抗微生物涂层的制作方法

本发明一般涉及具有杀菌或抗微生物活性的涂层。本发明亦涉及使用本发明公开的涂层涂覆基底的方法以及本发明公开的涂层或涂覆表面的用途。
背景技术：
：感染性疾病和全世界范围内流行病的增加的威胁强调了抗生素和卫生的重要性。对于许多商业应用而言，微生物感染亦为最严重的问题之一，例如医疗装置和医院表面、织物、食品包装、儿童玩具、电器和牙外科设备。已投入密集的工作以产生自消毒和杀微生物的表面，其主要通过将杀微生物剂涂覆到表面上以生化地减小微生物的感染性来实现。然而，在这点上仍存在重大挑战，例如形成对所述杀微生物剂的耐药性、微生物杀灭效力低以及所述涂覆表面的长期稳定性较差。最近公开的是，依赖于物理作用机制而非生化作用机制的生物策略，提供了针对细菌生长的有前景的解决方案。在该公开内容中，发现蝉翼表面覆盖有密集的纳米级柱状结构图案，其为圆柱状的且具有圆形末端，以及通过使附着的微生物细胞破裂来阻止细菌生长。亦证明的是，合成纳米图案(例如黑硅表面)和细胞之间的纯粹物理相互作用亦导致细胞变形和大量裂解，而无需额外的外部化学物质或机械设备来辅助微生物杀灭。物理作用机制的这一发现，给开发创新性杀微生物的表面的技术开辟了重大机会，所述杀微生物表面是洁净和安全的，不需要外部化学物质且没有微生物耐药性问题。然而，还不存在可以有效且简单的方式产生这类细胞破坏性表面的现有技术。如上所提及的，黑硅和TiO2表面上的纳米结构已展现杀微生物特性。这些表面纳米图案通过自上而下法在特定材料上产生，当所述图案降到纳米级时，这变得非常具挑战性。因此，这些表面趋于价格过高且所述合成方法限于特定类型的材料。另一方面，金属有机骨架(MOF)使用金属物质和多官能有机接头，经由自下向上(自组装)法构建其确定的纳米图案。该方法已用于在多种基底的表面上生长MOF膜或薄膜。因此，在过去十年，对于将MOF整合到如传感、分离和催化等基于基底的应用中的探索，吸引了越来越多的注意。所述关注与MOF的独特性质相关，例如用于合成的温和反应条件以及其被证实的化学稳定性和热稳定性。然而，还未将所述自下而上法应用于制备展现杀微生物特性的仿生表面。因此，需要提供展现杀微生物特性的表面或涂层，其克服或至少改进上述一个或更多个缺点。亦需要提供制备具有较高杀微生物活性的图案化表面的通用且可扩展的方法。发明概述根据第一方面，提供了包含金属有机骨架的涂层，所述金属有机骨架具有包含至少一种多价金属物质和至少一种有机配体的沸石结构，所述涂层具有包含突出物阵列的形貌，且各突出物具有至少一个锥形远端。有利的是，本发明公开的涂层具有杀菌或抗微生物特性。所述杀菌或抗微生物作用可利用物理机制来杀灭微生物，而非化学或生化机制，从而有利地避免形成微生物抗性或耐药性。不受理论束缚的情况下，假定的是，本发明公开的涂层的形貌(具体而言其锥形或尖形突出物的阵列)能够破坏或刺穿接触到用本文所述的涂层涂覆的表面的微生物的细胞膜或细胞壁。进一步假定的是，如本文所述的涂层的形貌，可基本上或完全阻止所述涂覆表面上的细胞附着。另外有利的是，本发明公开的涂层可沉积在多种基底表面上或与之结合，以在所述表面上赋予杀菌或抗微生物特性，所述表面可以是光滑的、平或不平的，或者亲水或疏水的。根据第二方面，提供了使用具有沸石结构的金属有机骨架层涂覆基底的方法，所述方法包括以下步骤：a.提供包含有机配体的水溶液；b.使所述基底的至少一个表面与所述溶液接触；和c.使所述有机配体与多价金属物质反应，从而使所述金属有机骨架层沉积在所述基底的表面上。有利的是，可在所述基底表面上直接或原位组装或获得所述涂层。因此，制备本发明公开的涂层可有利地为经济的且可不需要高端或昂贵的设备。根据第三方面，提供了制备消毒剂、防腐剂或抗生素的方法，所述方法包括使用如本文所定义的涂层涂覆基底的表面。根据第四方面，提供了如本文所定义的沸石咪唑酯骨架(ZIF)在制备用于消毒、作为防腐剂或用于灭菌的药物中的用途。定义在本文中使用的下列词语和术语应具有以下指定的意义：术语“阵列”，广泛理解为是指在区域内分布且间隔开的多个结构。阵列内的结构不必具有相同的方向。术语“突出物”，广泛理解为是指向外伸出表面的结构。术语“锥形远端”是指结构的尖形顶端。词语“基本上”不排除“完全”，例如“基本上不含”Y的组合物可完全不含Y。必要时，可从本发明的定义中略去词语“基本上”。除非另有规定，否则术语“包含(comprising)”和“包含(comprise)”及其语法变形旨在表示“开放性的”或“包含性的”语言，由此其不仅包含列举的要素，还允许包含另外的未列举的要素。如在本文中所用的术语“约”，在所述制剂的组分的浓度的文段中，通常意指规定值的+/-5％，更通常为规定值的+/-4％，更通常为规定值的+/-3％，更通常为规定值的+/-2％，甚至更通常为规定值的+/-1％，以及甚至更通常为规定值的+/-0.5％。在本公开内容各处，可以范围形式公开某些实施方案。应理解的是，范围形式的描述仅为方便和简洁起见，且不应理解为本发明公开范围的范围(scope)的硬性限制。因此，所述范围的描述应认为是具体公开了所有可能的子范围以及所述范围内的各数值。