专利名称：抗微生物剂、制备抗微生物剂的方法以及包含抗微生物剂的物品的制作方法
抗微生物剂、制备抗微生物剂的方法以及包含抗微生物剂
的物品
背景技术：
当前，有几种主要的潜在性的灾难性挑战正困扰着全球范围的卫生官员。这些潜 在性挑战之一是禽流感，也称为“鸟类流感”。尽管人类个体中发生禽流感已有所报道，但 迄今为止在人中发生的病例是零星的且有限的。目前，禽流感从一个个体到另一个体的传 播仅限于鸟类物种。但是，专家预测，如果禽流感一旦传播给人类并在人与人之间传播，则 可能导致大规模的流行。目前用于控制潜在感染的策略需要对有限数量的首先响应者进行 免疫，并且与社区人群隔离和分隔多达两周。认为手术面罩也是控制传播率的备用策略，因 为它们能够部分地除去由咳嗽或喷嚏所产生的空气传播颗粒。但是，这些面罩本身缺乏杀 伤与其接触的任何病毒的能力，因此，病毒颗粒仍具有传播进肺并随后感染肺部的能力。另 外，由于我们社会中的个体在食物、能量和运输方面如此相互依赖，因此有理由认为隔离策 略并非控制传染病传播的有效方法。开发用于限制这些疾病散播的策略的第二个主要考虑是通过突变而产生的“超 级病菌”——对目前市面上的抗生素具有抗性的细菌菌株。其中，多药物抗性结核病 (multi-drug resistant tuberculosis, MDR-TB)和金黄色葡萄球菌抗药菌株的感染正快 速流行于个体之间密切身体接触可能性很大的地方。这其中包括医院、疗养院、监狱和运动 组织。事实上，据估计所有疗养院中高达5%目前具有多种抗药细菌菌株。二醛多糖是通过使用高碘酸盐对多糖进行选择性氧化而制备的多聚二醛类。由于 聚合物链中存在二醛官能团，所以二醛多糖能够与羟基、氨基、亚氨基和巯基官能团反应。 一种已知的二醛多糖类型是二醛淀粉(dialdehyde starch，DAS)。已经研究了 DAS在多 种不同领域中的应用，包括在纸、皮革和织物中的应用，以及在生物医学中的应用(例如对 支架的表面进行改性以改善蛋白质吸附)。也已在大鼠中测定了 DAS的毒性，据报道称其 在大鼠中有极低的口服急性毒性，即10% DAS水混悬液的急性LD50大于或等于6800mg/ kg(Radley, J. Α. , Starch Production Technology. 1976, Applied Science Publishers London)。尽管已对二醛多糖作为抗微生物剂的应用进行了某种程度的研究，但是尚未充分 研究二醛多糖的抗微生物表现。krigusa的美国专利No. 4，034，084描述了二醛纤维素颗 粒对所选细菌菌株的抗微生物活性，并公开了这些不溶性颗粒能够抑制一定量细菌菌株的 生长。已发现新型的混悬剂用于生产新的低成本的病毒过滤和杀病毒面罩，以及用于应 对抗生素抗性细菌所带来之挑战的新策略。
发明内容
本发明公开了制备抗微生物剂的方法，其包括在约60°C至约120°C的温度下在水 中加热二醛淀粉，以形成二醛多糖水分散体系。本发明还公开了抗微生物组合物，其包含pH为约2. 5至约9的二醛淀粉水分散体系。本发明还公开了抑制微生物物质生长的方法，该方法包括使所述微生物物质与包 含二醛淀粉水分散体系的组合物相接触，所述分散体系的PH为约2. 5至约9。本发明还公开了产生抗微生物物品的方法，其包括使水中的二醛淀粉在约60°C至 约120°C的温度下加热，以形成二醛淀粉水分散体系；将二醛淀粉水分散体系进行超声处 理；以及将所述物品与二醛淀粉水分散体系相接触，以形成抗微生物物品。本发明还公开了包含二醛多糖和水的组合物，所述二醛多糖分散在水中，所述二 醛多糖具有约5至约150纳米的平均粒径。本发明还公开了包含上述组合物的物品。本发明还公开了包含基底以及置于该基底上的二醛多糖的滤器。本发明还公开了这样的方法，其包括使纤维素氧化；在所述纤维素表面上形成 二醛多糖；以及使用其上具有二醛多糖的纤维素作为滤器。
