(57)【要約】  本開示は、抗菌性複合材料に関し、より詳しくは、金属または金属合金のコアおよび多孔質無機材料シェルを有する粒子を含む抗菌性複合材料、その抗菌性複合材料を含む被覆、およびその製造方法に関する。いくつかの実施の形態において、Ｃｕコアが抗菌活性を提供し、多孔質ＳｉＯ2シェルがＣｕコアのバリアとして機能し、それゆえ、Ｃｕコアが空気または水分に直接曝露されるのを防いでいる、Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子が開示されている。
2014527963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各粒子が、
銅を含む実質的に内部の部分、および
前記内部の部分を少なくとも部分的に取り囲む、多孔質シリカを含む実質的に外部の部分、
を含む、複数の粒子を含む抗菌性複合材料であって、
前記外部の部分が、内部空洞を画成する内面および前記抗菌性複合材料の外側部分の少なくとも一部を画成する外面を有し、前記内部の部分の少なくとも一部が前記内部空洞内に位置しており、前記外部の部分の内面から該外部の部分の外面までの平均厚さが約０．０１から約１００ｎｍであり、前記銅の前記シリカに対するモル比が約１：１以上であり、前記粒子が約４００ｎｍから約５マイクロメートルまでの範囲の平均サイズを有する、抗菌性複合材料。
【請求項２】
前記銅がＣｕ0、Ｃｕ1+、またはそれらの組合せを含む、請求項１記載の材料。
【請求項３】
前記銅の少なくとも約１０体積パーセントがＣｕ0、Ｃｕ1+、またはそれらの組合せである、請求項１または２記載の材料。
【請求項４】
前記銅が銅合金を含み、該銅合金が少なくとも約６０体積パーセントのＣｕ0、Ｃｕ1+、またはそれらの組合せを含む、請求項１記載の材料。
【請求項５】
前記粒子が、約４００ｎｍから約２マイクロメートルまでの範囲の平均サイズを有する、請求項１、２または４記載の材料。
【請求項６】
前記外部の部分が、約５から約５０体積パーセントの範囲にある平均気孔率を有する、請求項５記載の材料。
【請求項７】
各粒子が、
銅を含む実質的に内部の部分、および
前記内部の部分を少なくとも部分的に取り囲む、多孔質シリカを含む実質的に外部の部分、
を含む、複数の粒子を含む抗菌性複合材料を有する物品であって、
前記外部の部分が、内部空洞を画成する内面および前記抗菌性複合材料の外側部分の少なくとも一部を画成する外面を有し、前記内部の部分の少なくとも一部が前記内部空洞内に位置しており、前記外部の部分の内面から該外部の部分の外面までの平均厚さが約０．０１から約１００ｎｍであり、前記内部の部分の前記外部の部分に対するモル比が約１：１以上であり、前記粒子が約４００ｎｍから約５マイクロメートルまでの範囲の平均サイズを有する、物品。
【請求項８】
前記複数の粒子が、高分子、塗料、接着剤、分散剤、およびそれらの組合せからなる群より選択される担体中に分散されている、請求項７記載の物品。
【請求項９】
前記分散剤が、水、アルコール、エタノール、およびそれらの組合せからなる群より選択される、請求項８記載の物品。
【請求項１０】
各粒子が、
銅を含む実質的に内部の部分、および
前記内部の部分を少なくとも部分的に取り囲む、多孔質シリカを含む実質的に外部の部分、
を含む、複数の粒子を含む抗菌性複合材料を含む被覆であって、
前記外部の部分が、内部空洞を画成する内面および前記抗菌性複合材料の外側部分の少なくとも一部を画成する外面を有し、前記内部の部分の少なくとも一部が前記内部空洞内に位置しており、
前記外部の部分の内面から該外部の部分の外面までの平均厚さが約０．０１から約１００ｎｍであり、
前記内部の部分の前記外部の部分に対するモル比が約１：１以上であり、前記粒子が約４００ｎｍから約５マイクロメートルまでの範囲の平均サイズを有し、
前記粒子が高分子担体内に分散されており、
前記被覆が１以上の対数減少を有する、被覆。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１１年９月８日に出願された、米国仮特許出願第６１／５３２３９９号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、抗菌性複合材料に関し、より詳しくは、金属または金属合金のコアおよび多孔質無機材料シェルを有する粒子を含む抗菌性複合材料、その抗菌性複合材料を含む被覆、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの場所、例えば、２〜３例を挙げると、病院、図書館および銀行などの公共の場所において、一般に、ウイルスや細菌が潜伏し、ヒトからヒトに移るのを防ぐのに役立つことによって、病気のまん延を防ぐのに役立つために、抗菌材料、特に、表面上の抗菌被覆が大いに望まれている。銅および銀は、長年に亘り使用されてきた２種類の抗菌性金属である。銅Ｃｕが、２００８年から抗菌性材料として米国環境保護庁（ＥＰＡ）により公式に承認されている。
【０００４】
近年、抗菌用途のために、Ｃｕ系合金を含むＣｕ系材料を製造するための方法およびプロセスを開発するためにかなりの労力が費やされてきた。しかしながら、多くのＣｕ系抗菌性材料は、（１）低い抗菌活性、および（２）抗菌活性の短い存続期間、という２つの大きな技術的難題に直面している。公知のＣｕ系抗菌性材料は、低い抗菌活性しか示さない。何故ならば、ほとんどの場合、活性Ｃｕを含有する材料は、銅と細菌またはウイルスとの間の接触が容易にはできない様式でＣｕを含有するからである。そのような接触は、銅、または銅に由来する銅イオンが細菌またはウイルスに侵入するのに必要である。Ｃｕ系無機材料の一例は、溶融プロセスによりガラス基質中にＣｕに取り込まれており、活性Ｃｕ成分がガラスにより封じ込められている、銅含有ガラスである。
【０００５】
疎水性高分子基質中の銅の異なる例において、疎水性高分子基質中のＣｕ粒子はたいてい、低い表面エネルギーのために、疎水性部分により覆われている。その結果、銅含有材料は低い抗菌活性しか有さない。抗菌活性を短期間後に失うことも問題である。銅含有材料は、水分と空気への恒常的な曝露および酸化のために、活性を失い得る。例えば、新たに調製されたＣｕ（０）粒子は、高い初期抗菌活性を示すが、Ｃｕ0の、抗菌機能性が最小であるＣｕ2+への酸化のために、この抗菌機能性をすぐに失ってしまう。Ｃｕ粒子は、例えば、親水性高分子中に施されているかまたは埋め込まれている場合、親水性高分子は水分を吸収するので、また高分子基質中に拡散し得るＯ2もＣｕ粒子をＣｕ+2イオンに酸化できるので、Ｃｕ粒子は、同様に、活性を容易に失ってしまう。活性の低減は、粒子がどの材料中にもない場合より低いが、活性の低減はそれでも大幅であり得る。銅の減少した抗菌活性の存続期間の別の理由は、損失が速度論的に制御されないことである。すなわち、反応速度論は、Ｃｕを初期にバースト放出するか、非常に速い速度で損失させ、Ｃｕ種の枯渇をもたらすであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、抗菌性複合材料に関し、より詳しくは、金属または金属合金のコアおよび多孔質無機材料シェルを有する粒子を含む抗菌性複合材料、その抗菌性複合材料を含む被覆、およびその製造方法に関する。いくつかの実施の形態において、活性Ｃｕ粒子の二重に制御された持続放出により、高くかつ長期間の抗菌活性／能力を提供する表面再構成を可能にする抗菌性高分子−Ｃｕ複合体、およびそのような複合体を製造する方法が開示されている。第１の制御された持続放出機構は、コア−シェル構造に設計され合成されたＣｕ粒子の構造によって達成される。例えば、Ｃｕコアが抗菌活性材料を提供し、多孔質ＳｉＯ2シェルがＣｕコアのバリアとして機能する（Ｃｕコアの活性に影響せずに、Ｃｕコアが空気／水分に直接曝露されるのを防いでいる）、Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子が調製された。
【０００７】
第２の制御された持続放出機構は、１つの実施の形態において、両親媒性高分子である、すなわち、親水性または「水を好むような」性質（「オン」）および疎水性または「水を嫌うような」性質（「オフ」）の両方を有する「オン／オフ」材料である高分子である、高分子基質を使用することによって達成される。乾燥状態における高分子−空気相互作用により推進されて、表面エネルギーの低い疎水性部分は、被覆表面上で豊富であり（「オフ」段階）、それゆえ、高分子内部のＣｕ粒子が空気と水分に直接曝露されるのを良好に保護する。
