火炎噴霧熱分解法により製造された抗菌性および抗真菌性粉末
抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の効果を有し、かつ粒子の形のドープシリカ（ＳｉＯ2）を製造するための火炎噴霧熱分解法を開示する。前記の火炎法により製造されたドープシリカは、少なくとも１の機能性ドーパントを含有し、前記機能性ドーパントは、少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性に作用する金属および／または金属酸化物からなり、有機溶剤中の、少なくとも１の機能性ドーパント前駆体、特に銀および／または銅を含有する前駆体と、少なくとも１のシリカ前駆体とを含有する前駆体溶液から出発して製造される。このようなドープシリカは、たとえばポリマー材料中に配合するために、または含浸材料として使用するために適切である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャリア材料と、金属および／または金属酸化物である機能性ドーパントとを含有する抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性および場合により抗ウイルス性の粉末、特にシリカ（ＳｉＯ2）キャリアを含有し、前記キャリアが前記機能性ドーパントを含有し、前記ドーパントが銀および／または酸化銀および／または銅および／または酸化銅である粉末の合成に関し、かつ前記粉末は、火炎噴霧熱分解（ＦＳＰ）法を使用して製造される。
【０００２】
従来技術
銀金属（および酸化銀）は、抗微生物活性および抗菌活性を有するが、しかしヒトにとって非毒性であることは知られている(1)。銀の抗菌活性は、Ａｇ+カチオンの存在に基づき、該カチオンが硫黄、酸素または窒素を含有する成分である細菌分子の電子供与基に強力に結合するためであることが記載されている(2)。Ａｇ+カチオンは、Ｃａ2+およびＺｎ+のような本質的な金属イオンと置換し、細菌の細胞膜を損傷することも仮定されている(3)。抗菌性のために要求される濃度は極めて低いことが判明しており、そのレベルは、水中で５〜１０ｐｐｂで殺菌活性を有する(4)。銀イオンは真菌を破壊することもできるが、しかし銅金属（および酸化銅）もまた、抗真菌性を有している(5)。
【０００３】
銀または酸化銀でドープされた二酸化ケイ素粒子および抗菌性の適用のための該粒子の使用は、「銀によりドープされた殺菌性二酸化ケイ素」の表題を有するＵＳ２００３／０２３５６２４Ａ１から公知である。前記の粒子は、二酸化ケイ素の気相合成（塩化物法）により、火炎ガス中にドーパント前駆体の水性エーロゾルを導入して製造される。
【０００４】
火炎酸化または火炎加水分解により銀または酸化銀でドープされたシリカを熱分解法により得るためのＵＳ２００３／０２３５６２４Ａ１に記載されている製造法は、３つの鍵となる工程を有している。これらの工程はつまり、１）ドーパントエーロゾルの形成、その際、火炎へ導入する前に、このエーロゾルを気体および塩結晶のエーロゾルへと変換する、２）該エーロゾルと、火炎供給ガスを含有する気体状のＳｉ化合物との混合、および３）前記エーロゾル混合物と供給ガスとの火炎への供給、である。得られる粒子は、微分散した白色の粉末である。粒子に付着している塩酸は、その後の工程において高めた温度で除去しなくてはならない。
【０００５】
シリカ粒子以外の、および湿式の沈殿法により製造された金属酸化物支持粒子に対するＡｇ粒子の抗菌活性は、ＵＳ５，７１４，４３０から公知であり、かつ抗微生物性ガラスがＵＳ２００４／０１７０７００に記載されている。
【０００６】
火炎噴霧熱分解法（ＦＳＰ）は、多くの適用のための幅広い種類の材料を製造するために汎用されている方法技術であることが証明されている(6)。しかしこれまで、前記の方法は、銀および／または酸化銀および／または銅および／または酸化銅によりドープされたシリカの合成に関して提案されておらず、ましてや使用されてもいない。さらに、特に抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の適用のための粉末を製造するためにＦＳＰを使用する例は存在しない。
【０００７】
このため依然として、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の粉末およびこのような粉末を製造するための方法に対する要求が存在している。
【０００８】
発明の開示
従って、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の効果を有する粒子の形のドープシリカ（ＳｉＯ2）を製造するための方法を提供することが本発明の一般的な課題である。
【０００９】
さらに、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の効果を有する粒子の形のドープシリカ（ＳｉＯ2）を提供することが本発明のもう１つの課題である。
【００１０】
さらに、このようなドープシリカを含有する製品を提供することが本発明のもう１つの課題である。
【００１１】
ところでこれらの、および本発明のその他の課題を実現するために、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の効果を有する粒子の形の、火炎法により製造されるドープシリカ（ＳｉＯ2）を製造するための方法は、火炎噴霧熱分解（ＦＳＰ）法であり、特に火炎法により製造されたドープシリカは、少なくとも１の機能性ドーパントを含有し、前記機能性ドーパントは、少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の作用を有する金属および／または金属含有化合物、特に少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性に作用する金属および／または少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性に作用する金属酸化物からなり、前記方法は、
（ｉ）有機溶剤中の、少なくとも１の機能性ドーパント前駆体と、少なくとも１のシリカ前駆体とを含有する前駆体溶液を準備する工程、
（ｉｉ）前記前駆体溶液自体の燃焼を燃料とする火炎に前記前駆体溶液を噴霧する工程
（ｉｉｉ）粒子状のドープシリカを回収する工程
を有することを特徴とする方法であり、この方法は説明が進むにつれてより容易に明らかになるであろう。
【００１２】
本発明の範囲で使用されている機能性ドーパントという用語は、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の効果を有するドーパントを記載する。
【００１３】
更なるドーパント、たとえばキャリアドーパントが存在していてもよく、その際、キャリアドーパントという用語は、シリカの形態に影響を与えるドーパントのために使用される。
【００１４】
付加的なドーパントという用語は、その他の目的のため、たとえば抗ウイルス効果のような別の機能を提供するために存在するドーパントのために使用される。
【００１５】
有利には前記機能性ドーパントは、銀、酸化銀、銅、酸化銅およびこれらの混合物からなる群から選択される金属および／または金属酸化物を含む。抗微生物性および抗菌性の効果のために、銀および酸化銀が有利である。抗真菌活性のためには銅および／または銀またはこれらの酸化物をそれぞれ使用することができ、その際、銅は、その抗真菌性能が証明されていることに基づいて、この点に関して有利である。
【００１６】
有利な機能性ドーパント前駆体は、有機溶剤中での溶解度が高く、かつ有害な副生物を生成することなく燃焼される。適切な機能性ドーパント前駆体は、たとえばＡｇＮＯ3（硝酸銀）、Ｃｕ（ＣＨ3ＣＯＣＨＣＯＣＨ3）2（アセチルアセトナト銅）、ナフテン酸銅およびこれらの混合物を含むが、これらに限定されない。
【００１７】
シリカ前駆体の溶解度はそれほど重要ではない。広い範囲のオルガノシラン（またはより一般的にはケイ素含有化合物）が適切であり、前記オルガノシラン（またはより一般的にはケイ素含有化合物）は、有機残留物が火炎中で燃焼されるという付加的な利点を有している。好適なオルガノシランは、たとえばテトラエトキシオルトシラン（ＴＥＯＳ、テトラエチルオルトシリケートともよばれる）、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）を含むが、これらに限定されない。
【００１８】
本発明のＦＳＰ法では、十分な溶解度を提供する任意の溶剤を使用することができるが、しかし高い燃焼エンタルピーを有する溶剤が有利である。たとえば硝酸銀に関して、適切な溶解度と認容可能なエンタルピーを有する燃焼との組み合わせは、アルコール、特にヒドロキシル基あたり１〜３個の炭素原子の平均炭素含有率を有するアルコールまたはアルコールの混合物、たとえばメタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、２−プロパノール、エタンジオール、プロパンジオールおよびこれらの混合物によってもたらされることが判明した。目下、２−プロパンジオールが有利である。これより高い炭素含有率を有するアルコールは、前駆体の十分な溶解度が維持される限りにおいて、より高い火炎温度を達成するために選択することができる。前駆体溶液は、火炎へ搬送される前に沈殿することを防止するために、亜飽和濃度に限定されるべきである。一般に、ケイ素および機能性ドーパント金属の合計濃度は、リットルあたり約０．３モルである。
【００１９】
良好な抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の効果の観点で、機能性ドーパントは、ケイ素に対して少なくとも２．５原子％、有利には少なくとも３原子％、最も有利には４〜５原子％の量で存在していると有利である。５原子％より高い濃度は一般に不要であるが、しかし、必要があれば、より高い濃度により、保護の時間をさらに延長することができる。特殊な適用のためには、ドーパントが２．５原子％より少なくても十分でありうる。
【００２０】
本発明の範囲で、シリカは本発明のＦＳＰ製造法における機能性ドーパントのためのキャリア材料として使用する場合に、予想していなかった利点を有することが判明した。これは微結晶質ではないので、機能性ドーパントのために特に良好なマトリックスを形成する。これは機能性ドーパントの粒径を決定する際の助けとなり、良好な多孔度を提供し、かつ最終的な粒径の良好な前決定を可能にする。
【００２１】
従って、本発明の系は広い範囲で変化することができ、その際、生じる機能性ドーパントの特殊な形の比率が変化する。前駆体溶液中のケイ素に対する銀の比率を高め、その一方で金属＋ケイ素の合計濃度および製造パラメータを一定に維持することにより、最終的な粒径をほぼ一定に保ったまま、銀粒子の平均直径ひいては長時間活性な機能性ドーパントの量を増大することができる。
【００２２】
本発明の系の有利な性質は、火炎内での特定の系の性質に基づいていると仮定される。
【００２３】
何らかの理論に拘束されることは望まないが、機能性ドーパント−シリカの凝集体と、シリカ被覆された機能性ドーパントの形態との組み合わせは、観察された材料に関する２つの形成経路を提案している。１つの経路は、機能性ドーパント−シリカの凝集体を生じるが、これは気相核形成、表面成長、およびシリカと機能性ドーパント粒子の両方の成長のための焼結と一貫しており、引き続き凝集して大きなマトリックス構造を形成する。第２の経路は、大きなシリカ被覆された機能性ドーパント粒子を形成するが、これは噴霧された液滴内で反応する前駆体による液滴の反応経路もまた存在することを示唆しており(11)、大きな機能性ドーパント粒子を生じ、引き続き気相シリカが凝縮して機能性ドーパント粒子上の表面被覆を生じる。あるいは、大きな機能性ドーパント粒子の存在は、表面の移動性およびシリカ凝集体の表面上の機能性ドーパント粒子の核形成の焼結に由来するものでもありうる。
【００２４】
