用于抗微生物剂的控释的方法、材料和系统的制作方法
专利名称：用于抗微生物剂的控释的方法、材料和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用抗微生物剂处理流体的方法。特别地，本发明涉及可控制地释放抗微生物剂到流体中的方法、材料和系统。
背景技术：
一些金属和金属化合物，例如银、铜和锌，它们的抗微生物性质是公知的。特别地，低浓度的单价银离子对微生物(micro-organisms)是有毒的。另外，银和银离子在对于抗微生物应用有效的低浓度下一般认为对于人类消费是安全的。因而，使用金属的银和银化合物对于处理水来获得具有对于人类消费可接受水平的微生物有机体的水是特别有益的。
以观察到抗微生物效果所必需的低浓度将银和银离子投递到水中，存在着几种不同的方法。
例如，可以使水通过浸渍了银盐和金属银的活性碳含银介质或装载了单价银离子的离子交换介质，来将溶液中单价银离子的浓度提高到对微生物有毒的水平。也使用了其他含银介质，例如，包含银或银化合物的高表面积基质(substrate)，其中投递溶剂化的的银物质的方法依赖于基质的液-固界面处银阳离子缓慢和连续的解离到溶液中。
在除了纯净形式的所有的水中，溶剂化的的卤素离子，特别是氯离子，是遍在的。因而，不令人惊讶的是单价银离子在溶液中的留存时间一般很短，约为几分钟，主要是由于随单价银离子与溶剂化的的卤素离子特别是氯离子的反应形成卤化银沉淀的。
Ag++Cl-→AgCl(s)(1)然而，单价银离子在溶液中的短留存时间被认为对于可测量的抗微生物效果是足够久的。
由于大多数经历了水处理的水一般将含有对于发生卤化银形成足够高浓度的溶剂化的卤素离子，用低浓度的单价银离子对水的定期的补充是将微生物群体维持在人类消费可接受水平所必需的，特别是如果水需要被保存并且在用银处理之后不被立即消费。
通过使用含银电极的电解装置，单价银离子可以被快速地和连续地引入水溶液中。然而，这种方法依赖于外部的电源，它不适合于偏远的或发展中地区，在那里可能既没有又不能承受可靠的外部电源。
在含银介质或含银电极的液-固界面上形成惰性膜或卤化银包被，也损害了所有上述方法的有效性，其阻止银进一步释放到溶液中。
类似地，显示了抗微生物性质的其他金属和金属化合物，例如铜和锌，倾向于氧化和在含金属或金属化合物的基质的液-固界面上最终形成惰性膜或金属氧化物包被。
银的其他形式，例如三价银离子，作为抗微生物剂的效力最近也已经引起了注意。在US 5,223,149中，Antelman描述了用可溶的Ag(III)，特别是高碘酸银(III)和银(III)双胍复合物处理有用的水体，例如游泳池、热浴池、市政和工业供水。
也已经检查了通过引入混合化合价银化合物的水处理，虽然看起来将这些化合物与氧化剂例如过硫酸盐或臭氧组合是提供所需的抗生物素效果所必需的。例如，在US 5,211,855中Antelman描述了用四银四氧化物分子晶体在存在氧化剂例如过硫酸盐的情况下处理有用的水体的方法，而在US6,346,201中Felkner描述了采用臭氧化的四银四氧化物和包含臭氧化的四银四氧化物的组合物进行水消毒方法。
要理解的是，存在着一种需求，提供可控制释放抗微生物剂或其他活性物质到流体中而不直接需要电力的方法。
在衣物漂白领域，欧洲专利公开EP0339674公开了从固体载体向第二固体材料，即要漂白的衣物释放漂白剂的磨耗方法。此时，衣物和所述固体载体之间的磨耗将胶结基质(cement matrix)中含有的氧化剂颗粒转移到存在于磨耗的衣物中水分中。颗粒不被释放到自由流动的流体中。此外，磨耗方法难以控制并且不容易实现漂白剂的控制释放。
本发明试图克服至少部分上述缺点。
要理解的是，虽然在此参考了现有技术使用和公开，这种参考不构成对在澳大利亚或任何其他国家任何这些公开形成了本领域的公知常识的一部分的认可。
发明概述现有技术已经证明了在基质或电极的液-固界面上形成惰性膜或金属卤化物或金属氧化物的一般包被的形成有时会损害展示了抗微生物性质的金属或金属化合物从基质或电极的连续释放，从而阻止金属或金属化合物进一步释放到流体中。
本发明基于这种实现，通过磨耗含金属或金属化合物的基质的液-固界面来除去惰性膜或包被，有可能可控制地释放低浓度的这种金属或金属化合物到流体中。
因此，根据本发明的一个特征，提供了可控制地释放抗微生物剂到流体中的方法，包括步骤a)用含所述抗微生物剂的固体材料接触所述流体；和，b)磨耗所述固体材料的界面并从其上移除颗粒并使所述固体材料的下层表面暴露于所述流体，从而促进所述固体材料和/或移除的颗粒下层表面的抗微生物剂释放进入所述流体。
在此使用的术语“抗微生物剂”是指起作用来降低活的微生物的总数的物质，所述微生物包括但不限于细菌、真菌和病毒。在本发明的一些实施方案中，所述抗微生物剂是抗细菌剂。在本发明的一些实施方案中，所述抗微生物剂是抗真菌剂。在本发明的一些实施方案中，所述抗微生物剂是抗病毒剂。
可以由本发明的抗微生物剂抑制的微生物的典型实例包括，但不限于，大肠杆菌(Escherichia coli)ATCC 11775、绿脓假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)ATCC 27853和蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)、大肠菌类细菌(coliform bacteria)和耐热大肠菌类细菌(thermotolerant coliform bacteria)。
抗微生物剂能是任何一种或多种金属、金属氧化物、金属化合物、金属盐、金属-配体络合物或其具有抗微生物性质的衍生物。抗微生物剂的典型实例包括，但不限于，基于银、铜和锌的任何一种或多种金属、金属氧化物、金属化合物、金属盐、金属-配体络合物或其衍生物的。
在优选的实施方案中，所述抗微生物剂是氧化银(AgO)，有时也提到四银四氧化物。虽然不希望受理论的限制，发明人认为，当氧化银被暴露在从磨耗材料移除的颗粒的下层表面、或磨耗的固体材料的下层表面时，氧化银快速地在水溶液中反应来提供溶剂化的的银离子。所述溶剂化的银离子具有对于可测量的抗微生物效果足够长的溶液中留存时间。
所述流体可以是气体或液体。基于水的液体是优选的流体。基于水的液体的典型实例包括，但不限于，饮料(例如，瓶装水、市政饮用供水、水果和/或植物汁、蒸馏的和碳酸饮料(carbonated beverages))、用于治疗或药物应用的生物流体或基于水的流体(例如，血清、盐水、牙科供水)、用于人类和/或动物消费的水(例如，市政供水)、娱乐活动中使用的水(例如，游泳池)、生产和工业应用中使用的水(例如，作为原料、溶剂、处理流(process stream)、冷却塔中、空调系统中、清洗流体)，和水产业中使用的水。
在一些实施方案中，所述流体可以是蒸汽、湿润空气形式的气体，或以雾化或喷雾化喷雾(nebulised spray)形式的空气挟带的水(air-borne water)。在其他实施方案中，所述流体能是呼吸装置中使用的气体、医学和外科的应用中使用的气体、工业应用中无菌条件下使用的气体。
在此使用的术语“界面”是指在固相、特别是固体材料和与所述固相接触的流体之间形成共用边界的表面。
在一个实施方案中，磨耗固体材料的界面的步骤包括提供固体材料的多个固体实体(solid bodies)并搅动所述流体，或否则使得所述固体实体在受控的基础上碰撞从而部分地碎裂所述固体实体并将所述抗微生物剂释放到所述流体中。
在一个实施方案中，搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体碰撞的速率搅拌所述流体。
在可选择的实施方案中，搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体碰撞的速率摇动所述流体。
在另外的实施方案中，搅动流体的步骤包括使所述流体和所述固体实体包含在容器中，并使所述流体循环通过所述容器，这样配置以使流入或流出所述容器的流体的流量引起所述固体实体碰撞。
在可选择的实施方案中，磨耗所述固体材料的界面的步骤包括直接在所述固体材料的界面上施加磨耗力。一般地，通过磨耗设备(abrading means)，实例例如机械冲刷机(mechanical scourer)，来将磨耗力直接作用于所述固体材料的界面上。
根据本发明的第二特征，提供了用于可控制地释放抗微生物剂到流体中的固体材料，所述固体材料包括分散入或包埋入固体载体的抗微生物剂。
一般地，选择固体载体来提供具有期望的硬度、强度、孔隙和颗粒大小性质的固体材料。另外，期望的是所述固体载体几乎不溶于水，从而当与基于水的流体接触时所述固体材料维持了它的体结构(bulk structural)完整性。
在一些实施方案中，所述固体载体是胶结材料(cementitious material)。在此使用的术语“胶结材料”是指用于粘结或凝结成硬质材料的物质。典型的胶结材料包括但不限于水凝水泥，实例例如，硅酸盐水泥(Portland cement)、矿渣硅酸盐水泥(Portland-slag cement)、波特兰火山灰水泥(Portland-pozzolancement)、矿渣水泥(slag cement)、天然水泥(natural cement)、砌筑水泥(masonrycement)、或抗硫酸盐水泥(sulphate-resistant cement)或有机胶结材料，例如环氧树脂和聚酯树脂。
在其他实施方案中，所述固体载体是具有期望的硬度、强度、孔隙、颗粒大小和溶解性质的填充剂(bulking agent)。
任选的，所述固体材料还包括选自絮凝剂、凝结剂、惰性颗粒材料、漂浮剂(buoyancy agent)、另外的硬化剂(further hardening agent)、水处理剂、营养物和/或治疗剂的添加剂。
在本发明的第三个特征中，提供了包被在固体材料中用于可控制释放抗微生物剂到流体中的装置，其中所述固体材料包括分散或包埋入固体载体的抗微生物剂。
在本发明的第四个特征中，提供了用于可控制释放抗微生物剂到流体中的系统，所述系统包括接受所述流体的接受器(receptacle)；含有抗微生物剂的固体材料，其中所述固体材料的界面被布置在所述接受器中，并与接受器中接收的流体接触；和设备，用于磨耗所述固体材料的界面并从其上移除颗粒并使所述固体材料的下层表面暴露于所述流体，从而促进所述固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂向所述流体的释放。
在本发明的第五个特征中，提供了可控制释放抗微生物剂到流体中的方法，包括步骤将抗微生物剂分散和/或包埋入材料中；形成含有所述分散和/或包埋的抗微生物剂的所述材料的固体实体；
将多个所述固体实体置于含有要处理的所述流体的室中；以及搅动所述流体，或反之，使得所述固体实体在受控的基础上碰撞，并因而部分地碎裂所述固体实体和释放所述抗微生物剂到流体中。
