코올, 및 폴리아크릴레이트(예컨대, 폴리(메틸)메타크릴레이트), 또는 이의 임의의 조합을 포함한다.
항미생물 조성물은 담체를 포함한다. 담체는 일단 조성물이 목적한 표면에 적용되면 증발하는 임의의 적합한 담체일 수 있다. 일반적으로, 담체는 알코올, 물, 또는 이의 조합물로부터 선택된다. 일부 구현예에서, 담체는 물과 알코올의 조합을 포함한다. 적합한 알코올은 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 2급-프로판올, n-부탄올, 2급-부탄올, 및 t-부탄올, 또는 이의 조합물을 포함한다. 바람직한 구현예에서, 담체는 에탄올을 포함한다(예컨대, 담체는 에탄올과 물의 조합물이다). 알코올과 물의 조합물이 담체로서 사용되는 경우, 알코올:물의 비는 바람직하게는 10:90 내지 99:1(예컨대, 10:90, 20:80, 30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30, 80:20, 90:10, 95:5, 및 99:1)의 범위이다. 특정의 구현예에서, 알코올:물의 비는 70:30 내지 80:20의 범위이다.
일반적으로, 항미생물 조성물은 EPA-등록된 통상의 살균제를 포함한, 살균 소 분자 화합물(즉, 비-중합체) 또는 항미생물 금속을 포함하지 않는데, 이는 이러한 성분이 조성물에서 물질 효과를 가지기 때문이다. 조성물로부터 배제시킬 수 있는 EPA-승인된 살균제는 예를 들면, 글루타랄, 할라존, 헥사클로로펜, 니트로푸라존, 니트로메졸, 포비돈-요오드, 티메로솔, C1-C5-파라벤, 차아염소산염 염, 클로푸카르반, 클로로펜, 폴록사머 요오드, 페놀릭스, 마페나이드 아세테이트, 아미나크린 하이드로클로라이드, 4급 암모늄 염, 옥시클로로센, 메타브롬살란, 메르브로민, 디브롬살란, 글리세릴 라우레이트, 나트륨 및/또는 아연 피리티온, (도데실)(디에틸렌디아민)글리신, (도데실)(아미노프로필)글리신, 페놀성 화합물(예컨대, m-크레졸, o-크레졸, p-크레졸, o-페닐-페놀, 4-클로로-m-크레졸, 클로록실레놀, 6-n-아밀-m-크레졸, 레조르시놀, 레조르시놀 모노아세테이트, p-3급-부틸페놀 및 o-벤질-p-클로로페놀), 알칼리성 글루타르알데하이드, 및 할라이드, 예컨대, 클로라이드, 브로마이드 및 요오다이드와 같은 수-용성 음이온을 포함하는 4급 암모늄 염(예컨대, N-(고급) C10-C24-알킬-N-벤질-4급 암모늄 염; 설페이트, 및 메토설페이트, 및 이미다졸리늄 염과 같은 헤테로사이클릭이미드)를 포함한다. 적합한 4급 암모늄 화합물은 미국 특허 제8,067,403호에 기술되어 있으며 벤즈알코늄 클로라이드(예컨대, 벤즈알코늄 클로라이드), 치환된 벤즈알코늄 클로라이드(예컨대, 알킬 디메틸 벤질 암모늄 클로라이드), 이중 4급 암모늄 화합물(예컨대, 알킬디메틸 벤질 암모늄 클로라이드 및 알킬 디메틸 에틸벤질 암모늄 클로라이드의 동일한 혼합물 함유), 디알킬메틸 아민(예컨대, 디데실 디메틸 암모늄 클로라이드 또는 디옥틸디메틸 암모늄 클로라이드)과 같은 쌍(twin) 또는 이중 쇄 4급 암모늄 화합물, 및 4세대 4급 암모늄 화합물과 2세대 4급 암모늄 화합물(예컨대, 디데실 디메틸 암모늄 클로라이드과 알킬 디메틸 벤질 암모늄 클로라이드의 혼합물)을 포함한다. 구현예에서, 살균제는 차아염소산나트륨, 클로라이드, 이산화염소, 염화나트륨, 과황산칼륨, 과망간칼륨, 질화은, 클로르덱시딘, 헥사클로로펜, 과산화수소, 아세트산, 퍼아세트산, 베타인, 포비돈, 요오드, 포름알데하이드, 글루타르알데하이드, 벤즈알코늄 클로라이드, 트리클로산, 붕산, 페놀, 크레질산, 티몰, 및 폴리헥사메틸비구아니드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 구성원이다.
그러나, 경우에 따라, 상기한 제제와 같은 하나 이상의 추가의 화학 살균제를 항미생물 조성물의 임의의 전술한 구현예에 가할 수 있다. 이러한 선택사항은 추가의 화학물질 사멸 메카니즘을 제공하여 항미생물 조성물의 항미생물 활성을 추가로 향상시킨다. 하나 이상의 살균제를 항미생물 조성물 내로 혼입하는 경우, 이러한 제제는 항미생물 잔류 자가-위생처리 필름 속에 인트랩(entrap)되어 코팅된 표면이 수분과 접촉하는 경우 증가하여 방출된다. 표면이 와이핑, 음식물 찌꺼기 또는 접시물에 의해 습윤되는 경우와 같이, 필름이 다량의 물에 노출되는 경우, 이는 증가된 양의 살균제의 방출을 야기할 수 있다. 따라서, 사용된 살균제에 상관없이, 제제가 사람에 대해 무독성이며 필름이 엉성하거나, 흐리거나 어떠한 방식으로도 이들이 적용되는 표면의 외관으로부터 손상되지 않도록 하는 것이 중요하다. 살균제는 전형적으로 보다 작은 농도로 가해진다. 따라서, 이러한 첨가제는 바람직하게는 양이온성 중합체의 단량체("wbm")를 기반으로 0.001 중량% 내지 5 중량%를 포함한다.
특정의 구현예에서, 항미생물 조성물은 폴리디알릴디메틸암모늄 할라이드, 폴리에틸렌이민-계 중합체, 음이온성 중합체, 적어도 하나의 접착 촉진제(예컨대, 티타네이트, 카복실화되고 측쇄된 PEI), 가시광 속에서 광촉매적으로 활성인 임의로 유기 및/또는 무기 입자, 및 담체로 필수적으로 이루어지거나 이로 이루어지며, 이들 각각의 성분은 본원에 기술되어 있다. 이러한 구현예의 일부 국면에서, 가시광 속에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자는 조성물 속에 존재한다. 특정의 구현예에서, 항미생물 조성물은 폴리디알릴디메틸암모늄 할라이드, 폴리에틸렌이민-계 중합체, 적어도 하나의 접착 촉진제, 임의로 음이온성 중합체, 가시광 속에서 광촉매적으로 활성인 임의로 유기 및/또는 무기 입자, 및 담체로 필수적으로 이루어지거나, 이루어지며, 이들 각각의 성분은 본원에 기술되어 있다. 특정의 구현예에서, 항미생물 조성물은 폴리디알릴디메틸암모늄 할라이드, 적어도 하나의 접착 촉진제(예컨대, 티타네이트, 카복실화되고 측쇄된 PEI), 가시광 속에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자, 및 담체로 필수적으로 이루어지거나, 이루어지며, 이들 각각의 성분은 본원에 기술되어 있다.
본 발명의 다른 국면은 폴리에틸렌이민-계 중합체, 폴리디알릴디알킬암모늄 염, 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디알킬암모늄할라이드), 키토산, 또는 이의 조합물로부터 선택된 임의로 제2의 양이온성 중합체, 임의로 폴리산, 임의로 적어도 하나의 접착 촉진제, 및 담체를 포함하는 항미생물 조성물이다. 폴리에틸렌이민-계 중합체는 전형적으로 본원에 기술된 바와 같은, 직쇄 또는 측쇄 폴리에틸렌이민(PEI)이나, 바람직하게는 화학적으로 또는 구조적으로 개질되지 않은 직쇄 PEI이다.
일부 구현예에서, 제2의 양이온성 중합체는 부재한다. 다른 예에서, 제2의 양이온성 중합체는 폴리디알릴디메틸암모늄 할라이드(예컨대, 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드 및/또는 폴리디알릴디메틸암모늄 플루오라이드)인 폴리디알릴디알킬암모늄 염이다. 구현예에서, 제2의 양이온성 중합체는 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디메틸암모늄 클로라이드)와 같은 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디알킬암모늄할라이드)이다. 다른 구현예에서, 제2의 양이온성 중합체는 키토산이다.
폴리산 및 적어도 하나의 접착 촉진제는 본원에 기술된 바와 같다.
조성물에 사용된 담체는 본원에 기술된 바와 같은 임의의 적합한 담체(예컨대, 물, 프로판올, 이소-프로판올, 및/또는 에탄올)이다. 전형적으로, 조성물은 물로 균형을 맞춘 20% 내지 80 용적%의 알코올의 다양한 배합물의 배합물을 포함할 것이다. 살바이러스 작용을 증가시키기 위하여, 3% 내지 10%의 다양한 디올의 배합물, 바람직하게는 프로판디올(1,2-프로판디올 및 1,3 -프로판디올) 또는 부탄디올(1,3-부탄디올)과 같이 탄소수 3 내지 5의 쇄 길이를 갖는 것들을 조성물에 가할 수 있다. 바람직하게는 디올은 1,2-프로판디올이고/이거나 알코올은 에탄올이다.
양자 공여체를 조성물에 적합한 양(예컨대, 약 0.05 내지 약 1 퍼센트, 약 0.08 내지 약 0.8 퍼센트, 약 0.1 내지 약 0.8 퍼센트를 포함하는 알코올의 총 중량의 약 0.015 내지 약 1 퍼센트)으로 가할 수 있다. 양자 공여체는 염산, 질산, 인산, 포스폰산, 붕산, 황산, 아디프산, 벤젠 1,3,5 트리카복실산, 클로로석신산, 콜린클로라이드, 시스-아스코니트산, 시트라말산, 시트르산, 사이클로부탄 1,1,3,3 테트라카복실산, 사이클로헥산 1,2,4,5 테트라카복실산, 사이클로펜탄 1,2,3,4 테트라카복실산, 디글리콜산, 푸마르산, 글루탐산, 글루타르산, 글리옥실산, 이소시트르산, 케토말론산, 락트산, 말레산, 말산, 말론산, 니트릴로트리 아세트산, 옥살아세트산, 옥살산, 파이트산, p-톨루엔설폰산, 살리사이클산, 석신산, 타르타르산, 타르트론산, 테트라하이드로푸란 2,3,4,5 테트라카복실산, 트리카르발릴산, 베르센산, 3-하이드록시 글루타르산, 2-하이드록시프로판, 1,3 디카복실산, 글리세르산, 푸란 2,5 디카복실산, 3,4-디하이드록시푸란-2,5 디카복실산, 3,4-디하이드록시테트라하이드로푸란-2,5-디카복실산, 2-옥소-글루타르산, dl-글리세르산, 2,5 푸란-디카복실산, 또는 이의 혼합물과 같은 임의의 적합한 화합물이다. 바람직하게는 양자 공여체는 시트르산, 타르타르산, 말론산, 및/또는 말산이다. 보다 바람직하게는, 양자 공여체는 시트르산이다.
경우에 따라, 조성물은 예를 들면, 프로필렌 글리콜, 증점제(예컨대, 폴리아크릴산), 습윤제(예컨대, 글리세린, 알로에 베라), 정유(essential oil)(예컨대, 차 나무 오일), 과일 추출물, 향기(예컨대, 카보머, 아미노메틸 프로판올, 이소프로필 미리스테이트, 토코페릴 아세테이트), 및/또는 염료(예컨대, 청색 1, 적색 33, 황색 5)를 포함하는 다른 성분을 함유할 수 있다. 담체, 사용된 중합체, 및 추가 성분의 존재에 따라서, 조성물은 액체, 크림, 겔, 또는 기포를 포함하는, 임의의 바람직한 제형일 수 있다.
구체적인 예에서, 조성물은 화학적으로 개질되지 않은 직쇄 PEI, 폴리DADMAC, 임의로 시트르산, 카복실화되고 측쇄된 PEI, 및 물/알코올 담체를 포함한다.
구현예에서, 폴리에틸렌이민-계 중합체 및 제2의 양이온성 중합체는 담체 속에서 안정한 분산액을 생성하는 결정성의 혼화성 배합물을 형성한다. 혼화성 배합물은 안정한, 즉, 이로부터 침전되거나 떨어져나오지(fall-out) 않는 선명한 결정성 용액을 제공한다. 혼화성 배합물은 PEC와는 상이하다. 추가로, 특정한 이론에 얽메이려는 의도없이, 배합물 속의 중합체의 결정성 특성은 보다 큰 표면적을 가지며 용액 속에서 및 필름으로서 둘 다, 양이온성 중합체와 혼화성 병원체 사이에 보다 많은 계면을 제공할 수 있는 것으로 여겨진다.
