[发明专利]具有粒子的表面以及相关方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年5月29日提交的美国临时专利申请60/932,025以及2008年5月6日提交的美国临时申请61/126,589的利益，所述申请被全文并入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及活性粒子以及聚合物-溶剂相互作用的领域。

背景技术

通过植入活性的功能性粒子使表面功能化在许多领域中是感兴趣的区域。通过用粒子将表面功能化，使用者可以制造呈现粒子的有用性质的表面，所述性质诸如抗微生物性质和生物感应(biosensing)能力。

其中经过功能化的表面特别有用的一个领域是减少微生物污染。据估计，微生物污染每年在设备破坏、产品污染、能量损耗和医疗感染方面造成数十亿美元的花费。作为这个问题的重要程度的一个实例，据估计，建筑物和建筑材料的微生物相关破坏每年有数十亿美元。

微生物污染还引起重要的疾病和相伴随的生产力损失。通常使用的设备，例如电话、自动取款机(ATM)和计算机键盘，特征性地存在有比马桶座圈和其它类似设施上存在的微生物密度大许多倍的微生物密度。

功能性表面的利益不局限于抗微生物表面。作为一个实例，能够结合于特定的生物分子的表面也是有用的。

塑料还典型地包含各种添加剂(例如，增塑剂和润滑剂)，以帮助实现某些期望的性质。然而，这些添加剂也提供了维持微生物生长和增殖所需的碳。因此，尽管塑料典型地需要一种或多种添加剂来实现特定的特征，但是这种加载有添加剂的塑料也易受微生物污染的影响。

目前，通过两种方法来制备包括具有不同功能性的粒子的衬底-粒子复合材料。在常见的整体并入(bulk incorportion)生产方法中，粒子贯穿整个衬底进行非特定的分散。在常见的涂覆方法中，粒子被分散在辅助涂层内，随后将其布置在主要衬底的顶上，或者设置在另外的底漆层或粘结层的顶上。

然而，这些方法具有某些缺点。整体并入效率低，在于，尽管该方法的目标是生产在表面上具有粒子的衬底，但是还有许多粒子分散在衬底内部。因此，在整体并入的情况中，许多粒子实际上被埋藏在衬底内部，不能呈现在衬底外部的环境中。结果，通过整体并入，需要相对大量的粒子以对给定衬底的表面实施功能化。另外，实现粒子在衬底内的均匀分散是困难的，但是仍然可能是粒子对表面区域的均匀覆盖所必需的。

涂覆方法也表现出某些低效率。使用涂覆方法制备功能化的表面可以涉及多个额外的生产步骤，包括表面预处理、涂底漆和固化。其次，涂层必须充分附着或粘合于下面的衬底，以避免从衬底脱离，这对于聚合物衬底来说特别是个挑战。适当采用基于涂层的技术可能需要显著的研究和开发任务，并且还可能需要额外的底漆层或表面处理。第三，涂层必须充分截留粒子，以免粒子在使用条件下松脱和脱离。

因此，本领域中需要具有表面携带粒子的组合结构，所述粒子牢固且有效地附着于所述表面。如果所述结构在表面上呈现这种粒子并且所述结构内部不包括对于呈现给结构外部的环境无用的不必要的粒子，则这种结构的价值将会得到提高。对于这种结构的制造以及其它有关设备同样有所需要。

发明内容

为了满足所述的挑战，本发明首先提供将粒子嵌入衬底的方法，包括对衬底的至少一部分施加包括粒子群的流体，所述粒子群具有约0.1nm到约1cm范围内的至少一个特征性尺寸，使得衬底被软化到至少使多个粒子至少部分地嵌入衬底的软化部分的程度；和使衬底的至少一部分硬化，以便引起至少一种粒子牢固地嵌入衬底。

本发明另外提供复合材料，所述材料包括：具有至少一个表面的衬底，粒子群至少部分地嵌入该表面，所述粒子群具有约0.1nm到约1cm范围内的平均特征性尺寸。

还提供了用于使衬底功能化的组合物，包括：布置在流体中的粒子群，所述组合物能够使衬底软化到至少使一种或多种粒子能够至少部分地被嵌入软化的聚合物衬底的程度。

另外，本发明还提供用于处理流体的系统，包括：具有至少一个表面的结构，所述功能化的粒子群至少部分地嵌入所述表面，所述粒子群具有约0.1nm到约1cm范围内的平均特征性尺寸；以及流体供给。

另外提供了处理靶标的方法，包括：使具有一种或多种组分的一个或多个靶标接触表面，所述表面包括部分地嵌入所述表面的粒子群，所述部分嵌入的粒子群包括约0.1nm到约1cm范围内的平均特征性尺寸，然后进行接触，以便引起一种或多种部分嵌入的粒子与靶标的一种或多种组分相互作用。