由银阳离子功能化的抗微生物二氧化钛纳米颗粒的制作方法

文档序号:13744599阅读:250来源:国知局
发明背景长期以来,银离子Ag+的抗细菌活性在现有技术中被众所周知。达到以下程度,以基于银离子的药物组合物或药物而众所周知,例如磺胺嘧啶银,被用于例如防止严重烧伤时的感染、或通常被用作抗细菌剂。以前的研究(请见例如Carr,H.S.,Wlodkowski,T.J.和Rosenkranz,H.S.,1973,“抗微生物剂和化学疗法”,卷4,第585页)表明:Ag+离子的抗细菌活性与Ag+离子的浓度直接成正比。另一方面,已知元素银和银盐通常对微生物表现出实质上较小的效力。在过去,银盐溶液,如硝酸银被用于清洗伤口。这种给药方式通常需要大量的物质以达到显著的抗细菌效果。基于Ag+的制剂以药物制剂的形式施用,特别是对于局部使用。但是,基于银盐的大部分制剂,例如磺胺嘧啶银或硝酸盐是光化学不稳定的。胶体银纳米颗粒已经成为越来越多兴趣的焦点,并且正预示着其为治疗目的的出色候选物。然而,这类胶体制剂也是光化学不稳定的,甚至于以极短时间暴露于可见光的程度就能导致Ag+光还原成Ag°,结果抗微生物作用衰竭。银阳离子与二氧化钛或二氧化硅纳米颗粒的缔合之前已被描述为例如WO2007/122651中所述的那样。该专利公布中描述了通过使用双官能配体,使金属氧化物表面上的银阳离子稳定化。上述的配体实际上提供一种与金属氧化物的结合,同时防止银阳离子光还原为原子银,结合的银离子的百分比约为0.2%w/w。该衍生物通过花费较长反应时间的合成路径来制备,且基于TiO2颗粒的最终产物有时会伴有奇特的气味。因此,似乎仍需要寻找用高浓度的银离子功能化的抗微生物的TiO2衍生物,并且能够以可靠的和高效的方式快速、低价获得。本申请人惊讶地发现,在使用特定的巯基烷基硅烷配体时,可以获得被赋予高的抗微生物活性、消毒活性和/或抗病毒活性的一系列式(I)的TiO2衍生物,由此克服了现有技术的缺陷。技术实现要素:在第一方面,本发明涉及式(I)的TiO2功能化的衍生物:TiO2-[L]-Ag+(I)其中,-[L]-是通式为-[Si-R-S]-的2价的巯基烷基硅烷配体,其中,R是任选被取代的2价的C1-C4直链或支链的烷基;TiO2表示连接在所述配体-[L]-的硅原子上的二氧化钛颗粒;Ag+表示连接在所述2价的配体-[L]-的硫原子上的银离子。在另一个方面中,本发明还涉及上述特定的式(I)的衍生物的制备方法,其为在银盐(III)的存在下,使二氧化钛和式(II)的三烷氧基巯基烷基硅烷衍生物反应:其中,R的定义如上所述;R'独立地选自任选被取代的1价的C1-C4直链或支链的烷基;Y-是阴离子抗衡离子,优选选自:高氯酸根(ClO4-)、乙酸根(CH3COO-)和硝酸根(NO3-)。在另一个方面中,本发明涉及用作药物,尤其是抗细菌剂、抗真菌剂、抗病毒剂和/或杀孢子剂的通式(1)的衍生物。在另一个方面中,本发明还涉及包含与至少一种生理上可接受的赋形剂或运载体和任选地与另一种活性成分混合的上述式(I)所示的衍生物的药物组合物。具体地,所述组合物可以是乳膏、凝胶或粉末的形式。该组合物适用于局部给药途径,主要用于抗细菌剂、抗真菌剂和抗病毒剂的用途。在最后一个方面中,本发明还涉及治疗包括人的哺乳动物的方法,该方法包括局部给予有效量的式(I)的衍生物或其药物组合物。附图说明图1是Petri膜盒,示出了式TiO2-PS-Ag+表示的本发明的优选衍生物的周围的微生物菌落的抑制,其中,A)含有0.58%Ag+的TiO2-MPS-Ag+粉末;B)含有2.30%Ag+的TiO2-MPS-Ag+粉末;图1C是示出对照TiO2粉末的Petri膜盒。