(57)【要約】  静的流体消毒システムおよび関連方法。流体を消毒する方法の実現形態は、容器に含まれる流体を連続気泡フォームに静的接触させることを含み、連続気泡フォームは、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤から製造される第４級オルガノシランコーティングで被覆され、流体は１種以上の微生物を含有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を消毒するためのシステムであって、
１インチあたりの細孔（ＰＰＩ）が１０ＰＰＩ〜１１０ＰＰＩの範囲の細孔を含む連続気泡フォームであって、式：
【化１】
2016515471.tif 000007
（式中、Ａは、−ＯＲ４、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群から独立して選択されるメンバーであり、
Ｒ４は、水素、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群から選択されるメンバーであり、
Ｒは、置換または非置換のアルキレンであり、
Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、水素、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群からそれぞれ独立して選択されるメンバーであり、
Ｚは、フルオリド、クロリド、ブロミド、ヨージド、トシレート、ヒドロキシド、スルフェート、およびホスフェートからなる群から選択されるメンバーであり、かつ
ｎは、１、２、または３である）
を有する第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤から製造される第４級オルガノシランコーティングで被覆される、連続気泡フォームと、
前記連続気泡フォームを包囲する容器であって、当該連続気泡フォームを、当該容器に含まれるクリプトスポリジウム・パルバム（Cryptosporidium parvum）およびジアルジア属（Giardia）からなる群から選択される１種以上の微生物を含む流体に静的接触した状態で配置する、容器と、
を含む、システム。
【請求項２】
前記連続気泡フォームが、天然に存在するおよび合成の有機高分子材料、ステンレス鋼、銅、ケイ素、炭素、ならびに炭化ケイ素からなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記１種以上の微生物が、カプセル化ウイルスおよび非カプセル化ウイルス、グラム陰性細菌およびグラム陽性細菌、菌類、カビ、胞子、酵母、ならびにプロトゾイックバクテリアからなる群からさらに選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記流体が混濁状態である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記流体が光学的に不透明である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記流体が炭化水素および水のエマルジョンを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記容器が、１種以上の微生物を含む固体材料をさらに含み、かつ前記連続気泡フォームが、前記固体材料の１つ以上の表面に接触する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
流体を消毒する方法であって、
容器に含まれる流体を連続気泡フォームに静的接触させることを含み、
前記連続気泡フォームが、式：
【化２】
2016515471.tif 000008
（式中、Ａは、−ＯＲ４、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群から独立して選択されるメンバーであり、
Ｒ４は、水素、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群から選択されるメンバーであり、
Ｒは、置換または非置換のアルキレンであり、
Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、水素、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群からそれぞれ独立して選択されるメンバーであり、
Ｚは、フルオリド、クロリド、ブロミド、ヨージド、トシレート、ヒドロキシド、スルフェート、およびホスフェートからなる群から選択されるメンバーであり、かつ
ｎは、１、２、または３である）
を有する第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤から製造される第４級オルガノシランコーティングで被覆され、
前記流体が１種以上の微生物を含む、方法。
【請求項９】
前記容器に含まれる前記流体を前記連続気泡フォームに静的接触させることにおいて、さらに、前記連続気泡フォームが、１インチあたりの細孔（ＰＰＩ）が１０ＰＰＩ〜１１０ＰＰＩの範囲の細孔を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記容器に含まれる前記流体を静的接触させることにおいて、前記流体中の１種以上の微生物がクリプトスポリジウム・パルバム（Cryptosporidium parvum）、ジアルジア属（Giardia）、カプセル化ウイルス、および非カプセル化ウイルスからなる群から選択されることをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記容器に含まれる１種以上の微生物を含む固体材料の１つ以上の表面と、前記連続気泡フォームとを静的接触させることをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
流体を消毒するためのシステムであって、
フィルターサンドおよびゼオライトの一方の表面積／グラム未満の表面積／グラムを含む連続気泡フォームであって、式：
【化３】
2016515471.tif 000009
（式中、Ａは、−ＯＲ４、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群から独立して選択されるメンバーであり、
Ｒ４は、水素、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群から選択されるメンバーであり、
Ｒは、置換または非置換のアルキレンであり、
Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、水素、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群からそれぞれ独立して選択されるメンバーであり、
Ｚは、フルオリド、クロリド、ブロミド、ヨージド、トシレート、ヒドロキシド、スルフェート、およびホスフェートからなる群から選択されるメンバーであり、かつ
ｎは、１、２、または３である）
を有する第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤から製造される第４級オルガノシランコーティングで被覆される、連続気泡フォームと、
前記連続気泡フォームを包囲する容器であって、当該連続気泡フォームを、当該容器に含まれる１種以上の微生物を含む流体に静的接触した状態で配置する、容器と、
を含む、システム。
【請求項１３】
前記微生物が、クリプトスポリジウム・パルバム（Cryptosporidium parvum）、ジアルジア属（Giardia）、カプセル化ウイルス、および非カプセル化ウイルスからなる群から選択される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記連続気泡フォームが、１インチあたりの細孔（ＰＰＩ）が１０ＰＰＩ〜１１０ＰＰＩの範囲の細孔を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記連続気泡フォームが、天然および合成の有機高分子材料、ステンレス鋼、銅、ケイ素、炭素、および炭化ケイ素からなる群から選択される材料を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記流体が混濁状態である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
前記流体が光学的に不透明である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
前記流体が炭化水素および水のエマルジョンを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１９】
前記容器が、１種以上の微生物を含む固体材料をさらに含み、かつ前記連続気泡フォームが、前記固体材料の１つ以上の表面に接触する、請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本明細書は、２０１３年３月２６日出願のWilliam R. Peterson IIらの「オルガノシラン第４級アンモニウムクロリド化合物で処理された連続気泡基材を利用する静的微生物流体消毒（Static Microbial Fluid Disinfection Utilizing Open Cell Substrates Treated with Organosilane Quaternary Ammonium Chloride Compounds）」という名称の米国仮特許出願第６１／８０５，４７７号（その開示は参照により全体が本明細書に組み込まれる）の出願日に基づく利益を主張する。
【０００２】
本出願は、２００３年５月２２日出願のWilliam R. Peterson IIの「結合された第４級アンモニウムオルガノシランによる水および流体の精製（Water & Fluids Purification With Bonded Quaternary Ammonium Organosilanes）」という名称の米国仮特許出願第６０／４７２，４２９号の出願日に基づく利益を主張した、現在係属中の２００４年５月１９日出願の出願番号第１０／８５０，１２１号である「抗微生物性第４級アンモニウムオルガノシランコーティング（Antimicrobial Quaternary Ammonium Organosilane Coatings）」という名称のWilliam R. Peterson IIらの先願の米国実用特許出願の一部継続出願であり、それらの開示は、参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【０００３】
背景
１．技術分野
本明細書の態様は、概して、第４級アンモニウムオルガノシランコーティングで被覆された固相担体を用いて液体中の微生物の数を減少させるための方法および組成物に関する。
【背景技術】
【０００４】
２．背景技術
第４級アンモニウムオルガノシランは、多種多様な用途で使用されてきた。２００３年９月２日発行の「オルガノシラン第４級化合物を含有する抗微生物性皮膚製剤（Antimicrobial Skin Preparations Containing Organosilane Quaternaries）」という名称のPeterson IIらの米国特許第６，６１３，７５５号には、抗微生物性を有する第４級アンモニウムオルガノシラン化合物の種々の使用例が開示されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概要
流体を消毒するためのシステムの実現形態は、１インチあたりの細孔（ＰＰＩ）が１０ＰＰＩ〜１１０ＰＰＩの範囲の細孔を含む連続気泡フォームを含んでもよい。この連続気泡フォームは、式：
【化１】
2016515471.tif 000002
を有する第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤から製造される第４級アンモニウムオルガノシランコーティングから製造される第４級オルガノシランコーティングで被覆される。
【０００６】
