摻雜的金屬氧化物納米顆粒和其用途制造技術(shù)

公開了包含金屬氧化物和包含在所述金屬氧化物的晶格內(nèi)的金屬元素的離子的納米顆粒復(fù)合材料。還公開了制備納米顆粒復(fù)合材料本身和并入基底中或基底上的納米顆粒復(fù)合材料的工藝。還公開了納米顆粒復(fù)合材料以及并入納米顆粒復(fù)合材料的基底的用途、特別是用于減少微生物的負(fù)載的形成或生物膜的形成的用途。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】摻雜的金屬氧化物納米顆粒和其用途專利
和背景本專利技術(shù)在其某些實(shí)施方案中涉及材料科學(xué)并且更特別地，但不排他地，涉及摻雜的金屬氧化物納米顆粒、制備摻雜的金屬氧化物納米顆粒的工藝、包含摻雜的金屬氧化物納米顆粒的表面涂層和摻雜的金屬氧化物納米顆粒在例如減少或防止微生物的生長(zhǎng)中的用途。盡管抗生素在控制或消除細(xì)菌感染中是成功的，但抗生素在人類醫(yī)學(xué)中以及作為家禽和家畜生產(chǎn)中的飼料補(bǔ)充兩者的廣泛使用已經(jīng)導(dǎo)致許多病原菌的藥物抗性(McCormickJ.B.,CurrOpinMicrobiol1:125-129,1998)。抗性遺傳決定因素的進(jìn)化和傳播、引起威脅生命的感染的多重耐藥(MDR)細(xì)菌已經(jīng)越來越多地出現(xiàn)(A.P.Magiorakos等人Clin.Microbiol.Infect.2012,18,268)，以及同樣地，抗生素的效力在過去十年里大大減弱。此外，因?yàn)榭剐栽诩?xì)菌中傳播，所以存在抗生素治療將變得越來越不太有效并且在某些情況下完全無效的很大關(guān)注。由抗生素抗性細(xì)菌引起的醫(yī)院獲得性(醫(yī)院的)感染導(dǎo)致患者遭受痛苦和死亡并且由于延長(zhǎng)的住院治療期而對(duì)醫(yī)療系統(tǒng)施加大量負(fù)擔(dān)。管理由醫(yī)院感染引起的感染的經(jīng)濟(jì)影響是重大的，并且估計(jì)當(dāng)前成本是每年大于40億$[Harrison和Lederberg(編輯),Antimicrobialresistance:issuesandoptions.NationalAcademyPress,Washington,D.C.第1-7頁,1998]。導(dǎo)致形成細(xì)菌細(xì)胞的群落(community)的至表面的細(xì)菌附著是許多不同設(shè)置中的主要問題。微生物的這種固著群落(還被稱為生物膜)被附著至界面，或彼此附著，并且嵌入外聚合的基質(zhì)(exopolymericmatrix)中。其顯示改變的生長(zhǎng)速率并且轉(zhuǎn)錄獨(dú)立生存的微生物不轉(zhuǎn)錄的基因。生物膜生長(zhǎng)模式的最具特征的表型是其對(duì)殺菌、抗菌治療和免疫反應(yīng)殺死的固有抗性。醫(yī)療植入物和留置裝置(in-dwellingdevice)尤其易于細(xì)菌定殖和生物膜形成，并且在這樣的情況下，由于常規(guī)抗生素治療在裝置有關(guān)的生物膜有機(jī)體下無效而需要移除感染的裝置。已經(jīng)估計(jì)，植入物有關(guān)的感染的數(shù)字僅在美國(guó)就接近1百萬/年，并且其直接醫(yī)療成本每年超過30億$(R.O.Darouiche,Preventinginfectioninsurgicalimplants,USSurgery,2007,40)。生物膜對(duì)殺死的固有抗性和其在植入物有關(guān)的感染中的普遍參與已經(jīng)促進(jìn)殺生物表面/殺生物涂層的領(lǐng)域中的研究。