图1示意将细菌在不同pH水平的PBS中孵育一小时后，PH对革兰氏阴性细菌对 数减少的作用；图2示意将细菌在不同pH水平的二醛淀粉中孵育一小时后，二醛淀粉对革兰氏阴 性细菌对数减少的作用；图3示意将细菌在不同pH水平的PBS中孵育一小时后，pH对革兰氏阳性细菌对 数减少的作用；图4示意将细菌在不同pH水平的二醛淀粉中孵育一小时后，二醛淀粉对革兰氏阳 性细菌对数减少的作用；图5为柱状图，其显示在pH 4. 8时用二醛淀粉或PBS处理细菌一小时或四小时后 观察到的革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌的对数减少；图6示意DAS超声处理对细菌失活的作用；图7比较了在处理1小时或4小时后，具有相同pH值的2. 7% 二醛淀粉或PBS对 PRDl病毒的对数减少的作用；图8比较了在处理1小时或4小时后，具有相同pH值的2. 7% 二醛淀粉或PBS对 MSDl病毒的对数减少的作用；图9比较了在处理1小时或4小时后，具有相同pH值的2. 7%的D 二醛淀粉或PBS 对骨髓灰质炎病毒的对数减少的作用；图10显示二醛淀粉与氧化的玉米淀粉之间的结构差异；图11(a)是显示应答相对于保留时间的凝胶渗透色谱图，而图11(b)是显示差异 重量分数(differential weight fraction)相对于分子量的另一凝胶渗透色谱图；图12显示二醛淀粉水混悬液的吸光度相对于波长；该图是通过傅里叶变换红外 分析获得的谱图。图13是紫外-可见光(UV-vis)谱图。图13(a)是从所收到的二醛淀粉 (as-received dialdehyde starch)的反射模式中获取的二醛淀粉样品的UV-Vis谱图。图 13(b)是从反射模式获取的3%经制备二醛淀粉水性上清的冻干样品的UV-Vis谱图。图13 (c)是从pH = 3时使用相同pH之PBS缓冲液稀释100倍的3%经制备DAS水性上清的 透射模式所获取的UV-Vis谱图。图13(d)是从0.3% DAS颗粒混悬液的透射模式获取的 UV-vis谱图；以及图14是用于测量二醛多糖作为滤器之效力的设置的示意图。
具体实施例方式本文中无数量词修饰不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个/种所指代的 项目。本文公开的所有范围均为包括端值的并且可组合。本文使用的术语“包含”和/或“包括”表明存在所指的特征、整数、步骤、操作、元 件和/或组分，但是不排除存在和/或增加一种或多种其他特征、整数、步骤、操作、元件、组 分和/或其组。应理解，尽管术语第一、第二、第三等可在本文中用于描述不同元件、组分、区域、 层和/或部分，然而这些元件、组分、区域、层和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术 语仅用于将一个/种元件、组分、区域、层或部分与另一区域、层或部分相区别。因此，下文 所述的第一元件、组分、区域、层或部分可称为第二元件、组分、区域、层或部，而不背离本发 明的教导。本文使用的术语目的仅在于描述特定实施方案，而不旨在限制本发明。本文使用 的无数量词修饰的单数形式旨在也包含复数形式，除非上下文另有明确指明。还应理解，本 说明书中使用的术语“包含”和/或“包括”表明存在所指的特征、整数、步骤、操作、元件和 /或组分，但是不排除存在和/或增加一种或多种其他特征、整数、步骤、操作、元件、组分和
/或其组。除非另外定义，否则本发明中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本 发明所属领域之技术人员通常理解相同的含义。还应理解，术语(例如常用词典中所定义 的术语)应解释为具有与其在相关领域情形中相符合的含义，并且不应解释为理想化或过 于形式的含义，除非在本文中有明确定义。本文使用的术语“包括”可替换为“由......组成”或“基本上由......组成”。
