CN101291743A

CN101291743A - 抗微生物的阳离子聚合电解质涂层

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Publication number: CN101291743A
Application number: CNA2006800394365A
Authority: CN
Inventors: 威廉·托基; 伯尔德·利森费尔德; 大卫·摩尔; 苏珊·利安得; 克里斯托弗·巴蒂奇
Original assignee: University of Florida Research Foundation Inc; Quick Med Technologies Inc
Current assignee: University of Florida Research Foundation Inc; Quick Med Technologies Inc
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2026-08-22
Also published as: US20090181157A1; CN101291743B; EP1937418B1; CA2620203A1; US8092854B2; ZA200801601B; AU2006283043B2; US7790217B2; US20100330261A1; WO2007024974A3; CA2620203C; AU2006283043A1; BRPI0617099A2; JP2009506056A; EP1937418A2; EP1937418A4; WO2007024974A2; BRPI0617099B1

Abstract

描述了一种将抗微生物的阳离子聚合电解质结合到基质表面的方法，其中，通过这样附着到基质上的抗微生物剂为基质提供了抗微生物的特性，且在使用和存储的正常条件下至少有一部分的结合的抗微生物剂基本上是非沥滤的。描述了一种制造抗微生物的材料的方法，其包括将基质暴露于抗微生物的阳离子聚合电解质的溶液，然后通过完全干燥暴露的基质而向至少一部分的抗微生物的阳离子聚合电解质赋予一种非沥滤特性。

Description

抗微生物的阳离子聚合电解质涂层

技术领域

本发明涉及制造具有固有抗微生物特性的材料的方法。

背景技术

减少或消除表面上的微生物对于很多不同应用来说都是重要的。一种干扰微生物在各种材料上存活的能力的方法是通过附着抗微生物剂而使这些材料的表面发生改性。

可通过计划的材料的最终应用来决定如何是最佳方式向该材料至少部分地附着抗微生物剂。一个重要的和有用的考虑是抗微生物活性要持久稳定。这可通过将抗微生物剂永久地附着到表面上，从而在改性的材料被暴露于流体时，其无法从材料表面迁移或滤除。例如，在改性的材料会与水性流体接触的应用中，很重要的是抗微生物剂不会在改性的材料与水溶性流体接触时被漂洗掉。例如，在改性的材料会与水溶性生物流体接触的应用中，很重要的是抗微生物剂不会在改性的材料与水溶性流体接触时被漂洗掉或失活。在改性的材料会被重复使用的应用中，很重要的是抗微生物剂不会在改性的材料被重复使用的间隔期间用流体清洗或漂洗时被漂洗掉。在满足这些和相关应用所需要的方法的发展中，另一个考虑是已发现一些微生物具有对某些抗微生物剂例如抗生素或银产生抵抗性的能力。而目前已有的方法不能完全满意地解决所有的这些考虑。

利用可沥滤的活性试剂(例如三氯生，银化合物，或双胍)的方法被设计为通过可沥滤的活性试剂的传送而向那些最终耗尽或失去了抗微生物活性的材料赋予抗微生物活性。抗微生物活性的耗尽或失去尤其会在材料与流体发生偶然接触时，或者在重复使用这些改性材料的间隔期间进行的清洗或漂洗的过程中与流体的有意接触时出现。此外，某些活性试剂的沥滤可妨碍或限制这些方法在由于活性试剂的沥滤而导致不良后果(例如，滤进开放的伤口中，滤到供人类使用的产品上，以及对皮肤染色)的应用中的使用。

一种利用潜在地可沥滤的活性试剂的方法的例子由Burba等人在美国专利5154932中公开，其公开的方法为表面带负电荷的制剂或产品提供了抗微生物活性，可有效地使微生物减活，所述方法包括向制剂或产品中加入足够量的可赋予制剂或产品抗微生物活性的带正电的层状晶体的混合的金属氢氧化物。

另一种利用潜在地可沥滤的活性试剂的途径的例子由Lyon等人在美国专利6042877中公开，该制造抗微生物产品的方法包括提供一基质，形成一含有螯合聚合物和金属离子的溶液，将溶液沉淀在基质上，干燥基质形成带涂层的基质，以及向带涂层的基质中加入增强剂以形成抗微生物产品。

其他的途径运用了将硅烷基的季铵化合物通过硅氧烷键而附着在特定的基质上的方法。例如，AEGIS Environments的产品生产线包括使用了3-(三甲氧硅基)丙基二甲基十八烷基氯化铵的聚合物的产品。根据产品资料说明，AEM 5700是43％的3-(三甲氧硅基)丙基二甲基十八烷基氯化铵在甲醇溶液中，可用于涂布纺织物表面。虽然这不是聚合物的化合物，但在涂到基质上后可形成部分硅烷间的相互连结。这些类型的材料将赋予基质疏水的特性，从而在许多应用中不太适合。由硅烷上的庞大(C18四元)取代基导致的对水解的不稳定性也使得这些材料容易失去它们的抗微生物活性。

另一个运用硅烷基的季铵化合物的例子由Blank等人在美国专利5035892中公开，其公开了一种抑制潜在的有害微生物在基质上增殖的方法，该方法包括用有效量的抗微生物的超级吸收组合物处理基质，该抗微生物的超级吸收组合物由部分中和的丙烯酸基的聚合物凝胶的铰链的亲水钠盐构成，该聚合物凝胶共价连接到有机硅烷上，该有机硅烷的量可防止聚合物凝胶变成疏水或其吸收能力降低。遗憾的是，在实际过程中，有机硅烷的量通常必须降低到期望的抗微生物的有效水平之下以防止发生前述的疏水转变。另一个例子是Blank在美国专利4847088中公开的抑制潜在的有害微生物在基质表面增殖的方法，该方法包括用有效量的含有(a)有机硅烷和(b)酸的混合物的协同抗微生物的组合物来处理基质。该例中使用的是如上面所述的硅氧烷。

硅烷基的季铵体系也存在其他的缺点。使用的长链烷基(通常为C-18)将使处理的材料变得疏水，从而对于吸收性材料例如创伤敷料而言这一特性则是不期望的。并且，已发现四元硅烷在血液或其它蛋白质材料存在时会失去活性(见EP 0136900)。

另一个例子是Shiau等在U.S.010043938 A1中公开的用于生产抗微生物制品的方法，包括(a)在水中溶解预定量的有机硅氧烷的季铵盐；以制备约0.05-20重量％的该盐的溶液，(b)将磨碎的煅烧酸与溶剂混合制得溶液，其中，所述煅烧酸与溶剂的比例为1∶1-1∶10，(c)将预成型的蜂房形状的基质浸入前述步骤b的溶液中；然后干燥并在400-1500℃煅烧，(d)用上述步骤a和c中的盐溶液浸渍煅烧过的蜂房形状的基质，在50°-200℃干燥浸渍的基质。这里过高的温度(400°-1500℃)显然不适合如纤维素和聚合物这类普通基质。

Batich的美国专利7,045,673和美国专利申请公开号020177828 A1部分地克服了这些缺点。这些文献中描述的材料和方法给出的教导是，抗微生物的材料可通过将抗微生物的季铵单体接枝聚合到如纤维素这样的基质上来制备。然而，该方法也存在一些局限和缺点。即该方法要求必须在无氧气氛中进行的乙烯基聚合步骤，而这对商业开发形成了成本限制。并且，这里描述的方法就抗微生物阳离子聚合电解质而言是一种浪费，这体现在以下两个方面：首先，必须使用大量过量的可聚合的季铵化合物，且它们中的大多数不会进入最终产品。其次，为获得相同水平的抗微生物效果，所需的接枝水平(最多的大于40％的抗微生物“附着”)至少比本发明中所要求的水平高出一个数量级。这些缺点在本发明的其他地方还将进行进一步讨论。

Lin描述了一种经过六步而将疏水聚阳离子共价附着在纺织品上的方法，该方法需要使用各种有机溶剂和长的处理时间(“Mechanism ofBactericidal and Fungicidal Activities of Textiles Covalently Modified withAlkylated Polyethyleneimine”Biotechnology and Bioengineering v83(2)，p168-172，July 20，2003)。从观察到的微生物活性表明，各种有机物的减少在88％-99％范围内。与Lin描述的方法相比，本申请中描述的方法过程更短，更快，更安全和更为经济。此外，由本发明的方法生产出的材料在降低微生物活性的效力上高出几个数量级，且不是疏水的。Lin描述的方法中的缺点列在了以下文献中：Daewon Park，Jun Wang，and Alexander M.Klibanov，“One-Step，Painting-Like Coating Procedures To Make SurfacesHighly and Permanently Bactericidal”Biotechnol.Prog.22，p584-589(2006).Lee使用过类似的方法(Biomacromolecules 5 p877-883(2004))。

Abel描述了将低分子量(非聚合的)季铵部分共价附着在纤维素基质上(“Preparation and investigation of antibacterial carbohydrate-basedsurfaces”Carbohydrate Research 337(2002)p2495-2499)。与Lin和Lee的万法类似，Abel的方法为多步法，其需要使用有害的和/或可燃的有机反应剂和溶剂例如对甲苯磺酰氯，吡啶，以及乙腈。

BacStop^TM是一种由Edmar Chemical Company(克里夫兰，俄亥俄州)出售的纺织品消毒杀菌剂。该产品含有50％的二癸基二甲基氯化铵(DDDMAC)。该产品被设计成加入到洗涤过程的最后漂洗循环中。BacStop^TM声称可将金黄色葡萄球菌和克雷白氏肺炎菌的菌数减少99.9％(3-log的减少)，并赋予纺织品残留的抑制细菌的整理。这种残留的效果是可预见的，这是由于需要进行几次清水漂洗才能完全从纺织品中除去任何可溶的化学物质。活性成分(DDDMAC)为非聚合的季铵化合物。BacStop^TM的产品标签并未声称用该产品处理的纺织品具有残留的抗微生物的特性，而仅声称具有残留的抑制细菌的特性。在下面给出的对比例中表明，单体季铵化合物如DDDMAC在本发明的实施中没有效果，它们不会产生与基质之间的非沥滤键而赋予固有的抗微生物材料期望程度的抗微生物效力。

Senka在JP 09078785中描述了用于制备固有的抗微生物材料(例如上面由Blank描述的那些)的硅烷基的季铵抗微生物剂的一些缺点。根据Senka的教导，可使用季铵化合物和丙烯酸衍生物的共聚物来在非纤维素的基质上形成抗微生物的涂层。共聚物具有可溶于水溶液的性质；然而，一旦溶液干燥后，将导致干燥的固体聚合物变为不溶。这种行为可描述为“自交联”，其中是指聚合物(或共聚物)在干燥时自发形成交联。因此，可将共聚物的溶液涂布在基质上，而在干燥后将产生具有抗微生物特性的不溶性涂层。由于涂层的形成并不取决于涂层与基质之间的相互作用，因此有可能将该涂层应用于惰性基质，例如合成的聚合物上。本领域技术人员将认识到，这些涂层在润湿或发生足够水合时应当为柔软的；而在干燥时将***变碎。这可能导致材料的物理特性如硬度，触感或手感发生不期望的变化。另外，下面基质的扭曲，拉伸，或折叠也可能导致干涂层从基质上脱落和分离，尤其是因为在涂层和基质之间没有特定的键之故。据推测，干燥的共聚物变为交联的是由于带正电荷的四元组分与在中性pH下将带负电荷的丙烯酸衍生物组分之间的相互作用而导致。带有相反电荷的共聚物的组分的相互作用也可能筛选去一些由四元组分提供的正电荷，并使得抗微生物效力降低。并且，涂层除四元组分外还由另外的组分所组成这一简单事实必然使由四元组分提供的电荷密度被稀释，从而比起那些由100％的四元组分组成的聚合物来说，其最终抗微生物效果也会降低。下面对这些缺点作进一步讨论。

一般而言，涂层并不是一条理想的对纤维素基质例如纺织物或创伤敷料进行改性的途径。尽管一些涂层可与基质形成非常强的键，但形成坚固有用的涂层的吸引力通常是在涂层组分之间(在涂层自身内部)的吸引力，而不是在涂层与基质之间的吸引力。涂层一般具有一定的厚度(例如与漆类似)，可显著影响纺织物或其他基质的表面性能。例如，这可通过阻塞或填补孔隙，或将单根纤维接合在一起而进行。此外，一些涂层要求在涂布后进行交联步骤以防止后续的分解。

