储水泡系统和相关方法与流程

本申请为William R.Peterson II等的题为“Static Fluid Disinfecting Systems and Related Methods”，申请序列号为14/226,720，2014年3月26日提交，目前未决的早期美国实用型专利申请(在下文中为‘720申请)的部分继续申请，所述‘720申请要求William Robert Peterson II等的题为“Static Microbial Disinfection Utilizing Open Cell Substrates Treated with Organosilane Quaternary Ammonium Chloride Compounds”，申请序列号为61/805,477，2013年3月26日提交，现已到期的美国临时专利申请的优先权，所述‘720申请也是William R.Peterson II等的题为“Antimicrobial Quaternary Ammonium Organosilane Coatings”，申请序列号为10/850,121，2004年5月19日提交，目前未决的早期美国实用型专利申请(在下文中为‘121申请)的部分继续申请，所述‘121申请要求William R.Peterson II的题为“Water&fluids purification with bonded quaternary ammonium organosilanes”，申请序列号为60/472,429，2003年5月22日提交的，现已到期的美国临时专利申请的优先权，每份专利申请的公开内容均以引用方式整体并入本文。

技术领域

本文件的各方面大体上涉及用于使用涂覆有季铵有机硅烷涂层的固相载体减少液体中微生物的数目的方法和组合物。

背景技术：

季铵有机硅烷已用于各种各样的申请中。Peterson II等的题为“Antimicrobial Skin Preparations Containing Organosilane Quaternaries”，2003年9月2日发布的美国专利号6,613,755公开了具有抗微生物特性的季铵有机硅烷化合物的用途的各种实例。

技术实现要素：

用于对流体消毒的系统的实施方式可包括：挠性容器；空气阀，其被构造为与所述挠性容器相连并被构造为选择性允许空气进入所述挠性容器内部；过滤器，其被构造为与所述挠性容器相连并被构造为过滤进入所述挠性容器内部的流体；释放机构，其与所述挠性容器相连并被构造为选择性允许所述流体流出所述挠性容器内部；以及包括在所述挠性容器内部的开孔泡沫，所述开孔泡沫涂覆有由具有以下式的季铵有机硅烷试剂产生的季铵有机硅烷涂层：

A可为独立地选自由以下组成的组的成员：–OR⁴、取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的杂环烷基、取代或未取代的芳基以及取代或未取代的杂芳基。R⁴可为选自由以下组成的组的成员：氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的杂环烷基、取代或未取代的芳基以及取代或未取代的杂芳基。R可为取代或未取代的亚烷基。R¹、R²和R³可为各自独立地选自由以下组成的组的成员：氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的杂环烷基、取代或未取代的芳基；以及取代或未取代的杂芳基。Z可为选自由以下组成的组的成员：氟化物、氯化物、溴化物、碘化物、甲苯磺酸盐、氢氧化物、硫酸盐以及磷酸盐。变量n可为1、2或3。

储水泡(water bladder)系统的实施方式可包括以下各项中的一种、所有或任何一种：

所述空气阀可被构造为在所述挠性容器的第一开口处固定到挠性容器，并且所述过滤器也可被构造为在所述第一开口处固定到所述挠性容器。

所述空气阀可包括注液盖内所包含的止回阀，所述注液盖被构造为可移动地连接到挠性容器的开口。

所述释放机构可包括被构造为允许使用者分配来自挠性容器内部的流体的咬嘴阀。

储水泡系统的实施方式可包括：挠性容器；空气阀，其被构造为与所述挠性容器相连并被构造为选择性允许空气进入所述挠性容器内部；过滤器，其被构造为与所述挠性容器相连并被构造为过滤进入所述挠性容器内部的流体；释放机构，其与所述挠性容器相连并被构造为选择性允许所述流体流出所述挠性容器内部；以及包括在所述挠性容器内部的开孔泡沫，所述开孔泡沫的每英寸孔数(PPI)范围为10PPI与110PPI之间，所述开孔泡沫涂覆有由具有以下式的季铵有机硅烷试剂产生的季铵有机硅烷涂层：

A可为独立地选自由以下组成的组的成员：–OR⁴、取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的杂环烷基、取代或未取代的芳基以及取代或未取代的杂芳基。R⁴可为选自由以下组成的组的成员：氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的杂环烷基、取代或未取代的芳基以及取代或未取代的杂芳基。R可为取代或未取代的亚烷基。R¹、R²和R³可为各自独立地选自由以下组成的组的成员：氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的杂环烷基、取代或未取代的芳基；以及取代或未取代的杂芳基。Z可为选自由以下组成的组的成员：氟化物、氯化物、溴化物、碘化物、甲苯磺酸盐、氢氧化物、硫酸盐以及磷酸盐。变量n可为1、2或3。

挠性容器可被构造为在流体包括在所述挠性容器内部时使所述开孔泡沫与所述流体静态接触。

储水泡系统的实施方式可包括以下各项中的一种、所有或任何一种。

所述流体可包含选自由小隐孢子虫(Cryptosporidium parvum)和贾第虫属(Giardia)组成的组的一种或多种微生物。

所述一种或多种微生物可进一步选自由以下组成的组：被囊病毒和无被囊病毒、革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌、真菌、霉菌、孢子、酵母以及原生动物细菌。

开孔泡沫可包含选自由以下组成的组的材料：天然存在的有机聚合物材料和合成的有机聚合物材料、不锈钢、铜、硅、碳以及碳化硅。

所述流体可为浑浊的。

所述流体可为光学上不透明的。

所述流体可包含烃和水乳状液。

挠性容器可容纳含有一种或多种微生物的固体材料并且开孔泡沫可接触所述固体材料的一个或多个表面。

储水泡系统的实施方式可包括：挠性容器；空气阀，其被构造为与所述挠性容器相连并被构造为选择性允许空气进入所述挠性容器内部；过滤器，其被构造为与所述挠性容器相连并被构造为过滤进入所述挠性容器内部的流体；释放机构，其与所述挠性容器相连并被构造为选择性允许所述流体流出所述挠性容器内部；以及其中所述流体包含一种或多种微生物；其中所述挠性容器在流体处于所述挠性容器内部时使所述流体与开孔泡沫静态接触；其中所述开孔泡沫的每克表面积小于滤砂和沸石之一的每克表面积，所述开孔泡沫涂覆有由具有以下式的季铵有机硅烷试剂产生的季铵有机硅烷涂层：

A可为独立地选自由以下组成的组的成员：–OR⁴、取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的杂环烷基、取代或未取代的芳基以及取代或未取代的杂芳基。R⁴可为选自由以下组成的组的成员：氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的杂环烷基、取代或未取代的芳基以及取代或未取代的杂芳基。R可为取代或未取代的亚烷基。R¹、R²和R³可为各自独立地选自由以下组成的组的成员：氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的杂环烷基、取代或未取代的芳基；以及取代或未取代的杂芳基。Z可为选自由以下组成的组的成员：氟化物、氯化物、溴化物、碘化物、甲苯磺酸盐、氢氧化物、硫酸盐以及磷酸盐。变量n可为1、2或3。

储水泡系统的实施方式可包括以下各项中的一种、所有或任何一种：

所述一种或多种微生物可选自由以下组成的组：小隐孢子虫、贾第虫属、被囊病毒以及无被囊病毒。

开孔泡沫的每英寸孔数(PPI)范围为10PPI与110PPI之间。

所述开孔泡沫可包括选自由以下组成的组的材料：天然的有机聚合物材料和合成的有机聚合物材料、不锈钢、铜、硅、碳以及碳化硅。

所述流体可为浑浊的。

所述流体可为光学上不透明的。

所述流体可包含烃和水乳状液。

挠性容器还可包括具有一种或多种微生物的固体材料并且开孔泡沫可接触所述固体材料的一个或多个表面。

根据说明书和附图以及权利要求书，以上方面和其他方面、特征和优点对于本领域普通技术人员将是显而易见的。

附图说明

实施方式在下文中将结合附图进行描述，其中类似命名表示类似元件，并且：

图1示出由季铵有机硅烷涂覆的沸石引起的噬菌体存活数目减少；

图2示出由季铵有机硅烷涂覆的沸石引起的(A)土生克雷伯氏菌(K.terriena)和(B)大肠杆菌(E.Coli)存活数目减少；

图3示出由季铵有机硅烷涂覆的沸石引起的细菌和噬菌体存活数目平均减少；

图4示出由季铵有机硅烷涂覆的沸石引起的藻类存活数目减少；

图5示出由季铵有机硅烷涂覆的沸石引起的原生动物寄生虫存活数目减少；

图6示出一种实验装置，其包含填充有用于减少液体内微生物的存活数目的季铵有机硅烷涂覆的沸石的柱；

图7示出储水泡系统的实施方式的部件分解图；

图8示出图1的储水泡系统的过滤器组件的实施方式的部件分解图；

图9A示出使用图7的储水泡系统的第一方法的一个步骤；

图9B示出使用图7的储水泡系统的第一方法的另一个步骤；

图9C示出使用图7的储水泡系统的第一方法的另一个步骤；

图9D示出使用图7的储水泡系统的第一方法的又一个步骤；

图10A示出使用图7的储水泡系统的第二方法的一个步骤；

图10B示出使用图7的储水泡系统的第二方法的另一个步骤；并且

图10C示出使用图7的储水泡系统的第二方法的另一个步骤。

具体实施方式

本公开、其各方面和实施方式并不限于本文所公开的特定部件、组装程序或方法元件。很多本领域已知的其他部件、组装程序和/或方法元件(与意图的静态流体消毒系统、相关方法实施方式、储水泡系统和相关方法一致)对于用于本公开的具体实施方式将是显而易见的。因此，例如，尽管公开了具体实施方式，但这类实施方式和实施部件可包括本领域已知用于与意图操作和方法一致的这类静态流体消毒系统、储水泡系统和相关方法以及实施部件和方法的任何形状、尺寸、风格、类型、型号、版本、测量值、浓度、材料、数量、方法元件、步骤和/或类似项。

定义

如本文所用的术语“减少微生物存活数目”意指减少能够充分生长、活动、起作用和/或发育的微生物数目。所述术语包括例如减少微生物总体数目、减少活微生物的数目(即灭活微生物)、减少能够繁殖的微生物的数目、减少完整微生物的数目、减少感染物的数目、去除微生物、灭活微生物；和/或类似情况。“消除微生物存活数目”意指使微生物存活数目减少至零。

