(57)【要約】当業者に明らかであろう本発明のこれらの及び他の目的は、以下の一般式１で表される抗微生物性表面を提供することにより達成される：            SS-(Ua-V+b1-W)b2dX-e(式中、SSは、改質固形表面であって、それらの非改質状態においてヒドロキシル基を含むものを表し；aは、0又は1を表し；Uは、-Y1T-を表し；Yは、-O-、-S-又は-NQ-又は-SiRS-を表し；Qは、H；原子数1〜24の飽和又は不飽和炭化水素基；フェニル；又はベンジルを表し；Rは、炭素数1〜24の飽和又は不飽和炭化水素基；フェニル；又はベンジルを表し；Tは、原子数1〜24の飽和又は不飽和炭化水素鎖を表し；Vは、正に電荷した成分を表し；b1は、1又は2を表し；b2は、1〜3を表し；Wは、LZを表し；Lは、原子数10〜24の飽和又は不飽和炭化水素鎖を表し；Zは、-H、-OH、-SH、-F、-Cl、-Br、-I、-OR、-HN(O)CQ又は-O(O)CQを表し；Xは、陰イオンを表し；dは、1又は2を表し；及びeは、1〜3を表し；式中、b1×b2＝d×eである。）【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の一般式１で表される抗微生物性表面：
SS-(Ua-V+b1-W)b2dX-e    一般式１
(式中、
SSは、非改質状態においてヒドロキシル基を含む改質固形表面を表し；
aは、0又は1を表し；
Uは、-Y1T-を表し；
Y1は、-O-、-S-又は-NQ-又は-SiR2を表し；
Qは、H；原子数1〜24の飽和又は不飽和炭化水素基；フェニル；又はベンジルを表し；
Rは、炭素数1〜24の飽和又は不飽和炭化水素基；フェニル；又はベンジルを表し；
Tは、原子数1〜24の飽和又は不飽和炭化水素鎖を表し；
Vは、正に電荷した成分を表し；
b1は、1又は2を表し；
b2は、1〜3を表し；
Wは、LZを表し；
Lは、原子数10〜24の飽和又は不飽和炭化水素鎖を表し；
Zは、-H、-OH、-SH、-F、-Cl、-Br、-I、-OR、-HN(O)CQ又は-O(O)CQを表し；
Xは、陰イオンを表し；
dは、1又は2を表し；及び
eは、1〜3を表し；
式中、b1×b2＝d×eである。）
【請求項２】
ヒドロキシル基が固形表面上の炭素原子に結合している、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項３】
固形表面が炭水化物を含む、請求項２に記載の抗微生物性表面。
【請求項４】
炭水化物がバルク炭水化物である、請求項３に記載の抗微生物性表面。
【請求項５】
炭水化物がセルロースである、請求項３に記載の抗微生物性表面。
【請求項６】
セルロースがバルクセルロースである、請求項５に記載の抗微生物性表面。
【請求項７】
セルロースがセルロースアセテートである、請求項５に記載の抗微生物性表面。
【請求項８】
炭水化物が綿である、請求項３に記載の抗微生物性表面。
【請求項９】
綿が綿布、綿ガーゼ又はバルク綿である、請求項８に記載の抗微生物性表面。
【請求項１０】
綿布が他の織物と混合されている、請求項９に記載の抗微生物性表面。
【請求項１１】
炭水化物が紙である、請求項３に記載の抗微生物性表面。
【請求項１２】
炭水化物が木材である、請求項３に記載の抗微生物性表面。
【請求項１３】
固形表面がタンパク質を含む、請求項２に記載の抗微生物性表面。
【請求項１４】
タンパク質がウールである、請求項３に記載の抗微生物性表面。
【請求項１５】
タンパク質がシルクである、請求項３に記載の抗微生物性表面。
【請求項１６】
ヒドロキシル基が固形表面上のケイ素原子に結合している、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項１７】
固形表面がガラスである、請求項１６に記載の抗微生物性表面。
【請求項１８】
固形表面が衣服の表面である、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項１９】
aが1を表す、請求項１６に記載の抗微生物性表面。
【請求項２０】
Y1が、Oを表す、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項２１】
QがHを表す、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項２２】
Qがメチル又はエチル基を表す、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項２３】
Tがヘテロ原子を含まない、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項２４】
Tが飽和アルキル鎖を表す、請求項２３に記載の抗微生物性表面。
【請求項２５】
飽和アルキル鎖の炭素数が1〜3である、請求項２４に記載の抗微生物性表面。
【請求項２６】
Tが少なくとも一つの二重結合を含むアルキル鎖を表す、請求項２３に記載の抗微生物性表面。
