(57)【要約】  本明細書に記載されているのは、抗菌能力を提供する架橋グラフェン材料系要素である。支持体も含むことができる要素が記載されている。支持体が微生物から保護されるべき物品であることができる要素も記載されている。上記の抗微生物要素および関連するデバイスを適用することによって、微生物を死滅させるための、または微生物汚染を防ぐための方法もまた記載される。【選択図】図１
2019532064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を含む抗微生物膜であって：
支持体；および
架橋された、任意に置換された酸化グラフェン化合物を含む支持体をコーティングする複合体を含み、ここで前記グラフェンは、安息香酸誘導体、式１の任意に置換されたビフェニル、式２の任意に置換されたトリフェニルメタン、式３Ａまたは３Ｂで表される任意に置換されたジフェニルアミンまたは任意に置換された９Ｈ−カルバゾール、および式４の任意に置換されたビスヒドロキシメチルプロパンジオール化合物からなる群から選択される架橋剤によって架橋されたものであり：
式１；
【化１】
2019532064.tif 000063
式中、Ｒ１およびＲ２は独立してＮＨ２またはＯＨであり；Ｒ３およびＲ４は独立して、ＯＨ、ＳＯ３Ｈ、ＳＯ３Ｎａ、またはＳＯ３Ｋである；
式２；
【化２】
2019532064.tif 000064
式中、Ｒ５は、Ｈ、ＣＨ３、またはＣ２Ｈ５であり；Ｒ６は、Ｈ、ＣＨ３、−ＣＯ２Ｈ、−ＣＯ２Ｌｉ、−ＣＯ２Ｎａ、−ＣＯ２Ｋ、−ＳＯ３Ｈ、−ＳＯ３Ｌｉ、−ＳＯ３Ｎａ、または−ＳＯ３Ｋであり；ｎは０、１、２、３、４または５であり；
式３Ａまたは式３Ｂ；
【化３】
2019532064.tif 000065
式中、Ｒ７およびＲ８は、独立して、Ｈ、ＣＨ３、ＣＯ２Ｈ、ＣＯ２Ｌｉ、ＣＯ２Ｎａ、ＣＯ２Ｋ、ＳＯ３Ｈ、ＳＯ３Ｌｉ、ＳＯ３Ｎａ、またはＳＯ３Ｋであり；ｋは０または１であり；ｍは０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０であり；ｐは０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０であり；
式４；
【化４】
2019532064.tif 000066
式中、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、およびＲ１２は、独立して以下であることができ：
【化５】
2019532064.tif 000067
式中、Ｒ１３は独立してＯＨ、ＮＨ２、ＣＯ２Ｈ、ＣＯ２Ｎａ、ＣＯ２Ｋ、ＳＯ３Ｈ、ＳＯ３Ｎａ、またはＳＯ３Ｋであり；ｒは０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０であり；それによって、２．０以上の抗菌効果を有することによって決定されるように、前記膜は微生物を死滅させる、膜。
【請求項２】
前記任意に置換されたビフェニルが以下である、請求項１に記載の膜：
【化６】
2019532064.tif 000068
【請求項３】
前記任意に置換されたトリフェニルメタンが以下である、請求項１に記載の膜：
【化７】
2019532064.tif 000069
【請求項４】
前記任意に置換されたジフェニルアミンまたは任意に置換された９Ｈ−カルバゾールが、以下である、請求項１に記載の膜：
【化８】
2019532064.tif 000070
【請求項５】
前記任意に置換されたビスヒドロキシメチルプロパンジオール化合物が以下である、請求項１に記載の膜：
【化９】
2019532064.tif 000071
【請求項６】
前記安息香酸誘導体が３，５−ジアミノ安息香酸である、請求項１に記載の膜。
【請求項７】
前記複合体が、四ホウ酸カリウムおよび２，５−ジヒドロキシテレフタル酸のうちの少なくとも一方をさらに含む、請求項１または６に記載の膜。
【請求項８】
前記任意に置換された酸化グラフェンがプレートレットを含む、請求項１、２、３、４、５、６または７に記載の膜。
【請求項９】
前記プレートレットが、約０．０５μｍ〜約５０μｍである、請求項８に記載の膜。
【請求項１０】
前記複合体中の酸化グラフェンと架橋剤との質量比が１：１０００〜５０：１の範囲の値である、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、または９に記載の膜。
【請求項１１】
前記複合体中の酸化グラフェンと架橋剤との質量比が１：４〜１２：１の範囲の値である、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、または９に記載の膜。
【請求項１２】
前記複合体中の酸化グラフェンと架橋剤との質量比が、１：４〜１：１の範囲の値である、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、または９に記載の膜。
【請求項１３】
前記複合体中の酸化グラフェンと架橋剤との質量比が４：１〜１１：１の範囲の値である、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、または９に記載の膜。
【請求項１４】
前記複合体がスペーサ材料をさらに含む、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、または１３に記載の膜。
【請求項１５】
前記スペーサ材料がシリカナノ粒子を含む、請求項１４に記載の膜。
【請求項１６】
前記シリカナノ粒子が、約３ｎｍ〜約２０ｎｍのサイズを有する、請求項１５に記載の膜。
【請求項１７】
前記シリカナノ粒子が、約５０ｎｍ〜約２５０ｎｍのサイズを有する、請求項１５に記載の膜。
【請求項１８】
前記支持体上の前記複合体コーティングが約０．９μｍ〜約３μｍの厚さを有する、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、または１７に記載の膜。
【請求項１９】
前記支持体上の前記複合体コーティングが約１０ｎｍ〜約５００ｎｍの厚さを有する、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、または１７に記載の膜。
【請求項２０】
前記支持体上の前記複合体コーティングが約１００ｎｍ〜約３００ｎｍの厚さを有する、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、または１７に記載の膜。
【請求項２１】
前記膜が、前記複合体を前記支持体に適用し、前記得られた膜を約７０℃〜約２００℃の温度に約２分〜約６０分間さらすことによって調製される、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、または２０に記載の膜。
【請求項２２】
前記膜が、前記複合体を前記支持体に適用し、前記得られた膜を約８０℃〜約１５０℃の温度に約３分〜約３０分間さらすことによって調製される、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、または２０に記載の膜。
【請求項２３】
前記支持体が微生物の増殖から保護されるべき物品である、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、または２２に記載の膜。
【請求項２４】
微生物を死滅させる方法であって、前記方法が：
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２または２３のいずれかに記載の膜を提供すること；および
前記膜を微生物を含有する作用流体にさらすこと；
を含み、
ここで前記膜が、２．０以上の抗菌効果を有することによって決定されるように、前記膜は作用流体への曝露の結果として微生物を死滅させる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明者）Ｓｈｉｊｕｎ  Ｚｈｅｎｇ、Ｗａｎｙｕｎ  Ｈｓｉｅｈ、Ｉｓａｍｕ  Ｋｉｔａｈａｒａ、Ｏｚａｉｒ  Ｓｉｄｄｉｑｕｉ、Ｊｏｈｎ  Ｅｒｉｃｓｏｎ、Ｍａｋｏｔｏ  Ｋｏｂｕｋｅ、Ｐｅｎｇ  Ｗａｎｇ、Ｙｕｊｉ  Ｙａｍａｓｈｉｒｏ
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１６年１０月３日に出願された米国仮出願第６２／４０３，６０１号；２０１６年１１月１０日に出願された米国仮出願第６２／４２０，２４１号；および２０１７年３月２３日に出願された米国仮出願第６２／４７５，４８７号の利益を主張し；それらの開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
本実施形態は、架橋酸化グラフェン膜に関し、抗微生物特性を有する膜を提供する。
【背景技術】
【０００３】
今日の社会における微生物の増殖は、微生物のレベルを制御しなければならない用途において深刻な問題を提示し得る。健康産業および送水、処理、濾過などの用途では、不健康なレベルまで微生物が増殖すると、病気が広範囲に広がり得る。さらに、水濾過および送水装置内の微生物の増殖もまた生物学的汚染を引き起こし、機器の有効寿命を短くする可能性がある。暖房、換気、および空調（ＨＶＡＣ）システムでは、湿った空気ダクトで増殖する微生物は、未処理のままにしておくと悪臭および健康問題を引き起こし得る。また、水中の船舶では、船舶の濡れた場所での微生物の増殖が抑制されていないと、船体の形状が乱れて抗力が生じることにより、船体の流体力学的効率が低下することによって、燃費効率が悪くなり得る。
【０００４】
光触媒を介して微生物を制御するための手段があるが、そのような手段は効果的であるためには紫外線源のような外部エネルギー源を必要とする。結果として、微生物増殖を制御する受動的手段が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
本実施形態の架橋ＧＯ膜は、微生物の存在を減らし得る。
【０００６】
いくつかの実施形態では、抗微生物膜は、（１）支持体、および（２）架橋された、任意に置換された酸化グラフェン化合物を含む、支持体をコーティングする複合体を含むように記載でき、ここでグラフェンは、式１の任意に置換されたビフェニル、式２の任意に置換されたトリフェニルメタン、式３Ａまたは３Ｂで表される任意に置換されたジフェニルアミンまたは任意に置換された９Ｈ−カルバゾール、および式４の任意に置換されたビスヒドロキシメチルプロパンジオール化合物からなる群から選択される架橋剤によって架橋されたものであり：
式１；
【化１】
2019532064.tif 000003
式中、Ｒ１およびＲ２は独立してＮＨ２またはＯＨであり；Ｒ３およびＲ４は独立して、ＯＨ、ＳＯ３Ｈ、ＳＯ３Ｎａ、またはＳＯ３Ｋである；
式２；
【化２】
2019532064.tif 000004
式中、Ｒ５は、Ｈ、ＣＨ３、またはＣ２Ｈ５であり；Ｒ６は、Ｈ、ＣＨ３、−ＣＯ２Ｈ、−ＣＯ２Ｌｉ、−ＣＯ２Ｎａ、−ＣＯ２Ｋ、−ＳＯ３Ｈ、−ＳＯ３Ｌｉ、−ＳＯ３Ｎａ、または−ＳＯ３Ｋであり；ｎは０、１、２、３、４または５であり；
式３Ａまたは式３Ｂ；
【化３】
2019532064.tif 000005
式中、Ｒ１およびＲ２は、独立して、ＮＨ２、またはＯＨであることができ；Ｒ７およびＲ８は、独立して、Ｈ、ＣＨ３、ＣＯ２Ｈ、ＣＯ２Ｌｉ、ＣＯ２Ｎａ、ＣＯ２Ｋ、ＳＯ３Ｈ、ＳＯ３Ｌｉ、ＳＯ３Ｎａ、またはＳＯ３Ｋであり；ｋは０または１であり；ｍは０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０であり；ｐは０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０であり；
式４；
【化４】
2019532064.tif 000006