另外，在数字前使用的术语“约”旨在包括该数字。例如，使用短语“约0. 1至约1”旨在表 示该范围内包括0. 1和1。另外，本文公开的所有数目和范围是可互换的。本文所述的所有方法可以合适的顺序进行，除非本文中另有指明或者其明显与上 下文相矛盾。所使用的任何和全部实例或者示例性表述(如，“例如”)仅旨在更好地说明 本发明，而不对本发明的范围产生限制，除非另有声明。不应将本说明书中的任何表述解释 为表明任何未主张权利的元素对于实施本文所述的本发明是必需的。本文使用的术语“微生物物质”是指微生物，例如病毒或细菌。所述微生物物质可 以在人或动物中导致或不导致发病和/或死亡。本文使用的“抗微生物剂”是具有抗病毒 (杀伤病毒或抑制病毒复制)或者抗细菌(抑菌或杀菌)性能的试剂。本文使用的“多糖”是由糖苷键连接的重复单糖构成的生物聚合物，其是大的、常 具有支链的大分子。在生物系统中，多糖作为结构元件或者能量储存分子起作用。本公开内容涉及制备具有抗病毒和抗细菌性能的抗微生物剂的方法。如本文所述 制备的抗微生物剂能够在少于或等于约4小时期间内有效杀伤革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌以及细菌和人的病毒。本公开内容还涉及包含所述抗微生物剂的组合物。可将这些抗微生物剂施加于随 后可用于有效杀伤革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌以及细菌和人之病毒的表面。本发明内容还涉及包含所述抗微生物剂的物品。示例性物品是其上具有二醛多糖 层的滤器。在一个实施方案中，二醛多糖层可以是从其所放置的基底上可物理取下的。在另 一实施方案中，二醛多糖层可以与其所放置基底共价键合，并且在未经过某些形式的物理、 化学或热降解的情况下可不与基底物理分离。在一个实施方案中，所述抗微生物剂是这样的二醛多糖，其已在水中进行了加热 和/或超声处理从而产生了二醛多糖水分散体系。在一个实施方案中，所述二醛多糖水分 散体系可具有凝胶样物质的粘稠度。用于制备所述二醛多糖的多糖来源可以是玉米、小麦、马铃薯或木薯淀粉，纤维 素，糊精，葡聚糖，褐藻胶，菊糖(insulin)和相关材料。特别地，二醛多糖由淀粉或纤维素 制备。在一个实施方案中，所述抗微生物剂是选自以下的二醛多糖二醛淀粉(DAS)、 二醛纤维素、纤维素、烷基纤维素(例如甲基纤维素、羟烷基纤维素、烷基羟烷基纤维素)、 硫酸纤维素酯、羧甲基纤维素盐、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、甲壳素、羧甲基甲壳素、透 明质酸、透明质酸盐、藻酸盐、藻酸、藻酸丙二醇酯、糖原、葡聚糖、葡聚糖硫酸酯、凝结多 糖(curdlan)、果胶、普鲁兰多糖(pullulan)、黄原胶(xanthan)、软骨素、硫酸软骨素、羧 甲基葡聚糖、羧甲基壳聚糖、壳聚糖、肝素、硫酸肝素、硫酸肝素、硫酸皮肤素、硫酸角蛋白 (keratin sulfate)、卡拉胶、壳聚糖、淀粉、直链淀粉、支链淀粉、聚_N_葡糖胺、多聚甘露糖 醛酸、聚葡萄糖醛酸、多聚古洛糖醛酸以及上述任意的衍生物，或者包含一种或多种上述二 醛多糖的组合。在一个示例性实施方案中，如本文所述使多糖氧化，以确保醛改性多糖是生物可 降解的。在一个示例性实施方案中，所述二醛多糖是已在水中进行加热和/或超声处理的 二醛淀粉。二醛淀粉的一部分溶于水中，而一部分保持未分散。在一个实施方案中，可以过 滤所述未分散部分，留下二醛淀粉的水混悬液。在另一示例性实施方案中，除了醛部分之外，所述二醛多糖基本上不含官能或反 应性部分。