KR20030028492A - 화학적 및 생물학적 톡산트의 중화용 포뮬레이션 - Google Patents

화학적 및 생물학적 톡산트의 중화용 포뮬레이션 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학적 및 생물학적 화합물, 특히 화학 전쟁용(CW) 및 생물학적 전쟁용(BW) 제제의 건강면에서의 부작용을 중화시키는 포뮬레이션 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 포뮬레이션은 비독성이고 비부식성이며, 다른 형태로 다양한 방법으로 전달될 수 있다. 상기 포뮬레이션은 공격받기 쉬운, 화학적 및 생물학적 화합물, 특히 CW 및 BW 화합물을 효과적으로 정제하기 위해 제공하는 가용성 화합물 및 상기 화합물을 공격(독성 제거)하기 위해 제공하는 적어도 하나의 반응성 화합물을 제공한다. 적어도 하나의 반응성 화합물은 산화성 화합물, 중화성 화합물 또는 이들을 혼합물일 수 있다. 상기 포뮬레이션은 노출 1시간 이내에 세균 포자 99.99999% 이상을 제거할 수 있다.

Description

화학적 및 생물학적 톡산트의 중화용 포뮬레이션{FORMULATIONS FOR NEUTRALIZATION OF CHEMICAL AND BIOLOGICAL TOXANTS}
본 발명은 화학적 및 생물학적 화합물 또는 제제의 중화용 물질에 관한 것이고, 특히 화학적 및 생물학적 무기 제제 및 이를 수행하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 발포체(foams), 스프레이, 액체, 분무(fogs) 및 에어로졸로써 전달 될 수 있어 화학적 화합물 및 특정의 생물학적 화합물이나 제제를 제거시키거나 희석시키는 그밖의 첨가제의 중화를 일으켜 반응 속도를 향상시킬 수 있는 가용성 화합물 및 반응성 화합물을 함유하는 물질에 관한 것이다.
대량 살상 무기를 수반하는 테러리스트의 위협은 미국 및 세계적으로 증가하고 있다. 대량 살상 무기에 대한 화학적 및 생물학적 제제의 이용 및 이용에 대한 위협은 국가 및 지방법 집행 뿐 아니라 국방부 모두에 있어 가장 중요한 것이다.
테러리스트에 의해 위협되는 것으로 알려진 특정 CW 제제는 대응책의 발달에 대한 기회를 제공하는 화학적 특성을 공유하게 된다. 사린, 소만, 및 타분(G-제제)의 화학 제제는 인을 함유하는 화합물의 모든 예시이며, 화학적으로 변화되었을 경우, 이들의 독성을 잃을 수 있다. 또한, H-제의 일례인 머스타드(mustard) 및 V-제의 일례인 VX는 화학적으로 변화될 수 있고 무해하게 할 수 있다. 또한, 어느 정도 알려진 BW 제는, 전염병 및 다양한 바이러스를 포함하는 보튤리늄 톡신, 안스락스 및 그밖의 포자-형성 세균, 영양 세균(vegetative bacteria)을 화학적으로 비활성화 시킬 수 있다.
사람 개개인에 영향을 주기 위해, CW 또는 BW 공격은 제제를 국지적 또는 광범위하게 살포를 할 수 있다. CW 및 BW(CBW)제가 전개될 수 있는 유연성(flexibility)로 인해, 피해자(respondents)는 벌크(bulk), 에어로졸 및 증기를 함유한 다양한 물리적 상태로 제제의 영향을 받을 수 있다.
국지적 테러 공격(domestic terrorist attack)의 경우에 민간 시설의 복구를 위해, 효과적이고, 빠르며, 안전한 (비-독성 및 비-부식성) 오염 제거 기술이 요구된다. 이상적으로 말하자면, 본 기술은 민감한 설비(sensitive equipment) 뿐만 아니라 개방형, 반폐쇄형 및 폐쇄형 설비의 오염 제거와 같은 다양한 상황에 적용할 수 있어야 한다. 오염 제거 포뮬레이션을 이용할 수 있는 시설의 구체예는 경기장(개방형), 지하철(반폐쇄형) 및 공항 터미널 또는 사무용 빌딩(폐쇄형)을 들 수 있다.
화학적 화합물의 오염 제거는 화학적 전쟁용 제제, 특히, 신경제(예컨대, G 제 및 V 제) 및 발포제(예컨대, 머스타드 가스 또는 단지 머스타드)에 주로 초점을 맞추어져 왔다. 화학적 제제의 해독에 있어 사용되는 반응은 치환 및 산화 반응으로 분리할 수 있다. 생물학적 제제의 해독은 세균 포자(spore)(예컨대, 안스락스)에 주로 초점을 맞추었으며, 이는 모든 미생물을 제거하는 데에 있어서 가장 난해한 것으로 여겨진다.
치환 반응
화학적 제제의 가수분해는 물, 히드록시 이온 또는 그밖의 친핵체와 함께 수행 할 수 있다. 머스타드 및 형성된 천연 생성물의 가수분해 속도는 물에서 제제의 용해도 및 용액의 pH에 주로 의존 한다. 머스타드의 해독에서, 예컨대, 분자는 우선 친핵제와 반응하여 시클릭 술포늄 양이온을 형성한다(Yang, 1995). 주생성물은 티오디글리콜이지만 이 생성물은 술포늄 이온과 반응하여 2차 중간체를 생성할 수 있다.
사린(GB) 및 소만(GD)의 가수분해는 알칼리성 상태하에서 빠르게 일어나며, 이에 상응하는 O-알킬 메틸포스폰산을 생성시킨다. 반면, OH-이온이 있는 VX의 가수분해는 더 복잡하다. 또한 티오알킬기(즉, P-S 결합 파괴(bond breakage))의 대치뿐 아니라, O-에틸기는 제 EA-2192 (Yang 등 1997)로써 알려진 독성 물질을 생성하면서 치환된다.(즉, P-O 결합 파괴). 친핵체가 투입되어, 윗 부분(apicalposition)으로부터 중간체를 분리시킨다. RO 기와 같은 전기 음성기는 우선적으로 윗부분을 차지하고, RS기와 같은 벌키하거나 전자 공여체인 기가 수평부분을 차지한다. 최종 생성물은 아피코친화성(apicophilicity)과 이탈기의 기능 사이의 밸런스에 의존한다. 그 결과는 약 5가지 요소에 의해 P-S 결합 분열이 P-O 결합 분열을 선호한다는 것이다. 반면, 알칼리성 배지의 OOH_이온을 사용하는 퍼옥시히드롤리시스는 OH-의 30 내지 40배 속도로 정량적인 PS 분열을 보여준다. 이 선택성은 음이온 친핵체 및 이탈기의 상대적 염기성에 관련이 있었다.
촉매 반응을 촉진시키기 위한 촉매 종류는 알려져 있다. 그 일례는 o-이오도조벤조에이트(IBA)이다. 이 화합물의 촉매 반응을 나타내는 구체예는 Moss와 Zhang(1993)에 의해 알려졌다. 이 구체예로, IBA는 산화작용을 통해 이오독시벤조에이트(IBX)로 전환된 후, CW제와 반응에 참여한다.
또한, 활성기에 표면 활동도(계면활성제성)를 도입하기 위해 IBA 화합물을 작용시켰다 (Moss 외, 1986). 표면 활성부(surface active moiety)가 있는 금속 이온-아민 복합체도 개발되었고, 이는 치환반응에서 촉매 효과를 나타낸다. 유기아인산 무수물과 같은 효소도 G제제 및 VX제제와 치환반응을 촉진시키는 것으로 알려져 왔다.
산화 반응
산화성 오염 제거 방법은 머스타드 및 VX용으로 유용하다(Yang, 1995). 초기에 사용된 산화제는 포타슘 퍼망간에이트였다. 최근에, KHSO5, KHSO4및 K2SO4의 혼합물이 개발되었다. 또한, 몇몇 퍼옥시전 화합물은 화학적 제제 (예컨대, 퍼보레이트, 퍼아세트산, m-클로로퍼옥시벤조산, 마그네슘 모노퍼옥시프탈레이트 및 벤조일 퍼옥사이드)를 산화하는 것을 나타내어 왔다. 보다 최근에, 히드로겐 퍼옥사이드와 바이카보네이트의 반응으로 생성된 히드로퍼옥시카보네이트 음이온이 머스타드 및 VX를 효과적으로 산화시키는 것을 보여주었다. 폴리옥시메탈레이트는 화학적 제제의 산화를 위한 상온 촉매로 개발되었지만, 발달 단계에서 반응속도가 느리다고 알려졌다. 이러한 몇몇 화합물은 화학적 제제와 상호작용하여 변색되는데 이는 화학 제제의 존재를 가리킨다.
BW 위협은 CW 위협보다 더 심각할 수 있다. 이는 BW제가 독성이 높고, 획득 및 생산이 쉬우며, 발견이 어렵기 때문이다. 테러리스트에 의해 사용될 수 있는 수백가지의 생물학적 전쟁용 제제가 있다. 이들은 세균을 형성하는 포자(예컨대, 안스락스), 영양 세균(예컨대, 전염병, 콜레라), 바이러스(예컨대, 천연두, 황열병) 및 세균성 톡신(예컨대, 보툴리누스 중독, 리신)류의 그룹으로 분리될 수 있다. 세균성 포자는 제거하기 가장 어려운 미생물로 알려져 있다.
세균성 포자는 이들의 환경에서의 스트레스에 대응하여 특정 그램 양성 세균에 의해 형성되는 저항성이 높은 구조를 가지고 있다. 가장 중요한 포자-생성군은 제너라, 바실러스 및 클로스트리디움의 군이다. 포자는 영양세포보다 더 복잡한 구조를 가지고 있다. 포자의 외부 표면은 보통, 다수의 디술파이드 결합을 포함하는 불용해성 단백질의 밀도층으로 만들어진 포자 보호막(spore coat)을 포함하여 이루어진다. 펩티도글리칸을 구성하는 피층, 폴리머는 본래 교차결합이 우수한 N-아세틸글루코스아민 및 N-아세틸뮤람산으로 만들어졌다. 상기 포자 핵(spore core)은 리보솜 및 뉴클레오이드등의 표준(영양) 세포 구조를 이룬다.
이들을 발견한 이래에, 세균성 포자를 제거하는 방법을 연구하기 위해 상당한 연구가 수행되어져 왔었다. 포자가 일반적인 다양한 물리적 및 화학적 제제에 저항성이 우수할지라도, 몇몇의 항균성제는 또한 살균제(sporicidal)역할을 할 수 있다. 그러나 강인한 다양한 세균은 살균제보다 오히려 포자 발아(spore germination) 또는 성장(outgrowth)만을 제거할 수 있다. 상대적으로 고농도를 사용한 살균제의 구체예로는 글루타르알데하이드, 포름알데하이드, 아이오딘 및 클로린 옥시엑시드 화합물, 퍼옥시엑시드 및 에틸렌 옥사이드를 들 수 있다. 일반적으로 이들 화합물 모두는 독성이 있다고 여겨진다.
일반적으로 포자 제거로 여겨지는 몇몇 메카니즘이 있다. 이들 메카니즘은 각각 또는 동시에 작용할 수 있다. 한 메카니즘에서, 외부 포자 보호막의 분해 또는 화학적 분열은 내부 포자로 산화제의 침투를 허용할 수 있다. 몇몇 연구(King and Gould, 1969;Gould 외 1970)는 S-S(디술파이드) 풍부한 포자 보호막 단백질이 산화제-반응 부분을 성공적으로 보호하는 구조를 형성하는 것을 제시한다. 수소 및 S-S 결합을 분열하는 시약은 산화제에 대한 포자의 감도를 증가시킨다.
교차 결합 및 전기 음성도가 약한 펩티도글리칸은 포자 피질을 만든다. 또 다른 메카니즘에서, 살균액(disinfectant solution) 및 펩티도글리칸사이의 양이온 상호작용은 피질의 붕괴 및 저항 손실을 야기 할 수 있다.
포자-형성 세균의 펩티도글리칸은 테이초산(teichoic acids)(즉, 포스페이트기에 의해 결합된 글리세롤 또는 리비톨의 폴리머)를 함유한다. 또 다른 메카니즘에서, 테이초산 폴리머의 분열은 공격에 민감한 포자를 만드는 펩티도글리칸 구조의 결핍을 야기할 수 있다.
또한, 특정 계면활성제는 포자에 내부로 보다큰 산화제 침투를 용인할 수 있을 정도로 포자 보호막의 습윤성을 증가시킬 수 있다.
하나 이상의 CW 또는 BW 제의 오염 제거를 해결하기 위해 사용 할 수 있는 다양한 물질이 있다. 역사적으로, 오염 제거 방법은 화학적 및 생물학적 제제를 중화하고 완전하게 제거시키는데 초점을 맞추었다. 설비 및 시설의 복구 및 재활용에는 강조되지 않았다. 대신에, 이러한 방법은 CBW(CW 및 BW모두)공격의 경우에 소모적으로 여겨졌고, 다른 방법으로 교체되는 것이 기대되었다. 그러므로, 최근 가장 많이 사용되고 있는 오염 제거 방식은 독성이 강하고, 부식성이 높다. 또한, CW 또는 BW를 해결하기 위한, 오염 제거를 위해 사용된 대부분의 물질은 CW 및 BW 제 모두가 아니라 CW 또는 BW의 한 종속 부분만 해결한다.
화학 전쟁용 제제의 중화는 머스타드제를 중화하기 위해 표백분 사용을 통해 시작하였다. 초열대성 표백제(supertropical bleach)인 칼슘 히포클로라이트 93% 및 소듐 히드록사이드 7%의 혼합물은 장기간 저장한 표백제보다 더 안정하고 확산(spread)시키기가 더 용이하다. 머스타드 가스는 술파이드에서 술폭사이드와 술폰으로의 산화에 의해, 그리고, O2S(CHCH2)2와 같은 화합물을 형성하는 탈염화수소화작용에 의해 표백제와 반응한다. G 제제는 촉매로 작용하는 히포클로라이트 음이온과 함께 가수분해하여 상응하는 포스폰산으로 전환된다. 산성 용액에서, VX는 유황 원자에 표백에 의해 신속히 산화되고, 질소에 양성자 첨가 반응에 의해 용해된다. 반면, 높은 pH에서, VX의 용해성은 현저히 감소되고 탈양성자 질소는 표백제의 화학량론량보다 더 큰 소모량으로 산화된다.
오염제거액 제 2(DS2)호로써 언급된, 디에틸렌트리아민 70%, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 28%, 및 소듐 히드록사이드 2%로 구성된 비수용액은 CW 제제에 대해 우수한 효과를 갖는 오염제거제이다. 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르는 쥐에서 테트라고니성(tetragonicity)을 나타내고 프로필렌 글리콜 모노메틸로 대체시켜 DS2P로써 언급된 새로운 포뮬레이션을 생산하는 것이 제안되었다. 또한, DS2는 페인트, 플라스틱 및 가죽 재료를 공격한다. 이러한 문제를 최소화하기 위하여, DS2와의 접촉 시간은 일반적으로 30분으로 제한 시킨 다음 다량의 물로 세정한다. 개인으로 다룬 DS2는 보안경 및 화학용 보호장갑을 구비한 웨어 호흡기(wear resoirators)가 요구된다. DS2와 머스타드의 반응은 HCl의 제거를 이끈다. 신경제는 DS2와 반응하여 상응하는 포스폰산을 추가로 분해시키는 디에스테르를 형성한다. DS2는 포자를 제거하는데 매우 효과적이지 않다. 처리 1시간 후, Bacillus subtilis에 대해 1-log 제거(90%)만이 관찰되었다(Tucker, 2000).
