净化/消毒装置及方法与流程

1.本发明属于病毒、微生物和病原体控制及去除领域。


背景技术：

2.现代社会的一个重要问题是如何防止病毒、细菌和其他微生物及其成分的传播，尤其是在这些物质对人类或其他生物体的健康有害的情况下。由于这些物质的传播通常可通过在表面上的存活和在表面之间的转移发生，或通过空气或液体传播，因此需要从这些表面去除病毒、微生物和微生物成分。
3.当然，去除病原体是特别必要的，但出于各种目的，例如维持无菌环境或科学或工业过程中避免污染，收集或去除无害的微生物也常常是可取的。
4.设计用于从表面去除微生物或病毒载量的大多数方法试图使目标变性或以其他方式破坏目标。例如，醇类和其他防腐剂、强化学消毒剂(通常是氧化剂，例如漂白剂，尽管可以使用还原剂)、抗生素、极热和辐射，例如短波紫外线或非热(冷)等离子体，通常用于破坏病毒和微生物或使其变性。
5.这种方法有几个主要缺点，主要是功效可能不同，因为微生物可能对几乎所有的根除方法都具有或产生耐药性。一些微生物能够产生对热、化学、药物和紫外线攻击具有极强抵抗力的孢子，因此被证明难以破坏。许多病毒本质上对常规手段的破坏具有抗性，对抗生素等抗菌剂免疫，并且缺乏可被破坏的细胞过程。微生物或病毒的生物毒素和成分也可能对旨在杀死活生物体的机制具有抗性，因此也很难去除。
6.此外，用于消毒的方法本身可能对使用者有害。对于强化学消毒剂尤其如此，而抗生素等其他方式会引起过敏反应，使用紫外线会损害皮肤并可能致癌。在许多情况下，应用这些方法也可能不切实际，例如，将表面加热到高温进行消毒并不总是可行的。
7.即使目标微生物或病毒被破坏，也可能残留有害物质，例如基于蛋白质或非基于蛋白质的细菌毒素，例如脂多糖(内毒素)，或肠毒素，例如由霍乱弧菌产生的肠毒素。其他生物毒素，如由植物和动物产生的生物毒素，也存在类似的问题。
8.也许最重要的是，化学和抗生素耐药性可以由微生物进化并在其后代中保留，甚至通过基因转移水平传递。因此，使用强化学消毒剂和卫生产品是一个额外的风险因素，会促进突变并使根除程序效率低下。许多重要的抗菌药物，包括最强效的抗生素和化学品，都已不再有效，导致人(和动物)死亡率增加、全球疫情威胁和医疗成本增加。就生物威胁制剂而言，这同样令人担忧，因为如果没有适当的控制措施，可能会对人类和动物的生命造成广泛的恐惧和损害。
9.因此，需要生产能够有效去除生物毒素、病毒、微生物和微生物成分(包括可能耐受常规去除或破坏方法的成分)并有效保留这些污染物以备后续分析和/或处置的方法及装置。
10.旨在通过将目标生物毒素、病毒、微生物和微生物成分保留在材料或载体内来去除目标生物毒素、病毒、微生物和微生物成分的现有装置不能有效地保留这些目标，因为生
tetraose-apd-hsa、globotriose-apd-hsa、gm1-pentasaccharide-apd-hsa、asialo-gm1-tetrasaccharide-apd-hsa、globo-n-tetraose-apd-hsa、globotriose-apd-hsa、h型ii-ape-bsa、h-型2-ape-hsa、man-α-1,3(man-α-1,6)、man-bsa、man-α-itc-bsa、man-b-4ap-bsa、lacnac-bsa、lacnac-α-4ap-bsa、lacnac-β-4ap-bsa、lac-β-4ap-bsa、lacto-n-tetraose-apd-hsa、乳糖-n-岩藻五糖i-bsa(lacto-n-fucopentaose i-bsa)、乳糖-n-新四糖-apd-hsa、乳糖-n-岩藻五糖ii-bsa、乳糖-n-岩藻五糖iii-bsa、lacto-n-二岩藻糖六糖i-bsa(lacto-n-difucohexaose i-bsa)、lewis a-bsa、lewis x-bsa、lewis y-四糖-ape-hsa(lewis y-tetrasaccharide-ape-hsa)、lndi-bsa/lewis b-bsa、di-lex-ape-bsa、di-lewisx-ape-hsa、tri-lex-ape-hsa、l-鼠李糖-sp14-bsa(l-rhamnose-sp14-bsa)、3
’‑
唾液乳糖-apd-hsa(3
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sialyllactose-apd-hsa)、3'sialyl-3-岩藻糖乳糖-bsa(3'sialyl-3-fucosyllactose-bsa)、6
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唾液乳糖-apd-hsa、xyl-α-4ap-bsa、xyl-β-4ap-bsa、3'唾液酸路易斯x-bsa(3'sialyl lewis x-bsa)、3'唾液酸路易斯a-bsa(3'sialyl lewis a-bsa)、6-磺基路易斯x-bsa(6-sulfo lewis x-bsa)、6-磺基路易斯a-bsa、3-磺基路易斯a-bsa、3-磺基路易斯x-bsa、唾液酸基-lnf v-apd-hsa(sialyl-lnf v-apd-hsa)和唾液酸基-lnnt-penta-apd-hsa(sialyl-lnnt-penta-apd-hsa)中的一种或多种。
19.当结合剂是糖缀合物、新糖缀合物或糖蛋白时，可以具有末端糖残基，所述末端糖残基包含甘露糖、n-乙酰葡糖胺、n-乙酰半乳糖胺、n-乙酰神经氨酸和n-羟乙酰神经氨酸(唾液酸)、半乳糖、葡萄糖和岩藻糖部分中的一种或多种。
20.载体材料还可以包括抗微生物物质，其可以是防腐剂、抗生素和洗涤剂中的一种或多种。抗微生物物质可以是银、铜或edta。
21.在任何实施方案中，装置的载体材料可以是布、擦拭物、伤口敷料、拭子、过滤器、垫、毯子、垫子、面罩或涂层的形式。
22.在第二方面，本发明提供了一种从表面去除生物毒素、病毒、微生物和/或微生物成分的方法，所述方法包括提供根据本文所述的任何实施方案的装置，并使所述表面与所述装置接触。
23.在第三方面，本发明提供了一种从气体或液体中去除生物毒素、病毒、微生物和/或微生物成分的方法，所述方法包括提供根据本文所述的任何实施方案的装置，并使气体或液体通过该装置。
