抗微生物组合物和方法与流程
发明领域
本文公开了抗微生物组合物和制备和使用这些组合物的方法。
相关技术
由细菌、病毒和真菌等微生物引起的新旧疾病继续瘟疫人类、动物和植物。除了感染人类，有时作为流行病或大流行病，影响食用动物和植物的微生物疾病也可能会持续毁灭食物供应。由于微生物，特别是细菌和真菌，食品也容易发生腐败。
虽然现代科学已经产生了许多新的抗微生物组合物，但是一些组合物例如抗生素并不总是有效的，因为微生物可以积累对这种组合物的耐受性或免疫力。此外，除了天然免疫和从疫苗接种获得的免疫之外，没有可以可靠地靶向和选择性地破坏病毒的组合物。
除了特定的组合物和药物之外，还有非特异性的方式来对抗微生物和微生物疾病，例如燃烧、刺激性化学物质，以及部分或完全去除患病的人类、动物或植物组织。因为这些措施是非特异性的，并且经常杀死或严重影响被治疗的生物体，所以通常被用作最后的手段。
最致命的人类疾病是由炭疽芽孢杆菌(bacillusanthracis)引起的炭疽病；埃博拉病毒疾病；由马尔堡病毒引起的出血热；汉坦病毒；狂犬病；天花；由蜱传播的病毒引起的克里米亚-刚果出血热；禽流感(禽流感)；由冠状病毒引起的严重急性呼吸综合征(sars)；由感染疟原虫的蚊子引起的疟疾；由伤寒沙门氏菌引起的伤寒热；霍乱，一种由霍乱弧菌引起的急性肠道感染；黄热病，一种由感染蚊子传播的出血热；获得性免疫缺陷综合征(aids)；由鼠疫耶尔森菌引起的黑死病；以及由许多不同细菌特别是抗生素抗性的细菌引起的伤口和肉体感染。
也有许多的多种类型植物病害可能威胁世界粮食供应。潜在破坏性植物病害的一个例子是柑橘绿化疾病，其影响柑橘树，并且不能治愈。柑橘绿化病是由运动性细菌，韧皮部杆菌(candidatusliberibacterspp)引起并由昆虫(例如，各种类型的木虱)传播。在佛罗里达柑橘的全盛时期，1970年左右，种植橙、葡萄柚和特色果园的英亩数超过90万。今天据报道，由于柑橘绿化疾病，这个数字略高于50万英亩。
消耗损坏的食物的肉毒毒素是由肉毒梭菌(clostridiumbotulinum)产生的神经毒素引起的相对罕见但严重的潜在致命麻痹症。
最致命的病毒性疾病之一是埃博拉疾病，死亡率据报高达90％。埃博拉病毒疾病(evd)、埃博拉病毒出血热(ehf)或简称埃博拉是由埃博拉病毒引起的人类和其他灵长类动物的疾病。疾病的症状可以在感染病毒后两天至三周开始，带有发烧、喉咙痛、肌肉疼痛和头痛。通常，呕吐、腹泻和皮疹随之而来，伴随着肝脏和肾脏功能下降。在这个时候，受感染的人可能会在身体内部和外部开始出血。
evd由分类属于单股反链病毒目(mononegavirales)，丝状病毒科(filoviridae)，埃博拉病毒属的五种病毒中的四种引起。四种致病病毒是本迪布焦(bundibugyo)病毒(bdbv)、苏丹病毒(sudv)、塔伊森林(
没有针对evd的特定治疗方法。帮助受感染者的努力是支持性的，包括口服补液治疗或静脉注射液。evd具有很高的死亡风险，造成50％至90％的感染者死亡。苏丹(现南苏丹)和刚果民主共和国首次鉴定了evd。正在努力开发疫苗；然而，还没有。
因此，已经并且仍然需要找到可以可靠地靶向并优先杀死或灭活致病的微生物而不杀死或对被治疗的生物体(例如人、动物或植物)造成不适当的伤害的组合物。
技术实现要素：
本文公开了用于杀死或灭活可能感染人、动物、植物或食物供应的各种有害微生物(例如病毒、细菌和真菌)的抗微生物组合物和方法。还公开了制备抗微生物组合物的方法。出乎意料地，现在已经发现，通过选择具有特定尺寸和粒度分布的金属纳米颗粒，可以靶向并优先杀死或灭活特定类型的微生物。
在一些实施方案中，抗微生物组合物可以包含(1)载体和(2)多个金属纳米颗粒，其粒度和粒度分布选择为选择性地并优先杀死病毒、细菌或真菌之一。
在一些实施方案中，抗病毒组合物可以包括具有约8nm或更小，或约1nm至约7nm，或约2nm至约6.5nm，或约3nm至约6nm的粒度的金属纳米颗粒。在这些尺寸范围内，可以选择特定尺寸的“设计师抗病毒颗粒”，其针对特定病毒特别有效。
