[发明专利]用于抗生物污着目的的酶功能化的纳米珠

说明书

一种组合物，其包含基于二氧化硅的纳米珠，该纳米珠的表面由某一部分功能化，所述部分选自对材料表面上的污染层具有反应性且与所述污染层结合的那些部分。

发明领域

本发明涉及用于抗生物污着目的的酶功能化的纳米珠和方法。具体地，本发明涉及用于抗生物污着的酶功能化的硅酮纳米珠及其方法。

背景技术

生物污着是油、食品和制药工业以及医疗器械的重点操作性问题。细菌对表面的黏附和后续的增殖及胞外聚合物质(EPS)的生成会导致表面相关细菌集落(称为生物膜)的形成。生物膜是工业加工设备生物污着的重点，其使运营成本增加。生物污着的负面结果的一些具体例子包括：

1.热交换器中传热的抑制；

2.因生物膜污着的管道所致的水回路中的压力下降增加。泵送能量需求的增加，因而总能量消耗的增加，通常能避免该问题，但如果泵送能量利用源自燃烧过程的电力，则CO₂排放量同样会增加，这与联合国气候变化公约(UNFCCC，2012)相违背；和

3.硫酸盐还原性细菌对工艺设备造成的表面腐蚀，也称为生物腐蚀。

生物膜在自然中无处不在，可通过环境变化适应，并且对抗微生物制剂具有高度抗性，因此是目前应用的工业卫生处理手段的强大对手。目前已有各种卫生策略用于清洁和消毒表面以防生物污着。次氯酸盐等侵蚀性化学品经常被应用，但它们具有腐蚀材料、机械、危害使用者和对环境产生不利影响的缺点。“更绿色”的替代品正在成为解决工业生物膜问题的可行选择。这些“绿色化学品”包括酶。基于酶的技术在消除生物污着方面是有效的，但费用却让人们对其望而却步。此外，这些技术通常与清洁剂协同工作，并且大部分由两步处理方法组成。第一步涉及通过酶促作用破坏生物膜EPS的不同组分，随后使用抗微生物剂对新暴露/分离的细菌进行杀生物处理。这种方法适用于现场清洗(CIP)常规程序，在生产运行之间不对原位管道和其它加工设备进行任何机械清洁处理。这些基于酶的技术虽然有效且有前途，但仅限于一次性使用，并在使用后丢弃酶，增加了该行业的财务负担。

在中小型工业中，生物污着污染的可观成本为生物污着控制技术带来了丰厚的市场。工业生物污着事件减缓了操作员的生产时间，增加了运营成本、能源消耗并减少了产品产量。很难量化各种生物污着的财务影响，但在一些关键行业已经做出了估计。估计海水淡化设施的生物污着每年需要120亿欧元；仅原油蒸馏的生物污着全球每年耗资35亿欧元；在水产养殖方面，一项有效的解决方案每年可节约1.3-2.6亿欧元，占市场价值的5-10％，而在一个案例研究中，单一水处理工程中的生物污着成本估计为每年600,000欧元。

在美国专利公开号2009/159533中，该文件讨论了用于防止造成生物膜生长的生物污着的用酶进行功能化的磁性载体的应用。该文件讨论了使用功能化磁性载体通过分离和收集以通过使用磁体进行再循环以便在下一次操作中重新使用载体。WO 2009/062518讨论了一种抗污着组合物，其包含一种或多种气凝胶，其包封一种或多种生物活性剂。该试剂(可包含酶)可随时间推移从气凝胶释放。气凝胶可由硅酸盐制得。

存在多种类型的磁性纳米珠，例如现有技术文件美国专利公开号2009/159533中提及的那些，它们具有广泛不同的性质。壳聚糖，3-氨基丙基三乙氧基硅烷、聚乙烯亚胺、聚(2-羟乙基甲基丙烯酸酯(PHEMA)、纤维素、琼脂糖和葡聚糖作为用于进行酶固定的层的材料的应用因其相对于水的高密度而没有记录。