【請求項２７】
Tが少なくとも一つの三重結合を含むアルキル鎖を表す、請求項２３に記載の抗微生物性表面。
【請求項２８】
Tが-(CH2CH2Y2)m1-を表し、式中、m1が1〜8を表し、Y2が-O-、-S-又は-NH-を表す、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項２９】
Tが-(CH2(O)CH2)m2-を表し、式中m2が、1〜12を表す、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項３０】
Y2がOを表す、請求項２８に記載の抗微生物性表面。
【請求項３１】
Vが二重帯電成分である、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項３２】
帯電成分が四級アンモニウム基を含む、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項３３】
二重帯電成分が二つの正電荷窒素原子を含む、請求項３１に記載の抗微生物性表面。
【請求項３４】
帯電成分が1,4-ジアゾニアビシクロ[2.2.2]オクタンである、請求項３３に記載の抗微生物性表面。
【請求項３５】
帯電成分が四級ホスホニウム基を含む、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項３６】
二重帯電成分が二つの正電荷リン原子を含む、請求項３１に記載の抗微生物性表面。
【請求項３７】
帯電成分がスルホニウム基を含む、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項３８】
二重帯電成分が二つの正電荷硫黄原子を含む、請求項３１に記載の抗微生物性表面。
【請求項３９】
二重帯電成分が1,4-ジチオニウムシクロヘキサンである、請求項３８に記載の抗微生物性表面。
【請求項４０】
Lがヘテロ原子を含まない、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項４１】
Lの炭素数が10〜18である、請求項４０に記載の抗微生物性表面。
【請求項４２】
Lの炭素数が12〜16である、請求項４０に記載の抗微生物性表面。
【請求項４３】
Lの炭素数が14〜16である、請求項４０に記載の抗微生物性表面。
【請求項４４】
Lの炭素数が16である、請求項４０に記載の抗微生物性表面。
【請求項４５】
Lが飽和炭化水素鎖を表す、請求項４０に記載の抗微生物性表面。
【請求項４６】
Lの炭素数が10〜18である、請求項４５に記載の抗微生物性表面。
【請求項４７】
Lの炭素数が12〜16である、請求項４５に記載の抗微生物性表面。
【請求項４８】
Lの炭素数が14〜16である、請求項４５に記載の抗微生物性表面。
【請求項４９】
Lの炭素数が16である、請求項４５に記載の抗微生物性表面。
【請求項５０】
Lが少なくとも一つの二重結合を含むアルキル鎖を表す、請求項４０に記載の抗微生物性表面。
【請求項５１】
Lが少なくとも一つの三重結合を含むアルキル鎖を表す、請求項４０に記載の抗微生物性表面。
【請求項５２】
Lが-(CH2CH2Y2)m1-を表し、式中、m1が4〜8を表し、Y2が-O-、-S-又は-NH-を表す、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項５３】
Lが-(CH2(O)CH2)m2-を表し、式中m2が、5〜12を表す、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項５４】
Y2がOを表す、請求項５２に記載の抗微生物性表面。
【請求項５５】
Rが飽和炭化水素鎖を表す、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項５６】
飽和炭化水素鎖の炭素数が1〜3である、請求項５５に記載の抗微生物性表面。
【請求項５７】
Xがハライド、ニトレート、スルフェート、ホスフェート又はカーボネートである、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項５８】
b2=dである、請求項１に記載の抗微生物性表面。
【請求項５９】
炭素又はケイ素原子に共有結合したヒドロキシル基をその表面(SS)上に有する材料の、微生物の成長に対する耐性を増加させる方法であって、その表面を請求項１に記載の抗微生物性表面に転化することを含む上記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（背景技術）
抗生物質耐性菌及び他の微生物ならびにバイオテロリズムの最近の脅威により、微生物感染から人々を保護するための新規方法を開発する重要性が増してきている。例えば、汚染環境においてより安全に着用できる衣服を製造するための、新規材料を開発することが重要である。そのような材料は、病院において及び軍隊及び民間活動の間であって、微生物汚染が発生した所において、有用と思われるか又は期待されている。
