专利名称：光活化抗微生物制品及其使用方法
技术领域：
本公开涉及微生物学，特别是涉及抗微生物制品及其使用方法。抗微生物活性是通过向光敏剂提供光而引起。
背景技术：
传染病通常由包括细菌、真菌和病毒在内的病原性微生物侵入体内而引起。多年以来，人们已经开发出了许多化学物质和方法来杀死病原性微生物或抑制其生长，包括抗生素、抗病毒剂和氧化剂的开发和使用。另外还使用了多个波长范围内的电磁辐射。众所周知，在存在氧和某些光敏剂的情况下，可通过使病原性微生物暴露在光照下来杀死这些微生物或抑制其生长。
发明内容
本发明公开了一种光活化抗微生物制品。所述光活化抗微生物制品基本上由在没有连接基团的情况下共价键合到尼龙材料的吖啶染料组成。可通过提供由设置在尼龙材料上的吖啶染料组成的光敏尼龙材料，然后用电子束处理该光敏尼龙材料来制备所述光活化抗微生物制品。本发明还公开了抑制微生物生长的方法。一种可用的方法可包括提供基本上由设置在尼龙材料上的吖啶染料组成的光敏尼龙材料，使该光敏尼龙材料暴露于微生物，提供光源，并激发该光源以使光源所发出的光被吖啶染料吸收。另一种可用的方法可包括提供包含在没有连接基团的情况下共价键合到尼龙材料的吖啶染料的光活化抗微生物制品， 使该光活化抗微生物制品暴露于微生物，提供光源，并激发该光源使得光源所发出的光被吖啶染料吸收。本发明还提供了医疗套件。套件可包括光源，和基本上由设置在尼龙材料上的吖啶染料组成的光敏尼龙制品。所述套件还可以包括光源，和基本上由在没有连接基团的情况下共价键合到尼龙材料的吖啶染料组成的光活化抗微生物制品。
具体实施例方式在嗜中性粒细胞和巨噬细胞中会生成单态氧以用于杀死微生物。过氧化物歧化酶、过氧化氢酶以及过氧化物酶可防御自由基氧和还原态氧物质，但是不能有效抵御单态氧。有些微生物(例如尾孢菌属(Cercospora))天生对单态氧具有抗性，革兰氏阳性菌一般比革兰氏阴性菌更易被单态氧杀死。有包膜病毒比无包膜病毒更容易被单态氧灭活。值得注意的是，人们所知道的细菌、真菌或病毒获得对单态氧的抗性的记载案例已不止一个。“光动力效应”是用于描述在光存在下光敏剂对细胞和微生物造成的破坏的术语。 在氧浓度较高并且不存在还原剂的情况下，据信单态氧是破坏剂。在光敏剂无法进入细胞的情况下，这是造成细胞破坏的主要机制(所谓的II型机制)。已知，II型机制是咕吨染料(例如孟加拉红)对大肠杆菌(E. coli)产生光毒性的主要机制，例如，在照射时孟加拉红会生成反应性氧物质，例如单态氧和超氧自由基阴离子。对于可穿过脂质双层膜进入细胞内部(其中例如NADPH和谷胱甘肽的还原剂浓度较高)的光敏剂，已确定所谓的I型机制是导致细胞破坏的主要机制。该机制涉及最终形成光敏剂自由基和反应性氧物质，例如过氧化氢、羟基自由基以及超氧自由基阴离子。人们已经对利用游离形式的光敏剂(例如酞菁、吓啉、金丝桃素和孟加拉红)来杀死细菌和真菌以及灭活病毒做出了一些努力。例如，Lenard等人在Wiotochemistry and Photobiology,^ 527-531 (1993)(《光化学和光生物学》，第58卷，第527-531页，1993年) 中公开了孟加拉红和光对流行性感冒病毒的光灭活。另外，WO 94/02022 (Rabone等人)公开了改进的杀菌组合物，该组合物利用孟加拉红来以光动力方式杀灭表面上的微生物。人们也对结合形式的光敏剂的利用做出了努力，其中与游离形式相比，结合形式的光敏剂相对固定。已将光敏剂共价地或以离子方式键合到小珠、较大的分子、低聚物、大分子和聚合物。