例如，诸如从1至6的范围描述，应认为是具体公开了诸如从1至3、从1至4、从1至5、从2至4、从2至6、从3至6等子范围，以及所述范围内的各数字，例如1、2、3、4、5和6。不论所述范围的宽度，这均适用。亦可在本文中广泛且类属地描述某些实施方案。落入所述类属公开内容之内的各个较窄的种和亚属分组，亦形成本公开内容的一部分。这包括带有从所述属中去除任何主题名称的前提或者否定性限制(negativelimitation)的实施方案的类属描述，而不论是否在本文中具体列出所述移除的物质。实施方案详述现在将公开涂层的示例性的非限制性实施方案。在实施方案中，提供了包含金属有机骨架的涂层，所述金属有机骨架具有包含至少一种多价金属物质和至少一个有机配体的沸石结构，所述涂层具有包含突出物阵列的形貌，且各突出物具有至少一个锥形远端。金属有机骨架(MOF)是一类结晶化合物，其在过渡金属阳离子和多齿有机配体之间包含配位键。沸石与MOF类似，在于沸石为这样的结晶固体结构，其在硅原子、铝原子和氧原子之间包含配位键，形成具有其中可存留阳离子、水和/或小分子的腔和槽的骨架。如用于本发明的文段中的术语“沸石结构”，是指这样的笼形结构，其中将所述铝和硅骨架原子部分地或全部地替换成其他多价离子，例如多价金属离子或多齿有机配体。在本公开内容的实施方案中，所述多价金属物质可以是选自二价、三价、四价和五价金属离子的过渡金属物质及其混合物。所述多价金属物质可选自元素周期表的d区。例如，所述多价金属物质可包括Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg或其组合。在其他实施例中，所述多价金属物质可包括Al、Si、Ga、In、As、Ge或其组合。在具体的实施方案中，所述多价金属物质选自Cu、Zn、Ag、Cd、Au、Hg及其组合。在又一实施方案中，所述多价金属物质为Zn。在所述沸石结构中，可存在一种、两种、三种、四种、五种、六种、七种、八种、九种或10种不同类型的多价金属物质。所述有机配体为这样的有机分子，其中可存在使所述有机配体能够与相同或不同类型的另一个有机配体结合或者与所述多价金属物质结合的一个或多个位点，从而产生所述沸石结构。在实施方案中，所述有机配体可以是单齿的或多齿的，例如二齿的、三齿的、四齿的、五齿的或六齿的。在实施方案中，所述有机配体可以是咪唑、咪唑衍生物、咪唑酯或经取代的咪唑酯。包含咪唑、咪唑衍生物、咪唑酯或经取代的咪唑酯配体的沸石结构称为沸石咪唑酯骨架(ZIF)。因此，本发明公开的涂层或本发明公开的金属有机骨架可包含ZIF。有利的是，ZIF无毒、化学稳定且直至200℃热稳定。因此，本发明公开的涂层有利地能够在低于200℃的温度维持其结构和形貌。所述ZIF可包含二维或三维结构。所述沸石咪唑酯骨架可包含与所述有机配体以四面体配位(tetrahedrallycoordinated)的多价金属物质。在其他实施方案中，所述多价金属物质可与所述有机配体线性配位或者以三角形配位或者以八面体配位或者以立方体配位。所述涂层可包含一层或更多层ZIF，其通过多价金属物质和有机配体之间的反应在基底表面上组装。换言之，基底可在其表面上涂覆有本发明公开的涂层。有利的是，本发明公开的涂层可以不需要任何粘合剂来辅助与所述基底表面的粘附。有利的是，本发明公开的涂层可具有与支持物或基底更佳的粘附。另外有利的是，已知ZIF导致连续且无针孔的涂层、薄膜或膜。因此，可通过使基底表面与包含所述有机配体和所述多价金属物质的反应混合物接触来制备本发明公开的金属有机骨架。可在接触到反应混合物的基底表面上原位组装所述涂层，所述反应混合物包含所述多价金属物质的盐溶液和包含咪唑、咪唑衍生物、咪唑酯或经取代的咪唑酯的溶液。所述ZIF层的组装可原位进行以产生本发明公开的涂层。有利的是，制备本发明公开的涂层可为经济的且不需要高端或昂贵的设备。多价金属物质和有机配体的自组装在基底表面上产生图案和形貌。因此，因结构可能性的多样性所致，ZIF晶体可具有不同的形状，例如多面体形状或者剑形或片状或叶形形状。所述有机配体可衍生自具有以下结构的咪唑：其中R1为烷基、烯基、环烷基或芳基；R2为H；且R3和R4各自为独立的H、烷基、烯基、环烷基或芳基；其中R1至R4各自任选地为经卤素、氨基、羟基、C1-10烷基、氧、氰基、硝基、卤代烷基、烷氧基和卤代烷氧基取代的。除非另有说明，否则如在本文中所用的术语“烷基”，是指线性或支链的C1-20烷基。所述烷基可以是甲基、乙基、1-丙基、异丙基、1-丁基、2-丁基、异丁基、叔丁基、戊基(amyl)、1,2-二甲基丙基、1,1-二甲基丙基、戊基(pentyl)、异戊基、己基、4-甲基戊基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、2,2-二甲基丁基、3,3-二甲基丁基、1,2-二甲基丁基、1,3-二甲基丁基、1,2,2-三甲基丙基、1,1,2-三甲基丙基、2-乙基戊基、3-乙基戊基、庚基、1-甲基己基、2,2-二甲基戊基、3,3-二甲基戊基、4,4-二甲基戊基、1,2-二甲基戊基、1,3-二甲基戊基、1,4-二甲基戊基、1,2,3-三甲基丁基、1,1,2-三甲基丁基、1,1,3-三甲基丁基、5-甲基庚基、1-甲基庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基或十二烷基。