式中、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、およびＲ１２は、独立して以下であることができ：
【化５】
2019532064.tif 000007
式中、Ｒ１３は独立してＯＨ、ＮＨ２、ＣＯ２Ｈ、ＣＯ２Ｎａ、ＣＯ２Ｋ、ＳＯ３Ｈ、ＳＯ３Ｎａ、またはＳＯ３Ｋであり；ｒは０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０であり；それによって、２．０以上の抗菌効果を有することによって決定されるように、膜は微生物を死滅させる。いくつかの実施形態では、任意に置換されたビフェニルは、以下から選択できる：
【化６】
2019532064.tif 000008
【０００７】
いくつかの実施形態では、任意に置換されたビフェニルは、以下から選択できる：
【化７】
2019532064.tif 000009
【０００８】
任意に置換されたジフェニルアミンまたは任意に置換された９Ｈ−カルバゾールが以下である、実施形態１の膜：
【化８】
2019532064.tif 000010
【０００９】
任意に置換されたビスヒドロキシメチルプロパンジオール化合物が以下である、実施態様１の膜：
【化９】
2019532064.tif 000011
【００１０】
いくつかの膜については、任意に置換された酸化グラフェンはプレートレットを含む。膜のいくつかの実施形態では、プレートレットは約０．０５μｍ〜約５０μｍであり得る。いくつかの実施形態では、複合体中の酸化グラフェンと架橋剤との質量比は、１：１０００〜５０：１の範囲の値であることができる。いくつかの実施形態では、支持体は微生物の増殖から保護されるべき物品であることができる。
【００１１】
いくつかの実施形態では、微生物の増殖を防止する方法を記載することができ、その方法は：（１）前述の膜を提供すること、および（２）膜を微生物を含有する作用流体に曝露することを含み、ここでこの膜は、２．０以上の抗菌効果を有することによって決定されるように作用流体への曝露の結果として微生物を死滅できる。いくつかの実施形態では、前述の膜を提供することは、微生物から保護されるべき表面上にこの膜をコーティングすることを含むことができる。いくつかの実施形態では、複合体中の酸化グラフェンと架橋剤との質量比は、１：１０００〜５０：１の範囲の値であることができる。いくつかの実施形態では、支持体は微生物から保護されるべき物品を含むことができる。
【００１２】
これらおよび他の実施形態は、以下により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】グラフェンプレートレットの寸法を示す図である。
【００１４】
【図２】抗微生物用途に使用され得る抗微生物膜の１つの可能な実施形態の描写である。
【００１５】
【図３】物体の一部としての支持体が保護される抗微生物膜の別の可能な実施形態であり；支持体は船の船体である。
【００１６】
【図４】物体の一部としての支持体が保護される抗微生物膜のさらに別の可能な実施形態であり；支持体は逆浸透膜である。
【００１７】
【図５】微生物の増殖および／または微生物汚染を防止するための可能な方法の実施形態の描写である。実線は可能な実施形態を示し、破線は微生物増殖を防止するための方法のより具体的な可能な実施形態を示す。
【発明の詳細な説明】
【００１８】
本明細書で言及されるように、微生物を死滅することは、ＪＩＳ  Ｚ  ２８０１：２０１２（英語版、２０１２年９月刊行）で使用される方法によって測定することができ、ここで物体によって首尾良く微生物を死滅することは、物体が２．０以上の抗菌活性を有するとして定義できる。
【００１９】
本明細書で使用される場合、用語「選択的透過率」は、１つの材料に対して相対的透過性であり、別の材料に対して相対的不透過性である膜を指す。例えば、膜は、水蒸気に対して相対的透過性であり、酸素および／または窒素に対して相対的不透過性であり得る。異なる材料の透過率の比は、選択的透過率を説明するのに有用であり得る。
【００２０】
本明細書で使用される場合、用語「休止」、「休止する」、または「休止された」は、溶液を室温および大気圧で特定の期間乱さずに放置する行為を指す。
【００２１】
便宜上、用語「分子量」は、それが完全な分子でない場合であっても、分子の部分または一部の原子の原子質量の合計を示すために分子の部分または一部に関して使用される。
【００２２】
本明細書で使用される場合、用語「フェニレン」は、当該技術分野において一般に理解されている最も広い意味を有し、少なくとも２個の環水素置換がある６個の炭素原子を含む環式環または環系を含み得る。
【００２３】
本明細書で使用される場合、用語「ビフェニル」は、当該技術分野において一般に理解されている最も広い意味を有し、少なくとも１個の水素置換がある、以下を含む１２個の炭素原子を含む環式環または環系を指し得る：
【化１０】
2019532064.tif 000012
【００２４】
本明細書で使用される場合、用語「トリフェニルメタン」は、当該技術分野において一般に理解されている最も広い意味を有し、以下を含む、２０個の炭素原子を含む環式環または環系を指し得る：
【化１１】
2019532064.tif 000013
【００２５】
本明細書で使用される場合、用語「ジフェニルアミン」は、当該技術分野で一般に理解されている最も広い意味を有し、以下を含む複素環式環または環系を含み得る。
【化１２】
2019532064.tif 000014
【００２６】
本明細書で使用される場合、用語「ビスヒドロキシメチルプロパンジオール」は、当該技術分野で一般に理解されている最も広い意味を有し、以下のコア構造を含む化合物を含み得る。
【化１３】
2019532064.tif 000015
【００２７】
本明細書で使用される場合、用語「ＣＸ−ＣＹ」または「ＣＸ−Ｙ」は、ＸからＹ個の炭素原子を有する炭素鎖を指す。例えば、Ｃ１−１２アルキルまたはＣ１−Ｃ１２アルキルは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、または１２個の炭素原子を含有する完全飽和炭化水素を含む。
【００２８】
ラメラ構造を有する層状ＧＯ膜は、ＧＯ水溶液から製造することができるが、高フラックス下または過渡的剪断力を伴う環境中に分散する可能性が非常に高い場合がある。この問題を解決するために、ラメラ構造を維持しながら剪断力に耐えるようにＧＯシートをしっかりと架橋することができる。
【００２９】
抗微生物要素
いくつかの実施形態では、抗微生物膜が記載されている。いくつかの実施形態では、膜は複合体コーティングを含むことができる。いくつかの実施形態では、膜は、支持体および支持体材料上の複合体コーティングを含むことができる。いくつかの実施形態では、抗微生物膜は選択的透過性であり得る。他の実施形態では、膜は選択的透過性ではない。さらに他の実施形態では、膜は透過性ではない。いくつかの実施形態では、膜は高い水蒸気透過率を有することができる。いくつかの実施形態では、膜は低い水蒸気透過率を有し得る。いくつかの実施形態では、支持体は多孔質であり得る。他の実施形態では、支持体は非多孔質であることができる。
【００３０】
いくつかの実施形態では、複合体コーティングはグラフェン材料および架橋剤材料を含み得る。いくつかの実施形態では、グラフェン材料はポリマー材料の間に配置され得る。いくつかの実施形態では、架橋剤材料はまたポリマーであることができる。いくつかの実施形態では、グラフェン材料および架橋剤材料は互いに共有連結している。いくつかの実施形態では、架橋剤材料はポリマー材料と同じ材料であることができる。
【００３１】
いくつかの実施形態では、グラフェン材料は、剥離型ナノ複合体、層間挿入型ナノ複合体、または相分離型マイクロ複合体を作り出すように、複合体コーティング中の他の材料の間に配置され得る。相分離型マイクロ複合体相は、混合されているが、グラフェン材料が他の材料とは別の別個の相として存在する場合であり得る。層間挿入型ナノ複合体は、他の化合物がグラフェンプレートレットの間で混ざり始めるが、グラフェン材料がポリマー全体に分散され得ない場合であり得る。剥離型ナノ複合体相では、個々のグラフェンプレートレットは他の材料内または全体に分散され得る。剥離型ナノ複合体相は、当業者にはよく知られているプロセスである改良ハマーズ法によってグラフェン材料を化学的に剥離することによって達成され得る。いくつかの実施形態では、大部分のグラフェン材料は、主要な材料相として剥離型ナノ複合体を作り出すためにずらして配置され得る。いくつかの実施形態では、グラフェン材料は、約１０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約１ミクロンまで分離され得る。
【００３２】
いくつかの実施形態では、グラフェン材料は、シート、平面またはフレークの形態であり得る。いくつかの実施形態では、グラフェン材料はプレートレット形態であり得る。いくつかの実施形態では、グラフェンは、約０．０５μｍ〜約１００μｍのプレートレットサイズを有し得る。いくつかの実施形態では、グラフェン材料は、約１００ｍ２／ｇ〜約５０００ｍ２／ｇの間の表面積を有し得る。いくつかの実施形態では、グラフェン材料は、約１５０ｍ２／ｇ〜約４０００ｍ２／ｇの表面積を有し得る。いくつかの実施形態では、グラフェン材料は、約２００ｍ２／ｇ〜約１０００ｍ２／ｇ、例えば約４００ｍ２／ｇ〜約５００ｍ２／ｇの表面積を有し得る。
【００３３】
いくつかの実施形態では、酸化グラフェンは、ナノメートルからミクロンの範囲の１つ以上の寸法を有するプレートレットであり得る。いくつかの実施形態では、図１に示されるように、プレートレットは、ｘ、ｙおよび／またはｚ次元の寸法を有し得る。例えば、プレートレットは、約０．０５μｍ〜約５０μｍの間の平均ｘ寸法、またはこれらの長さのいずれかによってまたはこれらの長さのいずれかの間を境界とする範囲内の任意の値；０．０５μｍ〜約５０μｍの平均ｙ寸法、またはこれらの長さのいずれかによってまたはこれらの長さのいずれかの間を境界とする範囲内の任意の値を有し得る。いくつかの実施形態では、酸化グラフェンはＧＯプレートレットを含み、プレートレットは約０．０５μｍ〜約５０μｍの平均サイズを画定する。
【００３４】
いくつかの実施形態では、グラフェン材料は修飾されていなくてもよく、非官能化グラフェンベースを含んでもよい。いくつかの実施形態では、グラフェン材料は修飾グラフェンを含み得る。いくつかの実施形態では、修飾グラフェンは、任意に置換されたグラフェン材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、任意に置換されたグラフェン材料は官能化グラフェンを含み得る。いくつかの実施形態では、約９０％、約８０％、約７０％、約６０％、約５０％、約４０％、約３０％、約２０％、約１０％を超えるグラフェンが官能化され得る。他の実施形態では、大多数のグラフェン材料は官能化されていてもよい。さらに他の実施形態では、実質的にすべてのグラフェン材料が官能化されてもよい。いくつかの実施形態では、官能化グラフェンは、グラフェンベースおよび官能性化合物を含み得る。グラフェンは、「官能化」されてもよく、ＧＯ上に自然には存在しない１種以上の官能性化合物が存在する場合に官能化グラフェンになり、グラフェンマトリックス中の１つ以上の水酸化物位置の酢酸基において水酸化物の代わりに置換される。いくつかの実施形態では、グラフェンベースは、還元された酸化グラフェンおよび／または酸化グラフェンから選択されてもよい。いくつかの実施形態では、グラフェンベースは、以下から選択され得る：
【化１４】
2019532064.tif 000016
【００３５】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのエポキシド基を含むことに加えて、グラフェン材料を官能化するために複数の種類の官能性化合物が使用される。他の実施形態では、グラフェン材料を官能化するために１種類の官能性化合物のみを利用することができる。いくつかの実施形態では、官能性化合物はエポキシド基を含む。
