概括地講，本發(fā)明涉及一種用于生物活性材料的制劑，其中，根據(jù)目標(biāo)、宿主和劑量，其生物活性適用于作為廣譜病毒、細(xì)菌、真菌的病原體抑制劑。在農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)業(yè)以及保健品領(lǐng)域中的應(yīng)用是對(duì)所述制劑的應(yīng)用描述的實(shí)例。
背景技術(shù)：
在農(nóng)業(yè)中，由農(nóng)民管理的生態(tài)系統(tǒng)是土壤生態(tài)系統(tǒng)和葉生態(tài)系統(tǒng)。本發(fā)明注重于葉生態(tài)系統(tǒng)。據(jù)了解，葉面是好氧生態(tài)系統(tǒng)，并且當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)變?yōu)閰捬跎鷳B(tài)系統(tǒng)時(shí)，通常發(fā)生植物病害，其中病理性微生物繁殖且最終感染和殺死植物。植物的內(nèi)部防御包括產(chǎn)生活性氧(ros)；通常包括爆發(fā)的活性氧產(chǎn)生，這預(yù)示著感染的開始。ros包括超氧離子、氫過氧基，氫過氧自由基、過氧化氫以及羥基和原子氧自由基。植物通常不會(huì)將ros引到葉上，因此這種機(jī)制被保留用于內(nèi)部防御。原因在于ros會(huì)攻擊細(xì)胞結(jié)構(gòu)本身，從而在不損害細(xì)胞的情況下，不可能持續(xù)產(chǎn)生高ros。ros由某些革蘭氏陽性細(xì)菌，諸如乳酸桿菌lactobacillus來產(chǎn)生，這些革蘭氏陽性細(xì)菌在宿主的葉子上共生生長，并且其ros可有助于維持葉上的好氧條件。然而，病害有規(guī)律地發(fā)生，并且如果葉片表面上微生物菌落的生長且表面同時(shí)轉(zhuǎn)化為厭氧環(huán)境，則開始導(dǎo)致病害。也就是說，抑制了來自共生源的ros和其他防御機(jī)制。針對(duì)這種發(fā)作，農(nóng)民使用的常規(guī)方法是用殺真菌劑和殺細(xì)菌劑噴施葉。然而，公知的是，這些殺真菌劑是有毒的，并且病原體具有進(jìn)化能力，使得殺真菌劑的影響隨著多次施用而逐漸降低。葉具有通過氣孔吸收肥料的能力，這就提供了直接施肥的方法，以用于在葉中生產(chǎn)葉綠素。需要可以應(yīng)用于葉生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)，其可再生好氧環(huán)境，并且去除疾病，而不對(duì)食用該植物的人類、動(dòng)物以及植物本身產(chǎn)生毒性，并且提供鎂作為肥料促進(jìn)植物生長。
在水產(chǎn)業(yè)中，由漁民直接管理的生態(tài)系統(tǒng)是水和水池的底部。局部生態(tài)系統(tǒng)是在這些系統(tǒng)之間移動(dòng)的宿主(魚、蝦)的皮膚。本發(fā)明的主要關(guān)注點(diǎn)與在能夠直接管理的那些生態(tài)系統(tǒng)中保持好氧環(huán)境的需要有關(guān)。應(yīng)當(dāng)理解的是，這些生態(tài)系統(tǒng)對(duì)生長是至關(guān)重要的。水生生態(tài)系統(tǒng)還供養(yǎng)宿主之外的各種生物，其中一些是宿主的食物，且其它與宿主是共生的關(guān)系。水產(chǎn)業(yè)一般是密集型活動(dòng)，其中，宿主的種群密度高于天然水域，而且宿主通常用分布在水中的飼料飼喂，而且飼料常常供應(yīng)過多。加上來自宿主的廢棄物能夠聚集，并且生態(tài)系統(tǒng)可變得緊張，并且由于在暴露皮膚上最初病原微生物的生長，而易于產(chǎn)生疾病。不健康的生態(tài)系統(tǒng)的特征是低氧含量以及低ph，低ph通常伴有硫化物和其它有毒化合物。需要這樣的物質(zhì)：該物質(zhì)能夠應(yīng)用至水生生態(tài)系統(tǒng)，在不對(duì)人類、宿主物種動(dòng)物產(chǎn)生毒害的情況下，能夠使好氧環(huán)境再生且去除疾病，并且提供鈣和鎂作為促進(jìn)宿主生長的肥料。
在保健品中，外部器官(如皮膚)、胃和口腔是寄生有大量微生物的生態(tài)系統(tǒng)，并且包括當(dāng)這些生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞時(shí)，產(chǎn)生疾病或感染的病原體特征。本發(fā)明感興趣的是皮膚和口腔的好氧生態(tài)系統(tǒng)，其中存在用于保持健康的各種各樣的油脂(cream)和粘液(paste)。在一定程度上，相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)包括食物。
已經(jīng)廣泛發(fā)展了具有生物滅殺性質(zhì)的納米材料，尤其是納米氧化鎂mgo和納米氧化鋅zno。生物滅殺劑的實(shí)例是“antibacterialcharacteristicsofmagnesiumoxidepowder”j.saweiet.al；worldjournalofmicrobiologyandbiotechnology,16,issue2,pp187-194(2000)以及t.yinandy.he,“antibacterialactivitiesofmagnesiumoxidenanoparticlesagainstfoodbornepathogens”j.nanopart.res.13,6877-6885。
