官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物的各种用途的制作方法

官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物的各种用途
发明领域
1.本发明涉及纳米技术中使用的用于在原子和分子水平操纵物质以用于各种目的如工业或制药等的技术和原理，更具体地说，其涉及如专利mx 339086中所述的用吸附在其表面和孔上的功能性有机基团、无机自由基以及水果和/或草药提取物官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物的各种用途。
2.发明背景
3.纵观历史，抗菌素的使用一直在反复进行，甚至在最古老的文化中也有使用。这些能够消除微生物的物质直到我们现代才得到完善和工业化。现今，发达国家已禁止使用某些上述物质。
4.微生物物质是一种能够消除或抑制真菌、细菌和寄生虫生长的物质。它不考虑孢子状的无性繁殖形式，也不考虑病毒。抗体属于这一类。尽管如此，应该指出的是，并非所有在过去几个世纪中发展起来的微生物都具有广谱性，它们也不考虑病毒、孢子或分枝杆菌。
5.标志抗生素时代的历史事件是青霉素的发现，这引发了对可用于治疗其他病原微生物的其他天然化合物或合成化合物的密集探索。对某些微生物的探索比对其他微生物的探索相比，更加困难。细菌细胞在许多基本方面与人类细胞不同，使得它们提供更多开发新药的机会。相反，真菌、寄生虫和病毒与人体细胞共享许多代谢途径和结构，为研究人员提供更少的治疗目标，并为患者带来了更多的毒性风险。
6.这种情况的产生是因为青霉素使用几年后，证实其产生了微生物耐药性，也就是说，存在能够对其免疫的菌株。这样的情况下，不仅在人类中，而且在牛甚至农业用途中，治疗效果都丧失。
7.使用抗菌药物进行适当和及时的治疗是生与死的区别，否则就会造成慢性残疾。然而，这些物质的使用不足和过度使用，使微生物对其产生了超级耐药性，这就是为什么有第五代抗生素的原因。尽管应用了这些新一代抗生素，但现今所说的超抗性微生物保护自己，或者使用抗菌剂或甚至其混合物也不能抑制或消除它们。
8.因此，新的抗菌剂具有重要性，它不仅抑制或消除真菌、细菌和寄生虫，而且还消除或抑制分枝杆菌、孢子的生长或使病毒颗粒失活，所有这些都是传染性病原体。
9.而且，在食品生产中大量微生物制剂的滥用和它们通过来自人类和动物的残余水以及农作物用水在环境中的广泛自然释放对公众健康造成严重后果，这种后果在引起通过食物传播的人类疾病的人畜共患细菌的情况下显著。
10.尽管其定性和定量的重要性仍不确定，但特别令人关注的是来自细菌的耐药性基因可能从动物传递到人类病原体。
11.结合上述情况，农作物中农药的过度使用也助长了微生物耐药性的不幸加速。正如当今抗生素不足以消除传染病的微生物电荷一样，防腐剂和消毒剂也无法有效减少生物或惰性表面的微生物电荷。此外，农药不足以对抗影响、破坏整个作物并引起目前植物领域的各种物种灭绝的微生物电荷。
12.在农作物中使用有毒的农药，加上动物粪便中所含抗生素的拖累，这些抗生素与
为人类提供水源的地下水相结合，使这成为全球性的警报问题。
13.由于上述原因，对于农业和畜牧业以及对于人类健康而言，使用能够具有广谱性的新型抗菌剂的需求具有至关重要的经济意义。
14.分子纳米技术是一项非常重要的进步，其全球影响可以堪比工业革命的全球影响，但具有显著的不同，在纳米技术方面，巨大的影响将在几年内显现出来。
15.在现有技术中有一些与本发明主题相关的文献，例如第pct/kr02/02 142号国际专利申请(对应于第wo 2003/059070号国际公开)的情况，其描述了一种促进植物生长的液体组合物，其包含来自二氧化钛的纳米材料。所述组合物包含作为主要成分的含有来自二氧化钛的胶体的水溶液。纳米颗粒二氧化钛的粒度使其能够易于被植物吸收。调节水溶液的ph以防止tio2在所述水溶液中快速沉淀，在用水稀释该水溶液之前使tio2具有期望的浓度。此外，该组合物包含用于植物生长的助剂和用于分散的表面活性剂。除了能够增加植物对病原体的杀菌活性以外，该组合物还可以提高作物的性能，增加植物的光合作用效率。此外，该组合物能够改善由过度使用生化肥料引起的环境污染问题，并且还有助于增加作物农民的收入。
16.从上面可以看出，该组合物带来的不便在于纯tio2(未官能化的)是惰性材料，并且尽管有所述组合物，但它需要在溶液中存在额外的营养材料。该溶液必须是一种包含不同的氧化物或表面活性剂及悬浮的tio2颗粒的营养溶液，其在使用时存在稀释的重金属氧化物污染土壤的问题，由于稀释的重金属氧化物被人类食用的植物吸收，因此这是一个健康问题。据定义，由于暴露于光时获得半导体特性，tio2具有杀菌活性。已经证明，tio2本身不是作物增强剂，因为它是一种惰性材料。
17.此外，专利mx 339086描述了用能够灭活病毒并消除细菌、真菌、孢子、分枝杆菌和锥虫的草药和/或水果提取物制备的官能化的tio2纳米颗粒材料。所述pct申请的材料中纳米级的改性(官能化)赋予其特性，使其不同于没有所述改性的相同类型材料，也不同于目前用于迄今所发现的应用的化合物。


技术实现要素：

