TW202144019A

TW202144019A - 滅活微生物污染之方法

Info

Publication number: TW202144019A
Application number: TW110114392A
Authority: TW
Inventors: 特朗德赫爾德
Original assignee: 瑞士商歐斯摩特斯股份公司
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2021-12-01
Also published as: EP4157361A1; US20230181941A1; WO2021214130A1; CA3180678A1

Abstract

本發明涉及使用織物或膜滅活微生物污染之方法，該織物或膜可產生滅活污染量之臭氧或活性含氧物。

該織物或膜包括第一及第二導電層以及安置於該第一及第二導電層之間的至少一個離子導電或多孔中間層。該織物或膜較佳形成防護面罩，例如醫學或手術面罩之一部分。

跨越該織物或膜之中間層施加有能夠有效產生滅活微生物污染量之滅活物質的電壓。

Description

滅活微生物污染之方法

細菌及病毒(包含SARS CoV-2，COVID-19之傳染原)傳染之主要途徑之一係經由公共區域、辦公室或醫院之表面傳播，病毒可在此等表面上存活數週。此外，細菌、病毒及其他污染可黏附於服裝、手套及面罩上，其在控制醫院感染方面可能具有重要意義。

許多其他實體表面係由或可由織物材料覆蓋，包含辦公室或公共交通工具中之座椅及內飾板，或辦公室中之輕質牆壁及分隔板。

本發明係關於一種可潛在地用於大部分類型之表面且可併入至服裝、手套及面罩中之電子消毒織物或膜材料。

電滲透材料之液體傳輸特性為已知的，參見例如WO 99/00166，其描述三層或更多層之結構，其中導體或半導體經層壓至多孔或織物中間層之每一側。施加的之電壓使液體遷移穿過材料。

此原始概念之進一步發展可見於例如WO 2009/024779及WO 2019/053064中，其揭示在較低電壓施加至材料時發生的一些電解過程。然而，此等文件中無一者表明對此等材料之滅菌或去污功能。

臭氧及過氧化氫廣泛用於滅菌，例如用於水淨化。儘管在較高濃度下有毒，但此兩種試劑均用於藥品中，包含其抗病毒及抗菌作用以及例如對人類皮膚之其他有益作用。臭氧及過氧化氫之優點在於其在短時間內分解為氧氣及水。兩種消毒劑在工業上都有廣泛用途，且存在大量關於其作用之已發表研究。例如，已證明在高空氣濕度(>90%)下使用濃度為20-25ppm之臭氧時，12種不同病毒之存在情況會顯著降低(濃度降低三個數量級)，參見Hudson JB,Sharma M,Vimalanathan S,使用臭氧氣體作為病毒去污劑之實踐方法的發展(Development of a Practical Method for Using Ozone Gas as a Virus Decontaminating Agent),[1}《臭氧：科學與工程(Ozone：Science&Engineering)》，第31卷，第216-223頁(2009年)。

據報導，0.5-2ppm之臭氧濃度足以「淨化或超淨化不同用途之水(例如，製藥及電子工業、瓶裝水工藝等)」(參見Da Silva LM,Franco DV,Goncalves IC,Sousa LG(2009年),《水淨化(Water purification)》Gertsen N,Sonderby L.(編).諾瓦科學出版社(Nova Science Publishers Inc.),紐約；及Tchobanoglous G,Burton FL,Stensel HD(2003年)《廢水工程：處理及再利用(Wastewater engineering：treatment and reuse)》，第4版.梅特卡夫&埃迪公司(Metcalf & Eddy Inc.),紐約)。關於電化學臭氧發生器亦可參見De Sousa等人，《環境化學工程期刊(J.Environmental Chem.Eng.)》4(2016年)，第418-427頁。

根據一個實施例，本發明提供一種在場所滅活微生物污染之方法，該場所包括織物或膜，該織物或膜包括第一及第二導電層以及安置於該第一及第二導電層之間之至少一個離子導電或多孔中間層，該織物或膜進一步包括在該織物或膜的表面上或在多孔中間層的孔中之水性液體；

