特開 2023-153927 表面に使用するコロイド状抗菌および抗生物付着コーティング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023153927

(43)【公開日】2023-10-18

(54)【発明の名称】表面に使用するコロイド状抗菌および抗生物付着コーティング

(51)【国際特許分類】

   A01N 61/00 20060101AFI20231011BHJP

   A01N 25/26 20060101ALI20231011BHJP

   A01P 3/00 20060101ALI20231011BHJP

   C09D 201/00 20060101ALI20231011BHJP

【ＦＩ】

A01N61/00 D

A01N25/26

A01P3/00

C09D201/00

【審査請求】有

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023125897

(22)【出願日】2023-08-02

(62)【分割の表示】P 2018568891の分割

【原出願日】2017-06-30

(31)【優先権主張番号】62/493,330

(32)【優先日】2016-06-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＴＷＥＥＮ

(71)【出願人】

【識別番号】509340953

【氏名又は名称】ザ ホン コン ユニバーシティ オブ サイエンス アンド テクノロジイ

(74)【代理人】

【識別番号】100104411

【弁理士】

【氏名又は名称】矢口 太郎

(72)【発明者】

【氏名】ヤング キングロン

(72)【発明者】

【氏名】ヅァン ハンローン

(72)【発明者】

【氏名】リー イン

(72)【発明者】

【氏名】ファリード アワイス

(57)【要約】      （修正有）

【課題】抗菌および抗生物付着コーティングを行うための方法および製剤を提供する。
【解決手段】抗菌および抗生物付着コーティング製剤は、活性ポリマーシェル、および活性または不活性コアを有する中空円形コロイド状構造を有し、前記活性ポリマーシェルは、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、官能化キトサン（ＣＨＩ）、ポリクオタニウム、ポリ（塩化ジアリルジメチルアンモニウム）（ＰＤＤＡ）、およびポリヘキサメチレンビグアニド（ＰＨＭＤ）から成る群から選択される抗菌および抗生物付着活性を有する１若しくはそれ以上のポリマーを有し、前記活性または不活性コアは１若しくはそれ以上の殺菌薬、殺生剤、香料、または不活性溶媒を含み、前記中空円形コロイド状構造は少なくとも３ヵ月安定である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

抗菌および抗生物付着コーティング製剤であって、
ａ）活性ポリマーシェルと、
ｂ）活性または不活性コアと
を有する中空円形コロイド状構造を有し、
前記活性ポリマーシェルは、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、官能化キトサン（ＣＨＩ）、ポリクオタニウム、ポリ（塩化ジアルキルジメチルアンモニウム）（ＰＤＤＡ）、およびポリヘキサメチレンビグアニド（ＰＨＭＤ）から成る群から選択される抗菌および抗生物付着活性を有する１またはそれ以上のポリマーを有し、
前記コアは活性であり、１またはそれ以上の殺菌薬、殺生剤、および香料を含み、
前記コアは不活性であり、水または不活性溶媒を含み、
前記中空円形コロイド状構造は少なくとも３ヵ月安定である、抗菌および抗生物付着コーティング製剤。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願書類は、２０１６年６月３０日に提出された米国仮出願第６２／４９３，３３０号の優先権を主張するものである。

【背景技術】

【0002】

本主題は、固体多孔質表面に使用する表面コーティングの技術分野に関し、具体的には、抗菌性、接触致死性、および抗接着性の組み合わせを有するコーティング材料に関する。調整方法の詳細、および前記コーティングの特徴および性能も開示される。

【0003】

世界的に、世界保健機構によれば、飲料水媒介の病気および水に関連する病気は主要な死因であり、年間３４０万人以上が死亡する。水源および水に曝露する表面は、閉鎖系であっても、微生物汚染の重要な貯留層として機能するバイオフィルムが発達することから、汚染および汚れが付着しやすい。水に存在する微生物は膜にコロニーを形成して生物付着を起こすため、水の精製に利用され、汚染物から飲用水を保護する水ろ過膜は影響を受けやすい。生物付着により重篤かつ重大な性能低下および前記膜の稼働寿命短縮に至る可能性があり、汚染された膜は日和見病原体の温床となる可能性がある。その結果、防汚特性を持つようにデザインされたろ過膜が広く検討されてきた。

【0004】

米国で公開された特許出願第２０１０／０１３３１７２号では、主に、水質汚染物質の付着に抵抗するようにデザインされた選択透過性膜にコーティングされた親水性ポリマー、ポリフェノール化合物、および界面活性物質からできている複合親水性様成分について説明している。米国特許第４，６３４，５３０号明細書では、予め形成したポリベンゾイミダゾール半透膜を、前記膜をスルホン化することにより化学的に修飾し、汚染への抵抗性を高める工程について説明している。米国特許第６，１７７，０１１号明細書では、芳香族ポリアミドとポリビニルアルコールをコーティングすることで汚染抵抗性が高くなった逆浸透複合膜について説明している。米国特許第６，２８０，８５３号明細書では、多孔性担体を有し、そこへポリアルキレンオキシド基を移植した架橋ポリアミド表面が汚染への抵抗性の改善を示す複合膜について説明している。米国で公開された特許出願第２０１２／００４８７９９号では、ポリ（メタ）アクリル酸エステルおよび／またはポリ（メタ）アクリルアミド骨格を有する交差結合ポリマーおよび防汚特性を有する多機能酸ハロゲン化物架橋剤を持つ複合膜について説明している。米国で公開された特許出願第２０１３／０２４０４４５号では、長期的に使用するためには、繰り返し洗浄および再塗布が必要な、抗汚染特性を持つベンゼンジオールまたは置換フェノールを有するポリマーでコーティングされたろ過膜について説明している。米国で公開された特許出願第２０１２／０２１１４１４号では、逆浸透膜に親水性コーティングを使用した汚染抵抗性が高い選択膜について説明している。