在sawai等人的研究中，目標(biāo)是制備粒徑在約50nm以下的高表面積mgo。在這些材料的試驗(yàn)中，mgo顆粒與水迅速反應(yīng)形成納米氫氧化鎂mg(oh)2。本文中將現(xiàn)有技術(shù)中的納米mgo歸類為納米mg(oh)2。這些水合納米材料對(duì)病毒、細(xì)菌和真菌呈現(xiàn)出廣譜生物活性響應(yīng)。包括水合納米粉末的粉末也具有使諸如化學(xué)戰(zhàn)劑的有毒物質(zhì)失活的能力。
在t.yin和y.lu發(fā)表的論文中，證實(shí)了納米mgo顆粒對(duì)兩種食源性病原體，即大腸桿菌escherichiacoli和沙門氏菌salmonella具有很強(qiáng)的生物滅殺活性。由于人們認(rèn)為納米mgo/mg(oh)2對(duì)人類或動(dòng)物沒有毒，但通過供應(yīng)鎂作為肥料對(duì)植物具有積極影響，所以這項(xiàng)工作是重要的。例如，在8g/l固體的劑量率下，觀察到大腸桿菌e.coli中的7個(gè)對(duì)數(shù)減少，并且1g/l的劑量觀察到抑制生長，而3g/l的劑量將在24小時(shí)內(nèi)殺死所有細(xì)胞。盡管mg(oh)2是相對(duì)不溶的，但它在低ph環(huán)境中，特別是在消化系統(tǒng)的ph值下快速溶解。這是納米mgo/mg(oh)2的真實(shí)情況，因?yàn)槿芙馑俣仍娇?，表面積越大。上述生態(tài)系統(tǒng)是弱酸性的或強(qiáng)酸性的。
美國專利no.6827766b2要求保護(hù)一種去污產(chǎn)品，該去污產(chǎn)品包括：含mgo和mg(oh)2的納米顆粒、選擇性生物滅殺劑和液體載劑(包括水)。納米顆粒的存在顯著地提高了生物滅殺性能。去污過程包括液體噴霧、霧化、氣溶膠漿化(aerosolpaste)、凝膠化、擦拭、蒸汽化或泡沫化。盡管權(quán)利要求限定了需要將現(xiàn)有生物滅殺劑作為佐劑添加到產(chǎn)品中，但是所公開的實(shí)施例教導(dǎo)了液體載劑中的納米顆粒在沒有佐劑的情況下具有有效的長期生物滅殺活性。具體地說，實(shí)施例3表明具有2％納米mgo、cao和zno固體的5/1水/油乳液具有這樣的特性，尤其不需要生物滅殺劑。
粒徑的影響似乎很重要。美國專利no.2576731a(thomson)公開了由標(biāo)準(zhǔn)氧化鎂制成的氫氧化鎂漿液作為葉面噴霧的基礎(chǔ)，以作為用于昆蟲和真菌的活性生物滅殺劑的載劑的應(yīng)用，其中益處與堿性顆粒吸收活性生物滅殺劑以賦予其不溶的能力以及顆粒在植物葉片上的強(qiáng)烈粘附而使得生物滅殺劑可以在葉片的許多洗滌劑下作用。該專利描述了氫氧化鎂不具有殺蟲或殺菌活性的作用。在該發(fā)明的上下文中，該專利的重要教導(dǎo)是氫氧化鎂的粘附。
這一觀點(diǎn)得到了motoike等人發(fā)表的論文“antiviralactivitiesofheatingislomitepowder”biocontrolsci.13(4)：131-82008的支持，其中經(jīng)處理的白云石呈現(xiàn)出抗病毒活性。專利us20090041818a1要求保護(hù)一種抗病毒劑，該抗病毒劑是氧化物和氫氧化物的混合物，其中教導(dǎo)了通過氧化物與氫氧化物的反應(yīng)來產(chǎn)生氫氧根離子。據(jù)稱，許多材料能夠提供氫氧化物，其中，氫氧化物為mg(oh)2，氧化物優(yōu)選是mgo。該現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)公開內(nèi)容是這種常規(guī)漿液的生物滅殺活性基本是短暫的，因此制造的氫氧化鎂或水合煅燒白云石漿液不具有顯著的長期生物滅殺效果。不受理論的限制，這項(xiàng)工作表明，在該氫氧化物漿液中的生物活性化學(xué)物質(zhì)是天然存在的，但是它們的濃度太低而不能持續(xù)影響微生物。本發(fā)明可設(shè)法克服該限制。
納米mg(oh)2化學(xué)方法抑制病理性真菌生長的最合理理論是產(chǎn)生ros。ros具有高氧化還原電勢(shì)。在水中這些物質(zhì)之間存在平衡，該平衡主要受控于ph，并且在接近納米mg(oh)2晶粒的ph約10.4時(shí)，主要以全羥基陰離子存在。植物能夠使其細(xì)胞內(nèi)ros產(chǎn)率增加，以防御病原性微生物侵襲，其中ros攻擊進(jìn)入植物細(xì)胞的原始且通常厭氧的病原性真菌和細(xì)菌的細(xì)胞壁。作為響應(yīng)，真菌能夠產(chǎn)生與ros反應(yīng)且中和ros的化學(xué)物質(zhì)。在病原性細(xì)菌，尤其是厭氧革蘭氏陰性細(xì)菌中也存在同樣的模式。共生與植物ros和生活在葉片上的有益革蘭氏陽性細(xì)菌之間的關(guān)系相關(guān)，并且是對(duì)于生長的健康環(huán)境的基本。革蘭氏陽性細(xì)菌通常是有益的和好氧的，并且ros增加了環(huán)境中的氧水平。例如，如稻瘟病真菌的情況所證明：kunhuang,kirkj.czymmek,jeffreyl.caplan,jamesa.sweigard&nicolem.donofrio(2011)。此外，已經(jīng)確定了有益的革蘭氏陽性細(xì)菌，諸如如乳酸桿菌lactobacillus產(chǎn)生并排出ros，并且這種好氧細(xì)菌通常在植物的葉生態(tài)系統(tǒng)中共生生長，且?guī)椭参锏挚共≡詤捬跷⑸铩?/p>