在本发明的另一个特征中，提供了用抗微生物剂处理流体的方法，包括步骤a)用含所述抗微生物剂的固体材料接触所述流体；和，b)磨耗所述固体材料的界面并从其上移除颗粒并使所述固体材料的下层表面暴露于所述流体，从而促进所述固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂释放进入所述流体。
在本发明的说明和定义本发明的权利要求中，除了由于表述语言或必需的含意在上下文中另外需要的之外，词语“包含(comprise)”或变体例如“comprises”或“comprising”按照包括在内的意义使用，即，指出所声明的特征的存在，但不排除在本发明的各种实施方案中进一步的特征的存在或添加。
本发明的优选实施方案的详细说明在说明本发明的装置(apparatus)的优选的实施方案之前，要理解的是本发明不限于所描述的特定材料，这些可以变化。还需要理解的是，在此使用的专有名词仅用于描述特定实施方案的目的，无论如何不意味着限制本发明的范围。必须指出的是，在此使用的，单数形式“a”、“an”和“the”包括复数的引用，除非上下文中另有明显的指示。除非另外定义，此处使用的所有技术和科学术语具有本发明所属技术领域的一个普通技术人员通常所理解的相同含义。
发明人发现，通过用含有抗微生物剂的固体材料接触流体并磨耗所述固体材料的界面来从其上移除颗粒，可以将抗微生物剂可控制地释放到流体中。这样，由抗微生物剂与所述流体中其他遍在的化学物质的反应在界面表面形成的金属卤化物或其他金属物类的惰性膜或包被将被除去。在移除所述颗粒时，所述固体材料的下层表面被暴露于所述流体，因此所述固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂被释放到所述流体中。
发明人已经开发了固体材料来促成本发明的方法，其中所述固体材料包含分散或包埋入固体载体的抗微生物剂。
所述抗微生物剂能是一种或多种金属、金属氧化物、金属化合物、金属盐、金属-配体络合物或其具有抗微生物性质的衍生物。抗微生物剂的典型实例包括但不限于，基于银、铜和锌的金属、金属氧化物、金属化合物、金属盐、金属-配体络合物或其已知具有抗微生物性质的衍生物。
优选的，所述抗微生物剂是氧化银、氧化铜(II)和氧化锌(II)。氧化银被化学计量地表述为AgO，但中子衍射已经显示它是点阵中具有两种类型银原子的AgIAgIIIO2，一个具有与两个氧原子的直线形配位(linearcoordination)(AgI)，另一个具有相对氧的正方形平面配位(square planarcoordination)(AgIII)。它是一种强大的氧化剂，由于展现了期望的性质，例如，低的体积溶解度(bulk solubility)、对光解降解的抗性和长时间的良好储存稳定性，已经被选择作为抗微生物剂。
一般地，选择固体载体来提供具有期望的硬度、强度、孔隙和颗粒大小性质的固体材料。另外，期望的是所述固体载体几乎不(not appreciably)溶于所述流体，从而当与所述流体接触时所述固体材料维持了它的体结构完整性。
在一些实施方案中，所述固体载体是胶结材料。典型的胶结材料包括但不限于水凝水泥，实例例如，硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、波特兰火山灰水泥、矿渣水泥、天然水泥、砌筑水泥、或抗硫酸盐水泥或有机胶结材料例如环氧树脂和聚酯树脂。特别地，抗硫酸盐水泥展现了期望的慢凝性质和在硫还原菌群有活性和产生硫酸根阴离子的情况下的稳定性。
在其他实施方案中，所述固体载体是具有期望的硬度、强度、孔隙、颗粒大小和溶解性质的填充剂。
一般地，所述固体载体还用来稀释所述抗微生物剂在所述固体材料中的比例，从而以相对低的成本制造所述固体材料，而同时在所述固体材料中具有充足的抗微生物剂，来向所述流体可控制地释放期望浓度的所述抗微生物剂。
在采用本发明的方法时，所述固体材料的颗粒被移除并进入所述流体。进入所述流体的移除的颗粒的大小和浓度将根据许多因素必要地变化，包括所述固体材料的硬度和施加到所述固体材料的磨耗力(abrasion forces)。因而如果所述流体的目的是为人类或动物消费，重要的考虑是选择在所述浓度无毒的固体载体，所述移除的颗粒将以所述浓度存在于所述流体中。
硅酸盐水泥是优选的固体载体之一，因为它是便宜和容易获得的、结构上长时间稳定的、在它可能被消费的浓度上是惰性和无毒的。例如，已经用设想用于本发明的固体载体构建了许多现存的蓄水池和水道。
在可选择的实施方案中，所述固体载体能是抗微生物剂。例如，通过在适当形状的模具中以大约20bar的压力将一定量的干燥氧化银(AgO)粉未压紧，可以形成氧化银(AgO)的固体材料。
任选的，所述固体材料还包含添加剂(adjunct)，所述添加剂包含选自包括凝结剂、絮凝剂、水处理剂、惰性颗粒材料、漂浮剂、另外的硬化剂、营养物和/或治疗试剂的任何一种或多种成分。
凝结剂是引起极其细微的胶体颗粒相互直接粘附的试剂，而絮凝剂是引起胶体中颗粒的聚集形成更大的块来帮助其通过过滤或其他已知的固体分离装置分离的试剂。根据在此描述的方法能提供凝结剂和/或絮凝剂的一种或二者连同抗微生物剂在基于水的流体中的受控释放。据认为，添加凝结剂和/或絮凝剂到基于水的流体，例如市政饮用供水中，将增进普通的水处理过程来产生可饮用水。几种凝结剂、絮凝剂和水处理剂是水处理领域的技术人员已知的，其适合于本中请。
在一些应用和操作条件中，还期望的是提供进一步包含惰性颗粒、漂浮剂例如酚醛树脂微球(phenolic resin microballoons)、硅质微球(silicamicroballoons)和聚苯乙烯珠子，和/或另外的硬化剂的固体材料。
还期望的是提供具有分散在整个固体材料中的增味剂或着色剂的固体材料，来容易地表明是否以及何时抗微生物剂存在于处理的水中。
营养物和/或治疗剂可以有利地在所述固体材料中与抗微生物剂组合，借此，在使用中，根据本发明的所述固体材料的磨耗(abrasion)也将连同所述抗微生物剂可控制地释放营养物和/或治疗剂到所述流体中。例如，在碘缺乏普遍的偏远地区，可以制备固体材料使得它还包括生物可获得的碘。在饮用供水中所述固体材料的随后的磨耗将同时可控制地释放生物可获得的碘到饮用供水中，然后其能被消费而具有对接受者有益的营养效果。抗生素、激素、维生素和其他营养物或治疗剂也可以包方便地储存在所述固体材料中，然后根据以上描述的方法连同抗微生物剂以低浓度可控制地释放到基于水的流体中。
通过以95∶5-1∶99wt％之间的比例混合抗微生物剂和固体载体来制备所述固体材料。一般地，抗微生物剂和固体载体以50∶50-85∶15wt％之间的比例在固体材料中存在。取决于固体载体的性质，合适的固化剂(curing agent)，例如水，和任选的早先描述的添加剂，可以添加到混合物中。在经历固化和硬化过程之前，产生的湿润混合物可以形成固体实体，例如团粒、球状体、椭圆体或其他期望的形状。
做为选择，在经历最终的固化和硬化过程之前，产生的湿润混合物可以包被在装置上，例如团粒、球状体、椭圆体或其他期望的形状。固体材料的包被能方便地应用到用于流体贮存的容器、用于接受流体的接受器、或流体通过的管道的内表面(或其部分)。
固体材料的包被还可以应用于材料的核心，所述材料包括增味剂、着色剂或指示物试剂，当所述固体材料被磨耗到一定程度从而暴露材料的核心时，来表明包被的寿命末端，并促使替换固体材料。
在此使用的术语“包被(coating)”或“包被的(coated)”是指施加到固体表面的一层固体材料。要理解的是，施加到固体表面的固体材料层可以遍布固体表面的一个或多个部分，或固体表面的完整区域。
一般地，由本发明的固体材料形成的或包被有本发明的固体材料的固体实体的大小可以从10微米到100mm。
包被了本发明的固体材料的装置能展现包被有10微米-100mm厚的固体材料的广阔的表面积。例如，流体存储容器的内表面能被提供1mm的固体材料包被。
发明人提供了可控制释放抗微生物剂到流体中的方法，包括步骤a)用含所述抗微生物剂的固体材料接触所述流体；和，b)磨耗所述固体材料的界面并从其上移除颗粒并使所述固体材料的下层表面暴露于所述流体，从而促进所述固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂释放进入所述流体。
在本发明的一个实施方案中，由固体材料形成的或包被有固体材料的至少两个团粒(pellet)置于用于处理和/或保存流体的容器中。所述容器装备有搅动设备(agitation means)。然后通过所述搅动设备搅动所述团粒，借此使得团粒相互翻滚，因而引起团粒界面处的磨耗，从而从其上移除小颗粒。
一般地，所述小颗粒包括不溶性膜例如卤化银膜的部分，其随着时间在所述团粒和/或固体材料的部分的界面上形成。一旦除去了不溶性膜的部分，固体材料的下层表面和/或移除的固体材料颗粒的部分的下层表面暴露与流体接触。固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂然后与流体作用来将抗微生物剂释放到流体中。
如果固体材料含有其他成分，所述成分包括添加剂，例如絮凝剂和/或凝结剂、水处理剂、营养物和/或治疗剂，则要理解的是，暴露在固体材料的下层表面和/或从磨耗界面表面移除的固体材料部分的下层表面的其他成分也将暴露与流体接触。这样，包括添加剂的其他成分也被可控制地释放到流体中。
搅动设备一般是机械的，例如回转叶轮(rotating impeller)或搅拌器，位于容器中来搅动容器中含有的团粒和/或流体到一定程度，借此使得团粒相互翻滚，因而引起团粒界面处的磨耗，从其上移除小颗粒。
做为选择，搅动设备位于容器的外部，在使用中采用来搅动容器和它的内容物，从而容器的内容物被摇动或扰动，使得团粒相互翻滚，因而引起团粒界面处的磨耗，从其上移除小颗粒。
做为选择，搅动设备是液力搅拌设备，其中所述容器装备有一种设备来使流体，气体或液体，循环通过容器的内容物，这样布置使得流入或流出容器的流量液压地搅动团粒，从而使得它们相互翻滚，从而磨耗团粒的界面表面并从其上移除小颗粒。一般地，流入或流出容器的流体流量是10-30升/分钟。
在本发明的另一个实施方案中，容器能在其至少一部分内表面上具有固体材料包被。所述容器具有至少一个自由活动的元件，在使用中采用所述元件来磨耗容器的内表面上包被的固体材料。一般地，所述或每个自由活动的元件由固体材料形成，或包被有固体材料。做为选择，所述或每个自由活动的元件由材料形成或包被有材料，所述材料的硬度足以引起在容器的内表面上固体材料的磨耗。所述容器具有早先描述的搅动设备的任何一种。然后通过搅动设备搅动所述或每个自由活动的元件，借此它相对于容器的内表面的部分上包被的固体材料翻滚，因而磨耗固体材料的界面并从其上移除小颗粒。
通过外部磨耗设备，例如机械冲刷机直接在固体材料上施加的磨耗力(abrasive forces)，可以促进对容器内表面上固体材料的磨耗。
方便地，可以选择固体材料的界面的磨耗速率来控制抗微生物剂的释放。例如，在一些情况下，固体材料的连续磨耗可以向流体中引入非常高浓度的抗微生物剂。释放到流体中的抗微生物剂的浓度可以通过降低磨耗速率、或甚至通过停止磨耗预定的时间来减少。
