KR20230117410A - Nitride-based antipathogenic composition and device and method of use thereof - Google Patents

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KR20230117410A
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브라이언 제이. 매킨타이어
라이언 엠. 복
바잔지트 싱 발
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신티엑스 테크놀로지스, 잉크.
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Abstract

질화알루미늄, 질화붕소, 질화크롬, 질화세륨, 질화하프늄, 질화란타늄, 질화인, 질화황, 질화탄탈륨, 질화티타늄, 질화바나듐, 질화이트륨, 질화지르코늄, 질화규소, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 질화물을 포함하는 항병원성 조성물, 및 바이러스, 박테리아 및/또는 진균을 불활성화하기 위한 상기 조성물의 사용 방법이 본원에 기재되어 있다.Nitride selected from aluminum nitride, boron nitride, chromium nitride, cerium nitride, hafnium nitride, lanthanum nitride, phosphorus nitride, sulfur nitride, tantalum nitride, titanium nitride, vanadium nitride, yttrium nitride, zirconium nitride, silicon nitride, or combinations thereof Described herein are antipathogenic compositions and methods of using such compositions to inactivate viruses, bacteria and/or fungi.

Description

질화물계 항병원성 조성물 및 장치 및 이의 사용 방법Nitride-based antipathogenic composition and device and method of use thereof

관련 출원에 대한 상호 참조CROSS REFERENCES TO RELATED APPLICATIONS

이 출원은 2020년 12월 9일에 출원된 미국 가출원 번호 63/123,037에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.This application claims priority to US Provisional Application No. 63/123,037, filed on December 9, 2020, which is incorporated herein by reference in its entirety.

분야Field

본 발명은 일반적으로 항병원성 조성물 및 장치, 특히 질화물계 항병원성 조성물 및 장치를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates generally to antipathogenic compositions and devices, and in particular to systems and methods for nitride-based antipathogenic compositions and devices.

병원성 유기체의 표면 전파가 다수의 질병, 장애 및 사망을 유발한다는 것은 잘 알려져 있다. 최근 몇 년 동안, SARS-CoV-2 바이러스와 같은 새로운 병원체의 발견으로 이 문제가 부각되었다. 표면에 서식하는 병원체를 죽이거나 불활성화시키는 방법에는 종종 세척제, 고열이나 고압 또는 전자기 방사선의 사용이 포함된다. 이러한 방법은 비용이 많이 들 수 있으며, 경우에 따라 독성 화학 물질이나 강렬한 자외선에 노출되는 것과 같이 인간에게 다른 위험을 초래할 수 있다. 또한, 시간이 지남에 따라 일부 병원체는 기존 방법에 대한 내성을 보인다.It is well known that surface spread of pathogenic organisms causes a number of diseases, disorders and deaths. In recent years, the discovery of new pathogens, such as the SARS-CoV-2 virus, has highlighted this problem. Methods to kill or inactivate surface-dwelling pathogens often include the use of cleaning agents, high heat or high pressure, or electromagnetic radiation. These methods can be costly, and in some cases present other risks to humans, such as exposure to toxic chemicals or intense ultraviolet light. Additionally, over time some pathogens develop resistance to conventional methods.

따라서, 병원성 유기체를 불활성화 또는 사멸시키는데 유용한 방법 및 조성물이 필요하다.Accordingly, there is a need for methods and compositions useful for inactivating or killing pathogenic organisms.

바이러스, 박테리아 및/또는 진균을 불활성화시키기 위한 질화물계 조성물 또는 장치가 본원에 제공된다. 질화물계 조성물은 질화알루미늄, 질화붕소, 질화크롬, 질화세륨, 질화하프늄, 질화란타늄, 질화인, 질화황, 질화탄탈륨, 질화티타늄, 질화바나듐, 질화이트륨, 질화지르코늄, 다양한 형태의 질화규소, 또는 이들의 조합을 포함한다.Nitride-based compositions or devices for inactivating viruses, bacteria and/or fungi are provided herein. The nitride-based composition may be aluminum nitride, boron nitride, chromium nitride, cerium nitride, hafnium nitride, lanthanum nitride, phosphorus nitride, sulfur nitride, tantalum nitride, titanium nitride, vanadium nitride, yttrium nitride, zirconium nitride, silicon nitride in various forms, or these includes a combination of

또한 바이러스, 박테리아 및/또는 진균을 본원에 개시된 항병원성 질화물계 조성물 또는 장치와 접촉시켜 병원체를 불활성화시키는 방법이 본원에 제공된다.Also provided herein are methods for inactivating pathogens by contacting viruses, bacteria and/or fungi with an antipathogenic nitride-based composition or device disclosed herein.

도 1a-1d는 실온에서 1분 및 10분 동안 수성 배지에서 15 중량%의 Cu, AlN 및 Si3N4 분말로 처리된 질화물 분말에 의한 SARS-CoV-2의 불활성화를 보여주는 그래픽 표현이며, 대조군 바이러스는 분말을 추가하지 않고 동일하게 처리되었다. 원심분리 후, 상청액을 TCID50 분석에 적용하였다. Reed-Muench 방법을 사용하여 바이러스 역가를 결정하였다. 1분 및 10분의 바이러스 불활성화 시간에 대해 각각 TCID50/50 μL(도 1a 및 1b) 및 도 1c 및 1d의 % 감소를 나타낸다. 짝이 없는 양측 스튜던트 t-검정(n=3)에 따라 통계가 삽도에 나타나 있다.
도 2a-2d는 구리 또는 질화물 입자에 노출된 후 심한 분해를 겪은 바이러스 RNA를 나타내는 그래픽 표현이다. 도 2a 및 도 2b에서, 바이러스 현탁액을 Cu, AlN 및 Si3N4 분말에 1분 동안 노출시키고, 상청액 및 입자 상의 바이러스 RNA를 각각 바이러스 N 유전자 "세트 1" 및 "세트 2" 프라이머를 사용하여 평가하였다. 상청액 및 펠릿 샘플에서 수집된 데이터는 미처리된 현탁액 내 바이러스 N 유전자 RNA의 양과 비교하여 제공된다. 도 2c 및 도 2d에서, 바이러스 N 유전자 "세트 1" 및 "세트 2" 프라이머에 대한 Cu, AlN 및 Si3N4 분말에 대한 상청액의 10분 노출 후 RT-PCR 테스트 결과가 각각 나타나 있다. 짝이 없는 양측 스튜던트 t-검정(n=3)에 따라 통계가 삽도에 나타나 있다.
도 3a-3e는 Si3N4가 Cu가 세포를 죽인 세포 생존능에 영향을 미치지 않으면서 바이러스 감염을 억제함을 보여주는 이미지이다. VeroE6/TMPRSS2 세포는 노출되지 않은 비리온(도 3a) 및 Si3N4(도 3b), AlN(도 3c) 및 Cu(도 3d)에 10분 UTE-노출된 비리온으로 접종되었다. 도 3e에서, 접종되지 않은 세포("가짜-감염" 세포로 표시됨)도 준비하고 비교를 위해 이미지화하였다. 고정 후, 세포를 항-SARS 코로나바이러스 외피(envelope) 항체(빨간색), F-액틴을 시각화하기 위한 팔로이딘(녹색), 핵을 염색하기 위한 DAPI(파란색)로 염색하였다. n=3 샘플을 대표하는 형광 현미경 사진이 표시된다.
도 4는 형광 현미경 사진에서 계수된 형광 표지 및 비표지된 세포를 나타내는 그래픽 표현이며, % 감염된 세포 및 % 생존 세포는 다음과 같이 계산되었다: % 감염된 세포 = (항-SARS 코로나바이러스 외피 항체로 염색된 세포의 수) / (DAPI로 염색된 세포의 수) x 100; 및 % 생존 세포 = (팔로이딘으로 염색된 세포의 수) / (DAPI로 염색된 세포의 수) x 100. 데이터는 n=3 샘플을 대표한다. * 및 **는 짝이 없는 양측 스튜던트 t-검정(n=3)에 의해 각각 p<0.05 및 0.01이다; n.s. = 중요하지 않음.
도 5a-5g는 다음에 대한 라만 스펙트럼의 그래픽 표현이다: (a) 감염되지 않은 세포(도 5a)(즉, 비리온에 노출되지 않음) 및 (b) Si3N4(도 5b), (c) AlN(도 5c) 및 (d) Cu(도 5d)에 10분 동안 노출된 SARS-CoV-2 비리온으로 감염된 세포; 도 5e에서, 노출되지 않은 비리온(음성 대조군)에 의해 감염된 세포의 라만 스펙트럼. 도 5f에서, 상이한 입자에 노출되지 않고 10분 동안 노출된 비리온에 의한 감염된 세포 분율의 함수로서 2개의 트립토판 T1 및 T2 밴드(각각 756 및 875 cm-1)의 평균 강도의 플롯(라벨 참조); 삽도에서, 효소 IDO 반응에 따른 트립토판 이화 작용의 중간체인 N'-포르밀카이누레인(N'-formylkynurenine)의 구조. 도 5g에서, 그래픽 표현은 Cu(II) 이온의 킬레이트화 시 티로신(Ty2 밴드)에서 고리 진동의 소멸을 정당화할 수 있는 티로신계 펩티드의 세 가지 가능한 구조를 나타낸다.
도 6은 Si3N4 표면에서 양성자화된 아민기 Si-NH3 +와 세포 내 라이신의 N-말단 C-NH3 + 사이의 화학적 및 전하 유사성(좌측 패널); 및 SARS-CoV-2 바이러스와 Si3N4 표면(구체적으로, 플러스를 하전하는 양성자화 아민) 및 용출된 종 NH3/NH4 +에서 하전된 분자 종과의 상호 작용(중앙 패널)을 나타내는 개략도이다. 용출된 N은 고체 표면(보라색 부위)에 3+ 하전 공석을 남기고, 음전하를 띤 실란올과 함께 줄기를 형성한다. 용출된 질소 종에 의한 RNA 백본 절단으로 이어지는 3단계 프로세스(즉, 2'-하이드록실 그룹의 탈양성자화, 일시적인 펜타포스페이트의 형성 및 가수분해를 통한 알칼리 에스테르교환에 의한 RNA 백본의 포스포디에스테르 결합의 절단)가 우측 패널에 나타나 있다. 양성자화된 아민과 라이신의 N-말단 사이의 유사성은 SARS-CoV-2 비리온 불활성화를 위한 매우 효과적인 "경쟁적 결합" 메커니즘을 촉발할 수 있는 반면, 용출된 암모니아는 결합된 "잡아 죽이기" 효과로 비리온 RNA를 치명적으로 분해한다.
도 7은 24시간 및 48시간째에 PEEK, 질화붕소, 질화알루미늄, Shapal(질화붕소 및 질화알루미늄의 조합) 및 질화규소 물질에서의 평균 박테리아 성장의 대수 비교이다.
도 8은 SARS-CoV-2 바이러스의 워싱턴주 변이체 대 α- 및 β-질화규소 분말 15 중량%/부피에서 30분 노출의 RT-qPCR 게놈 테스트를 보여주는 차트이다.
도 9a는 SARS-CoV-2 바이러스의 워싱턴주 변이체 대 α- 및 β-질화규소 분말 15 중량%/부피에서 30분 노출의 플라크 분석 테스트 결과를 보여주는 차트이다.
도 9b는 SARS-CoV-2 바이러스의 남아프리카 변이체 대 α- 및 β-질화규소 분말 15 중량%/부피에서 30분 노출의 플라크 분석 테스트 결과를 보여주는 차트이다.
도 9c는 SARS-CoV-2 바이러스의 영국 변이체 대 α- 및 β-질화규소 분말 15 중량%/부피에서 30분 노출의 플라크 분석 테스트 결과를 보여주는 차트이다.
해당 참조 문자는 도면의 요소를 나타낸다. 도면에 사용된 제목은 청구 범위를 제한하지 않는다.
1A-1D are graphical representations showing inactivation of SARS-CoV-2 by nitride powders treated with 15 wt% Cu, AlN and Si 3 N 4 powders in aqueous medium for 1 and 10 minutes at room temperature; Control viruses were treated identically without the addition of powder. After centrifugation, the supernatant was subjected to TCID 50 assay. Viral titers were determined using the Reed-Muench method. Percent reduction of TCID 50/50 μL (Figures 1A and 1B) and Figures 1C and 1D are shown for virus inactivation times of 1 minute and 10 minutes, respectively. Statistics according to unpaired two-tailed Student's t -test ( n=3 ) are shown in the inset.
2A-2D are graphic representations showing viral RNA that has undergone severe degradation after exposure to copper or nitride particles. In Figures 2a and 2b, viral suspensions were exposed to Cu, AlN and Si 3 N 4 powders for 1 minute, and viral RNAs in the supernatant and on particles were analyzed using viral N gene "set 1" and "set 2" primers, respectively. evaluated. Data collected from supernatant and pellet samples are presented relative to the amount of viral N gene RNA in the untreated suspension. In FIGS. 2C and 2D , RT-PCR test results after 10 min exposure of the supernatant to Cu, AlN and Si 3 N 4 powders for viral N gene “set 1” and “set 2” primers are shown, respectively. Statistics according to unpaired two-tailed Student's t-test (n=3) are shown in the inset.
3a-3e are images showing that Si 3 N 4 inhibits viral infection without affecting cell viability where Cu kills cells. VeroE6/TMPRSS2 cells were inoculated with unexposed virions (Fig. 3a) and 10 min UTE-exposed virions to Si 3 N 4 (Fig. 3b), AlN (Fig. 3c) and Cu (Fig. 3d). In Figure 3e, non-inoculated cells (labeled "mham-infected" cells) were also prepared and imaged for comparison. After fixation, cells were stained with anti-SARS coronavirus envelope antibody (red), phalloidin (green) to visualize F-actin, and DAPI (blue) to stain nuclei. Representative fluorescence micrographs of n=3 samples are shown.
Figure 4 is a graphical representation showing fluorescently labeled and unlabeled cells counted in fluorescence micrographs, % infected cells and % viable cells were calculated as: % infected cells = (stained with anti-SARS coronavirus coat antibody) number of stained cells) / (number of cells stained with DAPI) x 100; and % viable cells = (number of cells stained with phalloidin) / (number of cells stained with DAPI) x 100. Data are representative of n=3 samples. * and ** are p<0.05 and 0.01 respectively by unpaired two-tailed Student's t-test (n=3); ns = not important.
5A-5G are graphical representations of Raman spectra for: (a) uninfected cells (FIG. 5A) (ie, not exposed to virions) and (b) Si 3 N 4 (FIG. 5B), ( c) cells infected with SARS-CoV-2 virions exposed to AlN (Fig. 5c) and (d) Cu (Fig. 5d) for 10 min; In Figure 5E, Raman spectra of cells infected with unexposed virions (negative control). In Figure 5f, a plot of the average intensity of the two tryptophan T1 and T2 bands (756 and 875 cm-1, respectively) as a function of the fraction of cells infected by virions exposed for 10 min without exposure to different particles (see label) ; In the inset, the structure of N'-formylkynurenine, an intermediate in tryptophan catabolism following the enzymatic IDO reaction. In Fig. 5g, a graphical representation shows three possible structures of tyrosine-based peptides that can justify the disappearance of ring vibrations in tyrosine (Ty2 band) upon chelation of Cu(II) ions.
FIG. 6 shows the chemical and charge similarity between the protonated amine group Si-NH 3 + on the Si 3 N 4 surface and the N-terminal C-NH 3 + of intracellular lysine (left panel); and interactions of SARS-CoV-2 virus with charged molecular species on the Si 3 N 4 surface (specifically, positively charged protonated amines) and the eluted species NH 3 /NH 4 + (central panel). it is a schematic The eluted N leaves 3+ charged vacancies on the solid surface (purple regions) and forms a stalk with negatively charged silanols. A three-step process leading to cleavage of the RNA backbone by eluted nitrogen species (i.e., deprotonation of the 2'-hydroxyl group, formation of transient pentaphosphates, and phosphodiester linkages in the RNA backbone by alkaline transesterification via hydrolysis). cleavage) is shown in the right panel. The similarity between the protonated amine and the N-terminus of the lysine could trigger a highly effective “competitive binding” mechanism for SARS-CoV-2 virion inactivation, whereas the eluted ammonia had a combined “catch and kill” effect. lethally degrades virion RNA.
7 is a logarithmic comparison of average bacterial growth on PEEK, boron nitride, aluminum nitride, Shapal (a combination of boron nitride and aluminum nitride) and silicon nitride materials at 24 and 48 hours.
FIG. 8 is a chart showing RT-qPCR genomic testing of Washington state variants of SARS-CoV-2 virus versus α- and β-silicon nitride powders at 15% wt/vol for 30 min exposure.
9A is a chart showing plaque assay test results of a 30 minute exposure at 15 wt%/volume of α- and β-silicon nitride powder versus the Washington state variant of SARS-CoV-2 virus.
9B is a chart showing plaque assay test results of a 30 minute exposure at 15% wt/vol of α- and β-silicon nitride powder versus the South African variant of SARS-CoV-2 virus.
9C is a chart showing plaque assay test results of a 30 minute exposure at 15% wt/vol of α- and β-silicon nitride powder versus the British variant of SARS-CoV-2 virus.
Corresponding reference characters indicate elements of the drawings. Headings used in the drawings do not limit the scope of the claims.

본 발명의 다양한 실시양태가 아래에서 상세히 논의된다. 특정 실시가 논의되는 동안, 이는 예시 목적으로만 수행된다는 점을 이해해야 한다. 관련 기술 분야의 숙련자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다른 구성요소 및 구성이 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 이하의 설명 및 도면은 예시적이며 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 기술된다. 그러나 어떤 경우에는, 설명을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 잘 알려져 있거나 통상적인 세부 사항을 설명하지 않는다. 본 개시내용에서 일 또는 한 실시양태에 대한 참조는 동일한 실시양태 또는 임의의 실시양태에 대한 참조일 수 있다; 이러한 참조는 적어도 하나의 실시양태를 의미한다.Various embodiments of the invention 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 invention. 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 invention. In some instances, however, well-known or common details are not described in order to avoid obscuring the description. A reference to one or one embodiment in this disclosure may be a reference to the same embodiment or any embodiment; Such reference refers to at least one embodiment.

"일 실시양태" 또는 "한 실시양태"에 대한 언급은 실시양태와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 개시 내용의 적어도 하나의 실시양태에 포함됨을 의미한다. 명세서의 다양한 위치에서 "일 실시양태에서"라는 문구의 등장은 반드시 모두 동일한 실시양태를 지칭하는 것은 아니며, 다른 실시양태와 상호 배타적인 별개의 또는 대체 실시양태도 아니다. 또한, 일부 실시양태에 의해 나타나고 다른 실시양태에 의해 나타나지 않을 수 있는 다양한 특징이 설명된다.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 the specification are not necessarily all referring to the same embodiment, nor are separate or alternative embodiments mutually exclusive of other embodiments. Also described are various features that may be exhibited by some embodiments and not exhibited by others.

본원에 사용된 "이루어진", "갖는" 및 "포함하는"은 개방적이고 비제한적인 의미로 사용된다. "어느", "어떤" 및 "그"라는 용어는 단수뿐만 아니라 복수도 포함하는 것으로 이해된다. 따라서, "그들의 혼합물"이라는 용어는 또한 "그들의 혼합물들"에 관한 것이다.As used herein, "consisting of", "having" and "comprising" are used in an open and non-limiting sense. The terms "which", "which" and "the" are understood to include the plural as well as the singular. Accordingly, the term "mixtures thereof" also relates to "mixtures thereof".

본원에서 사용된 "불활성화시키다" 또는 "불활성화"는 바이러스를 완전히 제거하거나 바이러스를 비감염성으로 만들어 바이러스가 제품 또는 대상을 오염시키는 것을 중지시키는 바이러스 불활성화를 의미한다.As used herein, "inactivate" or "inactivation" refers to virus inactivation that completely removes a virus or renders the virus non-infectious so that the virus stops contaminating a product or object.

