TWI511932B - 在水性系統中控制微生物生物膜之方法 - Google Patents

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Description

在水性系統中控制微生物生物膜之方法
本發明之技術領域係關於在水性系統中破壞微生物生物膜。更特定而言，本發明係關於利用抗微生物化合物或其他化合物破壞微生物生物膜。
本申請案係2007年8月8日申請的美國專利申請案第11/835,722序號及2008年5月30日申請的國際專利申請案第PCT/US2008/065197號之部份接續申請案。上述申請案之內容皆以引用的方式併入本文中。
諸多不同類型之工業或商業操作因各種原因(如用於冷卻系統)需要大量水或產生大量需經處理之廢水。此等工業包括(但不限於)農業、石油、化工、醫藥、採礦、金屬電鍍、紡織、釀造、食品及飲料加工、及半導體工業。天然形成之生物膜不斷產生且經常堆積在諸多結構或設備表面上或天然或生物表面上。在工業環境中，此等生物膜的存在導致工業機器效率的降低及維護需求的增加且顯示潛在的健康危害。一實例係經微生物所產生之微生物膜黏液逐漸塗佈的水冷卻塔之表面，該黏液限制水流量並減少熱交換容量。明確而言，在流動或停滯的水中，生物膜可導致嚴重問題，包括管道堵塞、由膜下微生物生長引起的設備腐蝕及可能有害病原菌的生長。水冷卻塔生物膜可形成使諸如嗜肺性退伍軍人桿菌(Legionella pneumophila )之病原微生物永久生長之港口或儲集器。
食品製造線經常受到形成於機器及食品產品上之生物膜的污染，其中生物膜經常包含潛在病原體。工業生物膜係不溶性多醣富集型生物聚合物之複雜組合體，其係由表面寄宿微生物產生及加工。更特定言之，生物膜或微生物黏液係由自某些微生物擠出的多醣、蛋白質及脂多醣組成，其允許該等生物膜或微生物黏液黏附於與水環境接觸之固體表面上並形成在保護膜內旺盛生長的固著細菌之持久菌落。該薄膜可允許厭氧物種生長，此形成酸性或腐蝕性環境。為控制此等問題，需要方法及抗微生物產品以控制生物膜的形成及生長。生物膜的控制包括防止微生物附著及/或自表面移除存在的生物膜。雖然移除步驟在諸多情況下係藉由利用高腐蝕性或氧化性試劑進行短期清潔處理而完成，但是用於控制生物膜之最常用的物質係殺生物劑及分散劑。在美國專利案5,411,666中，教示一種移除生物膜或防止生物膜在固體基質上形成之方法，其包括至少兩種生物產生酶(如酸性或鹼性蛋白酶及葡糖澱粉酶或α-澱粉酶)及至少一種界面活性劑之組合。美國專利案6,759,040教示一種用於製備目標為移除特定生物膜之多特異性生物膜降解用水解酶混合物的方法。美國專利案6,267,897係關於一種抑制生物膜在商業及工業用水系統中形成之方法，其係藉由將一或多種植物油添加至該系統中。
然而，雖然殺生物劑在控制分散的微生物懸浮液(即浮游微生物)上係有效，但是殺生物劑對固著微生物(生物膜之基礎)之作用不佳。此係由於殺生物劑難以穿透圍繞微生物細胞之多醣/蛋白質黏液層。較厚生物膜極少有殺生物劑穿透且結果係殺生物劑之效力較差。如先前技術中所揭示，一種試圖更佳地控制生物膜之方法係添加分散劑及潤濕劑至殺生物劑組合物中以提高殺生物劑效力。生物分散劑可用於使浮游微生物保持足夠分散，以使其無法聚集或達到引發負責固定於表面之細胞外過程或引發膜形成或菌落形成機制所需之局部密度。作為殺生物劑處理調配物中之組分，此等生物分散劑有助於開放生物膜中之通道，以允許該等毒劑具有更佳滲透性且使已經弱化並自表面釋放之微生物聚集體及團塊更佳地分散。然而，生物分散劑已顯示對防止最初生物膜形成比移除存在的生物膜更有效。在諸多情況下，即使在與殺生物劑組合使用時，生物分散劑之活性亦僅負責自生物污垢表面移除25至30%之生物質。