所谓“基本上不含”表示所述多糖不含其量可有效改变二醛多糖性能的这些官 能或反应性部分。淀粉是包含两种复杂碳水化合物聚合物(直链淀粉和支链淀粉)之混合物的多 糖。直链淀粉和支链淀粉均是通过α-键相连的D-葡萄糖单元的聚合物。在直链淀粉 中，葡萄糖单元通过α -1，4键相连，其环氧原子全部在同一侧，而在支链淀粉中，大约每20 个葡萄糖重复单元中约有一个葡萄糖单元通过α-1，6键相连，从而形成分支点。因此，直 链淀粉包含数百个葡萄糖分子的线性链，而支链淀粉是由数千个葡萄糖单元构成的分支分 子。淀粉中直链淀粉与支链淀粉的比通常为约20至约30摩尔百分比的直链淀粉，约70至 约80摩尔百分比的支链淀粉。直链淀粉与支链淀粉的相对比例以及分支点均取决于淀粉 来源。例如，玉米淀粉含有超过50%摩尔百分比的直链淀粉，而“蜡状”玉米则几乎没有直 链淀粉( 3摩尔百分比)。纤维素是植物中发现的结构性多糖，其包含D-葡萄糖的线性链。纤维素的葡萄糖单元通过β-键相连，并通过链内和链间氢键维系。如淀粉一样，纤维素也不溶于水。纤维 素的结构通常比淀粉的结构更具有结晶性。二醛多糖(例如二醛淀粉或二醛纤维素)的制备通常通过选择性氧化多糖聚合物 来进行。可使用多种氧化剂来氧化多糖。氧化剂的实例包括选自以下的那些例如高碘酸、 次氯酸、高溴酸、亚氯酸、氯酸、过氧化氢、过乙酸的碱金属盐、碱土金属盐和过渡金属盐，以 及包含上述氧化剂中至少一种的组合。特别地，使用高碘酸盐作为氧化剂进行多糖的氧化。高碘酸是氧化剂，其使得两个 相邻羟基之间的C-C键断裂。高碘酸盐(例如高碘酸钠、高碘酸钾等)也可用作氧化剂。通过该方法，葡萄糖的1，2-二醇基团被转化为二醛。反应方程式I显示通过选择 性氧化淀粉制备二醛多糖的反应。反应方程式I
权利要求
1.制备抗微生物剂的方法，包括在约60°C至约120°C的温度下加热水中的二醛多糖，以形成二醛多糖的水分散体系。
2.根据权利要求1的方法，其中所述加热进行约1至约4小时。
3.根据权利要求1的方法，其中所述加热进行约1.5至约3小时。
4.根据权利要求1的方法，其还包括对所述二醛多糖水分散体系进行超声处理。
5.根据权利要求4的方法，其中将所述二醛多糖水分散体系超声处理约15分钟至约 90分钟。
6.根据权利要求5的方法，其中将所述二醛多糖水分散体系超声处理约30至约60分钟。
7.利用权利要求1之方法的装置。
8.由权利要求1之方法制造的物品。
9.根据权利要求9的物品，其中所述物品包括手套、面罩、衣服、外衣、卫生棉条、失禁 垫、床单、手术或烧伤敷料、粘合绷带、适于插入活体内的气球或导管头、心脏瓣膜假体、缝 合线、手术钉、合成的血管植入物、支架、支架植入物、血管或非血管植入物、分路器、动脉瘤 填充物、管腔内铺砌系统、引导线、栓塞剂、滤器、药物泵、动静脉分路器、人工心脏瓣膜、人 工植入物、手术引导入血管内或者引导至血管或非血管部位的外来物、导线、起搏器、可植 入脉搏发生器、可植入心脏除颤器、心律转复除颤器、除颤器、脊髓刺激器、脑刺激器、骶神 经刺激器、化学传感器、乳房植入物、介入性心脏装置、导管，表面与患者血流相接触的塑料 管、导管、透析袋或膜。
10.抗微生物组合物，其包含二醛多糖水分散体系；所述分散体系的PH为约2. 5至约9。
11.根据权利要求10的组合物，其中基于所述抗微生物组合物的总重量，二醛多糖的 量为约0.5至约10重量百分比。
12.根据权利要求10的抗微生物组合物，其还包含选自以下的添加剂颜料、芳香剂、 抗腐蚀剂、稳定剂例如三甘醇、表面活性剂，以及包含至少一种上述添加剂的组合。
13.根据权利要求10的方法，其中所述二醛多糖选自二醛淀粉或二醛纤维素。
14.抑制微生物物质生长的方法，该方法包括使所述微生物物质与包含二醛多糖水分散体系的组合物相接触；所述分散体系的PH 为约2. 5至约9。
