KR20220164554A - antipathogenic face mask - Google Patents
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Abstract
본원에는 항바이러스 안면 마스크 및 안면 마스크와 접촉하는 바이러스를 불활성화시키는 이의 사용 방법이 기재된다. 안면 마스크는 내부에 질화규소 분말이 함침된 섬유 재료 및 섬유 재료를 둘러싸는 층을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 질화규소는 약 1 wt.% 내지 약 15 wt.%의 농도로 섬유 재료에 존재한다.Disclosed herein are antiviral face masks and methods of their use to inactivate viruses that come into contact with the face mask. The face mask may include a fibrous material impregnated therein with silicon nitride powder and a layer surrounding the fibrous material. In some embodiments, silicon nitride is present in the fibrous material in a concentration of about 1 wt.% to about 15 wt.%.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조CROSS REFERENCES TO RELATED APPLICATIONS
본 출원은 2020년 4월 14일 출원된 미국 가출원 번호 63/009,842에 대한 우선권을 주장하며, 이의 내용은 전체적으로 본원에 참조로 포함된다.This application claims priority to US Provisional Application No. 63/009,842, filed on April 14, 2020, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.
분야Field
본 개시내용은 항바이러스, 항균, 및 항진균 조성물, 시스템, 방법, 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시내용은 바이러스, 박테리아, 및 진균의 불활성화 및 용해를 위한 질화규소 조성물, 장치, 및 코팅에 관한 것이다.The present disclosure relates to antiviral, antibacterial, and antifungal compositions, systems, methods, and devices. More specifically, the present disclosure relates to silicon nitride compositions, devices, and coatings for the inactivation and lysis of viruses, bacteria, and fungi.
바이러스, 박테리아, 및 진균의 안전하고 신뢰할 수 있는 불활성화, 제거, 또는 용해에 대한 필요성은 보편적이다. 인간 건강에 영향을 미치는 병원체를 제어할 광범위한 필요가 있다. 인간 의약 요법에 대한 항병원성 특성을 보유하는 재료가 필요할 뿐만 아니라, 다양한 의료 장치 또는 장비, 검사대, 의복, 필터, 마스크, 장갑, 카테터, 내시경 기구 등을 위한 항병원성 표면 코팅 및/또는 복합재가 필요하다.The need for safe and reliable inactivation, removal, or lysis of viruses, bacteria, and fungi is universal. There is a widespread need to control pathogens that affect human health. Not only are materials with antipathogenic properties for human pharmaceutical therapies required, but also antipathogenic surface coatings and/or composites for various medical devices or equipment, examination tables, garments, filters, masks, gloves, catheters, endoscopic instruments, etc. Do.
마스크 및 호흡기는 필터에 포획된 병원체가 표면 상에서 몇 시간 내지 며칠 동안 생존하는 능력으로 인해 교차-감염, 새로운 에어로졸 방출, 및 오염된 폐기물을 유발할 수 있기 때문에 전형적으로 1 회 사용으로 제한된다. 공기 중 입자는 인플루엔자 및 SARS-CoV-2와 같은 병원체에 대한 주요 전파 경로인 것으로 간주된다. 안면 덮개는 공급원 제어에 매우 중요하지만, 오늘날 생산되는 대부분의 마스크는 단순한 여과 장치이다. 마스크에 잡힌 바이러스 입자는 매일 사용하는 동안 착용자를 오염시킬 수 있을 뿐만 아니라, 마스크 조정 또는 제거 동안 다시 에어로졸화될 수 있고; 더러운 마스크는 폐기에 대한 상당한 생물학적 위험을 나타낸다. 이는 수술용 마스크 및 호흡기 상의 바이러스 생존력이 임상적으로 예방가능하기 때문에 불행한 일이다. 예를 들면, 구리는 항균 특성으로 인해 수세기 동안 일반 병원 및 가정 용품에 사용되었다. 이는 수술용 마스크에 혼입되었지만 영양소 수준을 초과하는 농도에서 독성이 있다. 여러 다른 항바이러스제가 또한 마스크 또는 호흡기에 사용하기 위해 제안되었다. 이들은 은, 아연, 요오드, 키토산, 펩티드, 4차 암모늄 염, 및 나노입자를 포함한다. 대부분의 이들 화합물의 효과는 아직 임상적으로 입증되지 않았고, 이들이 독소, 알레르겐, 자극일 수 있거나, 또는 박테리아 또는 살바이러스 효능이 제한되거나, 또는 비용이 많이 들 수 있기 때문에 이들의 가치는 논란의 여지가 남아 있다.Masks and respirators are typically limited to single use because the ability of pathogens trapped in filters to survive on surfaces for hours to days can lead to cross-infection, new aerosol release, and contaminated waste. Airborne particles are considered to be a major transmission route for pathogens such as influenza and SARS-CoV-2. Face coverings are critical to source control, but most masks produced today are simple filtering devices. Viral particles caught in masks can contaminate the wearer during daily use, but can also be re-aerosolized during mask adjustment or removal; Dirty masks represent a significant biohazard for disposal. This is unfortunate because viral viability on surgical masks and respirators is clinically preventable. For example, copper has been used for centuries in common hospital and household utensils due to its antibacterial properties. It has been incorporated into surgical masks but is toxic at concentrations that exceed nutrient levels. Several other antiviral agents have also been suggested for use in masks or respirators. These include silver, zinc, iodine, chitosan, peptides, quaternary ammonium salts, and nanoparticles. The effectiveness of most of these compounds has not yet been clinically demonstrated, and their value is debatable, as they may be toxins, allergens, irritants, or have limited bacterial or virucidal efficacy, or may be expensive. remains.
따라서, 마스크, 의료 장치, 장비, 의복, 또는 인체와 장기간 접촉할 수 있는 다른 시스템에 적용될 수 있는 바이러스, 박테리아, 및 진균을 불활성화 및 사멸시키는 안전하고 신뢰할 수 있는 방법이 필요하다.Accordingly, there is a need for safe and reliable methods for inactivating and killing viruses, bacteria, and fungi that can be applied to masks, medical devices, equipment, clothing, or other systems that may be in prolonged contact with the human body.
본원에는 바이러스의 전파를 불활성화 및/또는 예방하기 위한 항바이러스 안면 마스크의 구현예가 제공된다. 일 측면에서, 안면 마스크는 섬유 재료에 함침된 질화규소 분말을 갖는 섬유 재료를 포함하는 안면 마스크 본체를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 안면 마스크 본체는 섬유 재료를 둘러싸는 외부 층을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 질화규소는 약 1 wt.% 내지 약 15 wt.%의 농도로 섬유 재료에 존재할 수 있고 질화규소는 항바이러스 안면 마스크의 섬유 재료와 접촉하는 바이러스를 불활성화시킨다. 일부 측면에서, 섬유 재료 내 질화규소는 약 10 wt.% 미만의 농도로 존재한다.Provided herein are embodiments of antiviral face masks for inactivating and/or preventing the spread of viruses. In one aspect, a face mask can include a face mask body comprising a fibrous material having silicon nitride powder impregnated therewith. In some implementations, the face mask body can include an outer layer surrounding the fibrous material. In some embodiments, silicon nitride may be present in the fibrous material at a concentration of about 1 wt.% to about 15 wt.% and the silicon nitride inactivates viruses that come into contact with the fibrous material of the antiviral face mask. In some aspects, the silicon nitride in the fibrous material is present in a concentration of less than about 10 wt.%.
안면 마스크 본체는 바이러스를 함유하는 액적 또는 에어로졸이 안면 마스크 섬유에 의해 포획될 때, 질화규소 분말이 이들을 불활성화시키도록 섬유 재료로 제조될 수 있다. 바이러스는 적어도 1 분 동안 질화규소 분말과 접촉할 수 있다.The face mask body may be made of a fibrous material such that the silicon nitride powder inactivates virus-containing droplets or aerosols as they are captured by the face mask fibers. The virus can be in contact with the silicon nitride powder for at least 1 minute.
또한 본원에는 안면 마스크 본체 및 안면 마스크 본체에 하나 이상의 필터를 포함하는 항바이러스 안면 마스크에 대한 구현예를 제공하며, 각 필터는 층에 함침된 질화규소 분말을 갖는 적어도 하나의 층을 포함한다. 질화규소는 약 1 wt.% 내지 약 15 wt.%의 농도로 존재할 수 있고 질화규소는 항바이러스 안면 마스크의 하나 이상의 필터와 접촉하는 바이러스를 불활성화시킨다. 일부 측면에서, 각 필터 내 질화규소는 약 10 wt.% 미만의 농도로 존재한다.Also provided herein is an embodiment for an antiviral face mask comprising a face mask body and one or more filters in the face mask body, each filter comprising at least one layer having silicon nitride powder impregnated therein. The silicon nitride may be present in a concentration of about 1 wt.% to about 15 wt.% and the silicon nitride inactivates viruses that come into contact with one or more filters of the antiviral face mask. In some aspects, the silicon nitride in each filter is present at a concentration of less than about 10 wt.%.
안면 마스크 본체 및/또는 하나 이상의 필터는 바이러스를 함유하는 액적 또는 에어로졸이 하나 이상의 필터에 의해 포획될 때, 질화규소 분말이 이들을 불활성화시키도록 섬유 재료로 제조된다. 바이러스는 적어도 1 분 동안 질화규소 분말과 접촉할 수 있다.The face mask body and/or one or more filters are made of a fibrous material such that the silicon nitride powder inactivates virus-containing droplets or aerosols as they are captured by the one or more filters. The virus can be in contact with the silicon nitride powder for at least 1 minute.
또한 본원에는 바이러스의 전파를 예방하는 방법이 기재된다. 방법은 항바이러스 안면 마스크를 바이러스와 접촉시키는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 질화규소 분말은 약 1 wt.% 내지 약 15 wt.%의 농도로 안면 마스크의 섬유 재료에 함침된다. 일부 측면에서, 섬유 재료 내 질화규소는 약 10 wt.% 미만의 농도로 존재한다. 질화규소는 바이러스를 불활성화시킨다.Also described herein are methods for preventing the spread of viruses. The method may include contacting an antiviral face mask with a virus, wherein the silicon nitride powder is impregnated into the fibrous material of the face mask at a concentration of about 1 wt.% to about 15 wt.%. In some aspects, the silicon nitride in the fibrous material is present in a concentration of less than about 10 wt.%. Silicon nitride inactivates viruses.
일부 측면에서, 안면 마스크 및/또는 필터는 바이러스를 함유하는 액적 또는 에어로졸이 마스크 또는 필터 섬유에 의해 포획되고 질화규소 분말이 이들을 불활성화시키도록 섬유 재료로 제조된다. 바이러스는 적어도 1 분 동안 질화규소 분말과 접촉할 수 있다.In some aspects, the face mask and/or filter is made of a fibrous material such that virus-containing droplets or aerosols are captured by the mask or filter fibers and the silicon nitride powder inactivates them. The virus can be in contact with the silicon nitride powder for at least 1 minute.
본 발명의 다른 측면 및 반복은 하기에 보다 철저히 기재된다.Other aspects and iterations of the present invention are described more thoroughly below.
도 1은 인플루엔자 A 바이러스의 예시이다.
도 2a는 10 분 동안 0 wt.%, 7.5 wt.%, 15 wt.%, 및 30 wt.% Si3N4에 노출된 바이러스의 예시이다.
도 2b는 도 2a에 따라 Si3N4에 노출된 바이러스로 접종된 세포의 생존력을 결정하는 데 사용되는 방법의 예시이다.
도 3a는 1, 5, 10, 및 30 분 동안 15 wt.% Si3N4에 노출된 바이러스의 예시이다.
도 3b는 도 3a에 따라 Si3N4에 노출 후 바이러스의 생존력을 결정하는 데 사용되는 방법의 예시이다.
도 4a는 도 2a에 따라 10 분 동안 0 wt.%, 7.5 wt.%, 15 wt.%, 및 30 wt.% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A에 대한 PFU/100 μl의 그래프이다.
도 4b는 도 2b에 따라 10 분 동안 7.5 wt.%, 15 wt.%, 및 30 wt.% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A로 접종된 세포의 세포 생존가능성 그래프이다.
도 5는 다양한 농도의 Si3N4에 노출된 슬러리 대 바이러스의 상이한 비로 접종된 세포의 사진을 포함한다.
도 6a는 접종 전 MDCK 세포의 형광 현미경 이미지를 나타낸다.
도 6b는 대조군에 노출된 바이러스를 접종한 후 MDCK 세포의 형광 현미경 이미지를 나타낸다.
도 6c는 30 wt.% Si3N4에 노출된 바이러스를 접종한 후 MDCK 세포의 형광 현미경 이미지를 나타낸다.
도 7a는 실온에서 1 분, 5 분, 10 분, 또는 30 분 동안 15 wt.% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A에 대한 PFU/100 μl의 그래프이다.
도 7b는 실온에서 1 분, 5 분, 10 분, 또는 30 분 동안 15 wt.% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A로 접종된 세포의 세포 생존가능성 그래프이다.
도 8a는 4℃에서 1 분, 5 분, 10 분, 또는 30 분 동안 15 wt.% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A에 대한 PFU/100 μl의 그래프이다.
도 8b는 4℃에서 1 분, 5 분, 10 분, 또는 30 분 동안 15 wt.% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A로 접종된 세포의 세포 생존가능성 그래프이다.
도 9a는 불활성화 전 인플루엔자 A 바이러스의 라만(Raman) 스펙트럼을 나타낸다.
도 9b는 노출 1 분 후 불활성화 후에 RNA 및 헤마글루티닌의 화학적 변형과 관련된 인플루엔자 A 바이러스의 라만 스펙트럼 변화를 나타낸다.
도 10은 NH3이 알칼리 에스테르 교환 반응의 메커니즘에 의해 인플루엔자 A 바이러스를 불활성화시킴을 나타낸다.
도 11은 불활성화 후 5배위 포스페이트 기에서 O-P-O 신축을 나타낸다.
도 12a는 헤마글루티닌 구조에서 메티오닌의 진동 모드를 나타낸다.
도 12b는 암모니아의 존재 하에 메티오닌의 구조적 변화를 나타낸다.
도 13은 불활성화 후 메티오닌에 대한 C-S 신축 호모시스테인을 나타낸다.
도 14a는 1 분, 10 분, 또는 30 분 동안 15 wt.% 또는 30 wt.% Si3N4에 노출된 고양이 칼리시바이러스에 대한 PFU/100 μl의 그래프이다.
도 14b는 1 분, 10 분, 30 분, 또는 60 분 동안 30 wt.% Si3N4에 노출된 고양이 칼리시바이러스로 접종된 세포의 세포 생존가능성 그래프이다.
도 15a는 15 wt.% 질화규소의 슬러리에 10 분 노출 후 적색으로 염색되고 사상체 액틴(F-액틴) 단백질의 존재에 대해 녹색으로 염색된 MDCK 세포를 함유하는 생물기원 배지에 접종 후 H1H1 인플루엔자 A 바이러스(핵단백질, NP)를 나타낸다.
도 15b는 도 15a의 NP 염색된 H1H1 인플루엔자 A 바이러스를 나타낸다.
도 15c는 도 15a의 F-액틴 염색된 MDCK 세포를 나타낸다.
도 16a는 질화규소에 노출 없이 적색으로 염색되고 사상체 액틴(F-액틴) 단백질의 존재에 대해 녹색으로 염색된 MDCK 세포를 함유하는 생물기원 배지에 접종 후 H1H1 인플루엔자 A 바이러스(핵단백질, NP)를 나타낸다.
도 16b는 도 16a의 NP 염색된 H1H1 인플루엔자 A 바이러스를 나타낸다.
도 16c는 도 16a의 F-액틴 염색된 MDCK 세포를 나타낸다.
도 17은 질화규소 분말의 삼봉(trimodal) 분포를 나타낸다.
도 18은 β-Si3N4 농도(wt.%/mL)의 함수로서 MDCK 세포의 생존력을 나타낸다.
도 19는 30 분 동안 Si3N4 분말에 인플루엔자 A의 노출 전 및 후에 바이러스 역가의 직접 비교를 나타낸다.
도 20은 α-Si3N4 농도(wt.%/mL)의 함수로서 MDCK 세포의 생존력을 나타낸다.
도 21은 30 분 동안 α-Si3N4 분말에 인플루엔자 A의 노출 전 및 후에 바이러스 역가의 비교를 나타낸다.
도 22는 질화규소 분말의 삼봉 입자 크기 분포를 나타낸다.
도 23은 항바이러스 테스트 방법의 개요이다.
도 24a는 1, 5, 및 10m 동안 세포 배양 배지와 함께 인큐베이션된 5, 10, 15 또는 20 wt.%/vol(n=4)의 농도로 질화규소에 노출 후 24 시간에 측정된 Vero 세포 생존력을 나타낸다.
도 24b는 1, 5, 및 10m 동안 세포 배양 배지와 함께 인큐베이션된 5, 10, 15 또는 20 wt.%/vol(n=4)의 농도로 질화규소에 노출 후 48 시간에 측정된 Vero 세포 생존력을 나타낸다.
도 25a는 PFU/mL로서 표현된 1, 5, 및 10m 동안 세포 배양 배지에 희석된 SARS-CoV-2 바이러스와 함께 인큐베이션된 5, 10, 15, 및 20 wt.%/vol의 농도로 질화규소의 역가를 나타낸다.
도 25b는 억제율(%)로 표현된 1, 5, 및 10m 동안 세포 배양 배지에 희석된 SARS-CoV-2 바이러스와 함께 인큐베이션된 5, 10, 15, 및 20 wt.%/vol의 농도로 질화규소의 역가를 나타낸다.
도 26a, 도 26b, 도 26c, 및 도 26d는 예시적인 항바이러스 안면 마스크이다.
도 27a, 도 27b, 및 도 27c는 예시적인 항바이러스 안면 마스크이다.
도 28a는 예시적인 항바이러스 안면 마스크 본체의 단면이다.
도 28b는 예시적인 항바이러스 안면 마스크 본체의 단면이다.
도 28c는 예시적인 항바이러스 안면 마스크 본체의 단면이다.
도 29는 질화규소 입자가 매립된 직물을 제조하는 예시적인 방법이다.
도 30은 질화규소 입자가 매립된 직물을 제조하기 위한 예시적인 시스템이다. 1 is an illustration of an influenza A virus.
2A is an illustration of viruses exposed to 0 wt.%, 7.5 wt.%, 15 wt.%, and 30 wt.% Si 3 N 4 for 10 minutes.
FIG. 2B is an illustration of the method used to determine viability of cells inoculated with virus exposed to Si 3 N 4 according to FIG. 2A .
3A is an illustration of viruses exposed to 15 wt.% Si 3 N 4 for 1, 5, 10, and 30 minutes.
FIG. 3B is an illustration of the method used to determine the viability of a virus after exposure to Si 3 N 4 according to FIG. 3A .
FIG. 4A is a graph of PFU/100 μl for influenza A exposed to 0 wt.%, 7.5 wt.%, 15 wt.%, and 30 wt.% Si 3 N 4 for 10 minutes according to FIG. 2A .
FIG. 4B is a graph of cell viability of cells inoculated with influenza A exposed to 7.5 wt.%, 15 wt.%, and 30 wt.% Si 3 N 4 for 10 minutes according to FIG. 2B .
5 contains photographs of cells inoculated with different ratios of virus to slurry exposed to various concentrations of Si 3 N 4 .
6A shows fluorescence microscopy images of MDCK cells before inoculation.
Figure 6b shows fluorescence microscopy images of MDCK cells after inoculation with the virus exposed to the control group.
6C shows fluorescence microscopy images of MDCK cells after inoculation with virus exposed to 30 wt.% Si 3 N 4 .
7A is a graph of PFU/100 μl for influenza A exposed to 15 wt.% Si 3 N 4 for 1 minute, 5 minutes, 10 minutes, or 30 minutes at room temperature.
7B is a graph of cell viability of cells inoculated with influenza A exposed to 15 wt.% Si 3 N 4 for 1 minute, 5 minutes, 10 minutes, or 30 minutes at room temperature.
8A is a graph of PFU/100 μl for influenza A exposed to 15 wt.% Si 3 N 4 for 1 minute, 5 minutes, 10 minutes, or 30 minutes at 4° C. FIG.
8B is a graph of cell viability of cells inoculated with influenza A exposed to 15 wt.% Si 3 N 4 at 4° C. for 1 minute, 5 minutes, 10 minutes, or 30 minutes.
9A shows a Raman spectrum of influenza A virus before inactivation.
9B shows Raman spectral changes of influenza A virus associated with chemical modification of RNA and hemagglutinin after inactivation after 1 minute of exposure.
10 shows that NH 3 inactivates influenza A virus by the mechanism of alkali transesterification.
11 shows OPO stretching at the 5-coordinate phosphate group after inactivation.
12a shows the vibrational modes of methionine in the hemagglutinin structure.
12b shows the structural change of methionine in the presence of ammonia.
13 shows CS stretching homocysteine to methionine after inactivation.
