專利名稱：包含硅酸鋁和銀納米粒子作為殺菌劑的組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含硅酸鋁和分散在其表面上的、尺寸小于50nm的銀納米粒子的組合物，還涉及其作為殺菌劑的應(yīng)用并涉及用于獲得所述組合物的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，低濃度的銀對(duì)于寬范圍的病原體具有抗菌性，包括引發(fā)植入相關(guān)感染的常見菌株，而其對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞是無毒的。大多數(shù)含銀作為抗菌物質(zhì)的生物材料由該金屬的元素形式或陽離子形式組成，其中無機(jī)和有機(jī)母體都可以支持其陽離子形式。已研究了在含銀的聚合物和生物玻璃情況下的抗菌活性，但是還沒有對(duì)在納米結(jié)構(gòu)的硅酸鋁-銀復(fù)合物材料的情況下進(jìn)行研究。
最近，對(duì)于獲得高嶺土與銀納米粒子的復(fù)合物的研究已發(fā)表了 [Patakfalvi，P. ,Dekany, I. Applied Clay Science, 2004, 25,pp. 149 -159;Patakfalvi,P.,Dekany,I.Proceeding of SPIE-The internationalsociety foroptical engineering,2003, 5118, pp. 657-667;Patakfalvi, P. , Oszko,A. , Dekany, I.Colloids and Surface A:Physicochemical and EngineeringAspects, 2003, 220, pp. 45-54]。這些文章提出了銀納米粒子在高嶺土層間空間的合成，高嶺土預(yù)先已通過分散(interspersing)二甲亞砜而分解(解聚，disaggregated)。所引用的案例中沒有一個(gè)估算過這些材料的抗菌容量；它們只是提出了這些材料的潛在應(yīng)用，如對(duì)于光敏元件、催化劑，在光催化中、表面-增強(qiáng)的拉曼散射光譜和化學(xué)分析中的應(yīng)用。銀納米粒子的殺生物活性受其尺寸影響尺寸越小，抗菌活性越強(qiáng)，因此，納米粒子的團(tuán)聚也是影響所述活性的一個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)的發(fā)明人已找到通過在不同基質(zhì)的表面上使用銀納米粒子來防止所述納米粒子團(tuán)聚的解決方案，特別是硅酸鋁(基質(zhì))，這賦予所述組合物零毒性的性質(zhì)，從而使其可以應(yīng)用于醫(yī)藥和織物領(lǐng)域，及其他領(lǐng)域。本發(fā)明提供了一種納米復(fù)合物或具有納米結(jié)構(gòu)的粉末組合物，所述組合物包含硅酸鋁以及附著在其表面上的、尺寸小于50nm的銀納米粒子。本發(fā)明還提供了用于獲得所述組合物的方法，及其作為殺菌劑的應(yīng)用。因此，本發(fā)明的第一方面涉及一種組合物(下文稱本發(fā)明的組合物)，該組合物包含硅酸鋁以及分布在其表面上的、尺寸小于50nm的銀納米粒子。優(yōu)選地，銀納米粒子的尺寸小于20nm。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，將所述銀納米粒子沉積在硅酸鋁的表面上，所述硅酸鋁既可以是水合的也可以是非水合的。優(yōu)選地，硅酸鋁選自高嶺土、偏高嶺土、蒙脫石、云母或其任意組合。更優(yōu)選地，硅酸鋁是高嶺土。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，相對(duì)于最終組合物，銀的重量百分比范圍在O. 01%至15%之間。在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方式中，銀的重量百分比范圍在O. 1%至O. 8%之間。本發(fā)明的第二方面涉及用于獲得本發(fā)明的組合物的方法(下文稱本發(fā)明的方法)，該方法包括下述步驟a)水性懸浮硅酸鋁與表面活性劑，b)向步驟(a)中所獲得的懸浮液中加入銀前體，以及c)還原步驟(b)中所獲得的產(chǎn)物中的銀。本發(fā)明中，“表面活性劑”理解為是指具有降低互相接觸的兩個(gè)表面之間的表面張·力的能力的物質(zhì)或產(chǎn)品。表面活性劑是具有一個(gè)親水部分和一個(gè)疏水部分的分子，并且對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法還包括調(diào)節(jié)步驟(a)中所獲得的懸浮液的pH值到6至7之間。