在一些实施方案中，抗病毒组合物可以包含多个非离子金属纳米颗粒，其粒度在约0.22nm至约2nm，或约0.22nm至约1.5nm，或约0.24nm至约1nm，或约0.27nm至约0.7nm，或约0.3nm至约0.5nm，或约0.35nm至约0.45nm。例如，这样的实施方案可用于靶向和优先灭活埃博拉病毒。
在一些实施方案中，抗病毒组合物可以包括具有约2nm至约10nm，或约4nm至约10nm，或约6nm至约10nm的粒度的金属纳米颗粒。例如，为6nm、10nm或两者的颗粒的这样的实施方案可用于通过与埃博拉病毒表面上发现的3csy糖蛋白缔合、结合和/或将其破坏，来靶向和优先灭活埃博拉病毒，由此防止病毒与细胞表面受体结合。
在一些实施方案中，抗细菌组合物可以包括具有约3nm至约14nm，或约5nm至约13nm，或约7nm至约12nm，或约8nm至约10nm的粒度的金属纳米颗粒。在这些尺寸范围内，可以选择特定尺寸的“设计师抗细菌颗粒”，其针对特定细菌特别有效。
在一些实施方案中，抗真菌组合物可以包括具有约9nm至约20nm，或约10nm至约18nm，或约11nm至约16nm，或约12nm至约15nm的粒度的金属纳米颗粒。在这些尺寸范围内，可以选择特定尺寸的“设计师抗真菌颗粒”，其针对特定真菌特别有效。
在一些实施方案中，金属纳米颗粒可以包含具有平均直径和粒度分布的球形金属纳米颗粒，其中至少99％的金属纳米颗粒具有的粒度在平均直径的30％以内，或者在平均直径的20％以内，或者在平均直径的10％以内，和/或其中至少99％的球形纳米颗粒具有的直径在平均直径的±3nm以内，或者在平均直径的±2nm内，或在平均直径的±1nm以内。
在一些实施方案中，金属纳米颗粒可以包含具有不均匀横截面和由不具有直角连接在一起的多个非线性链形成的球状结构的珊瑚状金属纳米颗粒。在一些情况下，珊瑚状金属纳米颗粒可与球形金属纳米颗粒一起使用(例如，为了加强球形金属纳米颗粒)。
在一些实施方案中，金属纳米颗粒可以包含选自金、铂、银、钯、铑、锇、钌、铑、铼、钼、铜、铁、镍、锡、铍、钴、锑、铬、锰、锆、锡、锌、钨、钛、钒、镧、铈、其异质混合物及其合金中的至少一种金属。由银、金及其混合物和其合金组成的纳米颗粒可以是特别有效的。
在一些实施方案中，杀死或灭活微生物的方法包括：(1)将包含载体和金属纳米颗粒的抗微生物组合物施加到含有微生物的基体(substrate)上或基体中，和(2)所述抗微生物组合物杀死或灭活微生物。基体可以是生物体或非生物物体。
在一些实施方案中，灭活病毒的方法包括：(1)将包含具有约8nm或更小，或约1nm至约7nm，或约2nm至约6.5nm，或约3nm至约6nm的粒度的金属纳米颗粒的抗病毒组合物施加到含有病毒的基体上或基体中，和(2)抗病毒组合物将病毒灭活。
在一些实施方案中，将埃博拉病毒灭活的方法包括：(1)将包含载体和金属纳米颗粒的抗病毒组合物施加到被埃博拉病毒污染的动物或非生物基体上或基体中，以及(2)金属纳米颗粒通过附着于糖蛋白和/或将埃博拉病毒中的一种或更多蛋白质变性而灭活埃博拉病毒。
在一些实施方案中，治疗或预防埃博拉病毒疾病的方法包括：(1)向生物体施用药学上可接受量的粒度在约0.22nm至约2nm范围内的球形非离子金属纳米颗粒；和(2)球形非离子金属纳米颗粒将生物体上或生物体中的埃博拉病毒灭活。
在一些实施方案中，治疗或预防埃博拉病毒疾病的方法包括：(1)向生物体施用药学上可接受量的粒度在约2nm至约10nm范围内的球形非离子金属纳米颗粒；和(2)球形非离子金属纳米颗粒通过与埃博拉病毒的3csy糖蛋白结合、缔合和/或将其破坏来将生物体上或生物体中的埃博拉病毒灭活。
在一些实施方案中，杀死细菌的方法包括：(1)将包含具有约8nm或更小，或约3nm至约14nm，或约5nm至约13nm，或约7nm至约12nm，或约8nm至约10nm的粒度的金属纳米颗粒的抗细菌组合物施加到含有细菌的基体上或基体中，和(2)抗细菌组合物将细菌杀死。