【０００８】
しかしながら、水分／水に曝露されると、その被覆の親水性部分は、表面再構成を行う水との相互作用のために、表面に引き出され（「オン」段階）、これにより、ウイルス／細菌に曝露されているＣｕ粒子を機能させることができる。両親媒性高分子がそれにより活性となる別の機構は、親水性部分の固有の水和であるが、これは、Ｃｕの枯渇を加速し得る純粋に親水性の基質中に存在する多量の水ではない。
【０００９】
１つの実施の形態は、各粒子が、銅を含む実質的に内部の部分、およびその内部の部分を少なくとも部分的に取り囲む、多孔質シリカを含む実質的に外部の部分を含む、複数の粒子を含む抗菌性複合材料であって、その外部の部分が、内部空洞を画成する内面および抗菌性複合材料の外側部分の少なくとも一部を画成する外面を有し、その内部の部分の少なくとも一部が内部空洞内に位置しており、外部の部分の内面から外部の部分の外面までの平均厚さが約０．０１から約１００ｎｍであり、銅のシリカに対するモル比が約１：１以上であり、粒子が約４００ｎｍから約５マイクロメートルまでの範囲の平均サイズを有する、抗菌性複合材料である。
【００１０】
別の実施の形態は、各粒子が、銅を含む実質的に内部の部分、およびその内部の部分を少なくとも部分的に取り囲む、多孔質シリカを含む実質的に外部の部分を含む、複数の粒子を含む抗菌性複合材料を有する物品であって、その外部の部分が、内部空洞を画成する内面および抗菌性複合材料の外側部分の少なくとも一部を画成する外面を有し、その内部の部分の少なくとも一部が内部空洞内に位置しており、外部の部分の内面から外部の部分の外面までの平均厚さが約０．０１から約１００ｎｍであり、銅のシリカに対するモル比が約１：１以上であり、粒子が約４００ｎｍから約５マイクロメートルまでの範囲の平均サイズを有する、物品である。
【００１１】
別の実施の形態は、各粒子が、銅を含む実質的に内部の部分、およびその内部の部分を少なくとも部分的に取り囲む、多孔質シリカを含む実質的に外部の部分を含む、複数の粒子を含む抗菌性複合材料を有する被覆であって、その外部の部分が、内部空洞を画成する内面および抗菌性複合材料の外側部分の少なくとも一部を画成する外面を有し、その内部の部分の少なくとも一部が内部空洞内に位置しており、外部の部分の内面から外部の部分の外面までの平均厚さが約０．０１から約１００ｎｍであり、内部の部分の外部の部分に対するモル比が約１：１以上であり、粒子が約４００ｎｍから約５マイクロメートルまでの範囲の平均サイズを有し、粒子が高分子担体内に分散されており、被覆が１以上の対数減少を有する、被覆である。
【００１２】
さらに別の実施の形態は、各粒子が、銅を含む実質的に内部の部分、およびその内部の部分を少なくとも部分的に取り囲む、多孔質シリカを含む実質的に外部の部分を含む、抗菌性複合材料を構成する複数の粒子であって、その外部の部分が、内部空洞を画成する内面および抗菌性複合材料の外側部分の少なくとも一部を画成する外面を有し、その内部の部分の少なくとも一部が内部空洞内に位置している、粒子を合成する工程、およびその粒子を担体内に分散させて、抗菌性複合材料を形成する工程を有してなる方法である。
【００１３】
別の実施の形態は、両親媒性高分子基質中に分散されたＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を製造し、それゆえ、良好かつ長期の抗菌活性を示す複合被覆を形成する方法である。そのような抗菌特性は、持続期間の適用中に活性Ｃｕ粒子の制御された連続的放出を可能にする自己制御表面再構成機構を有する、表面から界面から基質への、Ｃｕ系粒子および基質高分子の両方の材料の特別な設計によって達成される。前記方法を達成し、Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を全体に分散させて有する両親媒性基質を製造するために、以下の工程が使用される：制御された（サイズと形状）Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を合成する工程、このＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を高分子基質中に分散させる工程、長期間の活性および耐久性のために、その高分子基質の表面特性を設計する工程、持続期間に亘るＣｕ粒子の連続的な曝露のために、その高分子基質の基質特性を設計する工程、高分子−Ｃｕ複合被覆を調製し、基体上に堆積させる工程。
【００１４】
追加の特徴および利点が、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者には容易に明白となるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって、認識されるであろう。
【００１５】
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、単なる例示であり、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図されているのが理解されよう。添付図面は、さらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含されその一部を構成する。図面は、１つ以上の実施の形態を図解しており、説明と共に、様々な実施の形態の原理および作動を説明する働きをする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】１Ａ、１Ｂ、１Ｃおよび１Ｄは本開示のいくつかの実施の形態による粒子の説明図
【図２】１つの実施の形態による物品の説明図
【図３Ａ】表面修飾と担体の調製に使用できる化学物質の例示の構造を示す説明図
【図３Ｂ】表面修飾と担体の調製に使用できる化学物質の例示の構造を示す説明図
【図３Ｃ】表面修飾と担体の調製に使用できる化学物質の例示の構造を示す説明図
【図４】Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の合成のための手順を示す流れ図
【図５】得られたＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子のＸＲＤパターン
【図６】Ｈ2ＳＯ4処理と洗浄後に得られたＣｕ−ＳｉＯ2粒子のＸＲＤパターン
【図７】マイクロトラックから得られたＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の粒径を示すグラフ
【図８】１つの実施の形態により得られたＣｕ−ＳｉＯ2粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像
【図９】例示のＣｕ−ＳｉＯ2粒子のＥＤＳ結果
【図１０】ｐＨ４〜５および８〜９で得られた例示のＣｕ−ＳｉＯ2粒子のＳＥＭ画像
【図１１】ｐＨ４〜５および８〜９で得られた例示のＣｕ−ＳｉＯ2粒子の粒径分布のグラフ
【図１２】球状形態を有する例示のＣｕ−ＳｉＯ2粒子を示すＳＥＭ画像
【図１３】球状形態を有する例示のＣｕ−ＳｉＯ2粒子を示すＳＥＭ画像
【図１４】ＣｕがＣｕ（０）の形態にあることを示している、水素の還元プロセスにより得られたＣｕ粒子のＸＲＤパターン
【図１５】ＧＰＴＭＯＳおよび表面修飾の前後に得られたＣｕ−ＳｉＯ2粒子のＦＴＩＲスペクトル
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ここで、その実施例が添付図面に図解されている、抗菌性複合材料およびその被覆中の使用の様々な実施の形態を詳しく参照する。できるときはいつでも、同じまたは同様の部品を称するために、図面に亘り同じ参照番号が使用される。
【００１８】
ここに用いたように、「抗菌性」は、細菌、ウイルスおよび菌類からなる少なくとも２つの科からの微生物を殺すまたはその成長を阻害する薬剤または材料、もしくはその薬剤または材料を含有する表面を意味する。ここに用いたその用語は、そのような科内の微生物の全ての種を殺すまたはその成長を阻害することを意味するものではなく、そのような科からの微生物の内の１種類以上の種を殺すまたはその成長を阻害することを意味する。
【００１９】
ここに用いたように、「Ｃｕ0」および「Ｃｕ（０）」という用語は同義である。
【００２０】
ここに用いたように、「Ｃｕ+1」および「Ｃｕ（Ｉ）」という用語は同義である。
【００２１】