术语“烯基”是指含有至少一个碳-碳双键并具有从2至20个碳原子的直链或支链不饱和脂族基团。所述烯基可以是乙烯基、丙烯基、丁烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、2-甲基丙烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、2-甲基丁-1-烯基、3-甲基丁-1-烯基、2-甲基丁-2-烯基、1-己烯基、2-己烯基、3-己烯基、2,2-二甲基-2-丁烯基、2-甲基-2-己烯基、3-甲基-1-戊烯基或者1,5-己二烯基。术语“环烷基”是指包含约3个至约20个碳原子的非芳族的单环或多环系统。所述环烷基可以是环丙基、环戊基、环己基、环庚基、1-萘烷基、降莰烷基或金刚烷基。术语“芳基”是指具有6-20个碳原子的芳族烃的一价或二价的单个多核的缀合或融合的残基。所述芳基可以是苯基、二苯基、萘基或菲基。如在本文中所用的术语“卤素”，是指氟、溴、氯和碘。术语“烷氧基”可以指-O-烷基。烷氧基的代表性实例包括但不限于甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、叔丁氧基等。术语“卤代烷基”是指如在本文中所述的这样的烷基，其中所述碳原子中的一个或更多个与卤素基团共价键合。术语“卤代烷氧基”应被相应地理解。在实施方案中，所述有机配体衍生自化合物：在实施方案中，所述有机配体为2-甲基咪唑。当所述有机配体为2-甲基咪唑(2-Me-Im)且所述多价金属物质为Zn时，所得ZIF晶体可显示为例如具有至少一个锥形末端的多面体形或剑形。具有至少一个锥形末端的所述构型，在本文中可互换地描述为剑形、片状或叶形。所述剑形Zn/2-Me-ImZIF晶体称为ZIF-L，而所述多面体Zn/2-Me-ImZIF晶体称为ZIF-8。所述剑形ZIF-L晶体从所述基底表面突出，末端指向远离所述基底表面的方向，即所述远端或所述顶端为锥形的。所述锥形远端使所述剑形晶体结构显示为尖形的。另一方面，所述多面体ZIF-8晶体的远端显示为圆形的。所述平面ZIF-L晶体和所述多面体ZIF-8晶体的显微照片分别显示于图1b和图1c。因此，所述金属有机骨架可具有ZIF-L晶体结构。包含至少一个锥形远端的Zn/2-Me-ImZIF晶体的粉末可通过以下包含在2θ值的衍射峰的x-射线衍射图谱来表征，其中最高峰具有约15-17的2θ值。相比之下，包含圆形远端的Zn/2-Me-ImZIF晶体的粉末可通过以下包含在2θ值的衍射峰的x-射线衍射图谱来表征，其中最高峰具有约7-8的2θ值。所述沸石结构可以是斜方晶系的。在实施方案中，所述沸石结构可以是双锥点群的。在一个具体的实施方案中，所述沸石结构具有这样的晶胞，其具有Cmce空间群，其中a为24.1191(5)，b为17.0604(3)和c为19.7398(4)。沸石结构的这些实施方案有利地使所述突出物能够具有至少一个锥形或尖形远端。在本文中发现的是，与非杀菌性的所述具有圆形远端的沸石晶体结构相比，所述具有至少一个锥形远端的沸石晶体结构有利地展现或具有杀微生物活性。所述具有至少一个锥形远端的沸石晶体结构可致使在小于约5000ppm、或小于约4000ppm、或小于约3000ppm、或者约2500ppm或2.5mg/mL的浓度的细菌的抑制或减少。所述具有至少一个锥形远端的沸石结构可致使在小于约5000ppm、或小于约4000ppm、或小于约3000ppm、或小于约2000ppm、或者约1200ppm或1.2mg/mL的浓度的真菌的抑制或减少。相比之下，所述具有圆形远端的沸石晶体结构可能不导致细菌和真菌的抑制或减少，或者可具有约5000ppm或更高的最低抑菌浓度。可从包含所述多价金属物质(M)的盐溶液和包含有机配体的溶液的反应混合物制备所述金属有机骨架。可从包含所述多价金属物质(M)的盐溶液和包含咪唑、咪唑衍生物、咪唑酯或经取代的咪唑酯(统称为咪唑或Im)的溶液的反应混合物制备所述金属有机骨架。所述多价金属物质可选自如在本文中公开的一种或数种。所述盐溶液可包括金属卤化物、金属硫酸盐、金属碳酸盐、金属硝酸盐、金属氯酸盐、金属甲酸盐或其混合物。在一些实施方案中，所述盐溶液可包含二价金属盐，其中所述金属盐选自Zn、Co、Fe或Cu的盐。在一些实施方案中，所述盐溶液可包含溴化锌(ZnBr2)、氯酸锌(Zn(ClO3)2)、氯化锌(ZnCl2)、碘化锌(ZnI2)、硝酸锌(Zn(NO3)2)、硫酸锌或其混合物。所述有机配体可以是咪唑或2-甲基咪唑。所述咪唑和所述金属物质可以约20:1至约4:1的Im:M摩尔比提供。所述咪唑和所述金属物质可以选自以下的摩尔比提供：20:1、19:1、18:1、17:1、16:1、15:1、14:1、13:1、12:1、11:1、10:1、9:1、8:1、7:1、6:1、5:1和4:1。在一个实施方案中，所述咪唑和所述金属物质可以约9:1至约5:1的Im:M摩尔比提供。在优选的实施方案中，所述咪唑和所述金属物质可以约8:1至约6:1的Im:M摩尔比提供。