在原子水平上，從現(xiàn)有技術(shù)可以看出，納米mg(oh)2漿液的長期生物活性與產(chǎn)生ros的能力相關(guān)。活性物質(zhì)尚不清楚。通常來說，納米顆粒中的小晶粒被定義為在高能表面形成的具有高比例的晶體表面，并且眾所周知，氧化物納米顆粒的該表面是能量氧化劑，諸如ros的來源。在mg(oh)2的情況下，諸如電子順磁共振的技術(shù)檢測(cè)了正常晶體上作為ros的所有上述自由基，盡管濃度低。溶液中的ros自由基能夠再化合，并且ros的生物活性影響將由于自由基再化合而劣化。在存在mg(oh)2的情況下，據(jù)認(rèn)為，如果沒有被產(chǎn)生的過氧化鎂mgo2所抑制，則可以顯著地降低ros的耗散速率。過氧化鎂是一種穩(wěn)定的晶體材料，通常在過氧化氫h2o2、水和過量的mgo的混合物中形成。在環(huán)境溫度下，過氧化鎂的這種形式是穩(wěn)定的(i.i.vol'nov,ande.i.latysheva,“thermalstabilityofmagnesiumperoxide”izvestiyaakademiinauksssr,seriyakhimicheskaya,no.1,pp.13–18,january,1970)。因此，納米mg(oh)2不僅能夠在晶界處形成ros，而且能夠在晶粒表面上使ros穩(wěn)定。ros存儲(chǔ)在納米顆粒表面，并且將通過改變與病原體攻擊相關(guān)的平衡而釋放，且納米mg(oh)2的常見溶解則向植物供應(yīng)作為肥料的鎂。
總而言之，納米mg(oh)2的生物活性的合理模型是每個(gè)顆粒是具有相對(duì)高濃度ros前體，諸如過氧化鎂的納米級(jí)晶體晶粒，其在晶粒的能量表面上是穩(wěn)定的，并且生物活性來源于植物自身天然防御系統(tǒng)的增強(qiáng)，其形成ros從而在細(xì)胞內(nèi)提供抑制感染植物的病原性微生物的有氧環(huán)境。如果感染發(fā)生，將能夠在表面上產(chǎn)生ros的物質(zhì)施用至細(xì)胞的表面補(bǔ)充了ros的內(nèi)部產(chǎn)生，并且可補(bǔ)充例如由革蘭氏陽性好氧細(xì)菌，諸如乳酸桿菌lactobacillus所產(chǎn)生的ros。該作用通過mg(oh)2的ph10.4來提高，其可中和病原體排出的酸；來自水解的凈正電顆粒電荷，該凈正電顆粒電荷將顆粒吸引到某些微生物和細(xì)胞的帶負(fù)電荷的表面；以及粘附到微生物和植物的細(xì)胞上的表面上。相比之下，晶粒尺寸為0.1微米至100微米的正常mg(oh)2通常具有以穩(wěn)定的001表面為主的表面，并且ros的濃度較小。
上述涉及納米mg(oh)2的相同機(jī)制可適用于基于金屬氧化物的其它生物活性材料，諸如納米zno和ago。它們的納米晶粒也將承載依賴于相應(yīng)晶界的特定缺陷的一系列ros。例如，已知的是，納米zno產(chǎn)生過氧基和羥基自由基。
納米晶粒顆粒的生物活性的機(jī)制基本不同于大多數(shù)其它殺真菌劑和殺菌劑，殺真菌劑和殺菌劑對(duì)目標(biāo)病原性微生物使用有毒化合物。首先，ros的機(jī)制在于好氧微生物和厭氧微生物之間的核心差異，并且病原體的遺傳演化不太可能限制生物活性的影響，因此對(duì)于給定病原體，納米mgo的生物活性不太可能減少。其次，該機(jī)制是增強(qiáng)植物自身防御病原侵襲的自然過程。并不涉及新的化學(xué)物質(zhì)，并且分解的產(chǎn)物是必需營養(yǎng)物或微量營養(yǎng)物；并且對(duì)于鎂的情況，它是用于生產(chǎn)葉綠素的必需營養(yǎng)物。植物通過葉片上的氣孔吸收鎂，并且在土壤和葉片中均發(fā)生病原性真菌、革蘭氏陽性微生物和革蘭氏陰性微生物以及植物細(xì)胞之間的好氧/厭氧競(jìng)爭(zhēng)，例如susans.hiranoandchristend.upper,microbiol.mol.biol.rev.64,3624-653(2000)中所述。
本公開可涉及廣泛為礦物益生菌的制劑。美國商標(biāo)及專利局商標(biāo)評(píng)審和上訴委員會(huì)裁定的序列號(hào)77758863(2013年)中對(duì)益生菌進(jìn)行了定義，該益生菌是用于肥料的通用名稱，其利用在土壤產(chǎn)生微生物生態(tài)學(xué)的友好細(xì)菌，這意味著將共生關(guān)系帶回土壤。在該公開中，益生菌的定義可擴(kuò)展為涵蓋在生物體表面上(諸如植物葉片)的共生關(guān)系，并且共生與生物和有益革蘭氏陽性細(xì)菌之間的關(guān)系特別相關(guān)，這是用于生長的健康環(huán)境的基本。在這方面，納米mg(oh)2是益生菌，雖然是礦物質(zhì)的。實(shí)際上，當(dāng)以葉面噴霧將納米mg(oh)2施用在葉片上時(shí)，能夠通過葉綠素增加的顏色和增加的葉厚度來注意到作為肥料鎂吸收的影響。因此，在技術(shù)層面上，對(duì)于農(nóng)業(yè)來說，納米mg(oh)2的性質(zhì)同時(shí)滿足了肥料和病原體抑制劑的要求。該定義可擴(kuò)展到其它生態(tài)系統(tǒng)，如水生生態(tài)系統(tǒng)，其中益生菌效果可包括向宿主物種提供鈣和鎂，其可能包括或不包括人體器官。