ここに用いたように、「対数減少」または「ＬＲ」という用語は、Ｌｏｇ（Ｃa／Ｃ0）を意味し、式中、Ｃa＝銅イオンを含有する抗菌性表面のコロニー形成単位（ＣＦＵ）数、およびＣ0＝銅イオンを含有しない対照ガラス表面のコロニー形成単位（ＣＦＵ）である。すなわち、
ＬＲ＝−Ｌｏｇ（Ｃa／Ｃ0）
一例として、４の対数減少＝細菌またはウイルスの９９．９％の死滅、６の対数減少＝細菌またはウイルスの９９．９９９％の死滅。
【００２２】
その特徴が、それぞれ、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃおよび１Ｄに図解されている、粒子１６の様々な実施の形態１００、１０１、１０２および１０３は、抗菌性複合材料中に含まれることができ、各粒子１６は、銅を含む実質的に内部の部分１０、およびその内部の部分を少なくとも部分的に取り囲む、多孔質シリカを含む実質的に外部の部分１２を含み、その外部の部分が、内部空洞１４を画成する内面１１および抗菌性複合材料の外側部分の少なくとも一部を画成する外面１５を有し、その内部の部分の少なくとも一部が内部空洞内に位置しており、外部の部分の内面から外部の部分の外面までの平均厚さが約０．０１から約１００ｎｍであり、各粒子中の銅のシリカに対するモル比が約１：１以上であり、抗菌性複合材料が、約４００ｎｍから約５マイクロメートルまでの範囲の平均サイズを有する複数の粒子１６を含む。
【００２３】
別の実施の形態は、複数の粒子を含む抗菌性複合材料であって、粒子が、銅を含む実質的に内部の部分、およびその内部の部分を少なくとも部分的に取り囲む、多孔質シリカを含む実質的に外部の部分を含み、銅の少なくとも約１０体積パーセントがＣｕ0、Ｃｕ+1、またはその組合せであり、その外部の部分が、内部空洞を画成する内面および粒子の外側部分の少なくとも一部を画成する外面を有し、その内部の部分の少なくとも一部が内部空洞内に位置している、抗菌性複合材料である。
【００２４】
前記外部の部分の内面からこの外部の部分の外面までの平均厚さは、約０．０１から約１００ｎｍ、例えば、約０．０１から約９９ｎｍ、約０．０１から約９８ｎｍ、約０．０１から約９７ｎｍ、約０．０１から約９６ｎｍ、約０．０１から約９５ｎｍ、約０．０１から約９４ｎｍ、約０．０１から約９３ｎｍ、約０．０１から約９２ｎｍ、約０．０１から約９１ｎｍ、約０．０１から約９０ｎｍ、約０．０１から約８９ｎｍ、約０．０１から約８８ｎｍ、約０．０１から約８７ｎｍ、約０．０１から約８６ｎｍ、約０．０１から約８５ｎｍ、約０．０１から約８４ｎｍ、約０．０１から約８３ｎｍ、約０．０１から約８２ｎｍ、約０．０１から約８１ｎｍ、約０．０１から約８０ｎｍ、約０．０１から約７９ｎｍ、約０．０１から約７８ｎｍ、約０．０１から約７７ｎｍ、約０．０１から約７６ｎｍ、約０．０１から約７５ｎｍ、約０．０１から約７４ｎｍ、約０．０１から約７３ｎｍ、約０．０１から約７２ｎｍ、約０．０１から約７１ｎｍ、約０．０１から約７０ｎｍ、約０．０１から約６９ｎｍ、約０．０１から約６８ｎｍ、約０．０１から約６７ｎｍ、約０．０１から約６６ｎｍ、約０．０１から約６５ｎｍ、約０．０１から約６４ｎｍ、約０．０１から約６３ｎｍ、約０．０１から約６２ｎｍ、約０．０１から約６１ｎｍ、約０．０１から約６０ｎｍ、約０．０１から約５９ｎｍ、約０．０１から約５８ｎｍ、約０．０１から約５７ｎｍ、約０．０１から約５６ｎｍ、約０．０１から約５５ｎｍ、約０．０１から約５４ｎｍ、約０．０１から約５３ｎｍ、約０．０１から約５２ｎｍ、約０．０１から約５１ｎｍ、約０．０１から約５０ｎｍである。１つの実施の形態において、前記外部の部分の内面からこの外部の部分の外面までの平均厚さは、約０．０１から約１００ｎｍ、例えば、約０．０２から約１００ｎｍ、約０．０３から約１００ｎｍ、約０．０４から約１００ｎｍ、約０．０５から約１００ｎｍ、約０．０６から約１００ｎｍ、約０．０７から約１００ｎｍ、約０．０８から約１００ｎｍ、約０．０９から約１００ｎｍ、約０．１から約１００ｎｍ、約０．２から約１００ｎｍ、約０．３から約１００ｎｍ、約０．４から約１００ｎｍ、約０．５から約１００ｎｍ、約０．６から約１００ｎｍ、約０．７から約１００ｎｍ、約０．８から約１００ｎｍ、約０．９から約１００ｎｍ、約１から約１００ｎｍ、約２から約１００ｎｍ、約３から約１００ｎｍ、約４から約１００ｎｍ、約５から約１００ｎｍ、約６から約１００ｎｍ、約７から約１００ｎｍ、約８から約１００ｎｍ、約９から約１００ｎｍ、約１０から約１００ｎｍ、約１１から約１００ｎｍ、約１２から約１００ｎｍ、約１３から約１００ｎｍ、約１４から約１００ｎｍ、約１５から約１００ｎｍ、約１６から約１００ｎｍ、約１７から約１００ｎｍ、約１８から約１００ｎｍ、約１９から約１００ｎｍ、約２０から約１００ｎｍ、約２５から約１００ｎｍ、約２６から約１００ｎｍ、約２７から約１００ｎｍ、約２８から約１００ｎｍ、約２９から約１００ｎｍ、約３０から約１００ｎｍ、約３１から約１００ｎｍ、約３２から約１００ｎｍ、約３３から約１００ｎｍ、約３４から約１００ｎｍ、約３５から約１００ｎｍ、約３６から約１００ｎｍ、約３７から約１００ｎｍ、約３８から約１００ｎｍ、約３９から約１００ｎｍ、約４０から約１００ｎｍ、約４１から約１００ｎｍ、約４２から約１００ｎｍ、約４３から約１００ｎｍ、約４４から約１００ｎｍ、約４５から約１００ｎｍ、約４６から約１００ｎｍ、約４７から約１００ｎｍ、約４８から約１００ｎｍ、約４９から約１００ｎｍ、約５０から約１００ｎｍである。
【００２５】
前記金属、金属合金、またはそれらの組合せは、銅、銀、パラジウム、白金、金、ニッケル、亜鉛およびそれらの組合せであって差し支えなく、例えば、金属は銅または銀であって差し支えなく、または金属合金は、銅ニッケルまたは銅クロムなどの銅合金であって差し支えない。いくつかの実施の形態において、金属、金属合金、またはそれらの組合せの少なくとも約１０体積パーセントが還元状態にある。１つの実施の形態において、前記内部の部分が金属であり、その金属が銅である場合、その銅は、還元状態にある、例えば、Ｃｕ0、Ｃｕ+1、またはその組合せである。還元状態の銅は、例えば、空気中にある、酸素に曝露されたときに酸化されているであろう酸化状態にある銅と比べて、有利な抗菌活性を提供する。したがって、内部の部分１０にＣｕ0、Ｃｕ+1、またはその組合せが少なくとも約１０体積パーセントの比率で存在するように、銅が還元状態にあることが都合よいであろう。内部の部分が金属合金であり、その金属合金が銅合金である場合、内部の部分にＣｕ0、Ｃｕ+1、またはその組合せが少なくとも約６０体積パーセント、例えば、約６０から約１００パーセント、約６１から約１００パーセント、約６２から約１００パーセント、約６３から約１００パーセント、約６４から約１００パーセント、約６５から約１００パーセント、約６６から約１００パーセント、約６７から約１００パーセント、約６８から約１００パーセント、約６９から約１００パーセント、約７０から約１００パーセント、約７１から約１００パーセント、約７２から約１００パーセント、約７３から約１００パーセント、約７４から約１００パーセント、約７５から約１００パーセント、約７６から約１００パーセント、約７７から約１００パーセント、約７８から約１００パーセント、約７９から約１００パーセント、約８０から約１００パーセント、約８１から約１００パーセント、約８２から約１００パーセント、約８３から約１００パーセント、約８４から約１００パーセント、約８５から約１００パーセント、約８６から約１００パーセント、約８７から約１００パーセント、約８８から約１００パーセント、約８９から約１００パーセント、約９０から約１００パーセント、約９１から約１００パーセント、約９２から約１００パーセント、約９３から約１００パーセント、約９４から約１００パーセント、約９５から約１００パーセントの比率で存在するように、銅合金中の銅が還元状態にあることが都合よいであろう。さらに、外部の部分１２が、内部の部分の材料を酸化から保護するであろう。この外部の部分は、内部の部分の、例えば、内部の部分の材料の酸化を生じるであろう空気中の、酸素との接触を最小にするであろう。
【００２６】
前記内部の部分は、１つの態様において実質的に中実である。
【００２７】