24.在上述任一方法的实施方案中，结合剂可结合待去除的生物毒素、病毒、微生物和/或微生物成分。待去除的病毒、微生物和/或微生物成分可以是孢子。
25.在另一方面，本发明提供了一种制造装置的方法，所述方法包括提供包含至少一种基于碳水化合物的聚合物的载体材料，用氧化剂处理载体以产生酸和/或醛基，并将处理过的载体与包含凝集素、糖蛋白和糖缀合物中的一种或多种的结合剂接触，使得结合剂通过一个或多个共价键与基于碳水化合物的聚合物连接。氧化剂可以是高碘酸盐，合适的是高碘酸钠。氧化剂可选自2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(tempo)、硝酸钠或在磷酸中的硝酸钠；在有机溶剂和碱的存在下的活化剂甲苯磺酰氯；以及它们的组合。
26.结合根据本发明装置的实施方案讨论的进一步可能的特征被认为同样适用于通过上述过程制造的装置。
27.在一个特定方面，提供了一种装置，所述装置包括：包含纤维素的载体材料；以及
包含糖蛋白的结合剂，所述糖蛋白选自下述物质中的一种或多种：尿调节蛋白(tamm-horsfall蛋白)、胎球蛋白、去唾液酸胎球蛋白(asialofetuin)、转化酶、纤维蛋白原、α-1-抗胰蛋白酶、α-晶体蛋白、血浆铜蓝蛋白、α-1-酸性糖蛋白、核糖核酸酶b、转铁蛋白、β-乳球蛋白、c-乳白蛋白、白蛋白、b-酪蛋白、c-酪蛋白、k-酪蛋白、乳铁蛋白、卵白蛋白、卵类粘蛋白、卵转铁蛋白和衍生糖巨肽。所述结合剂通过一个或多个共价键与所述纤维素连接，并且所述结合剂可以与目标结合，所述目标是生物毒素、病毒、微生物和微生物成分中的一种或多种。
附图说明
28.参考附图进一步说明本发明，其中:
29.图1a至图1c示出了使用根据本发明各种实施方案的装置从各种表面去除土拉弗朗西斯菌(francisella tularensis)的功效测试的结果。
30.图2a至图2d示出了使用根据本发明的各种实施方案的装置从各种表面去除肉毒杆菌(clostridium botulinum)的功效测试的结果。
31.图3a和图3b示出了使用根据本发明的各种实施方案的装置从各种表面去除细胞(3a)或孢子(3b)形式的炭疽芽孢杆菌(bacillus anthracis)的功效测试的结果。
32.图4a至图4c示出了使用根据本发明的各种实施方案的装置从各种表面去除流感病毒的功效测试的结果。
33.图5a和图5b示出了使用根据本发明的各种实施方案的装置从各种表面去除ehec大肠杆菌(escherichia coli，e.coli)o157:h7和阴沟肠杆菌(enterobacter cloacae)的功效测试的结果。
34.图6示出了使用根据本发明的各种实施方案的装置从塑料表面去除痤疮丙酸杆菌(propionibacterium acnes)的功效测试的结果。
35.图7示出了使用根据本发明实施方案的装置在各种ph水平下从塑料表面去除白色念珠菌(candida albicans)的功效测试的结果。
36.图8示出了根据本发明实施方案的测试装置的方法针对接种有各种微生物的皮肤模型的表征。
37.图9a和图9b示出了使用根据本发明实施方案的装置从猪皮肤切片中去除大肠杆菌的功效测试的结果。
38.图10示出了使用根据本发明实施方案的装置从猪皮肤切片中去除白色念珠菌的功效测试的结果。
39.图11示出了使用根据本发明实施方案的装置从猪皮肤切片中去除烟曲霉(aspergillus fumigatus)的功效测试结果。
具体实施方式
40.本文引用的所有参考文献均通过引用整体并入本文作为参考。除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。
41.在进一步阐述本发明之前，提供了多个有助于理解本发明的定义。
42.如本文所用，术语“目标”是指需要从表面上除去的物品，或需要以其它方式送入
或固定在根据本发明的装置内/上的物品。通常，目标是生物毒素、病毒、微生物或微生物成分，也可能是病原体。在某些情况下，目标可以是过敏原或非微生物生命产生的微观成分，如植物花粉、真菌孢子、尘螨粪便和其他成分，来自食物的潜在过敏原，如坚果和贝类、动物或植物毒液或毒物以及动物产品(如皮屑)。
43.如本文所用，术语“微生物”是指微生物，特别是指细菌、真菌、所谓的“原生动物”或任何其它微观性质的原核或真核生物。
44.如本文所用，术语“微生物成分”、“微生物产物”或“微生物物质”是指希望从表面去除，或以其它方式吸入或固定在根据本发明的装置内/上的微生物的产物。微生物成分可以是毒素，即对身体有害的物质，例如基于蛋白质的或非基于蛋白质的细菌毒素，例如脂多糖(内毒素)，或肠毒素，例如由霍乱弧菌产生的肠毒素。
45.如本文所用，术语“毒素”或“生物毒素”是指来源于生物学的对身体有害的物质。如上所述，生物毒素可以由微生物产生，也可以来自其他来源，如植物或动物。
46.如本文所用，术语“病原体”指可引起疾病的病毒或微生物。
47.如本文所用，术语“基于碳水化合物的聚合物”是指包含单糖单元(简单糖分子)作为其重复聚合物单元的主要或唯一组分的聚合物。基于碳水化合物的聚合物包括但不限于如下进一步描述的多糖、葡聚糖、淀粉、糖原、真菌β-葡聚糖、几丁质、壳聚糖、纤维素和纤维素衍生物(例如乙酸纤维素、赛璐珞和硝化纤维素)、海带多糖、金藻昆布多糖、木聚糖、阿拉伯木聚糖、甘露聚糖、墨角藻聚糖和半乳甘露聚糖。虽然许多此类聚合物仅由单糖单元及其衍生物组成，但存在包含单糖和其他单元的共聚物，如糖-肽杂化共聚物。此外，某些基于碳水化合物的聚合物，特别是其中它们在非纤维性的情况下，可以溶解、悬浮、分散、乳化或以喷雾、溶胶气溶胶、乳液或其它方式承载于流体载体如液体或气体中。
48.如本文所用，术语“多糖”是指由单糖单元链(简单糖分子)组成的基于碳水化合物的聚合物，其中链可以是直链或支链的。多糖通常用于储存糖以备后用，如多糖中的淀粉、糖原和海带多糖。其他多糖可用于结构目的，包括纤维素、真菌β-葡聚糖、几丁质、果胶、木聚糖、阿拉伯木聚糖等。细菌通常产生并分泌多糖，例如帮助粘附到表面或逃脱宿主免疫系统。
49.如本文所用，术语“纤维素”是指由β(1
→
4)连接的d-葡萄糖单元链制成的生物碳水化合物聚合物。纤维素由用于细胞壁的绿色植物以及包括几种藻类和一些细菌在内的其他物种产生。微粉化纤维素或纳米纤维素可以是非纤维状的，因此可以溶解、悬浮、分散、乳化或以喷雾、溶胶气溶胶、乳液或其他方式承载于液体或气体等流体载体中。
