(57)【要約】本明細書に記載されるのは、持続的な銀イオン放出のための吸着性組成物を調製するための方法および組成物が提供される。本方法は、銀ナノ粒子を有機鋳型ナノ金属オキシ水酸化物上に含浸させることを含む。銀ナノ粒子の粒径は、約５０ｎｍ未満である。吸着性組成物は、水中で抗菌性である。ある態様では、有機鋳型ナノ金属オキシ水酸化物は、有機鋳型ベーマイトナノ構造（ＯＴＢＮ）である。結果として生じた吸着性組成物は、浄水装置において水用フィルタとして使用される。【選択図】  なし
2014509938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着性組成物を調製するための方法であって、
銀ナノ粒子を有機鋳型ナノ金属オキシ水酸化物上に含浸させることを含み、
前記吸着性組成物は、持続的かつ連続的な銀イオン放出によって、水中の微生物を死滅させる、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記有機鋳型ナノ金属オキシ水酸化物は、有機鋳型ベーマイトナノ構造（ＯＴＢＮ）である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
銀イオンは、ゲル状態のＯＴＢＮに含浸される、請求項に２記載の方法。
【請求項４】
還元剤を使用することによって、前記銀イオンをゼロ価状態に還元することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記還元剤は、水素化ホウ素ナトリウム、アスコルビン酸、クエン酸三ナトリウム、もしくはヒドラジン水和物、またはそれらの混合物を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記還元剤の濃度は、約０．００１Ｍ〜約１Ｍである、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
銀イオンは、固体状態のＯＴＢＮに含浸される、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
外部調製された銀ナノ粒子は、ゲル状態および固体状態のうちの少なくとも１つのＯＴＢＮに含浸される、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記銀イオンまたは銀ナノ粒子を含浸させることは、銀イオンまたは銀ナノ粒子を前記ＯＴＢＮに滴加することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記吸着性組成物を浸漬することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
約３０分から１２時間の間、好ましくは、１時間の間、前記吸着性組成物を浸漬することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記有機鋳型は、キトサン、バナナシルク、もしくはセルロース、またはそれらの混合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記銀ナノ粒子を調製するために銀前駆体を使用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記銀前駆体は、硝酸銀、フッ化銀、酢酸銀、硫酸銀、もしくは亜硝酸銀、またはそれらの混合物を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
銀の濃度は、約０．００１Ｍ〜約１Ｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記吸着性組成物は、１００十億分率（ｐｐｂ）未満（ｂｅｌｏｗ）での水中への銀の持続的かつ連続的な放出のために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記銀粒子の粒径は、約３ｎｍ〜約１０μｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
水用フィルタを備える浄水装置であって、
前記水用フィルタは、銀ナノ粒子を有機鋳型ナノ金属オキシ水酸化物上に含浸させることによって調製された吸着性組成物から作製され、
前記吸着性組成物は、持続的かつ連続的な銀イオン放出によって、水中の微生物を死滅させる、
ことを特徴とする浄水装置。
【請求項１９】
前記水用フィルタは、キャンドル、成形多孔質ブロック、濾床、およびカラムのうちの１つである、請求項１８に記載の浄水装置。
【請求項２０】
前記有機鋳型ナノ金属オキシ水酸化物は、有機鋳型ベーマイトナノ構造（ＯＴＢＮ）である、請求項１８に記載の浄水装置。
【請求項２１】
銀イオンは、ゲル状態のＯＴＢＮに含浸される、請求項１８に記載の浄水装置。
【請求項２２】
前記銀イオンは、還元剤を使用することによって、ゼロ価状態に還元される、請求項２１に記載の浄水装置。
【請求項２３】
前記還元剤は、水素化ホウ素ナトリウム、アスコルビン酸、クエン酸三ナトリウム、もしくはヒドラジン水和物、またはそれらの混合物を含む、請求項２２に記載の浄水装置。
【請求項２４】
前記還元剤の濃度は、約０．００１Ｍ〜約１Ｍである、請求項２３に記載の浄水装置。
【請求項２５】
銀イオンは、固体状態のＯＴＢＮに含浸される、請求項２０に記載の浄水装置。
【請求項２６】
外部調製された銀ナノ粒子は、ゲル状態および固体状態のうちの少なくとも１つのＯＴＢＮに含浸される、請求項２０に記載の浄水装置。
【請求項２７】
前記銀イオンまたは銀ナノ粒子を含浸させることは、銀イオンまたは銀ナノ粒子を前記ＯＴＢＮに滴加することを含む、請求項２０に記載の浄水装置。
【請求項２８】
前記吸着性組成物は、約３０分から１２時間の間、好ましくは、１時間の間、浸漬される、請求項１８に記載の浄水装置。
【請求項２９】
前記有機鋳型は、キトサン、バナナシルク、もしくはセルロース、またはそれらの混合物を含む、請求項１８に記載の浄水装置。
【請求項３０】
前記銀ナノ粒子を調製するために銀前駆体を使用する、請求項１８に記載の浄水装置。
【請求項３１】
前記銀前駆体は、硝酸銀、フッ化銀、酢酸銀、硫酸銀、もしくは亜硝酸銀、またはそれらの混合物を含む、請求項３０に記載の浄水装置。
【請求項３２】