【0005】

生物付着および微生物増殖のリスクが高い他の表面には、都市飲用水排水パイプ網および汚水槽を含む。下水および排水システム、熱交換器、および冷却塔も、バイオフィルムの形成に好ましい環境を提供する。２ｍｍ厚の微生物表面層があると、冷却塔システムのエネルギーが８０％損失すると推定される。したがって、これらの固体表面の保護コーティングが開発された。

【0006】

ＣＮ １０１１４３９９４Ｂでは、主に銅および亜鉛イオンから成る防汚塗装について説明している。米国で公開された特許出願第２０１２／０１３５１４９号では、マイケル型反応を受けることができる反応基を含む高分子骨格から成る、水と接触して使用する抗生物付着コーティングについて説明している。米国特許第８，０８０，２８５ Ｂ２号では、ポリシロキサン系ポリマーおよび円柱状ナノフィラーを含む抗生物付着コーティングが水中に粒子を放出したことを報告している。米国で公開された特許出願第２０１４／０１４８５５２ Ａ１号では、表面に接着することができる固定構造および抗生物付着活性を示す両性イオン性構造から成る抗生物付着生体模倣剤について説明している。

【0007】

現在、当該分野では、固体および非固体表面に塗布することができ、長期的活性を持つ抗菌および抗生物付着コーティングがまだ必要である。本主題は、固体および多孔質表面に可逆的および非可逆的コーティングとなり、広域スペクトルの抗菌活性を提供し、微生物バイオフィルムの形成を停止させ、生物付着を予防する、コロイド状抗菌および抗生物付着コーティングに関する。本コーティングは、様々な用途にデザインされ、特に、水と接触する水ろ過膜、パイプ、管類、および他の表面、および微粒子エアフィルターを含む繊維製品および他の多孔質媒体に理想的である。本組成物は、空気と接触する固体および多孔質表面用の抗菌および抗生物付着コーティングとしても有効である。前記抗菌および抗生物付着コーティングは、殺菌薬、殺生剤、および香料を貯蔵および放出することができる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0008】

本主題は、抗菌および抗生物付着コーティング製剤に関し、
中空円形コロイド状構造を有し、これは
ａ）活性ポリマーシェルと、
ｂ）活性または不活性コアと
を有し、
前記活性ポリマーシェルは、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、官能化キトサン（ＣＨＩ）、ポリクオタニウム、ポリ（塩化ジアリルジメチルアンモニウム）（ＰＤＤＡ）、およびポリヘキサメチレンビグアニド（ＰＨＭＤ）から成る群から選択される抗菌および抗生物付着活性を有する１若しくはそれ以上のポリマーを有し、
前記コアは活性であり、１若しくはそれ以上の殺菌薬、殺生剤、および香料を含み、
前記コアは不活性であり、水または不活性溶媒を含み、
前記中空円形コロイド状構造は少なくとも３ヵ月安定である。

【0009】

別の態様では、本主題が非多孔質表面、多孔質膜、または多孔質材料に塗布する抗菌および抗生物付着コーティングを製造する方法に関し、この方法は、
－以下の工程で抗菌および抗生物付着製剤を調整する段階と、
（ａ）１若しくはそれ以上の活性ポリマーを含む水溶液を調整する工程
（ｂ）殺生剤または溶媒を活性ポリマーの水溶液に追加する工程
（ｃ）１およびそれ以上の界面活性物質を含む安定剤混合物を前記殺生剤または溶媒および活性ポリマー溶液に追加し、前記抗菌および抗生物付着製剤を形成する段階を有する、中空円形コロイド状構造を有するエマルジョンを調整する工程
（ｄ）前記抗菌および抗生物付着製剤から前記抗菌および抗生物付着コーティングを調整する工程
－前記抗菌および抗生物付着コーティングを非多孔質表面、多孔質膜、または多孔質材料に塗布する段階と
を有する。

【0010】

本主題の組成物および方法は、それに応じてより詳細に提供されるとおり、先行技術の組成物および方法の問題を取り扱う。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】分子量１３００～６００００のＰＥＩおよびポリビニルアルコール（ＰＶＡ）で形成されたコロイドの光学顕微鏡画像。

【図2】前記コロイド状抗菌および抗生物付着コーティング材料のＰＥＩポリマーの化学的架橋。

【図3】（ａ）４：１、（ｂ）２：１、（ｃ）１：２、および（ｄ）１：４の比でＰＥＩ－ＰＨＭＢにより形成されたコロイドの光学顕微鏡画像。

【図4】（ａ）ＰＨＭＢおよび（ｂ）ＰＥＩ貯蔵用タイム油から形成されたコロイドの光学顕微鏡画像。

【図5】ＰＥＩ－ＰＨＭＢ貯蔵用タイム油から形成されたコロイドの光学顕微鏡画像。ＰＥＩ－ＰＨＭＢは異なる（ａ）４：１、（ｂ）１：１、および（ｃ）１：４の比を有する。

【図6】（ａ）桂皮アルデヒド、（ｂ）ファルネソール、および（ｃ）混合殺生剤を貯蔵するＰＥＩコロイドエマルジョンの写真。

【図7】１０^６ＣＦＵ／ｍｌの黄色ブドウ球菌および緑膿菌に対するＰＥＩ（実施例１）、ＰＤＤＡ、およびＰＥＩ－ＰＤＤＡ（実施例５）コーティングの抗菌性能。

【図8】１０^６ＣＦＵ／ｍｌの黄色ブドウ球菌および緑膿菌に対するＰＨＭＢ、ＰＤＤＡ、およびＰＨＭＢ－ＰＤＤＡ（実施例６）コーティングの抗菌性能。

【図9】１０^６ＣＦＵ／ｍｌの黄色ブドウ球菌および緑膿菌に対するＰＥＩ、ＰＨＭＢ、およびＰＥＩ－ＰＨＭＢ（実施例７）コーティングの抗菌性能。

【図10】１０^６ＣＦＵ／ｍｌの黄色ブドウ球菌、枯草菌、大腸菌、および緑膿菌に対するＰＥＩ、ＰＨＭＢ、およびＰＥＩ－ＰＨＭＢ（実施例７～１２）コーティングの抗菌性能。