50.如本文所用，术语“结合剂”是指能够结合生物毒素、病毒、微生物或微生物成分的生物分子。此类分子可以包括抗血栓剂、抗炎剂、抗体、抗原、粘附素、免疫球蛋白、酶、激素、神经递质、细胞因子、蛋白质、球状蛋白质、细胞附着蛋白、肽、细胞附着肽、蛋白聚糖、毒素、多糖、碳水化合物、脂肪酸、药物、维生素、dna片段、rna片段、核酸、染料和配体中的一种或多种。通常，本文讨论的结合剂是糖蛋白、寡糖、凝集素、糖缀合物及其衍生物中的一种或多种。
51.如本文所用，术语“糖蛋白”是指具有一个或多个与其连接的寡糖基团或聚糖的蛋白质。许多分泌蛋白都是以这种方式“糖基化”，具有胞外结构域的跨膜蛋白通常在这些结构域上连接有糖基团。
52.如本文所用，术语“糖缀合物”是指其上连接有一个或多个聚糖寡糖基团的蛋白质和脂质。例如天然或合成来源的糖蛋白、糖脂、鞘糖脂、蛋白聚糖和糖胺聚糖。“新糖缀合物”或ngc指人工或合成的糖缀合物，特别是糖蛋白和糖脂，其中蛋白质或脂质骨架与一个或多个糖残基化学缀合。大多数情况下，牛血清白蛋白(bsa)和人血清白蛋白(hsa)等蛋白质用于制备新糖缀合物。
53.如本文所用，术语“凝集素”是指碳水化合物结合蛋白(术语碳水化合物结合蛋白或cbp可互换使用)。凝集素对碳水化合物部分具有特异性，例如存在于糖蛋白、糖脂或寡糖上的部分。一些凝集素也称为“凝聚素”(agglutinins)，因为它们能够凝集它们所结合的颗粒。然而，术语凝聚素可以适用于允许这种凝集的任何物质，例如抗体。
54.如本文所用，术语“粘附素”是指参与细胞与其它细胞或细胞与表面粘附的细胞表面成分。这些在病原微生物、寄生微生物或共生微生物中很常见，因为它们用于粘附到宿主表面。
55.如本文所用，术语“防腐剂”是指具有抗微生物作用的化学物质，特别是杀死微生物、使微生物变性或破坏微生物，或阻止其微生物生长或繁殖。一般来说，防腐剂在皮肤或活组织(包括口腔等部位)使用是安全的，但出于功效或安全考虑，通常不在体内使用。一些，但不是全部，防腐剂可以有效地使病毒变性或破坏病毒。存在多种类型的防腐剂，包括醇类(如苯酚)、低浓度消毒剂化学品(如漂白剂或过氧化物)、碘以及某些特定化学品(如葡萄糖酸氯己定和季铵化合物)。
56.如本文所用，术语“抗生素”是指具有抗微生物作用的化学物质，其在体内使用或可在体内使用。这些物质通常会干扰细菌过程，导致微生物细胞死亡或裂解，但通常对病毒或细菌产物无效。众所周知，抗生素有多种类型，如青霉素类、头孢菌素类、四环素类、安沙霉素类等。
57.本发明描述了与用于生物毒素、病毒、微生物和微生物衍生成分(蛋白质、肽和碳水化合物)收集、净化/消毒、保存以用于下游诊断和司法鉴定应用和递送的技术相关的装置及方法。这种方法以病毒、微生物和/或其成分或生物毒素的天然结合位点为目标，并为物理表面以及用于人和动物皮肤和粘膜上皮表面的生物去污提供了无毒、环境友好的替代物。该方法旨在具有广泛的特异性，即针对多种病原体以多种形式用于多种目的。
58.细胞表面蛋白质和碳水化合物的相互作用对于细胞间的粘附是必不可少的。这也适用于某些生物毒素、病毒、微生物和微生物来源的蛋白质对其他表面的粘附，如宿主生物的细胞。
59.微生物和病毒与细胞结合的机制，特别是共生体(commensal)、共生(symbiotic)或寄生微生物与宿主细胞结合的情况，是进化的一个特别重要的领域。例如，宿主-细菌相互作用可由宿主细胞表面的细菌粘附素及其同源聚糖受体表位介导。革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌上的大多数粘附素通过宿主生物体上皮细胞表面上的聚糖标记识别合适的宿主(kline等人，cell host and microbe，2009)。表1中列出了示例性细菌物种及其各自的粘附素、目标配体和组织。特别是在病原体的情况下，病原体表面标记物与宿主表面标记物之间的相互作用对于与宿主的强粘附、免疫系统的逃避以及(在细胞内病原体和毒素的情况下)进入细胞内部至关重要。事实上，特定细菌特异性粘附于宿主细胞的能力(通常通过拥有特定的表面蛋白或其他分子)可以代表毒力因子，从而区分致病菌株和非致病菌株。在自
然界中，在病原体能够繁殖或进入细胞导致感染之前，这些病原体不断地从人和动物细胞表面结合、保留和去除。
60.表1
[0061][0062][0063]
利用碳水化合物-蛋白质结合技术的类似原理，当前的装置通过利用以各种形式化学连接到载体上的天然和修饰的蛋白质及碳水化合物表位，实现了独特的方法。这些装置提供了多种“钩子”，能够与生物毒素、病毒、微生物和/或它们的成分结合，与宿主附着表面竞争，从而有效地去除或捕获这些目标。
[0064]
因此，为了去除微生物来源的微生物和蛋白质(细菌、病毒、噬菌体颗粒、真菌和蛋白质)，固定在物理材料上的碳水化合物、蛋白质和蛋白质片段可用于收集生物毒素、病毒、微生物和/或它们的组分的样品，并减少表面上的微生物负荷，净化/消毒表面，以及保存在装置上收集的用于诊断和司法鉴定目的的样品。
[0065]
载体材料
[0066]
载体材料为待附着的结合剂提供表面，以及可将病毒、微生物、微生物衍生成分和/或生物毒素固定于其中的基质。合适地，载体材料能够与结合剂形成共价键，使得可以形成牢固且适当地不可逆连接。
[0067]
通常，载体可以包括基于碳水化合物的聚合物，合适的是多糖，例如淀粉、糖原、几丁质、纤维素、壳聚糖、果胶、真菌β-葡聚糖、木聚糖或阿拉伯木聚糖。载体可以适当地包含纤维素。例如，载体可以包括纤维素、半纤维素或木质纤维素。载体本身可以含有纤维素，例如包含植物来源的物质，例如纸、棉、粘胶纤维、亚麻或大麻，或者材料可以与来自另一来源的纤维素混合或涂覆。载体还可以包括混合材料，例如含纤维素材料与合成材料的混合物，例如棉与聚酯材料的50％的混合物。纤维素也可以由微生物如细菌产生。特别地，醋酸杆菌属(acetobacter)、八联球菌属(sarcina ventriculi)和土壤杆菌属(agrobacterium)的细菌已被用于生产细菌纤维素。
[0068]