銀の濃度は、約０．００１Ｍ〜約１Ｍである、請求項１８に記載の浄水装置。
【請求項３３】
前記吸着性組成物は、長期間、１００十億分率（ｐｐｂ）未満（ｂｅｌｏｗ）で銀を水中へ連続的に放出する、請求項１８に記載の浄水装置。
【請求項３４】
前記銀粒子の粒径は、約３ｎｍ〜約１０μｍである、請求項１８に記載の浄水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、浄水の分野に関し、具体的には、浄水のための持続的な銀放出に関連する組成物および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料水の汚染は、世界中で、特に、発展途上国および後進国で、主な健康上の懸案事項となっている。生物学的種（例えば、バクテリアおよびウイルス）、無機種（例えば、フッ化物、ヒ素、鉄）、および有機種（例えば、殺虫剤、揮発性有機物）を含む多くの汚染物質が、水質に影響を及ぼす。水中のこれらの汚染物質は、世界の多数の人口の多くの病気の原因である。汚染水の健康への影響に関連する大きな費用負担は、依然として貧困者の肩にのしかかっている。この問題は、これらの汚染物質の除去のための手頃で効果的な解決法を開発することによって対処可能である。
【０００３】
銀は、その抗細菌性で広く知られており、汚染水の処理のために、無機銀塩として、有機銀塩として、およびその塩、酸化物のコロイドとして、金属状態で用いられている。銀が優れた抗細菌剤であることは周知であるが、水中に存在する銀の性質は、その抗細菌効率を決定付ける。近年、銀は、金属ナノ粒子の形態で広く使用されている。銀ナノ粒子の抗細菌性は、ナノ粒子−バクテリアの表面相互作用から、もしくはナノ粒子から放出された銀イオンから、またはその両方から現れる。
【０００４】
銀ナノ粒子の抗細菌性は、多数の特許出願で論じられており、その中で、銀ナノ粒子の合成方法の改善が論じられ（Ａｐｐｌ  Ｅｎｖｉｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，２００７，７３（６），１７１２におけるＰａｌら、米国特許出願第２０１００２７２７７０号におけるＤｅ  Ｗｉｎｄｔら、第９３６／ＭＵＭ／２００８号におけるＳａｓｔｒｙら）、水以外の媒体中でのその合成方法が使用され（米国特許第７３２９３０１号におけるＣｈｅｎら）、種々の基質上に銀ナノ粒子を充填するための方法が論じられている（インド特許出願第１５７１／ＭＵＭ／２００８号におけるＲａｕｔａｒａｙら）。銀ナノ粒子の抗細菌性の強化は、銀金属のサイズ閉じ込めに起因する。銀ナノ粒子の合成について多くの方法が開発されているが、様々な種から構成される真水中で、反応性粒子を長時間ナノメートルサイズに維持することは非常に難しい。これは、イオン誘起凝集、表面改質、塩析出等に起因する。ゆえに、反応性銀ナノ粒子を浄水中で用いる間の重要な必要条件は、長期間のサイズ安定化および表面改質の防止である。
【０００５】
抗細菌性能のための銀ナノ粒子の使用の別の重要な態様は、放出される銀イオンの分画である（放出される銀イオンの量／使用される銀ナノ粒子の量）。大量の銀ナノ粒子が使用されても、汚染水に放出される銀イオンは少量であることが既知である。例えば、Ｈｏｅｋら（Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．２０１０，４４，７３２１）は、約３４０百万分率（ｐｐｍ）の全溶解固形物を含む再生真水中で、溶解銀の分画が、初期ソース、つまり、ＡｇＮＯ3または銀ナノ粒子にかかわらず、添加された銀の全質量の０．１％未満であることを報告した。この現象は、塩化物等の水中の種々の陰イオンの存在に起因する（多くの銀塩は、極めて低い溶解度を有する）。したがって、水用フィルタで使用する銀ナノ粒子の量は、最適量を超え、その結果、フィルタのサイズが大きくなり、装置のコストが高くなる。
【０００６】
ナノ粒子からの銀イオンの放出率は、ナノ粒子を抗菌剤として使用可能な期間を決定付ける。長時間に渡る銀ナノ粒子からの銀イオンの一定の放出は、水用フィルタで効果的に使用するために不可欠である。これによって、世界保健機関（ＷＨＯ）が規定する許容限度を超えない銀イオンの一定の抗菌性能および放出が確実になる。銀イオン放出率は、文献において論じられている。例えば、Ｅｐｐｌｅら（Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．２０１０，２２，４５４８およびＨｕｒｔ  ｅｔ  ａｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．２０１０，４４，２１６９）は、蒸留水中の銀ナノ粒子からの銀イオンの放出が、温度、培養日数、ならびに溶存酸素濃度、塩、および有機物等の水中に存在する種に依存することを実証した。溶解率は、経時的に一定ではなく、短時間で飽和を達成する。
【０００７】
したがって、水中での長期間に渡る反応性ナノ粒子の安定性は、銀イオン放出の制御に不可欠である。金属酸化物は、優れた基質として広く認められてきた。銀ナノ粒子は、金属酸化物内／金属酸化物上に外部（ｅｘ−ｓｉｔｕ）充填およびその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）充填されている。金属酸化物内のその場充填は、高い充填割合であっても有望な安定性を示している。例えば、金属酸化物マトリクス内の銀ナノ粒子のその場合成は、早くに報告されている。Ｃｈｅｎ  ｅｔ  ａｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．２００９，４３，２９０５は、銀ナノ粒子（＜５ｎｍ）のゾルゲル合成が、ＴｉＯ2粒子が反凝集担体として作用するＴｉＯ2ナノコンポジット上に充填されたことを論証し、ＴｉＯ2内の７．４質量％Ａｇ充填が、大腸菌に対して極めて強力な抗細菌性があったことを示した。同様の結果が、もみ殻灰により得られた（Ｒａｕｔａｒａｙら、第１５７ｌ／ＭＵＭ／２００８号）。このグループが得た結果は、溶出された銀濃度が、１．３ｐｐｂ〜６５ｐｐｂの広範囲で変動した（３０００Ｌの体積で測定した）ことを示す。
【０００８】