【図11】水ろ過膜のコーティング工程の略図（実施例２３～２７）。この図は実験室規模のナノろ過膜のものである。

【図12】ナノろ過膜への市販のスズ系抗生物付着コーティング２種類およびＰＥＩコーティング２種類の抗菌性能。試験微生物：１０^６ＣＦＵ／ｍｌ大腸菌。

【図13】ナノろ過膜への異なる量のＰＥＩ－ＰＨＭＢ（実施例７）表面コーティングの抗菌性能。試験微生物：１０^６ＣＦＵ／ｍｌ大腸菌。

【図14】非コーティング、市販の抗生物付着コーティングおよびＰＥＩコーティング（実施例１）のナノろ過膜に対する微生物付着で示した抗生物付着性能。試験微生物：１０^６ＣＦＵ／ｍｌ大腸菌。

【図15】非コーティングおよびＰＥＩ－ＰＨＭＢコーティング（実施例８）のナノろ過膜に対する微生物付着で示した抗生物付着性能。試験微生物：１０^６ＣＦＵ／ｍｌ大腸菌。

【図16】前記ナノろ過膜を透過する水分流動。

【図17】（ａ）コロイド状ＰＥＧＤＡ－Ｘ（式中、ＸはＣＨＩＴ、ＥＧＧ、ＮＲ３、ＮＲ４、ＳＯ３、およびＬＹＮ）の殺菌活性（実施例４）、（ｂ）異なる量のＰＥＧＤＡ－ＥＧＧ、ＰＥＧＤＡ－ＮＲ３、ＰＥＧＤＡ－ＬＹＮ、およびＰＥＧＤＡ－ＮＲ４の殺菌活性。

【図18】コーティングしたナノろ過膜の飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴｏＦ－ＳＩＭＳ）画像。ｍ／ｚ８６および１１３に位置するフラグメントはＮＲ３に属するが、ｍ／ｚ８４、１２６、および２１３のフラグメントはＮＲ４に属する。

【図19】ＥＧＤＡ－ＮＲ３、ＰＥＧＤＡ－ＮＲ４、およびＰＥＧＤＡ－ＮＲ３／ＮＲ４でコーティングされたナノろ過膜と接触した一般細菌の減少率のプロット。試験微生物：１０^６ＣＦＵ／ｍｌ大腸菌。

【図20】（ａ）非コーティングナノろ過膜および（ｂ）ＰＥＧＤＡ－ＮＲ３、（ｃ）ＰＥＧＤＡ－ＮＲ４、および（ｄ）ＰＥＧＤＡ－ＮＲ３／ＮＲ４でコーティングされたナノろ過膜の１０^９ＣＦＵ／ｍｌの大腸菌に４８時間曝露後のＳＥＭ画像。

【図21】（ａ）大学にある表面池の原水を用い、非コーティングナノろ過膜およびＰＥＧＤＡ－ＮＲ３／ＮＲ４でコーティングされたナノろ過膜に７日間水を流動させた。（ｂ）７日間の実験で非コーティングナノろ過膜およびＰＥＧＤＡ－ＮＲ３／ＮＲ４でコーティングされたナノろ過膜の色素排除実験の結果。

【図22】（ａ）０．１Ｌ／分での非コーティング精密ろ過膜およびＰＥＧＤＡ－ＮＲ３／ＮＲ４でコーティングされた精密ろ過膜からの水分流動、および（ｂ）前記膜の細菌除去率。

【図23】ドパミンおよびコロイド状抗菌および抗生物付着コーティングの表面へのコーティング工程の略図。

【図24】（ａ）ステンレス鋼、（ｂ）プラスチック（ＰＶＣ）、および（ｃ）ガラスを含むドパミン接着層によりコーティングした基質の写真。

【図25】ドパミン接着層を用いて基質に調整した、様々な量のコロイド状ＰＥＩ－ＰＨＭＢコーティング（実施例８）での黄色ブドウ球菌および大腸菌生菌の減少率。

【図26】（ａ）黄色ブドウ球菌および（ｂ）大腸菌のコーティングに対する加速劣化効果およびコロイド状ＰＥＩ－ＰＨＭＢコーティングの殺菌活性。

【図27】１０^８ＣＦＵ／ｍｌの大腸菌培養液に曝露後のドパミン接着層で、非コーティングステンレス鋼およびコロイド状ＰＥＩ－ＰＨＭＢコーティング（実施例８）でコーティングされたステンレス鋼に付着した大腸菌のＳＥＭ画像。

【図28】１０^８ＣＦＵ／ｍｌの大腸菌培養液に曝露後のドパミン接着層で、非コーティングプラスチックＰＶＣおよびコロイド状ＰＥＩ－ＰＨＭＢコーティング（実施例８）でコーティングされたプラスチックＰＶＣに付着した大腸菌のＳＥＭ画像。

【図29】１０^８ＣＦＵ／ｍｌの大腸菌培養液に曝露後のドパミン接着層で、非コーティングステンレス鋼およびコロイド状ＰＥＩ－ＰＨＭＢコーティング（実施例８）でコーティングされたステンレス鋼の生物付着度を示した蛍光顕微鏡画像。

【図30】１０^８ＣＦＵ／ｍｌの大腸菌培養液に曝露後のドパミン接着層で、非コーティングプラスチックＰＶＣおよびコロイド状ＰＥＩ－ＰＨＭＢコーティング（実施例７）でコーティングされたプラスチックＰＶＣの生物付着度を示した蛍光顕微鏡画像。

【図31】１０^８ＣＦＵ／ｍｌの大腸菌培養液に１４日間曝露後の非コーティングおよびコーティング（ａ）ステンレス鋼および（ｂ）プラスチックＰＶＣから回収可能な生菌。

【図32】加速劣化条件の１０^５ＣＦＵ／ｍｌのＭＲＳＡ、エンテロコッカス・フェカーリス、アシネトバクター、および緑膿菌に対する、コロイド状抗菌コーティングおよび抗生物付着コーティングでコーティングした病院織布の長期的殺菌活性。