這樣的抗生物膜涂層還可以用于各種工業(yè)應(yīng)用，例如飲用水分布系統(tǒng)和食品包裝。另一類難以根除的微生物包括真菌。抗真菌劑的數(shù)目是有限的并且大部分對(duì)于受影響的有機(jī)體是非特異性的并且對(duì)環(huán)境可能是有害的，引起對(duì)植物和動(dòng)物的毒性。無機(jī)金屬氧化物例如ZnO、MgO、和CuO越來越多地用于抗微生物應(yīng)用中。相比于有機(jī)抗微生物劑，使用無機(jī)氧化物的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是其穩(wěn)定性、穩(wěn)健性、和長(zhǎng)的貯藏期。通常，納米量級(jí)的金屬氧化物并且特別是納米量級(jí)的ZnO、MgO、和CuO的領(lǐng)域中的研究已經(jīng)證明各種性質(zhì)例如比如電磁性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、和催化性質(zhì)以及抗菌活性的清楚的尺寸依賴性(P.Madahi等人，Phys.Scr.2011,84；G.Applerot等人，Adv.Funct.Mater.2009,19,842；G.Applerot等人，Small2012,8,3326)。氧對(duì)于大多數(shù)活的生物體是必不可少的，但也是反應(yīng)性氧物質(zhì)(ROS)的前體，ROS可以損壞細(xì)胞組分，例如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸。ROS包括含氧離子(例如，超氧化物；·O-2)、包含過氧化物的小分子(例如，過氧化氫；H2O2)、自由基(例如，氫氧基；·OH)和單重態(tài)氧(Droge等人，Physiol.Rev.2002,82:47-95；Lee等人，Aust.J.Chem.2011,64,604)。某些金屬氧化物在與水相互作用期間產(chǎn)生已知?dú)⑺兰?xì)菌的ROS(J.Sawai等人，J.Chem.Eng.Jpn.1996,29,627)。通過金屬氧化物產(chǎn)生ROS取決于金屬氧化物納米顆粒的結(jié)構(gòu)中的缺陷位點(diǎn)(defectsite)的存在。用于納米材料在聚合物表面和玻璃表面上的制造和沉積的不同方法的快速發(fā)展顯著地增進(jìn)其在電子裝置和生物技術(shù)中的應(yīng)用。最近，報(bào)道了用于將納米顆粒沉積在玻璃基底上的某些低溫方法，例如，比如，旋涂納米顆粒在改性的玻璃載片上的電極鍍敷和旋涂納米顆粒在改性的玻璃載片上的沉積(K.H.Lee等人，Langmuir,2007,23,1435)。聲化學(xué)涉及超聲輻照對(duì)化學(xué)系統(tǒng)的效應(yīng)。超聲輻照的化學(xué)效應(yīng)由聲空化(acousticcavitation)即氣泡在液體介質(zhì)中的形成、生長(zhǎng)、和內(nèi)爆發(fā)崩塌引起。氣泡的壓縮在空化期間比在熱運(yùn)輸期間更迅速，這產(chǎn)生短壽命的、局部的熱點(diǎn)氣泡，該熱點(diǎn)氣泡達(dá)到高達(dá)5000K的溫度、約1000個(gè)大氣壓的壓力以及高于1x1010K/s的加熱速率和冷卻速率(A.Gedanken,Ultrason.Sonochem.,2004,11(2))。超聲輻照已經(jīng)被證明為用于合成納米材料的有效技術(shù)(R.Gottesman等人，Langmuir2011,27(2),720)。此技術(shù)還使得能夠通過改變前體在溶液中的濃度控制產(chǎn)品的粒度。