在一些实施方案中，杀死真菌的方法包括：(1)将包含具有约9nm至约20nm，或约10nm至约18nm，或约11nm至约16nm，或约12nm至约15nm的粒度的金属纳米颗粒的抗真菌组合物施加到含有真菌的基体上或基体中，和(2)抗真菌组合物将真菌杀死。
本发明的这些和其他优点和特征将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地在对后面审查时对本领域的技术人员变得显而易见或者可以通过本发明的实践中了解。
附图说明
图1是用于制备抗微生物组合物的示例性球形金属纳米颗粒的透射电子显微镜图像(tem)，所述纳米颗粒具有基本均匀的尺寸和窄的粒度分布；
图2a-2e是用于制备抗微生物组合物的示例性珊瑚状金属纳米颗粒的透射电子显微镜图像(tem)；
图3示意性地示出了从基体吸收球形金属纳米颗粒之后的微生物；
图4示意性地示出了二硫键被相邻的球形纳米颗粒催化变性的微生物蛋白质；和
图5示意性地示出了具有二硫键的哺乳动物蛋白质，所述二硫键被屏蔽以便抵抗被相邻的球形纳米颗粒催化变性。
图6是埃博拉病毒的扫描电子显微镜图像(sem)。
具体实施方式
本文公开了抗微生物组合物和杀死或灭活微生物，例如病毒(包括埃博拉病毒)、细菌或真菌的方法。在一些实施方案中，金属纳米颗粒分散在载体内或包含在载体上或载体内，所述载体可以施加到含有微生物的基体上或基体中。载体可以是液体、凝胶或固体。抗微生物组合物可配制成选择性地并优先杀死一种或多种特定微生物。
在一些实施方案中，抗微生物组合物可以包含载体和多个金属纳米颗粒，其粒度和粒度分布选择为选择性地并优先杀死病毒、细菌或真菌之一。在一些实施方案中，抗病毒组合物包含具有约8nm或更小，或约0.22nm至约2nm，或约0.22nm至约1.5nm，或约0.24nm至约1nm，或约0.27nm至约0.7nm，或约0.3nm至约0.5nm，或约0.35nm至约0.45nm，或约1nm至约7nm，或约2nm至约6.5nm，或约3nm至约6nm，或约2nm至约10nm，或约4nm至约10nm，或约6nm至约10nm的粒度的金属纳米颗粒。在一些实施方案中，抗细菌组合物可以包括具有约3nm至约14nm，或约5nm至约13nm，或约7nm至约12nm，或约8nm至约10nm的粒度的金属纳米颗粒。在一些实施方案中，抗真菌组合物可以包括具有约9nm至约20nm，或约10nm至约18nm，或约11nm至约16nm，或约12nm至约15nm的粒度的金属纳米颗粒。在任何上述尺寸范围内，可以选择特定尺寸的“设计师抗微生物颗粒”，其针对特定微生物特别有效。
选择和使用微生物特异性纳米颗粒的能力提供了许多好处。在仅某些纳米颗粒尺寸有效杀死特定微生物或微生物类别的情况下，提供在正确粒度的窄粒度分布内的金属纳米颗粒使得有效杀死目标微生物的纳米颗粒的比例最大化，并使在杀死目标微生物方面效果较差或无效的纳米颗粒的比例最小化。这反过来大大降低了提供期望的目标微生物杀死或灭活率所需的纳米颗粒的总量或浓度。消除不适当尺寸的纳米颗粒也降低了组合物杀死或损害非靶向微生物或其它细胞(例如健康哺乳动物或人细胞)的趋势。以这种方式，高度特异性的抗微生物组合物可以更好地靶向有害微生物，同时对人类、动物和植物的危害较小或甚至无毒。
纳米颗粒构型
在一些实施方案中，金属纳米颗粒可以包含或基本上由非离子的基态(groundstate)金属纳米颗粒组成。实例包括球形金属纳米颗粒、珊瑚状金属纳米颗粒或球形金属纳米颗粒和珊瑚状金属纳米颗粒的共混物。
在一些实施方案中，可用于制备抗微生物组合物的非离子金属纳米颗粒包含球形纳米颗粒，优选具有固体芯的球形金属纳米颗粒。术语“球形金属纳米颗粒”是指由一种或多种金属制成的纳米颗粒，优选非离子的基态金属，其仅具有内部键角并且没有外部边缘或键角。以这种方式，球形纳米颗粒具有很强的电离抗性，高度稳定性，并且具有很强的抗附聚性。这样的纳米颗粒可以表现出高ξ电位，这允许球形纳米颗粒保持分散在极性溶剂中而无需表面活性剂，这是令人惊讶和预期的结果。
