抗菌金属纳米泡沫及相关方法技术

抗菌金属纳米泡沫，具有纳米泡沫涂覆其上的基材，使用金属纳米泡沫防止、抑制和/或杀死细菌生长的方法以及用于制备金属纳米泡沫的组合物及方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2011年10月5日提交的美国专利申请号61/543,679的权益，其通过引用全文纳入本文。政府许可权的声明本专利技术是在国家科学基金会(National Science Foundation)授予的基金号CBET-0914382和国防威胁降低局(Defense Threat Reduction Agency)授予的基金号HDTRA-1-08-10-BRCWMD的政府资助下完成的。政府对本发明享有某些权利。
技术介绍
在医院、食品工业、油工业和公共环境中的细菌污染物产生了主要的公共健康问题。尽管存在大量的研究和开发努力，与生物医学装置、管道应用和食品烹饪相关的污染物问题持续存在。诸如雾化的消毒剂喷雾器或擦拭巾的传统清洁方法具有有限的效果。存在一种通过使得材料具有如下性质：包括不利于细菌粘附和生长的表面化学和表面粗糙度，来减轻细菌群集的需求。本专利技术致力于满足这一需求，并提供其它相关的优点。专利技术概述在一个方面，本专利技术提供了一种金属纳米泡沫。在一个实施方式中，金属纳米泡沫包括金属或金属合金，以及抗菌金属离子，其中材料包括大量平均孔径小于1微米的孔。代表性的金属包括铝、钛、锰、钼和金或其组合。代表性的金属合金包含选自铝、钛、锰、钼和金的金属。代表性的抗菌金属离子包含银、铜、铁、锡、铅、锌、镍、镉、铬、钴、铋、汞、金和铝离子，及其组合。纳米泡沫的金属或金属合金与抗菌金属离子的化学计量当量比是0.8至约1.2。在本专利技术的另一方面，提供了涂覆的基材。在一个实施方式中，该基材具有至少部分被包含本专利技术的纳米泡沫的涂层覆盖的表面。代表性的基材包括与人体接触的基材(例如，医学装置)和与食品接触的基材。在另一个方面，本专利技术提供了一种预防、抑制和/或杀死细菌在物质上或物质中生长的方法。在一个实施方式中，该方法包括将物质与本专利技术的纳米泡沫接触。优选通过该方法处理的细菌包括产芽孢细菌。在本专利技术的另一个方面，提供了一种制备金属纳米泡沫的方法。在一个实施方式中，所述方法包括：(a)将金属或金属合金纳米颗粒与金属氧化物颗粒结合以提供反应物混合物，其中所述金属氧化物的金属是抗菌的，其中所述金属氧化物颗粒的平均最大尺寸小于1微米，并且其中所述金属纳米颗粒与所述金属氧化物颗粒的化学计量当量比为约0.8-约1.2；(b)根据需要对反应物混合物进行干燥，以得到干燥的混合物；(c)任选地压制干燥的混合物，以得到粒状形式的混合物；以及(d)使混合物经过燃烧合成以得到金属纳米泡沫。在一个实施方式中，金属纳米颗粒与金属氧化物颗粒的化学计量当量比为约1.0。在一个实施方式中，燃烧合成是自蔓延(self-progagating)的高温燃烧合成。在另一个实施方式中，燃烧合成是体积燃烧合成。在一个实施方式中，该方法还包括使用气化剂。也提供通过本专利技术的方法制备的金属纳米泡沫。在另一个方面，本专利技术提供了用于制备金属纳米泡沫的组合物。在一个实施方式中，该组合物是包含金属或金属合金纳米颗粒以及金属氧化物颗粒的粉末，其中所述金属氧化物的金属是抗菌的，并且其中所述金属氧化物颗粒的平均最大尺寸小于1微米。附图说明结合附图，通过以下详细描述，本专利技术的以上方面以及许多伴随的优点将更容易理解。图1是比较在燃烧合成之前的铝基金属组合物与通过燃烧合成从该组合物制备的本专利技术的代表性金属纳米泡沫的照片。照片显示组合物(1mm宽)的燃烧合成导致的体积膨胀得到金属纳米泡沫(7mm宽)。图2A-2D是比较在本专利技术的代表性的铝基金属纳米泡沫存在下，琼脂平板上的细菌生长(枯草芽孢杆菌)的照片：图2A，在24小时，纳米Al+Ag2O；图2B，在48小时，纳米Al+Ag2O；图2C，在24小时，纳米Al+TiO2；图2D，在48小时，纳米Al+TiO2。图2E和2F是比较在铝基金属微米泡沫存在下，在琼脂平板上的细菌生长(枯草芽孢杆菌)的照片：图2E，在24小时，纳米Al+Ni；图2F，在48小时，纳米Al+Ni。图2G和2E分别是比较在24小时和48小时琼脂平板上细菌生长(枯草芽孢杆菌)的对照的照片。图3比较了代表性的金属纳米泡沫和微米泡沫的X-射线衍射(XRD)数据。图4A-4H是比较在铝基金属纳米泡沫存在下，琼脂平板上细菌生长的照片。