详细描述术语“2价的C1-C4直链或支链的烷基”表示任选被取代的具有1~4个碳原子的直链或支链的烷基部分,其两端与分子的其余部分连接。所述2价的基团的例子为:亚甲基(-CH2-)、亚乙基(-CH2CH2-)、亚丙基(-CH2CH2CH2-)等。同样地,“1价的C1-C4直链或支链的烷基”表示任选被取代的具有1~4个碳原子的直链或支链的烷基部分,其一端连接在分子的其余部分,例如:甲基(-CH3)、乙基(-CH2CH3)、丙基(-CH2CH2CH3)等。如上所述,本发明涉及通过2价的巯基烷基硅烷配体,用银离子进行功能化的二氧化钛颗粒。本发明衍生物实际上特征在于具有通式为-[Si-R-S]-的2价配体-[L]-,其能够将二氧化钛颗粒(TiO2)与银离子(Ag+)连接,由此形成本发明的衍生物(I)。上述配体的化学结构实际上允许在一侧(通过Si原子)与二氧化钛连接,且在另一侧通过巯基(-SH)的硫原子与银离子配位。特别地,硅原子通过桥接的氧原子与TiO2颗粒的钛原子连接,而-SH部分的硫原子通常通过配位键的方式与Ag+连接。由此,TiO2颗粒可被大量的银离子功能化,如下详述,以稳定和可靠的方式形成本发明的式(I)的衍生物,并被赋予所需的药学作用。在衍生物(I)中,R基团优选为亚甲基、或更优选为亚丙基残基,由此,配体-[L]-具有优选的通式-Si-CH2-S-或-Si-CH2CH2CH3-S-,更优选后者。于是,本发明的优选衍生物是式Ti-Si-CH2CH2CH3-S-Ag+表示的化合物(I),这里也标记为TiO2-MPS-Ag+。考虑到阴离子二氧化钛颗粒,必须注意到TiO2可能以不同的同素异形体存在:锐钛矿、金红石和板钛矿,它们全部都可市售购得,并且可用于本发明。然而,氧化物表面的特征在于:Ti-OH基团的存在适当地与选择的三烷氧基巯基烷基硅烷衍生物反应,使得通过桥接的氧与Si原子连接,并得到本发明的衍生物。在一个优选的形态中,衍生物(I)的TiO2颗粒尺寸包括l00nm~600nm,更优选包括300~500nm。优选地,本发明衍生物的特征还在于具有高比例的Ag+离子,甚至最高达3%w/w,更优选包含0.5~3%w/w,其中%w/w表示Ag+的量相对于总重量的比例。实际上,申请人已发现通过改变选择的银盐和巯基三甲氧基烷基硅烷衍生物的量,可以获得带有所需量的银离子的衍生物(I)。这意味着本发明衍生物能容易地用作抗微生物剂、消毒剂和/或抗病毒剂,即使以较低的剂量,也能表现出显著的药学作用。实际上,衍生物(I)呈现出较高的配体-[L]-在金属氧化物表面上的表面覆盖度,使得结合的银离子的量增加一直到1%w/w,甚至更高。进一步,由于巯基烷基硅烷配体-[L]-在氧化钛表面上的快速结合反应,所以可以在较短的反应时间,例如20~30分钟的范围内制备本发明的衍生物,详见后文描述。本发明所要解决的问题还在于如何找到一种具有较高银离子含量的高效抗细菌剂,其能够以可靠的、低价和快速的方式制备。在这一方面,值得注意的是,申请人进行了类似的实验且考虑到使用SiO2颗粒来代替本发明的TiO2。结果表明,在相同的实验条件下,使用二氧化硅无法制备相应的以假定的式SiO2-[L]-Ag+表示的银功能化的二氧化硅衍生物。实际上,本发明的TiO2功能化的衍生物(I)能够在非常短的时间内获得,并且被赋予较高的抗微生物活性(如实验部分所示),与此相对,使用SiO2代替TiO2,实质上没有形成任何相应的二氧化硅衍生物。