본원에서 사용되는 용어 "물체", "기구" 또는 "구성요소"는 재료, 조성물, 장치, 표면 코팅 및/또는 복합물을 포함한다. 일부 실시예에서 장치는 다양한 의료 장치 또는 장비, 검사 테이블, 의복, 필터, 마스크 및 장갑과 같은 개인 보호 장비, 카테터, 내시경 기구, 바이러스 지속성이 질병의 확산을 촉진할 수 있는 일반적으로 접촉하는 표면 등을 포함할 수 있다. 장치는 금속, 폴리머 및/또는 세라믹(예를 들어, 질화규소 및/또는 기타 세라믹 재료)일 수 있다.As used herein, the term “object,” “apparatus,” or “component” includes materials, compositions, devices, surface coatings, and/or composites. In some embodiments, the device may include various medical devices or equipment, examination tables, clothing, filters, personal protective equipment such as masks and gloves, catheters, endoscopic instruments, commonly touched surfaces where viral persistence may facilitate the spread of disease, etc. can include The device may be metal, polymeric and/or ceramic (eg silicon nitride and/or other ceramic materials).

본원에 사용된 "접촉"은 조성물 또는 장치에 의해 영향을 받을 수 있도록 조성물 또는 장치에 물리적으로 접촉하거나 충분히 근접한 것을 의미한다.As used herein, “contact” means physically touching or in close enough proximity to a composition or device to be affected by the composition or device.

본원에 사용된 "개인 보호 장비" 또는 "PPE"는 병원체 또는 기타 유해 물질에 대한 노출을 최소화하기 위해 사람이 착용하거나 사용하는 모든 장치, 물품 또는 기구를 의미한다. PPE의 비제한적 예에는 신체 커버, 머리 커버, 신발 커버, 안면 마스크, 눈 보호구, 안면 및 눈 보호구, 장갑이 포함된다.As used herein, “personal protective equipment” or “PPE” refers to any device, article, or appliance worn or used by a person to minimize exposure to pathogens or other harmful substances. Non-limiting examples of PPE include body coverings, head coverings, shoe covers, face masks, eye protection, face and eye protection, and gloves.

본원에 사용된 용어 "질화규소"는 α-Si3N4, β-Si3N4, SiYAlON, β-SiYAlON, SiYON, SiAlON 또는 이들의 조합을 포함한다.As used herein, the term “silicon nitride” includes α-Si 3 N 4 , β-Si 3 N 4 , SiYAlON, β-SiYAlON, SiYON, SiAlON, or combinations thereof.

본원에 사용된 용어 "구성요소"는 항병원성 목적에 유용한 질화물계 물질, 화합물, 임플란트, 장치 등을 포함한다.As used herein, the term “component” includes nitride-based materials, compounds, implants, devices, and the like useful for antipathogenic purposes.

본원에 사용된 용어 "유효 농도"는 적어도 30분 동안 병원체의 적어도 90%를 불활성화시키는 데 필요한 물질의 농도로 정의된다. 비제한적인 예로서, α-Si3N4의 유효 농도는 30분 이내에 바이러스 활성을 적어도 1-log10 감소시키는 농도일 수 있다.As used herein, the term “effective concentration” is defined as the concentration of a substance required to inactivate at least 90% of pathogens for at least 30 minutes. As a non-limiting example, an effective concentration of α-Si 3 N 4 can be a concentration that reduces viral activity by at least 1-log 10 within 30 minutes.

본 명세서에서 사용된 용어는 일반적으로 당업계에서, 개시내용의 맥락 내에서, 그리고 각 용어가 사용된 특정 맥락에서 통상적인 의미를 갖는다. 본원에서 논의된 용어 중 하나 이상에 대해 대체 언어 및 동의어가 사용될 수 있으며, 본원에서 용어가 정교화되거나 논의되는지 여부에 특별한 의미를 두어서는 안 된다. 경우에 따라, 특정 용어의 동의어가 제공된다. 하나 이상의 동의어 설명은 다른 동의어의 사용을 배제하지 않는다. 본 명세서에서 논의된 임의의 용어의 예를 포함하여 본 명세서의 어디에서나 예의 사용은 단지 예시적인 것이며 본 개시내용 또는 임의의 예시적인 용어의 범위 및 의미를 추가로 제한하려는 의도가 아니다. 마찬가지로, 본 개시는 본 명세서에 제공된 다양한 실시양태로 제한되지 않는다.The terms used herein generally have their ordinary meaning in the art, within the context of the disclosure, and in the specific context in which each term is used. Alternate languages and synonyms may be used for one or more of the terms discussed herein, and no special meaning should be attached to whether a term is elaborated upon or discussed herein. In some cases, synonyms for certain terms are provided. The 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 this disclosure or any illustrative terms. Likewise, the present disclosure is not limited to the various embodiments provided herein.

본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 다음의 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 설명으로부터 자명하거나 본원에 개시된 원리의 실행에 의해 학습될 수 있다. 본 발명의 특징 및 이점은 특히 첨부된 청구범위에서 언급된 수단 및 조합에 의해 실현되고 얻어질 수 있다. 본 개시내용의 이러한 특징 및 다른 특징은 다음의 설명 및 첨부된 청구범위로부터 보다 완전하게 명백해지거나 본원에 기재된 원리의 실행에 의해 학습될 수 있다.Additional features and advantages of the present invention will be set forth in the description that follows, and in part will be apparent from the description or may be learned by practice of the principles disclosed herein. The features and advantages of the present invention may be realized and obtained by means of the instrumentalities 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 practice of the principles described herein.

I. I. 질화규소 및 질화알루미늄을 사용한 SARS-CoV-2 불활성화SARS-CoV-2 inactivation using silicon nitride and aluminum nitride

질화규소 및/또는 질화알루미늄을 포함하는 물체 또는 조성물과 바이러스를 접촉시켜 SARS-CoV-2 바이러스를 불활성화시키는 방법이 본원에 제공된다. 질화규소 및/또는 질화알루미늄은 연속적으로 결합(즉, 포획)한 다음 바이러스를 불활성화시킨다(예를 들어, "잡아 죽이기").Provided herein are methods of inactivating the SARS-CoV-2 virus by contacting the virus with an object or composition comprising silicon nitride and/or aluminum nitride. The silicon nitride and/or aluminum nitride subsequently binds (ie captures) and then inactivates the virus (eg "catches").

질화규소는 생체적합성이 있는 고유한 표면 화학을 가지고 있으며 1) 척추 및 치과 임플란트와 같은 동시 골형성, 골유도, 골전도 및 정균; 2) 다른 메커니즘에 따라 그람-양성균과 그람-음성균 모두를 죽이는 것; 3) 인간 및 동물 바이러스, 박테리아 및 진균의 불활성화; 및 4) 폴리머 또는 금속 매트릭스 복합재, 천연 또는 인조 섬유, 폴리머 또는 질화규소 분말을 함유한 금속은 주요 질화규소 뼈 복원, 정균, 항바이러스 및 항진균 특성을 유지함을 포함하는 다수의 생물의학 응용을 제공한다.Silicon nitride has a unique surface chemistry that is biocompatible and has 1) simultaneous osteogenic, osteoinductive, osteoconductive and bacteriostatic applications such as spinal and dental implants; 2) killing 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 metal containing silicon nitride powders offer a number of biomedical applications including maintaining key silicon nitride bone restoration, bacteriostatic, antiviral and antifungal properties.

질화규소(Si3N4)는 1950년대부터 많은 산업 분야에서 사용되어 온 비산화물 세라믹 화합물이다. Si3N4 제형은 입증된 장기 안전성, 효능 및 생체 적합성과 함께 경추 및 요추 융합 수술에서 추간 척추 스페이서로 사용하도록 FDA 승인을 받았다. Si3N4 임플란트에 대한 임상 데이터는 동종 이식편, 티타늄 및 폴리에테르에테르케톤과 같은 다른 척추 생체 재료와 비교하여 유리하다. 흥미로운 발견은 Si3N4 임플란트가 다른 임플란트 재료와 비교할 때(2.7% 내지 18%) 세균 감염 발생률이 낮다는 것이다(즉, 0.006% 미만). 이 특성은 박테리아를 억제하는 암모니아, 암모늄 및 기타 반응성 질소 종(RNS)으로 전환되는 미량의 질소를 용출하는 Si3N4의 복잡한 표면 생화학을 반영한다. 최근 조사에서는 수성 현탁액의 소결된 Si3N4 분말에 대한 바이러스 노출이 H1N1(인플루엔자 A/푸에르토리코/8/1934), 고양이 칼리시바이러스 및 엔테로바이러스(EV-A71)를 중화시켰음을 발견하였다. 이러한 결과를 바탕으로 Si3N4는 SARS-CoV-2를 불활성화시킬 수 있다.Silicon nitride (Si 3 N 4 ) is a non-oxide ceramic compound that has been used in many industries since the 1950's. The Si 3 N 4 formulation is FDA approved for use as an intervertebral spinal spacer in cervical and lumbar fusion surgery with proven long-term safety, efficacy and biocompatibility. Clinical data for Si 3 N 4 implants compare favorably with other spinal biomaterials such as allografts, titanium and polyetheretherketone. An interesting finding is that the Si 3 N 4 implant has a lower incidence of bacterial infection (ie less than 0.006%) when compared to other implant materials (2.7% to 18%). This property reflects the complex surface biochemistry of Si 3 N 4 , which elutes trace amounts of nitrogen that are converted to bacteria-inhibiting ammonia, ammonium and other reactive nitrogen species (RNS). A recent investigation found that viral exposure to sintered Si 3 N 4 powder in aqueous suspension neutralized H1N1 (influenza A/Puerto Rico/8/1934), feline calicivirus and enterovirus (EV-A71). Based on these results, Si 3 N 4 can inactivate SARS-CoV-2.

질화규소는 수성 배지 또는 생물학적 체액 및 조직과 접촉할 때 질소 함유 종의 방출로 인해 항병원성일 수 있다. 질화규소의 표면 화학은 다음과 같이 나타낼 수 있다:Silicon nitride may be antipathogenic due to the release of nitrogen-containing species when in contact with aqueous media or biological fluids and tissues. 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

표면 실란올이 상대적으로 안정하기 때문에 실리콘보다 더 빨리(몇 분 안에) 용출된다. 바이러스의 경우, 놀랍게도 질화규소가 게놈 무결성 및 바이러스 불활성화의 손실을 초래하는 알칼리성 에스테르교환을 통해 RNA 절단을 제공할 수 있다는 것이 발견되었다. 이것은 또한 헤마글루티닌의 활동을 감소시킬 수 있다. 수반되는 pH 증가와 함께, 암모니아의 용출은 바이러스, 박테리아 및 진균을 불활성화시킨다. 실시예에 나타나 있듯이, 질화규소와 질화알루미늄은 각각 SARS-CoV-2를 불활성화시킨다는 사실이 놀랍게도 밝혀졌다.Because surface silanols are relatively stable, they elute faster (within minutes) than silicon. In the case of viruses, it has been surprisingly discovered that silicon nitride can provide RNA cleavage via alkaline transesterification resulting in loss of genome integrity and viral inactivation. It can also reduce the activity of hemagglutinin. With a concomitant increase in pH, elution of ammonia inactivates viruses, bacteria and fungi. As the examples show, it has been surprisingly found that silicon nitride and aluminum nitride each inactivate SARS-CoV-2.

역사적으로 인정된 살균제인 구리 (Cu)의 사용은 세포 독성으로 인해 제한된다. Cu와 달리, Si3N4로 만든 세라믹 장치 또는 기구는 생체 적합성이 있으며 인체에 독성이 없다. Si3N4의 장점은 재료의 다양성이다; 따라서 Si3N4 Si3N4의 유리한 생체적합성 및 항바이러스 특성을 유지하는 복합재 및 코팅을 생성하기 위해 폴리머, 생체 활성 유리 및 기타 세라믹에 통합될 수 있다.The use of copper (Cu), a historically recognized biocide, is limited due to its cytotoxicity. Unlike Cu, ceramic devices or utensils made of Si 3 N 4 are biocompatible and non-toxic to humans. An advantage of Si 3 N 4 is its material versatility; Therefore, Si 3 N 4 is It can be incorporated into polymers, bioactive glasses and other ceramics to create composites and coatings that retain the beneficial biocompatibility and antiviral properties of Si 3 N 4 .

본 개시 내용은 SARS-CoV-2를 Si3N4 및 질화알루미늄(AlN) 입자의 수성 현탁액과 2개의 대조군(즉, 구리(Cu) 입자의 현탁액(양성 대조군) 및 항바이러스제가 없는 SARS-CoV-2 비리온 가짜 현탁액(음성 대조군))에 노출시킨 효과를 비교한다. 구리(Cu)는 바이러스를 포함한 다양한 미생물을 불활성화시키는 잘 알려진 능력 때문에 양성 대조군으로 선택되었다. 질화알루미늄은 Si3N4와 마찬가지로 수용액에서 표면 가수분해로 인해 질소가 용출되고 이에 따라 pH가 증가하는 질소계 화합물이기 때문에 테스트에 포함되었다. 비슷한 항바이러스 및 항균 현상이 모든 질화물계 화합물에 대해 작용하는 것으로 여겨지기 때문에, AlN은 질소 함유 무기 물질의 항병원성 메커니즘에 대한 추가적인 통찰력을 제공하는 데 사용되었다.The present disclosure describes SARS-CoV-2 as an aqueous suspension of Si 3 N 4 and aluminum nitride (AlN) particles with two controls (ie, a suspension of copper (Cu) particles (positive control) and SARS-CoV without antiviral agent). -2 Compare the effects of exposure to a sham suspension of virions (negative control). Copper (Cu) was chosen as a positive control because of its well-known ability to inactivate various microorganisms, including viruses. Aluminum nitride was included in the test because, like Si 3 N 4 , it is a nitrogen-based compound that elutes nitrogen due to surface hydrolysis in an aqueous solution and increases the pH accordingly. As similar antiviral and antibacterial phenomena are believed to work for all nitride-based compounds, AlN was used to provide additional insight into the antipathogenic mechanisms of nitrogen-containing inorganic substances.

일반적인 재료(예를 들어, 금속, 플라스틱, 종이 및 직물) 및 터치 표면(예를 들어, 손잡이, 핸들, 난간, 테이블 및 데스크탑)에 대한 인간 코로나바이러스의 지속성은 질병의 병원 및 사회적 확산에 기여할 수 있다. Warnes et al.은 30%-40% 습도의 실온에서, 병원성 인간 코로나바이러스 229E(HuCoV-229E)는 테프론, 폴리염화비닐, 세라믹 타일, 유리, 스테인리스 스틸, 실리콘 고무와 같은 다양한 물질에서 최소 5일 동안 지속적으로 생존한 후에도 폐 세포 모델에서 감염성을 유지했다고 보고했다. 이 조사자들은 또한 Cu 표면에서 시뮬레이션된 손가락 끝 오염에 대해 빠른 HuCoV-229E 불활성화(몇 분 이내)를 보여주었다. Cu 이온 방출 및 반응성 산소 종(ROS)의 생성은 바이러스 불활성화에 관여했다; 그리고 구리 및 황동 표면과의 접촉 시간 증가는 바이러스 RNA의 비특이적 단편화를 증가시켜, 돌이킬 수 없는 바이러스 불활성화를 나타낸다. 최근에는 Doremalen et al.은 적용 후 4-72시간 동안 플라스틱, 판지, 스테인리스 스틸, 그리고 심지어 Cu 표면에서 SARS-CoV-1 및 SARS-CoV-2 바이러스의 표면 안정성을 보여주었다. 통기성 있는 N95 등급 마스크는 입자를 흡입하기 전에 포착할 수 있지만, SARS-CoV-2 바이러스 입자는 마스크 필터에서 최대 7일 동안 활성 상태를 유지한다. 따라서 Cu 표면에서 관찰되는 것과 같은 바이러스의 접촉 살해는 질병 완화 전략으로 새로운 관심을 받고있다.Persistence of human coronaviruses on common materials (e.g. metal, plastic, paper and textiles) and touch surfaces (e.g. doorknobs, handles, handrails, tables and desktops) may contribute to hospital and social spread of the disease. there is. Warnes et al. found that, at room temperature with 30%–40% humidity, the pathogenic human coronavirus 229E (HuCoV-229E) can survive at least 5 days on various materials such as Teflon, polyvinylchloride, ceramic tile, glass, stainless steel, and silicone rubber. reported that they maintained infectivity in a lung cell model even after sustaining viability for These investigators also showed rapid HuCoV-229E inactivation (within minutes) on simulated fingertip contamination on Cu surfaces. Cu ion release and production of reactive oxygen species (ROS) were involved in viral inactivation; And increasing contact time with copper and brass surfaces increases non-specific fragmentation of viral RNA, indicating irreversible viral inactivation. Recently, Doremalen et al. demonstrated the surface stability of SARS-CoV-1 and SARS-CoV-2 viruses on plastic, cardboard, stainless steel, and even Cu surfaces for 4–72 hours after application. A breathable N95-grade mask can capture particles before they can be inhaled, but SARS-CoV-2 virus particles remain active in the mask filter for up to 7 days. Therefore, contact killing of viruses, such as those observed on Cu surfaces, is gaining new interest as a disease mitigation strategy.

놀랍게도 Si3N4 및 AlN과 같은 내인성 질소 방출이 가능한 화합물은 적어도 Cu만큼 효과적으로 SARS-CoV-2 바이러스를 불활성화시킬 수 있다. 어느 하나의 이론에 제한되지 않고, RNA 단편화, 그리고 Cu 및 AlN의 경우 직접적인 금속 이온 독성과 같은 다중 항바이러스 메커니즘이 작동할 수 있다; 그러나 Cu 및 AlN 상청액이 세포 용해를 나타내는 반면, Si3N4는 대사 변화를 일으키지 않을 수 있다. Si3N4 바이러스 상청액에 노출된 VeroE6 세포의 라만 스펙트럼은 감염되지 않은 가짜와 유사했다. 이러한 결과는 Si3N4, Cu 및 AlN이 모두 SARS-CoV-2 바이러스를 불활성화시킬 수 있지만 Si3N4가 가장 안전하다는 것을 나타낸다.Surprisingly, compounds capable of endogenous nitrogen release, such as Si 3 N 4 and AlN, can inactivate the SARS-CoV-2 virus at least as effectively as Cu. Without being limited by any one theory, multiple antiviral mechanisms may be at work, such as RNA fragmentation and, in the case of Cu and AlN, direct metal ion toxicity; However, while Cu and AlN supernatants show cell lysis, Si 3 N 4 may not cause metabolic changes. Raman spectra of VeroE6 cells exposed to Si 3 N 4 viral supernatant were similar to uninfected sham. These results indicate that Si 3 N 4 , Cu and AlN can all inactivate the SARS-CoV-2 virus, but Si 3 N 4 is the safest.

항 바이러스 효과는 전기적 인력(인플루엔자 바이러스의 경우 외피 당단백질 헤마글루티닌에 대한 "경쟁적 결합" 포함) 및 반응성 질소 종(RNS)에 의한 바이러스 RNA 단편화와 관련될 수 있다. 이러한 현상은 수용액에서 자유 전자 및 음으로 하전된 실란올의 방출과 결합된 암모니아(NH3) 및 암모늄(NH4 +) 모이어티를 형성하는 Si3N4의 표면으로부터 질소의 느리고 제어된 용출 때문이다.The antiviral effect may be related to viral RNA fragmentation by electrical attraction (including "competitive binding" to the envelope glycoprotein hemagglutinin in the case of influenza viruses) and reactive nitrogen species (RNS). This phenomenon is due to the slow and controlled elution of nitrogen from the surface of Si 3 N 4 forming ammonia (NH 3 ) and ammonium (NH 4 + ) moieties coupled with the release of free electrons and negatively charged silanols in aqueous solution. am.