물 76%, 테트라클로로에틸렌 15%, 칼슘 히포클로라이트 8% 및 음이온성 계면활성제 믹스 1%로 이루어진 혼합물은 제제의 용해성을 향상시켰지만, 독성 및 부식성 물질을 함유한다(Ford and Newton, 1989). 이는 분리하는데 안정하지도 않다.
CW 제제 공격의 경우, 사람의 오염제거용으로 최근에 사용된 다양한 포뮬레이션이 있으며, 이는 미군에 의해 주로 사용되었고, 민간인 사이에서는 보편적으로 사용되지 않았다. 한가지 포뮬레이션은 Yom Kippur 전쟁에서 이집트 탱크에 발견된 소비에트 키트를 본뜬 M258 피부 오염제거이다. 키트는 두묶음으로 구성된다:묶음 I은 페놀, 에탄올, 소듐 히드록사이드, 암모니아 및 물로 미리 적신 냅킨으로 이루어진다. 묶음 II는 클로르아민-B로 적신 냅킨 및 징크 클로라이드 용액으로 채워진 밀폐된 유리 앰플로 이루어진다. 묶음 II에서 앰플을 깨고, 냅킨(towelette)을 사용 직전에 용액으로 적신다. 본 발명의 징크 클로라이드는 물에서 클로르아민-B의 pH 5 내지 pH 6사이를 유지시키고, 그렇지 않으면 pH 9.5으로 상승될 것이다.
또 다른 포뮬레이션은 고체 흡착제 시스템인 M291 키트이다(Yang, 1995). 상기 키트는 다량의 액체 제제를 피부로 닦아내는데 사용되며, 이는 수지 혼합물로 채워진 부직포 패드로 구성된다. 수지는 스티렌/디비닐벤젠을 기재로한 흡수성 물질 및 큰 망상의 스티렌/디비닐벤젠 수지, 양이온-교환 사이트(술폰산기)와 음이온-교환 사이트(테트라알킬암모늄 히드록사이드기)가 탄화된 큰 표면적으로 구성된다. 흡수성 수지는 액체 제제를 흡수할 수 있고, 반응성 수지는 가수분해 반응을 촉진시키려는 경향이 있다. 그러나 최근 NMR 연구는 첫 10일 동안 VX 또는 XE-555 수지 표면을 가수분해한 머스타드 모사체(simulant)를 나타내지 않았다. GD는 약 30시간의 반감기로 천천히 가수분해 하였다. 본 분야에서 관찰된 고속 오염제거 제제를 물리적으로 닦아서 달성시킨다. 이 수지 결합은 M258 시스템보다 피부에 승홍 작용이 더 약하다는 사실이 발견되었다.
BW 제제의 오염 제거용으로 군대 및 민간에 의해 사용된 대부분의 포뮬레이션은 히포클로라이트 음이온(즉, 표백제 또는 클로린-기재 용액)을 함유한다. 표백제 5% 이상의 농도를 함유한 용액은 포자 제거를 보여주었다(Sapripanti and Bonifacino, 1996). 다양한 히포클로라이트 용액은 2-6% 소듐 히드로클로라이트 수용액 (가정용 표백제), 7% 수용성 슬러리 또는 고체 칼슘 히포클로라이드(HTH), 7 내지 70% 칼슘 히포클로라이트 및 칼슘 옥사이드의 수용성 슬러리(초열대 표백제, STB), 칼슘 히포클로라이트 및 마그네슘 옥사이드의 고체 혼합물, 소듐 디히드로겐 포스페이트 및 세정제로 완충된 0.5% 수용성 칼슘 히포클로라이트, 및 소듐으로 완충된 0.5% 수용성 칼슘 히포클로라이트를 함유한 BW 제제의 오염제거를 위해 개발되었다.
이러한 용액 모두가 능력을 변화시켜 포자를 제거하는 것이 가능할지라도, 이는 또한 각각 설비에 있어, 부식성이 높고, 인간에게 독성이 있다.
CW 및 BW 제제 모두를 해독에서 사용하기 위해 개발된 화합물은 액체, 발포체, 분무 및 에어로졸을 포함하는 다양한 방법으로 전개되었다. 안정한 수용성 발포체는 소방 및 법 집행 적용(law enforcement application)(예컨대, 감옥 폭동 저지(prison riot containment))를 비롯한 다양한 응용에 사용되어져 왔다. 그러나, 이러한 발포체는 통상적으로 음이온성 계면활성제 및 음이온 또는 비이온성 폴리머를 사용하여 만들어져 왔다. 이러한 발포체는 불행히도 대부분의 화학적 및 생물학적 무기(CBW) 제제를 화학적으로 분해하고 중화하는데 효과적이지 않았다. 이들은 CW 제제를 분해하거나 변경하는 필수 화학적 능력을 가지고 있지 않았으며, 세균, 바이러스 및 유행성 BW 제제중 몇몇과 결합된 포자를 제거하거나 중화하는데 효과적이지 않다.
환경적으로 바람직한 가스를 확인할 수 있다면 가스상 시약은 오염제거용으로 좋다. 가스 오염제거제의 특징은 침투(확산)가능하여 다른 오염 제거 기술에 대해 필요한 부분을 보충한다. 오존, 클로린 디옥사이드, 에틸렌 옥사이드 및 파라포름알데히드 모두는 오염 제거 적용을 위해 연구 되어왔었다. 이들은 생물학적 제제에 대해 효과적인 것으로 알려져 있다. 포자 제거를 위한 오존의 효과가 잘 나타나 있다.(Raber 외 1998). 오존이 오염 제거제로 좋은 반면, Edgewood Chemical Biological Center(ECBC)에 의해 연구된 것은 GD에 효과적이지 않고, VX와 함께 P-O 결합 분열을 통해 독성 생성물의 포뮬레이션을 이끈다(Hovanic, 1998).
유용한 것은 화학적 및 생물학적 제제 모두 중화시키는데 효과적이고, 인간 및 특성 모두에게 환경적으로 양호하며, 예정된 물질 표면을 널리 작업하고, 광범위한 작업 대사에 만족시키는 여러 형태의 담체(발포체, 겔, 분무, 에어로졸)에 혼합 시킬 수 있는 물질일 것이다.
관련 출원
본 출원은 현재 포기된 1998년 6월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 09/109,235 호 및 1999년 7월 29일 출원된 임시 출원 번호 제 60/146,432호에 관한다.
본 출원은 미국 에너지성에 의해서 수여된 계약서 DE-AC04-94AL85000하에 미국 정부로부터 지원 받아 수행되었다. 미국 정부는 본 발명에 특정한 권리를 갖는다.
도 1은 청구 발명과 관련하여, 특정 CW 제제의 화학 구조의 일부를 도시한다.
도 2는 본 발명의 발포체의 성분이 미셀을 형성시키는 방법을 도시한다.
도 3은 본 발명의 미셀 촉매 메카니즘을 도시한다.
도 4는 히드로겐 퍼옥사이드 없이 발생된 본 발명의 발포체의 일례중 팽창비 및 안정성을 나타낸다.
도 5는 히드로겐 퍼옥사이드가 있는 발포체의 팽창비 및 안정성을 나타낸다.
도 6은 페이퍼 테스트에서 라이브 제제(live agents)의 중화 결과를 나타낸다.
도 7은 G제제 모사체(디페닐 클로로포스페이트)로 수행된 테스트 결과를 나타낸다.
도 8은 표면의 변형으로 G제제 모사체 결과를 나타낸다.
도 9는 다른 온도에서 발포체를 사용한 결과를 나타낸다.
도 10은 용해 테스트에서 B. 글로비기의 중화를 나타낸다.
도 11은 표면 테스트에서 B. 글로비기의 중화를 나타낸다.
도 12는 용해 테스트에서 E. 허비콜라(herbicola) 영양 세포의 중화를 나타낸다.
도 13은 용해 테스트에서 MS-2 박테리오파지의 중화를 나타낸다.
도 14는 용해 테스트에서 B. 안트라식스 포자의 중화를 나타낸다.
도 15는 표면 테스트에서 B. 안트라식스 포자의 중화를 나타낸다.
도 16은 안스락스 대용물, B. 글로비기의 중화를 나타낸다.
도 17은 디페닐 클로로포스페이트(CW 모사체)에 대한 본 발명의 발포체를 사용하여 얻은 중화 결과를 도시한 그래프이다.
도 18은 말라티온(CW 모사체)에 대한 본 발명의 발포체를 사용하여 얻은 중화 결과를 도시한 그래프이다.
도 19는 반-머스타드(머스타드 모사체)에 대한 본 발명의 발포체를 사용하여얻은 중화 결과를 도시한 그래프이다.
도 20은 본 발명의 발포체를 사용하여 얻은 B. 글로비기 포자 중화 결과를 도시한 그래프이다.
도 21은 E. 허비콜라에 대한 본 발명의 발포체를 사용하여 얻은 중화 결과를 도시한 그래프이다.
본 발명은 생물학적 및 화학적 톡산트의 어느 하나 또는 모두의 부작용을 중화시키는 일반적인 포뮬레이션의 필요성을 설명하며, 여기서, 톡산트는 어떠한 화학적 또는 생물학적 화합물, 성분, 종 또는 제제로 정의되며, 만약 치유되지 않았다면, 이를 통해, 생활에 있어, 화학적 또는 생물학적 활성은 인간 또는 동물의 사망, 일시적 박탈, 또는 영구적인 손상을 야기할 수 있다. 이는 기원이나 생성방법에 상관 없이, 그리고, 공장에서, 군수시설 또는 어디에서 생성된 것인지 상관 없이, 이러한 화학적 또는 생물학적 제제 모두를 포함한다. 중화는 상기 톡산트가 인간 또는 동물에 심각한 부작용을 더이상 야기하지 않는 범위에, 완화, 해독, 오염제거 또는 그밖의 톡산트의 파괴로 정의한다. 본 발명의 포뮬레이션 및 기재된 변종들은 전염, 심각한 건강적인 부작용이나 심지어 동물의 치사를 중화시킬 수 있지만, 그 자체로 이를 포함하거나 생성하지 않는다. 본 발명에서 제기하는 화학적 및 생물학적 화합물의 한가지 중요한 점은 화학적 전쟁(CW) 및 생물학적 전쟁(BW) 제제라는 것이다. 그러나, 또한, 본 발명은 인간을 비롯한, 동물의 잠재적인 건강 부작용을 야기할 수 있는 톡산트를 설명하며, 여기서 이러한 건강 부작용은 전염, 심각하고 만성인 건강 장애 및 치사를 포함한다. 또한, 본 발명은 그 자체로 비독성 및 비부식성이고 다양한 수단에 의해, 그리고 다른 현상으로 전달 될 수 있는 이러한 포뮬레이션의 필요성을 설명한다.
일반적으로, 본 발명이 유용하게 응용될 수 있는 가장 심각한 화학적 및 생물학적 화합물은 CW 및 BW 제제이다. 본 발명은 CW 및 BW를 성공적으로 중화하거나 해독하는 것을 나타내고, 덜 심각한 화학적 및 생물학적 톡산트에 적용할 수 있다. 테러리스트들로 부터 우려될만한 기존의 특정 CW 제제는 친핵체 공격 또는 산화 과정이 진행 될 경우, 변경될 수 있는 인산 함유 화합물이라는 사실로 화학적 유사성을 공유할 수 있다. 이들중 산린(O-이소프로필 메틸포스포노플루오리데이트), 소만(O-피나콜릴 메틸포스포노플루오리데이트), 타분(O- 에틸 N,N-디메틸 포스포르아미도시아니데이트) 및 VX(O-에틸 S-2-디이소프로필아미노에틸 메틸 포스포노티오레이트)이 포함된다. 이러한 화합물의 화학 구조는 도 1에 도시한다. 이러한 각각의 제제에서, 인산-함유 화합물이 가수분해 또는 산화작용을 통해 화학적으로 변경된다면, 이들은 해독될 수 있고, CW 제제로써 중화될 수 있다. 이러한 신경 제제는 물에서만 난용성이다.
또한, 도시한 도 1은 머스타드(비스(2-클로로에틸)술파이드)의 화학구조이다. 머스타드가 상기 기재된 다른 CW 제제로부터 화학적으로 꽤 성질이 다를지라도, 분자의 양말단에서 클로린 원자가 탄소 원자와 화학 결합하는 것을 나타낸다. 이러한 탄소-대-클로린 결합은 또한 가수분해를 조건으로 할 수 있고, 중요한 술퍼는 술폰과 술폭사이드로 산화될 수 있으므로써, 분자는 CW 제제로써 효과가 없게된다. 신경제제와 같은 머스타드는 물에서만 난용성이다.
본 발명의 포뮬레이션에 의해 BW 제제의 제거 또는 파괴를 위한 메카니즘은 잘 알려져 있지 않다. 영양 세균 세포 및 바이러스의 경우에, 제거 메카니즘은 대개 히드로겐 퍼옥사이드와 같은 산화제의 산화 효과로 인한 것으로 보인다(Russell, 1990). 통상적으로, 히드로겐 퍼옥사이드는 포자 제거를 위해 10-20% 농도가 요구된다(Russell, 1990). 히드로겐 퍼옥사이드의 저농도(4% 이하)는 실질상 세균 포자를 효과적으로 제거하지 못하는 것으로 알려져 있다. 포자 DNA 는 포자제제를 해독하기 위해 산화제에 노출되어야 한다. 포자 핵(core)은 DNA 를 보호하고 포자 제제를 효과적으로 제거하기 위해 파괴되어야(breached) 한다.
본 발명에서, 포뮬레이션은 톡산트나 톡산트류를 효과적으로 정제(render)하기 위해 제공되는 적어도 한가지의 가용성 화합물, 공격하기 쉬운 화학적 및 생물학적 모두, 특히, CW 및 BW 화합물 및 톡산트나 톡산트류를 공격하고 중화하기 위해 공급되는 적어도 한가지의 반응성 화합물을 제공한다. 적어도 한가지의 반응성 화합물은 산화성 화합물, 친핵성 화합물 또는 이들 모두의 혼합물일 수 있다; 상기 화합물은 산화성이고 친핵성일 수 있다. CW 제제 및 유사-구조 화학적 화합물의 경우에 대해, 가용성 화합물은 난용성 CW 제제를 용해시키고, CW제제와 거의 근접한 상태로 친핵성/산화성 화합물을 유인하는 역할을 한다. 친핵성 화합물이 음전하이고, 가용성 화합물은 양전하인 미셀을 형성하는 양이온 계면활성제일 수 있기 때문에, 달성되어, 이로써, 히드록실 이온, 히드로퍼옥사이드 이온 또는 히드로퍼카보네이트 이온과 같은 친핵체를 유인한다. BW 제제의 경우, 반응성 화합물이 BW 제제DNA에 보다 잘 접근하는 것을 제공하기 위해 생물학적 제제 외핵을 용해하고 연화시키기 위해, 가용성 제제를 제공하여, 포뮬레이션의 제거 가능성 또는 중화 가능성을 촉진시킨다.