在一些实施方案中，通过与流体中含有的一种或多种化学物质反应，抗微生物剂能形成惰性膜或包被。在这些情况下，降低磨耗的速率或甚至停止磨耗预定的时间，将促使在固体材料的界面上形成的金属卤化物或金属氧化物或其他金属物质的惰性包被的部分或完全形成，从而限制固体材料的界面处抗微生物剂的溶出(dissolution)直到所述惰性包被被进一步磨耗。
例如，如早先描述的，在存在溶剂化的卤素离子时，卤化银膜将不可避免地在任何含银的界面表面上形成。虽然对界面表面的磨耗将除去卤化银膜，停止界面表面的磨耗作用将引起一定时间内卤化银膜的再次形成，从而阻止磨耗材料中含有的抗微生物剂的进一步溶出。因此本发明的方法具有除去卤化银膜或重形成卤化银膜的能力，来控制基于银的抗微生物剂向周围的流体的释放速率。
能控制固体材料的界面的磨耗速率，从而释放到流体中的抗微生物剂的浓度足以提供抗微生物效果。
根据本发明的方法释放到流体中的抗微生物剂的浓度也将由几个因素的任一个或组合来决定，所述因素包括但不限于，固体材料中抗微生物剂的浓度，从固体材料的界面移除的颗粒的表面积和暴露的固体材料的下层表面的表面积，和在给定的时间内从固体材料的界面移除的颗粒的数目。这些因素，在一定程度上，将直接或间接地取决于固体材料的硬度和施加到固体材料上的磨耗力。
施加到固体材料的磨耗力将由几个因素的任一个或组合来决定，所述因素包括但不限于，形成或包被固体实体的固体材料的硬度、在容器中引起翻滚的自由活动元件的硬度、固体实体和/或自由活动元件的大小、固体实体和/或自由活动元件的重量、碰撞的速率、容器的体积、和流入或流出容器的流体的流量速率。
参考以下的实施例进一步描述本发明。
实施例1将干燥的氧化银(AgO)粉末(75g)与干燥的硅酸盐水泥(Portlandcement)(25g)和去离子水(20ml)密切混合，形成具有糊状稠度的混合物。将小部分(5g)的混合物以轨道方式(orbital fashion)相对于另一个表面加工，形成直径约12-15mm的球状体。使球状体硬化数小时，并容许在水中固化以达到完全的强度。
还可以基于氧化银(AgO)粉未(60g)、通用的水泥(cement)(36g)和CorrocemTM(4g)的干燥混合物，按如上所述类似的方式形成球状体。
实施例2将根据实施例1制备的数个球状体浸入底部呈圆锥的圆柱形容器中盛有的水中。圆锥底部设有与一设备流体连通的中心孔，所述设备用于使水循环通过所述圆柱形容器，孔和所述设备这样布置而使得进入容器的循环水的流动引起球状体相互翻滚。
以5、10、20和40分钟的间隔采样循环水的等分量(aliquot)。通过原子吸收光谱(AAS)测定每个等分量中银的浓度为50ppb、111ppb、190ppb和373ppb。
将几种细菌有机体，大肠杆菌(E.coli)ATCC 11775、绿脓假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)ATCC 27853和蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)NCTC 10320接种到相等体积的上述等分量中来达到约106个细胞每毫升的初始细菌浓度。在5分钟、1小时和8天的三个预定时间之后，抽取每种溶液的等分量，进行存活有机体的计数。所有的测试一式两份进行。
对照溶液与如下的测试溶液平行进行。
1)空白对照包括用上述的细菌有机体接种的无菌的未处理的水。
2)氯对照物包括用上述细菌有机体接种的，以可与标准饮用水相比的水平用次氯酸钠(0.5ppm)处理的无菌水。
在下表中概括了测试结果。所有结果以log10单位表示。
表1.E.coli.(溶液中有机体的初始浓度是5.81)
表2.绿脓假单胞菌(溶液中有机体的初始浓度是5.62)
表3.蜡样芽胞杆菌(溶液中有机体的初始浓度是5.82)
实施例3将根据实施例1制备的数个球状体连同后过滤装置安装在接受器中，处于与运行的冷却塔连接的水循环回路中。根据本发明来处理来自循环泵排放管上的小放水沟(small take-off)并经由软管回到冷却塔槽的水。当冷却塔运行时，水连续地循环通过球状体，循环水的流动引起球状体相互翻滚。小的放水沟允许每分钟处理相对小体积的水，从而通过接受器的整个体积的冷却塔水的循环速率是相对低的。
将水样品从回水到冷却塔的软管收集到灭菌的玻璃瓶中，立即转移到实验室用于根据以下测试进行微生物分析
在处理开始前、处理开始后一周和处理开始后两周收集样品。在处理两周之后，从循环回路移除球状体，在停止处理过去一周后和停止处理过去两周后收集水样品。
使用异养平板计数(HPC)作为一般水质的指示物。测试需要在21℃和37℃进行规定时间(set time)的细菌培养。每mL＜100,000集落形成单位(CFU)的群体(population)是冷却塔中一般可接受的。大于这个的群体通常需要补救措施。
表4.测试部分1的结果
实施例4将根据实施例1制备的数个球状体连同后过滤装置安装在接受器中，并连接到安装在试验台上的电动泵。冷却塔水连续地循环通过接受器。在启动循环泵之前采取样品。在5、10、15和30分钟的循环之后收集样品。循环速率是15L/分钟。
立即将样品转移到实验室用于根据以下测试进行微生物分析
表5.测试部分2的结果
测试部分1的结果表明，通过根据本发明方法处理低效(low effective)流速的冷却塔水，可以将异养细菌的减少的菌落维持在可接受的水平。
测试部分2的结果表明，对于高流速的处理的冷却塔水，在暴露于根据本发明的方法产生的银抗微生物剂5分钟内，能快速地减少异养细菌的增加的菌落，并在暴露30分钟内几乎将其消除。
实施例520L代表性水样采集自郊外的湖中。采样点位于水表面、离岸2-3米、水中深度大于50cm。在采样时避免了搅动沉淀和非代表性事件。
采集了四个单独的500mL等分量并保存在实验室级别灭菌的玻璃瓶中。
将含有以下浓度的银、铜和锌抗微生物剂的样品按如下所述的方式导入水样中
银将包含氧化银作为抗微生物剂的两个球状体装入附着在适合长度的手柄的1μM过滤袋中，放入样品0420334W。通过手柄大力摇动球状物，持续预定的时间。定期采集随后的等分量并用AAS测试来测量银浓度直到样品中获得0.05mg/L的银浓度。重复类似的步骤以在随后的水样中达到逐渐提高的银浓度0420335W达到样品中0.10mg/L银0420336W达到样品中0.15mg/L银铜将包含氧化铜作为抗微生物剂的两个球状体装入附着在适合长度的手柄的1μM过滤袋中，放入样品0420334W。通过手柄大力摇动球状物，持续预定的时间。定期采集随后的等分量并用AAS测试来测量铜浓度直到样品中获得0.50mg/L的铜浓度。重复类似的步骤来在随后的水样中达到逐渐提高的铜浓度0420335W达到样品中1.00mg/L铜0420336W达到样品中1.50mg/L铜锌将包含氧化锌作为抗微生物剂的两个球状体装入附着在适合长度的手柄的1μM过滤袋中，放入样品0420334W。通过手柄大力摇动球状物，持续预定的时间。定期采集随后的等分量并用AAS测试来测量锌浓度直到样品中获得0.50mg/L的锌浓度。重复类似的步骤来在随后的水样中达到逐渐提高的锌浓度0420335W达到样品中1.00mg/L锌0420336W达到样品中1.50mg/L锌将样品迅速地转移用于根据以下测试的微生物分析
表6 测试结果
使用异养平板计数(HPC)作为一般水质的指示物。测试需要在21℃和37℃进行规定时间的细菌培养。每mL＜500CFU的群体是一般可接受的，而群体＞500CFU每mL通常需要补救措施(remedial action)。名称“大肠菌”被给予可以在水中出现并显示潜在的健康问题的细菌的全部群组。它们被分为两个组大肠菌，其是全部的大肠菌类细菌，和耐热(Fecal)大肠菌，其是该组的亚类。这些细菌都是密切相关的。从卫生学的角度，耐热大肠菌群被认为是严重得多的。在测试中，水计数通常按照100mL样品水中的细胞数目给出。水中大肠菌、特别是耐热大肠菌的存在给消费者导致严重的问题。CFU是指集落形成单位。
在如上所述处理的所有水样中观察到了抗微生物效果。
实施例6将根据实施例1制备的数个球状体连同后过滤装置安装在接受器中，并连接到安装在试验台上的电动泵。游泳池水连续地循环通过接受器。在启动循环泵之前采取样品。在10、15和30分钟的循环之后收集样品。循环速率是15L/分钟。
立即将样品转移到实验室用于根据以下测试进行微生物分析
使用异养平板计数(HPC)作为一般水质的指示物。测试需要在21℃和37℃进行规定时间的细菌培养。＜100CFU每mL的群体是游泳池中一般可接受的。从人类卫生学角度，大肠菌群特别是耐热大肠菌群(E.Coli)被认为是严重的。在安全的游泳池水中允许零菌落的大肠菌。游泳池中绿脓假单胞菌的存在是游泳者中的耳感染的原因。零菌落的P.aeruginosa是安全的游泳池水所需的。
表7.测试结果
虽然游泳池水中的微生物污染限于异养细菌，结果证明，本发明的方法效力在三十分钟的处理时间内提供了对特定细菌的可接受的控制。
有益地，发明人提供了可控制地释放抗微生物剂到流体中的方法，其不直接依赖于外部电源，例如电解技术所需的电源。
除了已经说明的那些之外，许多变化和修饰将出现在本领域技术人员面前，而不背离基本的发明构思。所以这样的变化和修饰都认为处于本发明的范围内，其性质将由上述的说明来决定。
例如，本发明的方法容易地适用于在蒸发型空调(evaporativeair-conditioning)系统中使用的循环水和空气的处理。蒸发空气调节器的工作原理是抽回暖空气并使它通过一系列湿过滤板，所述湿过滤板通过蒸发来冷却空气，之后将空气排放入需要冷却的空间。在滤板上水的蒸发降低了空气的温度并提高了它的湿度。在此描述的抗微生物剂可以根据在此描述的方法可控制地释放到蒸发空调系统中使用的循环水中，来降低循环水中含有的活微生物(micro-organisms)的数量。处理的循环水被循环通过并湿润系统中的一系列过滤板，在所述过滤板中保持了一部分处理的水。通过湿过滤板的暖空气被处理的水湿润，暖空气中含有的微生物也可以随后被减少。有益地，本发明的方法不仅能够容易地用抗微生物剂处理循环水，也能处理通过所述过滤板的暖空气。
权利要求
1.一种固体材料，用于可控制地释放抗微生物剂到流体中，所述固体材料包括分散入或包埋入固体载体中的抗微生物剂。
2.根据权利要求1的固体材料，其中所述抗微生物剂是一种或多种金属、金属氧化物、金属化合物、金属盐、金属-配体络合物或其具有抗微生物性质的衍生物。
3.根据权利要求2的固体材料，其中所述抗微生物剂是一种或多种基于银、铜和锌的金属、金属氧化物、金属化合物、金属盐、金属-配体络合物或其衍生物。
4.根据权利要求3的固体材料，其中所述抗微生物剂是一种或多种氧化银(AgO)、氧化铜(II)和氧化锌(II)。
5.根据前述权利要求的任一项的固体材料，其中通过与所述流体中含有的一种或多种化学物质反应，所述抗微生物剂能形成惰性膜或包被。