因此，仍然存在對用於穿透已有生物膜並殺滅具有生物膜基質之生物膜有機體之高效及有效方法的明確需求，以減少微過濾系統的污損，從而降低清潔及/或更換頻率且可增強總體過濾製程。
已發現一種方法，其係藉由使用脂質體載體提高將抗微生物化合物引入複雜基質的效率及效力，由此移除工業引水管系統(包括管道、熱交換器、冷凝器、過濾系統及介質、及流體儲存槽)中之污垢。
根據本發明之一實施例，將含有抗微生物劑(如親水性殺生物劑)之脂質體添加至易發生生物污垢及形成生物膜的水性系統中。該等在組成上類似於微生物表面或供微生物生長之物質的脂質體容易併入存在的生物膜中。一旦該等脂質體夾帶於生物膜基質中，該脂質體就開始進行消解、分解或程式化崩解，以釋放出抗微生物劑，或殺生物水性核心與經生物膜包封之微生物進行局部反應。當有機體死亡時，該多醣/蛋白質基質無法補充且其分解並由此減少含水系統之生物污垢。根據所涉及之特定水性系統，此生物膜移除或破壞因此增加熱傳遞(工業熱交換器)，增加通量(過濾器或過濾膜)，減少膠態及顆粒狀固體及溶解有機物在微過濾膜表面上之沉積(由此減少膜清潔及最終更換的頻率及持續時間)，或總體減輕管道、槽、容器或其他工業設備內之腐蝕性表面狀況。
本發明之各種新穎特徵係於隨附形成本發明之部份之申請專利範圍中具體指出。為更佳地理解本發明、其操作優點及藉由其用途所獲得之效益，參考附圖及說明內容。該等附圖意欲顯示本發明之實例。該等附圖不意欲顯示對可製造及使用本發明之所有方式的限制。當然，可改變或替換本發明之各種組分。本發明亦係關於所述之元素的子組合及子系統、及其使用方法。
現參考圖式，其意欲係示例性而非限制性，且其中相似元件的編號相同，且在各圖中並未重複所有編號以便於清楚顯示。
雖然參考說明性實例及較佳實施例來描述本發明，但與本發明有關之一般技術者在不脫離本發明之技術範圍的情況下可對此等實施例進行各種改變或替換。因此，本發明之技術範圍不僅包括彼等上述實施例，而且包括隨附申請專利範圍之範疇內的所有內容。
可使用本文之整篇說明書及申請專利範圍中所使用的近似語言以修飾可允許在不引起其相關基本功能改變之情況下變化的任何數量表示。因此，經一或多個術語(如「約」)修飾的數值係不限於所指定之精確值。至少在某些情況下，該近似語言可相當於用於測定數值之儀器的精確度。可組合及/或交換範圍限制，且除非上下文或語言另外指示，否則該等範圍可經確定並包括所有包含於本文中的子範圍。除在操作實例中或另外指示處以外，本說明書及申請專利範圍中所使用之所有關於成份、反應條件及類似物之數量的數字或表達應被理解為在所有情況下係經術語「約」修飾。
如本文所使用，術語「包括」、「包含」、「具有」或其任何其他變體意欲涵蓋非排他性包含物。例如，包括一列元素之製程、方法、物件或裝置不一定僅限於該等元素，而是可包含未明確列出或該製程、方法、物件或裝置所固有之其他元素。
已發現一種方法，其係藉由使用脂質體載體提高將抗微生物化合物引入複雜基質的效率及效力，由此移除工業引水管系統(包括管道、熱交換器、冷凝器、過濾系統及介質、及流體儲存槽)中之污垢。
根據本發明之一實施例，將含有殺生物劑或抗微生物劑或化合物之脂質體添加至易發生生物污垢及形成生物膜之水性系統中。該等在組成上類似於微生物膜或細胞之脂質體容易併入存在的生物膜中。一旦該等含抗微生物化合物之脂質體擴散進入、吸附或另外夾帶於該生物膜基質中，該脂質體就開始進行分解或程式化崩解。可藉由使脂質基質對pH、氧化還原電位、Ca2+ 濃度或其他變化敏感來使該脂質分解及殺生物劑釋放以程式化方式發生。之後，該殺生物劑組分(其可集中於脂質體之水性核心內或脂質體之脂質膜部份內)釋出以與經生物膜包封之微生物直接反應。因此，少量經脂質體包封之殺生物劑係經生物膜或游離(浮游生物)有機體包圍，且該脂質體之降解將殺生物劑局部釋放至目標有機體處或其體內或其膜基質棲所內，而非將殺生物劑以高濃度添加至整體水系統中。該殺生物劑因此局部達到高濃度以殺滅目標有機體，且當該等有機體死亡時，形成生物膜之多醣/蛋白質基質不可再生並分解，且由此減少含水系統之污垢，從而引起熱傳遞增加，通量增加，膠態及顆粒狀固體及溶解有機物在微過濾膜表面上之沉積減少，由此減少膜清潔及最終更換的頻率及持續時間或產生其他效益。