Ａは、−ＯＲ４、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群から独立して選択されるメンバーであってもよい。Ｒ４は、水素、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群から選択されるメンバーであってもよい。Ｒは、置換または非置換のアルキレンであってもよい。Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、水素、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群からそれぞれ独立して選択されるメンバーであってもよい。Ｚは、フルオリド、クロリド、ブロミド、ヨージド、トシレート、ヒドロキシド、スルフェート、およびホスフェートからなる群から選択されるメンバーであってもよい。かつ、ｎは、１、２、または３であってもよい。連続気泡フォームを包囲して連続気泡フォームを容器に含まれる流体に静的接触した状態で配置する容器が含まれうる。この流体は、クリプトスポリジウム・パルバム（Cryptosporidium parvum）およびジアルジア属（Giardia）からなる群から選択される１種以上の微生物を含む。
【０００７】
流体を消毒するためのシステムの実現形態は、以下のうちの１つ、すべて、またはいずれかを含んでもよい。
【０００８】
連続気泡フォームは、天然に存在するおよび合成の有機高分子材料、ステンレス鋼、銅、ケイ素、炭素、ならびに炭化ケイ素からなる群から選択される材料を含んでもよい。
【０００９】
１種以上の微生物はまた、カプセル化ウイルスおよび非カプセル化ウイルス、グラム陰性細菌およびグラム陽性細菌、菌類、カビ、胞子、酵母、ならびにプロトゾイックバクテリア（protozoic bacteria）からなる群から選択される。
【００１０】
流体は混濁状態であってもよい。
【００１１】
流体は光学的に不透明であってもよい。
【００１２】
流体は炭化水素および水のエマルジョンを含んでもよい。
【００１３】
容器は、１種以上の微生物を含む固体材料と、固体材料の１つ以上の表面に接触してもよい連続気泡フォームと、をさらに含んでもよい。
【００１４】
流体を消毒するためのシステムの実現形態は、フィルターサンドおよびゼオライトの一方の表面積／グラム未満の表面積／グラムを有する連続気泡フォームを含んでもよい。この連続気泡フォームは、式：
【化２】
2016515471.tif 000003
を有する第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤から製造される第４級オルガノシランコーティングで被覆される。
【００１５】
Ａは、−ＯＲ４、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群から独立して選択されるメンバーであってもよい。Ｒ４は、水素、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群から選択されるメンバーであってもよい。Ｒは、置換または非置換のアルキレンであってもよい。Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、水素、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群からそれぞれ独立して選択されるメンバーであってもよい。Ｚは、フルオリド、クロリド、ブロミド、ヨージド、トシレート、ヒドロキシド、スルフェート、およびホスフェートからなる群から選択されるメンバーであってもよい。かつ、ｎは、１、２、または３であってもよい。連続気泡フォームを包囲して連続気泡フォームを容器に含まれる流体に静的接触した状態で配置する容器が含まれうる。この流体は１種以上の微生物を含む。
【００１６】
システムの実現形態は、以下のうちの１つ、すべて、またはいずれかを含んでもよい。
【００１７】
微生物は、クリプトスポリジウム・パルバム（Cryptosporidium parvum）、ジアルジア属（Giardia）、カプセル化ウイルス、および非カプセル化ウイルスからなる群から選択されてもよい。
【００１８】
連続気泡フォームは１インチあたりの細孔（ＰＰＩ）が１０ＰＰＩ〜１１０ＰＰＩの範囲の細孔を含んでもよい。
【００１９】
連続気泡フォームは、天然および合成の有機高分子材料、ステンレス鋼、銅、ケイ素、炭素、および炭化ケイ素からなる群から選択される材料を含む。
【００２０】
流体は混濁状態であってもよい。
【００２１】
流体は光学的に不透明であってもよい。
【００２２】
流体は炭化水素および水のエマルジョンを含んでもよい。
【００２３】
容器は、１種以上の微生物を含む固体材料と、固体材料の１つ以上の表面に接触してもよい連続気泡フォームと、を含んでもよい。
【００２４】
流体を消毒するためのシステムの実現形態は、流体を消毒する方法の実現形態を利用してもよい。本方法は、容器に含まれる流体を連続気泡フォームに静的接触させることを含んでもよい。この連続気泡フォームは、式：
【化３】
2016515471.tif 000004
を有する第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤から製造される第４級オルガノシランコーティングで被覆される。
【００２５】
Ａは、−ＯＲ４、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群から独立して選択されるメンバーであってもよい。Ｒ４は、水素、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群から選択されるメンバーであってもよい。Ｒは、置換または非置換のアルキレンであってもよい。Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、水素、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールからなる群からそれぞれ独立して選択されるメンバーであってもよい。Ｚは、フルオリド、クロリド、ブロミド、ヨージド、トシレート、ヒドロキシド、スルフェート、およびホスフェートからなる群から選択されるメンバーであってもよい。かつ、ｎは、１、２、または３であってもよい。流体は１種以上の微生物を含んでもよい。
【００２６】
流体を消毒する方法の実現形態は、以下のうちの１つ、すべて、またはいずれかを含んでもよい。
【００２７】
容器に含まれる流体を連続気泡フォームに静的接触させることは、連続気泡フォームが、１インチあたりの細孔（ＰＰＩ）が１０ＰＰＩ〜１１０ＰＰＩの範囲の細孔を含む場合をさらに含んでもよい。
【００２８】
容器に含まれる流体を静的接触させることは、流体中の１種以上の微生物がクリプトスポリジウム・パルバム（Cryptosporidium parvum）、ジアルジア属（Giardia）、カプセル化ウイルス、および非カプセル化ウイルスからなる群から選択される場合をさらに含んでもよい。
【００２９】
本方法は、容器に含まれる１種以上の微生物を含む固体材料の１つ以上の表面を連続気泡フォームに静的接触させることをさらに含んでもよい。
【００３０】
上記および他の態様、特徴、および利点は、説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から、当業者には明らかであろう。
【００３１】
図面の簡単な説明
これ以降では、添付の図面に関連して実現形態を説明する。この場合、同様の表示は同様の要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第４級アンモニウムオルガノシラン被覆ゼオライトによるバクテリオファージの生存可能数の減少を例示する。
【図２Ａ】第４級アンモニウムオルガノシラン被覆ゼオライトによる（Ａ）Ｋ．テリエナ（K. terriena）細菌および（Ｂ）Ｅ．コリ（E. coli）細菌の生存可能数の減少を例示する。
【図２Ｂ】第４級アンモニウムオルガノシラン被覆ゼオライトによる（Ａ）Ｋ．テリエナ（K. terriena）細菌および（Ｂ）Ｅ．コリ（E. coli）細菌の生存可能数の減少を例示する。
【図３】第４級アンモニウムオルガノシラン被覆ゼオライトによる細菌およびバクテリオファージの生存可能数の平均減少を例示する。
【図４】第４級アンモニウムオルガノシラン被覆ゼオライトによる藻類の生存可能数の減少を例示する。
【図５】第４級アンモニウムオルガノシラン被覆ゼオライトによる寄生原生動物の生存可能数の減少を例示する。
【図６】液体中の微生物の生存可能数を減少させるのに使用するための第４級アンモニウムオルガノシラン被覆ゼオライトが充填されたカラムを含有する実験装置を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
説明
本開示、その態様および実現形態は、本明細書に開示された特定のコンポーネント、アセンブリー手順、または方法要素に限定されるものではない。本開示に基づく特定の実現形態と併用すべく、意図された静的流体消毒システムおよび関連方法の実現形態に適合する当技術分野で公知の多くの追加のコンポーネント、アセンブリー手順、および／または方法要素が、明らかになるであろう。したがって、たとえば、特定の実現形態が開示されているが、そのような実現形態および実現コンポーネントは、意図された操作および方法に適合する、そのような静的流体消毒システムおよび実現コンポーネントおよび方法に合った当技術分野で公知の、任意の形状、サイズ、スタイル、タイプ、モデル、バージョン、測定、濃度、材料、量、方法要素、工程、および／またはそれらの類似物を含んでもよい。
【００３４】
定義
本明細書で用いられる場合、「微生物の生存可能数を減少させる」という用語は、成長、作用、機能、および／または発生が可能な微生物の数を適正に減少させることを意味する。この用語は、たとえば、微生物の全数を減少させること、活性な微生物の数を減少させること（すなわち、微生物を不活性化させること）、再生可能な微生物の数を減少させること、インタクトな微生物の数を減少させること、感染因子の数を減少させること、微生物を除去すること、微生物を不活性化させること、および／またはそれらに類似することを含む。「微生物の生存可能数を排除する」とは、微生物の生存可能数をゼロに減少させることを意味する。
【００３５】
「微生物」という用語は、本明細書で用いられる場合、顕微鏡でのみ個別に見ることが可能な生物を意味する。微生物という用語は、たとえば、細菌、菌類、放線菌、藻類、原生動物、酵母、病原菌、ワタフキカイガラムシ、線虫、ウイルス、プリオン、および藻類を含む。
【００３６】
本明細書で用いられる略語は、化学および生物学の技術分野内でのその従来の意味を有する。
【００３７】
化学基がその従来の化学式により左から右に書かれて特定される場合、それは、構造を右から左に書いて得られる化学的に同一の置換基を対等に包含する。たとえば、−ＣＨ２Ｏ−は、−ＯＣＨ２−と均等である。
【００３８】
「アルキル」という用語は、それ自体でまたは他の置換基の一部として、特に明記されていないかぎり、完全飽和、モノ不飽和、またはポリ不飽和であってもよい、少なくとも１個の炭素を含有する直線状（すなわち、非分岐状）または分岐状の炭素鎖を意味する。不飽和アルキル基とは、１つ以上の二重結合または三重結合を有する不飽和アルキル基のことである。「無置換アルキル」とは、骨格炭素が水素および／または他の骨格炭素に結合されている分岐状または非分岐状のアルキル基を意味する。「アルキレン」という用語は、アルキルの２価基誘導体を意味する。
【００３９】
「骨格炭素」または「骨格ヘテロ原子」とは、本明細書で用いられる場合、それぞれ、アルキル基またはヘテロアルキル基の結合点にない、かつ少なくとも１個の炭素を含有する分岐状または非分岐状の鎖の一部を形成する、炭素原子またはヘテロ原子を意味する。
【００４０】
「アルコキシ」という用語は、酸素原子を介して分子の残りの部分に結合されたアルキル基を意味する。
【００４１】
「アルキルエーテル」という用語は、少なくとも１つの炭素−酸素−炭素結合を有するアルキルを意味する。
【００４２】
「ヒドロキシ置換アルキル」という用語は、少なくとも１個の結合されたヒドロキシル基を有するアルキルを意味する。
【００４３】
「アミン置換アルキル」という用語は、少なくとも１個の結合された第１級、第２級、または第３級アミン基を有するアルキルを意味する。
【００４４】
「ヘテロアルキル」という用語は、それ自体でまたは他の用語との組合せで、炭素鎖内に少なくとも１個のヘテロ原子を有するアルキルを意味する。ヘテロ原子は、Ｏ、Ｎ、およびＳからなる群から選択され、窒素原子および硫黄原子は、任意選択で酸化されていてもよく、かつ窒素ヘテロ原子は、任意選択で四級化されていてもよい。ヘテロ原子Ｏ、Ｎ、およびＳは、ヘテロアルキル基の任意の内部位置に、またはアルキル基が分子の残りの部分に結合される位置に、配置されてもよい。ヘテロ原子は、２個まで連続していてもよい。たとえば、−ＣＨ２−ＮＨ−ＯＣＨ３などである。同様に、「ヘテロアルキレン」という用語は、それ自体でまたは他の置換基の一部として、ヘテロアルキルから誘導される２価基を意味する。ヘテロアルキレン基では、ヘテロ原子はまた、鎖末端の一方または両方を占有することが可能である。