通常，球形金属纳米颗粒可以具有约40nm或更小，约35nm或更小，约30nm或更小，约25nm或更小，约20nm或更小，约15nm或更小，约10nm或更小，约7.5nm或更小，或约5nm或更小的直径。然而，选择特定粒度和窄粒度分布的球形纳米颗粒可特别用于选择性地和优先地杀死或灭活特定类型的微生物如病毒、细菌或真菌。
在一些实施方案中，球形纳米颗粒可以具有这样的粒度分布，其使得至少99％的纳米颗粒的直径在纳米颗粒平均直径的30％内，或在平均直径的20％内，或在平均直径的10％内。在一些实施方案中，球形纳米颗粒可以具有平均粒度，并且至少99％的纳米颗粒具有的粒度在平均直径的±3nm以内，平均直径的±2nm以内或平均直径的±1nm以内。在一些实施方案中，球形纳米颗粒可以具有至少10mv，优选至少约15mv，更优选至少约20mv，甚至更优选至少约25mv，和最优选至少约30mv的ζ电位。
用于制造球形纳米颗粒的方法和系统的实例公开于williamniedermeyer(“niedermeyer公开”)的us专利公开号2013/0001833中，该文献通过引用并入本文。图1是使用niedermeyer公开的方法和系统制造的示例性球形纳米颗粒的透射电子显微镜图像(tem)。所示的纳米颗粒是具有基本均匀尺寸的球形银(ag)纳米颗粒，平均直径约10nm和粒度分布窄。在一些实施方案中，球形纳米颗粒可以具有固体芯而不是中空的，如通常在非金属种子纳米颗粒(例如二氧化硅)的表面上形成的常规金属纳米颗粒的情况那样，其随后被除去产生中空纳米球。
在一些实施方案中，用于制备抗微生物组合物的非离子金属纳米颗粒也可以包含珊瑚状纳米颗粒。术语“珊瑚状金属纳米颗粒”是指由一种或多种金属制成的纳米颗粒，优选非离子的基态金属，其具有不均匀的横截面和球状结构，所述球状结构由连接在一起而没有直角的多个非线性的链形成。类似于球形纳米颗粒，珊瑚状纳米颗粒可以仅具有内部键角并且没有外部边缘或键角。以这种方式，珊瑚状纳米颗粒可以具有高度的电离抗性，是高度稳定的，并且对附聚具有很高的抵抗力。这样的珊瑚状纳米颗粒可以表现出高ξ电位，这允许珊瑚状纳米颗粒保持分散在极性溶剂中而无需表面活性剂，这是令人惊讶和预期的结果。
在一些实施方案中，珊瑚状纳米颗粒可以具有约15nm至约100nm，或约25nm至约95nm，或约40nm至约90nm，或约60nm至约85nm，或约70nm至约80nm的长度。在一些实施方案中，珊瑚状纳米颗粒可以具有这样的粒度分布，其使得至少99％的纳米颗粒具有的长度在平均长度的30％内，或在平均长度的20％内，或在平均长度的10％内。在一些实施方案中，珊瑚状纳米颗粒可以具有至少10mv，优选至少约15mv，更优选至少约20mv，甚至更优选至少约25mv，和最优选至少约30mv的ζ电位。
用于制造珊瑚状纳米颗粒的方法和系统的实例公开于以williamniedermeyer(“niedermeyer申请”)名义于2014年9月23日提交的us临时申请号62/054,126中，该文献通过引用并入本文。图2a至2e是使用niedermeyer申请的方法和系统制造的示例性珊瑚状金属纳米颗粒的透射电子显微镜图像(tem)。所示的纳米颗粒是珊瑚状金纳米颗粒。
包括球形和珊瑚状纳米颗粒的金属纳米颗粒可以包括任何所需的金属、金属混合物或金属合金，包括银、金、铂、钯、铑、锇、钌、铑、铼、钼、铜、铁、镍、锡、铍、钴、锑、铬、锰、锆、锡、锌、钨、钛、钒、镧、铈、其异质混合物或其合金中的至少一种。
根据一些实施方案，抗微生物金属纳米颗粒将包含银或金中的至少一种。在用于杀死细菌和真菌的较大金属纳米颗粒的情况下，金属纳米颗粒可以主要或排他地包含银。然而，在用于杀死包括埃博拉病毒在内的病毒的较小的金属纳米颗粒的情况下，金属纳米颗粒可以主要或排他地包括金。由于构成纳米颗粒的银和金原子的性质，已经发现与银纳米颗粒相比，金纳米颗粒能够更好地以非常小的尺寸(例如，小于约5-7nm)保持在一起。另一方面，在一些实施方案中，金-银合金提供了金的颗粒稳定活性和潜在地较高的银的抗病毒活性。
抗微生物活性