如本文所使用的术语“微生物”意指单独时仅可通过显微镜查看的生物体。术语微生物包括例如细菌、真菌、放线菌、藻类、原生动物、酵母、病菌、地珠、线虫类、病毒、朊病毒以及藻类。

本文使用的缩写具有其在化学和生物学领域中的常规含义。

在化学基团由其常见化学式从左至右书写来表示的情况下，它们同样涵盖化学上相同的因从右至左书写结构而形成的取代基，例如-CH₂O-等同于–OCH₂-。

除非另外说明，否则术语“烷基”其自身或作为另一个取代基的一部分意指含有至少一个碳的直链(即非支链)或支链碳链，它可为完全饱和、单元不饱和或多元不饱和。不饱和烷基为具有一个或多个双键或三键的烷基。“未取代的烷基”是指支链或非支链烷基，其中主链碳连接至氢和/或其他主链碳。术语“亚烷基”是指烷基的二价基团衍生物。

如本文所使用的“主链碳”或“主链杂原子”分别是指碳或杂原子，其不在烷基或杂烷基的连接点处并且形成含有至少一个碳的支链或非支链的一部分。

术语“烷氧基”是指通过氧原子连接至分子其余部分的那些烷基。

术语“烷基醚”是指具有至少一个碳-氧-碳键的烷基。

术语“羟基取代的烷基”是指具有至少一个连接的羟基的烷基。

术语“胺取代的烷基”是指具有至少一个连接的伯胺、仲胺或叔胺基团的烷基。

术语“杂烷基”其自身或与另一个术语结合意指在碳链内具有至少一个杂原子的烷基。杂原子选自由O、N和S组成的组，其中所述氮原子和硫原子可任选地被氧化并且氮杂原子可任选地被季铵化。杂原子O、N和S可位于杂烷基的任何内部位置或者位于烷基连接至分子其余部分所处的位置处。多至两个杂原子可为连续的，例如像-CH₂-NH-OCH₃。类似地，术语“杂亚烷基”本身或作为另一个取代基的一部分意指衍生自杂烷基的二价基团。对于杂亚烷基，杂原子也可占据链末端之一或二者。

“未取代的杂烷基”是指支链或非支链杂烷基，其中主链碳连接至氢、其他主链碳和/或主链杂原子。主链杂原子连接至氢、主链碳、其他主链杂原子和/或氧(在氧化硫的情况下)。

除非另外说明，否则术语“环烷基”和“杂环烷基”自身或与其他术语结合分别表示“烷基”和“杂烷基”的环形形式。另外，对于杂环烷基，杂原子可占据杂环连接到分子其余部分所处的位置处。术语“环亚烷基”和“杂环亚烷基”分别是指环烷基和杂环烷基的二价衍生物。

除非另有说明，否则术语“卤代”或“卤素”本身或作为另一个取代基的一部分意指氟、氯、溴或碘原子。另外，诸如“卤代烷基”的术语意在包括单卤代烷基和多卤代烷基。

除非另有说明，否则术语“芳基”意指多元不饱和芳族烃，其可为单环或多环(优选1-3个环)，它们稠合在一起或共价连接。术语“杂芳基”是指含有一至四个选自N、O和S的杂原子的芳基(或环)，其中所述杂原子占据环顶端(在本文中也称为“环杂原子”)。氮原子和硫原子可任选地被氧化，并且氮原子任选地被季铵化。杂芳基可通过碳或杂原子连接至分子其余部分。术语“亚芳基”和“杂亚芳基”分别是指芳基和杂芳基的二价衍生物。

“未取代的芳基”或“未取代的杂芳基”分别是指芳基环和杂芳基环，其中占据环顶端且不在与分子其余部分的连接点处的碳原子仅连接至氢或占据环顶端的其他原子。占据环顶端且不处于与分子其余部分的连接点处的杂原子仅连接至氢、占据环顶端的其他原子或氧(在氧化的环杂原子的情况下)。

如本文所用的术语“氧代”意指双键键合至碳原子的氧。

如本文所用的“液体”为自由流动、缺乏结晶结构并且与气体不同在环境温度和环境压力下独立于其容器形状保持相同体积的物质。“含水液体”是指具有一部分水的液体。适用于实践本发明的含水液体包括例如废水和污水、果汁、牛奶以及医用流体。其他适合的流体将容易地由本领域技术人员确定并且可用于不同实施方式中。

如本文所用的“固体”为在环境温度下不溶于水的物质。因此，“固相载体”为在环境温度下不溶于水的载体。

方法

在一方面，本发明提供了一种减少或消除液体中微生物的存活数目的方法。所述方法包括使所述液体与涂覆有季铵有机硅烷涂层的固相载体接触。所述季铵有机硅烷涂层可通过直接接触微生物来减少液体中微生物的存活数目。

各种各样的固相载体适用于与本发明的方法和组合物结合。所述固相载体可具有任何适合的尺寸或形状，包括例如平面表面、导管或管道内衬或大致球形颗粒。所述固相载体也可具有任何适合的尺寸，包括例如微观载体、用肉眼可检测的载体、具有长度为几厘米至几米的尺寸的大致平面的载体、以及具有长度为几厘米至几米的半径的大致球形载体。

固相载体通常由不溶于液体介质(例如，有机介质、含水介质、水等)的一种或多种物质或材料组成。示例性材料包括玻璃、二氧化硅、砂(例如，锰绿砂和滤砂)、石英、燧石、沸石、无烟煤、活性碳、石榴石、钛铁矿、贝恩矿(benn)、铝(包括非含水的硅酸铝(例如过滤器AG))、铁和钛的氧化物(例如钛铁矿)、硅藻土、火山灰(自然存在并作为煤燃烧的副产品产生的硅/氧化铝材料)、金属(例如锡)、陶瓷和/或有机聚合物和塑料(例如高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)或聚氯乙烯(PVC))。

在不同实施方式中，所述液体与额外固相载体接触。所述额外固相载体可涂覆有与固相载体不同的季铵有机硅烷涂层。额外固相载体也可由与固相载体不同的材料组成。

季铵有机硅烷试剂

本发明的固相载体涂覆有季铵有机硅烷涂层。季铵有机硅烷涂层由季铵有机硅烷试剂产生。季铵有机硅烷试剂具有以下式：

在式(I)中，A选自-OR⁴、取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的杂环烷基、取代或未取代的芳基以及取代或未取代的杂芳基。在存在多于一个A的情况下，每个A独立地选自以上或以下所述的基团。

R⁴选自氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的杂环烷基、取代或未取代的芳基以及取代或未取代的杂芳基。

R选自取代或未取代的亚烷基、取代或未取代的杂亚烷基、取代或未取代的环亚烷基、取代或未取代的杂环亚烷基、取代或未取代的亚芳基以及取代或未取代的杂亚芳基。

R¹、R²和R³独立地选自氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的杂环烷基、取代或未取代的芳基以及取代或未取代的杂芳基。

Z选自氟化物、氯化物、溴化物、碘化物、甲苯磺酸盐、氢氧化物、硫酸盐以及磷酸盐。

符号n为1、2或3。

在一个示例性实施方式中，在本文中描述为可能的A、R¹、R²、R³和R⁴部分的取代的烷基、取代的杂烷基、取代的环烷基、取代的杂环烷基、取代的芳基以及取代的杂芳基各自仅被至少一个独立地选自以下的取代基取代：-OH、未取代的(C₁-C₅)烷基、未取代的2至5元杂烷基、未取代的(C₅-C₇)元环烷基、未取代的5至7元杂环烷基、未取代的芳基以及未取代的杂芳基。例如，在A为取代的(C₁-C₁₀)烷基的情况下，取代的(C₁-C₁₀)烷基仅被至少一个独立地选自以下的取代基取代：-OH、未取代的(C₁-C₅)烷基、未取代的2至5元杂烷基、未取代的(C₅-C₇)元环烷基、未取代的5至7元杂环烷基、未取代的芳基以及未取代的杂芳基。

在其他实施方式中，在本文中描述为可能的A、R¹、R²、R³和R⁴部分的取代的烷基、取代的杂烷基、取代的环烷基、取代的杂环烷基、取代的芳基以及取代的杂芳基各自仅被至少一个独立地选自以下的取代基取代：-OH、未取代的(C₁-C₅)烷基、未取代的2至5元杂烷基、未取代的(C₅-C₇)元环烷基、未取代的5至7元杂环烷基、未取代的芳基以及未取代的杂芳基。在其他实施方式中，在本文中描述为可能的A、R¹、R²、R³和R⁴部分的取代的烷基、取代的杂烷基、取代的环烷基、取代的杂环烷基、取代的芳基以及取代的杂芳基各自仅被至少一个独立地选自以下的取代基取代：-OH、未取代的(C₁-C₅)烷基、未取代的(C₅-C₇)元环烷基以及未取代的苯基。在其他实施方式中，在本文中描述为可能的A、R¹、R²、R³和R⁴部分的取代的烷基、取代的杂烷基、取代的环烷基、取代的杂环烷基、取代的芳基以及取代的杂芳基各自仅被至少一个未取代的(C₁-C₃)烷基取代。

在另一个示例性的实施方案中，在本文中描述为可能的R部分的取代的亚烷基、取代的杂亚烷基、取代的环亚烷基、取代的杂环亚烷基、取代的亚芳基以及取代的杂亚芳基各自仅被至少一个独立地选自以下的取代基取代：-OH、未取代的(C₁-C₅)烷基、未取代的2至5元杂烷基、未取代的(C₅-C₇)元环烷基、未取代的5至7元杂环烷基、未取代的芳基以及未取代的杂芳基。

在不同实施方式中，在本文中描述为可能的R部分的取代的亚烷基、取代的杂亚烷基、取代的环亚烷基、取代的杂环亚烷基、取代的亚芳基以及取代的杂亚芳基各自仅被至少一个独立地选自以下的取代基取代：-OH、未取代的(C₁-C₅)烷基、未取代的2至5元杂烷基、未取代的(C₅-C₇)元环烷基、未取代的5至7元杂环烷基、未取代的芳基以及未取代的杂芳基。在其他实施方式中，在本文中描述为可能的R部分的取代的亚烷基、取代的杂亚烷基、取代的环亚烷基、取代的杂环亚烷基、取代的亚芳基以及取代的杂亚芳基各自仅被至少一个独立地选自以下的取代基取代：-OH、未取代的(C₁-C₅)烷基、未取代的(C₅-C₇)元环烷基以及未取代的苯基。在其他实施方式中，在本文中描述为可能的R部分的取代的亚烷基、取代的杂亚烷基、取代的环亚烷基、取代的杂环亚烷基、取代的亚芳基以及取代的杂亚芳基各自仅被至少一个未取代的(C₁-C₃)烷基取代。