有利的是，当在这些范围内提供所述Im:M摩尔比时，可制备具有所需形貌的涂层。另外有利的是，如在本文中所公开的所述Im:M摩尔比使得能够形成突出物阵列，各突出物具有至少一个锥形远端。甚至还更有利的是，具有尖形顶端的突出物的形成赋予所述涂层抗微生物或杀菌作用。在最优选的实施方案中，所述咪唑和所述金属物质可以约7:1的Im:M摩尔比提供。有利的是，在此最佳摩尔比时，可制备包含具有本文所公开的尺寸的突出物的涂层。所述涂层可通过使包含2-甲基咪唑的溶液和所述金属物质以约7:1的摩尔比反应来获得或者可从所述反应获得，借此形成包含沸石咪唑酯骨架(ZIF)的涂层。所述金属盐溶液可在所述咪唑溶液之前、之后加入或与之同时加入。在实施方案中，可以逐滴方式连续地向所述咪唑溶液中加入所述金属盐溶液。有利的是，因为加入的所述金属物质的摩尔比小于所述咪唑，所以可适当地控制所述反应。可在选自以下的物理搅动下进行所述反应：超声处理、摇动、振荡、搅拌或其组合。所述反应可在室温进行2-4小时的时间。在实施方案中，所述反应进行约3小时的时间。因此，可在基底表面上获得金属有机骨架的突出物阵列，其中各突出物具有至少一个锥形远端。所述突出物阵列可具有这样的构型，其赋予本发明公开的涂层杀菌或抗微生物特性。所述杀菌或抗微生物特性可利用物理机制而非化学机制来进行微生物杀灭，其有利地避免了微生物抗性的形成。不受理论束缚的情况下，假定的是，本发明公开的涂层的形貌(具体而言其锥形或尖形突出物阵列)能够破坏或刺穿接触到用本文所述的涂层涂覆的表面的微生物的细胞膜或细胞壁。进一步假定的是，如在本文中公开的涂层的形貌，可基本上或完全阻止所述涂覆表面上的细胞粘附。如在本文中公开的各突出物包含从表面伸出的主体，所述主体基本上为平面的且具有一致或不一致的宽度，且末端有至少一个肩部。从所述肩部至尖形顶端的末端，本发明公开的突出物的远端的宽度可逐渐减小。所述突出物的肩部可以是随机指向的，即，所述突出物的平面可以是随机朝向的。各突出物可包含一个、两个、三个、四个、五个或更多个锥形远端或尖形远端。所述突出物可以是二维或三维的。所述突出物可具有微米或纳米范围的宽度。各突出物的宽度可为约0.1-5μm。各突出物的宽度可为约0.1、0.25、0.5、0.75、1.0、1.25、1.5、1.75、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5或5.0μm。各突出物的宽度可在这样的范围内，该范围具有选自前述值中任两个的上限和下限。在优选的实施方案中，所述突出物可具有约0.5μm-1μm、0.7μm-1μm、0.7μm-0.9μm或0.8μm的宽度。所述突出物可具有微米或纳米范围的高度。在实施方案中，所述突出物高度可大于或等于1微米。各突出物的高度可为约1.0-约2.5μm。各突出物的高度可选自1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4或2.5μm。各突出物的高度可在这样的范围内，其具有选自前述值中任两个的上限和下限。在实施方案中，所述突出物高度可为约2.0-2.4、2.0-2.3、2.0-2.2或2.0-2.1μm。在优选的实施方案中，所述突出物高度可为约1.3μm-1.7μm、1.3μm-1.6μm、1.4μm-1.6μm或1.5μm。所述突出物可具有微米或纳米范围的厚度。各突出物的厚度可为约0.05-约0.25μm。各突出物的厚度可为约0.05、0.075、0.10、0.125、0.150、0.175、0.200、0.225或0.250μm。各突出物的厚度可在这样的范围内，其具有选自前述值中任两个的上限和下限。在实施方案中，所述突出物可具有约0.10-0.20、0.12-0.20、0.14-0.20、0.16-0.20或约0.18-0.20μm的厚度。在优选的实施方案中，所述突出物可具有约0.08μm-0.12μm、0.08μm-0.11μm、0.09μm-0.11μm或0.1μm的厚度。所述突出物的锥形远端可以是微米或纳米尺寸的。即，从所述突出物的肩部至所述远端的顶点测量的所述远端的高度，可以是微米或纳米尺寸的。在实施方案中，各锥形远端的高度可为约0.5、0.45、0.4、0.35、0.3、0.25、0.2、0.15、0.1、0.05、0.04、0.03、0.02或0.01μm。各锥形远端的高度可在这样的范围内，其具有选自前述值中任两项的上限和下限。在一个实施方案中，所述突出物的高度可为所述锥形远端的高度的两倍、三倍、四倍、五倍、六倍、七倍、八倍、九倍或十倍。所述突出物的宽度可为所述突出物的厚度的两倍或更多倍、三倍或更多倍、四倍或更多倍、五倍或更多倍、六倍或更多倍、七倍或更多倍、八倍或更多倍、九倍或更多倍或者10倍或更多倍。从所述突出物从其伸出的表面至所述突出物的远端的顶点测量的所述突出物的高度，可具有大约与所述突出物的宽度相同的尺寸。在另一实施方案中，所述突出物的高度可为所述突出物的宽度的约0.2倍、0.3倍、0.4倍、0.5倍、0.6倍、0.7倍、0.8倍或0.9倍。