图3示意性地示出了已经从固体基体602吸收了球形纳米颗粒604的微生物608，例如通过主动吸收或其它转运机制。或者，球形纳米颗粒604可以在组合物(未示出)中提供，例如在液体或凝胶载体中。纳米颗粒604可以自由地移动通过微生物608的内部606，并与一种或多种重要的蛋白质或酶610接触，它们如果变性，将会杀死或使微生物失效。
纳米颗粒可以杀死或变性微生物的一种方法是通过催化重要蛋白质或酶中二硫(s-s)键的裂解。图4示意性地示出了具有二硫键的微生物蛋白质或酶710，所述二硫键被相邻的球形纳米颗粒704催化变性以产生变性蛋白质或酶712。在细菌或真菌的情况下，细胞内部可能发生重要蛋白质或酶的二硫键的裂解和/或重要蛋白质或酶的其它化学键的裂解，从而以这种方式杀死微生物。通过微生物的通常简单的蛋白质结构促进二硫(s-s)键的这种催化裂解，其中许多重要的二硫键暴露并且易于被催化裂解。
金属(例如银)纳米颗粒可以杀死微生物的另一机制是通过产生活性氧物质，例如过氧化物，其可以氧化裂解蛋白质键，包括但不限于酰胺键。
在病毒的情况下，作为选择，球形和珊瑚状金属纳米颗粒可以通过附着到糖蛋白上和/或催化蛋白质衣壳中的蛋白质变性反应来使病毒灭活，使得病毒不再能附着于宿主细胞和/或将遗传物质注入宿主细胞。因为非常小的纳米颗粒可以通过病毒，在病毒内部可能发生蛋白质衣壳的变性。使得不能附着于宿主细胞和/或将遗传物质注入宿主细胞的病毒基本上是无活性的并且不再致病。
尽管非离子金属纳米颗粒相对于微生物具有致死性，与其中大部分或全部重要二硫键被蛋白质的其他更稳定的区域屏蔽的简单微生物相比，它们对于含有复杂得多的蛋白质结构的人类、哺乳动物和健康的哺乳动物细胞而言可能相对无害。图5示意性地示出了具有二硫(s-s)键的哺乳动物蛋白质810，所述二硫键被屏蔽以便抵抗被相邻的球形纳米颗粒804催化变性。在许多情况下，非离子纳米颗粒不与人或哺乳动物细胞相互作用或不附着到人或哺乳动物细胞上，而保持在流体流动中并且跟随流体流动，不会越过屏障，保留在血管系统中，并且可以快速安全地通过尿液排出而不损害肾脏或其他细胞。
在银(ag)纳米颗粒的特定情况下，微生物中的银(ag)纳米颗粒的相互作用已经被证明是特别致命的，而不需要依赖于银离子(ag+)的产生来提供所需的抗微生物效果，如通常的常规胶体银组合物中的情况那样。银(ag)纳米颗粒提供有效的微生物控制而没有将有毒的银离子(ag+)显著释放到周围环境中的能力是本领域的实质进步。此外，获得如本文所述由金和银原子的混合物或合金制成的非常小的纳米颗粒是本领域的实质进步，其中金具有较大的结合能力和银具有较大的抗微生物活性。
如本文所讨论的，可以选择纳米颗粒的尺寸以靶向和选择性地杀死特定类型的微生物，包括埃博拉病毒。作为进一步的实例，亚微米尺寸的金属纳米颗粒(例如，直径为约0.4nm的金或金-银合金纳米颗粒)在杀死埃博拉病毒方面可能是最有效的，如图6所示，其具有奇怪的细长和环状构型，可以潜在地屏蔽重要蛋白质免受较大的纳米颗粒的影响。使用如本文所述的非常小的纳米颗粒，特别是非离子金属纳米颗粒，允许纳米颗粒更容易地渗入和促进蛋白质衣壳内的变性反应，例如在病毒的衣壳蛋白中裂解二硫(s-s)键。另外或者可替代地，这样的纳米颗粒也可以结合蛋白质衣壳的糖蛋白。例如，具有约2nm至约10nm，或约4nm至约10nm，或约6nm至约10nm的尺寸的纳米颗粒可以结合和/或裂解位于埃博拉病毒表面上的3csy糖蛋白。任一种或两种机制可以防止病毒附着于宿主细胞并将其遗传物质引入其中。使得不能附着于宿主细胞和/或将遗传物质注入宿主细胞的埃博拉病毒基本上是无活性的并且不再致病。
微生物特异性纳米颗粒
在一些实施方案中，被设计成选择性地和优先地灭活病毒的球形纳米颗粒可具有约8nm或更小，或约1nm至约7nm，或约2nm至约6.5nm，或约3nm至约6nm的直径。在这些尺寸范围内，可以选择特定尺寸的“设计师抗病毒颗粒”，其针对特定病毒特别有效。
在一些实施方案中，设计为选择性地和优先地灭活病毒(例如具有细长和/或环状结构的病毒如埃博拉病毒)的球形纳米颗粒可具有在约0.22nm至约2nm，或约0.22nm至约1.5nm，或约0.24nm至约1nm，或约0.27nm至约0.7nm，或约0.3nm至约0.5nm，或约0.35nm至约0.45nm范围的粒度。这些窄尺寸范围内的纳米颗粒可以提供在靶向埃博拉病毒方面特别有效的“设计师抗病毒颗粒”。