A可选自-OR⁴、取代或未取代的(C₁-C₁₀)烷基、取代或未取代的2至12元杂烷基、取代或未取代的(C₅-C₇)环烷基、取代或未取代的5至7元杂环烷基、取代或未取代的芳基以及取代或未取代的杂芳基。R⁴可选自氢、取代或未取代的(C₁-C₁₀)烷基、取代或未取代的2至10元杂烷基、取代或未取代的(C₅-C₇)环烷基、取代或未取代的5至7元杂环烷基、取代或未取代的芳基以及取代或未取代的杂芳基。

在一些实施方式中，A选自-OR⁴、未取代的(C₁-C₁₀)烷基、未取代的2至12元杂烷基、未取代的(C₅-C₇)环烷基、未取代的5至7元杂环烷基、未取代的芳基以及未取代的杂芳基。在其他实施方式中，A选自-OR⁴、未取代的(C₁-C₁₀)烷基、未取代的3至12元烷基醚、未取代的(C₅-C₇)环烷基以及未取代的苯基。

A也可选自-OR⁴、未取代的(C¹-C⁴)烷基、未取代的3至8元烷基醚、未取代的(C⁵-C⁷)环烷基以及未取代的苯基。或者，A选自-OR⁴、未取代的(C₁-C₄)烷基以及未取代的3至8元烷基醚。

R⁴可选自氢、未取代的(C₁-C₁₀)烷基、未取代的2至12元杂烷基、未取代的(C₅-C₇)环烷基、未取代的5至7元杂环烷基、未取代的芳基以及未取代的杂芳基。

在一些实施方式中，R⁴选自氢、未取代的(C₁-C₁₀)烷基、未取代的3至12元烷基醚、未取代的(C₅-C₇)环烷基以及未取代的苯基。在一个相关实施方案中，R⁴选自氢、未取代的(C₁-C₈)烷基、未取代的3至8元烷基醚、未取代的(C₅-C₇)环烷基以及未取代的苯基。或者，R⁴选自氢、未取代的(C₁-C₈)烷基以及未取代的3至8元烷基醚。

R⁴也可选自苯基、甲基苯基、取代或未取代的(C₁-C₈)烷基以及-(CH₂)_x-O-(CH₂)_yCH₃。X和y为独立地选自1至10的整数。

R可选自取代或未取代的(C₁-C₁₀)亚烷基、取代或未取代的2至10元杂亚烷基、取代或未取代的(C₅-C₇)环亚烷基、取代或未取代的2至7元杂环亚烷基、取代或未取代的亚芳基以及取代或未取代的杂亚芳基。

在不同实施方式中，R为选自以下的成员：未取代的(C₁-C₁₀)亚烷基、未取代的2至10元杂亚烷基、未取代的(C₅-C₇)环亚烷基、未取代的5至7元杂环亚烷基、未取代的亚芳基以及未取代的杂亚芳基。

R也可为未取代的(C₁-C₁₀)亚烷基。

R^l、R²和R³可选自氢、取代或未取代的(C₁-C₂₀)烷基、取代或未取代的2至20元杂烷基、取代或未取代的(C₅-C₇)环烷基、取代或未取代的5至7元杂环烷基、取代或未取代的芳基以及取代或未取代的杂芳基。

在一些实施方式中，R^l、R²和R³独立地选自氢、未取代的(C₁-C₂₀)烷基、羟基取代的(C₁-C₂₀)烷基、胺取代的(C₁-C₂₀)烷基、未取代的2至20元杂烷基、未取代的(C₅-C₇)环烷基、未取代的5至7元杂环烷基、未取代的芳基以及未取代的杂芳基。在一个相关的实施方案中，R^l、R²和R³独立地选自氢、未取代的(C₁-C₂₀)烷基、未取代的烷基醚、羟基取代的(C₁-C₂₀)烷基、胺取代的(C₁-C₂₀)烷基、未取代的(C₅-C₇)环烷基以及未取代的苯基。

R^l、R²和R³也可选自氢、未取代的(C₁-C₂₀)烷基、未取代的烷基醚、羟基取代的(C₁-C₂₀)烷基、胺取代的(C₁-C₂₀)烷基、未取代的(C₅-C₇)环烷基以及未取代的苯基。或者，R^l、R²和R³选自氢、未取代的(C₁-C₂₀)烷基、未取代的烷基醚、羟基取代的(C₁-C₂₀)烷基以及胺取代的(C₁-C₂₀)烷基。

在其他示例性实施方案中，R^l、R²和R³独立地选自-(CH₂)_qOCH₃、-(CH₂)_qOH、-(CH₂)_qO(CH₂)_tCH₃、-(CH₂)_qNHCH₃、-(CH₂)_qNH₂、-(CH₂)_qN(CH₃)₂以及-(CH₂)_qNH₂(CH₂)_tCH₃，其中q和t为独立地选自0至10的整数。R¹、R²和R³也可独立地选自由-CH₂CH₂OCH₃和-CH₂CH₂OCH₂CH₂CH₃组成的组。或者，R¹、R²和R³也可独立地选自-CH₂CH₂OH和-CH₂CH₂CH₂CH(OH)CH₃。R¹、R²和R³也可独立地选自-CH₂CH₂NH₂和-CH₂CH₂N(CH₃)₂。最后，R^l、R²和R³可为独立地选自甲基、十八基、二癸基以及十四基的成员。

在一个示例性实施方案中，季铵有机硅烷试剂选自(CH₃O)₃Si(CH₂)₃N⁺(CH₃)₂(C₁₈H₃₇)(Cl^-)；(CH₃CH₂O)₃Si(CH₂)₃N⁺(CH₃)₂(C₁₈H₃₇)(Cl^-)；(CH₃O)₃Si(CH₂)₃N⁺(CH₃)₂(C₁₈H₃₇)(Br^-)；(CH₃O)₃Si(CH₂)₃N⁺(C₁₀H₂₁)₂(CH₃)(Cl^-)；(CH₃O)₃Si(CH₂)₃N⁺(CH₃)₂(C₁₄H₂₉)(Cl^-)；(CH₃O)₃Si(CH₂)₃N⁺(CH₃)₂(C₁₄H₂₉)(Br^-)；以及(CH₃O)₃Si(CH₂)₃N⁺(CH₃)₂(C₁₆H₃₃)(Cl^-)。在一个相关的实施方案中，季铵有机硅烷试剂选自3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八基氯化铵、3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二癸基甲基氯化铵以及3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十四基氯化铵。

在另一个示例性实施方案中，季铵有机硅烷含有卤化铵和与硅键合的可水解烷氧基。

季铵有机硅烷涂层

各种方法可用于由季铵有机硅烷试剂形成季铵有机硅烷涂层。季铵有机硅烷试剂可使用本领域已知的任何方法施用于固相载体，所述方法包括例如用于使季铵有机硅烷试剂共价结合或非共价结合至固相载体以形成季铵有机硅烷涂层的方法。

可使固相载体与含有季铵有机硅烷试剂的溶液制备物接触(例如，喷雾、浸渍或其他方式施用)。在一些实施方案中，使季铵有机硅烷试剂涂覆的表面在室温下风干足够长的时间段，以完成季铵有机硅烷涂层的冷凝固化。或者，将热量施加于涂层表面持续足够长的时间段以实现固化，这些的持续时间和温度为本领域技术人员已知的。

在不同实施方式中，季铵有机硅烷试剂共价结合至固相载体。通常，季铵有机硅烷试剂共价结合至形成固相载体一部分的易接近的载体反应性基团。多种反应性基团适用于共价结合季铵有机硅烷试剂。季铵有机硅烷试剂可通过季铵有机硅烷试剂的硅烷部分共价结合至载体反应性基团。如本文所用的硅烷部分是指式I化合物的A_4-n-Si-部分。

所述硅烷部分可通过使载体反应性基团共价结合至硅烷部分的硅原子来共价结合至载体反应性基团。例如，在载体反应性基团为羟基的情况下，氧原子可允许结合至硅原子，以形成硅-氧键，从而使季铵有机硅烷试剂共价连接至载体分子。在一个相关的实施方案中，硅烷部分包括至少一个-OR⁴，其在攻击羟基载体反应性基团时离开。该反应在本文中可称为缩合反应。因此，季铵有机硅烷试剂可通过缩合反应共价连接至载体分子。

硅烷部分也可包括含有反应性基团(在本文中称为硅烷反应性基团)的A基团。硅烷反应性基团能够与载体反应性基团反应，以形成共价键。

硅烷反应性基团、载体反应性基团和适用于使季铵有机硅烷试剂与固相载体共价连接的反应的类别大体上为生物共轭化学领域已熟知的那些。这些包括但不限于，亲核取代(例如，胺和醇与酰基卤、活性酯的反应)、亲电子取代(例如，烯胺反应)和碳-碳和碳-杂原子多重键的加成(例如，麦克尔加成反应、狄尔斯-阿尔德尔加成反应)。这些反应和其他有用反应在例如March,Advanced Organic Chemistry,第3版,John Wiley&Sons,New York,1985；Hermanson,Bioconjugate Techniques,Academic Press,San Diego,1996；以及Feeney等,Modification Of Proteins；Advances in Chemistry Series,第198卷,American Chemical Society,Washington,D.C.,1982中进行讨论，这些文献的公开内容在此以引用的方式整体并入本文。