본 발명의 포뮬레이션이 미셀 용액을 형성하기 위해 사용된 양이온 계면활성제인 상업적으로 입수가능한 세제 및 샴푸와 유사점이 있을지라도(Juneja, 미국 특허 제 4,824,602호 실시예 참조), 이들 용액은 본 발명에 따른 톡산트를 중화시킬 수 있는 반응성 화합물을 함유하지 않는다. 더욱이, Juneja에 제시된 것과 같은 포뮬레이션은 양이온 계면활성제 및 양이온 히드로트롭을 함유하지 않는다. Juneja 의 포뮬레이션은 음이온 히드로트롭을 함유한다.
도 2는 본 발명의 포뮬레이션을 사용할 경우 형성된 양이온 미셀의 구체예를 나타낸다. 수성 환경(25)에서, 가수분해 가능하거나 산화가능한 화학적 톡산트(예컨대, CW 제제)(5)는 미셀의 내핵을 형성하는 소수성 테일(hydrophobic tails)(15)과 미셀의 표면에 집중된 친수성 헤드(hydrophilic heads)(20)가 있는 계면활성제 분자 집합으로 구성된 미셀(10)에 위치하게 된다. 상기한바와 같이 양전하 헤드는 친핵성 물질을 유인하게 되며, 그 결과로 반응 속도를 증가시키게 된다. 또한 상기 도는 음전하 히드록실 이온(30)이 미셀에 유인되는 것을 도시한 것이다. 이 사실은 음이온 계면활성제를 이용한 수성 포뮬레이션으로 관찰되는 상황과 대조를 이루며, 상기 미셀은 음전하를 띠고 히드록실 이온을 떼어 낸다.
도 3은 본 발명의 원리로 구성된 통상적인 친핵성-촉매화 반응의 메카니즘을 설명한다. 상기 도는 친핵체 공격을 받는 톡산트(35) 일부를 나타낸다. 이 구체예로, 공격을 받는 단일 공유 결합이 인 원자 및 플루오르 원자사이의 결합(40)이다.산소 이중결합에 인의 성질로 인해, 화학분야의 당업자에게 잘 알려진 부분전하 현상에 따라, 도에 나타낸 인 원자가 부분 양전하를 띠므로 히드록실 이온과 같은 친핵체류가 이에 유인된다. 반응이 일어남으로써, 친핵체를 띠는 히드록실의 경우에, 톡산트에서 플루오린은 히드록실기로 대체되고, 히드로플루오르산은 유리된다.
CW 제제와 같은 톡산트를 해독하기 위한 친핵체 공격의 이러한 메카니즘은 강한 어떠한 친핵체와 작용할 수 있다는 것을 알아야 한다. 본 명세에 기재된 히드록실 이온은 본 발명에서 이 작용이 가능한 친핵성 종의 구체예이다. 또한, 오염 제거 및 중화 메카니즘은 일반적으로 인-함유 화학기를 지닌 톡산트의 경우에 작용할 것이며, 이는 친핵성 공격에 공격 받기 쉽다. 예컨대, 유사한 반응으로 시아나이드기(예컨대, 타분의 경우)는 상기 기재된 플루오르 원자 대신에 인에 결합된다. 마찬가지로, 친핵성 공격 및 가수분해 반응과 같은 종류의 결과로서 더 큰 화학기는 이동 될 수 있고, 이로써 톡산트는 효과적이지 않다. VX 제제의 특정 경우에, P-S 결합의 분열이 분명히 나타나지 않고, 또한 P-O 결합이 깨지기 때문에, 친핵체로서 히드록실 이온은 바람직하지 않다. 또한 반응 생성물이 독성이 높기 때문에 이는 바람직 하지 않다. 그러므로, VX 제제의 해독을 위한 다른 친핵체를 사용하는 것이 바람직하다. P-S 결합의 분열의 특정한 친핵체의 구체예는 히드로퍼옥사이드 양이온이 있다.
톡산트를 함유하는 인의 경우와 친핵성 공격의 메카니즘이 정확하게 동일한 방법으로 작용하지 않을지라도, 또한, 머스타드의 경우 가수분해가 일어날 것이다. 이 메카니즘에 따른 반응의 구체예는 다음과 같다.
CW 제제와 같은 톡산트에 의해 해독될수 있는 단 하나의 메카니즘은 가수분해 반응이다. 또한, 산화는 CW 제제의 해독의 결과일 수 있고, 다른 화학적 화합물은 하기 구체예에 나타낸 바와 같이 본 발명의 원리로 이루어진다.
한가지 구체예로, 본 발명의 포뮬레이션은 CW 및 BW 제제와 같은 톡산트를 중화하고, 양이온 계면활성제 및 양이온 히드로트롭 모두를 함유하는 가용성 화합물, 및 적어도 한가지의 반응성 화합물을 함유하며, 여기서, 반응성 화합물은 친핵성 화합물, 산화성 화합물(산화제) 또는 이들의 혼합물이다. 본 발명의 포뮬레이션의 목적이 CW 및 BW 제제에 사용하는 것일지라도, 상기 포뮬레이션은 또한, 본 발명의 포뮬레이션에 의해 가수분해 또는 산화 가능한 다른 화학적 및 생물학적 톡산트상에 사용될 수 있다. 상기 포뮬레이션은 가수분해 가능하거나 산화 가능한 톡산트로 전달하기 위해 유체상으로 물과 같은 케리어에 첨가된다. 톡산트를 중화시키기 위해, 양이온 계면활성제는 난용성 톡산트를 용해시키고, 수용성 배지에서 톡산트의 용해성을 증가시키고, 이에 따른 반응성 화합물과 톡산트 사이의 반응 속도를 증가시키기 위해, 짧은 히드로카본 부분에 이온성-계면활성제-유사 물질인 양이온히드로트롭이 첨가된다.
소듐 크실렌 계면활성제와 같은 음이온 히드로트롭성 화합물은 통상적으로 계면활성제 및 쏘일(soil)을 용해하기 위한 산업용 세제에 사용된다; 그러나, 본 발명상, 양이온 계면활성제와 호환성 실현을 위해 양이온 히드로트롭이 사용되었다. 용해성 및 총괄점도를 추가로 향상시키기 위해, 수용성 고분자를 임의적으로 첨가시킬 수 있다. 또한 양이온 히드로트롭은 톡산트의 가수분해 속도를 현저하게 증가시키는데 기여한다. 생물학적 톡산트를 중화시키기 위해, 가용성 제제는 양이온 계면활성제, 지방 알코올이나 양이온 히드로트롭과 같은 알코올일 수 있다. 계면활성제는 생물학적 독성과 같은 변성한 단백질과 세균 및 조류제거제로 작용하는 것으로 알려져 있다. 이들에 함유되는 것은 벤즈알코늄 클로라이드, 세티피리디늄 클로라이드 및 세틸트리메틸 암모늄 브로마이드와 같은 4차 암모늄 화합물이다. 양이온 계면 활성제, 지방 알코올 및 양이온 히드로트롭은 생물학적 톡산트의 DNA를 반응성 화합물에 노출하는 것을 돕는다. 그러므로, 양이온 계면활성제 및 양이온 히드로트롭의 혼합물은 가용성 제제의 필수 반응(nsecessary set)을 제공하여 반응성 화합물에 톡산트, 특히 CW 및 BW 제제의 노출을 강화시킨다. 가용성 화합물은 반응성 화합물에 톡산트의 노출을 강화시킨 후, 반응성 화합물을 산화 반응 또는 가수분해 반응에 의해 톡산트와 반응시켜 톡산트를 중화시킨다. 본 발명의 포뮬레이션에 사용된 다양한 화합물의 농도에 따라, 생물학적 톡산트의 99.999% 이상, 그리고 종종 99.99999% 이상 만큼 약 1시간으로 중화(제거)시킬 수 있다.
본 발명의 목적을 위해, 양이온 계면활성제로는 통상적으로, 세틸트리메틸 암모늄브로마이드, 벤즈알코늄 및 벤제토늄 클로라이드와 같은 4차 암모늄 염 및 폴리머 4차 화합물이 있다. 히드로트롭의 적합한 구체예로는 테트라펜틸 암모늄 브로마이드, 트리아세틸 메틸 암모늄 브로마이드 및 테트라부틸 암모늄 브로마이드를 들 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 수용성 폴리머의 적합한 구체예로는 폴리비닐 알코올, 구아르 검, (양이온 또는 비이온성)폴리디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드 및 폴리아크릴아마드를 들 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
지방 알코올은 10-16개의 탄소 원자를 함유할 수 있다 (통상적으로, 용어 "지방 알코올"은 8 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 1차 알코올을 의미한다). 폴리머와 지방 알코올의 결합 작용은 발포체 라멜라에(lamellae)의 표면 점도뿐만 아니라 총괄 점도를 증가시키고, 탈수성(drainage) 및 버블 컬랩스에 대한 발포 안정성을 증가시키기 위함이다. 첨가된 다른 화합물은 용해용으로 사용된 단쇄(short-chain) 알코올 및 지방 알코올을 용해하는데 사용한 글리콜 에테르를 포함한다.(약 0 내지 4 중량%).
첨가된 한가지 반응성 화합물은 퍼옥사이드와 같은 산화 화합물(산화제), 예컨대, 히드로겐 퍼옥사이드 및 우레아 히드로겐 퍼옥사이드가 있고, 포자 및 세균을 포함하는 화학적 및 생물학적 모두인 톡산트를 중화시키기 위해, 퍼카보네이트를 첨가시킬 수 있다. 포타슘 바이카보네이트 또는 소듐 바이카보네이트와 같은 바이카보네이트의 첨가는, 산화제가 히드로겐 퍼옥사이드와 같은 퍼옥사이드 화합물일 경우, 생물학적 톡산트와 특히 효과적으로 반응하는 히드로퍼옥시카보네이트를 형성시키기 위해 생물학적 톡산트와 반응하여 이들을 중화시킨다. 카보네이트 화합물 대신에 사용될 수 있는 다른 화합물은 보레이트, 몰리브데이트, 술페이트 및 텅스테이트가 있다. 한가지 구체예로, 히드로겐 퍼옥사이드는 주반응제이고, 바이카보네이트 화합물은 상기 포뮬레이션에 첨가된다. 최근 연구는 고반응성 히드로퍼옥시카보네이트(HCO4-)류를 형성하기 위해 히드로겐 퍼옥사이드 바이카보네이트에 의해 활성화 될 수 있다는 것을 논증하였다(Ricgardson 외, 1998;Wagner 및 Yang 1998). 추가 연구로 히드로겐 퍼옥시카보네이트가 산화제로 효과적이기 때문에, 바이카보네이트 이온의 존재에 의해 히드로겐 퍼옥사이드에 의한 술파이트의 산화작용(예컨대, 머스타드)가 현저하게 촉진 될 수 있다는 것이 논증되었다.(Drago 외, 1997). 머스타드의 경우, 히드로퍼옥시카보네이트는 중심 술퍼를 술폰 및/또는 술폭사이드로 산화한다. 그밖의 반응성 화합물은 부탄-2,3-디온, 모노옥시메이트 이온 및 벤조히드록사메이트와 같은 옥시메이트 메톡사이드와 에톡사이트와 같은 알콕사이드, 및 아릴 치환 벤젠술포네이트와 같은 아릴옥사이드를 포함하는 친핵성 화합물이다.
중화한 생물학적 톡산트에는, 양이온 계면활성제 및 히드로겐 퍼옥사이드/바이카보네이트(즉, 히드로퍼옥시카보네이트류) 사이의 상승 효과는 포자에 포뮬레이션을 노출하여 달성된 고속 포자 제거의 원인을 제공 하는 것으로 보여진다. 포자 제거에 대한 가능한 메카니즘은 양이온 계면활성제를 연화시키고 히드로겐 퍼옥사이드가 포자 DNA로 들어가고 공격할 수 있는 브리치의 결과인 포자 핵을 방해하는 것이다. 이 시너지 효과는 실험 결과에 의해 확인 되었다. 포자를 중화하는데 사용할 수 있는 그밖의 산화 화합물은 글루타르알데하이드와 같은 알데하이드류(농도 1-4%) 및 퍼옥시모노술페이트(1-4%), 펜톤 시약(Fenton's reagent)(아이런 및 퍼옥사이드의 혼합물) 및 소듐 히포클로라이트를 들 수 있다.
하기 테이블은 본 발명의 포뮬레이션의 한가지 구체예에 성분 목록 및 화학적 및 생물학적 톡산트를 효과적으로 중화시키는 것을 나타나는 농도 범위를 제공하며, 여기서 물은 캐리어로서 사용된다.
화합물농도 범위
(총 포뮬레이션 wt.%)
양이온 계면활성제0.1-10
히드로트롭0.1-10
수용성 폴리머0-10
장쇄 지방 알코올0-1
산화제/친핵체0.1-10
본 발명의 포뮬레이션에 의해 설명되는 화학적 톡산트는 사린 및 소만과 같은 o-알킬 포스포노플루오리데이트, 타분, o-알킬, s-2-디알킬 아미노에틸 알킬포스포노티오레이트와 같은 o-알킬 포스포르아미도키아니데이트, 및 VX, 2-클로로에틸클로로메틸술파이드, 비스(2-클로로에틸)술파이드, 비스(2-클로로에틸티오)메탄, 1,2-비스(2-클로로에틸티오)에탄, 1,3-비스(2-클로로에틸티오)-n-프로판, 1,4-비스(2-클로로에틸티오)-n-부탄, 1,5-비스(2-클로로에틸티오)-n-펜탄, 비스(2-클로로에틸티오메틸)에테르, 및 비스(2-클로로에틸티오에틸)에테르를 포함하는, 머스타드 화합물, 2-클로로비닐디클로로아르신, 비스(2-클로로비닐)클로로아르신, 트리스(2-클로로비닐)아르신, 비스(2-클로로에틸)에틸아민 및 비스(2-클로로에틸)메틸아민)을 포함하는 루이사이트, 색시톡신, 리신, 알킬 포스포닐디플루오라이드, 알킬 포스포니트, 클로로사린, 클로로소만, 아미톤, 1,1,3,3,3,-펜타플루오로-2-(트리플루오로메틸)-1-프로펜, 3-퀴누클리디닐 벤질레이트, 메틸포스포닐 디클로라이드, 디메틸 메틸포스포네이트, 디알킬 포스포르아미딕 디할라이드, 디알킬 포스포르아미데이트, 아르세닉 트리클로라이드, 디페닐 히드록시아세트산, 퀴누클리딘-3-올, 디알킬 아미노에틸-2-클로라이드, 디알킬 아미노에탄-2-올, 디알킬 아미노에탄-2-티올, 티오디클리콜, 피나콜일 알코올, 포스겐, 시아노겐 클로라이드, 히드로겐 시아나이드, 클로로피크린, 포스포러스 옥시클로라이드, 포스포러스 트리클로라이드, 포스포러스 펜타클로라이드, 알킬 소프파이트, 술퍼 모노클로라이드, 술퍼 디클로라이드 및 티오닐 클로라이드와 같이 상응하는 알킬화되거나 프로톤화된 염을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 화합물 및 본 발명의 친핵성 및 산화성 반응 제제에 의해 중화(예컨대, 해독) 될 수 있는 다른 화학적 화합물은 본 발명의 포뮬레이션에 의해 중화된다.