Sawan在美国专利6264936中描述了一种抗微生物材料，其可用于在基质表面形成一抗微生物涂层或抗微生物层来杀死与其接触的微生物。该抗微生物涂层或抗微生物层的特点被描述为“非沥滤性的”，是固定在基质表面的有机基质的组合而具有与该基质联合的杀生物的金属材料。当微生物接触到涂层或层时，将有足以杀死微生物的量的杀生物的金属材料转移到微生物中。具体而言，使用的金属抗微生物剂是银。尽管该方法原意是提高“非沥滤的”涂层，但金属抗微生物剂“转移到”微生物中的事实却与非沥滤的通常定义不同。并且，已知尽管银和银盐具有非常低的溶剂性，但抗微生物活性机制却取决于阴离子的有限溶液浓度。事实上，Sawan后来(第3栏，9行)满足了上述关于“基本上是低沥滤性的”的陈述。在Sawan专利的优选实施方式中，有机材料含有聚亚己基双胍聚合物，其与环氧化物如N，N-二亚甲基双缩水甘油基苯胺进行交联形成交联的网或基质。该交联步骤为防止基质分解是必要的。Sawan描述的材料通常要求固化步骤，一般在80°-120℃范围内，而这对于许多基质，特别是人类皮肤是不适合的。并且，优选的有机基质聚合物(聚亚己基双胍)已知在高浓度下对人体细胞有毒(见美国专利6,369,289 B1)。使用银作为抗微生物剂也产生了一些不合意的影响。该方法的一个缺点是某些细菌已能够形成对银的抵抗性。(Silver S.，“Bacterial silver resistance：molecular biology and uses andmisuses of silver compounds.”FEMS Microbiology Reviews，2003；27：341-353)。该方法的另一个缺点是扩散的银可进入伤口并可能在皮肤上形成污点。银的另外的缺点是原材料的成本高。类似的方法描述在美国专利6180584；6126931；6030632；5869073，5849311；和5817325中。

Brown(EP 0136900)描述了用作外科消毒盖布的具有抗微生物特性的无纺纤维。这是通过用粘合剂和聚亚己基双胍(PHMB)处理的人造丝或木浆材料而生产的。由于涂布的PHMB可被水性流体提走，因此PHMB的量必须保持在临界水平之下，以防止沥滤的PHMB到达毒性水平。

Payne在美国专利5700742中描述了用有PHMB和强酸的组合对纺织物材料进行的处理，以克服那些与使用PHMB但不加入强酸来处理的纺织物所带来的问题如变色、失去抗微生物效力，以及基质特性的不期望的改变。

Orr(美国专利6369289 B1)教导了在纤维素创伤敷料中的使用PHMB。Orr教导到，可沥滤的PHMB可导致不良影响，例如皮肤失调，发红，疼痛，和荨麻疹，但这些影响可通过在创伤敷料中使用含量经精确控制的PHMB来避免。该专利中未展示甚至为提及被涂布的抗微生物剂的非沥滤性。Orr仅教导了可沥滤的PHMB的量少于能导致皮肤或开放伤口刺激的量；然而，他没有就该效果提供数据，或没有就该材料在使用的PHMB水平上提供有用的抗微生物效力。事实上，Orr通过“提取”计算出了涂布于敷料中的PHMB的量，这就意味着材料可被沥滤或提取。Orr提及的PHMB的使用水平仅略低于Brown(EP 0136900)提出的水平。

Orr的方法(美国专利6,369,289 B1)被用于生产已知的“Kerlix-AMD”商业抗微生物创伤敷料，其含0.2％ PHMB。Kerlix-AMD敷料已知在Kirby-Bauer测试中显示出明显的抑制区(ZOI)(见Kerlix-AMD产品小册子，可由http://www.kendallhq.com/catalog/brochures/KerlixSS.pdf获得)。可测量的ZOI是可沥滤的抗微生物活性的明确指示。Kerlix-AMD的抗微生物效力由University of Virginia Health System，Charlottesville，VA.的A.M.Reitsma等人在“Effectiveness of a NewAntimicrobial Gauze Dressing as a Bacterial Barrier”中进行了描述。该研究没有提及非沥滤特性。

已对PHMB作为棉纺织品的抗微生物处理进行过研究(“Testing theEfficacy of polyhexamethylene Biguanide as an Antimicrobial Treatment forCotton Fabric，”Michelle Wallace，AATCC Review，p18-20，November，2001)。在洗涤后仍保持抗微生物效力；然而未给出对沥滤的讨论；然而，数据的确显示随着洗涤周期的重复进行，抗微生物的效力减弱。这推断是由于PHMB从基质中失去(沥滤)导致。

因此，就需要一种可以方便、可靠、经济的方式而将有效的和非沥滤量的抗微生物剂附着到各种基质材料的方法。本发明的方法克服了现有方法的不足之处，其中，提供了一种将抗微生物剂无沥滤地附着在各种基质材料上的改进方法。

发明内容

工业应用性

本发明的一个方面是提供一种制造固有的抗微生物吸收材料的方法。该方法建立了将非沥滤的抗微生物阳离子聚合电解质附着到基质上，从而赋予基质固有的非沥滤的抗微生物特性，而不会导致不期望的副作用，例如使材料变成疏水(排斥水的)。制造固有的抗微生物材料的方法包括将基质暴露于抗微生物阳离子聚合电解质水溶液，然后充分干燥暴露的基质而对至少部分的抗微生物阳离子聚合电解质赋予非沥滤特性。

本发明的一方面是提供生产固有的抗微生物材料的方法，该材料包含足量的可沥滤地附着到一种基质的聚合二烯丙基二甲基氯化铵分子，该基质的全部或部分包含一种纤维素材料，从而使材料暴露于水溶性流体之前，期间，或之后提供抗微生物性和非疏水性，所述方法包括：通过将基质暴露于所述聚合二烯丙基二甲基氯化铵分子的水溶液而将所述聚合二烯丙基二甲基氯化铵分子负载到基质上，以及充分干燥负载的基质而赋予至少部分的所述聚合二烯丙基二甲基氯化铵分子非沥滤特性。

本发明的一方面是提供生产固有的抗微生物材料的方法，该材料包含足量的可沥滤地附着到一种基质的抗微生物阳离子聚合电解质，从而使材料暴露于水溶性流体之前，期间，或之后具有抗微生物性和非疏水性，所述方法包括：通过将基质暴露于所述抗微生物阳离子聚合电解质的水溶液而将所述抗微生物阳离子聚合电解质负载到基质上，以及充分干燥负载的基质而对至少部分的所述抗微生物阳离子聚合电解质赋予非沥滤特性。

本发明的一方面是提供将抗微生物阳离子聚合电解质附着到基质上的方法，其中所述基质的全部或部分包含纤维素，并且其中所述抗微生物阳离子聚合电解质不是自交联的并具有至少为3的平均聚合度，其中所述方法包括用抗微生物阳离子聚合电解质的水溶液润湿基质然后充分干燥润湿的基质的步骤，其中所述干燥使至少部分的抗微生物阳离子聚合电解质以非沥滤的方式附着到基质上，并且其中附着的抗微生物阳离子聚合电解质为所得产品提供了抗微生物效果。

本发明的一方面是提供一种向基质赋予非沥滤的抗微生物特性的方法，其中所述基质的全部或部分包含纤维素，且其中所述非沥滤的抗微生物特性是由所述基质与附着的阳离子聚合电解质之间的强烈吸引相互作用而形成，其中所述强烈吸引相互作用是通过在将所述抗微生物阳离子聚合电解质的水溶液涂布到基质上后充分干燥基质而产生的。

本发明方法的一个方面是提供一种制造固有的抗微生物吸收材料的方法。

本发明的一个方面是通过应用红外热、辐射热、或热空气而达成完全干燥。

本发明方法的一个方面是附着的漂洗、清洗、或提取步骤将从固有的抗微生物材料中除去所述抗微生物阳离子聚合电解质的任何可沥滤的非键连部分。

本发明方法的一个方面是所述抗微生物阳离子聚合电解质为在每个分子中含有至少三个季铵活性单元的聚合物分子。

本发明方法的一个方面是所述抗微生物阳离子聚合电解质为具有平均聚合度选自由3-25,000，20-10,000，以及100-2500组成的组中的聚合物分子。

本发明方法的一个方面是所述抗微生物阳离子聚合电解质被定义为在每个聚合物分子上带有多个(即超过3个)正电荷，或每个聚合物分子上具有三个电荷的净的过量正电荷的聚合物分子。“净的过量正电荷”被定义为在给定分子中所有正电荷的总和减去同一分子中所有负电荷的总和，但不包括任何相关的但没有共价地键连到聚合物分子上的反离子(例如氯离子)的电荷，且对于本发明目的而言应当是等于或大于3的正数。

电荷密度是对给定的阳离子聚合电解质中正电荷的相对数目的度量，对于给定的聚合物而言，较高的电荷密度通常对应于较高的抗微生物效力。本发明的一方面是阳离子聚合电解质中，每25,000克的阳离子聚合电解质(阳离子聚合电解质的总量包括聚合物成分的总量加上相关反离子的总量)具有超过约1摩尔(1摩尔等于6.02×10²³)的最少过量正电荷。优选地，每2,500克的阳离子聚合电解质具有超过约1摩尔的最少过量正电荷。更优选地，每500克的阳离子聚合电解质具有超过约1摩尔的最少过量正电荷。进一步优选地，每212克的阳离子聚合电解质具有超过约1摩尔的最少过量正电荷。最为优选地，每162克的阳离子聚合电解质具有超过约1摩尔的最少过量正电荷。

ζ电势是指由离子在胶体微粒表面聚集而产生的静电势，这些微粒形成由材料的腹层和扩散层组成的带电双层结构。ζ电势以及用来测量ζ电势的装置在现有技术中是已知的。由于抗微生物阳离子聚合电解质的存在，经成功处理过的基质的ζ电势应当显著高于为处理的基质的ζ电势。因此，处理过的基质的抗微生物效力可通过测量其ζ电势来确定。本发明方法的一方面是固有的抗微生物材料产生的ζ电势为负(小于0)。

本发明方法的一个方面是所述抗微生物阳离子聚合电解质为在每个分子中含有至少三个季鏻活性单元的聚鏻化合物。

本发明方法的一个方面是所述抗微生物阳离子聚合电解质的全部或部分包含具有CH₂＝CR-(C＝O)-X-(CH₂)_n-N⁺R′R″R″′//Y^-结构的单体单元；其中，R是氢或甲基，n等于2或3，X为O，S，或NH，以及R′，R″和R″′独立地选自由H，C1-C16烷基，芳基，芳胺，烷芳基，以及芳烷基组成的组，Y^-是带正电荷的季氮的阴离子反离子；二烯丙基二甲基铵盐；乙烯基吡啶及其盐；乙烯基苄基三甲基铵盐；二烯丙基二烷基铵盐以及乙烯基苄基三烷基铵盐。

本发明方法的一个方面是所述抗微生物阳离子聚合电解质的全部或部分包含具有CH₂＝CR-(C＝O)-X-(CH₂)_n-NR′R″结构的单体单元；其中，R是氢或甲基，n等于2或3，X为O，S，或NH，以及R′和R″独立地选自由H，C1-C16烷基，芳基，芳胺，烷芳基，以及芳烷基组成的组。

本发明方法的一个方面是所述抗微生物阳离子聚合电解质是已知为聚DADMAC的聚合物分子，其全部或部分由二烯丙基二甲基氯化铵(也称之为DADMAC)组成。

本发明方法的一个方面是所述抗微生物阳离子聚合电解质包含聚DADMAC均聚物或聚VBTAC均聚物，其中“聚VBTAC”是指聚(乙烯基苄基三甲基氯化铵)。“均聚物”被定义为由多个衍生自单一种类型的可聚合的单体的单元构成的聚合物材料。

本发明方法的一个方面是所述抗微生物阳离子聚合电解质是全部或部分包含单体单元的聚合物分子，这些单体单元选自由甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯，甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(四元氯化氢)，甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(四价氯甲烷)以及甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(四元苄基氯)组成的组中。

本发明方法的一个方面是所述抗微生物阳离子聚合电解质的全部或部分包含单体单元，这些单体单元选自由丙烯酸二甲基氨基乙酯，丙烯酸二甲基氨基乙酯(四元氯化氢)，丙烯酸二甲基氨基乙酯(四价氯甲烷)以及丙烯酸二甲基氨基乙酯(四价苄基氯)组成的组。