超聲輻照已經(jīng)被證明為對(duì)于將納米顆粒沉積在聚合基質(zhì)上是有效的,因?yàn)楦咚俣攘黧w攪拌、沖擊波和在接近固體基底的氣泡的壓縮期間產(chǎn)生的高能噴射流以非常高的速度(>100m/s)在固體基底處推進(jìn)新形成的納米顆粒，該非常高的速度已經(jīng)被顯示為足以使顆粒嵌入基底中(Y.Didenko和K.S.Suslick,Nature,2002,418,394)。利用聲化學(xué)作為涂覆途徑還使得能夠在單一操作中使各種納米材料的合成和其在各種基底上的沉積組合，而沒有粘合劑的幫助。先前研究表明了聲化學(xué)作為用于用ZnO納米顆粒涂覆各種基底例如紙(K.Ghule等人，GreenChem.,2006,8,1034)、玻璃表面(G.Applerot等人，Appl.Surf.Sci.,2009,256S,S3)和織物(I.Perelshtein等人，ACSAppl.Mater.Interfaces,2009,1(2),361)的透視法的用途。具有公布號(hào)為2011/0097957的美國(guó)專利申請(qǐng)教導(dǎo)用于制備抗微生物織物的系統(tǒng)，該織物用金屬氧化物納米顆粒聲化學(xué)地涂覆，從而形成金屬氧化物的均勻沉積。PMadahi等人[Phys.Scr.2011,84]教導(dǎo)用Mg或Sb摻雜ZnO導(dǎo)致納米尺寸的ZnO的抗菌活性僅略微增強(qiáng)。Prabhakaran等人[J.Cryst.Growth2003,250,77]教導(dǎo)Zn摻雜的CuO復(fù)合材料的合成并且通過化學(xué)物理性質(zhì)例如其結(jié)晶結(jié)構(gòu)和磁化強(qiáng)度作為溫度的函數(shù)來表征該Zn摻雜的CuO復(fù)合材料。Huan-Ming等人[AngewandteChemieInternationalEdition2009,48,15,2727]教導(dǎo)用Mg摻雜的ZnO納米顆粒的聲化學(xué)合成。Mg摻雜的ZnO納米顆粒處于膠狀分散液時(shí)和處于固態(tài)時(shí)兩者均呈現(xiàn)亮的、穩(wěn)定的光致發(fā)光，并且通過聲化學(xué)合成通過將M本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種物質(zhì)組合物，其包含至少一種納米顆粒復(fù)合材料，所述至少一種納米顆粒復(fù)合材料包含金屬氧化物和包含在所述金屬氧化物的晶格中的金屬元素的離子，其中所述金屬氧化物選自由氧化銅和氧化鎂組成的組，并且所述金屬元素選自由鋅、銅和鎂組成的組，并且其中所述金屬元素不同于所述金屬氧化物中的所述金屬。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】2013.05.06 US 61/819,661;2013.06.12 US 61/833,9461.一種物質(zhì)組合物，所述物質(zhì)組合物包含至少一種納米顆粒復(fù)合材料，所述至少一種納米顆粒復(fù)合材料包含金屬氧化物和包含在所述金屬氧化物的晶格中的金屬元素的離子，其中所述金屬氧化物是氧化銅并且所述金屬元素是鋅，并且其中所述至少一種納米顆粒復(fù)合材料中的所述金屬氧化物和所述金屬元素的所述離子的原子比在從10:1至4:1的范圍中。2.如權(quán)利要求1所述的物質(zhì)組合物，其中所述原子比是8:1。3.如權(quán)利要求1所述的物質(zhì)組合物，所述物質(zhì)組合物通過使第一金屬前體和第二金屬前體的混合物經(jīng)歷高強(qiáng)度超聲輻照來制備，其中所述第一金屬前體形成所述金屬氧化物，并且所述第二金屬前體包含所述金屬元素。4.