銀ナノ粒子を低コストの基質上に合成しようとする種々の試みが行われてきた。例えば、Ｓｈａｎｋａｒら（Ｊ  Ｃｈｅｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．２００８，８３，１１７７）は、高銀充填割合で銀を活性炭上に充填した。活性炭（５ｇ）に充填された最適量の９〜１０．５質量％のＡｇは、最大３５０Ｌの流水（流速：５０ｍＬ／分）について、接触モードで大腸菌（濃度：１０3ＣＦＵ／ｍｌ）に対して効果的な抗細菌性を有することが必要である。したがって、３５０Ｌの無菌水に約０．５ｇの銀を使用するべきであるが、そのコストは１０パイサ／リットル（ＵＳ＄０．００８８／ガロン）水である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、現在のシステムは、支持マトリクス上の銀ナノ粒子の安定化に関する問題に対処できない。さらに、界面化学は、長期間に渡り制御された銀イオン放出システムにおいて変化し、これによって、大量の銀の使用が必要になる。制御された一定の銀放出は、装置の長期間の使用、有効性、および寿命、ならびに低コストを決定付ける。
上記に参照した欠点は、本明細書に説明する組成物および方法によって解決される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（概要）
本明細書に説明する組成物および方法は、一態様では、浄水に関する。具体的には、本明細書に説明する開示の組成物および方法は、浄水のための持続的な銀放出組成物に関する。
【００１１】
本明細書に説明する組成物および方法の目的は、長期使用のために、水中で銀ナノ粒子からの銀イオンの溶解を提供することにある（持続的な銀イオン放出のための組成物）。
【００１２】
本明細書に説明する組成物および方法の別の目的は、銀ナノ粒子で処理可能な水の体積を増加させるとともに、銀ナノ粒子から生じる水中の銀イオンの実質的に一定の濃度を維持することにある。銀ナノ粒子は、有機鋳型ベーマイトナノ構造（ＯＴＢＮ）等の有機ポリマー−金属酸化物／水酸化物複合体上に充填されることができる。
【００１３】
本明細書に説明する組成物および方法のさらに別の目的は、高度に分散し、かつ安定した銀ナノ粒子の合成のために、有機ポリマー−金属酸化物／水酸化物複合体を２重安定化剤として使用することにある。銀ナノ粒子は、約０．１〜１質量％の充填で、抗菌性、例えば、抗細菌性であることができる。
【００１４】
本明細書に説明する組成物および方法は、銀ナノ粒子が充填されたＯＴＢＮから、適度に高度なＴＤＳを含む水中に、長期間、ナノ粒子に存在する銀のうちの少なくとも１０％を放出する。本明細書に説明する組成物および方法のある態様は、処理される水の体積と、Ａｇ−ＯＴＢＮマトリクスからの銀イオンの時間非依存の一定の放出とを含む。
【００１５】
一態様では、吸着性組成物を調製するための方法が開示される。本方法は、銀ナノ粒子を有機鋳型ナノ金属オキシ水酸化物上に含浸させることを含む。銀ナノ粒子の粒径は、約５０ｎｍ未満であることができる。吸着性組成物は、水中で抗細菌性を有する。ある態様では、有機鋳型ナノ金属オキシ水酸化物は、有機鋳型ベーマイトナノ構造（ＯＴＢＮ）であることができる。
【００１６】
本明細書に説明する組成物および方法では、長期使用のための強力な抗細菌材料は、銀ナノ粒子が有機鋳型金属酸化物／水酸化物ナノ構造で合成されるときに得られる。より長い期間に渡る水中での銀ナノ粒子の安定性は、経時的なその抗細菌性を決定付ける。安定した銀ナノ粒子は、ＯＴＢＮマトリクスにおけるナノ粒子のその場合成を介して達成されることができる。本明細書において、水中での銀ナノ粒子の抗菌（つまり、抗細菌）特性を強化するＯＴＢＮマトリクスが開示される。マトリクスは、サイズを制御して凝集から粒子を安定化し、かつ銀ナノ粒子上の可溶性リガンド、有機物、および溶解固形物の吸着／沈着／スケーリングを防止する。
【００１７】
銀ナノ粒子の表面反応性は、キトサンと金属酸化物／水酸化物との両方によって維持されることができる。キトサンでカプセル化された銀ナノ粒子は、金属酸化物担持体において分散されることができ、その逆の場合も同様である。２重安定化は、表面改質を防止し、また、長期間の塩析出も防止する。これは、材料特性化研究によってさらに説明される。
【００１８】
一態様では、本明細書に開示する組成物は、抗菌性を伴って、ＯＴＢＮに充填される０．５質量％のＡｇを含むことができる。例えば、組成物および方法は、数百リットル、例えば、１００、２００、３００、４００、５００、６００、または７００リットルの流水を高流速で使用して、接触モードで１０5ＣＦＵ／ｍＬの大腸菌を死滅させることができる。これは、長時間の銀イオンの制御された一定の放出によって、例えば、５０ｍＬ／分、１００ｍＬ／分、２００ｍｌ／分、３００ｍｌ／分、４００ｍｌ／分、５００ｍｌ／分、または１０００ｍｌ／分によって達成される。
【００１９】
一態様では、本明細書に説明する銀ナノ粒子は、水道水で１０5ＣＦＵ／ｍＬの大腸菌を死滅させることができる。別の態様では、開示する組成物および方法で微生物を死滅させることは、微生物とナノ粒子との間の接触を必要としない。
【００２０】
別の態様では、水用フィルタを含む浄水装置が開示される。水用フィルタは、銀ナノ粒子を有機鋳型ナノ金属オキシ水酸化物上に含浸させることによって調製される吸着性組成物から作製されることができ、この場合、銀ナノ粒子の粒径は、約５０ｎｍ未満である。吸着性組成物は、水中で微生物を死滅させることができ、つまり、抗菌性を有することができる。水用フィルタは、キャンドル（ｃａｎｄｌｅ）、成形多孔質ブロック、濾床、およびカラムの形態であることができる。別の態様では、水用フィルタは、小袋または多孔質バッグの形態であることができる。
【００２１】
本発明の付加的態様および利点は、部分的に、以下の発明を実施するための形態および任意の請求項に記載され、部分的に、発明を実施するための形態から導出される、または本発明の実践によって習得することができる。後述の利点は、特に、添付の請求項に指摘される、要素および組み合わせによって、実現および遂行されるであろう。前述の一般的説明および以下の発明を実施するための形態は両方とも、例示的および説明的にすぎず、開示される通りに、本発明を制限するものではないことを理解されたい。
【００２２】
本明細書に組み込まれその一部を構成する添付の図は、いくつかの態様を例証し、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のある実施形態に従う、銀ナノ粒子が充填された有機鋳型ベーマイトナノ構造（ＯＴＢＮ）の調製のための方法に伴う化学反応に関する略図である。