前記外部の部分の多孔質無機材料は、ガラス、ガラスセラミック、セラミック、またはそれらの組合せであって差し支えない。いくつかの実施の形態において、多孔質無機材料は、シリカ、チタニア、またはそれらの組合せである。この外部の部分は、約５から約５０体積パーセント、例えば、約６から約５０体積パーセント、約７から約５０体積パーセント、約８から約５０体積パーセント、約９から約５０体積パーセント、約１０から約５０体積パーセント、約１１から約５０体積パーセント、約１２から約５０体積パーセント、約１３から約５０体積パーセント、約１４から約５０体積パーセント、約１５から約５０体積パーセント、約１６から約５０体積パーセント、約１７から約５０体積パーセント、約１８から約５０体積パーセント、約１９から約５０体積パーセント、約２０から約５０体積パーセント、約２１から約５０体積パーセント、約２２から約５０体積パーセント、約２３から約５０体積パーセント、約２４から約５０体積パーセント、約２５から約５０体積パーセントの範囲にある平均気孔率を有し得る。この外部の部分の気孔率は、外部の部分の材料の抗菌効果の向上した長期の有効性という利点を提供するであろう。
【００２８】
抗菌性複合材料の粒子（各々が内部の部分と外部の部分との組合せである）は、約１００ｎｍから約５マイクロメートル、例えば、約１１０ｎｍから約５マイクロメートル、約１１５ｎｍから約５マイクロメートル、約１２０ｎｍから約５マイクロメートル、約１２５ｎｍから約５マイクロメートル、約１３０ｎｍから約５マイクロメートル、約１３５ｎｍから約５マイクロメートル、約１４０ｎｍから約５マイクロメートル、約１４５ｎｍから約５マイクロメートル、約１５０ｎｍから約５マイクロメートル、約１６０ｎｍから約５マイクロメートル、約１６５ｎｍから約５マイクロメートル、約１７０ｎｍから約５マイクロメートル、約１７５ｎｍから約５マイクロメートル、約１８０ｎｍから約５マイクロメートル、約１８５ｎｍから約５マイクロメートル、約１９０ｎｍから約５マイクロメートル、約１９５ｎｍから約５マイクロメートル、約２００ｎｍから約５マイクロメートル、約２０５ｎｍから約５マイクロメートル、約２１０ｎｍから約５マイクロメートル、約２１５ｎｍから約５マイクロメートル、約２２０ｎｍから約５マイクロメートル、約２２５ｎｍから約５マイクロメートル、約２３０ｎｍから約５マイクロメートル、約２３５ｎｍから約５マイクロメートル、約２４０ｎｍから約５マイクロメートル、約２４５ｎｍから約５マイクロメートル、約２５０ｎｍから約５マイクロメートル、約２６０ｎｍから約５マイクロメートル、約２６５ｎｍから約５マイクロメートル、約２７０ｎｍから約５マイクロメートル、約２７５ｎｍから約５マイクロメートル、約２８０ｎｍから約５マイクロメートル、約２８５ｎｍから約５マイクロメートル、約２９０ｎｍから約５マイクロメートル、約２９５ｎｍから約５マイクロメートル、約３００ｎｍから約５マイクロメートル、約３１０ｎｍから約５マイクロメートル、約３１５ｎｍから約５マイクロメートル、約３２０ｎｍから約５マイクロメートル、約３２５ｎｍから約５マイクロメートル、約３３０ｎｍから約５マイクロメートル、約３３５ｎｍから約５マイクロメートル、約３４０ｎｍから約５マイクロメートル、約３４５ｎｍから約５マイクロメートル、約３５０ｎｍから約５マイクロメートル、約３６０ｎｍから約５マイクロメートル、約３６５ｎｍから約５マイクロメートル、約３７０ｎｍから約５マイクロメートル、約３７５ｎｍから約５マイクロメートル、約３８０ｎｍから約５マイクロメートル、約３８５ｎｍから約５マイクロメートル、約３９０ｎｍから約５マイクロメートル、約３９５ｎｍから約５マイクロメートル、約４００ｎｍから約５マイクロメートル、約４０５ｎｍから約５マイクロメートル、例えば、約４１０ｎｍから約５マイクロメートル、約４１５ｎｍから約５マイクロメートル、約４２０ｎｍから約５マイクロメートル、約４２５ｎｍから約５マイクロメートル、約４３０ｎｍから約５マイクロメートル、約４３５ｎｍから約５マイクロメートル、約４４０ｎｍから約５マイクロメートル、約４４５ｎｍから約５マイクロメートル、約４５０ｎｍから約５マイクロメートル、約４６０ｎｍから約５マイクロメートル、約４６５ｎｍから約５マイクロメートル、約４７０ｎｍから約５マイクロメートル、約４７５ｎｍから約５マイクロメートル、約４８０ｎｍから約５マイクロメートル、約４８５ｎｍから約５マイクロメートル、約４９０ｎｍから約５マイクロメートル、約４９５ｎｍから約５マイクロメートル、約５００ｎｍから約５マイクロメートルの範囲にある平均サイズを有する。いくつかの実施の形態において、抗菌性複合材料の粒子は、約２００ｎｍから約５マイクロメートル、例えば、約２００ｎｍから約４マイクロメートル、約２００ｎｍから約３マイクロメートルの範囲にある平均サイズを有する。
【００２９】
前記内部の部分は、約２ｎｍから約４マイクロメートル、例えば、約５ｎｍから約４マイクロメートル、約１０ｎｍから約４マイクロメートル、約２５ｎｍから約４マイクロメートル、約５０ｎｍから約４マイクロメートル、約７５ｎｍから約４マイクロメートル、約１００ｎｍから約４マイクロメートル、約１２５ｎｍから約４マイクロメートル、約１５０ｎｍから約４マイクロメートル、約１７５ｎｍから約４マイクロメートル、約２００ｎｍから約４マイクロメートル、約２２５ｎｍから約４マイクロメートル、約２５０ｎｍから約４マイクロメートル、約２７５ｎｍから約４マイクロメートル、約３００ｎｍから約４マイクロメートル、約３２５ｎｍから約４マイクロメートル、約３５０ｎｍから約４マイクロメートル、約３７５ｎｍから約４マイクロメートル、約４００ｎｍから約４マイクロメートル、約４２５ｎｍから約４マイクロメートル、約４５０ｎｍから約４マイクロメートル、約４７５ｎｍから約４マイクロメートル、約５００ｎｍから約４マイクロメートル、約５２５ｎｍから約４マイクロメートル、約５５０ｎｍから約４マイクロメートル、約５７５ｎｍから約４マイクロメートル、約６００ｎｍから約４マイクロメートル、約６２５ｎｍから約４マイクロメートル、約６５０ｎｍから約４マイクロメートル、約６７５ｎｍから約４マイクロメートル、約７００ｎｍから約４マイクロメートル、約７２５ｎｍから約４マイクロメートル、約７５０ｎｍから約４マイクロメートル、約７７５ｎｍから約４マイクロメートル、約８００ｎｍから約４マイクロメートル、約８２５ｎｍから約４マイクロメートル、約８５０ｎｍから約４マイクロメートル、約８７５ｎｍから約４マイクロメートル、約９００ｎｍから約４マイクロメートル、約９２５ｎｍから約４マイクロメートル、約９５０ｎｍから約４マイクロメートル、約９７５ｎｍから約４マイクロメートル、約１マイクロメートルから約４マイクロメートルの範囲にある平均サイズを有し得る。いくつかの実施の形態において、内部の部分は、約２００ｎｍから約４マイクロメートル、例えば、約２００ｎｍから約３．９マイクロメートル、約２００ｎｍから約３．８マイクロメートル、約２００ｎｍから約３．７マイクロメートル、約２００ｎｍから約３．６マイクロメートル、約２００ｎｍから約３．５マイクロメートル、約２００ｎｍから約３．４マイクロメートル、約２００ｎｍから約３．２マイクロメートル、約２００ｎｍから約３．１マイクロメートル、約２００ｎｍから約３．０マイクロメートル、約２００ｎｍから約２．９マイクロメートル、約２００ｎｍから約２．８マイクロメートル、約２００ｎｍから約２．７マイクロメートル、約２００ｎｍから約２．６マイクロメートル、約２００ｎｍから約２．５マイクロメートル、約２００ｎｍから約２．４マイクロメートル、約２００ｎｍから約２．３マイクロメートル、約２００ｎｍから約２．２マイクロメートル、約２００ｎｍから約２．１マイクロメートル、約２００ｎｍから約２．０マイクロメートルの範囲にある平均サイズを有する。
【００３０】
いくつかの実施の形態において、内部の部分は、約３００ｎｍから約４マイクロメートル、例えば、約３００ｎｍから約３．９マイクロメートル、約３００ｎｍから約３．８マイクロメートル、約３００ｎｍから約３．７マイクロメートル、約３００ｎｍから約３．６マイクロメートル、約３００ｎｍから約３．５マイクロメートル、約３００ｎｍから約３．４マイクロメートル、約３００ｎｍから約３．２マイクロメートル、約３００ｎｍから約３．１マイクロメートル、約３００ｎｍから約３．０マイクロメートル、約３００ｎｍから約２．９マイクロメートル、約３００ｎｍから約２．８マイクロメートル、約３００ｎｍから約２．７マイクロメートル、約３００ｎｍから約２．６マイクロメートル、約３００ｎｍから約２．５マイクロメートル、約３００ｎｍから約２．４マイクロメートル、約３００ｎｍから約２．３マイクロメートル、約３００ｎｍから約２．２マイクロメートル、約３００ｎｍから約２．１マイクロメートル、約３００ｎｍから約２．０マイクロメートルの範囲にある平均サイズを有する。
【００３１】