在一些实施方案中，设计为选择性地和优先地灭活具有表面3csy糖蛋白或类似结构化表面糖蛋白的病毒(例如埃博拉病毒)的球形纳米颗粒可以具有在约2nm至约10nm，或约4nm至约10nm，或约6nm至约10nm范围内的粒度。
在一些实施方案中，被设计成选择性地和优先地灭活细菌的球形纳米颗粒可具有约3nm至14nm，或约5nm至约13nm，或约7nm至约12nm，或约8nm至约10nm范围内的直径。在这些尺寸范围内，可以选择特定尺寸的“设计师抗细菌颗粒”，其针对特定细菌特别有效。
在一些实施方案中，被设计成选择性地和优先地灭活真菌的球形纳米颗粒可具有约9nm至20nm，或约10nm至约18nm，或约11nm至约16nm，或约12nm至约15nm范围内的直径。在这些尺寸范围内，可以选择特定尺寸的“设计师抗真菌颗粒”，其针对特定真菌特别有效。
根据一些实施方案，抗微生物金属纳米颗粒将包含银或金中的至少一种。在用于杀死细菌和真菌的较大金属纳米颗粒的情况下，金属纳米颗粒可以主要或排他地包含银。然而，在用于杀死病毒的较小的金属纳米颗粒的情况下，金属纳米颗粒可以主要或排他地包括金。由于构成纳米颗粒的银和金原子的性质，已经发现与银纳米颗粒相比，金纳米颗粒能够更好地以非常小的尺寸(例如，小于约5-7nm)保持在一起。另一方面，金-银合金提供了金的颗粒稳定活性和银的较高的杀微生物活性。
如本文所讨论的，可以选择纳米颗粒的尺寸以靶向和选择性地杀死特定类型的微生物。作为进一步的实例，亚微米尺寸的金属纳米颗粒(例如，直径为约0.4nm的金纳米颗粒)在杀死埃博拉病毒方面可能是最有效的，其具有奇怪的细长和环状构型，可以潜在地屏蔽重要蛋白质免受较大的纳米颗粒的影响。作为进一步的实例，在治疗柑橘绿化疾病的情况下，纳米颗粒可以具有约1nm至约25nm，或约2nm至约15nm，或约2nm至约7nm，或约3nm至约6nm的粒度。
多组分纳米颗粒组合物
在一些实施方案中，珊瑚状金属纳米颗粒可与球形金属纳米颗粒结合使用。通常，球形金属纳米颗粒可以小于珊瑚状金属纳米颗粒，并且以这种方式可以提供非常高的表面积用于催化所需反应或提供其它期望的益处。另一方面，与球形纳米颗粒相比，通常较大的珊瑚状纳米颗粒每单位质量可以表现出更高的表面积，因为珊瑚状纳米颗粒具有内部空间和表面而不是固体芯和仅仅是外部表面。在一些情况下，提供含有球形和珊瑚状纳米颗粒的抗微生物组合物可提供协同的结果。例如，珊瑚状纳米颗粒除了提供自己独特的优点之外，还可以帮助支持和/或增强球形纳米颗粒的活性。
在一些实施方案中，抗微生物组合物可以包括球形和珊瑚状纳米颗粒两者。在一些实施方案中，纳米颗粒组合物中的球形纳米颗粒与珊瑚状纳米颗粒的质量比可以在约1:1至约50:1，或约2.5:1至约25:1，或约5:1至约20:1，或约7.5:1至约15:1，或约9:1至约11:1，或约10:1的范围内。纳米颗粒组合物中的球形纳米颗粒与珊瑚状纳米颗粒的颗粒数目比可以在约10:1至约500:1，或约25:1至约250:1，或约50:1至约200:1，或约75:1至约150:1，或约90:1至约110:1，或约100:1的范围内
载体
在一些实施方案中，纳米颗粒组合物包括用于将金属纳米颗粒递送到生物或非生物基体上或其中的载体。载体可以是液体、凝胶或固体。一些载体可能比其他载体更适合，这取决于被处理的生物或非生物基体。例如，可以选择载体的溶解度特征以使在整个经处理的生物体部分和/或与经处理的生物体部分接触的生物体的另一部分中的扩散最大化或提供期望的扩散。
可用于局部应用并可用作载体的化合物的实例包括但不限于水、醇、酮、酯、柑橘油、精油、蔬菜和其它植物和天然油、甘油三酯、醚、有机溶剂、甲醇、乙醇、异丙醇、其它醇、二醇、甘油、多元醇、1,3-丙二醇、凡士林、蜡、聚合物、可聚合材料和表面活性剂。