基于非纤维状纤维素材料和基于碳水化合物的聚合物可用作载体。特别地，微粉化纤维素和纳米纤维素可以以这种方式用作非纤维状纤维素。这种非纤维状纤维素或碳水化合物基聚合物可以溶解、悬浮、分散、乳化或以其它方式承载于流体载体如液体或气体中。因此，当与本文所述的结合剂偶联时，这样的制剂可以以非固体形式(如喷雾剂或油漆)施用到例如受体材料上。
[0069]
与结合剂连接的基于碳水化合物的聚合物的这种非固体形式允许一系列以其他方式不可能的应用。例如，可以将这种悬浮或可溶形式的产品/装置喷涂或以其他方式施加到受体材料上，例如纺织品上，以便根据所施加产品的特性赋予所述材料防护品质。使用后，可对受体材料进行清洗或处理，例如使用清洁剂或在低ph条件下进行清洗或处理，以去除之前使用的产品。然后，可使用新鲜产品对受体材料进行再处理，以在下次使用或暴露前恢复防护品质。这种方法可用于，例如，处理个人面罩或其他个人防护设备，以赋予针对一种或多种目标针对生物毒素、病毒、微生物和/或微生物成分的防护品质，如适用于特殊用途。
[0070]
与结合剂连接的基于碳水化合物的聚合物的非固体形式的其它可能应用包括用作清洁组合物，其可被喷雾或以其它方式施加到待清洁的受体材料上，然后与任何与其结合的目标生物毒素、病毒、微生物和/或微生物成分一起去除。这种方法的具体应用包括清洗大型集装箱、运输枢纽和医院，以及无菌设备的灭菌，例如在医院或空间环境中。
[0071]
更普遍地是，对于所有考虑的形式，其中期望永久地杀死、使变性或以其他方式破坏由本发明的装置吸入的生物毒素、病毒、微生物和/或微生物成分，载体或装置可以进一步包括适于执行这一操作的试剂。例如，可将载体浸渍或与抗微生物或抗病毒的化学物质混合，如抗生素、防腐剂、漂白剂(可能包括次氯酸盐、过氧化物和过碳酸盐)，以及具有内在抗微生物特性的其他材料(如银或铜)、其他合适的金属离子和金属螯合剂(如edta)，这些物质已被证明具有抗微生物功效(finnegan和percival，wound healing society,2014)。其他可能性包括苯甲酸、苯扎氯铵和其他季铵阳离子。可根据装置的建议用途选择不同的其他物质，例如，如果装置旨在用于皮肤，可选择对该用途安全的杀菌剂。也可以使用稳定剂和/或防腐剂，其实例是本领域已知的。
[0072]
在某些情况下，可能需要保留目标生物毒素、病毒、微生物和/或微生物成分，以供用于研究、诊断或司法鉴定目的的后续分析。在这种情况下，载体可以基本上不含抗微生物
物质，并且甚至可以被处理以提高目标生物毒素、病毒、微生物和/或微生物成分完整存活的可能性，用于随后的分析，例如通过包含缓冲液或其它溶液，或特定的ph水平，以便支持固定的目标。也可包括缓冲液或其他溶液，以帮助结合剂与所需目标结合，因为大多数相互作用取决于水溶液环境、特定的ph水平等。
[0073]
设想制备多种不同形式的载体。例如，可以由载体材料制备成擦拭物、布、伤口敷料、过滤器、垫、涂层、毯子、垫子、面罩和其它物品。特别地，考虑使用类似于纸巾、毛巾或餐巾的擦拭形式，因为这提供了一种方便的形式，以用于在待净化的表面上擦拭以及随后的处理。还预期根据本发明的装置可用于从气体或液体中去除目标生物毒素、病毒、微生物和/或微生物成分，例如从空气中去除空气传播的或气雾化的病毒颗粒。在这种情况下，载体被设计成允许气体或液体通过，以便可以去除目标。如上所述，还预期某些载体材料可与结合剂偶联并溶解、悬浮、分散、乳化或以其它方式承载于流体中；因此，包含这些载体材料的流体是根据本发明的装置的实例。
[0074]
还可能希望本发明的装置适于在诸如皮肤的活体表面或非活体表面上进行一般清洁。因此，预期载体可包含适合预期用途的其它组分，例如用于卸妆的清洁剂、保湿剂、除臭剂或化学品(例如当用于清洁皮肤时)，和/或用于从非活体表面去除尘埃、污垢、金属锈蚀等的去污剂、香味剂或清洁剂。以此方式，本文所述的装置可用于治疗目的，例如从物理表面和从皮肤去除或杀死细菌(例如，治疗痤疮、尿布疹和其它皮肤疾病)。在非治疗用途中，例如美容用途，该装置可用于清洁或润湿皮肤、婴儿护理、洗手、卸妆或施用除臭剂。
[0075]
也可考虑结合或包括根据本发明的装置的失禁衬垫，并且可以选择针对促进尿道疾病的传染因子提供保护的构造。
[0076]
设计用于母乳喂养和/或抚慰乳头的护垫和/或擦拭物也在考虑范围内，并且可以设计成为抵抗引起乳腺炎的感染因子提供有效保护。
[0077]
结合剂
[0078]
能够与目标生物毒素、病毒、微生物和/或微生物成分结合的结合剂被附着在载体材料上。任何能够结合生物毒素、病毒、微生物或微生物成分的生物衍生分子均可用于本发明的装置中。此类分子可以包括抗血栓剂、抗炎剂、抗体、抗原、粘附素、免疫球蛋白、酶、激素、神经递质、细胞因子、蛋白质、球状蛋白质、细胞附着蛋白、肽、细胞附着肽、蛋白聚糖、毒素、多糖、碳水化合物、脂肪酸、药物、维生素、dna片段、rna片段、核酸、染料和配体中的一种或多种。合适地，结合剂包括糖蛋白、寡糖、凝集素和糖缀合物中的一种或多种。
[0079]
适用于本发明的结合剂有多种来源，其中许多可以源自天然产生的溶液，例如乳液、尿液、粘液、唾液、卵、真菌、藻类和植物提取物。结合剂也可以合成产生(例如通过体外翻译)，或工程化(例如通过重组工程)，或可以将天然产生的结合剂加工或修饰以制备特定的肽、糖肽、片段、聚糖或类似物，例如仅代表特定较大分子的结合部分。
[0080]
本文所讨论的多种结合剂的另一个优点是，与常用的抗微生物或抗病毒试剂相比，它们无毒且不污染环境。例如，常用作生物杀灭剂的聚胍类化合物因其对人类的毒性及对环境的破坏属于fda限制使用的一类化合物。另一个胍类药物的实例是葡萄糖酸氯己定，已计划在未来限制该化合物仅用于处方药。类似地，季铵化合物，如聚紫罗烯(polyionenes)，通常用于湿巾和手部消毒剂，但fda也在限制对其的使用。
[0081]
虽然一些潜在的结合剂预计只与一个目标(特别是抗体)非常特异性地结合，但更
多的结合剂具有更广泛的潜在结合目标，并可用于去除一个以上的目标生物毒素、病毒、微生物和/或微生物成分。然而，为了增加潜在目标的数量并由此改进装置的使用，在装置中可以使用不止一种类型的结合剂，这些结合剂可以来自相同类别的分子(例如，多种糖蛋白)或不同类别的分子(例如，糖蛋白和凝集素)。因此，根据所需的应用，本发明的装置可以被设计成具有非常特异性的结合目标，例如在科研或司法鉴定环境中，或由于其可能适合于家庭或现场环境，而用于更常用的用途中。