결정성의 혼화성 배합물은 임의의 적합한 방법에 의해 제조될 수 있다. 구체적인 예에서, 화학적으로 개질되지 않은 직쇄 PEI 및 다른 양이온성 중합체의 혼화성 배합물은 다음과 같이 제조할 수 있다. 적절한 양의 물/PEI 분산액(예컨대, 약 4000 ppm PEI)을 PEI의 유리 전이 온도를 약간 초과하는 온도(예컨대, 65-80℃ 또는 68-78℃ 또는 70-75℃ 또는 약 70℃, 약 72℃, 또는 약 74℃의 범위인 온도를 포함하는, 유리 전이 온도의 적어도 1℃ 초과, 유리 전이 온도의 적어도 약 2℃ 초과, 유리 전이 온도의 적어도 약 3℃ 초과, 유리 전이 온도의 적어도 약 4℃ 초과, 유리 전이 온도의 적어도 약 5℃ 초과)인 온도로 가열된다. 다음에, 보다 낮은 pH(예컨대, 약 5의 pH, 약 5.5의 pH, 또는 약 6의 pH를 포함하는, 약 5-6의 pH)를 지닌 적절한 양의 제2의 양이온성 중합체(예컨대, 폴리DADMAC)를 가한다. 이러한 보다 낮은 pH는 PEI가 용액 상태로 남아있도록 보장하는 것을 또한 돕는다. 격렬하게 교반한 후, 용액을 실온으로 냉각시킨다. 다음에, 적절한 양(예컨대, 25 내지 100 ppm)의 접착 촉진제(예컨대, 카복실화되고 측쇄된 PEI)를 가한다. 카복실화되고 측쇄된 PEI는 매우 염기성이며, 이는 용액의 pH를 상승시킬 것이다. pH는 다시 6.5로 조절시켜 직쇄 PEI가 고화되지 않도록 한다. 다음에, 용액을 PEI의 유리 전이 온도를 약간 초과하는 온도(예컨대, 65-80℃ 또는 68-78℃ 또는 70-75℃의 범위 또는 약 72℃, 또는 약 75℃의 범위의 온도를 포함하는, 유리 전이 온도의 적어도 1℃ 초과, 유리 전이 온도의 적어도 약 2℃ 초과, 유리 전이 온도의 적어도 약 3℃ 초과, 유리 전이 온도의 적어도 약 4℃ 초과, 유리 전이 온도의 적어도 약 5℃ 초과)로 재가열시킨다. 배합물을 격렬하게 교반하면서, 적절한 양의 알코올을 붓는다. 배합물을 실온으로 냉각시키면서 연속적으로 교반한다. 실온 용액을 이후에 추가로 24시간 동안 교반한다.
PEI-함유 조성물은 하나 이상의 살세균, 살바이러스, 및/또는 살균 특성을 가질 수 있으며, 경우에 따라, 본원에 기술된 시험, 기판, 및/또는 방법에 따라 항미생물 조성물로서, 특히 손 세정제로서 사용될 수 있다. 따라서, 표면에 폴리에틸렌이민-계 중합체, 임의로 폴리디알릴디알킬암모늄 염, 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디알킬암모늄할라이드), 키토산, 또는 이의 조합물로부터 선택된 제2의 양이온성 중합체, 임의로 폴리산, 임의로 적어도 하나의 접착 촉진제, 및 담체를 포함하는 조성물을 적용시킴을 포함하는, 표면의 소독 방법이 제공된다. 이러한 방법의 국면에서, 화학적으로 개질되지 않은 직쇄 PEI, 임의로 폴리산, 및 물 및 알코올을 포함하는 담체를 포함하는 조성물은 비-엔벨로프된 바이러스에 대해 특히 효과적인 손 세정제로서 사용된다.
직쇄 PEI는 pH- 및 온도-민감성이므로, 직쇄 PEI 콜로이드성 분산액을 포함하는 안정하고, 결정성인 선명한, 비-점성, 손 세정제 배합물을 생성하기 위한 특별한 기술이 개발되었다. 구체적인 예에서, 손 세정제 조성물을 제조하는 방법은 다음 단계를 포함한다: 실온에서, 적절한 양의 수중 직쇄 PEI를 격렬하게 교반하여 PEI 분산액을 생성시키는 단계. 격렬한 교반 동안에, 분산액 속의 PEI는 이후 적절한 산으로 양자화시킴으로써, pH를 6으로 되도록 하여 선명한 액체를 수득한다. 선명한 액체는 이후에 PEI의 유리 전이 온도보다 약간 초과된 온도(예컨대, 65-80℃ 또는 68-78℃ 또는 70-75℃의 범위 또는 약 70℃, 약 72℃, 또는 약 74℃의 범위의 온도를 포함하는 유리 전이 온도의 적어도 1℃ 초과, 유리 전이 온도의 적어도 약 2℃ 초과, 유리 전이 온도의 적어도 약 3℃ 초과, 유리 전이 온도의 적어도 약 4℃, 유리 전이 온도의 적어도 약 5℃ 초과)인 온도가 되도록 한다. 적절한 양의 알코올을 이후 조금씩 부어서 선명한 액체의 온도를 약 65℃에서 유지시킨다. 선명한 손 세정제 혼합물을 열로부터 제거하여 과도한 알코올 증발을 피한 후 덮은 상태에서 수시간(예컨대, 적어도 2 시간, 적어도 3 시간, 적어도 4 시간, 또는 적어도 5 시간) 교반하였다.
본 발명의 항미생물 조성물은 다음 항미생물 시험 중 적어도 하나를 충족하거나 이를 초과한다:
(i) 바이러스의 경우 log 3 감소 및 세균의 경우 log 5 감소의 EPA 요건을 충족하는 ASTM 국제 방법 E1153에 따른 살균 스프레이 시험,
(ii) ASTM 국제 방법 E1052-96(2002) 또는 ASTM 국제 방법 E2315(2016)에 따른 현탁액 시험,
(iii) 조성물로부터 형성된 필름은 본원에 기술된 바와 같은 항미생물 활성에 대한 JIS Z 2801(2006) 시험, 또는 이러한 시험의 개질된 버젼에 따라,
(iii-a) 30분 내에 그람 양성 또는 그람 음성 세균의 log 5 집단의 적어도 95%,
(iii-b) 접촉 30분 내에 엔벨로프된 바이러스의 log 4 집단의 적어도 95%,
(iii-c) 접촉 30분 내에 비-엔벨로프된 바이러스의 적어도 95%, 및/또는
(iii-d) 접촉 24시간 내에 클로스트리디움 디피실레 세균의 log 4 집단의 적어도 94%를 사멸시킨다,
(iv) 조성물로부터 형성된 필름은 국제 표준화 기구(ISO) 10993-5 시험관내 세포독성 시험에 따라 2 이하의 값을 갇는다,
(v) (v-a) 조성물로부터 형성된 필름은 EPA 프로토콜 # 01-1 A 잔류 자가-위생처리 활성 시험에 따른 그람-양성 세균 및 그람-음성 세균의 적어도 99.9%를 사멸시키거나, (v-b) 필름 형성 후 7일 째에, 조성물로부터 형성된 필름은 본원에 기술된 바와 같은, 프로토콜 # 01-1A 잔류성 자가-위생처리 활성 시험에 따라 그람-양성 세균 및 그람-음성 세균, 또는 엔벨로프된 및 비-엔벨로프된 바이러스의 적어도 95%를 사멸시키는 것으로부터 선택된 내구성 시험.
시험 (i)는 ASTM E1153을 지칭하며, 참고로 포함된 이의 전체 내용은 약간 오염된, 무생물의, 비다공성, 비-식품 접촉 표면에서 사용하도록 추천된 1단계 세정제-살균제 제형의 항미생물 효능을 평가하는데 사용된 살충 스프레이 시험(즉, "바로 사멸" 청구)이다. ASTM E1153(2014년 최근 버젼)에서, 살균제의 항미생물 효능은 스타필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus), 크렙시엘라 뉴모니아에(Klebsiella pneumoniae), 엔테로박터 아에로게네스(Enterobacter aerogenes), 또는 이의 조합물에 대한 예비세정되고, 무생물의, 경질, 비다공성, 비-식품 접촉 표면에서 시험된다.
본 발명의 혼화성 배합물 제형에 관한 살균 스프레이 시험 결과는 3개의 상업적으로 이용가능한 생성물과의 비교와 함께 표 3에 설정되어 있다. MS2, MRSA, 및 이. 콜라이 살균 스프레이 시험을 2개의 양이온성 중합체 조성물을 사용하여 수행하였다. 조성물 A는 3000 ppm 화학적으로 개질되지 않은 직쇄 PEI, 3000 ppm 폴리DADMAC, 25 ppm 카복실화되고 측쇄된 PEI, 35% 에탄올, 및 물의 균형을 포함하는 혼화성 배합물이었다. 조성물 B는 200 ppm의 화학적으로 개질되지 않은 직쇄 PEI, 200 ppm 폴리DADMAC, 25 ppm 측쇄 PEI 카복실화된, 70% 에탄올, 및 수중 균형(약 7.6의 작동 pH)을 포함하는 혼화성 배합물이었다.
Figure 112019026492973-pct00005
표 3의 결과는 조성물 B가 400 ppm의 양이온성 중합체를 함유하였으며 접촉 5분 내에 MS2 살균 스프레이 시험을 통과하였음을 입증하며, 이는 ASTM E1153에 따라 4급 암모늄 화합물에 대한 EPA의 최대 ppm 표준이 400 ppm이므로 주목할만 하다. 더욱이, 일부 4급 암모늄 화합물의 항미생물 효능은 토양 또는 유기 부하(load)에 의해 유의적으로 감소된다. 표 3에서 관찰되는 바와 같이, 조성물 B는 또한 5% 토양 부하의 존재하에서 MRSA 및 이. 콜라이 분무 시험(ASTM E1153)에 대해 매우 효과적이었다.
시험 (ii)는 아데노바이러스, 코로나바이러스, 인플루엔자 바이러스, 리노바이러스, 및 로타바이러스와 같은 특이적인 바이러스에 대해 현탁액 형태인 항미생물 용액의 효능을 측정하기 위한 ASTM 국제 방법 E1052-96(2002) 또는 ASTM 국제 방법 E2315(2016)에 따른 현탁액 시험이다. 시험 물질의 분취량에 시험 바이러스를 접종하고 필요한 노출 시간 동안 유지시킨다. 각각의 예정된 노출 시간에, 분취량을 제거하고, 일련의 희석으로 중화시키고, 시험 바이러스에 대해 특이적인 검정 방법에 의해 바이러스 감염성에 대해 검정하였다. 적절한 바이러스, 시험 물질 세포독성, 및 중화 대조군을 동시에 수행하였다. 바이러스 감염성에 있어서 감소 퍼센트 및 log 감소를 상응하는 바이러스 대조군과 비교하여 계산한다. ASTM 국제 방법 E1052-96(2002) 및 ASTM 국제 방법 E2315(2016)는 손 세정제 조성물과 같은 현탁액인 항미생물 조성물의 경우 가장 적합하다.
시험 (iii)이 경우, 그람 양성 및 그람 음성 세균 및 엔벨로프된 바이러스, 비-엔벨로프된 바이러스, 및/또는 클로스트리디움 디피실레 세균을 사멸시키는 항미생물 조성물로부터 형성된 필름에 대한 능력은, 이의 전문이 참고로 포함된, 항미생물 제품에 있어서 항미생물 활성에 대한 일본 산업 표준으로서 알려진, JIS Z 2801 (2006 버젼, 2010년 업데이트됨)에 제시된 조건에 따라 시험할 수 있다. 특히, JIS Z 2801(2006) 또는 이의 개질된 변형에 따라서, 본원에 기술된 바와 같이, 본 발명의 항미생물 조성물로부터 형성된 필름은: (iii-a) 30분 내에 그람 양성 또는 그람 음성 세균의 log 5 집단의 적어도 95%, (iii-b) 접촉 30분 내에 엔벨로프된 바이러스의 log 4 집단의 적어도 95%, (iii-c) 접촉 30분 내에 비-엔벨로프된 바이러스의 적어도 95%, 및/또는 (iii-d) 접촉 24시간 내에 클로스트리디움 디피실레 세균의 log 4 집단의 적어도 94%를 사멸시킨다. 바람직한 구현예에서, 본 발명의 항미생물 조성물로부터 형성된 필름은 (iii-a) 내지 (iii-d)의 요건 각각 중 2개 이상, 3개 이상, 또는 4개 모두를 충족한다.
예를 들면, 이러한 시험 조건 하에서, JIS Z 2801 프로토콜은 log 5 챌린지에 대해, 30분 후 폴리DADMAC 만을 포함하는 필름에서 이. 콜라이의 log4 감소를 입증하였다(표 4).
Figure 112019026492973-pct00006
*cfu/샘플 - 회복된 샘플당 콜로니 형성 단위
동일한 필름은 10분 후 MRAS의 log4 감소를 입증하였으나 log 7 챌린지를 지녔다(표 5)
Figure 112019026492973-pct00007
*cfu/샘플 - 회복된 샘플당 콜로니 형성 단위
추가의 자가-위생처리("후에 사멸") 시험은 특히 항바이러스 활성을 시험하는 경우, 실현가능한 용도에 대해 보다 실제적인 것으로 여겨지는 잔류성 자가-위생처리 필름의 경우에 대해 고안되었다. 이러한 시험은 현실 세계 적용에서, 항미생물 잔류 자가-위생처리 필름이 회수되지 않는다는 가정을 기반으로 한다. 이러한 시험은 접종된 필름이 회수될 필요없고 접종물이 건조된 후 시험 시간을 개시함으로써 JIS Z 2801(2006 버젼, 2010년 업데이트됨)을 개질시킨다. 개질된 JIS Z 2801을 사용한 시험 결과는 3000 ppm 화학적으로 개질되지 않은 직쇄 PEI, 3000 ppm 폴리DADMAC, 79% 에탄올, 25 ppm 카복실화되고 측쇄된 PEI, 및 균형 수(balance water)의 무-독성의, 혼화성 배합물로부터 생성된 필름에서 MS2의 분해를 측정하기 위해 표 6에 제시되어 있다. 그람 양성 및 그람 음성 세균에 대한 "후에 사멸" 데이타는 표준 JIS 시험을 사용하여 생성시켰다.
Figure 112019026492973-pct00008
더욱이, JIS Z 2801(2006 버젼, 이는 2010년에 업데이트되었다)은 광처리 조건 하에서 시험하고 샘플 표면적을 1600 mm2로부터 2500 mm2로 증가시킴으로써 클로스트리디움 디피실레 세균에 대해 시험하는 경우 개질시킬 수 있었다.