SARS-CoV-2 바이러스 불활성화와 관련하여 Si3N4의 표면 화학의 두 가지 중요한 측면이 근본적인 역할을 한다: (i) Si3N4 표면에 있는 양성자화된 아미노기 Si-NH3 +와 라이신의 N-말단, 바이러스 상의 C-NH3 + 사이의 유사성; 및 (ii) Si3N4 가수분해로 인한 기체 암모니아의 용출. SARS-CoV-2와 Si3N4 표면 사이의 상호작용에 대한 도식적 표현은 도 6 (중앙 패널)에 제시되어 있다. 유사성은 이 도면의 좌측 패널에 묘사되어 있다. 이는 B형 간염 및 인플루엔자 A와 같은 몇 가지 성공적인 다른 예에서 비롯된 SARS-CoV-2 불활성화에 대한 매우 효과적인 "경쟁적 결합" 접근 방식을 촉발한다. 용출된(기체) NH3의 강력한 항바이러스 효과는 비리온의 침투 및 RNA 백본과의 반응 때문이다. RNA는 포스포디에스테르 결합의 가수분해를 통해 알칼리성 에스테르 교환 반응을 겪는다. RNA 포스포디에스테르 결합 절단은 도 6의 우측 패널에 개략적으로 도시되어 있다. 본 연구의 RT-PCR 및 형광 현미경 검사 결과는 SARS-CoV-2의 불활성화에 대한 두 메커니즘의 기여를 시사하며, 이전 작업과 일치한다. 도 1a-1d에 나타낸 TCID50 결과 및 상청액 또는 Si3N4 입자로부터 수확된 바이러스 RNA에 대한 도 2의 RT-PCR 데이터는 이러한 메커니즘에 대한 중요한 정보를 제공한다. >99% 불활성화는 1분 동안 Si3N4에 노출된 후에 달성되었지만 (도 1b), Si3N4 입자로부터 수확된 RNA (도 2b)는 본질적으로 완전히 단편화된 반면, 상청액에 대해서는 부분적인 바이러스 RNA 단편화만이 관찰되었다(도 2a)는 본질적으로 완전히 단편화되었다. Cu의 경우 반대 효과가 발견되었다. 이것은 도 6의 좌측 패널에 도시된 바와 같이 Si3N4의 불활성화 메커니즘이 일종의 "잡아 죽이기" 시나리오인 "경쟁적 결합"과 암모니아 중독의 연속적인 사건을 가짐을 시사한다. Si3N4에 10분 노출 시 완전한 RNA 단편화는 질소 용출이 바이러스 불활성화를 초래하는 일련의 반응을 촉발하는 핵심 과정임을 시사한다(도 6의 우측 패널 참조).Regarding SARS-CoV-2 virus inactivation, two important aspects of the surface chemistry of Si 3 N 4 play a fundamental role: (i) the protonated amino groups Si-NH 3 + and lysine on the Si 3 N 4 surface. similarities between the N-terminus of C-NH 3 + on viruses; and (ii) elution of gaseous ammonia due to Si 3 N 4 hydrolysis. A schematic representation of the interaction between SARS-CoV-2 and the Si 3 N 4 surface is shown in FIG. 6 (middle panel). Similarity is depicted in the left panel of this figure. This triggers a very effective “competitive binding” approach to SARS-CoV-2 inactivation, which has come from several other successful examples, such as hepatitis B and influenza A. The potent antiviral effect of eluted (gaseous) NH 3 is due to virion penetration and reaction with the RNA backbone. RNA undergoes alkaline transesterification through hydrolysis of phosphodiester bonds. RNA phosphodiester bond cleavage is schematically depicted in the right panel of FIG. 6 . The results of RT-PCR and fluorescence microscopy in this study suggest the contribution of both mechanisms to the inactivation of SARS-CoV-2, consistent with previous work. The TCID 50 results shown in FIGS. 1A-1D and RT-PCR data in FIG. 2 for viral RNA harvested from the supernatant or Si 3 N 4 particles provide important information about this mechanism. >99% inactivation was achieved after exposure to Si 3 N 4 for 1 min (FIG. 1B), whereas RNA harvested from Si 3 N 4 particles (FIG. 2B) was essentially completely fragmented, whereas only partial for the supernatant. Only viral RNA fragmentation was observed (Figure 2a) was essentially completely fragmented. In the case of Cu, the opposite effect was found. This suggests that the inactivation mechanism of Si 3 N 4 has a series of events of “competitive binding” and ammonia poisoning, which is a kind of “catch and kill” scenario, as shown in the left panel of FIG. 6 . Complete RNA fragmentation upon 10 min exposure to Si 3 N 4 suggests that nitrogen elution is a key process triggering a series of reactions leading to viral inactivation (see right panel of FIG. 6 ).

일부 실시양태에서, 질화규소 또는 질화알루미늄을 포함하는 물체, 물품 또는 조성물은 바이러스(예를 들어, SARS-Cov-2)에 연속적으로 결합한 다음 바이러스를 불활성화시키도록 작동할 수 있다.In some embodiments, an object, article or composition comprising silicon nitride or aluminum nitride may act to continuously bind a virus (eg, SARS-Cov-2) and then inactivate the virus.

Si3N4의 항 바이러스 효과는 Cu와 유사할 수 있다. Cu는 인체 건강에 필수적인 미량 원소이며 Cu+ 와 Cu2+사이의 산화 환원 상태를 변경하여 여러 주요 효소에 대한 전자 공여체/수용체이지만, 이러한 특성은 또한 세포 손상을 유발할 수 있다. 항바이러스제로서의 사용은 알레르기성 피부염, 과민증 및 다기관 기능 장애로 인해 제한된다. 대조적으로, 척추 융합 수술 동안 영구적으로 이식된 물질 로서 Si3N4의 안전성은 실험 및 임상 데이터에 의해 잘 확립되었다. 따라서, 질화규소를 포함하는 물체, 물품 또는 조성물은 Cu의 부정적인 영향 없이 Cu만큼 바이러스를 불활성화시키는 데 효과적일 수 있다.The antiviral effect of Si 3 N 4 may be similar to Cu. Cu is an essential trace element for human health and is an electron donor/acceptor for several key enzymes by altering the redox state between Cu + and Cu2 + , but these properties can also cause cell damage. Its use as an antiviral agent is limited due to allergic dermatitis, hypersensitivity and multi-organ dysfunction. In contrast, the safety of Si 3 N 4 as a permanently implanted material during spinal fusion surgery has been well established by experimental and clinical data. Thus, an object, article or composition comprising silicon nitride may be as effective at inactivating viruses as Cu without the negative effects of Cu.

Si3N4는 산업용 재료로서 이의 기능으로 잘 알려져 있다. 로드 베어링 Si3N4 보철 고관절 베어링 및 척추 융합 임플란트는 Si3N4의 우수한 강도와 인성으로 인해 초기에 개발되었다. 이후 연구는 강화된 골 전도성, 정균, 개선된 방사선 투과성, 임플란트 침강 부족 및 내마모성과 같은 정형외과용 임플란트 설계에 선호되는 Si3N4의 다른 특성을 보여주었다. 따라서, Si3N4의 표면 화학, 지형 및 친수성은 이중 효과(즉, 세균 부착 및 생물막 형성을 동시에 방지하면서 척추 융합을 촉진하기 위한 골형성 활성의 상향 조절)에 기여한다. 바이오임플란트로서의 입증된 기록 외에도 Si3N4의 장점은 제조의 다양성이다. Si3N4의 소결 분말은 폴리머, 기타 세라믹, 바이오 글래스 및 금속 과 같은 다른 재료에 통합되어 모놀리식(monolithic) Si3N4의 인덱스 골 형성 및 항균 특성을 유지하는 복합 구조를 생성한다. Si3N4의 3차원 적층 침착은 미생물 질병의 포마이트(fomite) 매개 전파를 감소시키는 의료 분야의 보호 표면 제조를 가능하게 할 수 있다. 안면 마스크, 보호 가운 및 수술용 천과 같은 개인 보호 장비의 직물에 Si3N4 입자를 통합하면 의료 종사자와 환자의 안전에 기여할 수 있다.Si 3 N 4 is well known for its function as an industrial material. Load-bearing Si 3 N 4 prosthetic hip bearings and spinal fusion implants were initially developed due to the superior strength and toughness of Si 3 N 4 . Subsequent studies have shown other properties of Si 3 N 4 to be favorable for orthopedic implant design, such as enhanced bone conductivity, bacteriostasis, improved radiolucency, lack of implant sedimentation and wear resistance. Thus, the surface chemistry, topography and hydrophilicity of Si 3 N 4 contribute to a dual effect (ie upregulation of osteogenic activity to promote spinal fusion while simultaneously preventing bacterial attachment and biofilm formation). Besides its proven track record as a bioimplant, an advantage of Si 3 N 4 is its manufacturing versatility. The sintered powder of Si 3 N 4 is incorporated into other materials such as polymers, other ceramics, bio-glass and metals to create a composite structure that retains the index bone forming and antibacterial properties of monolithic Si 3 N 4 . Three-dimensional layered deposition of Si 3 N 4 could enable the production of protective surfaces for medical applications that reduce formite-mediated transmission of microbial diseases. Incorporating Si 3 N 4 particles into fabrics of personal protective equipment such as face masks, protective gowns and surgical cloths can contribute to the safety of healthcare workers and patients.

Si3N4는 노출 후 몇 분 만에 SARS-CoV-2 바이러스를 불활성화시킨다. 어느 하나의 이론에 국한되지 않고, 작용 메커니즘은 질화알루미늄과 같은 미량의 표면 소독제를 나타내는 다른 질소계 화합물과 공유될 수 있다.Si 3 N 4 inactivates the SARS-CoV-2 virus within minutes of exposure. Without being bound by any one theory, the mechanism of action may be shared with other nitrogen-based compounds that represent trace surface disinfectants, such as aluminum nitride.

일부 실시양태에서, SARS-CoV-2 바이러스에 결합하고 불활성화시키는 데 사용되는 물체는 물체 표면의 적어도 일부에 질화규소 및/또는 질화알루미늄 조성물을 포함할 수 있는 장치 또는 기구이다. 질화규소 또는 질화알루미늄 코팅은 분말 형태로 물체의 표면에 도포될 수 있다. 일부 실시예에서, 질화규소 또는 질화알루미늄 분말은 물체의 적어도 일부에 충진, 매립 또는 함침될 수 있다. 일부 실시양태에서, 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 실시양태에서, 질화규소 또는 질화알루미늄은 장치 내로 통합될 수 있다. 예를 들어, 물체는 물체 본체 내에 질화규소 및/또는 질화알루미늄 분말을 포함할 수 있다. 일 실시양태에서, 장치는 질화규소로 제조될 수 있다. 다른 실시양태에서, 물체는 질화알루미늄으로 제조될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 물체는 질화알루미늄 또는 질화규소 입자의 슬러리 또는 현탁액을 포함할 수 있다.In some embodiments, the object used to bind and inactivate the SARS-CoV-2 virus is a device or appliance that may include a silicon nitride and/or aluminum nitride composition on at least a portion of the surface of the object. A silicon nitride or aluminum nitride coating may be applied to the surface of an object in powder form. In some embodiments, the silicon nitride or aluminum nitride powder may be filled, embedded or impregnated into at least a portion of the object. In some embodiments, a 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 other embodiments, silicon nitride or aluminum nitride may be incorporated into the device. For example, the object may include silicon nitride and/or aluminum nitride powder within the body of the object. In one embodiment, the device may be made of silicon nitride. In other embodiments, the object may be made of aluminum nitride. In another embodiment, the object may include a slurry or suspension of aluminum nitride or silicon nitride particles.

일부 실시양태에서, 물체는 종이, 판지, 직물, 플라스틱, 세라믹, 폴리머, 스테인레스 스틸, 금속 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다른 재료를 추가로 포함할 수 있다. 물체의 일부 비제한적 예에는 수술용 가운, 수술용 드레이프, 신발 커버, 큐비클 커튼, 튜빙, 의복, 장갑, 보안경, 수술용 마스크 및 안면 보호대를 포함한 마스크, PPE, 병원 검사 및 수술 테이블과 같은 테이블, 의자, 침대 프레임, 침대 쟁반, 책상, 비품, 캐비닛, 장비 랙, 카트, 핸들, 손잡이, 난간, 장난감, 정수 필터 및 안면 마스크 필터, 호흡기 필터, 공기 여과 필터 및 공기 환기 필터 또는 에어컨 필터와 같은 공기 필터를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 필터는 공기가 감염된 폐 안팎으로 이동할 때 필터의 항균 표면층이 폐 병원체를 가둘 수 있도록 마취 기계, 인공 호흡기 또는 CPAP 기계의 여과 장치 내에 있을 수 있다. 다양한 실시양태에서, 물체는 의료 장치 또는 기구일 수 있다. 의료 장치 또는 기구의 비제한적 예에는 정형외과용 임플란트, 척추용 임플란트, 척추경 나사못, 치과용 임플란트, 내재 카테터, 기관내관, 대장내시경용 내시경 및 기타 유사한 장치가 포함된다.In some embodiments, the object may further comprise other materials, including but not limited to paper, cardboard, fabric, plastic, ceramic, polymer, stainless steel, metal, or combinations thereof. Some non-limiting examples of objects include surgical gowns, surgical drapes, shoe covers, cubicle curtains, tubing, garments, gloves, safety glasses, masks including surgical masks and face shields, PPE, tables such as hospital examination and operating tables, Air such as chairs, bed frames, bed trays, desks, fixtures, cabinets, equipment racks, carts, handles, knobs, handrails, toys, water filters and face mask filters, respirator filters, air filtration filters and air ventilation filters or air conditioning filters May contain filters. In some embodiments, the filter may be within the filtering device of an anesthesia machine, ventilator, or CPAP machine so that the filter's antibacterial surface layer can trap pulmonary pathogens as air moves into and out of infected lungs. In various embodiments, an object may be a medical device or instrument. Non-limiting examples of medical devices or instruments include orthopedic implants, spinal implants, pedicle screws, dental implants, indwelling catheters, endotracheal tubes, colonoscopy endoscopes, and other similar devices.

다른 실시양태에서, 물체는 슬러리, 현탁액, 겔, 스프레이, 페인트 또는 치약을 포함하지만 이에 제한되지 않는 질화규소 또는 질화알루미늄 분말을 포함하는 조성물일 수 있다. 예를 들어, 질화규소 또는 질화 알루미늄을 페인트와 같은 슬러리에 첨가한 후 표면에 적용하면 항균, 항진균 및 항바이러스 표면을 제공할 수 있다. 다른 실시양태에서, 질화규소 또는 질화알루미늄은 임의의 적절한 분산제 및 슬러리 안정화제와 함께 물과 혼합될 수 있으며, 그 후 슬러리를 다양한 표면에 분무함으로써 적용될 수 있다. 분산제의 예는 Dolapix A88이다.In another embodiment, the object may be a composition comprising silicon nitride or aluminum nitride powder, including but not limited to a slurry, suspension, gel, spray, paint or toothpaste. For example, silicon nitride or aluminum nitride can be added to a slurry such as paint and then applied to a surface to provide an antibacterial, antifungal and antiviral surface. In another embodiment, silicon nitride or aluminum nitride can be mixed with water along with any suitable dispersants and slurry stabilizers and then applied by spraying the slurry onto various surfaces. An example of a dispersant is Dolapix A88.

질화규소 또는 질화알루미늄 코팅은 물체의 표면에 1 중량% 내지 100 중량%의 농도로 존재할 수 있다. 질화규소 및/또는 질화알루미늄은 물체에 코팅되거나 적층될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 코팅은 약 1 중량%, 2 중량%, 5 중량%, 7.5 중량%, 8.3 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 16.7 중량%, 20 중량%, 25 중량%, 또는 약 30 중량% 질화규소 분말 또는 질화알루미늄 분말을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 코팅은 약 10 중량% 내지 약 20 중량%의 질화규소 또는 질화알루미늄을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 코팅은 약 15 중량%의 질화규소 또는 질화알루미늄을 포함한다. 일부 실시양태에서, 질화규소 또는 질화알루미늄은 약 1 중량% 내지 약 100 중량%의 농도로 물체의 내부(충진제로서) 또는 표면에 매립될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 물체는 약 1 중량%, 2 중량%, 5 중량%, 7.5 중량%, 8.3 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 16.7 중량%, 20 중량%, 25 중량%, 30 중량%, 33.3 중량%, 35 중량%, 40 중량%, 50 중량%, 60 중량%, 70 중량%, 80 중량%, 90 중량% 내지 100 중량% 질화규소 또는 질화알루미늄을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 질화규소 또는 질화알루미늄은 물체의 표면에 10 중량% 내지 20 중량%의 농도로 존재할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 질화규소 또는 질화알루미늄은 물체의 표면에 약 15 중량%의 농도로 존재할 수 있다. 일부 측면에서, 질화규소 또는 질화알루미늄의 농도는 종이, 판지, 직물, 플라스틱, 세라믹, 폴리머, 스테인리스 스틸 및/또는 금속과 같은 물체의 기판 재료에 따라 달라질 수 있다. 일부 실시양태에서, 물체의 기판 재료는 폴리머일 수 있고 폴리머는 물체 내로 통합될 수 있는 질화규소 및/또는 질화알루미늄의 양에 대한 실질적인 한계(즉, 침투 한계)를 가질 수 있다.The silicon nitride or aluminum nitride coating may be present on the surface of the object at a concentration of 1% to 100% by weight. Silicon nitride and/or aluminum nitride may be coated or laminated to the object. In various embodiments, the coating is about 1%, 2%, 5%, 7.5%, 8.3%, 10%, 15%, 16.7%, 20%, 25%, or about 30% by weight silicon nitride powder or aluminum nitride powder. In some embodiments, the coating may include about 10% to about 20% by weight of silicon nitride or aluminum nitride. In at least one embodiment, the coating includes about 15 weight percent silicon nitride or aluminum nitride. In some embodiments, the silicon nitride or aluminum nitride may be embedded in (as a filler) or on the surface of the object at a concentration of about 1% to about 100% by weight. In various embodiments, the object is about 1%, 2%, 5%, 7.5%, 8.3%, 10%, 15%, 16.7%, 20%, 25%, 30% by weight. %, 33.3%, 35%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% to 100% silicon nitride or aluminum nitride. In some embodiments, the silicon nitride or aluminum nitride may be present on the surface of the object in a concentration of 10% to 20% by weight. In at least one embodiment, the silicon nitride or aluminum nitride may be present at a concentration of about 15% by weight on the surface of the object. In some aspects, the concentration of silicon nitride or aluminum nitride may vary depending on the substrate material of the object, such as paper, cardboard, textile, plastic, ceramic, polymer, stainless steel, and/or metal. In some embodiments, the substrate material of the object may be a polymer and the polymer may have a practical limit to the amount of silicon nitride and/or aluminum nitride that may be incorporated into the object (ie, permeation limit).

일부 실시양태에서, 물체는 질화규소 또는 질화알루미늄으로 구성된 모놀리식 구성요소일 수 있다. 그러한 물체는 내부 기공률을 갖지 않는 완전히 조밀할 수 있거나, 약 1% 내지 약 80% 범위의 기공률을 갖는 다공성일 수 있다. 모놀리식 물체는 의료 장치로 사용될 수 있거나 바이러스의 불활성화가 요구될 수 있는 기구에서 사용될 수 있다.In some embodiments, the object may be a monolithic component composed of silicon nitride or aluminum nitride. Such objects may be completely dense with no internal porosity, or may be porous with a porosity ranging from about 1% to about 80%. The monolithic object may be used as a medical device or may be used in instruments where inactivation of viruses may be required.

일부 실시양태에서, 물체는 제한된 시간 동안 SARS-CoV-2 바이러스와 접촉할 수 있다. 물체는 바이러스를 불활성시키기 위해 약 1분에서 약 2시간 동안 SARS-CoV-2 바이러스와 접촉할 수 있다. 다양한 실시예에서 물체는 적어도 30초, 적어도 1분, 적어도 5분, 적어도 30분, 적어도 1시간, 적어도 2시간, 적어도 5시간 또는 적어도 1일 동안 SARS-CoV-2 바이러스와 접촉할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 물체는 환자에게 영구적으로 이식될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 물체는 사용자에 의해 외부적으로 착용될 수 있다. 다른 실시예에서, 물체는 환자에게 영구적으로 이식될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 물체는 고접촉 표면일 수 있다. 추가 실시예에서, 물체는 환자의 체액과 연속적으로 또는 지속적으로 접촉할 수 있다. 체액은 혈액 또는 가스(예를 들어, 흡입 또는 호기 가스)일 수 있다.In some embodiments, the object may come into contact with the SARS-CoV-2 virus for a limited amount of time. An object may come into contact with the SARS-CoV-2 virus for about 1 minute to about 2 hours to inactivate the virus. In various embodiments the object may be in contact with the SARS-CoV-2 virus for at least 30 seconds, 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 embodiment, the object may be permanently implanted into a patient. In at least one embodiment, the object may be worn externally by a user. In another embodiment, the object may be permanently implanted into a patient. In another embodiment, the object may be a high contact surface. In a further embodiment, the object may be in continuous or continuous contact with the patient's bodily fluid. The bodily fluid may be blood or gas (eg, inhaled or exhaled gas).