14A is a graph of PFU/100 μl for feline calicivirus exposed to 15 wt.% or 30 wt.% Si 3 N 4 for 1 min, 10 min, or 30 min.
14B is a graph of cell viability of cells inoculated with feline calicivirus exposed to 30 wt.% Si 3 N 4 for 1 min, 10 min, 30 min, or 60 min.
15A shows H1H1 influenza A virus after inoculation into biogenic medium containing MDCK cells stained red after 10 minutes exposure to a slurry of 15 wt.% silicon nitride and stained green for the presence of filamentous actin (F-actin) protein. (nuclear protein, NP).
FIG. 15B shows the NP stained H1H1 influenza A virus of FIG. 15A .
Figure 15c shows the F-actin stained MDCK cells of Figure 15a .
16A shows H1H1 influenza A virus (nucleoprotein, NP) after inoculation into biogenic medium containing MDCK cells stained red without exposure to silicon nitride and stained green for the presence of filamentous actin (F-actin) protein. .
FIG. 16B shows the NP stained H1H1 influenza A virus of FIG. 16A .
Figure 16c shows the F-actin stained MDCK cells of Figure 16a .
17 shows the trimodal distribution of silicon nitride powder.
18 shows viability of MDCK cells as a function of β-Si 3 N 4 concentration (wt.%/mL).
19 shows a direct comparison of viral titers before and after exposure of influenza A to Si 3 N 4 powder for 30 minutes.
20 shows viability of MDCK cells as a function of α-Si 3 N 4 concentration (wt.%/mL).
21 shows a comparison of viral titers before and after exposure of influenza A to α-Si 3 N 4 powder for 30 minutes.
22 shows the trimodal particle size distribution of silicon nitride powder.
23 is an overview of antiviral testing methods.
24A shows Vero cell viability measured 24 hours after exposure to silicon nitride at concentrations of 5, 10, 15 or 20 wt.%/vol (n=4) incubated with cell culture medium for 1, 5, and 10 m. indicate
24B shows Vero cell viability measured 48 hours after exposure to silicon nitride at concentrations of 5, 10, 15, or 20 wt.%/vol (n=4) incubated with cell culture medium for 1, 5, and 10 m. indicate
25A is a graph of silicon nitride at concentrations of 5, 10, 15, and 20 wt.%/vol incubated with SARS-CoV-2 virus diluted in cell culture medium for 1, 5, and 10 m expressed as PFU/mL. represents the potency.
25B shows silicon nitride at concentrations of 5, 10, 15, and 20 wt.%/vol incubated with SARS-CoV-2 virus diluted in cell culture medium for 1, 5, and 10 m expressed as percent inhibition. represents the potency of
26a , 26B, 26C , and 26D are exemplary antiviral face masks.
27A , 27B , and 27C are exemplary antiviral face masks.
28A is a cross-section of an exemplary antiviral face mask body.
28B is a cross-section of an exemplary antiviral face mask body.
28C is a cross-section of an exemplary antiviral face mask body.
29 is an exemplary method for making a fabric in which silicon nitride particles are embedded.
30 is an exemplary system for making a fabric in which silicon nitride particles are embedded.
본 개시내용의 다양한 구현예는 하기에 상세하게 논의된다. 특정 구현이 논의되는 동안, 이는 예시적인 목적을 위해서만 수행됨이 이해되어야 한다. 관련 분야의 숙련자는 다른 성분 및 구성이 본 개시내용의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 하기 설명 및 도면은 예시적이고 제한하려는 것으로 해석되어서는 안 된다. 수많은 특정 세부사항이 본 개시내용의 완전한 이해를 제공하기 위해 기재된다. 그러나, 특정 경우에, 설명을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 잘 알려지거나 또는 통상적인 세부사항은 기재되지 않는다. 본 개시내용에서 일 구현예 또는 구현예에 대한 언급은 동일한 구현예 또는 임의의 구현예에 대한 참조일 수 있고; 이러한 참조는 구현예 중 적어도 하나를 의미한다.Various implementations of the present disclosure are discussed in detail below. While specific implementations are discussed, it should be understood that this is done for illustrative purposes only. Those skilled in the art will recognize that other components and configurations may be used without departing from the spirit and scope of the present disclosure. Accordingly, the following description and drawings are illustrative and should not be construed as limiting. Numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present disclosure. However, in certain instances, well known or common details are not set forth in order to avoid obscuring the description. A reference to an embodiment or implementation in this disclosure may be a reference to the same implementation or any implementation; Such reference refers to at least one of the embodiments.
본 개시내용 전체에 걸쳐 적용되는 여러 정의가 이제 제시될 것이다. "일 구현예" 또는 "구현예"에 대한 언급은 구현예와 관련하여 기재된 특정 특징, 구조, 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 구현예에 포함됨을 의미한다. 본 명세서의 다양한 위치에서 어구 "일 구현예에서"의 출현은 반드시 모두 동일한 구현예를 지칭하는 것은 아니며, 다른 구현예와 상호 배타적인 별도의 또는 대안적 구현예도 아니다. 더욱이, 일부 구현예에 의해 나타낼 수 있고 다른 구현예에 의해 나타낼 수 없는 다양한 특징이 기재된다.Several definitions will now be presented that apply throughout this disclosure. Reference to “one embodiment” or “an embodiment” means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the present disclosure. The appearances of the phrase “in one embodiment” in various places in this specification are not necessarily all referring to the same embodiment, nor are separate or alternative embodiments mutually exclusive of other embodiments. Moreover, various features are described that may be exhibited by some embodiments and may not be exhibited by others.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "포함하는," "갖는," 및 "포함한"은 개방적인 비제한적 의미로 사용된다. 단수 용어는 복수형 뿐만 아니라 단수형을 포괄하는 것으로 이해된다. 따라서, 용어 "이의 혼합물"은 또한 "이의 혼합물들"에 관한 것이다.As used herein, the terms "comprising," "having," and "including" are used in an open, non-limiting sense. Singular terms are understood to encompass the singular as well as the plural. Accordingly, the term “mixtures thereof” also relates to “mixtures thereof”.
본원에 사용된 바와 같이, "약"은 명시적으로 나타내든 아니든, 전체 수, 분율, 백분율 등을 포함한 숫자 값을 지칭한다. 용어 "약"은 일반적으로 인용된 값과 동등하게 간주될, 예를 들어, 동일한 기능 또는 결과를 갖는 수치 값의 범위, 예를 들면, 인용된 값의 ± 0.5-1%, ± 1-5% 또는 ± 5-10%를 지칭한다.As used herein, “about” refers to a numerical value, whether explicitly indicated or not, including whole numbers, fractions, percentages, and the like. The term “about” generally refers to a range of numerical values that are to be considered equivalent to a recited value, e.g., having the same function or result, e.g., ± 0.5-1%, ± 1-5% of the recited value. or ± 5-10%.
본원에 사용된 바와 같은 용어 "기구"는 조성물, 장치, 표면 코팅, 및/또는 복합재를 포함한다. 일부 예에서 기구는 다양한 의료 장치 또는 장비, 검사대, 의복, 필터, 마스크, 장갑, 카테터, 내시경 기구 등을 포함할 수 있다. 기구는 금속, 중합체, 및/또는 세라믹(예. 질화규소 및/또는 다른 세라믹 재료)일 수 있다.As used herein, the term “appliance” includes compositions, devices, surface coatings, and/or composites. In some examples, the instruments may include various medical devices or equipment, examination tables, garments, filters, masks, gloves, catheters, endoscopic instruments, and the like. The utensils can be metal, polymeric, and/or ceramic (eg, silicon nitride and/or other ceramic materials).
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "질화규소"는 Si3N4, 알파- 또는 베타-상 Si3N4, SiYAlON, SiYON, SiAlON, 또는 이들 상 또는 재료의 조합을 포함한다.As used herein, the term “silicon nitride” includes Si 3 N 4 , alpha- or beta-phase Si 3 N 4 , SiYAlON, SiYON, SiAlON, or combinations of these phases or materials.
본원에 사용된 바와 같이, "불활성화하다" 또는 "불활성화"는 바이러스를 완전히 제거하거나 또는 이들을 비감염성으로 만들어 바이러스가 생성물 또는 대상체를 오염시키는 것을 중단하는 바이러스 불활성화를 지칭한다.As used herein, “inactivate” or “inactivation” refers to viral inactivation, which completely removes viruses or renders them non-infectious so that they cease to contaminate a product or subject.
본원에 사용된 바와 같이, "개인 보호 장비" 또는 "PPE"는 병원체 또는 다른 유해 물질에 대한 노출을 최소화하기 위해 사람이 착용하거나 또는 달리 사용되는 임의의 장치, 물품, 또는 기구를 의미한다. PPE의 비제한적인 예는 본체 덮개, 머리 덮개, 신발 덮개, 안면 마스크, 눈 보호구, 안면 및 눈 보호구, 및 장갑을 포함한다.As used herein, “personal protective equipment” or “PPE” means any device, article, or appliance worn or otherwise used by a person to minimize exposure to pathogens or other harmful substances. Non-limiting examples of PPE include body coverings, head coverings, shoe coverings, face masks, eye protection, face and eye protection, and gloves.
본 명세서에 사용되는 용어는 일반적으로 당업계에서, 본 개시내용의 맥락 내에서, 및 각 용어가 사용되는 특정 맥락에서 통상적인 의미를 갖는다. 대체 언어 및 동의어가 본원에 논의된 용어 중 임의의 하나 이상에 대해 사용될 수 있고, 용어가 본원에서 정교화되거나 또는 논의되든 아니든 특별한 의미를 두지 않아야 한다. 일부 경우에, 특정 용어에 대한 동의어가 제공된다. 하나 이상의 동의어의 장황한 설명은 다른 동의어의 사용을 배제하지 않는다. 본원에서 논의된 임의의 용어의 예를 포함한 본 명세서의 어느 곳에서든 예의 사용은 단지 예시적이며, 개시내용 또는 임의의 예시적 용어의 범위 및 의미를 추가로 제한하려는 것으로 의도되지 않는다. 마찬가지로, 개시내용은 본 명세서에 주어진 다양한 구현예를 제한하지 않는다.The terms used herein generally have their ordinary meaning in the art, within the context of this disclosure, and in the specific context in which each term is used. Alternate languages and synonyms may be used for any one or more of the terms discussed herein, and no special significance is attached to the terms, whether elaborated or discussed herein. In some cases, synonyms for certain terms are provided. A lengthy description of one or more synonyms does not preclude the use of other synonyms. The use of examples anywhere in this specification, including examples of any terms discussed herein, is illustrative only and is not intended to further limit the scope and meaning of the disclosure or any illustrative terms. Likewise, the disclosure does not limit the various implementations given herein.
개시내용의 추가적 특징 및 이점은 이어지는 설명에 제시될 것이며, 부분적으로 설명으로부터 명백할 것이거나, 또는 본원에 개시된 원리의 실행에 의해 학습될 수 있다. 개시내용의 특징 및 이점은 특히 첨부된 청구범위에서 지적된 기기 및 조합에 의해 실현되고 수득될 수 있다. 본 개시내용의 이러한 특징 및 다른 특징은 하기 설명 및 첨부된 청구범위로부터 보다 완전히 명백해질 것이거나, 또는 본원에 제시된 원리를 실행함으로써 학습될 수 있다.Additional features and advantages of the disclosure will be presented in the description that follows, and will be apparent in part from the description, or may be learned by practice of the principles disclosed herein. The features and advantages of the disclosure may be realized and obtained by means of the instruments and combinations particularly pointed out in the appended claims. These and other features of the present disclosure will be more fully apparent from the following description and appended claims, or may be learned by practicing the principles presented herein.
본원에는 바이러스, 박테리아, 및 진균의 불활성화를 위한 질화규소(Si3N4)를 포함하는 항병원성 장치, 조성물, 및 기구가 제공된다. 질화규소는 생체적합성인 독특한 표면 화학을 보유하고 1) 척추용 및 치과용 이식물에서와 같은 동시 골형성, 골유도, 골전도, 및 정균작용; 2) 상이한 메커니즘에 따른 그람-양성 및 그람-음성 박테리아 둘 다의 사멸; 3) 인간 및 동물 바이러스, 박테리아, 및 진균의 불활성화; 및 4) 핵심 질화규소 골 복원, 정균, 항바이러스, 및 항진균 특성을 유지하는 질화규소를 함유하는 중합체- 또는 금속-매트릭스 복합재, 천연 또는 인공 섬유, 중합체, 또는 금속을 포함한 다수의 생물의학 적용을 제공한다.Provided herein are antipathogenic devices, compositions, and devices comprising silicon nitride (Si 3 N 4 ) for inactivation of viruses, bacteria, and fungi. Silicon nitride has a unique surface chemistry that is biocompatible and has 1) simultaneous osteogenic, osteoinductive, osteoconduction, and bacteriostatic activity, such as in spinal and dental implants; 2) killing of both Gram-positive and Gram-negative bacteria according to different mechanisms; 3) inactivation of human and animal viruses, bacteria, and fungi; and 4) Polymer- or metal-matrix composites, natural or man-made fibers, polymers, or metals containing silicon nitride that retain key silicon nitride bone reparative, bacteriostatic, antiviral, and antifungal properties. .
구현예에서, 항병원성 조성물은 질화규소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 항병원성 조성물은 질화규소 분말을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 항병원성 조성물은 100% 질화규소를 포함하는 모놀리식 성분일 수 있다. 이러한 성분은 내부 다공성을 보유하지 않고 완전히 조밀할 수 있거나, 또는 약 1% 내지 약 80% 범위의 다공성을 갖는 다공성일 수 있다. 모놀리식 성분은 의료 장치로서 사용될 수 있거나 또는 바이러스, 박테리아, 및/또는 진균의 불활성화가 바람직할 수 있는 기구에 사용될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 항병원성 조성물은 바이러스, 박테리아, 및 진균을 불활성화시키기 위해 장치 내에 또는 코팅에 혼입될 수 있다. 일부 구현예에서, 항병원성 조성물은 질화규소 분말을 포함하는 슬러리일 수 있다.In embodiments, the antipathogenic composition may include silicon nitride. For example, the antipathogenic composition may include silicon nitride powder. In some embodiments, the antipathogenic composition may be a monolithic component comprising 100% silicon nitride. This component can be completely dense with no internal porosity, or it can be porous with a porosity ranging from about 1% to about 80%. The monolithic component may be used as a medical device or in devices where inactivation of viruses, bacteria, and/or fungi may be desirable. In another embodiment, an antipathogenic composition can be incorporated into a device or into a coating to inactivate viruses, bacteria, and fungi. In some embodiments, the antipathogenic composition may be a slurry comprising silicon nitride powder.
일부 구현예에서, 항병원성 조성물은 인간 바이러스, 박테리아, 및/또는 진균의 전파를 불활성화 또는 감소시킬 수 있다. 항병원성 조성물에 의해 불활성화될 수 있는 바이러스의 비제한적인 예는 인플루엔자, 장내바이러스, 및 코로나바이러스(예를 들어 SARS-CoV-2, 인플루엔자 A, H1N1, 장내바이러스, 및 고양이 칼리시바이러스)를 포함한다. 예를 들어, 질화규소 바이오세라믹은 인플루엔자 A 바이러스의 불활성화에 효과적일 수 있다. 또 다른 예에서, 질화규소 분말은 SARS-CoV-2의 불활성화에 효과적일 수 있다. 일부 구현예에서, 질화규소 코팅은 항균 및 항바이러스 내성을 감소시키고/시키거나 골 조직 복원을 촉진할 수 있다.In some embodiments, the antipathogenic composition is capable of inactivating or reducing the spread of human viruses, bacteria, and/or fungi. Non-limiting examples of viruses that can be inactivated by the antipathogenic composition include influenza, enteroviruses, and coronaviruses (eg SARS-CoV-2, influenza A, H1N1, enterovirus, and feline calicivirus). include For example, silicon nitride bioceramics can be effective in inactivating influenza A viruses. In another example, silicon nitride powder may be effective in inactivating SARS-CoV-2. In some embodiments, silicon nitride coatings can reduce antibacterial and antiviral resistance and/or promote bone tissue repair.
특정 이론에 제한되지 않고, 질화규소는 암모니아(NH3)가 바이러스, 박테리아, 또는 진균 불활성화에 이용가능하도록 표면 화학을 제공할 수 있다. 질화규소의 표면 화학은 다음과 같이 나타낼 수 있다:Without being limited by theory, silicon nitride may provide a surface chemistry such that ammonia (NH 3 ) is available for inactivating viruses, bacteria, or fungi. The surface chemistry of silicon nitride can be expressed as:
Si3N4 + 6H2O → 3SiO2 + 4NH3 Si 3 N 4 + 6H 2 O → 3SiO 2 + 4NH 3
SiO2 + 2H2O → Si(OH)4 SiO 2 + 2H 2 O → Si(OH) 4
질소는 표면 실라놀이 상대적으로 안정하기 때문에 규소보다 더 빨리(몇 분 이내) 용리된다. 바이러스의 경우, 놀랍게도 질화규소가 게놈 완전성 및 바이러스 불활성화의 손실을 야기하는 알칼리 에스테르 교환 반응을 통해 RNA 절단을 제공할 수 있음이 밝혀졌다. 이는 또한 헤마글루티닌의 활성을 감소시킬 수 있다.Nitrogen elutes faster (within minutes) than silicon because the surface silanols are relatively stable. In the case of viruses, it has surprisingly been found that silicon nitride can provide RNA cleavage via an alkaline transesterification reaction resulting in loss of genome integrity and viral inactivation. It can also reduce the activity of hemagglutinin.
구현예에서, 항병원성 조성물은 (i) 통상의 기체 상태보다 오히려 고체 상태로부터 암모니아의 느리지만 연속적인 용리; (ii) 포유동물 세포에 대한 손상 또는 부정적인 영향 없음; 및 (iii) pH가 감소함에 따라 증가하는 지능적 용리를 나타내는 용리 동역학을 나타낼 수 있다.In an embodiment, the antipathogenic composition comprises (i) slow but continuous elution of ammonia from the solid state rather than the usual gaseous state; (ii) no damage or negative effects on mammalian cells; and (iii) elution kinetics indicating an increasing intelligent elution with decreasing pH.
장치 또는 기구는 항바이러스, 항균, 또는 항진균 작용을 위해 장치 표면의 적어도 일부에 질화규소를 포함할 수 있다. 구현예에서, 장치는 장치 표면의 적어도 일부에 질화규소 코팅을 포함할 수 있다. 질화규소 코팅은 분말로서 장치의 표면에 적용될 수 있다. 일부 예에서, 질화규소 분말은 장치의 적어도 일부에 매립되거나 또는 함침될 수 있다. 일부 구현예에서, 분말은 미크론, 서브미크론 또는 나노미터 크기 범위의 입자를 가질 수 있다. 평균 입자 크기는 약 100 nm 내지 약 5 μm, 약 300 nm 내지 약 1.5 μm, 또는 약 0.6 μm 내지 약 1.0 μm 범위일 수 있다. 다른 구현예에서, 질화규소는 장치에 혼입될 수 있다. 예를 들어, 장치는 장치의 본체 내에 질화규소 분말을 혼입할 수 있다. 일 구현예에서, 장치는 질화규소로 제조될 수 있다.The device or appliance may include silicon nitride on at least a portion of the surface of the device for antiviral, antibacterial, or antifungal action. In embodiments, the device may include a silicon nitride coating on at least a portion of a surface of the device. The silicon nitride coating may be applied to the surface of the device as a powder. In some instances, the silicon nitride powder may be embedded or impregnated with at least a portion of the device. In some embodiments, the powder may have particles in the micron, submicron or nanometer size range. The average particle size may range from about 100 nm to about 5 μm, from about 300 nm to about 1.5 μm, or from about 0.6 μm to about 1.0 μm. In another embodiment, silicon nitride may be incorporated into the device. For example, the device may incorporate silicon nitride powder within the body of the device. In one implementation, the device may be made of silicon nitride.