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法還包括步驟(b’)，通過攪拌步驟(b)中所獲得的懸浮液，在PH值為8至10之間沉淀銀離子。優(yōu)選地，本發(fā)明還包括過濾、水洗和在溫度范圍為50° C至100° C之間干燥步驟(b’)中所獲得的產(chǎn)物。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明方法還包括過濾、水洗和在溫度范圍為50° C至100° C之間干燥步驟(c)中所獲得的產(chǎn)物。優(yōu)選地，所述銀前體是AgNO3。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述還原是利用選自H2或NaBH4的還原劑進(jìn)行的。本發(fā)明的方法的主要優(yōu)點(diǎn)是，相對(duì)于本領(lǐng)域目前的狀況，由于這些銀納米粒子附著在基質(zhì)，即硅酸鋁上，本發(fā)明防止了銀納米粒子的團(tuán)聚。在本發(fā)明的方法的一個(gè)替換方案中，本發(fā)明是通過在硅酸鋁(水合的或非水合的)的表面上沉積銀納米粒子而進(jìn)行的。因此，該方法包括以下步驟a)制備硅酸鋁的水性懸浮液，向其中加入低濃度的表面活性劑，優(yōu)選陰離子表面活性劑，b)用IM HNO3水溶液調(diào)節(jié)pH值至6到7之間，使得維持高嶺土的良好分散，而這樣的PH條件并不利于銀前體的沉淀，c)在無光的條件下，加入必要濃度的銀前體鹽的水溶液，以使在最終復(fù)合物(composite)中元素銀含量相對(duì)于娃酸招固體含量的重量百分比的范圍在O. 01%至8%之間，優(yōu)選是1%的銀，d)劇烈攪拌懸濁液，調(diào)節(jié)pH值至9，使得Ag+陽離子以氧化物Ag2O沉淀，e)過濾、用蒸餾水洗滌并且干燥所獲得的粉末，以及f)在溫度范圍為150° C- 500° C，優(yōu)選為350° C的條件下，在H2氣氛下進(jìn)行還原。本發(fā)明另一個(gè)可替代的方法涉及銀的沉積，其包括以下步驟a)制備帶有硅酸鋁粉末的水性懸浮液，向其中加入低濃度的表面活性劑，優(yōu)選陰離子表面活性劑，b)用IM HNO3水溶液調(diào)節(jié)pH值至6_7之間，使得維持高嶺土良好的分散性，而這樣的PH條件并不利于銀前體的沉淀，c)逐滴滴加必要量的該銀前體的溶液，優(yōu)選AgNO3,以使在所獲得的最終復(fù)合物(composite)中Ag°的重量百分比濃度范圍在O. 01%至8%之間，維持激烈攪拌10分鐘,優(yōu)選是1%的銀，d)對(duì)銀進(jìn)行原位化學(xué)還原，利用任何輻射性或還原性化學(xué)試劑，優(yōu)選是NaBH4,將其逐滴滴加到所述分散液中，同時(shí)持續(xù)劇烈攪拌，以及e)過濾、用蒸餾水洗滌并且在60° C的烘箱中干燥。本發(fā)明的第三個(gè)方面涉及上述組合物作為高效殺菌劑的應(yīng)用，如在本發(fā)明的實(shí)施例中闡述的。
本發(fā)明中，“殺菌劑”理解為是指那些用來殺死(毀滅，destruction)細(xì)菌的物質(zhì)。本發(fā)明的組合物可以用于外科移植科(sector)、公用設(shè)施(衛(wèi)生保健、醫(yī)院、運(yùn)輸?shù)?、空調(diào)設(shè)備、食品、牙科(86。1010、涂料、制衣業(yè)((310111；[1^31'111611丨8)、包裝(食物、家用設(shè)備(domestic elements)、藥品、醫(yī)療設(shè)備)。本發(fā)明的組合物作為殺菌劑的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其表現(xiàn)的低毒性，這是通過材料浸出(lixiviate)低于3ppm的銀量證實(shí)的,且這一水平遠(yuǎn)低于毒性水平。貫穿說明書和權(quán)利要求書中的術(shù)語“組成”及其變化形式，并不意在排除其他技術(shù)特征、添加劑、組分或步驟。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，可以部分從本發(fā)明的說明書、部分從本發(fā)明的實(shí)踐中理解本發(fā)明的任何其他目的、優(yōu)點(diǎn)及特征。以下實(shí)施例和附圖是為了說明的目的，并不意在限制本發(fā)明的范圍。


圖I顯示通過透射電子顯微鏡獲得的顯微照片，其中，我們可以觀察到由方法I獲得的小于20nm的附著在高嶺土表面上的銀納米粒子的近似均勻的分布。圖2顯示通過透射電子顯微鏡獲得的顯微照片，其中，我們可以觀察到由方法2獲得的納米復(fù)合物粉末，同樣也可以觀察到銀納米粒子的尺寸小于20納米。