納米材料的生產(chǎn)方式采用化學(xué)合成，但是材料的生產(chǎn)成本昂貴。此外，由于非常細(xì)的粉末易于在空氣中漂浮，所以這些粉末的處理是困難的。最重要的是，使用常規(guī)的空氣過濾器極其難以從空氣中過濾出納米材料。因此，這些材料的生產(chǎn)過程需要昂貴的處理設(shè)備以避免材料損失，并需要符合安全、健康和環(huán)境規(guī)定。這些成本使得納米材料在用作生物滅殺劑的市場(chǎng)上并未產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響。同樣重要的是，納米顆粒憑借其小尺寸而具有通過皮膚吸收并吸入肺部的能力，從而引起了對(duì)納米顆粒的擔(dān)憂。納米顆粒在醫(yī)療保健品中的應(yīng)用一直是社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。諸如氫氧化鎂的材料用于這樣的產(chǎn)品中，但通常并不涉及其對(duì)真菌、細(xì)菌和病毒的生物活性。期望的是，在沒有對(duì)納米顆粒的任何擔(dān)憂下，生產(chǎn)出與納米顆粒具有相同生物學(xué)影響的材料。在納米顆粒中，生物活性成分的濃度是重要的考慮因素。在mg(oh)2納米顆粒的情況下，有證據(jù)表明生物活性物質(zhì)，諸如過氧化鎂由氧化物前體晶界處的缺陷濃度決定，這些缺陷的量將隨著納米顆粒尺寸的減小而增加，這是因?yàn)槿毕莩霈F(xiàn)在不穩(wěn)定的晶體表面和表面的邊界上。這些物質(zhì)的濃度難以測(cè)量，特別是當(dāng)可能發(fā)生還原物質(zhì)(諸如f-中心電子)與氧化物質(zhì)的再化合時(shí)。優(yōu)選地，所產(chǎn)生的ros的濃度較小，并且與已經(jīng)消除感染的健康生態(tài)系統(tǒng)中的濃度相當(dāng)。由于ros容易擴(kuò)散到宿主的細(xì)胞中并且可能攻擊細(xì)胞結(jié)構(gòu)，所以需要限制ros產(chǎn)生。ros產(chǎn)生于細(xì)胞代謝的正常產(chǎn)物中。已知的是，過量的ros可損傷dna、使脂質(zhì)中的多元不飽和脂肪酸氧化、使蛋白質(zhì)中的氨基酸氧化，并通過輔酶因子的氧化使特異性酶氧化滅活，例如l.packerande.cadensas“understandingtheprocessofaging:therolesofmitochondria,freeradicalsandantioxidants”,newyork,marcel-dekker,1999中所述。盡管宿主的好氧細(xì)胞具有這種自由基物質(zhì)的淬滅機(jī)制以便生活在氧合氣氛中，但是它們承受極高濃度的ros的能力是有限的。例如，過氧化氫和過氧化鎂均是商購可得的材料，并且由于它們能夠殺死所有的微生物(好氧的和厭氧的)，因此均可用于對(duì)環(huán)境的滅菌，當(dāng)施用至人、植物和動(dòng)物時(shí)，它們可能引發(fā)只能通過對(duì)任何暴露表面的大量清洗才能緩解的大量的響應(yīng)癥狀。
納米mg(oh)2的無毒性影響是通過將ros前體(認(rèn)為是過氧化鎂)保持在能夠殺死或延緩生態(tài)系統(tǒng)中病理性生物體生長的水平但是低于導(dǎo)致大量ros擴(kuò)散入宿主細(xì)胞的水平來實(shí)現(xiàn)。其作用是將ros濃度限制在與健康好氧生態(tài)系統(tǒng)相當(dāng)?shù)乃?，其中，宿主保護(hù)結(jié)構(gòu)和響應(yīng)相適應(yīng)。使用高過氧化物顆粒，諸如以過氧化鎂或過氧化鈣商購的那些過氧化物顆粒產(chǎn)生過量的ros局部濃度、對(duì)表面進(jìn)行滅菌且誘發(fā)宿主的響應(yīng)。商業(yè)滅菌劑，諸如過氧化物顆粒的稀釋液并不有效，這是因?yàn)榫植繚舛鹊臄?shù)量級(jí)太高。另一方面，當(dāng)由菱鎂礦或白云石形成的氫氧化物時(shí)，觀察到的弱瞬態(tài)生物響應(yīng)表明，這些物質(zhì)中天然存在的ros前體不夠高。本發(fā)明試圖克服使用過氧化鎂(生物活性太強(qiáng))或氧化鎂(生物活性太弱)對(duì)生物活性的限制，并避免使用納米mg(oh)2(生物活性理想)。上述所引用的現(xiàn)有技術(shù)涉及生物活性作為生物滅殺劑的機(jī)制。然而，該領(lǐng)域的作用模式可以認(rèn)為是一種保護(hù)性模式，而不是如同目的在于殺死病原體的傳統(tǒng)生物滅殺劑的療法。對(duì)于本公開重要的是，納米顆粒提供抑制動(dòng)物植物表面上的病原體生長的環(huán)境的能力或通過表面運(yùn)輸病原體的能力。因此，在該公開中，作用模式可為病原體抑制劑，并且納米材料對(duì)表面生態(tài)系統(tǒng)的積極影響是保護(hù)性礦物材料作為礦物基益生菌的積極影響。在植物、動(dòng)物和人類中，mg(oh)2可以容易地被生物體內(nèi)的酸溶解，從而通常不發(fā)生全身作用。
可能重要的是，注意到mg(oh)2的ph為約10.4，水合石灰ca(oh)2的ph為約12.0。如白涂料中的水合石灰不能用作病原體抑制劑，這是因?yàn)樗臉O端ph對(duì)生態(tài)系統(tǒng)有毒，殺死好氧微生物和厭氧微生物，并且宿主做出響應(yīng)以最小化該植物毒性作用，諸如在農(nóng)業(yè)中，當(dāng)施用至葉片時(shí)，出現(xiàn)“燒葉”，以及當(dāng)施用于組織(諸如皮膚)時(shí)，導(dǎo)致動(dòng)物和人類的疼痛。
納米mg(oh)2在用于病原性厭氧微生物的生物滅殺劑所需的劑量率下不會(huì)誘導(dǎo)這種植物毒性反應(yīng)的事實(shí)表明，許多組織能夠耐受10.4的局部ph。這確實(shí)意味著納米mg(oh)2通過在ph低于約7.0的表面上與健康生態(tài)系統(tǒng)特有的酸反應(yīng)而容易地被消耗。當(dāng)以與病原體的生物滅殺作用相容的劑量速率下施用時(shí)，納米mg(oh)2中的小顆粒由于酸中和而在短時(shí)間內(nèi)作為生物滅殺劑，并且不能在延長的時(shí)間內(nèi)保持好氧生態(tài)系統(tǒng)。本發(fā)明可以旨在克服該限制。