还有,申请人发现使用SiO2会导致在30多小时之后形成不明沉淀物。更重要的是,所述不明沉淀物没有显示出任何显著的抗微生物活性。便利地,衍生物(I)可通过例如购买组分(二氧化钛、选择的配体和银盐),并通过如下详细记载和描述的合成方法制得。在这层意义上,根据另一个方面,本发明涉及制备本发明式(I)的衍生物的方法,通常如下述反应图解所示,在银盐(III)的存在下使二氧化钛与式(II)的三烷氧基巯基烷基硅烷衍生物反应:其中,R的定义如上所述;R'是独立地选自任选被取代的1价的C1-C4直链或支链的烷基;Y-是阴离子抗衡离子,优选选自:高氯酸根(ClO4-)、乙酸根(CH3COO-)和硝酸根(NO3-)。在另一个方面中,本发明涉及用作药物,尤其是抗细菌剂、抗真菌剂、抗病毒剂和/或杀孢子剂的通式(1)的衍生物。上述方法可以便利地在室温(例如,包括约15℃~约40℃)下进行,且优选在极性有机溶剂、更优选在丙酮中进行。上述反应可通过使用合成化学中已知的技术和步骤、例如原子光谱仪等进行监测。上述银盐通常选自可溶于极性有机溶剂中的那些盐。根据本发明的一个实施方式,上述银盐(III)优选选自高氯化银(AgClO4,CAS号7783-93-9)和硝酸盐(AgNO3,CAS号7761-88-8)。若考虑到式(II)的三烷氧基巯基烷基硅烷衍生物,优选R选自亚甲基(-CH2-)和亚丙基(-CH2CH2CH2-)的式(II)的衍生物。特别优选R为亚丙基(-CH2CH2CH2-)残基且R'为(-CH3)的式(II)的化合物,例如下述式表示的3-巯基丙基三甲氧基硅烷化合物:同样优选的式(II)的化合物选自:巯基甲基甲基二乙氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷和3-巯基丙基三乙氧基硅烷。实际上,本发明的用于制备抗微生物的式(I)的衍生物的方法可以通过下述步骤来进行:使TiO2悬浮在所选的极性溶剂中,然后向其中添加所选的三烷氧基巯基烷基硅烷衍生物(II),接着添加适当的银盐(III)。另外,本发明的方法也可以通过下述步骤来进行:将配体-银[L-Ag+]加合物添加至TiO2悬浮液中,使配体前体(II)与溶解于低级醇(是指具有1~4个碳原子的醇)、优选甲醇中的银盐(III)进行反应。如下述实验部分所示(请见例如实施例1和2),上述的合成路径均能够通过快速和低价的方法以高收率制备本发明的衍生物(I),因此能够以工业规模实现本发明的方法。如目前为止所报道的那样,本发明的衍生物(I)可被用作药物,优选用作抗病毒剂、抗真菌剂,更优选用作抗细菌剂。本发明的衍生物优选用于治疗皮肤刺激、炎症、擦伤、抓伤和/或烧伤。在另一个优选的实施方式中,本发明的衍生物用于治疗选自以下的疾病:痤疮、疱疹、褥疮和皮肤溃疡,优选褥疮溃疡。在这一方面,事实上,当衍生物用作医疗装置时,它们可施用于感兴趣的位点以形成针对外部微生物的有效膜或屏障,基本上避免受影响皮肤的任何感染。这类衍生物也适于用作皮肤愈合剂(skincicatrizatingagent)。