具體實(shí)施例方式下面，我們將通過發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)來說明本發(fā)明，這些實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)出包含硅酸鋁和銀納米粒子的組合物作為殺菌劑的特異性和有效性，以及獲得其的方法。實(shí)施例I :獲得本發(fā)明的納米復(fù)合物粉末。用于將銀沉積在高嶺土或偏高嶺土納米粒子上的方法我們描述了用于在硅酸鋁(水合的或非水合的)表面上沉積銀的方法，以獲得本發(fā)明的納米復(fù)合物粉末，現(xiàn)解釋如下。從這一點(diǎn)來講，本發(fā)明的具有納米結(jié)構(gòu)的粉末利用兩種方法獲得。方法I從前體開始(例如，硝酸銀)，將氧化銀沉積在含最佳量表面活性劑的高嶺土水性分散體上。然后，在H2氣氛下在爐中，將Ag+陽離子還原成Ag°，如下面所解釋的a)制備高嶺土或偏高嶺土的水性懸浮液，為了使高嶺土或偏高嶺土實(shí)現(xiàn)更好的分散，引入低濃度的陰離子表面活性劑作為分散劑(相對(duì)于高嶺土或偏高嶺土固體濃度的Iwt % )；b)用IM HNO3水溶液調(diào)節(jié)pH值至6. 5，使得維持高嶺土良好的分散性，而這樣的PH條件并不利于銀前體的沉淀；c)避光下，加入必要濃度的該銀前體水溶液，以使在所獲得的最終高嶺土 -Ag或偏高嶺土 -Ag復(fù)合物中，元素Ag含量范圍在O. 01%至15wt%之間(相對(duì)于高嶺土或偏高嶺土的固體含量);d)同時(shí)劇烈攪拌懸濁液，調(diào)節(jié)pH值至9，使得Ag+陽離子以氧化物Ag2O沉淀；e)接下來過濾和水洗，在溫度為150° C- 500° C、H2氣氛下進(jìn)行干燥和還原。利用偏高嶺土的方法以相同方式進(jìn)行。 這樣，我們得到了附著在高嶺土或偏高嶺土表面上的小于20nm的銀納米粒子的納米復(fù)合物粉末，近似地，具有均勻分布，如圖I中可以觀察到的。方法2將銀納米粒子，Ag°，沉積在高嶺土上，或者在最佳pH值和分散條件下，將由分散在水中的銀前體獲得的銀納米粒子Ag°沉積在高嶺土上。利用輻射或還原劑在室溫下進(jìn)行原位還原，如下面所解釋的a)制備帶有聞嶺土或偏聞嶺土的水性懸浮液。為了使聞嶺土或偏聞嶺土實(shí)現(xiàn)更好的分散，引入低濃度的陰離子表面活性劑作為分散劑(Dolapix)；b)用IM HNO3水溶液調(diào)節(jié)pH值至6. 5，以使高嶺土達(dá)到良好分散，同時(shí)，防止Ag+離子以Ag2O沉淀；c)為了在最終組合物中，在所獲得的最終高嶺土 -Ag或偏高嶺土 -Ag復(fù)合物中，Ag0濃度范圍在O. 01%至15wt%之間，加入必要量的AgNO3前體。一旦將其逐滴滴加到高嶺土或偏高嶺土分散液中，在進(jìn)行下一步驟之前，劇烈攪拌lOmin。同時(shí)，一旦加入了前體，必須對(duì)加有前體的溶液和分散液進(jìn)行避光處理；d)對(duì)銀進(jìn)行原位化學(xué)還原，例如利用NaBH4作為還原劑，NaBH4與銀以1:8(NaBH4IAg+)摩爾比、根據(jù)以下反應(yīng)式進(jìn)行反應(yīng)
8(Ag++ Ie ^ Ag0)
BH4 + 3H20^ B(OH),-7H "'+Be'
8Ag++ BH4' + 3H20Ag0 丁 B(OH)3 + 7H +e)將NaBH4溶液逐滴滴加到分散液中；和f)劇烈攪拌、過濾、用蒸餾水洗滌，最后在60° C烘箱中干燥。利用偏高嶺土的方法以相同方式進(jìn)行。這樣，我們得到了本發(fā)明的納米復(fù)合物粉末，其中可以觀察到Ag納米粒子小于20nm,如圖2中所示。實(shí)施例2 :本發(fā)明的納米復(fù)合物粉末的殺生物活性和浸出測(cè)試殺菌實(shí)驗(yàn)是為了研究含銀樣品對(duì)不同有機(jī)體的影響而進(jìn)行的大腸桿菌JM 110(革蘭氏陰性菌)，藤黃微球菌(Micrococcus Iuteus)(革蘭氏陽性菌)。將微生物接種到皮氏培養(yǎng)皿(Petri dish)的固體培養(yǎng)基中，來自Luria Bertani (LB)(含有1%胰蛋白胨、O. 5%酵母膏、l%NaCl、l. 5%瓊脂)。將培養(yǎng)皿在37。C培養(yǎng)24小時(shí)。之后，將每一個(gè)從上述培養(yǎng)皿中分離出來的微生物菌落接種至ImL的LB中，并在37°C培養(yǎng)5小時(shí)，以獲得預(yù)培養(yǎng)物(precultures)。與此同時(shí),根據(jù)方法2在水中制備300mg/ml (wt/wt)含有1%的銀的懸濁液。最后,取每種微生物預(yù)培養(yǎng)物10 μ 1，接種至ImL的LB中。將150 μ I的高嶺土 -納米Ag樣品加入到培養(yǎng)物中，使Ag的最終重量百分濃度為O. 036%。此外，制備水加上營(yíng)養(yǎng)物的混合物組成的、不含銀的樣品作為對(duì)照。將培養(yǎng)物在37° C、攪拌下培養(yǎng)，并收集不同培養(yǎng)物的等分試樣，用以計(jì)算下列不同培養(yǎng)物的系列稀釋液的活菌計(jì)數(shù)。