脂質體或脂質小體係其中將脂質添加至水性緩衝劑中以形成囊泡(封閉體積之結構)之系統。更明確言之，脂質體係最通常由磷脂及水組成的微小囊泡。當適當混合時，該等磷脂本身排列成極類似於細胞膜之雙層或多層，且圍包水性體積核心。可將脂質體製造成在水性核心內含有各種化合物或化學品，或可在適宜載體內調配所需化合物以使其進入該(等)脂質層。可將脂質體製造成各種尺寸且可製造成亞微米至多種微米直徑。可藉由若干已知方法製造該等脂質體。該等方法包括(但不限於)控制蒸發、擠壓、注射、微流體處理器及轉子-定子混合器。可將脂質體製造成直徑為約10奈米至大於約15微米。當製造成尺寸為約100奈米至約2微米時，該等脂質體在尺寸及組成上係極類似於大多數微生物細胞。應將含殺生物劑或抗微生物化合物之脂質體製造成類似於細菌細胞之尺寸，其係約0.05 μ至約15 μ，或約0.1 μ至10.0 μ。
將有效量的含殺生物劑脂質體引入易發生生物污垢及形成生物膜之水性系統中，或可將其引入已呈現生物污垢或生物膜形成之跡象的系統中。該有效量將根據抗微生物化合物或殺生物劑及添加該抗微生物化合物或殺生物劑之水性系統而變化，但一實施例提供約0.01 ppm至約20 ppm，或約0.05至約15 ppm，或約0.05至約0.5 ppm。在組成上類似於微生物膜或細胞之脂質體容易併入存在的生物膜中並夾帶於該生物膜基質中。當該脂質體發生分解或程式化崩解時，水性核心內或結合於膜內之殺生物化合物釋出且與經生物膜包封之微生物直接反應。當有機體死亡時，多醣/蛋白質基質將快速分解，從而使表面免受微生物感染。本發明之一主要特徵係本發明之脂質體構成極小的疏水性體，其可容易存在及分散於水性系統中，但仍將吸附至生物膜或穿透生物膜且優先以棲息、構成或維持該生物膜的微生物為目標或成為該等微生物的目標。以此方式，其將殺生物劑直接遞送至該等微生物或生物膜，且在無需水性系統整體維持高劑量的情況下形成有效的局部殺生物活性濃度。因此，當習知生物膜處理可能需要投與大量某一濃度之殺生物化學品時，經由脂質體之遞送可在水性系統中以一個數量級或更低之濃度進行，但仍達到或逐漸建立有效控制或移除生物膜之濃度。實際上，雖然使用術語「抗微生物」或「殺生物」來描述由脂質體所運載的試劑，但此等試劑無需係由該等術語通常所理解的高生物活性物質，而係可包含諸多僅藉由其高度局部釋放而變得高效之相對無害物質。因此，舉例而言，界面活性劑或無害鹽在局部釋放時可影響細胞外集落形成分泌物的常規作用，且就本發明目的而言將作為抗微生物劑或殺生物劑經包含，且可利用相同機制以將其他處理化學品遞送至目標生物膜部位。
可藉由此方法處理的水性系統包括(但不限於)飲用水及非飲用水分配系統、冷卻塔、鍋爐系統、淋浴器、養魚池、灑水器、水療浴、清潔浴、空氣洗滌器、巴氏消毒器、空調、流體輸送管道、儲存槽、離子交換樹脂、食品及飲料加工線、金屬加工液槽、煤礦漿、金屬浸出液、廢水處理設施、軟體動物控制、酸性礦山排水或任何易經微生物物種生物污垢之應用。亦可有效處理諸如油管(其中生物膜係形成於滯水槽或集水槽內或沿管道系統之鏡頭上)之應用。