질화규소 코팅은 약 1 wt.% 내지 약 100 wt.%의 농도로 장치의 표면 상에 또는 장치 내에 존재할 수 있다. 다양한 구현예에서, 코팅은 약 1 wt.%, 2 wt.%, 5 wt.%, 7.5 wt.%, 8.3 wt.%, 10 wt.%, 15 wt.%, 16.7 wt.%, 20 wt.%, 25 wt.%, 30 wt.%, 33.3 wt.%, 35 wt.%, 또는 40 wt.% 질화규소 분말을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 코팅은 약 15 wt.% 질화규소를 포함한다. 일부 구현예에서, 질화규소는 약 1 wt.% 내지 약 100 wt.%의 농도로 장치 또는 기구의 표면 내에 또는 표면 상에 존재할 수 있다. 다양한 구현예에서, 장치 또는 기구는 약 1 wt.%, 2 wt.%, 5 wt.%, 7.5 wt.%, 8.3 wt.%, 10 wt.%, 15 wt.%, 16.7 wt.%, 20 wt.%, 25 wt.%, 30 wt.%, 33.3 wt.%, 35 wt.%, 40 wt.%, 50 wt.%, 60 wt.%, 60 wt.%, 70 wt.%, 80 wt.%, 90 wt.%, 내지 100 wt.% 질화규소를 포함할 수 있다.The silicon nitride coating may be present on the surface of or in the device at a concentration of about 1 wt.% to about 100 wt.%. In various embodiments, the coating is about 1 wt.%, 2 wt.%, 5 wt.%, 7.5 wt.%, 8.3 wt.%, 10 wt.%, 15 wt.%, 16.7 wt.%, 20 wt.% .%, 25 wt.%, 30 wt.%, 33.3 wt.%, 35 wt.%, or 40 wt.% silicon nitride powder. In at least one example, the coating includes about 15 wt.% silicon nitride. In some embodiments, silicon nitride can be present in or on the surface of a device or appliance in a concentration of about 1 wt.% to about 100 wt.%. In various embodiments, the device or apparatus may contain about 1 wt.%, 2 wt.%, 5 wt.%, 7.5 wt.%, 8.3 wt.%, 10 wt.%, 15 wt.%, 16.7 wt.%, 20 wt.%, 25 wt.%, 30 wt.%, 33.3 wt.%, 35 wt.%, 40 wt.%, 50 wt.%, 60 wt.%, 60 wt.%, 70 wt.%, 80 wt.%, 90 wt.%, to 100 wt.% silicon nitride.
다양한 구현예에서, 항병원성 특성을 위해 질화규소를 포함하는 장치 또는 기구는 의료 장치일 수 있다. 장치 또는 기구의 비제한적인 예는 정형외과용 이식물, 척추용 이식물, 척추경 나사못, 치과용 이식물, 유치 카테터, 기관내 튜브, 대장내시경 스코프, 및 다른 유사한 장치를 포함한다.In various embodiments, a device or appliance comprising silicon nitride for antipathogenic properties may be a medical device. Non-limiting examples of devices or instruments include orthopedic implants, spinal implants, pedicle screws, dental implants, indwelling catheters, endotracheal tubes, colonoscopy scopes, and other similar devices.
일부 구현예에서, 질화규소는 중합체, 직물, PPE, 수술 가운, 배관, 의복, 공기 및 정수 필터(예를 들어 가정용, 산업용, 또는 의료용 난방, 환기, 및 에어컨, 마취 기계용 여과 장치, 산소호흡기, 또는 CPAP 기계), 마스크, 병원 검사 및 수술대와 같은 테이블, 데스크, 기구, 손잡이 자루, 손잡이, 장난감, 또는 칫솔과 같은 항병원성 특성을 위한 재료 또는 기구 내에 혼입되거나 또는 이에 코팅으로서 적용될 수 있다.In some embodiments, silicon nitride is used in polymers, textiles, PPE, surgical gowns, plumbing, garments, air and water filters (e.g., domestic, industrial, or medical heating, ventilation, and air conditioning; filtration devices for anesthesia machines; ventilators; or CPAP machines), masks, tables, desks, instruments, handle handles, handles, toys, or toothbrushes, such as masks, hospital examination and operating tables.
구현예에서, 질화규소는 PPE 내에 혼입되어 PPE와 접촉하는 바이러스의 전파를 불활성화시키거나 또는 예방할 수 있다. 일 구현예에서, PPE는 마스크이고 마스크의 적어도 일부에 질화규소를 매립하여 안면 마스크와 접촉하는 바이러스를 포획하고 불활성화시키는 항바이러스 안면 마스크를 형성한다. 임의의 하나의 이론에 제한되지 않고, 항바이러스 안면 마스크는 바이러스가 안면 마스크 내에 포획될 뿐만 아니라 불활성화되도록 안면 마스크 내에서 질화규소와 접촉하는 바이러스를 "포획 및 사멸"시킬 수 있다. 질화규소의 불활성화 메커니즘은 교차-감염을 피하기 위해 빠르게 작용할 수 있고 바이러스는 균주-비특이적 방식으로 중화될 수 있다.In embodiments, silicon nitride can be incorporated into the PPE to inactivate or prevent the spread of viruses that come into contact with the PPE. In one implementation, the PPE is a mask and at least a portion of the mask is embedded with silicon nitride to form an antiviral face mask that traps and inactivates viruses that come in contact with the face mask. Without being limited by any one theory, antiviral face masks can "capture and kill" viruses that come into contact with silicon nitride within the face mask such that the virus is not only trapped within the face mask but is also inactivated. The inactivation mechanism of silicon nitride can act quickly to avoid cross-infection and the virus can be neutralized in a strain-non-specific manner.
본원에서 용어 "항바이러스 안면 마스크" 또는 "안면 마스크"의 사용은 수술용 안면 마스크, 여과 안면 마스크, 직물 세척가능한 마스크, 호흡 안면 마스크, 컵 모양 호흡기, 여과식 안면부 호흡기, 엘라스토머 반안면부 호흡기, 엘라스토머 전면부 호흡기, 풀 커버리지 안면 마스크, 카트리지가 있는 반면형 마스크 또는 전면형 마스크, 캐니스터가 있는 반면형 마스크 또는 전면형 마스크, 전동식 공기 정화 호흡기, 또는 잠재적 병원체로부터 착용자를 보호하기 위해 착용자의 얼굴에 착용하도록 작동가능한 임의의 마스크를 지칭할 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 안면 마스크는 수술용 안면 마스크일 수 있다. 또 다른 예에서, 안면 마스크는 호흡기다. 항바이러스 안면 마스크는 마스크의 적어도 일부에 질화규소를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 항바이러스 안면 마스크는 일회용일 수 있고 1 회 사용으로 의도될 수 있다. 다른 예에서, 항바이러스 안면 마스크는 멸균가능할 수 있고/있거나 교체가능한 필터를 활용할 수 있도록 재사용가능할 수 있다.Use of the term “antiviral face mask” or “face mask” herein includes a surgical face mask, a filtering face mask, a fabric washable mask, a breathing face mask, a cup-shaped respirator, a filtering facepiece respirator, an elastomeric half-facepiece respirator, an elastomer Full-face respirator, full-coverage face mask, half or full-face mask with cartridge, half-face or full-face mask with canister, powered air-purifying respirator, or worn over the wearer's face to protect the wearer from potential pathogens. It can refer to any mask operable to In at least one example, the face mask may be a surgical face mask. In another example, a face mask is a respirator. The antiviral face mask may include silicon nitride in at least a portion of the mask. In some instances, the antiviral face mask may be disposable and may be intended for single use. In another example, the antiviral face mask can be sterilizable and/or reusable to utilize replaceable filters.
도 26a-26d는 마스크의 적어도 일부에 질화규소를 포함할 수 있는 항바이러스 안면 마스크의 비제한적인 예이다. 도 26a를 참조하면, 일부 구현예에서, 항바이러스 안면 마스크(100)는 수술용 마스크일 수 있다. 이 구현예에서, 항바이러스 안면 마스크(100)는 안면 마스크 본체(102) 및 안면 마스크 본체를 착용자에게 고정시키도록 작동가능한 하나 이상의 고정 메커니즘(108)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 안면 마스크 본체(102)는 안면 마스크가 착용자의 얼굴에 맞게 하는 것을 돕기 위해 하나 이상의 주름(103)을 포함할 수 있다. 도 26b는 주름이 없는 안면 마스크 본체(102)를 갖는 예시적인 항바이러스 안면 마스크(100)이다. 일부 구현예에서, 안면 마스크 본체(102)는 층 내에 혼입되거나 또는 매립된 질화규소 분말을 갖는 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다. 26A - 26D are non-limiting examples of antiviral face masks that can include silicon nitride in at least a portion of the mask. Referring to FIG. 26A , in some implementations, the
일부 구현예에서, 예를 들어 도 26c에서 볼 수 있는 바와 같이, 항바이러스 안면 마스크(100)는 컵 모양 호흡기일 수 있다. 이 구현예에서, 항바이러스 안면 마스크(100)는 안면 마스크 본체(102), 하나 이상의 고정 메커니즘(108), 및 착용자의 코 위에 안면 마스크(100)를 조정하기 위한 안면 마스크 본체(102)의 상단 부분에 변형가능한 스트립(104)을 포함할 수 있다. 변형가능한 스트립(104)은 전면(106) 상의 안면 마스크 본체(102)의 상단 가장자리(105) 근처에 부착될 수 있다. 변형가능한 스트립(104)은 플라스틱, 플라스틱에 매입된 스프링 강선, 또는 가단성 알루미늄을 포함하나 이에 제한되지 않는, 착용자에 의해 쉽게 변형될 수 있는 재료로 제조될 수 있다. 추가적인 구현예에서, 예를 들어 도 26d에서 볼 수 있는 바와 같이, 안면 마스크 본체(102)는 마스크에 혼입될 하나 이상의 포트/밸브(107) 또는 하나 이상의 필터(109)를 추가로 포함할 수 있다. 예에서, 필터(109)는 필터 내에 혼입되거나 또는 매립된 질화규소 분말을 포함할 수 있다. 질화규소는 층에 있거나 또는 필터를 통해 균일하게 분포될 수 있다. 일부 예에서, 필터(109)는 일회용이거나 또는 교체가능할 수 있다.In some embodiments, as seen in FIG. 26C , for example, the
구현예에서, 항바이러스 안면 마스크(100)는 일회용, 교체가능한 필터(109)를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 안면 마스크(100)는 필터 내에 혼입되거나 또는 매립된 질화규소 분말을 갖는 일회용 필터를 수용하기 위한 포켓(제시되지 않음)을 포함할 수 있다. 추가적인 구현예에서, 항바이러스 안면 마스크(100)는 변형가능한 스트립(104), 하나 이상의 고정 메커니즘(108)(예를 들어 조정가능한 스트랩), 호흡 밸브(107) 및/또는 턱 보호대를 갖는 세척가능한 직물로 제조될 수 있다. 필터는 일체형이거나 또는 이들 마스크 구성 각각에 삽입가능할 수 있다.In embodiments, the
도 27a-27c는 마스크 내의 질화규소, 마스크에 삽입된 필터, 마스크에 부착된 카트리지, 및/또는 마스크에 부착된 캐니스터를 포함할 수 있는 안면 마스크의 더욱 더 많은 예를 나타낸다. 도 27a는 안면 마스크 본체(102) 및/또는 하나 이상의 카트리지(116)에 질화규소를 포함할 수 있는 예시적인 이중 카트리지 재사용가능한 반면형 마스크이다. 도 27b는 안면 마스크 본체(102) 및/또는 하나 이상의 카트리지(116)에 질화규소를 포함할 수 있는 예시적인 이중 카트리지 재사용가능한 전면형 마스크이다. 도 27c는 안면 마스크 본체(102), 하나 이상의 카트리지(116), 및/또는 하나 이상의 캐니스터(118)에 질화규소를 포함할 수 있는 예시적인 자급식 호흡 기구이다. 27A - 27C show more examples of face masks that can include silicon nitride in a mask, a filter inserted into the mask, a cartridge attached to the mask, and/or a canister attached to the mask. 27A is an exemplary dual cartridge reusable half face mask that may include silicon nitride in the
마스크의 다른 비제한적인 예는 안면 마스크 본체 또는 필터에 질화규소를 포함할 수 있는 미립자 반면형 마스크, 안면 마스크 본체 및/또는 하나 이상의 카트리지에 질화규소를 포함할 수 있는 이중 카트리지 일회용 반면형 마스크, 안면 마스크 본체 및/또는 하나 이상의 캐니스터에 질화규소를 포함할 수 있는 캐니스터형 가스 마스크, 안면 마스크 본체 및/또는 하나 이상의 캐니스터에 질화규소를 포함할 수 있는 전동식 공기 정화 호흡기, 안면 마스크 본체 및/또는 하나 이상의 캐니스터에 질화규소를 포함할 수 있는 연속 흐름 공급 공기 호흡기, 및 필터 또는 카트리지를 유지하도록 작동가능한 2 개의 흡입 밸브 및 호기 밸브가 있는 전면형 마스크를 포함한다.Other non-limiting examples of masks include a particulate half mask which may include silicon nitride in the face mask body or filter, a dual cartridge disposable half mask which may include silicon nitride in the face mask body and/or one or more cartridges, a face mask A canister-type gas mask that may contain silicon nitride in the body and/or one or more canisters, a powered air-purifying respirator that may contain silicon nitride in the face mask body and/or one or more canisters, in the face mask body and/or one or more canisters. A continuous flow supply air respirator, which may include silicon nitride, and a full face mask having two inlet and exhalation valves operable to retain a filter or cartridge.
다시 도 26a-27c를 참조하면, 안면 마스크(100)는 착용자의 코 및 입 위에 배치되도록 구성될 수 있고 안면 마스크를 착용자에게 부착하기 위한 하나 이상의 고정 메커니즘(108)을 포함할 수 있다. 고정 메커니즘(108)은 안면 마스크를 착용자의 얼굴에 고정하기 위한 하나 이상의 스트랩, 루프, 훅, 밴드, 또는 플랩일 수 있다. 고정 메커니즘(108)은 탄성 재료 또는 마스크 본체를 제조하는 임의의 섬유 재료로 제조될 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 안면 마스크(100)는 2 개의 루프(108)를 포함할 수 있으며, 각각은 착용자의 귀에 고정되도록 작동가능하다. 또 다른 예에서, 안면 마스크(100)는 2 개의 스트랩을 포함할 수 있으며, 각각은 착용자의 머리 뒤에 고정되도록 작동가능하다. 추가적인 예에서, 안면 마스크(100)는 착용자의 머리 둘레에 고정되도록 다중 스트랩 또는 밴드를 포함할 수 있다. 안면 마스크 본체(102)의 외부 층(106)은 섬유 재료가 착용자와 직접 접촉하지 않도록 착용자의 얼굴과 접촉할 수 있다.Referring again to FIGS. 26A - 27C ,
안면 마스크 본체(102) 및/또는 필터(109)는 적어도 하나의 층, 적어도 2 개의 층, 적어도 3 개의 층, 또는 적어도 4 개의 층을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 안면 마스크 본체의 하나 이상의 층은 섬유 재료로 제조될 수 있다. 섬유 재료는 직조 또는 부직포 재료일 수 있고 통기성 또는 비-통기성일 수 있다. 일부 예에서, 섬유 재료는 스펀본드(spunbond) 부직포 직물일 수 있다. 섬유 재료의 비제한적인 예는 폴리프로필렌, 레이온, 폴리에스테르, 셀룰로스, 비내유성 재료 예컨대 KN95, N95, N97, N99, 또는 N100 필터, 내유성 재료 예컨대 P95, P97, P99, 또는 P100 필터, 및/또는 반내유성 재료 예컨대 R95, R97, R99, 또는 R100 필터를 포함한다. 안면 마스크 본체의 각 층은 동일하거나 또는 상이한 섬유 재료를 포함할 수 있다. 섬유 재료는 질화규소가 함께 매립되어 있을 수 있다. 일부 구현예에서, 섬유 재료는 제거가능하고/하거나 일회용일 수 있다. 예를 들어, 일부 예에서, 섬유 재료 및/또는 필터를 함유하는 층은 마스크 본체의 나머지로부터 제거가능할 수 있고 1 회 사용 후 폐기될 수 있다.
도 28a-28c는 안면 마스크 본체(102) 및/또는 필터(109)의 단면에 대한 비제한적인 예이다. 일 예에서, 도 28a에서 볼 수 있는 바와 같이, 안면 마스크 본체(102)는 섬유 재료(111) 및 외부 층(112)을 포함할 수 있다. 이 예에서, 안면 마스크 본체(102)는 섬유 재료(111)를 둘러싸는 외부 층(112)을 가질 수 있으며, 여기서 질화규소 분말은 안면 마스크 본체(102)의 섬유 재료(111) 내에 혼입되거나 또는 이에 함침된다. 섬유 재료(111)는 외부 층(112)이 본질적으로 제1 층 및 제3 층으로서 작용하도록 외부 층(112)에 의해 완전히 둘러싸일 수 있으며 섬유 재료(111)는 제1 층과 제3 층 사이에 끼워 넣은 제2 층이다. 도 28b는 3 개의 층, 즉, 질화규소가 있는 섬유 재료(111), 제1 외부 층(113), 및 제2 외부 층(114)을 갖는 안면 마스크 본체(102)의 예시적인 단면이다. 일부 예에서, 제1 외부 층(113) 및 제2 외부 층(114)은 도 28a에서 볼 수 있는 바와 같이 단일 외부 층(112)과 유사하게 기능하도록 동일한 재료로 제조될 수 있다. 다른 예에서, 제1 외부 층(113) 및 제2 외부 층(114)은 상이한 재료로 제조될 수 있다. 도 28c는 4 개의 층, 즉 질화규소가 있는 섬유 재료(111), 제2 내부 층(115), 제1 외부 층(113), 및 제2 외부 층(114)을 갖는 안면 마스크 본체(102)의 예시적인 단면이다. 일부 예에서, 제1 외부 층(113) 및 제2 외부 층(114)은 도 28a에서 볼 수 있는 바와 같이 단일 외부 층(112)와 유사하게 기능하도록 동일한 재료로 제조될 수 있다. 다른 예에서, 제1 외부 층(113) 및 제2 외부 층(114)은 상이한 재료로 제조될 수 있다. 섬유 재료는 스펀본드 직물과 같은 부직포 직물을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 섬유 재료(111), 제2 내부 층(115), 제1 외부 층(113), 제2 외부 층(114), 및/또는 외부 층(112)은 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 레이온, 나일론, 아크릴 섬유, N95 필터, 아연, 구리, 은, 요오드, 시트르산, 시트르산암모늄, 또는 항바이러스 특성을 갖는 다른 화합물을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 추가적인 예에서, 제2 내부 층(115), 제1 외부 층(113), 제2 외부 층(114), 및/또는 외부 층(112)은 질화규소를 포함할 수 있다. 28A - 28C are non-limiting examples of cross-sections of
일부 예에서, 안면 마스크 본체는 하나 이상의 필터, 캐니스터, 또는 카트리지를 수용하기 위한 하나 이상의 포트 또는 포켓을 추가로 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 안면 마스크가 적어도 하나의 필터를 포함하는 경우, 필터는 도 28a-28c의 단면과 유사하게 적층될 수 있다. 일부 예에서, 필터는 필터의 적어도 일부 내에 질화규소를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 필터는 N95 필터 또는 탄소 필터를 포함할 수 있다. 다양한 예에서, 필터는 일회용이고 교체가능할 수 있다.In some examples, the face mask body may further include one or more ports or pockets for receiving one or more filters, canisters, or cartridges. In various implementations, where the face mask includes at least one filter, the filters can be stacked similar to the cross-sections of FIGS. 28A - 28C . In some examples, the filter may include silicon nitride within at least a portion of the filter. In another example, the filter may include a N95 filter or a carbon filter. In various instances, filters may be disposable and replaceable.
일부 구현예에서, 안면 마스크 본체 및/또는 하나 이상의 필터의 하나 이상의 층은 질화규소 분말로 코팅될 수 있다. 예에서, 섬유 재료 또는 필터는 질화규소로 코팅될 수 있다. 당업계에 알려진 표준 코팅 방법을 사용하여 안면 마스크 본체 또는 필터를 코팅할 수 있다.In some implementations, one or more layers of the face mask body and/or one or more filters may be coated with silicon nitride powder. In an example, a fibrous material or filter may be coated with silicon nitride. Standard coating methods known in the art may be used to coat the face mask body or filter.
다른 구현예에서, 질화규소는 전기방사, 용융-방사, 용융-취입, 직조, 또는 초음파 함침/매립을 포함하나 이에 제한되지 않는 방법을 사용하여 안면 마스크 본체의 층, 필터, 캐니스터, 또는 카트리지에 매립되거나, 혼입되거나, 또는 함침될 수 있다.In other embodiments, the silicon nitride is embedded into a layer, filter, canister, or cartridge of a face mask body using methods including, but not limited to, electrospinning, melt-spinning, melt-blown, weaving, or ultrasonic impregnation/embedding. may be incorporated, incorporated, or impregnated.