【図２】本開示の種々の態様に従う、有機鋳型ベーマイトナノ構造（ＯＴＢＮ）と、銀ナノ粒子が充填されたＯＴＢＮとのＸ線回折図形を示す。
【図３】本開示の種々の態様に従う、銀ナノ粒子が充填されたＯＴＢＮ系の高解像度透過電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）写真と、銀ナノ粒子が充填されたＯＴＢＮのエネルギー分散Ｘ線（ＥＤＡＸ）スペクトルとを示す。
【図４】本開示の種々の態様に従う、銀ナノ粒子が充填されたＯＴＢＮマトリクスのＴＥＭ−ＥＤＡＸ元素撮像を示す。
【図５】銀ナノ粒子が充填されたＯＴＢＮのＦＥＳＥＭ画像と、粒状複合体のＳＥＭ画像と、対応するＳＥＭ−ＥＤＡＸベースの元素組成とを示す。
【図６】本開示の種々の態様に従う、バッチモードでテストした銀ナノ粒子が充填されたＯＴＢＮの抗細菌活性を示す。
【図７】本開示の種々の態様に従う、カラムモードでテストした銀ナノ粒子が充填されたＯＴＢＮの抗細菌活性を示す。
【図８】本開示の種々の態様に従う、大腸菌汚染水中の銀イオン浸出に関する誘導結合プラズマ光学的発光分光法（ＩＣＰ−ＯＥＳ）データを示す。
【図９】本開示の種々の態様に従う、バッチモードでテストした銀ナノ粒子が充填されたＯＴＢＮの抗ウイルス活性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（説明）
本発明は、以下の発明の詳細な説明およびその中に含まれる実施例を参照することによって、より容易に理解され得る。
本化合物、組成物、物品、システム、装置、および／または方法を開示および説明する前に、それらは、当然ながら変動し得るため、別様に規定されない限り具体的合成方法に、または別様に規定されない限り特定の試薬に限定されないことを理解されたい。また、本明細書で使用される専門用語は、特定の態様のみ説明する目的のためであって、限定であることを意図するものではないことを理解されたい。本明細書に説明されるものと類似または同等の任意の方法および材料が、本発明の実践または試験において使用することができるが、ここでは、例示的方法および材料について説明する。
本明細書に言及する全ての文献は参照により組み込まれ、文献の引用に関連する方法および／または材料を開示および説明する。
【００２５】
定義
別様に定義されない限り、本明細書で使用される技術的および科学的用語はすべて、本発明が属する当業者によって一般的に理解されるものと同一意味を有する。本明細書に説明されるものと類似または同等の任意の方法および材料が、本発明の実践または試験において使用することができるが、ここでは、例示的方法および材料について説明する。
【００２６】
明細書および添付の請求項において使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈によって別様に明確に示されない限り、複数参照を含む。したがって、例えば、「金属」の参照は、２つ以上の金属の混合物を含む。
【００２７】
範囲は、本明細書では、「約」ある特定の値から、および／または「約」別の特定の値までのように、表され得る。そのような範囲が表される時、別の態様は、該ある特定の値から、および／または該別の特定の値までを含む。同様に、値が、先行詞「約」の使用によって近似値として表される時、その特定の値が、別の態様を形成することを理解されるであろう。さらに、範囲のそれぞれの終点は両方とも、他方の終点に関連して、かつ他方の終点から独立して、重要であることを理解されたい。また、本明細書に開示されるいくつかの値が存在し、その値自体に加え、「約」その特定の値として、各値もまた、本明細書に開示されることを理解されたい。例えば、値「１０」が開示される場合、「約１０」もまた開示される。また、２つの特定の単位間の各単位もまた、開示されることを理解されたい。例えば、１０および１５が開示される場合、１１、１２、１３、および１４もまた開示される。
【００２８】
本明細書で使用されるように、用語「随意の」または「随意に」は、続いて、説明される事象または状況が、生じるまたは生じないこともあり得、説明が、その事象または状況が生じる事例および生じない事例を含むことを意味する。
【００２９】
開示されるのは、本発明の組成物を調製するために使用される構成要素、ならびに本明細書に開示される方法内で使用される組成物自体である。これらおよび他の材料が、本明細書に開示されるが、これらの材料の組み合わせ、下位集合、相互作用、群等が、開示される時、これらの化合物の各種々の個々および集合的組み合わせならびに順列の具体的参照は、明示的に開示できないが、それぞれ、具体的に、本明細書に想定および説明されることを理解されたい。例えば、特定の化合物が、開示および論じられ、化合物を含むいくつかの分子に行われ得る、いくつかの修正が論じられる場合、具体的にそうではないことが示されない限り、可能な化合物および修正のあらゆる組み合わせならびに順列が、具体的に想定される。したがって、分子の種類Ａ、Ｂ、およびＣが、分子の種類Ｄ、Ｅ、およびＦとともに開示され、組み合わせ分子の実施例Ａ〜Ｄが、開示される場合、それぞれが、個々に列挙されない場合でも、それぞれ、個々に、かつ集合的に、想定され、組み合わせＡ〜Ｅ、Ａ〜Ｆ、Ｂ〜Ｄ、Ｂ〜Ｅ、Ｂ〜Ｆ、Ｃ〜Ｄ、Ｃ〜Ｅ、およびＣ〜Ｆが、検討され、開示されることを意味する。同様に、これらの任意の下位集合または組み合わせもまた、開示される。したがって、例えば、Ａ〜Ｅ、Ｂ〜Ｆ、およびＣ〜Ｅの下位群が、検討され、開示されるであろう。本概念は、限定されないが、本発明の組成物の作製および使用の方法におけるステップを含む、本願の全態様に適用される。したがって、行われ得る種々の付加的ステップが存在する場合、これらの付加的ステップはそれぞれ、本発明の方法の任意の具体的実施形態または実施形態の組み合わせによって行うことができることを理解されたい。
【００３０】
本明細書に開示する材料の各々は、市販されており、および／またはその生産のための方法は、当業者に既知である。
本明細書に開示される組成物は、ある機能を有することを理解されたい。本明細書に開示されるのは、開示される機能を行うためのある構造的要件であって、開示される構造に関連する、同一機能を果たすことができる種々の構造が存在し、これらの構造は、典型的には、同一結果を達成するであろうことを理解されたい。