【００３６】
いくつかの実施形態では、エポキシド基は、官能基を有するエポキシド系化合物を含み得る：
【化１５】
2019532064.tif 000017
【００３７】
いくつかの実施形態では、エポキシド基は、酸化グラフェンを生成するためのグラフェンの酸化の副生成物であることができる。いくつかの実施形態では、エポキシド基は追加の化学反応によってグラフェンベースの表面に形成される。いくつかの実施形態では、エポキシド基は、酸化中に形成されるものと追加の化学反応によって形成されるものとの混合物である。
【００３８】
いくつかの実施形態では、グラフェン材料は架橋グラフェンであってもよく、ここでグラフェン材料は架橋剤材料／架橋によって少なくとも１つの他のグラフェンベースと架橋されてもよい。いくつかの実施形態では、グラフェン材料は、グラフェン材料の少なくとも約１％、約５％、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、約９５％、またはすべてが架橋され得るように、グラフェンベースが架橋されるような架橋グラフェン材料を含み得る。いくつかの実施形態では、グラフェン材料の大部分は架橋されていてもよい。いくつかの実施形態では、グラフェン材料の少なくとも５％が他のグラフェン材料と架橋し得るように、一部のグラフェン材料を架橋し得る。架橋の量は、存在するポリマーの総量と比較したときの架橋剤／前駆体の重量％によって推定され得る。いくつかの実施形態では、架橋されている１つ以上のグラフェン塩基もまた官能化され得る。いくつかの実施形態では、グラフェン材料は、架橋グラフェンおよび非架橋官能化グラフェンの両方を含み得る。
【００３９】
いくつかの実施形態では、隣接する酸化グラフェン材料は、１つ以上の架橋によって互いに共有結合することができる。いくつかの実施形態では、酸化グラフェン材料は、共有結合的におよび／またはファンデルワールス力によって支持体に結合することができる。いくつかの実施形態では、架橋は架橋剤化合物（ＣＬＣ）の生成物であることができる。いくつかの実施形態では、架橋剤は、以下の群から選択される架橋剤を含むことができる：
【化１６】
2019532064.tif 000018
式中、Ｌｉｎｋは架橋剤の本体であることができる。いくつかの実施形態では、得られる連結は、以下のように表すことができる：
【化１７】
2019532064.tif 000019
式中、ＧＯは任意に置換された酸化グラフェンを表し、Ｌｉｎｋは架橋剤の本体であることができる。いくつかの実施形態では、架橋は架橋剤によって行われて、２つ以上の任意に置換された酸化グラフェンを連結する共有連結を形成することができる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、求核基を含有する架橋剤化合物（ＣＬＣ）は、任意に置換されたビフェニル、任意に置換されたトリフェニルメタン、任意に置換されたジフェニルアミン、任意に置換された９Ｈ−カルバゾール、または任意に置換された２，２−ビス（ヒドロキシメチル）プロパン−１，３ジオールを含むことができる。理論に拘束されることを望まないが、求核基の存在は、グラフェンプレートレット上のエポキシド基に対する対応する位置の反応性を増加させ得る。いくつかの実施形態では、架橋剤は、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３および／またはＲ４の−ＮＨおよび／または−ＯＨ置換基のうちの少なくとも１つ、例えば２つの隣接酸化グラフェン、３つの隣接酸化グラフェン、または４つの隣接酸化グラフェンを架橋することができる。いくつかの実施形態では、架橋剤は、Ｒ１および／またはＲ２の少なくとも１つの−ＮＨおよび／または−ＯＨ置換基、例えば２つの隣接する酸化グラフェンを架橋することができる。いくつかの実施形態では、Ｒ１およびＲ２は独立してＮＨ２またはＯＨである。いくつかの実施形態では、Ｒ１およびＲ２は両方ともＮＨ２である。いくつかの実施形態では、Ｒ１およびＲ２は両方ともＯＨである。
【００４１】
いくつかの実施形態では、適切な架橋剤としては、四ホウ酸カリウム（「ＫＢＯ」）、安息香酸誘導体（例えば、３，５−ジアミノ安息香酸（「ＤＡＢＡ」））、および２，５−ジヒドロキシテレフタル酸（「ＤＨＴＡ」）があげられ、これは個々にまたは互いにもしくは他の架橋剤と組み合わせて使用することができる。
【００４２】
いくつかの実施形態では、架橋剤は式１によって表される任意に置換されたビフェニルであることができる；
式１；
【化１８】
2019532064.tif 000020
式中、Ｒ３およびＲ４は、独立して、Ｈ、ＯＨ、ＮＨ２、ＣＨ３、−ＣＯ２Ｈ、−ＣＯ２Ｌｉ、−ＣＯ２Ｎａ、−ＣＯ２Ｋ、−ＳＯ３Ｈ、−ＳＯ３Ｌｉ、−ＳＯ３Ｎａ、または−ＳＯ３Ｋであることができる。いくつかの実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４のうちの少なくとも２つは、求核基であることができる。いくつかの実施形態では、求核基の部位はエポキシドとの共有連結の位置であることができる。いくつかの実施形態では、Ｒ１およびＲ２は独立して求核基、例えばＮＨ２またはＯＨであることができる。いくつかの実施形態では、Ｒ３およびＲ４は、独立して、ＯＨ、ＳＯ３Ｈ、ＳＯ３Ｎａ、またはＳＯ３Ｋであることができる。いくつかの実施形態では、Ｒ３およびＲ４は、独立して、ＯＨ、ＳＯ３Ｎａ、またはＳＯ３Ｋであることができる。いくつかの実施形態では、置換ビフェニルは、以下を含むことができる：
【化１９】
2019532064.tif 000021
【００４３】
いくつかの実施形態では、架橋剤は式２によって表される任意に置換されたトリフェニルメタンであることができる：
式２；
【化２０】
2019532064.tif 000022
式中、Ｒ５は、Ｈ、ＣＨ３、またはＣ２Ｈ５であることができ；Ｒ６は、Ｈ、ＣＨ３、−ＣＯ２Ｈ、−ＣＯ２Ｌｉ、−ＣＯ２Ｎａ、−ＣＯ２Ｋ、−ＳＯ３Ｈ、−ＳＯ３Ｌｉ、−ＳＯ３Ｎａ、または−ＳＯ３Ｋであることができ；ｎは、０、１、２、３、４または５であることができる。いくつかの実施形態では、Ｒ５は、Ｈ、ＣＨ３、またはＣ２Ｈ５であることができる。いくつかの実施形態では、Ｒ５はＣＨ３であることができる。いくつかの実施形態では、Ｒ６は、独立して、Ｈ、ＣＨ３、ＯＨ、または−ＣＯ２Ｈ、−ＣＯ２Ｎａ、−ＣＯ２Ｌｉ、−ＣＯ２Ｋ、−ＳＯ３Ｈ、−ＳＯ３Ｎａ、−ＳＯ３Ｌｉもしくは−ＳＯ３Ｋなどの有機酸基またはその塩であることができる。いくつかの実施形態では、Ｒ６はＳＯ３Ｎａであることができる。いくつかの実施形態では、ｎは４であることができる。いくつかの実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ５、およびＲ６のうちの少なくとも２つは、求核基であることができる。いくつかの実施形態では、求核基の部位はエポキシドとの共有連結の位置であることができる。いくつかの実施形態では、Ｒ１およびＲ２は独立して求核基、例えばＮＨ２またはＯＨであることができる。いくつかの実施形態では、Ｒ５はアルキル基であることができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、任意に置換されたトリフェニルメタンは、以下を含むことができる：
【化２１】
2019532064.tif 000023
【００４５】
いくつかの実施形態では、架橋剤は、式３Ａまたは３Ｂで表される、任意に置換されたジフェニルアミンまたは任意に置換された９Ｈ−カルバゾールである：
式３Ａまたは式３Ｂ；
【化２２】
2019532064.tif 000024
式中、Ｒ７およびＲ８は、独立して、Ｈ、ＣＨ３、ＣＯ２Ｈ、ＣＯ２Ｌｉ、ＣＯ２Ｎａ、ＣＯ２Ｋ、ＳＯ３Ｈ、ＳＯ３Ｌｉ、ＳＯ３Ｎａ、またはＳＯ３Ｋであることができ；ｋは０または１であることができ；ｍは０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０であることができ；ｐは、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０であることができる。式３Ａまたは３Ｂなどの任意の関連構造表現に関して、破線は結合の有無を表す。例えば、下記に示されるように式３Ｂ−１および３Ｂ−２で表される化合物が含まれる。
式３Ｂ−１  式３Ｂ−２
【化２３】
2019532064.tif 000025
【００４６】
いくつかの実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ６、およびＲ７のうちの少なくとも２つは、求核基であることができる。いくつかの実施形態では、求核基の部位はエポキシドとの共有連結の位置であることができる。いくつかの実施形態では、Ｒ１およびＲ２は独立して求核基、例えばＮＨ２またはＯＨであることができる。いくつかの実施形態では、Ｒ７およびＲ８は、独立して、Ｈ、ＣＨ３、または有機酸基もしくはその塩、例えば−ＣＯ２Ｈ、−ＣＯ２Ｎａ、−ＣＯ２Ｌｉ、−ＣＯ２Ｋ、−ＳＯ３Ｈ、−ＳＯ３Ｎａ、−ＳＯ３Ｌｉまたは−ＳＯ３Ｋであることができる。いくつかの実施形態では、Ｒ６およびＲ７は独立して−ＳＯ３Ｋであることができる。いくつかの実施形態では、Ｒ７およびＲ８は両方とも−ＳＯ３Ｋであることができる。いくつかの実施形態では、ｋは０であることができる。いくつかの実施形態では、ｋは１であることができる。いくつかの実施形態では、ｍは０であることができる。いくつかの実施形態では、ｍは３であることができる。いくつかの実施形態では、ｐは０であることができる。いくつかの実施形態では、ｐは３であることができる。いくつかの実施形態では、ｍおよびｐは両方とも０であることができる。いくつかの実施形態では、ｍおよびｐは両方とも３であることができる。
【００４７】
いくつかの実施形態では、任意に置換されたジフェニルアミンまたは任意に置換された９Ｈ−カルバゾールは、以下であることができる：
【化２４】
2019532064.tif 000026
【００４８】
いくつかの実施形態では、任意に置換されたビスヒドロキシメチルプロパンジオール化合物は、式４によって記載できる：
式４；
【化２５】
2019532064.tif 000027
式中、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、およびＲ１２は、独立して以下であることができる：
【化２６】
2019532064.tif 000028
式中、実施形態では、各Ｒ１３は独立して求核基であることができる。いくつかの実施形態では、求核基の部位はエポキシドとの共有連結の位置であることができる。いくつかの実施形態では、Ｒ１３は、独立して、ＯＨ、ＮＨ２、ＣＯ２Ｈ、ＣＯ２Ｎａ、ＣＯ２Ｋ、ＳＯ３Ｈ、ＳＯ３Ｎａ、またはＳＯ３Ｋであることができる。理論に拘束されることを望まないが、求核基の存在は、グラフェンプレートレット上のエポキシド基に対する対応する位置の反応性を増加させ得る。いくつかの実施形態では、ｒは、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０であることができる。
【００４９】
いくつかの実施形態では、任意に置換されたビスヒドロキシメチルプロパンジオール化合物は、以下を含むことができる：
【化２７】
2019532064.tif 000029
【００５０】