6.根据前述权利要求的任一项的固体材料，其中所述固体载体几乎不溶于所述流体，并且当与所述流体接触时维持它的体结构完整性。
7.根据前述权利要求的任一项的固体材料，其中所述固体载体是胶结材料。
8.根据权利要求7的固体材料，其中所述胶结材料是水凝水泥，其选自硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、矿渣水泥、天然水泥、砌筑水泥、抗硫酸盐水泥。
9.根据权利要求7的固体材料，其中所述胶结材料是有机胶结材料，其选自环氧基树脂和聚酯树脂。
10.根据权利要求6的固体材料，其中所述固体载体是具有期望的硬度、强度、孔隙度、颗粒大小和溶解性质的填充剂。
11.根据前述权利要求的任一项的固体材料，其中所述抗微生物剂和所述固体载体以95∶5-1∶99wt％的比例存在。
12.根据权利要求11的固体材料，其中所述抗微生物剂和所述固体载体以50∶50-85∶15wt％的比例存在。
13.根据权利要求1到6的任一项的固体材料，其中所述固体载体是抗微生物剂。
14.根据前述权利要求的任一项的固体材料，还包括添加剂，所述添加剂选自絮凝剂、凝结剂、惰性颗粒材料、漂浮剂、另外的硬化剂、水处理剂、营养物和/或治疗剂、增味剂、着色剂、指示剂。
15.装置，其用在权利要求1到14的任一项定义的固体材料包被，用于可控制地释放抗微生物剂到流体中。
16.根据权利要求15的装置，其中所述固体材料包被的厚度从10微米到100mm。
17.根据权利要求15或权利要求16的装置，其中将所述固体材料的包被施用于增味剂、着色剂或指示剂。
18.根据权利要求15到17的任一项的装置，所述装置包括其内表面具有所述固体材料的包被的接受器，其用于流体贮存和/或用抗微生物剂对流体的处理。
19.一种装置，由权利要求1到14的任一项定义的固体材料形成，用于可控制地释放抗微生物剂到流体中。
20.根据权利要求15到17和权利要求19的装置，其中所述装置是固体实体。
21.根据权利要求20的装置，其中所述固体实体具有10微米-100mm的直径。
22.可控制地释放抗微生物剂到流体中的方法，包括下列步骤a)所述流体与权利要求1到14的任一项中定义的固体材料接触；b)磨耗所述固体材料的界面并从其上移除颗粒并使所述固体材料的下层表面暴露于所述流体，从而促进所述固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂释放进入所述流体。
23.根据权利要求22的方法，其中所述磨耗固体材料的界面的步骤包括提供由所述固体材料形成的、或用所述固体材料包被的多个固体实体并搅动所述流体，或者，使得所述固体实体在受控的基础上碰撞从而部分地碎裂所述固体实体并将所述抗微生物剂释放到所述流体中。
24.根据权利要求23的方法，其中所述搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体碰撞的速率搅动所述流体。
25.根据权利要求23的方法，其中所述搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体碰撞的速率摇动所述流体。
26.根据权利要求23的方法，其中所述搅动流体的步骤包括使所述流体和所述固体实体包含在容器中，并使所述流体循环通过所述容器，这样配置以使流入或流出所述容器的流体的流量引起所述固体实体碰撞。
27.根据权利要求22的方法，其中所述磨耗固体材料的界面的步骤包括直接在所述固体材料的界面上施加磨耗力。
28.根据权利要求22的方法，其中磨耗所述固体材料的界面的步骤包括提供至少一个固体实体并搅动所述流体，或者，使得所述固体实体或每个固体实体在受控的基础上与所述固体材料的界面碰撞。
29.根据权利要求28的方法，其中所述搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体或每个固体实体与所述固体材料的界面碰撞的速率搅拌所述流体。
30.根据权利要求28的方法，其中所述搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体或每个固体实体与所述固体材料的界面碰撞的速率摇动所述流体。
31.根据权利要求28的方法，其中所述搅动流体的步骤包括使所述流体和所述固体实体或每个固体实体包含在容器中，并使所述流体循环通过所述容器，这样配置以使流入或流出所述容器的流体的流量引起所述固体实体或每个固体实体与所述固体材料碰撞。
32.根据31的方法，其中所述容器的内表面用所述固体材料包被。
33.根据权利要求22到33的任一项的方法，还包括在所述固体材料的界面上重新形成惰性膜或包被的步骤。
34.根据权利要求33的方法，包括将磨耗步骤停止预定的时间，并使所述惰性膜或包被在所述固体材料的界面上重新形成。
35.用于可控制地释放抗微生物剂到流体中的系统，所述系统包括接受所述流体的接受器；权利要求1到14的任一项中定义的固体材料，其中所述固体材料的界面被置于所述接受器中，并与所述接受器中接受的流体接触；和装置，用于磨耗所述固体材料的界面并从其上移除颗粒并使所述固体材料的下层表面暴露于所述流体，从而促进所述固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂释放进入所述流体。
36.根据权利要求35的系统，其中所述固体材料包被在所述接受器的一部分内表面上。
37.根据权利要求35的系统，其中所述固体材料形成多个固体实体或包被在多个固体实体上。
38.根据权利要求35或36的系统，其中用于磨耗所述固体材料的界面的装置包括与所述固体材料操作上连通的冲刷装置。
39.根据权利要求35或37的系统，其中用于磨耗所述固体材料的界面的装置包括用于搅动接受器中接受的流体，并使得所述固体实体在受控的基础上碰撞从而部分地碎裂所述固体实体并将所述抗微生物剂释放到所述流体中的装置。
40.根据权利要求35或36的系统，其中用于磨耗所述固体材料的界面的装置包括置于所述接受器中的多个固体实体和用于搅动所述接受器中接受的流体，并使得所述固体实体在受控的基础上与所述固体材料的界面碰撞的装置。
41.根据权利要求39或40的系统，其中所述用于搅动流体的装置是叶轮或搅拌设备。
42.根据权利要求39或40的系统，其中所述用于搅动流体的装置是用于摇动所述接受器和它的内容物的装置。
43.根据权利要求39或权利要求40的系统，其中所述用于搅动流体的装置是用于循环所述流体通过所述接受器的装置，这样配置以使流入或流出所述接受器的流体的流量引起所述固体实体碰撞。
44.用抗微生物剂处理流体的方法，包括下列步骤a)使所述流体与权利要求1到14的任一项中定义的固体材料接触；和，b)磨耗所述固体材料的界面并从其上移除颗粒并使所述固体材料的下层表面暴露于所述流体，从而促进所述固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂释放进入所述流体。
45.根据权利要求44的方法，其中所述流体包括气体或液体。
46.根据权利要求44或权利要求45的方法，其中所述流体是基于水的液体。
47.根据权利要求46的方法，其中所述基于水的流体包括饮料、生物流体或在治疗或药物应用中使用的基于水的流体、用于人类和/或动物消费的水、在娱乐活动中使用的水、在生产和工业应用中使用的水、在水产业中使用的水。
48.根据权利要求44或权利要求45的方法，其中所述流体是蒸汽、湿润空气、或以雾化或喷雾化的喷雾形式的空气中夹带的水；呼吸装置中使用的气体、医药和外科应用中使用的气体、工业应用中无菌条件下使用的气体。
49.根据权利要求44的方法，其中所述磨耗固体材料的界面的步骤包括提供所述固体材料的多个固体实体并搅动所述流体，或者使得所述固体实体在受控的基础上碰撞从而部分地碎裂所述固体实体并将所述抗微生物剂释放到所述流体中。
50.根据权利要求49的方法，其中所述搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体碰撞的速率搅拌所述流体。
51.根据权利要求49的方法，其中所述搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体碰撞的速率摇动所述流体。
52.根据权利要求49的方法，其中所述搅动流体的步骤包括使所述流体和所述固体实体包含在容器中，并使所述流体循环通过所述容器，这样配置以使流入或流出所述容器的流体的流量引起所述固体实体碰撞。
53.根据权利要求44的方法，其中所述磨耗固体材料的界面的步骤包括直接在所述固体材料的界面上施加磨耗力。
54.根据权利要求44的方法，其中磨耗所述固体材料的界面的步骤包括提供至少一个固体实体并搅动所述流体，或者使得所述固体实体或每个固体实体在受控的基础上与所述固体材料的界面碰撞。
55.根据权利要求54的方法，其中所述搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体或每个固体实体与所述固体材料的界面碰撞的速率搅拌所述流体。
56.根据权利要求54的方法，其中所述搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体或每个固体实体与所述固体材料的界面碰撞的速率摇动所述流体。
57.根据权利要求54的方法，其中所述搅动流体的步骤包括使所述流体和所述固体实体或每个固体实体包含在容器中，并使所述流体循环通过所述容器，这样配置以使流入或流出所述容器的流体的流量引起所述固体实体或每个固体实体与所述固体材料碰撞。
58.根据权利要求54到57的任一项的方法，其中所述容器的内表面用所述固体材料包被。
59.根据权利要求44到58的任一项的方法，还包括在所述固体材料的界面上重新形成惰性膜或包被的步骤。
60.根据权利要求59的方法，包括将磨耗步骤停止预定的时间，并使所述惰性膜或包被在所述固体材料的界面上重新形成。
61.可控制地释放抗微生物剂到流体中的方法，包括下列步骤将抗微生物剂分散和/或包埋入材料中；形成含有所述分散和/或包埋的抗微生物剂的所述材料的固体实体；将多个所述固体实体置于含有要处理的所述流体的室中；以及搅动所述流体，或者使得所述固体实体在受控的基础上碰撞，并因而部分地破裂所述固体实体和释放所述抗微生物剂到流体中。
全文摘要
提供了用抗微生物剂处理流体的方法，包括步骤(a)用含抗微生物剂的固体材料接触所述流体；和(b)磨耗所述固体材料的界面并从其上移除颗粒并使所述固体材料的下层表面暴露于所述流体，从而促进所述固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂释放进入所述流体。所述固体材料包括分散和/或包埋入固体载体的抗微生物剂。一般地，所述抗微生物剂是一种或多种基于银、铜和锌的金属、金属氧化物、金属化合物、金属盐、金属－配体络合物或其衍生物。
文档编号A61L2/232GK101052304SQ200580037795
公开日2007年10月10日 申请日期2005年9月7日 优先权日2004年9月7日