本发明方法的一个方面是所述基质的全部或部分包含纤维素。

本发明方法的一个方面是所述基质的全部或部分包含至少一种选自由羟乙基纤维素，羧甲基纤维素，甲基纤维素，人造丝，棉，亚麻和木浆组成的组中的纤维素材料。

本发明方法的一个方面是所述固有抗微生物材料具有对水溶性流体的吸收能力。

本发明方法的一个方面是所述固有抗微生物材料具有对水溶性生物流体的吸收能力。

本发明方法的一个方面是所述基质是纺织的柔软的材料。

本发明方法的一个方面是所述基质是无纺的柔软的材料。

本发明方法的一个方面是所述基质是木头或木材。

本发明方法的一个方面是所述基质是纸。

工业应用性

本发明方法的一个方面是所述固有抗微生物材料构成全部或部分的创伤敷料，烧伤敷料，清洁护垫，卫生棉条，内在的抗微生物的吸收敷料，尿布，卫生纸，卫生抹布，海绵，棉签，手术服，隔离服，实验服，手套，手术清洗布，头罩，发罩，面罩，缝合线，小地毯，灯柄罩，检查桌盖布，敷料衬垫，夹板衬垫，填料，纱布，输血管，输血储存容器，消毒包装，床垫罩，被褥，被单，毛巾，衣服，内衣，袜子，鞋套，汽车滤气器，飞机滤气器，HVAC***滤气器，军用防护外衣，用于防护生物毒物或生物战争试剂的装置，木材，食品包装材料，肉类包装材料，鱼类包装材料，处理食物时穿的衣服，用于准备食物用的表面，隐形眼镜，地毯，木头，木材，纸，或纸币。

定义

“微生物”或“微生物体”是指任何有机物或如细菌，病毒，原生动物，酵母，真菌，霉，或由它们中的任何一种形成的孢子的有机物的组合。

“抗微生物的”是指化合物的，组合物的，制品的，或材料的杀微生物的或抑制微生物的特性，其能够杀死、摧毁、灭活或中和微生物；或防止或减缓微生物的生长，存活能力，或繁殖。

“基质”是指一种在其上以化学连接了一种抗微生物聚合电解质的表面或介质。

“阳离子聚合电解质”是指一种聚合物分子，其具有多个共价连接到聚合物上的阳离子位点或部位，或具有多个通过共价化学键添附在抗微生物聚合物分子结构上而成为聚合物分子结构的一部分的阳离子位点或部位，且所述阳离子位点或部位是位于聚合物的主链上，或者是位于聚合物的侧基上。“主链”和“侧基”是用于描述聚合物分子结构的常用术语，本领域技术人员应当对之熟悉。

术语“季铵”是常用的化学命名，本领域技术人员应能理解其含义。有两种类型的季铵化合物：酸性的和非酸性的。酸性的季铵化合物是胺的酸式盐，并具有的特征是具有N-H共价键，其中N-H键可与碱反应。非酸性的季铵化合物不具有这种N-H共价键，而不与碱反应。在实施本发明时优选的是非酸性的季铵化合物。

“固有的抗微生物性”是材料的一种特性，其中所述材料在无任何由不属于材料一部分的试剂、化合物或添加剂、没有化学连接到材料上的试剂、化合物或添加剂，或可从材料中脱离的试剂、化合物或添加剂产生的抗微生物活性或特性之下，或在从材料中除去了或消耗了这些试剂、化合物或添加剂之后，仍将显示出抗微生物活性或特性。“固有的抗微生物性”并不是指材料不含具有抗微生物活性的可沥滤的试剂。

“非沥滤的”是指本发明的抗微生物阳离子聚合电解质一旦通过本发明的方法附着到材料或基质上后，不明显地分离，迁移出或离开材料或基质而进入伤口或在常规使用下不会与材料或基质脱离。“不明显地分离”是指不超过微量的抗微生物阳离子聚合电解质发生分离，例如少于1％，优选少于0.1％，更优选少于0.01％，进一步有效少于0.001％的抗微生物阳离子聚合电解质总量发生分离。或者，“不明显地分离”还指在与材料或基质接触的液体中，由附着的抗微生物阳离子聚合电解质的分离导致的抗微生物阳离子聚合电解质的溶液浓度不超过预定水平，例如小于0.01％，优选小于0.005％，更优选小于0.001％。或者，根据不同的应用，“不明显地分离”还指未测量到对伤口愈合的不利影响或可测量到靠近感兴趣的部位的组织的健康。应当理解的是，具体的定义可取决于采用了本发明应用。例如，在纺织品应用中，希望在延长时间使用下维持效力，因此只能接受在长期的使用过程中非常缓慢的损失，而不考虑在任何给定时刻的沥滤量。而对于医疗用途例如创伤敷料而言，最为重要的考虑是保证在给定时刻的可沥滤材料的局部浓度维持在一具体水平以下，或在长时间使用当中不会导致不利影响。

对于前述定义，需注意的是“非沥滤的”是指在聚合物链和基质之间的连接。在本发明的一些实施方式中，可故意使聚合物骨架与一种或多种类型的抗微生物基团之间的键更容易释放，从而使可沥滤性更强。这一方式可便利于在一定条件下选择性地释放期望的一定百分比的抗微生物基团。然而，需注意的是，这里设想的和可行的在聚合物链和抗微生物基团之间的典型的键是在标准保留条件下不发生沥滤的共价键。

“聚合度”是指在一条聚合物链中连接的单体的数目。例如，在本发明的一种优选实施方式中，平均聚合度在5-1,000的范围。在另一实施方式中，优选的平均聚合度在10-500的范围，而在又一实施方式中，优选的平均聚合度在10-100的范围。

“自交联”是指聚合物具有自身发生化学或物理反应而在一条聚合物链分子之间形成桥，键，或附着从而形成基本上由一个大分子构成的三维网状结构的能力，而无需与非聚合物分子结构一部分的外界试剂例如催化剂或交联剂反应。

“纤维素材料”是指全部或部分由纤维素制成的天然材料或是由纤维素衍生的具有与纤维素类似的化学和物理特性的合成材料。

具体实施方式

本法提供了在基质上建立了抗微生物阳离子聚合电解质的非沥滤附着的固有抗微生物材料的制造方法。这种抗微生物阳离子聚合电解质在基质上的非沥滤附着发生在对暴露于抗微生物阳离子聚合电解质溶液(处理溶液)的基质进行完全干燥期间。在本发明方法的一个示例性实施方式中，一种含有绵或纤维素衍生物的基质在其暴露于具有平均聚合度在5-10,000，或更优选为30-5,000，以及最优选为100-2500的聚合二烯丙基二甲基氯化铵(即聚DADMAC)的水溶液后被完全干燥。

这里使用的“抗微生物”是指化合物的，组合物的，制品的，或材料的可摧毁、中和或杀死微生物的特性。这里使用的“微生物”或“微生物体”是指可导致感染的有机物例如细菌，病毒，原生动物，酵母，真菌或霉或这些有机物的组合。

本发明方法的一个方面是抗微生物阳离子聚合电解质含有聚合鏻化合物。聚合鏻化合物已知具有抗微生物特性。在化学文献中有一些关于合成各种抗微生物的合成聚合物的报道。例如，Endo，T.等人在“NovelPolycationic Biocides：Synthesis and Antibacterial Activity of PolymericPhosphonium Salts”(Journal of Polymer Science Part A：Polymer Chemistry，31，pp.335-342，1993)中报道了苯乙烯的聚合鏻衍生物的合成。季鏻聚合物显示出比相应的季氮聚合物高出多达4倍的作为抗微生物试剂的有效性。

本发明方法的一个方面是在处理溶液中抗微生物阳离子聚合电解质的适合浓度在约20重量％-约0.01重量％的范围，优选介于10重量％-0.1重量％之间。选作为具体应用的实际浓度部分取决于具体的抗微生物阳离子聚合电解质的的分子量和所得溶液的粘度。至少必须在产品中添加足量的抗微生物以提高期望的抗微生物活性的程度(下面将作描述)。可使用的抗微生物阳离子聚合电解质的溶液浓度没有明确的上限，但对其他如粘度，溶解度和成本这些在应用上的限制，它们将根据使用的抗微生物阳离子聚合电解质而改变。

本发明方法的一个方面是在通过将基质暴露于抗微生物阳离子聚合电解质溶液而向基质负载有抗微生物特性之后没有最少培育时间的要求。向基质负载抗微生物阳离子聚合电解质在基质被抗微生物阳离子聚合电解质溶液润湿后立即完成。润湿的一致性使得最终产品具有均匀和一致分布的附着的抗微生物阳离子聚合电解质，但这不是将抗微生物阳离子聚合电解质附着到基质的任何特定表面的必要前提要求。

为了在基质上建立抗微生物阳离子聚合电解质的非沥滤附着，用抗微生物阳离子聚合电解质负载的基质必须在之后进行完全干燥。完全干燥是向溶液中与基质接触的至少部分抗微生物阳离子聚合电解质赋予本发明方法产生的非沥滤特性所必需的。本发明方法的一个方面是使用任何导致所述材料完全干燥的温度和时间的组合。这里使用的完全干燥是指，例如暴露于抗微生物阳离子聚合电解质溶液的基质随后被干燥到恒定重量。这里使用的干燥到恒定重量是指继续进行所选择的干燥过程将不会导致可测量到的由于水分或其他溶剂的蒸发产生的期望额外失重的点。达到恒定重量是测量干燥程度的有用手段；然而，达到恒定重量却不是抗微生物剂非沥滤地附着到基质上的实际原因。附着是由干燥过程本身(从***中除去水)产生的。要获得完全干燥所需要的具体温度和干燥时间部分取决于具体的基质材料，制品中的起始湿气含量，制品的重量和尺寸，干燥期间向制品提供的气流量，空气湿度，或与制品接触的其他介质。下面提供了示例性例子，通过使处理的基质在特定的相对湿度下达到湿度平衡来描述获得各种干燥程度的效果。任何使处理的基质达到完全干燥从而在基质和抗微生物剂之间建立非沥滤键的干燥装置，干燥方法，以及温度和干燥时间的组合都是满足需要的。为了便于描述，根据具体应用的具体性质，干燥步骤可在烘箱(例如80℃烘2小时)，在高通量炉子(例如140℃烘30秒)，在衣物烘干机中，在干燥器中，在真空室中，在减湿器中，在脱水器中，或在冻干器(冷冻干燥机)中进行。红外加热，辐射加热，微波，以及热空气均是暴露于抗微生物阳离子聚合电解质溶液的基质适用的干燥方法。具体应用中干燥温度的上限通常由具体基质或处理的抗微生物阳离子聚合电解质的降解温度决定。

可使用非现有的或非传统的干燥方法。例如，已发现仅对用抗微生物溶液处理的湿润的基质进行冷冻可以向基质赋予抗微生物剂的非沥滤键连。假设这是由于在冷冻时溶解的抗微生物剂被从结晶冰状结构中推出，将原先溶解的抗微生物剂留下沉积到基质表面上，并在基质和抗微生物阳离子聚合电解质之间形成非沥滤键。这与其中是通过蒸发使水分从聚合物中分离的现有的干燥形成相同的整体效果。正如所预料的，快速冷冻，例如将湿润的材料在液氮中淬火对于促进非沥滤性附着不是有效的，这是由于没有足够的时间来实现从水中的分离出抗微生物剂。

在经过抗微生物剂的水溶液处理的基质用易与水混合的有机溶剂清洗以除去水并随后在水中清洗时观察到类似的效果。现有的干燥步骤可能会被省略，但是，仍可能实现抗微生物剂与基质的非沥滤性附着，这是由于溶剂除去水的方式与正常干燥期间的类似。一般而言，水溶性聚合物如聚DADMAC在有机溶剂中将是不溶的或其溶解性比在水中为小，随着抗微生物聚合物在选择的溶液中的溶解性的降低，键合效果将变得更为突出。例如，已经发现叔丁醇和四氢呋喃比二甲基甲酰胺或甲醇能更好地促进抗微生物聚合物对基质的非沥滤性附着。