在又一实施方案中，所述突出物的高度可为所述突出物的宽度的一倍或更多倍、两倍或更多倍、三倍或更多倍、四倍或更多倍、五倍或更多倍、六倍或更多倍、七倍或更多倍、八倍或更多倍、九倍或更多倍、10倍或更多倍、11倍或更多倍、12倍或更多倍、13倍或更多倍、14倍或更多倍、15倍或更多倍、16倍或更多倍、17倍或更多倍、18倍或更多倍、19倍或更多倍或者20倍或更多倍。各突出物的高度、宽度和厚度可与阵列中的另一突出物不同，但均在本文所公开的尺寸之内。在优选的实施方案中，所述突出物可具有约1.5μm的高度、约0.8μm的宽度和约0.1μm的厚度。有利的是，具有包含突出物阵列的形貌的涂层具有最佳的抗微生物或杀菌作用，所述突出物具有本发明公开的尺寸。在所述阵列中所述突出物的排列可不同，但各突出物可间隔小于约2μm间距、或者约1.8μm间距、约1.6μm间距、约1.4μm间距、约1.2μm间距、约1μm间距、约0.8μm间距、约0.6μm间距、或者约0.5μm-约2μm间距，或者以具有选自前述值中任两个的上限和下限的范围间隔。已知的是，蝉(鸣蝉(Psaltodaclaripennis))翼包含柱形突出物阵列，各柱状突出物具有约200nm的高度。所述蝉翼的柱状突出物的远端包含直径或宽度为约60nm的球冠(sphericalcap)。相比之下，本发明公开的突出物的高度可有利地为约1μm或更高，同时本发明公开的突出物的远端为尖形的。所述蝉翼的纳米柱状阵列结构和本发明公开的涂层的纳米剑形阵列结构的显微照片分别显示于图8a和图8b。更重要的是，已知蝉翼经由物理相互作用杀灭细菌。因此，比所述蝉翼的阵列更高且更尖的本发明公开的突出物阵列，作为抗微生物剂可有利地比所述蝉翼更有效。不受理论束缚的情况下，与所述蝉翼相比在抗微生物活性上的增加，是因为本发明公开的沸石结构的锥形远端在接触到本发明公开的涂层的任何微生物细胞上施加更高的压力，从而更容易地刺穿所述细胞膜，导致细胞变形和裂解。本发明公开的涂层可沉积在、负载(supported)于任何合适的基底表面上或与之结合。本发明公开的涂层可沉积在、负载于不同光滑度的表面上或与之结合。本发明公开的涂层可沉积在光滑表面上，例如玻璃和金属，或者沉积在不均匀(uneven)表面上，例如木材和合成纤维。在实施方案中，所述基底可以是生物相容性聚合物并因此可有利地在动物或人体内用于抗微生物目的。在实施方案中，所述基底可通常由金属、塑料、木材或玻璃材料制备。在实施方案中，所述基底可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、硅酮、滤纸、铜箔、玻璃、合成纤维、一次性面罩、聚四氟乙烯(Teflon)胶带或木材。在又另外的实施方案中，本发明公开的涂层可沉积在、负载于不同亲水性的表面上或与之结合。本发明公开的涂层可沉积在亲水表面上，特征为具有约<10°的水接触角，例如纤维素纤维。本发明公开的涂层可沉积在疏水表面上，特征为具有从约>150°至>170°的水接触角，例如Teflon。本发明公开的涂层可微溶于水性溶剂，例如水、胰蛋白酶大豆肉汤(TSB)和磷酸缓冲盐水(PBS)。有利的是，本发明公开的涂层在其应用上可以是通用的且可赋予多种基底和多种材料抗微生物或杀菌特性。现在将公开使用沸石咪唑酯骨架(ZIF)层涂覆基底的方法的示例性的非限制性实施方案。在一个实施方案中，提供了使用具有沸石结构的金属有机骨架层涂覆基底的方法，所述方法包括以下步骤：a.提供包含有机配体的水溶液；b.使所述基底的至少一个表面与所述溶液接触；和c.使所述有机配体与多价金属物质反应，借此使所述金属有机骨架层沉积在所述基底的表面上。在一个实施例中，提供了使用沸石咪唑酯骨架(ZIF)层涂覆基底的方法，所述方法包括以下步骤：a.提供包含咪唑、咪唑衍生物、咪唑酯或经取代的咪唑酯的水溶液；b.使所述基底的至少一个表面与所述溶液接触；和c.使所述咪唑、咪唑衍生物、咪唑酯或经取代的咪唑酯与多价金属物质反应，借此使所述沸石咪唑酯骨架层沉积在所述基底的表面上。有利的是，本发明公开的涂覆法提供制备以下涂层的经济的且可扩展的方法，所述涂层具有包含突出物阵列的形貌，各突出物具有至少一个锥形远端。有利的是，本发明公开的涂覆法提供在基底表面上生长剑形或片状或叶形的ZIF阵列以赋予更佳的杀微生物和抗微生物活性的新方法。本发明公开的涂覆法提供在基底表面上生长突出物的ZIF阵列以赋予更佳的杀微生物和抗微生物活性的新颖方法，各突出物具有至少一个锥形远端。所述方法简单且适于大范围的基底。所述基底可以是如在本文中公开的基底。所述水溶液可包含如在本文中公开的咪唑、咪唑衍生物、咪唑酯或经取代的咪唑酯(统称为咪唑)。所述多价金属物质可选自如在本文中公开的一种或数种。所述多价金属物质可为如在本文中公开的盐溶液的形式。即，所述反应混合物可包含所述多价金属物质的盐溶液。可在如本文所公开的条件下进行所述反应步骤。例如，可以在本文所公开的温度和持续时间进行所述反应步骤。所述咪唑和金属物质可以本文所公开的Im:M摩尔比提供。在实施方案中，提供了制备消毒剂、防腐剂或抗生素的方法，其包括使用如本文所述的涂层涂覆基底的表面。例如，所述消毒剂可用于清洁；所述防腐剂可用于伤口上；和可给予所述抗生素以治疗微生物感染。在实施方案中，提供了如本文所定义的ZIF在制备用于消毒、作为防腐剂或用于灭菌的药物中的用途。