いくつかの実施の形態において、内部の部分は、約４００ｎｍから約４マイクロメートル、例えば、約４００ｎｍから約３．９マイクロメートル、約４００ｎｍから約３．８マイクロメートル、約４００ｎｍから約３．７マイクロメートル、約４００ｎｍから約３．６マイクロメートル、約４００ｎｍから約３．５マイクロメートル、約４００ｎｍから約３．４マイクロメートル、約４００ｎｍから約３．２マイクロメートル、約４００ｎｍから約３．１マイクロメートル、約４００ｎｍから約３．０マイクロメートル、約４００ｎｍから約２．９マイクロメートル、約４００ｎｍから約２．８マイクロメートル、約４００ｎｍから約２．７マイクロメートル、約４００ｎｍから約２．６マイクロメートル、約４００ｎｍから約２．５マイクロメートル、約４００ｎｍから約２．４マイクロメートル、約４００ｎｍから約２．３マイクロメートル、約４００ｎｍから約２．２マイクロメートル、約４００ｎｍから約２．１マイクロメートル、約４００ｎｍから約２．０マイクロメートルの範囲にある平均サイズを有する。
【００３２】
いくつかの実施の形態において、外部の部分に対する内部の部分の相対サイズは、内部の部分が外部の部分より小さくなるようなものである。外部の部分に対する内部の部分のモル比は、約１：１以上、例えば、約１．１：１以上、約１．２：１以上、約１．３：１以上、約１．４：１以上、約１．５：１以上、約１．６：１以上、約１．７：１以上、約１．８：１以上、約１．９：１以上、約２：１以上、約２．１：１以上、約２．２：１以上、約２．３：１以上、約２．４：１以上、約２．５：１以上、約２．６：１以上、約２．７：１以上、約２．８：１以上、約２．９：１以上、約３．０：１以上、約３．１：１以上、約３．２：１以上、約３．３：１以上、約３．４：１以上、約３．５：１以上、約３．６：１以上、約３．７：１以上、約３．８：１以上、約３．９：１以上、約４：１以上である。
【００３３】
内部の部分は、中心空隙の約２０から約１００体積パーセント、例えば、約２５から約１００体積パーセント、約３０から約１００体積パーセント、約３５から約１００体積パーセント、約４０から約１００体積パーセント、約４５から約１００体積パーセント、約５０から約１００体積パーセント、約５５から約１００体積パーセント、約６０から約１００体積パーセント、約６５から約１００体積パーセント、約７０から約１００体積パーセント、約７５から約１００体積パーセント、約８０から約１００体積パーセント、約８５から約１００体積パーセント、約９０から約１００体積パーセント、約９５から約１００体積パーセントを占め得る。この中心空隙は、完全に充填されても、または部分的に充填されても差し支えない。内部の部分は、例えば、図１Ｃおよび図１Ｄに示されるように、１つ以上の位置で、外部の部分と物理的に接触していて差し支えなく、または内部の部分は、例えば、図１Ｂに示されるように、外部の部分から、等距離などで外部の部分から間隔があけられていても差し支えない。内部の部分は、例えば、図１Ｄに示されるように、外部の部分から部分的に突出していても差し支えない。
【００３４】
外部の部分または内部の部分は、球形、正方形、多角形などの規則的に形成されていても差し支えない。外部の部分または内部の部分は、不規則に形成されていても差し支えない。
【００３５】
別の実施の形態は、各粒子が、銅を含む実質的に内部の部分、およびその内部の部分を少なくとも部分的に取り囲む、多孔質シリカを含む実質的に外部の部分を含む、複数の粒子を含む抗菌性複合材料を有する物品であって、その外部の部分が、内部空洞を画成する内面および抗菌性複合材料の外側部分の少なくとも一部を画成する外面を有し、その内部の部分の少なくとも一部が内部空洞内に位置しており、外部の部分の内面から外部の部分の外面までの平均厚さが約０．０１から約１００ｎｍであり、内部の部分の外部の部分に対するモル比が約１：１以上であり、粒子が約４００ｎｍから約５マイクロメートルまでの範囲の平均サイズを有する、物品である。内部の部分および外部の部分を含む、抗菌性複合材料の特徴は、先に記載されたようなものであり得る。
【００３６】
別の実施の形態は、複数の粒子を含む抗菌性複合材料を有する物品であって、各粒子が、銅を含む実質的に内部の部分、およびその内部の部分を少なくとも部分的に取り囲む、多孔質シリカを含む実質的に外部の部分を含み、銅の少なくとも約１０体積パーセントがＣｕ0、Ｃｕ+1、またはその組合せであり、その外部の部分が、内部空洞を画成する内面および抗菌性複合材料の外側部分の少なくとも一部を画成する外面を有し、その内部の部分の少なくとも一部が内部空洞内に位置している、物品である。
【００３７】
その一例が図２に図解されている、１つの実施の形態において、抗菌性複合材料は、担体１８内に分散した複数の粒子１６を含む。
【００３８】
その担体は、高分子、塗料、接着剤、分散剤、およびそれらの組合せからなる群より選択され得る。いくつかの実施の形態において、担体は、両親媒性、疎水性、親水性、またはそれらの組合せである。１つの実施の形態において、担体は両親媒性高分子である。担体は、気体、液体、エアロゾル、固体、またはそれらの組合せであり得る。
【００３９】
前記物品は、その上に、担体１８中に分散した粒子１６を含む抗菌性複合材料が被覆されている基体２０をさらに含み得る。この物品は、少なくとも１つの表面２１を有する基体２０を含むことができ、この抗菌性複合材料は、少なくとも１つの表面２１上に配置されているか最も近くにある。
【００４０】
この基体は、ガラス、化学強化ガラス、ガラスセラミック、セラミック、金属、木、プラスチック、磁器、またはそれらの組合せであり得る。その基体または物品は、例えば、抗菌性の棚材、テーブル面、カウンター甲板、タイル、壁、ベッドの横板、並びに病院、研究所および生物学的物質を取り扱う他の施設における他の用途であり得る。
【００４１】
抗菌性複合材料、例えば、抗菌性高分子−Ｃｕ複合材料は、活性Ｃｕ粒子の二重に制御された持続放出によって高くかつ長期の抗菌活性／能力を提供する表面再構成を可能にする。第１の制御された持続放出機構は、実質的に内部の部分および実質的に外部の部分またはコア−シェル構造または材料に設計され合成されたＣｕ粒子の構造によって達成できる。例えば、Ｃｕコアが抗菌活性材料を提供し、多孔質ＳｉＯ2シェルがＣｕコアのバリアとして機能し、Ｃｕコアが空気／水分に直接曝露されるのを防ぐがＣｕの抗菌活性に影響しない、Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子が調製された。図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃは、表面修飾と、担体、この場合には、高分子の調製に使用できる様々な化学物質の例示の構造を図解しており、これにより、第２の制御された持続放出機構が達成できる。図３Ａの式３００は、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（ＧＰＴＭＯＳ）である。図３Ｂの式３０１は、（ＧＥ２２）である。図３Ｃの式３０２は、ポリ（Ｎ−アクリロイルモルホリン）（ＰＡＣＭ）である。
【００４２】
１つの実施の形態は、高分子／Ｃｕ−ＳｉＯ2複合材料被覆を製造する方法である。所望の表面および基質または担体の特性に基づいて、Ｃｕ系粒子をコア−シェル構造に調製できる。高分子／Ｃｕ−ＳｉＯ2複合材料被覆のＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル合成は、以下の主要工程を有し得る：制御されたサイズと形状を有するＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を合成する工程；このＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の表面を修飾する工程；Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を基質高分子中に分散させる工程；および高分子−Ｃｕ複合被覆を調製し、基体上に被覆を堆積させる工程。
【００４３】
さらに別の実施の形態は、各粒子が、銅を含む実質的に内部の部分、およびその内部の部分を少なくとも部分的に取り囲む、多孔質シリカを含む実質的に外部の部分を含む、複数の粒子を含む抗菌性複合材料であって、その外部の部分が、内部空洞を画成する内面および抗菌性複合材料の外側部分の少なくとも一部を画成する外面を有し、その内部の部分の少なくとも一部が内部空洞内に位置している、抗菌性複合材料を合成する工程、およびその抗菌性複合材料を担体内に分散させる工程を有してなる方法である。