本发明的一个方面是将抗微生物聚合物以水溶液的形式涂布在基质上，而不需要有机溶剂。相比使用有机溶剂，使用水溶液的好处是在包括费用，安全，健康，和规管各方面。另外，使用混合溶剂也是可以的，例如水/醇的混合物也可被用在上面描述的方法中而将抗微生物剂先涂布在基质上，并结合上面描述的任何一种干燥方法。这将取决于在混合溶剂***中的抗微生物剂的溶解度。例如，可使用醇和水的混合物。也可使用完全的非水溶性的溶剂***；然而，抗微生物剂必须是可溶解于所选择的溶剂***中。

其他的干燥方法例如超临界流体干燥也可被成功地用于本发明的实施中。可使用冷冻干燥，然而由于仅冷冻经抗微生物剂润湿的基质已经足够，故并无必要采用该法。为了产生基质和抗微生物阳离子聚合电解质之间的非沥滤性键，无需进行后续的冰相的升华或除去。

本发明方法的一个方面是在干燥步骤之前，为了缩短对负载的基质进行完全干燥所需的时间，和/或为了减少材料的消耗，可对负载的基质施加机械作用或力以从负载的基质除去过剩的含抗微生物剂的溶液。可施加任何的机械作用或力量；然而这种作用或力优选是一致的，这样能够在溶液被迫出后在负载的基质中为剩余的溶液提供均匀的分布。这种机械作用或力的例子包括但不限于滚压，加压，挤压，离心等。应当注意的是在干燥之前施加机械力来除去多余的溶液与干燥步骤的不同之处在于机械力同时除去了抗微生物剂和载体溶液，而干燥步骤通过蒸发仅除去载体溶液但在负载的基质上留下抗微生物剂。

由本发明方法产生的抗微生物阳离子聚合电解质的非沥滤附着已通过将按本发明处理的颗粒在具有不同盐浓度的水中，以及在具有不同中性、酸性、和碱性pH值的水中煮沸，并随后验证处理的颗粒仍保持抗微生物活性而得到了展示。此外，具有抗微生物阳离子聚合电解质的非沥滤附着的非抗微生物效力也在将固有抗微生物材料暴露于胎牛血清型的蛋白质材料后得到了展示。

本发明方法的一个方面是可选择地进行漂洗步骤。在应用本发明方法时，有可能在基质上涂布的全部抗微生物阳离子聚合电解质之中仅有一部分实际上是非沥滤地连接到基质上的；因此固有抗微生物材料也可能含有一些可沥滤的抗微生物阳离子聚合电解质。是否对处理的材料进行漂洗将取决于在最终产品中除了固有的非沥滤的抗微生物特性外是否还希望存在可沥滤的抗微生物特性。对于一些应用而言(例如纺织应用)，可能希望在最终产品中保留抗微生物阳离子聚合电解质的部分或全部可沥滤部分，以及非沥滤部分，这是由于可沥滤部分对整体抗微生物活性，至少在开始时当可沥滤部分被耗尽之前能作出贡献。因此，例如当一具体应用要求保留可沥滤部分时，则最好在固有抗微生物材料被完全干燥后(不进行清洗)就加以利用。对于其他应用(例如一些创伤敷料)，可能希望除去可沥滤部分而仅保留非沥滤部分。例如，当一具体应用需要除去可沥滤部分时，经完全干燥处理的材料可在流体中重复漂洗以除去抗微生物阳离子聚合电解质的在完全干燥步骤中未附着到基质上的可沥滤部分。在一个示例性实施方式中，当漂洗液的传导率读数等于投入的漂洗流体的读数时，表示漂洗液中无非结合物，这时漂洗步骤可算是完成。在另一示例性实施方式中，可使用盐溶液进行漂洗，然后在清水中漂洗来除去可沥滤的抗微生物剂和盐从而获得最低可能水平的可沥滤的抗微生物剂。

本发明方法的一个方面是其可在各种基质上建立抗微生物阳离子聚合电解质的非沥滤的附着。适用于本发明方法的天然的和合成的基质材料包括但不限于，纤维素，纤维素衍生物，羟乙基纤维素，羧甲基纤维素，甲基纤维素，人造丝，棉，木浆，亚麻制品，多醣，蛋白质，羊毛，胶原质，明胶，壳质，壳聚糖，藻酸盐，淀粉，丝，聚烯烃，聚酰胺，含氟聚合物，聚氯乙烯(PVC)，乙烯，橡胶，聚交酯，聚乙交酯，丙烯酸，聚苯乙烯，聚乙烯，聚丙烯，尼龙，聚酯，聚氨酯，和硅树脂，所有的这些材料均可根据本公开由常规实验进行验证。

本发明方法的一个方面是由该方法制造的材料展示出非常强的抗微生物活性。相比之下，则发现一些竞争对手的配方，例如由AEGISEnvironments销售的那些产品，在暴露于血液(见EP 0136900)或10％的胎牛血清后失去活性。在本发明方法的一个示例的实施方式中，如以下的实施例所述，季铵化合物二烯丙基二乙基氯化铵的非沥滤附着的聚合分子在10％的胎牛血清存在下仍保持强的抗微生物活性。本发明方法的这一方面将能够在体液存在下保持抗微生物活性，这对于健康工业中的许多应用来说都是有价值和有用的特性。

本发明的一个方面是由于硅烷，硅树脂，或硅氧烷化合物通常会赋予组合物基质疏水特性，从而降低材料的吸收性，因此硅烷，硅树脂，或硅氧烷抗微生物阳离子聚合电解质不能涂布在基质上或掺入抗微生物材料中。

本发明的一个方面是该过程不要求使用惰性气氛，真空，高压，辐射，有机溶剂，催化剂，过高的温度，和/或挥发的，昂贵的，易燃的，或有毒的试剂来生产抗微生物材料。这与现有的需要采取这些措施来生产附着有季铵的纤维素基质的方法形成了对比。

本发明方法的具体实施方式的一个方面是附着在纺织物基质的抗微生物阳离子聚合电解质为纺织物带有软化效果，从而可减少必须用于纺织物上的软化剂的用量。

本发明方法的具体实施方式的一个方面是可在所述处理溶液中加入阳离子纺织物软化剂以赋予所述发明方法的产品增强的抗微生物效果。我们已确定阳离子软化剂自身并不显示出任何永久的抗微生物效果，因此我们认为阳离子软化剂和阳离子性抗微生物阳离子聚合电解质之间的协同相互作用是一种新的和增强的效果。

一些基质比其他类似基质更能经受选择的抗微生物阳离子聚合电解质的处理。例如，人造丝和棉两者均为纤维素的形式；然而发现(意想不到地)，用聚DADMAC根据这里描述的方法处理的棉得到的产品具有的抗微生物能力是显著高于以相同方式处理的人造丝所得到的产品。这是意料之外的结果，并发现它在如抗微生物创伤敷料的制造方面特别有用。当与聚DADMAC一同使用时，木浆的反应性也显著高于人造丝。这些差别在应用不同的抗微生物阳离子聚合电解质时可能不会存在或者甚至颠倒过来。

基于与其他模型***例如在阳离子聚合物与粘土或云母颗粒之间的聚合电解质复合物的形成进行比，这里所描述的抗微生物阳离子聚合电解质对基质的强的非沥滤结合是未预料到的。例如，用聚DADMAC水溶液处理云母，然后干燥并在蒸馏水中清洗将得到如下面实施例中描述的可结合阴离子染料的材料；然而，如果这种处理的材料随后是用盐水溶液漂洗，则结合阴离子染料的能力会大大减小，或者完全失去，表明从材料中失去聚DADMAC。这样，粘土-聚DADMAC***则不构成以非沥滤的方式结合到基质上的抗微生物剂。因此，由聚DADMAC-云母***可推测本发明中描述的阳离子抗微生物剂结合到表面的机制并不是一种严格的离子交换型的过程。尽管已知的纤维素通常显示出净的负表面电荷(或ζ电势)，但其不被认为是离子材料。因此，并不认为在纤维素和阳离子物种之间的离子相互作用会是不寻常地强或不可逆的。据推测，导致在棉和聚DADMAC之间观察到的非沥滤结合的强烈相互作用是基于例如是疏水和离子之间的相互作用的平衡组合。这些相互作用在干燥或从***中除去水的期间形成。这些相互作用的整体强度还受到导致结合效果的多重性的基质和抗微生物阳离子聚合电解质的聚合性质的影响。这种结合效果的多重性是指每个聚合的抗微生物分子通过分子结构上的许多不同的点产生的结合吸引力而附着在基质上，这些组合在一起而在基质和聚合的抗微生物阳离子聚合电解质之间产生非常强的总体结合。这种结合效果的多重性在较小的分子中例如单个四元分子(monoquats)(例如苯扎氯铵，或DDDAMC)中无法获得。不能排除干燥过程引发了在基质和抗微生物阳离子聚合电解质之间的共价化学键的形成。例如，这可通过纤维素上的羟基与抗微生物分子上的反应部位的缩合(脱水)反应来形成。在纤维素基质的晶体结构中***部分抗微生物阳离子聚合电解质也可能是导致观察到的部分地结合原因。聚合的季铵化合物显示出这里描述的非沥滤附着。根据本发明方法使用非聚合的季铵化合物则不产生非沥滤附着。下面将给出缺少了非沥滤附着的非聚合的季铵化合物的对比例子。考虑到非聚合的四元化合物的行为，当在本发明方法中使用聚合的四元化合物时所形成的非沥滤附着对于本领域技术人员而言将是非显而易见的。

在此以前还没有人描述过对涂布了阳离子聚合电解质的纤维素基质进行干燥会导致至少部分涂布的阳离子聚合电解质之间的不可逆的和非沥滤的结合这一发现。Onabe对聚DADMAC在纤维素上的吸附进行了研究(“Studies of Interfacial Properties of Polyelectrolyte-Cellulose Systems.I.Formation and Structure of Adsorbed layers of Cationic Polyelectrolyte-(Poly-DMDAAC)on Cellulose Fibers”Journal of Applied Polymer Science， Vol.22，3495-3510(1978))。将纤维素纤维浸入聚DADMAC溶液中达24小时，然后在分析前漂洗除去过量的聚DADMAC。从为描述本发明而在此给出的研究和数据可看到，这样的漂洗步骤(没有首先干燥暴露的基质)不会产生阳离子聚合电解质非沥滤地附着在纤维素基质上的固有的抗微生物材料。显然，Onabe描述的漂洗步骤不足以除去所有涂布的阳离子聚合电解质；然而，剩余的阳离子聚合电解质的量却不足以提高抗微生物效力。这一结论通过下面实施例的描述得到了证实。Onabe没有讨论吸附了阳离子聚合电解质的纤维素材料的抗微生物特性，且参考文献也没有讨论这些材料是否显示出任何的非沥滤结合。Onabe认为阳离子聚合电解质对纤维素的吸附严格上是一种静电相互作用，而这一点与本发明中当暴露于盐水溶液时观察到的非沥滤特性不一致。

然而，已知的聚合的四元化合物相对于单体的的四元化合物显示出增强的抗微生物特性(Ikeda，T.，″Antibacterial Activity of PolycationicBiocides″，Chapter 42，page 743 in：High Performance Biomaterials，M.Szycher，ed.，Technomic，Lancaster，PA(1991)；以及Ikeda T，Yamaguchi H，and Tazuke，S″New Polymeric Biocides：Synthesis and Antibacterial Activitiesof Polycations with Pendant Biguanide Groups″；Antimicrob.Agents Chemother.26(2)，p139-44(1984))。

由于采用了干燥步骤而出乎意料地观察到的非沥滤结合的进一步证据是，在相反电荷的聚合物之间可形成一种强的聚合电解质复合物(PEC)是大家所知道的，而这种PEC的形成通常是自发的，即使在水溶液中也不例外。例如，相反电荷的聚合电解质的水溶液可以混合而得到固体PEC的即刻沉淀。例如，在美国专利6,776,985中，Saller报道了通过纤维素硫酸盐和聚DADMAC的水溶液的反应而形成了PEC微胶囊。这些固体的PEC材料可在两种水溶液混合后的数毫秒内形成，而无需进行干燥或除去水分。应当注意的是，纤维素硫酸盐是与本发明的基质材料(例如棉)基本上是不同的基质，这是由于纤维素硫酸盐是高度离子化的可溶于水的物质。