发明者艾伦·R·帕森斯, 唐纳德·W·阿特金森 申请人:巴克斯托普有限公司
技术领域：
本发明涉及用抗微生物剂处理流体的方法。特别地，本发明涉及可控制地释放抗微生物剂到流体中的方法、材料和系统。
背景技术：
一些金属和金属化合物，例如银、铜和锌，它们的抗微生物性质是公知的。特别地，低浓度的单价银离子对微生物(micro-organisms)是有毒的。另外，银和银离子在对于抗微生物应用有效的低浓度下一般认为对于人类消费是安全的。因而，使用金属的银和银化合物对于处理水来获得具有对于人类消费可接受水平的微生物有机体的水是特别有益的。
以观察到抗微生物效果所必需的低浓度将银和银离子投递到水中，存在着几种不同的方法。
例如，可以使水通过浸渍了银盐和金属银的活性碳含银介质或装载了单价银离子的离子交换介质，来将溶液中单价银离子的浓度提高到对微生物有毒的水平。也使用了其他含银介质，例如，包含银或银化合物的高表面积基质(substrate)，其中投递溶剂化的的银物质的方法依赖于基质的液-固界面处银阳离子缓慢和连续的解离到溶液中。
在除了纯净形式的所有的水中，溶剂化的的卤素离子，特别是氯离子，是遍在的。因而，不令人惊讶的是单价银离子在溶液中的留存时间一般很短，约为几分钟，主要是由于随单价银离子与溶剂化的的卤素离子特别是氯离子的反应形成卤化银沉淀的。
Ag++Cl-→AgCl(s)(1)然而，单价银离子在溶液中的短留存时间被认为对于可测量的抗微生物效果是足够久的。
由于大多数经历了水处理的水一般将含有对于发生卤化银形成足够高浓度的溶剂化的卤素离子，用低浓度的单价银离子对水的定期的补充是将微生物群体维持在人类消费可接受水平所必需的，特别是如果水需要被保存并且在用银处理之后不被立即消费。
通过使用含银电极的电解装置，单价银离子可以被快速地和连续地引入水溶液中。然而，这种方法依赖于外部的电源，它不适合于偏远的或发展中地区，在那里可能既没有又不能承受可靠的外部电源。
在含银介质或含银电极的液-固界面上形成惰性膜或卤化银包被，也损害了所有上述方法的有效性，其阻止银进一步释放到溶液中。
类似地，显示了抗微生物性质的其他金属和金属化合物，例如铜和锌，倾向于氧化和在含金属或金属化合物的基质的液-固界面上最终形成惰性膜或金属氧化物包被。
银的其他形式，例如三价银离子，作为抗微生物剂的效力最近也已经引起了注意。在US 5,223,149中，Antelman描述了用可溶的Ag(III)，特别是高碘酸银(III)和银(III)双胍复合物处理有用的水体，例如游泳池、热浴池、市政和工业供水。
也已经检查了通过引入混合化合价银化合物的水处理，虽然看起来将这些化合物与氧化剂例如过硫酸盐或臭氧组合是提供所需的抗生物素效果所必需的。例如，在US 5,211,855中Antelman描述了用四银四氧化物分子晶体在存在氧化剂例如过硫酸盐的情况下处理有用的水体的方法，而在US6,346,201中Felkner描述了采用臭氧化的四银四氧化物和包含臭氧化的四银四氧化物的组合物进行水消毒方法。
要理解的是，存在着一种需求，提供可控制释放抗微生物剂或其他活性物质到流体中而不直接需要电力的方法。
在衣物漂白领域，欧洲专利公开EP0339674公开了从固体载体向第二固体材料，即要漂白的衣物释放漂白剂的磨耗方法。此时，衣物和所述固体载体之间的磨耗将胶结基质(cement matrix)中含有的氧化剂颗粒转移到存在于磨耗的衣物中水分中。颗粒不被释放到自由流动的流体中。此外，磨耗方法难以控制并且不容易实现漂白剂的控制释放。
本发明试图克服至少部分上述缺点。
要理解的是，虽然在此参考了现有技术使用和公开，这种参考不构成对在澳大利亚或任何其他国家任何这些公开形成了本领域的公知常识的一部分的认可。
发明概述现有技术已经证明了在基质或电极的液-固界面上形成惰性膜或金属卤化物或金属氧化物的一般包被的形成有时会损害展示了抗微生物性质的金属或金属化合物从基质或电极的连续释放，从而阻止金属或金属化合物进一步释放到流体中。
本发明基于这种实现，通过磨耗含金属或金属化合物的基质的液-固界面来除去惰性膜或包被，有可能可控制地释放低浓度的这种金属或金属化合物到流体中。
因此，根据本发明的一个特征，提供了可控制地释放抗微生物剂到流体中的方法，包括步骤a)用含所述抗微生物剂的固体材料接触所述流体；和，b)磨耗所述固体材料的界面并从其上移除颗粒并使所述固体材料的下层表面暴露于所述流体，从而促进所述固体材料和/或移除的颗粒下层表面的抗微生物剂释放进入所述流体。
在此使用的术语“抗微生物剂”是指起作用来降低活的微生物的总数的物质，所述微生物包括但不限于细菌、真菌和病毒。在本发明的一些实施方案中，所述抗微生物剂是抗细菌剂。在本发明的一些实施方案中，所述抗微生物剂是抗真菌剂。在本发明的一些实施方案中，所述抗微生物剂是抗病毒剂。
可以由本发明的抗微生物剂抑制的微生物的典型实例包括，但不限于，大肠杆菌(Escherichia coli)ATCC 11775、绿脓假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)ATCC 27853和蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)、大肠菌类细菌(coliform bacteria)和耐热大肠菌类细菌(thermotolerant coliform bacteria)。
抗微生物剂能是任何一种或多种金属、金属氧化物、金属化合物、金属盐、金属-配体络合物或其具有抗微生物性质的衍生物。抗微生物剂的典型实例包括，但不限于，基于银、铜和锌的任何一种或多种金属、金属氧化物、金属化合物、金属盐、金属-配体络合物或其衍生物的。
在优选的实施方案中，所述抗微生物剂是氧化银(AgO)，有时也提到四银四氧化物。虽然不希望受理论的限制，发明人认为，当氧化银被暴露在从磨耗材料移除的颗粒的下层表面、或磨耗的固体材料的下层表面时，氧化银快速地在水溶液中反应来提供溶剂化的的银离子。所述溶剂化的银离子具有对于可测量的抗微生物效果足够长的溶液中留存时间。
所述流体可以是气体或液体。基于水的液体是优选的流体。基于水的液体的典型实例包括，但不限于，饮料(例如，瓶装水、市政饮用供水、水果和/或植物汁、蒸馏的和碳酸饮料(carbonated beverages))、用于治疗或药物应用的生物流体或基于水的流体(例如，血清、盐水、牙科供水)、用于人类和/或动物消费的水(例如，市政供水)、娱乐活动中使用的水(例如，游泳池)、生产和工业应用中使用的水(例如，作为原料、溶剂、处理流(process stream)、冷却塔中、空调系统中、清洗流体)，和水产业中使用的水。
在一些实施方案中，所述流体可以是蒸汽、湿润空气形式的气体，或以雾化或喷雾化喷雾(nebulised spray)形式的空气挟带的水(air-borne water)。在其他实施方案中，所述流体能是呼吸装置中使用的气体、医学和外科的应用中使用的气体、工业应用中无菌条件下使用的气体。
在此使用的术语“界面”是指在固相、特别是固体材料和与所述固相接触的流体之间形成共用边界的表面。
在一个实施方案中，磨耗固体材料的界面的步骤包括提供固体材料的多个固体实体(solid bodies)并搅动所述流体，或否则使得所述固体实体在受控的基础上碰撞从而部分地碎裂所述固体实体并将所述抗微生物剂释放到所述流体中。
在一个实施方案中，搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体碰撞的速率搅拌所述流体。
在可选择的实施方案中，搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体碰撞的速率摇动所述流体。
在另外的实施方案中，搅动流体的步骤包括使所述流体和所述固体实体包含在容器中，并使所述流体循环通过所述容器，这样配置以使流入或流出所述容器的流体的流量引起所述固体实体碰撞。
在可选择的实施方案中，磨耗所述固体材料的界面的步骤包括直接在所述固体材料的界面上施加磨耗力。一般地，通过磨耗设备(abrading means)，实例例如机械冲刷机(mechanical scourer)，来将磨耗力直接作用于所述固体材料的界面上。
根据本发明的第二特征，提供了用于可控制地释放抗微生物剂到流体中的固体材料，所述固体材料包括分散入或包埋入固体载体的抗微生物剂。
一般地，选择固体载体来提供具有期望的硬度、强度、孔隙和颗粒大小性质的固体材料。另外，期望的是所述固体载体几乎不溶于水，从而当与基于水的流体接触时所述固体材料维持了它的体结构(bulk structural)完整性。
在一些实施方案中，所述固体载体是胶结材料(cementitious material)。在此使用的术语“胶结材料”是指用于粘结或凝结成硬质材料的物质。典型的胶结材料包括但不限于水凝水泥，实例例如，硅酸盐水泥(Portland cement)、矿渣硅酸盐水泥(Portland-slag cement)、波特兰火山灰水泥(Portland-pozzolancement)、矿渣水泥(slag cement)、天然水泥(natural cement)、砌筑水泥(masonrycement)、或抗硫酸盐水泥(sulphate-resistant cement)或有机胶结材料，例如环氧树脂和聚酯树脂。
在其他实施方案中，所述固体载体是具有期望的硬度、强度、孔隙、颗粒大小和溶解性质的填充剂(bulking agent)。
任选的，所述固体材料还包括选自絮凝剂、凝结剂、惰性颗粒材料、漂浮剂(buoyancy agent)、另外的硬化剂(further hardening agent)、水处理剂、营养物和/或治疗剂的添加剂。
在本发明的第三个特征中，提供了包被在固体材料中用于可控制释放抗微生物剂到流体中的装置，其中所述固体材料包括分散或包埋入固体载体的抗微生物剂。
在本发明的第四个特征中，提供了用于可控制释放抗微生物剂到流体中的系统，所述系统包括接受所述流体的接受器(receptacle)；含有抗微生物剂的固体材料，其中所述固体材料的界面被布置在所述接受器中，并与接受器中接收的流体接触；和设备，用于磨耗所述固体材料的界面并从其上移除颗粒并使所述固体材料的下层表面暴露于所述流体，从而促进所述固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂向所述流体的释放。
在本发明的第五个特征中，提供了可控制释放抗微生物剂到流体中的方法，包括步骤将抗微生物剂分散和/或包埋入材料中；形成含有所述分散和/或包埋的抗微生物剂的所述材料的固体实体；
将多个所述固体实体置于含有要处理的所述流体的室中；以及搅动所述流体，或反之，使得所述固体实体在受控的基础上碰撞，并因而部分地碎裂所述固体实体和释放所述抗微生物剂到流体中。