【００４４】
別の実施の形態は、その上に高分子／Ｃｕ−ＳｉＯ2被覆を有する物品を製造する方法であって、制御されたサイズと形状を有するＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を合成する工程；Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の表面を修飾する工程；Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を基質高分子中に分散させて、高分子／Ｃｕ−ＳｉＯ2被覆を形成する工程；および提供された基体の少なくとも１つの表面上にこの高分子／Ｃｕ−ＳｉＯ2被覆を堆積させ、それによって、その上に高分子／Ｃｕ−ＳｉＯ2被覆を有する物品を形成する工程を有してなる方法である。
【００４５】
Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の合成は、図４の各工程に図解された方法に基づく。工程１は、８０ｍＬの０．２５ＭのＣｕ2ＳＯ4から始まり、これに４０ｍＬの０．００５ＭのＳＯＡが加えられる。この混合物を８０℃で撹拌し（工程２）、ディスパージョンを形成する（工程３）。このディスパージョンに、４０ｍＬの１ＭのＮａＯＨを８０℃で撹拌しながら加える（工程４）。Ｃｕ2+が沈殿する（工程５）。この沈殿物に、２０ｍＬの２．５％のヒドラジン水和物を、撹拌しながら加える（工程６）。これにより、その場還元が行われる（工程７）。１０ｍＬの０．２５ＭのＮａ2ＳｉＯ3を８０℃で撹拌しながら加える（工程８）。この混合物に、１ＭのＨＣｌを、８〜９のｐＨに到達するまで、８０℃で約３時間に亘り撹拌しながら加える（工程９）。これにより、Ｃｕ2Ｏ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子すなわち抗菌性複合材料が形成される（工程１０）。次いで、このＣｕ2Ｏ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を濾過し、Ｈ2Ｏで洗浄し、乾燥させる（工程１１）。次いで、洗浄したＣｕ2Ｏ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子（工程１２）を０．２５ＭのＨ2ＳＯ4で２４時間に亘り処理して（工程１３）、Ｃｕ2+が除去されたＣｕ2Ｏ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を形成する（工程１４）。Ｃｕ2+が除去されたＣｕ2Ｏ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を分離して（工程１５）、Ｃｕ0を有するＣｕ2Ｏ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を形成する（工程１６）。この方法を、以下の工程の内の１つ以上を含むように変更した：Ｈ2／Ｎ2雰囲気中でＣｕ（Ｉ）をＣｕ（０）に還元する工程、反応系のｐＨを変える工程、反応系における反応体の濃度を変える工程、および化学物質を添加する順序を変える工程、または他の変更。
【００４６】
実質的に外部の部分の外面、例えば、Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子のシェルの外面を修飾しても差し支えない。１つの実施の形態は、両親媒性高分子基質中に分散され、それゆえ、良好かつ長期の抗菌活性を示す複合被覆を形成する、Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を製造する方法である。そのような抗菌特性は、持続期間の適用中に活性Ｃｕ粒子の制御された連続的放出を可能にするであろう自己制御表面再構成機構を有する、表面から界面から基質への、Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子および基質高分子の両方の材料の特別な設計によって達成できる。
【００４７】
１つの実施の形態において、両親媒性基質は、基質全体に亘り分散したＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を有し、前記方法は、実質的に外部の部分の外面、例えば、Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子のシェルの外面を修飾する工程を含んで差し支えない。この外面は、異なる化学的性質によりＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の外面上に官能基を導入することによって、修飾できる。一例は、ゾルゲル化学を利用した修飾剤としてエポキシド官能基シラン（ＧＰＴＭＯＳ）を使用することによって、得られたＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の表面上にエポキシ基を導入することである。
【００４８】
Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を高分子中に分散させた。激しい振盪とその後の音波処理により、担体材料、例えば、高分子中に、表面修飾または非修飾のＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を分散させた。希釈剤または分散剤として、水、エタノールまたはそれらの組合せを使用した。
【００４９】
得られた高分子／Ｃｕ−ＳｉＯ2被覆配合物をガラス基体上に被覆し（浸漬被覆または回転塗布により）、室温と高温で（水分の有無にかかわらず）、数時間から一晩、硬化させた。高分子／Ｃｕ−ＳｉＯ2被覆で被覆されて得られた物品は、特徴付けと抗菌活性の分析のために送られた。
【００５０】
上述した工程の結果は、Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子がうまく得られたことであった。Ｃｕ（０）およびＣｕ（Ｉ）の両方とも、赤れんが色を有した。これらの粒子のｘ線回折パターンが図５に示されており、これは、ヒドラジン水和物による還元とＳｉＯ2により包まれた後の、得られた／Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の大半が、ピーク２２により示される、Ｃｕ（Ｉ）の形態にあることを示している。しかしながら、Ｈ2ＳＯ4処理は、Ｃｕ（Ｉ）からＣｕ（０）およびＣｕ（ＩＩ）への不均化反応がもたらされ、洗浄工程は、図６のピーク２４により示されるように、Ｃｕ（ＩＩ）を除去して、Ｃｕ（０）を残す。図７は、マイクロトラックの結果のグラフであり、ピーク２６は、得られたＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の予備粒径が約２００ｎｍであることを示している。
【００５１】
図８は、得られたＣｕ−ＳｉＯ2粒子のＳＥＭ画像である。このＳＥＭは、Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子１７がこの例においては八面体形態を有することを示している。
【００５２】
図９は、得られたＣｕ−ＳｉＯ2粒子のＥＤＳ結果である。このＥＤＳは、Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子が、ピーク２８でのＣｕおよびピーク３０でのＳｉの両方を含有することを示している。
【００５３】
反応条件、例えば、反応系のｐＨが、得られるＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の形態に著しく影響を与える得ることが観察された。ｐＨを、塩基性の強い条件（約１４のｐＨ）から弱酸性（約４〜５のｐＨ）に調節し、次いで、弱塩基性（約８〜９のｐＨ）に調節した場合、得られたＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子１７は、図１０に示されるような立方体状形態を示すが、予備粒子のサイズは、図１１のピーク３２に示されるように同じままである。
【００５４】