18.为了更好和更清楚地理解本发明，在整个说明书中，将二氧化钛的纳米颗粒化合物无差异地称为“官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物”或“用吸附在其表面和孔隙上的有机官能团、无机基团和水果和/或草药提取物改性的二氧化钛的纳米颗粒化合物”，而在这两种情况下提到的都相同的化合物。进一步地，所述纳米颗粒化合物已经在专利mx 339086中进行了描述和保护。
19.本发明涉及官能化的二氧化钛(tio2)化合物的各种用途，其与水和任选地与至少另一种材料混合以生产具有不同用途和目的的具有广泛微生物应用的液体水性组合物，使得它们可以被用在制药、食品、农业、畜牧业和水产养殖业以及医疗领域。
20.将官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物用作水消毒剂和净化剂，其中为了消除不同经证实的微生物所推荐的所述纳米颗粒化合物的百分比因细菌种群而异。它能有效地对不同来源的具有不同微生物的样品中的水进行消毒，其中例如中温嗜氧菌和粪便大肠菌群及总大肠菌群、假单胞菌属、不动杆菌属、气单胞菌和大肠杆菌等，如图1中的图表所示，其中所述纳米颗粒化合物不影响水的控制物理化学参数，由此，处理过程不需要进一步的步骤
来消除它。
21.在本发明的另一个实施方案中，官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物用作不同类型蔬菜和种子中的生物农药、用作种子杀菌剂和用作各种作物的收获后消毒剂，以消除或减少主要包括细菌、真菌和病毒组的微生物和病毒颗粒的存在。
22.作为生物农药，它用于消除种子的源头污染或杀菌/消毒，例如番茄种子的情况，其中观察到密歇根夏维杆菌(ciavibactermichiganensis)的延迟，或玉米种子的情况，其中官能化纳米颗粒tio2化合物直接施用，或者以乳液或溶液的形式投配，被证明有效减少生病植物的发生率。
23.此外，它还用作种植园或作物中的生物农药，其中通过在示范地块中的叶面和内吸施用降低作物中真菌、细菌和/或病毒的发生率，作物例如但非排它性地为水果、绿色蔬菜、多年生牧草、森林、豆科植物和果树栽培，如木瓜、可可、苹果、芒果、洋葱、香草、鳄梨、柑橘类水果、辣椒、玉米、咖啡、高粱、苜蓿、南瓜、马铃薯、奇异木材(exotic woods)、胡桃树、雪松、豆类、鹰嘴豆、玫瑰、兰花、郁金香和康乃馨作物等。
24.它还可以用于收获后的消毒，也就是说，收获后消除例如但非排除性地，木瓜、柠檬、南瓜和块茎作物的微生物电荷，并帮助延长其保质期约40％。在收获后使用的情况下，将水果清洗或浸入官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物中有助于将产品的保质期延长约40％，如可见于木瓜、柠檬、南瓜和块茎作物中。
25.在本发明的另一个实施方案中，将官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物用作防腐剂以避免微生物，主要是细菌和真菌的生长，即使已经提到，但其活性不限于此。由于残留性，该微生物效果具有延长的作用期，这使其能够保护食品和/或化妆品免受微生物的侵袭。官能化二氧化钛的纳米颗粒的化合物可在食品工业中用作罐头食品、听装食品、乳制品、肉类、奶酪、鱼类、预制食品、加工和工业化食品、冷藏和冷冻食品、甜点和饮料等中的防腐剂，但不限于此。
26.官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物还可用于保护物质免受微生物活性影响的其他行业，例如化妆品或个人护理产品的生产，例如用在口红、彩色粉末和液体、洗发水、面霜、护发素、肥皂、牙膏的配方中，但不限于这些产品。
27.所述tio2的纳米颗粒化合物用于组织再生，用在不同细胞系和组织中以验证相容性，进行细胞毒性和细胞活力研究。所述纳米颗粒化的二氧化钛化合物不仅对病原微生物具有选择性，而且其还促进与其接触的组织的增殖反应的增加。应用于组织治疗的这种诱导赋予官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物瘢痕形成和/或再生细胞效应，这已在各种组织和细胞系中得到评估，尽管不一定限于此。
28.所述tio2的纳米颗粒化合物可通过不同的系统途径将其给药用于制药工业，有效治疗和预防由病毒、细菌、真菌、孢子、分枝杆菌和寄生虫引起的感染过程。由于所述官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物作用于多种微生物，因此其在药理学上可归类为抗感染或抗微生物剂。
29.所述tio2的纳米颗粒化合物用作微生物剂，对感染不同微生物的细胞系有效。
30.所述tio2的纳米颗粒化合物用作抗肿瘤剂，旨在对抗病原微生物，其中心效应通过分解dna或rna的遗传链而在遗传材料中产生。上述机制与抗肿瘤细胞毒药物中所采用的机制相同，其优点是这种纳米颗粒材料可以特异性靶向癌细胞并可以直接应用于癌性肿