시험 (iv)는 ISO 10993-5(2009년에 마지막 업데이트됨)에 관한 것이며, 이의 전체 내용은 참고로 포함되며, 여기서 의학 장치 물질의 시험관내 세포독성이 시험된다. 이러한 방법은 직접적으로 또는 확산을 통해 장치 및/또는 장치의 추출물과 접촉된 배양된 세포의 접종에 관한 것이다. 특히, 시험 물품, 양성 및 음성 대조군은 방법 ISO 10993-12에 따라 추출된다. 원래의 추출물을 일련 희석시키고 5개 농도를 시험에 사용한다. L-929 세포(마우스, C3H/An, 연결 조직)을 샘플의 추출물, 시약 대조군, 및 음성 대조군 또는 양성 대조군으로 처리한다. 3개의 플레이트를 각각의 처리를 위해 제조한다. 세포를 24시간 동안 항온처리하고 세포독성 효과에 대해 현미경으로 관찰한다. 배양물을 현미경 하에서 관찰하고 반응성에 대해 0 내지 4 규모("4"는 심각한 세포독성을 의미하고; "3"은 중간의 세포독성을 의미하고; "2"는 약간의 세포독성을 의미하며; "1"은 약한 세포독성을 의미하고, "0"은 비-세포독성을 의미한다). 시험 물품은 결과가 2 등급 이하(즉, 0, 1, 또는 2)인 경우 시험 요건을 충족한다.
본원에 기술된 바와 같이, PEC로부터 형성된 잔류성 자가-위생처리 필름, 혼화성 배합물, 또는 개개 양이온성 중합체는 비-침출성(non-leaching)이므로, 표 7에서 다음의 시험 결과에 의해 나타난 바와 같이, 0의 점수로 시험관내 세포독성 시험에서 ISO 10993-5(2009 버젼)을 통과한다.
Figure 112019026492973-pct00009
시험 (v)는 일반적으로 "클로록스 시험(Clorox text)"으로 알려진, 프로토콜 #01-1 A에 관한 것이며, 이는 장기간 위생처리 청구(즉, "후에 사멸" 내구성 청구)를 측정하기 위해 EPA에 의해 승인된 방법이다. 이의 내용이 참고로 포함된 프로토콜 #01-1A는 세균: 스타필로코쿠스 아우레우스, 크렙시엘리 뉴모니아에, 및/또는 엔테로박터 아에로게네스(Enterobacter aerogenes)에 대해서만 무생물의, 경질의, 비-다공성 표면에서 무수 화학물질 잔기(필름)의 잔류성 자가-위생처리 활성을 측정한다. 특히, 표면은 시험 제품을 접종하고 처리하고, 건조되도록 한 후, 교호하는 습윤 및 건조 조건 하에서 마모시키며, 이는 수회의 재-접종과 함께 배치된다. 연구 말기 및 적어도 24 시간 후에, 5분 내에 미생물의 99.9%를 사멸시키는 시험 표면의 능력을 측정한다. 이러한 시험을 통과하기 위해, 조성물로부터 형성된 필름은 칭량된 천(weighed cloth)을 사용한 12회의 교호하는 습윤 및 건조 문지름 사이 및 후에 이의 항미생물 효능을 유지하여야만 한다.
EPA의 내구성 시험의 개질된 버젼인, 프로토콜 #01-1A를 사용할 수 있다. 개질된 프로토콜은 프로토콜 #01-1A가 필름으로부터 살균성 화학물질을 방출함으로써 미생물을 사멸시키는 것에 의존하고 시간에 따라 고갈하는 제품에 대해 설계되었으므로 본 발명의 항미생물 조성물로부터 형성된 잔류성 자가-위생처리 필름을 평가하기에 보다 적절하다. 본 발명의 항미생물 조성물은 살균 화학물질을 필요로 하지 않지만, 오히려 하전된 양이온성 중합체를 포함하며 이의 사멸 메카니즘은 시간에 따라 고갈되지 않는 것으로 여겨진다. 개질된 시험은 필름을 3회의 문지름(1회 건조, 1회 습윤, 1회 건조)에 EPA #01-1A 중량 및 주기 시간을 사용하여 매일 적용하는 것으로 이루어진다. 이러한 개질된 시험은 표준 프로토콜 #01-1A의 단일 24시간 측정과 비교하여, 일 수에 따라 항미생물 조성물의 항미생물 효능을 포착한다. 개질된 시험을 통과하는 것은 4 내지 7일 후, 중합체-계 필름이 유리 또는 스테인레스 강 기판에서 그람-양성, 그람-음성 세균, 엔벨로프된 바이러스, 및/또는 비-엔벨로프된 바이러스의 적어도 95%(예컨대, 적어도 96%, 적어도 97%, 적어도 98%, 적어도 99%, 적어도 99.5%, 적어도 99.9%) 감소를 지속적으로 입증할 것임을 요구할 것이다.
본 발명은 또한 양이온성 중합체(자체 또는 PEC 속에 캡슐화된), 적어도 하나의 접착 촉진제(예컨대, 티타네이트, 카복실화되고 측쇄된 PEI), 임의로 가시광 속에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자, 및 담체를 포함하는 항미생물 조성물을 적용시킴을 포함하여 표면에서 미생물을 사멸시키는 방법을 제공하며, 이들 성분 각각은 본원에 기술되어 있다. 이러한 방법은 표면을 소독하고, 잔류성 자가-위생처리 필름, 또는 둘 다를 제공함을 포함한다. 용어 "미생물"은 세균, 바이러스, 진균, 고세균, 및 원생생물(예컨대, 조류, 아메바, 원생동물)과 같은 임의의 단일 세포 또는 다중세포 유기체를 포함한다. 본원에 사용된 바와 같은, 용어 "적용하는"은 항미생물 조성물을 표면으로 이전시키는데 사용된 임의의 적합한 기술을 지칭한다. 예를 들면, 적용하는 기술은 브러싱(brushing), 롤링, 분무, 와이핑(wiping), 몹핑(mopping), 붓기, 페인팅, 흡수, 흡착, 임바이빙(imbibing), 침지, 포화, 침투, 침지, 및 이들 방법의 조합일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본원에 기술된 바와 같은, 고 분자량(바람직하게는 초-고 분자량) 폴리디알릴디메틸암모늄 염(예컨대, 폴리디알릴디메틸암모늄 할라이드) 및 담체를 포함하는 항미생물 조성물을 표면에 적용시킴을 포함하여, 표면 상의 미생물을 사멸시키는 방법(예컨대, 표면을 소독하거나, 잔류성 자가-위생처리 필름을 제공하거나, 또는 둘 다) 이 또한 제공된다. 이러한 구현예의 항미생물 조성물은 (i) 폴리에틸렌이민-계 중합체, 키토산, 또는 이의 조합물, 및/또는 (ii) 음이온성 중합체, 및/또는 (iii) 가시광에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자, 및/또는 (iv) 적어도 하나의 접착 촉진제(예컨대, 티타네이트, 카복실화되고 측쇄된 PEI), 및/또는 (v) 적어도 하나의 염을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 임의의 성분 각각은 본원에 기술된 바와 같다.
일단 표면에 적용되면, 조성물 속의 본원에 기술된 바와 같은, 담체는 증발되어 표면 상에 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름을 남긴다. 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름은 표면에 살세균, 살바이러스, 및/또는 살균성을 부여한다. 본원에 사용된 바와 같은, 용어 "표면 살세균성, 살바이러스성, 및/또는 살균성을 부여하다"는 세균, 바이러스, 및/또는 균(germ)(아스퍼길러스 브라슬리엔시스(Aspergillus brasliensis)와 같은 진균 포함)을 임의의 적합한 정도로 감소시킴(예컨대, 제거하고/하거나, 사멸시키고/시키거나, 예방하고/하거나 성장을 억제함)을 지칭한다. 본원에 사용된 것으로서, 용어 "임의의 적합한 정도"는 60% 이상 감소, 70% 이상 감소, 80% 이상 감소, 90% 이상 감소, 92% 이상 감소, 94% 이상 감소, 95% 이상 감소, 97% 이상 감소, 98% 이상 감소, 99% 이상 감소, 또는 99.5% 이상 감소를 포함하는, 50% 이상 감소를 지칭한다.
이러한 구현예에 따라서, 본 발명은 표면(예컨대, 기판의 표면) 및 기판에 적용된 본원에 기술된 바와 같은, 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름을 포함하는 코팅된 표면을 제공한다. 수득되는 필름은 용이하게 제거되지 않는 비-침출 표면을 제공한다. 가장 우수한 구현예에서, 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름은 표면(예컨대, 기판의 표면)에 공유결합으로 결합되지 않는다.
살세균, 살바이러스, 및/또는 살균성이 되도록 하는 표면은 생적합성 물질을 포함하는, 임의의 적합한 물질일 수 있다. 표면은 예를 들면, 분말, 분진, 응집체, 무정형 고체, 시이트(sheet), 섬유, 튜브, 직물 등과 같은 임의의 적합한 형태로 사용될 수 있거나 이로부터 유도될 수 있다. 구현예에서, 표면은 금속, 유리, 섬유 유리, 실리카, 모래, 목재, 섬유, 천연 중합체, 합성 중합체, 플라스틱, 고무, 세라믹, 자기, 돌, 대리석, 시멘트, 사람 또는 동물체(예컨대, 피부), 또는 이의 임의의 하이브리드, 합금, 공중합체, 배합물 또는 조합물을 포함한다.
본 발명에 사용하기에 적합한 금속 표면은 예를 들면, 스테인레스 강, 니켈, 티탄, 탄탈, 알루미늄, 구리, 금, 은, 백금, 아연, 니켈 티탄 합금(니티놀), 니켈, 크롬, 및 철의 합금(INCO EL™, Special Metals, Corporation, 인도 엘카르트 소재), 이리듐, 텅스텐, 규소, 마그네슘, 주석, 아연도금 강(galvanized steel), 가열 침지된 아연도금 강, 전기아연도금 강, 어닐링된(annealed) 가열 침지된 아연도금 강, 상기한 금속들 중 어느 것의 합금, 상기한 금속 중 어느 것을 함유하는 코팅, 및 이의 조합물을 포함한다.
본 발명에 사용하기에 적합한 유리 표면은 예를 들면, 소다 석회 유리, 스트론튬 유리, 보로실리케이트 유리, 바륨 유리, 유리-세라믹 함유 란탄, 섬유 유리, 및 이의 조합을 포함한다.
본 발명에 사용하기에 적합한 실리카 표면은 예를 들면, 석영, 훈증 석영, 결정성 실리카, 훈증 실리카, 실리카 겔, 실리카 에어로졸, 및 이의 혼합물을 포함한다.
본 발명에 사용하기에 적합한 모래 표면은 예를 들면, 실리카(예컨대, 석영), 탄산칼슘(예컨대, 아라고나이트), 및 이의 혼합물로 구성된 모래를 포함한다. 모래는 무기물(예컨대, 자철석, 아염소산염, 해록석, 석고, 감람석, 석류석), 금속(예컨대, 철), 쉘(shell), 산호, 석회석, 및/또는 바위과 같은 다른 성분을 포함할 수 있다.
적합한 목재 표면은, 예를 들면, 단단한 목재 및 연질 목재, 및 목재, 목재 칩(wood chip), 또는 섬유(예컨대, 합판, 배향성 스트랜드 보드(oriented strand board), 단판 적층재, 복합체, 스트랜드 럼버(strand lumber), 칩보드(chipboard), 하드보드(hardboard), 중질 섬유판(medium density fiberboard)), 및 이의 조합물을 포함한다. 목재의 유형은 오리나무, 자작나무, 느릅나무, 단풍나무, 버드나무, 호두나무, 체리나무, 오크나무, 히코리나무(hickory), 포플러나무(poplar), 소나무, 전나무, 및 이의 조합물을 포함한다.
본 발명에 사용하기에 적합한 섬유 표면은 예를 들면, 천연 섬유(예컨대, 동물, 야채, 또는 광물로부터 유도됨) 및 합성 섬유(예컨대, 셀룰로즈, 광물, 또는 중합체로부터 유도됨)을 포함한다. 적합한 천연 섬유는, 면, 대마, 황마, 아마, 라미, 사이잘(sisal), 버개스(bagasse), 목재 섬유, 누에 실크, 거미줄, 힘줄(sinew), 창자실(catgut), 울, 해 실크(sea silk), 울, 모헤어(mohair), 앙고라(angora), 및 석면을 포함한다. 적합한 합성 섬유는 레이온((예컨대, 라이코셀(lyocell)), 모달(modal), 및 금속 섬유(예컨대, 구리, 금, 은, 니켈, 알루미늄, 철), 탄소 섬유, 탄화규소 섬유, 대나무 섬유, 씨셀(seacell), 나일론, 폴리에스테르, 폴리비닐 플로라이드 섬유(예컨대, 비니온), 폴리올레핀 섬유(예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌), 아크릴성 폴리에스테르 섬유, 아라미드(예컨대, TWARON™, KEVLAR™, 또는 NOMEX™), 스판덱스, 및 이의 조합물을 포함한다.
본 발명에 사용하기에 적합한 천연 중합체 표면은, 예를 들면, 폴리사카라이드(예컨대, 면, 셀룰로즈), 쉘락(shellac), 호박(amber), 울, 실크, 천연 고무, 생물중합체(예컨대, 단백질, 세포외 매트릭스 성분, 콜라겐), 및 이의 조합물을 포함한다.
본 발명에 사용하기에 적합한 합성 중합체 표면은 예를 들면, 폴리비닐피롤리돈, 아크릴, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 아세탈, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐 플로라이드, 폴리에틸렌이민, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리아미드, 폴리오르토에스테르, 폴리무수물, 폴리설폰, 폴리에테르, 폴리에테르 설폰, 폴리카프롤락톤, 폴리하이드록시-부티레이트 발러레이트, 폴리락톤, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 및 또한 이의 공중합체 및 조합물을 포함한다.