有用的硅烷和载体反应性官能团包括例如：

(a)羧基及其各种衍生物，包括但不限于，N-羟基琥珀酰亚胺酯、N-羟基苯并三唑酯、酰基卤、酰基咪唑、硫酯、对硝基苯酯、烷基、烯基、炔基以及芳香酯；

(b)可转化成酯、醚、醛等的羟基；

(c)卤代烷基，其中卤化物随后可被亲核基团例如像胺、羧酸阴离子、硫醇阴离子、负碳离子或醇盐离子置换，从而导致新的基团共价连接在卤原子位点；

(d)能够参与狄尔斯-阿尔德尔反应的亲二烯体基团，例如像马来酰亚胺基；

(e)使得通过形成羰基衍生物例如像亚胺、腙、缩氨基脲或肟或者通过诸如格氏加成或烷基锂加成的这些机制可能随后进行衍生化的醛或酮基团；

(f)用于随后与胺反应例如以形成磺酰胺的磺酰卤化物基团；

(g)可转化为二硫化物或可与酰基卤反应的硫醇基；

(h)可例如被酰化、烷基化或氧化的胺或巯基；

(i)可例如经历环加成、酰化、迈克尔加成等反应的烯烃；

(j)可与例如胺和羟基化合物反应的环氧化物；以及

(k)适用于核酸合成的亚磷酰胺和其他标准官能团。

反应性官能团可被选择为使得它们不参与或干涉聚集季铵有机硅烷涂层所需要的反应。或者，硅烷或载体反应性官能团可通过存在保护基团进行保护使其不参与反应。本领域技术人员将理解如何保护特定官能团使其不干涉所选择的一组反应条件。对于有用的保护基团实例，参见Greene等,Protective Groups In Organic Synthesis,John Wiley&Sons,New York,1991，所述文献的公开内容以引用的方式整体并入本文。

也可采用接头来将季铵有机硅烷试剂连接到固相载体。接头可包括在与季铵有机硅烷试剂和/或固相载体的连接点处的反应性基团。在本发明中可使用任何适合的接头，包括取代或未取代的亚烷基、取代或未取代的杂亚烷基、取代或未取代的环亚烷基、取代或未取代的杂环亚烷基、取代或未取代的亚芳基以及取代或未取代的杂亚芳基。在一个示例性实施方案中，接头基团选自取代或未取代的亚烷基和取代或未取代的杂亚烷基。在一个相关的实施方案中，接头选自未取代的亚烷基、被至少一个氧基取代的亚烷基、未取代的杂亚烷基以及被至少一个氧基取代的杂亚烷基。在另一个相关的实施方案中，接头选自未取代的(C₁-C₂₅)亚烷基、被至少一个氧基取代的(C₁-C₂₅)亚烷基、未取代的2至26元杂亚烷基以及被至少一个氧基取代的2至26元杂亚烷基。

其他有用接头包括具有聚酯主链的那些接头(例如，聚乙二醇)及其衍生物。各种各样的有用接头可商购获得(例如，聚乙二醇基接头，如从Huntsville,Alabama的Nektar,Inc.商购的那些)。

季铵有机硅烷试剂也可使用任何相互作用非共价连接至固相载体，所述相互作用如范德华相互作用、疏水性相互作用、偶极-偶极相互作用、静电相互作用和/或氢键相互作用。

在一个示例性实施方案中，季铵有机硅烷试剂形成部分或完全覆盖固相载体的聚合物网络。在季铵有机硅烷试剂形成聚合物网络的情况下，季铵有机硅烷试剂可另外与固相载体形成共价键和/或非共价键。

季铵有机硅烷试剂通常通过共价结合至硅烷部分来形成聚合物网络。在硅烷部分包含至少一个-OR⁴基团的情况下，季铵有机硅烷试剂可形成具有一系列硅-氧-硅键的硅树脂聚合物。所述硅树脂可为线性聚合物或交联聚合物。例如，在硅烷部分包含至少两个-OR⁴基团的情况下，季铵有机硅烷试剂可形成交联硅树脂聚合物，其中每个硅石原子形成至少两个硅-氧-硅键的一部分。因此，可使用能够与其他硅烷反应性基团形成分子间共价键的硅烷反应性基团来实现聚合。

在一个示例性实施方案中，季铵有机硅烷试剂在施用于固相载体前与含水液体接触。如以上所讨论的，有用的季铵有机硅烷试剂包括含有结合至硅原子的可水解烷氧基的那些试剂。在与水分子接触时，烷氧基(例如，甲氧基)可水解形成羟基取代的硅原子(在本文中也称为“硅醇”)，同时释放作为水解副产物的醇(在本文中也称为缩合)。在加入以上组合物的季铵有机硅烷时形成的所得化合物为对应的一元、二元或三元硅醇物质。在水解时制备的反应性硅醇物质可与其他硅醇物质形成共价硅-氧-硅键，从而形成如以上所述的聚合物涂层。所得的聚合物涂层可为非共价和/或共价结合至固相载体的分子网络。

本领域技术人员将理解的是，季铵有机硅烷涂层可形成三维、交联、水不溶性聚合物涂层，其可含有一些未缩合硅醇或烷氧基部分。在施用含有季铵有机硅烷试剂的水溶液之后，单体、二聚体或寡聚体物质可存在于固相载体上，并且这些可结合至固相载体，无论是通过共价机制还是通过非共价机制。

在固相载体上形成的季铵有机硅烷涂层保持其抗微生物活性。它们对于固相载体是独立存在的并且大部分不溶于含水液体。例如，在一些实施方案中，在通过NSF International,Ann Arbor,MI进行标准42测试之后在水中可检测到小于10ppb的季铵有机硅烷试剂。

在一个示例性实施方案中，季铵有机硅烷涂层具有以下式：

在式II中，A、R、R^l、R²和R³为如以上式I所定义的。W为如上所述的固相载体。固相载体W可包括接头部分和/或其余反应性基团。符号l表示选自1、2或3的整数。符号m和j表示独立地选自0、1、2和3的整数，其中m和j二者不同时为0。m、j和l之和不大于四。在一个相关的实施方案中，l为1、2或3；m为1、2或3，并且j为1、2或3。在另一个相关的实施方案中，l为1；m为1、2或3，并且j为1、2或3。

微生物

如本文所使用的术语“微生物”意指单独时仅可通过显微镜查看的生物体。术语微生物包括例如细菌、真菌、放线菌、藻类、原生动物、酵母、病菌、地珠、线虫类、病毒、朊病毒以及藻类。因此，在一个示例性实施方案中，微生物选自细菌、病毒(在本文中也称为噬菌体)、真菌、藻类、霉菌、酵母、孢子以及原生动物寄生虫。术语“细菌”包括革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌。

革兰氏阳性细菌包括例如杆菌属某种(Bacillus sp.)(营养细胞)、白喉棒杆菌(Corynebacterium diptheriae)、藤黄微球菌(Micrococcus lutea)、微球菌属某种(Micrococcus sp.)、结核杆菌(Mycobacterium tuberculosis)、包皮垢分支杆菌(Mycobacterium smegmatis)、疮疱丙酸杆菌(Propionibacterium acnes)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)、粪链球菌(Streptococcus faecalis)、变形链球菌(Streptococcus mutans)、肺炎链球菌(Streptococcus pneumonia)以及酿脓链球菌(Streptococcus pyogenes)。

革兰氏阴性细菌包括例如乙酸钙不动杆菌(Acinetobacter calcoaceticus)、嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophilia)、异型枸橼酸杆菌(Citrobacter deversus)、弗氏柠檬酸杆菌(Citrobacter freundi)、产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)、Enterobacter aglomera、大肠杆菌(Escherichia coli)、产酸克雷伯氏菌(Klebsiella oxytoca)、肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)、土生克雷伯氏菌(Klebsiella terriena)、嗜肺军团菌(Legionella pneumophila)、摩氏摩根菌(Morganella morganii)、奇异变形杆菌(Proteus mirabilis)、普通变形杆菌(Proteus vulgaris)、绿脓假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorscens)、猪霍乱沙门氏菌(Salmonella cholera suis)、伤寒沙门菌(Salmonella typhi)、鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)、液化沙雷菌(Serratia liquifaciens)以及野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris)。

病毒包括例如腺病毒II型和IV型、牛腺病毒I型和IV型、猫肺炎、单纯性疱疹I型、单纯性疱疹II型、HIV-l(AIDS)、流感A2(爱知县)、流感A2(亚洲)、乙型流感、腮腺炎、副流感(仙台)、呼肠孤病毒I型、猿猴病毒40、牛痘、MS2、T2(无包膜病毒)以及PRDl。

真菌、藻类、霉菌、酵母以及孢子包括例如链格孢菌(Alterania alternate)、黄曲霉(Aspergillus flavus)、黑曲霉(Aspergillus niger)、萨氏曲霉(Aspergillus sydowi)、土曲霉(Aspergillus terreus)、花斑曲霉(Aspergillus versicolor)、疣孢曲霉(Aspergillus verrucaria)、出芽短梗霉(Aureobasidium pullans)、白色念珠菌(Candida albicans)、假热带念珠菌(Candida pseudotropocalis)、球毛壳菌(Chaetomium globsum)、芽枝状枝孢菌(Cladosporium cladosporioides)、普通小球藻(Chlorella vulgaris)、Dreschslera australiensis、表皮癣菌属某种(Epidermophyton sp.)、Gliomasta cerealis、密褐褶孔菌(Gloeophyllum trabeum)、小孢子菌属某种(Microsporum sp.)、奥杜盎小孢子菌(Microsporum audouinii)、格瑞赛念珠菌(Monilia grisea)、颤藻属(Oscillatoria)、产黄青霉(Penicillium chrysogenum)、团青霉(Pencillium commune)、绳状青霉(Penicillium funiculosum)、Penicillium pinophiliumm、可变青霉菌(Penicillium variable)、类茎点霉(Phoma fimeti)、纸皮思霉(Pithomyces chartarum)、棉腐卧孔菌(Poria placenta)、栅列藻属(Scenedesmus)、酿酒酵母(Saccharonyces cerevisiae)、人类线状担子菌(Scolecobasidium humicola)、绿色木霉(Trichoderma viride)、指间毛癣菌(Trichophyton interdigitale)、Trichophyton maidson、须癣毛癣菌(Trichophyton mentogrophyte)以及毛癣菌属某种(Trichophyton sp)。