【００３１】
一態様では、有機鋳型ベーマイトナノ構造に含浸された銀ナノ粒子（Ａｇ−ＯＴＢＮ）の合成、特性化、および適用について説明する。ＯＴＢＮにおける銀ナノ粒子の含浸は、多数の手順を使用して実証される。合成されたままのＡｇ−ＯＴＢＮ組成物は、多数の分光技術および顕微鏡技術によって特性化される。微生物を飲料水から除去するＡｇ−ＯＴＢＮの能力は、バクテリアおよびウイルスのモデル生物として、それぞれ大腸菌およびＭＳ２バクテリオファージの使用によって実証される。
【００３２】
銀ナノ粒子は、ｐブロック、遷移、および希土類金属がドープされた有機鋳型金属オキシ水酸化物組成物に含浸されることができる。また、混合された金属酸化物／水酸化物／オキシ水酸化物ナノ構造を有することができることにも留意されたい。混合物は、２成分であってもよく、または上述の金属酸化物／水酸化物／オキシ水酸化物の全ての混合物であってもよい。
【００３３】
ある態様では、本発明に定義するＡｇ−ＯＴＢＮは、５％〜５０％の間の、キトサンポリマー対金属酸化物／水酸化物の質量比を有することができる。別の態様では、Ａｇ対ＯＴＢＮの質量比は、０．１％〜１０％の間であることができる。
【００３４】
別の態様では、銀ナノ粒子は、任意の適用について、任意の温度で、任意の還元剤を使用して、ＯＴＢＮにおいて合成されることができる。一態様では、還元剤は、アスコルビン酸、クエン酸三ナトリウム、デキストロース、ヒドラジン等であることができ、４０℃〜２００℃の間の温度で存在することができる。
【００３５】
図１は、銀ナノ粒子が充填された金属オキシ水酸化物粒子−生体高分子の粒状複合体の調製に利用されるスキーム１００を例示する。ステップ１０１〜１０６は、Ｐｒａｄｅｅｐらによって、ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１１／００１５５１号に説明されており、その全体の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。その後、ろ過された複合体ゲル１０６は、蒸留水中で均一に分散される。次に、銀前駆体溶液１０７は、金属オキシ水酸化物粒子−生体高分子複合体１０６に添加される。金属オキシ水酸化物粒子−生体高分子複合体１０６および銀前駆体溶液１０７の銀イオンは、多数の官能基を通して相互作用し、銀イオンが複合された金属オキシ水酸化物粒子−生体高分子複合体１０８が得られる。さらに、還元剤１０９が１０８に添加される。還元剤１０９が添加されると、前駆体溶液１０７中の銀粒子は、還元され、金属オキシ水酸化物粒子−生体高分子複合体１０８上で核となり、銀ナノ粒子が充填された金属オキシ水酸化物粒子−生体高分子複合体を形成する。最終的には、半固体沈殿物１１０が得られ、半固体沈殿物１１０は、大量の水で洗浄され、３０℃〜６０℃の間の温度で乾燥される。
【００３６】
図２は、本開示の種々の態様に従う、有機鋳型ベーマイトナノ構造（ＯＴＢＮ）と、銀ナノ粒子が充填されたＯＴＢＮとのＸ線回折図形を示す。図２では、＊で印が付けられるピークは、有機鋳型、つまり、キトサンに対応する。
【００３７】
合成されたままのＯＴＢＮは、（１２０）、（０１３）、（０５１）、（１５１）、（２００）、（２３１）、および（２５１）平面に対応するピークを示す（曲線（ａ）参照）。これらのピークは、斜方晶系−ＡｌＯＯＨ（ＪＣＰＤＳ２１−１３０７）としてインデックス化されることができる。広がったＸＲＤピークは、ＯＴＢＮ粒子の微結晶サイズが極めて小さいことを暗示する。シェラーの式から計算される平均微結晶サイズは、ナノ結晶が３．５ｎｍの平均サイズを有することを示す。また、有機鋳型（つまり、キトサン）の存在が、ＸＲＤデータに確認することができる。２θ（度単位）＝１８．７°、２０．６°、および４１．２°に対応する図２において＊で印を付けられたピークは、有機鋳型の存在に起因する。ＡｌＯＯＨおよび有機鋳型に対応するピークについて、ピークの半分の高さにおける全幅（ＦＷＨＭ）において明確な差異があることが明らかである。
【００３８】
銀ナノ粒子をＯＴＢＮに含浸すると、回折図形に新たなピークは観測されない（曲線（ｂ）参照）。これは、銀ナノ粒子の低充填割合と、ＯＴＢＮにおける銀ナノ粒子の均一な分布とに起因する。ＯＴＢＮと、銀ナノ粒子が含浸されたＯＴＢＮとの回折ピークを比較すると、２θ値における負の移動が観測される。ＯＴＢＮの面間距離は、銀ナノ粒子の充填後に増加する。これは、面間間隔を増加させる外部材料の充填に関する明らかな証拠である。
【００３９】
図３は、本開示の種々の態様に従う、銀ナノ粒子が充填されたＯＴＢＮ系の高解像度透過電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）写真と、銀ナノ粒子が充填されたＯＴＢＮのエネルギー分散Ｘ線（ＥＤＡＸ）スペクトルとを示す。図３（ａ）〜３（ｃ）は、Ａｇナノ粒子が充填されたＯＴＢＮ系のＨＲＴＥＭ顕微鏡写真を示し、スペクトル３（ｄ）は、Ａｇナノ粒子が充填されたＯＴＢＮのＥＤＡＸスペクトルを示す。
【００４０】
ＯＴＢＮと銀ナノ粒子との間の相互作用を決定付けるために、銀ナノ粒子が含浸されたＯＴＢＮマトリクスを、透過電子顕微鏡のもとで分析した。ＴＥＭ画像は、Ａｇ−ＯＴＢＮにおける３つの成分、つまり、銀ナノ粒子、有機ポリマー、および金属酸化物／水酸化物ナノ粒子を示す。ＯＴＢＮマトリクスは、凝集から銀ナノ粒子を安定化し、その結果、マトリクスにおける銀ナノ粒子の均一な分布がもたらされる。ＴＥＭ画像から、均一なサイズの銀ナノ粒子が有機ポリマー−金属酸化物／水酸化物ナノ粒子マトリクスに固定されること（写真（ｂ）および（ｃ））と、銀ナノ粒子が５〜１０ｎｍのサイズを有すること（写真（ｃ））とが明らかである。シート状の有機ポリマーキトサン（図３（ａ）、（ｂ）、および（ｃ））がはっきりと確認される。このような均一性は、非保護銀ナノ粒子では難しい。典型的には、均一性は、単分子層保護によってもたらされる。
【００４１】
また、組成物のこのＨＲＴＥＭは、銀ナノ粒子が、生体高分子−金属オキシ水酸化物ケージにトラップされていることも示す。これにより、スケール形成化学種との接触を減少させることによって、ナノ粒子を保存することが可能になるとともに、水との十分な相互作用が可能になり、その結果、Ａｇ+イオンの持続的な放出がもたらされる。