본 발명에 사용하기에 전형적인 고무 표면은 예를 들면, 실리콘, 플루오로실리콘, 니트릴 고무, 실리콘 고무, 폴리이소프렌, 황-경화된 고무, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무, 이소프렌-아크릴로니트릴 고무, 및 이의 조합물을 포함한다.
본 발명에 사용하기에 적합한 세라믹 표면은 예를 들면, 질화붕소, 질화규소, 알루미나, 실리카, 및 이의 조합물을 포함한다.
본 발명에 사용하기에 적합한 돌 표면은 예를 들면, 보크사이트, 방해석, 장석, 석고, 전판암, 화강암, 석영, 규암, 석회석, 고회암, 사암, 대리석, 동석(soapstone), 사문석 및 이의 조합물을 포함한다.
본 발명의 목적을 위하여, 동물체는 설치목(Rodentia)(예컨대, 마우스), 로고모파(Logomorpha) 목(예컨대, 토끼), 카미보라(Camivora) 목(예컨대, 펠린(Feline)(고양이) 및 개과(개)), 아르티오닥틸라(Artiodactyla) 목(예컨대, 소(암소) 및 스와인(Swine)(돼지)), 페르소닥틸라(Perssodactyla) 목(예컨대, 에퀸(Equine)(말)), 영장류, 세보이드(Ceboid), 또는 시미오이드(Simioid) 목(예컨대, 원숭이), 아베스(Aves) 계(예컨대, 조류), 필룸 아르트로포다(Phylum Arthropoda) 계(예컨대, 곤충), 또는 안트로포이드(Anthropoid) 목(예컨대, 사람 및 유인원)을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 전형적으로 동물체의 피부(완전한 피부, 상처나거나 다친 피부, 및/또는 예를 들면, 화상에 의해 손상된 피부) 및/또는 점막 조직(예컨대, 경구, 비강, 안구, 또는 생식기 조직)은 광반응성 조성물의 적용에 적합한 표면으로서 제공된다. 피부 및/또는 점막 조직은 사지, 꼬리, 복부, 가슴, 머리, 목, 얼굴, 생식기 부위(유방), 엉덩이, 또는 등을 포함하는, 동물체의 임의의 부분과 관련될 수 있다. 일반적으로, 광반응성 조성물의 성분의 유형 및 양은 생물적합성(biocompatibility)을 보증하고/하거나, 독성을 최소화하고/하거나 형성된 필름의 바람직한 수준의 표면 택(tack) 및/또는 부착성을 갖도록 선택될 것이다.
표면은 전형적으로 보다 큰 구조의 성분이다. 예를 들면, 표면은 의학 장치, 진단 장비, 임플란트, 장갑, 마스크, 커튼, 매트리스, 시이트, 담요, 거즈, 드레싱, 조직, 수술 드레이프(surgical drape), 튜빙(tubing), 수술 장비, 안전성 기어(safety gear), 직물, 의류 품목, 바닥, 핸들, 벽, 싱크, 샤워 또는 통(tub), 화장실, 가구, 벽 스위치(wall switch), 완구, 운동 장비, 운동장 장비, 쇼핑 카트, 카운터톱(countertop), 어플라이언스(appliance), 철책, 문, 공기 필터, 파이프, 우텐실(utensil), 접시, 컵, 용기, 대상 진열 용기(object display container), 식품, 식품 디스플레이 용기, 식품 포장, 식품 가공 장비, 식품 취급 장비, 식품 수송 장비, 식품 벤딩 장비(food vending equipment), 식품 저장 장비, 식품 포장 장비, 식물, 전화, 핸드폰, 원격 제어, 컴퓨터, 마우스, 키보드, 터치 스크린, 가죽, 화장품, 화장품 제조 장비, 화장품 저장 장비, 화장품 포장 장비, 개인 보호 항목, 개인 보호 항목 제조 장비, 개인 보호 저장 장비, 개인 보호 포장 장비, 동물 보호 항목, 동물 보호 항목 제조 장비, 수의학 장비, 분말, 크림, 겔, 연고, 눈 보호 항목, 눈 보호 항목 제조 장비, 콘택트 렌즈, 안경, 눈 보호 저장 장비, 콘택트 렌즈 케이스, 장신구, 장신구 제조 장비, 장신구 저장 장비, 동물 우리(animal housing), 농장 장비, 동물 사료 취급 장비, 동물 사료 저장 공간, 동물 사료 저장 장비, 동물 사료 용기, 공기 비히클, 토지 비히클, 공기 가공 장비, 공기 필터, 물 비히클, 물 저장 공간, 물 저장 장비, 물 가공 장비, 물 저장 용기, 물 필터, 손, 모발, 발, 다리, 팔, 몸통, 머리, 또는 동물 신체 일부, 약제 디스플레이 용기, 약제 포장, 약제 가공 장비, 약제 취급 장비, 약제 수송 장비, 약제 판매 장비, 약제, 약제 저장 장비, 약제 포장 장비와 같은 기판의 부분일 수 있다.
"의료 장치"는 이의 사용 또는 작동의 과정 중에 조직, 혈액, 또는 다른 체액과 접촉하는 표면을 가진 임의의 장치를 포함하며, 이는 포유동물(예컨대, 사람)에서 발견되거나, 후속적으로 사용된다. 의료 장치는 예를 들면, 혈액 산소공급기, 혈액 펌프, 혈액 저장 백, 혈액 수집 튜브, 여과 매질을 포함하는 혈액 필터, 투석 막, 후에 환자 또는 포유동물로 되돌려지는 혈액과 접촉하는 혈액 등을 이동시키는데 사용된 튜빙을 포함한다. 의료 장치는 또한 혈관 또는 심장 속에 이식되는 혈관 이식체, 스텐트, 심박 조율기 리드(pacemaker lead), 수술 보철 도관, 심장 밸브 등과 같은, 포유동물(예컨대, 사람) 속에 이식된 내부보철을 포함한다. 의료 장치는 또한 모니터링 또는 회복 또는 치료 목적으로 혈관, 심장, 기관 또는 조직내에 위치하는, 카테터, 가이드 와이어(guide wire), 양막천자 및 생검 침, 캐뉼라(cannulae), 배액관, 션트(shunt), 센서, 변환기, 프로브 등과 같은 일시적인 혈과내 사용을 위한 장치를 포함한다. 의료 장치는 또한 엉덩이 또는 무릎과 같은 인공 관절 뿐만 아니라 인공 심장과 같은 보철물을 포함한다. 또한, 의료 장치는 음경 임플란트, 콘돔, 탐폰, 위생 냅킨, 안구 렌즈, 슬링 물질(sling material), 봉합사, 수술에 사용된 지혈제, 항미생물 물질, 수술 메쉬, 경피 패취, 및 상처 드레싱/밴드를 포함한다.
"진단 장비"는 의학 상태를 진단하거나 모니터하는데 사용된 임의의 장치 또는 도구를 포함한다. 예는 초음파, 자기 공명 영상(MRI) 기기, 양전자 방출 단층촬영술(PET) 스캐너, 컴퓨터 단층촬영(CT) 스캐너, 인공호흡기, 인공 심폐기, 체외막산소공급(ECMO) 기기, 투석기, 혈압계, 검이경, 검안경, 청진기, 혈압계, 혈압측정띠(blood pressure cuff), 심전도계, 온도계, 세동제거기, 검경(speculum), S자 결장경, 및 항문경을 포함한다.
"수술 장비"는 진료 또는 수술을 수행하는데 사용된 임의의 도구 또는 장치를 포함한다. 예에는 메스(scalpel), 란셋(lancet), 투관침(trocar), 지혈검자(hemostat), 그래스퍼(grasper), 포르셉(forcep), 클램프(clamp), 리택터(retactor), 디스트랙터(distractor), 포지셔너(positioner), 기관절개칼(tracheotome), 확장약(dilator), 스테이플러(stapler), 관주 침(irrigation needle), 주사 침, 드릴(drill), 스코프(scope), 내시경, 프로브(probe), 룰러(ruler), 및 캘리퍼(caliper)가 포함된다.
"안전성 기어(Safety gear)"는 개인, 동물 또는 대상을 보호하는데 사용된 장치를 포함한다. "안전성 기어"의 예에는 마스크, 보안면(face shield), 얼굴 가리개(visor), 고글(goggle), 안경, 장갑, 신발 덮개, 풋 가아드(foot guard), 다리 가아드(leg guard), 벨트, 스목(smock), 앞치마, 코트, 조끼, 우의, 모자, 헬멧, 턱 끈, 헤어네트, 샤워 모자(shower cap), 청력 보호(귀마개, 귀 머핀(ear muffin), 청력 밴드(hearing band)), 호흡용보호구(respirator), 방독 마스크, 서플라이드 에어 후드(supplied air hood), 칼라(collar), 가죽끈(leash), 및 제1 보조 키트(first aid kit)가 있다.
"직물"은 베딩(bedding), 커튼, 타월, 테이블 커버, 보호 시이트, 및 행주와 같은 임의의 유형의 적합한 직물을 포함한다.
"의류품목 항목"은 의류, 양말, 또는 누군가가 그/그녀 개인에게 입히는 다른 항목을 포함한다. 예에는 유니폼, 코트, 셔츠, 바지, 긴 장화, 스크럽(scrub), 양말, 구두 또는 부츠 라이너(boot liner), 안창(insole), 장갑, 모자, 신발, 부츠, 및 샌들을 포함한다.
표면은 빌딩 구조의 일부 또는 바닥, 벽, 가정용 기기(예컨대, 냉장고, 오븐, 스토브, 식기세척기, 세탁기, 의류 건조기, 노(furnace), 온수기, 공기 청정기, 히터), 싱크, 샤워 또는 통, 화장실, 가구(예컨대, 매트리스, 긴의자, 소파, 의자, 테이블, 선반, 맨틀(mantle), 침대, 드레서), 세면대, 레일링(railing), 공기 필터, 공기 가공 장치, 수 가공 장치, 수 필터, 파이프, 문, 손잡이, 광, 광 스위치(light switch), 서모스탯(thermostat), 스프링클러, 공기 청정기 증발기 및/또는 콘덴서와 같은 빌딩 구조에서 발견될 수 있는 항목일 수 있다.
표면은 또한 운동 장비, 운동장 장비, 또는 수영장을 포함하는 장남감 또는 운동 장비일 수 있다.
표면은 가정용 기구(utensil)(예컨대, 나이프, 포크, 스픈, 국자, 스패튤라, 거품기 등), 접시(예컨대, 식품 저장 용기, 식품 서빙 피이스(food serving piece) 등), 식품 포장(예컨대, 백, 박스, 호일, 플라스틱 랩), 또는 식품과 접촉하는 기타 항목(예컨대, 도마, 식품 디스플레이 용기, 식품 가공 장비, 식품 취급 장비, 식품 수송 장비, 식품 벤딩 장비(food vending equipment), 동물 사료 취급 장비, 동물 사료 저장 공간, 사료 저장 장비, 동물 사료 용기, 동물 사료 저장 장비)일 수 있다. 표면은 식품 가공 탱크, 교반기, 컨베이어 벨트(conveyor belt), 나이프, 분쇄기, 포장기, 라벨기 등과 같은 식품 가공 장비의 일부일 수 있다.
"식품"은 항미생물 필름을 제공하기에 바람직할 수 있는 임의의 식품이다. 이러한 구현예에서, 항미생물 필름 및 이의 조성물은 사람 및 동물 소비에 무독성이어야 한다. "식품"은 예컨대, 임의의 과일, 야채, 고기, 또는 달걀일 수 있다.
"식물"은 속씨식물(현화 식물(flowering plant)), 겉씨식물(gymnosperm)(종자-생산 식물), 칩엽수, 양치식물, 및 이끼를 포함하는 임의의 적합한 식물이다. 적합한 속씨식물은 암보렐라(amborella)(예컨대, 암보렐라 트리초포다 바일(Amborella trichopoda Baill)), 수련목(nymphaeales)(예컨대, 수련), 아우스트로바일레야목(austrobaileyales)(예컨대, 팔각회향(Illicium verum)), 홀아비꽃대과(chloranthales)(예컨대, 아스카리나(ascarina), 클로란투스(chloranthus), 헤디오스뭄(hedyosmum), 또는 사르칸드라(sarcandra)로부터), 마그놀리드스(magnoliids)(예컨대, 목련, 월계수, 검은 후추), 외떡잎식물(예컨대, 풀, 난과식물, 야자과나무), 붕어마름속(ceratophyllum)(예컨대, 수생 식물), 또는 진정쌍떡잎 식물(eudicots)(예컨대, 해바라기꽃, 페튜니아, 사과) 그룹을 포함하는 임의의 적합한 식물이다. 적합한 겉씨식물(gymnosperm)은 아류 사이칼리다에(cycadidae), 진크고이다에(ginkgoidae), 그네티다에(gnetidae), 또는 피니다에(pinidae)로부터 기원한다.
표면은 전화기, 핸드폰, 원격 제어기, 컴퓨터, 마우스, 키보드, 또는 터치 스크린과 같은 잔자 장치의 일부일 수 있다.
표면은 또한 화장품(예컨대, 아이 새도우, 아이라이너, 프라이머, 파운데이션, 립스틱, 립 글로스, 블러쉬(blush)), 화장품 제조 장비, 화장품 저장 장비, 화장풉 포장 장비, 개인 위생 물품(예컨대, 크림, 겔, 연고, 립밤, 바디 비누, 세수 비누, 로션, 쾰른(cologne), 향수, 발한 억제제(antiperspirant), 냄새 제거제(deodorant), 고급 화장지(facial tissue), 면봉, 면 패드, 구강세척액, 치약, 매니큐어, 샴푸, 컨디셔너, 헤어스프레이, 탤컴 파우더(talcum powder), 면도 크림, 콘택트렌즈, 콘택트렌즈 케이스, 안경), 개인 보호 물품 제조 장비, 개인 보호 저장 장비, 개인 보호 포장 장비, 장신구(예컨대, 목걸이, 반지, 귀걸이, 팔찌, 시계), 장신구 제조 장비, 또는 장신구 저장 장비의 일부일 수 있다.