新規抗微生物性材料(antimicrobial material)の開発において、さらなる抗生物質耐性を阻むことは重要である。従って、理想的には、新規抗微生物性材料は、非特異的、非代謝的機構により機能するものであろう。
【０００２】
例えば、ロバートエンゲル(Robert Engel)の実験室で開発されたポリカチオン性(四級アンモニウム)の紐は、抗菌活性を有すると報告されている。ファビアン(Fabian)ら、Syn. Lett., 1007(1997年)；ストレカス(Strekas)ら、Arch. Biochem. and Biophys. 364, 129〜131頁(1999年)；及びコーヘン(Cohen)ら、Heteroat. Chem. 11, 546〜555頁(2000年)を参照されたい。しかし、その表面に抗微生物性を付与するために、表面にこれらの分子を結合させることについての示唆はなされていない。また、これらの分子が表面に結合した時に最も効果的であると考えられることに関していかなる記載もない。
他の抗生物質、例えばゲンタマイシン及びペニシリンを、医薬装置の表面に結合させるという示唆はされている。例えば、キーオー(Keogh)ら、米国特許第5,476,509号、ウン-チュン(Ung-Chhun)ら、米国特許第6,306,454号、キーオー、米国特許第6,033,719号、ラーゲブ(Ragheb)ら、米国特許第6,299,604号及びギール(Guire)、米国特許第5,263,992号を参照されたい。また、カナザワら、Polym. Sci., Part A-I 31、1467〜1472頁(1993年)を参照されたい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
明らかに、これらの表面に安定して結合した抗微生物剤(antimicrobial agent)を有する新規材料が必要である。理想的には、抗微生物剤は、耐性を導かず、その材料が洗われた時にそれらの表面から脱離しないものである。衣服の製造における使用に好適な、そのような材料を開発することが特に望ましい。特に必要とされるのは、炭化水素及び/又はタンパク質ベースの材料、例えば綿布、ウール及びシルクならびにそれらの混合物により製造される微生物耐性衣服である。他のタイプの抗微生物性表面、例えば紙及び木材表面を開発することがさらに望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（発明の概要）
当業者にとって明らかであろう本発明のこれらの及び他の目的は、以下の一般式１で表される抗微生物性表面を提供することにより達成される：
一般式１を有する抗微生物性表面：
SS-(Ua-V+b1-W)b2dX-e    一般式１
(式中、
SSは、非改質状態においてヒドロキシル基を含む改質固形表面を表し；
aは、0又は1を表し；
Uは、-Y1T-を表し；
Y1は、-O-、-S-又は-NQ-を表し；
Qは、H；原子数1〜24の飽和又は不飽和炭化水素基；フェニル；又はベンジルを表し；
Tは、原子数1〜24の飽和又は不飽和炭化水素鎖を表し；
Vは、正に電荷した成分(moiety)を表し；
b1は、1又は2を表し；
b2は、1〜3を表し；
Wは、LZを表し；
Lは、原子数10〜24の飽和又は不飽和炭化水素鎖を表し；
Zは、-H、-OH、-SH、-F、-Cl、-Br、-I、-OR、-HN(O)CQ又は-O(O)CQを表し；
Rは、炭素数1〜24の飽和又は不飽和炭化水素基；フェニル；又はベンジルを表し；
Xは、陰イオンを表し；
dは、1又は2を表し；及び
eは、1〜3を表し；
式中、b1×b2＝d×eである）。
他の態様において、本発明は、炭素又はケイ素原子に共有結合したヒドロキシル基をその表面(SS)上に有する材料の、微生物の成長に対する耐性を増加させる方法であって、その表面を上記抗微生物性表面に転化することを含む上記方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
（発明の詳細な説明）
本発明は、固形材料の新規抗微生物性表面に関する。その材料は、物体、例えば衣服、包帯、縫合糸、保護装置、コンテナ等の製造に適している。
その抗微生物性表面は、次の構造、SS-(Ua-V+b1-W)b2dX-e (一般式１)を有する。一般式１において、SSは、-(Ua-V+b1-W)-成分の共有結合により改質された固形表面を表す。その非改質状態において、固形表面は、炭素又はケイ素原子に結合したヒドロキシル基を含む。
ヒドロキシル基が、非改質固形表面における炭素原子に結合している場合、一般的にその表面は、炭水化物、タンパク質又はそれらの混合物を含むであろう。
【０００６】