【図33】（ａ）ＤＤＩ水に浸漬し、急速攪拌した後の非コーティング、アルコール処理、漂白剤処理、およびコーティングした（実施例１２）病院織布の殺菌特性、および（ｂ）加速劣化条件の１０^５ＣＦＵ／ｍｌ ＭＲＳＡ、エンテロコッカス・フェカーリス、アシネトバクター、および緑膿菌に対する、ＤＤＩ水に浸漬し、急速攪拌した後のアルコール処理およびコーティングした（実施例８）病院織布の殺菌特性。

【図34】コロイド状ＰＥＩ－ＰＨＭＢコーティングを噴霧コーティングしたＨＥＰＡフィルターの写真および病院環境で自然の空中浮遊細菌に対する性能の概要。

【図35】コロイド状抗菌および抗生物付着（ａ）コーティング－１（実施例３５）および（ｂ）コーティング－２（実施例３６）に対する、エポキシ系製剤でコーティングしたステンレス鋼の写真。

【図36】基質に調整した、様々な量のエポキシコーティング－１（実施例３５）での黄色ブドウ球菌および大腸菌生菌の減少率。

【図37】１０^８ＣＦＵ／ｍｌの大腸菌培養液に曝露後、非コーティングステンレス鋼およびエポキシコーティング－１（実施例３５）およびコーティング－２（実施例３６）でコーティングされたステンレス鋼に付着した大腸菌のＳＥＭ画像。

【図38】非コーティングステンレス鋼およびエポキシコーティング－１（実施例３５）およびコーティング－２（実施例３６）でコーティングされたステンレス鋼に付着した大腸菌の写真。

【図39】１０^６ＣＦＵ／ｍｌの（ａ）黄色ブドウ球菌および（ｂ）大腸菌に対するコーティングおよびエポキシコーティングの殺菌作用に対する加速劣化の影響。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本化学組成物は、コロイド状抗菌および抗生物付着コーティングであり、空気および水／液体環境に曝露した固体および多孔質表面に塗布するために理想的な物理的特徴を有する。生物付着すなわち生物学的汚染は、微生物、植物、藻類、または動物の湿った表面への蓄積と定義される。

【0013】

本コーティングは中空円形粒子のコロイド状懸濁液であり、官能化生体高分子（キトサン）、ホスファチジルコリン、および１級、２級、および／または３級アミンおよび両性イオン基を含むポリマー鎖など、少なくとも２種類またはそれ以上のポリマーを有する。前記コーティング組成物の調製は、前記ポリマーが特定の濃度およびｐＨで中空円形粒子に自己集合するようにする。前記粒子サイズは、安定剤を使用することで、および／または架橋結合によってもコントロールすることができる。前記中空円形粒子は、不活性または活性成分のコアを含むことができる。不活性（非抗菌）コアには、例えば、水または不活性溶媒を含んでもよい。活性（抗菌）コアには、例えば、１若しくはそれ以上の殺菌薬、殺生剤、および香料を含んでもよい。

【0014】

前記安定剤は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）および／またはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）誘導体から選択することができ、ＰＶＡまたはＰＥＧ基を持つポリマーを適用することができる。特定の実施形態では、前記安定剤は約０．０１～２０％（ｗ／ｖ）のＰＶＡ（ｍｗ３１，０００～１８６，０００ｇ／ｍｏｌ）、約０．０１～２０％（ｗ／ｖ）のＰＥＧＭＡ（Ｍｎ＝２００～１０００、好ましくは５００）、および約０．０１～２０％（ｗ／ｖ）のＭＰＥＧＭＡ（Ｍｎ＝２００～５０００、好ましくは９５０）として存在する。

【0015】

表面のコーティングは、噴霧コーティング、浸漬コーティング、洗浄コーティング、およびワイピングにより、または化学的リンカーを使用することで達成することができる。複合コーティングは、多層コーティング法を利用することで構築することができる。さらに、瞬間コロイドを含むペイントおよびエポキシ樹脂コーティングを表面に直接塗布することができる。すべてのケースにおいて、前記瞬間コーティングは空気および水に安定であり、水流による浸食に耐える。前記コーティングは、産業、商業、地方自治、および家庭で利用する上で安全で有効であるように設計されている。

【0016】

コロイド状抗菌および抗生物付着コーティングはポリマーを有し、これに限定されるものではないが、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、ポリ（塩化ジアリルジメチルアンモニウム）（ＰＤＤＡ）、ポリヘキサメチレンビグアニド（ＰＨＭＤ）、キトサン（ＣＨＩＴ）、ポリクオタニウム（ＰＱＡＣ）、およびポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などの活性ポリマーを含む。特定の活性ポリマーは、接着性が低い、および／または有益な抗菌性を有するものと定義されることが意図される。

【0017】

化学的架橋は、主なポリマー材料にＬ－α－ホスファチジルコリン（ＥＧＧ）、２－（ジエチルアミノ）エチルメタクリル酸塩（ＮＲ３）、［３－（メタクリロイルアミノ）プロピル）ジメチル－（３－スルホプロピル）アンモニウム水酸化物（ＮＲ４）、およびメタクリル酸３－スルホプロピル（ＳＯ３）を結合することができる。詳細な調整法は、図の考察後に説明するとおり、実施例１～１２で説明する。

【0018】

図の考察
以下の図の考察は、以下の項で説明するとおり、実施例を参照している。特定の実施例を参照する。すべての図および実施例は、添付の請求項で請求される主題に限定することは意図していないことに注意する。