【００４５】
「非置換ヘテロアルキル」とは、骨格炭素が水素、他の骨格炭素、および／または骨格ヘテロ原子に結合されている分岐状または非分岐状のヘテロアルキル基を意味する。骨格ヘテロ原子は、水素、骨格炭素、他の骨格ヘテロ原子、および／または酸素（酸化硫黄の場合）に結合される。
【００４６】
「シクロアルキル」および「ヘテロシクロアルキル」という用語は、それぞれ、それ自体でまたは他の用語との組合せで、特に明記されていないかぎり、「アルキル」および「ヘテロアルキル」の環状体を意味する。その他に、ヘテロシクロアルキルでは、ヘテロ原子は、ヘテロ環が分子の残りの部分に結合される位置を占有することが可能である。「シクロアルキレン」および「ヘテロシクロアルキレン」という用語は、それぞれ、シクロアルキル基およびヘテロシクロアルキル基の２価誘導体を意味する。
【００４７】
「ハロ」または「ハロゲン」という用語は、それ自体でまたは他の置換基の一部として、特に明記されていないかぎり、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を意味する。その他に、「ハロアルキル」などの用語は、モノハロアルキルおよびポリハロアルキルを含むことを意味する。
【００４８】
「アリール」という用語は、特に明記されていないかぎり、単環または縮合一体化もしくは共有結合された多環（好ましくは１〜３環）であってもよいポリ不飽和芳香族炭化水素を意味する。「ヘテロアリール」という用語は、ヘテロ原子が環頂点（本明細書では「環ヘテロ原子」としても参照される）を占有している、Ｎ、Ｏ、およびＳから選択される１〜４個のヘテロ原子を含有するアリール基（または環）を意味する。窒素原子および硫黄原子は、任意選択で酸化され、かつ窒素原子は、任意選択で四級化される。ヘテロアリール基は、炭素原子またはヘテロ原子を介して分子の残りの部分に結合することが可能である。「アリーレン」および「ヘテロアリーレン」という用語は、それぞれ、アリール基およびヘテロアリール基の２価誘導体を意味する。
【００４９】
「非置換アリール」または「非置換ヘテロアリール」とは、それぞれ、分子の残りの部分への結合点にない環頂点を占有する炭素原子が、水素または環頂点を占有する他の原子にのみ結合されている、アリール環およびヘテロアリール環を意味する。分子の残りの部分への結合点にない環頂点を占有するヘテロ原子は、水素、環頂点を占有する他の原子、または酸素（酸化環ヘテロ原子の場合）にのみ結合される。
【００５０】
本明細書で用いられる「オキソ」という用語は、炭素原子に二重結合された酸素を意味する。
【００５１】
「液体」とは、本明細書で用いられる場合、自由流動し、結晶構造がなく、かつガスと異なり、その容器の形状に依存せずに周囲温度および周囲圧力で同一体積を維持する、物質のことである。「水性流体」とは、水の部分を有する液体を意味する。本発明の実施に好適な水性流体としては、たとえば、廃水および下水、果汁、ミルク、ならびに医用流体が挙げられる。他の好適な流体は、当業者により、容易に決定されるであろう。また、そうした流体は、種々の実現形態で利用されてもよい。
【００５２】
「固体」とは、本明細書で用いられる場合、周囲温度で水に溶解しない物質のことである。したがって、「固相担体」とは、周囲温度で水に不溶の担体のことである。
【００５３】
方法
一態様では、本発明は、液体中の微生物の生存可能数を減少または排除する方法を提供する。本方法は、液体を第４級アンモニウムオルガノシランコーティングで被覆された固相担体に接触させることを含む。第４級アンモニウムオルガノシランコーティングは、微生物を直接接触させることにより液体中の微生物の生存可能数を減少させうる。
【００５４】
本発明に係る方法および組成物に関連して、多種多様な固相担体が有用である。固相担体は、たとえば、平面表面、チューブもしくはパイプのライニング、または略球状の粒子を含めて、任意の適切な寸法または形状であってもよい。固相担体はまた、たとえば、微視的担体、肉眼で検出可能な担体、長さが数センチメートル〜数メートルの寸法を有する略平面状の担体、および長さが数センチメートル〜数メートルの半径を有する略球状の担体を含めて、任意の適切なサイズであってもよい。
【００５５】
固相担体は、典型的には、液体媒体（たとえば、有機媒体、水性媒体、水など）に不溶な１種以上の物質または材料で構成される。例示的材料としては、ガラス、シリカ、サンド（たとえば、マンガニーズグリーンサンドおよびフィルターサンド）、石英、フリント、ゼオライト、アンスラサイト、活性炭、ガーネット、イルメナイト、ベン（benn）、アルミニウム（非含水ケイ酸アルミニウムを含む（たとえば、フィルターＡＧ）、鉄およびチタンの酸化物（たとえば、イルメナイト）、珪藻土、ポゾラン（天然に存在するおよび石炭燃焼の副生成物として生成するケイ素／アルミナ材料）、金属（たとえば、スズ）、セラミック、ならびに／または有機ポリマーおよびプラスチック（たとえば、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、またはポリビニルクロリド（ＰＶＣ））が挙げられる。
【００５６】
種々の実現形態では、液体は、追加の固相担体に接触される。追加の固相担体は、固相担体とは異なる第４級アンモニウムオルガノシランコーティングで被覆されてもよい。追加の固相担体はまた、固相担体とは異なる材料で構成されてもよい。
【００５７】
第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤
本発明に係る固相担体は、第４級アンモニウムオルガノシランコーティングで被覆される。第４級アンモニウムオルガノシランコーティングは、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤から製造される。第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤は、式：
【化４】
2016515471.tif 000005
を有する。
【００５８】
式（Ｉ）中、Ａは、−ＯＲ４、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールから選択される。２つ以上のＡが存在する場合、各Ａは、独立して、以上または以下に述べた群から選択される。
【００５９】
Ｒ４は、水素、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールから選択される。
【００６０】
Ｒは、置換または非置換のアルキレン、置換または非置換のヘテロアルキレン、置換または非置換のシクロアルキレン、置換または非置換のヘテロシクロアルキレン、置換または非置換のアリーレン、および置換または非置換のヘテロアリーレンから選択される。
【００６１】
Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、独立して、水素、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のシクロアルキル、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールから選択される。
【００６２】
Ｚは、フルオリド、クロリド、ブロミド、ヨージド、トシレート、ヒドロキシド、スルフェート、およびホスフェートから選択される。
【００６３】
記号ｎは、１、２、または３である。
【００６４】
例示的実現形態では、可能なＡ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４部分として本明細書に記載の各置換アルキル、置換ヘテロアルキル、置換シクロアルキル、置換ヘテロシクロアルキル、置換アリール、および置換ヘテロアリールは、−ＯＨ、非置換（Ｃ１〜Ｃ５）アルキル、非置換２〜５員ヘテロアルキル、非置換（Ｃ５〜Ｃ７）員シクロアルキル、非置換５〜７員ヘテロシクロアルキル、非置換アリール、および非置換ヘテロアリールから独立して選択される少なくとも１個の置換基でのみ置換される。たとえば、Ａが置換（Ｃ１〜Ｃ１０）アルキルである場合、置換（Ｃ１〜Ｃ１０）アルキルは、−ＯＨ、非置換（Ｃ１〜Ｃ５）アルキル、非置換２〜５員ヘテロアルキル、非置換（Ｃ５〜Ｃ７）員シクロアルキル、非置換５〜７員ヘテロシクロアルキル、非置換アリール、および非置換ヘテロアリールから独立して選択される少なくとも１個の置換基でのみ置換される。
【００６５】
他の実現形態では、可能なＡ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４部分として本明細書に記載の各置換アルキル、置換ヘテロアルキル、置換シクロアルキル、置換ヘテロシクロアルキル、置換アリール、および置換ヘテロアリールは、−ＯＨ、非置換（Ｃ１〜Ｃ５）アルキル、非置換２〜５員ヘテロアルキル、非置換（Ｃ５〜Ｃ７）員シクロアルキル、非置換５〜７員ヘテロシクロアルキル、非置換アリール、および非置換ヘテロアリールから独立して選択され少なくとも１個の置換基でのみ置換される。他の実現形態では、可能なＡ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４部分として本明細書に記載の各置換アルキル、置換ヘテロアルキル、置換シクロアルキル、置換ヘテロシクロアルキル、置換アリール、および置換ヘテロアリールは、−ＯＨ、非置換（Ｃ１〜Ｃ５）アルキル、非置換（Ｃ５〜Ｃ７）員シクロアルキル、および非置換フェニルから独立して選択される少なくとも１個の置換基でのみ置換される。さらに他の実現形態では、可能なＡ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４部分として本明細書に記載の各置換アルキル、置換ヘテロアルキル、置換シクロアルキル、置換ヘテロシクロアルキル、置換アリール、および置換ヘテロアリールは、少なくとも１個の非置換（Ｃ１〜Ｃ３）アルキルでのみ置換される。
【００６６】
他の例示的実現形態では、可能なＲ部分として本明細書に記載の各置換アルキレン、置換ヘテロアルキレン、置換シクロアルキレン、置換ヘテロシクロアルキレン、置換アリーレン、および置換ヘテロアリーレンは、−ＯＨ、非置換（Ｃ１〜Ｃ５）アルキル、非置換２〜５員ヘテロアルキル、非置換（Ｃ５〜Ｃ７）員シクロアルキル、置換５〜７員ヘテロシクロアルキル、非置換アリール、および非置換ヘテロアリールから独立して選択される少なくとも１個の置換基でのみ置換される。
【００６７】
種々の実現形態では、可能なＲ部分として本明細書に記載の各置換アルキレン、置換ヘテロアルキレン、置換シクロアルキレン、置換ヘテロシクロアルキレン、置換アリーレン、および置換ヘテロアリーレンは、−ＯＨ、非置換（Ｃ１〜Ｃ５）アルキル、非置換２〜５員ヘテロアルキル、非置換（Ｃ５〜Ｃ７）員シクロアルキル、非置換５〜７員ヘテロシクロアルキル、非置換アリール、および非置換ヘテロアリールから独立して選択される少なくとも１個の置換基でのみ置換される。他の実現形態では、可能なＲ部分として本明細書に記載の各置換アルキレン、置換ヘテロアルキレン、置換シクロアルキレン、置換ヘテロシクロアルキレン、置換アリーレン、および置換ヘテロアリーレンは、−ＯＨ、非置換（Ｃ１〜Ｃ５）アルキル、非置換（Ｃ５〜Ｃ７）員シクロアルキル、および非置換フェニルから独立して選択される少なくとも１個の置換基でのみ置換される。さらに他の実現形態では、可能なＲ部分として本明細書に記載の各置換アルキレン、置換ヘテロアルキレン、置換シクロアルキレン、置換ヘテロシクロアルキレン、置換アリーレン、および置換ヘテロアリーレンは、少なくとも１個の非置換（Ｃ１〜Ｃ３）アルキルでのみ置換される。
【００６８】
Ａは、−ＯＲ４、置換または非置換の（Ｃ１〜Ｃ１０）アルキル、置換または非置換の２〜１２員ヘテロアルキル、置換または非置換の（Ｃ５〜Ｃ７）シクロアルキル、置換または非置換の５〜７員ヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールから選択されてもよい。Ｒ４は、水素、置換または非置換の（Ｃ１〜Ｃ１０）アルキル、置換または非置換の２〜１０員ヘテロアルキル、置換または非置換の（Ｃ５〜Ｃ７）シクロアルキル、置換または非置換の５〜７員ヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールから選択されてもよい。