需要這樣的一種產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有納米材料的相同理想固有生物活性，利用能夠以合理成本生產(chǎn)大量產(chǎn)品的工業(yè)規(guī)模工藝，而且還避免納米材料的成本和材料處理問題以及它們吸收和吸入的潛力；并且還提供了這樣的產(chǎn)品：當(dāng)施用至對(duì)農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)業(yè)和醫(yī)療護(hù)理重要的各種生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，提供能夠抵抗疾病的長久且健康的生態(tài)系統(tǒng)。
納米材料的定義并不被普遍接受，而為了本發(fā)明的目的，納米材料被定義為含有未結(jié)合狀態(tài)的顆?；蛘咦鳛榫奂w或團(tuán)聚體的天然材料、夾雜(incidental)材料或制造的材料，并且其中，對(duì)于數(shù)量尺寸分布中50％或更多的顆粒，一個(gè)或多個(gè)外部尺寸在1nm至100nm的尺寸范圍內(nèi)；“顆粒”是指具有明確物理邊界的微小物質(zhì)；“團(tuán)聚體”是指弱結(jié)合的顆粒的集合或者所得到的外表面積近似于單獨(dú)組分的表面的和的聚集體；“聚集體”是指包含強(qiáng)結(jié)合或融合顆粒的顆粒。
漿液中的顆粒是否是納米顆粒的量度是以干燥顆粒的體積計(jì)的比表面積，對(duì)于粉末，以體積計(jì)為小于60m2/cm3。通過bet表面積測(cè)量以重量計(jì)的比表面積(m2/g)，并且使用標(biāo)準(zhǔn)粉末堆積密度法測(cè)量適當(dāng)?shù)胤纸獾母稍锓勰┑亩逊e密度(g/cm3)。bet表面積和堆積密度的乘積是以體積計(jì)的比表面積。該定義和方法是歐盟于2011年10月18日的commissionrecommendation中對(duì)(2011/696/eu)所推薦的定義和方法。其它定義通常要求較低，通常不能充分處理團(tuán)聚和/或聚集的實(shí)際問題。
整個(gè)說明書中對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的任何討論決不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)該現(xiàn)有技術(shù)為本領(lǐng)域所廣泛知曉的或形成本領(lǐng)域普通知識(shí)的一部分。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
待解決的問題
待解決的問題是一種產(chǎn)品制劑，該產(chǎn)品制劑能夠用作病原體抑制劑，并且不是納米材料，從而避免納米顆粒的成本和材料處理問題以及可能的健康風(fēng)險(xiǎn)，但是特別是當(dāng)用作病原體抑制劑施用至表面以降低感染的發(fā)生率而不是用作像系統(tǒng)性殺真菌劑一樣的治療劑時(shí)，提供了與納米材料等效的生物活性。感興趣的生態(tài)系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)的植物根和葉；水產(chǎn)業(yè)的水、池塘底部和魚的皮膚；以及保健品和醫(yī)療品適用的人體組織。
本發(fā)明的目標(biāo)或目的可為至少解決或改善與現(xiàn)有技術(shù)或背景制劑相關(guān)的至少一個(gè)或多個(gè)問題或不足。
解決問題的手段
本發(fā)明的第一方面可包括用于生產(chǎn)病原體抑制劑濃縮物的可適用于農(nóng)業(yè)應(yīng)用的制劑，其中，所述制劑包括：漿液形式的固體和水的混合物，其中顆粒優(yōu)選地包括均勻分布的氫氧化鎂和過氧化鎂，其中，所述氫氧化鎂和過氧化鎂的相對(duì)摩爾比可被配制為提供足夠的堿性和活性氧以保持健康的葉生態(tài)系統(tǒng)，并且當(dāng)經(jīng)稀釋且以葉面噴霧來噴施到植物的葉上時(shí)，將鎂作為肥料提供至該植物。
本發(fā)明的第二方面可包括用于生產(chǎn)病原體抑制劑濃縮物的可適用于水產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的另一制劑，其中，所述制劑包括：漿液形式的固體和水的混合物，其中顆粒優(yōu)選地包括基本上均勻分布的氫氧化鎂、碳酸鈣和過氧化鎂，其中，所述氫氧化鎂、碳酸鈣和過氧化鎂的相對(duì)摩爾比可被配制為提供足夠的堿性和活性氧以保持健康的水生態(tài)系統(tǒng)，并且當(dāng)被稀釋且計(jì)量到水中或被引入水中時(shí)，作為食物為魚提供鎂和鈣。
本發(fā)明的第三方面可包括可適用于醫(yī)療和保健應(yīng)用的用于生產(chǎn)病原體抑制劑的另一制劑，其中含有生物活性顆粒的制劑可以作為可直接施用至組織(諸如皮膚)的糊劑使用，或者例如用作定型物，例如繃帶或紗布來使用。該制劑可包括生物活性顆粒，該生物活性顆粒優(yōu)選地包括基本上均勻分布的氫氧化鎂(mg(oh)2)和過氧化鎂(mgo2)，所述氫氧化鎂和過氧化鎂的相對(duì)摩爾比被可配制為提供堿性和活性氧來保持針對(duì)病原體移動(dòng)的防護(hù)性屏障。實(shí)例可包括其中含有制劑的軟膏，在施用于皮膚時(shí)抑制皮膚疾病(例如癬和頭皮屑)的發(fā)展，或當(dāng)應(yīng)用于紗布時(shí)，其形成對(duì)空氣傳播的病原體(例如流感病毒、禽流感等)的屏障。