所述ZIF可配制于药学可接受的赋形剂或载体上或者所述ZIF与药学可接受的赋形剂或载体可配制在一起。在实施方案中，提供了包含如本文所述的涂层的抗微生物表面。有利的是，所述涂层显示出针对广谱微生物菌株的杀菌和抗微生物特性。例如，所述涂层可显示出针对诸如大肠杆菌(Escherichiacoli)和绿脓杆菌(Pseudomonasaeruginosa)的革兰氏阴性菌以及诸如金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)的革兰氏阳性菌的杀菌特性。所述涂层亦可显示出针对诸如白色念珠菌(Candidaalbicans)、酵母的真菌的抗微生物活性。当使用JISZ2801/ISO22196方法进行评价时，所述涂层可在24小时内提供在微生物群体上的至少4-8或者4、5、6、7或8的对数减少。在具有0.07的光密度(OD600)的微生物群体中，所述涂层可提供4、5、6、7或8的对数减少。附图简述所述附图图示说明了公开的实施方案且用于解释本发明公开的实施方案的原理。然而，要理解的是，设计所述附图仅以图示说明为目的，且不作为本发明的界限的定义。图1图1a-1h显示根据实施例1，使用不同的2-Me-Im:Zn比率的2-甲基咪唑(2-Me-Im)和Zn涂覆的玻璃表面的场发射扫描电子显微照片。图1i显示根据实施例1，由35:1和7:1的2-Me-Im:Zn比率产生的ZIF粉末的x-射线衍射图谱。图1j显示根据实施例1，由7:1的2-Me-Im:Zn比率产生的ZIF粉末(ZIF-L粉末)、ZIF-L涂覆的玻璃和未涂覆的玻璃的x-射线衍射图谱。图2图2a阐述具有剑形形状的图1b的纳米晶体的相似点，而图2b显示图1b的俯视图和侧视图的场电子扫描电子显微照片。图3图3显示根据实施例2，使用7:1的2-Me-Im:Zn比率涂覆的各表面的场发射扫描电子显微照片。图4图4阐述在实施例3中证实的使用ZIF-L涂覆的PMMA表面对大肠杆菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)和白色念珠菌(C.albicans)的抗微生物特性。图5图5a图示说明了在实施例3中证实的使用ZIF-L涂覆的玻璃表面在静态条件下对大肠杆菌的抗微生物特性。图5b图示说明了在实施例3中证实的使用ZIF-L涂覆的玻璃表面在静态条件下对金黄色葡萄球菌的抗微生物特性。图6图6图示说明了在实施例3中证实的使用ZIF-L涂覆的玻璃表面在动态条件下对大肠杆菌的抗微生物特性。图7图7a图示说明了在实施例4中进行的浸出试验设置。图7b显示当大肠杆菌在与胰蛋白酶大豆肉汤(TSB)上清液、ZIF-L上清液和已知的抗微生物试剂IBN-C8接触下生长时的浸出试验结果。图8图8a显示蝉翼的纳米柱状阵列结构的场发射扫描电子显微照片，而图8b显示本发明公开的涂层的纳米剑形阵列结构的场发射扫描电子显微照片。实施例通过参考具体的实施例，将更详细地进一步描述本发明的非限制性实施例和对比性实施例，所述实施例不应以任何方式理解为限制本发明的范围。实施例1使用2-甲基咪唑(2-Me-Im)作为有机配体和Zn作为金属，使沸石咪唑酯骨架(ZIF)在普通玻璃表面上直接生长。将所述玻璃表面垂直置于含200.0ml2-Me-Im水溶液(0.35mol/L)的反应容器内。向所述溶液中逐滴加入20.0mlZn(NO3)2水溶液(0.5mol/L，以7:1的2-Me-Im:Zn摩尔比)。将所述混合物于25℃搅拌3h以获得连续的ZIF-L层。将所述ZIF-L涂覆的支持物用乙醇洗涤数次以去除所述表面上的任何散落的粉末。然后在烘箱中于60℃干燥所述经洗涤的涂覆支持物。使用场发射扫描电子显微镜(SEM，JEOLJSM-7400F，日本)研究所述涂覆表面的表面形貌，用2-nm至3-nm铂层喷涂样品以提供导电表面。使用不同比率(2:1、35:1和70:1)的2-Me-Im与Zn重复所述实施例。在所述玻璃表面上产生ZIF涂层，且涂覆表面的场发射扫描电子显微照片显示于图1。图1a显示2-Me-Im:Zn比率为2:1的涂覆表面的俯视图，而图1e显示该涂覆表面的侧视图。图1b显示2-Me-Im:Zn比率为7:1的涂覆表面的俯视图，而图1f显示该涂覆表面的侧视图。图1c显示2-Me-Im:Zn比率为35:1的涂覆表面的俯视图，而图1g显示该涂覆表面的侧视图。图1d显示2-Me-Im:Zn比率为70:1的涂覆表面的俯视图，而图1h显示该涂覆表面的侧视图。如在图1a-h中所示，不同比率的2-Me-Im/Zn在玻璃表面上得到非常不同的涂层形貌。当所述2-Me-Im/Zn比率大于35时(图1c、1d、1g和1h)，形成一层连续密集的ZIF涂层且进一步确认其为ZIF-8结构的。当所述2-Me-Im/Zn比率介于4-20之间且具体为7时(图1b和1f)，形成纳米剑形突出物阵列的连续的层且进一步确认其为ZIF-L结构的。即，剑形纳米晶体紧贴在所述玻璃表面上生长，所述晶体的尖端朝上，尽管其肩部为随机指向的。这在图2中显示，其阐述图1b的俯视图和侧视图。从所述玻璃表面突出的所述纳米剑形之间的距离亦不规则，但均小于2μm。