在本发明的另一个特征中，提供了用抗微生物剂处理流体的方法，包括步骤a)用含所述抗微生物剂的固体材料接触所述流体；和，b)磨耗所述固体材料的界面并从其上移除颗粒并使所述固体材料的下层表面暴露于所述流体，从而促进所述固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂释放进入所述流体。
在本发明的说明和定义本发明的权利要求中，除了由于表述语言或必需的含意在上下文中另外需要的之外，词语“包含(comprise)”或变体例如“comprises”或“comprising”按照包括在内的意义使用，即，指出所声明的特征的存在，但不排除在本发明的各种实施方案中进一步的特征的存在或添加。
本发明的优选实施方案的详细说明在说明本发明的装置(apparatus)的优选的实施方案之前，要理解的是本发明不限于所描述的特定材料，这些可以变化。还需要理解的是，在此使用的专有名词仅用于描述特定实施方案的目的，无论如何不意味着限制本发明的范围。必须指出的是，在此使用的，单数形式“a”、“an”和“the”包括复数的引用，除非上下文中另有明显的指示。除非另外定义，此处使用的所有技术和科学术语具有本发明所属技术领域的一个普通技术人员通常所理解的相同含义。
发明人发现，通过用含有抗微生物剂的固体材料接触流体并磨耗所述固体材料的界面来从其上移除颗粒，可以将抗微生物剂可控制地释放到流体中。这样，由抗微生物剂与所述流体中其他遍在的化学物质的反应在界面表面形成的金属卤化物或其他金属物类的惰性膜或包被将被除去。在移除所述颗粒时，所述固体材料的下层表面被暴露于所述流体，因此所述固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂被释放到所述流体中。
发明人已经开发了固体材料来促成本发明的方法，其中所述固体材料包含分散或包埋入固体载体的抗微生物剂。
所述抗微生物剂能是一种或多种金属、金属氧化物、金属化合物、金属盐、金属-配体络合物或其具有抗微生物性质的衍生物。抗微生物剂的典型实例包括但不限于，基于银、铜和锌的金属、金属氧化物、金属化合物、金属盐、金属-配体络合物或其已知具有抗微生物性质的衍生物。
优选的，所述抗微生物剂是氧化银、氧化铜(II)和氧化锌(II)。氧化银被化学计量地表述为AgO，但中子衍射已经显示它是点阵中具有两种类型银原子的AgIAgIIIO2，一个具有与两个氧原子的直线形配位(linearcoordination)(AgI)，另一个具有相对氧的正方形平面配位(square planarcoordination)(AgIII)。它是一种强大的氧化剂，由于展现了期望的性质，例如，低的体积溶解度(bulk solubility)、对光解降解的抗性和长时间的良好储存稳定性，已经被选择作为抗微生物剂。
一般地，选择固体载体来提供具有期望的硬度、强度、孔隙和颗粒大小性质的固体材料。另外，期望的是所述固体载体几乎不(not appreciably)溶于所述流体，从而当与所述流体接触时所述固体材料维持了它的体结构完整性。
在一些实施方案中，所述固体载体是胶结材料。典型的胶结材料包括但不限于水凝水泥，实例例如，硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、波特兰火山灰水泥、矿渣水泥、天然水泥、砌筑水泥、或抗硫酸盐水泥或有机胶结材料例如环氧树脂和聚酯树脂。特别地，抗硫酸盐水泥展现了期望的慢凝性质和在硫还原菌群有活性和产生硫酸根阴离子的情况下的稳定性。
在其他实施方案中，所述固体载体是具有期望的硬度、强度、孔隙、颗粒大小和溶解性质的填充剂。
一般地，所述固体载体还用来稀释所述抗微生物剂在所述固体材料中的比例，从而以相对低的成本制造所述固体材料，而同时在所述固体材料中具有充足的抗微生物剂，来向所述流体可控制地释放期望浓度的所述抗微生物剂。
在采用本发明的方法时，所述固体材料的颗粒被移除并进入所述流体。进入所述流体的移除的颗粒的大小和浓度将根据许多因素必要地变化，包括所述固体材料的硬度和施加到所述固体材料的磨耗力(abrasion forces)。因而如果所述流体的目的是为人类或动物消费，重要的考虑是选择在所述浓度无毒的固体载体，所述移除的颗粒将以所述浓度存在于所述流体中。
硅酸盐水泥是优选的固体载体之一，因为它是便宜和容易获得的、结构上长时间稳定的、在它可能被消费的浓度上是惰性和无毒的。例如，已经用设想用于本发明的固体载体构建了许多现存的蓄水池和水道。
在可选择的实施方案中，所述固体载体能是抗微生物剂。例如，通过在适当形状的模具中以大约20bar的压力将一定量的干燥氧化银(AgO)粉未压紧，可以形成氧化银(AgO)的固体材料。
任选的，所述固体材料还包含添加剂(adjunct)，所述添加剂包含选自包括凝结剂、絮凝剂、水处理剂、惰性颗粒材料、漂浮剂、另外的硬化剂、营养物和/或治疗试剂的任何一种或多种成分。
凝结剂是引起极其细微的胶体颗粒相互直接粘附的试剂，而絮凝剂是引起胶体中颗粒的聚集形成更大的块来帮助其通过过滤或其他已知的固体分离装置分离的试剂。根据在此描述的方法能提供凝结剂和/或絮凝剂的一种或二者连同抗微生物剂在基于水的流体中的受控释放。据认为，添加凝结剂和/或絮凝剂到基于水的流体，例如市政饮用供水中，将增进普通的水处理过程来产生可饮用水。几种凝结剂、絮凝剂和水处理剂是水处理领域的技术人员已知的，其适合于本中请。
在一些应用和操作条件中，还期望的是提供进一步包含惰性颗粒、漂浮剂例如酚醛树脂微球(phenolic resin microballoons)、硅质微球(silicamicroballoons)和聚苯乙烯珠子，和/或另外的硬化剂的固体材料。
还期望的是提供具有分散在整个固体材料中的增味剂或着色剂的固体材料，来容易地表明是否以及何时抗微生物剂存在于处理的水中。
营养物和/或治疗剂可以有利地在所述固体材料中与抗微生物剂组合，借此，在使用中，根据本发明的所述固体材料的磨耗(abrasion)也将连同所述抗微生物剂可控制地释放营养物和/或治疗剂到所述流体中。例如，在碘缺乏普遍的偏远地区，可以制备固体材料使得它还包括生物可获得的碘。在饮用供水中所述固体材料的随后的磨耗将同时可控制地释放生物可获得的碘到饮用供水中，然后其能被消费而具有对接受者有益的营养效果。抗生素、激素、维生素和其他营养物或治疗剂也可以包方便地储存在所述固体材料中，然后根据以上描述的方法连同抗微生物剂以低浓度可控制地释放到基于水的流体中。
通过以95∶5-1∶99wt％之间的比例混合抗微生物剂和固体载体来制备所述固体材料。一般地，抗微生物剂和固体载体以50∶50-85∶15wt％之间的比例在固体材料中存在。取决于固体载体的性质，合适的固化剂(curing agent)，例如水，和任选的早先描述的添加剂，可以添加到混合物中。在经历固化和硬化过程之前，产生的湿润混合物可以形成固体实体，例如团粒、球状体、椭圆体或其他期望的形状。
做为选择，在经历最终的固化和硬化过程之前，产生的湿润混合物可以包被在装置上，例如团粒、球状体、椭圆体或其他期望的形状。固体材料的包被能方便地应用到用于流体贮存的容器、用于接受流体的接受器、或流体通过的管道的内表面(或其部分)。
固体材料的包被还可以应用于材料的核心，所述材料包括增味剂、着色剂或指示物试剂，当所述固体材料被磨耗到一定程度从而暴露材料的核心时，来表明包被的寿命末端，并促使替换固体材料。
在此使用的术语“包被(coating)”或“包被的(coated)”是指施加到固体表面的一层固体材料。要理解的是，施加到固体表面的固体材料层可以遍布固体表面的一个或多个部分，或固体表面的完整区域。
一般地，由本发明的固体材料形成的或包被有本发明的固体材料的固体实体的大小可以从10微米到100mm。
包被了本发明的固体材料的装置能展现包被有10微米-100mm厚的固体材料的广阔的表面积。例如，流体存储容器的内表面能被提供1mm的固体材料包被。
发明人提供了可控制释放抗微生物剂到流体中的方法，包括步骤a)用含所述抗微生物剂的固体材料接触所述流体；和，b)磨耗所述固体材料的界面并从其上移除颗粒并使所述固体材料的下层表面暴露于所述流体，从而促进所述固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂释放进入所述流体。
在本发明的一个实施方案中，由固体材料形成的或包被有固体材料的至少两个团粒(pellet)置于用于处理和/或保存流体的容器中。所述容器装备有搅动设备(agitation means)。然后通过所述搅动设备搅动所述团粒，借此使得团粒相互翻滚，因而引起团粒界面处的磨耗，从而从其上移除小颗粒。
一般地，所述小颗粒包括不溶性膜例如卤化银膜的部分，其随着时间在所述团粒和/或固体材料的部分的界面上形成。一旦除去了不溶性膜的部分，固体材料的下层表面和/或移除的固体材料颗粒的部分的下层表面暴露与流体接触。固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂然后与流体作用来将抗微生物剂释放到流体中。
如果固体材料含有其他成分，所述成分包括添加剂，例如絮凝剂和/或凝结剂、水处理剂、营养物和/或治疗剂，则要理解的是，暴露在固体材料的下层表面和/或从磨耗界面表面移除的固体材料部分的下层表面的其他成分也将暴露与流体接触。这样，包括添加剂的其他成分也被可控制地释放到流体中。
搅动设备一般是机械的，例如回转叶轮(rotating impeller)或搅拌器，位于容器中来搅动容器中含有的团粒和/或流体到一定程度，借此使得团粒相互翻滚，因而引起团粒界面处的磨耗，从其上移除小颗粒。
做为选择，搅动设备位于容器的外部，在使用中采用来搅动容器和它的内容物，从而容器的内容物被摇动或扰动，使得团粒相互翻滚，因而引起团粒界面处的磨耗，从其上移除小颗粒。
做为选择，搅动设备是液力搅拌设备，其中所述容器装备有一种设备来使流体，气体或液体，循环通过容器的内容物，这样布置使得流入或流出容器的流量液压地搅动团粒，从而使得它们相互翻滚，从而磨耗团粒的界面表面并从其上移除小颗粒。一般地，流入或流出容器的流体流量是10-30升/分钟。
在本发明的另一个实施方案中，容器能在其至少一部分内表面上具有固体材料包被。所述容器具有至少一个自由活动的元件，在使用中采用所述元件来磨耗容器的内表面上包被的固体材料。一般地，所述或每个自由活动的元件由固体材料形成，或包被有固体材料。做为选择，所述或每个自由活动的元件由材料形成或包被有材料，所述材料的硬度足以引起在容器的内表面上固体材料的磨耗。所述容器具有早先描述的搅动设备的任何一种。然后通过搅动设备搅动所述或每个自由活动的元件，借此它相对于容器的内表面的部分上包被的固体材料翻滚，因而磨耗固体材料的界面并从其上移除小颗粒。
通过外部磨耗设备，例如机械冲刷机直接在固体材料上施加的磨耗力(abrasive forces)，可以促进对容器内表面上固体材料的磨耗。
方便地，可以选择固体材料的界面的磨耗速率来控制抗微生物剂的释放。例如，在一些情况下，固体材料的连续磨耗可以向流体中引入非常高浓度的抗微生物剂。释放到流体中的抗微生物剂的浓度可以通过降低磨耗速率、或甚至通过停止磨耗预定的时间来减少。