優(yōu)選地，顆粒的粒徑分布在約0.3微米至100微米的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地，粒徑分布包括10微米至20微米的平均粒徑。
制劑中優(yōu)選固體含量可為至少35wt％，并且優(yōu)選為60wt％。優(yōu)選的濃縮物可被稀釋至2％以用于至少一次噴施和施藥。優(yōu)選地，氫氧化鎂的含量可為至少80wt％。
所述氫氧化鎂和碳酸鈣的組合含量可為至少80wt％，并且鈣與鎂的摩爾比可為至少35％。
優(yōu)選地，過氧化鎂與氫氧化鎂的摩爾含量可由保持相應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)的健康的摩爾要求，包括存在病原體微生物或者潛在存在病原體微生物來確定，其中，除非施用所述制劑，否則所述病原體微生物將導(dǎo)致宿主壞死。通常，可通過生態(tài)系統(tǒng)的氧化還原電位和ph來測(cè)量生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。
優(yōu)選地，濃縮物的劑量率可為每次施用不低于3kg/ha，并且施用間隔的時(shí)間可僅由具有至少10％的覆蓋率的葉上粉末的覆蓋率損失來確定。優(yōu)選地，在漿液的制造方法中，無需特定加入產(chǎn)生過氧化鎂的化合物。pct/au2014/001115中描述了該方法，該文獻(xiàn)通過引用并入本文。如果優(yōu)選的過氧化鎂不符合預(yù)定的要求，則添加額外的過氧化鎂，或者如本申請(qǐng)所述，通過加入諸如過氧化氫的前體來形成額外的過氧化鎂。
本發(fā)明的另一方面可包括可適用于水產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的用于生產(chǎn)生物滅殺劑濃縮物的另一制劑，其中，所述制劑包括：漿液形式的固體和水的混合物，其中顆粒優(yōu)選地包括均勻分布的氫氧化鎂、碳酸鈣和過氧化鎂，所述氫氧化鎂、碳酸鈣和過氧化鎂的相對(duì)摩爾比可被配制為提供足夠的堿性和活性氧以保持健康的水生態(tài)系統(tǒng)，并且當(dāng)被稀釋且被劑量稱量到水中或被引入水中時(shí)，作為食物為魚提供鎂和鈣。
優(yōu)選地，顆粒的粒徑分布在約0.3微米至100微米的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地，粒徑分布包括10微米至20微米的平均粒徑。
制劑中固體的優(yōu)選含量可為至少35wt％，并且優(yōu)選為60wt％。優(yōu)選的濃縮物可被稀釋至2％以用于噴施，或者可劑量稱量到水體系中以達(dá)到這樣的濃度，或者可以與其它添加劑一起涂覆為涂層。優(yōu)選地，氫氧化鎂的含量可為至少80wt％。
所述氫氧化鎂和碳酸鈣的組合含量可為至少80wt％，并且鈣與鎂的摩爾比可為至少35％。
優(yōu)選地，過氧化鎂與氫氧化鎂的摩爾含量可由保持相應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)的健康所需的摩爾要求，包括存在病原體微生物或者潛在存在病原體微生物來確定，其中，除非施用所述制劑，否則所述病原體微生物將導(dǎo)致宿主壞死。
優(yōu)選地，濃縮物的劑量率可為每次施用不低于60kg/ml，并且施用間隔的時(shí)間可僅由水的ph確定，ph應(yīng)優(yōu)選保持在6.0和8.0之間，更優(yōu)選地為7.5。
本發(fā)明的另一方面可包括顆粒的漿液的制劑，該顆粒不是納米顆粒，其中該制劑的生物活性類似于納米顆粒的生物活性。在本說明書中，所提及的術(shù)語“病原體抑制劑”可為有益地促進(jìn)或增強(qiáng)處理區(qū)域、部位或位置內(nèi)微生物平衡以抑制宿主感染的任何材料。更具體地，術(shù)語“病原體抑制劑”是指可抑制、限制包括細(xì)菌、病毒或真菌的病原體的生長或殺死包括細(xì)菌、病毒或真菌的病原體的無機(jī)堿的鹽化合物。
具體實(shí)施方式
根據(jù)下文示出的描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將更好地理解且更容易明白本發(fā)明的僅為示例性的實(shí)施方式。
現(xiàn)將參照非限制性實(shí)施例來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。本發(fā)明涉及一種固體在水中的漿液，該漿液時(shí)經(jīng)稀釋用于噴霧或劑量稱量的濃縮物。固體包含水合金屬氧化物以及用于產(chǎn)生ros的一種或多種前體。
優(yōu)選的產(chǎn)品是穩(wěn)定的60固體％的漿液，為濃縮物，其中，粒徑分布優(yōu)選為0.3微米至100微米，其中，ros前體均勻分布在每個(gè)顆粒中。濃縮物的粘度應(yīng)小于250cp，優(yōu)選小于100cp，以能夠用在施藥體系中，且能夠用于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。應(yīng)盡可能減少凝膠的形成和脫水作用。確實(shí)形成的凝膠的耐性應(yīng)該很低，從而產(chǎn)品通過攪拌能夠容易地流化。sceats和vincent在au2013904096中描述了具有這些性質(zhì)的氫氧化鎂漿料的生產(chǎn)(通過引用并入本文)。本發(fā)明的目的是優(yōu)化這種漿液的生物活性。