由35:1和7:1的2-Me-Im:Zn比率产生的ZIF粉末的x-射线衍射图谱显示于图1i。可见的是，所述不同比率产生对于相似的2θ值具有不同强度的衍射图谱。由7:1的2-Me-Im:Zn比率产生的ZIF粉末(ZIF-L粉末)、ZIF-L涂覆玻璃和未涂覆玻璃的x-射线衍射图谱显示于图1j。实施例2除用于本实施例的表面不同之外，针对7:1的2-Me-Im:Zn比率(得到ZIF-L结构)重复实施例1中的步骤。除了如在实施例1中的玻璃之外，用于本实施例的表面还有聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、硅酮、滤纸、金属(铜箔)、合成纤维素纤维(来自一次性面罩)、Teflon胶带和木材。发现的是，ZIF-L可在所有这些表面上成功生长。这些表面上的ZIF-L涂层具有相似的纳米剑形阵列结构，尽管在阵列密度上有某些变化。这在图3以一系列场发射扫描电子显微照片显示。在图3的一系列图片的各图中的小图显示所述涂覆基底的放大视图。具体而言，图3a显示PMMA上的ZIF-L纳米剑形阵列，图3b显示硅酮上的ZIF-L纳米剑形阵列，图dc显示玻璃上的ZIF-L纳米剑形阵列，图3d显示滤纸上的ZIF-L纳米剑形阵列，图3e显示铜箔上的ZIF-L纳米剑形阵列，图3f显示合成纤维(来自面罩)上的ZIF-L纳米剑形阵列，图3g显示Teflon胶带上的ZIF-L纳米剑形阵列和图3h显示木材上的ZIF-L纳米剑形阵列。因此，本实施例显示，可在由不同材料(例如金属、塑料、木材和玻璃)制成的表面上成功生长ZIF-L。此外，本实施例显示，可在具有不同程度的亲水性的表面上成功生长ZIF-L，所述表面的范围从具有最大亲水性的纤维素纤维(水接触角<10℃)至具有最大疏水性的Telfon(水接触角>170℃)。本实施例还示出，可在具有不同程度的光滑度的表面上成功生长ZIF-L，所述表面范围从如玻璃和Teflon的光滑表面至如滤纸和木材的粗糙表面。重要的是，所有这些ZIF-L纳米阵列涂覆的表面均展现强杀菌特性。因此，这些结果证实，所述ZIF-L纳米剑形阵列涂覆法为通用的且所述简单的涂覆法可应用于多种支持物。实施例3在本实施例中，测试了ZIF-L涂覆的聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)表面对革兰氏阴性菌大肠杆菌(ATCC8739)、革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(ATCC6538)和酵母菌白色念珠菌(ATCC10231)的杀菌性能。所有细菌和酵母菌冷冻储存于-80℃，且在试验之前使之在胰蛋白酶大豆肉汤(TSB)中于37℃生长过夜。使酵母在酵母霉菌(YM)肉汤中于22℃生长过夜。使这些培养物的子样品再生长3h并稀释，得到在600nm处0.07的光密度值，其对应于约3×108CFUmL-1(MacFarland’s标准)。除用于本实施例的表面为PMMA表面之外，重复实施例1中的步骤。使用JISZ2801/ISO22196方法评价所述涂覆的PMMA表面的抗微生物特性。简单地说，将OD600＝0.07的指数生长的细菌进一步稀释100倍并用作试验接种物。将一百五十微升接种到各样品上并随后覆盖以40mm方形的塑料薄膜以确保所述培养物和所述涂层之间的紧密接触。将所述样品置于90-mm-直径培养皿中并于37℃培养。24h之后，用14.85ml的冷TSB小心洗涤所述涂覆的样品和对照二者以及覆盖膜，以使所述细菌重悬浮。通过稀释并一式双份在生长培养基琼脂平板上涂布且于37℃培养过夜来进行活菌计数。因不能在对数刻度上绘制0，所以向未观察到菌落时的各计数加上1以允许绘制0个计数。所述结果显示于图4的图表中且表明使用ZIF-L涂覆的PMMA表面的抗微生物特性。发现的是，当使用7:1的2-Me-Im:Zn比率时，所述ZIF-L纳米剑形阵列对大肠杆菌有强杀菌性，具24小时内7的对数减少。如在图4a中所示，产生所述ZIF-L纳米剑形突出物的所述7:1比率的CFU图表具有可忽略不计的大肠杆菌CFU读数，而所述2:1比率、所述35:1比率、所述70:1比率以及所述无涂层的对照PMMA表面的其他CFU图表具有107或更多的大肠杆菌CFU读数。此外，从所述35:1比率和所述70:1比率的CFU图表可见的是，所述ZIF-8密集涂层无杀菌性。图4b显示与使用ZIF-L涂覆的PMMA表面进行比较的无涂层的对照PMMA表面上的大肠杆菌生长的51天进展。可见的是，ZIF-L涂覆的PMMA有效杀灭大肠杆菌，在所述51天内对数减少始终大于7。另外，在全部51天内始终可忽略不计的大肠杆菌CFU读数表明所述ZIF-L纳米剑形涂覆的表面的良好稳定性。图4c显示与使用ZIF-L涂覆的PMMA表面进行比较的无涂层的对照PMMA表面上的金黄色葡萄球菌生长的24小时进展。可见的是，ZIF-L涂覆的PMMA有效杀灭金黄色葡萄球菌，具有8的对数减少，在24小时之后得到可忽略不计的金黄色葡萄球菌CFU读数。图4d显示与使用ZIF-L涂覆的PMMA表面进行比较的无涂层的对照PMMA表面上的白色念珠菌生长的24小时进展。