瘤。官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物在分子水平上通过降解癌细胞的dna和rna分子起作用，其作用机制类似于消除微生物的作用机制，因此不仅消除了恶性细胞，而且其还避免了恶性细胞的增殖。这种作用是由于官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物的识别负电荷并被吸引到其上的生物选择性能力。后者是依据相反电荷相互吸引的普遍原理。
31.所述tio2的纳米颗粒化化合物在畜牧业、家畜和水产养殖业中用作微生物制剂，将其与上述行业的各类市售食品混合，经证实通过被不同动物物种如虾、家禽、羊和许多牛摄入，死亡率主要在早期下降高达约33％。
32.发明目的
33.考虑到现有技术中发现的缺点，本发明的一个目的是提供官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物的各种用途，因为它对病毒、细菌、真菌、孢子、分枝杆菌、寄生虫和对带有负电荷的细胞，如癌症的那些具有广谱性。
34.本发明的另一个目的是提供一种官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物作为水消毒剂的用途，将其以纯的形式使用或以组合物的形式使用，其允许以更有效的方式消除可在水中的不同的微生物，特别是病原体，使其在物理化学和微生物参数方面适合人类食用。
35.本发明的另一个目的是提供官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物作为生物农药的用途，将其以纯的形式使用或以组合物的形式使用，其允许消除或减少微生物和病毒颗粒的存在，这些微生物和病毒颗粒主要包括不同蔬菜和种子中的细菌群、真菌和病毒，以及作为种子杀菌剂和各种作物的收获后消毒剂的用途。
36.本发明的另一个目的是提供官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物在工业化卫生用品、化妆品和食品的制备中作为防腐剂的用途，将其以纯的形式使用或以组合物的形式使用于人类以及家畜和水产养殖业，其中抗菌作用不限于由消毒过程界定的暴露时间。
37.本发明的又一目的是通过将其以纯的形式使用提供官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物作为组织再生的诱导剂或活化剂的用途，因为其促进与其接触的组织的增殖反应的增加。
38.更进一步地，本发明的另一个目的是提供一种添加有草药和/或水果提取物的官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物的用途，将其以纯的形式使用或以药物组合物的形式使用，由于其有效性、生物选择性和无害性，能够通过不同的系统途径给药，有效治疗和预防由病毒、细菌、真菌、孢子、分枝杆菌和寄生虫引起的感染过程。
39.本专利申请的官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物的各种用途的这些和其他目的、特性和优点，对于本领域技术人员来说，将从某些实施方案和附图以及所附权利要求的详细描述中显而易见。
40.附图简述
41.本发明的新颖性方面的特点将在所附的权利要求中特别阐述。然而，本发明本身，按其组织结构，以及其操作方法，连同其其他目的和优点，在结合附图阅读本发明的实施例的以下详细描述中，将得到更好的理解，其中：
42.图1是显示水中粪便大肠杆菌(a)和总大肠杆菌(b)的减少百分比的图表。
43.图2是显示对照(a)和测试(b)示范图中的测试结果，另外显示了健康植物与患病植物的比率的图，其中观察到不同作物的受影响面积减少。
44.图3是显示与不同水果和蔬菜的保质期相关的霉菌和酵母菌计数增加的图。
45.图4显示了热分析的结果，其中可以观察到在不高于200℃的温度下的一个阶段发生分解。热重分析和热差分析表明，在一个步骤中由纳米颗粒材料的热降解带来重量损失和分解。
46.图5显示了食品(a)和化妆品(b)中防腐效果测试的功效结果示例。
47.图6是显示与其他活性成分相比，与官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物接触后细胞系和组织的活力的图表。
48.图7是显示致死剂量50、最大毒性剂量和最小有效剂量的图表。
49.图8是显示基于本发明的官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物的组合物的微生物活性的图表。
50.图9是显示在pi(感染后)48小时期间累积死亡率的图表。
51.发明实施方案详述
52.为了更好和更清楚地理解本发明，在整个详细描述中，无差别地提及官能化二氧化钛(tio2)的纳米颗粒化合物，或对用吸附在其表面和孔隙上的官能化有机基团、无机基团、以及水果和/或草药提取物改性的纳米颗粒二氧化钛化合物，但在这两种情况下都将指代相同的化合物。更进一步地，所述纳米颗粒化合物已经在专利mx 339086中进行了描述和保护。