일부 실시양태에서, 바이러스는 적어도 1분, 적어도 5분 또는 적어도 30분 동안 물체와 접촉한 후 적어도 70% 불활성화, 적어도 75% 불활성화, 적어도 80% 불활성화, 적어도 85% 불활성화, 적어도 90% 불활성화, 적어도 95% 불활성화 또는 적어도 99% 불활성화된다. 적어도 하나의 실시예에서, 바이러스는 적어도 1분 동안 물체와 접촉한 후 적어도 85% 불활성화된다. 또 다른 실시예에서, 바이러스는 적어도 30분 동안 물체와 접촉한 후 적어도 99% 불활성화된다. 또 다른 실시예에서, 바이러스는 적어도 1분 동안 물체와 접촉한 후 적어도 99% 불활성화된다.In some embodiments, the virus is at least 70% inactivated, at least 75% inactivated, at least 80% inactivated, at least 85% inactivated, at least 90% inactivated after contact with an object for at least 1 minute, at least 5 minutes, or at least 30 minutes. % inactive, at least 95% inactive or at least 99% inactive. In at least one embodiment, the virus is at least 85% inactivated after contact with an object for at least 1 minute. In another embodiment, the virus is at least 99% inactivated after contact with the object for at least 30 minutes. In another embodiment, the virus is at least 99% inactivated after contact with an object for at least 1 minute.

항바이러스 및 항미생물 특성을 갖는 개인 보호 장비 물품이 본원에 또한 제시된다. 물품은 물품 내로 통합된 질화규소 또는 질화알루미늄을 포함할 수 있거나, 질화규소 또는 질화알루미늄이 물품의 표면 상에 코팅될 수 있다.Articles of personal protective equipment having antiviral and antimicrobial properties are also provided herein. The article may include silicon nitride or aluminum nitride incorporated into the article, or silicon nitride or aluminum nitride may be coated on the surface of the article.

질화규소 또는 질화알루미늄 코팅은 약 1 중량% 내지 약 100 중량%의 농도로 물품의 표면 상에 존재할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 코팅은 약 1 중량%, 2 중량%, 5 중량%, 7.5 중량%, 8.3 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 16.7 중량%, 20 중량%, 25 중량%, 또는 약 30 중량%의 질화규소 분말 또는 질화알루미늄 분말을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 코팅은 약 10 중량% 내지 약 20 중량%의 질화규소 또는 질화알루미늄을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 코팅은 약 15 중량%의 질화규소 또는 질화알루미늄을 포함한다. 일부 실시예에서, 질화규소 또는 질화알루미늄은 약 1 중량% 내지 약 100 중량%의 농도로 물품의 내부(충진제로서) 또는 표면에 매립될 수 있다. 다양한 실시예에서, 물체는 약 1 중량%, 2 중량%, 5 중량%, 7.5 중량%, 8.3 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 16.7 중량%, 20 중량%, 25 중량%, 30 중량%, 33.3 중량%, 35 중량%, 40 중량%, 50 중량%, 60 중량%, 70 중량%, 80 중량%, 90 중량% 내지 100 중량%의 질화규소 또는 질화알루미늄을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 질화규소 또는 질화알루미늄은 약 10 중량% 내지 약 20 중량%의 농도로 물품의 표면 상에 존재할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 질화규소 또는 질화알루미늄은 약 15 중량%의 농도로 물품의 표면 상에 존재할 수 있다. 일부 측면에서, 질화규소 또는 질화알루미늄의 농도는 물체의 기판 재료에 따라 달라질 수 있다.The silicon nitride or aluminum nitride coating may be present on the surface of the article at a concentration of about 1% to about 100% by weight. In various embodiments, the coating is about 1%, 2%, 5%, 7.5%, 8.3%, 10%, 15%, 16.7%, 20%, 25%, or about 30% by weight of silicon nitride powder or aluminum nitride powder. In some embodiments, the coating may include about 10% to about 20% by weight of silicon nitride or aluminum nitride. In at least one embodiment, the coating includes about 15 weight percent silicon nitride or aluminum nitride. In some embodiments, silicon nitride or aluminum nitride may be embedded in (as a filler) or on the surface of the article at a concentration of about 1% to about 100% by weight. In various embodiments, the object is about 1%, 2%, 5%, 7.5%, 8.3%, 10%, 15%, 16.7%, 20%, 25%, 30% by weight. %, 33.3%, 35%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% to 100% silicon nitride or aluminum nitride. In some embodiments, silicon nitride or aluminum nitride may be present on the surface of the article in a concentration of about 10% to about 20% by weight. In at least one embodiment, the silicon nitride or aluminum nitride may be present on the surface of the article in a concentration of about 15% by weight. In some aspects, the concentration of silicon nitride or aluminum nitride may vary depending on the substrate material of the object.

일부 실시양태에서, 물품은 PPE이다. 일부 측면에서, 물품은 신체 커버, 머리 커버, 신발 커버, 안면 마스크, 안면 및 눈 보호구, 또는 장갑이다. 일부 측면에서, 물품은 물품이 바이러스와 접촉할 때 SARS-CoV-2 바이러스를 불활성화시키도록 작동할 수 있다.In some embodiments, the article is PPE. In some aspects, the article is a body cover, head cover, shoe cover, face mask, face and eye protection, or glove. In some aspects, the article may be operable to inactivate the SARS-CoV-2 virus when the article contacts the virus.

II. II. 질화물계 항병원성 조성물 및 장치 및 이의 사용 방법Nitride-based antipathogenic composition and device and method of use thereof

본원에서는 바이러스, 박테리아 및 진균의 불활성화를 위한 질화물을 포함하는 항병원성 조성물 및 장치를 제공한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 질화물은 질소가 -3 내지 +5의 공칭 산화 상태를 갖는 질소 화합물이다. 적합한 질화물의 비제한적 예는 질화규소, 질화알루미늄, 질화붕소, 질화크롬, 질화세륨, 질화하프늄, 질화란타늄, 질화인, 질화황, 질화탄탈륨, 질화티타늄, 질화바나듐, 질화이트륨, 질화지르코늄, 또는 이들의 조합을 포함한다. 질화물은 높은 고유 질소 함량을 가질 수 있다. 예를 들어, 질화규소(Si3N4)는 약 40 중량%의 질소를 함유하고, 질화붕소(BN)는 약 56 중량%의 질소를 함유하고, 질화알루미늄(AlN)은 34 중량%의 질소를 함유하고, 질화티타늄(TiN)은 약 22 중량%의 질소를 함유한다.Provided herein are antipathogenic compositions and devices comprising nitrides for inactivation of viruses, bacteria and fungi. As used herein, a nitride is a nitrogen compound in which nitrogen has a nominal oxidation state of -3 to +5. Non-limiting examples of suitable nitrides include silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, chromium nitride, cerium nitride, hafnium nitride, lanthanum nitride, phosphorus nitride, sulfur nitride, tantalum nitride, titanium nitride, vanadium nitride, yttrium nitride, zirconium nitride, or these includes a combination of Nitrides can have a high intrinsic nitrogen content. For example, silicon nitride (Si 3 N 4 ) contains about 40% nitrogen by weight, boron nitride (BN) contains about 56% nitrogen by weight, and aluminum nitride (AlN) contains 34% nitrogen by weight. and titanium nitride (TiN) contains about 22% nitrogen by weight.

일반적으로 질화물은 수성 배지 또는 생물학적 체액 및 조직과 접촉할 때 질소 함유 종의 방출로 인해 항병원성일 수 있다. 예를 들어, 질화규소의 표면 가수분해 화학은 다음과 같이 표시될 수 있다:In general, nitrides can be antipathogenic due to the release of nitrogen-containing species when in contact with aqueous media or biological fluids and tissues. For example, the surface hydrolysis 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

마찬가지로, 두 번째 예로서, 질화붕소의 표면 가수분해 화학은 다음과 같이 표시될 수 있다:Similarly, as a second example, the surface hydrolysis chemistry of boron nitride can be expressed as:

BN + 3H2O → B2O3 + 2NH3 BN + 3H 2 O → B 2 O 3 + 2NH 3

또한, 물이 있는 경우 암모니아와 암모늄은 다음과 같이 pH 의존적 평형 상태로 존재한다:Also, in the presence of water, ammonia and ammonium exist in pH dependent equilibrium as follows:

NH3 + H2O

Figure pct00001
NH4 + (aq) + OH- (aq)NH 3 + H 2 O
Figure pct00001
NH 4 + (aq) + OH - (aq)

암모니아의 용출, 암모늄 및 수산화물 이온으로의 양성자화 및 수반되는 pH 증가는 바이러스, 박테리아 및 진균을 불활성화시킨다. 질화규소와 유사하게 다른 질화물 물질은 질소의 표면 가수분해 및 결과적으로 암모니아 및 암모늄의 형성으로 인해 항병원성 특성을 나타낼 수 있다. 이전에는 β-질화규소만이 항병원성 특성을 나타내는 것으로 여겨졌다. 그러나 놀랍게도 다른 질화물 재료가 유사한 표면 화학을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이러한 결과는 모든 질화물이 본질적으로 물에 불용성이고 이들의 가수분해가 이전에는 항병원성 특성을 생성하기에 불충분한 것으로 여겨졌다는 사실을 고려할 때 예상치 못한 것이었다.Elution of ammonia, protonation to ammonium and hydroxide ions and concomitant pH increase inactivate viruses, bacteria and fungi. Similar to silicon nitride, other nitride materials may exhibit antipathogenic properties due to surface hydrolysis of nitrogen and consequent formation of ammonia and ammonium. Previously, only β-silicon nitride was believed to exhibit antipathogenic properties. Surprisingly, however, other nitride materials were found to exhibit similar surface chemistries. This result was unexpected given the fact that all nitrides are essentially water insoluble and their hydrolysis was previously considered insufficient to produce antipathogenic properties.

일 실시양태에서, 항병원성 질화물계 조성물은 다음을 나타내는 용리 동역학을 나타낼 수 있다: (i) 통상적인 기체 상태보다는 고체 상태로부터 암모니아의 느리지만 연속적인 용출; (ii) 진핵 세포에 대한 손상 또는 부정적인 영향 없음; 및 (iii) pH가 감소함에 따라 증가하는 지능형 용출.In one embodiment, the antipathogenic nitride-based composition may exhibit elution kinetics exhibiting: (i) slow but continuous elution of ammonia from the solid state rather than the conventional gas phase; (ii) no damage or adverse effects on eukaryotic cells; and (iii) intelligent elution that increases with decreasing pH.

본원에 개시된 항병원성 조성물 및 장치는 질화알루미늄, 질화붕소, 질화크롬, 질화세륨, 질화하프늄, 질화란타늄, 질화인, 질화황, 질화탄탈륨, 질화티타늄, 질화바나듐, 질화이트륨, 및 질화지르코늄 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 조성물 및 장치는 α-질화규소와 같은 질화규소를 추가로 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 질화물은 α-질화규소일 수 있다. 일부 실시양태에서, 질화물은 질화알루미늄일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 항병원성 조성물 및 장치는 AlN 및 BN의 혼합물과 같은 질화물 혼합물을 포함할 수 있다. 놀랍게도 이들 조성물이 바이러스를 불활성화시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다.The antipathogenic composition and device disclosed herein is one of aluminum nitride, boron nitride, chromium nitride, cerium nitride, hafnium nitride, lanthanum nitride, phosphorus nitride, sulfur nitride, tantalum nitride, titanium nitride, vanadium nitride, yttrium nitride, and zirconium nitride. may contain more than In some embodiments, the compositions and devices may further include silicon nitride, such as α-silicon nitride. In other embodiments, the nitride may be α-silicon nitride. In some embodiments, the nitride may be aluminum nitride. In another embodiment, the antipathogenic composition and device may include a nitride mixture, such as a mixture of AlN and BN. Surprisingly, it has been found that these compositions are capable of inactivating viruses.

질화물계 조성물은 분말, 미립자, 슬러리, 현탁액, 코팅, 필름 및/또는 복합물일 수 있다. 일부 실시양태에서, 조성물은 질화물의 마이크로미터 또는 나노미터 입자를 포함할 수 있다. 질화물의 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 실시양태에서, 조성물은 질화물 입자의 슬러리 또는 현탁액을 포함할 수 있다.Nitride-based compositions can be powders, particulates, slurries, suspensions, coatings, films, and/or composites. In some embodiments, the composition may include micrometric or nanometric particles of nitride. The average particle size of the nitride 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 other embodiments, the composition may include a slurry or suspension of nitride particles.

일부 실시양태에서, 항병원성 조성물은 질화물로 구성된 모놀리식 구성요소일 수 있다. 그러한 구성요소는 내부 기공률을 갖지 않는 완전히 조밀할 수 있거나, 약 1% 내지 약 80% 범위의 기공률을 갖는 다공성일 수 있다. 모놀리식 구성요소는 의료 장치로 사용될 수 있거나 바이러스, 박테리아 및/또는 진균의 불활성화가 요구될 수 있는 기구에서 사용될 수 있다.In some embodiments, the antipathogenic composition may be a monolithic component composed of nitrides. Such components may be completely dense with no internal porosity, or may be porous with a porosity ranging from about 1% to about 80%. The monolithic component may be used as a medical device or may be used in instruments where inactivation of viruses, bacteria and/or fungi may be required.

또 다른 실시양태에서, 항병원성 질화물계 조성물은 바이러스, 박테리아 및 진균을 불활성화시키기 위해 장치 내로 또는 장치 표면 상의 코팅 내로 통합될 수 있다. 장치 표면의 적어도 일부는 질화물계 조성물을 포함하는 코팅으로 코팅될 수 있다. 적합한 장치의 비제한적 예는 정형외과용 임플란트, 척추 임플란트, 척추경 나사못, 치과용 임플란트, 내재 카테터, 기관내관, 대장내시경용 내시경 및 기타 유사한 장치를 포함한다. 장치 또는 기구는 금속, 폴리머 및/또는 세라믹일 수 있다.In another embodiment, the antipathogenic nitride-based composition can be incorporated into a device or into a coating on a device surface to inactivate viruses, bacteria and fungi. At least a portion of the surface of the device may be coated with a coating comprising a nitride-based composition. Non-limiting examples of suitable devices include orthopedic implants, spinal implants, pedicle screws, dental implants, indwelling catheters, endotracheal tubes, endoscopes for colonoscopy, and other similar devices. The device or mechanism may be metal, polymeric and/or ceramic.

일부 실시양태에서, 질화물은 폴리머 및 직물, 수술용 가운, 장갑, 튜빙, 의복, 공기 및 물 필터(예를 들어, 마취 기계의 여과 장치, 인공 호흡기, 또는 CPAP 기계), 마스크, 병원 검사 및 수술 테이블과 같은 테이블, 책상, 비품, 핸들, 손잡이, 장난감 및 에어컨 필터와 같은 필터 또는 칫솔과 같은 항병원성 특성을 위한 물질 또는 기구 내로 통합되거나 코팅으로서 도포될 수 있다. In some embodiments, nitrides are used in polymers and fabrics, surgical gowns, gloves, tubing, garments, air and water filters (eg, filtration devices in anesthesia machines, respirators, or CPAP machines), masks, hospital examinations and surgeries. It can be applied as a coating or incorporated into materials or appliances for antipathogenic properties such as tables, desks, fixtures, handles, knobs, toys and filters such as air conditioner filters or toothbrushes.

질화물계 코팅은 장치의 표면에 분말로 도포될 수 있다. 일부 실시예에서, 질화물 분말은 디바이스의 적어도 일부에 매립되거나 함침될 수 있다. 일부 실시양태에서, 분말은 마이크로미터 또는 나노미터 크기일 수 있다. 다른 실시양태에서, 질화규소는 장치 내로 통합될 수 있다. 예를 들어, 장치는 장치 본체 내에 질화물 분말을 포함할 수 있다.The nitride-based coating may be applied as a powder to the surface of the device. In some embodiments, nitride powder may be embedded or impregnated into at least a portion of the device. In some embodiments, powders may be micrometric or nanometer sized. In other embodiments, silicon nitride may be incorporated into the device. For example, the device may contain nitride powder within the device body.

일부 실시양태에서, 항병원성 질화물계 조성물은 수용액 중의 질화물 분말의 슬러리일 수 있다. 수성 배지는 물, 식염수, 완충 식염수 또는 인산염 완충 식염수일 수 있다. 다른 실시양태에서, 질화물계 조성물은 질화물 분말 및 국소 적용을 위한 적합한 비히클(예를 들어, 크림, 겔 또는 로션)의 현탁액 또는 에멀젼일 수 있다. 질화물 분말은 약 0.1 부피% 내지 약 20 부피%의 농도로 조성물에 존재할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 슬러리는 약 0.1 부피%, 0.5 부피%, 1 부피%, 1.5 부피%, 2 부피%, 5 부피%, 10 부피%, 15 부피%, 또는 20 부피%의 질화규소를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 질화물의 농도는 병원체를 불활성화시키는데 효과적일 수 있다.In some embodiments, the antipathogenic nitride-based composition may be a slurry of nitride powder in an aqueous solution. The aqueous medium may be water, saline, buffered saline or phosphate buffered saline. In other embodiments, the nitride-based composition may be a suspension or emulsion of a nitride powder and a suitable vehicle for topical application (eg, a cream, gel, or lotion). The nitride powder may be present in the composition in a concentration of about 0.1% by volume to about 20% by volume. In various embodiments, the slurry may comprise about 0.1%, 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 5%, 10%, 15%, or 20% silicon nitride by volume. there is. In some embodiments, the concentration of nitride may be effective to inactivate pathogens.

다른 실시양태에서, 질화물계 코팅은 약 1 중량% 내지 약 100 중량%의 농도로 장치의 표면 또는 장치 내에 존재할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 코팅은 약 1 중량%, 2 중량%, 5 중량%, 7.5 중량%, 8.3 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 16.7 중량%, 20 중량%, 25 중량%, 30 중량%, 33.3 중량%, 35 중량%, 또는 40 중량% 질화물 분말을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 코팅은 약 15 중량%의 질화물을 포함한다. 일부 실시양태에서, 질화물은 약 1 중량% 내지 약 100 중량%의 농도로 장치 또는 기구의 표면 내에 또는 상에 존재할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 장치 또는 기구는 약 1 중량%, 2 중량%, 5 중량%, 7.5 중량%, 8.3 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 16.7 중량%, 20 중량%, 25 중량%, 30 중량%, 33.3 중량%, 35 중량%, 40 중량%, 50 중량%, 60 중량%, 60 중량%, 70 중량%, 80 중량%, 90 중량%, 내지 100 중량%의 질화물을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 질화물의 농도는 병원체를 불활성화시키는데 효과적일 수 있다.In other embodiments, the nitride-based coating may be present on the surface of or within the device at a concentration of about 1% to about 100% by weight. In various embodiments, the coating is about 1%, 2%, 5%, 7.5%, 8.3%, 10%, 15%, 16.7%, 20%, 25%, 30% by weight. %, 33.3%, 35%, or 40% nitride powder. In at least one embodiment, the coating includes about 15 weight percent nitride. In some embodiments, the nitride may be present in or on the surface of the device or appliance in a concentration of about 1% to about 100% by weight. In various embodiments, the device or appliance may contain about 1%, 2%, 5%, 7.5%, 8.3%, 10%, 15%, 16.7%, 20%, 25%, 30 wt%, 33.3 wt%, 35 wt%, 40 wt%, 50 wt%, 60 wt%, 60 wt%, 70 wt%, 80 wt%, 90 wt%, to 100 wt% of nitride may be included. there is. In some embodiments, the concentration of nitride may be effective to inactivate pathogens.