本発明により得られる粒子は全て褐色の色を有しているが、これは、本発明による方法で生じた特に小さいサイズの銀粒子同士の間での光学的な干渉効果（いわゆるプラズモン共鳴効果）に基づいている。ＵＳ２００３／０２３５６２４で得られている粒子は、特に白色の粒子であることが明記されており（段落［００２３］を参照のこと）、ＵＳ２００３／０２３５６２４に記載されている方法で製造される銀粒子の大きさは、本発明による方法において製造される粒子の大きさよりもはるかに大きいことが明記されている。というのも、さもなければ、同じ光学的な干渉効果がこの従来技術においても生じるはずだからである。しかし、より小さい粒子を有することは、ドーパントの抗微生物性および抗真菌性効果における予期しない増大につながる。従って、本発明により製造される構造は、構造的に、ＵＳ２００３／０２３５６２４により開示されている構造とは異なっており、かつ本発明による特定の構造（ならびに方法）は、この従来技術によって示唆されていない。というのも、粒子の大きさを考慮することに基づいた改善は示唆されていないからである。
【００２５】
シリカの形態が、最終生成物の特徴にとって極めて重要であることが判明したので、前記の特徴は、シリカの形態に影響を与える１もしくは複数のキャリアドーパントを添加することによって影響を受けうる。適切なキャリアドーパントはたとえば、チタン、亜鉛、アルミニウムおよびこれらの混合物からなる群から選択される金属の酸化物である。このようなドーパントは一般に、Ｓｉに対して最大で１０原子％のドーパント金属の量で存在しており、有利には最大で５原子％の量で、最も有利には約２原子％の量で存在している。
【００２６】
キャリアドーパント前駆体化合物は、使用される場合には、前駆体溶液にも添加される。適切なキャリアドーパント前駆体は、アセチルアセトナト亜鉛、チタンイソプロポキシド、およびアセチルアセトナトアルミニウムを含む有機金属化合物でもあるが、これらに限定されない。
【００２７】
一般に、本発明の粒子の形の火炎法ドープシリカは、埋め込まれた粒子、表面が露出した粒子および大きなシリカ被覆された粒子の形で同時に存在する機能性ドーパントによって特徴付けられる。このようなドープシリカは、本発明による方法により得られる。
【００２８】
本発明の粒子の形のドープシリカは、上記のとおりのドーパントを含む。
【００２９】
埋め込まれている、表面が露出している、およびシリカ被覆された機能性ドーパント粒子の観察された組み合わせは、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の適用のために極めて望ましい。抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の活性は、機能性ドーパントイオンが、細菌へと輸送されることに由来し、従ってこれらの粉末中での表面が露出した機能性ドーパントの存在は、機能性ドーパントイオンの容易な入手性および従って高い初期抗微生物活性および／または抗菌活性および／または抗真菌性活性を可能にする。しかし、埋め込まれた機能性ドーパント粒子の存在は、機能性ドーパントイオンが凝集体の外側へ拡散し、延長された時間にわたって粉末の活性を維持するための機能性ドーパントのレザバーとして作用する。さらに、大きなシリカ被覆された機能性ドーパント粒子の存在は、このレザバー効果も増大する。大きな機能性ドーパント粒子の存在が、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の活性にとって有利である一方、機能性ドーパント−シリカ凝集体の高い比率は、透明性または最小の粉末の着色が要求される適用にとってより望ましい。
【００３０】
目下、有利なドーパントは主として、またはもっぱら金属の形の銀である。しかし主として、またはもっぱら抗真菌活性が所望される場合には、銅および／または酸化銅が有利でありうる。
【００３１】
特殊な適用のためには、ドープシリカ粒子の表面が、特定の表面への、またはポリマーマトリックス中での選択的な固定のための有機基により官能化されていてもよい。
【００３２】
このような官能化は、一般に公知の方法／物質、たとえば入門技術から公知の方法／物質を使用して行うことができる。たとえば１つの官能基がシリカキャリアに対して高い親和性または反応性を有し、かつ１つの基が、材料に対して高い親和性または反応性を有する二官能化の分子が適切であり、その際、火炎法ドープシリカは配合されているべきであるか、またはこれはドープシリカにより処理されているか、もしくは含浸されていることが意図される。このような材料は、「ドープされる材料」ともよばれる。シリカを好む群のための例は、表面のヒドロキシル基とシリル化反応を開始することができるシラン化合物であり、かつドープされる材料に対する親和性を有する群は、疎水性もしくは親水性の官能性に向けて調節することができる。その他の、シリカ表面にグラフトすることができる反応は、エステル化およびアミド化を含む。
【００３３】
ＦＳＰは本発明の火炎法ドープシリカ粉末を大量に、かつ低いコストで合成することができる方法である。これらの粉末は、多くの適用に配合することができ、清潔で、かつ殺菌性の機能を多数の物品に提供することができる。
【００３４】
本発明のドープシリカはたとえばポリマーおよび／またはポリマー複合材料のための充填剤として使用することができる。均質に混合されると、該シリカはさらに、単なるシリカ充填剤の機能を発揮することができる。このような適用では大量に、一般にポリマー／ポリマー複合材料に対して５０質量％まで添加することができる。次いでこのようなポリマー／ポリマー複合材料を使用して、それぞれのドープされた織布および／または不織布を製造することができる。
【００３５】
本発明のドープシリカを、ポリマーおよび／またはポリマー複合材料および／または天然繊維および／または織布および／または不織布のような物品と組み合わせて、たとえば少なくとも部分的に、有利には完全に、このような物品を処理するか、または含浸することにより使用することも可能である。
【００３６】
本発明のドープされた材料または処理／含浸された材料は、テキスタイルを製造するために使用することができるのみでなく、またたとえば食品および／または飲料の容器を製造するために、歯ブラシ、その他の日用品および医療用品のための使用することもできる。
【００３７】
製造パラメータおよび／またはドーパント／キャリアの比率を変更することにより、機能性ドーパントの特定の形の比率を変えることができるので、異なった方法により製造されるドープ粉末の混合物を使用することもまた本発明の範囲内である。このことにより、必要とされる異なった製造方法の数は最小でも時間にわたって広い範囲の性質を生じることができる。
【００３８】
図面の簡単な説明
本発明は、以下の詳細な説明を考慮することによって、より良く理解され、かつ上記の対象以外の対象が明らかとなるであろう。この説明は、添付の図面を参照しながら行うが、その際、
図１は、実施例の範囲で使用される適切な火炎噴霧熱分解法装置の略図である。
【００３９】
図２は、Ａｇ濃度が０〜５原子％の間の、銀でドープされたシリカに関するＸ線回折図（ＸＲＤ）を示す。
【００４０】
図３は、２つの異なった方法を使用した粒径の測定結果を示す。この場合、ＢＥＴに相応する、比表面積のデータから評価された直径は、白抜きの丸印により示されており、製造されたままの粉末の一次粒子（ＳｉＯ2およびＡｇ）の推定される直径に相応し、かつその際、黒塗りの菱形は、基本パラメータアプローチを使用したＸＲＤパターンから推定される直径に相応する。
【００４１】
図４は、５原子％のＡｇによりドープされたＳｉＯ2に関する透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像を示しており、その際、左側の画像ａは、非晶質シリカの凝集体マトリックス（明るい灰色の粒子）中の金属の銀粒子（暗灰色、矢印によっても示されている）を示しており、その際、右側の画像ｂは、銀粒子の大きさの範囲が若干の大きなシリカ被覆された粒子を含むサンプル中に存在しうることを示している。
【００４２】
図５の左側には、銀によりドープされたシリカマトリックスの走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像を示しており、その際、明るいスポットは、金属の銀粒子であり、かつ右側のグラフにはＳＴＥＭ画像中に示されているポイントのＥＤＸＳ元素分析を示している。
【００４３】
図６は、種々の銀濃度の銀−シリカ粉末１ｍｇ／ｍｌを含有する寒天プレート上での、２４時間の成長時間後の大腸菌の成長の写真、およびＡｇ−ＳｉＯ2粉末中の銀ドープの関数としてのそれぞれの寒天プレート上での被覆された領域のパーセンテージを示すグラフを示している。
【００４４】
図７は、Ａ）セルプラ・ラクリマンス(Serpula lacrimans)（ナミダタケ）およびＢ）ウスツリナ・デウスタ(Ustulina deusta)（クロミコブタケ）に対する、シリカ、Ａｇ−シリカおよびＣｕ−シリカ粉末に関する真菌の成長防止効果を示している。
【００４５】
発明の実施法
ところで本発明を、２成分の前駆体系から出発する方法およびそれぞれの製造された生成物に関して詳細に説明する。
【００４６】
粒子の形で、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の効果を有し、その際、前記粒子は少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性に作用する金属および／または金属含有化合物からなる少なくとも１の機能性ドーパントを含有する火炎法ドープシリカ（ＳｉＯ2）を製造するためのＦＳＰ法は、
（ｉ）有機溶剤中の、１の機能性ドーパント前駆体と、１のシリカ前駆体とを含有する前駆体溶液を準備する工程、
（ｉｉ）前記前駆体溶液自体の燃焼を燃料とする火炎に前記前駆体溶液を噴霧する工程
（ｉｉｉ）粒子状のドープシリカを回収する工程
を有する。
【００４７】
さらに有利な実施態様では、機能性ドーパントは、少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性に作用する金属および／または少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の金属酸化物からなる。
【００４８】
意外にも本発明の方法を使用することにより、主に予測されたドーパント金属酸化物が形成されず、純粋な金属粒子が、特に機能性ドーパントとして銀の場合に形成されることが判明した。
【００４９】
ＡｇＮＯ3、テトラエトキシオルトシランおよび溶剤としてのイソプロパノールを含有する前駆体溶液から出発して、純粋な金属の銀の粒子（検出限界内で）が得られた。
【００５０】
それぞれの前駆体溶液に関する（Ｓｉ＋Ａｇ）の合計濃度は、０．１〜０．５モル／Ｌの範囲であり、かつ有利には約０．３モル／Ｌである。液状の前駆体は、ＡｇＮＯ3の固体が溶解するために適切な時間にわたり、適切な出力で超音波処理することができる。全てのサンプルの製造およびＦＳＰ合成工程は、光に敏感な前駆体が変質することを回避するために低照明条件下に、適切な光遮断装置を一緒に用いて実施することができる。
【００５１】
製造されたままの粉末は、以下の特性の少なくとも１つ、有利には少なくとも最初の３つ、さらに有利には全てを示した：
− 埋め込まれた機能性ドーパントと、表面が露出した機能性ドーパント、特に銀粒子が同時に存在する、
− 非晶質シリカのマトリックス、
− 埋め込まれた機能性ドーパント粒子と、表面が露出した機能性ドーパント粒子、とくに一般に２０ｎｍ未満の直径を有する銀粒子、
− 一般に５０ｎｍより大きい直径を有する大きいシリカ−被覆された粒子、
− 大腸菌の液体カルチャー内にドープシリカ１ｍｇ／ｍｌを分散させて測定した場合に、少なくとも３日まで、有利には少なくとも５日まで、さらに有利には少なくとも７日までの、抗菌効果および抗微生物効果、（抗微生物および／または抗菌効果は試験により測定することができ、かつ試験によって測定したが、その際、細菌の初期濃度は、培地５ｍｌ中に分散した約１０００の細菌（大腸菌）の１コロニーであり、かつそれぞれの粉末１ｍｇを、この細胞カルチャー１ｍｌ中に設置した。この試験で、有効な粉末は一般に、目視可能な混濁の、関連する低減を伴う細菌の死につながり、かつこの段階での上記の時間に関して培地が保存された）。