【００６９】
いくつかの実現形態では、Ａは、−ＯＲ４、非置換（Ｃ１〜Ｃ１０）アルキル、非置換２〜１２員ヘテロアルキル、非置換（Ｃ５〜Ｃ７）シクロアルキル、非置換５〜７員ヘテロシクロアルキル、非置換アリール、および非置換ヘテロアリールから選択される。他の実現形態では、Ａは、−ＯＲ４、非置換（Ｃ１〜Ｃ１０）アルキル、非置換３〜１２員アルキルエーテル、非置換（Ｃ５〜Ｃ７）シクロアルキル、および非置換フェニルから選択される。
【００７０】
Ａはまた、−ＯＲ４、非置換（Ｃ１〜Ｃ４）アルキル、非置換３〜８員アルキルエーテル、非置換（Ｃ５〜Ｃ７）シクロアルキル、および非置換フェニルから選択されてもよい。他の選択肢として、Ａは、−ＯＲ４、非置換（Ｃ１〜Ｃ４）アルキル、および非置換３〜８員アルキルエーテルから選択される。
【００７１】
Ｒ４は、水素、非置換（Ｃ１〜Ｃ１０）アルキル、非置換２〜１２員ヘテロアルキル、非置換（Ｃ５〜Ｃ７）シクロアルキル、非置換５〜７員ヘテロシクロアルキル、非置換アリール、および非置換ヘテロアリールから選択されてもよい。
【００７２】
いくつかの実現形態では、Ｒ４は、水素、非置換（Ｃ１〜Ｃ１０）アルキル、非置換３〜１２員アルキルエーテル、非置換（Ｃ５〜Ｃ７）シクロアルキル、および非置換フェニルから選択される。関連実施形態では、Ｒ４は、水素、非置換（Ｃ１〜Ｃ８）アルキル、非置換３〜８員アルキルエーテル、非置換（Ｃ５〜Ｃ７）シクロアルキル、および非置換フェニルから選択される。他の選択肢として、Ｒ４は、水素、非置換（Ｃ１〜Ｃ８）アルキル、および非置換３〜８員アルキルエーテルから選択される。
【００７３】
Ｒ４はまた、フェニル、メチルフェニル、置換または非置換の（Ｃ１〜Ｃ８）アルキル、および−（ＣＨ２）ｘ−Ｏ−（ＣＨ２）ｙＣＨ３から選択されてもよい。ｘおよびｙは、独立して、１〜１０から選択される整数である。
【００７４】
Ｒは、置換または非置換の（Ｃ１〜Ｃ１０）アルキレン、置換または非置換の２〜１０員ヘテロアルキレン、置換または非置換の（Ｃ５〜Ｃ７）シクロアルキレン、置換または非置換の２〜７員ヘテロシクロアルキレン、置換または非置換のアリーレン、および置換または非置換のヘテロアリーレンから選択されてもよい。
【００７５】
種々の実現形態では、Ｒは、非置換（Ｃ１〜Ｃ１０）アルキレン、非置換２〜１０員ヘテロアルキレン、非置換（Ｃ５〜Ｃ７）シクロアルキレン、非置換５〜７員ヘテロシクロアルキレン、非置換アリーレン、および非置換ヘテロアリーレンから選択されるメンバーである。
【００７６】
Ｒはまた、非置換（Ｃ１〜Ｃ１０）アルキレンであってもよい。
【００７７】
Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、水素、置換または非置換の（Ｃ１〜Ｃ２０）アルキル、置換または非置換の２〜２０員ヘテロアルキル、置換または非置換の（Ｃ５〜Ｃ７）シクロアルキル、置換または非置換の５〜７員ヘテロシクロアルキル、置換または非置換のアリール、および置換または非置換のヘテロアリールから選択されてもよい。
【００７８】
いくつかの実現形態では、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、独立して、水素、非置換（Ｃ１〜Ｃ２０）アルキル、ヒドロキシ置換（Ｃ１〜Ｃ２０）アルキル、アミン置換（Ｃ１〜Ｃ２０）アルキル、非置換２〜２０員ヘテロアルキル、非置換（Ｃ５〜Ｃ７）シクロアルキル、非置換５〜７員ヘテロシクロアルキル、非置換アリール、および非置換ヘテロアリールから選択される。関連実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、独立して、水素、非置換（Ｃ１〜Ｃ２０）アルキル、非置換アルキルエーテル、ヒドロキシ置換（Ｃ１〜Ｃ２０）アルキル、アミン置換（Ｃ１〜Ｃ２０）アルキル、非置換（Ｃ５〜Ｃ７）シクロアルキル、および非置換フェニルから選択される。
【００７９】
Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３はまた、水素、非置換（Ｃ１〜Ｃ２０）アルキル、非置換アルキルエーテル、ヒドロキシ置換（Ｃ１〜Ｃ２０）アルキル、アミン置換（Ｃ１〜Ｃ２０）アルキル、非置換（Ｃ５〜Ｃ７）シクロアルキル、および非置換フェニルから選択されてもよい。他の選択肢として、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、水素、非置換（Ｃ１〜Ｃ２０）アルキル、非置換アルキルエーテル、ヒドロキシ置換（Ｃ１〜Ｃ２０）アルキル、およびアミン置換（Ｃ１〜Ｃ２０）アルキルから選択される。
【００８０】
他の例示的実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、独立して、−（ＣＨ２）ｑＯＣＨ３、−（ＣＨ２）ｑＯＨ、−（ＣＨ２）ｑＯ（ＣＨ２）ｔＣＨ３、−（ＣＨ２）ｑＮＨＣＨ３、−（ＣＨ２）ｑＮＨ２、−（ＣＨ２）ｑＮ（ＣＨ３）２、および−（ＣＨ２）ｑＮＨ２（ＣＨ２）ｔＣＨ３（式中、ｑおよびｔは、独立して、０〜１０から選択される整数である）から選択される。Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３はまた、独立して、−ＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ３および−ＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３からなる群から選択されてもよい。他の選択肢として、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３はまた、独立して、−ＣＨ２ＣＨ２ＯＨおよび−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ３から選択されてもよい。Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３はまた、独立して、−ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２および−ＣＨ２ＣＨ２Ｎ（ＣＨ３）２から選択されてもよい。最後に、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、独立して、メチル、オクタデシル、ジデシル、およびテトラデシルから選択されるメンバーであってもよい。
【００８１】
例示的実施形態では、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤は、（ＣＨ３Ｏ）３Ｓｉ（ＣＨ２）３Ｎ＋（ＣＨ３）２（Ｃ１８Ｈ３７）（Ｃｌ−）、（ＣＨ３ＣＨ２Ｏ）３Ｓｉ（ＣＨ２）３Ｎ＋（ＣＨ３）２（Ｃ１８Ｈ３７）（Ｃｌ−）、（ＣＨ３Ｏ）３Ｓｉ（ＣＨ２）３Ｎ＋（ＣＨ３）２（Ｃ１８Ｈ３７）（Ｂｒ−）、（ＣＨ３Ｏ）３Ｓｉ（ＣＨ２）３Ｎ＋（Ｃ１０Ｈ２１）２（ＣＨ３）（Ｃｌ−）、（ＣＨ３Ｏ）３Ｓｉ（ＣＨ２）３Ｎ＋（ＣＨ３）２（Ｃ１４Ｈ２９）（Ｃｌ−）、（ＣＨ３Ｏ）３Ｓｉ（ＣＨ２）３Ｎ＋（ＣＨ３）２（Ｃ１４Ｈ２９）（Ｂｒ−）、および（ＣＨ３Ｏ）３Ｓｉ（ＣＨ２）３Ｎ＋（ＣＨ３）２（Ｃ１６Ｈ３３）（Ｃｌ−）から選択される。関連実施形態では、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤は、３−（トリメトキシシリル）プロピルジメチルオクタデシルアンモニウムクロリド、３−（トリメトキシシリル）プロピルジデシルメチルアンモニウムクロリド、および３−（トリメトキシシリル）プロピルジメチルテトラデシルアンモニウムクロリドから選択される。
【００８２】
他の例示的実現形態では、第４級アンモニウムオルガノシランは、アンモニウムハリドとケイ素に結合された加水分解性アルコキシ基とを含有する。
【００８３】
第４級アンモニウムオルガノシランコーティング
第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤から第４級アンモニウムオルガノシランコーティングを形成するために、さまざまな方法を使用してもよい。第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤は、たとえば、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤を固相担体に共有結合または非共有結合させて第４級アンモニウムオルガノシランコーティングを形成する方法を含めて、当技術分野で公知の任意の方法を用いて固相担体に適用してもよい。
【００８４】
固相担体は、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤を含有する溶液調製物に接触されてもよい（たとえば、スプレー、ディップ、または他の方式で適用されてもよい）。いくつかの実施形態では、第４級アンモニウムオルガノシランコーティングの縮合硬化を完了させるのに十分な時間にわたり、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤被覆表面を室温で空気乾燥させる。他の選択肢として、硬化させるのに十分な時間にわたり、被覆表面に熱を加える。そのような持続時間および温度は、当業者に公知である。
【００８５】
種々の実現形態では、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤は、固相担体に共有結合される。典型的には、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤は、固相担体の一部を形成するアクセス可能な担体反応基に共有結合される。第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤を共有結合するために、さまざまな反応基が役立つ。第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤は、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤のシラン部分を介して担体反応基に共有結合されてもよい。シラン部分とは、本明細書で用いられる場合、化合物式ＩのＡ４−ｎ−Ｓｉ−部分を意味する。
【００８６】
シラン部分は、担体反応基をシラン部分のケイ素原子に共有結合させることにより、担体反応基に共有結合されてもよい。たとえば、担体反応基がヒドロキシルである場合、酸素原子をケイ素原子に結合させてケイ素−酸素結合を形成することにより、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤を担体分子に共有結合させてもよい。関連実施形態では、シラン部分は、ヒドロキシル担体反応基の攻撃を受けて離脱する少なくとも１個の−ＯＲ４を含む。この反応は、本明細書では、縮合反応として参照されてもよい。したがって、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤は、縮合反応を介して担体分子に共有結合されてもよい。
【００８７】
シラン部分はまた、本明細書ではシラン反応基として参照される反応基を含有するＡ基を含んでもよい。シラン反応基は、担体反応基と反応して共有結合を形成可能である。
【００８８】
第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤を固相担体に共有結合させるのに有用なシラン反応基、担体反応基、および反応クラスは、一般的には、バイオコンジュゲート化学技術分野で周知である。これらは、限定されるものではないが、求核置換（たとえば、アミンおよびアルコールとアシルハリド、活性エステルとの反応）、求電子置換（たとえば、エナミン反応）、ならびに炭素−炭素および炭素−ヘテロ原子の多重結合への付加（たとえば、マイケル反応、ディールス・アルダー付加）を含む。これらのおよび他の有用な反応は、たとえば、March, Advanced Organic Chemistry, 3rd Ed., John Wiley & Sons, New York, 1985、Hermanson, Bioconjugate Techniques, Academic Press, San Diego, 1996、およびFeeney et al., Modification Of Proteins; Advances in Chemistry Series, Vol. 198, American Chemical Society, Washington, D.C., 1982（それらの開示は参照により全体が本明細書に組み込まれる）に考察されている。