例如，如US5，830，5 (Wilson等人)中所公开，使用离子结合剂将染料结合到织造和非织造织物。使用了带正电的聚合物载体来以离子方式键合孟加拉红，使得在氧和光存在下杀死微生物。Bezman 等人在 Photochemistryand Photobiology, 28, 325-329, (1978)(《光化学和光生物学》，第28卷，第325-3 页，1978年)中公开了用键合到聚苯乙烯小珠的孟加拉红对大肠杆菌(E. coli)进行光动力灭活。本文所公开的是光活化抗微生物制品以及使用这些制品的方法。“光活化的”是指制品或方法引起光动力效应的能力。从这个意义上来讲，“光活化的”是指光敏剂存在并传递来自光的能量以生成反应性物质，例如单态氧、过氧化氢、羟基自由基、超氧自由基阴离子、光敏剂自由基以及许多其他可根据光敏剂的特定环境形成的自由基。因此，本文所公开的制品和方法在受光时会变得具有抗微生物性，就这一点来说，它们也为“光活化的”。“抗微生物的”是指制品或方法杀死例如细菌、真菌和病毒等微生物或抑制其生长的能力。“杀死或抑制其生长”包括限制至少一种病毒、至少一种细菌、至少一种真菌或它们的组合的存在。“杀死或抑制其生长”还包括灭活和防止某种微生物的复制或减少其数量。 可以针对不同的微生物使用不同的术语。如果某种制品可以光学耦合到光源，使得当打开光源以发出光时，该制品能杀死某种受影响的微生物或抑制其生长，则认为该制品具有“光活化抗微生物”特性。可以使用各种温育和测试方法来确定每个受影响微生物样品的菌落形成单位数。只要使用相同或几乎相同的温育和测试方法，可以通过使各单独样品在使用和不使用制品的情况下受光，来确定该制品杀死或抑制的菌落形成单位数。“光活化抗微生物”制品导致菌落形成单位数降低(例如)约80%至100%或约90%至"· "％。如果某种方法涉及以某种方式使用光活化抗微生物制品和光源来杀死某种受影响的微生物或抑制其生长(如上文针对制品所述)，则认为该方法具有“光活化抗微生物” 特性。受影响的微生物包括DNA病毒、RNA病毒、RNA逆转录病毒、革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌以及真菌。受影响的微生物也包括单链和双链核酸基因组。受影响的微生物包括负单链RNA基因组，例如正黏液病毒科、弹状病毒科、副黏液病毒科、本扬病毒科和丝状病毒科。这些是有包膜的病毒。正黏液病毒科包括流行性感冒病毒A、B和C。弹状病毒科包括狂犬病病毒和水泡性口炎病毒。副黏液病毒科包括哺乳动物的副流感病毒(包括腮腺炎病毒)和肺炎病毒(例如人和牲畜的呼吸道合胞病毒)。本扬病毒科包括汉坦病毒，该病毒会引起朝鲜出血热和汉坦病毒肺综合征。丝状病毒科包括马尔堡病毒和埃博拉病毒。受影响的微生物包括正单链RNA基因组，例如小核糖核酸病毒科(无包膜)、逆转录病毒科和披盖病毒科。小核糖核酸病毒科包括脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒、甲型肝炎病毒和鼻病毒。逆转录病毒科包括(例如)人类免疫缺陷病毒(HIV)、猴免疫缺陷病毒(SIV) 和马传染性贫血病毒(EIAV)。披盖病毒科包括塞姆利基森林病毒、黄热病病毒、登革热病毒、蜱传病毒和风疹病毒。细小病毒(无包膜)是唯一一种具有单链负义DNA基因组的病毒。该病毒主要感染猫和狗。受影响的微生物包括双链病毒，例如乳多空病毒科、腺病毒科、疱疹病毒科、痘病毒科和嗜肝病毒科。