處理化學品之脂質體傳遞之其他應用係一般設備的抗腐蝕處理；用於醫學或獸醫之激素、維生素或抗氧化劑治療或抗生素及基因療法之遞送；農用或商業家用殺蟲劑之遞送；食品添加劑及防腐劑的有效調配；化學及生物檢測系統的靶向遞送、顏色及香味增強、氣味控制及水生害蟲防治。
可將多種已知殺生物劑或抗微生物化合物併入脂質體內。可使用之抗微生物化合物之一些實例包括(但不限於)非氧化劑、氧化劑、生物分散劑、及殺軟體動物劑之抗微生物化合物、及其組合。更明確而言，適宜的抗微生物化合物包括(但不限於)2-溴-2-硝基丙-1,3-二醇、5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮/2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮、氯化正烷基-二甲基苄基銨、2,2-二溴-3-氮基丙醯胺亞甲基雙(硫氰酸酯)、十二烷基胍鹽酸鹽、戊二醛、2-(第三丁基胺基)-4-氯-6-(乙胺基)-s-三嗪、β-溴硝基苯乙烯、氧化三丁基錫、氯化正三丁基十四烷基鏻、四羥甲基鏻鹽、4,5-二氯-1,2-二硫醇-3-酮、二甲基二硫代胺基甲酸鈉、伸乙基雙二硫代胺基甲酸二鈉、雙(三氯甲基)碸、3,5-二甲基-四氫-2H-1,3,5-噻二嗪-2-硫酮、1,2-苯并異噻唑啉-3-酮、十二烷基硫乙胺鹽酸鹽、硫酸銅、硝酸銀、膠態銀、溴氯二甲基乙內醯脲、溴化鈉、二氯二甲基乙內醯脲、次氯酸鈉、過氧化氫、二氧化氯、亞氯酸鈉、氯化溴、過乙酸及前驅物、三氯異氰尿酸鈉、三氯異氰尿酸鈉、二溴、二氰基丁烷及其組合。
併入脂質體內之殺生物劑的有效量可取決於併入其中之殺生物劑或試劑。然而，有效量包括每克脂質約0.05至約5 g活性殺生物劑或每克脂質約0.1至約2 g活性殺生物劑。
可將本發明之脂質體製造成多層體，其中提供一或多個其他層以提高該脂質體的安定性或實現下層脂質體及內容物的程式化釋放。因此，不同於用於囊封人體內投遞之藥物的技術，該等其他層可包括保護層，其係經時水解或分解以提供持續釋放或更長壽命之下層脂質體。該其他層可另外或選擇性包括在多層脂質體遇到低pH環境(如可發生於生物膜底下之腐蝕性強酸環境)時進行選擇性分解的囊封聚合物。亦可組成對固硫細菌敏感之膜層，以促使該脂質體在此等經常存在於廢物或管道系統中之腐蝕性有機體之附近特定釋放其殺生物劑。此外，可利用若干該等層以確保足夠的脂質體壽命(較佳約若干天)及靶向定位生物膜內之特定棲所或環境的能力。此確保該等脂質體可有效遇到目標有機體或生物膜集落並將其殺生物劑遞送至該處。脂質物質本身可經處理以提供增強的抗水解或分解性，或該等附加層可由各種可硬化或可交聯之油或聚合物形成。
現將參考某些實例來描述本發明，該等實例僅代表本發明且不應被視為限制本發明。
實例
本發明係闡述於以下非限制性實例中，該等實例係為描述目的而提供，且不應被視為限制本發明之範圍。除非另有指示，否則該等實例中之所有份數及百分比係以重量計。
製造併入殺生物劑亞甲基雙硫氰酸酯(MBT)(經US EPA註冊之殺生物劑活性成份)的脂質體(150奈米之平均直徑)。然後將該等脂質體置於經微生物生物膜塗佈之微量滴定盤中。然後，將MBT-脂質體與非脂質體型MBT在以相同MBT濃度使用時之微生物抑制效力進行對比。含有MBT之脂質體比非脂質體型MBT(對照MBT)溶液更有效地穿透生物膜並抑制生物膜有機體。
結果，製造兩種含有MBT之脂質體，且將其命名為MBT-1(平均直徑為155 nm)及MBT-2(平均直徑為137 nm)。
該等結果係顯示於圖1、2及3中。將非脂質體型MBT作為MBT對照物列出。自該等圖中清楚顯示：除最高的MBT測試濃度以外，在大多數經測試之脂質體濃度下，兩種脂質體-MBT調配物皆比MBT對照物具有更佳之生物膜殺滅/移除效率。在高MBT濃度(0.5 ppm)下，利用脂質體作為殺生物劑之載體變得不必要。脂質體載體在低MBT濃度下將殺生物劑高效遞送至生物膜，因此在很大程度降低之MBT濃度(毒性及成本降低)下提供更佳之生物膜控制。
