本公開涉及抗菌、抗病毒、殺菌和殺病毒材料及方法領域，特別是涉及一種具有抗菌、抗病毒、殺菌和殺病毒作用的空間電荷駐極體聚合物及其在制備抗菌、抗病毒、殺菌和殺病毒材料中的用途。

背景技術：

1、微生物(如細菌、病毒和真菌)在自然界和全球社會環(huán)境中普遍存在。它們是天然的分解者并在全球生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著各種重要作用。它們中的一些對動植物的生命生理活動至關重要，一些則可能會引起不同類型的疾病?？咕?、抗病毒、殺菌和/或殺病毒材料的開發(fā)對于拯救生命和保護人們免受有害微生物的感染具有顯著的重要性。隨著新型致命病毒(如埃博拉病毒、豬流感、禽流感、新型冠狀病毒(covid-19))越來越頻繁的爆發(fā)，以及隨之而來的耐藥菌株(如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(staphylococcus?aureus)或mrsa)的出現，尋找新的消毒和微生物根除材料和方法以幫助持續(xù)對抗細菌和病毒變得刻不容緩。

技術實現思路

1、本公開提供了具有令人驚奇地有效的抗菌、抗病毒、殺菌和殺病毒性質的抗微生物組合物。所述組合物包含與疏水性材料偶聯的空間電荷駐極體材料。在選定的實施方案中，所述組合物具有高功效性、生物相容性和環(huán)境友好性。

2、本公開還提供了一種使用空間電荷駐極體材料捕獲和殺滅微生物(如細菌和病毒)的新方法，其包括接觸起電、非接觸靜電相互作用和界面親脂的步驟。在一些實施方案中，界面親脂不是指由兩親性和疏水性程度決定的簡單接觸破壞。另一個實施方案提供了一種基于相容性陽離子聚合物和紡織品基材來鑒定具有有效抗菌、抗病毒、殺菌和/或殺病毒性質的生物相容性空間電荷駐極體材料的方法。

3、正電荷密度

4、本公開的空間電荷駐極體材料具有高的正表面電荷密度。本公開證實，具有較高正電荷密度的空間電荷駐極體材料具有增加的抗菌、抗病毒、殺菌和殺病毒作用，例如如圖9-15中所示。在一些實施方案中，空間電荷駐極體材料的正電荷密度為9.59nc?cm-2。

5、一些實施方案提供了一種組合物，其包含正表面電荷密度為2-35nc?cm-2、在80khz的頻率內導電性小于6x?10-7s?m-1的空間電荷駐極體材料；和表面能小于50mn?m-1的疏水性材料。

6、空間電荷駐極體材料的高正電荷密度在捕獲和殺滅微生物(如細菌和病毒)中起著關鍵作用。首先，它有助于用帶負電荷的蛋白質經由非接觸靜電相互作用吸引生物危害物并導致碰撞率的增加。然后當漂移的帶負電荷的生物危害物與帶正電荷的駐極體碰撞時發(fā)生接觸起電，導致靜電勢的急劇變化和電應力的突然增大。強靜電場將生物危害物緊緊地固定在帶正電荷的表面上，并且生成的不均勻電應力有助于生物危害物的關鍵病毒或微生物蛋白的剪斷。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，空間電荷駐極體材料的高正電荷密度在材料的整個表面區(qū)域上是均勻的或大體上均勻的。

7、空間電荷駐極體材料

8、在一些實施方案中，空間電荷駐極體材料包含一種或多種陽離子聚合物，如明膠、殼聚糖、陽離子肽、陽離子環(huán)糊精、陽離子葡聚糖、陽離子纖維素、聚乙烯亞胺、聚賴氨酸、聚酰胺胺、聚(氨基-共-酯)和聚[2-(n,n-二甲氨基)乙基甲基丙烯酸酯]。陽離子聚合物可以是天然的、半合成的和/或合成的，并且它們的聚合物結構可以是線形的、支化的、超支化的和/或樹枝狀分子樣的。陽離子承載基團的位置可以在主鏈或側鏈中。

9、陽離子聚合物是有利的并且有用的，因為它們可以利用其獨特的陽離子分子結構殺滅細菌而不釋放任何化學物質。它們的抗菌作用模式主要是通過接觸破壞微生物細胞膜。陽離子聚合物的抗菌活性程度由兩個因素決定：兩親性和疏水性程度。

10、紡織品基材的示例材料包括但不限于天然棉、羊毛、纖維素、合成聚酯、尼龍和/或它們的混紡物。紡織品基材的結構可以是針織的、織造的和非織造的。一些實施方案包括由親水性天然纖維和疏水性合成纖維兩者組成的混紡紡織品。

11、本公開的空間電荷駐極體材料具有高的正電荷密度和合適的疏水性兩者，并且具有特別有效的抗菌、抗病毒、殺菌和殺病毒性質。在緊密接觸過程中，空間電荷駐極體材料的疏水性幫助其親脂性分區(qū)經由范德華相互作用插入到微生物的細胞膜中，從而有助于更容易和更快地破壞生物危害物。