일부 실시양태에서, 항병원성 질화물계 조성물 또는 장치는 바이러스, 박테리아 및/또는 진균의 전파를 불활성화시키거나 감소시킬 수 있다. 바이러스, 박테리아 및 진균은 포유류 세포, 동물 세포 및/또는 식물 세포를 감염시킬 수 있다. 항병원성 질화물계 조성물에 의해 불활성화될 수 있는 바이러스의 비제한적 예는 코로나바이러스(예를 들어, SARS-CoV-2), 라이노바이러스, 인플루엔자 바이러스(A, B, C, D) 및 고양이 칼리시바이러스를 포함한다. 항병원성 질화물계 조성물 또는 장치는 그람 양성 및 그람 음성 박테리아 모두를 죽일 수 있다. 용해될 수 있는 진균의 예는 노균병, 맥류흰가루병, 보트리트스(Botrytis) 썩음병, 푸사륨(Fusarium) 썩음병, 녹병, 리족토니아(Rhizoctonia) 썩음병, 스클레로티니아(Sclerotinia) 썩음병, 스클레로티움(Sclerotium) 썩음병, 또는 기타 농업 관련 질병을 유발하는 것을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.In some embodiments, the anti-pathogenic nitride-based composition or device is capable of inactivating or reducing the spread of viruses, bacteria and/or fungi. Viruses, bacteria and fungi can infect mammalian cells, animal cells and/or plant cells. Non-limiting examples of viruses that can be inactivated by the antipathogenic nitride-based composition include coronaviruses (eg, SARS-CoV-2), rhinoviruses, influenza viruses (A, B, C, D) and feline calicis. contains a virus Anti-pathogenic nitride-based compositions or devices are capable of killing both gram-positive and gram-negative bacteria. Examples of soluble fungi include downy mildew, powdery mildew, Botrytis rot, Fusarium rot, rust, Rhizoctonia rot, Sclerotinia rot, Sclerotium (Sclerotium) Including but not limited to those that cause rot, or other agricultural diseases.

일부 실시양태에서, 병원체는 인간, 동물 또는 식물의 표면 상에 또는 그 내부에 있을 수 있다. 다른 실시양태에서, 병원체는 무생물체의 표면 상에 또는 무생물체 내부에 있을 수 있다.In some embodiments, the pathogen may be on or in the surface of a human, animal or plant. In other embodiments, the pathogen may be on the surface of or inside an inanimate object.

바이러스, 박테리아 및/또는 진균을 본원에 개시된 항병원성 질화물계 조성물과 접촉시켜 병원체를 불활성화시키는 방법이 본원에 추가로 제공된다. 일 실시양태에서, 방법은 장치 또는 기구를 질화물계 조성물로 코팅하는 단계 및 코팅된 기구를 바이러스, 박테리아 또는 진균과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 상기 방법은 바이러스, 박테리아 및/또는 진균을 질화물계 조성물을 포함하는 조성물과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 조성물은 질화물 분말 또는 입자를 포함하는 슬러리일 수 있다. 조성물은 질화물 분말을 포함하는 현탁액 또는 에멀젼일 수 있다.Further provided herein is a method of inactivating a pathogen by contacting a virus, bacteria, and/or fungus with an antipathogenic nitride-based composition disclosed herein. In one embodiment, a method may include coating a device or appliance with a nitride-based composition and contacting the coated appliance with a virus, bacteria, or fungus. In another embodiment, the method may include contacting a virus, bacterium and/or fungus with a composition comprising a nitride-based composition. The composition may be a slurry comprising nitride powder or particles. The composition may be a suspension or emulsion comprising the nitride powder.

또한 본원에서는 인간 환자의 특정 위치에서 병원체를 치료하거나 예방하는 방법이 제공된다. 예를 들어, 병원체는 바이러스, 박테리아 또는 진균일 수 있다. 방법은 질화물계 조성물을 포함하는 장치, 기구 또는 조성물과 환자를 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 장치, 기구 또는 조성물은 약 1 중량% 내지 약 100 중량%의 질화물을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 장치 또는 기구는 장치 또는 기구의 표면 상에 약 1 중량% 내지 약 100 중량%의 질화물을 포함할 수 있다. 일 실시양태에서, 장치 또는 기구는 모놀리식 질화물계 세라믹일 수 있다. 다른 실시양태에서, 장치 또는 기구는 질화물 분말 코팅과 같은 질화물 코팅을 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 장치 또는 기구는 질화물을 장치 본체에 통합할 수 있다. 예를 들어, 질화물 분말은 당업계에 공지된 방법을 사용하여 장치 또는 장치의 본체 내로 통합되거나 함침될 수 있다.Also provided herein are methods for treating or preventing pathogens at a specific location in a human patient. For example, the pathogen may be a virus, bacterium or fungus. The method can include contacting a patient with a device, appliance, or composition comprising a nitride-based composition. The device, apparatus or composition may include from about 1% to about 100% nitride by weight. In some embodiments, a device or appliance may include from about 1% to about 100% nitride by weight on a surface of the device or appliance. In one embodiment, the device or mechanism may be a monolithic nitride-based ceramic. In other embodiments, the device or appliance may include a nitride coating such as a nitride powder coating. In other embodiments, the device or mechanism may incorporate nitride into the device body. For example, the nitride powder may be incorporated or impregnated into the device or body of the device using methods known in the art.

일부 실시양태에서, 장치 또는 기구는 적어도 1분, 적어도 5분, 적어도 30분, 적어도 1시간, 적어도 2시간, 적어도 5시간 또는 적어도 1일동안 환자 또는 사용자와 접촉할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 장치 또는 기구는 환자에게 영구적으로 이식될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 장치 또는 기구는 사용자에 의해 외부적으로 착용될 수 있다.In some embodiments, the device or instrument may 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 embodiment, the device or appliance may be permanently implanted into a patient. In at least one embodiment, the device or appliance may be worn externally by a user.

예시적인 실시양태Exemplary Embodiments

실시양태 1: 질화붕소, 질화크롬, 질화세륨, 질화하프늄, 질화란타늄, 질화인, 질화황, 질화탄탈륨, 질화티타늄, 질화바나듐, 질화이트륨, 질화지르코늄, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 질화물의 유효 농도를 포함하는 조성물과 병원체를 접촉시키는 단계를 포함하는 병원체 불활성화 방법으로서, 여기서 상기 질화물의 유효 농도는 병원체를 불활성화시키는 것인, 방법.Embodiment 1: Effective concentration of a nitride selected from boron nitride, chromium nitride, cerium nitride, hafnium nitride, lanthanum nitride, phosphorus nitride, sulfur nitride, tantalum nitride, titanium nitride, vanadium nitride, yttrium nitride, zirconium nitride, or combinations thereof A method for inactivating a pathogen comprising contacting a composition comprising a pathogen with a pathogen, wherein the effective concentration of the nitride inactivates the pathogen.

실시양태 2: 실시양태 1의 방법으로서, 상기 조성물은 질화규소를 추가로 포함하는 것인, 방법.Embodiment 2: The method of embodiment 1, wherein the composition further comprises silicon nitride.

실시양태 3: 실시양태 1의 방법으로서, 상기 조성물은 질화알루미늄을 추가로 포함하는 것인, 방법.Embodiment 3: The method of embodiment 1, wherein the composition further comprises aluminum nitride.

실시양태 4: 실시양태 1의 방법으로서, 상기 질화물은 질화붕소인 것인, 방법.Embodiment 4: The method of embodiment 1, wherein the nitride is boron nitride.

실시양태 5: 실시양태 1의 방법으로서, 상기 조성물은 수성 배지 중의 질화물 입자의 슬러리를 포함하는 것인, 방법.Embodiment 5: The method of embodiment 1, wherein the composition comprises a slurry of nitride particles in an aqueous medium.

실시양태 6: 실시양태 5의 방법으로서, 상기 질화물의 유효 농도는 약 0.1 부피% 내지 약 20 부피%인 것인, 방법.Embodiment 6: The method of embodiment 5, wherein the effective concentration of nitride is from about 0.1% to about 20% by volume.

실시양태 7: 실시양태 1의 방법으로서, 상기 조성물은 상기 질화물의 분말을 포함하는 것인, 방법.Embodiment 7: The method of embodiment 1, wherein said composition comprises a powder of said nitride.

실시양태 8: 실시양태 7의 방법으로서, 상기 조성물은 장치 표면의 적어도 일부 위에 코팅되고/되거나 장치 내로 통합되는 것인, 방법.Embodiment 8: The method of embodiment 7, wherein the composition is coated over at least a portion of a surface of the device and/or incorporated into the device.

실시양태 9: 실시양태 8의 방법으로서, 상기 질화물의 유효 농도는 유효 농도가 1 중량% 내지 100 중량%인 것인, 방법.Embodiment 9: The method of embodiment 8, wherein the effective concentration of nitride is from 1% to 100% by weight.

실시양태 10: 실시예 8 또는 9의 방법으로서, 상기 장치는 정형외과용 임플란트, 척추용 임플란트, 척추경 나사못, 치과용 임플란트, 내재 카테터, 기관내관, 대장내시경용 내시경, 수술용 가운, 마스크, 필터 또는 튜빙인 것인, 방법.Embodiment 10: The method of embodiment 8 or 9, wherein the device is an orthopedic implant, a spinal implant, a pedicle screw, a dental implant, an indwelling catheter, an endotracheal tube, a colonoscopy endoscope, a surgical gown, a mask, filter or tubing.

실시양태 11: 실시양태 1 내지 10 중 어느 하나의 방법으로서, 상기 병원체는 바이러스, 박테리아 또는 진균인 것인, 방법.Embodiment 11: The method of any one of embodiments 1 to 10, wherein the pathogen is a virus, bacteria or fungus.

실시양태 12: 실시양태 11의 방법으로서, 상기 바이러스는 코로나바이러스인 것인, 방법.Embodiment 12: The method of embodiment 11, wherein the virus is a coronavirus.

실시양태 13: 실시양태 1 내지 12 중 어느 하나의 방법으로서, 상기 병원체는 인간, 동물 또는 식물의 표면 또는 내부에 있는 것인, 방법.Embodiment 13: The method of any one of embodiments 1 to 12, wherein the pathogen is on or inside a human, animal or plant.

실시양태 14: 실시양태 1 내지 12 중 어느 하나의 방법으로서, 상기 병원체는 무생물체의 표면에 있는 것인, 방법.Embodiment 14: The method of any one of embodiments 1 to 12, wherein the pathogen is on the surface of an inanimate object.

실시양태 15: 수성 배지 중의 질화물 입자의 슬러리를 포함하는 병원체 불활성화용 질화물계 조성물로서, 여기서 상기 질화물은 약 0.1 부피% 내지 약 20 부피%의 농도로 존재하고, 상기 농도는 병원체를 불활성화시키는데 효과적인 것인, 질화물계 조성물.Embodiment 15: A nitride-based composition for inactivating pathogens comprising a slurry of nitride particles in an aqueous medium, wherein the nitride is present in a concentration of from about 0.1% to about 20% by volume, wherein the concentration is effective to inactivate pathogens. That is, a nitride-based composition.

실시양태 16: 실시예 15의 질화물계 조성물로서, 상기 질화물은 질화붕소, 질화크롬, 질화세륨, 질화하프늄, 질화란타늄, 질화인, 질화황, 질화탄탈륨, 질화티타늄, 질화바나듐, 질화이트륨, 질화지르코늄, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 것인, 질화물계 조성물.Embodiment 16: The nitride-based composition of Example 15, wherein the nitride is boron nitride, chromium nitride, cerium nitride, hafnium nitride, lanthanum nitride, phosphorus nitride, sulfur nitride, tantalum nitride, titanium nitride, vanadium nitride, yttrium nitride, nitride A nitride-based composition selected from zirconium, or combinations thereof.

실시양태 17: 실시예 16의 질화물계 조성물로서, 상기 조성물은 질화규소를 추가로 포함하는 것인, 질화물계 조성물.Embodiment 17: The nitride-based composition of Example 16, wherein the composition further comprises silicon nitride.

실시양태 18: 실시양태 16의 질화물계 조성물로서, 상기 조성물은 질화알루미늄을 추가로 포함하는 것인, 질화물계 조성물.Embodiment 18: The nitride-based composition of embodiment 16, wherein the composition further comprises aluminum nitride.

실시양태 19: 실시양태 16의 질화물계 조성물로서, 상기 질화물은 질화붕소인 것인, 질화물계 조성물.Embodiment 19: The nitride-based composition of embodiment 16, wherein the nitride is boron nitride.

실시양태 20: 실시양태 15의 질화물계 조성물로서, 상기 병원체는 바이러스, 박테리아 또는 진균인 것인, 질화물계 조성물.Embodiment 20: The nitride-based composition of embodiment 15, wherein the pathogen is a virus, bacteria or fungus.

실시양태 21: 실시양태 20의 질화물계 조성물로서, 상기 바이러스는 코로나바이러스인 것인, 질화물계 조성물.Embodiment 21: The nitride-based composition of embodiment 20, wherein the virus is a coronavirus.

실시양태 22: 실시양태 15 내지 21 중 어느 하나의 질화물계 조성물로서, 상기 병원체는 인간, 동물 또는 식물의 표면 또는 내부에 있는 것인, 질화물계 조성물.Embodiment 22: The nitride-based composition of any one of embodiments 15 to 21, wherein the pathogen is on or inside a human, animal or plant.

실시양태 23: 실시양태 15 내지 21 중 어느 하나의 질화물계 조성물로서, 상기 병원체는 무생물체의 표면에 있는 것인, 질화물계 조성물.Embodiment 23: The nitride-based composition of any one of embodiments 15 to 21, wherein the pathogen is on the surface of an inanimate object.

실시양태 24: 장치 표면의 적어도 일부 위에 코팅되고/되거나 장치 내로 통합된 질화물 분말을 포함하는 병원체 불활성화용 질화물계 장치로서, 여기서 상기 질화물은 약 10 중량% 내지 약 30 중량%의 농도로 존재하고, 상기 농도는 병원체를 불활성화시키는데 효과적인 것인, 질화물계 장치.Embodiment 24: A nitride-based device for pathogen inactivation comprising a nitride powder coated on at least a portion of a surface of the device and/or incorporated into the device, wherein the nitride is present in a concentration of about 10% to about 30% by weight; wherein the concentration is effective to inactivate pathogens.

실시양태 25: 실시양태 24의 질화물계 장치로서, 상기 질화물은 질화붕소, 질화크롬, 질화세륨, 질화하프늄, 질화란타늄, 질화인, 질화황, 질화탄탈륨, 질화티타늄, 질화바나듐, 질화이트륨, 질화지르코늄, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 것인, 질화물계 장치.Embodiment 25: The nitride-based device of embodiment 24, wherein the nitride is boron nitride, chromium nitride, cerium nitride, hafnium nitride, lanthanum nitride, phosphorus nitride, sulfur nitride, tantalum nitride, titanium nitride, vanadium nitride, yttrium nitride, nitride A nitride-based device selected from zirconium, or combinations thereof.

실시양태 26: 실시양태 25의 질화물계 장치로서, 상기 장치는 질화규소를 추가로 포함하는 것인, 질화물계 장치.Embodiment 26: The nitride-based device of embodiment 25, wherein the device further comprises silicon nitride.

실시양태 27: 실시양태 25의 질화물계 장치로서, 상기 장치는 질화알루미늄을 추가로 포함하는 것인, 질화물계 장치.Embodiment 27: The nitride-based device of embodiment 25, wherein the device further comprises aluminum nitride.

실시양태 28: 실시양태 25의 질화물계 장치로서, 상기 질화물은 질화붕소인 것인, 질화물계 장치.Embodiment 28: The nitride-based device of embodiment 25, wherein the nitride is boron nitride.

실시양태 29: 실시양태 24의 질화물계 장치로서, 상기 병원체는 바이러스, 박테리아 또는 진균인 것인, 질화물계 장치.Embodiment 29: The nitride-based device of embodiment 24, wherein the pathogen is a virus, bacteria, or fungus.

실시양태 30: 실시양태 29의 질화물계 장치로서, 상기 바이러스는 코로나바이러스인 것인, 질화물계 장치.Embodiment 30: The nitride-based device of embodiment 29, wherein the virus is a coronavirus.

실시양태 31: 실시양태 24 내지 30 중 어느 하나의 질화물계 장치로서, 상기 병원체는 인간, 동물 또는 식물의 표면 또는 내부에 있는 것인, 질화물계 장치.Embodiment 31: The nitride-based device of any one of embodiments 24 to 30, wherein the pathogen is on or inside a human, animal or plant.

실시양태 32: 실시양태 24 내지 30 중 어느 하나의 질화물계 장치로서, 상기 병원체는 무생물체의 표면에 있는 것인, 질화물계 장치.Embodiment 32: The nitride-based device of any one of embodiments 24 to 30, wherein the pathogen is on the surface of an inanimate object.

실시양태 33: α-질화규소의 유효 농도를 포함하는 슬러리와 병원체를 접촉시키는 단계를 포함하는 병원체 불활성화 방법으로서, 여기서 질화물의 유효 농도는 병원체을 불활성화시키고, 상기 슬러리 내 α-질화규소의 유효 농도는 약 15% w/v인 것인, 방법.Embodiment 33: A method for inactivating a pathogen comprising contacting a pathogen with a slurry comprising an effective concentration of α-silicon nitride, wherein the effective concentration of nitride inactivates the pathogen, and wherein the effective concentration of α-silicon nitride in the slurry is about 15% w/v.

실시양태 34: 실시양태 33의 방법으로서, 상기 슬러리는 질화붕소, 질화크롬, 질화세륨, 질화하프늄, 질화란타늄, 질화인, 질화황, 질화탄탈륨, 질화티타늄, 질화바나듐, 질화이트륨, 질화지르코늄, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 질화물을 추가로 포함하는 것인, 방법.Embodiment 34: The method of embodiment 33, wherein the slurry comprises boron nitride, chromium nitride, cerium nitride, hafnium nitride, lanthanum nitride, phosphorus nitride, sulfur nitride, tantalum nitride, titanium nitride, vanadium nitride, yttrium nitride, zirconium nitride, or a nitride selected from combinations thereof.

실시양태 35: 질화알루미늄의 유효 농도를 포함하는 슬러리와 병원체를 접촉시키는 단계를 포함하는 병원체 불활성화 방법으로서, 여기서 질화물의 유효 농도는 병원체를 불활성화시키고, 상기 슬러리 내 질화알루미늄의 유효 농도는 약 15% w/v인 것인, 방법.Embodiment 35: A method for inactivating a pathogen comprising contacting a pathogen with a slurry comprising an effective concentration of aluminum nitride, wherein the effective concentration of nitride inactivates the pathogen, and wherein the effective concentration of aluminum nitride in the slurry is about 15% w/v.

실시양태 36: 실시양태 35의 방법으로서, 상기 슬러리는 질화붕소, 질화크롬, 질화세륨, 질화하프늄, 질화란타늄, 질화인, 질화황, 질화탄탈륨, 질화티타늄, 질화바나듐, 질화이트륨, 질화지르코늄, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 질화물을 추가로 포함하는 것인, 방법.Embodiment 36: The method of embodiment 35, wherein the slurry comprises boron nitride, chromium nitride, cerium nitride, hafnium nitride, lanthanum nitride, phosphorus nitride, sulfur nitride, tantalum nitride, titanium nitride, vanadium nitride, yttrium nitride, zirconium nitride, or a nitride selected from combinations thereof.