原生动物寄生虫包括例如小隐孢子虫(卵囊)和贾第虫属。

关于针对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、病毒、真菌、藻类、霉菌、酵母、孢子以及原生动物寄生虫的抗微生物活性的更多详细信息，参见Hsiao,Y.，中国专利申请PCT/CN98/00207(1998)；Malek,J.等，美国专利4,259,103(1981)；Klein,S.，美国专利4,394,378(1983)；Eudy,W.，美国专利4,406,892(1983)；Gettings,R.等，美国专利4,908,355(1990)和美国专利5,013,459(1991)；Blank,L.等，美国专利5,145,596(1992)；Avery,R.美国专利5,411,585(1995)；Blank,L.等，专利4,865,844(1989)；Battice,D.等，美国专利4,631,297(1986)；Higgs,B.等，专利5,359,104(1994)；Avery,R等，美国专利5,411,585(1995)；White,W.等，Book of Papers,12th Annual Nonwovens Tech.Symposium,第13-46页(1984)；McGee,J.等，Am.Dyestuff Rep.6:56-59(1983)；Dow Corning Technical Brochure；22-994-83(1983)；Gettings,R.等，Book of Papers,American Association of Textile Chemists and Colorists National Technical Conference,第259-261页(1978)；Dow Corning Technical Brochure,24-095-85(1985)；Tsao,I.等，Biotechnol.Bioeng.,34:639-46(1989)；Tsao,I等，ACS Symp.Ser.419:250-67(1990)；Klein,M.等，Principles of Viral Inactivation,第3版,S.Block编辑,(Lea&Febiger,Philadelphia,PA)第422-434页(1983)；Peterson,W.等，美国专利6,613,755；各文献以引用的方式整体并入本文。

常规季铵有机硅烷作为甲醇中的42％活性材料以商品名DOW5700(3-(三甲氧基-甲硅烷基)丙基二甲基十八基氯化铵)由Midland,MI的Aegis Environmental Management,Inc.销售并且以Requat 1977(3-(三甲氧基甲硅烷基)-丙基二癸基甲基氯化铵)由New Preston,CT的Sanitized Inc.销售。作为60％活性甲醇溶液的十八基二甲基(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵(目录号SI06620.0)、作为50％的甲醇溶液的十四基二甲基(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵(目录号SIT7090.0)和作为42％的甲醇溶液的二癸基甲基(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵(目录号SID3392.0)由Tullytown,P A.的Gelest,Inc.提供。它们通常通过溶剂溶液如低级醇施用。

实施例

以下实施例仅以说明方式提供，而并不起限制作用。本领域的技术人员将容易地识别多种非关键性参数，所述参数可发生改变或修改以产生类似结果。

ODTA：十八基二甲基(3-三甲氧基甲硅烷基)丙基氯化铵。作为甲醇中的42％活性材料从Wright Chemical Corp.,Wilmington,NC获得。该材料也可称为3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-二甲基十八基氯化铵。也可作为42％活性材料从Aegis Environmental Management,Inc.,Midland,MI获得，其以DOW5700销售。

REQUAT：3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二癸基甲基氯化铵。从Sanitized Inc.,New Preston,CT获得；Requat 1977为甲醇中的42％活性材料。

TDTA：3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基十四基二甲基氯化铵，从Gelest,Inc.,Tullytown,P A作为50％甲醇溶液获得,目录号SIT7090.0。

实施例1

适于施用的溶液通过在搅拌下将4份ODTA加入100份去离子水中来制备。通过雾化喷射将所得澄清溶液施用于敞口聚氯乙烯(PVC)平底蒸发皿中，确保所有表面完全湿润。使蒸发皿风干24小时，以使季铵有机硅烷试剂固化到容器表面，从而形成季铵有机硅烷涂层。将含有细菌水平先前使用测试试剂盒测量为10⁷个总细菌/ml的水以每平方英寸表面积4.6克水的比率加入蒸发皿。在30分钟后，使用测试试剂盒对水取样。在孵育后，测量到10⁵个细菌/ml。在1小时和4小时对测试水再次取样，分别获得10⁴和<10³的细菌计数。

实施例2

将根据实施例1制备的4盎司溶液加入具有3/4英寸螺旋盖的1品脱镀锡金属测试容器内。搅拌溶液以完全润湿容器内表面持续1分钟，并且然后倾析。使测试容器风干一小时。通过空气吹扫5分钟去除残余蒸汽，并且然后将容器持续一小时加热至105℃，以使季铵有机硅烷试剂固化到容器表面，从而形成季铵有机硅烷涂层。将具有高细菌计数为10⁷个细菌/ml的水(300g)加入测试容器内。使测试容器在室温下放置一小时。在两小时后，使用测试试剂盒测量10³个细菌/ml的测试水细菌水平。

实施例3

用含1.5％TDTA的水溶液处理两盎司玻璃的、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)或聚氯乙烯(PVC)的容器。将容器持续一小时加热至100C，以使季铵有机硅烷试剂固化到容器表面，从而形成季铵有机硅烷涂层。然后用一盎司去离子水冲洗每个容器。将一盎司含有10⁵个细菌/ml的水加入每个容器并盖上盖。在室温下24小时后，对每个容器取样并用测试试剂盒测量细菌。所有容器在孵育24小时后指示10³个细菌/ml的细菌计数。

实施例4

用8份REQUAT与100份异丙醇的溶液处理长度为8英尺且内直径为1/4英寸的铝卷测试管。用溶液填充所述管，将其密封并使其放置15分钟。将所述管排空并用以100ml/分钟速率持续24小时通过所述管的压缩空气流进行风干，以使季铵有机硅烷试剂固化到管表面，从而形成季铵有机硅烷涂层。使含有10⁷个单位/ml的细菌和藻类的含水液体通过铝卷管。使含水液体以5ml/分钟的速率重力循环通过所述管，导致<10³个细菌/ml的污染。

实施例5

适用于处理硅质表面(包括砂和沸石)的抗微生物溶液通过将67.5克REQUAT加入含有3.375kg去离子水和3克3-氨基丙基三甲氧基硅烷的搅拌溶液中来制备。在旋转搅拌机经5分钟将1kg澄清溶液喷雾到50磅#20白色硅石池滤砂。在搅拌下将润湿的材料再混合一小时，并使风干24小时，以使季铵有机硅烷试剂固化到砂表面，从而形成季铵有机硅烷涂层。在再循环水系统内采用经处理的砂，以在30分钟的操作内将微生物污染从10⁷个细菌/ml减小至<10³个细菌/ml，如通过测试试剂盒测量的。

实施例6

用含有7份ODTA和93份水的溶液完全润湿含有大约90％20-40目的斜发沸石(Ash Meadows Zeolites,LLC)的沸石。使润湿的沸石风干24小时并且然后在送风型烘箱内在110℃下加热2小时，以使季铵有机硅烷试剂固化到沸石表面，从而形成季铵有机硅烷涂层。将经处理的沸石置于总长度为38英寸的2英寸PVC管内。如下所述，使含有已知量的噬菌体、细菌、藻类和原生动物的脱氯水穿过含有季铵有机硅烷涂覆的沸石的PVC管。

实验装置由连接至歧管(包括用于软管连接的配件)的一组三个过滤器(过滤器1、2和3)和在每个过滤器的入口和出口处的样品端口(参见图6)组成。在入口端口前面管组件内包括内联混合器,使微生物单分散性最大化。使用热保护泵将挑战测试水以330ml/min的流速泵入每个过滤器。

在每次微生物挑战之前，用脱氯自来水将过滤器冲洗25分钟。使用颗粒状活性炭过滤器使冲洗水脱氯并在使用Hach法8167脱氯之前和之后测量氯残余物。

通过将已知量的微生物加入聚丙烯容器(Nalgene,Rochester,NY)中的20升脱氯自来水中来制备挑战测试水。仅在加入容器之前用1X磷酸盐缓冲盐水洗涤微生物。将挑战测试水容器置于具有特氟龙涂覆的搅拌子的搅拌板上并持续混合，以提供微生物在流入水内的均匀分布。使用热保护泵(Little Giant Potent Pump,Oklahoma City,OK)将挑战测试水泵入每个过滤器。在通过再循环微生物储备溶液使用前启动泵。将软管连接至每个过滤器的入口配件。对每个过滤器泵运行十二分钟。使用1000ml刻度量筒测量流速并将流速调整至330ml/min，如CSL所推荐的。基于系统的水力参数，每个过滤器需要运行12分钟，以能够稳定。在十二分钟后从每个过滤器获取流出样品并且在八分钟后从第二过滤器中收集单一流入样品，这表示完整运行的流入浓度。一旦实验完成，就再次用脱氯自来水冲洗过滤器30分钟。

实施例6.1噬菌体

用噬菌体MS2和PRD1进行一系列实验。获取流出样品和流入样品并如上所述进行稀释。连续稀释MS2和PRD1的样品并使用其对应细菌宿主通过双层琼脂法进行测定(Adams,M.H.,Bacteriophages,Interscience,New York(1959))。将所述板在37C下孵育24小时，在这段时间内计数清晰病毒斑。结果展示在图1中。MS2和PRD1的log去除和灭活范围分别为2.40log至2.96log和1.50log至2.27log。MS2和PRD1的超平均去除分别为2.8log和2.0log。数据显示季铵有机硅烷涂覆的沸石可减少含水液体内噬菌体的存活数目。

实施例6.2细菌

用细菌土生克雷伯氏菌和大肠杆菌(ATCC 25922)进行一系列独立的实验。获取流出样品和流入样品并如上所述进行稀释。通过膜过滤技术使用0.4μm孔径的膜过滤器测定样品。将膜过滤器置于选择性培养基上并在37C下孵育24小时，此时计数细菌菌落。结果展示在图2(A)和图2(B)中。如图2(A)和图3所示，在所有过滤器中观察到克雷伯氏菌属的一致性去除，其范围为99.37％(2.2log)至99.60％(2.4log)，其平均值为99.50％(2.3log)。如图2(B)所示，大肠杆菌去除率范围为99.96％(3.50log)至99.99％(4.39log)，其平均值为99.98％(3.88log)。该研究显示季铵有机硅烷涂覆的沸石可有效减少含水液体内细菌的存活数目。

实施例6.3藻类

使用小球藻进行实验，以确定介质针对藻类的去除以及灭活作用。获取流出样品和流入样品并如上所述进行稀释。在测定总去除和灭活前通过离心作用浓缩样品。通过在显微镜下进行总体积计数来确定去除率。通过生存力测试测定灭活率。用2％胰蛋白酶(在汉克斯平衡盐溶液中)消化藻类细胞并用二乙酸荧光素(Sigma Chemicals F-7378)染色。二乙酸荧光素(FDA)为穿过细胞膜的非极性酯。一旦到达细胞内，通过酯酶(存在于活细胞内的酶)水解FDA以产生荧光素，所述荧光素在活细胞壁内累积并在UV光下发出荧光。使用装备有白光和紫外光的显微镜定量藻类的活藻类细胞和死藻类细胞。结果展示在图4。对于过滤器1、2和3分别观察到99.11％(2.05log)、98.74％(1.90log)和98.74％(1.90log)的平均去除率。过滤器1、2和3的三个灭活测量值的平均值分别为11％(0.05％)、12％(0.06log)和22％(0.11log)。然而，基于个别测量值，三个过滤器的总灭活范围为5％(0.02log)至46％(0.27log)并且平均为15％(0.07log)。清楚的是，季铵有机硅烷涂覆的沸石可有效减少含水液体内藻类的存活数目。