如權(quán)利要求2所述的物質(zhì)組合物，所述物質(zhì)組合物通過使第一金屬前體和第二金屬前體的混合物經(jīng)歷高強(qiáng)度超聲輻照來制備，其中所述第一金屬前體形成所述金屬氧化物，并且所述第二金屬前體包含所述金屬元素。5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的物質(zhì)組合物，包含多種所述納米顆粒復(fù)合材料。6.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的物質(zhì)組合物，其特征為在對(duì)應(yīng)于所述金屬元素的原始金屬氧化物的位置處缺少峰的X射線粉末衍射。7.如權(quán)利要求5所述的物質(zhì)組合物，其特征為在對(duì)應(yīng)于所述金屬元素的原始金屬氧化物的位置處缺少峰的X射線粉末衍射。8.如權(quán)利要求5所述的物質(zhì)組合物，其特征為在不同于所述金屬氧化物的X射線粉末衍射中的對(duì)應(yīng)的峰的位置和/或?qū)挾鹊奈恢煤?或?qū)挾忍幊尸F(xiàn)至少一個(gè)峰的X射線粉末衍射。9.如權(quán)利要求6所述的物質(zhì)組合物，其特征為在不同于所述金屬氧化物的X射線粉末衍射中的對(duì)應(yīng)的峰的位置和/或?qū)挾鹊奈恢煤?或?qū)挾忍幊尸F(xiàn)至少一個(gè)峰的X射線粉末衍射。10.如權(quán)利要求7所述的物質(zhì)組合物，其特征為在不同于所述金屬氧化物的X射線粉末衍射中的對(duì)應(yīng)的峰的位置和/或?qū)挾鹊奈恢煤?或?qū)挾忍幊尸F(xiàn)至少一個(gè)峰的X射線粉末衍射。11.如權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的物質(zhì)組合物，其中所述至少一個(gè)峰的所述位置與所述金屬氧化物的所述X射線粉末衍射中的所述對(duì)應(yīng)的峰的所述位置相差至少0.01°。12.如權(quán)利要求1-4和7-10中任一項(xiàng)所述的物質(zhì)組合物，其特征為呈現(xiàn)不同于所述金屬氧化物的原始晶格的對(duì)應(yīng)的晶胞參數(shù)的至少一個(gè)晶胞參數(shù)的晶格。13.如權(quán)利要求5所述的物質(zhì)組合物，其特征為呈現(xiàn)不同于所述金屬氧化物的原始晶格的對(duì)應(yīng)的晶胞參數(shù)的至少一個(gè)晶胞參數(shù)的晶格。14.如權(quán)利要求6所述的物質(zhì)組合物，其特征為呈現(xiàn)不同于所述金屬氧化物的原始晶格的對(duì)應(yīng)的晶胞參數(shù)的至少一個(gè)晶胞參數(shù)的晶格。15.如權(quán)利要求11所述的物質(zhì)組合物，其特征為呈現(xiàn)不同于所述金屬氧化物的原始晶格的對(duì)應(yīng)的晶胞參數(shù)的至少一個(gè)晶胞參數(shù)的晶格。16.如權(quán)利要求12所述的物質(zhì)組合物，其中所述晶胞參數(shù)與所述金屬氧化物的原始晶格的對(duì)應(yīng)的晶胞參數(shù)相差至少0.005。17.如權(quán)利要求13-15中任一項(xiàng)所述的物質(zhì)組合物，其中所述晶胞參數(shù)與所述金屬氧化物的原始晶格的對(duì)應(yīng)的晶胞參數(shù)相差至少0.005。18.如權(quán)利要求1-4、7-10和13-16中任一項(xiàng)所述的物質(zhì)組合物，包含多種所述納米顆粒復(fù)合材料，其中所述納米顆粒復(fù)合材料的平均直徑小于300nm。19.如權(quán)利要求5所述的物質(zhì)組合物，包含多種所述納米顆粒復(fù)合材料，其中所述納米顆粒復(fù)合材料的平均直徑小于300nm。