【0019】

前記瞬間コーティングのコロイドは、様々なコーティング機能に合わせるため、サイズに幅を持たせることができる。例えば、図１６に示すとおり、ろ過の用途でコーティングを利用すると、コロイドサイズを増加させた場合に水分流動が増す可能性がある。様々な因子が前記コロイド粒子のサイズに影響する。例えば、前記コロイド状粒子のサイズは、構成ポリマーの分子量を調節することでコントロールすることができる。図１は、ＰＥＩコロイド状抗菌および抗生物付着コーティング製剤（１０％ＰＥＩ（Ｍｎ６０，０００）、１０％ＰＥＩ（Ｍｎ１０，０００）、および１０％ＰＥＩ（Ｍｎ１，２００））の一連の光学顕微鏡画像を示す。低分子量（約１，２００ｇ／ｍｏｌ）のＰＥＩは２ミクロンのコロイドを形成し、高分子量（約６０，０００ｇ／ｍｏｌ）のＰＥＩは２０ミクロンのコロイドを形成した。図１では、構成ポリマーの量を２０％ＰＥＩ（ｍｗ１０，０００）まで増加させることで、前記コロイド状粒子のサイズを修正している。ポリマーの場合、分子量（ｍｗ）は平均分子量を意味する。活性ポリマーの構成比を変化させることでも、粒子サイズは変化する。左から右に、前記粒子サイズは２μｍ、１μｍ、０．８μｍ、および０．５μｍであった。図３では、前記コロイド状ＰＥＩ－ＰＨＭＢ抗菌および抗生物付着コーティングは、ＰＥＩとＰＨＭＢの様々な構成比（（ａ）４：１、（ｂ）２：１、（ｃ）１：２、および（ｄ）１：４）で調製し、それによってコロイド粒子サイズは５～２０ミクロンと変化した。具体的には、図３において、前記粒子サイズを（ａ）１μｍ、（ｂ）０．５～２μｍ、（ｃ）２～３μｍ、および（ｄ）０．５μｍとした。

【0020】

前記粒子サイズは架橋によりコントロールすることができ、架橋は前記ポリマー長を増加させ、様々な官能基またはポリマーを結合して新たな性質および機能を作る。このアプローチは両性イオン分子、金属殺生剤、および殺菌タンパク質および酵素を前記主要ポリマーに組み込むために利用することができる。例えば、ＰＥＩは図２に示す一般反応により架橋することができる。

【0021】

コロイドの粒子サイズは、安定剤を使用することでもコントロールでき、これよりも影響は少ないが、ｐＨおよび濃度によっても影響を受ける。表１は、異なる濃度のＰＥＩおよびＰＨＭＢを有するコロイド状抗菌および抗生物付着コーティングを示す。

【0022】

【表1】

【0023】

前記コロイドの粒子サイズは、活性コア材料に合わせるためにさらに変化させてもよい。顕微鏡画像（図１および３～５）では、前記抗菌および抗生物付着コーティングの瞬間コロイド粒子が円形、中空であり、活性コア材料をコーティングできることを確認している。活性コア材料は、例えば、精油、香料、殺生剤、および／または消毒剤とすることができる。殺生剤には、ファルネソール、桂皮アルデヒド、およびタイム油などのポリオール、および混合殺生剤（タイム油、桂皮アルデヒド、およびファルネソール）を含む。一部の活性コアは精油であってもよく、これは香料、消毒剤、殺生剤として活性である。製剤化したコーティングの精油、香料、殺生剤、および消毒剤の貯蔵および放出を含むコロイド粒子を調製する方法は、実施例１３～２２にみられる。図４および５は、タイム油を含むコロイド状抗菌および抗生物付着コーティング製剤を示している。ＰＥＩ、ＰＨＭＢ、およびＰＥＩ－ＰＨＭＢコロイドおよびタイム油を製剤化することに成功した（実施例１３～１５）。図４では、前記粒子サイズが（ａ）２～５μｍおよび（ｂ）１μｍであった。図５では、前記粒子サイズが（ａ）０．５～２μｍ、（ｂ）１～２μｍ、および（ｃ）１～３μｍであった。活性コアを利用した場合、前記瞬間コーティングは、限定されない例として桂皮アルデヒド、ファルネソール、および混合殺生剤（タイム油、桂皮アルデヒド、およびファルネソール）を用い、ＰＥＩの安定なコロイド状懸濁液の形態（図６）とすることができる。本主題により可能な他の活性コアの組み合わせは、微生物汚染を殺菌および抑制する目的で、イオン、分子、および生体分子を含む活性材料を含有、封入、貯蔵、および放出するコロイド状粒子の中空領域を利用する。

【0024】

例となるコーティング製剤は、重量で、
ａ．約０．０１～２０％（ｗ／ｖ）のＰＶＡ（ｍｗ３１，０００～１８６，０００ｇ／ｍｏｌ）と、
ｂ．約０．０１～２０％（ｗ／ｖ）のＰＥＧＭＡ（Ｍｎ＝５００）と、
ｃ．約０．０１～２０％（ｗ／ｖ）のＭＰＥＧＭＡ（Ｍｎ＝９５０）と、
ｄ．０．０００１～５％（ｗ／ｖ）のポリエチレンイミン（ｍｗ１，２００～６０，０００ｇ／ｍｏｌ、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈより購入）と、
ｅ．０．０５～３％（ｗ／ｖ）のポリヘキサメチレンビグアニド（ｍｗ２，０００～２，６００ｇ／ｍｏｌ）と、
ｆ．０．０１～２０％（ｗ／ｖ）のポリ（塩化ジアリルジメチルアンモニウム）（ｍｗ２５０，０００～３５０，０００ｇ／ｍｏｌ）と、
ｇ．０．０１～１．５％（ｗ／ｖ）のタイム油と、
ｈ．０．０１～１．５％（ｗ／ｖ）のファルネソール（ｍｗ＝２２２ｇ／ｍｏｌ）と、
ｉ．０．０５～１．５％（ｗ／ｖ）の桂皮アルデヒド（ｍｗ＝１３２ｇ／ｍｏｌ）と
を有する。