"동물 보호 물품" 및 "수의학 장비"는 집, 보딩 하우스(boarding house), 또는 수의과 병원과 같은, 동물을 포함하는 셋팅에 사용된 임의의 제품일 수 있다. 물론, 수의학 장비는 병원 셋팅 밖의 지역에서 사용될 수 있다. 동물은 전형적으로 수의사가 치료하는 애완동물, 비-애완동물, 털깍인 양(boarded), 및 야생 속의 동물일 수 있다. 예는 개, 고양이, 파충류, 조류, 토끼, 흰담비, 기니아 피그, 햄스터, 랫트, 마우스, 어류, 거북이, 말, 염소, 소, 및 돼지를 포함한다. 적합한 동물 보호 물품은 본원에 기술된 개인 보호 물품, 장난감, 침대, 상자, 개집, 캐리어, 사발(bowl), 접시, 개줄, 목걸이(collar), 애완동물용 변기, 및 그루밍 물품(예컨대, 클리퍼(clipper), 가위, 브러쉬, 빗, 디매팅 도구(dematting tool), 및 탈쉐딩 도구(deshedding tool))를 포함한다. 적합한 수의학 장비는 임의의 본원에 기술된 의학 장치 및, 테이블, 통, 스크래쳐(stretcher), 씽크, 케이지, 캐리어, 및 사슬과 같은 기타 장비를 포함한다.
"동물 우리"는 닭장, 외양간, 쉘터(shelter), 그랩 백 쉘터(grab bag shelter), 토끼장, 광(barn), 헛간(shed), 축사(pen), 둥지상자(nestbox), 여물통(feeder), 스탠션(stanchion), 케이지(cage), 캐리어, 또는 베드(bed)와 같은 임의의 적합한 우리일 수 있다.
"농장 장비"는 농장 또는 목장, 특히 동물을 가두고, 동물을 가공하거나, 둘 다인 농장 또는 목장을 포함하는 농업 셋팅 내에서 사용된 임의의 장치이다. 동물 가축은 본원에 기술된 바와 같이 수용되어 가공될 수 있고 예컨대, 말, 소, 들소, 및 가금류(예컨대, 닭, 메추라기, 칠면조, 거위, 오리, 비둘기(pigeon, dove), 꿩, 백조, 타조, 뿔닭, 인도 공작, 에뮤(emu), 돼지, 양, 염소, 알파카, 라마, 사슴, 당나귀, 토끼, 및 어류와 같은 작은 동물을 포함한다. 농장 장비의 예는 화물 트럭, 트레일러(trailer), 카트(cart), 광(barn), 헛간, 울타리, 스프링클러, 삽, 스크래퍼(scraper), 고삐, 로프, 축력 보정구(restraining equipment), 여물통, 급수기, 여물통(trough), 물 필터, 물 가공 장비, 저장 탱크(stock tank), 분수, 양동이, 들통(pail), 건초 시렁, 저울, 가금류 바닥재(poultry flooring), 알 취급 장비(egg handling equipment), 광 커튼(barn curtain), 트랙터, 파종기, 플랜터(planter), 쟁기, 로테이터(rotator), 틸러(tiller), 스프레더(spreader), 분무기, 교반기(agitator), 분류기(sorter), 발러(baler), 하베스터(harvester), 면 수확기(cotton picker), 탈곡기, 잔디깍기(mower), 백홀 로더(backhoe loader), 압박식 보정틀(squeeze chute), 수압 추트(hydraulic chute), 헤드 추트(head chute), 헤드 게이트(head gate), 크라우딩 통(crowding tub), 코랄 통(corral tub), 알레이(alley), 분만실, 송아지 테이블, 및 착유기를 포함한다.
표면은 항공 운송수단, 육상 운송수단, 또는 물 운송수단과 같은 운송수단의 일부일 수 있다. 적합한 운송수단은 자동차, 밴, 트럭, 버스, 구급차, 레크리에이션용 차량, 캠핑카, 오토바이, 스쿠터, 자전거, 휠체어, 기차, 전차, 배, 보트, 카누, 잠수함, 무인 수중 차량(UUV), 수상 모터바이크(personal water craft), 항공기, 제트기, 헬리콥터, 무인 자율 주행 차량(UAV), 및 열기구를 포함한다.
경우에 따라, 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름이 적용된 표면은 필름이 전형적으로 표면에 공유결합으로 결합되어 있지 않으므로, 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름을 제거함으로써 재생시킬 수 있다. 제거는 용매(예컨대, 물 및/또는 알코올)를 사용한 세척 또는 세정과 같은 임의의 적합한 단계로 수행될 수 있다. 따라서, 본원에 기술된 표면(예컨대, 기판의 표면)에서 항미생물 코팅은 일시적(예컨대, 제거가능한)인 것으로 고려될 수 있다. 구현예에서, 항미생물 잔류성 자가-위생처리가능한 필름은 수용성이고 물(예컨대, 더운 비눗물)로 제거가능하다.
항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름은 임의의 적합한 세균에 대해 임의의 적합한 정도로 표면 살세균성이 되도록 한다. 다시 말해서, 본 발명의 항미생물 조성물은 항미생물 필름과 접촉하는 세균의 적어도 75%(예컨대, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 92%, 적어도 94%, 적어도 95%, 적어도 96%, 적어도 97%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 적어도 99.5%)를 사멸시키는 표면(예컨대, 기판의 표면)에 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름을 형성할 수 있다. 예를 들면, 세균은 예를 들면, 스타필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus), 그람 양성 메티실린-내성 스타필로코쿠스 아우레우스(MRSA), 스타필로코쿠스 사프로피티쿠스(Staphylococcus saprophyticus), 슈도모나스 아에루기노사(Pseudomonas aeruginosa), 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes), 클렙시엘라 뉴모니아에(Klebsiella pneumoniae), 스트렙토코쿠스 뉴모니아에(Streptococcus pneumoniae), 스트렙토코쿠스 피오게네스(Streptococcus pyogenes), 스트렙토코쿠스 아갈락티아에(Streptococcus agalactiae), 해모필루스 인플루엔자에(Haemophilus influenzae), 헬리코박터 필로리(Helicobacter pylori), 살모넬라(Salmonella), 시겔라(Shigella), 클로스트리디움(Clostridium), 엔테로박터 아에로게네스(Enterobacter aerogenes), 그람 음성 에스케리키아 콜라이(gram negative Escherichia coli), 클로스트리디움 디피실레(Clostridium difficile), 또는 이의 조합일 수 있다. 특정 구현예에서, 광반응성 조성물은 그람 양성 메티실린-내성 스타필로코쿠스 아우레우스((MRSA), 그람 음성 에스케리키아 콜라이(ATCC 8739), 클로스트리디움 디피실레(ATCC 43598), 또는 이의 조합을 감소(예컨대, 제거, 사멸, 또는 예방 및/또는 성장의 억제)시키는데 효과적이다.
본 발명의 국면에서, 본원에 기술된 항미생물성 조성물로부터 형성된 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름은 표면이 그람 양성 메티실린-내성 스타필로코쿠스 아우레우스(MRSA) 세균에 대해 살세균성이 되도록 한다. 바람직하게는, 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름은 접촉 30분 내(예컨대, 20분 내, 15분 내, 10분 내, 5분 내)에 그람 양성 메티실린-내성 스타필로코쿠스 아우레우스(MRSA) 세균의 log 5 집단의 적어도 95%(예컨대, 적어도 96%, 적어도 97%, 적어도 98%, 적어도 99%)를 사멸시킨다. 특히 바람직한 구현예에서, 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름은 접촉 5분 내에 그람 양성 메티실린-내성 스타필로코쿠스 아우레우스(MRSA) 세균의 log 5 집단의 적어도 99.8%를 사멸시킨다.
본 발명의 다른 국면에서, 본원에 기술된 항미생물성 조성물로부터 형성된 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름은 표면을 그람 음성 에스케리키아 콜라이(ATCC 8739) 세균에 대해 살세균성이 되도록 한다. 특히, 항미생물 자류성 자가-위생처리는 접촉 30분 내(예컨대, 20분 내, 15분 내, 10분 내, 5분 내)에 그람 음성 에스케리키아 콜라이(ATCC 8739) 세균의 log 5 집단의 적어도 95%(예컨대, 적어도 96%, 적어도 97%, 적어도 98%, 적어도 99%)를 사멸시킨다. 바람직한 구현예에서, 항미생물성 필름은 접촉 5분 내에 그람 음성 에스케리키아 콜라이(ATCC 8739) 세균의 log 5 집단의 적어도 99.7%를 사멸시킨다.
본 발명의 여전히 다른 국면에서, 본원에 기술된 광반응성 조성물로부터 형성된 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름은 표면을 클로스트리디움 디피실레(ATCC 43598) 세균에 대해 살세균성이 되도록 한다. 보다 구체적으로 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름은 접촉 24시간 내(예컨대, 18시간 내, 12시간 내, 10시간 내, 8시간 내, 6시간 내)에 클로스트리디움 디피실레(ATCC 43598) 세균의 log 4 집단의 적어도 75% (예컨대, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 97%, 적어도 98%, 적어도 99%)를 사멸시킨다. 바람직한 구현예에서, 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름은 접촉 8시간 내에 클로스트리디움 디피실레(ATCC 43598) 세균의 log 4 집단의 적어도 99.7%를 사멸시킨다.
바이러스, 특히, 비-엔벨로프된 바이러스, 예컨대, 노로바이러스, 로타바이러스, 아데노바이러스, 및 폴리오바이러스는 사멸시키기 훨씬 더 어렵다. 일반적으로, 비-엔벨로프된 바이러스의 배열을 사멸시키는 유일한 방법은 차아염소산염, 산, 및 과산화물과 같은 다량의 매우 독한 화학물질이며, 이들 모두는 고도로 세포독성이다. 놀랍게도, 본 발명에 기술된 기술은, 본원 또는 본원에 이의 전문이 참고로 포함된, 동일한 출원인에 의해 "중합체-계 항미생물 조성물 및 이의 사용 방법"이라는 명칭으로 공동 출원된 특허원에 기술된, 양이온성 물질 속에 채우는 경우, 비-엔벨로프된 바이러스를 사멸시키는 항미생물 필름을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명은 표면이 임의의 적합한 바이러스에 대해 바이러스의 적어도 75%(예컨대, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 92%, 적어도 94%, 적어도 95%, 적어도 96%, 적어도 97%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 적어도 99.5%)를 감소(예컨대, 제거, 사멸, 또는 예방 및/또는 성장을 억제)시키는 것과 같이, 임의의 적합한 정도로 살바이러스성이 되도록 하는 본원에 기술된 항미생물 조성물로부터 형성된 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름을 제공한다. 특수한 예에서, 본원에 기술된 항미생물 조성물로부터 형성된 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름은 표면이 적어도 하나의 엔벨로프된 바이러스(예컨대, 치킨폭스 바이러스(chickenpox virus), 인플루엔자(influenza), 헤르페스 단성(herpes simplex), 중증 급성 호흡기 증후군(severe acute respiratory syndrome: SARS), 플라비바이러스(flavivirus), 토가 바이러스(togavirus)) 및/또는 비-엔벨로프된 바이러스(예컨대, 레비바이러스(levivirus), 노로바이러스(norovirus), 로타바이러스(rotavirus), 아데노바이러스(adenovirus), 파르보바이러스(parvovirus), 및 폴리오바이러스(poliovirus))에 대해 살바이러스성이 되도록 한다.
본 발명의 다른 국면에서, 본원에 기술된 항미생물 조성물로부터 형성된 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름은 표면이 A형 인플루엔자(예컨대, H1N1, H1N2, 및d H5N1) 엔벨로프된 바이러스에 대해 살바이러스성이 되도록 한다. 구현예에서, 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름은 접촉 60분 내(예컨대, 45분 내, 30분 내, 20분 내)에 A형 인플루엔자(H1N1)(ATCC CCL-34)의 log 4 집단의 적어도 95%(예컨대, 적어도 96%, 적어도 97%, 적어도 98%, 적어도 99%)를 사멸시킨다. 바람직한 구현예에서, 항미생물 필름은 접촉 30분 내에 A형 인플루엔자(H1N1)(ATCC CCL-34)의 log 4 집단의 적어도 99%를 사멸시킨다.
본 발명의 여전히 다른 국면에서, 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름은 표면을 비-엔벨로프된 바이러스, 예컨대, 레비바이러스(예: MS2), 노로바이러스, 로타바이러스, 아데노바이러스, 파르보바이러스, 또는 폴리오바이러스에 대해 살바이러스성이 되도록 한다. 구현예에서, 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름은 접촉 30분 내(예컨대, 20분 내, 15분 내, 10분 내, 5분 내)에 비-엔벨로프된 바이러스의 적어도 95%(예컨대, 적어도 96%, 적어도 97%, 적어도 98%, 적어도 99%)를 사멸시킨다. 바람직한 구현예에서, 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름은 접촉 5분 내에 비-엔벨로프된 바이러스의 적어도 97%를 사멸시킨다. 이러한 구현예의 일부 예에서, 비-엔벨로프된 바이러스는 MS2(ATCC 15597-B1)이다.