【００８９】
有用なシランおよび担体の反応官能基としては、たとえば、以下のものが挙げられる。
（ａ）限定されるものではないが、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドエステル、Ｎ−ヒドロキシベンゾトリアゾールエステル、酸ハリド、アシルイミダゾール、チオエステル、ｐ−ニトロフェニルエステル、アルキルエステル、アルケニルエステル、アルキニルエステル、および芳香族エステルを含めて、カルボキシル基およびその種々の誘導体。
（ｂ）エステル、エーテル、アルデヒドなどに変換可能なヒドロキシル基。
（ｃ）より後の段階で、たとえば、アミン、カルボキシレートアニオン、チオールアニオン、カルバニオン、アルコキシドイオンなどの求核基でハリドが置き換えられることにより、ハロゲン原子の部位に新しい基の共有結合を生成可能なハロアルキル基。
（ｄ）ディールス・アルダー反応に関与可能なジエノフィル基、たとえば、マレイミド基など。
（ｅ）たとえば、イミン、ヒドラゾン、セミカルバゾン、オキシムなどのカルボニル誘導体の形成を介して、またはグリニャール付加もしくはアルキルリチウム付加などの機構を介して、後続の誘導体化が可能なアルデヒド基またはケトン基。
（ｆ）たとえば、アミンとの後続反応によりスルホンアミドを形成する、スルホニルハリド基。
（ｇ）ジスルフィドに変換可能またはアシルハリドと反応可能なチオール基。
（ｈ）たとえば、アシル化、アルキル化、または酸化が可能な、アミン基またはスルフヒドリル基。
（ｉ）たとえば、付加環化、アシル化、マイケル付加などを行うことが可能な、アルケン。
（ｊ）たとえば、アミンおよびヒドロキシル化合物と反応可能なエポキシド。
（ｋ）ホスホロアミダイトおよび核酸合成に有用な他の標準的官能基。
【００９０】
反応官能基は、第４級アンモニウムオルガノシランコーティングを構築するのに必要な反応に関与したりそれを妨害したりしないように選択可能である。他の選択肢として、シランまたは担体の反応官能基は、保護基の存在により反応への関与から保護可能である。選択された一連の反応条件への妨害から特定の官能基をどのように保護するかは、当業者であれば理解されよう。有用な保護基の例については、Greene et aI., Protective Groups In Organic Synthesis, John Wiley & Sons, New York, 1991（その開示は参照により全体が本明細書に組み込まれる）を参照されたい。
【００９１】
また、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤を固相担体に結合するために、リンカーを利用してもよい。リンカーは、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤および／または固相担体への結合点に反応基を含んでもよい。置換または非置換のアルキレン、置換または非置換のヘテロアルキレン、置換または非置換のシクロアルキレン、置換または非置換のヘテロシクロアルキレン、置換または非置換のアリーレン、および置換または非置換のヘテロアリーレンを含めて、任意の適切なリンカーを本発明で使用してもよい。例示的実施形態では、リンカー基は、置換または非置換のアルキレンおよび置換または非置換のヘテロアルキレンから選択される。関連実施形態では、リンカーは、非置換アルキレン、少なくとも１個のオキシで置換されたアルキレン、非置換ヘテロアルキレン、および少なくとも１個のオキシで置換されたヘテロアルキレンから選択される。他の関連実施形態では、リンカーは、非置換（Ｃ１〜Ｃ２５）アルキレン、少なくとも１個のオキシで置換された（Ｃ１〜Ｃ２５）アルキレン、非置換２〜２６員ヘテロアルキレン、および少なくとも１個のオキシで置換された２〜２６員ヘテロアルキレンから選択される。
【００９２】
他の有用なリンカーは、ポリエステル骨格（たとえば、ポリエチレングリコール）を有するものおよびその誘導体を含む。多種多様な有用なリンカーが入手可能である（たとえば、Nektar, Inc. of Huntsville, Alabamaから入手可能なものなどのポリエチレングリコール系リンカー）。
【００９３】
第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤はまた、ファンデルワールス相互作用、疎水相互作用、双極子−双極子相互作用、静電相互作用、および／または水素結合相互作用などの任意の相互作用を用いて、固相担体に非共有結合されてもよい。
【００９４】
例示的実施形態では、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤は、固相担体を部分的または全体的に覆う高分子網状構造を形成する。第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤が高分子網状構造を形成する場合、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤は、固相担体との共有結合および／または非共有結合を追加的に形成してもよい。
【００９５】
第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤は、典型的には、シラン部分を介して共有結合することにより高分子網状構造を形成する。シラン部分が少なくとも１個の−ＯＲ４基を含む場合、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤は、一連のケイ素−酸素−ケイ素結合を有するシリコーンポリマーを形成してもよい。シリコーンは、線状ポリマーまたは架橋ポリマーであってもよい。たとえば、シラン部分が少なくとも２個の−ＯＲ４基を含む場合、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤は、各シリカ原子が少なくとも２つのケイ素−酸素−ケイ素結合の一部を形成する架橋シリコーンポリマーを形成してもよい。したがって、他のシラン反応基との分子間共有結合を形成可能なシラン反応基を用いて、重合を達成してもよい。
【００９６】
例示的実施形態では、第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤は、固相担体への適用前に水性流体に接触される。以上で考察したように、有用な第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤は、ケイ素原子に結合された加水分解性アルコキシ基を含有するものを含む。水分子に接触すると、アルコキシ基（たとえば、メトキシ）は、加水分解して、加水分解（本明細書では縮合としても参照される）の副生成物としてアルコールの同時遊離を伴ってヒドロキシ置換ケイ素原子（本明細書では「シラノール」としても参照される）を形成してもよい。上記の組成の第４級アンモニウムオルガノシランの添加により形成される生成化合物は、対応するモノ、ジ、またはトリシラノール種である。加水分解により調製される反応シラノール種は、他のシラノール種とのケイ素−酸素−ケイ素共有結合を形成して、以上に記載の高分子コーティングをもたらしてもよい。得られる高分子コーティングは、固相担体に非共有結合および／または共有結合された分子網状構造であってもよい。
【００９７】
第４級アンモニウムオルガノシランコーティングが、いくつかの縮合されていないシラノール部分またはアルコキシ部分を含有してもよい三次元架橋水不溶性高分子コーティングを形成してもよいことは、当業者であれば理解されよう。第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤を含有する水性溶液の適用後、モノマー種、ダイマー種、およびオリゴマー種が固相担体上に存在してもよい。これらは、共有結合機構によるか非共有結合機構によるかにかかわらず、固相担体に結合されてもよい。
【００９８】
固相担体上に形成された第４級アンモニウムオルガノシランコーティングは、その抗微生物活性を維持する。それは、固相担体に直接固着され、かつ水性流体にほとんど不溶である。たとえば、いくつかの実施形態では、NSF International, Ann Arbor, MIにより行われる規格４２試験の後、１０ｐｐｂ未満の第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤が水中で検出可能である。
【００９９】
例示的実施形態では、第４級アンモニウムオルガノシランコーティングは、式：
【化５】
2016515471.tif 000006
を有する。
【０１００】
式ＩＩ中、Ａ、Ｒ、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、上記の式Ｉに定義されるとおりである。Ｗは、以上に記載の固相担体である。固相担体Ｗは、リンカー部分および／または反応基残部を含んでもよい。記号ｌは、１、２、または３から選択される整数を表す。記号ｍおよびｊは、０、１、２、および３から独立して選択される整数を表し、ｍおよびｊの両方が同時に０になることはない。ｍ、ｊ、およびｌの和は、４以下である。関連実施形態では、ｌは、１、２、または３であり、ｍは、１、２、または３であり、かつｊは、１、２、または３である。他の関連実施形態では、ｌは、１であり、ｍは、１、２、または３であり、かつｊは、１、２、または３である。
【０１０１】
微生物
「微生物」という用語は、本明細書で用いられる場合、顕微鏡でのみ個別に見ることが可能な生物を意味する。微生物という用語は、たとえば、細菌、菌類、放線菌、藻類、原生動物、酵母、病原菌、ワタフキカイガラムシ、線虫、ウイルス、プリオン、および藻類を含む。したがって、例示的実施形態では、微生物は、細菌、ウイルス（本明細書ではバクテリオファージとしても参照される）、菌類、藻類、カビ、酵母、胞子、および寄生原生動物から選択される。「細菌」という用語は、グラム陽性細菌およびグラム陰性細菌の両方を含む。
【０１０２】
グラム陽性細菌としては、たとえば、バチルス属（Bacillus）種（栄養細胞）、コリネバクテリウム・ジプテリアエ（Corynebacterium diptheriae）、マイクロコッカス・ルテア（Micrococcus lutea）、マイクロコッカス属（Micrococcus）種、マイコバクテリウム・ツベルクローシス（Mycobacterium tuberculosis）、マイコバクテリウム・スメグマチス（Mycobacterium smegmatis）、プロピオニバクテリウム・アクネス（Propionibacterium acnes）、スタフィロコッカス・アウレウス（Staphylococcus aureus）、スタフィロコッカス・エピデルミディス（Staphylococcus epidermidis）、ストレプトコッカス・ファエカリス（Streptococcus faecalis）、ストレプトコッカス・ミュータンス（Streptococcus mutans）、ストレプトコッカス・ニューモニア（Streptococcus pneumonia）、およびストレプトコッカス・ピオゲネス（Streptococcus pyogenes）が挙げられる。
【０１０３】
グラム陰性菌細菌としては、たとえば、アシネトバクター・カルコアセチカス（Acinetobacter calcoaceticus）、アエロモナス・ハイドロフィリア（Aeromonas hydrophilia）、シトロバクター・デバーサス（Citrobacter deversus）、シトロバクター・フロインディ（Citrobacter freundi）、エンテロバクター・アエロゲネス（Enterobacter aerogenes）、エンテロバクター・アグロメラ（Enterobacter aglomera）、エシェリキア・コリ（Escherichia coli）、クレブシエラ・オキシトカ（Klebsiella oxytoca）、クレブシエラ・ニューモニアエ（Klebsiella pneumoniae）、クレブシエラ・テリエナ（Klebsiella terriena）、レジオネラ・ニューモフィラ（Legionella pneumophila）、モルガネラ・モルガニイ（Morganella morganii）、プロテウス・ミラビリス（Proteus mirabilis）、プロテウス・ブルガリス（Proteus vulgaris）、シュードモナス・アエルギノサ（Pseudomonas aeruginosa）、シュードモナス・フルオルセンス（Pseudomonas fluorscens）、サルモネラ・コレラスイス（Salmonella cholera suis）、サルモネラ・チフィ（Salmonella typhi）、サルモネラ・ティフィムリウム（Salmonella typhimurium）、セラチア・リクイファシエンス（Serratia liquifaciens）、およびキサントモナス・カンペストリス（Xanthomonas campestris）が挙げられる。