当衍生物(I)用作抗细菌剂时,它们优选用于治疗选自以下微生物的至少一种导致的疾病:HSV-1(单纯疱疹病毒-1)、腺病毒、脊髓灰质炎病毒、绿脓假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)、粪肠球菌(Enterococcusfaecalis)、大肠杆菌(Eschericacoli)、肠炎沙门氏菌D1(SalmonellaenteridisD1)、单核细胞增生利斯特氏菌(Listeriamonocytogenes)、金黄色葡萄球菌MR(StaphylococcusaureusMR)、金黄色葡萄球菌MS(StaphylococcusaureusMS)、酿脓链球菌(Streptococcuspyogenes)、唾液链球菌(Streptococcussalivarius)、缓症链球菌(Streptococcusmitis)、白色念珠菌(Candidaalbicans)、黑曲霉(Aspergillusniger)。在本发明的实验部分的实施例4中,申请人实施了一些初步试验,通过使用优选的TiO2-MPS-Ag+衍生物来对抗一系列的微生物物种。如图1a和图1b所示,结果清楚地确认了本发明的衍生物的抗菌活性。从所述图中可明显地看出,本发明的衍生物的潜在的抗微生物活性和活性的增加均取决于银阳离子的量。实际上,图1b中沉淀材料周围的灰色阴影区域较宽,这里使用Ag+含量较高的衍生物(I)进行了测试。作为比较,图1C示出当使用TiO2粉末时,没有检测到活性。在另一个方面中,本发明还涉及包含与至少一种生理上可接受的赋形剂或运载体和任选地与至少一种活性成分混合的上述式(I)所示的衍生物的药物组合物。优选地,所述至少一种活性成分是一种或多种抗细菌剂,更优选选自下述物质:本发明的药物组合物的上述生理上可接受的运载体和/或赋形剂可从现有技术中常用的那些物质中选择。作为一般性示例,当该组合物是乳膏形式时,所述赋形剂可合适地选自凡士林、液体石蜡、十八烷醇、聚乙二醇硬脂酸酯等。类似地,如果组合物是凝胶形式,本发明的衍生物可与例如甘油、酰氨基丙二醇、硅酸镁或硅酸铝等掺合。因此,本发明的衍生物也可以添加在已知的活性成分中,例如那些已报道通过增加胶原含量和肉芽组织来促进伤口愈合的活性成分,如法莫替丁或尼扎替丁(nizadine)(作为一般参考,请见例如K.S.Rao等,IndianJ.Med.Res.125,2007年2月,149-154).也由于本发明的式(I)的衍生物的这一特异之处,可能得到具有抗病毒、抗细菌和抗真菌性质以及其它治疗性质的局部治疗产品,基本取决于向它们加入的药物或组合物的药物特性。因此,按照另一个方面,阴离子衍生物(I)也可用作药物组合物的添加剂,因此能够例如制备非常有效的具有多重或强化的药物性质的局部治疗产品。此外,与制备局部治疗产品的常用方法相比,在本发明的药物组合物的制备中不需要任何特定的措施。因此,通过提供用于添加本发明的式(I)的衍生物的添加相,可使用生产局部治疗产品的已知产品来制备具有抗细菌、抗真菌、杀病毒和/或杀孢子性质的包含本发明的衍生物(I)的局部治疗产品。作为药物使用的本发明的组合物优选用作局部治疗产品,甚至更优选乳膏、粉末、喷雾凝胶、凝胶或泡沫的形式。更优选地,本发明的组合物可用于治疗痤疮、单纯疱疹、伤口、褥疮溃疡、皮肤刺激、炎症、擦伤、抓伤和/或烧伤。最后,本发明还涉及治疗包括人的哺乳动物的方法,该方法包括局部给予有效量的上述式(I)的衍生物或其药物组合物。如上所详细描述,本发明提供一种银离子经由桥接的氧原子、且通过偶合配体-[L]-共价结合到颗粒表面的钛颗粒,上述偶合配体还能够与大量的银离子Ag+进行配位。获得的衍生物可通过简单、快速和低价的合成方法来制备,并且还可以应用于工业规模。值得注意的是,本发明衍生物(I)可用作抗微生物剂、消毒剂和/或抗病毒剂,特别是能以药物组合物的形式使用,例如粉末、乳膏、凝胶或泡沫。