53.同样，在对本发明的更广泛范围的解释中，除了在权利要求书和/或操作实施例中，除非另有明确说明，否则本详述中涉及材料量和/或反应条件的所有数字量应理解为由术语“约”修饰。根据上文，本发明指但不限于在所述数值限度内表达的材料量或反应条件。另外，被选为优选或足以实现本发明的目的的一组元素或一类材料的描述意味着两种或更多种所述组或类别元素的混合物是同等制备的或适用的。
54.现在，令人惊讶地，除了专利mx 339086中公开的消毒剂和无菌特性之外，已经发现官能化二氧化钛(tio2)的纳米颗粒化合物由于以下特性而具有作为抗微生物物质的功能和特性：
55.·
广谱抗病毒、细菌、真菌、孢子、分枝杆菌、寄生虫和抗带负电荷的细胞如癌症的那些细胞。
56.·
可生物降解性：由于它是一种含有有机植物提取物和低含量惰性材料的纳米颗粒，因此其具有可生物降解的特性。上述情况已使用既定模型的实验室评估所证实。
57.·
生物选择性：由于它是一种如此小的材料，因此还评估了细胞水平的影响，发现颗粒的大小和表面改性都不损害使用它的生物介质的细胞，并且只对微生物起作用或攻击微生物。这种特性被定义为生物选择性，其中选择性与使其能够化学识别病原微生物的材料的表面官能化直接相关。
58.·
生物相容性：它是指根据医学治疗发挥所需功能而不干扰或破坏使用它的生物介质的能力，也就是说，它不会对人类、动物或植物使用者造成二次影响。这使它成为一种完全无害的材料，例如所述官能化二氧化钛，它没有二次的、不利的或毒理学效应，也没有细胞毒理学效应。以上提供了无毒的优点。通过不同系统给药途径对急性、亚慢性和慢性暴露的评估证明了这一点，而不会对测试生物的正常功能产生影响。这些测试是通过经合组织(经济合作与发展组织)批准的模型进行的。
59.·
使用该化合物不会在微生物中引起抗性，因为遗传物质dna或rna的降解机制是
通过核酸中的肽键、c
‑
c键和c
‑
n键的分解发生。促进分子接近的化学吸引力是由于吸附在表面的官能团，并且由于金属氧化物表面的路易斯酸和布朗斯台德酸位点而断裂。通过这种作用机制，带负电荷的微生物、病毒颗粒或细胞将如何抵抗所述物质的遗传信息传递给下一代的能力就会失效。
60.因此，其广泛的微生物作用是由于双重作用机制，作用于具有一种作用机制的微生物如细菌和真菌的细胞膜，但同时作用于遗传物质。第二点是使病毒失活的机制，与其他微生物不同，病毒没有膜。
61.同样，如从提到的专利mx 339086所知，纳米颗粒官能化二氧化钛材料具有以下通式：
62.e/mao2(c)(oh)v(p04)w(s04)xcly(nh2)z
ꢀꢀ
(1)
63.其中e是水果和/或草药提取物的复合溶液，m是钛。水果和/或草药提取物选自葡萄柚、柠檬、橘子以及其他柑橘类水果。
64.如上所述，本发明描述了官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物的各种用途，其优选但不限于以纯的形式(100％)或对于需要稀释的产品以10％到90％的有效量以包含所述化合物作为活性成分的溶液的形式使用。
65.在本发明的另一个实施方案中，官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物可以低比例使用，其中发现所述化合物的有效量最高1％。使用的浓度将取决于最终产品中指定的稀释度，使得保证0.125％至最高0.625％的最终浓度。
66.将官能化二氧化钛(tio2)的化合物与水和任选地与至少另一种材料混合以产生具有不同用途和目的的具有广泛微生物应用的液体水性组合物，使得它们可用于药物、食品、农业、家畜和水产养殖以及医疗行业。
67.a.官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物作为水消毒剂或净化剂的用途：
68.可饮用是指水在其物理化学参数方面和在微生物指标方面适合人类饮用，水消毒只是指使引起水消费者的疾病的微生物，特别是病原体失活，其中强度和严重程度将取决于许多因素如微生物类型和传染原在水中的浓度。微生物消毒可能是最重要的处理，也是饮用水的重大突破。
69.在本发明的一个特别优选的实施方案中，将官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物用作水消毒剂或净化剂，优选使用水基悬浮液，其作为活性成分的所述官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物的百分比以30％至99％的有效量存在。推荐用于消除不同测试微生物的百分比因细菌种群而异。
70.使用官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物进行的测试表明，水中存在的微生物减少了约99.999％，该水来自残余水处理厂，以及来自与饮用水分配网络有关的泉和井。其在所提到的含有不同微生物的不同来源的样品中的水消毒功效已得到证实，不同微生物例如中温嗜氧菌和粪便大肠菌群及总大肠菌群、假单胞菌属、不动杆菌属、气单胞菌和大肠杆菌等，如附图的图1中的图表所示。
71.测试表明，官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物的使用不影响水控制的物理化学参数，由此处理过程不需要用于消除它的后继步骤。