いくつかの実施形態では、得られた連結は、官能化酸化グラフェンのエポキシド官能基を開環できる置換反応によって作り出すことができる。理論に限定されることを望まないが、エポキシド環を開環し、結果として炭素が架橋剤に共有結合して、ＮＨ２基中の水素原子またはＯＨ基中の水素の代わりになり得る。理論によって限定されることを望まないが、本発明者らは、アミド結合を形成する代わりにエポキシド官能基にＣ−Ｎ結合すると、垂直に積み重ねられた酸化グラフェン間の架橋の発生率が高くなる（すなわち、グラフェン表面に対して垂直に架橋する）と考え、これはアミド結合がグラフェンの本体内または平面状の内部の代わりに、主にグラフェンの端部にあるカルボキシル基の存在に依存し得、隣接するグラフェン材料間に面内結合を提供し得るからである。いくつかの実施形態では、架橋剤と任意に置換された酸化グラフェンとの反応は、積み重ねられた任意に置換された酸化グラフェン間に垂直に架橋を形成することができる。理論によって限定されることを望まないが、抗微生物用途のために微生物を死滅させるための多くの潜在的なメカニズムのうちの１つはグラフェンプレートレット上の活性部位の存在であり得、架橋剤はグラフェン上の活性部位が架橋プロセスによって完全には消費されないように選択でき、こうして反応種の生成が可能になると考えられる。いくつかの実施形態では、架橋剤の量または反応性は、グラフェン活性部位の存在を確実にするように選択することができる。非限定的な例は以下のように表すことができる：
【化２８】
2019532064.tif 000030
【００５１】
いくつかの実施形態では、架橋剤材料は、約２重量％〜約５０重量％の架橋剤の水溶液を含む。いくつかの実施形態では、架橋剤材料は、約２．５重量％〜約３０重量％の架橋剤の水溶液を含む。いくつかの実施形態では、架橋剤材料は、約５重量％〜約１５重量％の架橋剤の水溶液を含む。
【００５２】
いくつかの実施形態では、任意に置換された酸化グラフェンと置換ビフェニルとの重量比は、約１：１０００〜約５０：１であることができる。いくつかの実施形態では、任意に置換された酸化グラフェンと置換ビフェニルとの重量比は、約１：１００〜約１５：１であることができる。いくつかの実施形態では、任意に置換された酸化グラフェンと置換ビフェニルとの重量比は、約１：１５〜約１：１であることができる。いくつかの実施形態では、任意に置換された酸化グラフェンと置換ビフェニルとの重量比は、約１：７〜約１：１であることができる。
【００５３】
いくつかの実施形態では、架橋剤は、第１の任意に置換された酸化グラフェンプレートレットの面上の第１の内部炭素原子を、第２の任意に置換された酸化グラフェンプレートレットの面上の第２の内部炭素原子に架橋することができる。任意に置換された酸化グラフェンプレートレットの面上の内部炭素原子は、任意に置換された酸化グラフェンプレートレットの外側境界上にない炭素原子である。例えば、以下に示す酸化グラフェンプレートレットについては、内部の炭素原子は太字で示されている。以下の構造は、内部の炭素原子の原理を説明するためだけのものであり、酸化グラフェンの構造を限定するものではないことに留意すべきである。
【化２９】
2019532064.tif 000031
【００５４】
いくつかの実施形態では、支持体は膜の一部であることができる。そのような支持体の非限定的な例には、逆浸透膜、テープ、または可撓性もしくは非可撓性のいずれかの、基材として使用することができるものが含まれる。いくつかの実施形態では、支持体材料はポリマー性であり得る。いくつかの実施形態では、支持体材料は中空繊維を含むことができる。他の実施形態では、支持体は微生物の増殖から保護されるべき物品であることができる。いくつかの実施形態では、保護されるべき物品は、生物学的増殖が望ましくない任意の物品であることができる。例としては、船体、処理槽、パイプ、脱塩フィルタ、エアフィルタ、ＨＶＡＣシステム部品、病院用機器および備品、カウンタートップ、洗面所備品などがあげられるが、これらに限定されない。
【００５５】
いくつかの実施形態では、支持体は多孔質材料を含み得る。いくつかの実施形態では、支持体は、非多孔質材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、材料はポリマー性であり得る。いくつかの実施形態では、ポリマーは、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、および／またはそれらの混合物であり得る。いくつかの実施形態では、多孔質支持体はポリアミド（例えばＮｙｌｏｎ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、多孔質材料はポリスルホン系限外濾過膜であり得る。いくつかの実施形態では、多孔質材料はポリフッ化ビニリデンであることができる。いくつかの実施形態では、多孔質材料は中空繊維を含み得る。中空繊維はキャストまたは押出成形され得る。中空繊維は、例えば、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第４，９００，６２６号明細書および米国特許第６，８０５，７３０号明細書、ならびに米国特許出願公開第２０１５／０１６５，３８９号明細書に記載されているように製造され得る。
【００５６】
いくつかの実施形態では、膜のガス透過率は、０．１００ｃｃ／ｍ２−日、０．０１０ｃｃ／ｍ２−日、および／または０．００５ｃｃ／ｍ２−日未満であり得る。ガス透過率を決定するための適切な方法は、米国特許出願公開第２０１４／０２７２，３５０号明細書、ＡＳＴＭ  Ｄ３９８５、ＡＳＴＭ  Ｆ１３０７、ＡＳＴＭ  １２４９、ＡＳＴＭ  Ｆ２６２２、および／またはＡＳＴＭ  Ｆ１９２７に開示されており、これらはガス（酸素）透過率％、例えば酸素移動速度（ＯＴＲ）を決定するそれらの開示について、それら全体が参照により組み込まれる。
【００５７】
いくつかの実施形態では、膜の透湿率は、１０．０ｇ／ｍ２−日、５．０ｇ／ｍ２−日、３．０ｇ／ｍ２−日、２．５ｇ／ｍ２−日、２．２５ｇ／ｍ２−日、および／または２．０ｇｍ／ｍ２−日超であり得る。いくつかの実施形態では、透湿率は、上記のレベルでの水蒸気透過率／移動速度の尺度であり得る。透湿率（水蒸気透過率）を決定するための適切な方法は、ポリマー上の原子堆積によって成長させたＡｌ２Ｏ３ガス拡散障壁のＣａｒｉａ、Ｐ．Ｆ．Ｃａテスト、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ８９，  ０３１９１５−１〜０３１９１５−３  （２００６）、ＡＳＴＭ  Ｄ７７０９、ＡＳＴＭ  Ｆ１２４９、ＡＳＴＭ３９８および／またはＡＳＴＭＥ９６（これらは、透湿率％、例えば、水蒸気移動速度（ＷＶＴＲ）を決定することの開示に関して、それらの全体が参考として組み込まれる）に開示されている。
【００５８】
いくつかの実施形態では、膜の選択的透過率は、水蒸気透過率と少なくとも１つの選択されたガス、例えば酸素および／または窒素の透過率との比に反映されてもよい。いくつかの実施形態では、膜は、５０を超える、１００を超える、２００を超える、および／または４００を超える、水蒸気透過率対ガス透過率の比、例えば、ＷＶＴＲ／ＯＴＲを示し得る。いくつかの実施形態では、選択的透過率は、上記のレベルでの水蒸気：ガス透過率／移動速度比の尺度であり得る。水蒸気透過率および／またはガス透過率を決定するための適切な方法は本明細書に開示されている。
【００５９】
いくつかの実施形態では、膜は抗微生物特性を有することができる、または作用流体中の微生物を死滅させることができる。いくつかの実施形態では、死滅される微生物は、大腸菌（ＡＴＣＣ（登録商標）８７３９、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｔｙｐｅ  Ｃｕｌｔｕｒｅ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ（ＡＴＣＣ），Ｍａｎａｓｓａｓ，ＶＡ  ＵＳＡ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、膜は、２．０以上の抗菌効果を有することができる。抗菌効果は、規格ＪＩＳ  Ｚ  ２８０１（２０１０）によって決定することができる。いくつかの実施形態では、作用流体は、液体、気体、またはそれらの組み合わせ（例えば、飽和空気）のいずれかであることができる。液体作用流体の非限定的な例は、脱塩プラントにおけるブライン／塩水または淡水、廃棄物処理プラントにおける水、船舶用の海水、ＨＶＡＣシステム内の空気、または密閉空間内の空気であることができる。
【００６０】
いくつかの実施形態では、抗微生物膜は、保護されるべき物体と流体貯蔵器との間に配設され得る。いくつかの実施形態では、流体貯蔵器は微生物を含むことができる。いくつかの実施形態では、膜は膜上の微生物を死滅させることができる。
【００６１】
いくつかの実施形態では、溶媒も抗微生物要素中に存在し得る。材料層の製造に使用される溶媒としては、水、低級アルカノール（例えばエタノール、メタノール、イソプロピルアルコールであるがこれらに限定されない）、キシレン、シクロヘキサノン、アセトン、トルエンおよびメチルエチルケトン、ならびにそれらの混合物があげられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態は、溶媒として水を使用することができる。
【００６２】
一実施形態では、図２に見られるように、抗微生物膜１００は、少なくとも基材要素１２０および上述の複合体コーティング１１０を含み得る。コーティングは作用流体１３０にさらされる。いくつかの実施形態では、図３および図４に示されるように、基材１２０は、微生物から保護されるべき物品を含むことができる。図３では、保護されるべき物品は逆浸透膜であり、膜はこの膜の表面上にある。図４では、保護されるべき物品は船の船体であり、膜は船体のコーティングである。膜の結果として、この膜上および保護された物品上の微生物の増殖は、膜による微生物の死滅によって排除することができる。
【００６３】
いくつかの実施形態では、膜１００と作用流体１３０との相互作用を増大または改善するために、材料が抗微生物膜１００に含まれ得る。いくつかの実施形態では、追加の材料またはスペーサ材料は、膜１００の上または中を通る作用流体の流動または移動を改善し得る。いくつかの実施形態では、添加された材料は、抗微生物膜１００内に空間または容積を作り出す。いくつかの実施形態では、添加された材料は、抗微生物膜１００の表面の粗さまたは不規則性を作り出すまたは増大させる。いくつかの実施形態では、添加材料は、シリカ、例えばシリカナノ粒子、または所望の流体流動または表面のテクスチャを作り出す別の適切な材料である。シリカ粒子またはナノ粒子を利用するいくつかの実施形態では、粒子のサイズは、１ｎｍ〜５００ｎｍ、４０ｎｍ〜３００ｎｍ、または７０ｎｍ〜２５０ｎｍであることができる。いくつかの実施形態では、粒径は、５ｎｍ、７ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、６０ｎｍ、８０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１４０ｎｍ、１６０ｎｍ、１８０ｎｍ、２００ｎｍ、または２２０ｎｍである。さらに、同様のサイズおよび挙動特性を有する他のナノ粒子には、Ｆｅ３Ｏ４、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、またはＡｌ２Ｏ３のナノ粒子が含まれる。いくつかの実施形態では、スペーサ材料は、複合体コーティング１１０の総重量に対して約１％〜約１０％の重量百分率を有する。いくつかの実施形態では、スペーサ材料は、複合体コーティング１１０の総重量に対して約６％または約６．６％の重量百分率を有する。
【００６４】
いくつかの実施形態では、複合体コーティング１１０は、約１０ｎｍ〜約１０μｍの範囲の厚さを有する。複合体コーティング１１０は、５０ｎｍ、１００ｎｍ、１１０ｎｍ、１５０ｎｍ、１８０ｎｍ、２００ｎｍ、２２０ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、１μｍ、１．４μｍ、５μｍ、またはこれらの値に近い、またはこれらの値の間の任意の値の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、厚さは、約２０μｍ未満、約１５μｍ未満、１０未満、または約５μｍ未満である。いくつかの実施形態では、複合体コーティング１１０は自立するのに十分な厚さではない。言い換えれば、いくつかの実施形態では、複合体コーティング１１０は、基材要素１２０などの支持構造または表面に塗布または接着されなければならない。
