抗微生物复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种抗微生物复合材料，更具体地涉及一种包含颗粒的抗微生物复合材料，所述颗粒具有金属或金属合金芯和多孔无机材料壳，还涉及包含所述抗微生物复合材料的涂层及其制造方法。在一些实施方式中，揭示了Cu-SiO2芯-壳颗粒，其中，Cu芯提供抗微生物活性，多孔SiO2壳作为Cu芯的阻隔，从而防止Cu芯与空气或水蒸气直接接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种抗微生物复合材料，更具体地涉及一种包含颗粒的抗微生物复合材料，所述颗粒具有金属或金属合金芯和多孔无机材料壳，还涉及包含所述抗微生物复合材料的涂层及其制造方法。在一些实施方式中，揭示了Cu-SiO2芯-壳颗粒，其中，Cu芯提供抗微生物活性，多孔SiO2壳作为Cu芯的阻隔，从而防止Cu芯与空气或水蒸气直接接触。【专利说明】抗微生物复合材料本申请根据35U.S.C.§ 119，要求2011年9月8日提交的美国临时申请系列第61/532399号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。领域本专利技术涉及一种抗微生物复合材料，更具体地涉及一种包含颗粒的抗微生物复合材料，所述颗粒具有金属或金属合金芯和多孔无机材料壳，还涉及包含所述抗微生物复合材料的涂层及其制造方法。技术背景在许多地方，例如公共场合，如医院、图书馆和银行等，对于抗微生物材料，特别是表面上的抗微生物涂层具有明显的需求，以帮助防止疾病的扩散，特别是通过帮助防止病毒或细菌藏匿和人与人之间的传播来达到该目的。铜和银是两种已经使用多年的抗微生物金属。从2008年起，铜(Cu)已经被美国环保局(EPA)官方证实为抗微生物材料。近年来，已经做出许多尝试来建立制造基于Cu的材料，包括基于Cu的合金的方法和工艺，用于抗微生物应用。但是，许多基于CU的抗微生物材料面临两个巨大的技术挑战，其中一个是(I)低抗微生物活性，另一个(2)是抗微生物活性的低寿命。已知的基于Cu的抗微生物材料具有低抗微生物活性，原因在于，在大多数情况下，含活性Cu的材料对于Cu的包含方式使得铜与细菌或病毒之间不能容易地发生接触。该接触对于使得铜或者源自铜的铜离子进入细菌或病毒是必需的。基于Cu的无机材料的一个例子是含铜玻璃，其中，通过熔融过程将Cu结合到玻璃基质中，活性Cu组分被玻璃密封于其中。在位于疏水性聚合物基质中的铜的一个不同的例子中，由于它的低表面能，疏水性聚合物基质中的Cu颗粒通常被疏水性部分覆盖。作为结果，含铜材料具有低抗微生物活性。在一段短暂的时间之后丧失抗微生物活性也`是一个问题。由于含铜材料持续与水蒸气和空气接触以及氧化，使得它会丧失活性。例如，虽然新鲜制备的Cu(O)颗粒展现出高的初始抗微生物活性，但是由于Cu°氧化成Cu2+ (其具有最小化的抗微生物能力)，从而它们快速丧失抗微生物能力。例如，当将Cu颗粒施加或者嵌入到疏水性聚合物中时，Cu颗粒同样容易地丧失活性，原因在于疏水性聚合物吸收水蒸气和O2 (它会扩散进入聚合物基质中)，这也会使得氧化成Cu2+离子。虽然该活性下降低于颗粒不存在于任何材料中的活性下降的情况，但是该活性下降仍然会是明显的。铜的抗微生物活性寿命下降的另一个原因是损失并非是动力学受控制的。也就是说，动力学可能具有Cu的初始剧烈释放或者以非常快的速率发生损失，导致Cu物质的损耗。概述本专利技术涉及一种抗微生物复合材料，更具体地涉及一种包含颗粒的抗微生物复合材料，所述颗粒具有金属或金属合金芯和多孔无机材料壳，还涉及包含所述抗微生物复合材料的涂层及其制造方法。在一些实施方式中，揭示了一种能够进行表面重建的抗微生物聚合物-Cu复合物，所述表面重建通过活性Cu颗粒的双重受控缓慢释放提供了高效和长期的抗微生物活性/能力，还揭示了用于制造所述复合物的方法。通过对Cu颗粒的结构进行设计并合成到芯-壳结构中，来完成第一重缓慢受控释放机制。例如，制备了 Cu-SiO2芯-壳颗粒，其中，Cu芯提供抗微生物活性材料，而多孔SiO2壳作为Cu芯的阻隔，防止Cu芯与空气/水蒸气发生直接接触，而不会影响Cu芯的活性。通过使用聚合物基质来完成第二重缓慢受控释放机制，在一个实施方式中，所述聚合物基质是两亲聚合物，即一种“开/关”材料的聚合物，其同时具有亲水性或“亲水”性质(“开”)以及疏水性或“疏水”性质(“关”)。