亦製備兩種十二烷基胍鹽酸鹽(DGH)脂質體調配物且命名為FORM DGH-1及FORM DGH-2。亦評估此等脂質體調配物抗螢光假單胞菌(Pseudomonas fluorescens )生物膜之效力並與相同濃度下之非脂質體DGH比較效力。此等結果係顯示於圖4中。此等脂質體-DGH調配物皆比對照DGH顯示更高之抗假單胞菌生物膜之效力，尤其在0.0至10 ppm之濃度範圍內。
在一示例性實施例中，藉由(例如)殺滅、減少、移除生物膜或抑制其生長、或使其滅活來控制水性系統之污垢。在一實施例中，囊泡(如脂質體囊泡)含有生物膜控制劑，且當該生物膜控制劑於該囊泡併入生物膜基質中時自囊泡釋放時，其係與經包封或圍包之微生物反應，以殺滅、減少、移除該微生物或抑制其生長或使其滅活。該生物膜之多醣/蛋白質基質由此分解，從而減少水性系統之污垢。
在一實施例中，生物膜控制劑與經包封之微生物反應以殺滅或實質上移除其等。在另一實施例中，該生物膜控制劑與經包封之微生物反應以干預其生命週期或生殖週期，從而阻止或抑制該等微生物之生長。
在本發明之一態樣中，含於脂質體囊泡中之生物膜控制劑可包括用於控制生物膜的殺生物劑或非殺生物劑。在本發明之一實施例中，將該生物膜控制劑封裝於微膠囊、奈米膠囊或其他囊泡中，且然後將含有生物膜控制劑之囊泡添加至必要的水性系統中，以藉由殺滅、減少、移除包封於生物膜內之微生物、抑制其生長、或使其滅活來控制污垢。當囊泡分解時(如藉由消解)，該生物膜控制劑(包括殺生物劑或非殺生物劑)釋出，以作用於經生物膜基質包封或圍包之微生物。
該微膠囊或奈米膠囊係微小囊泡或包封殺生物劑或非殺生物劑之結構類型且適用於將該殺生物劑或非殺生物劑遞送至水性系統中的生物膜。在一實施例中，該微膠囊或奈米膠囊在其核心內含有殺生物劑或非殺生物劑。該微膠囊或奈米膠囊可藉由任何已知方法製造且具有類似於微生物膜之組成及微生物細胞之尺寸，且將其製造成具有在與生物膜基質接觸時適於分解的外部組成。在一實施例中，該微膠囊或奈米膠囊可由諸如以下物質製得：卵磷脂、膠質、凝膠、生物可降解或非生物可降解聚合物(如聚乳酸或聚苯乙烯)、有機聚合物、卵磷脂及經有機官能化之卵磷脂之組合(其中該官能化可係聚合物鏈、肽、蛋白質、脂質、膽固醇或生物受體)。該物質亦可係含有疏水性及親水性嵌段的多嵌段聚合物、自組裝之供體：受體部份及膠束、無機球、棒、籠或顆粒。
微膠囊或奈米膠囊係以適於其分解或程式化崩解之任何尺寸來製造及施用。在一實施例中，該微膠囊或奈米膠囊可係約0.01微米至約100微米。在另一實施例中，該微膠囊或奈米膠囊具有約0.01微米至約50微米之尺寸。在另一實施例中，該微膠囊或奈米膠囊具有約0.01微米至約20微米之尺寸。在另一實施例中，該微膠囊及奈米膠囊具有約0.05微米至約15微米之尺寸。在另一實施例中，該微膠囊或奈米膠囊具有約0.1微米至約10微米之尺寸。在另一實施例中，該微膠囊及奈米膠囊具有約0.25微米至約2微米之尺寸。該等微膠囊或奈米膠囊之尺寸係藉由顯微技術直接測定。
可藉由任何已知方法來製造微膠囊或奈米膠囊，其包括(但不限於)控制蒸發、擠壓(如將水性殺生物劑或非殺生物劑經由多孔膜壓力擠壓至微膠囊或奈米膠囊體中)、注射、超音波震盪、微流體處理器及轉子-定子混合器。在一實施例中，將用於微膠囊或奈米膠囊之物質添加至含有殺生物劑或非殺生物劑的水溶液中且形成含有殺生物劑或非殺生物劑之囊泡。製備脂質體囊泡之示例性方法係揭示於美國專利案第5,807,572號及第7,491,409號中，該等案件皆以引用的方式併入本文中。