【００６５】
いくつかの実施形態では、膜１００は、複合体コーティング１１０を基材要素１２０に塗布し、次いで得られた膜をある期間高温にさらすことによって調製される。いくつかの実施形態では、このプロセスは膜１００を硬化させる。いくつかの実施形態では、基材要素１２０に塗布された後、複合体コーティング１１０は、高温にさらされる前の一定期間風乾される。いくつかの実施形態では、高温は、約３０℃〜約３００℃、約６０℃〜約２００℃、または約７０℃〜約１５０℃の範囲である。いくつかの実施形態では、高温は、約７０℃、約８５℃、約９０℃、約１３０℃、約１４０℃、またはこれらの値に近いもしくはこれらの値の間の任意の値である。いくつかの実施形態では、曝露期間は、約１分〜約１８０分、約２分〜約１５０分、約３分〜約１２０分である。いくつかの実施形態では、曝露期間は、約３分、約６分、約８分、約２０分、約３０分、約６０分、約９０分、約１２０分、またはこれらの値に近いもしくはこれらの値の間の任意の値である。
【００６６】
微生物から物品を保護する方法
いくつかの実施形態では、図５に示すように、表面上の微生物を死滅させる方法を説明することができる。いくつかの実施形態では、方法は、前述の抗菌膜のいずれかを提供することを含むことができる。いくつかの実施形態では、前述の膜のいずれかを提供することは、保護されるべき表面をこれらの膜のうちのいずれかでコーティングすることを含むことができる。いくつかの実施形態では、膜は複合体コーティングを含むことができる。いくつかの実施形態では、膜は、支持体および支持体材料上の複合体コーティングを含むことができる。いくつかの実施形態では、複合体コーティングは酸化グラフェンおよび架橋剤を含むことができる。いくつかの実施形態では、架橋剤は、本願の他の箇所に記載されているような、四ホウ酸カリウム、３，５−ジアミノ安息香酸、２，５−ジヒドロキシテレフタル酸、任意に置換されたビフェニル、任意に置換されたトリフェニルメタン、任意に置換されたジフェニルアミン、任意に置換された９Ｈ−カルバゾール、または任意に置換された２，２−ビス（ヒドロキシメチル）プロパン−１，３−ジオールを含むことができる。いくつかの実施形態では、置換ビフェニルは式１によって記載できる：
式１
【化３０】
2019532064.tif 000032
【００６７】
いくつかの実施形態では、置換ビフェニルは、以下を含むことができる：
【化３１】
2019532064.tif 000033
【００６８】
いくつかの実施形態では、架橋剤は式２によって表される任意に置換されたトリフェニルメタンであることができる：
式２
【化３２】
2019532064.tif 000034
【００６９】
いくつかの実施形態では、任意に置換されたトリフェニルメタンは、以下を含むことができる：
【化３３】
2019532064.tif 000035
【００７０】
いくつかの実施形態では、架橋剤は、式３Ａまたは３Ｂで表される、任意に置換されたジフェニルアミンまたは任意に置換された９Ｈ−カルバゾールである：
式３Ａまたは式３Ｂ
【化３４】
2019532064.tif 000036
【００７１】
いくつかの実施形態では、任意に置換されたジフェニルアミンは、以下を含むことができる：
【化３５】
2019532064.tif 000037
【００７２】
いくつかの実施形態では、任意に置換されたビスヒドロキシメチルプロパンジオール化合物は、式４によって記載できる：
式４；
【化３６】
2019532064.tif 000038
式中、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、およびＲ１２は、独立して以下であることができる：
【化３７】
2019532064.tif 000039
【００７３】
いくつかの実施形態では、任意に置換されたビスヒドロキシメチルプロパンジオール化合物は、以下を含むことができる：
【化３８】
2019532064.tif 000040
【００７４】
いくつかの実施形態では、酸化グラフェンと架橋剤との質量比は、１：１０００〜５０：１であることができる。いくつかの実施形態では、グラフェン材料と架橋剤との質量比は、約１：１００〜約１５：１の範囲であることができる。いくつかの実施形態では、グラフェン材料と架橋剤との質量比は、約１：１５〜約１：１の範囲であることができる。いくつかの実施形態では、支持体は多孔質であることができる。他の実施形態では、支持体は非多孔質であることができる。いくつかの実施形態では、支持体はコーティングの一部であることができる。他の実施形態では、支持体はコーティングから分離することができる。いくつかの実施形態では、支持体がコーティングから分離している場合、支持体は微生物から保護されるべき物品を含むことができる。例としては、船体、処理槽、パイプ、脱塩フィルタ、エアフィルタ、ＨＶＡＣシステム部品、病院用機器および備品、カウンタートップ、洗面所備品などがあげられるが、これらに限定されない。
【００７５】
いくつかの実施形態では、方法は、膜を作用流体にさらすことをさらに含む。いくつかの実施形態では、作用流体は微生物を含むことができ、それによって作用流体への曝露の結果として膜が微生物を死滅させる。いくつかの実施形態では、制御される微生物は、大腸菌（ＡＴＣＣ（登録商標）８７３９、ＡＴＣＣ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、膜は、２．０以上の抗菌効果を有することができる。抗菌効果は、規格ＪＩＳ  Ｚ  ２８０１（２０１２）によって決定することができる。いくつかの実施形態では、作用流体は空気を含むことができる。いくつかの実施形態では、作用流体は水を含むことができる。いくつかの実施形態では、作用流体は空気と水蒸気との混合物を含むことができる。いくつかの実施形態では、空気と水蒸気との混合物は、約１００％〜約０％の範囲の相対湿度を有することができる。いくつかの実施形態では、相対湿度は、０％、２０％、５０％、６０％、７８％、８０％から、９０％まで、９３％まで、１００％まで、またはそれらの任意の組み合わせの範囲であることができる。
【実施例】
【００７６】
本明細書に記載の抗微生物膜要素の実施形態は、微生物に対する耐性が改善していることが発見された。これらの利点は、以下の実施例によってさらに示され、これは本開示の実施形態を例示することを意図しているが、決して範囲または基礎となる原理を限定することを意図しない。
【００７７】
実施例１．１．１：酸化グラフェンの調製
ＧＯの調製：ＧＯは、改良ハマーズ法を用いてグラファイトから調製した。グラファイトフレーク（２．０ｇ、Ａｌｄｒｉｃｈ、１００メッシュ）を、ＮａＮＯ３（２．０ｇ）、ＫＭｎＯ４（１０ｇ）および濃縮９８％Ｈ２ＳＯ４（９６ｍＬ）の混合物中で５０℃で１５時間酸化した。次いで、得られたペースト状混合物を氷（４００ｇ）に注ぎ入れた後、３０％過酸化水素（２０ｍＬ）を添加した。得られた溶液を２時間撹拌して二酸化マンガンを還元し、濾紙を通して濾過し、脱イオン（ＤＩ）水で洗浄した。固体を集め、撹拌することによってＤＩ水中に分散させ、６３００ｒｐｍで４０分間遠心分離し、水層を捨てた（ｄｅｍａｙｔｅｄ）。残った固体をＤＩ水に分散させ、洗浄プロセスを４回繰り返した。次いで、精製したＧＯを、ＧＯ分散液（０．４重量％）のために２．５時間超音波処理（２０Ｗ）しながらＤＩ水中に分散させた。
【００７８】
実施例１．１．２：架橋剤化合物＃１．１（ＣＬＣ−１．１）の合成
【化３９】
2019532064.tif 000041
４，４’−ジアミノ−［１，１’−ビフェニル］−２，２’−ジオール（ＣＬＣ−１．１）の調製：エタノール（５０ｍｌ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）中の３−ニトロフェノール（６．９５ｇ、０．０５ｍｏｌ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）の混合物に、１２ＭのＮａＯＨ水溶液（２５ｍｌ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）および亜鉛粉末（１３ｇ、０．２ｍｏｌ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）を窒素雰囲気下（Ａｉｒｇａｓ、Ｓａｎ  Ｍａｒｃｏｓ，ＣＡ，ＵＳＡ）で添加した。得られた混合物を１０時間撹拌した後、濾過した。濾液を酢酸（Ａｌｄｒｉｃｈ）によってｐＨ４に酸性化し、沈殿物が形成された。固体を濾過により集め、水で中性になるまで洗浄し、真空オーブン（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ６５００，Ｔｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｗａｌｔｈａｍ，ＭＡ  ＵＳＡ）を用いて６０℃、２トルで真空乾燥して所望の生成物（３．８ｇ、収率７０％）、すなわちＣＬＣ−１．１を得た。この化合物はＬＣＭＳにより特徴付けられた：Ｃ１２Ｈ１３Ｎ２Ｏ２（Ｍ＋Ｈ）についての計算値：２１７．１；実測値２１７。１Ｈ  ＮＭＲ（ＤＭＳＯ）：δ８．９（ｂｓ，４Ｈ），６．７７（ｂｓ，２Ｈ），６．１５（ｂｓ，４Ｈ）。
【００７９】
実施例１．１．３：架橋剤化合物＃１．２（ＣＬＣ−１．２）の合成
【化４０】
2019532064.tif 000042
カリウム４，４’−ジヒドロキシ−［１，１’−ビフェニル］−２，２’−ジスルホネート（ＣＬＣ−２）の調製：４，４’−ジアミノビフェニル−２，２’−ジスルホン酸（９．５ｇ、２７．６ｍｍｏｌ、Ａｌｄｒｉｃｈ）および水酸化ナトリウム（２．０８ｇ、５２ｍｍｏｌ、Ａｌｄｒｉｃｈ）の混合物を、６５ｍＬのＤＩ水に溶解し、５９ｇの氷をその溶液に入れた。次いで亜硝酸ナトリウム（３．５２ｇ、５１ｍｍｏｌ、Ａｌｄｒｉｃｈ）を添加し、続いて０℃で硫酸溶液（１１．５ｍＬのＨ２ＳＯ４（９８％、Ａｌｄｒｉｃｈ）の５９ｍＬのＤＩ水中）を０℃で滴下した。溶液は赤くなり、次いで黄色の沈殿物が形成した。混合物を０℃で１時間撹拌した。次いで懸濁液を濾過した；ジアゾニウム塩の固体を１２０ｍＬの氷水で洗浄した。次いで塩を４０ｍＬの水に懸濁し、１００℃で１時間加熱した。すべての固体が溶解し；次いで溶液を室温に冷却し、ＫＯＨ溶液（５ｍＬの水中に２．３ｇ、Ａｌｄｒｉｃｈ）でｐＨ７に中和した。得られた溶液を抽出のためにエタノール／イソプロパノール（３００ｍＬ／１００ｍＬ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）に添加し、黄橙色の沈殿物が形成された。濾過し、真空中で乾燥した後、黄色の固体、ＣＬＣ−１．２が得られた（６．７ｇ、収率６０％）。１Ｈ  ＮＭＲによって確認された（Ｄ２Ｏ）：δ７．３９（ｄｄ、２Ｈ），７．１８（ｄｄ，２Ｈ），６．９５（ｄｄ，２Ｈ）。
【００８０】
実施例１．１．４：架橋剤化合物＃１．３（ＣＬＣ−１．３）の調製
【化４１】
2019532064.tif 000043
４，４’−ジアミノ−［１，１’−ビフェニル］−２，２’−ジスルホン酸ナトリウム（ＣＬＣ−１．３）の調製：３０ｍＬのメタノール（Ａｌｄｒｉｃｈ）中、４，４’−ジアミノビフェニル−２，２’−ジスルホン酸（４．８２ｇ、１４ｍｍｏｌ、Ａｌｄｒｉｃｈ）の溶液に、ＮａＯＨ水溶液（１．１２ｇ、１０ｍＬの水中に２８ｍｍｏｌ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）を添加した。混合物全体を３０分間撹拌し、次いで溶媒を真空オーブン（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ６５００、Ｔｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ）を用いて６０℃、２トルで除去して、固体（５．４４ｇ、収率１００％）、すなわちＣＬＣ−１．３を得た。