實(shí)施例的主要基礎(chǔ)是顆粒中的ros前體可為在制備氧化物以及氧化物水合形成漿液期間所形成的固有前體，以及此外為利用在該漿液制備過程中加入的試劑由合成前體所形成的前體。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，考慮到上述生態(tài)系統(tǒng)對(duì)ros的敏感性，控制顆粒中的ros前體濃度是可取的。在制備中的該控制可產(chǎn)生具有特定氧化還原電勢(shì)，以獲得溫和的生物活性并且其中ros濃度用于維持現(xiàn)有的好氧環(huán)境的漿液，或者產(chǎn)生具有中等生物活性并且其中ros足夠高至殺死病原性厭氧微生物但對(duì)生態(tài)系統(tǒng)提供積極協(xié)同作用的好氧細(xì)菌不會(huì)受到不利影響的漿液，或者能殺死生態(tài)系統(tǒng)中所有微生物并產(chǎn)生無菌表面的ros濃度非常高的漿液。這些產(chǎn)品的使用者可確定他們希望獲得的影響，從保持生態(tài)系統(tǒng)的預(yù)防措施到高度影響措施，該高度影響措施為對(duì)抗已經(jīng)控制生態(tài)系統(tǒng)且可能已經(jīng)引起感染和宿主生物可能壞死的病原性菌群。因此在鎂的情況下，可獨(dú)立地控制用于施肥的鎂的劑量。這種靈活性是本文公開的本發(fā)明的重要特征。
實(shí)施例的另一基礎(chǔ)是使ros受控釋放到生態(tài)系統(tǒng)中。受控釋放是藥物領(lǐng)域中已知的技術(shù)，其中通常均勻分布在顆粒中的活性化合物隨著顆粒緩慢溶解而釋放?？衫昧椒植籍a(chǎn)生所需的響應(yīng)。對(duì)于具有相同表面積的顆粒，從外表面以恒定速率(m/s)發(fā)生溶解。因此，隨著所有顆粒逐漸溶解，大顆?？梢栽谘娱L的時(shí)間段內(nèi)提供ros源。氫氧化鎂相對(duì)不溶于水，并且由于其是堿源而逐漸溶解，并且因此氫氧化鎂以一定的速率消耗，該一定的速率取決于生態(tài)系統(tǒng)的ph與氫氧化鎂的固有ph10.4相比的差異。產(chǎn)品使用者可以通過規(guī)定粒徑分布和顆粒表面積來設(shè)定產(chǎn)生ros所需的持續(xù)時(shí)間。對(duì)于納米顆粒不存在這種能力。
對(duì)于氫氧化鎂漿液的情況，首先考慮由固有前體產(chǎn)生ros?，F(xiàn)有技術(shù)表明，由常規(guī)苛性氧化鎂產(chǎn)生的漿液產(chǎn)生瞬時(shí)的生物滅殺效果，并且該效果源自于在氧化鎂的大穩(wěn)定表面的低缺陷密度而產(chǎn)生的低密度ros前體。缺陷密度的主要指標(biāo)是顆粒單位體積的比表面積(ssav)。因此，ssav為400m2/cm3的氧化鎂將具有比ssav為10m2/cm3的氧化鎂更高的前體密度。通過燒結(jié)氧化鎂能夠控制氧化鎂的ssav，這導(dǎo)致顆粒的微孔隨著表面能降低而塌陷形成介孔，并且正是該表面能的降低消除了在水合期間產(chǎn)生ros的晶體缺陷。最高的ros將由ssa最高的材料產(chǎn)生，并且存在許多生產(chǎn)工藝能夠用于生產(chǎn)高表面積的氧化鎂。這種方法之一描述在sceats和horley的wo2007/112496(通過引用并入本文)中，其中，在間接加熱的反應(yīng)器對(duì)菱鎂礦進(jìn)行快速煅燒，在該反應(yīng)器中，外部加熱的氣體與煅燒顆粒逆流流動(dòng)。在高溫下，在蒸汽或co2中對(duì)這些顆粒進(jìn)行燒結(jié)能夠產(chǎn)生所需的ssav?？稍谘心ミ^程中，或者可在氧化鎂的預(yù)煅燒或后煅燒，或者在作為濕研磨期間水合過程的一部分中，控制粒度分布。
其次，考慮ros前體的合成?？扇〉氖?，反應(yīng)在顆粒內(nèi)均勻地發(fā)生，使得活性物質(zhì)與氧化鎂顆粒均勻地形成。在過氧化鎂為活性化合物的情況下，可以使用過氧化氫與氧化鎂反應(yīng)以在放熱反應(yīng)中形成過氧化鎂。該方法是已知技術(shù)，并且如果能夠進(jìn)行完全，則產(chǎn)生含約30wt％過氧化鎂的顆粒。過氧化鎂在100℃以下是穩(wěn)定的，而在100℃以上則分解而產(chǎn)生氧，反應(yīng)通常在50℃下進(jìn)行。本發(fā)明并未說明該合成路線。制備可以氣相反應(yīng)的方式進(jìn)行或在漿液中進(jìn)行。對(duì)于高表面積的氧化鎂，優(yōu)選的方法是在產(chǎn)生均勻材料的溫度和壓力下，在孔隙率非常高的氧化鎂顆粒上進(jìn)行的氣相方法?？商娲?，在使用氧化鎂大顆粒的濕研磨方法中，可將過氧化氫加入到水中，并使其在研磨和水合時(shí)與顆粒反應(yīng)；或者在后續(xù)合成方法中加入過氧化氫。通常，將過氧化氫劑量稱量到體系中以在顆粒中得到所需濃度的包括固有ros的ros前體。
控制前體的另一方法是將含有過量過氧化鎂的粉末加熱至約150℃并持續(xù)控制時(shí)間，以使過氧化物充分地分解以達(dá)到所需的活性?？商娲?，可將這種材料的漿液加熱至約70℃并持續(xù)一段時(shí)間。在這兩種情況下，過量的過氧化物形成氧氣。加熱可用于調(diào)節(jié)任何粉末或漿液的活性，以滿足應(yīng)用要求。