本明細書において、炭水化物は、(+)-グルコースのすべてのポリマーを指す。炭化水素としてはデンプン及びグリコーゲンが挙げられるが、本明細書において主に関心が持たれる炭化水素はセルロースである。セルロースは、例えば、バルクセルロースの形態、又は綿、リネン、レーヨン又はセルロースアセテートの形態であってもよい。例えば、綿は、綿布、綿ガーゼ又はバルク綿であってもよい。炭水化物は、木材又は紙の形態であってもよい。
表面のヒドロキシル基が炭素原子に結合する他のタイプの材料としては、タンパク質材料が挙げられる。タンパク質を含む材料としてはウール及びシルクが挙げられる。
【０００７】
上記の各材料は、それ自体又はひとつ以上の他の材料との混合物として存在してもよい。例えば、いかなる形態の上記セルロースも、他の形態のセルロースと混合されていてもよい。同様に、いかなる形態の上記タンパク質材料も、他の形態のタンパク質材料と混合されていてもよい。さらに、いかなる形態の上記セルロースも、いかなる形態の上記タンパク質材料と混合されていてもよい。例えば、ウール及びシルクは、綿と混合されていてもよい。また、上記のいかなる材料及び混合物も、他の天然又は合成材料、例えばナイロン及びポリエステルと混合されていてもよい。例えば、その材料は、衣類又は保護衣服を製造するための織物であってもよい。
【０００８】
ヒドロキシル基が固形表面上のケイ素原子に結合している場合、一般的に、固形表面を含む材料はシリカ、例えばガラスである。本発明により改質されるガラスは、例えば、医療機器の部分であってもよい。
一般式１により表される改質表面の記載において、多様な化学成分が炭化水素基又は炭化水素鎖として定義されるであろう。本明細書に使用する場合、炭化水素基は、一端で他の化学成分に結合する。炭化水素鎖は、各末端で他の化学成分、例えば、独立して、炭化水素基又は原子に結合する。
【０００９】
ヘテロ原子は、炭素原子以外の原子又は基であり、炭化水素鎖中にあってもよい。一般的なヘテロ原子としては、O、S及びNHが挙げられる。
炭化水素鎖は、飽和又は不飽和であってもよく、一つ以上のヘテロ原子O、S、NH及びそれらの混合物を含んでいても又は含んでいなくてもよい。炭化水素鎖又は基中の2/3〜全部の原子は、飽和又は不飽和の炭素原子である。その鎖または基中の0〜1/3の原子は、ヘテロ原子である。
【００１０】
一般式１中の炭化水素鎖又は基は、枝がなく、特定の原子数を有する。特定の原子数は、炭素原子及びヘテロ原子のみを含み、水素原子は含まない。
飽和炭化水素鎖は、メチレン単位を含んでもよい。特に規定しない限り、飽和炭化水素鎖中に1〜24のメチレン基があってもよい。
飽和炭化水素鎖は、エポキシ単位を含んでいてもよく、ここで-(CH2(O)CH2)m2-と示され、式中m2は、特に規定しない限り1〜12を表し、また-(CH2(O)CH2)-は以下のように表される：
【化１】
2005526189.tif 000002
不飽和炭化水素鎖又は基は、飽和及び不飽和炭素原子の混合物を含んでいてもよい。また、不飽和炭化水素鎖又は基は、不飽和炭素原子のみを含んでいてもよい。従って、不飽和炭化水素鎖又は基は、一つ以上の二重及び/又は三重結合を含んでいてもよい。不飽和炭化水素鎖又は基中に2〜24の炭素原子があってもよい。
【００１１】
ヘテロ原子を含まない炭素数1〜8の炭化水素基の例としては、メチル、エチル、プロピル、プロペニル、ブチル、1-又は2-ブチニル、1-、2-又は3-ペンテニル、ヘキシル、ヘプチル及びオクチルが挙げられる。ヘテロ原子を含まない炭素数10〜24の飽和炭化水素基の例としては、デシル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル及びオクタデシルが挙げられる。ヘテロ原子を含まない炭素数10〜24の不飽和炭化水素基の例としては、オレイル、リノレイル及びリノレニル、特にシス-オレイル、シス,シス-リノレイル及びシス,シス,シス-リノレニルが挙げられる。対応する鎖は、基の末端、即ちω位に水素原子がない。
ヘテロ原子を有する炭化水素としては、例えば-(CH2CH2Y2)m1-が挙げられ、式中、m1は1〜8を表し、Y2はO、S又はNHを表す。
【００１２】
炭化水素鎖又は基は、上記いかなる鎖及び基の混合物であってもよい。混合物は、例えば、飽和炭化水素鎖又は基のみ、不飽和炭化水素鎖又は基のみ、又は飽和及び不飽和炭化水素鎖又は基の混合物を含んでいてもよい。上記のように、炭化水素鎖又は基は、１つ以上のへテロ原子を含んでいてもよい。
また、本明細書において、フェニル及び/又はベンジル基のフェニル環は、置換されていなくてもよく、又はフェニル環を安定して置換することができる置換基で置換されていてもよい。好適な置換基の幾つかの例としては、-H、-OH、-SH、-F、-Cl、-Br、-I、-OR、-NH2、-NHR、-NHR2、-HN(O)CR又は-O(O)CRが挙げられ、ここでRはH、炭素数1〜24の飽和又は不飽和炭化水素基、フェニル又はベンジルを表す。好ましくは、炭化水素鎖は、1〜3の炭素原子、好ましくは1〜3の飽和炭素原子を有し、即ち、メチル、エチル、プロピル又はイソプロピルである。フェニル及びベンジル基は、１つより多い追加的なフェニル又はベンジル基で置換されておらず、また、好ましくは、いかなる追加的なフェニル又はベンジル基でも置換されていない。