본 발명의 일 구현예는 양으로 하전된 부직포 필터 매질에 커플링된, 본원에 기술된 바와 같은, 하나 이상의 불용성인, 양이온성 중합체를 포함하는 처리된 필터 매질에 관한 것이다. 필터 매질은 예를 들면, 액체(예컨대, 물) 및 공기를 여과하기에 적합하며 알루미나(Al2O3), 폴리에스테르(예컨대, PET), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드(예컨대, 나일론 6,6), 폴리이미드, 폴리아크릴릭, 유리, 금속, 덱스트란, 셀룰로즈, 황마, 목재 펄프, 면, 또는 이의 조합물(예컨대, 나노알루미나 섬유가 코팅된 마이크로유리 섬유 및/또는 셀룰로즈)와 같은 임의의 적합한 물질로부터 제조될 수 있다. 물질이 이의 천연 형태에서 양으로 하전되지 않는 경우, 물질은 필요한 경우 개질되어 예를 들면, 하나 이상의 4급 암모늄 그룹을 가함으로써, 필수적인 양 전하를 제공할 수 있다. 부직 필터 매질은 상업적으로 구입할 수 있으며 임의의 적합한 방법(예컨대, 습지, 에어레이드(airlaid), 드라이레이드(drylaid), 용융취입(meltblown), 스펀본드(spunbond), 나노필터 웹 스피닝(nanofiber web spinning), 및 연속 드로우 섬유화(continuous draw fiberization))에 의해 제조할 수 있다. 예컨대, Argonide(플로리다주 샌포드 소재), Pall Corporation(뉴욕주 포트 워싱톤 소재), GE Infrastructure Water and Process Technologies(펜실베니아주 트레보스 소재), 및 Meissner Filtration Products(캘리포니아주 카마릴로 소재)를 참고한다. 본원에 기술된 바와 같이, 커플링제로서 작용하는 접착 촉진제도 사용할 수 있다. 측쇄되고 카복솔화된(carboxolated) PEI와 같은, 접착 촉진제가 양이온성인 구현예가 바람직하다.
대부분의 우수한 여과 매질은 크기에 의한 단순한 스크리닝에 의해 병원성 미생물을 감소시키지만, 이러한 필터는 물질(예컨대, 유액)을 효과적으로 스크리닝하고, 용이하게 파울링(fouling)하기 위해 고압을 필요로 하며, 빈번한 유지를 필요로 한다. 본원에 기술된 바와 같이, 양으로 하전되고 하나 이상의 불용성 양이온성 중합체에 커플링된 처리된 여과기는 감소된 압력 및/또는 파울링없이 미생물을 효과적으로 사멸시킬 수 있다. 도 2a는 양으로 하전되지 않은 5 μm 유리를 포함하는 필터로부터의 작은 공극 크기를 나타낸다. 도 2b는 보다 큰 공극 크기를 지닌 양으로 하전된 알루미나를 포함하는 필터를 나타낸다. 그러나, 필터는 알루미나에 커플링된 양이온성 중합체(예컨대, 불용성 폴리DADMAC, 직쇄 PEI)로 인하여, 도 2a에서 보다 작은 공극 크기의 미세유리 필터와 같이 작용한다.
처리된 수 필터의 하나의 예에서, 불용성이 되도록 하는(예컨대, 클로라이드 대이온의 일부를 플루오라이드로 치환시킴에 의해) 폴리DADMAC는 측쇄된 카복실화된 PEI를 지닌 양으로 하전된, 부직포 필터 Al2O3 매질에 커플링된다. 수득되는 처리된 필터 매질은 매우 높은 양성 제타 값을 갖는다. 다른 예에서, 처리된 공기 필터는 직쇄 PEI를 양으로 하전된, 부직포 필터 Al2O3 배지에 측쇄되고 카복실화된 PEI와 같은, 접착 촉진제를 사용하여 커플링시킴으로써 제조한다.
시험시, 고도로 오염된(log 7) 금속 작업 유액은 본원에 기술된 바와 같이, 처리된 필터를 통과하여, 비-엔벨로프된 바이러스를 포함하는 미생물을 99.9%까지 감소시켰다.
본 발명은 다음의 구현예에 의해 추가로 나타낸다.
(1) (a) 양이온성 중합체, (b) 적어도 하나의 접착 촉진제, (c) 임의로 가시 광에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자, 및 (d) 담체를 포함하는 항미생물 조성물로서, 여기서 조성물의 성분은 서로 공유결합으로 결합되지 않으며, 항미생물 조성물은 다음 시험 중 하나 이상에 따르는 항미생물 조성물: (i) 바이러스에 대해 log 3 감소 및 세균에 대해 log 5 감소의 EPA 요건을 충족하는 미국 시험 및 재료 협회(American Society for Testing and Materials: ASTM) 국제 방법 E1153에 따른 살균성 스프레이 시험, (ii) ASTM 국제 방법 E1052-96(2002) 또는 ASTM 국제 방법 E2315(2016)에 따른 현탁액 시험, (iii) 항미생물 활성에 대한 일본 산업 표준(Japanese Industrial Standard: JIS) Z 2801 (2006)) 시험, 또는 본원에 기술된 바와 같은 이러한 시험의 개질된 버젼에 따라서, 조성물로부터 형성된 필름은 (iii-a) 30분 내에 그람 양성 또는 그람 음성 세균의 log 5 집단의 적어도 95%, (iii-b) 접촉 30분 내에 엔벨로프된 바이러스의 log 4 집단의 적어도 95%, (iii-c) 접촉 30분 내에 비-엔벨로프된 바이러스의 적어도 95%, (iii-d) 접촉 24시간 내에 클로스트리디움 디피실레 세균의 log 4 집단의 적어도 94%를 사멸시키며, (iv) 조성물로부터 형성된 필름은 국제 표준화 기구(International Organization for Standardization: ISO) 10993-5 시험관내 세포독성 시험에 따라 2 이하의 값을 갖고, (v) (v-a) 조성물로부터 형성된 필름은 환경 보호국(Environmental Protection Agency: EPA) 프로토콜 # 01-1 A 잔류 자가-위생처리 활성 시험에 따른 그람-양성 세균 및 그람-음성 세균의 적어도 99.9%를 사멸시키거나, (v-b) 필름 형성 후 7일 째에, 조성물로부터 형성된 필름은 본원에 기술된 바와 같은 프로토콜 # 01-1A 잔류성 자가-위생처리 활성 시험에 따라 그람-양성 세균 및 그람-음성 세균, 또는 엔벨로프된 및 비-엔벨로프된 바이러스의 적어도 95%를 사멸시키는 것으로부터 선택된 내구성 시험(durability test).
(2) 양이온성 중합체가 폴리디알릴디알킬암모늄 염, 아크릴옥시알킬트리알킬암모늄 염, 비닐페닐알킬트리알킬암모늄 염, 아크릴아미도알킬트리알킬암모늄 염, 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디알킬암모늄 염), 폴리에틸렌이민-계 중합체, 임의로 음이온성 중합체와 함께 사용된 키토산, 또는 이의 조합물인, 구현예 (1)의 항미생물 조성물.
(3) 폴리디알릴디알킬암모늄 염이 폴리디알릴디메틸암모늄 할라이드이고, 할라이드는 클로라이드, 플루오라이드, 클로라이드를 포함하는 음이온, 플루오라이드를 함유하는 음이온, 또는 이의 조합물인, 구현예 (2)의 항미생물 조성물.
(4) 양이온성 중합체가 화학적으로 개질되지 않은 직쇄 폴리에틸렌이민(PEI)인, 구현예 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 항미생물 조성물.
(5) 적어도 하나의 접착 촉진제는 티타네이트, 카복실화된 측쇄 또는 직쇄 PEI, 실란 화합물, 양이온성 블록 공중합체, 및 적어도 하나의 아실 그룹, 카복실산 그룹, 또는 카복실산 유도체를 포함하는 중합체, 및 이의 조합물인, 구현예 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 항미생물 조성물.
(6) 가시광에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자가 그래핀, g-C3N4, 전이 금속 산화물, 전이 금속 황화물, 전이 금속 셀레나이드, 염료 감작화제, 공액 중합체, 귀금속, 또는 이의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 구현예 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 항미생물 조성물.
(7) 가시광에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자가 자외선(UV) 광 하에서 가수분해되는 W- 및 N-도핑된 TiO2 입자인, 구현예 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 항미생물 조성물.
(8) 살균성 소 분자 화합물을 함유하지 않는, 구현예 (1) 내지 (7) 중 어느 하나의 항미생물 조성물.
(9) 적어도 하나의 살균제를 추가로 포함하는, 구현예 (1) 내지 (7) 중 어느 하나의 항미생물 조성물.
(10) 하나 이상의 비-전해질 중합체를 추가로 포함하는, 구현예 (1) 내지 (9) 중 어느 하나의 항미생물 조성물.
(11) 하나 이상의 비-전해질 중합체가 폴리아크릴아미드를 포함하는, 구현예 (10)의 항미생물 조성물.
(12) 폴리에틸렌이민-계 중합체, 폴리디알릴디알킬암모늄 염, 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디알킬암모늄 할라이드), 키토산, 또는 이의 조합물로부터 선택된 임의로 제2의 양이온성 중합체, 임의로 폴리산, 임의로 적어도 하나의 접착 촉진제, 및 담체를 포함하는 항미생물 조성물.
(13) 폴리에틸렌이민-계 중합체가 직쇄 PEI인, 구현예 (12)의 항미생물 조성물.
(14) 화학적으로 개질되지 않은 직쇄 PEI, 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드(폴리DADMAC), 임의로 시트르산, 카복실화되고 측쇄된 PEI, 및 물-알코올 담체를 포함하는, 구현예 (12) 또는 (13)의 항미생물 조성물.
(15) 시트르산을 포함하는, 구현예 (12) 내지 (14) 중 어느 하나의 항미생물 조성물.
(16) 가시광에서 광촉매적으로 활성인 적어도 하나의 유기 및/또는 무기 입자, 적어도 하나의 접착 촉진제, 및 담체를 포함하는 항미생물 조성물로서, 여기서 항미생물 조성물로부터 형성된 필름이 접종된 필름을 덮을 필요없이 접종물이 건조된 후 시험 시간을 개시함으로써 개질된 JIS Z 2801의 조건 하에서 미생물을 사멸시키는 항미생물 조성물.
(17) 표면에 구현예 (1) 내지 (16) 중 어느 하나의 항미생물 조성물을 적용함을 포함하여, 표면에서 항미생물을 사멸시키는 방법.
(18) 담체가 증발하여 표면에 잔류성 자가-위생처리 필름을 남기는, 구현예 (17)의 방법.
(19) 잔류성 자가-위생처리 필름이 표면에 살세균성, 살바이러스성, 및/또는 살균성을 부여하는, 구현예 (18)의 방법.
(20) 잔류성 자가-위생처리 필름이 다음 중 하나 이상을 사멸시키는, 구현예 (18) 또는 (19)의 방법: (i) 접촉 30분 내에 그람 양성 메티실린-내성 스타필로코쿠스 아우레우스(MRSA) 세균의 log 5 집단의 적어도 95%; (ii) 접촉 30분 내에 그람 음성 에스케리키아 콜라이(ATCC 8739) 세균의 log 5 집단의 적어도 95%; (iii) 접촉 60분 내에 인플루엔자 A(H1N1)(ATCC CCL-34)의 log 4 집단의 적어도 95%; (iv) 접촉 30분 내에 비-엔벨로프된 바이러스의 적어도 95%; 및/또는 (v) 접촉 24시간 내에 클로스트리디움 디피실레(ATCC 43598) 세균의 loG 4 집단의 적어도 75%.
(21) 비-엔벨로프된 바이러스가 MS2(ATCC 15597-B1)인, 구현예 (20)의 방법.
(22) 표면에 고분자량의 폴리디알릴디알킬암모늄 염 및 담체를 포함하는 항미생물 조성물을 적용시킴을 포함하여, 표면 위의 미생물을 사멸시키는 방법.
(23) 항미생물성 조성물이 폴리에틸렌이민-계 중합체, 키토산, 또는 이의 조합물을 추가로 포함하는, 구현예 (22)의 방법.
(24) 항미생물 조성물이 가시광 속에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자를 추가로 포함하는, 구현예 (22) 또는 (23)의 방법.
(25) 항미생물 조성물이 살균성 소 분자 화합물을 함유하지 않는, 구현예 (22) 내지 (24) 중 어느 하나의 방법.
(26) 담체가 증발되어 표면 위에 잔류성 자가-위생처리 필름을 남기는, 구현예 (22) 내지 (25) 중 어느 하나의 방법.
(27) 잔류성 자가-위생처리 필름이 다음 중 하나 이상을 사멸시키는, 구현예 (26)의 방법: (i) 접촉 30분 내에 그람 양성 메티실린-내성 스타필로코쿠스 아우레우스(MRSA) 세균의 log 5 집단의 적어도 95%; (ii) 접촉 30분 내에 그람 음성 에스케리키아 콜라이(ATCC 8739) 세균의 log 5 집단의 적어도 95%; (iii) 접촉 60분 내에 인플루엔자 A(H1N1)(ATCC CCL-34)의 log 4 집단의 적어도 95%; (iv) 접촉 30분 내에 비-엔벨로프된 바이러스의 적어도 95%; 및/또는 (v) 접촉 24시간 내에 클로스트리디움 디피실레(ATCC 43598) 세균의 loG 4 집단의 적어도 75%.
다음의 실시예는 본 발명을 추가로 나타내지만, 물론 이의 영역을 어떠한 방식으로도 한정하지 않는다.
실시예
다음의 실시예를 위한 항미생물 조성물은 다음의 일반적인 공정에 따라 제조하였다: (1) 하나 이상의 양이온성 중합체의 고 희석 혼합물을 제조하는 단계, (2) 광촉매 입자를 양이온성 단량체를 기반으로 중량 퍼센트(% wbcm)로서 첨가하는 단계, (3) 하나 이상의 음이온성 중합체의 고도로 희석된 혼합물을 제조하는 단계, (4) 묽은 양이온성 중합체 및 묽은 음이온성 중합체를 배합하여 PEC를 생성시키는 단계, (5) 사용하는 경우, 티타네이트 접착 촉진제를 총 단량체를 기반으로 중량 퍼센트(% wbtm)로서 첨가하는 단계, (6) 양이온성/음이온성 PEC를 농축시켜(즉, 용매는 부분 증발된다) 예를 들면, 필름 두께 및 필름 내구성을 측정하는데 사용된 목적한 농도를 수득하는 단계, 및 (7) 항미생물 조성물을 목적한 개질을 위해 추가로 희석시키는 단계. 단계 2 내지 7은 목적한 소독 조성물 및 농도에 따라 임의적이다.