72.而且，通过作用于微生物的遗传物质，产生“自然”死亡，避免在水中释放内毒素。对官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物进行的可生物降解性测试表明，当与环境的生物和非
生物因素接触时，所述纳米颗粒化的化合物可100％生物降解。
73.在表1中显示了水和测量的污染物参数，如浊度、ph、实色、温度、电导率、总固体、总溶解固体、余氯、酚酞碱度、总碱度、碳酸氢盐、碳酸盐、氢氧化物、总硬度、硫酸盐、氯、总大肠菌群和粪便大肠菌群。值得注意的是，水的物理化学参数以及电导率没有改变，它们反映在表1中。
74.表1.
‑
在施用本发明的制剂之前和之后，来自不同水源的物理
‑
化学测试和微生物学测试。
[0075][0076][0077]
将纳米颗粒化的官能化二氧化钛化合物在饮用水中的使用与传统的氯化方法进
行比较，可以清楚地看出粪便大肠菌群的微生物消除率为100％，中温嗜氧菌的微生物消除率为100％，而所述氯化方法中则为87％至99％，但使用纳米颗粒化的官能化二氧化钛化合物没有来自使用和滥用氯化物质的毒性和附带损害。
[0078]
应该指出的是，氯化法与肝损伤过程、哮喘和重金属积累有关，而对纳米颗粒化的官能化二氧化钛化合物的毒性试验证明其无害。如表1中的结果所示，物理
‑
化学变量在所述官能化tio2的纳米颗粒化合物的应用前样品集和应用后样品集之间没有变化，证明了微生物有效性并且没有改变物理
‑
化学特性。
[0079]
在表2中显示了来自各种来源的水中存在的不同微生物的菌落形成单位。在来自官能化tio2的纳米颗粒化合物的应用前数据和应用后数据中，所述纳米颗粒化合物的功效通过消除病原体的总量来量化，这同样在图1中得到证实。
[0080]
表2.
‑
显示了纳米材料对各种微生物的100％有效性
[0081]
微生物之前ufc/ml之后ufc/ml总大肠杆菌总数4000粪便大肠杆菌总数100＜1.1假单胞菌属8000不动杆菌属9960气单胞菌4320大肠杆菌12670
[0082]
这些独特的性质赋予用吸附在其表面和孔隙上的有机官能团、无机基团和水果和/或草药提取物改性的纳米颗粒二氧化钛化合物在液体、胶体和固体水处理消毒剂产品中在其消毒过程中通过消除微生物作为活性成分的可行性，这些特性曾被认为是不可能的，因为据信该材料在大量水中将失去其特性。
[0083]
b.官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物作为生物农药和收获后的用途：
[0084]
由于其施用方式，农药可分为表面使用，因为它仅作用于外表面，或者在吸收时系统地向植物内部输送。
[0085]
在本发明的另一方面，将官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物用作生物农药和收获后，其中，所述纳米颗粒化的化合物以0.8％至30％，优选0.8％至15％的有效量与水混合使用；此外，该用途包括添加最高4％的量的离子表面活性剂和最高6％的量的有机或无机叶面粘附剂，其使得官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物保持粘附至植物叶子，并延长其效果，其中有机叶面粘附剂优选但不限于树脂或聚合物，无机叶面粘附剂优选但不限于丙烯酸盐。
[0086]
使用不同类型的蔬菜和种子对官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物作为农药的应用进行评估，作为种子消毒剂和作为各种作物的收获后消毒剂，以消除或减少主要包括细菌、真菌和病毒的微生物和病毒颗粒的存在。这些是在农业和食品工业的不同过程阶段中经常发现的导致作物和/或牲畜出现问题，甚至影响生产过程、保质期和人类寿命的那些。
[0087]
在使用官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物作为农药的第一个供选择的实施方案中，它是为了消除污染源或种子的杀菌/消毒，例如番茄种子的情况，其中观察到密歇根夏维杆菌(ciavibactermichiganensis)的延迟，或玉米种子的情况，其中纳米颗粒的官能化二氧化钛化合物直接施用，或者以乳液或溶液的形式投配，被证明有效减少生病植物的发
生率。示范性地块中研究的比较结果示于附图的图2中的图表，红色表示健康植物的比例。
[0088]
在官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物作为生物农药的用途的第二个供选择的实施方案中，其用于种植园或作物，其中通过在示范地块上的叶面和内吸施用，已报道作物上真菌、细菌和/或病毒的发生率降低最高100％的功效，作物例如并且非排它性地为水果、绿色蔬菜、多年生牧草、森林、豆科植物和果树栽培，如木瓜、可可、苹果、芒果、洋葱、香草、鳄梨、柑橘类水果、辣椒、玉米、咖啡、高粱、苜蓿、南瓜、马铃薯、奇异木材、胡桃树、雪松、豆类、鹰嘴豆和玫瑰、兰花、郁金香和康乃馨作物等。
[0089]