反応系の濃度および化学物質を添加する順序も、得られるＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の形態に著しく影響を与えると判断された。このことは、図１２および１３のＳＥＭ画像から分かる。ここでは、Ｃｕ−ＳｉＯ2粒子１７は、１）２種類の出発材料の濃度を２／３に希釈し、２）ヒドラジン溶液を、ＮａＯＨ（ＳｉＯ2シェルの形成工程のｐＨを調節するため）を系に添加した後に加える（次いで、残りのＮａＯＨを加える）ことにより得た。
【００５５】
図１２は、球体状形態を有するＣｕ−ＳｉＯ2粒子１７を示しており、この球体状粒子は、１０〜２５ｎｍの範囲にあるより多い粒子からなる。図１３は、球体状形態を有し、３３％減少した濃度およびＮａＯＨの半分を添加した後にヒドラジンを反応系に加えることによって得られたＣｕ−ＳｉＯ2粒子１７を示している。
【００５６】
追加の結果は、Ｃｕ−ＳｉＯ2粒子がより安定である−空気／酸素に対して感受性が低いことを示した。露わなＣｕ粒子が１週間以内で黒色になったのに対し、表面が保護されたＣｕ粒子である、Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子は、７週間後でもまだ赤れんが色であった。このことは、シェルがＣｕを酸化から保護していることを示す。
【００５７】
アルコールは、Ｃｕ粒子の良好な保護剤である。数ヶ月などの長期間に亘りアルコール中にあるＣｕ（特にＣｕ（Ｉ）について）粒子はまだ、抗菌能力を有する。
【００５８】
銅、例えば、Ｃｕ（Ｉ）をＣｕ（０）に還元する典型的な方法は、Ｃｕ（Ｉ）をＨ2ＳＯ4で処理する工程を含む。Ｃｕ（Ｉ）の半分が、洗浄工程中に水により洗い流されるＣｕ（ＩＩ）に変化するので、出発材料の約５０体積％が浪費される不均化反応が生じる。それゆえ、1つの実施の形態において、前記方法は、水素還元プロセスを含む。この水素還元プロセスは、水素、窒素、またはそれらの組合せを含む還元雰囲気中でＣｕ（Ｉ）をＣｕ（０）に還元する工程を含み得る。この水素還元プロセスは、合成したＣｕ（Ｉ）−ＳｉＯ2粒子を、４８時間に亘り約３００℃から約３２０℃の温度で、Ｈ2、Ｎ2、または６〜８％のＨ2（質量）を含むＨ2／Ｎ2の混合物の雰囲気中に配置する工程を含み得る。この還元工程は、上述した約５０％の損失がなく、Ｃｕ（Ｉ）のＣｕ（０）への転移を最大にすることができる。図１４は、水素還元プロセスにより得られるＣｕ粒子のＸＲＤパターンを示しており、これは、ＣｕがＣｕ（０）の形態にある（ピーク３４）ことを示している。
【００５９】
Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の分散特性を改善するために、表面改質剤を外面に有機的に導入した。この作業において、表面改質のためにゾルゲル化学を使用し、改質剤としてエポキシド官能化シランを使用した。その結果は、改質がうまくいったことを示している。Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の表面改質の証拠は、２つの観察に由来する：
１）  改質前後のエタノール懸濁液の安定化の比較：Ｃｕ−ＳｉＯ2粒子は、表面修飾のない場合には、１時間以内に底に沈殿したが、改質後には、数週間後も懸濁されたままであった。
２）  図１５に示されたＦＴＩＲスペクトルは、表面改質Ｃｕ−ＳｉＯ2粒子は、改質剤と非改質Ｃｕ−ＳｉＯ2粒子の特徴を示すことを示している。線３６は改質されていない粒子を示す。線３８は改質粒子を示す。線４０はＧＰＴＭＯＳ改質粒子を示す。
【００６０】
得られたＣｕ−ＳｉＯ2粒子を様々な基質高分子中に混ぜ合わせて、基体としてのガラス上に高分子／Ｃｕ−ＳｉＯ2被覆を製造した。例示の被覆基体のいくつかは、赤れんが色を有する。
【００６１】
得られた高分子／Ｃｕ−ＳｉＯ2被覆を、抗ウイルス特性および抗細菌特性の両方について試験した。試験結果は、得られた高分子／Ｃｕ−ＳｉＯ2被覆が良好で強い抗ウイルス活性を有することを示した。このとき、アデノウイルス５型について、高分子／Ｃｕ−ＳｉＯ2被覆上での２時間の曝露後のウイルスの減少は９８％に到達し、被覆のない対照のガラスサンプルに対して対数減少１．６２の対数減少である。ガラス基体上のその性能とは対照的に、被覆自体は、表１に示されるように抗ウイルス活性は示さなかった。表１は、得られた高分子／Ｃｕ−ＳｉＯ2被覆の抗ウイルス特性を示している。
【００６２】
【表１】
2014527963.tif 000003
【００６３】
エポキシ樹脂系被覆は低い抗ウイルス活性を示し、低再構成表面（疎水性表面）が低い抗ウイルス活性を示すことを支持している。
【００６４】
得られた高分子／Ｃｕ−ＳｉＯ2被覆は、表２に示されるような良好な抗細菌活性を有することも結果により示された。病原性大腸菌を試験細菌として使用した。表２は、得られた高分子／Ｃｕ−ＳｉＯ2被覆の抗細菌特性を示している。
【００６５】
【表２】
2014527963.tif 000004
【００６６】
得られた高分子／Ｃｕ−ＳｉＯ2被覆には、病院や、抗菌特性が重要である多くの公共の場などの様々な場所において潜在的な用途がいくつかある。Ｃｕ粒子の性質のために、得られた高分子／Ｃｕ−ＳｉＯ2被覆は、Ｃｕの色を有するであろう。しかしながら、有機染料または無機顔料などの他の色を組成物に加えることができ、色の変化に影響する他の材料、例えば、金属酸化物および金属水酸化物を加えても差し支えない。
【００６７】
担体材料、例えば、高分子基質は以下の役割を有するであろう：
１）  被覆の形成、および
２）  Ｃｕ−ＳｉＯ2粒子の内部と基質の内部のＣｕを空気／Ｏ2への直接的な曝露から保護すること。
【００６８】
親水性または疎水性、熱可塑性または熱硬化性の多くの高分子を使用することができる。無機高分子を含む他の高分子も使用して差し支えない。光学的に透明である、透き通った、または着色されている、そのまま使用できる被覆配合物を使用しても差し支えない。１つの実施の形態において、基質高分子は親水性高分子である。別の実施の形態において、基質高分子は、洗浄を行うときに薄層として除去でき、それゆえ、表面のＣｕ粒子を空気に曝露するので、水で除去できる高分子である。
【００６９】
シリカシェルは２つの役割を有するであろう：
１）  Ｃｕ粒子が空気／Ｏ2に直接的に曝露されるのを防ぎ、それゆえ、Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子は、空気／Ｏ2に対して感受性が弱く、露わなＣｕ粒子よりも安定である；および
２）  機能性におけるＣｕのプロセスを遅くし、それゆえ、Ｃｕの抗菌性能の有効性を引き延ばす。
【００７０】
Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子のサイズと形態は、ｐＨ、濃度および化学物質の添加順序などの反応条件を変えることによって、調節できる。球体状形態を有するＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子は、他の形態よりも流動性であり、それゆえ、基質高分子中に分散されやすいという点で、液体のような性質を示す。
【００７１】
Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の表面改質は、それらを担体、例えば、高分子、塗料、接着剤、分散剤、またはそれらの組合せ中に分散させるのに役立つ。この作業に使用したＧＰＴＭＯＳに加え、多くの他の作用物質を使用することができる。さらに、ガラス基体に加え、他の基体、例えば、金属、セラミックおよび木も使用することができる。基体は、プロセス、真っ直ぐか曲げられた、湾曲した、板または円柱並びに他の形状に応じて、有機であっても無機であっても差し支えない。
【００７２】
ここに記載された抗菌性被覆には、いくつかの潜在的な用途、例えば、抗ウイルス性または抗細菌性または抗菌性のベッドの横板、タイル、壁、床、天井、棚材、テーブル面としての用途および病院、研究所および生物学的物質を取り扱う他の施設における他の用途がある。被覆の厚さは、特定の用途に応じて、約０．２ｍｍから約２ｃｍ、例えば、約０．５ｍｍから約５２ｍｍの範囲にあり得る。
【実施例】
【００７３】
実施例１：  Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の調製