실시예 1
본 실시예는 본 발명의 구현예에서 항미생물 조성물의 제조를 입증한다.
다음의 폴리DADMAC/PEI/PAAS PEC를 형성시키기 위한 개개 성분 및 이들 각각의 양은 표로 만들어서 표 8에 제공한다. 용액의 농도(ppm)의 계산 외에 개개 성분의 양을 나열한다.
Figure 112019026492973-pct00010
표 8에 제시된 PEC를 생성하는 항미생물 조성물은 2개의 양이온성 중합체(즉, 폴리DADMAC 및 PEI), 음이온성 중합체(PAAS), 티타네이트, TiO2 입자(광촉매), 및 담체로서 물을 포함한다. 알코올은 PEC의 생성에 요구되지 않는다. PEC의 형성 후, 특정 퍼센트의 물을 알코올로 대체한다. 조성물이 소독제 상의 스프레이로서 사용되는 경우, 알코올은 세균을 사멸시키는 것을 돕는다. 알코올은 또한 조성물이 보다 신속하게 건조되어 잔류성 자가-위생처리 필름을 형성하도록 돕는다. 이러한 물을 알코올로 교체하는 것은 5% 알코올로부터 90% 알코올, 바람직하게는 35% 내지 70%의 범위일 수 있다.
실시예 2
본 실시예는 본 발명의 구현예에 따른 항미생물 조성물에 의해 나타난 그람 양성 메티실린-내성 스타필로코쿠스 아우레우스(MRSA) 세균 및 그람 음성 에스케리키아 콜라이(ATCC 8739) 세균에 대한 미래의 항미생물 보호를 입증한다.
소독 조성물을 표 9에 제시된 바와 같은 250 kDa pDADMAC 또는 초-고 분자량(1,000,000 g/mol) pDADMAC, 물-메탄올 혼합물, 티타네이트, 및 작용화된 TiO2 입자를 포함하도록 제조하였다. 보고된 사멸율 및 사멸 시간은 7일된 필름에 세균을 접종한 후이다. 세균 시험은 별도의 시험 실험실, BioSan Laboratories, Inc.(미주리주 와렌 소재)에서 수행하였고, 4.8K ppm 필름에 대한 결과는 표 10에 제시한다. 본원에 사용된 모의 시험된 EPA 내구성 시험은 기술된 중량을 갖는 12개의 교호하는 습윤 및 건조 와이프(wipe)로 이루어진다. 각각의 샘플로부터 회수된 유기체를 5분 후 측정하였다. 결과는 표 10, 4열에 제시한다.
Figure 112019026492973-pct00011
Figure 112019026492973-pct00012
표 10에 제시된 결과로부터 명백해지는 바와 같이, 초-고 분자량 pDADMAC는 그람-양성(MRSA) 및 그람-음성(이. 콜라이) 세균 둘 다의 미래의 성장을 예방하는데 매우 효과적이며, 5분 내에 99.5% 이상을 사멸시킨다. 또한, 이러한 결과는 7일 기간 후 측정되며, 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름이 이러한 효율적인 수준에서 지속적으로 사멸시킴을 입증한다. 또한, 초-고 분자량 폴리DADMAC는 EPA 내구성 시험 후 그람-음성(이. 콜라이) 세균을 사멸시키는데 동일하게 효과적이다. 따라서, 항미생물 잔류성 자가-위생처리 필름은 표면이 용이하게 닦여지지 않는다.
실시예 3
본 실시예는 본 발명의 구현예에 따른 항미생물 조성물에 의해 나타난 인플루엔자 A(H1N1)(ATCC CCL-34) 엔벨로프된 바이러스 및 MS2(ATCC 15597-B1) 비-엔벨로프된 바이러스에 대한 미래의 항미생물 보호를 입증한다.
물-메탄올 혼합물 중 pDADMAC 및/또는 PEI, 티타네이트, 및 임의로 작용화된 TiO2를 포함하는 소독 조성물을 표 8, 9, 또는 11에 따라 제조하였다. 보고된 사멸율 및 사멸 시간은 7일된 필름에 바이러스를 접종한 후이다. 바이러스 시험은 별도의 시험 실험실인, Antimicrobial Test Laboratories(텍사스주 라운드 록 소재)에 의해 수행되었고, 결과는 표 12에 제시한다.
Figure 112019026492973-pct00013
Figure 112019026492973-pct00014
표 12에 제시된 결과로부터 명백해지는 바와 같이, pDADMAC 및 Ti02를 포함하는 항미생물 조성물은 접촉 30분 내에 인플루엔자 A(H1N1) 바이러스의 log 4 집단의 98.2% 및 60분 내에 99%를 용해하였다. 추가로, PEI를 포함하는 항미생물 조성물은 5분 내에 비-엔벨로프된 바이러스 MS2의 log 4 집단의 97.4%, 및 30분 내에 99%를 사멸한다. 표 12는 또한 폴리DADMAC, T1O2, 및 PEI를 포함하는 소독 조성물이 33% PEI의 첨가와 함께, 특히 비-엔벨로프된 MS2에 대해 보다 항바이러스성이 됨을 입증한다. PEI의 부재하에서, 82.3%가 30분 내에 사멸되지만, 33%의 PEI의 존재하에서는 95%가 30분 내에 사멸된다. 또한, 표 12는 pDADMAC 및 TIO2 만을 포함하는 항미생물 조성물이 접촉 30분 내에 비-엔벨로프된 MS2 바이러스의 단지 82.3%를 사멸시키며, 이는 24시간 후 97.8%까지 증가하였다.
실시예 4
본 실시예는 본 발명의 구현예에 따른 항미생물 조성물에 의해 나타난 크로스트리디움 디피실레(ATCC 43598) 세균을 생성하는 포자에 대한 미래의 항미생물 보호를 입증한다.
항미생물 조성물을 표 9에 제시된 바와 같이 물-메탄올 혼합물 속에서 초 고 분자량 pDADMAC, 티타네이트, 및 작용화된 TiO2를 포함하도록 제조하였다. 보고된 사멸율 및 사멸 시간은 7일된 필름에 세균을 접종한 후이다. 세균 시험은 별도의 시험 실험실 Antimicrobial Test Laboratories(텍사스주 라운드 록 소재)에 의해 수행되었고, 결과는 표 13에 제시하였다.
Figure 112019026492973-pct00015
표 13에 제시된 결과로부터 명백해지는 바와 같이, 초-고 분자량 pDADMAC 및 TiO2를 포함하는 항미생물 조성물은 8시간 내에 클로스트리디움 디피실레(ATCC 43598)의 log 5 집단의 98%를 사멸시킨다.
실시예 5
본 실시예는 본 발명의 구현예에 따른 항미생물 조성물에 의해 나타난 아스퍼길러스 브라슬리엔시스 진균에 대한 미래의 항미생물 보호를 입증한다.
물-메탄올 혼합물 속에서 초 고 분자량 pDADMAC, 티타네이트, 및 작용화된 TiO2를 포함하는 항미생물 조성물을 표 9에 제시된 제형을 사용하여 제조하였다. 보고된 사멸율 및 사멸 시간은 7일된 필름에 세균을 접종한 후이다. 진균 시험은 별도의 시험 실험실 BioSan laboratories, Inc(미주리주 와렌 소재)에 의해 수행되었고, 결과는 표 14에 설정하였다.
Figure 112019026492973-pct00016
표 14에 제시된 결과로부터 명백해지는 바와 같이, 초-고 분자량 pDADMAC, 티타네이트, 및 TiO2를 포함하는 항미생물 조성물은 8시간 내에 아스퍼길러스 브라슬리엔시스 진균의 log 4 집단의 86%를 사멸시킨다.
실시예 6
본 실시예는 본 발명의 구현예에 따른 항미생물 조성물에 의해 나타난 그람 양성 메티실린-내성 스타필로코쿠스 아우레우스(MRSA) 세균에 대한 미래의 항미생물 보호를 입증한다.
이산화티탄이 존재하지 않는 것을 제외하고는 표 9에 제시된 성분에 따라 소독 조성물을 제조하였다. 본원에 사용된 모의시험된 EPA 내구성 시험은 처방된 중량을 지닌 필수적인 12회의 교호하는 습윤 및 무수 와이프로 이루어진다. 각각의 샘플로부터 회수된 유기체를 5분 후 측정하였다. 결과는 표 15에 제시한다.
Figure 112019026492973-pct00017
* cfu/샘플 - 회수된 샘플당 콜로니 형성 단위
본 실시예는 폴리DADMAC, 티타네이트, 및 담체를 포함하는 항미생물 조성물에 의해 형성된 필름에 의해 나타난 MRSA에 대한 "후에 사멸" 항미생물 보호를 입증한다.
실시예 7
본 실시예는 pDADMAC 및 담체를 포함하는 조성물에 의해 나타난 항미생물 활성을 입증한다.
항미생물 조성물을 물-메탄올(80/20) 혼합물 속에서 저 분자량 폴리DADMAC(250,000 g/mol) 또는 초-고 분자량(1,000,000 g/mol) 폴리DADMAC를 포함하도록 제조하였다. 조성물을 선명한 유리 슬라이드 위에서 코팅하여 이를 건조시켜 필름을 형성하도록 하였다. 폴리DADMAC 필름의 사멸력을 메티실린-내성 스타필로코쿠스 아우레우스(MRSA)에 대해 시험하였다. 각각의 샘플로부터 회수된 유기체를 5분 후에 측정하였다. 결과는 표 16에 설정한다.
Figure 112019026492973-pct00018
*cfu/샘플 - 회수된 샘플당 콜로니 형성 단위
초-고 분자량 폴리DADMAC로 생성된 필름은 그람-양성 및 그람-음성 세균의 사멸시 보다 적은 분자량(250,000 g/mol) 보다 현저하게 더 효과적임이 예측치않게 발견되었다. 표 16에서 알 수 있는 바와 같이, log 7 MRSA 집단에 노출 5분 후, 250,000 g/mol MW 필름 만이 2.08의 항미생물 활성을 제공한다. 비교시, 1,000,000 g/mol MW 필름은 5.7의 항미생물 활성, 즉, 각각의 경우 동일한 양의 중합체를 사용하여 2배 이상의 활성을 생성하였다. 보다 높은 분자량의 폴리DADMAC와 비교하여 보다 작은 분자량 폴리DADMAC의 사멸율은 전하 밀도에 있어서의 차이보다 오히려 필름 형성에 있어서의 차이에 기인하는 것으로 여겨진다.
실시예 8
본 실시예는 본 발명의 구현예에서 항미생물 조성물을 사용하여 직물에서 잔류성 자가-위생처리 필름을 제공함을 입증한다.
6,000ppm pDADMAC, 1,500 ppm 폴리아크릴산, 400 ppm 티타네이트, 및 0.1% 작용화된 TiO2 입자를 포함하는 PEC 형태의 항미생물 조성물을 제조하였다. 조성물을 세정 주기로 의류에 적용시킨 후 직물 화학 및 색상의 미국 연합(American Association of Textile Chemists and Colorists: AATCC) 시험 방법 100을 사용하여 항미생물 내성에 대해 시험하였으며, 이는 직물에서 항미생물 처리의 성능을 평가하기 위해 고안된 것이다. 시험은, 중합체-계 조성물이 4시간 후 직물에서 log 4 MRSA 집단의 99.58%를 분해할 수 있었음을 입증하였다(표 17). AATCC는 표준을 명시하지 않지만, 유사한 시험 방법, ISO 20743은, 2-Logio 또는 99% 감소를 추천한다.
Figure 112019026492973-pct00019
담체 속에 4000 ppm PEI, 2000 ppm 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디메틸암모늄 클로라이드), 및 25 ppm 카복실화되고 측쇄된 PEI를 포함하는 제2의 항미생물 조성물을 제조하고 pH는 약 6이었다. 조성물을 세정 주기로 의류에 적용시킨 후 상기와 동일한 조건 하에서 항미생물 내성에 대해 시험하였다. 결과는 표 18에 요약한다.
Figure 112019026492973-pct00020
실시예 9
본 실시예는 티타네이트를 함유하는 항미생물 조성물에 의해 나타난 이. 콜라이에 대한 항미생물 보호를 입증한다.
수 중 티타네이트를 포함하는 조성물을 유리 슬라이드에 적용하였다. 코팅된 슬라이드를 5일 동안 정치시킨 후, 슬라이드에 log 6 이. 콜라이 집단을 접종하였다. 순수한 티타네이트 필름은 표 19에서 알 수 있는 바와 같이, 24시간 후 88.72%를 사멸시켰다.
Figure 112019026492973-pct00021
*cfu/샘플 - 회수된 샘플당 콜로니 형성 단위
실시예 10
본 실시예는 본 발명의 구현예에서 손 세정제의 항미생물 활성을 입증한다.
실온에서, 수 중 4000 ppm의 직쇄 PEI를 격렬히 교반하여 PEI 분산액을 생성하였다. 격렬한 교반 하에, 분산액 중 PEI를 이후에 시트르산으로 양자화함으로써, pH를 6으로 하고 선명한 액체로 수득하였다. 선명한 액체를 이후에 온도가 70℃가 되도록 하였다. 에탄올 및 1,2-프로판디올을 이후에 조금씩 부어서 선명한 액체의 온도를 65℃에서 유지시켰다. 선명한 혼합물로부터 열을 제거하여 과도한 알코올 증발을 피한 후 덮어서 최소 4시간 동안 교반하였다. 수득되는 혼화성 배합물은 4000 pm 화학적으로 개질되지 않은 직쇄의 PEI, 72% 에탄올, 5% 1,2-프로판디올, 0.25중량% 시트르산, 및 균형 수를 포함하였다.