【０１０４】
ウイルスとしては、たとえば、アデノウイルスＩＩ型およびＩＶ型、ウシアデノウイルスＩ型およびＩＶ型、ネコ肺炎ウイルス、単純ヘルペスＩ型ウイルス、単純ヘルペスＩＩ型ウイルス、ＨＩＶ−Ｉウイルス（ＡＩＤＳ）、Ａ２型インフルエンザウイルス（アイチ）、Ａ２型インフルエンザウイルス（アジア）、Ｂ型インフルエンザウイルス、流行性耳下腺炎ウイルス、パルインフルエンザ（Parinfluenza）ウイルス（センダイ）、レオウイルスＩ型、シミアンウイルス４０、ワクシニアウイルス、ＭＳ２、Ｔ２（非エンベロープウイルス）、およびＰＲＤ１が挙げられる。
【０１０５】
菌類、藻類、カビ、酵母、および胞子としては、たとえば、アルテラニア・アルテルナーテ（Alteraia alternate）、アスペルギルス・フラバス（Aspergillus flavus）、アスペルギルス・ニガー（Aspergillus niger）、アスペルギルス・シドウィ（Aspergillus sydowi）、アスペルギルス・テレウス（Aspergillus terreus）、アスペルギルス・ベルシカラー（Aspergillus versicolor）、アスペルギルス・ベルカリア（Aspergillus verrucaria）、アウレオバシジウム・プルランス（Aureobasidium pullans）、カンジダ・アルビカンス（Candida albicans）、カンジダ・シュードトロポカリス（Candida pseudotropocalis）、ケトミウム・グロブサム（Chaetomium globsum）、クラドスポリウム・クラドスポリオイデス（Cladosporium cladosporioides）、クロレラ・ブルガリス（Chlorella vulgaris）、ドレスクスレラ・アウストラリエンシス（Dreschslera australiensis）、エピデルモフィトン属（Epidermophyton）種、グリオマスタ・セレアリス（Gliomasta cerealis）、グロエオフィラム・トラベウム（Gloeophyllum trabeum）、マイクロスポラム属（Microsporum）種、マイクロスポラム・アウドウイニイ（Microsporum audouinii）、モニリア・グリセア（Monilia grisea）、オシラトリア属（Oscillatoria）、ペニシリウム・クリソゲナム（Penicillium chrysogenum）、ペンシリウム・コムネ（Pencillium commune）、ペニシリウム・フニクロサム（Penicillium funiculosum）、ペニシリウム・ピノフィリウム（Penicillium pinophiliumm）、ペニシリウム・バリアブレ（Penicillium variable）、フォーマ・フィメティ（Phoma fimeti）、ピトマイセス・チャルタラム（Pithomyces chartarum）、ポリア・プラセンタ（Poria placenta）、セネデスムス属（Scenedesmus）、サッカロナイセス・セレビシエ（Saccharonyces cerevisiae）、スコレコバシディウム・フミコラ（Scolecobasidium humicola）、トリコデルマ・ビリデ（Tricoderma viride）、トリコフィトン・インテルジキターレ（Trichophyton interdigitale）、トリコフィトン・マイドソン（Trichophyton maidson）、トリコフィトン・メントグロフィテス（Trichophyton mentogrophytes）、およびトリコフィトン属（Trichophyton）種が挙げられる。
【０１０６】
寄生原生動物としては、たとえば、クリプトスポリジウム・パルバム（Cryptosporidium parvum）（オーシスト）およびジアルジア属（Giardia）が挙げられる。
【０１０７】
グラム陽性細菌、グラム陰性細菌、ウイルス、菌類、藻類、カビ、酵母、胞子、および寄生原生動物に対する抗微生物活性に関するより詳細な情報については、Hsiao, Y.中国特許出願第ＰＣＴ／中国特許第９８／００２０７号（１９９８）、Malek, J.らの米国特許第４，２５９，１０３号（１９８１）、Klein, S.の米国特許第４，３９４，３７８号（１９８３）、Eudy, W.の米国特許第４，４０６，８９２号（１９８３）、Gettings, R.らの米国特許第４，９０８，３５５号（１９９０）および米国特許第５，０１３，４５９号（１９９１）、Blank, L.らの米国特許第５，１４５，５９６号（１９９２）、Avery, R.の米国特許第５，４１１，５８５号（１９９５）、Blank, L.らの特許第４，８６５，８４４号（１９８９）、Battice, D.らの米国特許第４，６３１，２９７号（１９８６）、Higgs, B.らの特許５，３５９，１０４（１９９４）、Avery, Rらの米国特許第５，４１１，５８５号（１９９５）、White, W. et al., Book of Papers, 12th Annual Nonwovens Tech. Symposium, pp. 13-46 (1984)、McGee, J. et al, Am. Dyestuff Rep. 6: 56-59 (1983)、Dow Corning Technical Brochure; 22-994-83 (1983)、Gettings, R. et al., Book of Papers, American Association of Textile Chemists and Colorists National Technical Conference, pp. 259-261 (1978)、Dow Corning Technical Brochure, 24-095-85 (1985)、Tsao, I. et al., Biotechnol. Bioeng., 34: 639-46 (1989)、Tsao, I et al., ACS Symp. Ser. 419: 250-67 (1990)、Klein, M.et al, Principles of Viral Inactivation, 3rd Ed., S. Block, Ed., (Lea & Febiger, Philadelphia, PA) pp.422-434 (1983)、Peterson, W.らの米国特許第６，６１３，７５５号（それぞれ参照により全体が本明細書に組み込まれる）を参照されたい。
【０１０８】
従来の第４級アンモニウムオルガノシランは、Aegis Environmental Management, Inc. of Midland, MIによるDOW CORNING（登録商標）5700（３−（トリメトキシシリル）プロピルジメチルオクタデシルアンモニウムクロリド）およびSanitized Inc. of New Preston, CTによるRequat 1977（３−（トリメトキシシリル）−プロピルジデシルメチルアンモニウムクロリド）という商標でメタノール中４２％活性材料として入手可能である。メタノール中６０％活性溶液としてオクタデシルジメチル（３−トリメトキシシリルプロピル）アンモニウムクロリド（カタログ番号ＳＩ０６６２０．０）、メタノール中５０％溶液としてテトラデシルジメチル（３−トリ−メトキシシリルプロピル）アンモニウムクロリド（カタログ番号ＳＩＴ７０９０．０）、およびメタノール中４２％溶液としてジデシルメチル（３−トリメトキシシリルプロピル）アンモニウムクロリド（カタログ番号ＳＩＤ３３９２．０）が、Gelest, Inc. of Tullytown, P Aにより提供されている。それらは、多くの場合、低級アルコールなどの溶媒溶液から適用される。
【実施例】
【０１０９】
実施例
以下の実施例は、例示を目的として提供されたものにすぎず、限定を目的としたものではない。変更または修正を加えて類似の結果が得られるさまざまな非決定的パラメーターは、当業者であれば分かるであろう。
【０１１０】
ODTA：オクタデシルジメチル（３−トリメトキシシリル）プロピルアンモニウムクロリド。Wright Chemical Corp., Wilmington, NCからメタノール中４２％活性材料として入手した。この材料はまた、３−（トリメトキシシリル）プロピルジメチルオクタデシルアンモニウムクロリドとして命名されてもよい。また、Aegis Environmental Management, Inc., Midland, MIからDOW CORNING（登録商標）5700として市販されている４２％活性材料として入手可能である。
【０１１１】
REQUAT：３−（トリメトキシシリル）プロピルジデシルメチルアンモニウムクロリド。Sanitized Inc., New Preston, CTからメタノール中４２％活性材料としてRequat 1977を入手した。
【０１１２】
ＴＤＴＡ：Gelest, Inc., Tullytown, P Aからメタノール中５０％溶液としてカタログ番号ＳＩＴ７０９０．０で入手した３−（トリメトキシシリル）プロピルテトラデシルジメチルアンモニウムクロリド。
【０１１３】
実施例１
撹拌しながら４部のODTAを１００部の脱イオン水に添加することにより、適用に好適な溶液を調製した。得られた透明溶液をアトマイズスプレーにより開放ポリビニルクロリド（ＰＶＣ）フラット型蒸発パンに適用し、すべての表面が完全に湿潤されるように保証した。パンを２４時間空気乾燥させて容器表面で第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤を硬化させることにより、第４級アンモニウムオルガノシランコーティングを形成する。BIOSPERSE（登録商標）試験キットを用いて１０７全細菌／ｍｌであらかじめ測定された細菌レベルを含む水を、４．６グラムの水／表面積１平方インチの比で、パンに添加した。３０分後、BIOSPERSE（登録商標）試験キットを用いて水をサンプリングする。インキュベーション後、１０５細菌／ｍｌが測定された。１時間および４時間で試験水を再サンプリングしたところ、それぞれ、１０４および＜１０３の細菌数が得られた。
【０１１４】
実施例２
実施例１に従って調製された４オンスの溶液を、３／４インチのネジ蓋を有する１パイントのスズメッキ金属試験容器に添加した。容器の内表面が完全に湿潤されるように溶液を１分間撹拌し、次いで、デカントした。試験容器を１時間空気乾燥させた。エアパージにより残留蒸気を５分間除去し、次いで、容器を１０５℃に１時間加熱して容器表面で第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤を硬化させることにより、第４級アンモニウムオルガノシランコーティングを形成した。１０７細菌／ｍｌの高細菌数を有する水（３００ｇ）を試験容器に添加した。試験容器を室温で１時間放置した。２時間後、試験水細菌レベルは、BIOSPERSE（登録商標）試験キットを用いて１０３細菌／ｍｌと測定された。
【０１１５】
実施例３
１．５％ＴＤＴＡを含有する水性溶液を用いて、ガラス、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、またはポリビニルクロリド（ＰＶＣ）の２オンス容器を処理した。容器を１００Ｃに１時間加熱して容器表面で第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤を硬化させることにより、第４級アンモニウムオルガノシランコーティングを形成した。次いで、１オンスの脱イオン水を用いて各容器を濯いだ。１０５細菌／ｍｌを含有する１オンスの水を各容器に添加して蓋をした。室温で２４時間後、各容器をサンプリングし、BIOSPERSE（登録商標）試験キットを用いて細菌を測定した。２４時間のインキュベーション後、すべての容器が１０３細菌／ｍｌの細菌数を示した。
【０１１６】
実施例４
１００部のイソプロパノールに対して８部のREQUATを含む溶液を用いて、１／４インチの内径を有する長さ８フィートのコイル状アルミニウム試験チューブを処理した。チューブに溶液を充填し、シールし、そして１５分間放置した。チューブを排液し、１００ｍｌ／分の速度でチューブを通り抜ける圧縮空気のストリームを用いて２４時間空気乾燥させてチューブ表面で第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤を硬化させることにより、第４級アンモニウムオルガノシランコーティングを形成した。１０７単位／ｍｌの細菌および藻類を含有する水性流体をコイル状アルミニウムチューブに通した。水性流体を５ｍｌ／分の速度でチューブに通して重力循環させたところ、汚染は＜１０３細菌／ｍｌになった。