使用本发明方法产生的固有抗微生物材料与Senka(JP 09078785，见上面的讨论)描述的那些材料截然不同，这是由于由本发明方法产生的固有抗微生物材料是通过上面描述的基质和涂布的聚合的抗微生物阳离子聚合电解质之间存在的分子水平的特定相互作用而生产的。相比之下，Senka描述的材料是依靠单个共聚物分子相互之间形成固体的不溶网状结构。换句话说，Senka描述的共聚物可进行自交联。术语“自交联”是指聚合物具有自身发生化学或物理反应而在一条聚合物链分子之间形成桥，键，或附着从而形成基本上由一个大分子构成的三维网状结构的能力，而无需与非聚合物分子结构一部分的外界试剂例如催化剂或交联剂反应。这些聚合物分子独立地结合到基质上，从而表现为基质的一部分。一旦发生交联，聚合物变得不溶，然而，交联的聚合网状结构可吸收水而形成凝胶。本发明的抗微生物阳离子聚合电解质不会发生自交联。由于没有交联的聚合物网状结构附着在本发明的固有抗微生物材料表面，因此材料保留了未处理的基质的一般的物理性质，例如外观，触感，质地，手感，柔软性和弹性。交联的涂层材料也可将单根纤维粘合在一起，或填充会对基质性质造成不良影响的空穴和孔。相比之下，使用涂层制备的材料，例如由Senka描述的那些材料可能会由于分子间的谛合或使用的自交联聚合抗微生物剂的交联而***，变脆，或失去粘性。这两种类型体系之间的差别可类比为在通过提供保护的光泽涂层而给木材抛光的清漆与仅对木材本身染色而不改变其质地的木材染色类型的产品之间的差别。由于清漆材料通常是自交联的且一旦干燥则变为不溶的，因此与Senka的材料类似。然而，干燥的清漆可容易地从下面的木材表面剥离。另一方面，木材染色的材料通常对木材基质产生更基本的影响和更难被除去。木材染色的相互作用仅存在于单个的染料分子和木材基质之间。染料分子由于它们相互之间不相互作用而形成三维涂层，因而与本发明的抗微生物阳离子聚合电解质更为相似。

值得强调的是，在大多数制备无可沥滤添加剂的最终材料的方法中，在直觉上通常不会在漂洗除去任何“多余的”非结合的添加剂之前进行干燥。一般来说，在最终干燥之前对材料进行漂洗或清洗而避免需要进行超过一次的干燥在成本上更为有效。许多处理方法(抗微生物的和其它)依赖于基质和所施加的添加剂之间的反应，而这一反应通常在溶液中进行。这种情况的例子在上面引用的文献中出现过多次(例如参见Payne，Onabe，Lee，Abel，和Batich)。在干燥处理的材料之前的冲洗步骤也被广泛用于纺织品处理过程中，例如使用分散染料，活性染料或还原染料的处理。然而，在本发明的情况下，基质和抗微生物添加剂之间的反应实际上是由干燥步骤引起的。因此在材料被干燥之前不能进行漂洗或清洗，否则添加剂将被完全除去。

抗微生物效力可采用本领域技术人员熟悉的适合的方法进行测量。特别有用的是对美国纺织化学家和染色家协会(AATCC)的测试方法100(“Antibacterial Finishes on Textiles：Assessment of”)改进的版本，即设计为测试纺织物材料的抗微生物抛光的测试，其在下面的实施例中进行了描述。本领域技术人员将认识到当根据该方法测试抗微生物材料时，存活细菌的数目将显著减少，这种方法采用具有相似物理特性的非抗微生物(未处理的)材料作为“阴性对照”。优选的，细菌水平(与阴性对照相比)应当降低为千份之一(“3-log杀死”，或99.9％的减少)。更优选的，细菌水平(与阴性对照相比)应当降低为万份之一(“4-log杀死”，或99.99％的减少)。进一步优选的，细菌水平(与阴性对照相比)应当降低为十万份之一(“5-log杀死”，或99.999％的减少)。最优选的，细菌水平(与阴性对照相比)应当降低为百万份之一(“6-log杀死”，或99.9999％的减少)。应当注意的是，如果阴性对照中存活细菌的数目少，则这些测试方法的限制会导致在数目上较低的细菌水平的减少。例如，如果阴性对照中仅含有500个存活细菌(菌落形成单元)，则最大可能的降低结果是五百份之一(2.7-log杀死)；然而，在这种情况下，该结果代表了细菌数目的100％的减少，是完全可接受的。一般来说，当在标准方法后使用可吸收的纺织品测试品时，在阴性对照中的最为常见的细菌的生长将在100,000-10,000,000个菌落形成单元的范围。

包括本发明的非沥滤结合的抗微生物剂的季铵化合物显示出的对抗***有机体的活性通常比对抗革兰氏阴性细菌有机体的活性更强。因此，为对抗革兰氏阴性细菌有机体而产生相同的抗微生物效力，就需要较高水平的结合的抗微生物剂。出乎意料的是，由本发明制备的材料中所需要的非沥滤结合的抗微生物剂的水平基本上是低于采用其他方法将类似的抗微生物剂附着到类似的基质上所需要的水平。例如，在本发明的具体实施方式中，发现用2％的聚DADMAC水溶液处理，然后干燥，进而在盐水和去离子水中顺次漂洗棉基质对很大部分的***有机体和革兰氏阴性细菌有机体都具有超过6-log的效力(实验细节参见下面的实施例)。对氮含量的元素分析揭示出季铵抗微生物阳离子聚合电解质(聚DADMAC)的总含量的重量百份比低于1％(＜1重量％)。相比之下，当使用相同的基质(棉)和相同的阳离子聚合电解质抗微生物阳离子聚合电解质(聚DADMAC)时，采用Batich在美国专利7,045,673和美国专利申请20020177828 A1中描述的方法将聚DADMAC单体接枝共聚到棉基质这一抗微生物处理得到的材料必须含有超过约5％的抗微生物剂才能获得相同的抗微生物效力。下面提供的对比例中显示出了采用Batich的接枝方法制得的固有抗微生物材料的抗微生物效力。

优选地，本发明的抗微生物组合物是有效对抗***。更优选地，本发明的抗微生物组合物是有效对抗***和革兰氏阴性细菌。最优选地，本发明的抗微生物组合物是有效对抗***，革兰氏阴性细菌以及对抗真菌和病毒有机体。

当本发明实施中应用季铵化合物时，可使用在下面实施例中描述的染料测试来估计四元抗微生物剂对基质的相对结合程度。发现在描述的染料测试的结果和抗微生物表现之间存在正相关性。通常，使用特定测试步骤而显示出深蓝色结果的材料将展示出优异的抗微生物活性(例如，对假单胞菌的＞6-log的减少)，而较浅的蓝色结果则与较低的抗微生物效力相关联。

根据这里给出的整体性揭露，本领域技术人员将能够理解就实施本发明方法的方式而言，按照这里的描述即可实施所附权利要求中限定的发明方法。然而，以下提供的实验细节保证了本发明的包括最佳实施方式在内的说明书的完整性。然而，应当理解的是，本发明的范围不应当按照提供的具体实施例来解释。相反，本发明的范围应当根据所附的权利要求，并根据由本公开构成的对本发明方法的完整描述来理解。

实施例1A：用聚合的二烯丙基二甲基氯化铵处理人造丝基质-漂洗掉可沥滤部分

本实施例展示了聚合的季铵化合物对基质的结合。将无纺人造丝纱布基质浸入5％的聚合的二烯丙基二甲基氯化铵水溶液中。在基质被聚合物溶液饱和后，滚动基质而挤出其中多余的溶液。然后将湿润的和挤压过的基质置于50℃的干燥烘箱中达4小时，直到处理过的人造丝基质完全干燥为止。为了除去在干燥步骤期间未变为非沥滤地附着在处理过的人造丝基质上的聚合物，对处理过的人造丝基质用水进行重复漂洗，直至漂洗液的传导率读数等于投入的漂洗流体的读数，表示漂洗液中无释放出的聚合物。为了验证阳离子聚合物的附着，按下面实施例5中的描述测量ζ电势和染料结合行为。

实施例1B：用聚合的二烯丙基二甲基氯化铵处理人造丝基质(省略了显示干燥步骤的对比例)。

除了省略干燥步骤外，按照实施例1A的方法进行。结果是抗微生物剂对基质无显著附着。

实施例2：用聚合的二烯丙基二甲基氯化铵处理人造丝基质-保留可沥滤部分

本实施例展示了聚合的季铵化合物对基质的结合。将人造丝纱布基质浸入5％的聚合的二烯丙基二甲基氯化铵水溶液中。在基质被聚合物溶液饱和后，滚动基质而挤出其中多余的溶液。然后将湿润的和挤压过的基质置于50℃的干燥烘箱中达4小时，直到处理过的人造丝基质完全干燥为止。

实施例3A：用聚合的二烯丙基二甲基氯化铵处理适合纺织品应用的棉质材料-实验室规模的生产。

本实施例展示了聚合的季铵化合物对基质的结合。将编织的棉纺织物基质浸入5％的聚合的二烯丙基二甲基氯化铵水溶液中。在基质被聚合物溶液饱和后，滚动基质而挤出其中多余的溶液。然后将湿润的和挤压过的棉基质置于50℃的干燥烘箱中达4小时，直到处理过的棉基质完全干燥为止。

实施例3B：用聚合的二烯丙基二甲基氯化铵处理适合纺织品应用的棉质材料-实验室规模的生产-除去可溶部分。

按照实施例3A的方法进行。在处理过的棉基质完全干燥后，在大量过量的1％的NaCl水溶液中清洗两次以除去在干燥步骤期间未变为非沥滤地附着在处理过的人造丝基质上的聚合物。然后用水重复进行漂洗，直至漂洗液的传导率读数等于投入的漂洗流体的读数，表示漂洗液中无非结合的聚合物。

实施例3C：用聚合的二烯丙基二甲基氯化铵处理适合纺织品应用的棉质材料-实验室规模的生产-除去可溶部分(省略了显示干燥步骤的效果的对比例)。

除了省略干燥步骤外，按照实施例3B的方法进行。结果是抗微生物剂对基质无显著附着。

实施例4：用聚合的二烯丙基二甲基氯化铵处理适合纺织品应用的棉质材料-工业规模的生产。

在工业环境下使用通常用于纺织品工厂染料房中的设备来生产经处理的编织的棉纺织物基质，其中湿的经染色的或漂白的棉纺织物从染料转筒中出来，然后转移至垫机。在本实施例中，从染料转筒中直接出来的湿纺织物被转移通过垫机。然后，该湿纺织物被转移通过压出辊而进入垫浴，压出辊设定为350psi，使纺织物失去所含的水分。在垫浴中，纺织物被浸入到5％的聚合的二烯丙基二甲基氯化铵水溶液中。然后，从垫浴中取出经处理的纺织物并使其通过设定为150psi的压送辊。然后使经处理的纺织物通过三步丙烷干燥机，每一步均设定在280°F，纺织物通过的每一步的时间为60秒，对经处理的纺织物进行充分干燥。为除去任何未变为非沥滤地附着的聚合物，用重复填充和用加热到60℃的水进行漂洗周期的染料转筒对处理的纺织品进行漂洗，直至漂洗液的传导率读数等于投入的漂洗流体的读数。

实施例5：使用BTB染料的测定来验证抗微生物聚合电解质对基质的附着。

使用pH指示剂染料溴百里酚蓝(BTB)来测试抗微生物聚合电解质是否成功地附着在基质上。这种染料的测定最适合于在处理前具有中性或负的ζ电势的基质，例如棉，人造丝，和藻酸盐，这是由于染料对带负电的(未处理的)基质的结合基本上为0；然而带负电的燃料分子与带正电的表面，例如那些含有非结合的沥滤的抗微生物季铵化合物的表面，产生强结合。该方法通常用于测试实施例1A，1B，3B和3C中描述的方法生产的样品。将各样品放置于单独的大口杯中，并用0.5重量％的BTB染料溶液进行饱和，该染料溶液的pH用氨调节到pH＞10。然后重复用水漂洗样品，直至漂洗液中不再明显含有任何的BTB染料为止。在最后漂洗之后，实施例1A和3B(有干燥步骤)中生产的材料在外观上相当蓝，表明抗微生物聚合电解质成功的非沥滤附着，而在实施例1B和3C(无干燥步骤)中生产的材料并未显示出任何蓝色，表明无任何结合的抗微生物四元材料存在。应当注意的是，实施例3B的材料的蓝色明显比实施例1A中的要深。这表明采用聚合的二烯丙基二甲基氯化铵作为抗微生物阳离子聚合电解质时，采用棉基质比采用人造丝基质获得了更高程度的抗微生物四元化合物的结合。需注意的是，随着漂洗水的pH的不同，染料颜色可呈现为蓝色或黄绿色。向漂洗水中加入几滴氨将使染料颜色转变为蓝色。在本发明的实施中，根据以下等级来评价最终蓝色的相对强度将是有用的：非蓝色，非常浅的蓝色，浅篮色，蓝色，深蓝色，非常深的蓝色。尽管这只是定性的等级，但可通过与标准样品的比较或通过本领域技术人员已知的标准测量颜色强度的方法来在一定程度上对结果进行定量。一般而言，发现抗微生物效力与蓝色程度相关，仅显示出非常浅的蓝色或浅蓝色的样品仅具有低的抗微生物效力。