官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物作为农药对不同类型作物如茄科、块茎、浆果、水果、花卉、兰花等的各种疾病和瘟疫的杀虫效果见表3所示，其中可以看出作物中真菌、细菌和/或病毒的发生率的降低功效从93％至100％。
[0090]
表3.
‑
示范性地块中的研究比较结果
[0091][0092]
在本发明的另一方面，官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物用于收获后的消毒，也就是说，收获后消除例如和非排它性地，木瓜、柠檬、南瓜和块茎作物的微生物电荷并有助于延长其保质期约40％。在附图的图3的图表中，显示了不同水果和蔬菜的保质期的增加。
[0093]
在收获后使用的情况下，将水果清洗并浸入纳米颗粒化的官能化二氧化钛化合物中，显示出有助于将产品的保质期延长最高约40％，如可见于木瓜、柠檬、南瓜和块茎作物，如表4中所示。
[0094]
在本发明的另一方面，官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物以70％至90％的有效量存在于油性制剂中以改善植物的吸收。
[0095]
表4.
‑
不同水果和蔬菜的保质期延长
[0096][0097]
c.官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物作为防腐剂的用途：
[0098]
源自上述用途，测试了作为防腐剂的官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物在制备卫生用品、化妆品和工业化食品中的应用，对人类和畜牧业和水产养殖业均进行了测试，其中抗菌效果不限于由消毒过程界定的暴露时间。
[0099]
在本发明的另一方面，将官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物用作防腐剂，其中所述纳米颗粒化合物以0.02％至5％的有效量与水混合。最重要的特性是官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物的微生物活性、残留性和热稳定性。
[0100]
官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物作为防腐剂的用途，严格地指其防止微生物，主要是细菌和真菌，生长的有效性，尽管上面已经提到，但活性不限于此。由于残留的缘故，微生物效应具有延长的作用期，这使其能够保护食品和/或化妆品免受微生物的侵袭。
[0101]
通过差热分析和热重分析评价了官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物的用途，使用其证明了官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物在
‑
10℃到200℃的温度区间保持稳定，因此它可以用于从冷藏或冷冻保存到烹饪的过程，而不会改变其结构或影响相关食品。这些特性也可能有利于其他行业如化学、制药或化妆品以保持良好状态或延长产品和原材料的平均寿命。
[0102]
官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物可用于食品工业作为罐头食品、听装食品、乳制品、肉类、奶酪、鱼类、预制食品、加工和工业化食品、冷藏和冷冻食品、甜点和饮料等，但不限于此，中的防腐剂。
[0103]
官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物还可用于其他行业，以保护物质免受微生物活性的影响，例如化妆品或个人护理产品生产的情况，例如用在口红、彩色粉末和液体、洗发水、面霜、护发素、肥皂、牙膏的配方中，但不仅限于这些产品。
[0104]
热分析结果示于附图中的图4的图表中，其中在高于200℃的温度下的一个阶段可以观察到发生分解。作为防腐剂的功效结果的实例显示在附图的图5的图表中。
[0105]
d.官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物作为组织再生的诱导剂或活化剂的用途：组
织工程改变了生物材料开发领域，指的是将具有生物活性的支架、细胞和分子结合起来以创造功能性组织的做法。
[0106]
组织工程改变了生物材料开发领域，是指将生物活性支架、细胞和分子结合起来创建功能性组织的做法。组织工程的目的是回忆恢复、维持或改善受损组织或完整器官的想法或理论。人造皮肤和软骨是通过工程制造的组织的实例，其已被fda批准。然而，目前它们在人类患者中的使用有限。
[0107]
用不同的细胞系和组织对官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物进行了测试，以验证其兼容性，进行细胞毒性和细胞活力的研究。进行研究以比较所述官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物的用途与医疗实践中常用的消毒剂或防腐剂。所述研究表明，二氧化钛的纳米颗粒化化合物不仅对病原微生物具有选择性，而且其还促进与其接触的组织的增殖反应的增加。应用于组织治疗的这种诱导赋予官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物瘢痕形成和/或细胞再生效果，这已在各种组织和细胞系中得到评估，但其不一定限于此。