【００８１】
実施例１．１．５：架橋剤化合物＃２．１（ＣＬＣ−２．１）の調製
【化４２】
2019532064.tif 000044
ナトリウム４−（４−（４−（１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）エチル）フェノキシ）ブタン−１−スルホネート（ＣＬＣ−２．１））の調製：撹拌量のｔｅｒｔ−ブタノール（９０ｍＬ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）に、室温で、４，４’，４’’−（エタン−１，１，１−トリル）トリフェノール（５ｇ、１６ｍｍｏｌ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）、続いてナトリウムｔｅｒｔ−ブトキシド（１．５７ｇ、１６ｍｍｏｌ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）を添加した。次いで混合物を１１０℃で１５分間撹拌した。続いて、１，４−ブタンスルトン（１．６７ｍＬ、１６ｍｍｏｌ）を混合物に添加し、反応物を一晩放置した。約１６時間後、反応物を次いで冷却した。溶液にヘキサン（２００ｍＬ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）を添加し、溶液を３０分間撹拌した。次いで集めた沈殿物を新しいヘキサン溶液（約５００ｍＬ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）中で３０分間再び洗浄した。次いで、集めた沈殿物をイソプロパノール（４００ｍＬ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）に入れた後、２時間撹拌した。最終工程で溶液にヘキサン（４００ｍＬ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）を添加し、５分間撹拌した後、沈殿物を集めた。生成物を真空オーブン（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ６５００、Ｔｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｗａｌｔｈａｍ、ＭＡ  ＵＳＡ）中、６０℃、２トルで一晩乾燥させて、白色粉末（６．２５ｇ、収率８２．４％）、すなわちＣＬＣ−２．１を得た。１Ｈ−ＮＭＲ（Ｄ２Ｏ）：δ１．６３（４Ｈ，ｍ），１．７７（３Ｈ，ｓ），２．７２（２Ｈ，ｔ），３．６５（２Ｈ，ｔ），６．５１（６Ｈ，ｔ），６．７６（６Ｈ，ｔ）。
【００８２】
実施例１．１．５：架橋剤化合物＃２．１（ＣＬＣ−３．１）の調製
【化４３】
2019532064.tif 000045
Ｎ１，Ｎ３−ビス（４−ニトロフェニル）ベンゼン−１，３−ジアミン（ＣＬＣ−３．１）の調製：無水ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）（８０ｍＬ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）中の４−フルオロ−１−ニトロベンゼン（１０．６ｍＬ、１００ｍｍｏｌ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）、メタ−フェニレンジアミン（５．４ｇ、５０ｍｍｏｌ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）および炭酸カリウム（１６．６ｇ、１２０ｍｍｏｌ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）の混合物を、１０５℃で２０時間加熱した。得られた混合物を水（２５０ｍＬ）にゆっくり注ぎ入れ、次いでジクロロメタン（５００ｍＬ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）で抽出した。有機物をブラインで洗浄し、Ｎａ２ＳＯ４で乾燥し、次いでジクロロメタン／ヘキサン（１：１０〜３：２）の溶出液（Ａｌｄｒｉｃｈ）を用いるフラッシュカラムクロマトグラフィのためにシリカゲル（Ａｌｄｒｉｃｈ）に充填した。所望の画分を集め、濃縮してオレンジ色の固体（４．８ｇ、２７％の収率で）、ＣＬＣ−３．１を得た。ＬＣＭＳにより確認した：Ｃ１８Ｈ１４Ｎ４Ｏ４に対する計算値：３５０．１；実測値：３５０。
【００８３】
実施例１．１．３：架橋剤化合物＃２．２（ＣＬＣ−３．１）の合成。
【化４４】
2019532064.tif 000046
ナトリウム４−（２−（３−（２−ヒドロキシエトキシ）−２，２−ビス（（２−ヒドロキシエトキシ）−メチル）プロポキシ）エトキシ）ブタン−１−スルホネート（ＣＬＣ−３．１）の調製：ｔｅｒｔ−ブタノール（１００ｍＬ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）の溶液を室温で撹拌しながら、ペンタエリスリトールエトキシレート（７ｇ、２２．４ｍｍｏｌ）（Ａｌｄｒｉｃｈ  ４１６１５０、Ｍｎ＝２７０ａｖｇ、３／４ＥＯ／ＯＨ）を添加し、続いてナトリウムｔｅｒｔ−ブトキシド（２．１５  ｇ、２２．４ｍｍｏｌ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）を添加した。撹拌を続けながら、次いで混合物を１１０℃に７０分間加熱した。続いて、１，４−ブタンスルトン（２．２９ｍＬ、２２．４ｍｍｏｌ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）を混合物に添加し、反応物を一晩放置した。１７時間の反応後、過剰の溶液をデカントした。次いで沈殿物をヘキサン（Ａｌｄｒｉｃｈ）で洗浄した。沈殿物を次いでメタノール（１２５ｍＬ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）に溶解し、５０℃浴中で真空乾燥して粘稠な透明ワックス、すなわちＣＬＣ−３．１（８．７７ｇ、収率７３％）を得た。１Ｈ−ＮＭＲ（Ｄ２Ｏ）：δ１．７−１．８（４Ｈ，ｍ），２．９０（２Ｈ，ｔ），３．３（８Ｈ，ｓ），３．４−３．７（２１Ｈ，ｍ）。
【００８４】
実施例１．１．４：架橋剤化合物＃４（ＣＬＣ−４．２）の合成。
【化４５】
2019532064.tif 000047
ジメチル４，４’−（（２，２−ビス（（４−（メトキシカルボニル）フェノキシ）メチル）−プロパン−１，３−ジイル）ビス（オキシ））ジベンゾエート（ＩＣ−１）：Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド（１００ｍＬ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）に、室温で、ペンタエリスリトールテトラブロミド（６ｇ、１５．５ｍｍｏｌ、Ａｌｄｒｉｃｈ）を撹拌しながら添加し、続いてメチル４−ヒドロキシベンゾエート（９．４２ｇ、６１．９ｍｍｏｌ、Ａｌｄｒｉｃｈ）、次いで炭酸カリウム（２７．８０ｇ、２０１．５ｍｍｏｌ、Ａｌｄｒｉｃｈ）を添加した。得られた混合物を一晩１５０℃に加熱した。約２２時間後、反応物を室温に冷却し、反応混合物をＤＩ水（１０００ｍＬ）に注ぎ入れ、酢酸エチル（８００ｍＬ、Ａｌｄｒｉｃｈ）で抽出した。有機層を分離し、ロータリーエバポレータで真空下に濃縮した。得られた残渣をヘキサンおよび酢酸エチルの勾配で溶出するカラムクロマトグラフィにより精製して、所望の生成物ＩＣ−１として白色粉末を得た（７．１９ｇ、収率６９％）。１Ｈ−ＮＭＲ（ＴＣＥ？？？）：δ３．８（ｓ，１２Ｈ），４．４（ｓ，８Ｈ），６．９（ｄ，８Ｈ），および７．９（ｄ，８Ｈ）。
【００８５】
【化４６】
2019532064.tif 000048
中間化合物＃２（ＩＣ−２）の合成：０℃の氷浴中で冷却した５０ｍＬの無水テトラヒドロフランに、ＩＣ−１（６．５ｇ、９．７ｍｍｏｌ）を添加した。０℃に冷却したＬｉＡｌＨ４（ジエチルエーテル中１Ｍ、５８ｍＬ、５８．２ｍｍｏｌ、Ａｌｄｒｉｃｈ）を滴下した。次いで反応溶液を室温まで加温し、４時間撹拌した。反応混合物を冷水（１０００ｍＬ）に注ぎ入れ、ＨＣｌ（１Ｍ、Ａｌｄｒｉｃｈ）で中和した。次いで、溶液を酢酸エチル（８００ｍＬ、Ａｌｄｒｉｃｈ）で抽出し、層を分離し、有機層を濃縮した。粗生成物を酢酸エチルおよびメタノールの勾配で溶出するカラムクロマトグラフィにより精製して、所望の生成物ＩＣ−２として白色粉末を得た（３．４４ｇ、収率６３．５％）。１Ｈ−ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６）：δ４．２５（ｓ，８Ｈ），４．３９（ｓ，８Ｈ），５．０４（ｓ，４Ｈ），６．９１（ｄ，８Ｈ），７．２１（ｄ，８Ｈ）。
【００８６】
【化４７】
2019532064.tif 000049
架橋剤＃３．２（ＣＬＣ−４．２）の合成：室温でｔｅｒｔ−ブタノール（６０ｍＬ、Ａｌｄｒｉｃｈ）に、撹拌しながらＩＣ−２を添加し、続いてナトリウムｔｅｒｔ−ブトキシド（５６６ｍｇ、５．８９ｍｍｏｌ、Ａｌｄｒｉｃｈ）を添加した。混合物を１１０℃で４０分間加熱した。次いで、１，４−ブタンスルトン（０．６０ｍＬ、５．８９ｍｍｏｌ、Ａｌｄｒｉｃｈ）、追加のｔｅｒｔ−ブタノール（７５ｍＬ、Ａｌｄｒｉｃｈ）およびＮ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド（２０ｍＬ、Ａｌｄｒｉｃｈ）を反応混合物に添加した。２４時間撹拌した後、ヘキサン（４００ｍＬ、Ａｌｄｒｉｃｈ）を添加することによって生成物を沈殿させた。得られた混合物を１５分間撹拌し、次いで濾過した。次いで集めた固体をヘキサン（１００ｍＬ、Ａｌｄｒｉｃｈ）に添加した。さらに１５分間撹拌した後、沈殿物を再度濾過により集めた。集めた固体を次いでヘキサン（１００ｍＬ、Ａｌｄｒｉｃｈ）およびイソプロパノール（３０ｍＬ、Ａｌｄｒｉｃｈ）の混合物に添加した。１５分間撹拌した後、沈殿物を濾過し、２トルの真空オーブン（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ６５００、Ｔｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｗａｌｔｈａｍ，ＭＡ  ＵＳＡ）で６０℃で４時間乾燥して、所望の生成物ＣＬＣ−４．２として白色粉末を得た（３．２５ｇ、７６．８％収率）。１Ｈ−ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６）：δ１．５６  （ｍ，４Ｈ），２．５０（ｍ，２Ｈ），４．２５−４．３８（ｍ，１６Ｈ），５．０６（ｓ，２Ｈ），６．９３（ｄ，８Ｈ），および７．２０（ｄ，８Ｈ）。
【００８７】
実施例１．２．１：抗微生物要素＃１（ＡＭ−１）の調製