【００４２】
グラフ（ｄ）は、写真（ｂ）に示す範囲から測定されたＥＤＡＸスペクトルを示す。このスペクトルから、銀の存在が確認される。
【００４３】
図４は、本開示の種々の態様に従う、銀ナノ粒子が充填されたＯＴＢＮマトリクスのＥＤＡＸ元素撮像を示す。図４では、左上は、ＴＥＭ画像であり、他は、その領域からの元素マップである。
【００４４】
ＴＥＭと併用してＥＤＡＸを使用して、Ａｇが充填されたＯＴＢＮの元素マッピングを撮像した。Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ、およびＡｇ等のＡｇ−ＯＴＢＮに存在する元素がマッピングされた。３つの成分、つまり、キトサン（Ｃ、Ｎ、およびＯ）、ベーマイト（ＡｌおよびＯ）、および銀ナノ粒子（Ａｇ）の存在が確認された。
【００４５】
図５は、銀ナノ粒子が充填されたＯＴＢＮのＳＥＭ顕微鏡写真と、その化学組成とを示す。銀ナノ粒子は、組成物の表面上で可視的ではない（注記：基質（インジウムスズ酸化物）からの同様のサイズ（１０〜３０ｎｍ）の粒子は、強調された赤色丸印において明らかに観測可能である）（図５（ａ））。これにより、銀ナノ粒子が、ＯＴＢＮマトリクスに埋め込まれ、かつ十分に保護されていることが確認される。また、組成物の粒状形態も可視的である（図５（ｂ））。元素組成は、必須元素：炭素、窒素、酸素、アルミニウム、および銀の存在を確認する（図５（ｃ））。差し込み図は、例示的な銀ナノ粒子が含浸されたＯＴＢＮの元素組成と、３ｋｅＶ前後のＥＤＡＸスペクトルの拡大領域とを示し、これにより、銀の存在が確認される（注記：炭素含有量は、裏にある導電性炭素テープの存在により高くなる）。
【００４６】
図６は、本開示の種々の態様に従う、バッチモードでテストした銀ナノ粒子が充填されたＯＴＢＮの抗細菌活性を示す。図６では、曲線（ａ）は、入力大腸菌濃度を示し、曲線（ｂ）は、出力大腸菌濃度を示す。
【００４７】
実施例１に説明するようなＡｇ−ＯＴＢＮ材料をバッチ研究に使用した。実施例７で説明するように、バッチモードについて抗細菌活性をテストした。図６は、トライアルの数とともに、Ａｇ−ＯＴＢＮの抗細菌効率を示す。曲線（ａ）は、大腸菌の入力濃度を示し、曲線（ｂ）は、１時間の振とう後の大腸菌コロニーの数を示す。曲線（ｂ）から、Ａｇ−ＯＴＢＮが、水中に存在する大腸菌を完全に死滅させることが確認される。最大３０回のトライアルについて、大腸菌の完全な死滅が確認された。トライアルの数または出力大腸菌数が、Ａｇ−ＯＴＢＮ材料の飽和点を示さず、一定の割合での銀イオンの連続的な放出を示すことに留意されたい。また、銀ナノ粒子から放出された銀イオンの濃度が、一時間の振とう後に高くなることも留意されたい。バッチモードでのＡｇ−ＯＴＢＮの抗細菌活性は、カラムモードでのＡｇ−ＯＴＢＮの有望な長期抗細菌活性を間接的に実証する。
【００４８】
また、材料は、抗細菌研究について、接触モードを使用せずにテストされた。１００ｍＬの振とうした水をろ過し、１×１０5ＣＦＵ／ｍＬの細菌負荷を水に添加した。これを先の明細書に説明されているように皿に置いた。接触モードを使用せずにテストした材料の性能は、接触モードでテストした材料と同様である（データは図示せず）。これによって、抗細菌性が、銀ナノ粒子から放出された銀イオンに起因することが示された。
【００４９】
図７は、本開示の種々の態様に従う、カラムモードでテストした銀ナノ粒子が充填されたＯＴＢＮの抗細菌活性を示す。図７では、曲線（ａ）は、入力大腸菌濃度を示し、曲線ｂ）は、出力大腸菌濃度を示す。実施例８で説明するように、抗細菌活性は、Ａｇ−ＯＴＢＮで満たされたカラムについいてテストされた。図７は、通過した汚染水の体積とともに、Ａｇ−ＯＴＢＮの抗細菌性効率を示す。図６における曲線（ａ）は、１０5ＣＦＵ／ｍＬの大腸菌の入力濃度を示し、曲線（ｂ）は、ろ過後の生存大腸菌コロニーの数を示す。曲線（ｂ）は、Ａｇ−ＯＴＢＮ材料が、１５００Ｌについて、１０００ｍＬ／分の流速で大腸菌を死滅させることを示す。完全な死滅が、１０ｍＬ／分、１００ｍＬ／分、および１０００ｍＬ／分の流速で、別々に観測されたことに留意されたい。したがって、本発明は、約１０5ＣＦＵ／ｍＬの濃度での大腸菌の完全な死滅が、約１０００ｍＬ／分等の非常に高流速であっても、Ａｇ−ＯＴＢＮ材料を使用して達成可能であることを実証する。
【００５０】
図８は、本開示の種々の態様に従う、大腸菌汚染水中の銀イオン浸出に関する誘導結合プラズマ光学的発光分光計（ＩＣＰ−ＯＥＳ）データを示す。図８では、曲線（ａ）は、ＷＨＯの基準による飲料水中で許可された銀イオン濃度を示し、曲線（ｂ）は、本発明のある態様に従う、出力水中で放出された銀イオン濃度を示す。
【００５１】
実施例１で説明するようなＡｇ−ＯＴＢＮ材料をカラム研究に使用した。実施例８で説明するように、カラムモードでＡｇ−ＯＴＢＮについて抗細菌活性をテストした。１×１０5ＣＦＵ／ｍＬの大腸菌濃度は、０、２５０、５００、７５０、１０００、１２５０、および１５００Ｌの通過時に、負荷水中で周期的に急上昇した。汚染水は、１０〜２０００ｍＬ／分、好ましくは、１０００ｍＬ／分の流速で通過した。一定の間隔で、微生物が除染された出力水を収集した。Ａｇ−ＯＴＢＮ材料から放出された銀イオンの濃度の定量的検出を、誘導結合プラズマ光学的発光分光計（ＩＣＰ−ＯＥＳ）を使用して実行した。図８は、汚染された負荷水内に放出された銀イオンの濃度と、通過した水の体積との関係を示す。図８における曲線（ａ）は、飲料水中で許可された銀イオン濃度を示し、曲線（ｂ）は、Ａｇ−ＯＴＢＮから放出された銀イオン濃度を示す。図８は、銀イオンが、一定の割合で、汚染された負荷水内に連続的に放出されることと、認められた濃度が、飲料水中の銀イオンの許容レベルよりも大幅に下回ったこととを示す。本発明は、Ａｇ−ＯＴＢＮから負荷水中に放出された銀イオンが、水中に存在する全ての大腸菌を死滅させるのに十分であることを実証する。ＩＣＰ−ＯＥＳから、銀の１０％以上が、１５００Ｌの負荷水の通過時に、Ａｇ−ＯＴＢＮから水中に放出されたことが認められた。
【００５２】