또한, 반응의 속도를 촉진시키기 위해, 본 발명의 포뮬레이션에 성공적으로 촉매를 투입시켰다. 예컨대, 이오도소벤조에이트 및 커퍼 아민 복합체가 사용되어 왔고, 반응 속도가 증가한다는 것을 알 수 있었다. 톡산트와와 다른 반응(예컨대 산화 반응)을 촉진 시키기 위해 필요한 것으로 상기 포뮬레이션에 다른 화합물을 첨가 시켰다. 이런 첨가를 통해 본 분야의 당업자들은 무리한 실험을 하지 않고도본 발명을 그들의 요구에 맞게 적용하고, 본 발견 및 첨부된 청구항의 기본 정신 및 범위에 벗어나지 않고 적용할 것으로 기대된다.
본 발명의 포뮬레이션의 한가지 특징은 사용하기 전, 반응성 화합물 및 캐리어(일반적으로, 물)가 포뮬레이션의 다른 화합물로부터 각각 저장될수 있다는 점이다. 상기 포뮬레이션중 다른 화합물로부터 반응성 화합물의 분리는 저장 안정성을 증가시키는데에 유용하다. 중화가 필요한 지역 또는 지역 근처에서는 일반적으로 물이 존재하기 때문에, 물을 포함하지 않은, 상기 포뮬레이션과 관련된 화합물은 물과 즉시 결합시킬 필요가 없지만, 해독화 지역으로 따로 운송되면서 해당 지역에서 물을 첨가시킬 수 있다. 이는 운송의 경제성 면에 도움이 된다. 그러므로, 본 발명의 포뮬레이션은 키트 형태에 사용하기에 적합하다.
또 다른 구체예로, 포뮬레이션은 CW 제제와 같은 화학적 톡산트의 중화를 위해 주로 사용되는 것을 제공하며, 여기서, 포뮬레이션은 양이온 계면활성제 및 양이온 히드로트롭 모두를 포함하는 가용성 화합물 및 적어도 한가지의 반응성 화합물을 함유하며, 여기서, 반응성 화합물은 친핵성 화합물, 산화성 화합물(산화제) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 수용성 폴리머는 임의적으로 첨가시킬 수 있다. 이 포뮬레이션은 화학적 톡산트의 전달을 위해 유체상에서 물과 같은 캐리어에 첨가된다. 가용성 화합물이 반응성 화합물로 화학적 톡산트의 노출을 강화한 후, 반응성 화합물, 일반적으로 퍼옥사이드 화합물과 같은 연산화제(mild oxider)를 산화 반응 또는 가수분해 반응에 의해 제제와 함께 반응하여 화학적 톡산트를 중화시킨다.
또 다른 구체예로, 포뮬레이션은 생물학적 톡산트의 중화를 위해 주로 사용되는 것을 제공하며, 여기서 포뮬레이션은 양이온 계면활성제, 양이온 히드로트롭 및 지방 알코올로부터 선택된 가용성 화합물 및 적어도 한가지의 반응성 화합물을 함유하며, 반응성 화합물은 친핵성 화합물, 산화성 화합물(산화제) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 이 포뮬레이션은 생물학적 톡산트의 전달을 위해 유체상에서 물과 같은 캐리어에 첨가된다. 가용성 화합물이 반응성 화합물로 생물학적 톡산트의 노출을 강화한 후, 반응성 화합물은 산화 반응 또는 가수분해 반응에 의해 톡산트와 반응하여 톡산트를 중화시킨다. 반응성 화합물은 일반적으로 히드로겐 퍼옥사이드 화합물 및 포타슘 바이카보네이트나 소듐 바이카보네이트와 같은 바이카보네이트 화합물의 첨가에 의해 형성된 히드로퍼옥시카보네이트 화합물이다.
한가지 구체예로, 본 발명의 포뮬레이션은 하기 화합물을 포함한다.
또한, 수용성 폴리머를 0-10 wt.%의 범위의 농도로 임의적으로 첨가시킬 수 있다. 이 포뮬레이션은 특히 생물학적 톡산트를 중화시키는데 유용하다. 상기 포뮬레이션은 발포체로써 쉽게 전달되거나 분산될 수 있다.
양이온 계면활성제는 통상적으로 세틸트리메틸 암모늄 브로마이드와 같은 4차 암모늄염이다. 지방 알코올은 10-16개의 탄소 원자를 함유 할 수 있다. 히드로트롭에 적합한 구체예는 테트라펜틸 암모늄 브로마이드, 트리아세틸 메틸 암모늄 브로마이드 및 테트라부틸 암모늄 브로마이드이다. 바이카보네이트 및 히드로겐 퍼옥사이드의 결합은 산화제(고반응성 히드로퍼옥시카보네이트 종류)를 형성하고, 실질상 포자 제거제이다.
이 포뮬레이션은 인간을 비롯한 동물에게 비독성이고 일반적으로 비부식성 모두이고, 화학적 및 생물학적 모두인 톡산트를 중화하는데 사용될 수 있다. 상기 포뮬레이션은 사람과 민감한 설비 모두가 있는 영역에 오염제거시킨다. 상기 포뮬레이션은 특히 안스락스와 같은 BW 제제의 중화에 유용하다. 비독성, 비부식성 포뮬레이션에 의해, 용액에서 1시간 동안 바실러스 안트라시스 포자의 7-log 제거(99.99999%)가 달성 되었다.(후속에 기재됨)
본 발명의 포뮬레이션은 필요한 해독(오염 제거)을 제공하기 위해 다양한 방법 및 형태로 톡산트에 전달 될 수 있다. 유용한 전달 형태의 한가지는 발포이다. 톡산트, 특히 CW 및 BW 제제의 빠른 중화에 대한 물리적 안정성을 증진시키는 비독성, 비부식성 수성 발포체는 본 발명의 일부로서 발달 되어 왔다. 발포성 포뮬레이션은 히드로트롭이 있는 계면활성제 시스템을 기초로 하여, 난용성 톡산트를 용해시키고 친핵성 시약으로 반응의 속도를 향상시킨다. 또한, 상기 포뮬레이션은 생물학적 톡산트, 및 지방알코올을 중화시키기 위한 연산화제 및 발포체의 물리적 안정성을 향상시키기 위한 수용성 폴리머를 함유한다.
이 중화 기술은 1)단일 중화 용액이 화학적 및 생물학적 톡산트 모두 사용될 수 있다. 2) 이는 빠른 속도로 전개될 수 있다. 3) 제제의 완화는 벌크, 에어로졸및 진공 상에서 달성 될 수 있다. 4) 이는 극미한 건강(minimal health) 및 부차적인 데미지(collateral damage)를 나타낸다. 5) 이는 최소 병참 지원을 요구한다. 6) 이는 유체의 최소 유출을 갖고, 환경 영향이 영구적이지 않고, 7) 이는 상대적으로 저렴하다는 것을 포함한 여러가지 이유로 민간과 군사 적용에 흥미롭다. 본 발명의 발포 포뮬레이션은 다양한 방법으로 전달 될 수 있다. 한가지 유용한 방법은 폐쇄 환경으로 추가 공기를 주입시키는 필요를 없애는 흡인 효과나 벤츄리 효과에 기초로 한다. 이 방법에 의해 발생되는 발포체는 약 60-100:1의 최대 팽창 비율을 갖고 환경 상태(온도, 바람, 상대 습도)에 따라 약 1-4시간동안 안정하다는 것을 보여주었다. 또한 공기를 액체 발포체로 직접 주입시키는 공기 발포 시스템을 압축하여 발포체를 발생시킬 수 있다. 일반적으로 이 방법에 의해 발생되는 발포체는 약 20-60:1의 팽창 비율을 갖고 또한 1-4시간에서 안정하다.
요구되는 발포체의 부피에 따라, 발포체는 다양한 장치에서 전개될 수 있다. 소화기와 유사한 소형 휴대형 장치 및 광범위한 발포 발생 장치에서 사용하여 성공적인 전개가 이루어 졌다. 이러한 장치를 사용하여, CW 및 BW 제제 모두의 성공적인 오염 제거와 모사체가 논증되어 왔다. CW 작업을 위해, 라이브 제제 테스트는 GD(소만), VX 및 HD(머스타드)로 수행되어져 왔다. 발포 시스템에서 이들의 제제의 오염제거에 대한 반감기는 2분 내지 20분 정도이다. BW 제제를 설명하면, 발포체에 약 1시간 정도 노출 시킨 후 안스락스 포자의 7-log 제거(99.99999%)가 달성되었다. 다른 BW 작업은 전염병(영양 세균 세포) 및 천연두 바이러스에 대한 모사체의 신속한 제거를 보여주었다.
본 발명의 포뮬레이션은 난용성 톡산트를 용해하기 위해 양이온 미셀 촉매의 원리 및 양이온 히드로트롭의 용해력을 이용한다. 본 발명의 포뮬레이션은 본 기술의 당업자에게 알려진 발포-발생 기술을 사용하는 발포체로써 여겨질 수 있다. 본 발명의 목적에 특히 적합한 것은 벤츄리 원리를 사용한 발포 장치로서, 몇몇 다른 공기원이 아닌, 오염된 환경으로부터 발포-발생 노즐로 공기가 흡인된다. 이는 공기에서 톡산트를 발포 성분과 직접적으로 결합시킨다. 이 방법으로, 중화의 효과가 현저하게 향상된다.
본 발명에서 발포 포뮬레이션을 사용하므로써, 발포 전개에 대하여 해박한 당업자에게 잘 알려진 기계적 발포 발생 장치와 조화를 통해, 벌크, 에어로졸, 증기가 정제(mediated)된 무기 제제의 완화가 획득 될 수 있다. 발포-발생 설비가 사용되므로써 오염된 환경내에서 대기를 빼낼 수 있다면, 공기내 오염 물질은 발포 라멜라와의 친밀한 물리적 접촉이 강제될 것이다. 이 방법으로, 본 발명의 포뮬레이션의 중화 가능성이 향상 된다.
발포체는 일반적인 두가지 제안으로 사용될 수 있는 중화 포뮬레이션을 제공한다:(1) 화학적 또는 생물학적 공격이 가해진 장소에서 첫번째 반응자(responder)에게 현상에 대해 빠르게 대응하고 잠재적 사상자를 다룰 수 있는 능력을 제공하고;(2) 공격 후 유용한 시설을 복구시킨다.
첫번째 반응자를 위해, 매우 빠른 시간내에 수용할 수 있는 수준으로 설비 또는 장치에 오염제거하는 것이 중요하고, 이로써, 사상자가 적절한 곳에서 치료를 받을 수 있게 된다. 복구하는 시나리오에 있어서 시간 보다는 전체적인 피해, 대중인식 및 재확인(즉, 완전한 오염제거)이 더 중요한 결과를 가져온다. 모든 화학적 및 생물학적 제제의 효과적인 일반 포뮬레이션은 민간시설에 일반적으로 사용되는 광범위하고 다양한 건축 자재에 사용하기에 적합해야 한다는 것이 요구된다. 더욱이, 중화 포뮬레이션은 효과적으로 화학적 또는 생물학적 톡산트를 중화시키기 위해 첫번째 반응자에 의해 빠르게 전개될 수 있어야 하며, 상대적으로 사람 및 시설에 무해하여야 한다. 또한, 이 포뮬레이션은 적절한 기간 동안 화학적 및 생물학적 톡산트를 무해하게 하므로써, 상대적으로 빠른 시설 복구를 달성 될 수 있게 하여야 한다.
본 발명의 발포 포뮬레이션은 양이온 히드로트롭과 함께 양이온 계면활성제 시스템에 기초로 하여 화학적 제제의 용해성 및 반응성을 친핵성 제제로 반응성을 향상시킨다. 또한 연산화제(히드로겐 퍼옥사이드와 같은 퍼옥사이드 화합물)을 저농도로 발포체에 첨가시킨다. 히드로겐 퍼옥사이드는 발포체에 바이카보네이트와 반응하여 고반응 히드로퍼옥시카보네티트류를 형성시킨다. 이러한 성분 외에, 포뮬레이션은 용액의 총괄 점도를 증가시키기 위한 수용성 양이온 폴리머 및 포뮬레이션의 표면 점도를 증가시키기 위한 지방 알코올을 함유한다.
폴리머 및 지방 알코올과 같은 주성분을 용해시키기 위해, 특정 방법에 따라, 발포체의 성분을 혼합하는 것이 필요하다. 물 및 양이온 히드로트롭을 컨테이너 내에서 혼합시킨다. 그 다음, 알코올 화합물이나 알코올 화합물의 혼합물을 상기 혼합물에 혼합시킨다. 수용성 폴리머를 덩어리 포뮬레이션을 피하기 위해 천천히 첨가시키고, 용해시킨다. 상기 폴리머는 임의적이지만 혼합물의 점도를 증가시키기 위해 첨가시켜 더 안정한 발포체를 제공한다. 폴리머의 용해성을 촉진시키기 위해 pH를 조절 할 수 있다. 그 다음, 양이온 계면 활성제를 첨가시킨다. 발포체의 안정성을 향상시키기 위해, 도데칸올과 같은 지방 알코올을 첨가시켜 발포 표면 장력을 증진시킬 수 있다. 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르 또는 유사 용액은 일반적으로 지방 알코올을 위한 용매로서 사용된다. 상기 용액을 후에 사용하기 위해 저장시킬 수 있다. 제조 방법의 일례를 실시예 3에 기재하였다. 그 후, 상기 용액은 퍼옥사이드 화합물과 같은 반응성 화합물과 혼합될 수 있다. 일반적으로, 실제 사용에서, 용액을 미리 혼합하고 저장하며, 여기서 반응성 화합물을 나중에 첨가시킨다. 초과되면 이 반응성이 퇴화되기 때문에 사용전에 즉시 히드로겐 퍼옥사이드와 같은 반응성 화합물을 상기 포뮬레이션에 첨가시킨다. 운송과 취급(shipping and handling)에 대한 안정성을 고려하여 고체형태(우레아 히드로겐 포옥사이드)로 히드로겐 퍼옥사이드를 발포체에 첨가시킨다. 이는 고농축된 액체 히드로겐 퍼옥사이드를 취급하는 필요성을 없앤다.
대부분의 발포체는 농축액으로써 저장하고 전개시킨다. 통상적인 소화기 발포체는 0.1% 내지 6%의 범위의 농축액으로 사용할 수 있다. 반면, 0.1% 농축액의 경우, 발포체의 100 갤런은 농축 용액의 0.1 갤런 및 물 99.9 갤런으로 만들러진다. 6% 농축액의 경우, 발포체의 매 100 갤런은 농축 용액의 6갤런 및 물 94 갤런으로 만들어진다. 본 발명의 발포 포뮬레이션은 또한 농축액으로써 발달 되어 왔다. 14 내지 25 %의 포묠레이션이 발달되어 왔다 (즉, 25% 농축액의 경우, 발포체의 100 갤런은 농축 용액 25 갤런 및 물 75 갤런으로 만들어진다.). 발포 농축액의제조의 일례는 실시예 4에 주어진다. 발포 농축액은 히드로겐 퍼옥사이드 및 바이카보네이트를 함유하지 않는다. 일반적으로 오염제거 목적을 위해 발포체를 사용하기 전 즉시 이들 성분을 발포 용액에 첨가시킨다.