실시예Example

실시예 1:Example 1: 질화규소 또는 질화알루미늄에 의한 SARS-CoV-2의 신속한 불활성화Rapid inactivation of SARS-CoV-2 by silicon nitride or aluminum nitride

본 연구는 SARS -CoV-2 바이러스를 질화규소(Si3N4) 입자, 질화알루미늄(AlN) 입자 및 2개의 대조군(즉, 구리(Cu) 입자의 현탁액(양성 대조군) 및 항 바이러스제가 없는 현탁액(음성 대조군))의 수성 현탁에 노출시킨 효과를 비교했다. Cu는 바이러스를 포함한 다양한 미생물을 불활성화시키는 잘 알려진 능력 때문에 양성 대조군으로 선택되었다.In this study, the SARS-CoV-2 virus was isolated from a suspension of silicon nitride (Si 3 N 4 ) particles, aluminum nitride (AlN) particles and two controls (i.e., copper (Cu) particles (positive control) and a suspension without antiviral agent ( The effect of exposure to an aqueous suspension of the negative control)) was compared. Cu was chosen as a positive control because of its well-known ability to inactivate various microorganisms, including viruses.

시험 재료 준비Preparation of test materials

Si3N4, Cu 및 AlN 분말은 상업적 공급원에서 구입했다. Si3N4 분말(90 중량% Si3N4, 6 중량% Y2O3 및 4 중량% Al2O3의 공칭 조성)은 무기 성분의 수성 혼합 및 분무 건조에 이어 분무 건조된 과립의 소결(~1700℃에서 ~3시간 동안), 열간 정수압 프레싱(~1600℃, 2시간, N2에서 140 MPa), 수성 기반 분쇄 및 동결 건조에 의해 제조되었다. 얻어진 분말의 평균 입경은 0.8±1.0μm였다. 받은 그대로의 Cu 분말(USP 등급 99.5% 순도) 과립을 분쇄하여 Si3N4에 필적하는 입자 크기를 달성했다. AlN 분말은 평균 입자 크기가 1.2±0.6 μm 로 Si3N4와 비슷했다.Si 3 N 4 , Cu and AlN powders were purchased from commercial sources. Si 3 N 4 powder (nominal composition of 90 wt % Si 3 N 4 , 6 wt % Y 2 O 3 and 4 wt % Al 2 O 3 ) was obtained by aqueous mixing of the inorganic components and spray drying followed by sintering of the spray dried granules. (~1700°C for ~3 hours), hot isostatic pressing (~1600°C, 2 hours, N 2 at 140 MPa), aqueous based milling and freeze drying. The average particle diameter of the obtained powder was 0.8±1.0 μm. As-received Cu powder (USP grade 99.5% purity) granules were milled to achieve particle sizes comparable to Si 3 N 4 . The average particle size of AlN powder was 1.2±0.6 μm, similar to that of Si 3 N 4 .

포유류 및 바이러스 세포의 준비Preparation of Mammalian and Viral Cells

VeroE6/TMPRSS2 포유류 세포를 바이러스 분석에 사용했다. 세포는 G418 이황산염 (1 mg/ml), 페니실린(100 단위/mL), 스트렙토마이신(100 μg/mL), 5% 소태아혈청이 보충된 둘베코 수정 이글 최소 필수영양 배지(DMEM: Dulbecco's modified Eagle's minimum essential medium)에서 성장시켰고, 가습 대기에서 5% CO2 / 95%에서 37℃로 유지되었다. SARS-CoV-2 바이러스 스톡은 VeroE6/TMPRSS2 세포를 사용하여 37℃에서 2일 동안 증식되었다. 바이러스 역가는 조직 배양 감염성 용량 중앙값(TCID50)으로 분석되었다.VeroE6/TMPRSS2 mammalian cells were used for viral assays. Cells were cultured in Dulbecco's Modified Eagle Minimum Essential Nutrient Medium (DMEM) supplemented with G418 disulfate (1 mg/ml), penicillin (100 units/mL), streptomycin (100 μg/mL), and 5% fetal bovine serum. Eagle's minimum essential medium) and maintained at 37°C in 5% CO/95% in a humidified atmosphere. SARS-CoV-2 virus stocks were propagated for 2 days at 37°C using VeroE6/TMPRSS2 cells. Viral titers were analyzed as the median tissue culture infectious dose (TCID 50 ).

실시예 2:Example 2:

바이러스 분석virus analysis

15 중량% (15 wt.%)의 Si3N4, Cu 및 AlN 분말을 별도로 1 mL의 PBS(-)에 분산시킨 다음 바이러스 현탁액(20 μL에서 2 x 105 TCID50)을 첨가하였다. Cu 분말의 밀도가 높기 때문에 부피 분율은 대략 Si3N4의 1/3이었다. 혼합은 4℃에서 느린 수동 회전으로 1분 및 10분 동안 수행되었다. 노출 후, 분말을 원심분리(2400 rpm 2분)에 이어 0.1 μm 배지를 통해 여과하여 펠릿화했다. 상청액을 수집하여 TCID50 분석, 실시간 RT-PCR 테스트 및 형광 이미징을 수행했다. 실험은 항바이러스 분말이 없는 가짜 상청액을 포함하여 3회 수행되었다. 96-웰 플레이트에서 VeroE6/TMPRSS2 세포의 컨플루언트(confluent) 단층에 0.5% FBS DMEM (즉, 유지 배지)을 사용하여 10배 연속 희석에서 각 바이러스 현탁액의 50 μL/웰을 접종했다. 37℃에서 1시간 동안 바이러스 흡착을 10분마다 기울이면서 수행하였다. 그 후, 50 μL/웰의 유지 배지를 첨가하였다. 플레이트를 37℃, 5% CO2 / 95% 가습 대기에서 4일 동안 배양했다. 감염된 세포의 세포 변성 효과(CPE)는 위상차 현미경으로 관찰되었다. 이어서 10 μL/웰의 글루타르알데히드를 첨가하고 0.5% 크리스탈 바이올렛으로 염색하여 세포를 고정시켰다. TCID50은 Reed-Muench 방법에 따라 계산되었다.15% by weight (15 wt.%) of Si 3 N 4 , Cu and AlN powders were separately dispersed in 1 mL of PBS(-) and then virus suspension (2×10 5 TCID 50 in 20 μL) was added. Due to the high density of Cu powder, the volume fraction was approximately 1/3 of Si 3 N 4 . Mixing was performed for 1 and 10 minutes with slow manual rotation at 4°C. After exposure, the powder was pelleted by centrifugation (2400 rpm for 2 min) followed by filtration through 0.1 μm media. Supernatants were collected and subjected to TCID 50 assay, real-time RT-PCR testing and fluorescence imaging. Experiments were performed in triplicate, including sham supernatants without antiviral powder. In 96-well plates, confluent monolayers of VeroE6/TMPRSS2 cells were inoculated with 50 μL/well of each virus suspension in 10-fold serial dilutions using 0.5% FBS DMEM (i.e. maintenance medium). Viral adsorption for 1 hour at 37°C was performed with a tilt every 10 minutes. Then, 50 μL/well of maintenance medium was added. Plates were incubated for 4 days at 37°C, 5% CO2 / 95% humidified atmosphere. The cytopathic effect (CPE) of the infected cells was observed by phase contrast microscopy. Cells were then fixed by adding 10 μL/well of glutaraldehyde and staining with 0.5% crystal violet. TCID 50 was calculated according to the Reed-Muench method.

바이러스 RNA 분석Viral RNA analysis

분말에 노출된 후, 140 μL의 상청액을 바이러스 RNA 추출에 사용했다. 원심분리 및 여과된 분말의 표면에서도 RNA를 추출하였다 QIAamp Viral RNA Mini 키트를 사용하여 RNA 정제를 수행했다. 16 μL의 분리된 RNA 분취량을 ReverTra Ace® qPCR RT Master Mix를 사용하여 역전사했다. 2개의 특정 바이러스 N 유전자 세트에 대해 Step-One Plus Real-Time PCR 시스템 프라이머/프로브를 사용하여 정량적 실시간 PCR을 수행했다. 각각의 20 μL 반응 혼합물은 4 μL의 cDNA, 8.8 pmol의 각 프라이머, 2.4 pmol의 프로브 및 10 μL GoTaq Probe qPCR 마스터 믹스를 포함했다. 증폭 프로토콜은 95℃에서 3초 동안 변성 및 60℃에서 20초 동안 어닐링 및 확장의 50주기로 구성되었다.After exposure to the powder, 140 μL of the supernatant was used for viral RNA extraction. RNA was also extracted from the surface of the centrifuged and filtered powder. RNA purification was performed using the QIAamp Viral RNA Mini kit. A 16 μL aliquot of isolated RNA was reverse transcribed using ReverTra Ace® qPCR RT Master Mix. Quantitative real-time PCR was performed using Step-One Plus Real-Time PCR system primers/probes for two specific virus N gene sets. Each 20 μL reaction mixture contained 4 μL of cDNA, 8.8 pmol of each primer, 2.4 pmol of probe and 10 μL GoTaq Probe qPCR master mix. The amplification protocol consisted of 50 cycles of denaturation at 95 °C for 3 sec and annealing at 60 °C for 20 sec and extension.

면역화학 형광 분석Immunochemical Fluorescence Analysis

Vero E6/TMPRSS2 세포에 200 μL의 바이러스 상청액을 접종했다. 37℃에서 1시간 동안 바이러스 흡착 후, 세포를 CO2 인큐베이터에서 유지 배지와 함께 7 시간 동안 인큐베이션하였다. 감염된 세포의 검출을 위해 이들 세포를 TBS (20 mM Tris-HCl pH 7.5, 150 mM NaCl)로 세척하고 실온(RT)에서 10분 동안 4% PFA로 고정한 후 RT에서 5분 동안 TBS 중 0.1% Triton X로 막 투과화시켰다. 세포를 실온에서 60분 동안 TBS 중 2% 탈지유로 차단하고 실온에서 60분 동안 항-SARS 코로나바이러스 외피(토끼) 항체(희석 = 1:100)로 염색했다. 완충액으로 세척한 후, 세포를 Alexa 594 염소 항-토끼 IgG (H+L) (1:500) 및 Alexa 488 팔로이딘 (1:50)과 함께 실온에서 암실에서 60분 동안 인큐베이션했다. DAPI를 갖는 ProLong™ Diamond Antifade Mountant를 마운팅 배지로 사용했다. 염색은 형광현미경 BZX710으로 관찰하였다. 전체 세포 및 감염된 세포 수는 Keyence BZ-X 분석기를 사용하여 얻었다.Vero E6/TMPRSS2 cells were inoculated with 200 μL of viral supernatant. After viral adsorption for 1 hour at 37° C., cells were incubated for 7 hours with maintenance medium in a CO2 incubator. For detection of infected cells, these cells were washed with TBS (20 mM Tris-HCl pH 7.5, 150 mM NaCl) and fixed with 4% PFA for 10 min at room temperature (RT) followed by 0.1% Triton in TBS for 5 min at RT. The membrane was permeabilized with X. Cells were blocked with 2% skim milk in TBS for 60 minutes at room temperature and stained with anti-SARS coronavirus enveloped (rabbit) antibody (dilution = 1:100) for 60 minutes at room temperature. After washing with buffer, cells were incubated with Alexa 594 goat anti-rabbit IgG (H+L) (1:500) and Alexa 488 phalloidin (1:50) for 60 minutes at room temperature in the dark. ProLong™ Diamond Antifade Mountant with DAPI was used as the mounting medium. Staining was observed with a fluorescence microscope BZX710. Total cell and infected cell counts were obtained using a Keyence BZ-X analyzer.

라만 분광 분석Raman spectroscopy

Vero E6/TMPRSS2 세포를 200μL의 각 바이러스 현탁액으로 유리 부위에 감염시켰다. 37℃에서 1시간 동안 바이러스 흡착 후, 감염된 세포를 유지 배지와 함께 CO2 인큐베이터에서 4시간 동안 인큐베이션하고 실온에서 10분 동안 4% 파라포름알데히드로 고정시켰다. 증류수로 2회 세척한 후, 감염된 세포를 공기 건조시키고 라만 마이크로프로브 분광계를 사용하여 현장에서 분석하였다. 라만 스펙트럼은 20× 광학 렌즈가 있는 고감도 분광기를 사용하여 수집되었다. 이는 2차원 공초점 이미징을 사용하여 현미경 측정 모드에서 작동했다. 광학 회로 내의 홀로그램 노치 필터는 10mW에서 작동하는 532nm 여기 원(excitation source)을 통해 1.5cm-1의 스펙트럼 분해능을 효율적으로 달성하는 데 사용되었다. 공냉식 전하 결합 소자(CCD) 검출기 1024 × 256 픽셀에 연결된 단일 단색화 장치를 사용하여 라만 방출을 모니터링했다). 획득 시간은 10초로 고정되었다. 30개의 스펙트럼을 수집하고 각 분석 시점에 대해 평균을 냈다. 라만 스펙트럼은 상업적으로 이용 가능한 소프트웨어를 사용하여 Gaussian-Lorentzian 하위 대역으로 데콘볼루션하였다.Vero E6/TMPRSS2 cells were infected at the free site with 200 μL of each virus suspension. After viral adsorption for 1 hour at 37° C., infected cells were incubated with maintenance medium in a CO 2 incubator for 4 hours and fixed with 4% paraformaldehyde for 10 minutes at room temperature. After washing twice with distilled water, the infected cells were air dried and analyzed in situ using a Raman microprobe spectrometer. Raman spectra were collected using a high-sensitivity spectrometer with a 20× optical lens. It operated in microscopy mode using two-dimensional confocal imaging. A holographic notch filter in the optical circuit was used to efficiently achieve a spectral resolution of 1.5 cm-1 with a 532 nm excitation source operating at 10 mW. Raman emission was monitored using a single monochromator coupled to an air-cooled charge-coupled device (CCD) detector 1024 × 256 pixels). Acquisition time was fixed at 10 seconds. Thirty spectra were collected and averaged for each analysis time point. Raman spectra were deconvolved into Gaussian-Lorentzian subbands using commercially available software.

통계 분석statistical analysis

스튜던트 t-검정은 Prism 소프트웨어를 사용하여 n=3 및 0.01의 p-값에 대한 통계적 유의성을 결정했다.Student's t-test determined statistical significance for n=3 and a p-value of 0.01 using Prism software.

실시예 3:Example 3:

조직 배양 감염성 용량 중앙값Median tissue culture infectious dose

15 중량% Si3N4, Cu 및 AlN 분말에 대한 TCID50 검정 결과가 도 1a-1d에 도시되어 있다. 1분 및 10분의 불활성화 시간이 각각 도 1a 및 1b 뿐만 아니라 도 1c 및 1d에 도시되어 있다. 음성 대조군에 비해 세 가지 분말 모두 두 노출 시간 동안 SARS-CoV-2 비리온(>99%)을 비활성화시키는 데 효과적이었다.The TCID 50 assay results for 15 wt % Si 3 N 4 , Cu and AlN powders are shown in FIGS. 1A-1D. Inactivation times of 1 min and 10 min are shown in FIGS. 1A and 1B as well as FIGS. 1C and 1D, respectively. Compared to the negative control, all three powders were effective in inactivating SARS-CoV-2 virions (>99%) during both exposure times.

RNA 유전자 단편화RNA gene fragmentation

바이러스 RNA가 상청액과 분말 모두에 노출되어 단편화되었는지 여부를 조사하기 위해 바이러스 RNA의 N 유전자 세트에 대해 RT-PCR 테스트를 수행했다. 결과는 1분 및 10분 노출에 대해 각각 도 2a 및 2b 뿐만 아니라 도 2c 및 2d에 도시되어 있다. 다시, 상청액에 대한 1분 노출에서 음성 대조군과 비교하여, RNA의 거의 완전한 단편화는 Cu에 대해 관찰된 반면 상당한 손상은 AlN에 의해 야기되었고 Si3N4에 의해 더 적은 정도로 야기되었다. 상청액에 10분 노출 후, 세 가지 물질 모두에서 RNA의 상당한 절단이 관찰되었다. Cu가 여전히 가장 많은 조각화를 보인 반면, Si3N4는 유사한 효과를 나타냈고 AlN은 1분 노출 조건과 본질적으로 동일하다. 바이러스 RNA는 1분 노출에서 펠릿화 분말로부터 추출된 RNA를 기반으로 3가지 물질 모두에 대해 사실상 검출할 수 없었다(도 2a 및 2b 참조). 이 결과는 상청액에서 바이러스 RNA의 감소가 RNA가 분말에 달라붙기 때문이 아니라 직접적인 분해 때문임을 시사한다.To investigate whether viral RNA was fragmented due to exposure to both supernatant and powder, RT-PCR tests were performed on the N gene set of viral RNA. Results are shown in FIGS. 2A and 2B as well as FIGS. 2C and 2D for 1 minute and 10 minute exposure, respectively. Again, compared to the negative control at 1 min exposure to the supernatant, almost complete fragmentation of RNA was observed for Cu while significant damage was caused by AlN and to a lesser extent by Si 3 N 4 . After 10 min exposure to the supernatant, significant cleavage of RNA was observed in all three materials. While Cu still showed the most fragmentation, Si 3 N 4 had a similar effect and AlN was essentially the same as the 1 min exposure condition. Viral RNA was virtually undetectable for all three materials based on RNA extracted from the pelleted powder at 1 min exposure (see Figures 2a and 2b). This result suggests that the reduction of viral RNA in the supernatant is due to direct degradation and not because RNA sticks to the powder.

면역 형광 검사immunofluorescence test

외피 항체(빨간색), 살아있는 세포에서 F-액틴을 염색하는 팔로이딘(녹색) 및 세포 핵 염색을 위한 DAPI(파란색)를 사용한 면역형광 이미징을 사용하여 TCID50 분석 및 유전자 단편화 결과를 확인했다. 도 3a-3d는 (a) 노출되지 않은 비리온(즉, 음성 대조군)과 (b) Si3N4, (c) AlN 및 (d) Cu의 10분 노출된 비리온의 상청액으로 접종된 VeroE6/TMPRSS2 세포 집단을 나타내는 형광 현미경 사진을 보여준다. 도 3e는 바이러스로 접종되지 않은 세포를 나타낸다("가짜-감염된" 세포로 라벨링됨. 음성 대조군의 적색 반점(도 3a)은 비리온이 Vero6E 세포의 대사에 진입하여 납치음을 입증하였다. 이는 정상 대사 기능을 나타낸 가짜 감염 세포(도 3e)와 대조된다.TCID 50 assay and gene fragmentation results were confirmed using immunofluorescence imaging using an envelope antibody (red), phalloidin (green) to stain F-actin in living cells, and DAPI (blue) to stain cell nuclei. 3A-3D show VeroE6 inoculated with supernatants of (a) unexposed virions (ie, negative control) and 10 min exposed virions of (b) Si 3 N 4 , (c) AlN and (d) Cu. /shows a fluorescence micrograph representing the TMPRSS2 cell population. Figure 3E shows cells that were not inoculated with virus (labeled as "mock-infected" cells. Red spots in the negative control (Figure 3A) demonstrated that virions entered the metabolism of Vero6E cells and hijacked them. This is normal. Contrasted with sham-infected cells (Fig. 3e), which showed metabolic function.

놀랍게도, Si3N4 및 정도는 덜하지만 AlN의 상층액으로 접종된 세포는 감염이 거의 없이 거의 정상적인 기능을 나타냈다. 반대로, Cu 상청액으로 접종된 세포는 본질적으로 죽었지만(즉, F-액틴의 완전한 결여, 도 3d), 비록 핵에 존재하는 청적색 얼룩에 기초하지만, 비리온이 일부 핵을 납치한 것으로 나타나기 때문에 사전 생존 가능했을 수 있다. 이것은 세포 용해가 바이러스 감염의 결과일 뿐만 아니라 세포 내 유리 Cu 이온의 독성 효과 때문임을 시사한다. 도 3a-3e로부터의 비색 결과의 정량화가 도 4에 제공된다. 이들 데이터는 음성 대조군으로부터 생존 가능한 VeroE6 세포의 약 35%가 비리온에 의해 감염된 반면, Si3N4 및 AlN 으로부터의 상청액으로 접종된 세포의 단지 2% 및 8%만이 각각 감염되었음을 입증한다. Cu 상청액으로 접종된 세포의 정량적 평가는 조기 사망으로 인해 평가할 수 없었다.Surprisingly, cells inoculated with supernatants of Si 3 N 4 and to a lesser extent AlN exhibited almost normal function with little infection. Conversely, cells inoculated with Cu supernatant were essentially dead (i.e., completely lacking F-actin, Fig. 3d), although based on the blue-red staining present in the nuclei, as virions appear to have hijacked some nuclei. Pre-survival may have been possible. This suggests that cell lysis is not only a result of viral infection but also due to the toxic effect of intracellular free Cu ions. Quantification of the colorimetric results from FIGS. 3A-3E is provided in FIG. 4 . These data demonstrate that about 35% of viable VeroE6 cells from the negative control were infected with the virions, whereas only 2% and 8% of cells inoculated with supernatants from Si 3 N 4 and AlN were infected, respectively. Quantitative evaluation of cells inoculated with Cu supernatant could not be evaluated due to premature death.