【０１１７】
実施例５
３．３７５ｋｇの脱イオン水および３グラムの３−アミノプロピルトリメトキシシランを含有する撹拌溶液に６７．５グラムのREQUATを添加することにより、サンドおよびゼオライトを含むシリカ質表面の処理に好適な抗微生物溶液を調製した。ロータリーミキサーにより５分間かけて１ｋｇの透明溶液を５０ポンドの＃２０白色シリカプールフィルターサンド上にスプレーした。湿潤された材料を撹拌しながらさらに１時間混合し、２４時間空気乾燥させてサンド表面で第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤を硬化させることにより、第４級アンモニウムオルガノシランコーティングを形成した。処理されたサンドを再循環水システムで利用したところ、BIOSPERSE（登録商標）試験キットにより測定される微生物汚染は、３０分間の操作で１０７細菌／ｍｌから＜１０３細菌／ｍｌに減少した。
【０１１８】
実施例６
７部のODTAおよび９３部の水を含有する溶液を用いて、２０〜４０メッシュのクリノプチロライトを約９０％含有するゼオライト（Ash Meadows Zeolites, LLC）を完全に湿潤させた。湿潤されたゼオライトを２４時間空気乾燥させ、次いで、強制空気オーブンにより１１０℃で２時間加熱してゼオライト表面で第４級アンモニウムオルガノシラン反応剤を硬化させることにより、第４級アンモニウムオルガノシランコーティングを形成した。３８インチの全長を有する２インチＰＶＣパイプ内に処理されたゼオライトを配置した。以下で説明されるように、第４級アンモニウムオルガノシラン被覆ゼオライトを含有するＰＶＣパイプに、既知量のバクテリオファージ、細菌、藻類、および原生動物を含有する脱塩素水を通した。
【０１１９】
実験装置は、ホース接続のための取付け具と、各フィルターの入口および出口のサンプルポートと、を含む、マニホールドに装着された一組の３つのフィルター（フィルター１、２、および３）からなるものであった（図６参照）。微生物の単分散性を最大化するために、入口ポートの前のパイプアセンブリーにインラインミキサーが組み込まれた。熱保護ポンプを用いて３３０ｍｌ／ｍｉｎの流量でチャレンジ試験水を各フィルターに送入した。
【０１２０】
各微生物チャレンジの前に、脱塩素上水を用いてフィルターを２５分間フラッシュした。顆粒状活性炭フィルターを用いてフラッシュ水を脱塩素処理し、ハック法８１６７を用いて脱塩素処理の前後で残留塩素を測定した。
【０１２１】
ポリプロピレン容器（Nalgene, Rochester, NY）中の２０リットルの脱塩素上水に既知数の微生物を添加することにより、チャレンジ試験水を調製した。容器内にスパイクする直前に、１×リン酸緩衝生理食塩水を用いて微生物を洗浄した。テフロン（登録商標）被覆撹拌バーを備えた撹拌プレート上にチャレンジ試験水容器を配置して連続混合することにより、流入水中に微生物の均一分布を提供した。熱保護ポンプ（Little Giant Potent Pump, Oklahoma City, OK）を用いてチャレンジ試験水を各フィルターに送入した。使用前、微生物ストック溶液を再循環させることにより、ポンプを作動可能な状態にした。各フィルターの入口取付け具にホースを接続した。各フィルターに対してポンプを１２分間動作させた。１０００ｍｌメスシリンダーを用いて流量を測定し、ＣＳＬにより推奨される３３０ｍｌ／ｍｉｎに調整した。システムの水理パラメーターに基づいて、各フィルターを安定化させるのに１２分間の運転を必要とした。１２分後、各フィルターから流出サンプルを採取し、かつ８分後、第２フィルターから単一の流入サンプルを捕集し、これを完全運転の流入濃度とした。実験が終了した後、再度、脱塩素上水を用いてフィルターを３０分間フラッシュした。
【０１２２】
実施例６．１
バクテリオファージ
バクテリオファージＭＳ２およびＰＲＤ１を用いて一連の実験を行った。以上に記載したように流出サンプルおよび流入サンプルを採取して希釈した。ＭＳ２およびＰＲＤ１のサンプルを段階希釈し、それらのそれぞれの細菌宿主を用いて二層寒天法（Adams, M.H., Bacteriophages, Interscience, New York (1959)）によりアッセイした。プレートを３７Ｃで２４時間インキュベートし、この時点で明確なウイルスプラークをカウントした。結果は図１に提示される。ＭＳ２およびＰＲＤ１のｌｏｇ除去および不活性化は、それぞれ、２．４０〜２．９６ｌｏｇおよび１．５０〜２．２７ｌｏｇの範囲内であった。ＭＳ２およびＰＲＤ１の平均除去は、それぞれ２．８ｌｏｇおよび２．０ｌｏｇであった。第４級アンモニウムオルガノシラン被覆ゼオライトは、水性流体中のバクテリオファージの生存可能数を減少可能であることが、データから示される。
【０１２３】
実施例６．２
細菌
細菌クレブシエラ・テリエナ（Klebsiella terriena）およびＥ．コリ（E.coli）（ATCC 25922）を用いて、独立した一連の実験を行った。以上に記載したように流出サンプルおよび流入サンプルを採取して希釈した。０．４μｍの細孔サイズのメンブレンフィルターを用いて膜濾過技術によりサンプルをアッセイした。選択培地上にメンブレンフィルターを配置し、３７Ｃで２４時間インキュベートし、この時点で細菌コロニーをカウントした。結果は、図２（Ａ）および（Ｂ）に提示される。図２（Ａ）および図３に示されるように、すべてのフィルターでクレブシエラ属（Klebsiella）の一貫性のある除去が観測され、それは９９．３７％（２．２ｌｏｇ）〜９９．６０％（２．４ｌｏｇ）の範囲内であり、平均が９９．５０％（２．３ｌｏｇ）であった。図２（Ｂ）に示されるように、Ｅ．コリ（Ｅ．ｃｏｌｉ）の除去は、９９．９６％（３．５０ｌｏｇ）〜９９．９９％（４．３９ｌｏｇ）の範囲内であり、平均が９９．９８％（３．８８ｌｏｇ）であった。第４級アンモニウムオルガノシラン被覆ゼオライトは、水性流体中の細菌の生存可能数を効率的に減少可能であることが、この研究から示される。
【０１２４】
実施例６．３
藻類
藻類に対する媒体の不活性化効果さらには除去効果の両方を決定するために、コレラ・ブルガリス（Chorella vulgaris）を用いて実験を行った。以上に記載したように流出サンプルおよび流入サンプルを採取して希釈した。サンプルを遠心分離により濃縮した後、除去および不活性化の合計についてアッセイした。顕微鏡下で全体積カウントにより除去を決定した。生死判別試験により不活性化率を決定した。２％トリプシン（ハンクス平衡塩溶液中）を用いて藻細胞を消化し、フルオレセインジアセテート（Sigma Chemicals F-7378）を用いて染色した。フルオレセインジアセテート（ＦＤＡ）は、細胞膜を通り抜ける非極性エステルである。細胞内に入った後、ＦＤＡは、エステラーゼ（生存細胞中に存在する酵素）により加水分解されてフルオレセインを生成し、これは、生存細胞壁内に蓄積してＵＶ光下で蛍光を発する。白色光および紫外光の両方を備えた顕微鏡を用いて、生きているおよび死んでいる藻細胞を定量した。結果は図４に提示される。フィルター１、２、および３で、それぞれ、９９．１１％（２．０５ｌｏｇ）、９８．７４％（１．９０ｌｏｇ）、および９８．７４％（１．９０ｌｏｇ）の平均除去が観測された。フィルター１、２、および３の３つの不活性化測定の平均は、それぞれ、１１％（０．０５％）、１２％（０．０６ｌｏｇ）、および２２％（０．１１ｌｏｇ）であった。しかしながら、個別の測定に基づいて、３つのフィルターの不活性化の全範囲は、５％（０．０２ｌｏｇ）〜４６％（０．２７ｌｏｇ）であり、および平均は、１５％（０．０７ｌｏｇ）であった。第４級アンモニウムオルガノシラン被覆ゼオライトが、水性流体中の藻類の生存可能数を効率的に減少可能であることは、明らかである。
【０１２５】
実施例６．４
寄生原生動物
University of Arizona, Tucson, ArizonaのSterling Parasitology Laboratoryからクリプトスポリジウム・パルバム（Cryptosporidium parvum）オーシストを入手し、これを用いて感染性オーシストの除去または不活性化の有効性を決定した。濃縮サンプルを用いてクリプトスポリジウム・パルバム（Cryptosporidium parvum）オーシストの除去を血球計カウントにより決定し、一方、最確数アッセイを併用して細胞培養技術を用いた感染巣検出法（ＦＤＭ−ＭＰＮ）（Slifko et al., Applied Environmental Microbiology, 65:3936-3941 (1999)）により、感染性オーシストの数を決定した。結果は図５に提示される。
【０１２６】
感染性Ｃ．パルバム（C. parvum）オーシストの累積除去／不活性化は、３つすべてのフィルターの平均で９７．９％（１．６８ｌｏｇ）であった。各フィルターによる除去および不活性化の性能は、フィルター１、２、および３のそれぞれで、９５．４％（１．３４ｌｏｇ）、９９．３％（２．１５ｌｏｇ）、および９８．９％（１．９６ｌｏｇ）であった。オーシストの除去（単独）は、平均で７１．３％（０．５４ｌｏｇ）であり、個別の除去は、フィルター１、２、および３のそれぞれで、７５．９％（０．６２ｌｏｇ）、６５．５％（０．４６ｌｏｇ）、および７２．４％の（０．５６）であった。第４級アンモニウムオルガノシラン被覆ゼオライトは、水性流体中の寄生原生動物の生存可能数を効率的に減少可能であることが、研究から示唆される。
【０１２７】
連続気泡基材
静的流体消毒システムの種々の実現形態は、連続気泡（網状）フォーム（合成および天然の両方）を利用してもよい。特定の実現形態では、限定されるものではないが、たとえば、連続気泡フォーム（フォーム）は、限定されるものではないが、たとえば、四面体、フラーレン（「バッキーボール」）、十二面体、十四面体、ウィア・フェラン構造、ハニカム、深切頂立方体ハニカム（ケルビン構造）、八面体、上記の任意の組合せ、および任意の他の多面体形状の構造を有する１つ以上の気泡で構成される。ウィア・フェラン構造を利用する実現形態は、D. Weaire et al., “A Counter-Example to Kelvin’s Conjecture on Minimal Surfaces,” Phil. Mag. Let. 69:107-110 (1994)（その開示は参照により全体が本明細書に組み込まれる）に開示される構造のいずれかを組み込んでもよい。連続気泡フォームは、固体ストラットの相互接続網状構造を形成する。特定の実現形態では、フォーム気泡は、石鹸泡のように配置されて、同様のサイズのバブル様構造の三次元充填アレイを形成する。これらの構造は、理論上、所与の体積に対して最大体積および最小表面積を有してもよい。液体が充填された場合、得られる構造は、ポリマーの相互侵入網状構造に類似する。
【０１２８】
以上の構造のいずれかを含有するフォームは、細孔／インチ（ＰＰＩ）単位で測定されるさまざまな細孔構造で入手可能である。種々の実現形態では、ＰＰＩ単位の細孔サイズは、約１０〜約１１０の範囲内であってもよい。特定の実現形態では、細孔サイズは、約２０〜約４０ＰＰＩであってもよい。他の実現形態では、細孔サイズは、３０ＰＰＩ以下であってもよい。細孔サイズが１１０ＰＰＩ超に減少すると、消毒の速度および有効性が減少することが観測された。種々の連続気泡フォーム材料、たとえば、スポンジなどの天然連続気泡フォーム材料では、実際の気泡サイズは、材料全体にわたり有意に異なってもよいが（それらは、上記のこの範囲内の平均ＰＰＩを有してもよい）、オルガノシラン第４級化合物で処理した後、この用途でも性能を発揮する。種々の実現形態では、連続気泡フォームは、圧縮可能な構造であり、好適にサイズ決めした場合、容器の形状に整合するであろう。特定の実現形態では、容器の全体積を実質的に充填するようにフォームを寸法決めした場合、フォームは、容器内に封入される液体体積の約５％未満を置き換えるであろう。オルガノシラン第４級化合物で処理した後、処理されたフォームは、抗微生物活性の観測可能な損失を伴うことなくその元の体積の約２５％未満に圧縮されてもよい。
【０１２９】