[0082]
生物毒素、病毒、微生物和/或微生物成分与宿主细胞或其粘附表面之间的许多相互作用是由碳水化合物、糖蛋白和凝集素(碳水化合物结合蛋白或cbp、聚糖结合蛋白或gbp)及其片段(如肽)驱动的。例如，某些细菌如某些大肠杆菌菌株所具有的1型菌毛fimh粘附素可通过其凝集素(碳水化合物结合)结构域与宿主细胞表面标记物如cd48、tlr4或更通常地与甘露糖残基结合。
[0083]
因此，考虑将天然或合成来源的糖缀合物(包括糖蛋白、糖脂、鞘糖脂、蛋白聚糖和糖胺聚糖)用来提供目标生物毒素、病毒、微生物和/或微生物成分与装置粘附的结合位点。用于本发明装置中的糖缀合物可以具有末端残基，所述末端残基包含甘露糖、n-乙酰葡糖胺、n-乙酰半乳糖胺、n-乙酰神经氨酸和n-羟乙酰神经氨酸(唾液酸)、半乳糖、葡萄糖和岩藻糖部分中的一种或多种。
[0084]
适用于本发明装置的合适糖缀合物和新糖缀合物包括a-bsa血型、b-hsa血型、fuc-α-4ap-bsa、fuc-β-4ap-bsa、2'岩藻糖基乳糖-bsa、二岩藻糖基-对-乳-n-六糖-apd-hsa(lea/lex)、三-岩藻糖基-ley-七糖基-ape-hsa、单岩藻糖基(monofucosyl)、单唾液酸-n-新己糖-apd-hsa、gal-b-4ap-bsa、galα1,3gal-bsa、gal-α-1,3galb1、galb1,4gal-bsa、galα1,2gal-bsa、4glcnac-hsa、gal-α-pitc-bsa、gal-β-itc-bsa、glc-b-4ap-bsa、glc-β-itc-bsa、glcnac-bsa、globotriose-hsa、globo-n-tetraose-apd-hsa、globotriose-apd-hsa、gm1-pentasaccharide-apd-hsa、asialo-gm1-tetrasaccharide-apd-hsa、globo-n-tetraose-apd-hsa、globotriose-apd-hsa、h型ii-ape-bsa、h-型2-ape-hsa、manα1,3(manα1,6)、man-bsa、man-α-itc-bsa、man-b-4ap-bsa、lacnac-bsa、lacnac-α-4ap-bsa、lacnac-β-4ap-bsa、lac-β-4ap-bsa、lacto-n-tetraose-apd-hsa、乳糖-n-岩藻五糖i-bsa(lacto-n-fucopentaose i-bsa)、乳糖-n-新四糖-apd-hsa、乳糖-n-岩藻五糖ii-bsa、乳糖-n-岩藻五糖iii-bsa、lacto-n-二岩藻糖六糖i-bsa(lacto-n-difucohexaose i-bsa)、lewis a-bsa、lewis x-bsa、lewis y-四-ape-hsa(lewis y-tetrasaccharide-ape-hsa)、lndi-bsa/lewis b-bsa、di-lex-ape-bsa、di-lewisx-ape-hsa、tri-lex-ape-hsa、l-鼠李糖-sp14-bsa(l-rhamnose-sp14-bsa)、3
’‑
唾液乳糖-apd-hsa(3
’‑
sialyllactose-apd-hsa)、3'sialyl-3-岩藻糖乳糖-bsa(3'sialyl-3-fucosyllactose-bsa)、6
’‑
唾液乳糖-apd-hsa、xyl-α-4ap-bsa、xyl-β-4ap-bsa、3'唾液酸路易斯x-bsa(3'sialyl lewis x-bsa)、3'唾液酸路易斯a-bsa(3'sialyl lewis a-bsa)、6-磺基路易斯x-bsa(6-sulfo lewis x-bsa)、6-磺基路易斯a-bsa、3-磺基路易斯a-bsa、3-磺基路易斯x-bsa、唾液酸基-lnf v-apd-hsa(sialyl-lnf v-apd-hsa)和唾液酸基-lnnt-penta-apd-hsa(sialyl-lnnt-penta-apd-hsa)。
[0085]
适用于本发明装置的合适糖蛋白可具有末端残基，所述末端残基包含甘露糖、n-乙酰氨基葡萄糖、n-乙酰半乳糖胺、n-乙酰神经氨酸和n-羟乙酰神经氨酸(唾液酸)、半乳
糖、葡萄糖和岩藻糖部分中的一种或多种。此类糖蛋白和寡糖可以来自天然产生的溶液，例如乳液、尿液、粘液、唾液、卵、真菌、藻类和植物提取物。适用于本发明装置的特定糖蛋白包括尿调节蛋白(tamm-horsfall蛋白)、胎球蛋白、去唾液酸胎球蛋白(asialofetuin)、转化酶、纤维蛋白原、α-1-抗胰蛋白酶、a-晶体蛋白、血浆铜蓝蛋白、α-1-酸性糖蛋白、核糖核酸酶b(rnase b)、转铁蛋白、b-乳球蛋白、c-乳白蛋白、白蛋白、b-酪蛋白、c-酪蛋白、k-酪蛋白、乳铁蛋白、卵白蛋白、卵类粘蛋白、卵转铁蛋白和衍生糖巨肽。也可以使用黏蛋白(其为高度糖基化的高分子量蛋白质)和在粘液中发现的其它糖蛋白。粘液的这些成分被认为可以通过干扰微生物粘附和防止生物膜形成来降低感染风险(caldara等人，current biology，2012)。
[0086]
凝集素或碳水化合物结合蛋白通常参与细菌和病毒与其预期目标的结合以细胞间相互作用以及先天和适应性免疫应答。凝集素存在于所有生物体中，在细胞粘附、免疫识别、微生物识别(如病原体和共生体)、宿主识别、毒素活性和植物保护中发挥多种作用。在研究背景下，许多凝集素可以有效地从植物和真菌物种中分离出来，并可以进行工程改造以改变它们的特异性。凝集素用于纯化和表征糖缀合物，凝集素-组织化学用于对细胞、组织和器官染色，以了解不同条件下生物样品糖基化的差异。
[0087]
预期用于本发明的凝集素及其来源包括但不限于以下物质：
[0088]
aia、木菠萝凝集素(jacalin)，(菠萝蜜，artocarpus integrifolia)，菠萝蜜凝集素；
[0089]
rpbai，(刺槐，robinia pseudoacacia)，刺槐凝集素；
[0090]
aal，(橙黄网孢盘菌，aleuria aurantia)，橙黄网孢盘菌凝集素；
[0091]
abl，(双孢蘑菇，agaricus bisporus)，食用菌凝集素；