其中該方法包括在該織物或膜之中間層上施加有效產生滅活微生物污染量之選自臭氧及活性含氧物之滅活物質的電壓。

本發明之另一實施例提供一種在場所滅火微生物污染之方法，該方法包括使該場所與織物或膜接觸，該織物或膜包括第一及第二導電層以及安置於該第一及第二導電層之間之至少一個離子導電或多孔中間層，該織物或膜進一步包括在該織物或膜的表面上或在多孔中間層的孔中之水性液體，其中與該場所接觸之該織物或膜的表面包括滅活微生物污染量之選自臭氧及活性含氧物之滅活物質。

本發明之又一實施例提供一種包括織物或膜之防護面罩，該織物或膜包括第一及第二導電層以及安置於該第一及第二導電層之間之至少一個離子導電或多孔中間層。較佳將導電層連接至電信號發生器，使得在使用中，可在該中間層上施加電壓。

本發明利用包括第一及第二導電層以及安置於該第一及第二導電層之間之至少一個離子導電或多孔中間層的可撓性織物(亦即編織材料)或膜(亦即連續材料)。當將中間層潤濕且向其上施加適合電壓時，織物或膜產生滅活微生物污染量之選自臭氧及活性含氧物之滅活物質。

為了在中間層上施加適合電壓，以固定方式或臨時地將導電層連接至電信號發生器。

活性含氧物之電化學產生需要在織物或膜中或在織物或膜的表面上或在多孔中間層的孔中存在水或另一種水性液體。當需要時，水或其他液體可例如藉由自外部源噴塗而施加至織物或膜，或若已將更加吸濕之材料併入中間層中，則水或其他液體可直接自周圍空氣吸收。視織物或膜之用途而定，施加水或其他液體之頻率可能需要較高或較低，因此在某些應用中，所處理之區域可能需要定期噴塗以便提供微生物污染之連續滅活。例如，每小時噴塗一次、每小時噴塗兩次或每小時噴塗三次可能為合適的。

在其他應用中，可能僅需要用水噴塗織物或薄膜，且施加適合電壓以較少頻繁間隔(例如一天一次、兩次或三次)產生滅活物質，且結合潛在的污染區域之定期清潔。

在又一實施例中，例如待由使用者配戴之防護面罩，由使用者呼吸產生之濕度可足以產生必要的水。在此等情況下，可藉由在中間層上施加連續或適當脈衝電壓來達成微生物污染之連續滅活。

用於本發明之織物或膜中之導電層通常係選自編織或非編織導電碳、包括鋼或銀或其他金屬紗線之織物層、金屬層及石墨烯層。導電層之厚度將通常在50至500微米範圍內。

自導電層釋放之金屬離子之存在可增強活性含氧物之產生，例如經由以下步驟(1)至(3)中所說明之芬頓反應(Fenton Reaction)：

2Cu⁺+2O₂(aq)→2Cu²⁺+2O₂ ^- (1)

2O₂ ^-+2H⁺→H₂O₂+O₂ (2)

Cu⁺+H₂O₂→Cu²⁺+OH^-+OH (3)

因此，在根據本發明之織物或膜中，包括諸如Cu或Ag之金屬的導電層亦為較佳的，以增強材料之滅菌效果。

中間層為離子導電或多孔的，以便施加電壓經由材料之離子導電性或經由如例如WO 2019/053064中所揭示之用於較低電壓的電解機制產生電流。

適合之離子導電材料包含磺化氟聚合物，其例如可自科慕公司(The Chemours Company)以商品名「Nafion」商購，亦即四氟乙烯-全氟-3,6-二氧雜-4-甲基-7-辛烯磺酸共聚物。

替代性離子導電材料為磺化「五嵌段」共聚物，其具有三級丁基苯乙烯、氫化異戊二烯、磺化苯乙烯、氫化異戊二烯及三級丁基苯乙烯(tBS-HI-SS-HI-tBS)結構，其可自科騰高性能聚合物公司(Kraton Performance Polymers)以商品名「Nexar」商購。

多孔中間層可包括水溶脹性交聯聚苯乙烯聚合物，例如苯乙烯-二乙烯基苯共聚物，或其可包括聚對苯二甲酸乙二酯。術語「多孔」應理解為覆蓋孔徑在0.1至1000nm範圍內之所謂奈米多孔材料、孔徑在微米範圍(1至1000微米)內之微孔材料以及具有高達幾(例如3)毫米之孔徑的材料。重要特徵係存在足夠大以容納通常為水之空隙(孔)。平均孔側較佳在0.03至100μm之間，且更佳在0.1至1μm之間。