【００５２】
その他の前駆体および／またはその他のドーパント、たとえば銅および／またはその他の溶剤および／またはその他の濃度および／またはその他の供給速度を使用することにより、粒径、および／または粒子の種類（埋め込まれているか、表面露出されているか、シリカ被覆されている）および／または機能性ドーパントの金属酸化物に対する金属の比は変化してよい。
【００５３】
実施例
例１：銀ドープシリカ粒子の製造
銀ドープシリカ粒子は、液体供給ノズルの役割を果たす中心軸に、ステンレス鋼の毛管（内径０．４１ｍｍ：外径０．７１ｍｍ）を有する放射対称の配置を有する火炎噴霧熱分解（ＦＳＰ）ノズル(7)を使用して火炎噴霧熱分解により製造した（図１を参照のこと）。毛管を直接包囲しているのは、調節可能な横断面領域の狭い環状ギャップであり、これは液体供給流を噴霧微粒化するための酸素５Ｌ／分を発生させる。ＦＳＰ運転の間のノズル横断面の圧力低下は１．５バールに維持した。狭い同心のオリフィスリング（間隔０．１５ｍｍ、ノズル軸からの半径６ｍｍ）に、点火のための前混合された口火および噴霧火炎の補助として役立つＣＨ4（１．５Ｌ／分）およびＯ2（３．２Ｌ／分）の混合物を供給した。酸素５Ｌ／分のシースガス流を、環状の焼結される金属フリットを通して発生させて（幅８ｍｍ、ノズル軸からの内側半径９ｍｍ）、噴霧火炎を安定させ、かつ含有させた。前駆体液状供給流を、速度制御シリンジポンプ（Ｉｎｏｔｅｃｈ Ｒ２３２）を使用して５ｍｌ／分で供給し、かつすべてのガス流（パン・ガス、＞９９．９５％）を流量制御装置（Ｂｒｏｎｋ−ｈｏｒｓｔ）を使用して測定した。水冷式のステンレス鋼フィルターハウジングは、火炎により製造された粉末を真空ポンプ（ＢＵＳＣＨ）を用いて回収するためのガラスファイバーシート（Ｗｈａｔｍａｎ ＧＦ／Ｄ、直径２５．７ｃｍ）を支持していた。
【００５４】
ベースの液状前駆体溶液は、２−プロパノール（Ａｌｄｒｉｃｈ、９９．９％）、テトラエトキシオルトシラン（ＴＥＯＳ、Ａｌｄｒｉｃｈ、＞９８％）、および硝酸銀（ＡｇＮＯ3、Ｆｌｕｋａ、＞９９％）からなっていた。銀濃度は、ケイ素に対して、０〜５原子％の範囲であった。それぞれの前駆体溶液の（Ｓｉ＋Ａｇ）の合計濃度は、０．３モル／Ｌであった。液状前駆体を、３分間、７５％のプローブ出力で１．０秒／０．５秒のオン／オフ設定で超音波処理（Ｓｏｎｉｃｓ Ｖｉｂｒａ−Ｃｅｌｌ）して、ＡｇＮＯ3の固体の溶解を補助した。溶液の交換または沈殿は超音波処理工程から観察されなかった。全てのサンプル調製およびＦＳＰ合成工程は、光に敏感な前駆体の変質を回避するために、低照明条件下に適切な光遮断装置を一緒に用いて実施した。
【００５５】
製造されたままの粉末は、
（ｉ）粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）（例２、図２、推定される銀の直径例３、図３）、
（ｉｉ）ＢＥＴ吸着等温線および比表面積（ＳＳＡ）分析（例３、図３）、
（ｉｉｉ）高分解能電子顕微鏡検査（ＨＲＴＥＭ）（例４、図４）、
（ｉｖ）走査透過型電子顕微鏡検査（ＳＴＥＭ）（例５、図５）および
（ｖ）エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＸＳ）（例６、図５）
を使用して特徴付けを行った。
【００５６】
例２：粉末Ｘ線回折
Ｂｒｕｋｅｒ ＡＸＳ Ｄ８ Ａｄｖａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを用いて、２θ（Ｃｕ−Ｋα）１０〜７０゜、ステップサイズ０．０３゜、および走査速度０．６゜／分（電源４０ｋＶ、４０ｍＡ）で、粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）を実施した。それぞれのＸＲＤパターン内で、個々のピークのプロファイルをマッチさせるために、基本パラメータ（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ：ＦＰ）法を使用してＸＲＤパターンを分析し、これにより結晶サイズの情報を抽出した(8)。銀濃度０〜５原子％のＡｇドープシリカのＸＲＤパターンは、図２に示されている。サンプル中の非晶質シリカ（ａ−ＳｉＯ2）の存在は、１５〜３５゜の間の基線値に現れている広いピークに明らかに反映されている。金属の銀に相応するピークは、３８．１゜、４４．３゜および６４．５゜でアスタリスクにより示されている。これらのピークはそれぞれ、銀の結晶面の（１１１）、（２００）および（２２０）に相応する。示されているピークは、参照パターンＰＤＦ ８７−０７１７(9)と一致しており、かつ銀酸化物に関してはピークは観察されなかった。
【００５７】
銀ＸＲＤピーク、および最も顕著には３８．１゜でのピークは、Ａｇ濃度が増大するにつれて大きさにおいて増大し、これは粒子の大きさの増大と一貫していた。銀ピークは３原子％より低いドーパント濃度に関して大きく区別することはできず、銀結晶は、低いドーパント濃度で小さい（または原子クラスター）の存在と共に高い濃度で存在しているにすぎないことを示している。
【００５８】
例３：粒径の測定
ＢＥＴ吸着等温線および比表面積の分析は、窒素中１５０℃で１．５時間の脱ガス処理の後、ＭｉｃｒｏＭｅｒｉｔｉｃｓ ＴｒｉＳｔａｒ ３０００システムを使用して実施した。比表面積（ＳＳＡ）は、７７Ｋで５ポイントの窒素吸着を使用して測定した。ＢＥＴに相応する直径は、それぞれのサンプルに関して測定されたＳＳＡから評価し、その際、球形の一次粒子の形状および組成補正された比重を推定した。このようにして得られたＢＥＴに相応する直径（ｄBET）を、基本パラメータ法を使用してＸＲＤパターンから推定される直径と比較した。
【００５９】
前記の２つの粒径分析法により得られた、銀濃度の関数としての結果は図３に示されている。白抜きの丸印は、製造されたままの粉末のＢＥＴに相応する直径（ｄBET）を示しており、その際、直径は、銀ドープシリカ粉末の測定された比表面積に基づいて評価された。ＢＥＴに相応するこの直径は、銀ドーパントを含有していない場合の１１ｎｍからＡｇ３原子％で８ｎｍへと低減し、次いでＡｇ５原子％までの濃度で８ｎｍで維持されることが観察された。ｄBETの観察された低下は、Ｔａｎｉおよび共同研究者等(10)の観察と一貫しており、彼らは低いドーパント濃度の添加であっても、シリカの一次粒径の顕著な低下を誘発することができ、かつシリカ焼結特性に対するドーパントの影響を与えるためにこの影響に大きく貢献することを見いだした。
【００６０】
図３の黒塗りの菱形は基本パラメータ法(8)を使用して、３８．１℃の銀ピークでＸＲＤパターンから評価した銀微結晶の直径（ｄXRD）を表している。銀微結晶の直径に関する推定値は２〜５原子％のドーパント濃度に関してのみ得られ、この範囲を超えるとＡｇサイズは２２ｎｍから３４ｎｍへと増大する。これらの微結晶のサイズは、シリカ一次粒径に関するＢＥＴの推定値よりも大きく、このことは、銀微結晶がより多数のシリカ粒子の凝集体マトリックスにより包囲されていることを示唆している。
【００６１】
例４：透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像
銀ドープシリカ粉末（Ａｇ５原子％）の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像は、図４に示されている。ａと記されている左側の画像は、銀ドープシリカ粉末に関して観察される典型的な形態を示している。観察されたサイズの範囲を有する金属の銀粒子からなる材料は、非晶質シリカのマトリックス中に埋め込まれていた。銀粒子は、シリカマトリックス中にランダムに分散していることが判明し、最も大きい粒子はシリカにより包囲されているが、しかしいくつかの銀粒子はシリカ凝集体の端部に現れており、このことは、これらの粒子が表面に露出していることを示唆している。
【００６２】
ｂと記されている右側の画像は、製造されたままの粉末の画像を示しており、その特徴は、大きな（＞５０ｎｍ）銀粒子は、厚さ約２０ｎｍを有するシリカのシェル中に被覆されていることである。この大きな特徴は、画像ａにおいて観察された凝集体と同様に、銀−シリカ凝集体と緊密に関連して示されている。この銀−シリカ凝集体と、シリカ被覆された銀の形態との組み合わせ、つまり埋め込まれた、表面が露出した、および大きなシリカ被覆された銀粒子が同時に存在することは、望ましいことであり、かつ２つの形成経路を示唆している（上記を参照のこと）。
【００６３】
例５：走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像
図５は、銀ドープシリカ粉末（Ａｇ５原子％）の走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）の代表例を示している。ＳＴＥＭ画像は再び非晶質シリカマトリックス中に埋め込まれた銀粒子の形態を示しており、図４に示されているＴＥＭ画像と一致している。ＳＴＥＭ画像中の銀粒子は、ＴＥＭと比較してはるかに高い対照を有しているように見えるが、しかしその際、画像中の明るい特徴部は、金属の銀粒子である。画像の拡散している明るい灰色の領域は、銀粒子を取り巻いている非晶質シリカを示している。
【００６４】
例６：エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＸＳ）
特定のスポットのエネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＸＳ）を、Ｐｈｉｌｌｉｐｓ ＣＭ３０ＳＴ顕微鏡（ＬａＢ6 カソード、３００ｋＶ）を用いて実施した。前記の特定のスポットは、ポイントａ、ｂおよびｃであり、ＳＴＥＭ画像中に示されている。それぞれのポイントに関連するスペクトルは、図５に挿入されているグラフに示されている。ポイントａは、銀により支配されており（約３ｋｅＶにおける信号）、表面が露出した粒子と一貫している。ポイントｂおよびｃは、銀をシリカ（約１．７ｋｅＶにおける信号）および酸素（約０．５ｋｅＶにおける信号）と共に示しており、これらの銀粒子は、シリカマトリックス中に埋め込まれていることを示唆している。銀に関する高い信号は、ポイントａに関してＥＤＸＳ中に酸素が存在していないことと一緒に、酸化物ではなくむしろ金属の銀が形成されていることを示唆しており、このことはＸＲＤ分析とも一致している。
【００６５】
例７：抗菌性能
Ａ：液状カルチャー
最初の定性試験において、それぞれの粉末１ｍｇ／ｍｌ（Ａｇ０〜５原子％）を、三重反復で天然培地ＴＳＢ（Ｂｉｏｌｉｆｅ、Ｍｉｌａｎｏ、イタリア）に分散させた。それぞれの試験管を、大腸菌Ｋ１２ ＭＧ１６５５の１０００コロニー形成ユニットで接種し、混濁度を細菌成長の指標として目視により監視し、この場合、高い混濁度は細菌の存在を示す。液状媒体中での粉末の抗菌性能は、３７℃で２４時間後に、Ａｇ０原子％、１原子％および２原子％のサンプルは細菌コロニーの成長を阻害するために十分な濃度ではないことが判明した。Ａｇ３原子％のサンプルは、最初の２４時間で成長を阻害し、引き続き混濁が徐々に増大し、このことは細菌集団が増大していることを示唆している。Ａｇ４原子％および５原子％のサンプルは、細菌集団のその後の成長を完全に防止した。
Ｂ：寒天培地試験
追加の定性試験を、それぞれの粉末（Ａｇ０〜５原子％）をＴＳＡ（Ｂｉｏｌｉｆｅ、Ｍｉｌａｎｏ、イタリア）試験プレートに均質に分散させて実施した（１ｍｇ／ｍｌ寒天）。それぞれの試験は三重反復で行った。それぞれのプレートを、約１０００の細胞で画線塗沫し、３７℃で２４時間培養した。この培養時間の後で、プレート上で成長したコロニーを計数して、異なった銀負荷濃度での大腸菌の成長に対する影響力を試験した。図６は、分散させた粉末に２４時間曝露した後の寒天培地試験プレートを示している。寒天に粉末を添加しなかったコントロールプレートは、大腸菌のコロニーにより支配されていた。純粋なＳｉＯ2粉末（Ａｇ０％）を含有するプレートもまた、コントロールと同程度に大腸菌のコロニーによって覆われており、このことは、銀が存在しないと細菌の成長に対する顕著な効果は生じないことを示唆している。銀濃度１％を有するプレートは、純粋なＳｉＯ2とほとんど異なることはなく、他方、２％のプレートは、細菌の被覆における低下を示した。銀３％のプレートは、小数の大腸菌コロニーを示し、他方、銀粉末４％および５％のプレートは、細菌コロニーが存在しないことを示している。