受到干燥状态的聚合物-空气界面的驱动，低表面能疏水部分在涂层表面富集(“关”阶段)，从而为聚合物内部的Cu颗粒提供良好的保护，使其不会与空气和水蒸气发生直接接触。但是，当暴露于水蒸气/水时，由于与水发生相互作用产生表面重建，涂层的亲水性部分被推到表面上(“开”阶段)，这使得Cu颗粒与病毒/细菌接触起作用。两亲聚合物具有活性的另一个机制在于亲水部分的固有水化，但是这不同于会导致Cu的加速损耗的大量的水存在于纯的亲水性基质中。本专利技术的一个实施方式是包含多个颗粒的抗微生物复合材料，每个颗粒包括含铜的基本内在部分和含多孔二氧化硅的基本外在部分，所述基本外在部分至少部分围绕所述内在部分，其中所述外在部分具有限定了内腔的内表面和限定了至少一部分的抗微生物复合材料的外部部分的外表面，其中至少一部分的内在部分位于内腔中，其中从外在部分的内表面到外在部分的外表面的平均厚度约为0.01-lOOnm，其中铜与二氧化硅的摩尔比约为大于或等于1: 1，并且其中所述颗粒的平均粒度范围为约400nm至约5微米。本专利技术的另一个实施方式是一种包含抗微生物复合材料的制品，所述抗微生物复合材料包含多个颗粒，每个颗粒包括含铜的基本内在部分和含多孔二氧化硅的基本外在部分，所述基本外在部分至少部分围绕所述内在部分，其中所述外在部分具有限定了内腔的内表面和限定了至少一部分的抗微生物复合材料的外部部分的外表面，其中至少一部分的内在部分位于内腔中，其中从外在部分的内表面到外在部分的外表面的平均厚度约为0.01-lOOnm，其中铜与二氧化硅的摩尔比约为`大于或等于1: 1，并且其中所述颗粒的平均粒度范围为约400nm至约5微米。本专利技术的另一个实施方式是一种包含抗微生物复合材料的涂层，所述抗微生物复合材料包含多个颗粒，每个颗粒包括含铜的基本内在部分和含多孔二氧化硅的基本外在部分，所述基本外在部分至少部分围绕所述内在部分，其中所述外在部分具有限定了内腔的内表面和限定了至少一部分的抗微生物复合材料的外部部分的外表面，其中至少一部分的内在部分位于内腔中，其中从外在部分的内表面到外在部分的外表面的平均厚度约为0.01-lOOnm，其中内在部分与外在部分的摩尔比约为大于或等于1: 1，其中所述颗粒的平均粒度范围为约400nm至约5微米，其中颗粒分散在聚合物载体中，并且其中所述涂层的对数减少>1。本专利技术的另一个实施方式是包括合成抗微生物复合材料的方法，所述抗微生物复合材料包含多个颗粒，每个颗粒包括含铜的基本内在部分和含多孔二氧化硅的基本外在部分，所述基本外在部分至少部分围绕所述内在部分，其中所述外在部分具有限定了内腔的内表面和限定了至少一部分的抗微生物复合材料的外部部分的外表面，其中至少一部分的内在部分位于内腔中，以及将颗粒分散到载体中以形成抗微生物复合材料。本专利技术的另一个实施方式是制造Cu-SiO2芯-壳颗粒的方法,所述Cu-SiO2芯-壳颗粒分散在两亲聚合物基质中，从而形成具有良好且长期抗微生物活性的复合涂层。该抗微生物性质是通过材料(基于Cu的颗粒和基质聚合物)的特殊设计实现的，从表面到界面到基质具有自受控的表面重建基质，其实现了使用寿命应用过程中活性Cu颗粒的受控和持续释放。以下步骤用于实现所述方法和制造其中分散有Cu-SiO2芯-壳颗粒的两亲基质:合成(尺寸和形状)受控制的Cu本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含多个颗粒的抗微生物复合材料，所述每个颗粒包括：含铜的基本内在部分；以及含多孔二氧化硅的基本外在部分，所述基本外在部分至少部分围绕所述内在部分，其中所述外在部分具有限定了内腔的内表面和限定了至少一部分的抗微生物复合材料的外部部分的外表面，其中至少一部分的内在部分位于内腔中，其中从外在部分的内表面到外在部分的外表面的平均厚度约为0.01‑100nm，其中铜与二氧化硅的摩尔比约为大于或等于1:1，并且其中所述颗粒的平均粒度范围为约400nm至约5微米。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国华，蒋大跃，J·拉稀瑞，F·韦里耶，J·王，Y·卫，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US