구현예에서, 질화규소는 초음파 처리를 사용하여 폴리프로필렌과 같은 부직포 직물에 매립될 수 있다. 생성된 질화규소 매립된 직물을 사용하여 임의의 PPE를 형성할 수 있다. 다중-단계 공정을 사용하여 직물에 대한 Si3N4 입자의 적절한 표면 화학, 부착, 및 활성화를 달성할 수 있다. 도 29는 예시적인 제조 방법(1000)이고 도 30은 질화규소를 부직포 스펀본드 폴리프로필렌 섬유에 매립하기 위한 예시적인 제조 시스템(200)이다.In an embodiment, silicon nitride may be embedded in a nonwoven fabric such as polypropylene using ultrasonic treatment. The resulting silicon nitride embedded fabric can be used to form any PPE. A multi-step process can be used to achieve the proper surface chemistry, adhesion, and activation of the Si 3 N 4 particles to the fabric. 29 is an
포장, 수송, 또는 저장에 기반하여, 부직포 직물(즉, 스크림)은 사전 세정이 필요할 수 있다. 따라서 전처리 단계(들)의 목적은 직물을 세정하여 습윤 특성을 개선하고, 커플링제를 첨가하는 것이다. 먼저, 직물(202)을 청결도 및 습윤성을 개선하기 위해 전처리한다. 단계 1002에서, 직물(202)을 제1 전처리 단계로서 제1 초음파 전처리 탱크(204)에서 고온 탈이온수로 세정한다. 탱크(204)의 구조는 직물(202) 스크림이 탱크 바닥 위로 약 8 내지 10 cm의 거리에서 전처리 수조를 통해 롤러(216) 장력 하에 계속해서 이동하게 한다. 초음파 변환기(218)는 탱크의 외부 바닥에 위치할 수 있다. 일부 예에서, 초음파 변환기(218)는 ≥ 1000 W 25 kHz 초음파 에너지 및 최대 2000 W의 열 에너지에서 작동할 수 있다. 전처리 수조 온도는 95℃ ≤ T ≤ 100℃로 설정될 수 있다. 조에서 직물(202)의 체류 시간은 최대 약 5, 10, 15, 또는 20 분일 수 있다. 예를 들면, 전처리 탱크(204)에서 직물(202)의 길이가 임의의 한 시점에서 약 60 cm이면, 조를 통과하는 직물(202)의 속도는 6 cm/분일 수 있다. 이 제1 전처리 탱크(204)의 목적은 유기 화학물질 및 느슨하게 부착된 오염물을 제거하는 것이다. 전처리 탱크(204)는 연속 순환 및 여과 시스템 하에 작동하여 물에서 오염물을 제거한다. 전처리 탱크(204)를 빠져 나갈때, 압력 링거(wringer)(220)는 직물(202)로부터 과량의 물을 짜낸다.Based on packaging, transportation, or storage, nonwoven fabrics (ie, scrims) may require pre-cleaning. The purpose of the pretreatment step(s) is therefore to clean the fabric to improve its wetting properties and to add a coupling agent. First,
단계 1004에서, 직물은 제2 전처리 단계로서 제2 초음파 전처리 탱크(206)에서 커플링제로 처리된다. 제2 초음파 전처리 탱크는 유기 커플링제가 있는 수조를 함유할 수 있다. 커플링제는 Si3N4 입자가 직물에 결합하는 것을 용이하게 할 수 있다. 커플링제의 다양한 예는 탄소 쇄 길이가 달라질 수 있지만 동일하거나 또는 유사한 작용기를 갖는 4차 암모늄 화합물(브로마이드), 하이드록사이드, 플루오라이드, 또는 클로라이드를 포함한다. 일 구현예에서, 커플링제는 n-도데실 트리메틸 암모늄 브로마이드(DTAB)이다. 또 다른 구현예에서, 커플링제는 디옥타데실 디메틸 암모늄 브로마이드(DODA)일 수 있다. 수조는 약 1:200 내지 약 1:1000의 중량비로 물에 커플링제를 함유할 수 있다. 예를 들어, 1:200 비는 물 200 g 중 DTAB 1 g일 수 있고 1:1000 비는 물 1,000 g 중 DTAB 1 g(즉, 리터 당 1 g)일 수 있다. 초음파 변환기(218)는 탱크의 외부 바닥에 위치할 수 있다. 일부 예에서, 제2 초음파 전처리 탱크(206)는 제1 전처리 탱크(204)와 동일한 조건에서 작동할 수 있다. 커플링제는 공정 동안 직물 위에 흡착될 것이기 때문에, 용액 보충이 필요할 것이다. 이는 초음파 전처리 탱크(206) 자체 내에서 기계적 교반과 커플링된 계량 첨가 시스템을 통해, 재순환 펌핑 시스템(제시되지 않음)을 사용하여 초음파 전처리 탱크(206)에 연결된 별도의 더 큰 혼합 탱크로서 달성될 수 있다. 제2 초음파 전처리 탱크(206)를 빠져 나갈때, 압력 링거(220)는 직물(202)로부터 과량의 물을 짜내고, 약 100℃에서 작동하는 가열된 송풍기(제시되지 않음)를 사용하여 직물(202)로부터 잔류 수분을 제거할 수 있다.In
단계 1006에서, Si3N4 입자는 물, 분산제, 및 Si3N4 입자가 있는 초음파 탱크(208)에서 초음파처리를 사용하여 직물에 매립된다. 일 구현예에서, 직물(202) 스크림은 수성 Si3N4 분산액을 함유하는 제3 초음파 탱크(208)에 연속적으로 공급될 수 있다. Si3N4 슬러리 분산액은 초음파 탱크(208)를 통해 직물(202)을 통과하기 전에 제조될 수 있다. 슬러리의 조성은 Si3N4 분말, 분산제, 및 탈이온수를 포함할 수 있다. 분산제는 시트르산암모늄과 같은 다양한 유기 화합물의 암모늄 염일 수 있다. 분산제의 선택 및 사용은 당업자에게 통상적이다. 예에서, 분산제는 Dolapix A88일 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 슬러리는 210 g Si3N4 분말, 2.1 g Dolapix A88 분산제, 및 790 g 탈이온수를 포함할 수 있다. 이 조성물은 약 21 wt.% Si3N4 분말에 상응한다. 슬러리 조성물은 Si3N4 입자의 원하는 농도를 달성하도록 조정될 수 있다. 전형적으로, 슬러리 조성물은 약 5 wt.% 내지 약 40 wt.% Si3N4 입자 범위일 수 있다. 슬러리는 재순환 펌핑 시스템(제시되지 않음)을 사용하여 초음파 탱크(208)에 Si3N4 분말, 분산제, 및 물(필요한 경우)을 계량 공급하면서 고전단(프로펠러 작용) 믹서를 사용하여 별도의 혼합 탱크에서 제조될 수 있다. 매립 자체는 초음파 탱크(208) 내에서 발생한다. 전처리와 유사하게, 초음파 변환기 시스템(222)은 ≥ 1000 W 25 kHz의 초음파 에너지 및 최대 2000 W의 열 에너지, 및 65℃ ≤ T ≤ 75℃의 온도에서 작동한다. 초음파 탱크(208) 내에서 직물(202)의 체류 시간은 약 5, 10, 15, 또는 20 분일 수 있다. 이전 예를 사용하여, 초음파 매립 탱크(208)에서 직물(202)의 길이가 임의의 한 시점에 약 60 cm이면, 수조를 통과하는 직물의 속도는 약 6 cm/분일 수 있다. 초음파 탱크(208)를 빠져 나갈 때, 압력 링거(220)는 직물(202)로부터 과량의 슬러리를 짜낸다.In
단계 1008에서, 이어서 직물(202)이 건조되고 Si3N4 입자가 건조 및 열 결합 오븐(210)에서 열적으로 결합된다. 열 결합 오븐(210)은 직물용 입구(209) 및 출구(211) 및 발열체(219)로 완전히 에워싸일 수 있다. 열 결합은 직물(202)을 오븐에 연속적으로 공급하여 직물을 건조시킨 다음 이를 직물에 열 및 압력을 동시에 적용하는(즉, 도 21에 제시된 바와 같은 캘린더링(calendaring)) 일련의 활면 역회전 롤러(217)를 통해 통과시킴으로써 달성될 수 있다. 오븐(210)은 90℃ ≤ T ≤ 100℃에서 작동될 수 있고 캘린더링 롤러(217)는 ≥ 500 psi(≥35 daN/cm)의 적용된 압력으로 140℃ ≤ T ≤ 145℃에서 작동될 수 있다. 대안적으로, 직물은 건조 오븐(제시되지 않음)에 들어갈 필요 없이 예열된 캘린더링 롤러를 통해 직접 통과될 수 있다.In
단계 1010에서, 직물(202)은 물 및 계면활성제로 초음파 헹굼 탱크(212)에서 헹구어 직물에 매립되지 않은 과량의 질화규소 입자를 제거한다. 일부 구현예에서, 세척 및 헹굼은 2 개의 별도의 단계로 수행될 수 있다. 일 구현예에서, 이들은 한 단계로 조합될 수 있다. 이전 열 결합 작업은 매립되지 않은 입자의 양을 최소화할 수 있다. 이 단계는 전처리 및 매립 단계에 사용되는 것과 유사한 연속 초음파 조에서 수행될 수 있다. 초음파 헹굼 탱크(212)는 다른 초음파 탱크와 같이 펌프가 있는 별도의 더 큰 혼합 탱크 및 재순환 시스템(제시되지 않음)을 포함할 수 있다. 재순환 시스템 내에서, 교체가능한 카트리지-유형 서브미크론 필터를 활용하여 직물로부터 방출된 입자를 보유할 수 있다. 헹굼 조성은 계면활성제 및 물을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 계면활성제는 Triton X-100일 수 있다. 초음파 변환기(218)는 탱크의 외부 바닥에 위치할 수 있다. 이전 초음파 단계와 유사하게, 헹굼 단계(1010)는 약 5, 10, 15, 또는 20 분에 초음파 탱크 내에서 직물의 체류 시간에 따라 ≥ 1000 W 25 kHz 초음파 에너지의 전력 수준, 최대 2000 W의 열 에너지, 및 60℃ ≤ T ≤ 70℃의 온도에서 수행될 수 있다. 헹군 후, 직물(202)은 링거(220)를 통해 통과하여 과량의 물을 제거할 수 있다.In
단계 1012에서, 헹군 직물(202)은 건조 오븐(214)에서 건조된다. 열 결합 오븐(214)은 직물용 입구(213) 및출구(215) 및 발열체(219)로 완전히 에워싸일 수 있다. 일부 구현예에서, 직물(202) 스크림은 약 5, 10, 15, 또는 20 분의 체류 시간 동안 약 110℃에서 작동하는 연속 건조 오븐(214)에 공급될 수 있다. 직물(202)은 후속적으로 감김 롤(203) 위에 감길 수 있다.In
각 단계와 연관된 탱크 및/또는 오븐은 직물(202)의 단일 롤이 공정 전반에 걸쳐 각 탱크 및/또는 오븐을 통해 통과할 수 있도록 작동가능하게 연결될 수 있다. 직물(202)은 연속 롤로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 직물(202)은 소스 롤(201)에서 시작하여, 다양한 탱크 및 오븐을 통해 통과할 때 풀릴 수 있고, 감김 롤(203)에서 끝날 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 직물은 부직포 폴리프로필렌 스펀본드 직물(즉, 스크림, ~45 g/m2)일 수 있다. 폴리프로필렌은 본질적으로 소수성이다(즉, 비습윤성). 직물은 대략 280 mm 폭 x ~1 킬로미터 길이인 연속 롤로서 수용될 수 있다.The tanks and/or ovens associated with each step may be operatively connected such that a single roll of
PPE, 안면 마스크 본체, 필터, 캐니스터, 카트리지 등에 혼입된 질화규소는 약 1 wt.% 내지 약 30 wt.%의 농도로 존재할 수 있다. 다양한 예에서, 섬유 재료는 섬유 재료에 매립된 최대 약 1 wt.%, 최대 약 2 wt.%, 최대 약 5 wt.%, 최대 약 7.5 wt.%, 최대 약 10 wt.%, 최대 약 15 wt.%, 최대 약 20 wt.%, 최대 약 25 wt.%, 또는 최대 약 30 wt.% 질화규소 분말을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 섬유 재료 내 질화규소는 섬유 재료 전체에 걸쳐 약 1 wt.% 내지 약 15 wt.%의 농도로 존재한다. 또 다른 예에서, 섬유 재료 내 질화규소는 약 10 wt.% 미만의 농도로 존재한다. 다양한 예에서, 안면 마스크 또는 안면 마스크의 하나 이상의 필터는 최대 약 1 wt.%, 최대 약 2 wt.%, 최대 약 5 wt.%, 최대 약 7.5 wt.%, 최대 약 10 wt.%, 최대 약 15 wt.%, 최대 약 20 wt.%, 최대 약 25 wt.%, 또는 최대 약 30 wt.% 질화규소 분말을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 섬유 재료 내 질화규소는 안면 마스크의 하나 이상의 필터의 적어도 일부 전체에 걸쳐 약 1 wt.% 내지 약 15 wt.%의 농도로 존재한다. 또 다른 예에서, 하나 이상의 필터 내 질화규소는 약 10 wt.% 미만의 농도로 존재한다. 일부 예에서, 질화규소는 캐니스터 또는 카트리지의 적어도 일부 전체에 걸쳐 약 1 wt.% 내지 약 15 wt.%의 농도로 안면 마스크에 부착된 캐니스터 또는 카트리지에 존재할 수 있다. 또 다른 예에서, 캐니스터 또는 카트리지 내 질화규소는 약 10 wt.% 미만의 농도로 존재한다.Silicon nitride incorporated in PPE, face mask bodies, filters, canisters, cartridges, etc. may be present in concentrations from about 1 wt.% to about 30 wt.%. In various examples, the fibrous material may comprise up to about 1 wt.%, up to about 2 wt.%, up to about 5 wt.%, up to about 7.5 wt.%, up to about 10 wt.%, up to about 15 wt.%, embedded in the fibrous material. wt.%, up to about 20 wt.%, up to about 25 wt.%, or up to about 30 wt.% silicon nitride powder. In at least one example, the silicon nitride in the fibrous material is present in a concentration of about 1 wt.% to about 15 wt.% throughout the fibrous material. In another example, the silicon nitride in the fibrous material is present in a concentration of less than about 10 wt.%. In various examples, the face mask or one or more filters of the face mask may contain at most about 1 wt.%, at most about 2 wt.%, at most about 5 wt.%, at most about 7.5 wt.%, at most about 10 wt.%, at most about 15 wt.%, up to about 20 wt.%, up to about 25 wt.%, or up to about 30 wt.% silicon nitride powder. In at least one example, the silicon nitride in the fibrous material is present at a concentration of about 1 wt.% to about 15 wt.% throughout at least a portion of the one or more filters of the face mask. In another example, the silicon nitride in the one or more filters is present at a concentration of less than about 10 wt.%. In some examples, the silicon nitride may be present in a canister or cartridge attached to the face mask at a concentration of about 1 wt.% to about 15 wt.% throughout at least a portion of the canister or cartridge. In another example, the silicon nitride in the canister or cartridge is present at a concentration of less than about 10 wt.%.
일부 구현예에서, 유기산은 마스크의 섬유 재료 또는 층에 추가로 혼입될 수 있다. 산은 시트르산, 말산, 타르타르산, 숙신산, 옥살산, 벤조산, 이소시트르산, 아세트산, 락트산, 아스코르브산, (예를 들어, 과일 및 채소에서 통상적으로 발견되는 산, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 구현예에서, 산은 질화규소 분말과 복잡하게 혼합되고 질화규소 분말의 0.5 wt.% 내지 5.0 wt.% 범위, 바람직하게는 1.5 내지 3.0 wt.% 범위, 가장 바람직하게는 약 2.0 wt.%의 농도로 마스크에 매립될 수 있다.In some embodiments, the organic acid may further be incorporated into the fibrous material or layer of the mask. The acid may be selected from the group consisting of citric acid, malic acid, tartaric acid, succinic acid, oxalic acid, benzoic acid, isocitrate acid, acetic acid, lactic acid, ascorbic acid, (e.g., acids commonly found in fruits and vegetables, and combinations thereof. In an embodiment, the acid is complexly mixed with the silicon nitride powder and masked at a concentration in the range of 0.5 wt.% to 5.0 wt.%, preferably in the range of 1.5 to 3.0 wt.%, most preferably about 2.0 wt.% of the silicon nitride powder. can be buried in
이들 유기산 중 하나 또는 조합 및 질화규소와의 복잡한 혼합물의 포함은 국부 환경을 산성화시킴으로써 질화규소를 활성화시켜 암모니아(NH3)를 방출한다. 이론에 얽매이지 않고, 마스크 착용자의 정상적인 호흡 동안, 수분은 호기 및 흡입 동안 마스크를 통해 통과한다. 수분은 유기산을 부분적으로 가용화한다. 염기 및 하이드로늄 이온으로 해리한다. 예로서 아세트산을 사용하여, 반응은 다음과 같다: CH3CO2H + H2O CH3CO2 - + H3O+. 이 반응은 국부 pH를 감소시켜 질화규소 입자의 인접지에서 산성화된 환경을 생성한다. 동시에, 다음과 같이 암모니아 및 암모늄을 방출하는 수분의 존재 하에 질화규소의 표면에서 화학 반응이 발생한다: Si3N4 + 16H2O 3Si(OH)4 + 4NH4OH 4NH3 + 4H2O. 평형 상태에서 암모늄 및 암모니아의 농도는 pH에 따라 달라진다. pH가 증가함에 따라, 질화규소로부터 용리된 암모늄의 양은 감소한다. 용리된 암모니아의 상응하는 양이 증가하는 동안, 이의 농도는 암모늄의 농도보다 한 자릿수 더 낮다. 암모늄의 방출은 국부 pH를 더 높게 구동하는 경향이 있으며, 이에 의해 르샤틀리에(Le Chatelier)의 원리에 따라 질화규소와 물의 반응은 느려진다. 유기산의 첨가는 이 효과를 상쇄시킨다. 이는 pH를 더 낮게 구동하고, 방출된 암모늄 중 일부와 반응한다. 예로서 아세트산을 사용하여: CH3CO2H + NH4OH CH3CO2NH4 + H2O. 반응 생성물은 암모늄을 소비하고 물을 방출하여, 차례로 질화규소와의 반응을 가속화한다. 따라서, 유기산을 국부 환경에 첨가하면 암모늄의 농도를 감소시키고, 이렇게 함으로써, 질화규소와 물의 반응은 증가하는 경향이 있다. 이어서 또한 르샤틀리에의 원리에 따라 더 많은 암모늄이 방출된다. 이는 질화규소를 효과적으로 활성화시킨다. 점점 더 많은 물과 반응하여 점점 더 많은 암모니아 및 암모늄을 형성한다. 이들 모이어티의 방출은 질화규소의 항병원성 효과 이면에 있는 기본적인 메커니즘이다. 또한, 이들 유기산(예를 들어, 시트르산)은 질화규소와의 전술한 반응에 관계 없이 그들 자체의 항병원성 능력을 나타낼 수 있지만 주요 목적은 이전에 언급된 바와 같이 질화규소를 활성화시키는 것이다. 마지막으로, 약한 유기산의 사용은 낮은 농도 및 먹을 수 있는 형태로 인해 마스크 착용자에게 임의의 생체적합성 또는 건강 위험을 생성하지 않는다.Inclusion of one or a combination of these organic acids and complex mixtures with silicon nitride activates silicon nitride to release ammonia (NH 3 ) by acidifying the local environment. Without being bound by theory, during normal breathing of a mask wearer, moisture passes through the mask during exhalation and inhalation. Moisture partially solubilizes organic acids. It dissociates into base and hydronium ions. Using acetic acid as an example, the reaction is: CH 3 CO 2 H + H 2 O CH 3 CO 2 - + H 3 O + . This reaction reduces the local pH, creating an acidic environment in the vicinity of the silicon nitride particles. At the same time, a chemical reaction takes place at the surface of silicon nitride in the presence of ammonia and moisture releasing ammonium as follows: Si 3 N 4 + 16H 2 O 3Si(OH) 4 + 4NH 4 OH 4NH 3 + 4H 2 O. At equilibrium, the concentrations of ammonium and ammonia depend on pH. As the pH increases, the amount of ammonium eluted from the silicon nitride decreases. While the corresponding amount of eluted ammonia increases, its concentration is an order of magnitude lower than that of ammonium. The release of ammonium tends to drive the local pH higher, thereby slowing down the reaction of silicon nitride with water according to Le Chatelier's principle. Addition of an organic acid counteracts this effect. This drives the pH lower and reacts with some of the released ammonium. Using acetic acid as example: CH 3 CO 2 H + NH 4 OH CH 3 CO 2 NH 4 + H 2 O. The reaction products consume ammonium and release water, which in turn accelerates the reaction with silicon nitride. Thus, adding an organic acid to the local environment reduces the concentration of ammonium, and by doing so, the reaction of silicon nitride with water tends to increase. Then more ammonium is released, also according to Le Chatelier's principle. This effectively activates the silicon nitride. It reacts with more and more water to form more and more ammonia and ammonium. The release of these moieties is the fundamental mechanism behind the antipathogenic effect of silicon nitride. In addition, these organic acids (eg citric acid) may exhibit their own anti-pathogenic ability regardless of their aforementioned reaction with silicon nitride, but their main purpose is to activate silicon nitride as previously mentioned. Finally, the use of weak organic acids does not create any biocompatibility or health risks to mask wearers due to their low concentrations and edible form.