[0108]
在本发明的这个方面，官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物可以以低比例使用，其中所述化合物的有效量最高1％。使用的浓度将取决于最终产品中的指定稀释度，使得保证从0.125％至0.625％的最终浓度。
[0109]
附图的图6的图表中显示了测试的细胞系、组织和细胞活力结果，显示了增殖和活化。
[0110]
￡.官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物在制药工业中的用途：
[0111]
已知药物是一种用于治疗、治愈、预防或诊断某种疾病或还用于抑制不希望的生理过程的开始的化学物质。那么该药物的显著和特性特征将是一种以外源方式应用于身体的物质，这将导致细胞活性的急剧变化，这就是其用途，特别是医疗用途的目的。
[0112]
源自官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物的有效性、生物选择性和无害性评估，其允许通过不同的系统途径给药，有效治疗和预防由病毒、细菌、真菌、孢子、分枝杆菌和寄生虫引起的感染过程。由于其作用于多种微生物，官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物在药理学上被归类为抗感染剂或抗微生物剂。应该注意的是，这种类别比抗生素的类别更重要，因为它包括抗病毒、抗真菌/抗霉菌、抗分枝杆菌、抗孢子形成和抗寄生虫作用。
[0113]
药物、化合物、分子或抗微生物剂(其中包含官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物)达到其功效的具体作用被称为“作用机制”，其可以是生化过程、酶促反应、电荷的运动、ca2 穿膜运动或引起可观察和可量化效应的催化过程。
[0114]
目前现有的微生物制剂通过一系列机制起作用，它们之间非常不同，其目标位于受攻击细胞的不同区域。通常考虑微生物攻击的各个区域：细胞壁、细胞膜、蛋白质合成和核酸合成。
[0115]
对于官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物在制药工业中的用途，进行了测试以确定致死剂量和剂量50(ld和d50)。在附图的图7的图表中，显示了评估的致死剂量50、毒性最大剂量和有效最小剂量。在本发明的这方面，官能化二氧化钛(tio2)的纳米颗粒化合物可以以低比例使用，其中所述化合物的有效量最高1％，其中使用的浓度将取决于对最终产品的指定稀释度，使得保证从0.125％至0.625％的最终浓度。
[0116]
f.官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物作为微生物剂的用途：
[0117]
通常，微生物物质是发酵、生物合成源或源自化学合成的化合物，其作用是减少动
物、植物物种或人类中以及惰性表面中存在的细菌、支原体、真菌或原生动物的数量。
[0118]
可根据其作用的微生物将抗菌剂分类：
[0119]
‑
抗细菌剂：抑制或减少存在的细菌数量；
[0120]
‑
抗真菌剂/抗霉菌剂：抑制或减少存在的真菌数量；
[0121]
‑
抗病毒剂：抑制或减少存在的病毒颗粒的数量：
[0122]
‑
抗分枝杆菌剂：抑制或减少存在的分枝杆菌的数量；和
[0123]
‑
抗寄生虫剂：抑制或减少存在的寄生虫的数量。
[0124]
在本发明的另一方面，将官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物用作微生物剂，其中所述纳米颗粒化合物以0.00025％至34.97％的有效量与水混合。
[0125]
对于官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物的用途，最初对感染不同微生物的细胞系，例如vero(非洲猴肾)汇合细胞、狗肾或mdck(马丁达比狗肾，madin
‑
darby canine kidney)，进行了功效测试，以及通过研究协议在小物种中使用经合组织准则批准的方法进行必要的测试，用于评估毒性、细胞毒性、刺激性、吸收或致死剂量等。
[0126]
用人细胞系进行的初步体外试验证实了抗真菌、抗细菌、抗病毒或杀病毒、杀分枝杆菌和抗寄生虫活性。例如，一个诊断为肺念珠菌病使用氟康唑治疗的病例，使用可摄取的官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物，3天内真菌被根除。
[0127]
另一个案例是治疗结核病和非结核分枝杆菌，其中使用纯的官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物和与局部胶体制剂一起使用，根除鸟分枝杆菌和脓肿分枝杆菌。在附图的图8的图表中，显示了来自各种微生物的抗感染活性。