在一些实施方案中，通过与流体中含有的一种或多种化学物质反应，抗微生物剂能形成惰性膜或包被。在这些情况下，降低磨耗的速率或甚至停止磨耗预定的时间，将促使在固体材料的界面上形成的金属卤化物或金属氧化物或其他金属物质的惰性包被的部分或完全形成，从而限制固体材料的界面处抗微生物剂的溶出(dissolution)直到所述惰性包被被进一步磨耗。
例如，如早先描述的，在存在溶剂化的卤素离子时，卤化银膜将不可避免地在任何含银的界面表面上形成。虽然对界面表面的磨耗将除去卤化银膜，停止界面表面的磨耗作用将引起一定时间内卤化银膜的再次形成，从而阻止磨耗材料中含有的抗微生物剂的进一步溶出。因此本发明的方法具有除去卤化银膜或重形成卤化银膜的能力，来控制基于银的抗微生物剂向周围的流体的释放速率。
能控制固体材料的界面的磨耗速率，从而释放到流体中的抗微生物剂的浓度足以提供抗微生物效果。
根据本发明的方法释放到流体中的抗微生物剂的浓度也将由几个因素的任一个或组合来决定，所述因素包括但不限于，固体材料中抗微生物剂的浓度，从固体材料的界面移除的颗粒的表面积和暴露的固体材料的下层表面的表面积，和在给定的时间内从固体材料的界面移除的颗粒的数目。这些因素，在一定程度上，将直接或间接地取决于固体材料的硬度和施加到固体材料上的磨耗力。
施加到固体材料的磨耗力将由几个因素的任一个或组合来决定，所述因素包括但不限于，形成或包被固体实体的固体材料的硬度、在容器中引起翻滚的自由活动元件的硬度、固体实体和/或自由活动元件的大小、固体实体和/或自由活动元件的重量、碰撞的速率、容器的体积、和流入或流出容器的流体的流量速率。
参考以下的实施例进一步描述本发明。
实施例1将干燥的氧化银(AgO)粉末(75g)与干燥的硅酸盐水泥(Portlandcement)(25g)和去离子水(20ml)密切混合，形成具有糊状稠度的混合物。将小部分(5g)的混合物以轨道方式(orbital fashion)相对于另一个表面加工，形成直径约12-15mm的球状体。使球状体硬化数小时，并容许在水中固化以达到完全的强度。
还可以基于氧化银(AgO)粉未(60g)、通用的水泥(cement)(36g)和CorrocemTM(4g)的干燥混合物，按如上所述类似的方式形成球状体。
实施例2将根据实施例1制备的数个球状体浸入底部呈圆锥的圆柱形容器中盛有的水中。圆锥底部设有与一设备流体连通的中心孔，所述设备用于使水循环通过所述圆柱形容器，孔和所述设备这样布置而使得进入容器的循环水的流动引起球状体相互翻滚。
以5、10、20和40分钟的间隔采样循环水的等分量(aliquot)。通过原子吸收光谱(AAS)测定每个等分量中银的浓度为50ppb、111ppb、190ppb和373ppb。
将几种细菌有机体，大肠杆菌(E.coli)ATCC 11775、绿脓假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)ATCC 27853和蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)NCTC 10320接种到相等体积的上述等分量中来达到约106个细胞每毫升的初始细菌浓度。在5分钟、1小时和8天的三个预定时间之后，抽取每种溶液的等分量，进行存活有机体的计数。所有的测试一式两份进行。
对照溶液与如下的测试溶液平行进行。
1)空白对照包括用上述的细菌有机体接种的无菌的未处理的水。
2)氯对照物包括用上述细菌有机体接种的，以可与标准饮用水相比的水平用次氯酸钠(0.5ppm)处理的无菌水。
在下表中概括了测试结果。所有结果以log10单位表示。
表1.E.coli.(溶液中有机体的初始浓度是5.81)
表2.绿脓假单胞菌(溶液中有机体的初始浓度是5.62)
表3.蜡样芽胞杆菌(溶液中有机体的初始浓度是5.82)
实施例3将根据实施例1制备的数个球状体连同后过滤装置安装在接受器中，处于与运行的冷却塔连接的水循环回路中。根据本发明来处理来自循环泵排放管上的小放水沟(small take-off)并经由软管回到冷却塔槽的水。当冷却塔运行时，水连续地循环通过球状体，循环水的流动引起球状体相互翻滚。小的放水沟允许每分钟处理相对小体积的水，从而通过接受器的整个体积的冷却塔水的循环速率是相对低的。
将水样品从回水到冷却塔的软管收集到灭菌的玻璃瓶中，立即转移到实验室用于根据以下测试进行微生物分析
在处理开始前、处理开始后一周和处理开始后两周收集样品。在处理两周之后，从循环回路移除球状体，在停止处理过去一周后和停止处理过去两周后收集水样品。
使用异养平板计数(HPC)作为一般水质的指示物。测试需要在21℃和37℃进行规定时间(set time)的细菌培养。每mL＜100,000集落形成单位(CFU)的群体(population)是冷却塔中一般可接受的。大于这个的群体通常需要补救措施。
表4.测试部分1的结果
实施例4将根据实施例1制备的数个球状体连同后过滤装置安装在接受器中，并连接到安装在试验台上的电动泵。冷却塔水连续地循环通过接受器。在启动循环泵之前采取样品。在5、10、15和30分钟的循环之后收集样品。循环速率是15L/分钟。
立即将样品转移到实验室用于根据以下测试进行微生物分析
表5.测试部分2的结果
测试部分1的结果表明，通过根据本发明方法处理低效(low effective)流速的冷却塔水，可以将异养细菌的减少的菌落维持在可接受的水平。
测试部分2的结果表明，对于高流速的处理的冷却塔水，在暴露于根据本发明的方法产生的银抗微生物剂5分钟内，能快速地减少异养细菌的增加的菌落，并在暴露30分钟内几乎将其消除。
实施例520L代表性水样采集自郊外的湖中。采样点位于水表面、离岸2-3米、水中深度大于50cm。在采样时避免了搅动沉淀和非代表性事件。
采集了四个单独的500mL等分量并保存在实验室级别灭菌的玻璃瓶中。
将含有以下浓度的银、铜和锌抗微生物剂的样品按如下所述的方式导入水样中
银将包含氧化银作为抗微生物剂的两个球状体装入附着在适合长度的手柄的1μM过滤袋中，放入样品0420334W。通过手柄大力摇动球状物，持续预定的时间。定期采集随后的等分量并用AAS测试来测量银浓度直到样品中获得0.05mg/L的银浓度。重复类似的步骤以在随后的水样中达到逐渐提高的银浓度0420335W达到样品中0.10mg/L银0420336W达到样品中0.15mg/L银铜将包含氧化铜作为抗微生物剂的两个球状体装入附着在适合长度的手柄的1μM过滤袋中，放入样品0420334W。通过手柄大力摇动球状物，持续预定的时间。定期采集随后的等分量并用AAS测试来测量铜浓度直到样品中获得0.50mg/L的铜浓度。重复类似的步骤来在随后的水样中达到逐渐提高的铜浓度0420335W达到样品中1.00mg/L铜0420336W达到样品中1.50mg/L铜锌将包含氧化锌作为抗微生物剂的两个球状体装入附着在适合长度的手柄的1μM过滤袋中，放入样品0420334W。通过手柄大力摇动球状物，持续预定的时间。定期采集随后的等分量并用AAS测试来测量锌浓度直到样品中获得0.50mg/L的锌浓度。重复类似的步骤来在随后的水样中达到逐渐提高的锌浓度0420335W达到样品中1.00mg/L锌0420336W达到样品中1.50mg/L锌将样品迅速地转移用于根据以下测试的微生物分析
表6 测试结果
使用异养平板计数(HPC)作为一般水质的指示物。测试需要在21℃和37℃进行规定时间的细菌培养。每mL＜500CFU的群体是一般可接受的，而群体＞500CFU每mL通常需要补救措施(remedial action)。名称“大肠菌”被给予可以在水中出现并显示潜在的健康问题的细菌的全部群组。它们被分为两个组大肠菌，其是全部的大肠菌类细菌，和耐热(Fecal)大肠菌，其是该组的亚类。这些细菌都是密切相关的。从卫生学的角度，耐热大肠菌群被认为是严重得多的。在测试中，水计数通常按照100mL样品水中的细胞数目给出。水中大肠菌、特别是耐热大肠菌的存在给消费者导致严重的问题。CFU是指集落形成单位。
在如上所述处理的所有水样中观察到了抗微生物效果。
实施例6将根据实施例1制备的数个球状体连同后过滤装置安装在接受器中，并连接到安装在试验台上的电动泵。游泳池水连续地循环通过接受器。在启动循环泵之前采取样品。在10、15和30分钟的循环之后收集样品。循环速率是15L/分钟。
立即将样品转移到实验室用于根据以下测试进行微生物分析
使用异养平板计数(HPC)作为一般水质的指示物。测试需要在21℃和37℃进行规定时间的细菌培养。＜100CFU每mL的群体是游泳池中一般可接受的。从人类卫生学角度，大肠菌群特别是耐热大肠菌群(E.Coli)被认为是严重的。在安全的游泳池水中允许零菌落的大肠菌。游泳池中绿脓假单胞菌的存在是游泳者中的耳感染的原因。零菌落的P.aeruginosa是安全的游泳池水所需的。
表7.测试结果
虽然游泳池水中的微生物污染限于异养细菌，结果证明，本发明的方法效力在三十分钟的处理时间内提供了对特定细菌的可接受的控制。
有益地，发明人提供了可控制地释放抗微生物剂到流体中的方法，其不直接依赖于外部电源，例如电解技术所需的电源。
除了已经说明的那些之外，许多变化和修饰将出现在本领域技术人员面前，而不背离基本的发明构思。所以这样的变化和修饰都认为处于本发明的范围内，其性质将由上述的说明来决定。
例如，本发明的方法容易地适用于在蒸发型空调(evaporativeair-conditioning)系统中使用的循环水和空气的处理。蒸发空气调节器的工作原理是抽回暖空气并使它通过一系列湿过滤板，所述湿过滤板通过蒸发来冷却空气，之后将空气排放入需要冷却的空间。在滤板上水的蒸发降低了空气的温度并提高了它的湿度。在此描述的抗微生物剂可以根据在此描述的方法可控制地释放到蒸发空调系统中使用的循环水中，来降低循环水中含有的活微生物(micro-organisms)的数量。处理的循环水被循环通过并湿润系统中的一系列过滤板，在所述过滤板中保持了一部分处理的水。通过湿过滤板的暖空气被处理的水湿润，暖空气中含有的微生物也可以随后被减少。有益地，本发明的方法不仅能够容易地用抗微生物剂处理循环水，也能处理通过所述过滤板的暖空气。
权利要求
1.一种固体材料，用于可控制地释放抗微生物剂到流体中，所述固体材料包括分散入或包埋入固体载体中的抗微生物剂。
2.根据权利要求1的固体材料，其中所述抗微生物剂是一种或多种金属、金属氧化物、金属化合物、金属盐、金属-配体络合物或其具有抗微生物性质的衍生物。
3.根据权利要求2的固体材料，其中所述抗微生物剂是一种或多种基于银、铜和锌的金属、金属氧化物、金属化合物、金属盐、金属-配体络合物或其衍生物。
4.根据权利要求3的固体材料，其中所述抗微生物剂是一种或多种氧化银(AgO)、氧化铜(II)和氧化锌(II)。
5.根据前述权利要求的任一项的固体材料，其中通过与所述流体中含有的一种或多种化学物质反应，所述抗微生物剂能形成惰性膜或包被。
6.根据前述权利要求的任一项的固体材料，其中所述固体载体几乎不溶于所述流体，并且当与所述流体接触时维持它的体结构完整性。