【００６６】
本来定性的であるが、上記の液状カルチャーおよび寒天試験の両方ともにおいて、銀濃度の増大と共に、抗菌効果が増大することが確認され、３原子％より多くの銀を含有する粉末により大腸菌に対する最も良好な抗菌性能が生じたことが示された。
【００６７】
従って、埋め込まれた、表面が露出した、および大きなシリカ被覆された銀粒子の観察された組み合わせは、抗微生物性の適用のために極めて望ましい。抗微生物活性は、銀イオンが細菌へと輸送されることに由来することが想定され、従ってこれらの粉末において表面が露出した銀の存在は、銀イオンが容易に利用されることを可能にし、かつ従って高い初期抗微生物活性を可能にする。しかし埋め込まれた銀粒子の存在は、銀イオンが凝集体の外側へと拡散して粉末の活性を長時間にわたって維持する、長時間性能のための銀のレザバーとして作用する。さらに、大きなシリカ被覆された銀粒子の存在は、このレザバー効果も増大する。大きな銀粒子の存在が抗微生物活性にとって有利である一方、その他の適用のためには、銀−シリカ凝集体構造のより高い割合を有する粉末が、より望ましい場合があり、たとえばこれは透明性または最小限の粉末着色が要求される適用である。
【００６８】
例８：抗真菌性能
純粋なＳｉＯ2、５原子％のＡｇ ＳｉＯ2および５原子％のＣｕ ＳｉＯ2の粉末の抗真菌効果を、サンプル寒天プレート試験を使用して評価した。真菌種のセルプラ・ラクリマンス（ナミダタケ）およびウスツリナ・デウスタ（クロミコブタケ）を別々に麦芽エキス寒天（ＭＥＡ）プレート上で培養した。ＭＥＡ４％および問題の粉末サンプルを寒天中に均質に混合して含有する成長培地試験プレートを準備した。ＭＥＡ１ｃｍ3中、粉末１０ｍｇの粉末濃度を使用した。純粋なＭＥＡ試験プレートをコントロールとして使用した。それぞれの直径８ｃｍの寒天試験プレートは、成長培地６ｃｍ3を含有していた。それぞれの試験プレートに関して、試験真菌コロニーの小さい（直径約４ｃｍ）サンプルを、準備した成長培地の表面上に載せた。接種後に、寒天プレートを２０℃で気候曝露試験キャビネット中に貯蔵した。成長培地上での菌糸体成長は、２方向で測定し、かつ集団領域を計算した。測定は菌糸体がプレートの境界に達するまで周期的に実施した。それぞれの真菌培地に関して２回の反復を実施した。異なった粉末の成長抑制効果は、図７に示されている。
【００６９】
銀−シリカおよび銅−シリカ粉末は、ナミダタケおよびクロミコブタケの両方の成長を阻害することが判明した。シリカはわずかに阻害効果を有していたが、しかし真菌の成長は、ＭＥＡコントロールと比較して顕著に低減されなかった。銀−シリカ粉末は、銅−シリカよりもナミダタケに対して有効であった。銀−シリカおよび銅−シリカの粉末の両方が、クロミコブタケに対して効果的であり、その際、銅−シリカは、銀−シリカよりもわずかに強力な効果を示した。
【００７０】
従って、抗菌活性に関しても、本発明により得られる粉末は、存在するドープ金属の特殊な形に基づいて、望ましい抗真菌活性を示す。抗微生物活性として、抗真菌活性もまた、ドーパントイオンが真菌へ輸送されることに基づいており、従って微細に分散したドーパント粉末の存在は、ドーパントイオンが容易に利用されることを可能にし、従って高い初期抗微生物活性が可能になると推定される。しかし、それほど容易に利用され得ないドーパント粒子は、長時間の性能に関してドーパントのレザバーとして作用することができ、その際、ドーパントイオンは、凝集体の外側に拡散して、延長された時間にわたって粉末の活性を維持する。
【００７１】
本発明の有利な実施態様を示し、かつ記載したが、本発明は、これらの有利な態様に限定されるものではなく、その他の種々の態様も可能であり、特許請求の範囲の範囲内で実施することができることを明確に理解すべきである。
【００７２】
引用した非特許文献
（１）S. Y. Yeo、H. J. Lee、S. H. Jeong、Journal of Materials Science 2003、38, 2143.
（２）D. P. Dowling, K. Donnelly、M. L. McConnell、R. Eloy、M. N. Arnaud、Thin Solid Films 2001、398399, 602.
（３）I. Sondi、B. Salopek-Sondi、Journal of Colloid and Interface Science 2004 、275、111.
（４）T. Gilchrist、D.M. Healy、C. Drake、Biomaterials 1991、12、76.
（５）V. I. Ivanov-Omskii、L. K. Panina、S. G. Yastrebov、Carbon 2000、38、495.
（６）L. Madler、H. K. Kaitimler、R. Mueller、S. E. Pratsinis、Journal of Aerosol Science 2002、33、369.
（７）L. Madler、W. J. Stark、S. E. Pratsinis、Journal of Materials Research 2003、18、115.
（８）R. W. Cheary、A. Coelho、Journal of Applied Crystallography 1992、25、109.
（９）E. A. Owen、G. I. Williams、Journal of Scientific Instruments 1954、31、49.
（１０）T. Tani、L. Madler、S. E. Pratsinis、Journal of Materials Science 2002、37、4627.
（１１）L. Madler、W. J. Stark、S. E. Pratsinis、Journal of Materials Research 2002、17、1356.
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】火炎噴霧熱分解法装置の略図を示す図
【図２】粉末Ｘ線回折図を示す図
【図３】ＢＥＴ吸着等温線および比表面積を示す図
【図４】高分解能電子顕微鏡画像を示す図
【図５】走査透過型電子顕微鏡画像を示す図
【図６】エネルギー分散型Ｘ線分光分析を示す図
【図７】シリカ、Ａｇ−シリカおよびＣｕ−シリカ粉末の抗真菌効果のグラフを示す図
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャリア材料と、金属および／または金属酸化物である機能性ドーパントとを含有する抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性および場合により抗ウイルス性の粉末、特にシリカ（ＳｉＯ2）キャリアを含有し、前記キャリアが前記機能性ドーパントを含有し、前記ドーパントが銀および／または酸化銀および／または銅および／または酸化銅である粉末の合成に関し、かつ前記粉末は、火炎噴霧熱分解（ＦＳＰ）法を使用して製造される。
【０００２】
従来技術
銀金属（および酸化銀）は、抗微生物活性および抗菌活性を有するが、しかしヒトにとって非毒性であることは知られている(1)。銀の抗菌活性は、Ａｇ+カチオンの存在に基づき、該カチオンが硫黄、酸素または窒素を含有する成分である細菌分子の電子供与基に強力に結合するためであることが記載されている(2)。Ａｇ+カチオンは、Ｃａ2+およびＺｎ+のような本質的な金属イオンと置換し、細菌の細胞膜を損傷することも仮定されている(3)。抗菌性のために要求される濃度は極めて低いことが判明しており、そのレベルは、水中で５〜１０ｐｐｂで殺菌活性を有する(4)。銀イオンは真菌を破壊することもできるが、しかし銅金属（および酸化銅）もまた、抗真菌性を有している(5)。
【０００３】
銀または酸化銀でドープされた二酸化ケイ素粒子および抗菌性の適用のための該粒子の使用は、「銀によりドープされた殺菌性二酸化ケイ素」の表題を有するＵＳ２００３／０２３５６２４Ａ１から公知である。前記の粒子は、二酸化ケイ素の気相合成（塩化物法）により、火炎ガス中にドーパント前駆体の水性エーロゾルを導入して製造される。
【０００４】
火炎酸化または火炎加水分解により銀または酸化銀でドープされたシリカを熱分解法により得るためのＵＳ２００３／０２３５６２４Ａ１に記載されている製造法は、３つの鍵となる工程を有している。これらの工程はつまり、１）ドーパントエーロゾルの形成、その際、火炎へ導入する前に、このエーロゾルを気体および塩結晶のエーロゾルへと変換する、２）該エーロゾルと、火炎供給ガスを含有する気体状のＳｉ化合物との混合、および３）前記エーロゾル混合物と供給ガスとの火炎への供給、である。得られる粒子は、微分散した白色の粉末である。粒子に付着している塩酸は、その後の工程において高めた温度で除去しなくてはならない。
【０００５】
シリカ粒子以外の、および湿式の沈殿法により製造された金属酸化物支持粒子に対するＡｇ粒子の抗菌活性は、ＵＳ５，７１４，４３０から公知であり、かつ抗微生物性ガラスがＵＳ２００４／０１７０７００に記載されている。
【０００６】
火炎噴霧熱分解法（ＦＳＰ）は、多くの適用のための幅広い種類の材料を製造するために汎用されている方法技術であることが証明されている(6)。しかしこれまで、前記の方法は、銀および／または酸化銀および／または銅および／または酸化銅によりドープされたシリカの合成に関して提案されておらず、ましてや使用されてもいない。さらに、特に抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の適用のための粉末を製造するためにＦＳＰを使用する例は存在しない。
【０００７】
このため依然として、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の粉末およびこのような粉末を製造するための方法に対する要求が存在している。
【０００８】
発明の開示
従って、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の効果を有する粒子の形のドープシリカ（ＳｉＯ2）を製造するための方法を提供することが本発明の一般的な課題である。
【０００９】
さらに、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の効果を有する粒子の形のドープシリカ（ＳｉＯ2）を提供することが本発明のもう１つの課題である。
【００１０】
さらに、このようなドープシリカを含有する製品を提供することが本発明のもう１つの課題である。
【００１１】
ところでこれらの、および本発明のその他の課題を実現するために、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の効果を有する粒子の形の、火炎法により製造されるドープシリカ（ＳｉＯ2）を製造するための方法は、火炎噴霧熱分解（ＦＳＰ）法であり、特に火炎法により製造されたドープシリカは、少なくとも１の機能性ドーパントを含有し、前記機能性ドーパントは、少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の作用を有する金属および／または金属含有化合物、特に少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性に作用する金属および／または少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性に作用する金属酸化物からなり、前記方法は、
（ｉ）有機溶剤中の、少なくとも１の機能性ドーパント前駆体と、少なくとも１のシリカ前駆体とを含有する前駆体溶液を準備する工程、