【0025】

したがって、総活性ポリマーの特定の範囲は０．０００１～３０％（ｗ／ｖ）である。理想的には、前記活性ポリマーは１－４：４－１の比、１０～２０ｗ％で存在する。

【0026】

図７は、黄色ブドウ球菌および緑膿菌に対するＰＥＩ（実施例１）、ＰＤＤＡ、およびＰＥＩ－ＰＤＤＡ（実施例５）の殺菌特性を示す。黄色ブドウ球菌生菌はＰＥＩ－ＰＤＤＡコーティングで９．９９％（４Ｌｏｇ）減少し（ＰＥＩでは９７．３３９％、ＰＤＤＡでは９１．４５７％）、緑膿菌の減少は４０％と控えめであった。図８は、黄色ブドウ球菌および緑膿菌に対するＰＨＭＢ、ＰＤＤＡ、およびＰＨＭＢ－ＰＤＤＡ（実施例６）の同様の殺菌検査を示す。黄色ブドウ球菌生菌はＰＨＭＢ－ＰＤＤＡコーティングで９．９９％（４Ｌｏｇ）減少し（ＰＨＭＢでは９９．９９０％、ＰＤＤＡでは９１．４５７％）、緑膿菌の減少は５５％と控えめであった（ＰＨＭＢでは５１．３８９％、ＰＤＤＡでは３１．４３３％）。図９は、黄色ブドウ球菌および緑膿菌に対するＰＥＩ、ＰＨＭＢ、およびＰＥＩ－ＰＨＭＢ（実施例７）の結果を示す。黄色ブドウ球菌生菌はＰＥＩ－ＰＨＭＢコーティングで９９．９９％（４Ｌｏｇ）減少し（ＰＥＩでは９７．３３９％、ＰＨＭＢでは９９．９９０％）、緑膿菌のバイオフィルム形成の減少は同様に９９．９９％（４Ｌｏｇ）であった（ＰＥＩでは３９．９１２％、ＰＨＭＢでは５１．３８９％）。後者の場合、ＰＥＩ－ＰＨＭＢの併用で相乗効果が示された。図１０は、黄色ブドウ球菌、枯草菌、大腸菌、および緑膿菌に対するＰＥＩ、ＰＨＭＢ、およびＰＥＩ－ＰＨＭＢコーティング（実施例７～１２）の抗菌性能をプロットしている。ＰＥＩ－ＰＨＭＢコーティングは、生菌の９９．９９％（４Ｌｏｇ）の減少を維持した。

【0027】

図１１は、瞬間コロイド状抗菌および抗生物付着コーティングを施した逆浸透（実施例２４）、ナノろ過（実施例２５）、限外ろ過（実施例２６）、および精密ろ過膜（実施例２７）などのコーティング水分ろ過膜の１つのアプローチを示している。前記方法は、保持液（ｒｅｔｅｎｔａｔｅ）流により前記膜にコーティングを導入し、前記膜表面にろ過によりコロイド状粒子を沈着させ、その後付着させる工程を有する。この方法は、前記コーティング膜に抗菌および抗生物付着特性を与える。この方法の利点は、膜系を操作していても、中断することなく、前記コーティングを簡単に行うことができるという点である。前記コーティングは、酸性逆洗により取り除くことが可能である。表２は、ナノろ過膜のコロイド状抗菌および抗生物付着コーティングの保持を示している。

【0028】

【表2】

【0029】

図１２では、２種類の市販のスズ系抗生物付着剤（様々な濃度の２，２－ジプロモ－３－ニトリロプロピオンアミド（ＤＢＮＰＡ）水溶液、Ｄｏｗ）および２種類のＰＥＩコーティング（実施例１）のナノろ過膜における抗菌特性を比較している。市販の抗生物付着剤で処理した膜は抗菌特性が低かったが（活性が３％および２１％低下）、瞬間コロイド状ＰＥＩコーティングは生菌数を９７％以上減少させることができる。図１３は、瞬間コロイド状ＰＥＩ－ＰＨＭＢコーティング（実施例７および２７）は、コーティング量が非常に低い場合でも、非コーティングナノろ過と比較し、細菌の減少率９９．９９％以上を維持できることを示している。図１４には、菌液に液浸した膜サンプルを１４日間撮像した一連のＳＥＭ画像を含む。瞬間コロイド状ＰＥＩ（実施例１）でコーティングしたナノろ過膜への微生物付着は、非コーティング膜および市販の抗生物付着剤で処理した膜（ＤＢＰＮＡ、Ｄｏｗ）と比較してごくわずかである。これらの研究は、前記コロイド状コーティングが抗菌性および抗生物付着性を持つことを確認した。図１５は、コーティングおよび非コーティングサンプルについて、推定大腸菌濃度２５００ＣＦＵ／ｃｍ^２および０で非コーティングおよびＰＥＩ－ＰＨＭＢコーティングサンプル（実施例８および２５）のナノろ過膜のバイオフィルム成長をたどっている。前記コーティング膜は大腸菌がなかった。図１６は、コロイド状ＰＥＩ－ＰＨＭＢコーティングの水分流動に対する効果を示している。大腸菌生菌の９９．９９％の減少は３製剤すべてで維持されたが、コロイド状粒子のサイズは１ミクロンから２および１０ミクロンに増加した。コーティング量が同じより大きなコロイドを用いた場合、コーティングの水分流動に対する効果を改善することができる。表３は、膜の排除／保持率がコーティングにより改善したことを示している。表３に示した非コーティングおよびコーティング膜の排除データは、メチルオレンジ液を用いて作成した。

【0030】

【表3】

【0031】

図１７（ａ）は、非修飾キトサン（ＣＨＩＴ）、Ｌ－α－ホスファチジルコリン（ＥＧＧ）、２－（ジエチルアミノ）エチル）メタクリル酸塩（ＮＲ３）、［３－（メタクリロイルアミノ）プロピル）ジメチル－（３－スルホプロピル）アンモニウム水酸化物（ＮＲ４）、メタクリル酸３－スルホプロピル（ＳＯ３）、およびリゾチーム（ＬＹＮ）（実施例４）で架橋したコロイド状ＰＥＧＤＡの殺菌特性をプロットしている。ＰＥＧＤＡはこれらのサンプルで不活性ポリマーとして機能し、これに異なる抗菌、抗接着、および抗生物付着分子を架橋することができる。図１７ｂは、異なる組成物でのＥＧＧ、ＮＲ３、ＮＲ４、およびＬＹＮに関するさらなる殺菌研究の結果を示している。ＮＲ３はＥＧＧおよびＬＹＮと比較して性能が最高であった。ＮＲ４は殺菌活性が低かったが、抗接着性は優れていた。均一な表面コーティングは、図１８のナノろ過膜表面のＴｏＦ－ＳＩＭＳマッピング画像で示されるとおり、単純に前記コロイド状抗菌および抗生物付着コーティング（実施例２８）にはけ塗りすることで達成可能である。