４０ｍｌの０．００５Ｍのオレイン酸ナトリウム（ＳＯＡ）および８０ｍｌの０．２５ＭのＣｕＳＯ4を混合し、８０℃の湯浴中で撹拌した。この混合物に４０ｍｌの１ＭのＮａＯＨを加えた後、この反応系に２０ｍｌの２．５％のヒドラジン水和物を注ぎ入れた。赤れんが色のＣｕ2Ｏ沈殿物が早急に出てくるはずである。次いで、１０ｍｌの０．２５ＭのＮａ2ＳＯ3を懸濁液中に滴下し（Ｃｕ2Ｏ対ＳｉＯ2の質量比は１０：１である）、１ＭのＨＣｌを使用して、ｐＨ値を８〜９に調節した。反応時間は約３時間であり、その後、溶液系を水浴から取り出し、濾過した。調製したままの沈殿物を高温の蒸留水で数回洗浄し、その後、それらを室温で乾燥させることによって、Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を得た。さらに別の調製において、得られたＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子を２４時間に亘り０．２５ＭのＨ2ＳＯ4溶液中に浸漬した。濃い紫色の堆積物と青緑色の溶液が生じた。Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の堆積物を、５分間に亘る４０００ｒｐｍの遠心分離によりＣｕ2+溶液から分離し、６０℃で数時間に亘り真空下で乾燥させた。
【００７４】
反応系のｐＨと濃度、および化学物質、特に、ＮａＯＨ溶液とヒドラジン（還元剤）の添加順序を含む、調製条件の変更を行った。これは、得られたＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の形態とサイズに著しく影響を与え得る。
【００７５】
実施例２：  Ｈ2／Ｎ2混合物の雰囲気でのＣｕ（Ｉ）のＣｕ（０）への還元
Ｃｕ（Ｉ）−ＳｉＯ2粒子を、４８時間に亘りＨ2／Ｎ2混合物の雰囲気下で３００℃に加熱し、次いで、同じ雰囲気下で室温に冷却した還元炉内において、Ｃｕ（０）−ＳｉＯ2粒子に還元した。
【００７６】
実施例３：  Ｃｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子の表面改質
２０ｍｌのバイアル中に、０．５ｇのＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子、６ｇのエタノール、および０．５ｇの水を加え、これはよく混ざった。次いで、このバイアルを、数時間に亘り６０℃で超音波処理機に入れた。反応を加速させるために、少量の酸（例えば、酢酸）または少量の塩基を反応系に加えても差し支えない。反応後、この溶液を、直接使用して被覆配合物を調製しても、遠心分離して、表面改質されたＣｕ−ＳｉＯ2粒子を溶液から分離しても差し支えない。
【００７７】
実施例４：  被覆組成物および抗菌性被覆の製造
ほとんどの高分子−抗菌性複合材料被覆は、この実施例において市販の塗料から調製した。市販の塗料配合物中に、特定の量、例えば、１０％の表面改質されたまたは非改質のＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子（固体の％に基づく）を加え、よく混合した。塗料が水性かまたは溶剤型であるかに応じて、水または溶剤を使用して、必要に応じて、配合物を希釈した。得られたＣｕ−ＳｉＯ2コア−シェル粒子含有被覆配合物を、ガラス基体上に浸漬被覆または回転塗布し、次いで、水分がない状態で、室温または高温で硬化させた。
【００７８】
実施例５：  エポキシ−アミン−Ｃｕ複合被覆の製造
２０ｍｌのバイアル中に、０．６ｇの表面改質されたＣｕ−ＳｉＯ2粒子、１．６ｇのＰＡＣＭ、および４．６ｇのＧＥ２２を加え、これをよく混合した。次いで、６ｇのエタノールを加え、よく混合し、次いで、このバイアルを５〜１０分間に亘り超音波処理機に入れた（脱気とさらなる混合のために）。次いで、得られた混合溶液をガラス基体上に施し（浸漬被覆または回転塗布のいずれかのプロセスにより）、数日間に亘り室温で、または室温でエタノールを除去した後に７０℃などの高温で硬化させた。
【００７９】
実施例６：  抗ウイルス特性の試験
抗ウイルス試験手法は、以前に記載された改良プロトコル（Klibanov A. et al Nature Protocols 2007）を使用して行った。手短に言うと、アデノウイルス５型をアール最小必須培地（ＥＭＥＭ）中で約１０8ＰＦＵ／ｍｌに希釈した。アデノウイルス（１０μｌ）を、室温で２時間に亘り被覆ガラススライドに施した。次いで、スライドに曝露されたウイルスをアール最小必須培地（ＥＭＥＭ）による完全な洗浄により収集した。次いで、ウイルスを含有する洗浄懸濁液を、無菌ＰＢＳで２倍に連続的に希釈し、各希釈液の５０μｌを使用して、９６ウェルのマイクロプレート内で単層として成長したＨｅＬａ細胞を感染させた。２４時間後、感染したＨｅＬａ細胞の数を計数することによって、ウイルス価を計算した。ウイルス価の減少は、先に記載されたように計算した（２０１０年に再承認された、無生物非食品接触表面に推奨された殺菌剤の効力のための標準試験法、Ｅ１１５３−０３）：％減少＝（ガラス対照上で生存したウイルスの数−サンプルガラス上で生存したウイルスの数）×１００／被覆ガラス対照上で生存したウイルスの数。
【００８０】
実施例７：  抗細菌特性の試験
ＰｕｃＩ９（Invitrogen）プラスミドによる形質転換によりカナマイシン耐性にされた、ＤＨ５ａｌｐｈａ−Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎカタログ番号Ｉ８２５８０１２、ロット番号７６７２２２５である、培養したグラム陰性大腸菌を使用して抗細菌性の試験を行った。ＬＢ  Ｋａｎ  Ｂｒｏｔｈ（Ｔｅｋｎｏｖａ＃Ｌ８１４５）またはＴｙｐｔｉｃ  Ｓｏｙ  Ｂｒｏｔｈ（Ｔｅｋｎｏｖａ＃１５５０）のいずれかを使用して、細菌培養を開始した。一晩培養した細菌懸濁液２μｌまたはピペットの先端一杯の細菌を寒天プレートからこすり取り、２〜３ｍｌの培養液を含有する蓋付き管に分配し、振盪式インキュベータ内において３７℃で一晩インキュベーションした。翌日、細菌培養物をインキュベータから取り出し、ＰＢＳで２回洗浄した。光学密度（ＯＤ）を測定し、細胞培養物を約１×１０5ＣＦＵ／ｍｌの最終細菌濃度に希釈した。細胞を、Ｐｒａｆｉｌｍ（商標）で覆われた、Ｐｏｌｙｃｒｙｌｉｃ表面対照（１×１インチ（２．５４×２．５４ｃｍ））および銅を含有したＰｏｌｙｃｒｙｌｉｃ表面上に配置し、飽和湿度で３７℃で６時間に亘りインキュベーションした。その後、各表面からの緩衝液を採取し、プレートを、氷冷ＰＢＳで二回洗浄した。各ウェルについて、緩衝液と洗浄液を組み合わせ、コロニー数測定に表面塗抹法(surface spread-plate method)を使用した。
【００８１】
ここに記載された材料の供給源が表３に示されている。
【００８２】
【表３】
2014527963.tif 000005
【００８３】
請求項の主題の精神および範囲から逸脱せずに、ここに記載された実施の形態に様々な改変および変更を行えることが当業者に明白であろう。それゆえ、本明細書は、ここに記載された様々な実施の形態の改変および変更を、そのような改変および変更が付随の特許請求の範囲およびその同等物の範囲に入るという条件で、含むことが意図されている。
【符号の説明】
【００８４】
１０    実質的に内部の部分
１１    内面
１２    実質的に外部の部分
１４    内部空洞
１６    粒子
１８    担体
２０    基体
【図１Ａ−１Ｄ】
2014527963.tif 000006
【図２】
2014527963.tif 000007
【図３Ａ】
2014527963.tif 000008
【図３Ｂ】
2014527963.tif 000009
【図３Ｃ】
2014527963.tif 000010
【図４】
2014527963.tif 000011
【図５】
2014527963.tif 000012
【図６】
2014527963.tif 000013
【図７】
2014527963.tif 000014
【図９】
2014527963.tif 000015
【図１０】
2014527963.tif 000016
【図１１】
2014527963.tif 000017
【図１３】
2014527963.tif 000018
【図１４】
2014527963.tif 000019
【図１５】
2014527963.tif 000020
【図８】
2014527963.tif 000021
【図１２】
2014527963.tif 000022
【国際調査報告】
2014527963.tif 000023
2014527963.tif 000024
2014527963.tif 000025
2014527963.tif 000026
2014527963.tif 000027