【００１３】
一般式１中の基Uは、任意のリンカーである。Uが存在する(即ち、a=1)の場合、Uは、固形表面(SS)と正電荷の基(V)を隔てる。基Uがない(即ち、a=0)の場合、固形表面SSは、帯電成分Vに直接結合する。
安定性のため、非改質固形表面上のヒドロキシル基がケイ素原子、例えばシリカの場合は例えばガラス、に結合している場合、連結基Uは好ましくは存在する(即ち、a=1)。一般式１中の正電荷成分Vが炭素原子に結合する場合、Vがケイ素原子に結合する場合よりも、改質シリカ表面はより安定である。炭素原子、例えば、炭化水素鎖は、次に、シリカの表面上のヒドロキシル基の酸素原子に共有結合する。
【００１４】
一般式１中の基Uは、-Y1T-を表す。Y1は、例えば、-O-、-S-又は-NQ-を表す。Qは、水素原子又は原子数1〜24の飽和又は不飽和炭化水素基、フェニル又はベンジルを表す。好ましくは、Qは、水素、メチル又はエチルを表す。
Tは、原子数1〜24の飽和又は不飽和炭化水素鎖を表す。好ましくは、Tは、ヘテロ原子を含まない飽和アルキル鎖を表す。飽和アルキル鎖は、好ましくは炭素数1〜3である。
一般式１中のVは、正電荷成分を表す。正電荷成分は、例えば、一重(singly)又は二重帯電成分であってもよい。一重帯電成分において、一般式１中のb1は1を表す。二重帯電成分において、b1は2を表す。一重又は二重帯電成分は、例えば、一つ又は二つの正電荷の窒素原子、一つ又は二つの正電荷のリン原子、又は、一つ又は二つの正電荷の硫黄原子を含んでいてもよい。
【００１５】
一つの態様において、正電荷成分は、一重帯電四級アンモニウム、四級ホスホニウム又はスルホニウム基を含み、それぞれ一般式+-NR2-、+-PR2又は+-SRで表され、式中Rは上記定義のとおりである。四級アンモニウム及びホスホニウムイオンにおいて、N又はP原子上の二つのR基は、同じでも異なっていてもよい。好ましくは、両方のR基は、メチル又はエチルを表す。また、正電荷の窒素、リン及び硫黄原子は、SS-Ua及びWに共有結合する。一般式１を参照されたい。
好ましい態様において、正電荷成分Vは、二つの正電荷窒素原子、例えば、-+NR2-T-NR2+-を含む。二つの正電荷窒素原子を有する成分の例としては、1,4-ジアゾニアビシクロ[2.2.2]オクタンが挙げられる。他の態様において、Vは、二つの正電荷硫黄原子を含み、例えば-+SR-T-SR+-又は1,4-ジチオニウムシクロヘキサンが挙げられる。この態様において、Tは、原子数1〜24の飽和又は不飽和炭化水素を表す。好ましくはTは、ヘテロ原子を含まない飽和アルキル鎖を表す。好ましくは飽和アルキル鎖は、炭素数1〜3である。
【００１６】
一般式１中の成分Wは、LZを表す。Lは、飽和又は不飽和炭化水素鎖を表す。鎖中の最小原子数は、10、好ましくは12、より好ましくは14である。鎖中の最大原子数は24、好ましくは18である。鎖中の最適な原子数は16である。
ヘテロ原子を有する炭化水素鎖Lとしては、例えば-(CH2CH2Y2)m1-が挙げられ、式中、m1は4〜8を表し、Y2は上記定義のとおりである。他の考えられる炭化水素鎖は-(CH2(O)CH2)
m2-であり、式中m2は5〜12を表し、また、-(CH2(O)CH2)-は上記のとおりである。
好ましくは、鎖は、ヘテロ原子を含まない。より好ましくは、その鎖は、飽和炭素原子のみを含む。
Lは、全てが同じ長さの炭化水素鎖を表してもよい。好ましくは、全ての炭化水素鎖Lは、原子数12〜18、好ましくは原子数14〜16、より好ましくは原子数16、最も好ましくは炭素数16、所望により飽和炭素原子数16である。
また、Lは炭化水素鎖の混合物を表してもよい。好ましくは、混合物中の少なくとも幾つかの炭化水素鎖Lは、原子数12〜18、好ましくは原子数14〜16、より好ましくは原子数16、最も好ましくは原子数16であり、所望により飽和炭素原子数16である。
【００１７】
かなりの数の炭化水素鎖Lが原子数16であることは特に望ましい。一般的に、混合物中、少なくとも約10％、好ましくは少なくとも約25％、より好ましくは少なくとも約50％、最も好ましくは少なくとも約75％、及び所望により少なくとも約90％の炭化水素鎖Lが、原子数16、好ましくは炭素数16、より好ましくは飽和炭素原子数16である。
Zは、炭化水素鎖Lの末端での安定な化学成分を表す。Zは、例えば、-H、-OH、-SH、-F、-Cl、-Br、-I、-OR、-NH2、-NHR、-NR2、-HN(O)CQ（アミド基）、又は-O(O)CQ(エステル基)を表してもよく、式中、R及びQは上記定義のとおりである。好ましいR及びQ基は、メチル及びエチルである。Zは、好ましくはHを表す。好ましい成分Wは、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル及びそれらの混合物である。
【００１８】