在一个实施方案中，载体是包含甘油和/或硬脂酸乳膏基质的乳膏或洗剂，其任选地含有油例如椰子油、橄榄油、葡萄籽油、牛油树脂、芒果脂和/或维生素e油，以及乳化蜡。
在其它实施方案中，载体是水或组合的水和醇溶液，其本身包含微摩尔至毫摩尔浓度的溶解到载体中的单独的稳定剂，以将纳米颗粒保持在整个组合物内。
用于鼻或肺气溶胶或吸入给药的示例性载体包括在盐水中的溶液，其可以含有例如苄醇或其它合适的防腐剂，用于增强生物利用度的吸收促进剂和/或其它增溶或润湿或分散剂，例如甘油，天然存在的磷脂(例如卵磷脂)，环氧烷与脂肪酸的缩合产物(例如聚氧乙烯硬脂酸酯)，环氧乙烷与长链脂肪醇的缩合产物(例如，十七碳亚乙氧基乙醇)，环氧乙烷与衍生自脂肪酸和己糖醇酐的偏酯的缩合产物(例如，聚氧乙烯脱水山梨糖醇单油酸酯)；多糖和多糖类化合物(例如硫酸葡聚糖)；和糖胺聚糖和糖胺聚糖样化合物(例如，透明质酸)。在一些实施方案中，将纳米颗粒和另外的稳定剂和/或载体配制成干粉(例如，可用于使用干粉吸入器施用的粉末)。
可用于鼻和/或吸入给药的示例性气溶胶包括可汽化推进剂，例如当限制在合适的容器中时是液体并且是生物相容性和无刺激性的低分子量氢氟烃或烃。可以另外包括成分如水、醇、丙二醇和聚乙二醇。也可用于鼻和/或吸入给药的其它实施方案作为喷雾剂(例如，省略气溶胶推进剂)提供。这样的喷雾制剂可以作为能够形成用于给药的细小雾的溶液、悬浮液或乳液提供，并且在一些实施方案中可以包括盐水和/或是等渗的。
示例性的可注射溶液包括水性乳液或油性悬浮液或盐溶液(例如，等渗的、低渗的或高渗的，任选地包括葡萄糖和/或其它电解质或添加剂)。这样的组合物还可以包括合适的分散剂或润湿剂。无菌可注射制剂也可以在无毒的肠胃外可接受的稀释剂或溶剂中形成，例如在1,2-丙二醇(丙二醇)中的溶液。另外的实例包括溶液或悬浮液，它们可以包含例如合适的无毒稀释剂或溶剂，例如甘露醇、1,3-丁二醇、水、林格氏溶液、等渗氯化钠溶液或其它合适的分散剂或润湿剂和悬浮剂，包括合成的甘油单酯或甘油二酯，和脂肪酸，包括油酸，或cremaphor。
本领域已知的凝胶可以用作载体，例如含有一种或多种上述液体组分以及已知的胶凝剂的凝胶。凝胶组合物可以更容易地粘附到被处理的生物或非生物的基体上。示例性的凝胶载体可以包括用聚乙烯胶凝的矿物油。
固体载体由于不同的原因可以用于例如随着时间的推移将纳米颗粒洗脱到生物体中。固体载体的实例包括但不限于聚合物、橡胶、弹性体、泡沫和树胶。根据待处理生物体的特征和所需的洗脱速率，本领域技术人员可以选择合适的固体载体材料。
在一些实施方案中，可以配制抗微生物组合物，使得包含的金属纳米颗粒的浓度为，当施加到生物体或生物体部分上或其中时，测定量的纳米颗粒组合物将提供预定浓度或数量的金属纳米颗粒。纳米颗粒组合物可以具有较高浓度的纳米颗粒，当与施用于或天然包含在生物体或生物体部分中的其它液体混合时，纳米颗粒变得稀释。根据被处理的生物体或生物体部分、添加的纳米颗粒的性质和使用的载体类型，抗微生物组合物可以含有按重量计占抗微生物组合物的约10ppb(十亿分之几)至约100ppm(百万分之几)，或约15ppb至约90ppm，或约100ppb至约75ppm，或约500ppb至约60ppm的金属纳米颗粒，或按重量计占抗微生物组合物的约1ppm至约50ppm，或约2ppm至约25ppm，或约3ppm至约20ppm的金属纳米颗粒。
在一些实施方案中，抗微生物组合物还可以包括一种或多种任选的组分或佐剂以提供所需的性质，包括但不限于食品、维生素、矿物质、抗微生物剂、电解质、保湿剂、润肤剂、防腐剂和/或植物提取物。
在一些实施方案中，载体也可以起稳定剂的作用，或者可以包括稳定剂。例如，在一些实施方案中，可能期望在相同的溶液中具有不同的具体尺寸的纳米颗粒以利用不同颗粒的每一种不同性质和效果。然而，当将不同尺寸的颗粒混合到单一溶液中时，由于施加在各种颗粒上的不平等的力导致颗粒的最终聚集，该单一溶液中的这些颗粒的整体长期稳定性可能会显著降低。当该溶液被加热或冷却到显著高于或低于标准室温条件时，该现象可能变得更加突出。