일부 구현예에서, 질화규소가 있는 층은 항바이러스 안면 마스크의 층과 접촉하는 바이러스를 불활성화시킬 수 있다. 예를 들어, 바이러스를 함유하는 액적 또는 에어로졸은 마스크 섬유에 의해 포획되고 질화규소 분말은 이들을 불활성화시킨다. 안면 마스크를 통해 전파되는 것을 불활성화시키거나 또는 예방할 수 있는 바이러스의 비제한적인 예는 코로나바이러스, SARS-CoV-2, 인플루엔자 A, 인플루엔자 B, 장내바이러스, 및 고양이 칼리시바이러스를 포함한다. 바이러스는 불활성화되도록 적어도 30 초, 적어도 1 분, 적어도 2 분, 적어도 3 분, 적어도 4 분, 적어도 5 분, 적어도 30 분, 적어도 1 시간, 또는 적어도 2 시간 동안 질화규소 분말과 접촉할 수 있다.In some embodiments, the layer with silicon nitride can inactivate viruses that come into contact with the layer of the antiviral face mask. For example, virus-containing droplets or aerosols are captured by the mask fibers and the silicon nitride powder inactivates them. Non-limiting examples of viruses that can be inactivated or prevented from spreading through a face mask include coronavirus, SARS-CoV-2, influenza A, influenza B, enterovirus, and feline calicivirus. The virus may be contacted with the silicon nitride powder for at least 30 seconds, at least 1 minute, at least 2 minutes, at least 3 minutes, at least 4 minutes, at least 5 minutes, at least 30 minutes, at least 1 hour, or at least 2 hours to be inactivated.
다른 구현예에서, 질화규소 분말은 슬러리, 현탁액, 겔, 스프레이, 페인트, 또는 치약을 포함하나 이에 제한되지 않는 조성물에 혼입될 수 있다. 예를 들어, 이어서 표면에 적용되는 페인트와 같은 슬러리에 질화규소를 첨가하면 항균, 항진균, 및 항바이러스 표면을 제공할 수 있다. 다른 구현예에서, 질화규소는 임의의 적절한 분산제 및 슬러리 안정화제와 함께 물과 혼합될 수 있고, 이후에 슬러리를 다양한 표면 위에 분무함으로써 적용될 수 있다.In another embodiment, the silicon nitride powder can be incorporated into a composition including, but not limited to, a slurry, suspension, gel, spray, paint, or toothpaste. For example, adding silicon nitride to a paint-like slurry that is then applied to the surface can provide an antibacterial, antifungal, and antiviral surface. In another embodiment, silicon nitride can be mixed with water along with any suitable dispersants and slurry stabilizers and then applied by spraying the slurry onto various surfaces.
예에서, 항병원성 조성물은 질화규소 분말 및 물의 슬러리일 수 있다. 질화규소 분말은 약 0.1 vol.% 내지 약 20 vol.%의 농도로 슬러리에 존재할 수 있다. 다양한 구현예에서, 슬러리는 약 0.1 vol.%, 0.5 vol.%, 1 vol.%, 1.5 vol.%, 2 vol.%, 5 vol.%, 10 vol.%, 15 vol.%, 또는 20 vol.% 질화규소를 포함할 수 있다.In an example, the antipathogenic composition may be a slurry of silicon nitride powder and water. Silicon nitride powder may be present in the slurry at a concentration of about 0.1 vol.% to about 20 vol.%. In various embodiments, the slurry is about 0.1 vol.%, 0.5 vol.%, 1 vol.%, 1.5 vol.%, 2 vol.%, 5 vol.%, 10 vol.%, 15 vol.%, or 20 vol.% silicon nitride.
본원에는 바이러스, 박테리아, 및/또는 진균을 질화규소를 포함하는 항병원성 조성물과 접촉시킴으로써 병원체를 불활성화시키는 방법이 추가로 제공된다. 구현예에서, 방법은 장치 또는 기구를 질화규소로 코팅하는 단계 및 코팅된 기구를 바이러스, 박테리아, 또는 진균과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 기구를 코팅하는 것은 질화규소 분말을 기구의 표면에 적용하는 것을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 질화규소 분말은 장치 또는 기구 내에 혼입되거나 또는 함침될 수 있다.Further provided herein is a method of inactivating a pathogen by contacting a virus, bacteria, and/or fungus with an antipathogenic composition comprising silicon nitride. In an embodiment, a method may include coating a device or instrument with silicon nitride and contacting the coated instrument with a virus, bacteria, or fungus. Coating the appliance may include applying silicon nitride powder to the surface of the appliance. In another embodiment, the silicon nitride powder can be incorporated into or impregnated into a device or appliance.
특정 이론에 제한되지 않고, 항병원성 조성물은 알칼리 에스테르 교환 반응에 의해 바이러스 작용을 감소시키고 헤마글루티닌의 활성을 감소시킬 수 있다. 놀랍게도 질화규소 분말은 (i) RNA 뉴클레오티드간 결합의 파손을 통해 알칼리 에스테르 교환 반응에 의한 바이러스 작용을 현저하게 감소시키고 (ii) 헤마글루티닌의 활성을 현저하게 감소시켜 바이러스 표면 상의 단백질 구조를 변성시킴으로써 숙주 세포 인식을 파괴하여 바이러스 외피의 존재과 관계 없이 바이러스의 불활성화를 야기함을 밝혀내었다.Without being limited to a particular theory, the anti-pathogenic composition may reduce viral action by alkaline transesterification and reduce the activity of hemagglutinin. Surprisingly, silicon nitride powder (i) significantly reduces viral action by alkali transesterification through breakage of RNA internucleotide bonds and (ii) significantly reduces hemagglutinin activity to denature the protein structure on the surface of the virus. It has been found that disrupting host cell recognition results in inactivation of the virus regardless of the presence of a viral envelope.
구현예에서, 항병원성 조성물은 다음을 나타내는 용리 동역학을 나타낼 수 있다: (i) 통상의 기체 상태보다 오히려 고체 상태로부터 암모니아의 느리지만 연속적인 용리; (ii) 포유동물 세포에 대한 손상 또는 부정적인 효과 없음; 및 (iii) pH가 감소함에 따라 증가하는 지능적 용리. 더욱이, 질화규소의 무기 속성은 포유동물 세포에 해를 끼치거나 또는 토양, 식물, 및 채소 또는 과일에서 잔류 효과를 갖는 것으로 알려진 석유화학 또는 유기금속 살균제, 살바이러스제, 및 살진균제의 사용보다 더 유익할 수 있다.In embodiments, the antipathogenic composition may exhibit elution kinetics exhibiting: (i) slow but continuous elution of ammonia from the solid state rather than the usual gas phase; (ii) no damage or adverse effects on mammalian cells; and (iii) intelligent elution that increases with decreasing pH. Moreover, the inorganic properties of silicon nitride may be more beneficial than the use of petrochemical or organometallic fungicides, viricides, and fungicides that are known to harm mammalian cells or have residual effects in soil, plants, and vegetables or fruits. can
또한 놀랍게도 질화규소 입자는 병원체의 외피 또는 막 상의 스파이크 단백질에 전기적으로 유인되고 부착될 수 있음을 밝혀내었다.It has also surprisingly been found that silicon nitride particles can be electrically attracted and attached to spike proteins on the envelope or membrane of pathogens.
또한 본원에는 인간 환자에 위치한 병원체를 용해시키거나 또는 불활성화시키는 방법이 제공된다. 예를 들어, 병원체는 바이러스, 박테리아, 또는 진균일 수 있다. 방법은 환자를 질화규소를 포함하는 장치, 기구, 또는 조성물과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 임의의 하나의 이론에 제한되지 않고, 질화규소는 병원체를 불활성화시킨다. 장치, 기구, 또는 조성물은 약 1 wt.% 내지 약 100 wt.% 질화규소를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 장치 또는 기구는 장치 또는 기구의 표면 상에 약 1 wt.% 내지 약 100 wt.% 질화규소를 포함할 수 있다. 구현예에서, 장치 또는 기구는 모놀리식 질화규소 세라믹일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 장치 또는 기구는 질화규소 분말 코팅과 같은 질화규소 코팅을 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 장치 또는 기구는 장치의 본체에 질화규소를 혼입할 수 있다. 예를 들어, 질화규소 분말은 당업계에 알려진 방법을 사용하여 장치 또는 기구의 본체에 혼입되거나 또는 함침될 수 있다.Also provided herein are methods for lysing or inactivating pathogens located in human patients. For example, the pathogen may be a virus, bacterium, or fungus. The method may include contacting the patient with a device, appliance, or composition comprising silicon nitride. Without being limited by any one theory, silicon nitride inactivates pathogens. The device, apparatus, or composition may include from about 1 wt.% to about 100 wt.% silicon nitride. In some examples, a device or appliance may include from about 1 wt.% to about 100 wt.% silicon nitride on a surface of the device or appliance. In an embodiment, the device or apparatus may be a monolithic silicon nitride ceramic. In another embodiment, the device or appliance may include a silicon nitride coating, such as a silicon nitride powder coating. In another embodiment, the device or appliance may incorporate silicon nitride into the body of the device. For example, silicon nitride powder may be incorporated or impregnated into the body of a device or appliance using methods known in the art.
일부 구현예에서, 장치 또는 기구는 적어도 1 분, 적어도 5 분, 적어도 30 분, 적어도 1 시간, 적어도 2 시간, 적어도 5 시간, 또는 적어도 1 일 동안 환자 또는 사용자와 접촉될 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 장치 또는 기구는 환자에게 영구적으로 이식될 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 장치 또는 기구는 사용자에 의해 외부로 착용될 수 있다.In some implementations, the device or instrument can be in contact with the patient or user for at least 1 minute, at least 5 minutes, at least 30 minutes, at least 1 hour, at least 2 hours, at least 5 hours, or at least 1 day. In at least one example, the device or appliance may be permanently implanted in a patient. In at least one example, the device or appliance may be worn externally by a user.
실시예Example
실시예 1: 바이러스 불활성화에 대한 질화규소 농도의 영향Example 1: Effect of silicon nitride concentration on virus inactivation
바이러스의 불활성화에 대한 질화규소 농도의 영향을 나타내기 위해, 인플루엔자 A를 다양한 농도의 Si3N4 분말에 노출시켰다. 질화규소를 제조하기 위해, 특정 중량의 질화규소 분말을 순수한 증류수와 혼합하였다. 예를 들면, 질화규소 7.5 g을 순수한 증류수 92.5 g에 분산시켰다. 바이러스를 이 혼합물에 각각 1:1, 1:10 및 1:100 바이러스/혼합물의 농도로 첨가하였다. 이어서 이들 혼합물을 4℃에서 10 분 동안 부드러운 교반 하에 인큐베이션하도록 하였다. 인플루엔자 A를 도 2a에 예시된 바와 같이, 4℃에서 10 분 동안 0 wt.%, 7.5 wt.%, 15 wt.%, 및 30 wt.% Si3N4에 노출시켰다. 이어서 혼합물을 여과하여 질화규소 분말을 제거하였다.To show the effect of silicon nitride concentration on virus inactivation, influenza A was exposed to various concentrations of Si 3 N 4 powder. To produce silicon nitride, a certain weight of silicon nitride powder is mixed with pure distilled water. For example, 7.5 g of silicon nitride was dispersed in 92.5 g of pure distilled water. Virus was added to this mixture at concentrations of 1:1, 1:10 and 1:100 virus/mixture, respectively. These mixtures were then allowed to incubate at 4° C. for 10 minutes under gentle agitation. Influenza A was exposed to 0 wt.%, 7.5 wt.%, 15 wt.%, and 30 wt.% Si 3 N 4 at 4° C. for 10 minutes, as illustrated in FIG. 2A. The mixture was then filtered to remove the silicon nitride powder.
이어서 인플루엔자 A 바이러스-접종된 원위세뇨관(MDCK) 세포를 인플루엔자 A를 불활성시키는 Si3N4의 효과에 대해 관찰하였다. 이어서 나머지 혼합물을 생물기원 배지 내에 살아있는 MDCK 세포를 함유하는 페트리 접시에 접종하였다. 후속적으로 살아있는 MDCK 세포의 양을 노출 3 일 후 염색 방법을 사용하여 카운트하였다. MDCK 세포의 생존력은 도 2b에 따라 세포에 Si3N4에 노출된 인플루엔자 A로 3 일 동안 접종한 후 결정하였다.Influenza A virus-inoculated distal tubule (MDCK) cells were then observed for the effect of Si 3 N 4 to inactivate influenza A. The remaining mixture was then inoculated into Petri dishes containing live MDCK cells in biogenic medium. Subsequently, the amount of live MDCK cells was counted using the staining method after 3 days of exposure. The viability of MDCK cells was determined after inoculation of the cells with influenza A exposed to Si 3 N 4 for 3 days according to FIG. 2B .
도 4a는 10 분 동안 0 wt.%, 7.5 wt.%, 15 wt.%, 및 30 wt.% Si3N4에 노출된 인플루엔사 A에 대한 PFU/100 μl의 그래프이다. 도 4b는 10 분 동안 7.5 wt.%, 15 wt.%, 및 30 wt.% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A로 접종된 세포의 세포 생존가능성 그래프이다. 4A is a graph of PFU/100 μl for Influenza A exposed to 0 wt.%, 7.5 wt.%, 15 wt.%, and 30 wt.% Si 3 N 4 for 10 minutes. 4B is a graph of cell viability of cells inoculated with influenza A exposed to 7.5 wt.%, 15 wt.%, and 30 wt.% Si 3 N 4 for 10 minutes.
실시예 2: 바이러스 불활성화에 대한 노출 시간 및 온도의 영향Example 2: Effect of exposure time and temperature on viral inactivation
바이러스의 불활성화에 대한 질화규소의 영향을 나타내기 위해, 인플루엔자 A를 다양한 시간 및 온도 동안 고정된 농도의 Si3N4 분말(15 wt.%)에 노출시켰다. 이어서 혼합물을 실온 및 4℃에서 1-30 분 동안 부드러운 교반 하에 인큐베이션하도록 하였다. 예를 들어, 인플루엔자 A를 도 3a에 예시된 바와 같이, 실온 또는 4℃에서 1, 5, 10, 또는 30 분 동안 15 wt.% Si3N4에 노출시켰다. 이어서 인플루엔자 A 바이러스-접종된 원위세뇨관(MDCK) 세포를 인플루엔자 A를 불활성화시키는 Si3N4의 효과에 대해 관찰하였다. MDCK 세포의 생존력은 도 3b에 따라 세포에 Si3N4에 노출된 인플루엔자 A로 3 일 동안 접종한 후 결정하였다.To show the effect of silicon nitride on virus inactivation, influenza A was exposed to a fixed concentration of Si 3 N 4 powder (15 wt.%) for various times and temperatures. The mixture was then allowed to incubate at room temperature and 4° C. for 1-30 minutes under gentle agitation. For example, influenza A was exposed to 15 wt.% Si 3 N 4 for 1, 5, 10, or 30 minutes at room temperature or 4° C., as illustrated in FIG. 3A . Influenza A virus-inoculated distal tubule (MDCK) cells were then observed for the effect of Si 3 N 4 to inactivate influenza A. The viability of MDCK cells was determined after inoculation of the cells with influenza A exposed to Si 3 N 4 for 3 days according to FIG. 3B .
도 7a는 실온에서 1 분, 5 분, 10 분, 또는 30 분 동안 15 wt.% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A에 대한 PFU/100 μl의 그래프이다. 도 7b는 실온에서 1 분, 5 분, 10 분, 또는 30 분 동안 15 wt.% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A로 접종된 MDCK 세포의 세포 생존가능성 그래프이다. 7A is a graph of PFU/100 μl for influenza A exposed to 15 wt.% Si 3 N 4 for 1 minute, 5 minutes, 10 minutes, or 30 minutes at room temperature. 7B is a graph of cell viability of MDCK cells inoculated with influenza A exposed to 15 wt.% Si 3 N 4 for 1 minute, 5 minutes, 10 minutes, or 30 minutes at room temperature.
도 8a는 4℃에서 1 분, 5 분, 10 분, 또는 30 분 동안 15 wt.% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A에 대한 PFU/100 μl의 그래프이다. 도 8b는 4℃에서 1 분, 5 분, 10 분, 또는 30 분 동안 15 wt.% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A로 접종된 MDCK 세포 생존가능성 그래프이다. 8A is a graph of PFU/100 μl for influenza A exposed to 15 wt.% Si 3 N 4 for 1 minute, 5 minutes, 10 minutes, or 30 minutes at 4° C. FIG. FIG. 8B is a graph of MDCK cell viability inoculated with influenza A exposed to 15 wt.% Si 3 N 4 at 4° C. for 1 minute, 5 minutes, 10 minutes, or 30 minutes.
실시예 3: H1H1 인플루엔자 A 불활성화에 대한 질화규소의 영향Example 3: Effect of silicon nitride on H1H1 influenza A inactivation
바이러스의 불활성화에 대한 질화규소의 영향을 나타내기 위해, 인플루엔자 A를 10 분 동안 15 wt.% 질화규소의 슬러리에 노출시켰다.To show the effect of silicon nitride on virus inactivation, influenza A was exposed to a slurry of 15 wt.% silicon nitride for 10 minutes.
도 15a-15c는 모든 진핵생물 세포에서 발견되는 사상체 액틴(F-액틴) 단백질의 존재에 대해 녹색으로 염색된 MDCK 세포를 함유하는 생물기원 배지에 접종 후 적색(핵단백질, NP)으로 염색된 H1H1 인플루엔자 A 바이러스(A/Puerto Rico/8/1934 H1N1 (PR8))를 나타낸다. 도 16a-16c는 질화규소의 부재 하에 MDCK 세포에 대한 바이러스의 영향을 나타낸다. 15A - 15C show H1H1 staining red (nucleoprotein, NP) after inoculation into biogenic medium containing MDCK cells stained green for the presence of the filamentous actin (F-actin) protein found in all eukaryotic cells. Influenza A virus (A/Puerto Rico/8/1934 H1N1 (PR8)). 16A - 16C show the effect of viruses on MDCK cells in the absence of silicon nitride.
실시예 4: MDCK 세포에서 질화규소에 의한 인플루엔자 A 살바이러스 활성 평가Example 4: Evaluation of influenza A virucidal activity by silicon nitride in MDCK cells
이 연구는 30 분의 인큐베이션 시점 및 15 wt.%/vol의 농도에서 인플루엔자 A에 대한 베타-질화규소(β-Si3N4) 분말의 항바이러스 능력을 조사하도록 설계되었다. 15 wt.% 현탁액을 첨가제 없이 DMEM에 희석된 바이러스 1.5 mL에서 제조하였다.This study was designed to investigate the antiviral ability of beta-silicon nitride (β-Si 3 N 4 ) powder against influenza A at a concentration of 15 wt.%/vol and at an incubation time point of 30 minutes. A 15 wt.% suspension was prepared from 1.5 mL of virus diluted in DMEM without additives.
플라크 검정 방법론을 활용하였다. 플라크 검정을 적절하게 정량화하기 위해, 원위세뇨관 세포(MDCK)의 생존력을 30 분 내지 72 시간 범위의 인큐베이션 기간 동안 다양한 농도의 Si3N4에 노출의 함수로서 평가하였다. 결과는 Si3N4가 미리 선택된 조건에서 바이러스 부하의 > 99.98% 감소로 인플루엔자 A에 대해 완전히 살바이러스성임을 입증하였다. MDCK 세포의 생존력은 시간- 및 용량-의존적인 것으로 밝혀졌다. 본질적으로 최대 15 wt.%/vol의 Si3N4 농도에 대해 생존력 손실은 관찰되지 않았다. 생존력의 변화는 24, 48, 및 72 시간에 15 wt.% 농도에 대해서만 언급되었다(즉, 각각 83.3%, 59.7%, 및 44.0% 생존가능).A plaque assay methodology was utilized. To adequately quantify the plaque assay, viability of distal tubule cells (MDCK) was assessed as a function of exposure to various concentrations of Si 3 N 4 for incubation periods ranging from 30 minutes to 72 hours. Results demonstrated that Si 3 N 4 was completely virucidal against influenza A with >99.98% reduction in viral load under preselected conditions. The viability of MDCK cells was found to be time- and dose-dependent. Essentially no loss of viability was observed for Si 3 N 4 concentrations up to 15 wt.%/vol. Changes in viability were noted only for the 15 wt.% concentration at 24, 48, and 72 hours (i.e., 83.3%, 59.7%, and 44.0% viability, respectively).