Xは、正電荷成分Vの電荷とバランスをとる陰イオンを表す。陰イオンは、一般式１中のeが1の場合、一重帯電であり、一般式１中のeが2の場合、二重帯電であり、一般式１中のeが3の場合、三重帯電である。好適な陰イオンの例としては、ハライド(フルオライド、クロライド、ブロミド又はヨージド)、ニトレート、スルフェート、ビスルフェート、ホスフェート(モノ-、ビ-(bi)又はトリホスフェート)、カーボネート、ビカーボネート又はアセテートが挙げられる。
b2及びdにより表される数は、全ての電荷が中性、即ちb1×b2=d×eのようになる。
【００１９】
抗微生物活性
本発明による表面改質が施された材料は、優れた抗微生物特性を示す。本明細書において、抗微生物特性とは、単細胞生物、例えば、細菌、菌類、藻類及び酵母並びにカビの成長に抵抗する能力をいう。
細菌は、グラム陽性及びグラム陰性細菌の両方を含む。グラム陽性細菌の例としては、例えば、Bacillus cereus、Micrococcus luteus、Staphylococus aureusが挙げられる。グラム陰性細菌の例としては、例えばEscherichia coli、Enterobacter aerogenes、Enterobacter cloacae及びProteus vulgarisが挙げられる。酵母の菌株としては、例えばSaccharomyces cerevisiaeが挙げられる。
【００２０】
本発明により達成される抗微生物特性を示すために、表面(SS)を改質し、抗微生物活性を試験した。簡潔にいうと、炭水化物ベースの表面(100％綿布、市販の等級；ワットマングレード  １Chr)を、ピリジン溶液中の過剰のp-トルエンスルホニルクロライドで処理し、続いて氷で冷却した水で洗うことにより、陽イオン性リガンドの結合のために活性化した。活性化綿を、過剰の1-アザ-4-(脂肪アルキル)アゾニアビシクロ[2.2.2]オクタンを含むアセトニトリル溶液中に置き、24時間攪拌した。以下の脂肪族アルキル基を有するリガンドで改質した綿を製造し、試験した：
オクチル（C8）
デシル(C10)
ドデシル(C12)
ヘキサデシル(C16)
オクタデシル(C18)
【００２１】
細菌成長用に使用した培地は、バクト（Bacto）-トリプトン、バクト-寒天、酵母抽出物及び塩化ナトリウムから製造した。それぞれの改質した表面サンプルを、4部実験において試験される各細菌で、その抗微生物効果を研究した。具体的には、成長培地を有する同じプレート上に4つの別々の以下のような実験系を置いた：
A-細菌を加えていない、未処理表面材料
B-反応の溶媒洗浄手段にかけたが試薬材料は添加していない、研究する細菌を加えた表面材料
C-研究する細菌を加えた、未処理表面材料
D-研究する細菌を加えた、改質表面材料。
【００２２】
4つの実験を保持する成長プレートを35℃で一晩インキュベートした。成長は材料表面周囲の領域に視覚的に示された。その後、その材料を成長培地から取り出し、新鮮な成長培地4mL中に置き、35℃で16時間インキュベートした。細菌の成長を、ベックマン モデル25 UV/VIS分光光度計を使用して比濁測定した。
7つの細菌株(グラム陰性4つ及びグラム陽性3つ)を、以下に示すように研究した。
【００２３】
全ての例において、実験A、B及びCは、初期成長試験において細菌の全面的な成長を示した。実験Dの、改質表面上及びその周辺領域における細菌成長は、以下に示した細菌/改質表面のセットにおいてのみ完全にないことを示した。さらに、比濁測定した場合の継続的な成長は、これらの各系についても同様にゼロであることを示した：
Escherichia coli (ATCC#14948)-C16
Enterobacter aerogenes (ATCC#13048)-C16
Enterobacter cloacae (ATCC#13047)-C12、C16
Proteus vulgaris (ATCC#13315)-C12、C16、C18
Bacillus cereus(ATCC#14579)-C10、C12、C16、C18
Micrococcus luteus (ATCC#9341)-C10、C12、C16、C18
Staphylococcus aureus (ATCC#6538)-C10、C12、C16、C18
【００２４】
上記結果は、広い抗菌活性が、親油基を有する陽イオン剤の共有的結合により炭水化物表面に与えられることを示している。その活性は、異なるタイプの多数の微生物に明らかである。
その特異性は顕著である。炭素数8で改質した表面は、（もしあるとしても）最小の抗菌活性を示した。明らかに、表面陽イオン部位に結合した十分に長い(少なくとも原子数10の)親油鎖の存在が活性に要求される。
炭素数16のみが、試験した全7つの細菌株に対して活性を示した。従って、最適抗菌活性は、親油部位において炭素数16の鎖長で、グラム陰性及びグラム陽性細菌の両方に観察された。
【００２５】