在一實施例中，該微膠囊或奈米膠囊形成雙層或多層囊泡。舉例而言，可將殺生物劑或非殺生物劑藉由已知囊封方法封裝於其他物質中，以獲得一或多個限定該微膠囊或奈米膠囊的壽命、遞送特徵及使用環境之保護性外層。在一實施例中，該殺生物劑或非殺生物劑係在該微膠囊或奈米膠囊之水性核心內。在另一實施例中，可將該殺生物劑或非殺生物劑注入該微膠囊或奈米膠囊並夾帶於該微膠囊或奈米膠囊之其中一層中。
該殺生物劑可係適於殺滅或破壞與生物膜接觸的微生物之任何類型之殺生物劑。在一實施例中，該殺生物劑可係非氧化劑、氧化劑、或殺軟體動物劑之抗微生物化合物、或其組合。在另一實施例中，該殺生物包括(但不限於)胍或雙胍鹽、四級銨鹽、鏻鹽、2-溴-2-硝基丙-1,3-二醇、5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮/2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮、氯化正烷基-二甲基苄基銨、2,2-二溴-3-氮基丙醯胺亞甲基雙(硫氰酸酯)、十二烷基胍鹽酸鹽、戊二醛、2-(第三丁基胺基)-4-氯-6-(乙胺基)-s-三嗪、β-溴硝基苯乙烯、氧化三丁基錫、氯化正三丁基十四烷基鏻、四羥甲基鏻鹽、4,5-二氯-1,2-二硫醇-3-酮、二甲基二硫代胺基甲酸鈉、伸乙基雙二硫代胺基甲酸二鈉、雙(三氯甲基)碸、3,5-二甲基-四氫-2H-1,3,5-噻二嗪-2-硫酮、1,2-苯并異噻唑啉-3-酮、十二烷基硫乙胺鹽酸鹽、硫酸銅、硝酸銀、膠態銀、溴氯二甲基乙內醯脲、溴化鈉、二氯二甲基乙內醯脲、次氯酸鈉、過氧化氫、二氧化氯、亞氯酸鈉、氯化溴、過乙酸及前驅物、三氯異氰尿酸鈉、三氯異氰尿酸鈉、二溴、二氰基丁烷及其組合。
在一實施例中，該殺生物劑可係胍或雙胍鹽、四級銨鹽及鏻鹽。胍或雙胍鹽之實例係以下通式：
其中R、R1 、R2 係獨立地為H、C1 至C20 之經取代或未經取代之烷基(直鏈或分支鏈)或芳基，X係有機或無機酸，n係0至20且z係1至12。
可接受之鏻鹽的通式實例包括(R1 )3 P+ R2 ‧X- ，其中R1 係1至8碳原子的烷基，R2 係具有8至20碳原子的正烷基，且X係由鹵離子、硫酸根、硝酸根、亞硝酸根及其組合組成的陰離子。
在另一式中，R1 係具有1至8個碳原子的烷基，R2 係具有6至20碳原子的正烷基，且X- 係諸如鹵離子、硫酸根、硝酸根、亞硝酸根及其混合物之陰離子。較佳地，X- 係氯離子、溴離子、碘離子、SO4 = 及NO3 - 、NO2 - 或其混合物。
在另一實施例中，R1 及R2 係具有1至4個碳原子的羥烷基且X- 係諸如鹵離子、硫酸根、硝酸根、亞硝酸根及其混合物之陰離子。較佳地，X- 係氯離子、溴離子、碘離子、SO4 = 及NO3 - 、NO2 - 或其混合物。
四級銨鹽係殺生物劑或可囊封或製造於脂質體核心中之試劑的另一實例，且其通式如下R1 R2 R3 N+ --CH2 -苄基環X- ，其中R1 係鏈長為C8 至C18 之正烷基；R2 及R3 係CH3 或鏈長為C2 至C8 之正烷基且X- 係陰離子，如鹵離子、硫酸根、硝酸根、亞硝酸根及其混合物。
非殺生物劑可係任何類型的環保性化合物或組合物，其藉由(例如)干預微生物的生命或生殖週期來移除包封或夾帶於生物膜中的微生物或使其滅活，以防止其擴散。在一實施例中，該非殺生物劑可作為佐劑與殺生物劑一起使用。舉例而言，非殺生物劑包括(但不限於)生物分散劑、環氧乙烷/環氧丙烷共聚物、三氯己酸、聚矽氧烷、碳矽烷、聚伸乙基亞胺、細菌、微生物、質粒、吞噬細胞、巨噬細胞、產毒微生物、病毒、胺基酸、蛋白質、肽、DNA、RNA、鹼基對、反義RNA、藥品、抗生素、螯合劑、天然萃取物、有機/無機氧化還原劑、有機及無機染料敏化劑、凋亡信號傳導試劑、微生物及植物衍生之萃取物及副產物、代謝組分、防腐劑、有毒植物化學物、微生物毒素、生成自由基或活性氧種類之觸媒、L-胱胺酸及酶或其組合。