（ｉｉ）前記前駆体溶液自体の燃焼を燃料とする火炎に前記前駆体溶液を噴霧する工程
（ｉｉｉ）粒子状のドープシリカを回収する工程
を有することを特徴とする方法であり、この方法は説明が進むにつれてより容易に明らかになるであろう。
【００１２】
本発明の範囲で使用されている機能性ドーパントという用語は、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の効果を有するドーパントを記載する。
【００１３】
更なるドーパント、たとえばキャリアドーパントが存在していてもよく、その際、キャリアドーパントという用語は、シリカの形態に影響を与えるドーパントのために使用される。
【００１４】
付加的なドーパントという用語は、その他の目的のため、たとえば抗ウイルス効果のような別の機能を提供するために存在するドーパントのために使用される。
【００１５】
有利には前記機能性ドーパントは、銀、酸化銀、銅、酸化銅およびこれらの混合物からなる群から選択される金属および／または金属酸化物を含む。抗微生物性および抗菌性の効果のために、銀および酸化銀が有利である。抗真菌活性のためには銅および／または銀またはこれらの酸化物をそれぞれ使用することができ、その際、銅は、その抗真菌性能が証明されていることに基づいて、この点に関して有利である。
【００１６】
有利な機能性ドーパント前駆体は、有機溶剤中での溶解度が高く、かつ有害な副生物を生成することなく燃焼される。適切な機能性ドーパント前駆体は、たとえばＡｇＮＯ3（硝酸銀）、Ｃｕ（ＣＨ3ＣＯＣＨＣＯＣＨ3）2（アセチルアセトナト銅）、ナフテン酸銅およびこれらの混合物を含むが、これらに限定されない。
【００１７】
シリカ前駆体の溶解度はそれほど重要ではない。広い範囲のオルガノシラン（またはより一般的にはケイ素含有化合物）が適切であり、前記オルガノシラン（またはより一般的にはケイ素含有化合物）は、有機残留物が火炎中で燃焼されるという付加的な利点を有している。好適なオルガノシランは、たとえばテトラエトキシオルトシラン（ＴＥＯＳ、テトラエチルオルトシリケートともよばれる）、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）を含むが、これらに限定されない。
【００１８】
本発明のＦＳＰ法では、十分な溶解度を提供する任意の溶剤を使用することができるが、しかし高い燃焼エンタルピーを有する溶剤が有利である。たとえば硝酸銀に関して、適切な溶解度と認容可能なエンタルピーを有する燃焼との組み合わせは、アルコール、特にヒドロキシル基あたり１〜３個の炭素原子の平均炭素含有率を有するアルコールまたはアルコールの混合物、たとえばメタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、２−プロパノール、エタンジオール、プロパンジオールおよびこれらの混合物によってもたらされることが判明した。目下、２−プロパンジオールが有利である。これより高い炭素含有率を有するアルコールは、前駆体の十分な溶解度が維持される限りにおいて、より高い火炎温度を達成するために選択することができる。前駆体溶液は、火炎へ搬送される前に沈殿することを防止するために、亜飽和濃度に限定されるべきである。一般に、ケイ素および機能性ドーパント金属の合計濃度は、リットルあたり約０．３モルである。
【００１９】
良好な抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の効果の観点で、機能性ドーパントは、ケイ素に対して少なくとも２．５原子％、有利には少なくとも３原子％、最も有利には４〜５原子％の量で存在していると有利である。５原子％より高い濃度は一般に不要であるが、しかし、必要があれば、より高い濃度により、保護の時間をさらに延長することができる。特殊な適用のためには、ドーパントが２．５原子％より少なくても十分でありうる。
【００２０】
本発明の範囲で、シリカは本発明のＦＳＰ製造法における機能性ドーパントのためのキャリア材料として使用する場合に、予想していなかった利点を有することが判明した。これは微結晶質ではないので、機能性ドーパントのために特に良好なマトリックスを形成する。これは機能性ドーパントの粒径を決定する際の助けとなり、良好な多孔度を提供し、かつ最終的な粒径の良好な前決定を可能にする。
【００２１】
従って、本発明の系は広い範囲で変化することができ、その際、生じる機能性ドーパントの特殊な形の比率が変化する。前駆体溶液中のケイ素に対する銀の比率を高め、その一方で金属＋ケイ素の合計濃度および製造パラメータを一定に維持することにより、最終的な粒径をほぼ一定に保ったまま、銀粒子の平均直径ひいては長時間活性な機能性ドーパントの量を増大することができる。
【００２２】
本発明の系の有利な性質は、火炎内での特定の系の性質に基づいていると仮定される。
【００２３】
何らかの理論に拘束されることは望まないが、機能性ドーパント−シリカの凝集体と、シリカ被覆された機能性ドーパントの形態との組み合わせは、観察された材料に関する２つの形成経路を提案している。１つの経路は、機能性ドーパント−シリカの凝集体を生じるが、これは気相核形成、表面成長、およびシリカと機能性ドーパント粒子の両方の成長のための焼結と一貫しており、引き続き凝集して大きなマトリックス構造を形成する。第２の経路は、大きなシリカ被覆された機能性ドーパント粒子を形成するが、これは噴霧された液滴内で反応する前駆体による液滴の反応経路もまた存在することを示唆しており(11)、大きな機能性ドーパント粒子を生じ、引き続き気相シリカが凝縮して機能性ドーパント粒子上の表面被覆を生じる。あるいは、大きな機能性ドーパント粒子の存在は、表面の移動性およびシリカ凝集体の表面上の機能性ドーパント粒子の核形成の焼結に由来するものでもありうる。
【００２４】
本発明により得られる粒子は全て褐色の色を有しているが、これは、本発明による方法で生じた特に小さいサイズの銀粒子同士の間での光学的な干渉効果（いわゆるプラズモン共鳴効果）に基づいている。ＵＳ２００３／０２３５６２４で得られている粒子は、特に白色の粒子であることが明記されており（段落［００２３］を参照のこと）、ＵＳ２００３／０２３５６２４に記載されている方法で製造される銀粒子の大きさは、本発明による方法において製造される粒子の大きさよりもはるかに大きいことが明記されている。というのも、さもなければ、同じ光学的な干渉効果がこの従来技術においても生じるはずだからである。しかし、より小さい粒子を有することは、ドーパントの抗微生物性および抗真菌性効果における予期しない増大につながる。従って、本発明により製造される構造は、構造的に、ＵＳ２００３／０２３５６２４により開示されている構造とは異なっており、かつ本発明による特定の構造（ならびに方法）は、この従来技術によって示唆されていない。というのも、粒子の大きさを考慮することに基づいた改善は示唆されていないからである。
【００２５】
シリカの形態が、最終生成物の特徴にとって極めて重要であることが判明したので、前記の特徴は、シリカの形態に影響を与える１もしくは複数のキャリアドーパントを添加することによって影響を受けうる。適切なキャリアドーパントはたとえば、チタン、亜鉛、アルミニウムおよびこれらの混合物からなる群から選択される金属の酸化物である。このようなドーパントは一般に、Ｓｉに対して最大で１０原子％のドーパント金属の量で存在しており、有利には最大で５原子％の量で、最も有利には約２原子％の量で存在している。
【００２６】
キャリアドーパント前駆体化合物は、使用される場合には、前駆体溶液にも添加される。適切なキャリアドーパント前駆体は、アセチルアセトナト亜鉛、チタンイソプロポキシド、およびアセチルアセトナトアルミニウムを含む有機金属化合物でもあるが、これらに限定されない。
【００２７】
一般に、本発明の粒子の形の火炎法ドープシリカは、埋め込まれた粒子、表面が露出した粒子および大きなシリカ被覆された粒子の形で同時に存在する機能性ドーパントによって特徴付けられる。このようなドープシリカは、本発明による方法により得られる。
【００２８】
本発明の粒子の形のドープシリカは、上記のとおりのドーパントを含む。
【００２９】
埋め込まれている、表面が露出している、およびシリカ被覆された機能性ドーパント粒子の観察された組み合わせは、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の適用のために極めて望ましい。抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の活性は、機能性ドーパントイオンが、細菌へと輸送されることに由来し、従ってこれらの粉末中での表面が露出した機能性ドーパントの存在は、機能性ドーパントイオンの容易な入手性および従って高い初期抗微生物活性および／または抗菌活性および／または抗真菌性活性を可能にする。しかし、埋め込まれた機能性ドーパント粒子の存在は、機能性ドーパントイオンが凝集体の外側へ拡散し、延長された時間にわたって粉末の活性を維持するための機能性ドーパントのレザバーとして作用する。さらに、大きなシリカ被覆された機能性ドーパント粒子の存在は、このレザバー効果も増大する。大きな機能性ドーパント粒子の存在が、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の活性にとって有利である一方、機能性ドーパント−シリカ凝集体の高い比率は、透明性または最小の粉末の着色が要求される適用にとってより望ましい。
【００３０】
目下、有利なドーパントは主として、またはもっぱら金属の形の銀である。しかし主として、またはもっぱら抗真菌活性が所望される場合には、銅および／または酸化銅が有利でありうる。
【００３１】
特殊な適用のためには、ドープシリカ粒子の表面が、特定の表面への、またはポリマーマトリックス中での選択的な固定のための有機基により官能化されていてもよい。
【００３２】
このような官能化は、一般に公知の方法／物質、たとえば入門技術から公知の方法／物質を使用して行うことができる。たとえば１つの官能基がシリカキャリアに対して高い親和性または反応性を有し、かつ１つの基が、材料に対して高い親和性または反応性を有する二官能化の分子が適切であり、その際、火炎法ドープシリカは配合されているべきであるか、またはこれはドープシリカにより処理されているか、もしくは含浸されていることが意図される。このような材料は、「ドープされる材料」ともよばれる。シリカを好む群のための例は、表面のヒドロキシル基とシリル化反応を開始することができるシラン化合物であり、かつドープされる材料に対する親和性を有する群は、疎水性もしくは親水性の官能性に向けて調節することができる。その他の、シリカ表面にグラフトすることができる反応は、エステル化およびアミド化を含む。
【００３３】
ＦＳＰは本発明の火炎法ドープシリカ粉末を大量に、かつ低いコストで合成することができる方法である。これらの粉末は、多くの適用に配合することができ、清潔で、かつ殺菌性の機能を多数の物品に提供することができる。
【００３４】
本発明のドープシリカはたとえばポリマーおよび／またはポリマー複合材料のための充填剤として使用することができる。均質に混合されると、該シリカはさらに、単なるシリカ充填剤の機能を発揮することができる。このような適用では大量に、一般にポリマー／ポリマー複合材料に対して５０質量％まで添加することができる。次いでこのようなポリマー／ポリマー複合材料を使用して、それぞれのドープされた織布および／または不織布を製造することができる。
【００３５】
本発明のドープシリカを、ポリマーおよび／またはポリマー複合材料および／または天然繊維および／または織布および／または不織布のような物品と組み合わせて、たとえば少なくとも部分的に、有利には完全に、このような物品を処理するか、または含浸することにより使用することも可能である。
【００３６】
本発明のドープされた材料または処理／含浸された材料は、テキスタイルを製造するために使用することができるのみでなく、またたとえば食品および／または飲料の容器を製造するために、歯ブラシ、その他の日用品および医療用品のための使用することもできる。
【００３７】