架橋ＧＯ膜（ＡＭ−１）の調製：実施例１．１に記載のように調製した４ｍｇ／ｍＬの酸化グラフェン（ＧＯ）水性分散液を脱イオン水で０．１重量％に希釈した。次に、適切な量のＣＬＣ−１．１をＤＩ水中に溶解することによって、０．１重量％のＣＬＣ−１．１水溶液を作り出した。次いで、０．１重量％のＣＬＣ−１．１水溶液からなる混合物と０．１重量％の酸化グラフェン水性分散液からなる混合物とを３：１の重量比で混合することによってコーティング混合物を作り出した。次いで得られた溶液を室温で１０分間撹拌した。得られた溶液を、９０ｃｍ２当たり０．６ｇの混合物をコーティングするように設定したダイキャスター（Ｔａｋｕ−Ｄｉｅ  ２００，Ｄｉｅ−Ｇａｔｅ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ）を使用して溶液を膜表面に滴下することによって逆浸透（ＲＯ）膜（ＥＳＰＡ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ，  Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃｓ）上にキャストした。空気中で乾燥した後、水を除去し、膜を架橋するために、膜を８５℃のオーブン（ＤＸ４００、Ｙａｍａｔｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ）に３０分間入れ、厚さ１．４μｍで質量比１：３のＧＯ／ＣＬＣ−１．１膜である膜、すなわちＡＭ−１を得た。
【００８８】
実施例１．２．２：追加の抗微生物要素（ＡＭ−２からＡＭ−３）の調製
実施例１．２．２では、追加の抗微生物要素を構築した。使用した方法は、表１に示すように特定の元素についてパラメータを変えたことを除いて、実施例１．２．１の方法と同様であった。
【表１】
2019532064.tif 000050
【００８９】
比較例１．２．３：ストック基材（ＣＭ−１）の調製
比較要素／Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃｓ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ（ＣＭ−１）の調製：別の実施例（ＣＭ−１）では、Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃｓ（ＥＳＰＡ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ，Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃｓ）からのストック逆浸透（ＲＯ）膜から膜を切断した。
【００９０】
実施例２．１：抗微生物特性の測定。
膜の抗微生物性を試験するために、実施例ＡＭ−１を、その全体が本明細書に組み込まれる抗微生物製品の有効性を試験するための日本工業規格（ＪＩＳ）Ｚ  ２８０１：２０１２（英語版２０１２年９月刊行）に準拠した手順を用いて測定した。抗微生物能力の検証に使用された生物は大腸菌（ＡＴＣＣ（登録商標）８７３９、ＡＴＣＣ）であった。
【００９１】
試験のために、１Ｌの濾過した滅菌水に８ｇの栄養粉末（Ｄｉｆｃｏ（商標）  Ｎｕｔｒｉｅｎｔ  Ｂｒｏｔｈ，Ｂｅｃｔｏｎ，Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｆｒａｎｋｌｉｎ  Ｌａｋｅｓ，ＮＪ  ＵＳＡ）を懸濁させ、完全に混合し、次いで激しく撹拌しながら加熱することによりブロスを調製した。粉末を溶解するために、混合物を１分間煮沸し、次いで１２１℃で１５分間オートクレーブ処理した。試験前夜に、大腸菌を２〜３ｍＬの調製ブロスに添加し、一晩増殖させた。
【００９２】
試験当日に、得られた培養物を新鮮な培地で希釈し、次いで１０８ＣＦＵ／ｍＬの密度まで増殖させた（または培養物１ｍＬを新鮮な栄養ブロス９ｍＬにほぼ希釈した）。次いで得られた溶液を２時間再増殖させた。次いで、再増殖物を滅菌食塩水（１Ｌの蒸留水中のＮａＣｌ  ８．５ｇ（Ａｌｄｒｉｃｈ））中で５０倍希釈して、約２×１０６ＣＦＵ／ｍＬの予想密度を達成した。５０μＬの希釈液が接種数を提供する。
【００９３】
次いでサンプルを１インチ×２インチの四角形に切断し、ＧＯコーティング面を上にしてペトリ皿に入れた。その後、５０μＬの希釈液をとり、試験片に接種した。次いで、透明なカバーフィルム（０．７５インチ×１．５インチ、３Ｍ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ  ＵＳＡ）を使用して、細菌接種材料を広げるのを助け、広げたサイズを画定し、蒸発を減少させた。次いで、ペトリ皿を透明な蓋で覆い、増殖させた。
【００９４】
２時間および２４時間の所望の測定点が達成されたとき、試験検体およびカバーフィルムを滅菌鉗子で２０ｍＬの生理食塩水を含む５０ｍＬコニカルチューブに移し、各サンプルの細菌を、ボルテックスミキサー（１２０Ｖ，ＶＷＲ  Ａｒｌｉｎｇｔｏｎ  Ｈｅｉｇｈｔｓ，ＩＬ  ＵＳＡ）において少なくとも３０秒間それらを混合することによって各サンプルから洗い流した。次いで、各溶液中の細菌細胞を、フィルタ（Ｍｉｌｆｌｅｘ−１００、１００ｍＬ、０．４５μｍ、白色格子、ＭＸＨＡＷＧ１２４、ＥＭＤ  Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ）と組み合わせたポンプ（ＭＸＰＰＵＭＰ０１、ＥＭＤ  Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ、Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ、ＭＡ  ＵＳＡ）を使用して、トリプチックソイ寒天（ＭＸＳＭＣＴＳ４８，ＥＭＤ  Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ）で予め満たされた個々のカセットに個々に移した。
【００９５】
次いで、カセットを作り（ｉｎｖｅｎｔｅｄ）、次いで３７℃のインキュベータに１８時間入れた。１８時間後、カセット上のコロニー数をカウントした。コロニーが存在しない場合、ゼロが記録された。未処理片については、２４時間後のコロニー数は１×１０３コロニー以上であった。データの有効性と再現性を保証するために、試験は各サンプルタイプに対して３回実行された。サンプルＡＭ−２〜ＡＭ−２３についても同様の実験を行い、結果を表２に示した。ＴＮＴＣサンプルが約４０００コロニーのおおよその最大カウント値に等しいカウントを有すると仮定したとしても、抗菌活性は３．８と推定することができる。したがって、抗菌活性は少なくとも３．８であり、これは２．０以上の抗菌活性を支持する。結果として、本明細書に開示されている架橋ＧＯコーティングは、表面上への微生物の蓄積を防ぐのを助けることができる有効な殺生物剤であると決定された。
【表２】
2019532064.tif 000051
2019532064.tif 000052
【００９６】
実施例３．１：追加の抗微生物要素の調製および試験
異なる架橋剤を様々な比率で用いて多数の抗微生物要素をＡＭ−１と同様の様式で調製し、様々な厚さで堆積させた。いくつかのサンプルでは、追加の架橋剤または他の材料を用いて性能に対するそれらの材料の効果を試験した。各抗微生物要素の詳細およびそれぞれについて得られた結果を以下の表３に示す。
【表３】
2019532064.tif 000053
【００９７】
実施形態
本開示の著者は、少なくとも以下を含む多数の具体的な実施形態を企図している。
（実施形態１）
以下を含む抗微生物膜であって：
支持体；および
架橋された、任意に置換された酸化グラフェン化合物を含む支持体をコーティングする複合体を含み、ここで前記グラフェンは、安息香酸誘導体、式１の任意に置換されたビフェニル、式２の任意に置換されたトリフェニルメタン、式３Ａまたは３Ｂで表される任意に置換されたジフェニルアミンまたは任意に置換された９Ｈ−カルバゾール、および式４の任意に置換されたビスヒドロキシメチルプロパンジオール化合物からなる群から選択される架橋剤によって架橋されたものであり：
式１；
【化４８】
2019532064.tif 000054
式中、Ｒ１およびＲ２は独立してＮＨ２またはＯＨであり；Ｒ３およびＲ４は独立して、ＯＨ、ＳＯ３Ｈ、ＳＯ３Ｎａ、またはＳＯ３Ｋである；
式２；
【化４９】
2019532064.tif 000055
式中、Ｒ５は、Ｈ、ＣＨ３、またはＣ２Ｈ５であり；Ｒ６は、Ｈ、ＣＨ３、−ＣＯ２Ｈ、−ＣＯ２Ｌｉ、−ＣＯ２Ｎａ、−ＣＯ２Ｋ、−ＳＯ３Ｈ、−ＳＯ３Ｌｉ、−ＳＯ３Ｎａ、または−ＳＯ３Ｋであり；ｎは０、１、２、３、４または５であり；
式３Ａまたは式３Ｂ；
【化５０】
2019532064.tif 000056
式中、Ｒ７およびＲ８は、独立して、Ｈ、ＣＨ３、ＣＯ２Ｈ、ＣＯ２Ｌｉ、ＣＯ２Ｎａ、ＣＯ２Ｋ、ＳＯ３Ｈ、ＳＯ３Ｌｉ、ＳＯ３Ｎａ、またはＳＯ３Ｋであり；ｋは０または１であり；ｍは０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０であり；ｐは０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０であり；
式４；
【化５１】
2019532064.tif 000057
式中、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、およびＲ１２は、独立して以下であることができ：
【化５２】
2019532064.tif 000058
式中、Ｒ１３は独立してＯＨ、ＮＨ２、ＣＯ２Ｈ、ＣＯ２Ｎａ、ＣＯ２Ｋ、ＳＯ３Ｈ、ＳＯ３Ｎａ、またはＳＯ３Ｋであり；ｒは０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０であり；それによって、２．０以上の抗菌効果を有することによって決定されるように、前記膜は微生物を死滅させる、膜。
（実施形態２）
前記任意に置換されたビフェニルが以下である、実施形態１に記載の膜：
【化５３】
2019532064.tif 000059
（実施形態３）
前記任意に置換されたトリフェニルメタンが以下である、実施形態１に記載の膜：
【化５４】
2019532064.tif 000060
（実施形態４）
前記任意に置換されたジフェニルアミンまたは任意に置換された９Ｈ−カルバゾールが、以下である、実施形態１に記載の膜：
【化５５】
2019532064.tif 000061
（実施形態５）
前記任意に置換されたビスヒドロキシメチルプロパンジオール化合物が以下である、実施形態１に記載の膜：
【化５６】
2019532064.tif 000062
（実施形態６）
前記安息香酸誘導体が３，５−ジアミノ安息香酸である、実施形態１に記載の膜。
（実施形態７）
前記複合体が、四ホウ酸カリウムおよび２，５−ジヒドロキシテレフタル酸のうちの少なくとも一方をさらに含む、実施形態１または６に記載の膜。
（実施形態８）
前記任意に置換された酸化グラフェンがプレートレットを含む、実施形態１、２、３、４、５、６または７に記載の膜。
（実施形態９）
前記プレートレットが、約０．０５μｍ〜約５０μｍである、実施形態８に記載の膜。
（実施形態１０）
前記複合体中の酸化グラフェンと架橋剤との質量比が１：１０００〜５０：１の範囲の値である、実施形態１、２、３、４、５、６、７、８、または９に記載の膜。
（実施形態１１）
前記複合体中の酸化グラフェンと架橋剤との質量比が１：４〜１２：１の範囲の値である、実施形態１、２、３、４、５、６、７、８、または９に記載の膜。
（実施形態１２）
前記複合体中の酸化グラフェンと架橋剤との質量比が、１：４〜１：１の範囲の値である、実施形態１、２、３、４、５、６、７、８、または９に記載の膜。
（実施形態１３）
前記複合体中の酸化グラフェンと架橋剤との質量比が４：１〜１１：１の範囲の値である、実施形態１、２、３、４、５、６、７、８、または９に記載の膜。
（実施形態１４）
前記複合体がスペーサ材料をさらに含む、実施形態１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、または１３に記載の膜。
（実施形態１５）
前記スペーサ材料がシリカナノ粒子を含む、実施形態１４に記載の膜。
（実施形態１６）
前記シリカナノ粒子が、約３ｎｍ〜約２０ｎｍのサイズを有する、実施形態１５に記載の膜。
（実施形態１７）
前記シリカナノ粒子が、約５０ｎｍ〜約２５０ｎｍのサイズを有する、実施形態１５に記載の膜。
（実施形態１８）