本明細書に開示された静的流体消毒システムの実現形態で利用されるフォームは、プラスチック、高分子材料、ステンレス鋼、銅、ケイ素、炭素、および炭化ケイ素をはじめとする材料で製造されてもよい。特定の実現形態では、プラスチックフォームは、バージンまたはリサイクルのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）で構成されてもよい。種々の実現形態では、カーボンフォームは、少なくとも一部が活性炭で構成される。フォームが金属、半金属、または複合材料で製造される実現形態では、フォームは、メッシュ構造の形態をとってもよい。フォームがポリエチレンおよび他のプラスチック材料で製造される場合、それらは、New England Foam Products, LLC of Hartford, CTにより製造されたものであってもよい。フォームがメッシュの形態をとる種々の実現形態では、オルガノシラン第４級化合物で処理されたメッシュはまた、機械撹拌装置のように三次元形状に配置されてもよい。
【０１３０】
本明細書に開示されたような抗微生物フォームの実現形態は、浸漬法、圧力スプレー法、静電スプレー法、および本明細書に開示される他の方法で、約０．１〜約５．０重量％のオルガノシラン第四級アンモニウムハリド化合物を含有する水性またはアルコール性の溶液をフォーム基材に適用することにより、製造される。湿潤されたフォームは、フォーム気泡の表面で抗微生物フィルムの硬化を完了させるために、空気乾燥されるかまたは約１２０Ｃに加熱される。乾燥／硬化後、フォーム気泡構造の表面は、シルセスキオキサン様構造を介して表面に結合されたオルガノシラン材料の実質的に均一なフィルムを含有する。得られた結合フィルムは、水および通常の溶媒に不溶であり、水性環境での操作時に除去されたり浸出されたりしない。フォーム構造上の結合フィルムの被覆は、ブロモフェノールブルーを用いて青色染料試験を行うことにより、視覚評価が可能である。一定量のブロモフェノールブルー溶液をフォームに適用して、フォーム上で溶液を約３０秒間静置した後、フォームからブロモフェノールブルー溶液を洗い流すことにより、試験が行われる。ブロモフェノールブルーは、オルガノシラン材料には結合するが、フォーム材料には結合しないため、青色を維持するフォーム構造の部分は、結合フィルムを含有する。
【０１３１】
種々の実現形態では、処理に使用されるオルガノシラン第４級化合物は、オクタデシルジメチル−（３−トリヒドロキスシリリプロピル）アンモニウムクロリドであってもよい。他の実現形態では、フィルム形成用のオルガノシラン出発材料は、以下のうちの１つ、すべて、またはいずれかを含んでもよい。
オクタデシルジメチル−（３−メトキシシリスルプロピル）アンモニウムクロリド：Ｃ１８Ｈ３５（ＣＨ３）２Ｎ＋（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ７  Ｃｌ−
テトラデシルジメチル−（３−トリメトキシシリルプロピル）アンモニウムクロリド：Ｃ１４Ｈ２９（ＣＨ３）２Ｎ＋（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ７  Ｃｌ−
ジデシルメチル−（３−トリメトキシシリルプロピル）アンモニウムクロリド  （Ｃ１０Ｈ２１）２ＣＨ３Ｎ＋（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ７  Ｃｌ−
【０１３２】
種々の実現形態では、アンモニウムクロリド部分を含む他の基材反応オルガノシランが利用されてもよい。本明細書に開示されたオルガノシラン化合物のいずれもが利用されてもよい。
【０１３３】
本明細書には、細菌に対して２ｌｏｇおよびクリプトスポリジウム・パルバム（Cryptosporidium parvum）などの寄生原生動物に対して９８％まで、濾過媒体を通り抜ける水から病原体を除去する、オルガノシラン第４級アンモニウム材料で処理された濾過媒体が開示されている。特にサンドやゼオライトなどの濾過媒体の場合、媒体の表面積が増加すると、水中に分散された病原体の排除および不活性化が増加するということが、これまでに理論付けられた。本明細書に開示されたフォームは、フィルターサンド（数十ｍ２／グラム）やゼオライト（数百ｍ２／グラム）などの濾過媒体と比較した場合、大幅に低減された表面積（約１ｍ２／グラム以下）を有するが、流体を消毒するのに十分な液体の入った静止容器内に配置した場合、同様に有意な抗微生物活性を呈する。製造時、フォームは、最小の表面積および得られる表面エネルギーで最大体積を生成しようとするため（表面張力および表面自由エネルギーの効果により駆動される）、連続気泡フォームは、最小表面積を有する。
【０１３４】
本開示の原理に従って製造される、オルガノシラン第４級化合物で処理されたフォームは、有効な時間にわたり容器内の浸漬フォームに病原体含有液体を１０分間静的暴露すると、細菌病原体、ウイルス病原体、および寄生原生動物病原体を６ｌｏｇまで排除および不活性化することが観測された。オルガノシラン第４級化合物で処理されたそのようなフォームは、ウイルス（カプセル化および非カプセル化）、藻類、グラム陽性細菌、グラム陰性細菌、ならびにクリプトスポリジウム・パルバム（Cryptosporidium parvum）およびジアルジア属（Giardia）を含む寄生原生動物をはじめとする多種多様な病原体を不活性化および排除することにより、接触状態の流体を迅速かつ効率的に消毒することが実証された。本明細書に開示された他の抗微生物化合物と同様に、消毒プロセスは、非浸出的であり、接触流体中に検出可能な抗微生物剤や抗微生物化合物を与えない。処理フォームの実現形態の性能の例は、以下に見いだされる。
【０１３５】
実施例７
軍用微生物浄水器のＮＳＦ国際Ｐ２４８試験規格に準拠して、細菌、ウイルス、およびクリプトスポリジウム・オーサイテス（Cryptosporidium oocytes）を含有する２０個の水のサンプルを処理した。試験に合格するには、２０個のサンプルすべてについて最大２０分以内に、細菌集団が６ｌｏｇに減少し、ウイルス集団が４ｌｏｇに減少し、かつクリプトスポリジウム・オーサイテス（Cryptosporidium oocytes）が３ｌｏｇに減少することが必要である。１−オクタデカンアミニウム，Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−（３−（トリメトキシシリル）プロピル）−クロリドで処理されたフォームを２０個のサンプル中に配置して、水に静的接触した状態で維持した場合、１０分間以内に、２０個のサンプルのうちの１８個が、試験基準を満たし、１５分間までに、２０個すべてのサンプルが、所望の試験レベルまで微生物の減少を呈した。この場合、すべてのサンプルの残留微生物レベルが１５分間以内に所望の減少レベルに達したとき、有効時間に達した。
【０１３６】
本明細書の初めに考察された処理濾過媒体の使用とは異なり、消毒プロセスは、フォームの処理表面上の流体流動がほとんどまたはまったくない静的条件下で行われるため、病原体除去のための濾過プロセスではない。フォームは、非流動流体条件で使用するのに好適であるため、容器内で長時間にわたり流体の抗微生物安定化を行うのに有用であってもよい。処理フォームに接触した状態の流体は、微生物増殖を伴うことなく、冷蔵などの外的影響も必要とすることなく、長期にわたり貯蔵されてもよい。これが理由で、本明細書に開示されたような処理フォームの実現形態は、ミルクタンカートレーラーなどの流体輸送車両ならびに他のバルク食材輸送車両およびシステムに組み込まれてもよい。ミルクタンカートレーラーのような車両での追加の利点は、ミルクペイロード内に半径方向に延在する寸法を備えてタンクの内部外周に沿って一定の間隔でフォームを装着した場合、バッフリング効果を有するため、輸送時にミルクが動き回る運動量フロー作用が低減される。しかしながら、フォームは抗微生物性であるため、金属バッフルを備えた従来のタンクの洗浄を試みる問題は、排除されてもよい。いくつかの実現形態では、フィルムに機械的損害を与えない低圧で行われるかぎり、処理フォームを用いた重力供給フロー濾過を使用してもよい。
【０１３７】
オルガノシラン処理濾過媒体の性能と比較した場合、連続気泡処理基材の有効性が増加するというこの結果、予想外である。この理由は、汚染流体に接触するフォーム媒体の表面積が濾過媒体よりもはるかに小さいことにある。たとえば、ゼオライトおよびサンドの表面と比較した場合、フォーム実現形態の表面積／体積は、数百万分の１である。たとえば、ゼオライトの表面積は、数百平方メートル／グラムの範囲内である。これとは対照的に、丁度３６．４平方フィートの表面積を有する処理フォームは、２．５リットルの水を保持する水ブラダーを消毒することが可能である。フォームを用いたこの消毒は、オルガノシラン材料でボトルの内部表面を被覆することを含む以前のシステムと比較して（３時間）、迅速に行われる（９０秒間〜１５分間）。非強制フローで利用される何桁も小さい表面積を有するフォームから、処理濾過媒体の使用よりも何桁も改良された微生物の不活性化または類似の不活性化を得ることが可能であるため、静的流体操作条件は、当業者の従来知識に反する予想外の結果である。
【０１３８】
オルガノシラン第四級アンモニウム化合物で被覆することにより製造した後、処理フォームは、５年間を超えて液体を作用させずに貯蔵可能であり、しかもなおその抗微生物活性を維持する。これが理由で、処理フォームの有効抗微生物寿命は、流体内でシェディングまたは他の機械的破壊を開始することなく流体への長期間暴露に耐える特定の下側フォーム材料の能力により決定される。このことは、被覆フォームにより潜在的に処理可能な液体の体積の限界がフォームの機械的寿命／安定性であることを意味する。
【０１３９】
本明細書に開示されたようなフォームの実現形態は、食品ジュース、植物抽出物、ミルク、および乳製品を含めて、透明水および混濁水、さらには視覚的に不透明な流体を消毒可能である。従来の流体消毒法は、流体が透明でなければならない広範にわたるエネルギー消費量の多い紫外（ＵＶ）線を含んでいるため、このフォームは、視覚的に不透明な流体に特に有用であってもよい。フォームは、流体にいかなる液体物質も添加する必要がなく、液体中に浸出することもないため、エネルギー消費量の多い毒性のオゾンまたは同様に毒性の発癌物質を生成する塩素、ヨウ素、二酸化塩素、およびクロラミンを含めて、毒性の流体可溶性化合物の添加を必要とする他の従来の方法とは対照的である。開示されたようなフォームの実現形態は、切削流体または水圧破砕流体（炭化水素［油］および水混合物）、さらにはフォームを目詰まりさせるおそれのある微粒子を含有しない任意の他の流動性液体を消毒するために使用されてもよい。本明細書に開示されたようなフォームの実現形態はまた、分散可能かつフォームに接触可能な粉末などの固体材料を消毒するために利用されてもよい。他の実現形態では、フォームの実現形態は、表面接触を介して固体および液体の消毒を提供するために使用されてもよい。たとえば、肉包装では、食品調製前の輸送時および貯蔵時に肉中および肉に関連付けられる液体中の微生物を死滅させる働きをする１片の処理フォーム（それは特定の実現形態では包装容器であってもよい）上に肉を置いてもよい。そのような実現形態では、肉（または他の固体）の１つ以上の表面をフォームに接触させる。
【０１４０】
本明細書に開示されたような連続気泡フォームを利用する静的流体消毒システムの実現形態は、流体を消毒する方法の種々の実現形態を利用してもよい。本方法の実現形態は、フォームを包囲して流体を保持する容器内で、１種以上の微生物を含有する流体を、本明細書に開示された第４級オルガノシランのいずれか１つで被覆されたフォームに、静的接触させることを含む。流体は、本明細書に開示された微生物のいずれか１つ以上を含有してもよい。本方法の種々の実現形態では、本方法は、容器に含まれる固体の１つ以上の表面をフォームに静的接触させることを含んでもよい。この固体は、食材および１種以上の微生物を含有する他の固体材料を含めて、本明細書に開示されたいずれかであってもよい。
【０１４１】
以上の説明が、静的流体消毒システムおよび流動流体消毒システムの特定の実現形態、ならびに実現コンポーネント、サブコンポーネント、方法、およびサブ方法を参照する場合、その趣旨から逸脱することなくいくつかの変更形態をなしてもよいこと、ならびにこれらの実現形態、実現コンポーネント、サブコンポーネント、方法、およびサブ方法が他の静的流体消毒システムおよび流動流体消毒システムに適用されてもよいことは、容易に分かるはずである。たとえば、本発明に係る反応剤の特徴は、本明細書に記載の本発明に係るコーティングに等しく当てはまる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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