12、在一些實施方案中，高的正電荷密度為9.59nc?cm-2。如圖9-11和13中所示，具有高的正電荷密度(例如9.59nc?cm-2)和合適的潤濕性(表面能應在20至61mj?m-2或mn?m-1之間)的空間電荷駐極體材料針對金黃色葡萄球菌、sars-229e、sars-cov-2和柯薩奇病毒b6具有優(yōu)異的抗菌、抗病毒、殺菌和殺病毒作用，5分鐘內功效超過98％。

13、測量空間電荷密度的方法

14、另一個實施方案提供了一種通過測量材料的靜電荷評價空間電荷駐極體材料的接觸起電性能來鑒定具有令人驚奇地有效的抗微生物性質的組合物的方法。使用正電荷密度來定量評價接觸起電的程度。

15、測量空間電荷駐極體材料的正電荷密度的一種示例方法包括一種雙層裝置，其主要由固定有6cm×6cm粘合電極層的底部丙烯酸板和固定有相同尺寸的參比材料/電極層的上部丙烯酸板組成。固定聚四氟乙烯(ptfe)膜作為參比材料。

16、有利性質

17、與目前的方法相比，當前公開的組合物具有若干顯著的優(yōu)勢。

18、目前的消毒方法有著不同的缺點?；瘜W消毒劑和衛(wèi)生處理劑通常觸發(fā)對皮膚、粘膜和呼吸系統(tǒng)的刺激/毒性，并且大多數在直接和/或長期佩戴/接觸的情況下使用(例如個人防護設備口罩和服裝)對人類是不生物友好的。另外，它們也不適合于具有長期消毒和滅菌效果的空氣凈化系統(tǒng)，因為它們的低分子量和低表面附著力導致它們容易蒸發(fā)或清掃。

19、金屬離子(如汞、銀、銅、黃銅、青銅、錫、鐵、鉛和鉍離子)是另一種類的抗微生物劑，其可以基于微動力效應殺滅微生物或抑制微生物的生長。然而，這些金屬離子的簡單釋放也可能對人類是致命的和對環(huán)境是有害的。一種侵入性較小且毒性較小的方法是將所期望的金屬離子與其他材料(如聚合物)摻雜/摻入以形成納米顆粒、纖維、涂層或膜。它們不容易通過簡單的清掃去除，但由于金屬的表面能高，故它們通常被表面能較低的材料覆蓋，導致抗菌作用較低。

20、相比之下，本文公開了高功效、生物相容、環(huán)境友好的材料，其能夠有效地殺滅微生物并且可以用于直接和長期佩戴和接觸。

21、用空間電荷駐極體材料處理的紡織品基材在阻止病毒和細菌穿透紡織品過濾器為有效的。用bpei空間電荷駐極體材料處理的纖維素/聚酯紡織品的病毒過濾功效和細菌過濾功效已被證實超過99.9％。

22、通過控制材料的組成，抗菌、抗病毒、殺菌和殺病毒的空間電荷駐極體材料還具有優(yōu)異的生物相容性。未經處理的紡織品與經bpei空間電荷駐極體材料處理的紡織品之間在vero細胞增殖方面沒有差異。從對照紡織品和經空間電荷駐極體材料處理的紡織品的洗脫適度減少了vero?e6細胞的增殖。未經處理的紡織品與經c-polar處理的紡織品之間在vero細胞增殖方面沒有差異，并且未發(fā)現細胞敏感性降低。這些結果證實空間電荷駐極體材料是安全的并且適合于工業(yè)生產和大規(guī)模使用。

23、對于陽離子聚合物，親水性陽離子承載基團有助于經由靜電吸引來吸引帶負電荷的膜，而疏水性烷基鏈幫助陽離子聚合物鏈經由疏水和范德華相互作用插入到膜中。疏水性程度決定了烷基分區(qū)滲透到脂質雙層中以破壞細菌的程度。因此，不同的陽離子聚合物具有不同的抗菌活性水平。然而，目前還缺乏高度有效的定量技術來評價陽離子聚合物的抗菌活性程度。此外，目前關于陽離子聚合物的抗病毒和殺病毒作用的文獻很少，尤其是對于covid-19的文獻。

24、空間電荷駐極體材料的用途

25、空間電荷駐極體材料可以廣泛用于空氣過濾產品(如口罩、防護服和空氣凈化器)和個人/家庭衛(wèi)生用品，如手部消毒劑、濕巾和衛(wèi)生紙，家庭/酒店紡織品，以及相關的一次性用品?？臻g電荷駐極體可以幫助切斷病毒在人群中的傳播，具有高過濾效率(被動功能)和自消毒(主動功能)，使用時無需擔心引發(fā)附帶環(huán)境污染或間接/二次附帶危害。