可见的是，ZIF-L涂覆的PMMA有效杀灭白色念珠菌，在24小时之后对数减少为4。因此，这些结果证实，所述ZIF-L纳米剑形阵列涂覆法为高杀菌性的且可有效杀灭广谱的细菌菌株。再次重复本实施例以确定ZIF-L涂覆的玻璃表面对革兰氏阴性菌大肠杆菌(ATCC8739)和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(ATCC6538)的杀菌性能。用于确定杀菌动力学的方法如下。使细菌在TSB中生长至对数期并用PBS重悬浮。调节至OD600＝0.07之后，将所述重悬浮的细胞进一步稀释10倍。然后一式三份向6-孔板的孔中加入3ml的细胞悬液，各孔含有5.2cm2面积的ZIF-L涂覆的玻璃样品或作为对照的平板玻璃样品。在各时间点(0.5、1、3和6h)，移取100μl的所述细胞悬液，通过含生长培养基的一系列10倍稀释液复苏，并保持在冰上直至进行涂布。对于涂布，将100μl的所述稀释样品涂布在生长培养基琼脂平板上并在37℃过夜培养之后对菌落计数。结果显示于图5和图6的图表中且证明了使用ZIF-L涂覆的玻璃表面的抗微生物特性。如在图5a和图5b中所示，当与无涂层的对照玻璃表面进行比较时，产生所述ZIF-L纳米剑形突出物的7:1的2-Me-Im:Zn比率的CFU图表，分别显示在24小时内且静态条件下可忽略不计的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌CFU读数。如在图6中所示，当与无涂层的对照玻璃表面进行对比时，对于使用ZIF-L涂覆的玻璃，依据CFU的杀菌动力学显示在动态条件下(即，使用150rmp的恒定振荡速度)在PBS中37℃24小时之后可忽略不计的大肠杆菌。实施例4进行本实施例以证明ZIF-L纳米剑形涂覆的表面仅经由物理相互作用来杀灭细菌的假定。使用ZIF-L和ZIF-8粉末进行一组对照试验以证明所述假定。测试了由2-Me-Im:Zn比率为7:1的溶液合成的ZIF-L粉末对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的最低抑菌浓度(MIC)。对ZIF-8粉末、仅2-Me-Im和仅Zn(NO3)2·4H2O进行相同的试验。将所述MIC值(mg/mL)制表如下。[表1]大肠杆菌金黄色葡萄球菌白色念珠菌2-Me-Im12.5256.2Zn(NO3)2·4H2O3.1*>50*0.8ZIF-L2.52.51.2ZIF-8>5.0>5.05.0*测试的化学物质在胰蛋白酶大豆肉汤(TSB)培养基中形成沉淀。因此显而易见的是，ZIF-L具有低于ZIF-8的MIC。因此，与ZIF-8相比，需要更低浓度的ZIF-L来抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌。ZIF-L在H2O、磷酸缓冲盐水(PBS)和胰蛋白酶大豆肉汤(TSB)中的溶解度(37℃，24小时)分别为4.6、316和3.6ppm的Zn浓度，这远小于其MIC值(5000ppm)。这表明，所述杀菌作用来自所述ZIF-L涂层本身而非浸出的Zn。这亦表明，与抑制大肠杆菌所需的ZIF-L浓度相比，从所述ZIF-L涂层浸出到所述各种溶剂中的Zn浓度为可忽略不计的。为了在所述ZIF-L纳米剑形阵列的杀菌性能中进一步排除来自Zn的化学作用，制备了Pt涂覆的纳米剑形阵列且其显示出对大肠杆菌类似的杀菌特性。连同ZIF-8密集涂层表面为非杀菌性的这一事实，结论为，所述ZIF-L纳米剑形涂覆表面的杀菌特性依赖于物理机制而非生化机制。如下进行另一个Zn浸出试验。使含5mg/mlZIF-L的TSB于37℃孵育24h。离心之后，在琼脂平板中切出的1x1cm2孔中接种100μl的上清液，所述琼脂平板预先接种了一层汇合的大肠杆菌(参见图7a)。将所述平板于37℃培养24h，并将抑菌圈的存在与否用于评价可能的锌离子浸出。使用TSB上清液和已知的抗微生物试剂IBN-CB(结构如下)的溶液(64μg/ml)重复所述试验。IBN-C8，其中R＝C8H17如在图7b中所示，仅在含IBN-C8的样品中检测到大肠杆菌的抑制(通过指向所述1x1cm2孔周围的抑菌圈的箭头指出)。当使大肠杆菌细胞在与ZIF-L上清液接触下生长时，未检测到大肠杆菌的抑制。工业适用性可在待涂覆的基底的表面上直接生长或制备本发明公开的涂层。可进行涂覆的基底可由多种材料制备且可具有多种特性。本发明公开的涂覆所述基底的方法可以是简单、经济且可扩展的。本发明公开的方法为在表面上生长ZIF纳米阵列以赋予所述表面更佳的杀微生物活性的新方法。本发明公开的涂层的抗微生物作用归因于物理杀微生物机制而非通过生化反应。有利的是，可避免微生物抗性的形成。另外有利的是，对于使用者而言，本发明公开的杀微生物表面可为洁净且安全的，且不需要外部的杀微生物化学物质。将显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，在阅读前述公开内容之后，本发明的各种其他的修改和适应性调整对于本领域技术人员而言将是显而易见的，且意图所有这类修改和调整均在随附权利要求的范围之内。当前第1页1 2 3