對(duì)于水產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，顆粒的粒徑分布很重要。通常小于5微米的小顆粒由布朗運(yùn)動(dòng)浮動(dòng)，隨著水流移動(dòng)，并且在重力作用下緩慢向下漂移。較大的顆粒迅速落到水池的底部。每個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中顆粒的停留時(shí)間取決于粒徑。根據(jù)需要，可優(yōu)化粒度分布(如細(xì)或粗的級(jí)別)，以將ros和堿輸送到每個(gè)體系。此外，魚的生長由攝入食物的鈣含量確定，并且可以從白云石作為原料來處理顆粒以產(chǎn)生這樣的顆粒：控制鎂部分和鈣部分的煅燒程度以選擇性地從氧化鎂部分去除二氧化碳以形成半煅燒白云石材料mgo.caco3。當(dāng)處理成具有所需ros水平的漿液時(shí)，該產(chǎn)品含有鎂和鈣作為用于魚生長的營養(yǎng)物。池塘中的水產(chǎn)品受益于該營養(yǎng)物，且受益于在健康且有氧的水和池塘底部生態(tài)系統(tǒng)中生長。
使用體外測(cè)量和初步作物試驗(yàn)已經(jīng)確立了漿液的病原體抑制劑活性。對(duì)于體外研究，通過加入水將漿液稀釋至2％，并將其噴霧到制備的皮氏培養(yǎng)皿(petridish)中，在該皮氏培養(yǎng)皿中已經(jīng)孵育測(cè)試的真菌、細(xì)菌或病毒株的斑，且使其生長24小時(shí)。在一段時(shí)間內(nèi)測(cè)量半徑的生長速率，并且通過環(huán)生長速率受抑制的程度來測(cè)量生物滅殺效果。對(duì)許多真菌進(jìn)行了研究，并且觀察到廣譜抗真菌效果，其與商業(yè)殺真菌劑相當(dāng)。
對(duì)于初步作物試驗(yàn)，用稀釋的漿液噴灑呈現(xiàn)出真菌爆發(fā)的許多作物，諸如葡萄、鱷梨以及香蕉，并且通過與未噴灑的田地相比，作物的健康度(尤其是存在真菌時(shí))測(cè)定生物滅殺效果。7天后檢查，噴灑區(qū)域未觀察到真菌。應(yīng)當(dāng)注意的是，粉末對(duì)葉子具有強(qiáng)附著性，并且葉子具有改善的外觀，表明了鎂被吸收到植物中并促進(jìn)更強(qiáng)的光合作用。這樣的葉子特征包括顏色和葉片厚度。
在殺蟲劑響應(yīng)試驗(yàn)中，用氧化鎂粉末對(duì)布滿昆蟲的小麥樣本進(jìn)行撒粉。幾天后，昆蟲計(jì)數(shù)明顯減少，并且具有類似于脫水硅藻土的響應(yīng)。
本發(fā)明中描述的漿液通常并不配置為60％固體的病原體抑制劑。它是用于為不同應(yīng)用制備病原體抑制劑的濃縮物。在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用病原體抑制劑的方法優(yōu)選是通過噴灑系統(tǒng)來避免風(fēng)對(duì)作物產(chǎn)生的損失。通常的方法是使用材料的漿液，其由噴霧水稀釋至約2％。這種葉面噴霧方法已經(jīng)得到廣泛的行業(yè)認(rèn)可。在這種情況下，基于氫氧化鎂的材料具有提供鎂源的附加益處，而鎂是光合作用的必需營養(yǎng)物。噴霧應(yīng)優(yōu)選具有小于100微米，優(yōu)選25微米直徑的顆粒，以避免堵塞噴嘴。噴霧也可具有應(yīng)用于醫(yī)療應(yīng)用中的用途。然而，在該領(lǐng)域中，還存在將該材料并入口罩中以降低被空氣傳播的微生物感染，或并入到擦拭物中以除去表面的微生物。
在另一應(yīng)用中，漿液應(yīng)與作為助劑的現(xiàn)有生物滅殺劑混合。這包括常規(guī)的水溶性生物滅殺劑(通常是分子)，其吸附在顆粒上以產(chǎn)生期望的生物滅殺活性。由含有油溶性助劑的油形成的乳液是另一種該應(yīng)用。
在另一實(shí)施方式中，上述漿液可與其它化合物混合以形成局部乳膏，用于治療傷口的敷料。優(yōu)選地，上述漿液的水組分可進(jìn)一步并入包括舒博倫(sorbolene)的標(biāo)準(zhǔn)局部乳膏添加劑。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，漿液可應(yīng)用至傷口敷料，其中醫(yī)用繃帶在包括上述漿液的溶液或制劑中浸泡至少10分鐘。然后，繃帶優(yōu)選地帶有一定量的該漿液的病原體抑制劑。
在本說明書中，詞語“包括”應(yīng)當(dāng)以“開放式”的含義來理解，即，為“包含”的意義，并且因此不限于“封閉式”的含義，即“僅包括”的意義。本文中出現(xiàn)相應(yīng)的詞語“包括(comprise)”，“包括(comprised)”和“包括(comprising)”也將具有相應(yīng)的含義。
盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的基本特征的情況下，本發(fā)明可以以其它特定形式來實(shí)施。因此，實(shí)施方式和實(shí)例在所有方面均應(yīng)認(rèn)為是說明性而非限制性的，其中因此本文涵蓋在等同含義和范圍內(nèi)的所有變化。還將應(yīng)當(dāng)理解的是，除非出現(xiàn)相反的說明，否則本文中對(duì)已知現(xiàn)有技術(shù)的任何引用并不表示承認(rèn)該現(xiàn)有技術(shù)為本領(lǐng)域所普遍知曉。
盡管參考具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在保有本文所述的本發(fā)明的廣泛原理和精神下，本發(fā)明可以以許多其它形式來實(shí)施。
本發(fā)明和所描述的優(yōu)選實(shí)施方式尤其包括工業(yè)上可應(yīng)用的至少一個(gè)特征。