除了疱疹病毒科之外，这些病毒都是无包膜的病毒。乳多空病毒科包括引起疣和瘤的乳头瘤病毒。腺病毒科包括乳腺病毒和多种能够感染呼吸道的病毒。 疱疹病毒科包括单纯疱疹1型和2型病毒、水痘带状疱疹病毒、细胞巨化病毒、巴尔病毒 (Epstein-Barr virus)、人类疱疹病毒6型(现已知其抗体是造成多发性硬化症的原因) 以及人类疱疹病毒7型。痘病毒科包括天花病毒和其他产痘病毒。嗜肝病毒科包括人类乙肝病毒。受影响的微生物包括细菌，例如屎肠球菌(Enterococcus faecium)、金黄色葡萄 求lif (Staphylococcus aureus) > fll^jix-^-lfi lif (Pseudomonas aeruginosa)禾口； (E.coli)。物种可为葡萄球菌属(Maphylococcus)、肠球菌属(Enterococcus)、链球菌属 (Streptococcus)、棒状杆菌属(Corynebacterium)、李斯特菌属(Listeria)、奈瑟氏球菌属(Neisseria)以及肠杆菌禾斗(Enterobacteriaceae)(其包括埃希氏菌属(Escherichia)、 沙门氏菌属(Salmonella)和志贺氏杆菌属(Shigella))。大肠菌类为革兰氏阴性杆菌，一般属于肠杆菌科(Enterobacteriaceae)。一些大肠菌类会在人和其他动物的肠道中定殖。 一些大肠菌类与疾病相关。表面和液体也可被这些细菌污染。受影响的微生物包括真菌，例如白色念珠菌(Candida albicans)，它会引起口腔的酵母菌感染(称为鹅口疮)和女性生殖道感染(称为外阴阴道炎)。本文公开的是一种光活化抗微生物制品，所述光活化抗微生物制品基本上由在没有连接基团的情况下共价键合到尼龙材料的光敏剂组成。所述光敏剂优选为吖啶染料。如本文所用的“基本上由组成”意指所述制品主要由两种组分组成，但可存在其他对本发明或本发明的功能没有特别贡献的组分。通常，这些其他组分可用的总含量相对于吖啶染料的总干重为O至约5重量％。对于本文公开的光活化抗微生物制品，吖啶染料在没有连接基团的情况下共价键合到尼龙材料。如本文所用的“在没有连接基团的情况下共价键合”意指吖啶染料直接键合到聚酰胺链或前聚酰胺链，其中在共价键合的染料和尼龙材料的聚酰胺之间有O或1个原子。如果吖啶染料以O个原子共价键合到尼龙材料，则该染料直接键合(没有居间原子) 至尼龙材料的主链或前主链。如果吖啶染料以1个原子共价键和至尼龙材料，则该原子可包括碳、氧或氮。本文所公开的制品是可与接枝尼龙聚合物区分的，在接枝尼龙聚合物中尼龙由诸如丙烯酸之类的连接基团官能化，然后利用反应性物质进行处理，该反应性物质作为远离尼龙的聚酰胺主链的侧基而终止。如本文所用的“连接基团”是指具有不止一个原子的基团。
吖啶染料可转移从光源发出的光能，使得产生抗微生物活性。抗微生物活性可由一种或多种反应性物质的生成而引起，所述反应性物质例如单态氧、过氧化氢、羟基自由基、超氧自由基阴离子、胺官能化光敏剂自由基以及许多其他可根据吖啶染料的特定环境形成的自由基。尼龙材料包括任何被称为尼龙的化学结构。通常，尼龙包括由肽键连接的重复单元的长聚合物链。尼龙通常基于隔开相邻肽键的碳原子数而命名。称为尼龙6-6的通用尼龙是指在相邻肽键之间的六亚甲基基团。尼龙还可包括均聚物尼龙6或聚合的开环聚己内酰胺。