製造パラメータおよび／またはドーパント／キャリアの比率を変更することにより、機能性ドーパントの特定の形の比率を変えることができるので、異なった方法により製造されるドープ粉末の混合物を使用することもまた本発明の範囲内である。このことにより、必要とされる異なった製造方法の数は最小でも時間にわたって広い範囲の性質を生じることができる。
【００３８】
図面の簡単な説明
本発明は、以下の詳細な説明を考慮することによって、より良く理解され、かつ上記の対象以外の対象が明らかとなるであろう。この説明は、添付の図面を参照しながら行うが、その際、
図１は、実施例の範囲で使用される適切な火炎噴霧熱分解法装置の略図である。
【００３９】
図２は、Ａｇ濃度が０〜５原子％の間の、銀でドープされたシリカに関するＸ線回折図（ＸＲＤ）を示す。
【００４０】
図３は、２つの異なった方法を使用した粒径の測定結果を示す。この場合、ＢＥＴに相応する、比表面積のデータから評価された直径は、白抜きの丸印により示されており、製造されたままの粉末の一次粒子（ＳｉＯ2およびＡｇ）の推定される直径に相応し、かつその際、黒塗りの菱形は、基本パラメータアプローチを使用したＸＲＤパターンから推定される直径に相応する。
【００４１】
図４は、５原子％のＡｇによりドープされたＳｉＯ2に関する透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像を示しており、その際、左側の画像ａは、非晶質シリカの凝集体マトリックス（明るい灰色の粒子）中の金属の銀粒子（暗灰色、矢印によっても示されている）を示しており、その際、右側の画像ｂは、銀粒子の大きさの範囲が若干の大きなシリカ被覆された粒子を含むサンプル中に存在しうることを示している。
【００４２】
図５の左側には、銀によりドープされたシリカマトリックスの走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像を示しており、その際、明るいスポットは、金属の銀粒子であり、かつ右側のグラフにはＳＴＥＭ画像中に示されているポイントのＥＤＸＳ元素分析を示している。
【００４３】
図６は、種々の銀濃度の銀−シリカ粉末１ｍｇ／ｍｌを含有する寒天プレート上での、２４時間の成長時間後の大腸菌の成長の写真、およびＡｇ−ＳｉＯ2粉末中の銀ドープの関数としてのそれぞれの寒天プレート上での被覆された領域のパーセンテージを示すグラフを示している。
【００４４】
図７は、Ａ）セルプラ・ラクリマンス(Serpula lacrimans)（ナミダタケ）およびＢ）ウスツリナ・デウスタ(Ustulina deusta)（クロミコブタケ）に対する、シリカ、Ａｇ−シリカおよびＣｕ−シリカ粉末に関する真菌の成長防止効果を示している。
【００４５】
発明の実施法
ところで本発明を、２成分の前駆体系から出発する方法およびそれぞれの製造された生成物に関して詳細に説明する。
【００４６】
粒子の形で、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の効果を有し、その際、前記粒子は少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性に作用する金属および／または金属含有化合物からなる少なくとも１の機能性ドーパントを含有する火炎法ドープシリカ（ＳｉＯ2）を製造するためのＦＳＰ法は、
（ｉ）有機溶剤中の、１の機能性ドーパント前駆体と、１のシリカ前駆体とを含有する前駆体溶液を準備する工程、
（ｉｉ）前記前駆体溶液自体の燃焼を燃料とする火炎に前記前駆体溶液を噴霧する工程
（ｉｉｉ）粒子状のドープシリカを回収する工程
を有する。
【００４７】
さらに有利な実施態様では、機能性ドーパントは、少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性に作用する金属および／または少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の金属酸化物からなる。
【００４８】
意外にも本発明の方法を使用することにより、主に予測されたドーパント金属酸化物が形成されず、純粋な金属粒子が、特に機能性ドーパントとして銀の場合に形成されることが判明した。
【００４９】
ＡｇＮＯ3、テトラエトキシオルトシランおよび溶剤としてのイソプロパノールを含有する前駆体溶液から出発して、純粋な金属の銀の粒子（検出限界内で）が得られた。
【００５０】
それぞれの前駆体溶液に関する（Ｓｉ＋Ａｇ）の合計濃度は、０．１〜０．５モル／Ｌの範囲であり、かつ有利には約０．３モル／Ｌである。液状の前駆体は、ＡｇＮＯ3の固体が溶解するために適切な時間にわたり、適切な出力で超音波処理することができる。全てのサンプルの製造およびＦＳＰ合成工程は、光に敏感な前駆体が変質することを回避するために低照明条件下に、適切な光遮断装置を一緒に用いて実施することができる。
【００５１】
製造されたままの粉末は、以下の特性の少なくとも１つ、有利には少なくとも最初の３つ、さらに有利には全てを示した：
− 埋め込まれた機能性ドーパントと、表面が露出した機能性ドーパント、特に銀粒子が同時に存在する、
− 非晶質シリカのマトリックス、
− 埋め込まれた機能性ドーパント粒子と、表面が露出した機能性ドーパント粒子、とくに一般に２０ｎｍ未満の直径を有する銀粒子、
− 一般に５０ｎｍより大きい直径を有する大きいシリカ−被覆された粒子、
− 大腸菌の液体カルチャー内にドープシリカ１ｍｇ／ｍｌを分散させて測定した場合に、少なくとも３日まで、有利には少なくとも５日まで、さらに有利には少なくとも７日までの、抗菌効果および抗微生物効果、（抗微生物および／または抗菌効果は試験により測定することができ、かつ試験によって測定したが、その際、細菌の初期濃度は、培地５ｍｌ中に分散した約１０００の細菌（大腸菌）の１コロニーであり、かつそれぞれの粉末１ｍｇを、この細胞カルチャー１ｍｌ中に設置した。この試験で、有効な粉末は一般に、目視可能な混濁の、関連する低減を伴う細菌の死につながり、かつこの段階での上記の時間に関して培地が保存された）。
【００５２】
その他の前駆体および／またはその他のドーパント、たとえば銅および／またはその他の溶剤および／またはその他の濃度および／またはその他の供給速度を使用することにより、粒径、および／または粒子の種類（埋め込まれているか、表面露出されているか、シリカ被覆されている）および／または機能性ドーパントの金属酸化物に対する金属の比は変化してよい。
【００５３】
実施例
例１：銀ドープシリカ粒子の製造
銀ドープシリカ粒子は、液体供給ノズルの役割を果たす中心軸に、ステンレス鋼の毛管（内径０．４１ｍｍ：外径０．７１ｍｍ）を有する放射対称の配置を有する火炎噴霧熱分解（ＦＳＰ）ノズル(7)を使用して火炎噴霧熱分解により製造した（図１を参照のこと）。毛管を直接包囲しているのは、調節可能な横断面領域の狭い環状ギャップであり、これは液体供給流を噴霧微粒化するための酸素５Ｌ／分を発生させる。ＦＳＰ運転の間のノズル横断面の圧力低下は１．５バールに維持した。狭い同心のオリフィスリング（間隔０．１５ｍｍ、ノズル軸からの半径６ｍｍ）に、点火のための前混合された口火および噴霧火炎の補助として役立つＣＨ4（１．５Ｌ／分）およびＯ2（３．２Ｌ／分）の混合物を供給した。酸素５Ｌ／分のシースガス流を、環状の焼結される金属フリットを通して発生させて（幅８ｍｍ、ノズル軸からの内側半径９ｍｍ）、噴霧火炎を安定させ、かつ含有させた。前駆体液状供給流を、速度制御シリンジポンプ（Ｉｎｏｔｅｃｈ Ｒ２３２）を使用して５ｍｌ／分で供給し、かつすべてのガス流（パン・ガス、＞９９．９５％）を流量制御装置（Ｂｒｏｎｋ−ｈｏｒｓｔ）を使用して測定した。水冷式のステンレス鋼フィルターハウジングは、火炎により製造された粉末を真空ポンプ（ＢＵＳＣＨ）を用いて回収するためのガラスファイバーシート（Ｗｈａｔｍａｎ ＧＦ／Ｄ、直径２５．７ｃｍ）を支持していた。
【００５４】
ベースの液状前駆体溶液は、２−プロパノール（Ａｌｄｒｉｃｈ、９９．９％）、テトラエトキシオルトシラン（ＴＥＯＳ、Ａｌｄｒｉｃｈ、＞９８％）、および硝酸銀（ＡｇＮＯ3、Ｆｌｕｋａ、＞９９％）からなっていた。銀濃度は、ケイ素に対して、０〜５原子％の範囲であった。それぞれの前駆体溶液の（Ｓｉ＋Ａｇ）の合計濃度は、０．３モル／Ｌであった。液状前駆体を、３分間、７５％のプローブ出力で１．０秒／０．５秒のオン／オフ設定で超音波処理（Ｓｏｎｉｃｓ Ｖｉｂｒａ−Ｃｅｌｌ）して、ＡｇＮＯ3の固体の溶解を補助した。溶液の交換または沈殿は超音波処理工程から観察されなかった。全てのサンプル調製およびＦＳＰ合成工程は、光に敏感な前駆体の変質を回避するために、低照明条件下に適切な光遮断装置を一緒に用いて実施した。
【００５５】
製造されたままの粉末は、
（ｉ）粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）（例２、図２、推定される銀の直径例３、図３）、
（ｉｉ）ＢＥＴ吸着等温線および比表面積（ＳＳＡ）分析（例３、図３）、
（ｉｉｉ）高分解能電子顕微鏡検査（ＨＲＴＥＭ）（例４、図４）、
（ｉｖ）走査透過型電子顕微鏡検査（ＳＴＥＭ）（例５、図５）および
（ｖ）エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＸＳ）（例６、図５）
を使用して特徴付けを行った。
【００５６】
例２：粉末Ｘ線回折
Ｂｒｕｋｅｒ ＡＸＳ Ｄ８ Ａｄｖａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを用いて、２θ（Ｃｕ−Ｋα）１０〜７０゜、ステップサイズ０．０３゜、および走査速度０．６゜／分（電源４０ｋＶ、４０ｍＡ）で、粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）を実施した。それぞれのＸＲＤパターン内で、個々のピークのプロファイルをマッチさせるために、基本パラメータ（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ：ＦＰ）法を使用してＸＲＤパターンを分析し、これにより結晶サイズの情報を抽出した(8)。銀濃度０〜５原子％のＡｇドープシリカのＸＲＤパターンは、図２に示されている。サンプル中の非晶質シリカ（ａ−ＳｉＯ2）の存在は、１５〜３５゜の間の基線値に現れている広いピークに明らかに反映されている。金属の銀に相応するピークは、３８．１゜、４４．３゜および６４．５゜でアスタリスクにより示されている。これらのピークはそれぞれ、銀の結晶面の（１１１）、（２００）および（２２０）に相応する。示されているピークは、参照パターンＰＤＦ ８７−０７１７(9)と一致しており、かつ銀酸化物に関してはピークは観察されなかった。
【００５７】
銀ＸＲＤピーク、および最も顕著には３８．１゜でのピークは、Ａｇ濃度が増大するにつれて大きさにおいて増大し、これは粒子の大きさの増大と一貫していた。銀ピークは３原子％より低いドーパント濃度に関して大きく区別することはできず、銀結晶は、低いドーパント濃度で小さい（または原子クラスター）の存在と共に高い濃度で存在しているにすぎないことを示している。
【００５８】
例３：粒径の測定
ＢＥＴ吸着等温線および比表面積の分析は、窒素中１５０℃で１．５時間の脱ガス処理の後、ＭｉｃｒｏＭｅｒｉｔｉｃｓ ＴｒｉＳｔａｒ ３０００システムを使用して実施した。比表面積（ＳＳＡ）は、７７Ｋで５ポイントの窒素吸着を使用して測定した。ＢＥＴに相応する直径は、それぞれのサンプルに関して測定されたＳＳＡから評価し、その際、球形の一次粒子の形状および組成補正された比重を推定した。このようにして得られたＢＥＴに相応する直径（ｄBET）を、基本パラメータ法を使用してＸＲＤパターンから推定される直径と比較した。
【００５９】
前記の２つの粒径分析法により得られた、銀濃度の関数としての結果は図３に示されている。白抜きの丸印は、製造されたままの粉末のＢＥＴに相応する直径（ｄBET）を示しており、その際、直径は、銀ドープシリカ粉末の測定された比表面積に基づいて評価された。ＢＥＴに相応するこの直径は、銀ドーパントを含有していない場合の１１ｎｍからＡｇ３原子％で８ｎｍへと低減し、次いでＡｇ５原子％までの濃度で８ｎｍで維持されることが観察された。ｄBETの観察された低下は、Ｔａｎｉおよび共同研究者等(10)の観察と一貫しており、彼らは低いドーパント濃度の添加であっても、シリカの一次粒径の顕著な低下を誘発することができ、かつシリカ焼結特性に対するドーパントの影響を与えるためにこの影響に大きく貢献することを見いだした。