本発明者は、理論により結びつけることを望んでいないが、抗菌活性は、段階的な様態で生じると理解されてもよい。親油鎖は、陽イオン部位が細胞表面と初期に接触するに至るステージに細菌種により組み入れられ、また、容易に放出されないほど十分に遠くに組み入れられる。清浄剤様の作用は、その後、細胞破壊を惹起する細胞表面の破壊を生じさせる。
そのような作用の特定の利点は、抗菌剤の消費がないことである。抗菌剤は、工程中に変化せず、表面に結合したままである。さらに、抗菌活性は非特異的かつ非代謝的である。従って、細菌株の耐性菌を助長する危険性が減少する。
【００２６】
表面の改質
ヒドロキシル基の活性化
表面は、当技術分野に公知の方法により、本発明に従って改質できる。炭素原子に結合したヒドロキシル基を有する表面、例えば、炭水化物及びタンパク質表面の場合、表面ヒドロキシル基の活性は、ヒドロキシル基を活性エステル結合に転化することにより達成してもよい。
ヒドロキシル基は、好適な媒体中、ヒドロキシル基を試薬と反応させることにより、活性エステル結合に転化してもよい。例えば、試薬としては、ベンゼンスルホニルクロライド、p-トルエンスルホニルクロライド、チオニルクロライド及び三臭化リンが挙げられる。好適な反応媒体としては、それらに限定されるわけではないが、ピリジン、ヘキサン、ヘプタン、エーテル、トルエン、酢酸エチル及びそれらの混合物が挙げられる。試薬の量及び好適な媒体の量は、当業者に公知である。
【００２７】
材料の表面に存在する全ての利用可能なヒドロキシル部位を活性化する必要性はない。例えば、表面上の利用可能なヒドロキシル基の約10％未満を活性化し、次に十分な抗微生物活性を提供してもよい。好ましくは、利用可能なヒドロキシル基の約25％を活性化してもよく、より好ましくは、利用可能なヒドロキシル基の約50％、最も好ましくは約75％を活性化してもよい。
以下の反応式１は、p-トルエンスルホニルクロライドとの反応による炭水化物上のヒドロキシル基の活性化の例を示している。
【化２】
2005526189.tif 000003
活性化反応は、プロトン-シンク(proton-sink)を要求する。ピリジンを媒体として使用する場合、ピリジンはそれ自体プロトン-シンクとして機能する。例えば、上記の他の不活性溶媒系の一つを使用し、アルカリ化合物、例えば不溶性重合性三級アミンを加えて、プロトン-シンクとして作用させることにより、ピリジンの使用を避けてもよい。不溶性重合性三級アミンは、例えばDEAE-セルロースであってもよい。
【００２８】
正電荷成分(V)の結合
上記方法により活性化された表面(例えば、炭水化物、タンパク質及びシリカ)は、好適な反応媒体中、好適な三級アミン、チオエーテル又は三級ホスフィン種の化学的結合により抗微生物性が付与される。好適な反応媒体の例としては、アセトニトリル、エタノール、メタノール、2-プロパノール、プロピオニトリル及びそれらの混合物が挙げられる。本発明に有用な三級アミン、四級ホスフィン及びチオエーテル種としては以下のものが挙げられる：
【化３】
2005526189.tif 000004
(式中、nは9〜23である)。
炭水化物上の活性基への正電荷成分、4-ヘキサデシル-１-アザ-４-アゾニアビシクロ[2.2.2]オクタンの結合の例を、以下の反応式３に示した。
【化４】
2005526189.tif 000005
一旦抗微生物性表面の改質を完成し、次に、製造した表面を最終反応用に使用する溶媒(例えば、正電荷成分の結合に使用する反応媒体)、鹹水及び水で洗い、その後乾燥してもよい。
【実施例１】
【００２９】
N-ヘキサデシル-N,N-ジメチル-N-(2-チオメチル)エチルアンモニウムブロミドの製造
アンモニウム塩のN-ヘキサデシル-N,N-ジメチル-N-(2-チオメチル)エチルアンモニウムブロミドは、酢酸エチル150ml中の1-ブロモヘキサデカン66.1g（0.210モル）を、酢酸エチル250ml中のN,N-ジメチル-N-(2-チオメチル)エチルアミン25g(0.210モル)に加えることにより製造した。その溶液混合物を攪拌した。得られた沈殿物を吸引ろ過により集め、エーテルで洗い、真空下で乾燥した。
【実施例２】
【００３０】
N-ヘキサデシル-N,N-ジメチル-N-(2-チオメチル)エチルアンモニウムブロミドでの抗微生物性綿布の製造
100％綿布のサンプル25gを、分散媒としてのピリジン150mL中に活性化剤p-トルエンスルホニルクロライド29.5g(0.155モル)を含む溶液中に置いた。反応媒体を一晩攪拌した。改質した綿布を取り出し、氷水で洗った。その後、洗った改質綿布を、アセトニトリル中、N-ヘキサデシル-N,N-ジメチル-N-(2-チオメチル)エチルアンモニウムブロミド(62.4g、0.155モル)と共に置き、一晩攪拌した。その後、改質した綿布を反応混合物から取り出し、次にアセトニトリル、鹹水及び水で洗い、空気中で乾燥した。
【実施例３】
【００３１】
4-ヘキサデシル-1-アザ-4-アゾニアビシクロ[2.2.2]オクタンクロライドでの抗微生物性綿布の製造