15.根据权利要求14的方法，其中所述二醛多糖选自二醛淀粉或二醛纤维素。
16.根据权利要求14的方法，其中所述微生物物质选自革兰氏阴性细菌、革兰氏阳性 细菌、病毒以及包含至少一种上述微生物物质的组合。
17.根据权利要求14的方法，其中使所述微生物物质与所述包含二醛多糖的组合物接 触约0. 5至约10小时。
18.生产抗微生物物品的方法，其包括在约60°C至约120°C的温度下加热水中二醛多糖，以形成二醛多糖水分散体系；对所述二醛多糖水分散体系进行超声处理；以及将所述物品与所述二醛多糖水分散体系相接触，形成抗微生物物品。
19.组合物，其包含二醛多糖；以及水；所述二醛多糖分散在水中；所述二醛多糖具有约5至约150纳米的平均粒径。
20.根据权利要求19的组合物，其中所述二醛多糖是二醛淀粉、二醛纤维素、纤维素、 烷基纤维素、甲基纤维素、羟烷基纤维素、烷基羟烷基纤维素、硫酸纤维素酯、羧甲基纤维素 盐、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、甲壳素、羧甲基甲壳素、透明质酸、透明质酸盐、藻酸盐、 藻酸、藻酸丙二醇酯、糖原、葡聚糖、葡聚糖硫酸酯、凝结多糖、果胶、普鲁兰多糖、黄原胶、软 骨素、硫酸软骨素、羧甲基葡聚糖、羧甲基壳聚糖、壳聚糖、肝素、硫酸肝素、硫酸肝素、硫酸 皮肤素、硫酸角质素、卡拉胶、壳聚糖、淀粉、直链淀粉、支链淀粉、聚-N-葡糖胺、多聚甘露 糖醛酸、聚葡萄糖醛酸、多聚古洛糖醛酸以及上述任意的衍生物，或者包含一种或多种上述 二醛多糖的组合。
21.根据权利要求19的组合物，其中所述组合物具有在室温下测量时约0.03至约0. 3 泊的粘度。
22.根据权利要求19的组合物，其中基于所述组合物的总重量，所述二醛多糖以约1至 约99的重量百分比存在。
23.包含权利要求19之组合物的物品。
24.根据权利要求19的组合物，其为气雾剂形式。
25.滤器，其包含基底；和置于所述基底上的二醛多糖。
26.根据权利要求25的滤器，其中所述基底是多孔的。
27.根据权利要求25的滤器，其中所述二醛多糖是二醛淀粉、二醛纤维素、纤维素、烷 基纤维素、甲基纤维素、羟烷基纤维素、烷基羟烷基纤维素、硫酸纤维素酯、羧甲基纤维素 盐、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、甲壳素、羧甲基甲壳素、透明质酸、透明质酸盐、藻酸盐、 藻酸、藻酸丙二醇酯、糖原、葡聚糖、葡聚糖硫酸酯、凝结多糖、果胶、普鲁兰多糖、黄原胶、软 骨素、硫酸软骨素、羧甲基葡聚糖、羧甲基壳聚糖、壳聚糖、肝素、硫酸肝素、硫酸肝素、硫酸 皮肤素、硫酸角蛋白、卡拉胶、壳聚糖、淀粉、直链淀粉、支链淀粉、聚-N-葡糖胺、多聚甘露 糖醛酸、聚葡萄糖醛酸、多聚古洛糖醛酸和上述任意的衍生物，或者包含一种或多种上述二 醛多糖的组合。
28.根据权利要求25的滤器，其中所述滤器是织物、泡沫材料、纺织品、筛网或纱网。
29.根据权利要求25的滤器，其中所述基底包含纤维素，并且其中所述二醛多糖与所 述纤维素共价键合。
30.包括以下步骤的方法使纤维素氧化；在所述纤维素表面上形成二醛多糖；以及使用其上具有二醛多糖的纤维素作为滤器。
全文摘要
本公开内容涉及制备抗微生物剂的方法，其包括加热二醛多糖。该方法包括对二醛多糖(例如二醛淀粉或二醛纤维素)进行加热和/或超声处理一段时间。本文还提供了包含所制备的二醛多糖的抗微生物组合物。所述抗微生物组合物可在短时间内有效杀伤微生物物质(例如病毒和细菌)。
文档编号A01P1/00GK102083310SQ200980116623
公开日2011年6月1日 申请日期2009年5月11日 优先权日2008年5月9日
发明者塞缪尔·M·法拉, 宋礼, 罗纳德·H·巴内 申请人:佛罗里达大学研究基金会有限公司