实施例6.4原生动物寄生虫

从亚利桑那州图森市亚利桑那大学(University of Arizona,Tucson,Arizona)的斯特林寄生虫学实验室(Sterling Parasitology Laboratory)获得小隐孢子虫卵囊，并将其用于测定感染性卵囊的去除或灭活功效。通过浓样品上的血细胞计数器计数确定小隐孢子虫卵囊的去除率，而通过感染性点检测法使用细胞培养技术和最大可能数测定(FDM-MPN)测定感染性卵囊的数目(Slifko等,Applied Environmental Microbiology,65:3936-3941(1999))。结果展示在图5。

对于所有三个过滤器，感染性小隐孢子虫卵囊的累积去除率/灭活率平均为97.9％(1.68log)。对于过滤器1、2和3，每个过滤器的去除或灭活性能分别为95.4％(1.34log)、99.3％(2.15log)和98.9％(1.96log)。(仅)卵囊的去除率平均为71.3％(0.54log)，其中过滤器1、2和3的个别去除率分别为75.9％(0.62log)、65.5％(0.46log)和72.4％(0.56)。研究指示季铵有机硅烷涂覆的沸石可有效减少含水液体内原生动物寄生虫的存活数目。

开孔基底

静态流体消毒系统的不同实施方式可利用开孔(网状)泡沫(合成和天然两种)。在具体实施方式中，作为非限制性实例，开孔泡沫(泡沫)由具有以下结构的一个或多个孔组成：作为非限制性实例，例如，四面体、球壳状(“巴基球(bucky-ball)”)、十二面体、十四面体、Weaire-Phelan结构、蜂巢、二截立方体蜂巢(Kelvin结构)、八面体、以上各项的任何组合、以及任何其他多面体形状。利用Weaire-Phelan结构的实施方式可结合以下所公开的任何结构：D.Weaire等，“A Counter-Example to Kelvin’s Conjecture on Minimal Surfaces,”Phil.Mag.Let.69:107-110(1994)，所述文献的公开内容以引用的方式整体并入本文。开孔泡沫形成固体支柱的互连网络。在具体的实施方式中，泡沫孔像肥皂泡一样排列，从而形成类似尺寸的泡样结构的三维压缩阵列。这些结构可具有理论上最大的体积并且对于给定体积具有最小表面积。在填充液体时，所得结构类似于聚合物的互穿网络。

含有任何以上结构的泡沫可用于各种孔结构，如以每英寸孔数(PPI)所测量的。在不同实施方式中，以PPI计的孔径范围可为约10至约110。在具体实施方式中，孔径可为约20至约40PPI。在其他实施方式中，孔径可为30PPI和更小。已观察到随着孔径减小110PPI以上，消毒速度和效率减小。在不同开孔泡沫材料如天然开孔泡沫材料诸如海绵中，整个材料内的实际孔尺寸可发生显著改变(它们可具有以上范围内的平均PPI)，但在本申请中也将在用有机硅烷季铵化合物处理后发生。在不同实施方式中，开孔泡沫为可压缩结构并且将符合适合尺寸的容器的形状。在具体实施方式中，在所述泡沫的尺寸基本上填充容器的整个体积时，所述泡沫将替换小于约5％容器内所含有的液体体积。在用有机硅烷季铵化合物处理后，所处理的泡沫可压缩至其原始体积的小于约25％而无可观察的抗微生物活性丧失。

本文所公开的静态流体消毒系统的实施方式中所用的泡沫可由包括以下的材料制成：塑料、聚合物材料、不锈钢、铜、硅、碳以及碳化硅。在具体实施方式中，塑料泡沫可由原生或再循环聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)组成。在不同实施方式中，碳泡沫可构成活性炭的至少一部分。在其中泡沫由金属、半金属或复合材料制成的实施方式中，所述泡沫可采用网格结构形式。在泡沫由聚乙烯和其他塑料材料制成的情况下，它们可为由New England Foam Products,LLC of Hartford,CT制造的那些。在其中泡沫采用网格形式的不同实施方式中，用有机硅烷季铵化合物处理的网格也可排列成像机械搅拌装置一样的三维形状。

通过经由浸渍、压力喷雾、静电喷雾法以及本文档公开的其他方法将含有约0.1重量％至约5.0重量％的有机硅烷季铵卤化物化合物的含水溶液或醇溶液施用于泡沫基底来制备抗微生物泡沫的实施方式诸如本文所公开的那些。使润湿的泡沫风干或将其加热至约120C，以实现抗微生物膜到泡沫孔表面的固化。在干燥/固化时，泡沫孔结构表面含有通过倍半硅氧烷样结构结合到表面的基本上均匀的有机硅烷材料薄膜。所得的结合薄膜不溶于水和常用溶剂并且在含水环境运行期间不会去除或漏出。可通过使用溴酚蓝进行蓝色染料测试在视觉上评估结合薄膜在泡沫结构上的覆盖。通过将一定量的溴酚蓝溶液施用于泡沫并且之后使所述溶液在泡沫上停留约30秒、从所述泡沫洗出溴酚蓝溶液来进行测试。保持蓝色的泡沫结构部分为含有结合薄膜的那些部分，因为溴酚蓝连接至有机硅烷材料而不是泡沫材料。

在不同实施方式中，用于处理的有机硅烷季铵化合物可为十八基二甲基-(3-三羟基甲硅烷基丙基)氯化铵。在其他实施方式中，用于形成薄膜的有机硅烷起始材料可包括以下一种、所有或任何一种：

十八基二甲基(3-甲氧基甲硅烷基丙基)丙基氯化铵：C₁₈H₃₅(CH₃)₂N⁺(CH₃O)₃SiC₃H₇Cl^-

十四基二甲基-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵：C₁₄H₂₉(CH₃)₂N⁺(CH₃O)₃SiC₃H₇Cl^-

二癸基甲基-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵(C₁₀H₂₁)₂CH₃N⁺(CH₃O)₃SiC₃H₇CI^-

在不同实施方式中，可使用含有氯化铵部分的其他基底反应性有机硅烷。在不同实施方式中可采用本文档所公开的任何有机硅烷化合物。

在该文档中，公开了用有机硅烷季铵材料处理的过滤介质，所述介质从流过过滤介质的水中去除病原体，对于细菌为2log并且对于原生动物寄生虫如小隐孢子虫为多至98％。先前的理论为介质表面积增加(特别是在过滤介质如砂或沸石的情况下)可导致分散于水内的病原体消除和灭活增加。本文所公开的泡沫与过滤介质如滤砂(几十m²/g)或沸石(几百m²/g)相比表面积大大减小(小于或等于约1m²/g)，而且当置于液体足以消毒流体的静态容器中时显示显著的抗微生物活性。由于泡沫在制造期间寻求形成最大体积和最小表面积以及所得表面能(由表面张力和表面自由能作用驱动)，开孔泡沫具有最小表面积。

已观察到根据本公开的原理制造的有机硅烷季铵化合物处理的泡沫消除并灭活细菌、病毒和原生动物寄生虫病原体，含有病原体的液体静态暴露于容器内的浸润泡沫一段有效时间段，10分钟消除多至6log。用有机硅烷季铵化合物处理的这些泡沫已显示通过灭活并消除各种病原体来快速且有效地使它们所接触的流体消毒，所述病原体包括病毒(被囊和无被囊)、藻类、革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌以及原生动物寄生虫(包括小隐孢子虫和贾第虫属)。与本文所公开的其他抗微生物化合物类似，消毒过程为非浸出的并且未将可检测抗微生物药剂或化合物给予接触流体。下文可见处理的泡沫的实施方式的性能实例：

实施例7

根据军事用途微生物学水纯化器的NSF国际P248测试的标准处理含有细菌、病毒和隐孢子虫卵囊的水的二十个样品。所有20种样品的测试通过需要在最多20分钟内，细菌群减少了6log，病毒群减少了4log，并且隐孢子虫卵囊减少了3log。在将用1-十八烷基铵盐，N,N-二甲基-N-(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基)-氯处理的泡沫置于二十个样品内，使其与水静态接触，在10分钟内20种样品中的18种符合测试标准，并且至15分钟，所有20种样品均经历微生物减少至所需测试水平。在此情况下，当所有样品内剩余微生物水平在15分钟内达到所需减少的水平时，达到有效时间段。

与使用本文档中之前讨论的处理的过滤介质不同，消毒过程发生在流体流动几乎不存在或不存于处理的泡沫表面上的静态条件下，并且因此不是用于病原体去除的过滤过程。因为泡沫适合用于非流动流体条件下，所以它们可能适用于容器内持续延长的时间段的流体的抗微生物稳定。与经处理的泡沫接触的流体可保存延长的时间段而无微生物生长或不需要外部影响如冷冻。因此，经处理的泡沫的实施方式如本文所公开的那些可结合在流体运输车如奶罐拖车和其他散装食品运输车和系统内。诸如奶罐拖车等车辆的另一个益处在于，如果泡沫沿着具有径向延伸到奶净负荷的尺寸的奶罐内部周长以规则间隔附接，则它们将具有阻隔效果，从而减少在运输期间奶四处移动的动量流动作用。然而，因为泡沫为抗微生物的，所以可消除尝试用金属挡板清洁常规奶罐的问题。在一些实施方式中，可使用以处理的泡沫进行的重力进料流动过滤，只要在并不会机械损害薄膜的低压下进行即可。

处理的开孔基底的功效在与有机硅烷处理的过滤介质的性能相比时有所增加的这种结果是意外的。这是因为接触污染流体的泡沫介质的表面积远小于过滤介质。例如，每体积的泡沫实施方式的表面积在与沸石和砂的表面相比时小数百万倍。例如，沸石表面积范围为每克数百平方米。相比之下，表面积仅为36.4平方英尺的处理的泡沫可使容纳2.5升水的储水泡消毒。这种使用泡沫的消毒与以前的系统相比快速发生(90秒–15分钟)，以前的系统涉及用有机硅烷材料涂覆瓶内表面(3小时)。能够获得几个数量级的提高的微生物灭活或类似的微生物灭活，正如使用具有几个数量级的低表面积并用于非强制性流的泡沫所处理的过滤介质一样，静态流体运行条件为意外结果，其与本领域普通技术人员的常规知识相反。