이 연구에서 사용되는 Si3N4 분말은 90 wt.% α-Si3N4, 6 wt.% 이트리아(Y2O3), 및 4 wt.% 알루미나(Al2O3)의 공칭 조성을 가졌다. 이는 무기 구성성분을 수성 혼합 및 분무 건조한 후, 분무 건조된 과립을 소결하고(~3 시간 동안 ~1700℃), 열간 등방압 가압하고(~1600℃, 2 시간, N2에서 140 MPa), 수성-기반 분쇄하고, 동결 건조시켜 제조하였다. 생성된 분말은 도 17에 제시된 바와 같이 0.8 ± 1.0 μm의 평균 입자 크기를 갖는 삼봉 분포를 가졌다. Si3N4를 Y2O3 및 Al2O3으로 도핑하는 것은 세라믹의 밀도를 높이고 소결 동안 α-상에서 β-상으로 전환하는 데 유용하다. 고밀화 메커니즘은 냉각 동안 굳어지는 일시적인 입계 액체의 형성에 의해 촉진되는 α-상의 해리 및 β-상 알갱이의 후속 침전을 통해 수행된다. 따라서 β-Si3N4는 약 10 wt.% 입계 유리 상(IGP) 및 90 wt.% 결정질 β-Si3N4 알갱이로 구성된 복합재이다.The Si 3 N 4 powder used in this study had a nominal composition of 90 wt.% α -Si 3 N 4 , 6 wt.% yttria (Y 2 O 3 ), and 4 wt.% alumina (Al 2 O 3 ). had This is achieved by aqueous mixing and spray drying of the inorganic constituents, followed by sintering of the spray dried granules (~1700°C for ~3 hours), hot isostatic pressing (~1600°C, 2 hours, 140 MPa in N 2 ), and aqueous It was prepared by pulverizing the -base and freeze-drying it. The resulting powder had a trimodal distribution with an average particle size of 0.8±1.0 μm as shown in FIG. 17 . Doping Si 3 N 4 with Y 2 O 3 and Al 2 O 3 is useful for increasing the density of ceramics and converting α-phase to β-phase during sintering. The densification mechanism is carried out through the dissociation of the α-phase and the subsequent precipitation of the β-phase grains, facilitated by the formation of a transient intergranular liquid that hardens during cooling. Thus, β-Si 3 N 4 is a composite material composed of about 10 wt.% intergranular glass phase (IGP) and 90 wt.% crystalline β-Si 3 N 4 grains.
이 연구에서 3 가지 순차적 검정을 수행하였다: (1) MDCK 생존력 테스트; (2) 원심분리 및 여과를 사용하거나 또는 사용하지 않는 인플루엔자 A 상청액 적정 테스트; 및 (3) 30m의 인큐베이션 기간 동안 바이러스 억제제로서 15 wt.%/vol Si3N4를 사용한 바이러스 적정.Three sequential assays were performed in this study: (1) MDCK viability test; (2) Influenza A supernatant titration test with or without centrifugation and filtration; and (3) virus titration using 15 wt.%/vol Si 3 N 4 as virus inhibitor for an incubation period of 30 m.
도 18에서, MDCK 세포의 생존력은 β-Si3N4 농도(wt.%/mL)의 함수로서 제시되어 있다. 15 wt.%에서 시작하여, 0.047 wt.%에 도달하도록 연속 희석을 수행하였다. 더 낮은 농도에서, 세포 생존력은 일반적으로 최대 72 시간의 모든 시점 동안 > 80%였다. 또한 세포 생존력이 일반적으로 15 wt.%를 제외한 모든 농도에 대해 노출 시간에 따라 증가하였음에 주목한다. 15 wt.% 및 30-분 노출에서 세포 생존력은 ~94.5%였다.In FIG. 18 , viability of MDCK cells is presented as a function of β-Si 3 N 4 concentration (wt.%/mL). Starting at 15 wt.%, serial dilutions were performed to reach 0.047 wt.%. At lower concentrations, cell viability was generally >80% for all time points up to 72 hours. Also note that cell viability generally increased with exposure time for all concentrations except 15 wt.%. Cell viability was -94.5% at 15 wt.% and 30-minute exposure.
MDCK 세포 생존력 결정 후, 세포에 바이러스 및 샘플을 첨가하기 24 시간 전에, MDCK 세포를 10% 소 태아 혈청(FBS)이 보충된 Dulbecco의 최소 필수 배지(DMEM)에서 2 mL 부피씩 1 x 106 개의 세포/웰의 밀도로 6-웰 플레이트에 플레이팅하였다. 검정 당일에, 1 x 104 PFU/mL의 첨가제 없이 DMEM에 희석된 바이러스 중 질화규소 15 wt.%의 3중 샘플을 진탕하명서 실온에서 30 분 동안 인큐베이션하였다. 인큐베이션 후, 샘플을 4℃ 및 12,000 rpm에서 2 분 동안 원심분리하고, 0.2-미크론 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF) 필터를 통해 추가로 여과하였다. 이어서 샘플을 1:5로 연속으로 희석하고 7 개의 농도를 Dulbecco의 포스페이트 완충 염수(DPBS)로 2 회 세척한 세포에 400 μL 부피씩 삼중으로 첨가하였다. 샘플을 15 내지 20 분마다 흔들면서 37℃에서 1 시간 동안 인큐베이션하였다. 인큐베이션 후, 플라크 검정 배지 2 mL를 웰에 첨가하고 배양물을 35℃/5% CO2에서 48 시간 동안 인큐베이션하였다. 인큐베이션 후, 세포를 크리스탈 바이오렛으로 염색하고 플라크를 시각적으로 열거하였다.After MDCK cell viability determination, 24 h prior to addition of virus and samples to the cells, MDCK cells were cultured at 1 x 10 6 cells in a 2 mL volume in Dulbecco's Minimum Essential Medium (DMEM) supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS). Plated in 6-well plates at a density of cells/well. On the day of assay, triplicate samples of 15 wt.% silicon nitride in virus diluted in DMEM without additives at 1 x 10 4 PFU/mL were incubated for 30 minutes at room temperature with shaking. After incubation, samples were centrifuged at 4° C. and 12,000 rpm for 2 minutes and further filtered through a 0.2-micron polyvinylidene difluoride (PVDF) filter. Samples were then serially diluted 1:5 and 7 concentrations were added in triplicate in 400 μL volumes to cells washed twice with Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (DPBS). Samples were incubated at 37° C. for 1 hour with shaking every 15-20 minutes. After incubation, 2 mL of plaque assay medium was added to the wells and the cultures were incubated at 35° C./5% CO 2 for 48 hours. After incubation, cells were stained with crystal biolette and plaques were visually enumerated.
염색 당일에, 플라크화 배지를 제거하고, 단층을 DPBS로 2 회 세척하였다. 이어서 세포를 실온에서 10 분 동안 70% 에탄올로 고정시켰다. 에탄올을 제거하고, 0.3% 크리스탈 바이올렛 용액을 실온에서 10 분 동안 각 웰에 첨가하였다. 이 인큐베이션 후, 크리스탈 바이올렛을 제거하고, 단층을 DPBS로 2 회 세척하여 잔류 크리스탈 바이올렛을 제거하였다. 플라크를 카운팅하기 전에 단층을 밤새 공기 건조시켰다.On the day of staining, plaque medium was removed and monolayers were washed twice with DPBS. Cells were then fixed with 70% ethanol for 10 min at room temperature. Ethanol was removed, and a 0.3% crystal violet solution was added to each well for 10 minutes at room temperature. After this incubation, the crystal violet was removed and the monolayer was washed twice with DPBS to remove residual crystal violet. Monolayers were air-dried overnight before plaques were counted.
살바이러스 테스트를 15 wt.%/vol의 농도 및 30 분에 수행하였다. 원심분리 및 여과의 공정 단계는 바이러스 부하를 약 0.25 log10만큼만 감소시켰다. 이 결과를 고려하며, 이어서 후속 적정을 30 분 동안 Si3N4에 바이러스의 노출이 있거나 없이 수행하였다. Si3N4가 없는 적정에 대한 농도는 ISO 21702(플라스틱 및 다른 비다공성 표면에 대한 항바이러스 활성 측정)에 기반하여 4.4 x 103 pfu/ml인 것으로 선험적으로 선택되었다. Si3N4에 노출한 지 30 분 후, MDCK 세포 상에 플라크가 형성되지 않았다. Si3N4는 인플루엔자 A를 불활성화시키는 데 100% 효과적인 것으로 간주되었다. 30 m 동안 Si3N4 분말에 노출 전 및 후의 바이러스 역가의 직접 비교는 도 19에 제공되어 있다. 데이터는 Si3N4에 노출 후 바이러스 부하의 > 3.5log10 감소(즉, >99.98%)를 분명하게 입증한다.Viricidal tests were performed at a concentration of 15 wt.%/vol and 30 minutes. The process steps of centrifugation and filtration only reduced the viral load by about 0.25 log 10 . Taking this result into account, subsequent titrations were then performed with or without exposure of the virus to Si 3 N 4 for 30 minutes. The concentration for the titration without Si 3 N 4 was chosen a priori to be 4.4 x 10 3 pfu/ml based on ISO 21702 ( Determination of antiviral activity on plastics and other non-porous surfaces ). After 30 minutes of exposure to Si 3 N 4 , no plaques were formed on the MDCK cells. Si 3 N 4 was considered 100% effective in inactivating influenza A. A direct comparison of viral titers before and after exposure to Si 3 N 4 powder for 30 m is provided in FIG. 19 . The data clearly demonstrate a >3.5 log 10 reduction (ie >99.98%) of viral load after exposure to Si 3 N 4 .
요약하면, 이들 테스트는 MDCK 세포에 Si3N4의 노출이 15 wt.%/vol 미만의 농도 또는 ≤ 30 분의 기간에서 불리한 생존력에 영향을 미치지 않았음을 입증하였다. 4.4 x 103 pfu/ml의 부하에서 30 분 노출 시 15 wt.%/vol Si3N4의 항바이러스 테스트 조건에서, Si3N4는 본질적으로 노출된 비리온의 100%를 불활성화시켰다. Si3N4는 이들 조건 하에 인플루엔자 A에 대해 살바이러스성으로 밝혀졌다.In summary, these tests demonstrated that exposure of Si 3 N 4 to MDCK cells did not adversely affect viability at concentrations less than 15 wt.%/vol or for periods of ≤ 30 minutes. In antiviral test conditions of 15 wt.%/vol Si 3 N 4 at 30 min exposure at a load of 4.4 x 10 3 pfu/ml, Si 3 N 4 essentially inactivated 100% of the exposed virions. Si 3 N 4 was found to be virucidal against influenza A under these conditions.
실시예 5: MDCK 세포 및 인플루엔자 A에 대한 α-SiExample 5: α-Si against MDCK cells and influenza A 33 NN 44 분말의 영향 effect of powder
α-Si3N4 분말을 먼저 30 분, 24 시간, 48 시간 및 72 시간 동안 노출 후 MDCK 세포에 대한 독성에 대해 평가하였다. 15 중량%(wt.%) 현탁액을 2% 소 태아 혈청(FBS)이 보충된 Dulbecco의 변형된 이글 배지(DMEM) 1.5 mL에서 제조하였다.α-Si 3 N 4 powders were first evaluated for toxicity to MDCK cells after exposure for 30 minutes, 24 hours, 48 hours and 72 hours. A 15% by weight (wt.%) suspension was prepared in 1.5 mL of Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM) supplemented with 2% fetal bovine serum (FBS).
세포에 샘플을 첨가하기 24 시간 전에, 상기 기재된 바와 같이 제조된 α-Si3N4 분말 현탁액을 진탕하면서 실온에서 30 분 동안 인큐베이션하였다. 인큐베이션 후, 현탁액을 4℃에서 12,000 rpm으로 2 분 동안 원심분리하였다. 상청액을 0.2-미크론 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF) 필터를 통해 추가로 여과한 다음 1 /2-로그 증분으로 연속하여 희석하였다. 6 개의 농도를 사전 플레이팅된 세포에 200 μL의 부피로 삼중으로 첨가하였다. 플레이트를 30 분, 24, 48, 및 72 시간 동안 인큐베이션하였으며 이때 세포를 하기 기재된 바와 같이 테트라졸륨 염료 XTT(2,3-비스(2-메톡시-4-니트로-5-설포페닐)-5-[(페닐아미노)카보닐]-2H-테트라졸륨 하이드록사이드)를 사용하여 세포 독성에 대해 평가하였다.Twenty-four hours before adding the samples to the cells, the α-Si 3 N 4 powder suspension prepared as described above was incubated for 30 minutes at room temperature with shaking. After incubation, the suspension was centrifuged for 2 minutes at 12,000 rpm at 4°C. The supernatant was further filtered through a 0.2-micron polyvinylidene difluoride (PVDF) filter and then serially diluted in half-log increments. Six concentrations were added to the pre-plated cells in triplicate in a volume of 200 μL. The plates were incubated for 30 minutes, 24, 48, and 72 hours at which time the cells were inoculated with the tetrazolium dye XTT (2,3-bis(2-methoxy-4-nitro-5-sulfophenyl)-5- as described below. [(phenylamino)carbonyl]-2H-tetrazolium hydroxide) was used to evaluate for cytotoxicity.
테스트 재료에 대한 TC50 값은 테트라졸륨 염료 XTT의 환원을 측정함으로써 유도하였다. 대사적으로 활성인 세포의 XTT는 미토콘드리아 효소 NADPH 산화효소에 의해 가용성 포르마잔 생성물로 대사된다. XTT 용액을 첨가제가 없는 DMEM 중 1 mg/mL의 스톡으로 매일 제조하였다. 페나진 메토설페이트(PMS) 용액을 Dulbecco의 포스페이트 완충 염수(DPBS) 중 0.15 mg/mL로 제조하고 -20℃에서 암실에서 저장하였다. XTT/PMS 스톡은 사용 직전에 XTT 용액 mL 당 PMS 40 μL를 첨가하여 제조하였다. XTT/PMS 50 μL(50 4)를 플레이트의 각 웰에 첨가하고 플레이트를 37℃에서 4 시간 동안 인큐베이션하였다. 4-시간 인큐베이션은 각 검정에 대해 표시된 수의 세포에 따라 XTT 염료 환원에 대한 선형 반응 범위 내에 있는 것으로 경험적으로 결정되었다. 플레이트를 밀봉하고 여러 번 뒤집어 가용성 포르마잔 생성물을 혼합하고 플레이트를 Molecular Devices SpectraMax Plus 384 96 웰 플레이트 형식 분광광도계로 450 nm(650 nm 참조 파장)에서 판독하였다.TC50 values for the test materials were derived by measuring the reduction of the tetrazolium dye XTT. XTT in metabolically active cells is metabolized to soluble formazan products by the mitochondrial enzyme NADPH oxidase. XTT solutions were prepared daily as stocks of 1 mg/mL in DMEM without additives. A solution of phenazine methosulfate (PMS) was prepared at 0.15 mg/mL in Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (DPBS) and stored in the dark at -20°C. XTT/PMS stocks were prepared by adding 40 μL of PMS per mL of XTT solution immediately prior to use. 50 μL (50 4 ) of XTT/PMS was added to each well of the plate and the plate was incubated at 37° C. for 4 hours. A 4-hour incubation was empirically determined to be within the linear response range for XTT dye reduction according to the indicated number of cells for each assay. The plate was sealed and inverted several times to mix the soluble formazan product and the plate was read on a Molecular Devices SpectraMax Plus 384 96 well plate format spectrophotometer at 450 nm (650 nm reference wavelength).
MDCK 세포를 30 분, 24 시간, 48 시간 및 72 시간 동안 15 wt.% 내지 0.047 wt. % 범위의 6 개 농도의 α-Si3N4 분말로 처리하였다. 도 20에서, MDCK 세포의 생존력은 α-Si3N4 농도(wt.%/mL)의 함수로서 제시된다. 노출 30 분 후 모든 농도로 처리된 세포는 각각 89% 및 83% 생존력을 갖는 4.7 wt.% 및 15 wt.%로 처리된 세포를 제외하고 90% 초과의 생존력을 가졌다. 24 시간에 각 농도로 처리된 세포의 생존력은 92% 초과로 유지되었다. 48 시간에 생존력은 1.5 wt.%, 4.7 wt.% 및 15 wt.%로 처리된 세포에서 90% 미만으로 떨어졌지만(각각 89.1%, 88.7% 및 74.0%) 72 시간에 15 wt. %로 처리된 세포만 90% 미만의 생존력을 가졌다(87.5 %).MDCK cells were treated with 15 wt.% to 0.047 wt. It was treated with α-Si 3 N 4 powder at 6 concentrations in the % range. In FIG. 20 , viability of MDCK cells is presented as a function of α-Si 3 N 4 concentration (wt.%/mL). Cells treated with all concentrations after 30 minutes of exposure had viability greater than 90%, except for cells treated with 4.7 wt.% and 15 wt.%, which had 89% and 83% viability, respectively. At 24 hours, the viability of cells treated with each concentration remained above 92%. At 48 h, viability fell to less than 90% in cells treated with 1.5 wt.%, 4.7 wt.%, and 15 wt.% (89.1%, 88.7%, and 74.0%, respectively), but at 72 h, 15 wt. % only had viability less than 90% (87.5%).
이어서 α-Si3N4 분말을 MDCK 세포 중 인플루엔자 A 균주 A/PR/8/34에 대한 살바이러스 활성에 대해 평가하였다. 15 wt.% 현탁액을 첨가제가 없는 DMEM에 희석된 바이러스 1.5 mL에서 제조하였다.The α-Si 3 N 4 powder was then evaluated for viricidal activity against influenza A strain A/PR/8/34 in MDCK cells. A 15 wt.% suspension was prepared from 1.5 mL of virus diluted in DMEM without additives.
세포에 바이러스 및 샘플을 첨가하기 24 시간 전에, MDCK 세포를 10% 소 태아 혈청(FBS)이 보충된 Dulbecco의 최소 필수 배지(DMEM) 중 2 mL 부피씩 1 x 106 개의 세포/웰의 밀도로 6-웰 플레이트에 플레이팅하였다. 검정 당일에, 1 x 104 PFU/mL의 첨가제가 없이 DMEM에 희석된 바이러스 중 15 wt.% α-Si3N4의 삼중 샘플을 진탕하면서 실온에서 30 분 동안 인큐베이션하였다. 인큐베이션 후, 샘플을 4℃ 및 12,000 rpm에서 2 분 동안 원심분리하고, 0.2-미크론 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF) 필터를 통해 추가로 여과하였다. 이어서 샘플을 1:5로 연속으로 희석하고 7 개의 농도를 Dulbecco의 포스페이트 완충 염수(DPBS)로 2 회 세척된 세포에 400 mL 부피씩 삼중으로 첨가하였다. 샘플을 15 내지 20 분마다 흔들면서 37℃에서 1 시간 동안 인큐베이션하였다. 인큐베이션 후, 플라크 검정 배지 2 mL를 웰에 첨가하고 배양물을 35℃/5% CO2에서 48 시간 동안 인큐베이션하였다. 인큐베이션 후, 세포를 크리스탈 바이올렛으로 염색하고 플라크를 시각적으로 열거하였다.24 h before adding virus and samples to the cells, MDCK cells were grown at a density of 1 x 10 6 cells/well in a volume of 2 mL in Dulbecco's Minimum Essential Medium (DMEM) supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS). Plated in 6-well plates. On the day of assay, triplicate samples of 15 wt.% α-Si 3 N 4 in virus diluted in DMEM without additives at 1×10 4 PFU/mL were incubated for 30 minutes at room temperature with shaking. After incubation, samples were centrifuged at 4° C. and 12,000 rpm for 2 minutes and further filtered through a 0.2-micron polyvinylidene difluoride (PVDF) filter. Samples were then serially diluted 1:5 and 7 concentrations were added in triplicate in 400 mL volumes to cells washed twice with Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (DPBS). Samples were incubated at 37° C. for 1 hour with shaking every 15-20 minutes. After incubation, 2 mL of plaque assay medium was added to the wells and the cultures were incubated at 35° C./5% CO 2 for 48 hours. After incubation, cells were stained with crystal violet and plaques were visually enumerated.
염색 당일에, 플라크화 배지를 제거하고, 단층을 DPBS로 2 회 세척하였다. 이어서 세포를 실온에서 10 분 동안 70% 에탄올로 고정시켰다. 에탄올을 제거하고, 0.3% 크리스탈 바이올렛 용액을 실온에서 10 분 동안 각 웰에 첨가하였다. 이 인큐베이션 후, 크리스탈 바이올렛을 제거하고, 단층을 DPBS로 2 회 세척하여 잔류 크리스탈 바이올렛을 제거하였다. 플라크를 카운팅하기 전에 단층을 밤새 공기 건조시켰다.On the day of staining, plaque medium was removed and monolayers were washed twice with DPBS. Cells were then fixed with 70% ethanol for 10 min at room temperature. Ethanol was removed, and a 0.3% crystal violet solution was added to each well for 10 minutes at room temperature. After this incubation, the crystal violet was removed and the monolayer was washed twice with DPBS to remove residual crystal violet. Monolayers were air-dried overnight before plaques were counted.