除將生物膜控制劑併入囊泡中以外，亦可包括安定劑以延長產品保存期限。該等安定劑使該囊泡/生物膜控制劑組合較少傾向於化學的分解並阻止該等組分的物理相分離。在一示例性實施例中，該安定劑係由檸檬酸鹽、氯酸鹽緩衝劑、及醋酸鹽組成的緩衝劑。該安定劑化合物緩衝劑可包括兩種或多種選自由檸檬酸/氯酸金屬鹽緩衝劑、醋酸/氯酸金屬鹽緩衝劑及檸檬酸鹽/醋酸鹽緩衝劑組成之群之化合物的混合物。該緩衝劑安定劑可選自由檸檬酸鈉緩衝劑、醋酸鈉緩衝劑、檸檬酸鈉/氯酸鈉緩衝劑混合物及醋酸鈉/氯酸鈉緩衝劑混合物組成之群。可將該緩衝劑安定劑以佔總生物膜控制劑/脂質體囊泡組合物約0.2%至約10%的含量併入該生物膜控制劑中，且更佳地，可將該控制劑以佔總生物膜控制劑/脂質體囊泡組合物之約1.0重量%至約12.0重量%的含量併入。甚至更明確言之，可將該控制劑以佔總生物膜控制機/脂質體囊泡組合物之約10.0重量%至約12.0重量%的含量併入。該脂質體囊泡結構之直徑可係至多約200微米且其直徑較佳係在約100奈米至約10微米之間。
工業系統可係水性系統。該工業系統可選自由下列組成之群：配水系統、冷卻塔、鍋爐系統、淋浴器、養魚池、灑水器、水療浴、清洗浴系統、空氣洗滌器、巴氏消毒器、空調、流體輸送管道、儲存槽、離子交換樹脂、食品及飲料加工線、噴漆櫥、金屬加工液槽、煤及礦物漿液、金屬浸出液、廢水處理設施、漿化及造紙懸浮液、軟體動物控制、酸性礦山排水、石油鑽管、石油管道、儲油槽、氣體鑽管、氣體管道、或易於產生由微生物引起的生物膜形成或由微生物引起的腐蝕之任何工業應用。
除上文所述之示例性安定劑以外，可提及之其他安定劑包括：
a)　KIO3 、HIO3 、高碘酸、高碘酸鹽，
b)　金屬硝酸鹽-Na、K、Ca、Mg，
c)　原酸酯-原甲酸三甲酯、原甲酸三乙酯、原乙酸三乙酯、原戊酸三甲酯、原苯甲酸三甲酯，
d)　甲醛釋放物，
e)　苯氧基烷醇-苯氧基乙醇、苯氧基異丙醇，
f)　氮基雜環硫醇-2-巰基嘧啶、MTZ、2-硫乙內醯脲、L-胱胺酸，
g)　EDTA或其他螯合劑，
h)　流變改質劑，如增稠劑，
i)　立體阻礙劑(長鏈排斥)，
j)　屈服值改質聚合物(如懸浮劑)，
k)　Tween、Triton、醇乙氧基化物或其他分散劑和界面活性劑。
在本發明之一態樣中，可將該生物膜控制劑及安定劑以任何足以控制包封於生物膜基質中的微生物之含量併入囊泡中，且其取決於所選擇的特定生物膜控制劑及安定劑。
在一實施例中，將該生物膜控制劑以約1.0重量%至12重量%的含量併入脂質體囊泡中，且將該安定劑以0.02重量%至10.0重量%的含量添加至該囊泡中。
雖然已參考較佳實施例來描述本發明，但在不脫離本發明之技術範圍的情況下，熟悉本發明相關技術者可對此等實施例進行各種改變或替換。因此，本發明之技術範圍不僅包括彼等上述實施例，且亦包括隨附申請專利範圍之範疇內的所有內容。
圖1顯示脂質體/亞甲基雙硫氰酸酯(MBT)在不同濃度下的效力結果圖。
圖2顯示脂質體/亞甲基雙硫氰酸酯(MBT)在不同濃度下的效力結果圖。
圖3顯示脂質體/MBT在不同濃度下的效力結果圖。
圖4顯示兩種十二烷基胍鹽酸鹽(DGH)/脂質體調配物在不同濃度下的效力結果圖。
(無元件符號說明)

Claims (13)

  1. 一種用於控制水性系統(包括生物膜基質及與該基質接觸之微生物)之污垢之方法，該方法包括：提供含於囊泡中的生物膜控制劑；將該囊泡添加至該水性系統中，藉此該囊泡係併入該生物膜中且釋放該生物膜控制劑以與該等微生物接觸其中該囊泡亦含有安定劑；及其中該安定劑係包括兩種或多種化合物之混合物的緩衝劑，且該等化合物係選自由檸檬酸鹽、氯酸鹽及醋酸鹽組成之群。