본 발명의 발포체의 유용한 특성은 포뮬레이션이 고팽창 비율 배지를 갖고 안정성이 높다는 것이다. 발포체의 팽창 비율은 제조된 발포체의 부피와 원액 부피의 비율로 규정된다. 이 특성은 오염제거하는 동안 팽창 비율이 높으면 물 사용량을 적게 사용하여도 되기 때문에 중요하다. 그러나, 만약 팽창 비율이 너무 높다면, 효율적인 오염제거를 위해 포뮬레이션 내에 물이 충분하지 않을 수 있다. 또한 고 팽창 비율(약 60이상)에서 다양한 위치로 향할 수 있게 하는 발포체의 흐름을 생성시키기에는 어려움이 있다(즉, 발포체 발생 노즐을 남김으로써 단순히 발포체를 수직으로 떨어뜨린다). 그러나, 고 팽창 비율(약 80-120)인 발포체는 공간의 부피를 채우고, 광범위한 표면 영역을 덮는 것에 매우 효과적이다. 반면, 중간 팽창 비율(약 20-60)을 가진 발포체는 특정 목표물에 발사와 수직 표면 및 수평 표면의 하단에 꽂히는데 매우 효과적이다. 본 발명의 포뮬레이션은 적절한 발포 발생 노즐을 단순히 선택 하고 포뮬레이션의 총괄 점도를 조절하여 흡입하는 공기 발포 발생 시스템에서 중간 팽창 비율 및 고팽창 비율인 발포체를 발생하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 포뮬레이션은 단순히 적절한 발포체 생성 노즐 선택과 포뮬레이션의 총괄 점도를 조절함으로써 대기 발포체 생성 시스템에서 중간 팽창 비율 및 고 팽창 비율의 발포체를 생성하는데 사용될 수 있다. 본 포뮬레이션의 총괄 점도는 발포체를 생성할 수 있도록 적절한 위치에서 액체가 노즐의 콘을 맞출수 있도록 하는 발포체의 노즐로부터 분사되면서 분사의 정도를 결정하게 된다. 모든 분사체 노즐은 특정 총괄 점도 범위에서 액체 포뮬레이션으로 사용될 수 있도록 만들어졌다. 사용되는 특정한 발포체 생성 노즐에서 요구되는 범위에서 총괄 점도를 정하기 위해 수용성 폴리머를 적절한 농도로 첨가시켰다. 압축 공기 발포체 생성 시스템에서 팽창 비율은 액체 시스템에 첨가되는 공기의 부피 변화에 의해 정해진다.
발포체의 중요한 물리적 특성은 그 안정성이다. 발포 안정성은 그의 반-배수시간(half-drainage time)에 의해 측정 되며, 이는 원액 부피의 반이 손실한 발포체에 대해 요구되는 시간으로서 규정짓는다. 예컨대, 용액 1L가 발포체를 발생시키는데 사용된다면, 반-배수시간은 발포체로부터 흘러나가는데 500ml에 대한 시간으로써 규정된다. 이 특성은 안정한 발포체가 포뮬레이션과 화학적 또는 생물학적 제제 사이에 많은 접촉시간을 갖기 때문에 중요하다. 발포 안정성은 필름으로부터 흘러나온 액체에 대해 요구되는 시간을 지연시켜 달성시킨다. 액체의 표면 점도를 증가시켜 필름으로부터 액체의 유출을 조절할 수 있다. 표면 점도가 클수록, 발포체는 더 안정하다. 지방 알코올은 표면 분자들 사이에 팩킹하여 표면 점도를 향상시키고 액체 필름에 흐르는데에 대한 저항성을 증가시키므로써, 더 안정한 발포 거품을 생성 한다. 본 발명의 발포 포뮬레이션은 몇시간의 반-배수시간을 갖는 발포체를 생성한다.
도 4는 흡입하는 공기 발포 시스템하에 히드로겐 퍼옥사이드 없이 발생된 본 발명의 발포체의 일례 중 팽창 비율 및 안정성을 도시한다. 이는 팽창 비율 125 와약 3시간의 반-배수시간을 나타낸다. 도 5는 총 발포 포뮬레이션(즉, 히드로겐 퍼옥사이드)과 동일 기한을 나타낸다. 이 경우, 팽창 비율은 87이고 반-배수 시간은 2.25시간이다.
CW 및 BW 제제의 중화의 효과를 측정하기 위한 연구는 본 발명의 포뮬레이션으로 수행하였다. 화학적 제제로의 작업은 신경제 및 발포제(blistering agents)인 제제의 두가지 일반적인 부류로 초점을 맞추었다. 신경제의 구체예로는 사린(GB) 소만(GD), 타분(GA) 및 VX를 들 수 있다. 발포제의 구체예로는 머스타드(HD)를 들 수 있다. 초기 작업은 화학적 제제 모사체로 수행시켰다. G-제제의 경우, 유사한 디페닐클로로포스페이트를 사용하였다. VX의 경우, 모사체는 말라티온(o,s 디에틸페닐 포스포노티오에이트)였다. 머스타드의 경우, 모사체는 반머스타드(2-클로로에틸술파이드) 및 반 2-클로로에틸페닐 술파이드였다.
라이브 제제 테스트(live agent test)는 U.S. Army Aberdeen Proving Grounds, MD.에 Illinois Institute of Technology Research Institute(IITRI) 및 Edgewood Chemical Biological Center(ECBC)에서 수행시켰다. 발포체의 효과를 결정하기 위해 몇몇의 표면 테스트를 수행하였다. 표면 테스트에 대한 일반적인 프로토콜은 하기에 기술한다.
표면 테스트 방법
1. 알려진 화학적 제제 또는 모사체의 부피로 테스트 쿠폰을 접종한다.
2. 15분 기다린다.
3. 테스트 쿠폰에 발포체를 도포한다.
4. 특정 시간 동안 기다린다.
5. 아세토니트릴로 반응되지 않은 제제 (또는 모사체)를 추출한다.
6. 기체 크로마토그래피에 의해 추출 용액을 테스트하여 반응되지 않은 제제의 부피를 측정한다.
7. G 제제 및 머스타드의 경우, 모든 테스트는 pH 8에서 수행시킨다. VX의 경우, 모든 테스트를 pH 10.5에서 수행시킨다(3N NaOH로 조절). 이는 제제 및 모사체 모두에 적용된다.
도 6은 페이퍼 테스트에서 라이브 제제의 오염제거 결과를 도시한다. 극도로 빠른 오염제거는 소만 및 VX 모두의 경우 발생되었다. 머스타드의 오염제거는 더 느리지만 여전히 매우 효과적이다. VX 모사체 O-에틸-S-에틸 페닐포스포노티오에이트를 사용한31P NMR 연구는 본 발명의 발포체를 사용한 P-S 결합의 유일한 분열을 증명하였다. 그러므로, VX에서 P-O 결합 분열의 결과, 발포체에 의한 중화의 결과로서, 일반적으로 형성된 독성 물질이 형성되는 것은 기대되지 않는다.
또한, 다양한 기질 표면(나무, 플라스틱, 카페팅 및 콘크리트)에서, 오염 제거의 경우, 발포체 포뮬레이션이 중화에 효과적임을 논증한 적이 있다. G제제 모사체(디페닐 클로로포스페이트)로 수행된 테스트 결과는 도 7에 나타내었다. 발포체에 노출 시간은 15분이 었다.
또한, 포뮬레이션이 농화제 (thickened agent)모사체에 대해 효과적임을 논증한 적이 있다. 결과는 다양한 표면에서 G제제 모사체에 대해 하기에 나타낸다(도 8). 모사체는 5% K125 폴리머로 농축(thickened)시켰다. K125는 유기 폴리머이다.제제(또는 모사체)를 안정하게 하거나 보호하기 위해 환경 상태(즉, 태양, 바람, 비)의 영향을 최소화하기 위해 전개하는 동안, 폴리머를 순수 제제 용액에 종종 첨가시킨다.
또한, 테스트는 어떤 온도에서 발포체의 중화 효과에 영향을 받는지를 평가하기 위해 수행되었다. VX 모사체(o,s 디에틸 페닐 포스포노티오에이트)의 중화는 4℃와 23℃(상온)에서 평가되었다. 도 9에 나타낸 결과는 상기 발포체가 심지어 저온에서도 (비록 느리지만) 효과적이다 것을 설명한다.
라이브 제제 테스트는 ECBC에서 수행되었다. 또한 수행된 라이브 제제 테스트의 두 종류는 키네틱(또는 반응속도)테스트이고 접촉 위험 테스트(contact hazard tests)였다. 하기 테스트 방법을 사용하였다.
ECBC 반응 속도 테스트를 위한 방법
1. 모든 테스트는 CASARM-그레이드 제제(화학적 제제 표준 분석 레퍼런스 물질;Chemical Agent Standard Analytical Reference Material)로 수행되었다.
2. 중화 테스트 용액에 히드로겐 퍼옥사이드의 첨가제를는 상기 테스트일에 수행되었다.
3. 모든 테스트는 25℃에서 유지된 교반, 커버(jacketed)된 반응 용기에서 수행되었다.
4. 중화 용액(100ml)을 반응 용기에 두었고, 평형을 위해 충분한 시간동안 혼합시켰다(발포체의 경우-테스트는 발포된 물질이 아니라, 발포체를 발생하기 위해 사용된 액체로 수행시켰다.)
5. 발포체의 경우, GD 및 HD 에 대한 테스트는 pH 8에서 수행되었다. BX의 경우, 테스트는 pH 10.5에서 수행되었다.(3N NaOH로 조절)
6. 테스트 초기에, 제제 2ml를 반응 용기에 두었다.
7. 측정 간격(10분과 1시간)에서, 샘플을 반응 용기에서 제거하였다. 샘플을 용매에 담금질(quenched)하였고, 기체크로마토 그래피 메스 스펙트로메트리(GC MS)에 의해 반응되지 않은 제제를 분석하였다.
8. 모든 테스트 샘플을 3번 분석하였다.
ECBC 접촉 위험 테스트를 위한 방법
1. 모든 제제는 CASARM-그레이드였다. 모든 테스트는 상온(23℃)에서 수행되었다.
2. 하기 테스트 쿠폰을 사용하였다:
a. Chemical Agent Resistant Coating (CARC)-MIL-C-53039A, Polyurethane Topcoat with Primer MIL-P-53022B epoxy.
b. Navy Non-Skid Paint-MIL-C-24667A.
c.Aircraft(AC)Topcoat MIL-PRF-85285C
d. Navy Alkyd Paint DOD-E-24634, color 26270(haze gray)
3. 블랙 그리스 펜슬로 모든 테스트 쿠폰에 경계을 그렸다.
4. 1mg/㎠의 밀도에서 VX, TGD(농축 GD), 또는 HD 2㎕ 방울로 각각의 테스트 쿠폰(수평 위치)을 오염시켰다.
5. 증발을 막기 위해 1시간 동안 유리 접시로 제제를 덮어두었다.
6. 사용하기 전에 즉시, 새로운 중화 포뮬레이션을 혼합시켰다.
7. 그 후, 15분 동안 중화 제제 1mg으로 오염된 쿠폰을 처리하였다.(발포의 경우-발포재가 아니라 발포체를 발생하기 위해 사용된 액체로 테스트를 수행하였다.)
8. 15분 후, 실험용 펌프로 탈-이온/증류수(37ml)로 오염된 쿠폰(앞면과 뒷면)로부터 중화 제제를 헹구었다. 상기 펌프를 30ml/min 가하였다.
9. 덴탈 댐(dental dam) 20㎠ 조각을 오염된 부분에 덮어 둔 후, 쿠폰을 2분동안 공기로 말리었다. 1kg 중량을 덴탈 댐의 상부에 두었다.
10. 15분의 접촉 시간 후, 덴탈 댐상에서, 클로로포름 18ml에 제제를 15분 동안 추출하였다.
11.추출 용매중 반응되지 않은 제제를 GC로 분석하였다.
중화된 화학적 톡산트의 중량 %로 나타낸 반응 속도 테스트에 대한 결과를 하기에 나타내었다. 상기 결과를 DS2와 비교하였다.
이들 테스트의 결과는 본 발명의 발포체가 CW 제제의 중화에 매우 효과적이라는 것을 명백히 지시한다. 이는 또한, DS2가 매우 효과적인 오염 제거 용액이고, 이는 독성이 높고 부식성이 높기 때문에 대체품을 찾는 일차적인 동기이고 CW 제제를 오염제거 할 수 없는 것이 아니라는 것이 분명하다.
발포 포뮬레이션에 관한 한가지 쟁점은 설비 복구에 포함된 첫번째 반응자 대 집단에 의한 발포체의 사용에 관한 것이다. 설비 복구를 위해 사용될 경우, 사용되어 왔던 정확한 화학적 또는 생물학적 제제가 알려질 것이다. 이경우, 포뮬레이션의 pH는 특정 제제에 대한 최적값으로 쉽게 조절될 수 있다. 이 pH 조절은 고체 히드로겐 퍼옥사이드로 포함되고 사용전 즉시 액체 발포 포뮬레이션에 첨가시키려고 하는 염기(예컨대, NaOH)에서, 미리 측정된 패킷(packet)의 사용을 통해 달성 될 수 있다. 상기 포뮬레이션은 pH 값 약 5 내지 약 12에서 작용 할 것이다. 본 발명의 포뮬레이션을 사용한 다양한 CW 및 BW 제제의 중화에 대한 최적의 pH 값은 일반적으로 약 8 내지 11이다. 그러나, 첫번째 반응자의 경우, 특정 제제는 일반적으로 알려져 있지 않을 것이다. 그러므로, 모든 제제와 효과적으로 반응하도록 중간 pH가 선택되어져야 한다. 이 중간 pH 값은 필요에 의해 절충되어야 한다. 첫번째 반응자 사용에 대한 적합한 pH는 약 9에서 발견되었다. 다양한 CBW 제제 및 모사체에 대한 발포체의 중화 효과는 하기 표에 요약하였으며, 다양한 노출시간에 대한 중화된 상기 제제 또는 모사체의 퍼센트를 나타낸다.(요약하면, 테스트된 CBW 제제의 중화는 제제에 따라 약 2-60 분의 시간내에 달성될 수 있었다.)
생물학적 제제로 실시하는 것은 세균 포자(예컨대, 바실러스 안트라시스 또는 안스락스)를 제거 시키는 제제의 가장 어려운점을 인지하는 것에 초점을 맞추었다. 포자-형성 세균 바실러스 글로비기(안스락스에 대해 인지하는 모사체)로 수많은 테스트를 수행하여, 이 미생물을 중화(제거)시키는 본 발명의 발포 포뮬레이션의 효과를 측정하였다. 또한 전염병에 대한 모사체(Erwinia herbicola-영양 세균 세포) 및 천연두 바이러스에 대한 모사체(MS-2-박테리오파지)에 발포체의 제거 효과를 측정하기 위해 테스트를 수행하였다. 또한, Illinois Institute of Technology Research Institute in Chicago, IL에서 라이브 제제 테스트를 바실러스 안트라시스 ANR-1로 수행하였다. 상기 발포체는 적시 방법으로 이러한 모든 유기체의 제거에 대해 효과적이라는 것은 보여주었다.
BW 모사체 및 제제의 제거에 발포체의 효과를 테스트하기 위해 테스트의 두가지 기본 형태로 수행하였다. 테스트 첫번째 형태로는, 발포체를 발생시키는 액체 용액에 직접 미생물을 투여시키는 용액 테스트이다. 특정 시간 후, 원심 분리법에 의해 용액으로부터 미생물을 추출하고, 세정한 후, 적절한 생물 배지상에 평판화(plated)하여 이들이 제거 되었는지 측정하였다. 포자 및 영양 세포를 사용하는 용액 테스트에 대한 일반적인 테스트 프로토콜을 하기에 나타내었다. 포자 테스트를 위해 사용된 미생물은 바실러스 글로비기(ATCC 9372) 및 바실러스 안트라시스 ANR-1이 였다. 영양 세포 테스트를 위해 사용한 미생물은 Erwinia herbicola(ATCC 39368)였다. 세포 숙주 Escherichia coil (ATCC 15597) 과 함께 MS-2 박테리아파지(ATCC 15598B)는 바이러스 불활성 테스트(viral inactivation tests)를 위해 사용되었다.