図９は、本開示の種々の態様に従う、バッチモードでテストした銀ナノ粒子が充填されたＯＴＢＮの抗ウイルス活性を示す。図９では、曲線（ａ）は、入力ＭＳ２大腸菌ファージ濃度を示し、曲線（ｂ）は、出力ＭＳ２大腸菌ファージ濃度を示す。実施例１で説明するようなＡｇ−ＯＴＢＮ材料をバッチ研究に使用し、実施例９に説明するように抗ウイルス活性をテストした。図９は、トライアルの数とともに、Ａｇ−ＯＴＢＮの抗ウイルス効率を示す。図８における曲線（ａ）は、ＭＳ２大腸菌ファージの入力濃度を示し、曲線（ｂ）は、１時間の振とう後のＭＳ２大腸菌ファージプラークの数を示す。曲線（ｂ）から、ＭＳ２大腸菌ファージが水から完全に除去されることが確認される。最大３５回のトライアルについて、ＭＳ２大腸菌ファージの完全な除去が観測された。トライアルの数または出力数が、Ａｇ−ＯＴＢＮ材料の飽和点を示さず、その抗ウイルス性の連続的な性能を示すことに留意されたい。バッチモードでのＡｇ−ＯＴＢＮの抗ウイルス活性は、カラムモードでのＡｇ−ＯＴＢＮの有望な長期性能を間接的に実証する。
【００５３】
本発明のある態様では、浄水のための抗菌組成物を調製するための方法が提供される。銀ナノ粒子は、ＯＴＢＮ等の有機鋳型ナノ金属オキシ水酸化物上に含浸される。銀ナノ粒子の粒径は、好ましくは、約５０ｎｍ未満である。粒径は、５０ｎｍ未満、４０ｎｍ未満、３０ｎｍ未満、２０ｎｍ未満、１０ｎｍ未満、および５ｎｍ未満を含むが、これらに限定されない。抗菌組成物は、先の明細書で説明するように、水中の微生物を死滅させるために使用される。銀イオンは、ゲル状態または固体状態のＯＴＢＮに含浸される。また、本方法は、水素化ホウ素ナトリウム、アスコルビン酸、クエン酸三ナトリウム、ヒドラジン水和物、またはそれらの組み合わせ等の還元剤を使用することによって、銀イオンをゼロ価状態に還元することも含む。ある態様では、還元剤の濃度は、約０．００１Ｍ〜約１Ｍの範囲に維持される。好適な態様では、還元剤の濃度は、０．００１Ｍ〜０．０５Ｍに維持される。さらに、キトサン、バナナシルク、およびセルロース等の有機鋳型を使用することができる。本発明は、以下の前駆体：硝酸銀、フッ化銀、酢酸銀、硫酸銀、亜硝酸銀、およびそれらの組み合わせに対応する。
【００５４】
一態様では、組成物および方法は、銀イオンを水中に長期間放出する。例えば、組成物および方法は、少なくとも１日、１週間、１ヶ月、３ヶ月、６ヶ月、１年、または３年の間、一定の割合または実質的に一定の割合で銀イオンを放出することができる。
【００５５】
別の態様では、本明細書に説明する方法により調製されたフィルタを含む浄水システムが提供される。フィルタは、キャンドル、成形多孔質ブロック、濾床、およびカラムの形態で実現されることができる。別の態様では、浄水システムは、本明細書に説明する組成物、例えば、銀が含浸されたベーマイト構造であって、小袋を汚染水中に設置することができ、かつ小袋を流れる水が組成物に接触可能であるように、小袋または多孔質バッグで配置される組成物を備えることができる。当業者は、このような形態のフィルタが当技術分野において周知であり、その説明が、本開示を不明瞭にしないように省略されていることを理解する。
【００５６】
説明する態様は、組成物および方法の例証であって、限定的ではない。また、当業者に明らかである設計、方法、構造、順序、材料、およびその同等物の修正も、本明細書に説明する組成物および方法の範囲内にある。
【実施例】
【００５７】
実験的方法
材料特性化
調製されたままの試料の位相の同定を、λ＝１．５４１８ÅでＣｕ−Κα放射を使用して、Ｘ線粉末回折（Ｄ８  Ｄｉｓｃｏｖｅｒ  ｏｆ  Ｂｒｕｋｅｒ  ＡＸＳ，ＵＳＡを使用）によって実行した。電界放射走査電子顕微鏡（ＦＥＩ  Ｎｏｖａ  ＮａｎｏＳＥＭ  ６００機器を使用）を使用して、表面検査を実行した。このために、１０分間、超音波処理により試料を水中で再懸濁し、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）導電性ガラス上に液滴流延した。その後、試料を乾燥した。Ｘ線のエネルギー分散分析（ＥＤＡＸ）を装備する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（ＦＥＩ  Ｑｕａｎｔａ  ２００走査型電子顕微鏡を使用）を使用して、表面形態、元素分析、および元素マッピング研究を実行した。粒状組成物は、導電性カーボンテープ上に付着させることによって撮像された。試料の高分解能透過電子顕微鏡法（ＨＲＴＥＭ）画像が、ＪＥＭ３０１０（ＪＥＯＬ，Ｊａｐａｎ）により得られた。上述のように調製された試料を、銅格子上に支持される非晶質炭素膜上に見つけられ、室温で乾燥した。Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）分析を、Ｏｍｉｃｒｏｎ  ＮａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙのＥＳＣＡ  Ｐｒｏｂｅ  ＴＰＤを使用して実施した。多色性Ｍｇ  ＫａをＸ線源として使用した（ｈｖ＝１２５３．６ｅＶ）。必要な結合エネルギー領域におけるスペクトルを収集し、平均を取った。試料のビーム誘起損傷は、Ｘ線フラックスを調整することによって減少した。結合エネルギーを、２８４．５ｅＶでＣ１ｓに関して校正した。水中の銀イオン濃度を、誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣＰ−ＯＥＳ）を使用して検出した。
【００５８】
以下は、本明細書に説明する方法および組成物を例証するいくつかの実施例である。実施例は、本明細書に説明する方法および組成物の範囲を限定するものとして解釈されない。
【００５９】
実施例１
本実施例は、ＯＴＢＮ上の銀ナノ粒子のその場含浸について説明する。ある態様では、ＯＴＢＮは、先行するインド特許出願第１５２９／ＣＨＥ／２０１０号に報告されるように調製され、本インド特許出願の全体の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。塩分の洗浄後に得られたＯＴＢＮゲルを、銀ナノ粒子の形成に使用した。ＯＴＢＮゲルを再び水中に再分散させ、そこに、１ｍＭの銀前駆体（硝酸銀、フッ化銀、酢酸銀、過マンガン酸銀、硫酸銀、亜硝酸銀、臭素酸銀、サリチル酸銀、または上記の任意の組み合わせ）を滴加した。ＯＴＢＮに対するＡｇの質量比は、０．１〜１．５％の間のいずれにも変動することができる。溶液を一晩撹拌した後、１０ｍＭの水素化ホウ素ナトリウムを溶液に滴加した（氷冷状態で、温度＜５℃）。その後、溶液を３０分間撹拌させ、ろ過し、大量の水で洗浄した。次に、得られたゲルを室温で乾燥した。