【００６０】
図３の黒塗りの菱形は基本パラメータ法(8)を使用して、３８．１℃の銀ピークでＸＲＤパターンから評価した銀微結晶の直径（ｄXRD）を表している。銀微結晶の直径に関する推定値は２〜５原子％のドーパント濃度に関してのみ得られ、この範囲を超えるとＡｇサイズは２２ｎｍから３４ｎｍへと増大する。これらの微結晶のサイズは、シリカ一次粒径に関するＢＥＴの推定値よりも大きく、このことは、銀微結晶がより多数のシリカ粒子の凝集体マトリックスにより包囲されていることを示唆している。
【００６１】
例４：透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像
銀ドープシリカ粉末（Ａｇ５原子％）の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像は、図４に示されている。ａと記されている左側の画像は、銀ドープシリカ粉末に関して観察される典型的な形態を示している。観察されたサイズの範囲を有する金属の銀粒子からなる材料は、非晶質シリカのマトリックス中に埋め込まれていた。銀粒子は、シリカマトリックス中にランダムに分散していることが判明し、最も大きい粒子はシリカにより包囲されているが、しかしいくつかの銀粒子はシリカ凝集体の端部に現れており、このことは、これらの粒子が表面に露出していることを示唆している。
【００６２】
ｂと記されている右側の画像は、製造されたままの粉末の画像を示しており、その特徴は、大きな（＞５０ｎｍ）銀粒子は、厚さ約２０ｎｍを有するシリカのシェル中に被覆されていることである。この大きな特徴は、画像ａにおいて観察された凝集体と同様に、銀−シリカ凝集体と緊密に関連して示されている。この銀−シリカ凝集体と、シリカ被覆された銀の形態との組み合わせ、つまり埋め込まれた、表面が露出した、および大きなシリカ被覆された銀粒子が同時に存在することは、望ましいことであり、かつ２つの形成経路を示唆している（上記を参照のこと）。
【００６３】
例５：走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像
図５は、銀ドープシリカ粉末（Ａｇ５原子％）の走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）の代表例を示している。ＳＴＥＭ画像は再び非晶質シリカマトリックス中に埋め込まれた銀粒子の形態を示しており、図４に示されているＴＥＭ画像と一致している。ＳＴＥＭ画像中の銀粒子は、ＴＥＭと比較してはるかに高い対照を有しているように見えるが、しかしその際、画像中の明るい特徴部は、金属の銀粒子である。画像の拡散している明るい灰色の領域は、銀粒子を取り巻いている非晶質シリカを示している。
【００６４】
例６：エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＸＳ）
特定のスポットのエネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＸＳ）を、Ｐｈｉｌｌｉｐｓ ＣＭ３０ＳＴ顕微鏡（ＬａＢ6 カソード、３００ｋＶ）を用いて実施した。前記の特定のスポットは、ポイントａ、ｂおよびｃであり、ＳＴＥＭ画像中に示されている。それぞれのポイントに関連するスペクトルは、図５に挿入されているグラフに示されている。ポイントａは、銀により支配されており（約３ｋｅＶにおける信号）、表面が露出した粒子と一貫している。ポイントｂおよびｃは、銀をシリカ（約１．７ｋｅＶにおける信号）および酸素（約０．５ｋｅＶにおける信号）と共に示しており、これらの銀粒子は、シリカマトリックス中に埋め込まれていることを示唆している。銀に関する高い信号は、ポイントａに関してＥＤＸＳ中に酸素が存在していないことと一緒に、酸化物ではなくむしろ金属の銀が形成されていることを示唆しており、このことはＸＲＤ分析とも一致している。
【００６５】
例７：抗菌性能
Ａ：液状カルチャー
最初の定性試験において、それぞれの粉末１ｍｇ／ｍｌ（Ａｇ０〜５原子％）を、三重反復で天然培地ＴＳＢ（Ｂｉｏｌｉｆｅ、Ｍｉｌａｎｏ、イタリア）に分散させた。それぞれの試験管を、大腸菌Ｋ１２ ＭＧ１６５５の１０００コロニー形成ユニットで接種し、混濁度を細菌成長の指標として目視により監視し、この場合、高い混濁度は細菌の存在を示す。液状媒体中での粉末の抗菌性能は、３７℃で２４時間後に、Ａｇ０原子％、１原子％および２原子％のサンプルは細菌コロニーの成長を阻害するために十分な濃度ではないことが判明した。Ａｇ３原子％のサンプルは、最初の２４時間で成長を阻害し、引き続き混濁が徐々に増大し、このことは細菌集団が増大していることを示唆している。Ａｇ４原子％および５原子％のサンプルは、細菌集団のその後の成長を完全に防止した。
Ｂ：寒天培地試験
追加の定性試験を、それぞれの粉末（Ａｇ０〜５原子％）をＴＳＡ（Ｂｉｏｌｉｆｅ、Ｍｉｌａｎｏ、イタリア）試験プレートに均質に分散させて実施した（１ｍｇ／ｍｌ寒天）。それぞれの試験は三重反復で行った。それぞれのプレートを、約１０００の細胞で画線塗沫し、３７℃で２４時間培養した。この培養時間の後で、プレート上で成長したコロニーを計数して、異なった銀負荷濃度での大腸菌の成長に対する影響力を試験した。図６は、分散させた粉末に２４時間曝露した後の寒天培地試験プレートを示している。寒天に粉末を添加しなかったコントロールプレートは、大腸菌のコロニーにより支配されていた。純粋なＳｉＯ2粉末（Ａｇ０％）を含有するプレートもまた、コントロールと同程度に大腸菌のコロニーによって覆われており、このことは、銀が存在しないと細菌の成長に対する顕著な効果は生じないことを示唆している。銀濃度１％を有するプレートは、純粋なＳｉＯ2とほとんど異なることはなく、他方、２％のプレートは、細菌の被覆における低下を示した。銀３％のプレートは、小数の大腸菌コロニーを示し、他方、銀粉末４％および５％のプレートは、細菌コロニーが存在しないことを示している。
【００６６】
本来定性的であるが、上記の液状カルチャーおよび寒天試験の両方ともにおいて、銀濃度の増大と共に、抗菌効果が増大することが確認され、３原子％より多くの銀を含有する粉末により大腸菌に対する最も良好な抗菌性能が生じたことが示された。
【００６７】
従って、埋め込まれた、表面が露出した、および大きなシリカ被覆された銀粒子の観察された組み合わせは、抗微生物性の適用のために極めて望ましい。抗微生物活性は、銀イオンが細菌へと輸送されることに由来することが想定され、従ってこれらの粉末において表面が露出した銀の存在は、銀イオンが容易に利用されることを可能にし、かつ従って高い初期抗微生物活性を可能にする。しかし埋め込まれた銀粒子の存在は、銀イオンが凝集体の外側へと拡散して粉末の活性を長時間にわたって維持する、長時間性能のための銀のレザバーとして作用する。さらに、大きなシリカ被覆された銀粒子の存在は、このレザバー効果も増大する。大きな銀粒子の存在が抗微生物活性にとって有利である一方、その他の適用のためには、銀−シリカ凝集体構造のより高い割合を有する粉末が、より望ましい場合があり、たとえばこれは透明性または最小限の粉末着色が要求される適用である。
【００６８】
例８：抗真菌性能
純粋なＳｉＯ2、５原子％のＡｇ ＳｉＯ2および５原子％のＣｕ ＳｉＯ2の粉末の抗真菌効果を、サンプル寒天プレート試験を使用して評価した。真菌種のセルプラ・ラクリマンス（ナミダタケ）およびウスツリナ・デウスタ（クロミコブタケ）を別々に麦芽エキス寒天（ＭＥＡ）プレート上で培養した。ＭＥＡ４％および問題の粉末サンプルを寒天中に均質に混合して含有する成長培地試験プレートを準備した。ＭＥＡ１ｃｍ3中、粉末１０ｍｇの粉末濃度を使用した。純粋なＭＥＡ試験プレートをコントロールとして使用した。それぞれの直径８ｃｍの寒天試験プレートは、成長培地６ｃｍ3を含有していた。それぞれの試験プレートに関して、試験真菌コロニーの小さい（直径約４ｃｍ）サンプルを、準備した成長培地の表面上に載せた。接種後に、寒天プレートを２０℃で気候曝露試験キャビネット中に貯蔵した。成長培地上での菌糸体成長は、２方向で測定し、かつ集団領域を計算した。測定は菌糸体がプレートの境界に達するまで周期的に実施した。それぞれの真菌培地に関して２回の反復を実施した。異なった粉末の成長抑制効果は、図７に示されている。
【００６９】
銀−シリカおよび銅−シリカ粉末は、ナミダタケおよびクロミコブタケの両方の成長を阻害することが判明した。シリカはわずかに阻害効果を有していたが、しかし真菌の成長は、ＭＥＡコントロールと比較して顕著に低減されなかった。銀−シリカ粉末は、銅−シリカよりもナミダタケに対して有効であった。銀−シリカおよび銅−シリカの粉末の両方が、クロミコブタケに対して効果的であり、その際、銅−シリカは、銀−シリカよりもわずかに強力な効果を示した。
【００７０】
従って、抗菌活性に関しても、本発明により得られる粉末は、存在するドープ金属の特殊な形に基づいて、望ましい抗真菌活性を示す。抗微生物活性として、抗真菌活性もまた、ドーパントイオンが真菌へ輸送されることに基づいており、従って微細に分散したドーパント粉末の存在は、ドーパントイオンが容易に利用されることを可能にし、従って高い初期抗微生物活性が可能になると推定される。しかし、それほど容易に利用され得ないドーパント粒子は、長時間の性能に関してドーパントのレザバーとして作用することができ、その際、ドーパントイオンは、凝集体の外側に拡散して、延長された時間にわたって粉末の活性を維持する。
【００７１】
本発明の有利な実施態様を示し、かつ記載したが、本発明は、これらの有利な態様に限定されるものではなく、その他の種々の態様も可能であり、特許請求の範囲の範囲内で実施することができることを明確に理解すべきである。
【００７２】
引用した非特許文献
（１）S. Y. Yeo、H. J. Lee、S. H. Jeong、Journal of Materials Science 2003、38, 2143.
（２）D. P. Dowling, K. Donnelly、M. L. McConnell、R. Eloy、M. N. Arnaud、Thin Solid Films 2001、398399, 602.
（３）I. Sondi、B. Salopek-Sondi、Journal of Colloid and Interface Science 2004 、275、111.
（４）T. Gilchrist、D.M. Healy、C. Drake、Biomaterials 1991、12、76.
（５）V. I. Ivanov-Omskii、L. K. Panina、S. G. Yastrebov、Carbon 2000、38、495.
（６）L. Madler、H. K. Kaitimler、R. Mueller、S. E. Pratsinis、Journal of Aerosol Science 2002、33、369.
（７）L. Madler、W. J. Stark、S. E. Pratsinis、Journal of Materials Research 2003、18、115.
（８）R. W. Cheary、A. Coelho、Journal of Applied Crystallography 1992、25、109.
（９）E. A. Owen、G. I. Williams、Journal of Scientific Instruments 1954、31、49.
（１０）T. Tani、L. Madler、S. E. Pratsinis、Journal of Materials Science 2002、37、4627.
（１１）L. Madler、W. J. Stark、S. E. Pratsinis、Journal of Materials Research 2002、17、1356.