中間層可包括吸濕性或吸水材料，例如交聯水凝膠，諸如聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉或其他丙烯酸酯聚合物，或上文所論述之交聯聚苯乙烯。在此等實施例中，具有顯著濃度之臭氧或活性含氧物的水將在中間層不保存大量水的情況下存在於織物或膜表面。

特定言之，水可作為薄膜保存在織物纖維之內部或表面，而非為了使潤濕有效而需要用水填充之織物的多孔結構。

通常中間層之厚度在2μm至1000μm之間，較佳在10μm至100 μm之間。

本發明之一個尤其適用之實施例為其中織物或膜形成用於面罩，例如醫學或手術面罩之可滅菌覆蓋物之構造。由於微生物污染可藉由覆蓋物原位滅活或可拆卸覆蓋物以進行單獨處理，因此潛在地可使面罩可重複使用，或可延長面罩的使用壽命。與不具有覆蓋物之面罩相比，此對佩戴者的防護性也將更好，此係由於可使積聚在面罩中且可能藉由皮膚接觸或呼吸釋放之污染物滅活。

其他醫療或手術服及個人防護裝備同樣可受益於根據本發明之織物或膜之併入，或與根據本發明之織物或膜接觸，以便滅活微生物污染。

本發明亦將發現應用於需要定期或偶然消毒或清潔之其他領域，以便防止多個使用者與物體或表面接觸之感染。潛在用途包含用於上述醫學或手術環境外部之服裝及防護性穿戴。另外，設想在運輸、在辦公室及在公共場所中之利用：例如，座椅可包含一或多個扶手，該扶手含有根據本發明之織物或膜或用其清潔。

在本發明內亦包含對建築特徵，諸如牆壁及輕質牆壁/分隔板，或對常常使用之物品，諸如台、桌子、門手柄及辦公室設備之手柄或表面進行微生物污染之處理。

由根據本發明之材料製成的可攜式墊或地毯可由使用者攜載，例如在飛機或公共交通工具中、在租賃汽車或叫車車輛中或在辦公室中，且由行動電源或USB充電器供電。

藉由本發明解決之微生物污染可為細菌污染或病毒污染，或藉由空中液滴、藉由接觸或藉由其他已知途徑傳播之任何其他形式的污染。目前特別相關的為SARS CoV-2，即疾病COVID-19之傳染原，但其他污染藉由根據本發明之方法及製品解決，諸如流感病毒、常見感冒病毒、分枝桿菌(TB之病原體)及感染性真菌及孢子。

本發明使用選自臭氧及活性含氧物之滅活物質，其出乎意料地發現，當將適合電壓施加至根據本發明之織物或膜上時，可以有效量產生滅活物質。例如，0.3或0.7至10.0V之電壓通常適合於提供所需電流，該電流可為連續直流電也可為脈衝直流電。為產生有效量之滅活物質，較佳電壓為1.0至5.0V，且更佳電壓為1.0至3.0V。

替代地，低頻或長週期交流電流可具有在0.3與10.0V之間，例如在0.6與1.5V之間的振幅或最大電壓，且方形脈衝具有在1秒與100分鐘之間，較佳在10秒與10分鐘之間的信號週期。替代地，信號可具有正弦或其他形狀及/或可包含以規則間隔(例如每小時)隔開的零電壓(例如持續時間為5分鐘)之週期。

活性含氧物為已知的且通常認為包含超氧陰離子、過氧化氫及羥基自由基。其中，過氧化氫最常在根據本發明之織物或膜中產生，且最有用於處理微生物污染。合適量之過氧化氫在水溶液中通常為1重量%至90重量%，例如在水溶液中1重量%至5重量%或3重量%至10重量%。

此外，臭氧可與上述活性含氧物一起或代替上述活性含氧物在根據本發明之織物或膜中產生。用於滅活微生物污染之臭氧的適合濃度為以重量計在水中0.01至100ppm，例如0.1至5.0ppm，及/或以重量計在空氣中0.5至100ppm，例如20至25ppm。