【００６０】
実施例２
本実施例は、ＯＴＢＮ粉末上の銀ナノ粒子のその場含浸について説明する。ある態様では、乾燥したＯＴＢＮ粉末を、１００〜１５０ミクロンの粒径に粉砕した。適切な振とう器を使用して、粉末を水中で撹拌した。次に、１ｍＭの銀前駆体溶液をゆっくりと添加した。ＯＴＢＮに対するＡｇの質量比は、０．１〜１．５％の間のいずれにも変動することができる。混合物を一晩撹拌した後、１０ｍＭの水素化ホウ素ナトリウムを混合物に滴加した（氷冷状態で、温度＜５℃）。その後、混合物を３０分間撹拌させ、ろ過し、大量の水で洗浄した。次に、得られた粉末を室温で乾燥する。
【００６１】
実施例３
本実施例は、ＯＴＢＮ上の銀ナノ粒子の外部含浸について説明する。ある態様では、塩分の洗浄後に得られたＯＴＢＮゲルを、銀ナノ粒子の含浸に使用した。ＯＴＢＮゲルを再び水中に再分散させ、そこに、１ｍＭの銀ナノ粒子溶液（文献で報告される任意の経路で調製）を滴加した。ＯＴＢＮに対するＡｇの質量比は、０．１〜１．５％の間のいずれにも変動することができる。溶液を一晩撹拌した後、溶液をろ過し、大量の水で洗浄した。次に、得られたゲルを室温で乾燥する。
【００６２】
実施例４
本実施例は、ＯＴＢＮ粉末上の銀ナノ粒子の外部含浸について説明する。ある態様では、乾燥したＯＴＢＮ粉末を、１００〜１５０μｍの粒径に粉砕した。振とう器を使用して、粉末を水中で撹拌した。１ｍＭの銀ナノ粒子溶液（文献で報告される任意の経路で調製）を滴加した。ＯＴＢＮに対するＡｇの質量比は、０．１〜１．５％の間のいずれにも変動することができる。溶液を一晩撹拌した後、溶液をろ過し、大量の水で洗浄した。次に、得られたゲルを室温で乾燥した。
【００６３】
実施例５
本明細書に説明する方法および組成物に定義される有機鋳型金属オキシ水酸化物／酸化物／水酸化物マトリクスは、金属が、ｐブロック、遷移、および希土類金属の系列から選択されるものである。金属前駆体は、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ａｌ（ＩＩＩ）、Ｓｉ（ＩＶ）、Ｔｉ（ＩＶ）、Ｃｅ（ＩＶ）、Ｚｎ（ＩＩ）、Ｌａ（ＩＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩＩ）、Ｍｎ（ＩＶ）、Ｃｕ（ＩＩ）、またはそれらの組み合わせであることができる。また、金属酸化物／水酸化物／オキシ水酸化物ナノ粒子は、不活性充填剤材料または活性ろ過媒体としての役割を果たし得る。
【００６４】
本実施例は、ｐブロック、遷移、および希土類金属がドープされた有機鋳型金属オキシ水酸化物組成物（先行するインド特許出願第１５２９／ＣＨＥ／２０１０号に開示され、本インド特許出願の全体の内容は、参照により本明細書に組み込まれる）における銀ナノ粒子の含浸について説明する。Ｐブロック、遷移、および希土類金属を以下から選択した：アルミニウム、マンガン、鉄、チタン、亜鉛、ジルコニウム、ランタン、セリウム、シリコン。組成物の合成手順は、以下の通りである：選択した金属（例えばＬａ）塩を硝酸鉄塩溶液と適切な割合、好ましくは１：９（質量／質量）で混合した。６０分間激しく撹拌しながら塩溶液をゆっくりとキトサン溶液（１〜５％の氷酢酸もしくはＨＣｌまたはそれらの組み合わせ中で溶解）に添加し、一晩保持した。金属−キトサン複合体の沈殿を容易にするために、激しく撹拌しながらアンモニア水またはＮａＯＨ溶液をゆっくりとＬａ−Ｆｅ−キトサン溶液に添加した。撹拌を２時間続けた。沈殿物をろ過し、不要な不純物を除去するように洗浄し、乾燥した。
【００６５】
合成されたままの沈殿物ゲルを再び水中で再分散し、そこに１ｍＭの銀前駆体を滴加した。ＯＴＢＮに対するＡｇの質量比は、０．１〜１．５％の間のいずれにも変動することができる。溶液を一晩撹拌した後、１０ｍＭの水素化ホウ素ナトリウムを溶液に滴加した（氷冷状態で）。その後、溶液は、３０分間撹拌することができ、ろ過され、大量の水で洗浄された。次に、得られたゲルを室温で乾燥した。
【００６６】
実施例６
本実施例は、組成物におけるｐブロック、遷移、および希土類金属前駆体のドーピングについて説明する。手順は、実施例５に説明した手順と同様であるが、銀ナノ粒子の含浸の後に得られ得たゲルまたは乾燥粉末が、ｐブロック、遷移、および希土類金属系列から選択された金属前駆体で浸漬されるという変化を伴う。
【００６７】
実施例７
本実施例は、銀ナノ粒子が含浸されたＯＴＢＮ組成物の抗細菌活性に関する、バッチでのテストプロトコルについて説明する。ある態様では、１００ｍＬの水を材料とともに振とうし、１×１０5ＣＦＵ／ｍＬの細菌負荷を水に添加した。汚染物除去要求についてＵＳ  ＮＳＦが規定する濃度と同様の特定のイオン濃度を有する負荷水を研究に使用した。１時間の振とう後、栄養寒天とともに１ｍＬの試料を、混釈平板法を使用して、無菌のペトリ皿上に置いた。３７℃で４８時間培養した後、コロニーを数えて記録した。本手順を２５〜３０回繰り返した。
【００６８】
実施例８
本実施例は、カラムでパックした銀ナノ粒子が含浸されたＯＴＢＮ粉末の抗細菌活性に関するテストプロトコルについて説明する。ある態様では、既知の量の材料がパックされたカラムは、約３５ｍｍから約５５ｍｍの間の直径を有する。給水は、１０ｍＬ／分から２０００ｍＬ／分の範囲の流速で通過した。負荷水は、周期的に１×１０5ＣＦＵ／ｍＬの大腸菌負荷にさらされた。カラムから収集された出力水を、混釈平板法によって細菌の存在について検査した。３７℃で４８時間培養した後、細菌コロニーを数えて記録した。
【００６９】
実施例９
本実施例は、銀ナノ粒子が含浸されたＯＴＢＮ組成物の抗ウイルス活性に関する、バッチでのテストプロトコルについて説明する。ある態様では、１００ｍＬの水を材料とともに振とうし、１×１０3ＰＦＵ／ｍＬのＭＳ２大腸菌ファージ負荷を水に添加した。汚染物除去要求についてＵＳ  ＮＳＦが規定する濃度と同様の特定のイオン濃度を有する負荷水を研究に使用した。１時間の振とう後、プラークアッセイ法によってウイルス数を得た。３７℃で２４時間培養した後、プラークを数えて記録した。本手順を３５〜４０回繰り返した。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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