【0032】

図１９および２０は、非コーティングナノろ過膜、およびコロイド状ＰＥＧＤＡ－ＮＲ３、ＰＥＧＤＡ－ＮＲ４、および前記ＰＥＧＤＡ－ＮＲ３／ＮＲ４でコーティングしたナノろ過膜の抗菌および抗生物付着の結果をプロットしている。図１９は、複数回使用後も、コロイド状ＰＥＧＤＡ－ＮＲ３およびＰＥＧＤＡ－ＮＲ３／ＮＲ４でコーティングしたナノろ過膜が非コーティング膜よりも８０～９９％少ない生菌数を維持したことを示している。図２０は、ＰＥＧＤＡ－ＮＲ４の抗菌活性は有意に低いが、膜表面の細菌接着を予防したことを示している。前記コロイド状ＰＥＧＤＡ－ＮＲ３／ＮＲ４は、「接触殺菌」および「抗接着」により２段階の抗菌活性を示した。図２１は、非コーティングナノろ過膜とコロイド状ＰＥＧＤＡ－ＮＲ３／ＮＲ４でコーティングしたナノろ過膜の水分流動と色素排除をプロットしている。図２１（ａ）に示すとおり、ＮＲ４により表面の親水性が上昇したために前記水分流動は前記非コーティング膜で改善し、図２１（ｂ）の色素排除実験で示されるとおり、前記膜の分離特性に影響はなかった。前記膜を意図的に汚染することで、コロイド状ＰＥＧＤＡ－ＮＲ３／ＮＲ４抗菌および抗生物付着コーティングでコーティングしたナノろ過膜はさらに生物付着に抵抗性を持つことが示された。図２２は、非コーティング精密ろ過膜およびコーティング精密ろ過膜による水分流動と細菌ろ過をプロットしている（実施例２９）。試験からは、前記コーティングにより前記膜のろ過特性は変化しなかったことが分かる。同様に、コロイド状ＰＥＧＤＡ－ＮＲ３／ＮＲ４抗菌および抗生物付着コーティングでコーティングした精密ろ過膜はさらに生物付着に抵抗性を持った。したがって、瞬間コーティングは、ＰＥＩ、ＰＨＭＢ、ＰＤＤＡ、ＰＱＡＣおよび同様の抗菌ポリマーなどの活性ポリマーにこのような同様の抗菌、抗接着、および抗生物付着分子および構造を組み込み、表面にコロイド状多層抗菌および抗生物付着コーティングを構成する。

【0033】

表面への瞬間コーティングの接着層としてドパミンおよび同様の材料を使用することについては、実施例３０で説明し、図２３に図示している。ドパミン接着層は、前記ポリマーのカテコール基とアミン基またはチオール基との間のシッフ反応によりコロイド状コーティングと結合する。ビニルスルホンなどの他の分子リンカーは、前記コロイド状抗菌および抗生物付着コーティングを「クリックケミストリー」により前記対象に接着させることができる。図２４は、ステンレス鋼、プラスチックＰＶＣ、およびガラスを含むドパミン接着層を用いた基質への前記コロイド状抗菌および抗生物付着コーティングを示す。表４のステンレス鋼およびプラスチックＰＶＣのＸ線光電子分光法は、コロイド状ＰＥＩ－ＰＨＭＢからの窒素含有量増加により、前記表面にコーティングを付着させることに成功したことを示している。具体的には、表４（ａ）は、水で洗浄後のドパミン接着層を用い、ステンレス鋼にコロイド状コーティングを行った際のＸ線光電子分光法の元素分析結果を示しており、表４（ｂ）は、水で洗浄後のドパミン接着層を用い、プラスチックＰＶＣにコロイド状コーティングを行った際のＸ線光電子分光法の元素分析結果を示している。

【0034】

【表4】

【0035】

【表5】

【0036】

流動環境をシミュレートした急速攪拌状態、３５℃で、前記基質を蒸留脱イオン（ＤＤＩ）水に入れる７日間の水への液浸後、前記表面の窒素含有量に測定可能な減少はなかった。結果は、前記コーティングが水域環境での使用に適合し、水腐食および浸食に抵抗することを示していた。

【0037】

図２５は、ドパミン接着層を有する基質に対するコロイド状抗菌および抗生物付着コーティング（実施例８）の殺菌特性をプロットしている。前記プロットは、グラム陽性およびグラム陰性菌に対する前記表面の殺菌特性について、単位面積当たりのコーティング量の効果を示している。前記コーティングは、２４ｍｇ／ｃｍ^２（湿式）または０．２ｍｇ／ｃｍ^２ ＰＥＩおよび０．０５ｍｇ／ｃｍ^２ ＰＨＭＢ（乾式）のコーティングレベルで生菌を９０％以上減少させることができた。３０ｍｇ／ｃｍ^２（湿式）または０．２４ｍｇ／ｃｍ^２ ＰＥＩおよび０．０６ｍｇ／ｃｍ^２ ＰＨＭＢ（乾式）では、生菌を９９．９９％（４Ｌｏｇ）減少させることができた。図２６（ａ）および２６（ｂ）は、前記コーティングの加速劣化の結果、およびそれぞれ黄色ブドウ球菌および大腸菌に対して得られた殺菌特性の影響をプロットしている。各実験日は２５日間の水への液浸に相当した。結果は、前記殺菌活性を３～１４日、７日以上、および／または７～１４日などの長期間維持できることを示している。