前記支持体上の前記複合体コーティングが約０．９μｍ〜約３μｍの厚さを有する、実施形態１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、または１７に記載の膜。
（実施形態１９）
前記支持体上の前記複合体コーティングが約１０ｎｍ〜約５００ｎｍの厚さを有する、実施形態１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、または１７に記載の膜。
（実施形態２０）
前記支持体上の前記複合体コーティングが約１００ｎｍ〜約３００ｎｍの厚さを有する、実施形態１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、または１７に記載の膜。
（実施形態２１）
前記膜が、前記複合体を前記支持体に適用し、前記得られた膜を約７０℃〜約２００℃の温度に約２分〜約６０分間さらすことによって調製される、実施形態１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、または２０に記載の膜。
（実施形態２２）
前記膜が、前記複合体を前記支持体に適用し、前記得られた膜を約８０℃〜約１５０℃の温度に約３分〜約３０分間さらすことによって調製される、実施形態１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、または２０に記載の膜。
（実施形態２３）
前記支持体が微生物の増殖から保護されるべき物品である、実施形態１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、または２２に記載の膜。
（実施形態２４）
微生物を死滅させる方法であって、前記方法が：
実施形態１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２または２３のいずれかに記載の膜を提供すること；および
前記膜を微生物を含有する作用流体にさらすこと；
を含み、
ここで前記膜が、２．０以上の抗菌効果を有することによって決定されるように、前記膜は作用流体への曝露の結果として微生物を死滅させる、方法。
【００９８】
別段の指示がない限り、明細書および特許請求の範囲で使用される成分の量、特性、例えば分子量、反応条件などを表すすべての数字は、すべての場合において用語「約」によって修飾されていると理解されるべきである。したがって、相反する指示がない限り、明細書および添付の特許請求の範囲に記載の数値パラメータは近似値であり、得ようとする所望の特性に応じて変わり得る。最低限、特許請求の範囲の範囲に対する均等論の適用を制限する試みとしてではなく、各数値パラメータは、報告された有効数字の数に照らしておよび通常の丸め技法を適用することによって少なくとも解釈されるべきである。
【００９９】
本発明を説明する文脈において（特に以下の特許請求の範囲の文脈において）使用される用語「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および類似の指示対象は、本明細書で別段の指示がない限りまたは文脈による明確な否定がない限り、単数および複数の両方を網羅すると解釈されるべきである。本明細書に記載のすべての方法は、本明細書で別段の指示がない限りまたは文脈による明確な否定がない限り、任意の適切な順序で実行され得る。本明細書で提供されるありとあらゆる例、または例示的な言語（例えば、「例えば（ｓｕｃｈ  ａｓ）」）の使用は、単に本発明をよりよく明らかにすることを目的とし、いずれの請求項の範囲も限定するものではない。本明細書中のいかなる言語も、本発明の実施に必須のあらゆる請求されていない要素を示すと解釈されるべきではない。
【０１００】
本明細書に開示された代替の要素または実施形態の分類は、限定として解釈されるべきではない。各群の構成員は、個々に、またはその群の他の構成員または本明細書中に見出される他の要素との任意の組み合わせで言及および特許請求され得る。便宜上および／または特許性の理由から、群の１つ以上の構成員が群に含まれ得るか、または群から削除され得ると予想される。
【０１０１】
本発明を実施するために本発明者らが知っている最良の形態を含む、特定の実施形態が本明細書に記載されている。当然のことながら、これらの記載された実施形態に対する変形形態は、前述の説明を読むと当業者には明らかになる。本発明者は、当業者がそのような変形形態を適切に使用することを予想しており、本発明者らは、本明細書に具体的に記載されているものとは別の方法で本発明を実施することを意図している。したがって、特許請求の範囲は、適用法によって許容されるように、特許請求の範囲に列挙された主題のすべての変更形態および均等物を含む。さらに、そのすべての可能な変形形態における上記の要素の任意の組み合わせは、本明細書で別段の指示がない限りまたは文脈による明確な否定がない限り、想定される。
【０１０２】
最後に、本明細書に開示された実施形態は特許請求の範囲の原理の例示であることが理解されるべきである。使用され得る他の変更は特許請求の範囲内にある。したがって、限定ではなく例として、本明細書の教示に従って代替の実施形態を利用し得る。したがって、特許請求の範囲は、示され説明された正にその通りの実施形態に限定されない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年5月24日(2019.5.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を含む抗微生物膜であって：
支持体；および
架橋された、任意に置換された酸化グラフェン化合物を含む支持体をコーティングする複合体を含み、ここで前記酸化グラフェン化合物は、安息香酸誘導体、式１の任意に置換されたビフェニル、式２の任意に置換されたトリフェニルメタン、式３Ａまたは３Ｂで表される任意に置換されたジフェニルアミンまたは任意に置換された９Ｈ−カルバゾール、式４の任意に置換されたビスヒドロキシメチルプロパンジオール化合物、もしくは、それらの組み合わせを含む架橋剤によって架橋されたものであり：
式１；
【化１】
2019532064.tif 000077
式中、Ｒ１およびＲ２は独立してＮＨ２またはＯＨであり；Ｒ３およびＲ４は独立して、ＯＨ、ＳＯ３Ｈ、ＳＯ３Ｎａ、またはＳＯ３Ｋである；
式２；
【化２】
2019532064.tif 000078
式中、Ｒ５は、Ｈ、ＣＨ３、またはＣ２Ｈ５であり；Ｒ６は、Ｈ、ＣＨ３、−ＣＯ２Ｈ、−ＣＯ２Ｌｉ、−ＣＯ２Ｎａ、−ＣＯ２Ｋ、−ＳＯ３Ｈ、−ＳＯ３Ｌｉ、−ＳＯ３Ｎａ、または−ＳＯ３Ｋであり；ｎは０、１、２、３、４または５であり；
式３Ａまたは式３Ｂ；
【化３】
2019532064.tif 000079
式中、Ｒ７およびＲ８は、独立して、Ｈ、ＣＨ３、ＣＯ２Ｈ、ＣＯ２Ｌｉ、ＣＯ２Ｎａ、ＣＯ２Ｋ、ＳＯ３Ｈ、ＳＯ３Ｌｉ、ＳＯ３Ｎａ、またはＳＯ３Ｋであり；ｋは０または１であり；ｍは０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０であり；ｐは０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０であり；
式４；
【化４】
2019532064.tif 000080
式中、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、およびＲ１２は、独立して以下であることができ：
【化５】
2019532064.tif 000081
式中、Ｒ１３は独立してＯＨ、ＮＨ２、ＣＯ２Ｈ、ＣＯ２Ｎａ、ＣＯ２Ｋ、ＳＯ３Ｈ、ＳＯ３Ｎａ、またはＳＯ３Ｋであり；ｒは０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０であり；それによって、２．０以上の抗菌効果を有することによって決定されるように、前記膜は微生物を死滅させる、膜。
【請求項２】
前記任意に置換されたビフェニルが以下である、請求項１に記載の膜：
【化６】
2019532064.tif 000082
【請求項３】
前記任意に置換されたトリフェニルメタンが以下である、請求項１に記載の膜：
【化７】
2019532064.tif 000083
【請求項４】
前記任意に置換されたジフェニルアミンまたは任意に置換された９Ｈ−カルバゾールが、以下である、請求項１に記載の膜：
【化８】
2019532064.tif 000084
【請求項５】
前記任意に置換されたビスヒドロキシメチルプロパンジオール化合物が以下である、請求項１に記載の膜：
【化９】
2019532064.tif 000085
【請求項６】
前記安息香酸誘導体が３，５−ジアミノ安息香酸である、請求項１に記載の膜。
【請求項７】
前記複合体が、四ホウ酸カリウム、２，５−ジヒドロキシテレフタル酸、またはその組み合わせをさらに含む、請求項１または６に記載の膜。
【請求項８】
前記任意に置換された酸化グラフェンがプレートレットを含む、請求項１、２、３、４、５、６または７に記載の膜。
【請求項９】
前記プレートレットが、約０．０５μｍ〜約５０μｍである、請求項８に記載の膜。
【請求項１０】
前記複合体中の酸化グラフェンと架橋剤との質量比が１：４〜１２：１の範囲の値である、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、または９に記載の膜。
【請求項１１】
前記複合体がスペーサ材料をさらに含む、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０に記載の膜。
【請求項１２】
前記スペーサ材料がシリカナノ粒子を含む、請求項１１に記載の膜。
【請求項１３】
前記シリカナノ粒子が、約３ｎｍ〜約２０ｎｍのサイズを有する、請求項１２に記載の膜。
【請求項１４】
前記シリカナノ粒子が、約５０ｎｍ〜約２５０ｎｍのサイズを有する、請求項１２に記載の膜。
【請求項１５】
前記支持体上の前記複合体コーティングが約１０ｎｍ〜約５００ｎｍの厚さを有する、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、または１４に記載の膜。
【請求項１６】
前記支持体上の前記複合体コーティングが約５００ｎｍ〜約３μｍの厚さを有する、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、または１４に記載の膜。
【請求項１７】
前記膜が、前記複合体を前記支持体に適用し、前記得られた膜を約７０℃〜約２００℃の温度に約２分〜約６０分間さらすことによって調製される、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、または１６に記載の膜。
【請求項１８】
前記膜が、前記複合体を前記支持体に適用し、前記得られた膜を約８０℃〜約１５０℃の温度に約３分〜約３０分間さらすことによって調製される、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、または１６に記載の膜。
【請求項１９】
前記支持体が微生物の増殖から保護されるべき物品である、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７または１８に記載の膜。
【請求項２０】
微生物を死滅させる方法であって、前記方法が：
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８または１９に記載の膜を提供すること；および
前記膜を微生物を含有する作用流体にさらすこと；
を含み、
ここで前記膜が、２．０以上の抗菌効果を有することによって決定されるように、前記膜は作用流体への曝露の結果として微生物を死滅させる、方法。
【国際調査報告】
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