尼龙材料可以纤维形式存在，并且联邦贸易委员会(Federal Trade Commission) 对尼龙纤维有如下定义其中纤维形成物质为长链合成聚酰胺的人造纤维，其中小于85% 的酰胺键直接连接(-C0-NH-)至两个脂族基团。尼龙材料可为纤维形式。尼龙材料可为非织造尼龙材料。电子束处理或照射涉及在保持为约10_6托的真空室内通过将高压施加到钨丝上而产生电子束，这些钨丝固定在推斥板和提取器栅极之间。这些丝在高电流下被加热以产生电子。这些电子通过推斥板和提取器栅极被朝向金属箔的薄窗引导并加速。这些加速的电子以超过IO7米/秒(m/s)的速度移动并且具有约10千电子伏(keV)至300千电子伏， 其通过箔窗离开真空室，并且穿透被设置成正好超出箔窗的任何材料。电子束照射已被用于改性各种材料，包括使材料聚合、交联、接枝和固化。例如，电子束照射已被用于使涂布在膜基底上的各种压敏粘合剂制剂聚合和/或交联，以及固化各种液体涂料(例如印刷油墨)。电子束照射可用于改性材料而无需使用涂料溶液。每单位质量吸收的能量的量，也称为剂量，是以戈瑞为单位计量并方便地表示为千戈瑞(kGy)，其中IkGy等于1，000焦耳/千克。光活化抗微生物制品可通过使尼龙材料经受胺官能化光敏剂的溶液的作用来制备。尼龙材料从溶液浴中移除并使湿样品经受电子束照射。制品可由附加组分组成，但仅是对形成光活化抗微生物制品没有贡献的那些组分。附加组分可以微量存在，例如小于尼龙材料上的干涂层材料的总重量的5重量％。光活化抗微生物制品通过光敏剂和尼龙聚酰胺链之间的反应来制备，其中该反应通过电子束处理进行。可以按实现所需效果所需的任何量(相对于尼龙材料)来使用胺官能化光敏剂。 例如，可以按能有效减少菌落形成单位的量来使用胺官能化光敏剂，例如，菌落形成单位减少的量为约80%至100%。相对于在其中使用胺官能化光敏剂的层或材料的重量，可以按约0. 01重量％至约10重量％或约0. 1重量％至约5重量％范围内的量来使用胺官能化光敏剂。电子束照射涂布有抗微生物染料的尼龙非织造网会产生在保健和消费品中具有多种应用的非浸出抗微生物基底。使用光活化抗微生物染料会提供许多可用的性质。抗微生物活性可通过控制所述网上的光的量而打开和关闭。该染料还提供令人喜爱的颜色，提高了适销性。尼龙、光活化抗微生物染料和任选的电子束照射处理的结合得到提高的非浸出性质，因此当润湿时该染料不会渗到其他表面上并且该尼龙即使在延长使用之后仍将保持相同量的抗微生物染料。光源可包括任何合适的光源。光源可包括太阳光或环境室内照明。示例性光源还包括线光源(例如冷阴极荧光灯)和点光源(例如发光二极管(LED))。示例性光源还包括有机发光装置(OLED)、白炽灯、荧光灯、商素灯、紫外灯、红外光源、近红外光源、激光或化学光源。通常，光源所发出的光可为可见光或不可见光。可使用至少一个光源。例如，可使用1至约10，000个光源。光源可包括一排LED。光源可包括布置在电路上的LED，其布置方式使得LED发出的光在整个所需区域中连续或均勻地照亮粘弹性材料。光源可发出所需波长的光或具有在一个波长范围内的不止一个波长的光。光源可发出约400nm至约700nm、特别是约400nm至约500nm、并且更特别是约440nm至约460nm 的一个或多个波长的光。具有约440nm至约460nm波长的光对吖啶染料而言是理想的，例如，吖啶黄G在水溶液中在大约445nm处具有最大吸收值。光源可以光学耦合到粘弹性材料，如2009年4月16日提交的美国临时申请 No. 61/169973 (64347US008, Sherman等人)所述，该申请以引用方式并入本文中。