[0128]
胃肠道病例如幽门螺杆菌牛大肠杆菌最初用悬浮液形式的液体制剂治疗，官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物的浓度为80ppm至300ppm，其中证明的有效剂量为0.001毫升至2.1毫升每千克体重。
[0129]
g.官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物用作抗肿瘤药的用途：
[0130]
抗肿瘤药是一种避免恶性肿瘤细胞发生、生长或增殖的物质。这些物质可以是天然、合成或半合成来源的。
[0131]
抗肿瘤药物的作用机制的特征在于影响细胞分裂过程。最有效的是与dna形成防止rna复制和转录的键的烷基化剂。它们可以在细胞周期的任何阶段发挥作用，但具有细胞毒性，并可能对生殖器官和其他组织的癌症引起附带影响。抗代谢药物还可以通过整合到它们的分子中来作用于细胞周期的合成过程，特别是dna和rna的合成，从而避免其正确的转录和复制。这些药物作用并不具体，因为它们不针对癌细胞或肿瘤，这引起对健康细胞的遗传物质的附带影响，对生物体造成不可逆转的伤害。
[0132]
此外，纳米技术是在医学领域有应用的新兴领域，是一种设计和合成抗癌纳米颗粒的技术。这些创新所提供的优势，而非严格的药物，是它们可以被操纵以专门针对一种癌症或癌性肿瘤。由于上述原因，官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物是一种旨在对抗病原微生物的生物技术产品，其中心作用是通过使dna或rna的遗传链脱节对遗传物质发生。上述机制与抗肿瘤细胞毒性药物所采用的机制相同，其优点是这种纳米颗粒材料可以特异性靶向癌细胞并可以直接应用于癌性肿瘤。
[0133]
其他测试是通过tunel染色方法对从wistar大鼠诱发的脑肿瘤中提取的组织通过多形胶质母细胞瘤的动物模型进行的，该动物模型在大鼠身上产生的癌性肿瘤与该疾病在
人类身上产生的肿瘤相似。在这些测试中，观察到官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物通过降解来自癌细胞的dna和rna分子在分子水平上发挥作用，其作用机制类似于微生物消除的作用机制，因此不仅消除了恶性细胞，而且还避免了增殖恶性细胞。这种作用是由于官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物识别负电荷和被它们吸引的生物选择性能力。后者遵循相反电荷相互吸引的普遍原理。
[0134]
在本发明的这个方面，官能化二氧化钛(tio2)的纳米颗粒化合物可以以低比例使用，其中所述化合物的有效量最高1％。使用的浓度将取决于对最终产品指定的稀释度，使得保证0.125％至0.625％的最终浓度。
[0135]
h.官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物作为用于畜牧业、家畜和水产养殖业的抗微生物剂的用途：
[0136]
微生物对抗生素的持续耐药性促使研究人员开发出用于控制病原体引起的感染的新分子。将官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物与来自上述行业的各种类型的市售食品混合进行的各种研究证明，当被不同的动物物种如虾、家禽、山羊和牛头摄入时，主要在早期阶段死亡率降低约33％。例如，使用白虾幼体用添加一定量纳米颗粒材料的与其他食物进行比较生物测定，证明对副溶血弧菌(vibroparaheaoiyticus)具有预防作用，并且食物添加14ml/kg后，幼虫死亡率降低33％。
[0137]
组织病理学、聚合酶链反应试验、物理
‑
化学、细菌学和毒理学分析均证明无改变、继发或不良反应，对消化系统、呼吸系统或神经系统无毒理作用。
[0138]
在附图的图9的图表中，显示了累积死亡率，其中tl
‑
1.6是含有最小剂量官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物至100％的食物，t2
‑
1.12是含有效剂量的ml的官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物至100％的食物，t3
‑
0.56是含有过量剂量的官能化二氧化钛的纳米颗粒化合物至100％的食物，t4
‑
c 为阳性对照，t5
‑
c
‑
为阴性对照。
[0139]
虽然在以上描述中已经提到了本发明的用吸附在其表面和孔隙上的有机官能团、无机基团和水果和/或草药提取物改性的二氧化钛纳米颗粒化合物的各种用途，但应该强调的是可以对所述用途进行多种可能的修改，但不脱离本发明的真正范围，使得权利要求所要求保护的本发明所述用途中描述的本发明的技术特征可以单独使用或以任何组合方式使用用于制造本发明，以及本文未描述的不同用途。因此，应当理解，本发明的用途仅是说明性的，并非旨在限制本发明的范围，除非由现有技术和所附权利要求确定。