용액 테스트를 위한 프로토콜
1. 무균 탈-이온수에서 세정된 미생물의 현탁액을 제조한다.
개체군은 약 5*107세균/ml여야 한다.
2. 각각 12개의 원심분리기 튜브에 미생물 현탁액 5ml를 첨가하였다. 15분동안 튜브를 원심분리하여 세균을 펠렛으로 만들었다. 상청액을 버렸다.
3. 각각의 튜브에 테스트 용액 5ml를 25℃에서 첨가시켰다.
4. 테스트 용액내에 미생물을 재현탁(re-suspend)시켰다.
5. 특정 접촉 시간(15분, 30분, 또는 1시간) 후, 무균 탈-이온수로 10가지의 요소에 의한 테스트 용액을 희석시켰고 30분 동안 원심분리하여 미생물을 펠렛으로 만들었다.
6. 상청액을 버렸고, 무균 탈-이온수 15ml에 상청액을 재현탁 시켰다.
7. 추가 2번 세정 단계를 반복하였다. 최종 세정 후, 새로운 무균 뉴트리엔트 육즙 5ml에 미생물을 재현탁시켰다.
8. Brain Heart Infusion Agar(바실러스 글로비기 및 바실러스 안트라식스의 경우) 또는 Nutrient Agar(에르위니아 러비콜라(Erwinia herbicola)상에 각각의 테스트 용액 및 유기 세균 현탁액을 100- 10-7단계 희석에서 평판화하였고 37℃에서 48시간 동안 배양시켰다.
9. 평판을 세어, 각각의 테스트 용액에 대한 제거 효과를 측정하였다.
바이러스 용액 테스트를 위한 프로토콜
1. 트립신 소이 육즙(tryptic soy broth)에서 37℃에 18시간 동안 E.coil의 배양균을 증식시켰다.
2. 배양된 E.coil로 새로운 트립신 소이 육즙을 접종하였다. 계속적으로 흔들면서 37℃에서 3-6시간 동안 이 접종물을 접종하였다.
3. 하기 테스트 용액에 군체(stock)MS-2를 첨가시켰다:
a. 무균 탈이온수
b. 발포 포뮬레이션
4. 1시간 후, 무균 탈이온수로 10개의 요소에 의한 테스트 용액을 희석하였다. 원심분리기 하고 상청액을 버렸다. pH 7.3에서 무균 트리스 버퍼(sterile Tris buffer) 5ml에 펠렛을 재현탁시켰다.
5. 100-107의 희석 시리즈에 파지 현탁액을 연속적으로 희석하였다.
6. 용해된 오버레이 아가(1% 아가가 있는 트립신 소이 육즙)의 튜브에, 파지 현탁액 0.1ml 및 E.coil 배양균 1ml를 첨가시켰다. 혼합하였고, 트립신 소이 아가 평판상에 부엇다.
7. 37℃에서 배양 18-24 시간 후, 트립신 소이 아가 평판(plates)상에 플라크-형성 유닛을 카운트 하였다.
포자 제거 (바실러스 글로비기 및 바실러스 안트라시스)만을 위해 표면 테스트를 수행하였다. 이 프로토콜은 하기에 설명한다.
표면 테스트를 위한 프로토콜
1. 무균 탈이온수내에서 세정된 포자의 현탁액을 제조하여 약 5*108포자/ml를 생성시켰다.
2. 9개의 냉동한 유리 슬라이드(frosted glass slides)상(22mm*30mm)에 포자 현탁액 0.2ml를 고르게 담지하고 무균 상태하에 24시간 동안 공기 건조 시킨다.
3. 별도 무균 400ml 유리 비이커에 6개의 유리 슬라이드를 놓는다.
4. 별도 무균 250ml 유리 비이커에 하기 테스트 용액 100ml를 놓는다.
a. 발포체(히드로겐 퍼옥사이드 없음)
b. 발포체 + 4% 히드로겐 퍼옥사이드
5. 발포체를 생성하기 위해 테스트 용액을 통해 초고순도 공기를 거품을 일으킨다. 발포체가 비이커 상부의 약 1/2 인치에 도달할 때 까지 유리 슬라이드가 있는 비이커로 발포체를 흘려준다. 살균 덮개로 비이커를 덮고 1시간 동안 기다린다. 3개의 유리 슬라이드가 테스트 용액 "a"에 노출되고 세개가 테스트 용액 "b"에 노출될때 까지 이 단계를 반복한다.
6. 노출 시간 1시간 후, 400ml 비이커에서 유리 슬라이드를 살균적으로 제거하고, 젖기 막대로 무균된 탈이온수(즉, 린스 용액) 50ml가 있는 250ml 비이커에 이를 놓는다. 중간 속도로 2시간 동안 교반한다. 테스트 용액에 노출된 모든 슬라이드(즉, 총 6개 슬라이드)에 이 단계를 반복한다.
7. 3개의 처리되지 않은 유리 슬라이드(대조군)를 무균 탈이온수 50ml가 있는 250ml 비이커로 두었고, 2시간 동안 교반하였다.
8. 무균 10ml 피펫으로 각각의 400ml 테스트 비이커에서 파괴된 발포 용액을 즉시 수집한다. 수집한 발포 용액의 부피를 기록한다. 수집 발포 용액을 원심분리기 튜브에 둔다. 30분 동안 원심분리 한다.
9. 상기 액체를 주의 깊게 빼고 포자를 무균 탈이온수 15ml에 재현탁시킨다. 추가로 세정 단계를 2회 반복한다. 최종 세정시, 새로운 무균 뉴트리엔트 육즙 5ml에 포자를 재현탁시킨다.
10. 100-10-7단계 희석에서 Brain Heart Infusion Agar 상에 발포 용액(세정 단계 후)으로 회수된 포자를 평판화(plate)하고 37℃에서 48시간 동안 배양한다.
11. 100-10-7단계 희석에서 Brain Heart Infusion Agar 상에 린스 용액에 포자를 평판화(plate)하고 37℃에서 48시간 동안 배양한다.
12. 평판(plates)을 세고, 회수된 포자의 총수를 계산한다.
13. 100-10-7단계 희석에 Brain Heart Infusion Agar 상에(또는 적절한 안스락스 배지)원 포자 현탁 용액을 평판화 하고, 37℃에서 48시간 동안 배양한다.
14. 평판을 세고, 유리 슬라이드 상에 있는 원래 포자의 총 수를 계산한다.
토착성 미생물에 의한 오염 가능성을 최소화 하기 위해 모든 테스트를 무균 상태하에서 수행시켰다. 실험하는 동안 무균 상태의 존재를 확인하여 대조군을 수행시켰다. 테스트를 시작하기 전 즉시 히드로겐 퍼옥사이드를 발포 용액에 첨가시켰다. 최종 발포 포뮬레이션(발포체 + 4% 히드로겐 퍼옥사이드)의 pH는 8.0이었다. 모든 테스트는 3번 수행되었다. 이러한 테스트 결과는 다음과 같다.:
-용액 및 표면 테스트에서, 발포체에 1시간 노출 시킨 후, B. 글로비기 및 B. 안트라시스 포자가 완전히 제거되었다(7Log 제거 또는 본래의 생물학적 성분의 99.99999% 제거를 칭한다.)
-용액 테스트에서 15분 후 E. 허비콜라 세포가 완전히 제거되었다(7Log).
-발포 용액에 60분 노출 시킨후(노트;60분은 단지 테스트 시간이어다.) MS-2 박테리오파지를 완전히 불활성화 시켰다(4Log)
이들 테스트 각각의 결과를 도 10-15에 도시한다.
상기 기재된 테스트외에도, 포자 제거 효과를 측정하기 위해, 다양한 발포체 성분을 각각 테스트 하였다. 용액 테스트에서, 바실러스 글로비기 포자를 발포 포뮬레이션으로부터 하기 성분에 노시켰다.
탈이온수(대조군)
탈이온수에, 3% 양이온 계면활성제
탈이온수에 3.8% 양이온 히드로트롭
탈이온수에 2% 알코올 믹스(36.4% 이소부탄올, 56.4% 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 및 7.3% 1-도데칸올)
탈이온수에 4% 히드로겐 퍼옥사이드 및 4% 소듐 바이카보네이트
탈이온수에 2% 알코올 믹스, 4% 히드로겐 퍼옥사이드 및 4% 소듐 바이카보네이트
탈이온수에 3% 양이온 계면활성제 및 4% 히드로겐 퍼옥사이드
탈이온수에 3% 양이온 히드로트롭, 4% 히드로겐 퍼옥사이드, 및 4% 소듀 바이카보네이트
탈이온수에 3% 양이온 계면활성제, 4% 히드로겐 퍼옥사이드 및 4% 소듐 바이카보네이트
이들 테스트에 대한 결과를 도 16에 도시한다. 상기 결과는 양이온 계면활성제, 히드로겐 퍼옥사이드 및 소듐 바이카보네이트사이에 상승작용을 명백히 나타내며, 이는 본 발명의 발포 포뮬레이션의 극적인 포자성 효과(sporicidal effect)를설명한다.
노출될 수 있는 발포체에 금속의 부식성을 억제하는데 도움이 되게 발명의 발포 포뮬레이션에 추가 화합물을 첨가시킬 수 있다. 일례로, 디메틸 에탄올아민을 첨가시켰고, CW 모사체의 해독이 떨어지는 강철 기질의 부식성을 억제시켰다; 에탄올아민이 G-제제와 같은 특정 CW-제의 가수분해 반응을 촉진시키는 것으로 알려진것 처럼, 상기 화합물은 실제로, 화학적 불활성을 증진 시킬 수 있다. 디메틸 에탄올아민의 첨가 범위는 0.1 내지 10%이다. 그밖의 잠재적인 부식성 제거제로는 트리에탄올아민, C9, C10 및 C12 디엑시드 혼합물의 에탄올아민 염, 디시클로헥실 아민 니트리트 및 N,N-디벤질아민을 들 수 있다.
본 발명의 발포 포뮬레이션은 소화전 접속 및 대형 군사형 펌프에 의해 가압된 휴대용(hand-held) 유닛을 통해, CO2카트리지에 의해 가압된 소형 소화기형 유닛을 통해 성공적으로 전개되어져 왔다. 이들 각각의 발포-발생 유닛은 벤츄리 효과를 통해 발포체로 공기를 빼내는 발포 노즐을 사용한다. 이는 발포 노즐에 공기를 공급할 필요가 없으며, 실내 공기의 사용을 통해 발포체가 생성된다. 공급된 공기 발포 발생기는 실내로 공기를 첨가시키기 때문에 중요하며, 이 실내에서, 발포체가 생성되고, 존재하는 공기를 (실외) 밀어내고 화학적 및 생물학적 제제의 완화를 야기시킨다.
또한, 압축 공기 발포 시스템을 통해 성공적으로 발포체가 발생되었다. 이들 시스템에서, 액체가 발포 노즐에 나오기전, 액체 흐름으로 공기를 직접적으로 주입시켰다.
발포체 전개에 관한 또 다른 중요한 쟁점은 발포체가 생성되고, CW 및 BW 제제의 오염제거를 달성한 후, 발포체를 정화(clean-up)시키는 것이다. 상기 발포체의 안정성이 높을지라도, 이는 상업적으로 입수할수 있는 탈-발포체의 사용으로 매우 쉽게 파괴될 수 있다. 발포 전개 및 상기 제제의 오염제거를 위한 충분한 시간 후, 탈발포체의 저농도(1-2%)를 함유한 물 분무로 발포체를 제거할 수 있다. 이 과정은 발포체를 액체상태로 되돌린다.
또한, 발포 포뮬레이션을 위한 대안적인 전개 방법으로는, 본 발명의 포뮬레이션과 함께 사용하는 것이다. 발포체는 이를 통해 내뿜은 기체상(본 경우, 공기)을 가진 액체 용액에 불과하다. 이는 발포체가 아닌, CBW 제제의 파괴/중화에 효과적인 포뮬레이션이다(다시말하면, 액체 포뮬레이션은 공기가 아닌, CBW 제제를 오염제거한다.). 그러므로, 동일 기초 포뮬레이션과 함께 스프레이, 미스트, 및 분무(fogs)와 같은 대체 방법을 사용할 수 있다. 이들 대안 방법의 목적은 제어 환경(예컨대, 실내 설비)의 복구에 사용되고, CBW 제에 포뮬레이션의 접근을 촉진하기 위해 요구되는 물의 양을 최소화 하기 위한 것일 것이다.
이들의 대안적인 전개 방법은 발포 전개에 관하여 다양한 특징을 가질 수 있다. 예컨대, 분무(fog)는 발포체에 의해 오염제거가 어려운 지역, 불가능한 지역에서 효과적인 오염제거를 달성할 수 있다. 한가지 구체예는 공기 조절 도관 내부이다. 레지스터 및 도관내 다른 개구부에서 분무를 발생시킬 수 있고, 도관 내부 거리를 이동 할 수 있어, 닿기 어려운 곳에 오염제거를 할 수 있다. 분무의 추가적인특징은, 상대적으로 자동화된 오염제거 시스템을 공격 장소에 설치 할 수 있다는 것이다. 멀리 활성화된 살충제 분무기를 시설 내에 둘 수 있고, 설비를 완전히 오염제거 하기 위해 주기적인 간격으로 (먼 위치로부터) 회전시킬 수 있다. 이 방법은 CBW 제제에 노출된 오염제거 개체에 대한 가능성을 굉장히 감소시킬 것이다.
일례로, 본 발명의 포뮬레이션은 화학적 및 생물학적 전쟁용(CBW) 제제를 위해 분무(즉, 1-30 마이크론 범위인 입자 크기인 에어로졸로써)로 전개 시키는 것이 가능한 수성 기재 포뮬레이션(aqueous based formulation)이다. 상기 포뮬레이션은 부식성이 낮고 독성이 낮으며, 상업적으로 사용할 수 있는 분무 발생 장치를 통해 전개될 수 있다. 상기 포뮬레이션은 히드로겐 퍼옥사이드 및 바이카보네이트 염(예컨대, 소듐, 포타슘, 또는 암모늄 바이카보네이트)의 저농도와 결합하여 양이온 계면활성제 및 양이온 히드로트롭으로 이루어 진다. 최근 오염 제거 포뮬레이션은 독성 및/또는 부식성 화학제품을 이용하여 접촉한 민감한 설비를 잠재적으로 손상시킬 수 있는 CBW 제의 파괴를 달성한다. 또한, 대부분의 최근 포뮬레이션은 오염제거를 위해 상당량의 물이 필요하다.
상기 포뮬레이션은 수성 발포 포뮬레이션과 유사한 성분을 함유한다. 그러나, 단지 발포만을 위해 필요한 다양한 성분은 발포 포뮬레이션으로부터 제거된다. 수성 기재 분무 용액(aqueous-based fog solution)의 포뮬레이션은 다음과 같다.