粘弹性材料可以相对于光活化抗微生物制品设置成使得光可从粘弹性材料提取并被吖啶染料吸收， 如2009年6月25日提交的美国临时申请No. 61/220，505(65460US002，Appeaning等人) 所述，该申请以引用方式并入本文中。例如，可将光活化抗微生物制品设置在粘弹性层上， 并且光源可包括被压入至该粘弹性层的边缘中的LED。可通过任何合适的装置为光源供电。可使用电池、直流电源、交流转直流电源、交流电源或太阳能光伏电池为光源供电。也可以通过运动(例如步行)为光源供电。本文所公开的光活化抗微生物制品可以各种方式提供。光活化抗微生物制品可作为平放的片材或带材提供，或者它们可以被卷起以形成卷材。光活化抗微生物制品可单件包装，或以多件、成套等方式包装。光活化抗微生物制品可以组装形式(即作为某种较大构造的一部分)提供。可在套件中提供光活化抗微生物制品，在所述套件中除了制品外还设置光源。光源和制品可以组装在一起，或彼此分离且由使用者在某个时候组装。光活化抗微生物制品也可单独提供，使得可以根据使用者的需要将它们进行混合和匹配。光活化抗微生物制品可以暂时或永久性地组装。本文还公开了抑制微生物生长的方法。一种可用的方法可包括提供基本上由设置在尼龙材料上的吖啶染料组成的光敏尼龙材料，使光敏尼龙材料暴露于微生物，提供光源，并激发该光源使得光源发出的光被吖啶染料吸收。一种可用的方法可包括提供包含在没有连接基团的情况下共价键合到尼龙材料的吖啶染料的光活化抗微生物制品，使该光活化抗微生物制品暴露于微生物，提供光源，并激发该光源使得光源所发出的光被吖啶染料吸收。鍾样品制备将8英寸Xll英寸的尼龙非织造材料布置在较大的PET膜片材的顶部上。接着将 0. 05重量％的吖啶黄G水溶液用吸管吸取到尼龙上，再将另一个相同的PET膜片材布置在样品上方。将纸巾布置在此构造下方，使用辊将染料溶液均勻地压到整个尼龙中。过量的溶液被辊压出到纸巾上。在将该溶液均勻分布之后，将样品切成两半，并将其中一半的PET 膜移除。按照如下方式使一半样品经受电子束照射使用电子束处理器 CB-300 iElectrocurtain' (Energy Sciences, Inc.) 该处理器使用 12 英寸宽的 PET 网将样品传输过12英寸宽的电子帘束。将样品构造贴在网上并以20英尺/分钟(fpm)的速度传输通过处理器。束电压设置为300kV并将足够的电流施加到阴极以将40kGy的剂量递送到样品。移除PET膜并将电子束照射的样品展开以进行干燥。浸出测试浸出测试结果将1英寸X 2英寸的吖啶黄G与尼龙的样品(电子束处理过的和电子束未处理过的两者)放置于20mL小瓶中，并向每个中加入5mL蒸馏水。将小瓶在摇动器上放置30分钟，然后使其在工作台上静置36天。使用UV-Vis分光光度计对浸出的水进行染料分析。在UV-Vis分光光度计上还分析已知浓度的吖啶黄G的多个稀释液以得到标准曲线。由电子束照射过的样品浸出的液体的浓度为0. 741ppm，而未由电子束照射过的样品浸出的液体的浓度为2. llppm。电子束照射过的样品显示差不多3倍的浓度降低。相比用于处理尼龙的初始0.05重量％ (500ppm)的溶液，这些浓度均非常低。这表明染料被强力结合到尼龙。抗微牛物测试按照美国纺织染化工作者协会(AATCC)方法100，使用D/E中和肉汤和用于计数的3MTMPetrifilmTM好氧计数板(Aerobic Count Plate)对样品进行测试。