與本發明材料接觸之微生物污染將藉由所產生之臭氧及/或活性含氧物滅活。為增強效果，抗微生物塗層可包含於或塗佈於本發明之導電織物或膜上。實例包含具有固定正電荷或負電荷或正電荷及負電荷兩者之離子導電及離子交換化合物。尤其，陽離子物質，諸如烷基銨離子、陽離子肽、具有四級銨部分之聚合物(諸如聚葡萄胺糖)或具有接枝帶正電基團之聚合物可為有效的。視情況，此類塗層可與導體(諸如石墨烯粉末、其他碳或金屬粉末或纖維)混合以維持高表面導電性。歸因於此類塗層之電學特性，可獲得與電場之協同作用，產生與無此類塗層之本發明之織物或當塗覆至常規材料如標準紡織品上的塗層相比更強的滅菌效果。

臭氧及過氧化氫之電化學產生為此項技術中已知的，但其在本發明之方法及製品中被出人意料地使用。本發明之以下實例說明多種導電及中間層中之此有益效果。

實例

1.臭氧產生

藉由臭氧之量測如下進行一系列測試：

*用1與5ml之間的水潤濕面積為80cm²之三層織物

*施加1.0與3.5V之間的電壓持續10分鐘

*將樣品置於水中，且隨後對水樣品中之臭氧含量進行化學分析

*在大部分測試中，偵測到1與7微克之間的臭氧，相當於各樣品中所含有水分之濃度在0.1與4ppm之間。

*藉由使用樣品中之較小含水量(降至每100cm² 250微升)，在施加電壓10分鐘之後可獲得62ppm之最大臭氧濃度。

1ppm之濃度足以在10分鐘內殺滅大部分細菌及病毒。

以下表中使用以下縮寫及/或材料，報告以上測試之結果：

sPET200：多孔聚對苯二甲酸乙二酯膜，可自瑞士的Osmotex AG公司商購

鋼網：來自瑞士的GBopp & Co AG

鋼網TWP：來自美國的TWP公司

NuVant：石墨化碳，來自美國的NuVant Systems公司

「碳」-碳織物，來自臺灣的東紡興業有限公司(WidePlus International)

2.針對噬菌體MS2之滅活功效

噬菌體MS2(感染大腸桿菌且與諸如冠狀病毒屬於同一分類學界的病毒)用作模型生物體以評估本發明之膜滅活病毒的能力。

基於此實驗之結果，得到噬菌體MS2降低約4個對數水準(或99.99%的殺滅功效)，且根據ISO 18184，抗病毒活性值(Mv)為3.92。高於3之抗病毒活性在ISO 18184中被評為「極佳效果」。

亦注意，上文所獲得之對數4降低係關於自織物釋放之病毒的滅活水準。另外考慮在清洗步驟之後織品中剩餘之病毒，亦即將高度暴露於滅活劑且極有可能毀壞之病毒粒子，差異可高至99.9999%或6對數水準。

方法

將200μl噬菌體MS2懸浮液以10⁹個噬菌體形成單位(PFU)/ml之濃度施加至預潤濕膜且如表1中所示進行處理。作為對照，將相同量之噬菌體施加至第二膜且在無任何處理的情況下保持在室溫下。藉由將200μl MS2懸浮液添加至20ml SCDLP培養基包含第二對照，以排除歸因於培養基化合物之影響。另外，檢驗初始MS2噬菌體懸浮液之濃度。

自膜回收噬菌體

藉由將膜切割成兩部分自膜回收噬菌體，將其放入於50ml falcon管中之20ml SCDLPLP培養基(根據ISO 18184)中，且以最大速度渦旋5次持續5秒。

PFU測定

使用SCDLP培養基中之十進制稀釋系列測定存活噬菌體之數目。簡言之，對於各稀釋液，將100μl噬菌體稀釋液與3ml軟瓊脂及250μl 10⁷個菌落形成單位(CFU)/ml大腸桿菌指示菌株混合，且傾入瓊脂盤(LB)之表面上。在37℃下培育後，對噬菌斑進行計數且計算滅活率。