[0092]
aca，(尾穗苋属，amaranthus caudatus)，苋菜红凝集素；
[0093]
ama，(斑叶疆南星，arum maculatum)，斑叶阿若母凝集素；
[0094]
bpa，(紫荆花，bauhinia purpurea)，宫粉羊蹄甲(camels foot tree)凝集素；
[0095]
caa，(树锦鸡儿，caragana arborescens)，豌豆树凝集素；
[0096]
calsepa，(篱打碗花，calystegia sepium)，旋花凝集素；
[0097]
cca，(黄道蟹，cancer antennarius)，加利福尼亚蟹；
[0098]
cona，(白刀豆，canavalia ensiformis)，刀豆凝集素；
[0099]
cpa，(鹰嘴豆，cicer arietinum)，鹰嘴豆凝集素；
[0100]
dba，(双花扁豆，dolichos biflorus)，马豆凝集素；
[0101]
dsa，(曼陀罗，datura stramonium)，曼陀罗凝集素；
[0102]
eca，(鸡冠刺桐，erythrina cristagalli)，鸡冠/刺桐凝集素；
[0103]
eea，(卫矛属欧地笋，euonymous europaeus)，卫矛凝集素；
[0104]
gha，(金钱薄荷，glechoma hederacea)，金钱薄荷凝集素；
[0105]
gna，(雪滴花，galanthus nivalis)，雪花莲凝集素；
[0106]
gsl-i-b4，(加纳籽，griffonia simplicifolia)，加纳籽/加纳凝集素-i；
[0107]
gsl-ii，(加纳籽，griffonia simplicifolia)，加纳籽/加纳凝集素-ii；
[0108]
hha，(大花朱顶红，hippeastrum hybrid)，朱顶红凝集素；
[0109]
hpa，(罗马蜗牛，helix pomatia)，蜗牛凝集素；
[0110]
lch-a，(兵豆，lens culinaris)，扁豆凝集素a；
[0111]
lch-b，(兵豆，lens culinaris)，扁豆凝集素b；
[0112]
lel，(番茄，lycopersicum eculentum)，番茄凝集素；
[0113]
lta，(欧洲百脉根，lotus tetragonolobus)，莲花凝集素；
[0114]
maa，(朝鲜槐，maackia amurensis)，马鞍树属凝集素；
[0115]
moa，(硬柄小皮伞，marasmius oreades)，硬柄小皮伞凝集素；
[0116]
mpa，(桑橙，maclura pomifera)，桑橙树凝集素；
[0117]
npa，(黄水仙，narcissus pseudonarcissus)，水仙凝集素；
[0118]
pa-i，(铜绿假单胞菌，pseudomonas aeruginosa)，绿脓杆菌凝集素；
[0119]
pca，(多花菜豆，phaseolus coccineus)，红花菜豆凝集素；
[0120]
pha-e，(菜豆，phaseolus vulgaris)，菜豆红细胞凝集素；
[0121]
pha-l，(菜豆，phaseolus vulgaris)，菜豆白细胞凝集素；
[0122]
pna，(花生，arachis hypogaea)，花生凝集素；
[0123]
psa，(豌豆，pisum sativum)，豌豆凝集素；
[0124]
rca-i/120，(蓖麻，ricinus communis)，蓖麻凝集素i；
[0125]
sba，(大豆，glycine max)，大豆凝集素；
[0126]
sja，(槐花，sophora japonica)，槐树凝集素；
[0127]
sna-i，(黑色接骨木，sambucus nigra)，接骨木凝集素-i；
[0128]
sna-ii，(黑色接骨木，sambucus nigra)，接骨木凝集素-ii；
[0129]
sta，(马铃薯，solanum tuberosum)，马铃薯凝集素；
[0130]
uea-i，(荆豆，ulex europaeus)，荆豆凝集素-i；
[0131]
vra，(绿豆苗，vigna radiate)，绿豆凝集素；
[0132]
vva-b4，(光叶紫花苕子，vicia villosa)，毛叶苕子凝集素；
[0133]
wfa，(多花紫藤，wisteria floribunda)，日本紫藤凝集素；和
[0134]
wga，(栽培小麦，triticum vulgaris)，小麦胚芽凝集素。
[0135]
制备
[0136]
虽然理论上可以将结合剂相对简单地浸渍到载体材料中，例如通过将载体材料浸泡在包含结合剂的水溶液中，使得其被吸收或吸附到载体中或载体上，适当地进行结合剂与载体材料之间的连接，使得在两者之间产生化学键，特别是共价键。这种相对牢固和永久的结合是有利的，因为结合剂不会随时间的推移而损失，并且目标生物毒素、病毒、微生物和微生物成分将更强牢固地保留在装置/载体材料上，并且不太可能被转移到随后的表面。不希望受理论的束缚，还认为结合剂与载体材料的附着越强，目标就越有可能被吸收并附着到载体上，而不是结合剂本身从载体上去除。因此，通过在结合剂和载体材料之间形成共价键，提高了装置的安全性、有效性、稳定性和寿命。
[0137]
待附着到载体材料上的一种或多种结合剂可以以任何合适的方式提供或配制。例如，可以将结合剂与稀释剂和/或赋形剂或稳定剂共同配制在缓冲溶液中。结合剂可替代地或额外地以包括药学上可接受的载体的形式提供，所述药学上可接受的载体可包括溶液、漂洗剂、洗发剂、喷雾剂、洗剂、凝胶、泡沫、润滑剂、霜剂、软膏、肥皂、非皂条和粉末中的一种或多种。
[0138]