화합물농도 범위
(총 포뮬레이션의 wt.%)
양이온 계면활성제0.1-20
양이온 히드로트롭0.1-40
히드로겐 퍼옥사이드 0-5
바이카보네이트 염0-10
물25-96.8
양이온 계면활성제는 통상적으로 세틸트리메틸 암모늄 브로마이드와 같은 4차 암모늄 염이다. 양이온 계면활성제의 그밖의 구체예로는 폴리머의 4차 화합물을 들 수 있다. 적절한 히드로트롭의 구체예로는 테트라펜틸 암모늄 브로마이드, 트리아세틸 메틸 암모늄 브로마이드 및 테트라부틸 암모늄 브로마이드를 들 수 있다. 바이카보네이트 및 히드로겐 퍼옥사이드의 결합은 산화제(고반응 히드로퍼옥시카보네이트류)를 형성하고, CBW 제의 중화를 위한 중요한 기여자이다.
화학적 제제의 중화를 설명하기 위한 한가지 테스트중, 화학적 제제 모사체 25 ㎕(~20㎕)를 테스트 쿠폰(카페트, 금속, 우드등)에 놓았다. 상기 쿠폰은 테스트 챔버 내부에 놓았고, 그 후, 공업용 분무 장치로부터 발생된 분무 포뮬레이션으로 채웠다(1-20 마이크론 사이의 물방울 크기). 동일 모사체는 실험 대조군으로써 공급하기 위해 동일한 테스트 쿠폰에 놓았다. 1시간 후, 반응되지 않은 모사체를 추출하기 위해 대조군 및 실험 테스트 쿠폰을 1시간 동안 아세트로니트릴 용액에 두었다. 그 후, 반응되지 않은 모사체의 부피를 측정하기 위해 아세트릴니트릴 용액을 기체 크로마토 그래피에 의해 분석하였다. 테스트된 모든 표면 상에 테스트 챔버에서 분무에 1시간 노출시킨 후에는, G 제제 모사체(디페닐 클로로 포스페이트)의 99% 이상이 중화되었고, 모든 표면의 경우, 4번의 연속적인 분무 처리 후(각각의 처리에서 1시간 기다림)에는, 중화가 완전히 달성 되었다. VX 모사체(O-에틸-S-에틸 페닐 포스포노티오에이트)의 4번의 연속적인 분무처리 후에는, 70% 내지 99% 중화가 달성되었고, 4번의 연속적인 분무 후에는, 머스타드 모사체(클로로에틸 에틸술파이드)와 함께 30% 내지 85% 중화가 달성되었다. 아트락스 모사체(B. 글로비기 포자)의 경우,4번의 연속적인 분무 후에는, 7Log 제거가 달성 되었다.
CBW 제의 오염제거를 위해 분무 용액의 존재에 대해 이 포뮬레이션의 한가지 다른점은 수성-기재라는 것이다. 최근 CBW 오염제거용 분무 용액은 유기 용액이다. 이 포뮬레이션은 독성이 낮고 부식성이 낮다. 이는 사람, 동물 또는 시설에 노출이 필요하거나 신중할 수 있는 경우에, 이 포뮬레이션을 사용할 수 있있다.
하기 두가지 실시예는 본 발명에 따른 두가지 발포 포뮬레이션을 만드는 방법을 설명한다. 이에 따라, 청구된 본 발명의 원리에 따라 만든 발포체를 사용하여 얻은 테스트 결과의 구체예를 설명한다. 실시예 1 및 실시예 2에 나타난 여러 단계가 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸다 할지라도, 본 명세에 기재된 특정 단계는 본 발명의 목적 달성을 위해 반드시 요구되는 것은 아니다.
실시예 1: 물 100ml에 다음을 결합시킨다.
3.84 wt.% WITCO ADOGEN 477TM(50%)-양이온 히드로트롭
2.0 wt.% 알코올 믹스(36.4 wt.% 이소부탄올, 56.4 wt.% 디에틸렌글리콜모노부틸 에테르, 7.3 wt.% C12-14, 도데칸올/테트라데콘올의 결합)-장쇄 지방산
0.2 wt.% JAGUAR 8000TM폴리머-수용성 폴리머
염화수소산(폴리머의 용해성을 향상시키기 위해 pH 6.5로 조절함)
실시예 2: 다음에 나타낸 순서로, 물 100ml에 다음을 결합시킨다.
3.84 wt.% WITCO ADOGEN 477TM(50%)-양이온 히드로트롭
2.0 wt.% 알코올 믹스(36.4 wt.% 이소부탄올, 56.4 wt.% 디에틸렌글리콜모노부틸 에테르, 7.3 wt.% 도데칸올)-장쇄 지방산
0.2 wt.% JAGUAR 8000TM폴리머-수용성 폴리머
염화수소산(약 pH 6.5로 조절함)-폴리머를 활성화시킬 수 있고 요구된 점도를 달성하기 위해 혼합한다.
3 wt.% WITCO VARIQUATTM80MC-화학적 제제를 용해할 수 있는 양이온 계면활성제
1.5 wt.% 1:1 도데칸올 및 디에틸렌글리콜모노부틸 에테르-발포체의 안정화를 돕는다.
2.0 wt.% 히드로겐 퍼옥사이드
2.0 wt.% 소듐 바이카보네이트(NaHCO3)-강한 친핵체로써 히드로겐 퍼옥사이드 및 소듐 바이카보네이트을 함께 공급한다.
하기 요약된 결과 및 데이타는 CW제제를 위한 표준 모사체를 사용하여 수행된 테스트를 기초로 한다. 활성(라이브)제제가 독성이 높기 때문에, 모사체는 활성CW 제제의 화학적 및 물리적 특성 모두를 모사하기 위해 선택된다. 예컨대, 디페닐 클로로포스페이트는 화학적으로 G-제제와 유사한 물에서 난용성 액체이다. 말리티온은 실험실 테스트 및 발달에 VX 화학적 제제를 대용하는 또 다른 모사체이다.
CW 모사체
1. 테스트 프로토콜:
모사체 25mg을 25㎠ 표면에 25㎠에 확산시켰다. 즉, 10g/㎡(정규 프린터 페이퍼 및 소다-라임 유리 표면이 사용되었다.) 발포체를 샘플의 상부에(발포체 12cm높이) 도포하였다. 특정 시간 후, 상기 샘플을 제거 하였다. 아세토니트릴 또는 카본 테트라클로라이드중의 하나로 상기 샘플을 추출하였다. 아세토니트릴은 기체 크로마토그래피(GC) 및 기체 크로마토그래피/메스 스펙트로메터(GC/MS)에서 극성 물질의 관찰이 가능하며, 이는 카본 테트라클로라이드로 관찰 할 수 없다. 발포체가 액체 잔기를 붕괴시킨 후, GC 및 GC/MS에 의해 15ml가 분석 되었다. Flame PhotometricTM(6% CNPRPH siloxane), 1 마이크로리터 주사 샘플, 1:100 스플리트, 주사 온도 250℃, 검출 온도 250℃, 오븐 온도 램프 100 내지 250℃, 9.5분 이상, 헬륨 흐름 속도 2ml/분으로 Hewlett PackardTMHP-6890 GC 이 사용되었다. 대조군 실험은 상기 발포체의 촉매 효과를 결정하기 위해 첨가제에 외에도 물을 사용하여 수행하였다.
2. 결과
디페닐 클로로포스페이트. 도 17은 본 발명의 발포체를 사용하여 얻은 오염제거 효과와 발포체 플러스 퍼옥사이드/바이카보네이트 첨가제 및 물 플러스 동일한 첨가제로 얻은 결과의 비교를 도시한 것이다. 도 17에 설명된 결과는 25㎠의 정규 프린팅 페이퍼상에 디페닐 클로로포스페이트 25mg의 오염제거를 위한 것이다(반감기 약 2분). 상기 결과는 물에서 첨가제는 효과적이지 않지만, 발포체내의 첨가제와 함께 상승 효과의 증진은 주목된다. 유사한 결과가 소다-라임 유리 표면상에서 관찰되었다.
말라티온. 도 18은 페이퍼상에 본 발명의 발포체를 사용한 것과 물을 사용한 말라티온 오염제거의 비교 또는 결과를 나타낸다. 표면위에(냉동된 1 in. * 3 in. 현미경 슬라이드), 우리는 약간의 말라티온이 발포 액체로 유리를 물리적으로 씻어낸 것을 관찰하였다. 또한, 단지 물만을 사용한 대조 실험에서 동일 관측을 수행하였다. 이러한 이유로, 말라티온에 대한 표면 및 잔여액 모두를 관찰 하였고, 이를 첨가하여 반응되지 않은 말라티온의 총 양을 결정하였다. 이를 마친 후,페이퍼 상의 결과와 유리상의 결과를 비교하였다.
핵자기 공명(NMR) 결과는 소망한 바와 같이, P-O 분열보다 오히려 P-S 분열이 생겼다는 것을 나타내었다.
2-클로로에틸 에틸 술파이드(반-머스타드). 표면으로부터 빠르게 증발되기 때문에 반-머스타드로 확실한 표면 테스트 할 수 없었다. 이러한 이유로, 밀폐 컨테이너에서 반-머스타드 500mg 및 발포체 100ml를 사용하는 변경된 실험을 수행하였다. 이 테스트에 대한 결과를 도 19에 나타낸다.
2-클로로에틸 에틸 술파이드, 2-클로로에틸 페닐 술파이드는 상이하게 빠르게 증발하지 않았고, 표면 테스트용으로 사용 될 수 있었다. 그러나, 머스타드 가스와 비교하여 반응성이 매우 적다는 것을 알았다. NMR 분석 데이타에 의해 보여지는 바와 같이, 상기 발포체는 불활성 물체 보다 이와 반응한다는 결과를 나타내었다.
BW 모사체
1. 바실러스 글로비기 포자로의 표면 테스트:
바실러스 안트라시스 대용물로써 바실러스 글로비기(ATCC 9372)를 모든 테스트에 사용하였다. 3일동안 Tryptic Soy Agar slants상에 세균을 배양하였다. 세균은 무균상태로 Endospore Agar(MnCl3·4H2O로 첨가된 뉴트리엔트 아가)사면에 옮겨졌고 37℃에서 17-20일동안 배양되었다. Schaeffer-Fulton 착색 과정(공작석 그린과 함께)은 포자 형성이 일어났는지를 확인하기 위해 사용하였다.
포자 제거 테스트는 발포 용액(즉, 테스트 튜브) 에서와 발포된 발포체 플러스 글루타르알데하이드(3%) 첨가제(표면 테스트)모두에서 수행되었다.
표면 테스트 방법: B. 글로비기 포자는 무균 탈이온수에서 현탁시켰다. 그 후, 알려진 부피의 포자 현탁액을 공기중에 건조된 무균 상태하에서 냉동한(frosted) 유리상에 두었고, 25℃에서 0.5시간 동안 발포된 발포체 및 첨가제에 노출시켰다. 그 다음, 유리 표면을 발포체로부터 제거시켰고, 2시간 동안 교반된 무균 염으로 세정시켰다. 발포 용액, 세정 용액 및 원래의 포자 현탁 용액을 100-10--7무균 희석물에 Brain-Heart Infusion Agar 상에 평판화하여 B. 글로비기포자를 테스트 하였고, 48시간 후, 이를 계산하였다.
결과 : 도 20은 상기 방법에 의해 얻은 결과를 설명한다. 상기 실험은 107포자로 시작되었고, 발포체와의 30분 접촉 시간 후에 잔존물이 관찰되었다. 또한, 용액 실험이 수행되었고, 발포체의 효과를 확인하였다.
2. Erwina herbicola로의 용액 테스트
또한 우리는 15분내에 발포 용액에서 Erwina herbicola(ATCC 39368)의 완전한 제거(7-log제거)를 증명하였다. 실험 방법은 세균을 Brain -Heart Infusion Agar 대신에 트립신 쏘이 아가로 배양한 것을 제외하고, 포자 제거 테스트에 대한 상기 기재된 방법으로 수행하였다. 도 21은 본 발명의 발포체에 노출에 따른 세균의 완전한 제거인 데이타를 나타냄을 도시한다.
실시예 3. 발포체 제조 방법
다음의 실시예에서, Variquat 80MC는 벤질(C12-C16) 알킬디메타암모늄 클로라이드의 혼합물이다; Adogen 477은 펜타메틸탈로우 알킬트리메틸렌디암모늄 디클로라이드이고; Jaguar 8000은 Guar Gum. 2-히드로프로필 에테르이다.
1. 사용할 수 있는 가장 큰 젓기 막대로 대형 유리병으로 탈이온화된 H2O 18L를 붓는다.
2. Adogen 477(Witco)[히드로트롭] 691.2g을 첨가한다. 유리병으로부터 477w/H2O 를 무게를 쟤기 위해 사용된 비이커를 헹구어, 유리병에 다시 린스제를 첨가한다.
3. 알코올 믹스 1(36.4% 이소부탄올;56.4% DEGMBE; 7.3% 도데칸올) 360g을 첨가한다. pH 를 기록하고, 처리중에 계속 pH를 측정한다.
4. Jaguar 8000[수용성 폴리머] 36g을 첨가한다. 덩어리 형성을 피하기 위해 Jaguar 8000을 천천히 첨가한다; 약수저로 천천히 가볍게 두드린다. Jaguar 8000을 모두를 첨가시킨 후, 15분 동안 저어준다. Jaguar가 용해하면서 pH는 상승한다: 노트: 이는 물의 점도를 약간 증가시키기 위해 사용된 폴리머이며, 더 안정한 발포체를 생성시킨다.
5. 10% HCl 방울로 첨가하여 방울 분량으로 천천히 pH를 조절한다. pH=6.5로 조절한다;이는 단지 몇 ml 이다. 1시간 동안 저었다. 폴리머를 용해하기 위해 pH를 낮추었다. %HCl:53.5mlHCl(37.4%) + 146. 5ml dH2O
6. Variquat 80 MC[계면활성제] 540g을 천천히 첨가한다. pH를 기록한다.(상승할 것이다.) 유리병으로부터 Variquat w/ 용액의 무게를 쟤기 위해 사용된 비이커를 헹구어, 유리병에 다시 린스제를 첨가한다. pH 탐사침을 옮기고 유리병을 덮는다. 2시간 동안 저어준다.
7. 1:1(wt.%) 도데칸올 및 DEGMBE, 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르 270g을 첨가한다. 1시간 이상 동안 방울로 첨가시킨다. 추가 1시간 동안 저어준다. 발포체의 최종 pH를 기록한다. DEGMBE는 도데칸올을 위한 용매로써 사용된다. 도데칸올은 발포체의 층류 벽 두겹층의 표면 장력 w/을 증가시키기 위해 사용되었다. 층류 벽들 사이에 액체 층이 빠르게 배수하지 못하기 때문에, 증가된 표면 장력은 발포 안정성을 더 좋게 한다.
8. 용액을 보관병에 붓는다.
실시예 4. 25% 발포 농도 준비
1. 탈이온수(280g) 및 Jaguar 8000 폴리머(2.6g)을 혼합한다. 약 5-10분 이상, 폴리머를 주의 깊게 첨가시키므로, 응집이 형성되지 않는다. 그러나, 만약, 폴리머를 너무 천천히 첨가 한다면, 이는 폴리머:물 비율에 겔화가 시작될 것이다. 2시간 동안 용액을 저어준다.