  2. 如請求項1之方法，其中該生物膜控制劑包括殺生物劑或非殺生物劑。
  3. 如請求項2之方法，其中該生物膜控制劑係殺生物劑且該殺生物劑係非氧化劑、氧化劑或殺軟體動物劑之抗微生物化合物。
  4. 如請求項2之方法，其中該生物膜控制劑係殺生物劑，且該殺生物劑係選自由下列組成之群：2-溴-2-硝基丙-1,3-二醇、5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮/2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮、氯化正烷基-二甲基苄基銨、2,2-二溴-3-氮基丙醯胺亞甲基雙(硫氰酸酯)、十二烷基胍鹽酸鹽、戊二醛、2-(第三丁基胺基)-4-氯-6-(乙胺基)-s-三嗪、β-溴硝基苯乙烯、氧化三丁基錫、氯化正三丁基十四烷基鏻、四羥甲基鏻鹽、4,5-二氯-1,2-二硫醇-3-酮、二甲基二硫代胺基甲酸鈉、伸乙基雙二硫代胺基甲酸二鈉、雙 (三氯甲基)碸、3,5-二甲基-四氫-2H-1,3,5-噻二嗪-2-硫酮、1,2-苯并異噻唑啉-3-酮、十二烷基硫乙胺鹽酸鹽、硫酸銅、硝酸銀、膠態銀、溴氯二甲基乙內醯脲、溴化鈉、二氯二甲基乙內醯脲、次氯酸鈉、過氧化氫、二氧化氯、亞氯酸鈉、氯化溴、過乙酸及前驅物、三氯異氰尿酸鈉、三氯異氰尿酸鈉、二溴、二氰基丁烷及其組合。
  5. 如請求項2之方法，其中該生物膜控制劑係非殺生物劑，且該非殺生物劑係選自由下列組成之群：生物分散劑、環氧乙烷/環氧丙烷共聚物、三氯己酸、聚矽氧烷、碳矽烷、聚伸乙基亞胺、細菌、微生物、質粒、吞噬細胞、巨噬細胞、產毒微生物、胺基酸、蛋白質、肽、DNA、RNA、鹼基對、反義RNA、藥品、抗生素、螯合劑、天然萃取物、有機/無機氧化還原劑、有機及無機染料敏化劑、凋亡信號傳導試劑、微生物及植物衍生之萃取物及副產物、代謝組分、防腐劑、有毒植物化學物、微生物毒素、生成自由基或活性氧種類之觸媒、L-胱胺酸及酶或其組合。
  6. 如請求項1之方法，其中該囊泡係由脂質體組成。
  7. 如請求項1之方法，其中將該囊泡製造成尺寸為約0.05至約15μ。
  8. 如請求項7之方法，其中將該囊泡製造成尺寸為約0.1至約10μ。
  9. 如請求項1之方法，其中該囊泡係脂質體囊泡且該生物 膜控制劑係以每克脂質約0.05至約5.0克活性控制劑的含量併入該脂質體囊泡中。
  10. 如請求項9之方法，其中該生物膜控制劑係以每克脂質0.1至約2.0克活性生物膜控制劑的含量併入該脂質體中。
  11. 如請求項1之方法，其中該囊泡係脂質體囊泡且其中該生物膜控制劑係以約0.01ppm至約100ppm的含量添加至該水性系統中。
  12. 如請求項1之方法，其中該水性系統係選自由下列組成之群：配水系統、冷卻塔、鍋爐系統、淋浴器、養魚池、灑水器、水療浴、清潔浴系統、空氣洗滌器、巴氏消毒器、空調、流體輸送管道、儲存槽、離子交換樹脂、食品及飲料加工線、金屬加工液槽、煤及礦物漿液、金屬浸出液、廢水處理設施、軟體動物控制、酸性礦山排水、或易因微生物物種而發生生物污垢之任何應用。
  13. 如請求項1之方法，其中該水性系統係選自由下列組成之群：抗腐蝕處理，激素、維生素或抗氧化劑處理，抗生素及基因療法、農用及商業家用殺蟲劑、食品添加劑及防腐劑、化學及生物檢測、顏色及香味增強、氣味控制及水生害蟲防治。
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