图4A：在施涂后24小时的含巨大芽孢杆菌的对照平板，巨大芽孢杆菌覆盖了整块平板。图4B：在施涂后48小时的含巨大芽孢杆菌的对照平板，巨大芽孢杆菌覆盖了整块平板。图4C：将巨大芽孢杆菌擦拭到琼脂表面上，在施涂24小时后的氧化银和铝(Ag2O+Al)纳米泡沫平板，巨大芽孢杆菌在靠近平板上部的两个单独的区域生长并且不在平板中心的深色金属纳米泡沫上或其周围生长。图4D：将巨大芽孢杆菌擦拭到琼脂表面上，在施涂48小时后的氧化银和铝(Ag2O+Al)纳米泡沫平板，巨大芽孢杆菌在平板的右上部生长并且靠近平板的左侧边缘单独生长。虽然存在额外的生长，但是没有接近平板中心的深色金属纳米泡沫的生长。图4E：将琼脂和巨大芽孢杆菌的混合物倾倒在琼脂上(琼脂覆层)，施涂24小时后的氧化银和铝(Ag2O+Al)纳米泡沫平板。在左下部以及直接到金属纳米泡沫的右侧的小自圆圈是细菌生长。图4F：施涂48小时后的纳米氧化银和铝(Ag2O+Al)平板(琼脂覆层)。巨大芽孢杆菌在平板的左下侧的大部分和右侧生长，并且似乎另外在金属纳米泡沫的左侧及其上面生长。虽然存在明显的生长，在金属纳米泡沫的边缘很明显存在细菌生长的障碍。图4G：施涂24小时后的纳米二氧化钛和铝(TiO2+Al)平板(琼脂覆层)。巨大芽孢杆菌覆盖了整块平板使得难以看到中心的深色金属纳米泡沫。图4H：施涂48小时后的纳米二氧化钛和铝(TiO2+Al)平板(琼脂覆层)。巨大芽孢杆菌长满了整块平板。专利技术详述本专利技术提供了抗菌金属纳米泡沫、具有纳米泡沫涂覆其上的基材、使用金属纳米泡沫预防和抑制细菌生长的方法以及用于制备金属纳米泡沫的组合物和方法。在本专利技术的一个方面，提供了抗菌金属纳米泡沫。纳米泡沫是多孔金属材料。纳米泡沫包含抗菌金属离子和金属或金属合金。纳米泡沫是具有大量的孔的多孔材料，其中平均孔径(例如直径)小于1微米(＜1μm)。本文使用的术语“金属”是指零价金属，术语“金属合金”是指2种(或更多种)零价金属的混合物。纳米泡沫的金属离子赋予纳米泡沫抗菌性质。本专利技术的纳米泡沫是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属纳米泡沫，其包括：(a)金属或金属合金；以及(b)抗菌金属离子，其中材料包括大量平均孔径小于1微米的孔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.05 US 61/543,6791.一种金属纳米泡沫，其包括：
(a)金属或金属合金；以及
(b)抗菌金属离子，
其中材料包括大量平均孔径小于1微米的孔。
2.如权利要求1所述的纳米泡沫，其特征在于，所述金属选自铝、钛、
锰、钼和金或其组合。
3.如权利要求1所述的纳米泡沫，其特征在于，所述金属合金包括选自
铝、钛、锰、钼和金的金属。
4.如权利要求1所述的纳米泡沫，其特征在于，所述抗菌金属离子选自
银、铜、铁、锡、铅、锌、镍、镉、铬、钴、铋、汞、金和铝离子及其组合。
5.如权利要求1所述的纳米泡沫，其特征在于，所述金属或金属合金与
所述抗菌金属离子的化学计量当量比为0.8-1.2。
6.如权利要求1所述的纳米泡沫，其特征在于，所述纳米泡沫具有30-70％
的孔隙率。
7.一种具有表面的基材，其中所述表面的至少一部分具有包括权利要求
1-6中任一项所述的纳米泡沫的涂层。
8.如权利要求7所述的基材，其特征在于，所述基材是医学装置。
9.如权利要求7所述的基材，其特征在于，所述表面是与食品接触的表
面。
10.一种抑制细菌在物质上或物质中生长的方法，所述方法包括将所述物
质与权利要求1-6中任一项所述的纳米泡沫接触。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述纳米泡沫是位于物质
全部或部分表面上的涂层。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述细菌生长包括的细菌
是产芽孢细菌。
13.一种粉末，其包括：
(a)金属或金属合金纳米颗粒；以及
(b)金属氧化物颗粒，其中所述金属氧化物的金属是抗菌的，并且其中
所述金属氧化物颗粒的平均最大尺寸小于1微米。
14.如权利要求13所述的粉末，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·M·亨特，M·L·潘托哈，
申请(专利权)人：得克萨斯AM大学系统，得克萨斯理工大学，
类型：发明
国别省市：美国;US