2. I.-利用藤黃微球菌進(jìn)行的殺生物試驗(yàn)制備利用方法2(AgN03用作銀前體)得到的高嶺土粉末的水性懸浮液(固體的重量百分?jǐn)?shù)為9%)，銀在最終化合物中的重量百分含量為1% (相對(duì)于高嶺土的固體含量)。利用藤黃微球菌進(jìn)行的測(cè)試表明，本實(shí)驗(yàn)的24小時(shí)的滴度〈I. OX 104，而對(duì)照實(shí)驗(yàn)是I. OX 1012。 72小時(shí)后,培養(yǎng)介質(zhì)中銀浸出的濃度<3ppm。2. 2.-利用大腸桿菌進(jìn)行的殺生物試驗(yàn)制備利用方法2(AgN03用作銀前體)得到的高嶺土粉末的水性懸浮液(固體的重量百分?jǐn)?shù)為9%)，銀在最終化合物中的重量百分含量為1%(相對(duì)于高嶺土的固體含量)。利用大腸桿菌JM 110的測(cè)試表明，本實(shí)驗(yàn)的24小時(shí)的滴度〈I. OX 104，而對(duì)照實(shí)驗(yàn)是2. 93X IO12072小時(shí)后,培養(yǎng)介質(zhì)中銀浸出的濃度<3ppm。
權(quán)利要求
1.一種組合物，所述組合物包含硅酸鋁以及分散在其表面上的、尺寸小于50nm的銀納米粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述銀納米粒子的尺寸小于20nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的組合物，其中所述硅酸鋁選自高嶺土、偏高嶺土、蒙脫石、云母或其任意組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合物，其中所述硅酸鋁是高嶺土。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的組合物，其中所述銀的重量百分比范圍在O. 01%至15%之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合物，其中所述銀的重量百分比范圍在O.1%至O. 8%之間。
7.用于獲得權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的組合物的方法，所述方法包括以下步驟 a.水性懸浮硅酸鋁以及一種表面活性劑， b.向步驟(a)中所獲得的懸浮液中加入銀前體，以及 c.還原步驟(b)中所獲得的產(chǎn)物中的銀。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其還包括調(diào)節(jié)步驟(a)中獲得的所述懸浮液的pH值至6到7之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其還包括步驟(b’)，通過攪拌步驟(b)中獲得的所述懸浮液，在pH值為8至10之間沉淀銀離子。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任意一項(xiàng)所述的方法，其還包括過濾、水洗和在溫度范圍為50° C至100° C之間干燥步驟(b’)中獲得的所述產(chǎn)物。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10中任意一項(xiàng)所述的方法，其還包括過濾、水洗和在溫度范圍為50° C至100° C之間干燥步驟(c)中獲得的所述產(chǎn)物。
12.根據(jù)權(quán)利要求7-11中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述銀前體是AgN03。
13.根據(jù)權(quán)利要求7-12中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述還原是利用選自H2或NaBH4的還原劑進(jìn)行的。
14.權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的組合物用作殺菌劑的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米復(fù)合物或納米結(jié)構(gòu)粉末的組合物，該組合物包含硅酸鋁及分散在硅酸鋁表面上的、尺寸小于50nm的銀納米粒子。本發(fā)明還涉及所述組合物作為殺菌劑的應(yīng)用及其生產(chǎn)方法。
文檔編號(hào)A61K33/38GK102985097SQ201180019431
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者瑪麗亞·貝倫·卡巴爾阿爾瓦雷斯, 若澤·S·莫亞科拉爾 申請(qǐng)人:西班牙高等科研理事會(huì)