라만 분광법Raman spectroscopy

라만 분광법은 감염 및 이온(즉, Cu 및 Al) 독성으로 인한 생화학적 세포 변화를 평가하기 위해 다양한 상층액에 노출된 VeroE6 세포를 검사했다. 도 5a-5g는 (a) 감염되지 않은 VeroE6/TMPRSS2 세포, 및 (b) Si3N4, (c) AlN, (d) Cu(양성 대조군) 및 (e) 항바이러스 화합물 없음(음성 대조군)에 10분 동안 노출된 비리온을 함유하는 상청액으로 접종된 세포에 대한 주파수 범위 700-900 cm-1의 라만 스펙트럼을 보여준다. 근본적으로 중요한 것은 링 호흡의 진동 밴드와 트립토판의 인돌 링의 H-시저링이다(각각 756 및 875 cm-1에서, T1 및 T2로 표시됨). 트립토판은 단백질 합성 및 다양한 면역 기능을 위한 분자 생성에 중요한 역할을 한다. 이의 입체이성질체는 세포막 내에서 단백질을 고정시키는 역할을 하고 이의 이화산물은 면역억제 기능을 가지고 있다. 트립토판의 이화 작용은 바이러스 감염에 의해 유발된다. 이것은 과도한 반응성 면역 반응으로부터 숙주 세포를 보호하는 인돌아민-2,3-디옥시게나제(IDO)의 효소 활성을 통해 발생한다. IDO는 트립토판을 키누레닌으로 환원시킨 다음 N'-포르밀-키누레닌으로 환원시킨다. IDO 활동의 증가는 트립토판을 고갈시킨다. 결과적으로 트립토판 밴드(T1 및 T2)의 강도는 이러한 생화학적 변화의 지표이다. Cu 처리된 샘플을 제외하고, 도 5f에 제시된 데이터는 감염된 세포의 분율과 상관관계가 있는 결합된 트립토판 밴드의 기하급수적 감소를 보여준다. (N'-포르밀-키누레닌의 화학 구조는 명확성을 위해 삽도에 나타나 있다.) 구리의 이상 현상은 그 독성에 대한 추가 증거를 제공한다. VeroE6 세포는 트립토판을 소비하여 Cu2+를 감소시키고 이를 Cu+로 안정화시켰다.Raman spectroscopy examined VeroE6 cells exposed to various supernatants to evaluate biochemical cellular changes due to infection and ion (i.e., Cu and Al) toxicity. 5A-5G show (a) uninfected VeroE6/TMPRSS2 cells, and (b) Frequency range for cells inoculated with supernatant containing virions exposed for 10 min to Si 3 N 4 , (c) AlN, (d) Cu (positive control) and (e) no antiviral compound (negative control). It shows a Raman spectrum of 700-900 cm-1. Of fundamental importance are the vibrational bands of ring respiration and the H-scissor ring of the indole ring of tryptophan (at 756 and 875 cm-1, respectively, denoted T1 and T2). Tryptophan plays an important role in protein synthesis and creation of molecules for various immune functions. Its stereoisomer serves to fix proteins in the cell membrane, and its catabolite has an immunosuppressive function. The catabolism of tryptophan is induced by viral infection. This occurs through the enzymatic activity of indoleamine-2,3-dioxygenase (IDO), which protects host cells from an overreactive immune response. IDO reduces tryptophan to kynurenine and then to N'-formyl-kynurenine. Increased IDO activity depletes tryptophan. Consequently, the intensities of the tryptophan bands (T1 and T2) are indicative of these biochemical changes. Except for the Cu-treated samples, the data presented in Figure 5f show an exponential decrease in the bound tryptophan band that correlates with the fraction of infected cells. (The chemical structure of N'-formyl-kynurenine is shown in the inset for clarity.) Copper's anomalies provide further evidence of its toxicity. VeroE6 cells consumed tryptophan to reduce Cu 2+ and stabilize it to Cu + .

아데닌, 시토신, 구아닌 및 티민의 고리-스트레칭 진동에 의한 라만 신호는 725, 795, 680, 748 cm-1에서 발견되었으며 도 5a-5e에서 각각 A, Cy1, G, Th로 표기하였다. 이 밴드는 바이러스 노출 후에도 보존되었다. 그러나, Cu 노출된 비리온으로 감염된 세포에 대해 각각 Ty1 및 Ty2로 라벨링된 642 및 832cm-1에서 티로신을 대표하는 라인에 대한 이상이 있었다. 티로신의 고리-호흡 밴드 Ty2는 다른 샘플에 비해 매우 약했다(도 5d와 도 5b 참조). 반대로 C-C 결합 관련 Ty1 신호는 강하게 유지되었다. 이것은 티로신의 방향족 고리가 Cu 이온을 킬레이트화했음을 시사한다. 이것은 C-C 신호가 변경되지 않은 상태에서 티로신 링-호흡 모드만 감소한 이유를 설명한다. 티로신에서 3개의 가능한 Cu(II) 킬레이트 형태가 도 5g에 제시되어 있다.Raman signals by ring-stretching vibrations of adenine, cytosine, guanine, and thymine were found at 725, 795, 680, and 748 cm-1, and are indicated as A, Cy1, G, and Th in Figs. 5a-5e, respectively. This band was preserved after virus exposure. However, for cells infected with Cu-exposed virions, there were abnormalities for lines representing tyrosines at 642 and 832 cm −1 labeled Ty1 and Ty2, respectively. The ring-respiration band of tyrosine, Ty2, was very weak compared to other samples (see Figs. 5d and 5b). Conversely, the C–C binding-related Ty1 signal remained strong. This suggests that the aromatic ring of tyrosine chelated the Cu ion. This explains why only the tyrosine ring-respiration mode decreased while the C-C signal remained unchanged. Three possible Cu(II) chelate forms on tyrosine are shown in Figure 5g.

AlN으로 처리된 비리온에 노출된 VeroE6 세포의 경우 (도 5c), 트립토판 T1 및 T2 밴드는 보존되었지만, DNA 시토신(도 5a-5e에서 각각 Cy2 및 Cy3으로 표시됨)의 고리 굽힘으로 인해 615 및 ~700 cm-1에서 밴드가 거의 사라졌다. 그들의 소실은 진행성 뉴클레오솜 사이 DNA 절단 또는 복합체 형성으로 인한 것이며 둘 다 독성과 관련이 있다. 시토신 신호의 손실은 구리보다 훨씬 덜 중요하지만 Al 이온에 의한 독성 효과로 해석된다. Al3 +는 뉴클레오티드 염기에서 카보닐 O 및/또는 N 고리 공여체와 상호작용하고 킬레이트화에 의해 PO2 그룹의 백본 및/또는 G-C 염기쌍의 구아닌 N-7 부위에 선택적으로 결합한다.For VeroE6 cells exposed to AlN-treated virions (Fig. 5c), the tryptophan T1 and T2 bands were preserved, but 615 and ∼615 due to ring bending of DNA cytosines (labeled Cy2 and Cy3, respectively, in Figs. 5a-5e). The band almost disappeared at 700 cm-1. Their loss is due to progressive internucleosome DNA cleavage or complex formation, both of which are associated with toxicity. Loss of cytosine signaling translates to a toxic effect by Al ions, although much less significant than copper. Al 3+ interacts with the carbonyl O and/or N ring donor at the nucleotide base and binds selectively by chelation to the backbone of the PO2 group and/or to the guanine N-7 site of the GC base pair.

VeroE6 세포를 Cu 및 AlN 상청액에 노출시켜 중등도 내지 중증 독성을 초래한 것과는 달리, Si3N4는 트립토판, 티로신 및 시토신의 변형을 유발하지 않았다. Si3N4 바이러스 상청액에 대한 스펙트럼의 형태는 감염되지 않은 가짜 현탁액의 형태와 거의 일치했다(도 5a 및 5b 참조).Unlike exposure of VeroE6 cells to Cu and AlN supernatants resulted in moderate to severe toxicity, Si 3 N 4 did not induce modification of tryptophan, tyrosine and cytosine. The shape of the spectrum for the Si 3 N 4 viral supernatant was almost identical to that of the uninfected sham suspension (see Figs. 5a and 5b).

실시예 4: 질화알루미늄 및 질화붕소 재료의 생물막 분석Example 4: Biofilm analysis of aluminum nitride and boron nitride materials

본 연구는 양성 대조군으로서 PEEK와 함께 질화규소 및 기타 세라믹 재료의 생체 재료 변화에 대한 표피 포도상 구균(Staphylococcus epidermidis) 생물막 성장을 비교하기 위해 수행되었다. 관찰 중인 세라믹 재료는 소성된(as-fired) 질화규소(AFSN), 질화알루미늄(AlN), 두 등급의 질화붕소(BN: AX05BN 및 PCBN1000) 및 Shapal (AlN 및 BN의 혼합물)을 포함한다. This study was conducted to compare Staphylococcus epidermidis biofilm growth on biomaterial variations of silicon nitride and other ceramic materials with PEEK as a positive control. Ceramic materials under observation include as-fired silicon nitride (AFSN), aluminum nitride (AlN), two grades of boron nitride (BN: AX05BN and PCBN1000) and Shapal (a mixture of AlN and BN).

기본적인 통계 분석을 위해 24시간 및 48시간의 시점에서 각 샘플 재료에 대해 3개의 복제본을 선택했다. 5분 동안 초음파 교반 하에서 알코올로 세척한 후. 5분 동안 초음파 교반을 사용하여 탈이온수로 헹구고. 각 면에서 30분 동안 UV-C 광 노출로 샘플을 멸균하고. 샘플을 접종 전 최소 60분 동안 휴지시켜 샘플을 준비했다.Three replicates were selected for each sample material at the 24 and 48 hour time points for basic statistical analysis. After washing with alcohol under ultrasonic agitation for 5 minutes. Rinse with deionized water using ultrasonic agitation for 5 min. Sterilize the samples by UV-C light exposure for 30 min on each side. Samples were prepared by resting the samples for at least 60 minutes prior to inoculation.

박테리아 배지는 7% 포도당, 1X PBS 및 10% 인간 혈장을 혼합하여 제조한 다음, 이를 소량의 표피 포도상 구균으로로 접종했다. 분광 광도계를 사용하여 초기 흡광도 값을 취했다. 그런 다음 배지를 37℃ 및 175 rpm에서 6시간 동안 진탕 인큐베이터에 넣고 박테리아가 0.05AU의 흡광도 값에 도달할 때까지 증식되도록 했다(이전에 생성된 성장 곡선 당 105 세포/mL에 해당).Bacterial medium was prepared by mixing 7% glucose, 1X PBS and 10% human plasma, which was then inoculated with a small amount of Staphylococcus epidermidis. Initial absorbance values were taken using a spectrophotometer. The medium was then placed in a shaking incubator at 37° C. and 175 rpm for 6 hours and allowed to grow until the bacteria reached an absorbance value of 0.05 AU (corresponding to 10 5 cells/mL per growth curve generated previously).

각각의 멸균 샘플을 웰 플레이트에 놓고 7 mL의 액체 배양액을 첨가하였다. 웰 플레이트를 37℃ 및 125 rpm에서 24시간 동안 진탕 인큐베이터에 두었다. t = 24시간째에 액체 배양액을 제거하고 7 mL의 신선한 배지를 첨가했다. 웰 플레이트를 추가 24시간 동안 진탕 인큐베이터에 다시 넣었다.Each sterile sample was placed in a well plate and 7 mL of liquid culture was added. The well plate was placed in a shaking incubator at 37° C. and 125 rpm for 24 hours. At t = 24 hours the liquid culture was removed and 7 mL of fresh medium was added. The well plate was returned to the shaking incubator for an additional 24 hours.

샘플을 적절한 시점(24 또는 48시간)에서 제거하고 125 rpm으로 2분 동안 진탕 인큐베이터에서 신선한 웰 플레이트에서 5 mL의 1X PBS로 헹구었다. 각 샘플을 신선한 1X PBS에 담그고 헹구었다. 샘플을 50 mL 원심분리 튜브의 10 mL 1X PBS에 넣고 2분 동안 격렬하게 와동시켰다.Samples were removed at appropriate time points (24 or 48 hours) and rinsed with 5 mL of 1X PBS in a fresh well plate in a shaking incubator at 125 rpm for 2 minutes. Each sample was immersed in fresh 1X PBS and rinsed. Samples were placed in 10 mL 1X PBS in a 50 mL centrifuge tube and vortexed vigorously for 2 minutes.

디스크 직경, 폭 및 중량을 사용하여 표면적 측정을 얻었다. 각 페트리필름의 콜로니 수를 세고 기록하고 비교했다.Surface area measurements were obtained using disc diameter, width and weight. The number of colonies on each petrifilm was counted, recorded and compared.

각 시료의 생물막 용액을 1X PBS로 연속 희석하여 원래 시료의 농도의 1x, 1/10x, 1/100x, 1/1,000x 및 1/10,000x가 되도록 했다. 각 희석액을 페트리필름 상에 플레이팅하여 각 샘플에 대한 데이터 비교에서 가장 낮은 계산 가능한 희석액을 사용할 수 있도록 했다. 37℃의 배양 환경에서 24시간 동안 성장한 후 박테리아는 콜로니 형성 단위(CFU)라고 하는 콜로니를 형성했다. CFU 수를 얻은 후, 수에 적절한 희석 계수를 곱하여 샘플 당 CFU를 계산했다. 총 CFU는 크기가 다른 샘플을 정확하게 비교하기 위해 표면적으로 나누어, 보고된 최종 데이터는 CFU/mm2 단위이다. 통계 분석을 수행하고 그래프로 표시했다. 표 1 및 도 7은 24시간 및 48시간째 모두에서 각 물질에 대한 평균을 보여준다. 모든 샘플에 대해 95% 신뢰구간을 갖는 이분산성 양측 t-검정을 적용하여 통계 분석을 수행하였다.The biofilm solution of each sample was serially diluted in 1X PBS to be 1x, 1/10x, 1/100x, 1/1,000x and 1/10,000x the concentration of the original sample. Each dilution was plated on petrifilm to allow the lowest calculable dilution to be used in data comparisons for each sample. After growing for 24 hours in a culture environment at 37°C, the bacteria formed colonies called colony forming units (CFUs). After obtaining the number of CFUs, the number was multiplied by the appropriate dilution factor to calculate the CFU per sample. Total CFU is divided by surface area to accurately compare samples of different sizes, so the final data reported are in units of CFU/mm 2 . Statistical analysis was performed and graphed. Table 1 and Figure 7 show the average for each material at both 24 and 48 hours. Statistical analysis was performed by applying a heteroskedastic two-tailed t-test with 95% confidence intervals for all samples.

표 1Table 1

24시간째에 PEEK의 박테리아 성장은 모두 p<0.05인 소성된 β-Si3N4 (AFSN), AlN 및 Shapal보다 10배 더 컸다. PEEK와 AX05BN을 제외한 모든 재료 사이에 통계적 차이가 발견되었다. AX05BN은 또한 다른 모든 재료와 비교할 때 생물막 성장에서 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 밝혀졌다. AlN, Shapal, AFSN 및 PCBN1000 간의 생물막 성장 비교는 전반적으로 크게 다르지 않았다. 24시간 시점에서 AlN, Shapal, PCBN1000 및 AFSN이 가장 효율적인 항균 특성을 포함하고 있다는 결론을 내릴 수 있다.Bacterial growth of PEEK at 24 hours was 10-fold greater than calcined β -Si 3 N 4 (AFSN), AlN and Shapal, all with p<0.05 . Statistical differences were found between all materials except PEEK and AX05BN. AX05BN was also found to have a statistically significant difference in biofilm growth when compared to all other materials. Biofilm growth comparisons between AlN, Shapal, AFSN and PCBN1000 were not significantly different overall. It can be concluded that AlN, Shapal, PCBN1000 and AFSN contain the most effective antibacterial properties at the 24 hour time point.

48시간째에 [0096]에 기술된 일련의 희석 및 플레이팅 절차를 나머지 샘플에 대해 수행하였다. PEEK에서의 생물막 성장은 24시간째에 발견된 결과와 일치했는데, 이는 CFU 수가 어느 세라믹 재료보다 적어도 한 자릿수 더 크게 유지되었기 때문이다. 이 비교를 위한 대표적인 p-값은 하나의 PEEK 샘플 이상치(outlier)로 인한 시각적 차이를 반영하지 않았다. 예상되는 생물학적 변동성으로 인해 이 이상치는 전체 결과에서 내린 결론을 변경하지 않는다. AFSN, Shapal 및 AlN과 비교하여 AX05BN 및 PCBN1000 모두에서 상당한 차이가 발견되었다. AX05BN과 비교할 때 AFSN, AlN 및 Shapal에 대한 p-값은 각각 p=0.032, p=0.031 및 p=0.033이었다. 48시간 결과는 24시간으로부터의 추세와 일치한다. 모든 재료는 시간이 지남에 따라 생물막 성장이 일관되게 증가했다.At 48 hours, the serial dilution and plating procedure described in [0096] was performed on the remaining samples. Biofilm growth on PEEK was consistent with the results found at 24 h, as the CFU count remained at least an order of magnitude higher than either ceramic material. Representative p-values for this comparison did not reflect visual differences due to one PEEK sample outlier. Due to the expected biological variability, this outlier does not change the conclusions drawn from the overall results. Significant differences were found for both AX05BN and PCBN1000 compared to AFSN, Shapal and AlN. Compared to AX05BN, the p-values for AFSN, AlN, and Shapal were p=0.032, p=0.031, and p=0.033, respectively. The 48 hour results are consistent with the trend from 24 hours. All materials showed a consistent increase in biofilm growth over time.

24시간 및 48시간 시점 모두에서 예상대로 표피 포도상 구균이 어떤 세라믹 변형보다 PEEK에서 훨씬 더 조밀한 생물막을 형성하는 것으로 밝혀졌다. AX05BN은 결과 CFU 수가 PEEK와 크게 다르지 않았기 때문에 이 실험에서 평가된 다른 세라믹 재료만큼 효율적으로 수행하지 못했다. Shapal, AlN 및 AFSN은 유사한 생물막 성장을 보였으며, 표피 포도상 구균 표면 부착 및 군집화에 저항하는 능력을 강조한다. 그들의 박테리아 저항성은 상당히 유사했지만, AlN은 24시간 및 48시간 시점 평가 모두에서 생물막 형성 저항성에서 PEEK, AX05BN, PCBN1000, Shapal 및 AFSN을 능가했다. Shapal과 AFSN은 항균 특성에서 AlN을 밀접하게 따랐다.As expected at both the 24 and 48 hour time points, Staphylococcus epidermidis were found to form much denser biofilms on PEEK than either ceramic variant. AX05BN did not perform as efficiently as the other ceramic materials evaluated in this experiment, as the resulting CFU count was not significantly different from PEEK. Shapal, AlN and AFSN showed similar biofilm growth, and Staphylococcus epidermidis Emphasizes ability to resist surface attachment and colonization. Although their bacterial resistance was fairly similar, AlN outperformed PEEK, AX05BN, PCBN1000, Shapal and AFSN in resistance to biofilm formation at both the 24 and 48 hour time point assessments. Shapal and AFSN closely followed AlN in antibacterial properties.