稳定剂的实例包括醇(例如乙醇、丙醇、丁醇等)、多酚(例如，arjuna树皮提取物、葡萄籽提取物等)、单甘油酯、二甘油酯或甘油三酯(例如葡萄籽油、椰子油等)、油(例如薰衣草)、其他萜烯、胺化合物(例如单-、二-或三-乙醇胺)、碳水化合物(例如蔗糖、果糖)、脂质体、膏剂、其它乳剂和其它聚合物。
在一些实施方案中，将稳定剂溶解在微摩尔至毫摩尔浓度范围内的单独的载体中，其中范围上限通常不受功效限制，而是由产品成本限制。
这些各种稳定剂具有以下能力：在悬浮液中保持所述至少两种不同尺寸和/或形状的纳米颗粒，并且将这些纳米颗粒递送到人或动物的治疗区域中，而无需强力地保留纳米颗粒从而降低纳米颗粒的抗微生物特性。
处理方法
在一些实施方案中，杀死或灭活微生物的方法包括：(1)将包含载体和金属纳米颗粒的抗微生物组合物施加到含有微生物的基体上或基体中，和(2)所述抗微生物组合物杀死微生物或将微生物变性。基体可以是活性生物体，例如被微生物引起的疾病感染或可能被其感染的生物体。或者，基体可以是与引起疾病的或不希望的微生物接触或有接触危险的非生物体，例如衣服、床上用品、伤口敷料、医疗装置或植入物、食物、静脉注射液、农场设备、动物饲养装置、饮水槽等。
在一些实施方案中，金属纳米颗粒通过进入细胞并催化蛋白质变性反应来杀死细菌或真菌。在一些实施方案中，金属纳米颗粒通过附着于糖蛋白和/或催化蛋白质衣壳中的蛋白质变性反应来“灭活”病毒。蛋白质变性反应的实例包括涉及二硫键(s-s)键裂解和形成攻击酰胺或其它键的活性氧的一种或多种的反应。
在一些实施方案中，灭活病毒的方法包括：(1)将包含具有选定粒度的金属纳米颗粒的抗病毒组合物施加到含有病毒的基体上或基体中，和(2)抗病毒组合物将病毒灭活。
在一些实施方案中，将埃博拉病毒灭活的方法包括：(1)将包含载体和金属纳米颗粒的抗病毒组合物施加到被埃博拉病毒污染的动物或非生物基体上或基体中；以及(2)金属纳米颗粒通过附着于糖蛋白和/或将埃博拉病毒中的一种或更多蛋白质变性而灭活埃博拉病毒。基体可以是活性生物体，例如被埃博拉病毒感染或可能感染的生物体。或者，基体可以是与生物体接触并潜在地引起或传播疾病的非生物物体，例如衣服、床上用品、伤口敷料、医疗装置或植入物、食物、iv液体、农场设备、动物饲养装置、饮水槽等。
在一些实施方案中，金属纳米颗粒通过附着于糖蛋白和/或催化蛋白质衣壳中的蛋白质变性反应来灭活病毒。蛋白质变性反应的实例包括涉及二硫键(s-s)键裂解和形成攻击酰胺或其它键的活性氧的一种或多种的反应。
在一些实施方案中，该方法可以包括向哺乳动物施用药学上可接受量的抗病毒组合物，以治疗或预防埃博拉病毒疾病。抗病毒组合物可以任何适当的方式施用，包括但不限于静脉内、通过吸入、口服和/或局部施用。有利地，金属纳米颗粒选择性地使埃博拉病毒灭活而不伤害与金属纳米颗粒接触的人或动物。
在一些实施方案中，该方法可以包括将抗病毒组合物应用于医疗设备、衣服、绷带、废物容器、注射器、注射器针头、吸入设备或植入物中的一种或多种。
在一些实施方案中，治疗或预防埃博拉病毒疾病的方法包括：(1)向生物体施用药学上可接受量的粒度在约0.22nm至约2nm范围内的球形非离子金属纳米颗粒；和(2)抗病毒组合物将病毒灭活。
在一些实施方案中，杀死细菌的方法包括：(1)将包含具有选定粒度的金属纳米颗粒的抗细菌组合物施加到含有细菌的基体上或基体中，和(2)抗细菌组合物杀死细菌。
在一些实施方案中，杀死真菌的方法包括：(1)将包含具有选定粒度的金属纳米颗粒的抗真菌组合物施加到含有真菌的基体上或基体中，和(2)抗细菌组合物杀死真菌。
在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以以其它具体形式实施。所描述的实施方案将在所有方面被认为仅仅是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是前面的描述来表示。属于权利要求书的等同物的含义和范围内的所有变化将被包括在其范围内。
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