一旦通过使用有机硅烷季铵化合物涂覆来制备，经处理的泡沫就可保存在液体外超过5年并仍保持其抗微生物活性。因此，经处理的泡沫的有效抗微生物有效期通过特定的潜在泡沫材料抵抗对流体的长期暴露而不会流出或以其他方式机械破坏在流体内的能力来确定。这意味着对于可能通过涂覆的泡沫处理的液体体积的限制为泡沫的机械有效期/稳定性。

泡沫的实施方式如本文所公开的那些能够对清水和混浊水以及视觉上不透明的流体消毒，包括食品汁液、植物提取物、奶以及奶制品。这些泡沫可特别适用于视觉上不透明流体，因为常规流体消毒方法包括广泛使用能量密集型紫外(UV)辐射，对于此辐射流体必须为透明的。因为泡沫不需要将任何液体物质加入液体或渗入到流体中，所以它们与需要加入有毒流体可溶化合物的其他常规方法相反，所述化合物包括能量密集型且有毒的臭氧或同样有毒的产生致癌物质的氯、碘、二氧化氯以及氯胺。泡沫的实施方式如所公开的这些可用于对切削液或压裂液(烃[油]和水混合物)以及不含阻塞泡沫的颗粒的任何其他可流体液体消毒。泡沫的实施方式如本文所公开的那些也可用于对固体材料，如可分散且可接触泡沫的粉末消毒。在其他实施方式中，泡沫的实施方式可用于通过表面接触提供对固体和液体的消毒。例如，在肉类包装内，肉类可铺设在一片经处理的泡沫上(其可特别为包装容器的实施方式)，所述泡沫将用于杀死肉类和在食品制备前的运输和保存期间与肉类有关的液体内的微生物。在这些实施方式中，通过泡沫接触肉类(或其他固体)的一个或多个表面。

采用开孔泡沫的静态流体消毒系统的实施方式如本文所公开的那些可采用对流体消毒的方法的不同实施方式。所述方法的实施方式包括使含有一种或多种微生物的流体与容器内使用本文所公开的季铵有机硅烷涂敷的泡沫接触，所述容器装入所述泡沫并容纳所述流体。所述流体可含有本文所公开的任何微生物中的一种或多种。在所述方法的不同实施方式中，所述方法可包括使容器内包含的固体的一个或多个表面与泡沫接触。该固体可为本文档公开的任何固体，包括食物和含有一种或多种微生物的其他固体材料。

现在参考图7，在不同实施方式中，储水泡系统2可利用本文所公开的一个或多个元件来形成。储水泡系统2包括用后构件6和前构件8形成的挠性容器4。后构件和前构件为置于过滤介质10相反侧的挠性构件,如图7所示，并且然后闭合并密封在一起。例如，在实施方式中，后构件和前构件置于过滤介质10上并且然后热密封、胶合、缝合或以其他方式连接在一起，以使得它们牢固地置于过滤介质周围。可使用其他连接机构，只要挠性构件在连接位置不会漏出流体即可。在其他实施方式中，不需要单独的后构件和前构件，但可形成在一端含有开口的单一构件，以引入过滤介质，并且然后可闭合所述开口以防止不希望的泄漏。在实施方式中，挠性容器由聚合物形成。

过滤介质10可包括以上所公开的任何过滤介质。作为非限制性实例，在不同实施方式中，过滤介质包括位于挠性容器内部的开孔泡沫12，其中所述开孔泡沫涂覆有由具有以下式的季铵有机硅烷试剂产生的季铵有机硅烷涂层：

开孔泡沫可具有本文档所述的任何开孔泡沫的任何特征、特性、尺寸、元件、性质等。在实施方式中，变量具有以下特性。A为独立地选自由以下组成的组的成员：-OR4、取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的杂环烷基、取代或未取代的芳基以及取代或未取代的杂芳基。R4为选自由以下组成的组的成员：氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的杂环烷基、取代或未取代的芳基以及取代或未取代的杂芳基。R为取代或未取代的亚烷基。R1、R2和R3为各自独立地选自由以下组成的组的成员：氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的杂环烷基、取代或未取代的芳基；以及取代或未取代的杂芳基。Z为选自由以下组成的组的成员：氟化物、氯化物、溴化物、碘化物、甲苯磺酸盐、氢氧化物、硫酸盐以及磷酸盐。n的值为1、2或3。

如以上关于其他开孔泡沫所述的，开孔泡沫12可包括的每英寸孔数(PPI)范围为10PPI与110PPI之间。在实施方式中，开孔泡沫的每克表面积小于滤砂和/或沸石的每克表面积。

如图7所示，挠性容器包括过滤介质所位于的内部。挠性容器在其中还包括开口(装料口)(第一开口)20，它提供了与其内部的通道。水或任何其他流体通过所述开口引入挠性容器内部。所述开口可具有任何数目的构造—在所示构造中它包括具有用于接受配套部件的阴螺纹的圆形脊，如下文将描述的。在其他实施方式中，可使用其他形状、构件和连接机构。

仍参考图7，示出用于连接开口20的两个配套部件。示出注液盖42，其包括空气阀44。在实施方式中，空气阀为止回阀46。也示出过滤器组件(过滤器)22。注液盖42和过滤器组件22可通过螺旋到开口20的螺纹内来可选地与挠性容器相连。图8示出过滤器组件22的部件分解图。在部件分解图中可见不同部件。螺纹环24处于组件底部。

在过滤器组件顶部为筛网26，在所述实施方式中，所述筛网为聚氯乙烯(PVC)筛网28，尽管在其他实施方式中可使用其他聚合物或其他非聚合物材料，如金属、陶瓷或复合物。可看出，所述筛网包括流体可流过的多个孔，正如一般筛网一样，所述筛网还用于阻止大于筛网孔的组分穿过过滤器组件。因此，例如，如果储水泡系统装有湖水、溪水等，则所述筛网将防止砂石、泥团、杂草、树叶、生物体以及大于所述孔的其他杂物进入过滤器组件。

密封垫片40与筛网26相连并允许筛网提供抵靠着挠性容器形成开口20的脊紧密密封。在实施方式中，形成开口20的脊实际上可由刚性材料形成，所述刚性材料例如为与挠性容器胶合、热封或以其他方式相连的材料。在其他实施方式中，形成开口20的脊可简单地为形成挠性容器其余部分的同一种材料的较厚部分(整体形成)，挠性容器其余部分的侧壁厚度足够小或薄以允许挠性容器的可挠性。挠性垫片可通过摩擦配合连接至筛网26并且可从中去除，在需要时可替换。

回到图8，在筛网26下方为双密度介质36。在实施方式中，双密度介质为5微米聚酯半刚度双密度介质38。双密度介质用作过滤器，与一般筛网类似，通过阻止因太小而不能穿过其中的成分进入挠性容器内部。如附图可见并且可设想的，双密度介质的孔可远小于筛网孔，并且因此通过阻止成分进入挠性容器内部来用于进一步过滤穿过所述筛网的流体，所述成分足够小以穿过筛网孔但太大不能穿过双密度介质。

在双密度介质36下方为过滤介质30。在所示实施方式中过滤介质30为网格32。在不同实施方式，网格为5微米尼龙6/6网格34。在实施方式中，网格的孔可小于双密度介质孔，并且因此可通过阻止成分进入挠性容器内部来用于进一步过滤穿过所述双密度介质的流体，所述成分足够小以穿过双密度介质开孔但太大不能穿过双密度介质。在其他实施方式中，所述网格的孔尺寸可与双密度介质孔相同。

筛网26具有双密度介质所装入的筒形腔。双密度介质36置于该筒形腔内并且然后放置网格32，以使得其底部表面覆盖筒形腔的开孔并且以使得网格32各侧位于筛网侧壁(形成筒形腔)外侧上。然后将螺纹环24滑动到所述网格和形成筒形腔的筛网侧壁上，以形成摩擦配合。摩擦配合因此使螺纹环24与筛网26相连，使网格32固定在原位，并且网格32使双密度介质36固定在筒形腔内，从而确保将穿过过滤器组件的流体被压迫穿过筛网26、双密度介质36和网格32，之后从过滤器组件22中排出并进入挠性容器2的内部。

在实施方式中，使用者可不时更换双密度介质36和/或网格32。这可通过经由手动力分开螺纹环24与筛网26、从其拉下并且然后丢弃双密度介质和/或网格来进行。可将新双密度介质和/或网格置于适当位置。网格32可具有目视指示器，诸如虚线或着色线，帮助使用者将网格32定位在筛网26形成筒形腔的侧壁边缘上的中心。然后使用者通过在上述侧壁上向上滑动螺纹环24以形成摩擦配合来替换它，如以上所述的。该摩擦配合形成在螺纹环24、网格32和筛网26的接口处。

图7示出开口20近端的注液盖42和过滤器组件22。如以上一定程度描述的，它们各自均被构造为与开口20可选地配合。因此，例如注液盖42通常可处于适当位置，并且在使用者需要用流体填充挠性容器时，使用者可通过旋开盖并将其与开口分开来去除注液盖，如图9A所示。然后使用者可通过将过滤器组件旋转到所提供螺纹内来在开口20处将所述过滤器组件连接至挠性容器，如图9B所示。

图9C示出一种用流体填充挠性容器的方法的步骤。一旦过滤器组件置于适当位置，如图9B所示，那么使用者可将挠性容器浸入流体主体内。所述流体可为水，诸如湖、溪、江、浴缸、水槽、池塘、大水坑等里面的水，尽管在其他实施方式中，它可为除水之外的流体，使用者将使用所述流体饮用或用于一些其他目的—在任一种情况下，储水泡系统用于过滤和/或消毒或者以其他方式杀死所述流体内的微生物组分或使其无害。如所示的，放置挠性容器以使得它通常浸入流体表面下方。在不同实施方式中，这可涉及将挠性容器置于流体源底部上的任何沉积物层上方。

图9C代表性示出使用者手动挤压挠性容器。可重复这种类型的挤压并且可通过手、脚或一些其他元件进行，直到不再有气泡从挠性容器中冒出并通过筛网。在气泡停止从挠性容器中冒出时，它通常已经装满。然后使用者可旋开并去除过滤器组件，如图9D所示，并且通过将它旋转到适当位置来替换注液盖，并将注液盖紧紧旋转到适当位置，以使得挠性容器内的流体将不会从注液盖与开口20之间的接合处逃出挠性容器。在实施方式中，注液盖可包括与过滤器组件的密封垫片40类似的密封垫片，以确保适当密封并防止泄露。