이들 결과는 세라믹 재료가 생물막 저항성에서 PEEK를 상당히 능가한다는 이전의 결론을 지지한다. 세라믹 샘플 내에서의 비교는 AX05BN이 다른 세라믹 조성물보다 박테리아 부착에 저항하는 데 훨씬 덜 효율적이라는 것을 보여준다. Shapal, AlN 및 AFSN 사이에 유의미한 차이는 없었지만, AlN은 두 시점 모두에서 생물막 형성이 약간 적었다.These results support previous conclusions that ceramic materials significantly outperform PEEK in biofilm resistance. Comparisons within ceramic samples show that AX05BN is much less effective at resisting bacterial attachment than other ceramic compositions. Although there was no significant difference between Shapal, AlN and AFSN, AlN showed slightly less biofilm formation at both time points.

실시예 5: 알파-질화규소 및 베타-질화규소에 의한 SARS-CoV-2의 신속한 불활성화Example 5: Rapid inactivation of SARS-CoV-2 by alpha-silicon nitride and beta-silicon nitride

2개의 질화규소 분말을 준비하였다. β-질화규소 분말은 90 중량% β- Si3N4, 6 중량% 이트리아(Y2O3) 및 4 중량% 알루미나(Al2O3)의 공칭 조성을 가졌다. 분말은 각각 무기 성분의 수성 혼합 및 분무 건조한 후, 분무 건조된 과립을 약 1700℃에서 약 3시간 동안 소결하여 제조하였다. 다음으로, 소결된 과립을 질소 분위기에서 140 MPa에서 2시간 동안 약 1600℃에서 열간 정수압 프레싱하였다. 압착 후 수성 기반 분쇄 및 동결 건조가 뒤따랐다.Two silicon nitride powders were prepared. The β-silicon nitride powder had a nominal composition of 90 wt% β-Si 3 N 4 , 6 wt% yttria (Y 2 O 3 ) and 4 wt % alumina (Al 2 O 3 ). The powder was prepared by aqueous mixing and spray drying of each inorganic component, followed by sintering the spray dried granules at about 1700° C. for about 3 hours. Next, the sintered granules were hot isostatically pressed at about 1600 DEG C for 2 hours at 140 MPa in a nitrogen atmosphere. Pressing was followed by aqueous based milling and freeze drying.

α-질화규소 분말은 약 2 중량% SiO2를 포함하는 98 중량% 순수 Si3N4이었다. 시판되는 고순도 α-질화규소를 공기 중에서 약 300℃에서 약 1시간 동안 가열한 후 실온으로 냉각하여 제조하였다.The α-silicon nitride powder was 98 wt % pure Si 3 N 4 with about 2 wt % SiO 2 . It was prepared by heating commercially available high-purity α-silicon nitride in air at about 300° C. for about 1 hour and then cooling to room temperature.

항바이러스 테스트를 수행하기 위해 SARS-CoV-2 바이러스의 워싱턴주 변이체를 DMEM 성장 배지에서 2 x 104 비리온/mL의 농도로 희석했다. 그런 다음 희석된 바이러스 용액 4 mL를 15 중량%/부피(w/v)의 α- 또는 β-질화규소 분말이 들어 있는 튜브에 첨가했다. Si3N4가 없는 바이러스를 대조군으로 동시에 처리했다. 튜브를 30초 동안 와동시켜 적절한 접촉을 보장한 다음 튜브 리볼버에 30분 동안 두었다. 샘플을 원심분리하고 상청액을 수집하고 0.2 μm 필터를 통해 여과했다. 정화된 상청액 내에 남아 있는 감염성 바이러스의 RNA를 펠렛과 함께 분리하고 RT-qPCR 방법으로 정량화했다.To perform antiviral testing, the Washington state variant of SARS-CoV-2 virus was diluted to a concentration of 2 x 10 4 virions/mL in DMEM growth medium. Then, 4 mL of the diluted virus solution was added to the tube containing 15 wt%/volume (w/v) α- or β-silicon nitride powder. A virus without Si 3 N 4 was treated at the same time as a control. The tube was vortexed for 30 seconds to ensure proper contact and then placed in a tube revolver for 30 minutes. Samples were centrifuged and the supernatant was collected and filtered through a 0.2 μm filter. RNA of infectious virus remaining in the clarified supernatant was isolated along with the pellet and quantified by RT-qPCR method.

상청액은 또한 플라크 분석 테스트 방법에 적용되었다. 도 8에 제공된 결과는 바이러스 단독 대조군의 게놈 사본이 약 1 x 106/mL의 농도를 갖는 반면, β-질화규소 분말 중 하나는 비리온이 대략 4.3 x 104/mL(95.9%)로 감소한 것으로 나타났고, 두 개의 다른 lot의 α-질화규소는 대략 1 x 103/mL(99.9%)로의 바이러스 감소를 보여주었다. 이 동일한 테스트 시리즈에서 두 개의 α-질화규소로부터의 펠렛 샘플은 살아있는 비리온이 전혀 없는 것으로 밝혀졌다.The supernatant was also subjected to the plaque assay test method. The results presented in Figure 8 show that the genomic copy of the virus only control had a concentration of about 1 x 10 6 /mL, while one of the β-silicon nitride powders had reduced virions to approximately 4.3 x 10 4 /mL (95.9%). and two different lots of α-silicon nitride showed a virus reduction of approximately 1 x 10 3 /mL (99.9%). Pellet samples from both α-silicon nitride in this same test series were found to be completely free of viable virions.

플라크 분석 테스트 결과는 도 9a에 제공된다. 이들 데이터는 1.25 내지 3.5 log10 (~93% 내지 99.97%) 범위의 β-질화규소 분말에 대한 바이러스 활성의 감소를 나타낸 반면, α-질화규소 분말은 > 4.5 log10 감소(>99.997%)를 나타냈다. β-질화규소 분말의 표면 가수분해의 변화가 관찰된 결과 범위를 초래한 것으로 여겨진다. 그러나 RT-qPCR과 플라크 분석 방법을 비교하면 SARS-CoV-2 비리온이 질화규소로 펠릿화되지 않고 질화규소와 함께 배양할 때 그의 RNA 구조가 손상됨을 알 수 있다.Plaque assay test results are provided in FIG. 9A. These data showed a reduction in viral activity for β-silicon nitride powders ranging from 1.25 to 3.5 log 10 (~93% to 99.97%), while α-silicon nitride powders showed >4.5 log 10 reduction (>99.997%). Changes in the surface hydrolysis of the β-silicon nitride powder are believed to have resulted in the range of observed results. However, a comparison of RT-qPCR and plaque assay methods showed that SARS-CoV-2 virions do not pellet with silicon nitride and their RNA structure is damaged when incubated with silicon nitride.

위에서 설명한 것과 동일한 분말 및 방법을 사용하여 SARS-CoV-2 바이러스의 남아프리카 변종에 대한 α- 및 β-질화규소 분말의 유효성에 대해 플라크 분석 테스트를 수행했다. 결과는 도 9b에 나타나 있다. α-질화규소는 바이러스에서 > 4.5 log10 감소(99.9997%)로 매우 효과적인 것으로 입증되었으며 β-질화규소 분말은 대략 1-log10 감소(~90%)를 나타낸다.Plaque assay tests were performed on the effectiveness of α- and β-silicon nitride powders against the South African strain of SARS-CoV-2 virus using the same powders and methods described above. The results are shown in Figure 9b. α-silicon nitride proved to be very effective with >4.5 log 10 reduction (99.9997%) in viruses and β-silicon nitride powder exhibited approximately 1-log 10 reduction (˜90%).

유사하게, 위에 제시된 것과 동일한 재료 및 절차를 사용하여 SARS-CoV-2 바이러스의 영국 변종에 대한 α- 및 β-질화규소 분말의 유효성에 대해 플라크 분석을 수행했다. 결과는 도 9c에 나타나 있다. α-질화규소 분말은 바이러스 수를 약 4- log10(99.99%) 감소시켰고 β- 질화규소 분말은 약 1-log10(~90%) 감소시켰다.Similarly, a plaque assay was performed on the effectiveness of α- and β-silicon nitride powders against the British strain of SARS-CoV-2 virus using the same materials and procedures as presented above. Results are shown in Figure 9c. α-silicon nitride powder reduced virus count by about 4- log 10 (99.99%) and β- Silicon nitride powder reduced about 1-log 10 (~90%).

여러 실시양태를 설명했지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다양한 수정, 대체 구성 및 등가물이 사용될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 또한, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 다수의 잘 알려진 공정 및 요소는 설명하지 않았다. 따라서, 상기 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 받아들여서는 안 된다.Having described several embodiments, those skilled in the art will recognize that various modifications, alternative constructions and equivalents may be used without departing from the spirit of the invention. In addition, many 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 실시양태가 제한이 아니라 예로서 교시한다는 것을 인식할 것이다. 따라서 위의 설명에 포함되거나 첨부된 도면에 도시된 사항은 예시적인 것이며 한정적인 의미로 해석되어서는 안 될 것이다. 다음 청구범위는 본 명세서에 기술된 모든 일반적이고 특정한 특징뿐만 아니라 언어의 문제로서 그들 사이에 있다고 말할 수 있는 본 방법 및 시스템의 범위에 대한 모든 진술을 포함하도록 의도된다.Those skilled in the art will appreciate that the presently disclosed embodiments teach by way of example and not limitation. Therefore, matters contained in the above description or shown in the accompanying drawings are illustrative and should not be construed in 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 present methods and systems that may be said to lie therebetween as a matter of language.

Claims (36)

질화붕소, 질화크롬, 질화세륨, 질화하프늄, 질화란타늄, 질화인, 질화황, 질화탄탈륨, 질화티타늄, 질화바나듐, 질화이트륨, 질화지르코늄, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 질화물의 유효 농도를 포함하는 조성물과 병원체를 접촉시키는 단계를 포함하는 병원체 불활성화 방법으로서, 여기서 상기 질화물의 유효 농도는 병원체를 불활성화시키는 것인, 방법.A composition comprising an effective concentration of a nitride selected from boron nitride, chromium nitride, cerium nitride, hafnium nitride, lanthanum nitride, phosphorus nitride, sulfur nitride, tantalum nitride, titanium nitride, vanadium nitride, yttrium nitride, zirconium nitride, or combinations thereof A method of inactivating a pathogen comprising contacting a pathogen with a pathogen, wherein the effective concentration of nitride inactivates the pathogen. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 질화규소를 추가로 포함하는 것인, 방법.The method of claim 1 , wherein the composition further comprises silicon nitride. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 질화알루미늄을 추가로 포함하는 것인, 방법.The method of claim 1 , wherein the composition further comprises aluminum nitride. 제1항에 있어서, 상기 질화물은 질화붕소인 것인, 방법.The method of claim 1, wherein the nitride is boron nitride. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 수성 배지 중의 질화물 입자의 슬러리를 포함하는 것인, 방법.The method of claim 1 , wherein the composition comprises a slurry of nitride particles in an aqueous medium. 제5항에 있어서, 상기 질화물의 유효 농도는 약 0.1 부피% 내지 약 20 부피%인 것인, 방법.6. The method of claim 5, wherein the effective concentration of the nitride is from about 0.1% to about 20% by volume. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 상기 질화물의 분말을 포함하는 것인, 방법.The method of claim 1 , wherein the composition includes a powder of the nitride. 제7항에 있어서, 상기 조성물은 장치 표면의 적어도 일부 위에 코팅되고/되거나 장치 내로 통합되는 것인, 방법.8. The method of claim 7, wherein the composition is coated over at least a portion of a device surface and/or incorporated into a device. 제8항에 있어서, 상기 질화물의 유효 농도는 1 중량% 내지 100 중량%인 것인, 방법.The method of claim 8, wherein an effective concentration of the nitride is 1% to 100% by weight. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 장치는 정형외과용 임플란트, 척추용 임플란트, 척추경 나사못, 치과용 임플란트, 내재 카테터, 기관내관, 대장내시경용 내시경, 수술용 가운, 마스크, 필터 또는 튜빙인 것인, 방법.10. The device according to claim 8 or 9, wherein the device is an orthopedic implant, a spinal implant, a pedicle screw, a dental implant, an indwelling catheter, an endotracheal tube, a colonoscopy endoscope, a surgical gown, a mask, a filter or tubing. which is, how. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 병원체는 바이러스, 박테리아 또는 진균인 것인, 방법.The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the pathogen is a virus, bacteria or fungus. 제11항에 있어서, 상기 바이러스는 코로나바이러스인 것인, 방법.12. The method of claim 11, wherein the virus is a coronavirus. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 병원체는 인간, 동물 또는 식물의 표면 또는 내부에 있는 것인, 방법.13. The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the pathogen is on or inside a human, animal or plant. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 병원체는 무생물체의 표면에 있는 것인, 방법.13. The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the pathogen is on the surface of an inanimate object. 수성 배지 중의 질화물 입자의 슬러리를 포함하는, 병원체 불활성화용 질화물계 조성물로서, 여기서 상기 질화물은 약 0.1 부피% 내지 약 20 부피%의 농도로 존재하고, 상기 농도는 병원체를 불활성화시키는데 효과적인 것인, 질화물계 조성물.A nitride-based composition for inactivating pathogens comprising a slurry of nitride particles in an aqueous medium, wherein the nitride is present in a concentration of from about 0.1% to about 20% by volume, wherein the concentration is effective to inactivate pathogens. Nitride-based composition. 제15항에 있어서, 상기 질화물은 질화붕소, 질화크롬, 질화세륨, 질화하프늄, 질화란타늄, 질화인, 질화황, 질화탄탈륨, 질화티타늄, 질화바나듐, 질화이트륨, 질화지르코늄, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 것인, 질화물계 조성물.16. The method of claim 15, wherein the nitride is from boron nitride, chromium nitride, cerium nitride, hafnium nitride, lanthanum nitride, phosphorus nitride, sulfur nitride, tantalum nitride, titanium nitride, vanadium nitride, yttrium nitride, zirconium nitride, or a combination thereof. Which is selected, the nitride-based composition. 제16항에 있어서, 상기 조성물은 질화규소를 추가로 포함하는 것인, 질화물계 조성물.17. The nitride-based composition according to claim 16, wherein the composition further comprises silicon nitride. 제16항에 있어서, 상기 조성물은 질화알루미늄을 추가로 포함하는 것인, 질화물계 조성물.17. The nitride-based composition according to claim 16, wherein the composition further comprises aluminum nitride. 제16항에 있어서, 상기 질화물은 질화붕소인 것인, 질화물계 조성물.The nitride-based composition according to claim 16, wherein the nitride is boron nitride. 제15항에 있어서, 상기 병원체는 바이러스, 박테리아 또는 진균인 것인, 질화물계 조성물.The nitride-based composition according to claim 15, wherein the pathogen is a virus, bacteria or fungus. 제20항에 있어서, 상기 바이러스는 코로나바이러스인 것인, 질화물계 조성물.21. The nitride-based composition according to claim 20, wherein the virus is a coronavirus. 제15항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 병원체는 인간, 동물 또는 식물의 표면 또는 내부에 있는 것인, 질화물계 조성물.The nitride-based composition according to any one of claims 15 to 21, wherein the pathogen is present on or inside a human, animal or plant. 제15항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 병원체는 무생물체의 표면에 있는 것인, 질화물계 조성물.22. The nitride-based composition according to any one of claims 15 to 21, wherein the pathogen is on the surface of an inanimate object. 장치 표면의 적어도 일부 위에 코팅되고/되거나 장치 내로 통합된 질화물 분말을 포함하는, 병원체 불활성화용 질화물계 장치로서, 여기서 상기 질화물은 약 10 중량% 내지 약 30 중량%의 농도로 존재하고, 상기 농도는 병원체를 불활성화시키는데 효과적인 것인, 질화물계 장치.A nitride-based device for pathogen inactivation comprising a nitride powder coated over and/or incorporated into at least a portion of a surface of the device, wherein the nitride is present in a concentration of about 10% to about 30% by weight, wherein the concentration is A nitride-based device effective for inactivating pathogens. 제24항에 있어서, 상기 질화물은 질화붕소, 질화크롬, 질화세륨, 질화하프늄, 질화란타늄, 질화인, 질화황, 질화탄탈륨, 질화티타늄, 질화바나듐, 질화이트륨, 질화지르코늄, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 것인, 질화물계 장치.25. The method of claim 24, wherein the nitride is from boron nitride, chromium nitride, cerium nitride, hafnium nitride, lanthanum nitride, phosphorus nitride, sulfur nitride, tantalum nitride, titanium nitride, vanadium nitride, yttrium nitride, zirconium nitride, or a combination thereof. A nitride-based device, which is selected. 제25항에 있어서, 상기 장치는 질화규소를 추가로 포함하는 것인, 질화물계 장치.26. The nitride-based device of claim 25, wherein the device further comprises silicon nitride. 제25항에 있어서, 상기 장치는 질화알루미늄을 추가로 포함하는 것인, 질화물계 장치.26. The nitride-based device of claim 25, wherein the device further comprises aluminum nitride. 제25항에 있어서, 상기 질화물은 질화붕소인 것인, 질화물계 장치.26. The nitride-based device of claim 25, wherein the nitride is boron nitride. 제24항에 있어서, 상기 병원체는 바이러스, 박테리아 또는 진균인 것인, 질화물계 장치.25. The nitride-based device of claim 24, wherein the pathogen is a virus, bacterium or fungus. 제29항에 있어서, 상기 바이러스는 코로나바이러스인 것인, 질화물계 장치.30. The nitride-based device of claim 29, wherein the virus is a coronavirus. 제24항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 병원체는 인간, 동물 또는 식물의 표면 또는 내부에 있는 것인, 질화물계 장치.31. The nitride-based device according to any one of claims 24 to 30, wherein the pathogen is on or inside a human, animal or plant. 제24항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 병원체는 무생물체의 표면에 있는 것인, 질화물계 장치.31. A nitride-based device according to any one of claims 24 to 30, wherein the pathogen is on the surface of an inanimate object. α-질화규소의 유효 농도를 포함하는 슬러리와 병원체를 접촉시키는 단계를 포함하는 병원체 불활성화 방법으로서, 여기서 질화물의 유효 농도는 병원체을 불활성화시키고, 상기 슬러리 내 α-질화규소의 유효 농도는 약 15% w/v인 것인, 방법.A method for inactivating a pathogen comprising contacting a pathogen with a slurry comprising an effective concentration of α-silicon nitride, wherein the effective concentration of nitride inactivates the pathogen, and wherein the effective concentration of α-silicon nitride in the slurry is about 15% w /v, which way. 제33항에 있어서, 상기 슬러리는 질화붕소, 질화크롬, 질화세륨, 질화하프늄, 질화란타늄, 질화인, 질화황, 질화탄탈륨, 질화티타늄, 질화바나듐, 질화이트륨, 질화지르코늄, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 질화물을 추가로 포함하는 것인, 방법.34. The method of claim 33, wherein the slurry is from boron nitride, chromium nitride, cerium nitride, hafnium nitride, lanthanum nitride, phosphorus nitride, sulfur nitride, tantalum nitride, titanium nitride, vanadium nitride, yttrium nitride, zirconium nitride, or combinations thereof. further comprising a selected nitride. 질화알루미늄의 유효 농도를 포함하는 슬러리와 병원체를 접촉시키는 단계를 포함하는 병원체 불활성화 방법으로서, 여기서 질화물의 유효 농도는 병원체를 불활성화시키고, 상기 슬러리 내 질화알루미늄의 유효 농도는 약 15% w/v인 것인, 방법.A method for inactivating a pathogen comprising contacting a pathogen with a slurry comprising an effective concentration of aluminum nitride, wherein the effective concentration of nitride inactivates the pathogen, wherein the effective concentration of aluminum nitride in the slurry is about 15% w/w which would be v, how. 제35항에 있어서, 상기 슬러리는 질화붕소, 질화크롬, 질화세륨, 질화하프늄, 질화란타늄, 질화인, 질화황, 질화탄탈륨, 질화티타늄, 질화바나듐, 질화이트륨, 질화지르코늄, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 질화물을 추가로 포함하는 것인, 방법.36. The method of claim 35, wherein the slurry is from boron nitride, chromium nitride, cerium nitride, hafnium nitride, lanthanum nitride, phosphorus nitride, sulfur nitride, tantalum nitride, titanium nitride, vanadium nitride, yttrium nitride, zirconium nitride, or combinations thereof. further comprising a selected nitride.
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