結果

3.針對大腸桿菌Top10之滅活功效

大腸桿菌，一種常見人類及動物病原體，用作模型生物體以評估膜滅活細菌之潛力。基於此實驗之結果，使用本發明之膜完全根除大腸桿菌Top10。

方法

將200μl大腸桿菌之細菌懸浮液以1×10⁴個菌落形成單位(PFU)/ml之濃度施加至預潤濕膜且如表2中所示進行處理。作為對照，將相同量之細菌施加至第二膜且在不進行任何處理的情況下保持在室溫下。另外，檢驗初始細菌懸浮液之濃度。

自膜回收細菌

藉由將膜切割成兩部分自膜回收細菌，將其放入於50ml falcon管中之20ml SCDLPLP培養基(根據ISO 18184)中，且以最大速度渦旋5次持續5秒。

CFU測定

使用生理NaCl溶液(0.9%)中之十進制稀釋系列測定存活細菌之數目。對於各稀釋液，將200μl細菌懸浮液塗鋪於LB瓊脂盤上。在24小時之後對菌落進行計數且計算經殺滅細菌之百分比。

結果

Claims

一種用於在一場所滅活微生物污染之方法，該場所包括一織物或膜，該織物或膜包括一第一及第二導電層以及安置於該第一及第二導電層之間的至少一離子導電或多孔中間層，該織物或膜更包括在該織物或膜的表面上或在該多孔中間層的孔中之一水性液體；

其中該方法包括跨越該織物或膜之中間層施加一電壓，該電壓能夠有效產生滅活微生物污染量之選自臭氧及活性含氧物之一滅活物質。
一種用在一場所滅活微生物污染之方法，該方法包括使該場所與一織物或膜接觸，該織物或膜包括一第一及第二導電層以及安置於該第一及第二導電層之間的至少一離子導電或多孔中間層，該織物或膜更包括在該織物或膜的表面上或在該多孔中間層的孔中之一水性液體，其中與該場所接觸之該織物或膜的表面包括滅活微生物污染量之選自臭氧及活性含氧物之一滅活物質。
如請求項1或請求項2所述之方法，其中該微生物污染為細菌污染。
如請求項1或請求項2所述之方法，其中該微生物污染為病毒污染。
如請求項4所述之方法，其中該病毒污染為SARS CoV-2。
如前述請求項中任一項所述之方法，其中該等導電層係選自編織或非編織導電碳、包括鋼或銀紗線之織物、金屬層及石墨烯層。
如前述請求項中任一項所述之方法，其中該中間層為水溶脹性交聯聚苯乙烯聚合物或磺化含氟聚合物。
如請求項1所述之方法，其中該場所為防護面罩。
如請求項8所述之方法，其中該面罩為醫療或手術面罩。
如請求項8或請求項9所述之方法，其中該織物或膜經構型為用於該面罩之可拆卸式覆蓋物。
如請求項1所述之方法，其中該所施加電壓為0.3至10.0V。
如請求項11所述之方法，其中該所施加電壓為0.7至10.0V。
如請求項12所述之方法，其中該所施加電壓為1.0至5.0V。
如請求項1所述之方法，其中跨越該中間層施加交流電壓。
如請求項14所述之方法，其中該交流電壓具有週期在10秒與10分鐘之間且最大振幅在0.3與10.0V之間的波形。
如前述請求項中任一項所述之方法，其中該活性含氧物係選自臭氧及過氧化氫。
如前述請求項中任一項所述之方法，其中該織物或膜之一或多個層塗佈有包括離子化合物之塗層。
如請求項17所述之方法，其中該離子化合物為具有固定負電荷、固定正電荷或固定負及正電荷之聚合物。
如請求項17所述之方法，其中該離子化合物係選自包括聚葡萄胺糖及肽之群。
如請求項17至19中任一項所述之方法，其中該塗層包括導電粒子。
一種防護面罩，其包括一織物或膜，該織物或膜包括一第一及第二導電層以及安置於該第一及第二導電層之間的至少一離子導電或多孔中間層。
如請求項21所述之面罩，其中該等導電層連接至一電信號發生器，使得在使用時，可跨越該中間層施加電壓。
如請求項21或請求項22所述之面罩，其中該面罩為醫療或手術面罩。
如請求項21至23中任一項所述之面罩，其中該織物或膜經構型為用於該面罩之可拆卸式覆蓋物。