【0038】

ステンレス鋼およびプラスチックＰＶＣ表面でドパミン接着層に付着したコロイド状抗菌および抗生物付着コーティング（実施例８）の抗生物付着特性を、図２７および２８では走査型電子顕微鏡、図２９および３０では蛍光顕微鏡、図３１では標準的な微生物法による生菌の直接算出により評価した。コーティングおよび非コーティングサンプルは１４日間、１０^８ＣＦＵ／ｍｌの大腸菌培養液に液浸した。結果は、図２７および２８に示すとおり、非コーティング基質と比較し、コーティングしたステンレス鋼およびプラスチックＰＶＣ表面への細菌付着が少ないことを一貫して示しており、これらの細菌は健常な大腸菌と比較して、肉眼的形態に差があることを示している。図２９および３０は、非コーティングのステンレス鋼およびプラスチックＰＶＣ表面に微生物膜が有意にコロニー形成していることを示している。前記微生物膜には、死菌および生菌細胞両方の有機基質が含まれた。前記コーティング表面は、１４日間の細菌培養後も、前記コーティング材料から主に蛍光発光を示した。生菌は、培養および計数した表面から回収した。図３１に示した結果は、非コーティングサンプルと比較し、コーティングしたステンレス鋼およびプラスチックＰＶＣの細菌数が９０％少ないことを示している。これらの結果は、水中環境におけるコーティングの長期的抗菌および抗生物付着特性を確認した。

【0039】

前記コロイド状抗菌および抗生物付着コーティングは、織布および不織布を含む多孔質媒体に塗布した。図３２は、病院環境で加速劣化として見られた一般の環境病原菌に対するコーティングした繊維製品の性能を示している。老化は一定期間、高温（５０℃）に前記繊維製品を曝露して行い、続いて１分間の接触時間で１０^５ＣＦＵ／ｍｌの細菌溶液を直接負荷した。結果は、前記コーティング繊維製品が３０日間の加速劣化試験後も高い殺菌活性を保持していたことを示している。図３３（ａ）は、アルコールおよび漂白剤溶液で処理した繊維製品と比較し、低濃度のコロイド状抗菌および抗生物付着コーティングでコーティングした繊維製品を示している。前記繊維製品は、１分間の接触時間で生菌数を９８％以上減少させることができる。図３３（ｂ）は、急速攪拌した状態で水に曝露後、前記繊維製品が殺菌性を保持していたことを示している。エタノール処理した繊維製品と比較し、９０％以上の細菌減少を維持した。

【0040】

図３４は、前記コロイド状抗菌および抗生物付着コーティングでコーティングしたフィルターの半分および非コーティングのもう半分を用いた空気ろ過試験で使用したＨＥＰＡフィルターを示している。表５（ａ）は、エアフィルターのミセルコーティングが、１４日間で接触致死により７８％以上の細菌を減少させることができることを示している。

【0041】

【表6】

【0042】

抗菌性能は３０日間で５８．７５％まで低下したが、これはコーティング層に汚れが付着したことによるものと考えられる。また、図３４および表５（ｂ）は、ＰＥＩ－ＰＨＭＢでカプセル化したタイム油でコーティングしたＨＥＰＡフィルターは、１４日間で接触致死および放出致死（ｒｅｌｅａｓｅ ｋｉｌｌｉｎｇ）により９６％以上の細菌を減少させることができることを報告している。

【0043】

【表7】

【0044】

非コーティングエアフィルター部分と比較し、前記コーティング層は前記コーティング表面と接触した場合に細菌を生育不能とすることができる。

【0045】

前記エポキシポリマーコーティング材料の調製は、患者ＣＮ １６０５６０７で説明した通常の防食塗料を基に行った。これは、家庭用水および飲用水安全性評価基準（２０１１）の配給装置および保護材料に記載された関連明細書と共にまとめたもので、船の貯水槽、排水管、および食品に触れる容器に使用することができる。表６は、エポキシコーティング材料の基本的処方を示している。

【0046】

【表8】

【0047】

前記ステンレス鋼基質のポリマーコーティング量は３３ｍｇ／ｃｍ^２である（図３５）。図３６は、前記コーティングの殺菌性に対する塗布したコーティング量の影響を示している。前記コーティングが２１ｍｇ／ｃｍ^２を超える場合、殺菌性能は８０％以上を達成することができる。図３７は、エポキシコーティング－１（実施例３５）およびコーティング－２（実施例３６）でコーティングしたステンレス鋼に細菌がない場合と比較した、非コーティングステンレス鋼の細菌付着を示している。

【0048】

図３３は、いずれのコーティングも１４日間で細菌付着を９９．９％減少できることを確認した。前記コーティングステンレス鋼を水に液浸後に行った加速劣化試験は、前記コーティングが徐々に腐食し、殺菌活性が長期間維持できることを示した。

【0049】

実施例
セクション１：コロイド状コーティング処方

【実施例0050】

ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）
分子量１０００～６００００ｇ／ｍｏｌのポリエチレンイミン（ＰＥＩ）を用い、コロイド状抗菌および抗生物付着コーティングを調整した。簡単に述べると、前記ポリマーを蒸留水に溶解し、０．１ｗｔ％～４０ｗｔ％の濃度でＰＥＩ溶液を調整した。次に、前記ＰＥＩ溶液を、容積比５：１～１：５で０．１ｗｔ％～１０ｗｔ％のポリマーを含むポリビニルアルコール（ＰＶＡ）に加えた。急速に攪拌しながら１滴ずつ加えた後、１分間超音波処理すると、図１に示すコロイド状材料が生成する。

【実施例0051】

官能化キトサン
分子量５０００～１２００００ｇ／ｍｏｌの生体高分子キトサンおよび官能化キトサンを用い、コロイド状抗菌および抗生物付着コーティングを調整した。簡単に述べると、前記ポリマーを蒸留水に溶解し、０．１ｗｔ％～４０ｗｔ％の濃度でバイオポリマー溶液を調整した。次に、前記バイオポリマー溶液を、容積比５：１～１：５で０．１ｗｔ％～１０ｗｔ％のポリマーを含むポリビニルアルコール（ＰＶＡ）溶液に加えた。急速に攪拌しながら１滴ずつ加えた後、１分間超音波処理すると、コロイド状材料が生成する。