所述组合物也可以是药物制剂,其中活性种起到屏障的作用,由此对于实现其中活性银离子向组织中的释放应得到保持或某种程度上受到控制的用于局部使用的医学装置而言非常有用。现在将通过实施例的方式描述本发明,其旨在更好地说明本发明而不限制其范围。实验部分实施例1:制备TiO2-MPS-Ag(步骤A)在搅拌下将100g量的TiO2(DegussaP25)悬浮在丙酮(900ml)中,接着在室温下添加1.06g的3-巯基丙基三甲氧基硅烷。10分钟后,添加溶解有AgClO4(1.14g)的丙酮(100ml),继续搅拌约10分钟。产生沉淀,将由此得到的固体产品过滤并在50℃下干燥。使用原子光谱仪进行元素分析,确认到TiO2-MPS-Ag+衍生物的定量组成为具有约0.55%的Ag+含量。通过同样的步骤,并增加以化学计算量使用的3-巯基丙基三甲氧基硅烷和AgClO4的量,可以将高浓度的银离子结合在金属氧化物的表面。实施例2:制备TiO2-MPS-Ag(步骤B)将AgNO3(0.93g)溶解在甲醇中并在搅拌下添加3-巯基丙基三甲氧基硅烷(1.06g),以立即形成3-巯基丙基三甲氧基硅烷-Ag加合物。将包含上述加合物的溶液添加到TiO2(100g,DegussaP25)的丙酮(900ml)悬浮液中。保持搅拌约20分钟,将由此形成的固体过滤并在50℃下进行干燥。使用原子光谱仪进行银的元素分析,确认到TiO2-MPS-Ag+衍生物的定量组成为具有约0.58%的Ag+含量。通过改变银盐和巯基三甲氧基烷基硅烷衍生物的量,由步骤A和B都能获得最高至含有3%的通过MPS配体稳定在表面上的银离子的TiO2粉末。比较例3:使用相同摩尔量的SiO2代替TiO2,实施与实施例1和2相同的步骤。在与实施例1和2相同的实验条件下(例如时间、温度、试剂的摩尔比),使用SiO2的步骤最终没有形成包含相应的功能化的衍生物的沉淀。实施例4:TiO2-MPS-Ag粉末的抗菌活性测定按照实施例1或2制备的TiO2-MPS-Ag粉末相对于下述微生物种类的抗细菌活性,上述微生物种类购自诊断国际分布股份公司(DiagnosticInternationalDistributionSpA)。绿脓假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)ATCC15442金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)ATCC6538大肠杆菌(Escherichiacoli)ATCC10536粪肠球菌(Enterococcushirae)ATCC10541白色念珠菌(Candidaalbicans)ATCC10231对于各物种,制备浓度范围为1.5×107-5.5×107的不同微生物的混合物。将100μl的混合物接种在含有胰蛋白胨大豆琼脂的Petri膜盒(Petricapsule)中。将按照实施例1和2制造的Ag+含量分别为0.58%和2.30%的TiO2-MPS-Ag粉末的试样、和不含有银阳离子的对照粉末放入上述Petri膜盒中,然后在37℃下孵育24小时。在这段时间之后,检查膜盒评价抗细菌粉末周围的菌落增殖和抑制环。如图1所示,观察到TiO2-MPS-Ag粉末周围的抑制环的厚度随着Ag+含量越高而越大(图1A中使用0.58%Ag+组合物,图1B中使用2.30%Ag+组合物),但是在对照的TiO2粉末试样上没有观察到抑制环(见图1C)。当前第1页1 2 3 
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