实施例6：采用ζ电势的测量来验证阳离子化合物对基质的附着，以及ζ电势和抗微生物效力与在处理溶液中使用的抗微生物聚合物浓度之间的相关性。

ζ电势是对材料表面电荷的测量。经成功处理的基质的ζ电势由于抗微生物阳离子聚合电解质的存在而应当显著高于未处理过的基质。通过使用Brookhaven-Paar Physica EKA Electrokinetic Analyzer测量纺织物的怜电位来确定各样品的ζ电势。将各样品单独负载到圆柱形的电池附件中，在电池中形成纤维塞。将Ag/AgCl电极之间的距离调节到30mm。使用缓冲的毫摩尔氯化钾作为流动流体。对每个样品的怜电位进行8次测量。报导的ζ电势是使用每次测量的怜电位值计算出的值的平均值。为了确定表面传导是否对测量的怜电位值有影响，随后用缓冲的0.1M KCl代替流动流体，并对表面传导进行校正后确定ζ电势。为了进行比较，使用了未处理的对照样品。将约2.5-3.0g的经处理的或未经处理的人造丝基质材料紧密地装入测量区内，并将电极设置成相隔一定的距离。设备使用的流体是用于表面传到校正测量的。这些溶液可直接使用，也可加入pH 7.4的缓冲剂使用，以确定在生理流体的pH下的怜电位并将pH的偏移降到最低。进行表面传导的测量从而确定表面传导对测量的ζ电势的影响。对于在高聚合物浓度下用本发明方法处理过的基质，进行了表面传导校正的ζ电势的测量值显著高于无校正的值，但这些测量之间的区别随着基质上聚合物浓度的增加而减小。将收集到的数据以怜电位制表。未经处理的棉基质具有的典型ζ电势是-15至-20mV。用本发明方法处理的棉基质显示出的ζ电势值高于+15mV。人造丝产品显示出类似的值。人造丝基质的未经处理的样品在pH 7.4缓冲的条件下的校正的ζ电势在-10mV的范围，而处理过的样品产生的值在+10到+30mV之间。

100％编织的平针织物材料样品是根据实施例3B的方法制备的。处理溶液中聚DADMAC的浓度在0-1.90重量％之间变化。如上所述进行ζ电势的测量。材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗微生物效力是按实施例7中描述的方法确定的。结果示于表1中。

表1：处理过的样品的ζ电势和抗微生物效力

处理溶液中的％pDADMAC	ζ电势(mV)	具有SCC的ζ电势(mV)	金黄色葡萄球菌的对数减少值	大肠杆菌的对数减少值
处理溶液中的％pDADMAC	ζ电势(mV)	具有SCC的ζ电势(mV)	金黄色葡萄球菌的对数减少值	大肠杆菌的对数减少值	1.90％	19.9±0.8	27.9±0.5	6.19	6.76
0.98％	29.4±0.3	33.5±0.4	6.19	6.76	1.90％	19.9±0.8	27.9±0.5	6.19	6.76
0.98％	29.4±0.3	33.5±0.4	6.19	6.76	0.66％	24.5±1.9	28.2±2.2	6.19	6.43
0.49％	28.9±0.2	35.2±0.2	6.19	4.84	0.66％	24.5±1.9	28.2±2.2	6.19	6.43
0.49％	28.9±0.2	35.2±0.2	6.19	4.84	0.40％	25.5±0.3	29.1±0.6	5.19	5.99
0.33％	16.2±0.4	18.5±0.5	2.99	1.80	0.40％	25.5±0.3	29.1±0.6	5.19	5.99
0.33％	16.2±0.4	18.5±0.5	2.99	1.80	0.28％	17.0±0.2	19.7±0.3	5.09	1.73
0.25％	16.3±0.1	19.2±0.2	1.87	1.91	0.28％	17.0±0.2	19.7±0.3	5.09	1.73
0.25％	16.3±0.1	19.2±0.2	1.87	1.91	0.22％	11.4±0.2	13.8±0.3	2.40	1.57
0.20％	10.7±0.3	12.5±0.3	2.45	1.22	0.22％	11.4±0.2	13.8±0.3	2.40	1.57
0.20％	10.7±0.3	12.5±0.3	2.45	1.22	0.00％	24.3±1.7	34.1±0.2	0.00	0.00

实施例7：验证处理过的基质材料的抗微生物性能的微生物检验。

使用各种方法以及按照本发明的实施方式制备的材料的抗微生物活性通过对美国纺织化学家和染色家协会(AATCC)的测试方法100(Antibacterial Finishes on Textiles：Assessment of)改进的版本，即对设计为测试纺织物材料的抗微生物抛光的测试进行检验。使用标准方法在适合的培养基中生成测试微生物的过夜培养物(ONC)。使用ONC制备出在磷酸盐缓冲盐水(PBS)和10％v/v的胎牛血清(FBS)中含有稀释到～10⁶CFU/ml的测试微生物的接种体溶液。处理过的基质材料(样品)和未经处理的基质对照材料(对照)被切割成2.5平方厘米并在121℃高压蒸汽处理30分钟以除去先前存在的微生物污染物。高压蒸汽处理后，样品和对照在室温下冷却15分钟。各自用500μL的接种体接种到样品和对照并在消毒封口的皮氏培养皿中于37℃进行培育。培育24小时后，用消毒镊子收集样品和对照，并分别置于含15mL PBS的15mL试管中，旋涡30秒而使任何剩余的存活的微生物悬浮在溶液中。用PBS溶液制成这些悬浮液的适合的十倍稀释液，并涂布在含有适合期望的微生物的细菌培养基的盘上，然后在37℃培育过夜。培养过夜后，对在各盘上生长的菌落计数以确定抗微生物效力。报导的数据是与未经处理的对照进行比较得到的杀死％或减少的对数值。使用标准的微生物技术进行稀释，涂布，种盘和计数。采用发明描述的各种实施方式对样品的测试结果记录在表3中。

实施例8：验证处理过的基质的抗微生物特性是非沥滤附着的微生物检验。

使用实施例3B的方法制备的材料以及未经处理的对照材料按实施例3B中描述的步骤经重复漂洗而除去未结合的抗微生物阳离子聚合电解质。将对照和样品切割成120平方厘米的片。将4片样品和4片对照分别置于含20ml的0.9％NaCl溶液的大口杯中。然后将大口杯在下面四种条件下置于烘箱中：121℃下1小时，70℃下24小时，50℃下72小时，或37℃下120小时。在经过指示的时间后，从烘箱中取出大口杯，并收集每个大口杯中的提取溶液。将提取溶液稀释至1/4log，1/2log，3/4log和1log。通过草坪式涂布测试的微生物金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的ONC的1/100稀释液而制成细菌培养盘。在培养基吸收了接种体之后，将各提取溶液的20μl的等分试样置于盘中标记部位。然后将细菌培养盘在37℃培育过夜，并检验观察到的杀死％以及包围在标记点周围的抑制区域的大小。在标记部位未发现抗微生物效果的证据，这表明结合的杀菌剂具有非沥滤特性。

实施例9：用非聚合的季铵化合物处理无纺的人造丝织品基质(对比例)

本实施例展示出了非聚合的季铵化合物对棉基质无非沥滤的结合和/或抗微生物的非聚合的季铵化合物对基质的无结合。使用纺织的100％的棉纱布材料(Kerlix^TM，由Kendall制造)，其用下面列出的非聚合的季铵化合物根据以下步骤进行处理。在基质被溶液(5％的四元化合物)饱和后，挤出基质中多余的溶液。然后将湿的和挤压过的基质置于80℃的干燥烘箱中达2小时，直到处理过的基质完全干燥为止。在处理过的棉基质被完全干燥后，在大量过量的1％的NaCl水溶液中清洗两次以除去在干燥步骤期间未变为非沥滤地附着在基质上的四元化合物。然后用水重复进行漂洗，直至漂洗液的传导率读数等于投入的漂洗流体的读数，表示漂洗液中无四元化合物。使用了以下非聚合的季铵化合物：

样品# 化合物

9A 双氯苯双胍己烷

9B 四乙基溴化铵

9C 四甲基溴化铵

9D 苯扎氯铵

9E 四丁基溴化铵

9F 二癸基二甲基氯化铵

这些处理过的材料按照实施例7中给出的步骤进行抗微生物效力测试，使用了铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)作为测试的有机物。各样品的抗微生物效力列于如下：

样品# 减少的对数值

9A ＞6

9B 0

9C 0

9D 2

9E 5

将显示出抗微生物活性的三种样品(9A，9D，和9E)的新鲜部分进行提取测试以确定非聚合抗微生物剂的沥滤性。采用实施例8的方法，但进行如下改进：将4g材料在20mL的1％NaCl(aq)中于70℃提取24小时。将未稀释的提取物种盘。三种样品中均观察到活性，表明非聚合的抗微生物阳离子聚合电解质无非沥滤的附着。注意到的是，这不同于在实施例8中观察到的四元抗微生物阳离子聚合电解质的行为。

实施例11：用聚合的二烯丙基二甲基氯化铵处理实验室滤纸。

将实验室滤纸(Whatman)样品浸泡到1重量％的聚合的二烯丙基二甲基氯化铵的水溶液中。当滤纸基质饱和后，将其置于80℃的干燥烘箱中达2小时，直至处理过的人造丝基质得到完全干燥为止。

干燥后，在去离子水中漂洗处理过的滤纸样品3次，并按上面描述的方式再次在80℃干燥。保留该处理过的基质的一部分，下文中称其为样品1。另一部分用1％的氯化钠溶液漂洗2次，然后用去离子水另漂洗3次，再在80℃干燥2小时。保留这样处理过的基质的一部分，下文中称其为样品2。

将样品1和2的部分浸泡到调节到pH＞10的0.5％BTB指示剂中，并重复用去离子水漂洗。在纸上出现了一致的中等蓝色，这表明季铵基团结合到纸表面上，并将这一颜色提供到纸中且该颜色没有因进一步漂洗或在水中浸泡而消失。将未经处理的滤纸对照也进行染料测试。未经处理的滤纸起初保持浅蓝色，但在蒸馏水中浸泡过夜后蓝色浸出，纸变为白色。

实施例12：用聚合的二烯丙基二甲基氯化铵处理玉米淀粉

将50g的玉米淀粉(Argo)与50mL的1重量％的聚合的二烯丙基二甲基氯化铵水溶液混合。然后将混合物在垫上涂布，并在室温下干燥过夜，然后在80℃的烘箱中完全干燥2小时。然后将处理的玉米淀粉研磨成粉末一样的稠度，并用蒸馏水漂洗数次。采用离心分离来辅助回收漂洗间的处理的玉米淀粉粉末。漂洗之后，粉末在室温下干燥过夜，然后在80℃的烘箱中完全干燥2小时。然后将处理过的和漂洗过的玉米淀粉研磨成粉末一样的稠度。

采用实施例5中描述的方法进行BTB染料测试。处理过的玉米淀粉显示出明显的蓝色，而未经处理的淀粉仅显示出暗淡的蓝色。

漂洗过的和未经漂洗的玉米淀粉粉末的抗微生物活性均通过细菌培养物在处理过的和未经处理的玉米淀粉存在下的悬浮液中的生长能力来检验。将处理过的样品和未经处理的对照玉米淀粉材料(0.5g)放入9ml的磷酸盐缓冲盐水和1ml的细菌的ONC的十倍稀释液的溶液中。样品和对照在37℃下在混合器上摇动指定时间。然后连续地稀释样品和对照，并在细菌培养盘上将稀释液进行种菌划线。在37℃下培养过夜后，数出在各盘上生长的菌落数。结果示于下表2中。

表2

*＝全部杀死(100％)