100％綿布のサンプル25g(最大0.465当量のヒドロキシル基を有し、そのうち約0.155当量が一級ヒドロキシル基である)を、分散媒としてのピリジン150mL中に活性化剤p-トルエンスルホニルクロライド29.5g(0.155モル)を含む溶液中に置いた。反応媒体を一晩攪拌した。改質した綿布を取り出し、氷水で洗った。その後、洗った改質綿布を、4-ヘキサデシル-1-アザ-4-アゾニアビシクロ[2.2.2]オクタンクロライド57.74g(0.155モル)を含むアセトニトリル中に置き、反応混合物を一晩攪拌した。その後、改質した綿布を反応媒体から取り出し、次にアセトニトリル、鹹水及び水で洗い、空気中で乾燥した。
【実施例４】
【００３２】
抗微生物性木材の製造
木材(カエデ)のサンプル25g(最大0.465当量のヒドロキシル基を有し、そのうち約0.155当量が一級ヒドロキシル基である)を、分散媒としてのピリジン150mL中に活性化剤p-トルエンスルホニルクロライド29.5g(0.155モル)を含む溶液中に置いた。反応媒体を一晩攪拌した。改質した木材を取り出し、氷水で洗った。その後、洗った改質木材を、4-テトラデシル-1-アザ-4-アゾニアビシクロ[2.2.2]オクタンクロライド53.40g(0.155モル)を含むアセトニトリル中に置き、反応混合物を一晩攪拌した。その後、改質した木材を反応媒体から取り出し、次にアセトニトリル、鹹水及び水で洗い、空気中で乾燥した。
【実施例５】
【００３３】
抗微生物性シルクの製造
100％シルクのサンプル25g(最大0.057当量の一級ヒドロキシル基を有する)を、分散媒としてのピリジン150mL中に活性化剤p-トルエンスルホニルクロライド10.8g(0.155モル)を含む溶液中に置いた。反応媒体を一晩攪拌した。改質したシルクを取り出し、氷水で洗った。その後、洗った改質シルクを、4-ヘキサデシル-1-アザ-4-アゾニアビシクロ[2.2.2]オクタンクロライド21.2g(0.155モル)をアセトニトリル100mL中に含む溶液中に置き、反応混合物を一晩攪拌した。その後、改質シルクを反応媒体から取り出し、次にアセトニトリル、鹹水及び水で洗い、空気中で乾燥させた。
【実施例６】
【００３４】
4-ヘキサデシル-1-アザ-4-アゾニアビシクロ[2.2.2]オクタンクロライドでの抗微生物性ウールの製造
100％ウールのサンプル25g(最大0.052当量のヒドロキシル基を有する)を、分散媒としてのピリジン150mL中に活性化剤p-トルエンスルホニルクロライド9.90g(0.155モル)を含む溶液中に置いた。反応媒体を一晩攪拌した。改質したウールを取り出し、氷水で洗った。その後、洗った改質ウールを、4-ヘキサデシル-1-アザ-4-アゾニアビシクロ[2.2.2]オクタンクロライド20.82g(0.052モル)をアセトニトリル100mL中に含む溶液中に置き、反応混合物を一晩攪拌した。その後、改質ウールを反応媒体から取り出し、次にアセトニトリル、鹹水及び水で洗い、空気中で乾燥した。
【実施例７】
【００３５】
P-ヘキサデシル-P,P-ジフェニルホスフィンでの抗微生物性ウールの製造
100％ウールのサンプル25g(最大0.052当量のヒドロキシル基を有する)を、分散媒としてのピリジン150mL中に活性化剤p-トルエンスルホニルクロライド9.90g(0.155モル)を含む溶液中に置いた。反応媒体を一晩攪拌した。改質したウールを取り出し、氷水で洗った。その後、洗った改質ウールを、P-ヘキサデシル-P,P-ジフェニルホスフィン13.62g(0.052モル)をアセトニトリル100mL中に含む溶液中に置き、反応混合物を一晩攪拌した。その後、改質したウールを反応媒体から取り出し、次にアセトニトリル、鹹水及び水で洗い、空気中で乾燥した。
【実施例８】
【００３６】
1-ヘキサデシル-1-チオニウム-4-チアシクロヘキサンブロミドの製造
スルホニウム塩である1-ヘキサデシル-1-チオニウム-4-チアシクロヘキサンブロミドは、酢酸エチル150mL中の1-ブロモヘキサデカン63.3g(0.201モル)を、酢酸エチル250mL中の1,4-ジチアン(dithiane)25g(0.201モル)に加えることにより製造した。その溶液混合物を攪拌した。得られた沈殿物を吸引ろ過により回収し、エーテルで洗い、真空下で乾燥した。
【実施例９】
【００３７】
1-ヘキサデシル-1-チオニウム-4-チアシクロヘキサンブロミドでの抗微生物性綿布の製造
100％綿布のサンプル25gを、分散媒としてのピリジン150mL中に活性化剤p-トルエンスルホニルクロライド29.5g(0.155モル)を含む溶液中に置いた。反応媒体を一晩攪拌した。改質した綿布を取り出し、氷水で洗った。その後、洗った改質綿布を、1-ヘキサデシル-1-チオニウム-4-チアシクロヘキサンブロミド(62.4g、0.155モル)をアセトニトリル中に含む溶液中に置き、一晩攪拌した。その後、改質した綿布を反応混合物から取り出し、次にアセトニトリル、鹹水及び水で洗い、空気中で乾燥した。
【国際調査報告】
2005526189.tif 000006