15 wt.% α-Si3N4 분말의 살바이러스 활성을 MDCK 세포 중 인플루엔자 바이러스 A 균주 A/PR8/34에 대해 평가하였다. 표적 바이러스 역가는 1 x 104 PFU/mL였고 실제 개별 복제물은 3.1 x 103, 3.8 x 103, 및 4.7 x 103 PFU/mL였으며 3.9 x 103 ± 0.8 x 103 PFU/mL의 평균 역가(및 표준 편차)를 산출하였다. 이 실제 역가는 표적화된 PFU/mL의 2 배 이내이다. α-Si3N4 분말 처리된 샘플은 단일 플라크가 있는 하나의 웰을 가졌으며 4.1의 PFU/mL를 초래하였다.The viricidal activity of 15 wt.% α-Si 3 N 4 powder was evaluated against influenza virus A strain A/PR8/34 in MDCK cells. The target virus titer was 1 x 10 4 PFU/mL and the actual individual replicates were 3.1 x 10 3 , 3.8 x 10 3 , and 4.7 x 10 3 PFU/mL, with an average titer of 3.9 x 10 3 ± 0.8 x 10 3 PFU/mL. (and standard deviation) was calculated. This actual titer is within 2-fold of the targeted PFU/mL. The α-Si 3 N 4 powder treated sample had one well with a single plaque and resulted in a PFU/mL of 4.1.
로그 감소는 2.98이었고 다음 방정식을 사용하여 계산하였다: log10(A/B) 여기서 A는 처리되지 않은 바이러스이고 B는 처리된 바이러스이다. 감소율은 99.89%였고 다음 방정식을 사용하여 계산하였다: (A-B) x 100/A 여기서 A는 처리되지 않은 바이러스이고 B는 처리된 바이러스이다. 30 분 동안 α-Si3N4 분말에 노출 전 및 후의 바이러스 역가 비교는 도 21에 제공된다. 따라서, 15 wt.%의 α-Si3N4 분말은 30-분 노출 후 인플루엔자 A 바이러스 균주 A/PR/8/34에 대해 살바이러스성이었다.The log reduction was 2.98 and was calculated using the equation: log 10 (A/B) where A is the untreated virus and B is the treated virus. The reduction was 99.89% and was calculated using the following equation: (AB) x 100/A where A is the untreated virus and B is the treated virus. A comparison of viral titers before and after exposure to α-Si 3 N 4 powder for 30 minutes is provided in FIG. 21 . Thus, 15 wt.% of α-Si 3 N 4 powder was virucidal against influenza A virus strain A/PR/8/34 after 30-minute exposure.
실시예 6: MDCK 세포에서 SiExample 6: Si in MDCK cells 33 NN 44 분말의 2 가지 형태에 의한 인플루엔자 A 살바이러스 활성 Influenza A viricidal activity by two forms of powder
α-Si3N4 및 β-Si3N4 분말의 5 및 10 wt.% 현탁액을 첨가제가 없는 DMEM에 희석된 바이러스 1.5 mL에서 제조하였다.5 and 10 wt.% suspensions of α-Si 3 N 4 and β-Si 3 N 4 powders were prepared in 1.5 mL of virus diluted in DMEM without additives.
세포에 바이러스 및 샘플을 첨가하기 24 시간 전에, MDCK 세포를 10% 소 태아 혈청(FBS)이 보충된 Dulbecco의 최소 필수 배지(DMEM) 중 2 mL 부피씩 1 x 106 개의 세포/웰의 밀도로 6-웰 플레이트에 플레이팅하였다. 검정 당일에, 1 x 104 PFU/mL의 첨가제가 없는 DMEM에 희석된 바이러스 중 10 및 5 wt.%의 α-Si3N4 및 β-Si3N4 분말의 삼중 샘플을 진탕하면서 실온에서 30 분 동안 인큐베이션하였다. 인큐베이션 후, 샘플을 4℃ 및 12,000 rpm에서 2 분 동안 원심분리하고, 0.2-미크론 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF) 필터를 통해 추가로 여과하였다. 이어서 샘플을 1:5로 연속으로 희석하고 7 개의 농도를 Dulbecco의 포스페이트 완충 염수(DPBS)로 2 회 세척된 세포에 400 μL 부피씩 삼중으로 첨가하였다. 샘플을 15 내지 20 분마다 흔들면서 37℃에서 1 시간 동안 인큐베이션하였다. 인큐베이션 후, 플라크 검정 배지 2 mL를 웰에 첨가하고 배양물을 35℃/5% CO2에서 48 시간 동안 인큐베이션하였다. 인큐베이션 후, 세포를 크리스탈 바이올렛으로 염색하고 플라크를 시각적으로 열거하였다.24 h before adding virus and samples to the cells, MDCK cells were grown at a density of 1 x 10 6 cells/well in a volume of 2 mL in Dulbecco's Minimum Essential Medium (DMEM) supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS). Plated in 6-well plates. On the day of the assay, triplicate samples of 10 and 5 wt.% of α-Si 3 N 4 and β-Si 3 N 4 powders in virus diluted in DMEM without additives at 1 x 10 4 PFU/mL were incubated at room temperature with shaking. Incubated for 30 minutes. After incubation, samples were centrifuged at 4° C. and 12,000 rpm for 2 minutes and further filtered through a 0.2-micron polyvinylidene difluoride (PVDF) filter. Samples were then serially diluted 1:5 and 7 concentrations were added in triplicate in 400 μL volumes to cells washed twice with Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (DPBS). Samples were incubated at 37° C. for 1 hour with shaking every 15-20 minutes. After incubation, 2 mL of plaque assay medium was added to the wells and the cultures were incubated at 35° C./5% CO 2 for 48 hours. After incubation, cells were stained with crystal violet and plaques were visually enumerated.
염색 당일에, 플래그화 배지를 제거하고, 단층을 DPBS로 2 회 세척하였다. 이어서 세포를 실온에서 10 분 동안 70% 에탄올로 고정시켰다. 에탄올을 제거하고, 0.3% 크리스탈 바이올렛 용액을 실온에서 10 분 동안 각 웰에 첨가하였다. 이 인큐베이션 후, 크리스탈 바이올렛을 제거하고, 단층을 DPBS로 2 회 세척하여 잔류 크리스탈 바이올렛을 제거하였다. 플라크를 카운팅하기 전에 단층을 밤새 공기 건조하였다.On the day of staining, flagging medium was removed and monolayers were washed twice with DPBS. Cells were then fixed with 70% ethanol for 10 min at room temperature. Ethanol was removed, and a 0.3% crystal violet solution was added to each well for 10 minutes at room temperature. After this incubation, the crystal violet was removed and the monolayer was washed twice with DPBS to remove residual crystal violet. Monolayers were air dried overnight before plaques were counted.
α-Si3N4 및 β-Si3N4 분말의 5 및 10 wt.%의 살바이러스 활성을 MDCK 세포에서 인플루엔자 바이러스 A 균주 AIPR8/34에 대해 평가하였다. 이는 4 가지 개별 실험에서 수행되었다. 표적 바이러스 역가는 1 x 104 PFU/mL였다.The viricidal activity of 5 and 10 wt.% of α-Si 3 N 4 and β-Si 3 N 4 powders was evaluated against influenza virus A strain AIPR8/34 in MDCK cells. This was done in 4 separate experiments. The target virus titer was 1 x 10 4 PFU/mL.
첫번째 실험에서 처리되지 않은 바이러스 샘플에 대한 개별 복제물은 5.3 x 103, 5.9 x 103, 및 4.1 x 103 PFU/mL였으며 5.1 x 103 ± 0.9 x 103 PFU/mL의 평균 역가(및 표준 편차)를 산출하였다. 10 분 동안 5 wt.% 및 10 wt.%의 β-Si3N4로 처리된 바이러스는 10 wt.%로 처리된 바이러스에 대해 < 21의 PFU/mL를 초래하였고 5 wt.%로 처리된 바이러스에서 21의 PFU/mL(1 개 플라크가 형성됨)를 초래하였다. 이 샘플에서, 로그 감소는 2.4였고 다음 방정식을 사용하여 계산하였다: log10(NB) 여기서 A는 처리되지 않은 바이러스이고 B는 처리된 바이러스이다. 감소율은 99.5 %였고 다음 방정식을 사용하여 계산하였다: (A-B) x 100/A 여기서 A는 처리되지 않은 바이러스이고 B는 처리된 바이러스이다.In the first experiment, individual replicates for untreated virus samples were 5.3 x 10 3 , 5.9 x 10 3 , and 4.1 x 10 3 PFU/mL, with an average titer of 5.1 x 10 3 ± 0.9 x 10 3 PFU/mL (and standard deviation) was calculated. Viruses treated with 5 wt.% and 10 wt.% of β-Si 3 N 4 for 10 minutes resulted in PFU/mL of < 21 for viruses treated with 10 wt.% and 5 wt.%. The virus resulted in a PFU/mL of 21 (1 plaque formed). For this sample, the log reduction was 2.4 and was calculated using the equation: log10(NB) where A is the untreated virus and B is the treated virus. The reduction was 99.5% and was calculated using the equation: (AB) x 100/A where A is the untreated virus and B is the treated virus.
두번째 실험에서 처리되지 않은 바이러스 샘플에 대한 개별 복제물은 7.5 x 103, 7.2 x 103, 및 5.0 x 103 PFU/mL였으며 6.6 x 103 ± 1.4 x 103 PFU/mL의 평균 역가(및 표준 편차)를 산출하였다. 5 분 동안 5 wt.% 및 10 wt.%의 β-Si3N4로 처리된 바이러스는 둘 다 < 21의 PFU/mL를 초래하였다.In the second experiment, individual replicates for untreated virus samples were 7.5 x 10 3 , 7.2 x 10 3 , and 5.0 x 10 3 PFU/mL, with an average titer of 6.6 x 10 3 ± 1.4 x 10 3 PFU/mL (and standard deviation) was calculated. Viruses treated with 5 wt.% and 10 wt.% of β-Si 3 N 4 for 5 min both resulted in PFU/mL of <21.
세번째 실험에서 개별 복제물은 6.9 x 103, 7.8 x 103, 및 5.0 x 103 PFU/mL였으며 6.6 x 103 ± 1.4 x 103 PFU/mL의 평균 역가(및 표준 편차)를 산출하였다. 10 분 동안 5 wt.% 및 10 wt.%의 α-Si3N4로 처리된 바이러스는 둘 다 < 21의 PFU/mL를 초래하였다.In the third experiment, individual replicates were 6.9 x 10 3 , 7.8 x 10 3 , and 5.0 x 10 3 PFU/mL, yielding mean titers (and standard deviations) of 6.6 x 10 3 ± 1.4 x 10 3 PFU/mL. Viruses treated with 5 wt.% and 10 wt.% of α-Si 3 N 4 for 10 min both resulted in PFU/mL of <21.
네번째 실험에서 개별 복제물은 8.8 x 103, 1.0 x 104, 및 7.5 x 103 PFU/mL였으며 8.8 x 103 ± 1.3 x 103 PFU/mL의 평균 역가(및 표준 편차)를 산출하였다. 5 분 동안 5 wt.% 및 10 wt.%의 α-Si3N4로 처리된 바이러스는 둘 다 < 21의 PFU/mL를 초래하였다.In the fourth experiment, individual replicates were 8.8 x 10 3 , 1.0 x 10 4 , and 7.5 x 10 3 PFU/mL, yielding mean titers (and standard deviations) of 8.8 x 10 3 ± 1.3 x 10 3 PFU/mL. Viruses treated with 5 wt.% and 10 wt.% of α-Si 3 N 4 for 5 min both resulted in PFU/mL of <21.
각 실험에서 처리되지 않은 바이러스 대조군에 대해 결정된 실제 역가는 표적화된 PFU/mL의 2 배 이내였다. 5 및 10 분 동안 5 및 10 wt. %의 α-Si3N4 및 β-Si3N4 분말 둘 다로 처리된 바이러스는 10 분 동안 5 wt.%의 샘플로 처리된 β-Si3N4 분말이 21의 PFU/mL를 초래하는 단일 플라크가 있는 1 개의 웰을 갖는 것을 제외하고 < 1의 PFU/mL(플라크가 관찰되지 않음)를 초래하였다.The actual titer determined against the untreated virus control in each experiment was within 2-fold of the targeted PFU/mL. 5 and 10 wt for 5 and 10 min. % of the virus treated with both α-Si 3 N 4 and β-Si 3 N 4 powders for 10 min with β-Si 3 N 4 powder treated with 5 wt.% of the sample resulting in a PFU/mL of 21. Except having 1 well with a single plaque resulted in <1 PFU/mL (no plaque observed).
실시예 7: 시험관 내에서 SARS-CoV-2의 질화규소 불활성화Example 7: Silicon nitride inactivation of SARS-CoV-2 in vitro
90 wt.% α-Si3N4, 6 wt.% 이트리아(Y2O3), 및 4 wt.% 알루미나(Al2O3)의 공칭 조성을 갖는 도핑된 Si3N4 분말(β-SiYAlON)은 무기 구성성분을 수성 혼합 및 분무 건조한 후, 분무 건조된 과립을 소결하고(~3 시간 동안 ~1700℃), 열간 등방압 가압하고(~1600℃, 2 시간, N2에서 140 Mpa), 수성 기반 분쇄하고, 동결 건조시켜 제조하였다. 생성된 분말은 도 22에 제시된 바와 같은 0.8 ± 1.0 μm의 평균 입자 크기를 갖는 삼봉 분포를 가졌다. Si3N4를 Y2O3 및 Al2O3으로 도핑하여 세라믹의 밀도를 높이고 소결 동안 α-상에서 β-상으로 전환시켰다. 고밀화 메커니즘은 냉각 동안 굳어지는 일시적인 입계 액체의 형성에 의해 촉진되는 α-상의 해리 및 β-상 알갱이의 후속 침전을 통해 수행된다. 따라서 β-Si3N4는 약 10 wt.% 입계 유리 상(IGP) 및 90 wt.% 결정질 β-Si3N4 알갱이로 구성된 복합재이다. Doped Si 3 N 4 powder ( β- _ SiYAlON) is obtained by aqueous mixing and spray drying of the inorganic components, followed by sintering of the spray dried granules (~1700°C for ~3 hours) and hot isostatic pressing (~1600°C, 2 hours, 140 Mpa in N 2 ). , prepared by grinding an aqueous base and freeze drying. The resulting powder had a trimodal distribution with an average particle size of 0.8 ± 1.0 μm as shown in FIG. 22 . Si 3 N 4 was doped with Y 2 O 3 and Al 2 O 3 to increase the density of the ceramic and convert α -phase to β -phase during sintering. The densification mechanism is carried out through dissociation of the α -phase and subsequent precipitation of the β -phase grains, facilitated by the formation of a transient intergranular liquid that hardens during cooling. Thus, β -Si 3 N 4 is a composite material composed of about 10 wt.% intergranular glass phase (IGP) and 90 wt.% crystalline β -Si 3 N 4 grains.
Vero 녹색 아프리카 원숭이 신장 상피 세포는 높은 수준의 SARS-CoV-2 복제를 지원하는 능력 및 항바이러스 테스트에서의 사용으로 인해 이 분석을 위해 선택하였다. 이들 세포를 10% FBS, 1% L-글루타민, 및 1% 페니실린/스트렙토마이신이 보충된 DMEM에서 배양하였다. 세포를 37℃ 및 5% CO2에서 유지하였다. SARS-CoV-2 단리물 USA-WA1/2020은 BEI Resources로부터 수득하였다. Vero 세포에 SARS-CoV-2(MOI 0.1)를 접종하여 바이러스 스톡을 생성하였다. 감염 후 72 시간에 무세포 상청액을 수집하고 10,000 rpm으로 10 분 동안 원심분리를 통해 정화하고 0.2 μm 필터를 통해 여과하였다. 스톡 바이러스를 하기 상세히 기재된 플라크 검정 프로토콜에 따라 적정하였다.Vero green African monkey kidney epithelial cells were selected for this assay due to their ability to support high levels of SARS-CoV-2 replication and their use in antiviral testing. These cells were cultured in DMEM supplemented with 10% FBS, 1% L-glutamine, and 1% penicillin/streptomycin. cells 37° C. and 5% CO2was maintained in SARS-CoV-2 isolate USA-WA1/2020 was obtained from BEI Resources. Viral stocks were generated by inoculating Vero cells with SARS-CoV-2 (MOI 0.1). Cell-free supernatants were collected 72 hours after infection and clarified by centrifugation at 10,000 rpm for 10 minutes and filtered through a 0.2 μm filter. Stock virus was titrated according to the plaque assay protocol detailed below.
Si3N4 분말을 마이크로원심분리 튜브에서 1 mL DMEM 성장 배지에 현탁하였다. 튜브를 30 초 동안 볼텍싱하여 적절하게 접촉시킨 다음 1, 5, 또는 10 분 동안 튜브 회전교환기에 배치하였다. 각 시점에서, 샘플을 원심분리하고, 상청액을 수집하여 0.2 μm 필터를 통해 여과하였다. 정화된 상청액을 24 또는 48 시간 동안 세포에 첨가하였다. 처리되지 않은 세포를 대조군으로서 함께 유지하였다. 세포를 ATP 생산을 측정하는 CellTiter Glo를 사용하여 각 시점에서 테스트하여 세포 생존력을 결정하였다.Si 3 N 4 powder was suspended in 1 mL DMEM growth medium in a microcentrifuge tube. The tube was vortexed for 30 seconds to ensure proper contact and then placed on a tube spinner for 1, 5, or 10 minutes. At each time point, samples were centrifuged and the supernatant was collected and filtered through a 0.2 μm filter. Clarified supernatant was added to cells for 24 or 48 hours. Untreated cells were kept together as a control. Cell viability was determined by testing cells at each time point using CellTiter Glo, which measures ATP production.
SARS-CoV-2를 2 x 104 PFU/mL의 농도로 DMEM 성장 배지에 희석하였다. 희석된 바이러스 4 mL를 20, 15, 10, 및 5%(w/v)로 질화규소를 함유하는 튜브에 첨가하였다. Si3N4가 없는 바이러스를 대조군으로서 동시에 처리하였다. 튜브를 30 초 동안 볼텍싱하여 적절하게 접촉시킨 다음 1, 5, 또는 10 분 동안 튜브 회전교환기에 배치하면서, 바이러스 단독 대조군을 최대 10 분 동안 인큐베이션하였다. 각 시점에서, 샘플을 원심분리하고, 상청액을 수집하여 0.2 μm 필터를 통해 여과하였다. 정화된 상청액에 남아있는 감염성 바이러스를 플라크 검정에 의해 정량화하였다. 항바이러스 테스트 방법의 개요는 도 23에 제공된다. 단계 1에서, SARS-CoV-2 바이러스를 배지에 희석하였다. 단계 2에서, 희석된 바이러스 4 mL를 20, 15, 10, 또는 5%(w/v)로 질화규소를 함유하는 튜브에 첨가하였다. 단계 3에서, 튜브를 30 초 동안 볼텍싱하여 적절하게 접촉시키고 1 m, 5 m, 또는 10 m 동안 튜브 회전교환기에 배치하였다(바이러스 단독 대조군을 최대 10 분 동안 인큐베이션하였다). 단계 4에서, 각 시점에서, 샘플을 원심분리하고, 상청액을 수집하여 0.2 μm 필터를 통해 여과하였다. 단계 5에서, 정화된 상청액을 사용하여 플라크 검정을 수행하였다. 샘플을 연속으로 희석하고(10-배) 1 시간 인큐베이션 동안 신선한 Vero에 첨가하고, 15 분마다 리킹(ricking)한 후 아가로스 배지 오버레이에 첨가하고 48 시간 동안 인큐베이션하였다. 48 시간 인큐베이션 후, 세포를 10% FA로 고정시키고 카운팅하기 위해 크리스탈 바이올렛으로 염색하였다.SARS-CoV-2 was diluted in DMEM growth medium at a concentration of 2 x 10 4 PFU/mL. 4 mL of diluted virus was added to tubes containing silicon nitride at 20, 15, 10, and 5% (w/v). A virus without Si 3 N 4 was treated simultaneously as a control. Virus only controls were incubated for up to 10 minutes, while the tubes were vortexed for 30 seconds to ensure proper contact and then placed on a tube spinner for 1, 5, or 10 minutes. At each time point, samples were centrifuged and the supernatant was collected and filtered through a 0.2 μm filter. Infectious virus remaining in the clarified supernatant was quantified by plaque assay. An overview of the antiviral testing method is provided in FIG. 23 . In
Vero 세포를 플라크 검정 전날에 12-웰 플레이트에 2 x 105 개의 세포/웰로 플레이팅하였다. 항바이러스 테스트에서의 정화된 상청액을 연속으로 희석하고(10-배) 200 μL를 Vero 세포에 첨가하여 37℃, 5% CO2에서 1 시간 동안 인큐베이션하였다. 플레이트를 15 분마다 흔들어 충분한 적용범위 및 1 시간에 0.6% 아가로스의 1:1 비를 보장하고 5% FBS, 2% 페니실린/스트렙토마이신, 1% 비필수 아미노산(VWR, Cat # 45000-700), 1% 나트륨 피루베이트, 및 1% L-글루타민이 보충된 2X EMEM을 세포에 첨가한 후 37℃, 5% CO2에서 48 시간 동안 인큐베이션하였다. 인큐베이션 후, 세포를 10% 포름알데히드로 고정시키고 카운팅하기 위해 20% 에탄올 중 2% 크리스탈 바이올렛으로 염색하였다.Vero cells were plated at 2×10 5 cells/well in 12-well plates the day before the plaque assay. The clarified supernatant from the antiviral test was serially diluted (10-fold) and 200 μL was added to Vero cells and incubated for 1 hour at 37° C., 5% CO 2 . Shake the plate every 15 min to ensure sufficient coverage and a 1:1 ratio of 0.6% agarose at 1 h and add 5% FBS, 2% Penicillin/Streptomycin, 1% Nonessential Amino Acids (VWR, Cat # 45000-700) , 1% sodium pyruvate, and 2X EMEM supplemented with 1% L-glutamine were added to the cells and then incubated at 37° C., 5% CO 2 for 48 hours. After incubation, cells were fixed with 10% formaldehyde and stained with 2% crystal violet in 20% ethanol for counting.