20.如權(quán)利要求6所述的物質(zhì)組合物，包含多種所述納米顆粒復(fù)合材料，其中所述納米顆粒復(fù)合材料的平均直徑小于300nm。21.如權(quán)利要求11所述的物質(zhì)組合物，包含多種所述納米顆粒復(fù)合材料，其中所述納米顆粒復(fù)合材料的平均直徑小于300nm。22.如權(quán)利要求12所述的物質(zhì)組合物，包含多種所述納米顆粒復(fù)合材料，其中所述納米顆粒復(fù)合材料的平均直徑小于300nm。23.如權(quán)利要求17所述的物質(zhì)組合物，包含多種所述納米顆粒復(fù)合材料，其中所述納米顆粒復(fù)合材料的平均直徑小于300nm。24.如權(quán)利要求18所述的物質(zhì)組合物，其中所述平均直徑小于35nm。25.如權(quán)利要求19-23中任一項(xiàng)所述的物質(zhì)組合物，其中所述平均直徑小于35nm。26.一種物質(zhì)組合物，包含至少一種納米顆粒復(fù)合材料，所述至少一種納米顆粒復(fù)合材料包含金屬氧化物和包含在所述金屬氧化物的晶格中的金屬元素的離子，其中所述金屬氧化物是氧化銅并且所述金屬元素是鋅，所述物質(zhì)組合物的特征為以下中的至少一個(gè)：在對(duì)應(yīng)于所述金屬元素的原始金屬氧化物的位置處缺少峰的X射線粉末衍射；在不同于所述金屬氧化物的X射線粉末衍射中的對(duì)應(yīng)的峰的位置和/或?qū)挾鹊奈恢煤?或?qū)挾忍幊尸F(xiàn)至少一個(gè)峰的X射線粉末衍射；以及呈現(xiàn)不同于所述金屬氧化物的原始晶格的對(duì)應(yīng)的晶胞參數(shù)的至少一個(gè)晶胞參數(shù)的晶格，其中所述至少一種納米顆粒復(fù)合材料中的所述金屬氧化物和所述金屬元素的所述離子的原子比在從10:1至4:1的范圍中。27.如權(quán)利要求26所述的物質(zhì)組合物，其中所述至少一個(gè)峰的所述位置與所述金屬氧化物的所述X射線粉末衍射中的所述對(duì)應(yīng)的峰的所述位置相差至少0.01°。28.如權(quán)利要求27所述的物質(zhì)組合物，其中所述晶胞參數(shù)與所述金屬氧化物的所述原始晶格的對(duì)應(yīng)的晶胞參數(shù)相差至少0.005。29.如權(quán)利要求26所述的物質(zhì)組合物，其中所述原子比是8:1。30.如權(quán)利要求26-29中任一項(xiàng)所述的物質(zhì)組合物，所述物質(zhì)組合物通過使第一金屬前體和第二金屬前體的混合物經(jīng)歷高強(qiáng)度超聲輻照來制備，其中所述第一金屬前體形成所述金屬氧化物，并且所述第二金屬前體包含所述金屬元素。31.如權(quán)利要求26-29中任一項(xiàng)所述的物質(zhì)組合物，包含多種所述納米顆粒復(fù)合材料，其中所述納米顆粒復(fù)合材料的平均直徑小于300nm。32.如權(quán)利要求30所述的物質(zhì)組合物，包含多種所述納米顆粒復(fù)合...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：阿哈龍·戈丹肯，艾胡德·巴尼恩，伊拉娜·佩雷爾什坦，雷切爾·魯巴特，阿娜特·利波夫斯基，伊亞爾·馬爾卡，尼特贊·耶沙亞胡，尼娜·佩卡斯，雅科夫·夏洛姆，喬納森·勒盧什，塔爾·帕特里克，邁克爾·埃塞德，利夫納特·納帕斯特克，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：巴伊蘭大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：以色列;IL