비-엔벨로프된 바이러스에 대한 손 세정제 조성물의 활성은 ASTM 국제 방법 E1052-96(2002)("현탁액 속의 바이러스에 대한 살미생물 활성을 평가하기 위한 표준 시험 방법")에 따랐다. 이러한 시험의 사용시 손 세정제 제형은 MS2(비-엔벨로프된 바이러스에 대한 대용물)를 접촉 60초 내에 99.9%(log 3) 감소로 불활성화시켰다. MRSA(그람 양성 세균) 및 이. 콜라이(그람 음성 세균)에 대한 손 세정제 조성물의 활성은 ASTM E 2315에 따랐다. 손 세정제 조성물은 접촉 30초 내에 세균 둘 다를 99.999%(log 5) 감소로 불활성화시켰다. 이러한 시험의 결과는 표 20에 요약한다.
Figure 112019026492973-pct00022
실시예 11
본 실시예는 본 발명의 구현예에서 작용화된 TiO2 입자의 합성을 입증한다.
TiO2 입자를 다음 방법을 사용하여 작용화하였다. 1 g의 텅스텐-도핑된, 20 nm 액체-합성된 TiO2로 출발하여, 5 g의 우레아를 가하고, 혼합물을 40분 동안 400℃에서 하소시켜 NTiO2를 수득하였다. 이후에 NTiO2를 미세 분말로 분쇄하고, 여기에 10 g의 분쇄 볼(milling ball)을 모든 그램의 NTiO2 및 10% 우레아에 대해 가하였다. 혼합물을 30분 동안 300 rpm에서 분쇄하였다. 30분 후, 200 mL의 물을 가하고, 혼합물을 추가로 5분 동안 분쇄하였다. 분쇄된 혼합물을 이후에 160 W UV 광에 적용시켰다. 1시간 후, 혼합물을 경사분리하고, 원신분리하고 0.5 mM 염료를 암실 속에서 가하였다. 혼합물을 다시 경사분리하고 원심분리한 후, 물을 1회 이상 가하였다.
본원에 인용된, 공보, 특허원, 및 특허를 포함하는 모든 참고문헌은 각각의 참고가 개별적으로 및 구체적으로 참고로 포함되고 이의 전문이 본원에 제시된 것으로 나타내는 바와 동일한 정도로 참고로 본원에 포함된다.
본 발명을 설명하는 맥락(특히 다음의 청구범위의 맥락)에서 용어 단수("a", "an" 및 "the) 및 "적어도 하나의" 및 유사한 참고는 본원에서 달리 나타내거나 내용에 의해 명확하게 부인하지 않는 한 단수 및 복수 둘 다를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 하나 이상의 항목의 목록 앞의 용어 "적어도 하나의"(예를 들면, "적어도 하나의" A 및 B)는 본원에 달리 나타내거나 내용에 의해 명확하게 부인하지 않는 한 나열된 항목으로부터 선택된 하나의 항목(A 또는 B) 또는 나열된 항목의 2개 이상의 임의의 조합(A 및 B)를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 용어 "포함하는', "갖는', "포괄하는' 및 "함유하는"은 달리 나타내지 않는 한, 확장가능한 용어(즉, "를 포함하나 이에 한정되지 않은"인 것으로 해석되어야 한다. 본원의 값의 범위의 인용은 단지 본원에 달리 나타내지 않는 한, 이러한 범위 내에 속하는 각각의 별개의 값을 개별적으로 지칭하는 단축된 방법으로서 제공하기 위해 의도되며, 각각의 별개의 값은 이것이 본원에 개별적으로 인용되는 바와 같이 명세서내로 포함된다. 본원에 기술된 모든 값은 본원에 달리 나타내지 않거나 내용에 의해 달리 명확하게 반박되지 않는 한 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본원에 제공된 임의의 및 모든 실시예, 또는 예시적인 언어(예컨대, "와 같은")의 사용은 단지 본 발명을 보다 더 분명히하기 위함이며 달리 청구하지 않는 한 본 발명의 영역에 한정하는 것이 아니다. 명세서에서의 언어는 임의의 청구되지 않은 성분을 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 나타내는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 발명을 수행하기 위해 본 발명자들에게 공지된 가장 우수한 방식을 포함하는, 본 발명의 바람직한 구현예가 본원에 기술되어 있다. 이러한 바람직한 구현예의 변화는 앞서의 설명을 판독시 당해 분야의 통상의 기술자에게 명백해질 수 있다. 본 발명자들은 기술자가 경우에 따라 이러한 변화를 사용함을 예측하며, 본 발명자들은 본 발명이 본원에 구체적으로 기술된 것과는 달리 실행되도록 의도한다. 따라서, 본 발명은 적용가능한 법이 허용하는 바와 같이 이에 첨부된 청구범위에 인용된 주제의 모든 변형 및 등가물을 포함한다. 더욱이, 이의 모든 가능한 변형 내의 상기한 성분의 임의의 조합은 본원에 달리 나타내거나 내용에 의해 명확히 모순되지 않는 한 본 발명에 포함된다.

Claims (29)

  1. 항미생물 조성물에 있어서,
    (a) 화학적으로 개질되지 않은(non-chemically modified) 직쇄 폴리에틸렌이민(polyethylenimine; PEI),
    (b) 사람의 피부를 제외한 기판의 표면에 인력을 갖는 적어도 하나의 작용 그룹을 지닌 적어도 하나의 접착 촉진제, 및
    (c) 담체를 포함하고,
    상기 조성물의 구성 성분들은 서로 공유 결합으로 결합되지 않는 것을 특징으로 하는, 항미생물 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 폴리디알릴디알킬암모늄 염, 폴리에틸렌이민-계 중합체, 아크릴옥시알킬트리알킬암모늄 염, 비닐페닐알킬트리알킬암모늄 염, 아크릴아미도알킬트리알킬암모늄 염, 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디알킬암모늄 염), 키토산 및 이의 조합물로부터 선택되는 양이온성 중합체를 더 포함하는 것인, 항미생물 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 염은 할라이드이고, 상기 할라이드는 클로라이드 또는 클로라이드를 포함하는 음이온인 것인, 항미생물 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은 가시 광에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자들을 더 포함하는 것인, 항미생물 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가시광에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자들은 자외선(UV) 광 하에서 가수분해된 W- 및 N-도핑된 TiO2 입자들인 것인, 항미생물 조성물
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 항미생물 조성물은,
    글루타랄, 할라존, 헥사클로로펜, 니트로푸라존, 니트로메졸, 포비돈-요오드, 티메로솔, C1-C5-파라벤, 차아염소산염 염, 클로푸카르반, 클로로펜, 폴록사머 요오드, 페놀릭스, 마페나이드 아세테이트, 아미나크린 하이드로클로라이드, 옥시클로로센, 메타브롬살란, 메르브로민, 디브롬살란, 글리세릴 라우레이트, 나트륨 및/또는 아연 피리티온, (도데실)(디에틸렌디아민)글리신, (도데실)(아미노프로필)글리신, 페놀성 화합물, 알칼리성 글루타르알데하이드, 및 4급 암모늄 염을 포함하는 미국 환경 보호국(U.S. Environmental Protection Agency: USEPA)-등록된 비-중합체(non-polymer) 살균성 화합물 또는 항미생물 금속을 함유하지 않는 것인, 항미생물 조성물.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 항미생물 조성물은 미국 환경 보호국(U.S. Environmental Protection Agency: USEPA)-등록된 적어도 하나의 비-중합체(non-polymer) 살균성 화합물을 더 포함하는 것인, 항미생물 조성물.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 항미생물 조성물은 폴리아크릴아미드, 폴리아민, 폴리아미도아민, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴레이트, 및 이의 임의의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 비-전해질 중합체를 더 포함하는 것인, 항미생물 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 상기 하나 이상의 비-전해질 중합체는 폴리비닐 피롤리돈을 포함하는 것인, 항미생물 조성물.
  13. 화학적으로 개질되지 않은 직쇄 폴리에틸렌이민(PEI),
    폴리디알릴디알킬암모늄 염, 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디알킬암모늄 할라이드), 키토산, 또는 이의 조합물로부터 선택되는 제2의 양이온성 중합체로서, 각각의 알킬 그룹은 동일하거나 상이하며 직쇄 C1-6 또는 측쇄 C3-6 그룹이고, 상기 염은 할라이드, 할라이드-함유 음이온, 설페이트, 및 포스페이트로부터 선택되는 음이온을 포함하는 것인, 상기 제2의 양이온성 중합체, 및
    담체를 포함하는 항미생물 조성물.
  14. 제13항에 있어서, 상기 조성물은 적어도 3개의 카복실산 그룹을 포함하는 폴리카복실산을 더 포함하는 것인, 항미생물 조성물.
  15. 제13항에 있어서, 상기 조성물은 사람의 피부를 제외한 기판의 표면에 인력을 갖는 적어도 하나의 작용 그룹을 지닌 적어도 하나의 접착 촉진제를 더 포함하는 것인, 항미생물 조성물.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은 화학적으로 개질되지 않은 직쇄 폴리에틸렌이민(PEI), 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드(폴리DADMAC), 카복실화되고 측쇄된 폴리에틸렌이민(PEI), 및 물-알코올 담체를 포함하는 것인, 항미생물 조성물.
  17. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은 시트르산을 더 포함하는 것인, 항미생물 조성물.
  18. 삭제
  19. 제1항 또는 제13항에 따른 항미생물 조성물을 사람의 피부를 제외한 표면에 적용시키는 단계를 포함하는, 사람의 피부를 제외한 표면에서 미생물을 사멸시키는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 담체가 증발하여 상기 표면에 잔류성 자가-위생처리 필름을 남기는 것인, 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 잔류성 자가-위생처리 필름이 상기 표면에 살세균성, 살바이러스성, 및/또는 살균성을 부여하는 것인, 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 잔류성 자가-위생처리 필름이 다음:
    (i) 접촉 30분 내에 그람 양성 메티실린-내성 스타필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus: MRSA) 세균의 log 5 집단의 적어도 95%;
    (ii) 접촉 30분 내에 그람 음성 에스케리키아 콜라이(Escherichia coli)(ATCC 8739)의 log 5 집단의 적어도 95%;
    (iii) 접촉 60분 내에 인플루엔자 A(H1N1)(ATCC CCL-34)의 log 4 집단의 적어도 95%;
    (iv) 접촉 30분 내에 비-엔벨로프된 바이러스의 적어도 95%, 및/또는
    (v) 접촉 24시간 내에 클로스트리디움 디피실레(ATCC 43598) 세균의 loG 4 집단의 적어도 75%
    중 하나 이상을 사멸시키는 것인, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 비-엔벨로프된 바이러스가 MS2(ATCC 15597-B1)인 것인, 방법.
  24. 사람의 피부를 제외한 표면 위의 미생물을 사멸시키는 방법에 있어서,
    상기 표면에 초고분자량의(ultra-high molecular weight) 폴리디알릴디알킬암모늄 염 호모폴리머(homopolymer) 및 담체를 포함하는 항미생물 조성물을 적용시키는 단계를 포함하며,
    각각의 알킬 그룹은 동일하거나 상이하며 직쇄 C1-6 또는 측쇄 C3-6 그룹이고, 상기 염은 할라이드, 할라이드-함유 음이온, 설페이트, 및 포스페이트로부터 선택되는 음이온을 포함하며,
    상기 폴리디알릴디알킬암모늄 염 호모폴리머의 수 평균 분자량은 800,000 g/mol 내지 20,000,000 g/mol 인 것인, 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 항미생물 조성물은 화학적으로 개질되지 않은 직쇄 폴리에틸렌이민(PEI)을 더 포함하는 것인, 방법.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 항미생물 조성물은 가시광 속에서 광촉매적으로 활성인 유기 및/또는 무기 입자들을 더 포함하는 것인, 방법.
  27. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 항미생물 조성물은, 글루타랄, 할라존, 헥사클로로펜, 니트로푸라존, 니트로메졸, 포비돈-요오드, 티메로솔, C1-C5-파라벤, 차아염소산염 염, 클로푸카르반, 클로로펜, 폴록사머 요오드, 페놀릭스, 마페나이드 아세테이트, 아미나크린 하이드로클로라이드, 옥시클로로센, 메타브롬살란, 메르브로민, 디브롬살란, 글리세릴 라우레이트, 나트륨 및/또는 아연 피리티온, (도데실)(디에틸렌디아민)글리신, (도데실)(아미노프로필)글리신, 페놀성 화합물, 알칼리성 글루타르알데하이드, 및 4급 암모늄 염을 포함하는 미국 환경 보호국(U.S. Environmental Protection Agency: USEPA)-등록된 비-중합체(non-polymer) 살균성 화합물 또는 항미생물 금속을 함유하지 않는 것인, 방법.
  28. 제24항에 있어서, 상기 담체가 증발되어 상기 표면 위에 잔류성 자가-위생처리 필름을 남기는 것인, 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 잔류성 자가-위생처리 필름은 다음:
    (i) 접촉 30분 내에 그람 양성 메티실린-내성 스타필로코쿠스 아우레우스(MRSA) 세균의 log 5 집단의 적어도 95%;
    (ii) 접촉 30분 내에 그람 음성 에스케리키아 콜라이(ATCC 8739) 세균의 log 5 집단의 적어도 95%;
    (iii) 접촉 60분 내에 인플루엔자 A(H1N1)(ATCC CCL-34)의 log 4 집단의 적어도 95%;
    (iv) 접촉 30분 내에 비-엔벨로프된 바이러스의 적어도 95%, 및/또는
    (v) 접촉 24시간 내에 클로스트리디움 디피실레(ATCC 43598) 세균의 loG 4 집단의 적어도 75%
    중 하나 이상을 사멸시키는 것인, 방법.
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