为了在结合剂和载体材料之间形成共价键，对载体材料进行化学处理以提供结合剂的附着位点可能是实用的。例如，在载体材料包括纤维素的情况下，可以处理纤维素以产生酸和/或醛官能团，其可以与蛋白质的氨基反应以产生键。在对这些载体进行处理的反应中，纤维素中的碳水化合物环被氧化剂破坏。特别是，认为所用的氧化剂可以是过卤酸盐，如高碘酸盐或高氯酸盐、过碳酸盐、高锰酸盐、次氯酸盐、过硼酸盐或过氧化物。其他氧化方法可以包括使用tempo(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基)介导纤维素的氧化；用硝酸钠和/或亚硝酸钠在磷酸中氧化；和/或在有机溶剂(如丙酮/二恶烷)和碱(如吡啶或三乙胺)存在下用活化剂甲苯磺酰氯(tosylchloride)(toluene sulfonyl chloride)处理。例如，在us5,516,673；cumpstey i.chemical modification of polysaccharides.isrn org chem.2013sep 10；2013:417672；saito t,isogai a.tempo-mediated oxidation of native cellulose；the effect of oxidation conditions on chemical and crystal structures of the water-insoluble fractions.biomacromolecules.2004；5(5):1983-1989；和kim uj等人,periodate oxidation of crystalline cellulose.biomacromolecules.2000；1(3):488-492.中讨论的示例方法。
[0139]
这样处理的目的是将反应性基团引入纤维素分子中，所述反应性基团可以是例如醛、酮、n-羟基琥珀酰亚胺、环氧化物、酰亚胺酯、酸酐或碳酸酯基团中的一种或多种。反应1和2示出了一个示例性反应，其中高碘酸钠用于通过纤维素β(1-4)连接的d-葡萄糖单元的开环产生活性醛基(反应1)，随后附着蛋白质，如凝集素、糖蛋白或新糖缀合物(反应2)。该反应可在ph 5-9的缓冲溶液中进行(图7)。
[0140][0141]
在下面给出的例子中，在纤维素单元和附着的蛋白质之间形成了“希夫碱”(-ch＝nh-)。任选地，该双键可以被还原为单键，以改善连接的持久性。这可以通过使用还原剂来实现，例如氰基硼氢化钠。这种反应还会将暴露的ch＝o部分还原为ch2oh。
[0142]
通过这样的反应，形成不可逆且高度稳定的连接，使得所需的碳水化合物和蛋白质嵌入纤维素材料中。类似的反应可用于连接糖聚合物、多聚体蛋白质和其他生物聚合物，其中酰胺或羧酸键用于缀合。鉴于这些反应以糖类单体为目标，可以理解的是，类似的方法可以用于将结合剂附着到其它含糖载体上，例如多糖，包括淀粉、糖原、海带多糖、真菌β-葡
聚糖、几丁质、果胶、木聚糖、阿拉伯木聚糖、葡聚糖或直链淀粉。例如，葡聚糖已被氧化，随后与大豆肽结合(wang and xiong,j food sci technol,2016)。其他含糖聚合物如肽聚糖(如在细菌细胞壁中发现的)也可以是可结合剂连接的底物。
[0143]
还可以理解的是，例如所描述的那些涉及随后结合有结合剂的纤维素的氧化方法，优于涉及修饰待结合的试剂本身的方法，因为这样的处理可以扰乱或破坏那些试剂的结合潜力。相比之下，本文所述的方法保留了结合剂的碳水化合物(或其他)化学性质，同时确保它们牢固地结合到载体材料上。类似地，共价键的寿命优于依靠静电吸引或其他力将化学物质结合到载体材料上的的保持时间，因为这种键会随着时间的推移而退化。
[0144]
为了促进本发明装置的长期稳定性和无菌性，载体材料、载体溶液、制备材料和/或包装材料可以在上述制备步骤之前、期间或之后通过过滤、加热、化学品、辐射和高压的组合进行处理；例如通过巴氏灭菌、高压灭菌、γ辐射、紫外辐射、电子束(ebeam辐射)、气体蒸汽灭菌(臭氧、二氧化氯、环氧乙烷、氮氧化物)或类似方法。
[0145]
类似地，缓冲液可用于促进装置的长期稳定性和无菌性，例如硼酸盐、tris和柠檬酸盐缓冲液，其进一步的优势在于其对于眼科的应用是安全的。
[0146]
目标生物毒素、病毒、微生物和微生物成分
[0147]
根据本发明的装置可以靶向与生物威胁相关的生物毒素、病毒、微生物和/或微生物成分，即来自生物武器、合成生物产品和/或武器化微生物的潜在危险，例如在生物恐怖主义的情况下，或潜在的疫情因子，例如流感变体、sars、mers、汉坦病毒、尼帕病毒、埃博拉病毒、寨卡病毒等。针对此类目标的装置包括抹布和过滤器，可用于防护或消除这些危害。然而，根据本发明的装置也可用于针对此类药剂的防御研究，例如用于常规研究或疫苗或抗毒素的生产。因此，所述装置可用于生物监测环境，例如在预期释放后或自然爆发期间捕获或筛查持久性生物威胁因子，或用于预防疫情因子和食源性因子。由于为了司法鉴定、生物监视或其他目的而积极地鉴定这些因子通常是至关重要的，所以，本发明装置的主要目的不是破坏目标而是去除它们之一事实是有利的。此类生物威胁和被认为导致此类威胁的物种的实例包括细菌，如弗朗西斯菌属(兔热病)炭疽杆菌(炭疽)、肉毒梭菌(肉毒中毒)、鼻疽伯克霍尔德菌(鼻疽)、假鼻疽伯克霍尔德菌(类鼻疽)；病毒如流感病毒、埃博拉病毒、马尔堡病毒、天花病毒(天花)、口蹄疫病毒(口疮病毒)、sars相关冠状病毒、查帕雷/lujo病毒(沙粒病毒科，柯克斯体引起的q热)；和毒素如肉毒杆菌神经毒素、蓖麻毒素、相思豆毒素和志贺样毒素。特别地，严重急性呼吸综合征冠状病毒2(新型冠状病毒，sars-cov-2)，也被称为2019新型冠状病毒(2019-ncov)，即引起新冠肺炎疫情的冠状病毒株，被认为是生物威胁，其可以是本发明实施方案的目标。替代菌株是在一个或多个方面与生物威胁因子相似的物种，可以作为模拟物来研究对抗生物威胁的各种策略。可作为此类替代物并且也可被本文所述装置靶向的物种的实例包括芽孢杆菌属(枯草芽孢杆菌、萎缩芽孢杆菌、蕈状芽胞杆菌)；产孢梭菌和土拉弗朗西斯菌holarctica lvs亚种(francisella tularensis subsp.holarctica lvs)。
[0148]
目标细菌也可能是导致医院获得性感染(hai)、或医疗保健相关感染(hcai)、或医院内感染的病原体，和/或耐抗生素细菌，可抵抗普通抗生素的破坏。此类细菌的实例包括艰难梭菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(mrsa)、耐万古霉素金黄色葡萄球菌(vrsa)、大肠杆菌(stec、vtec、ehec)、艰难梭菌、肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌、粪肠球菌、