在测试前不对样品灭菌。将每个样品O英寸X2英寸)用Iml含有约1-2X IO5个菌落形成单位(CFU)/ 毫升的适当试验菌的悬浮液进行接种。将样品在下温育M小时。在温育M小时后，将每个样品置于无菌均质器袋(stomacher bag)中并加入IOOml的D/E中和肉汤。在 Seward 400型Momacher中将样品处理1分钟。进行10°、IO1及最高至IO4的系列稀释并使用3MTMPetrifilmTM好氧计数板进行好氧板计数。将一组样品在黑暗中温育而将第二组样品用光温育。在35°C 士 1°C下温育48小时后，记录每个样品的菌落形成单位总数，并将实际的计数换算成log/cm2。根据Mh时未处理的(对照)样品计算微生物数量的减少百分比。以金黄色葡萄球菌(Maphylococcus aureus) (ATCC 6538)和大肠杆菌(E. coli) (ATCC 11229)对样品进行测试。
权利要求
1.一种光活化抗微生物制品，其基本上由在没有连接基团的情况下共价键合到尼龙材料的吖啶染料组成。
2.根据权利要求1所述的光活化抗微生物制品，其中所述吖啶染料是吖啶黄G。
3.根据权利要求1所述的光活化抗微生物制品，其中所述尼龙材料为非织造尼龙材料。
4.一种制备光活化抗微生物制品的方法，该方法包括提供基本上由设置在尼龙材料上的吖啶染料组成的光敏尼龙材料，和使用电子束处理所述光敏尼龙材料，使得所述吖啶染料在没有连接基团的情况下共价键合到所述尼龙材料。
5.一种用于抑制微生物生长的方法，该方法包括提供基本上由设置在尼龙材料上的吖啶染料组成的光敏尼龙材料， 使所述光敏尼龙材料暴露于微生物， 提供光源，和激发所述光源，使得所述光源所发出的光被所述吖啶染料吸收。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述吖啶染料是吖啶黄G。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述尼龙材料为非织造尼龙材料。
8.一种用于抑制微生物生长的方法，该方法包括提供包含在没有连接基团的情况下共价键合到尼龙材料的吖啶染料的光活化抗微生物制品，使所述光活化抗微生物制品暴露于微生物， 提供光源，和激发所述光源，使得所述光源所发出的光被所述吖啶染料吸收。
9.根据权利要求8所述的方法，其中光敏剂是吖啶黄G。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述尼龙材料为非织造尼龙材料。
11.一种医疗套件，其包括 光源，以及光活化抗微生物制品，所述光活化抗微生物制品基本上由在没有连接基团的情况下共价键合到尼龙材料的吖啶染料组成。
全文摘要
本发明公开了一种光活化抗微生物制品，所述光活化抗微生物制品基本上由在没有连接基团的情况下共价键合到尼龙材料的吖啶染料组成。可使用电子束处理来制备所述制品。所述制品与被所述吖啶染料吸收的光相结合可用于抑制微生物生长。还可使用其中所述吖啶染料设置在所述尼龙材料上的光敏尼龙材料。本发明公开了包括光源和制品的医疗套件，所述制品具有所述吖啶染料。
文档编号A61L2/10GK102481385SQ201080037259
公开日2012年5月30日 申请日期2010年6月23日 优先权日2009年6月30日
发明者卡罗琳·M·伊利塔洛, 玛利亚·A·阿普琳, 索尼娅·K·贝尔格拉德, 纳里纳·Y·斯捷潘诺娃, 道格拉斯·E·韦斯 申请人:3M创新有限公司