在不同方法实施方式中，一旦挠性容器填充有流体，它就可以波浪式运动来回摇摆三至五次，以帮助从过滤介质10内驱逐气泡。然后可将挠性容器置于包装或载体内，例如作为非限制性实例，像水合背包。

如以上所述，过滤介质10包括适用于消毒和杀死微生物物质等的成分。在实施方式中，使用者在将流体置于过滤器内进行完全或基本上完全的消毒，即消毒至使流体能安全用于人消耗的程度之后可等待十五分钟。在实施方式中，消毒可发生在流体内的不同成分的布朗运动过程中，即使挠性容器内的流体实际上并未进行大量流体移动。在不同实施方式中，使用者携带挠性容器的动作，诸如使用者步行同时携带在水合背包内的挠性容器的动作可增强消毒过程和/或增加消毒发生的速率。

在一些情况下，足够大以允许浸入挠性容器的流体主体可能不可用。在这些情况下，可使用不同方法来用流体填充挠性容器，如图10A-图10C所示。当流体源为龙头、旋塞、薄流、太小不能浸入挠性容器的水坑或流动的水滴时，可使用该方法。

在过滤器组件处于适当位置并在开口20处固定至挠性容器时，使用者朝向挠性容器底部挤压挠性容器，以驱逐挠性容器内部捕集的空气，如图10A所示。在继续挤压挠性容器时，使用者将拇指放到过滤器组件中间或以其他方式压到所述过滤器组件中间，以实现更好的密封(当挠性容器填充同时浸入流体时，在以上所述方法中也可使用这种压到过滤器组件上)，如图10B所示。在继续紧紧压到过滤器组件上时，使流体48倒入所述过滤器组件中并且同时使用者松开挠性容器下部的紧握—这允许挠性容器更迅速地将流体抽入其中，如图10C所示。一旦挠性容器扩大到其初始膨胀状态/尺寸，就重复以上步骤，直到挠性容器完全充满流体。然后去除过滤器组件并通过将注液盖向下紧紧旋转在开口20来将其固定到挠性容器。然后使用者等待十五分钟，以进行完全或基本上完全的消毒，如以上所述的。

通过挤压和释放来从挠性容器中驱逐和抽入空气的以上所述动作用作泵。在将流体倒在过滤器组件上同时将空气抽入单元内时，泵送机制有助于挠性容器更快填充流体。当储水泡系统完全浸入流体时，这种相同的泵送作用可用于图9C所示的方法，即使用者可使用手、足或另一种元件持续压缩并释放，以形成泵送作用，这可导致挠性容器更快填充。

再次参考图7，包括释放机构16，以允许挠性容器4内部的流体从中排出。在所示的实施方式中，释放机构16包括管14和咬嘴阀18。使用者咬下咬嘴阀，打开所述阀，并且通过吸入程序，可从挠性容器内部抽出流体。从容器内抽出的流体可通过使用止回阀46由空气替换。止回阀为单向阀，它允许流体进入挠性容器内部而不是其他方向。因此，当使用者通过释放机构从挠性容器内部释放流体时，通过止回阀可将空气抽入内部，从而防止在挠性容器内形成真空或低压，这会另外阻止流体通过释放机构排出。空气阀44因此选择性允许空气进入挠性容器内部，通常仅在由使用者通过释放机构释放一些流体而引起的内部存在低压的情况下。

在其他实施方式中，尽管所示释放机构包括管和咬嘴阀，但也可使用其他元件。例如可使用螺纹塞，排除对咬嘴阀的需要并且排除对管的需要，或者在管的一端可使用单个盖而不是咬嘴阀等。在任何情况下，释放机构被构造为在使用者的判断(并且由使用者手动操作)下选择性允许流体排出挠性容器内部。

在一些实施方式中，过滤器组件22可整体排除，并且流体48可倒入或直接装入内部而未流过任何过滤器。在这些实施方式中，过滤介质10可充分对流体消毒或以其他方式使流体安全用于其意图目的(诸如用于饮用)，之后使用者使用释放机构从中释放流体。

挠性容器4被构造为在流体处于所述挠性容器内部时使所述开孔泡沫与流体48静态接触。在实施方式中，流体含有一种或多种微生物。所述流体可包含含有一种或多种微生物的一种或多种固体材料并且所述固体材料的一个或多个表面可静态接触开孔泡沫。

流体和/或固体材料的微生物可包括小隐孢子虫、贾第虫属、被囊病毒、无被囊病毒、革兰氏阴性细菌、革兰氏阳性细菌、真菌、霉菌、孢子、酵母和/或原生动物细菌。所述流体可为浑浊的、光学上不透明的，和/或它可包含烃和水乳状液。

实施方式中的开孔泡沫可包含以下材料中的一种或多种：天然有机聚合物材料；合成有机聚合物材料；不锈钢；铜；硅；碳；以及碳化硅。

公开了用有机硅烷季铵材料处理的过滤介质10，所述介质从流过过滤介质的水中去除病原体，对于细菌为2log并且对于寄生原生动物如小隐孢子虫为多至98％。如以上所公开的，先前的理论为介质表面积增加(特别是在过滤介质如砂或沸石的情况下)可导致分散于水内的病原体消除和灭活增加。本文所公开的泡沫与过滤介质如滤砂(几十m²/g)或沸石(几百m²/g)相比表面积大大减小(小于或等于约1m²/g)，但当置于足以对流体消毒的液体的静态容器中时也显示显著的抗微生物活性。这因此为意外结果。因为泡沫在制造期间寻求形成最大体积和最小表面积以及所得表面能(由表面张力和表面自由能作用驱动)，所以开孔泡沫12具有最小表面积。

因此，这通常为意外结果并且与常规知识相悖，开孔泡沫(或表面积减小的开孔泡沫)可置于储水泡系统内，并且它可适用于消毒并以其他方式使流体能更安全地消耗和/或使用，因为通常泡沫(和/或表面积减小的泡沫)可认为可能允许细菌、霉菌等形成并定居并使它们更难去除。这通常使流体消耗或以其他方式使用更不安全。

在实施方式中，储水泡系统不需要每天关闭或清洁程序，并且水或其他流体可留在储水泡系统中多至一周。在实施方式中，当希望保存储水泡系统更长时间段(如超过一周不使用)时，可准备好储水泡系统用于长期保存。这可能需要用水(使用自来水，如果可用的话)填充挠性容器一半并将注液盖固定在适当位置。然后来回振摇挠性容器，以驱逐过滤介质10内捕集的任何沉淀物。这持续一分钟。然后倒出水。重复这些步骤直到在倒出的水中不可见颗粒。在此时，在注液盖去除或以其他方式打开的情况下，倒挂出水。储水泡系统可保持在该位置上，以长期保存。

填充本文所述的储水泡系统2并涉及一个泵送作用的方法和通过释放机构和止回阀清空储水泡系统的方法不同于常规流体保持系统。常规流体保持系统诸如用于水合包的袋通常通过倾倒过程简单填充—没有泵送过程。实际上，常规袋的脆弱性和任何内部元件诸如开孔泡沫的缺乏使任何类型的泵送作用均不可能。如人们可从附图和公开的方法中得出结论，开孔泡沫在泵送作用/过程期间经历弹性变形并且然后恢复其初始构造。因此，用流体填充储水泡系统2的操作方法由于系统2在其中包括泡沫而不同于常规挠性水合袋的操作方法。

在常规水保持系统诸如用于水合包的挠性袋的情况下，在挠性袋内不存在插入物，并且因此在水抽出时袋简单塌陷，并且不包含入口阀诸如空气阀44。在储水泡系统2的情况下，止回阀允许挠性容器保持其初始形状而不会塌陷，从而允许包括消毒的开孔泡沫12。因此，当流体通过释放机构从内部抽出时，空气阀44以空气替换失去的流体，并且维持挠性容器的初始形状，从而允许通过开孔泡沫12继续消毒。因此，清空储水泡2的操作方法由于存在开孔泡沫而不同于常规挠性水合袋的操作方法。

在不同实施方式中，注液盖和过滤器组件可结合为单一盖，而不是旋到装料口20的两个单独物体。在这些实施方式中，可使用外观类似于热水瓶的两个盖。可包括内盖，其在旋开时，在填充储水泡2期间允许水流过过滤介质。过滤介质可为本文档所公开的任何介质。在具体实施方式中，过滤介质可包括不同排列和组合的一个或多个圆盘/可交换/可互换/易堆叠介质。例如，过滤介质可包括网格、随后为用于在水进入储水泡中时脱臭/去除水内的有机化合物的活性炭过滤介质。在其他实施方式中，其他过滤介质包括用于去除颗粒、生物体、化学组分等所需要的绿铁(用于去除砷)和任何其他过滤装置(不同过滤器尺寸、组成、组分)。在一些实施方式中，可用季铵有机硅烷化合物处理过滤介质，所述化合物可为本文所公开的任何化合物。在正常操作期间，仅内盖需要去除，以填充储水泡并在使用者饮用来自储水泡的水时进行替换。

在需要过滤介质检修(交换、提起、置换等)时，可去除第二外盖。第二外盖的结构可用于将过滤介质和止回阀固定连接到装料口周围的储水泡结构。在不同方法实施方式中，使用者可选择直接去除外盖并填充储水泡2，从而绕开连接到盖结构的过滤介质，这意味着水在进入储水泡2之前未预过滤。两个止回阀作为单个盖结构的一部分包括在内，第一个止回阀位于闭合内盖之外，以允许空气在使用者从储水泡中抽出水时向内流入，并且第二个止回阀位于对齐的外盖之内以允许向外流出，以使得储水泡内的空气可在盖填充期间被驱逐。在空气驱逐后填充期间将水抽入储水泡中时，第二止回阀闭合。

在其中以上描述是指储水泡系统和相关方法以及实施部件、子部件、方法和子方法的具体实施方式的情况下，应容易明显的是，在不背离其精神的情况下可做出许多修改并且这些实施方式、实施部件、子部件、方法以及子方法可应用于其他储水泡系统和相关方法。例如，本发明的试剂的特征同样适用于本文所述的本发明的涂层。