진핵생물 세포 생존력에 대한 Si3N4의 영향을 테스트하였다. Si3N4를 5, 10, 15, 및 20%(w/v)로 세포 배양 배지에 재현탁하였다. 샘플을 1, 5, 및 10 분에 수집하고 Vero 세포에 첨가하였다. Vero 세포 생존력을 노출 후 24 및 48 시간에 측정하였다(도 24a 및 24b). 5%, 10%, 또는 15% 질화규소에 노출 후 24 또는 48 시간에 세포 생존력의 유의한 감소가 관찰되지 않았다. 세포 생존력에 대한 작은 영향(~10% 감소)이 20% Si3N4에 노출된 세포에서 48 시간에 관찰되었다. 흥미롭게도, Vero 세포 생존력의 ~10% 증가가 5% - 10 분 및 10% - 10 분 샘플에서 48 시간에 관찰되었으며(도 24b), 이는 Si3N4가 이러한 조건 하에 세포 성장 또는 세포 대사를 자극할 수 있음을 시사한다. 이들 데이터는 Si3N4가 최대 20 wt.%/vol까지 Vero 세포 건강 및 생존력에 최소 영향을 미친다는 것을 나타내었다.The effect of Si 3 N 4 on eukaryotic cell viability was tested. Si 3 N 4 was resuspended in cell culture medium at 5, 10, 15, and 20% (w/v). Samples were collected at 1, 5, and 10 minutes and added to Vero cells. Vero cell viability was measured at 24 and 48 hours post exposure ( FIGS. 24A and 24B ). No significant decrease in cell viability was observed at 24 or 48 hours after exposure to 5%, 10%, or 15% silicon nitride. A small effect (~10% reduction) on cell viability was observed at 48 h in cells exposed to 20% Si 3 N 4 . Interestingly, a ~10% increase in Vero cell viability was observed at 48 hours in the 5% - 10 min and 10% - 10 min samples ( FIG. 24B ), indicating that Si 3 N 4 inhibits cell growth or cell metabolism under these conditions. suggests that it can be stimulating. These data indicated that Si 3 N 4 had minimal effect on Vero cell health and viability up to 20 wt.%/vol.
5, 10, 15, 및 20% Si3N4가 Vero 세포에 대해 무독성임을 고려하여, 이들 농도에서 항바이러스 테스트를 수행하였다. SARS-CoV-2 비리온을 1, 5, 또는 10 분 동안 이들 농도에서 Si3N4에 노출시켰다. Si3N4 노출 후, 각 용액에 남아있는 감염성 바이러스를 플라크 검정을 통해 결정하였다. 각 시점에서, 샘플을 원심분리하고, 상청액을 수집하여 0.2um 필터를 통해 여과하였다. 정화된 상청액을 사용하여 플라크 검정을 이중으로 수행하였다. 동시에 처리되었지만 세포 배양 배지에만 노출된 바이러스는 4.2 x 103 PFU/mL를 함유하였다. SARS-CoV-2 역가는 테스트된 모든 농도의 Si3N4에 노출되었을 때 감소하였다(도 25a 및 25b). 억제는 1 분 동안 노출된 SARS-CoV-2 및 ~0.8 log10까지 감소된 바이러스 역가를 갖는 5% Si3N4, ~1.2 log10까지의 10% Si3N4, 1.4 log10까지의 15% Si3N4, 및 1.7 log10 까지의 20% Si3N4에서 용량 의존적이었다(도 25a). 유사한 결과가 5 및 10 분 샘플에서 관찰되었다. 바이러스 역가의 이러한 감소는 5% Si3N4에서 85% 바이러스 억제, 10% Si3N4에서 93%, 15% Si3N4에서 96%, 및 20% Si3N4에서 98% 바이러스 억제에 상응하였다(도 25b). 더 긴 시간 동안 더 높은 Si3N4 농도는 억제 증가를 초래하여 20% Si3N4 및 10 분 노출에서 99.6% 바이러스 억제를 야기하였다(도 25b). 이들 데이터는 Si3N4가 SARS-CoV-2에 대한 강력한 항바이러스 효과를 가짐을 나타낸다.Considering that 5, 10, 15, and 20% Si 3 N 4 are non-toxic to Vero cells, antiviral tests were performed at these concentrations. SARS-CoV-2 virions were exposed to Si 3 N 4 at these concentrations for 1, 5, or 10 minutes. After Si 3 N 4 exposure, the infectious virus remaining in each solution was determined by plaque assay. At each time point, samples were centrifuged and the supernatant was collected and filtered through a 0.2um filter. Plaque assays were performed in duplicate using clarified supernatants. Viruses treated concurrently but exposed only to the cell culture medium contained 4.2 x 10 3 PFU/mL. SARS-CoV-2 titers decreased when exposed to all concentrations of Si 3 N 4 tested ( FIGS. 25A and 25B ). Inhibition was achieved with SARS-CoV-2 exposed for 1 minute and 5% Si 3 N 4 with viral titers reduced by -0.8 log 10 , 10% Si 3 N 4 by -1.2 log 10 , 15 -1.4 log 10 % Si 3 N 4 , and dose dependent at 20% Si 3 N 4 up to 1.7 log 10 ( FIG. 25A ). Similar results were observed for 5 and 10 min samples. This reduction in viral titer was 85% viral inhibition at 5% Si 3 N 4 , 93% at 10% Si 3 N 4 , 96% at 15% Si 3 N 4 , and 98% viral inhibition at 20% Si 3 N 4 . Corresponded to (Fig. 25b ). Higher Si 3 N 4 concentrations for longer periods of time resulted in increased inhibition resulting in 99.6% viral inhibition at 20% Si 3 N 4 and 10 min exposure ( FIG. 25B ). These data indicate that Si 3 N 4 has a strong antiviral effect against SARS-CoV-2.
놀라운 발견은 Si3N4의 5% 용액에 1 분 노출이 SARS-CoV-2의 85% 불활성화를 초래한 반면, Vero 세포 생존력은 20% 농도의 동일한 재료에 48 시간 노출 후에도 최소로 영향을 미쳤다는 것이었다.A surprising finding was that 1 minute exposure to a 5% solution of Si 3 N 4 resulted in 85% inactivation of SARS-CoV-2, whereas Vero cell viability was minimally affected even after 48 hours exposure to the same material at 20% concentration. it was crazy
실시예 8: 직물에 질화규소 매립Example 8: Silicon nitride embedding in fabric
전처리Pretreatment
전처리를 위해 2 가지 순차적 단계를 수행하였다. 첫번째 단계에서, 스크림 분절을 10 분 동안 탈이온수를 함유하는 가열된 덮개 탱크에서 교반함으로써(90℃ ≤ T ≤ 100℃) 사전 세정하였다. 세정한 후, 스크림을 공기 건조시켰다. 이 단계는 수송 및 저장으로 인해 느슨하게 부착된 오염물과 함께 직물을 제조하는 데 사용되는 유기 화합물을 제거하는 경향이 있다. 세제 사용은 커플링제와의 간섭을 방지하기 위해 피하였다. 두번째 단계에서, 직물을 교반 하에 실온 수조에 담궜다. 소수성 속성으로 인해, 스크림은 물 아래에서 유지되어야 한다. 이는 덮개가 있는 304 스테인리스 강 바구니에 직물을 배치하여 수행하였다. 유기 계면활성제(즉, 커플링제)를 조에 첨가하였다. 사용된 계면활성제는 n-도데실 트리메틸 암모늄 브로마이드(DTAB)였다. 첨가된 DTAB의 양은 다음 계산을 사용하여 처리될 스크림의 중량을 기준으로 한다: DTAB 중량(g) = 스크림 중량(g) x 1.73. DTAB를 첨가한 후, 조 온도를 100℃로 증가시키고(비등) 이 온도에서 30 분 동안 유지하였다. 이어서 스크림을 조에서 제거하고 110℃에서 10 분 동안 순환 공기 오븐에서 평평하게 두고 건조시켰다.Two sequential steps were performed for pretreatment. In a first step, the scrim segments were pre-cleaned by stirring in a heated cover tank containing deionized water for 10 minutes (90 °C ≤ T ≤ 100 °C). After washing, the scrim was air dried. This step tends to remove the organic compounds used to make the fabric along with any loosely attached contaminants due to transport and storage. The use of detergent was avoided to prevent interference with the coupling agent. In a second step, the fabric was immersed in a room temperature water bath under agitation. Due to their hydrophobic properties, scrims must be kept under water. This was done by placing the fabric in a covered 304 stainless steel basket. An organic surfactant (i.e. coupling agent) was added to the bath. The surfactant used was n-dodecyl trimethyl ammonium bromide (DTAB). The amount of DTAB added is based on the weight of the scrim to be treated using the following calculation: DTAB weight (g) = scrim weight (g) x 1.73. After adding DTAB, the bath temperature was increased to 100° C. (boiling) and held at this temperature for 30 minutes. The scrim was then removed from the bath and laid flat to dry in a circulating air oven at 110° C. for 10 minutes.
매립 공정landfill process
매립 공정은 3 가지 공정 단계를 이용하였다. 첫번째 단계는 탈이온수 중 Si3N4 분말의 분산액을 제조하는 것을 수반하였다. 이는 물, 유기 분산제, 및 Si3N4를 계량하여 진동기 또는 볼 밀에 배출하고 구성성분을 최소 30 분 동안 교반하여 달성하였다. 분산은 또한 거의 동일한 시간 동안 고강도 전단 혼합기(즉, 프로펠러 작용)를 사용하여 실행될 수 있다. 분산액의 조성은 다음과 같았다(~1 리터 배치 크기 기준): 210.0 g Si3N4 분말, 2.1 g Dolapix A88 분산제, 및 790.0 g 탈이온수.The landfill process utilized three process steps. The first step involved preparing a dispersion of Si 3 N 4 powder in deionized water. This was achieved by metering out the water, organic dispersant, and Si 3 N 4 into a vibrator or ball mill and stirring the ingredients for a minimum of 30 minutes. Dispersion can also be carried out using high intensity shear mixers (i.e., propeller action) for approximately the same amount of time. The composition of the dispersion was as follows (based on ~1 liter batch size): 210.0 g Si 3 N 4 powder, 2.1 g Dolapix A88 dispersant, and 790.0 g deionized water.
두번째 단계는 Si3N4 분산액(즉, 슬러리)을 수동 HTE 준수 스프레이 건에 사이펀으로 옮기고 약 30 psi의 압력(2.1 bar, 210 kPa) 및 약 0.5 미터의 거리에서 약 0.45 ml/cm2의 적용 속도로 전처리된 직물의 한 면에 균일하게 수동으로 적용하는 것을 수반한다. 약 10 분 동안 공기 건조시킨 후, 이어서 스크림의 반대 면을 동일한 방식으로 코팅하였다. 이어서 분무 공정을 다시 반복하였다(즉, 면 당 2 회 적용). 세번째 단계는 코팅된 스크림을 65℃ ≤ T ≤ 75℃의 온도 및 약 60 W 및 20 kHz의 전력 설정에서 10 분 동안 Branson 실험실 초음파 조 내의 잔류 Si3N4 슬러리에 담그는 것을 수반하였다. 이후에, 직물을 링거를 통해 밀어넣어 과량의 슬러리를 제거하고 ~110℃에서 약 10 분 동안 건조 오븐에 평평하게 두었다.The second step is to siphon the Si 3 N 4 dispersion (i.e. slurry) into a manual HTE compliant spray gun and apply approximately 0.45 ml/cm 2 at a pressure of approximately 30 psi (2.1 bar, 210 kPa) and a distance of approximately 0.5 meters. It involves manual application uniformly to one side of the pretreated fabric at speed. After air drying for about 10 minutes, the opposite side of the scrim was then coated in the same manner. The spraying process was then repeated again (i.e., 2 applications per side). The third step involved immersing the coated scrim in the residual Si 3 N 4 slurry in a Branson laboratory ultrasonic bath for 10 minutes at a temperature of 65 °C ≤ T ≤ 75 °C and a power setting of about 60 W and 20 kHz. The fabric was then pushed through a ringer to remove excess slurry and placed flat in a drying oven at -110°C for about 10 minutes.
열 결합thermal bonding
90 분 동안 145℃ 온도의 오븐 내에서 2 개의 정밀한 중질 스테인리스 강 플레이트 사이에 직물의 단일 시트를 놓아 Si3N4 입자를 스크림에 결합시키는 것을 달성하였다. 공정은 직물 상에 약 0.1 psi(~0.7 kPa)의 압력을 생성하였다. 이 압력은 폴리프로필렌 섬유에 Si3N4 입자의 매립을 강제하는 데 매우 중요하였다. 이어서 직물을 함유하는 플레이트를 오븐에서 제거하고 실온으로 냉각되게 하였다.Bonding of the Si 3 N 4 particles to the scrim was achieved by placing a single sheet of fabric between two precision heavy duty stainless steel plates in an oven at a temperature of 145° C. for 90 minutes. The process produced a pressure of about 0.1 psi (~0.7 kPa) on the fabric. This pressure was very important in forcing the embedding of the Si 3 N 4 particles in the polypropylene fibers. The plate containing the fabric was then removed from the oven and allowed to cool to room temperature.
세척 및 헹굼washing and rinsing
헹굼은 중요한 단계였다. 이는 직물에서 결합되지 않은 Si3N4 입자를 제거하였다. 이는 2-단계 작업으로 수행되었다. 첫번째 단계는 약 60 W 및 20 kHz의 전력 설정에서 작동하는 Branson 실험실 초음파 조 내에서 비이온성 계면활성제를 사용하여 탈이온수에서 매립된 스크림을 세척하는 것을 수반하였다. 이 세척 단계의 조성물은 다음과 같았다(1 리터 배치 크기 기준): 10.0 g Triton X-100 계면활성제 및 990.0 g 탈이온수.Rinsing was an important step. This removed unbonded Si 3 N 4 particles from the fabric. This was done in a two-step operation. The first step involved washing the buried scrim in deionized water using a non-ionic surfactant in a Branson laboratory ultrasonic bath operating at about 60 W and a power setting of 20 kHz. The composition of this washing step was (based on 1 liter batch size): 10.0 g Triton X-100 surfactant and 990.0 g deionized water.
세척 조를 준비한 후, 직물을 담그고 5 분 동안 60℃ ≤ T ≤ 70℃에서 초음파처리하였다. 이어서 스크림을 링거를 통해 당겨 과량의 액체를 제거하였다. 두번째 단계는 세정 탈이온수에서 스크림을 헹구는 것을 수반하였다. 이는 또한 5 분 동안 약 60 W 및 20 kHz의 전력 설정으로 60℃ ≤ T ≤ 70℃에서 초음파 조에서 달성되었다. 헹굼수가 깨끗해질 때까지 반복 헹굼 주기를 종종 수행하였다.After preparing the washing bath, the fabric was immersed and sonicated at 60 °C ≤ T ≤ 70 °C for 5 minutes. The scrim was then pulled through a ringer to remove excess liquid. The second step involved rinsing the scrim in clean deionized water. This was also achieved in an ultrasonic bath at 60 °C ≤ T ≤ 70 °C with a power setting of about 60 W and 20 kHz for 5 minutes. Repeated rinse cycles were often performed until the rinse water was clear.
건조dry
세정되고 헹군 직물을 약 110℃에서 대략 10 분 동안 건조 오븐 랙에 단순히 평평하게 놓아 건조시켰다.The cleaned and rinsed fabric was dried by simply laying flat on a drying oven rack at about 110° C. for approximately 10 minutes.
여러 구현예가 기재되어 있지만, 다양한 변형, 대안적 구성, 및 등가물이 본 발명의 취지를 벗어나지 않고 사용될 수 있음이 당업자에 의해 인식될 것이다. 추가로, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 다수의 잘 알려진 공정 및 요소는 기재되지 않았다. 따라서, 상기 설명은 본 발명의 범위를 제한하려는 것으로 여기지 않아야 한다.While several embodiments have been described, it will be recognized by those skilled in the art that various modifications, alternative constructions, and equivalents may be used without departing from the spirit of the invention. Additionally, a number of well-known processes and elements have not been described in order to avoid unnecessarily obscuring the present invention. Accordingly, the above description should not be taken as limiting the scope of the present invention.
당업자는 현재 개시된 구현예를 제한이 아니라 예로서 교시함을 이해할 것이다. 따라서, 상기 설명에 함유되고 첨부된 도면에서 제시된 문제는 제한적 의미가 아니라 예시적인 것으로 해석되어야 한다. 하기 청구범위는 본원에 기재된 모든 일반적 및 특이적 특징, 뿐만 아니라 언어의 문제로서 그 사이에 속한다고 말할 수 있는 본 방법 및 시스템의 범위에 대한 모든 진술을 포괄하도록 의도된다.Those skilled in the art will appreciate that the presently disclosed implementations are taught by way of example and not limitation. Accordingly, the matter contained in the foregoing description and presented in the accompanying drawings is to be interpreted in an illustrative rather than a limiting sense. The following claims are intended to cover all general and specific features described herein, as well as all statements as to the scope of the methods and systems that may be said to fall therebetween as a matter of language.
Claims (20)
섬유 재료에 매립된 질화규소 분말을 포함하는 섬유 재료 층을 포함하는 안면 마스크 본체를 포함하되, 상기 질화규소는 약 1 wt.% 내지 약 15 wt.%의 농도로 내부 표면에 존재하고;
상기 질화규소는 안면 마스크 본체의 층과 접촉하는 바이러스를 불활성화시키는 것인, 항바이러스 안면 마스크.As an antiviral face mask,
A face mask body comprising a layer of fibrous material comprising silicon nitride powder embedded in a fibrous material, wherein the silicon nitride is present on the inner surface at a concentration of about 1 wt.% to about 15 wt.%;
wherein the silicon nitride inactivates viruses that come into contact with the layers of the face mask body.
안면 마스크 본체; 및
상기 안면 마스크 본체의 하나 이상의 필터를 포함하며, 상기 하나 이상의 필터 각각은
섬유 재료 층에 함침된 질화규소 분말을 포함하는 섬유 재료 층을 포함하며, 상기 질화규소는 약 1 wt.% 내지 약 15 wt.%의 농도로 존재하고;
상기 질화규소는 항바이러스 안면 마스크의 하나 이상의 필터와 접촉하는 바이러스를 불활성화시키는 것인, 항바이러스 안면 마스크.As an antiviral face mask,
face mask body; and
one or more filters of the face mask body, each of the one or more filters
a fibrous material layer comprising silicon nitride powder impregnated in the fibrous material layer, wherein the silicon nitride is present in a concentration of about 1 wt.% to about 15 wt.%;
wherein the silicon nitride inactivates viruses that come into contact with the at least one filter of the antiviral face mask.
제1항의 항바이러스 안면 마스크를 착용자에게 제공하는 단계를 포함하되, 상기 질화규소 분말은 바이러스가 안면 마스크의 섬유 재료와 접촉할 때 바이러스를 불활성화시키는 것인, 방법.As a method of preventing virus transmission,
A method comprising providing the antiviral face mask of claim 1 to a wearer, wherein the silicon nitride powder inactivates the virus when it contacts the fibrous material of the face mask.
적어도 하나의 전처리 탱크에서 섬유 재료를 전처리하는 단계;
초음파 탱크에서 초음파처리를 사용하여 섬유 재료에 질화규소 입자를 매립하는 단계;
건조 및 열 결합 오븐에서 섬유 재료를 건조시키고 질화규소 입자를 열적으로 결합시키는 단계;
과량의 질화규소 입자를 제거하기 위해 초음파 헹굼 탱크에서 섬유질 재료를 헹구는 단계; 및
건조 오븐에서 헹군 섬유 재료를 건조시키는 단계를 포함하는, 방법.As a method of embedding silicon nitride powder in a fiber material,
pre-treating the fibrous material in at least one pre-treatment tank;
embedding silicon nitride particles in the fibrous material using sonication in an ultrasonic tank;
drying the fibrous material and thermally bonding the silicon nitride particles in a drying and thermal bonding oven;
rinsing the fibrous material in an ultrasonic rinse tank to remove excess silicon nitride particles; and
drying the rinsed fibrous material in a drying oven.
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