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】火炎噴霧熱分解法装置の略図を示す図
【図２】粉末Ｘ線回折図を示す図
【図３】ＢＥＴ吸着等温線および比表面積を示す図
【図４】高分解能電子顕微鏡画像を示す図
【図５】走査透過型電子顕微鏡画像を示す図
【図６】エネルギー分散型Ｘ線分光分析を示す図
【図７】シリカ、Ａｇ−シリカおよびＣｕ−シリカ粉末の抗真菌効果のグラフを示す図
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の効果を有する粒子の形の火炎法ドープシリカ（ＳｉＯ2）を製造する火炎噴霧熱分解法であって、前記火炎法ドープシリカは、少なくとも１の機能性ドーパントを含有し、前記機能性ドーパントは、少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性に作用する金属および／または金属含有化合物からなり、前記方法は、
（ｉ）有機溶剤中の、少なくとも１の機能性ドーパント前駆体と、少なくとも１のシリカ前駆体とを含有する前駆体溶液を準備する工程、
（ｉｉ）前記前駆体溶液自体の燃焼を燃料とする火炎に前記前駆体溶液を噴霧する工程
（ｉｉｉ）粒子状のドープシリカを回収する工程
を有する、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の効果を有する粒子の形の熱分解法ドープシリカ（ＳｉＯ2）を製造する火炎噴霧熱分解法。
【請求項２】
前記機能性ドーパントが、少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性に作用する金属および／または少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性に作用する金属酸化物、特に銀、酸化銀、銅、酸化銅およびこれらの混合物、とりわけ銀および／または酸化銀、さらに有利には銀からなる群から選択される機能性ドーパントからなる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１の、有利には全ての機能性ドーパント前駆体が、ＡｇＮＯ3（硝酸銀）、Ｃｕ（ＣＨ3ＣＯＣＨＣＯＣＨ3）2（アセチルアセトナト銅）、ナフテン酸銅およびこれらの混合物から選択される、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
シリカ前駆体が、ケイ素含有化合物、有利にはオルガノシラン、さらに有利にはテトラエトキシオルトシラン（ＴＥＯＳ）である、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
有機溶剤が、アルコールまたはアルコールの混合物、特にヒドロキシル基あたり１〜３個の炭素原子の平均炭素含有率を有するアルコールまたはアルコールの混合物、特にメタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、２−プロパノール、エタンジオール、プロパンジオール、およびこれらの混合物からなる群から選択されるアルコール、とりわけ２−プロパノールである、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
機能性ドーパントが、ケイ素に対して少なくとも２．５原子％、有利には少なくとも３原子％、最も有利には４〜５原子％の量で存在している、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
ドーパントが、シリカの形態に影響を与えるキャリアドーパント、特にチタン、亜鉛、アルミニウムおよびこれらの混合物からなる群から選択される金属の酸化物を、Ｓｉに対して特に最大で１０原子％、有利には最大で５原子％、最も有利には約２原子％のドーパント金属の量で含有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項記載の方法により得られる粒子の形のドープシリカ。
【請求項９】
粒子の形のドープシリカ、特に請求項８に記載のドープシリカであって、前記シリカは、１もしくは複数の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性に作用する金属および／または金属酸化物から選択される少なくとも１の機能性ドーパントによりドープされており、前記機能性ドーパントは埋め込まれた粒子および表面が露出した粒子および大きなシリカ被覆された粒子の形で同時に存在している、粒子の形のドープシリカ。
【請求項１０】
機能性ドーパントが、銀、酸化銀、銅、酸化銅およびこれらの混合物からなる群から選択されている、請求項９記載のドープシリカ。
【請求項１１】
前記機能性ドーパントが、銀および／または酸化銀を含有し、かつ有利には銀および／または酸化銀からなり、かつさらに有利には銀からなる、請求項１０記載のドープシリカ。
【請求項１２】
前記ドーパントが、銅および／または酸化銅を含有し、かつ有利には銅および／または酸化銅からなる、請求項１０記載のドープシリカ。
【請求項１３】
機能性ドーパントが、ケイ素に対して少なくとも２．５原子％、有利には少なくとも３原子％、最も有利には４〜５原子％の量で存在している、請求項８から１２までのいずれか１項記載のドープシリカ。
【請求項１４】
ドーパントが、シリカの形態に影響を与えるキャリアドーパント、特にチタン、亜鉛、アルミニウムおよびこれらの混合物からなる群から選択される金属の酸化物を含有する、請求項８から１３までのいずれか１項記載のドープシリカ。
【請求項１５】
キャリアドーパントが、Ｓｉに対して最大で１０原子％、有利には最大で５原子％、最も有利には約２原子％のドーパント金属の量で存在している、請求項８から１４までのいずれか１項記載のドープシリカ。
【請求項１６】
粒子の表面が、ポリマーマトリックスの表面またはポリマーマトリックス中に選択的に固定するための有機基により官能化されている、請求項８から１５までのいずれか１項記載のドープシリカ。
【請求項１７】
請求項８から１６までのいずれか１項記載の少なくとも１のドープシリカを含有するポリマーおよび／またはポリマー複合材料。
【請求項１８】
請求項８から１６までのいずれか１項記載の少なくとも１のドープシリカにより少なくとも部分的に処理されているか、または含浸されているポリマーおよび／またはポリマー複合材料および／または天然繊維。
【請求項１９】
請求項１７または１８記載のポリマーおよび／またはポリマー複合材料および／または天然繊維を含有する織布および／または不織布。
【請求項２０】
請求項８から１６までのいずれか１項記載の少なくとも１のドープシリカにより少なくとも部分的に処理されているか、または含浸されている織布および／または不織布。
【請求項１】
抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の効果を有する粒子の形の火炎法ドープシリカ（ＳｉＯ2）を製造する火炎噴霧熱分解法であって、前記火炎法ドープシリカは、少なくとも１の機能性ドーパントを含有し、前記機能性ドーパントは、少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性に作用する金属および／または金属含有化合物からなり、前記方法は、
（ｉ）有機溶剤中の、少なくとも１の機能性ドーパント前駆体と、少なくとも１のシリカ前駆体とを含有する前駆体溶液を準備する工程、
（ｉｉ）前記前駆体溶液自体の燃焼を燃料とする火炎に前記前駆体溶液を噴霧する工程
（ｉｉｉ）粒子状のドープシリカを回収する工程
を有する、抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性の効果を有する粒子の形の熱分解法ドープシリカ（ＳｉＯ2）を製造する火炎噴霧熱分解法。
【請求項２】
前記機能性ドーパントが、少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性に作用する金属および／または少なくとも１の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性に作用する金属酸化物、特に銀、酸化銀、銅、酸化銅およびこれらの混合物、とりわけ銀および／または酸化銀、さらに有利には銀からなる群から選択される機能性ドーパントからなる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１の、有利には全ての機能性ドーパント前駆体が、ＡｇＮＯ3（硝酸銀）、Ｃｕ（ＣＨ3ＣＯＣＨＣＯＣＨ3）2（アセチルアセトナト銅）、ナフテン酸銅およびこれらの混合物から選択される、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
シリカ前駆体が、ケイ素含有化合物、有利にはオルガノシラン、さらに有利にはテトラエトキシオルトシラン（ＴＥＯＳ）である、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
有機溶剤が、アルコールまたはアルコールの混合物、特にヒドロキシル基あたり１〜３個の炭素原子の平均炭素含有率を有するアルコールまたはアルコールの混合物、特にメタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、２−プロパノール、エタンジオール、プロパンジオール、およびこれらの混合物からなる群から選択されるアルコール、とりわけ２−プロパノールである、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
機能性ドーパントが、ケイ素に対して少なくとも２．５原子％、有利には少なくとも３原子％、最も有利には４〜５原子％の量で存在している、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
ドーパントが、シリカの形態に影響を与えるキャリアドーパント、特にチタン、亜鉛、アルミニウムおよびこれらの混合物からなる群から選択される金属の酸化物を、Ｓｉに対して特に最大で１０原子％、有利には最大で５原子％、最も有利には約２原子％のドーパント金属の量で含有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項記載の方法により得られる粒子の形のドープシリカ。
【請求項９】
粒子の形のドープシリカ、特に請求項８に記載のドープシリカであって、前記シリカは、１もしくは複数の抗微生物性および／または抗菌性および／または抗真菌性に作用する金属および／または金属酸化物から選択される少なくとも１の機能性ドーパントによりドープされており、前記機能性ドーパントは埋め込まれた粒子および表面が露出した粒子および大きなシリカ被覆された粒子の形で同時に存在している、粒子の形のドープシリカ。
【請求項１０】
機能性ドーパントが、銀、酸化銀、銅、酸化銅およびこれらの混合物からなる群から選択されている、請求項９記載のドープシリカ。
【請求項１１】
前記機能性ドーパントが、銀および／または酸化銀を含有し、かつ有利には銀および／または酸化銀からなり、かつさらに有利には銀からなる、請求項１０記載のドープシリカ。
【請求項１２】
前記ドーパントが、銅および／または酸化銅を含有し、かつ有利には銅および／または酸化銅からなる、請求項１０記載のドープシリカ。
【請求項１３】
機能性ドーパントが、ケイ素に対して少なくとも２．５原子％、有利には少なくとも３原子％、最も有利には４〜５原子％の量で存在している、請求項８から１２までのいずれか１項記載のドープシリカ。
【請求項１４】
ドーパントが、シリカの形態に影響を与えるキャリアドーパント、特にチタン、亜鉛、アルミニウムおよびこれらの混合物からなる群から選択される金属の酸化物を含有する、請求項８から１３までのいずれか１項記載のドープシリカ。
【請求項１５】
キャリアドーパントが、Ｓｉに対して最大で１０原子％、有利には最大で５原子％、最も有利には約２原子％のドーパント金属の量で存在している、請求項８から１４までのいずれか１項記載のドープシリカ。
【請求項１６】
粒子の表面が、ポリマーマトリックスの表面またはポリマーマトリックス中に選択的に固定するための有機基により官能化されている、請求項８から１５までのいずれか１項記載のドープシリカ。
【請求項１７】
請求項８から１６までのいずれか１項記載の少なくとも１のドープシリカを含有するポリマーおよび／またはポリマー複合材料。
【請求項１８】
請求項８から１６までのいずれか１項記載の少なくとも１のドープシリカにより少なくとも部分的に処理されているか、または含浸されているポリマーおよび／またはポリマー複合材料および／または天然繊維。
【請求項１９】
請求項１７または１８記載のポリマーおよび／またはポリマー複合材料および／または天然繊維を含有する織布および／または不織布。
【請求項２０】
請求項８から１６までのいずれか１項記載の少なくとも１のドープシリカにより少なくとも部分的に処理されているか、または含浸されている織布および／または不織布。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００８−５３２８９５（Ｐ２００８−５３２８９５Ａ）
【公表日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５５４４１２（Ｐ２００７−５５４４１２）
【出願日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＨ２００６／００００８４
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０８４４１１
【国際公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【出願人】（５００４６６９１３）
【氏名又は名称原語表記】Ｅｉｄｇｅｎｏｅｓｓｉｓｃｈｅ Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｈｏｃｈｓｃｈｕｌｅ Ｚｕｅｒｉｃｈ
【住所又は居所原語表記】Ｒａｅｍｉｓｔｒａｓｓｅ １０１， ＣＨ−８０９２ Ｚｕｅｒｉｃｈ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＨ２００６／００００８４
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０８４４１１
【国際公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【出願人】（５００４６６９１３）
【氏名又は名称原語表記】Ｅｉｄｇｅｎｏｅｓｓｉｓｃｈｅ Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｈｏｃｈｓｃｈｕｌｅ Ｚｕｅｒｉｃｈ
【住所又は居所原語表記】Ｒａｅｍｉｓｔｒａｓｓｅ １０１， ＣＨ−８０９２ Ｚｕｅｒｉｃｈ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
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