2. Adogen(76.8g) 및 알코올 믹스 1(40.0g)을 혼합한다;폴리머 용액에 첨가한다. 10% HCl 로 pH를 6.5로 조절한다. 이를 덮고 1시간 이상동안 저어준다. 노트:알코올 믹스 1은 36.4% 이소부탄올, 56.4% 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(DEGMBE) 및, 7.3% 도데칸올을 함유한다.
3. Variquat 80 MC(60.0g)을 첨가하고 0.5 시간 이상 저어준다.
4. 지방 알코올 혼합(93.4g)을 첨가한다. 덮고 1시간 이상 혼합한다. 노트: 지방 알코올 믹스는 69% DEGMBE, 15% 도데칸올, 6% 1-트리데칸올 및 10% 1-테트라데칸올을 함유한다.
실시예 5. 발포 포뮬레이션 범위 증명(field demonstration)
일반적인 연구 물질(office materials)에 세균 포자를 제거하기 위한 발포 포뮬레이션의 효과를 결정하기 위해, 범위 증명은 U.S. Army Dugway Proving Grounds, UT에서 수행되었다.6가지의 테스트 패널(16" * 16")이 준비되어 테스트 되었다. 테스트 페널은 천장 타일, 페이트된 벽판 재료, 카펫트, 페인트된 금속,오피스 파티션(office partition) 및 콘크리트로 이루어진다. 상기 페널(콘크리트는 제외)은 수직 위치로 설치하였다. 페널은 바실러스 글로비기 포자의 현탁액으로 분무하였고 밤새도록 건조시켰으며, 이들의 초기 포자 농도를 샘플링 하였다. 각각의 페널상에 분무된 포뮬레이션의 농도는 표면 부분의 평방미터당 약 100ml였다. 발포 포뮬레이션(pH 8.0)을 테스트 페널 표면에 분무하였고, 밤새 두었다. 약 20시간 후, 테스트 페널을 잔존한 포자를 위해 샘플링 하였다. 상기 테스트를 4일 동안 계속하여 매일 반복시켰다.
매일 예비 테스트 샘플(오염됨) 및 사후 테스트 샘플(즉, 오염 제거됨)에 대한 결과는 테스트된 모든 연구 물질상에, 고비율의 포자 제거(최소 4Log 제거와 최대 7Log 제거)가 관찰되었음을 나타낸다.
실시예 6. 포자의 해독
다음은 포자 제거를 증명하기 위한 실험을 기술한 것이다. 테스트 용액 1ml를 무균 테스트 튜브에 두었으며, 여기에, 현탁된 B. 글로비기 포자 용액 0.1ml를 첨가하였다. 1시간 후, 무균 탈이온수의 10가지 요소를 통해 상기 용액을 희석시켰고 30분 동안 원심분리 하였다. 무균 기술을 사용하여 상기 현탁액(용액)을 빼내어 테스트 튜브의 하부에 포자의 펠렛을 두었다. 상기 포자는 무균 탈이온수 5ml 용액에 재현탁 시켰고 30분동안 다시 원심분리하였다. 상기 현탁액을 다시 빼내고, 포자를 5ml 무균 탈이온수에 재현탁 시켰다. 상기 용액을 다시 원심분리하였고, 현탁액을 다시 빼내었다. 상기 포자를 무균 DI 수 5ml에 재현탁 시켰고, 이 용액을 무균 페트리 디쉬에 10E0 내지 10E-7의 연속 평판 희석 시리즈를 사용한 브레인 하트인퓨젼 아가(brain heart infusion agar)의 중간을 평판화시켰다. 콜로니 형성 유닛을 세고 기록한 후, 48시간 동안 37℃에서 페트리 디쉬를 배양하였다. 도 16은 1)단지 탈이온수만(대조군), 2) 단지 양이온 계면활성제만(히드로겐 퍼옥사이드 및 바이카보네이트 없음), 3) 단지 지방 알코올만(히드로겐 퍼옥사이드 및 바이카보네이트 없음), 4) 단지 양이온 히드로트롭만(히드로겐 퍼옥사이드 또는 바이카보네이트 없음), 5) 탈이온수내에 히드로겐 퍼옥사이드 및 바이카보네이트 (양이온 계면활성제 또는 지방 알코올 또는 양이온 히드로트롭 없음), 6) 히드로겐 퍼옥사이드 및 바이 카보네이트가 있는 지방 알코올, 및 7) 히드로겐 퍼옥사이드 및 바이카보네이트가 있는 양이온 히드로 트롭의 용액내에 1시간 노출후, 안스락스 대용물, B. 글로비기의 제거를 나타낸다. 모든 실험은 pH 8.0에서 수행하였다.
전술한 설명으로부터, 본 분야의 당업자는 본 명세 및 첨부된 청구항에서 기술된 본 발명의 본질적인 특성을 쉽게 확인 할 수 있었고, 본 발명의 다양한 사용법과 상태를 개조하기 위해, 이들의 범위를 변화시키고, 변경 할 수 있었다. 본 기술의 당업자에게 명백한 이러한 변화와 변경을 하기 청구의 범위내에 포함시키고자 한다.

Claims (10)

  1. 적어도 한가지의 가용성 화합물이 양이온 계면 활성제이고, 적어도 한가지의 가용성 화합물은 양이온 히드로트롭인 적어도 두가지의 가용성 화합물;및 친핵성 및 산화성 화합물로부터 선택된 적어도 한가지의 반응성 화합물, 여기서, 물과 혼합되고 적어도 한가지의 톡산트에 노출될 경우, 상기 적어도 두가지의 가용성 화합물 및 적어도 한가지의 반응성 화합물이 적어도 한가지 톡산트를 중화하는 것으로 이루어지는 적어도 한가지의 톡산트의 중화에 사용하기 위한 포뮬레이션으로,
    여기서, 바람직하게는, 상기 적어도 한가지의 톡산트는 생물학적 톡산트 및 화학적 톡산트로부터 선택되었고, 더 바람직하게는, 상기 화학적 톡산트는 o-알킬 포스포노플루오리데이트, o-알킬 포스포르아미도시아니데이트, o- 알킬, s-2-디알킬 아미노에틸 알킬포스포노티올레이트 및 상응하는 알킬레이트 또는 포로토네이트된 염, 2-클로로에틸클로로메틸술파이드, 비스(2-클로로에틸)술파이드, 비스(2-클로로에틸티오)메탄, 1,2-비스(2-클로로에틸티오)에탄, 1,3-비스(2-클로로에틸티오)-n- 프로판, 1,4-비스(2-클로로에틸티오)-n- 부탄, 1,5-비스(2-클로로에틸티오)-n-펜탄, 비스(2-클로로에틸티오메틸)에테르, 비스(2-클로로에틸티오에틸)에테르, 루이사이트, 색시톡신, 리신, 알킬 포스포닐디플루오라이드, 알킬 포스포니트, 클로로사린, 클로로소만, 아미톤, 1,1,3,3,3,-펜타플루오로-2-(트리플루오로메틸)-1-프로판, 3-퀴누클리디닐 벤질레이트, 메틸포스포닐 디클로라이드, 디메틸 메틸포스포네이트, 디알킬 포스포르아미딕 디할라이드, 디알킬 포스포르아미데이트, 알세닉 트리클로라이드, 디페닐 히드록시아세트산, 퀴누클리딘-3-올, 디알킬 아미노에틸-2-클로라이드, 디알킬 아미노에탄-2-올, 디알킬 아미노에탄-2-티올, 티오디글리콜, 피나콜릴 알코올, 포스겐, 시아노겐 클로라이드, 히드로겐 시아나이드, 클로로피크린, 포스포러스 옥시클로라이드, 포스포러스 트리클로라이드, 포스포러스 펜타클로라이드, 알킬 포스파이트, 술퍼 모노클로라이드, 술퍼 디클로라이드, 및 티오닐 클로라이드에서 선택된 것이고, 가장 바람직한것은, 상기 생물학적 톡산트가 세균 포자, 영양 세균 포자 및 바이러스로부터 선택되는 것으로 이루어지는 적어도 한가지의 톡산트의 중화에 사용되는 포뮬레이션.
  2. 제 1 항에 있어서, 수성 포뮬레이션 0 내지 약 10%의 농도인 수용성 폴리머를 추가로 포함하며, 여기서, 바람직하게는, 수용성 폴리머는 폴리비닐 알코올, 구아르 검, 양이온 폴리디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드, 비-이온성 폴리디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드 및 폴리아크릴아마이드로부터 선택된 것이고, 바람직하게는 부식 제거제를 추가로 포함하고, 여기서, 더 바람직하게는, 부식 제거제가 디메틸 에탄올아민, 트리에탄올아민, C9, C10 및 C12 디엑시딕 혼합물의 에탄올아민 염, 디시클로헥실 아민 니트리트 및 N,N-디벤질아민으로부터 선택되는 것으로 이루어지는 포뮬레이션.
  3. 제 2항에 있어서, 지방 알코올이 수성 포뮬레이션 약 0 내지 1%의 농도를 가진, 분자 한개당 10 내지 16개의 탄소 원자를 추가로 포함하고, 바람직하게는 이오도소벤조에이트 및 커퍼 아민 복합체로부터 선택된 촉매를 추가로 포함하는 포뮬레이션.
  4. 제 1항에 있어서, 반응성 화합물이 히드로겐 퍼옥사이드, 우레아 히드로겐 퍼옥사이드, 히드로퍼옥시카보네이트, 옥시메이트, 알콕사이드, 아릴옥사이드, 알데하이드, 퍼옥시모노술페이트, 펜톤제(Fenton's reagent) 및 소듐 히포클로라이드로부터 선택되고, 바람직하게는 화학적 및 생물학적 화합물의 중화 가능한 수성 포뮬레이션을 생성시키기 위해 상기 포뮬레이션을 위한 캐리어 배지로써 물을 추가로 포함하고, 여기서, 바람직하게는, 포뮬레이션이 키트에 제공되고, 여기서, 더 바람직하게는 키트는 수용성 폴리머 및 지방 알코올인 적어도 두가지의 용해성 제제로 이루어진 미리 혼합된 성분 및, 반응성 화합물을 포함하는 성분으로 이루어지고, 여기서 물과의 혼합은 적어도 한가지의 톡산트를 중화하는데에 사용 될 수 있는 포뮬레이션.
  5. 제 4항에 있어서, 포뮬레이션은 pH가 약 8 내지 약 11이고, 바람직하게는 pH가 약 9이고, 임의적으로 포뮬레이션이 오염제거용으로 사용되는 포뮬레이션.
  6. 제 4항에 있어서, 포뮬레이션이 발포체, 분무(fog), 겔, 에어로졸 및 액체로부터 선택된 상이고, 여기서, 임의적으로 포뮬레이션이 살균제로써 사용되고, 바람직하게는 발포체가 약 20 내지 125의 팽창 비율을 갖고, 바람직하게는 포뮬레이션에 노출 후, 약 1시간 이내에 B.글로비기 포자 99.99% 이상이 제거되고, 더 바람직하게는 포뮬레이션에 노출된 후, 약 1시간 이내에 B.글로비기 포자 99.9999%가 제거되고, 여기서, 바람직하게는, 양이온 히드로트롭이 수성 포뮬레이션 약 0.1 내지 10%의 농도로, 테트라펜틸 암모늄 브로마이드, 트리아세틸 메틸 암모늄 브로마이드 및 테트라부틸 암모늄 브로마이드로부터 선택되는 포뮬레이션.
  7. 제 1항에 있어서, 양이온 계면활성제가 수성 포뮬레이션 약 0.1 내지 10 중량%의 농도인, 4차 암모늄 염이고, 여기서, 바람직하게는 4차 암모늄 염이 세틸트리메틸 암모늄 브로마이드, 벤즈알코늄 클로라이드, 벤즈에토늄 클로라이드 및 4차 폴리머 화합물로부터 선택되는 포뮬레이션.
  8. 적어도 한가지의 가용성 화합물은 양이온 계면활성제이고, 적어도 한가지의 가용성 화합물은 양이온 히드로트롭인 적어도 두가지의 가용성 화합물,
    수용성 폴리머;
    친핵성 및 산화성 화합물로부터 선택된 적어도 한가지의 반응성 화합물로 이루어지는 화학적 톡산트의 중화에 사용하기 위한 포뮬레이션으로;
    여기서, 유체상에서 물과 혼합될 경우, 유체상에서, 적어도 두가지의 가용성 화합물 및 적어도 한가지의 반응성 화합물인 물은 화학적 톡산트를 중화하는 포뮬레이션을 산출하고;
    여기서, 바람직하게는 포뮬레이션이 발포체이고;
    여기서, 바람직하게 양이온 계면활성제는 수성 포뮬레이션 약 0.1 내지 10 중량%의 농도를 갖는 4차 암모늄 염이고, 양이온 히드로트롭은 수성 포뮬레이션 약 0.1 내지 10%의 농도인 테트라펜틸 암모늄 브로마이드, 트리아세틸 메틸 암모늄 브로마이드 및 테트라부틸 암모늄 브로마이드로부터 선택되고, 수용성 폴리머는 포리비닐 알코올, 구아르 검, 양이온 폴리디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드, 비-이온성 폴리디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드, 및 폴리아크릴아미드로부터 선택되는 것으로 이루어지는 화학적 톡산트의 중화에 사용되는 포뮬레이션.
  9. 양이온 계면활성제, 양이온 히드로트롭 또는 지방성 알코올로부터 선택된 적어도 한가지의 가용성 화합물; 및
    히드로겐 퍼옥사이드, 우레아 히드로겐 퍼옥사이드 및 히드로퍼옥시카보네이트로부터 선택된 적어도 한가지의 반응성 화합물로 이루어지는 생물학적 톡산트의 중화에 사용되는 포뮬레이션으로,
    여기서, 바람직하게는 탄소 원자 2 내지 6개를 가진 알코올을 추가로 포함하고;
    여기서, 바람직하게는 상기 포뮬레이션에 노출된 후, 약 1시간 이내에 B.글로비기 포자 99.99% 이상이 제거되는 것으로 이루어지는 생물학적 톡산트의 중화에 사용되는 포뮬레이션.
  10. 양이온 히드로트롭, 적어도 한가지의 단쇄 알코올 화합물 및 수용성 폴리머를 물에 용해시키고;
    양이온 계면활성제를 첨가하고;
    적어도 한가지의 지방성 알코올 화합물을 첨가하고;
    여기서, 바람직하게는 히드로겐 퍼옥사이드, 우레아 히드로겐 퍼옥사이드, 히드로퍼옥시카보네이트, 옥시메이트, 알콕사이드, 아릴옥사이드, 알데하이드, 퍼옥시모노술페이트, 펜톤제 및 소듐 히포클로라이트로부터 선택된 반응성 화합물을 첨가하는 단계로 이루어지고,
    여기서, 양이온 히드로트롭의 농도는 약 0.1 내지 10 중량 %이고, 양이온 계면활성제의 농도는 약 0.1 내지 10 중량 %이고, 적어도 한 개의 단쇄 알코올 화합물의 농도는 약 0 내지 4 중량 %이고, 수용성 폴리머의 농도는 0 내지 약 10 중량 %의 농도이고, 적어도 한 개의 지방성 알코올의 농도는 약 0 내지 1 중량 %이고, 반응성 화합물의 농도는 약 0.1 내지 10 중량 %인 것을 이루는 적어도 한가지의 톡산트를 중화하기 위한 수성 발포 포뮬레이션을 제조하는 방법.
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