实施例13：以下实施例展示了含有使用各种聚合的抗微生物剂制备的非沥滤的结合的抗微生物剂的材料的制备和特性。

采用实施例3B中的方法；但使用以下的季铵聚合物：聚DADMAC；聚乙烯基苄基氯化铵-也称作pVBTAC；聚(2-(甲基丙烯酰氧基)乙基)三甲基氯化铵)-也称作pTMMC；聚(甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯氯化氢)-也称作p(DMAEMA)。各聚合物均是在无自由基引发剂的水溶液中从相应的单体合成的。所有的聚合物均以5重量％的水溶液涂布在基质上。按实施例7中描述的方法确定抗微生物效力。结果在下表中给出。

样品铜绿假单胞菌的减少的对数值

pDADMAC 6

pVBTAC 5

pTMMC 1

pDMAEMA 1

实施例14：干燥步骤对聚合的抗微生物剂在棉基质上的非沥滤附着影响的评价。

使用纺织的100％的棉纱布材料(Kerlix^TM，由Kendall制造)作为基质。该基质用5％的聚DADMAC溶液处理。在配备了湿度测量装置(FisherScientific model # 11-661-18)的密封塑料室内进行干燥。在特定湿度(％相对湿度)下将样品留在室内约24小时。通过放置适合量的湿纸巾在塑料室底部来控制湿度。将样品悬置在距离底部约1.5”的室中心的筛网上。在室温下“干燥”样品。从湿度室中取出后，立即按实施例3B的步骤清洗样品。然后根据实施例7的步骤测试样品的抗微生物效力。结果如下：

样品铜绿假单胞菌的减少的对数值

30％rh 8

45％rh 8

70％rh 6

90％rh 6

100％rh 2

样品的干燥程度将取决于干燥室内空气的相对湿度。因此展示出了完全干燥对聚合的四元抗微生物剂的非沥滤结合的正的影响。

实施例15：具有非沥滤结合的抗微生物剂的材料的制备。

根据实施例3B的方法制备材料，但使用下面的各种基质和聚DADMAC的浓度。具有非沥滤附着的抗微生物聚合物的产品按实施例7中的描述进行抗微生物活性测试。被测试的有机物，以及以存活的有机物的减少的对数值表达的抗微生物活性如下：

减少的平均完全杀

检测# 基质有机物处理对数值(LR) 死(y/n)

275 Kerlix棉纱布 SA 10％PD 7.00 Y

336 编织的棉平针织物 SA 0.30％PD 7.34 Y

321 人造丝伤口护垫 SA 5％PD 6.75 Y

321 棉伤口护垫 SA 5％PD 6.91 Y

272 55％棉/45％PET SA 1.0％PD 6.81 Y

217 散棉 SA 2.0％PD 7.03 Y

217 木浆 SA 2.5％PD 7.03 Y

210 棉袜 SA 1.0％PD 6.96 Y

169 散人造短纤维 SA 1.25％PD 5.37 N

208 Kerlix棉纱布 SE 10％PD 7.44 Y

84 编织的棉平针织物 SE 0.74％PD 6.81 Y

275 Kerlix棉纱布 EC 10％PD 7.00 Y

258 编织的棉平针织物 EC 1.2％PD 7.11 Y

110 棉袜 EC 1.1％PD 7.53 Y

196 棉纱布 EC 4.0％ 6.50 Y

169 散人造短纤维 EC 1.25％PD 4.73 N

275 Kerlix棉纱布 PA 10％PD 7.00 Y

330 平针织物材料 PA ＞1％PD 7.0 Y

321 棉伤口护垫 PA 5％PD 7.57 Y

272 55％棉/45％PET PA 1.0％PD 5.32 N

225 木浆 PA 5.0％PD 4.79 N

217 散棉 PA 2.0％PD 7.21 Y

227 Kerlix棉纱布 SP1 5％PD 5.81 Y

65 散棉 SP1 5％PD 5.84 N

227 Kerlix棉纱布 PV 5％PD 7.53 Y

65 散棉 PV 5％PD 3.65 N

59 木浆 PV 1.25％PD 6.56 Y

309 Kerlix棉纱布 PM 10％PD 6.71 Y

208 Kerlix棉纱布 EF 5％PD 7.06 Y

208 Kerlix棉纱布 EA 10％PD 5.88 N

B 0805 Kerlix棉纱布 MRSA 2％PD 6.06 N

280 55％棉/45％PET MRSA ～1.0％PD 6.47 Y

B0805 Kerlix棉纱布 VRE 2％PD 5.20 N

B 0805 Kerlix棉纱布 LM 2％PD 7.54 Y

161 编织的棉平针织物 LM ～0.7％PD 6.85 Y

59 木浆 LM 1.25％PD 6.65 Y

271 Kerlix棉纱布 CX 10％PD 5.68 N

192 棉袜 CX ～1.6％PD 5.85 Y

177 编织的棉平针织物 CX ～0.7％PD 6.00 Y

271 Kerlix棉纱布 ML 10％PD 6.02 Y

192 棉袜 ML ～1.6％PD 6.31 Y

174 编织的棉平针织物 ML ～0.7％ 5.70 Y

169 散人造短纤维 ML ～1.25％PD 4.05 Y

84 编织的棉平针织物 CD ～0.74％PD 6.26 Y

345 Kerlix棉纱布 SM 10％PD 6.76 Y

291 Kerlix棉纱布 KP 10％PD 7.35 Y

65 散棉 KP 5％PD 7.11 Y

51 编织的棉平针织物 KP 5％PD 6.06 Y

59 木浆 SC 1.25％PD 6.67 Y

解释：

检测#＝内部参考号

PD＝聚DADMAC

Avg.LR＝减少的对数值

完全杀死(y/n)＝是或不是

有机物：

SA＝金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)ATCC # 6538

SE＝表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)ATCC # 12228

EC＝大肠杆菌(Escherchia coli)ATCC # 15597

PA＝铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)ATCC # 15442

SP＝化脓性链球菌(Streptococcus pyogenes)ATCC # 10096

PV＝普通变形杆菌(Proteus vulgaris)ATCC # 29905

PM＝奇异变形杆菌(Proteus mirabilis)ATCC # 7003

EF＝粪肠球菌(Enterococcus faecalis)ATCC # 10741

EA＝产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)ATCC # 13048

MRSA＝抗甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillan resistant S.aureus)ATCC # BAA-44

VRE＝抗万古霉素粪肠球菌(Vancomycin resistant E.faecium)ATCC # 700221

LM＝单核细胞增生性李斯特氏菌(Listeria monocytogenes)ATCC # 13932

CX＝干燥棒状杆菌(Corynebacterium xerosis)ATCC # 7711

ML＝藤黄微球菌(Micrococcus luteus)ATCC # 21102

CD＝白喉棒杆菌(Corynebacterium diptheriae)ATCC # 43145

SM＝粘质沙雷菌(Serratia marcescens)ATCC # 13880

KP＝克雷白氏肺炎菌(Klebsiella pneumoniae)ATCC # 13883

SC＝猪霍乱沙门菌(Salmonella choleraesuis)ATCC # 10708

实施例16：一个展示由Batich (U.S.020177828 A1)方法制备的材料的制备和抗微生物效力的对比例(对比例)。

根据Batich等人的方法，将DADMAC单体在无自由基引发下接枝聚合到棉基质(Kerlix棉纱布)上。将基质浸入过量的含DADMAC单体和过硫酸钠引发剂(0.9重量％)的水溶液中。使氩气充分进入溶液，然后密封并在60°-80℃加热至少4小时，接着按实施例3B的描述进行充分漂洗除去未结合的可沥滤的抗微生物聚合物。根据实施例7中描述的步骤测试样品的抗微生物活性。测试用的有机物为铜绿假单胞菌。结果总结如下：

DADMAC浓度减少的平均对数值

12％ -0.28

23％ 1.58

35％ 4.27

47％ 5.05

59％ 5.72

与本发明的抗微生物效率(示于实施例15)的比较表明，本发明可生产出比现有技术提供的效力更高的非沥滤的抗微生物材料，这即使在使用基本上较低浓度的抗微生物试剂时也是如此。并且，这无需在惰性气氛中进行处理即可完成。

实施例17：含非沥滤抗微生物聚合物的棉创伤敷料材料的健康&安全性测试。

将根据实施例3B制备的材料(基质为Kerlix棉纱布，以及[聚DADMAC]为5％)提交给Bedford，MA.的Toxikon实验室进行安全性测试。进行了细胞毒性(Cytoxicity)，致敏(Sensitization)，皮内反应性(Intracutaneous Reactivity)，和急性***性毒性(Acute Systemic Toxicity)测试。管理机构如FDA要求在材料例如抗微生物创伤敷料可允许销售和使用前必须进行这些测试。材料通过了所有的测试，且在各测试中均获得了最低(最好)的分数。

琼脂扩散测试(Agar diffusion test)，ISO 10993-5，1999。该测试也被称为细胞毒性测试。未发现材料在对测试品保留48小时后引起L929哺乳动物细胞系的响应：在各时刻的响应均为0级。Toxikon实验室确定材料通过了该测试。

皮内注射测试(Intracutaneous Injection Test)ISO 10993-10，2002。当在新西兰白兔上进行测试时，未发现材料的提取物引起比阴性对照品明显更强的生物反应。在任何时刻均未发现毒性响应，无红斑/焦痂出现，和无浮肿出现，用于NaCl提取介质或棉籽油提取介质。Toxikon实验室确定材料通过了该测试。

Kligman最大化测试(Kligman Maximization Tes)(也称为致敏)，ISO10993-10993-10，2002。在激发下，材料在诱发期后提取物未引起任何反应(0％致敏)。无毒性读数，且所有测试的动物在所有测试时刻的评分均为0。根据Kligman评分***的定义，这被归为I级反应，测试品被划分为具有弱致敏可能性的类别。根据该测试，不认为I级致敏为显著的致敏。Toxikon实验室确定材料通过了该测试。

***注射测试(Systemic Injection Test)，ISO 10993-11，1993。当在Albino Swiss小鼠上测试时发现材料引起的生物反应不比用对照品处理的大。在任何时刻均未发现毒性响应。Toxikon实验室确定材料通过了该测试。

实施例18：处理过的材料的非沥滤性抗微生物聚合物的含量的确定。

根据实施例3B的方法，使用Kerlix棉纱布作为基质，按下表所示改变聚DADMAC在处理溶液中的浓度来制备材料。由Knoxville，TN的Galbraith实验室进行的氮含量的元素分析(Kjelldahl法)，结果报道为ppm(见下表)。根据氮含量，用DADMAC的分子量并减去未经处理的材料的氮含量计算出残留在产品中作为非沥滤附着的聚合抗微生物剂的聚DADMAC的含量百分比。

％pDADMAC(处理) 氮(ppm) ％PD(产品)

0.00％ 158 0.00％

0.00％ 120 0.00％

0.55％ 252 0.13％

1.10％ 312 0.20％

2.36％ 390 0.29％

3.99％ 520 0.44％

10.00％ 598 0.53％

实施例19：在50次洗涤周期后固有抗微生物材料的抗微生物效力的保持的展示。

按照实施例3A的步骤制备样品，但处理水溶液中含有1％的聚DADMAC。干燥后，产品根据AATCC标准方法#135-2110(纺织品和针织品的自动家庭洗涤中的尺寸改变)(Dimensional Changes in AutomaticHome Laundering of Woven and Knit Fabrics)进行洗涤，达到与50次家庭洗涤周期相同的程度。然后根据实施例7的方法进行抗微生物效力测试，发现具有对金黄色葡萄球菌的减少的对数值为6.6，表明即使在50次洗涤周期后仍保留了相当强的固有抗微生物活性。洗涤处理由加拿大Manitoba大学的纺织品测试服务部(Textile Testing Service，University of Manitoba(Manitoba，Canada))进行。

实施例20：对比例。

根据Onabe的方法处理散棉材料样品(“Studies of InterfacialProperties of Polyelectrolyte-Cellulose Systems.I.Formation and Structureof Adsorbed layers of Catioinic Polyelectrolyte-(Poly-DMDAAC) onCellulose Fibers”Journal of Applied Polymer Science，Vol.22，3495-3510(1978))。将棉样品(各自重0.4g)分别进入40mL的2％的聚DADMAC溶液中。样品浸泡24小时，或约5分钟。然后对各浸泡时间的样品进行充分干燥(根据本发明的方法，但有别于Onabe的方法)。将这些干燥的样品以及在上面描述的相同浸泡条件下得到的完全相同的样品根据Onabe的方法进行漂洗。具体而言，将各样品置入玻璃过滤器中，用1升的去离子水漂洗，然后转移到盛有200mL的蒸馏水的玻璃大口杯中，静置过夜。然后测量各大口杯中水的电导率，得到以下结果：

