[发明专利]包含纳米晶体纤维素和氧化镁的抗微生物涂层材料及其制备方法

说明书

一种无毒的抗微生物化学捕集器，其包括膜，该膜包括抗微生物层，该抗微生物层包含纳米晶体纤维素(NCC)和选自MgO和Mg(OH)₂所组成的组的抗微生物物质。在一些实施方案中，所述抗微生物捕集器在所述抗微生物层之上或之下包括至少一个附加的NCC层。本申请公开了制备所述抗微生物化学捕集器的方法和由此包被的制品，以及还公开了通过使用所述抗微生物化学捕集器控制微生物种群的方法。

相关公开的引用

本申请要求2017年7月30日提交的美国临时专利申请第62/538,717号的优先权。

技术领域

总的来说，本发明涉及抗微生物涂层和膜以及包含所述涂层的制品。本发明尤其涉及由掺有氧化镁或氢氧化镁的纳米晶体纤维素制成的抗微生物涂层和膜，涉及包含至少一个用所述涂层包被的表面的制品，以及涉及用于施加所述涂层和生产所述制品的方法。

背景技术

细菌对抗生素的耐药性已成为重大问题。已经花费大量努力来寻找控制细菌的替代方法。

已知氧化镁具有抗微生物性能。据信，MgO在水性环境中催化形成活性氧物质(reactive oxygen species)，例如过氧化物，并且这些活性氧物质杀死与其接触的微生物。

掺入MgO作为抗微生物物质的多种制品是本领域已知的。例如，美国专利第9315937号公开了一种通过声化学掺入MgO生产抗微生物织物的方法。Sanuja等人(国际高分子材料和高分子生物材料杂志(Int.J.Polym.Mater.Polym.Biomater.)2014年，63,733)报道了通过溶液流延法(solution cast method)制备含丁香油的壳聚糖-氧化镁基纳米复合膜。郑等(南昌大学学报，工科版2007年，29，315；CA152：121924)已经公开了一种沉淀方法，该方法用于从Na₂CO₃和MgCl₂起始制备纳米MgO涂料，并煅烧以获得纳米颗粒MgO。

纳米晶体纤维素(Nanocrystalline cellulose，NCC)是在受控条件下获得的纤维素形式，导致形成高纯度单晶。这些晶体显示出极高的机械强度，相当于相邻原子的结合力。NCC的杨氏模量约为100–150GPa，拉伸强度约为10GPa，其值类似于诸如芳族聚酰胺纤维(aramid fibers)(凯芙拉(Kevlar))和碳纤维等材料，并且表面积约为数百m²/g。这些特性使NCC成为许多用途的有吸引力的材料。公开号为2015/00017432的美国专利申请公开了一种制备包含纳米晶体纤维素的涂层的方法，其中已经掺入了纳米颗粒。该方法要求在其上施加了涂层的基底表面带正电，以便通过静电相互作用将涂层固定在适当的位置，并将纳米颗粒置于NCC层和基底表面之间。

公开号为WO2017/199252的国际专利申请(PCT)公开了一种改性的NCC膜，其中可以通过添加一种或多种吸湿材料、富含OH的材料(诸如含有三个或更多个OH基团的有机化合物)和交联剂来调节诸如吸湿性等性质。

如本领域技术人员将理解的，在用作保持颗粒的基质的材料膜的表面区域内或表面上控制诸如纳米颗粒(nanoparticle)或微粒(microparticle)之类的颗粒的位置并非易事。在许多情况下，为了确保颗粒在表面区域上方的预定的或部分的暴露，必须限制材料膜的厚度，或者必须增加颗粒的浓度以将颗粒压向膜的表面。尽管可以使用其他方法来确保至少部分暴露，但已发现膜的再现性、颗粒分布和均匀性受到限制。

在表面活性密切取决于活性官能团的表面密度的情况下，即活性随表面官能团的增加而增加，例如在抗微生物表面的情况下，并且此类官能团的表面暴露程度尤其取决于加工条件和材料选择的情况下，这就产生了技术上的需求，以使对至少某些加工条件的影响或依赖性最小化，从而实现不受工艺约束的活性。