7.根据前述权利要求的任一项的固体材料，其中所述固体载体是胶结材料。
8.根据权利要求7的固体材料，其中所述胶结材料是水凝水泥，其选自硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、矿渣水泥、天然水泥、砌筑水泥、抗硫酸盐水泥。
9.根据权利要求7的固体材料，其中所述胶结材料是有机胶结材料，其选自环氧基树脂和聚酯树脂。
10.根据权利要求6的固体材料，其中所述固体载体是具有期望的硬度、强度、孔隙度、颗粒大小和溶解性质的填充剂。
11.根据前述权利要求的任一项的固体材料，其中所述抗微生物剂和所述固体载体以95∶5-1∶99wt％的比例存在。
12.根据权利要求11的固体材料，其中所述抗微生物剂和所述固体载体以50∶50-85∶15wt％的比例存在。
13.根据权利要求1到6的任一项的固体材料，其中所述固体载体是抗微生物剂。
14.根据前述权利要求的任一项的固体材料，还包括添加剂，所述添加剂选自絮凝剂、凝结剂、惰性颗粒材料、漂浮剂、另外的硬化剂、水处理剂、营养物和/或治疗剂、增味剂、着色剂、指示剂。
15.装置，其用在权利要求1到14的任一项定义的固体材料包被，用于可控制地释放抗微生物剂到流体中。
16.根据权利要求15的装置，其中所述固体材料包被的厚度从10微米到100mm。
17.根据权利要求15或权利要求16的装置，其中将所述固体材料的包被施用于增味剂、着色剂或指示剂。
18.根据权利要求15到17的任一项的装置，所述装置包括其内表面具有所述固体材料的包被的接受器，其用于流体贮存和/或用抗微生物剂对流体的处理。
19.一种装置，由权利要求1到14的任一项定义的固体材料形成，用于可控制地释放抗微生物剂到流体中。
20.根据权利要求15到17和权利要求19的装置，其中所述装置是固体实体。
21.根据权利要求20的装置，其中所述固体实体具有10微米-100mm的直径。
22.可控制地释放抗微生物剂到流体中的方法，包括下列步骤a)所述流体与权利要求1到14的任一项中定义的固体材料接触；b)磨耗所述固体材料的界面并从其上移除颗粒并使所述固体材料的下层表面暴露于所述流体，从而促进所述固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂释放进入所述流体。
23.根据权利要求22的方法，其中所述磨耗固体材料的界面的步骤包括提供由所述固体材料形成的、或用所述固体材料包被的多个固体实体并搅动所述流体，或者，使得所述固体实体在受控的基础上碰撞从而部分地碎裂所述固体实体并将所述抗微生物剂释放到所述流体中。
24.根据权利要求23的方法，其中所述搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体碰撞的速率搅动所述流体。
25.根据权利要求23的方法，其中所述搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体碰撞的速率摇动所述流体。
26.根据权利要求23的方法，其中所述搅动流体的步骤包括使所述流体和所述固体实体包含在容器中，并使所述流体循环通过所述容器，这样配置以使流入或流出所述容器的流体的流量引起所述固体实体碰撞。
27.根据权利要求22的方法，其中所述磨耗固体材料的界面的步骤包括直接在所述固体材料的界面上施加磨耗力。
28.根据权利要求22的方法，其中磨耗所述固体材料的界面的步骤包括提供至少一个固体实体并搅动所述流体，或者，使得所述固体实体或每个固体实体在受控的基础上与所述固体材料的界面碰撞。
29.根据权利要求28的方法，其中所述搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体或每个固体实体与所述固体材料的界面碰撞的速率搅拌所述流体。
30.根据权利要求28的方法，其中所述搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体或每个固体实体与所述固体材料的界面碰撞的速率摇动所述流体。
31.根据权利要求28的方法，其中所述搅动流体的步骤包括使所述流体和所述固体实体或每个固体实体包含在容器中，并使所述流体循环通过所述容器，这样配置以使流入或流出所述容器的流体的流量引起所述固体实体或每个固体实体与所述固体材料碰撞。
32.根据31的方法，其中所述容器的内表面用所述固体材料包被。
33.根据权利要求22到33的任一项的方法，还包括在所述固体材料的界面上重新形成惰性膜或包被的步骤。
34.根据权利要求33的方法，包括将磨耗步骤停止预定的时间，并使所述惰性膜或包被在所述固体材料的界面上重新形成。
35.用于可控制地释放抗微生物剂到流体中的系统，所述系统包括接受所述流体的接受器；权利要求1到14的任一项中定义的固体材料，其中所述固体材料的界面被置于所述接受器中，并与所述接受器中接受的流体接触；和装置，用于磨耗所述固体材料的界面并从其上移除颗粒并使所述固体材料的下层表面暴露于所述流体，从而促进所述固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂释放进入所述流体。
36.根据权利要求35的系统，其中所述固体材料包被在所述接受器的一部分内表面上。
37.根据权利要求35的系统，其中所述固体材料形成多个固体实体或包被在多个固体实体上。
38.根据权利要求35或36的系统，其中用于磨耗所述固体材料的界面的装置包括与所述固体材料操作上连通的冲刷装置。
39.根据权利要求35或37的系统，其中用于磨耗所述固体材料的界面的装置包括用于搅动接受器中接受的流体，并使得所述固体实体在受控的基础上碰撞从而部分地碎裂所述固体实体并将所述抗微生物剂释放到所述流体中的装置。
40.根据权利要求35或36的系统，其中用于磨耗所述固体材料的界面的装置包括置于所述接受器中的多个固体实体和用于搅动所述接受器中接受的流体，并使得所述固体实体在受控的基础上与所述固体材料的界面碰撞的装置。
41.根据权利要求39或40的系统，其中所述用于搅动流体的装置是叶轮或搅拌设备。
42.根据权利要求39或40的系统，其中所述用于搅动流体的装置是用于摇动所述接受器和它的内容物的装置。
43.根据权利要求39或权利要求40的系统，其中所述用于搅动流体的装置是用于循环所述流体通过所述接受器的装置，这样配置以使流入或流出所述接受器的流体的流量引起所述固体实体碰撞。
44.用抗微生物剂处理流体的方法，包括下列步骤a)使所述流体与权利要求1到14的任一项中定义的固体材料接触；和，b)磨耗所述固体材料的界面并从其上移除颗粒并使所述固体材料的下层表面暴露于所述流体，从而促进所述固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂释放进入所述流体。
45.根据权利要求44的方法，其中所述流体包括气体或液体。
46.根据权利要求44或权利要求45的方法，其中所述流体是基于水的液体。
47.根据权利要求46的方法，其中所述基于水的流体包括饮料、生物流体或在治疗或药物应用中使用的基于水的流体、用于人类和/或动物消费的水、在娱乐活动中使用的水、在生产和工业应用中使用的水、在水产业中使用的水。
48.根据权利要求44或权利要求45的方法，其中所述流体是蒸汽、湿润空气、或以雾化或喷雾化的喷雾形式的空气中夹带的水；呼吸装置中使用的气体、医药和外科应用中使用的气体、工业应用中无菌条件下使用的气体。
49.根据权利要求44的方法，其中所述磨耗固体材料的界面的步骤包括提供所述固体材料的多个固体实体并搅动所述流体，或者使得所述固体实体在受控的基础上碰撞从而部分地碎裂所述固体实体并将所述抗微生物剂释放到所述流体中。
50.根据权利要求49的方法，其中所述搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体碰撞的速率搅拌所述流体。
51.根据权利要求49的方法，其中所述搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体碰撞的速率摇动所述流体。
52.根据权利要求49的方法，其中所述搅动流体的步骤包括使所述流体和所述固体实体包含在容器中，并使所述流体循环通过所述容器，这样配置以使流入或流出所述容器的流体的流量引起所述固体实体碰撞。
53.根据权利要求44的方法，其中所述磨耗固体材料的界面的步骤包括直接在所述固体材料的界面上施加磨耗力。
54.根据权利要求44的方法，其中磨耗所述固体材料的界面的步骤包括提供至少一个固体实体并搅动所述流体，或者使得所述固体实体或每个固体实体在受控的基础上与所述固体材料的界面碰撞。
55.根据权利要求54的方法，其中所述搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体或每个固体实体与所述固体材料的界面碰撞的速率搅拌所述流体。
56.根据权利要求54的方法，其中所述搅动流体的步骤包括以使得所述固体实体或每个固体实体与所述固体材料的界面碰撞的速率摇动所述流体。
57.根据权利要求54的方法，其中所述搅动流体的步骤包括使所述流体和所述固体实体或每个固体实体包含在容器中，并使所述流体循环通过所述容器，这样配置以使流入或流出所述容器的流体的流量引起所述固体实体或每个固体实体与所述固体材料碰撞。
58.根据权利要求54到57的任一项的方法，其中所述容器的内表面用所述固体材料包被。
59.根据权利要求44到58的任一项的方法，还包括在所述固体材料的界面上重新形成惰性膜或包被的步骤。
60.根据权利要求59的方法，包括将磨耗步骤停止预定的时间，并使所述惰性膜或包被在所述固体材料的界面上重新形成。
61.可控制地释放抗微生物剂到流体中的方法，包括下列步骤将抗微生物剂分散和/或包埋入材料中；形成含有所述分散和/或包埋的抗微生物剂的所述材料的固体实体；将多个所述固体实体置于含有要处理的所述流体的室中；以及搅动所述流体，或者使得所述固体实体在受控的基础上碰撞，并因而部分地破裂所述固体实体和释放所述抗微生物剂到流体中。
全文摘要
提供了用抗微生物剂处理流体的方法，包括步骤(a)用含抗微生物剂的固体材料接触所述流体；和(b)磨耗所述固体材料的界面并从其上移除颗粒并使所述固体材料的下层表面暴露于所述流体，从而促进所述固体材料和/或移除的颗粒的下层表面的抗微生物剂释放进入所述流体。所述固体材料包括分散和/或包埋入固体载体的抗微生物剂。一般地，所述抗微生物剂是一种或多种基于银、铜和锌的金属、金属氧化物、金属化合物、金属盐、金属－配体络合物或其衍生物。
文档编号A61L2/232GK101052304SQ200580037795
公开日2007年10月10日 申请日期2005年9月7日 优先权日2004年9月7日
发明者艾伦·R·帕森斯, 唐纳德·W·阿特金森 申请人:巴克斯托普有限公司
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