24小时/漂洗的：875

24小时/干燥的及漂洗的：4

5分钟/漂洗的：8

5分钟/干燥的及漂洗的：3

溶液的传导性是聚DADMAC在溶液中的浓度的反映，并表明了两点。首先，在漂洗前的干燥具有显著的效果，使聚DADMAC的沥滤量(离开棉并迁移至溶液中)得到显著降低。其次，看似较长的浸泡时间导致聚DADMAC对湿的纤维素纤维的更大吸附；然而，如果在干燥样品之前进行漂洗，则该较大量的吸收随后在漂洗期间失去。

然后将样品进行充分干燥，并进行实施例5中描述的干燥测试，随后拍照。干燥测试的结果是，未经干燥的和漂洗的样品均仅显示出浅蓝色，表明相对较低的抗微生物效力。而在漂洗前经过干燥步骤的两样品均显示出深蓝色，表明具有高的抗微生物效力。

Claims

1.一种生产固有的抗微生物材料的方法，顺次包括以下步骤：

a)提供全部或部分包含纤维素材料的基质，

b)将全部或部分包含纤维素材料的基质暴露于抗微生物阳离子聚合电解质的水溶液，其中抗微生物阳离子聚合电解质具有的平均聚合度至少为3，且每22,000克的抗微生物阳离子聚合电解质具有最少1摩尔的过量正电荷密度；其中抗微生物阳离子聚合电解质的溶液浓度至少为重量百分比0.01％，以及

c)完全干燥暴露的基质，

从而在至少部分的抗微生物阳离子聚合电解质和全部或部分包含纤维素材料的基质之间实现非沥滤结合。

2.权利要求1的方法，其中纤维素材料是棉。

3.权利要求1的方法，其中纤维素材料是亚麻制品。

4.权利要求1的方法，其中抗微生物阳离子聚合电解质含有聚DADMAC均聚物或聚VBTAC均聚物。

5.权利要求1的方法，其中纤维素材料是木头，木浆，或木材。

6.权利要求1的方法，其中全部或部分包含纤维素材料的基质是纸或无纺的柔软的材料。

7.权利要求1的方法，其中全部或部分包含纤维素材料的基质是纱布，创伤敷料或创伤敷料组件。

8.权利要求1的方法，其中全部或部分包含纤维素材料的基质是纺织物或纺织品。

9.权利要求1的方法，其中纤维素材料是再生的纤维素，醋酸纤维素，丁酸纤维素，羟乙基纤维素，羧甲基纤维素，甲基纤维素，或人造丝。

10.权利要求1的方法，其中固有的抗微生物材料形成全部或部分的创伤敷料，烧伤敷料，清洁护垫，卫生棉条，内在的抗微生物的吸收敷料，尿布，卫生纸，卫生抹布，海绵，棉签，手术服，隔离服，实验服，手套，手术清洗布，头罩，发罩，面罩，缝合线，小地毯，灯柄罩，检查桌盖布，敷料衬垫，夹板衬垫，填料，纱布，输血管，输血储存容器，消毒包装，床垫罩，被褥，被单，毛巾，衣服，内衣，袜子，鞋套，汽车滤气器，飞机滤气器，HVAC***滤气器，军用防护外衣，用于防护生物毒物或生物战争试剂的装置，木材，食品包装材料，肉类包装材料，鱼类包装材料，处理食物时穿的衣服，用于准备食物用的表面，隐形眼镜，地毯，木头，木材，纸，或纸币。

11.权利要求1的方法，进一步包括漂洗，清洗，或提取，以从固有的抗微生物材料中除去所述抗微生物阳离子聚合电解质的任何可沥滤的未结合部分。

12.权利要求1的方法，其中所述抗微生物阳离子聚合电解质具有的平均聚合度为20-10,000。

13.权利要求1的方法，其中所述抗微生物阳离子聚合电解质的每162克的抗微生物阳离子聚合电解质具有至少1摩尔的最少过量正电荷密度。

14.权利要求1的方法，其中所述抗微生物阳离子聚合电解质的每212克的抗微生物阳离子聚合电解质具有至少1摩尔的最少过量正电荷密度。

15.权利要求1的方法，其中所述抗微生物阳离子聚合电解质是季鏻盐化合物。

16.权利要求1的方法，其中抗微生物阳离子聚合电解质的溶液浓度为重量百分比在0.05-5％之间。

17.权利要求1的方法，其中完全干燥是通过应用红外热，辐射热或热空气实现。

18.一种生产固有的抗微生物吸收材料的方法，顺次包括以下步骤：

a)提供全部或部分包含棉的吸收基质，

b)将全部或部分包含棉的基质暴露于含聚DADMAC均聚物或聚VBTAC均聚物的水溶液，其中聚DADMAC均聚物或聚VBTAC均聚物具有的平均聚合度至少为3，且每212克具有最少1摩尔的过量正电荷密度；其中聚DADMAC均聚物或聚VBTAC均聚物的溶液浓度的重量百分比至少为0.01％，以及

c)完全干燥暴露的基质，

从而在至少部分的抗微生物阳离子聚合电解质和全部或部分包含棉的基质之间实现非沥滤结合。

19.权利要求18的方法，其中基质的全部或部分包含纱布，创伤敷料或创伤敷料组件。

20.权利要求18的方法，其中基质的全部或部分包含纺织物或纺织品。

21.权利要求18的方法，其中固有的抗微生物材料形成全部或部分的创伤敷料，烧伤敷料，清洁护垫，卫生棉条，内在的抗微生物的吸收敷料，尿布，卫生纸，卫生抹布，海绵，棉签，手术服，隔离服，实验服，手套，手术清洗布，头罩，发罩，面罩，缝合线，小地毯，灯柄罩，检查桌盖布，敷料衬垫，夹板衬垫，填料，纱布，输血管，输血储存容器，消毒包装，床垫罩，被褥，被单，毛巾，衣服，内衣，袜子，鞋套，汽车滤气器，飞机滤气器，HVAC***滤气器，军用防护外衣，用于防护生物毒物或生物战争试剂的装置，木材，食品包装材料，肉类包装材料，鱼类包装材料，处理食物时穿的衣服，用于准备食物用的表面，隐形眼镜，地毯，木头，木材，纸，或纸币。

22.权利要求18的方法，进一步包括漂洗固有的抗微生物材料的步骤，以除去所述聚DADMAC均聚物或聚VBTAC均聚物的任何可沥滤的未结合部分。

23.权利要求18的方法，其中所述聚DADMAC均聚物或聚VBTAC均聚物具有的平均聚合度为20-10,000。

24.权利要求18的方法，其中所述聚DADMAC均聚物或聚VBTAC均聚物具有的平均聚合度为100-2,500。

25.权利要求18的方法，其中聚DADMAC均聚物或聚VBTAC均聚物的溶液浓度为重量百分比在0.05-5％之间。

26.权利要求18的方法，其中完全干燥是通过应用红外热，辐射热或热空气实现。

27.一种将抗微生物阳离子聚合电解质附着到基质上的方法，其中所述基质的全部或部分包含纤维素，且其中所述抗微生物阳离子聚合电解质不是自交联的且具有至少为3的平均聚合度，其中所述方法包括用抗微生物阳离子聚合电解质的水溶液润湿基质然后干燥该润湿的基质的步骤，其中所述干燥导致至少部分的抗微生物阳离子聚合电解质以非沥滤的方式附着到基质上，并且其中附着的抗微生物阳离子聚合电解质为所得产品提供了非沥滤的抗微生物活性。

28.权利要求27的方法，其中基质的全部或部分包含纺织物或纺织品。

29.权利要求27的方法，其中基质形成全部或部分的创伤敷料，烧伤敷料，清洁护垫，卫生棉条，内在的抗微生物的吸收敷料，尿布，卫生纸，卫生抹布，海绵，棉签，手术服，隔离服，实验服，手套，手术清洗布，头罩，发罩，面罩，缝合线，小地毯，灯柄罩，检查桌盖布，敷料衬垫，夹板衬垫，填料，纱布，输血管，输血储存容器，消毒包装，床垫罩，被褥，被单，毛巾，衣服，内衣，袜子，鞋套，汽车滤气器，飞机滤气器，HVAC***滤气器，军用防护外衣，用于防护生物毒物或生物战争试剂的装置，木材，食品包装材料，肉类包装材料，鱼类包装材料，处理食物时穿的衣服，用于准备食物用的表面，隐形眼镜，地毯，木头，木材，纸，或纸币。

30.权利要求27的方法，进一步包括漂洗，清洗，或提取，以从固有抗微生物材料中除去所述抗微生物阳离子聚合电解质的任何可沥滤的未结合部分。

31.权利要求27的方法，其中干燥是通过应用红外热，辐射热或热空气实现。

32.权利要求27的方法，其中基质的全部或部分包含棉，且非自交联的抗微生物阳离子聚合电解质含有每162克具有最少1摩尔的过量正电荷密度的聚DADMAC均聚物或者每212克具有最少1摩尔的过量正电荷密度的聚VBTAC均聚物；并且其中聚DADMAC均聚物或聚VBTAC均聚物的溶液浓度的重量百分比至少为0.01％。

33.权利要求32的方法，其中所述聚DADMAC均聚物或聚VBTAC均聚物具有的平均聚合度为20-10,000。

34.权利要求32的方法，其中所述聚DADMAC均聚物或聚VBTAC均聚物具有的平均聚合度为100-2,500。

35.权利要求32的方法，其中聚DADMAC均聚物或聚VBTAC均聚物的溶液浓度为重量百分比在0.05-5％之间。

36.一种向基质赋予非沥滤的抗微生物特性的方法，其中所述基质的全部或部分包含纤维素，且其中所述的非沥滤的抗微生物特性由所述基质与涂布的非自交联的抗微生物阳离子聚合电解质之间的强烈吸引相互作用而形成，其中所述强烈吸引相互作用是通过在将所述抗微生物阳离子聚合电解质的水溶液涂布到基质上后干燥基质而产生的。

37.权利要求36的方法，其中基质的全部或部分包含纺织物或纺织品。

38.权利要求36的方法，其中基质形成全部或部分的创伤敷料，烧伤敷料，清洁护垫，卫生棉条，内在的抗微生物的吸收敷料，尿布，卫生纸，卫生抹布，海绵，棉签，手术服，隔离服，实验服，手套，手术清洗布，头罩，发罩，面罩，缝合线，小地毯，灯柄罩，检查桌盖布，敷料衬垫，夹板衬垫，填料，纱布，输血管，输血储存容器，消毒包装，床垫罩，被褥，被单，毛巾，衣服，内衣，袜子，鞋套，汽车滤气器，飞机滤气器，HVAC***滤气器，军用防护外衣，用于防护生物毒物或生物战争试剂的装置，木材，食品包装材料，肉类包装材料，鱼类包装材料，处理食物时穿的衣服，用于准备食物用的表面，隐形眼镜，地毯，木头，木材，纸，或纸币。

39.权利要求36的方法，进一步包括漂洗，清洗，或提取，以从固有抗微生物材料中除去所述抗微生物阳离子聚合电解质的任何可沥滤的未结合部分。

40.权利要求36的方法，其中干燥是通过应用红外热，辐射热或热空气实现。

41.权利要求36的方法，其中基质的全部或部分包含棉，且非自交联的抗微生物阳离子聚合电解质含有每162克具有最少1摩尔的过量正电荷密度的聚DADMAC均聚物或者每212克具有最少1摩尔的过量正电荷密度的聚VBTAC均聚物；并且其中聚DADMAC均聚物或聚VBTAC均聚物的溶液浓度的重量百分比至少为0.01％。

42.权利要求41的方法，其中所述聚DADMAC均聚物或聚VBTAC均聚物具有的平均聚合度为20-10,000。

43.权利要求41的方法，其中所述聚DADMAC均聚物或聚VBTAC均聚物具有的平均聚合度为100-2,500。

44.权利要求41的方法，其中聚DADMAC均聚物或聚VBTAC均聚物的溶液浓度的重量百分比在0.05-5％之间。