非结核分枝杆菌、偶发分枝杆菌、奇异变形杆菌等。本发明对抗此类细菌的优点在于粘附不受这些细菌用来破坏或逃避抗生素的机制的影响。
[0149]
本发明的另一个优点是其可有效去除细菌孢子。如前所述，某些微生物产生的孢子对热、或化学、药物和紫外线攻击具有极强的抗性，因此难以破坏。然而，本发明所用的粘附方法已被证明能有效地去除这些目标，因为不必尝试直接破坏孢子。
[0150]
目标可能包括与食源性疾病相关的生物毒素、病毒、微生物和微生物成分。许多这样的目标是细菌，如弯曲杆菌属、梭菌属、大肠杆菌属、李斯特菌属、沙门氏菌属、志贺氏菌属、葡萄球菌属、弧菌属和幽门螺杆菌。目标也可能是诺如病毒(诺沃克病毒)、轮状病毒、口蹄疫病毒等病毒。在这种情况下，根据本发明的装置可以用于食品制备表面和器具的去污，或者可以作为垫子、餐巾等。
[0151]
也可以预期微生物成分如细菌毒素作为本发明装置的目标。此类毒素包括例如霍乱毒素、肉毒杆菌毒素、百日咳毒素、肠毒素、破伤风毒素、葡萄球菌肠毒素。类似地，植物或动物来源的生物毒素，例如河豚毒素、蓖麻毒素和相思豆毒素，被认为是本发明装置的目标。例如，剧毒的蓖麻蛋白是异二聚体，a链充当n-糖苷水解酶，是其毒性的基础，b链是凝集素，可以结合靶细胞表面的半乳糖残基，从而能够进入细胞。将本发明的装置与可与b链凝集素相互作用的特定结合剂一起使用可有效地去除或以其它方式捕获这些蛋白质。其他一些毒性蛋白如相思豆毒素具有相似的凝集素成分，也可以作为靶点。在这种情况下，与现有的抗微生物方法相比，本发明是有利的，因为毒素不能如微生物那样被杀死，并且通常可以通过化学或其它方式的变性抵抗。本发明的粘合方法能够去除毒素而没有这些问题。
[0152]
表2和表3示出了各种细菌毒素及其与凝集素的前十种已知特异性相互作用(表2)、和基于结合分析确定的糖蛋白/新糖缀合物(表3)。这些分析通过聚糖微阵列进行，评估针对各种凝集素和糖蛋白/新糖缀合物的选定毒素。这些技术代表了一种体外评估蛋白质-碳水化合物相互作用的工具，允许在样本量有限的情况下增加可能的实验数量，并有助于在后续重点研究之前进行分析或筛选方法。(kilcoyne,gerlach,kane和joshi,analytical methods,2012)。
[0153]
表2
[0154]
排名bont abont bbont ebont f蓖麻提取物蓖麻蛋白a链1gsl-iicalsepacalsepacaisepagsl-iicalsepa2calsepaccagnagsl-iiswgalel3aalpha-lsbagnacalsepadsa4swgapha-eghagsl-i-b4dsagna5pbspbshhaswgagnarca-i/1206pnagsl-iimpasbatja-inpa7mpagnanpabpapsasta8gnawfasjampaghaaal9tja-istabpagls-i-a4ccahha10psaaalgls-i-a4pnasbasba
[0155]
表3
[0156]
排名bont abont bbont ebont f蓖麻提取物蓖麻蛋白a链
1slnfvhsaslnnthsalnfpiibsaslnfvhsaslnfvhsalnfpiibsa2slnnthsaslnfvhsalnfpibsaslnnthsaslnnthsalnfpibsa3lnfpiibsarblndhibsaasflnfpiibsagb4gbsa4lndhibsaasfgggnbsa胎球蛋白globthsaga3gbsa5rblnfpiibsa2flbsalnfpllbsaasfasf6lnfpibsammlnnhhsaslnnthsaglobthsaglobnthsa胎球蛋白7asflnfpibsaga3gbsaglobnthsa胎球蛋白slnnthsa82flbsagggnbsabgbhsaxferrinagm1hsa2flbsa9gggnbsagb4gbsaslnfvhsabgbhsadfplnhhsaslnfvhsa10胎球蛋白lndhibsadfplnhhsadfplnhhsalndhibsabt
[0157]
应用
[0158]
本发明的装置预期用于多种应用，例如，预防、治疗和局部应用。可能的用途包括净化、清洁、样本采集、样本保留、样本浓缩、样本司法鉴定分析、伤口护理和愈合、防止疾病传播和蔓延、防止二次污染、防止生物膜形成、个人卫生和/或降低与传播因子相关风险有关的压力和恐惧。
[0159]
还提供了使用本发明的装置治疗或预防某些病症和疾病的方法。这些疾病包括人类、动物和植物疾病，它们可由细菌、真菌、病毒或毒素因子介导，或由真核微生物(如疟疾寄生虫)、锥虫(如利什曼原虫)和睡眠系统相关的寄生虫等介导。例如，目标微生物或微生物成分可能导致皮肤疾病和病症。
[0160]
由真菌因素引起的皮肤疾病和病症的实例，以及被认为是致病原因的物种包括念珠菌病(白色念珠菌)、糠疹或花斑癣(糠秕马拉色菌或皮屑芽孢菌)、脂溢性皮炎(马拉色菌属)和脚癣(足癣，可能由包括毛癣菌属、表皮癣菌属和小孢子菌属的真菌物种引起)。其他感染以及被认为导致或涉及这些感染的因素包括寻常痤疮(痤疮丙酸杆菌、颗粒丙酸杆菌和铜绿假单胞菌)、葡萄球菌烫伤样皮肤综合征、脓疱疮、臁疮、毛囊炎、疖、脓皮痈(金黄色葡萄球菌、化脓性链球菌、铜绿假单胞菌)和常见体臭(痤疮丙酸棒状杆菌)。还考虑治疗乳腺组织炎症(乳腺炎)，如由金黄色葡萄球菌、无乳链球菌、牛链球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌、乳房链球菌和产色葡萄球菌介导的炎症。可以生产旨在将这些因素从皮肤上去除以辅助治疗的装置，或者生产旨在从表面去除这些因素以减少传播的装置。可以通过将根据本发明的装置应用于受感染或有风险的皮肤以去除目标生物毒素、病毒、微生物或其成分来治疗或预防这些病症。还考虑了防止伤口感染的方法；通过从伤口上或伤口周围的皮肤、或未来伤口的部位(例如在外科手术中)除去目标病毒、微生物或微生物因子，可以防止机会性感染因子在伤口上定植。
[0161]
还预期所述装置的目标可以是存在于体腔内的那些可能导致口腔内生态失调、疾病或病症，例如牙龈炎、牙周炎、龋齿或口臭(口腔异味)的诸如，目标生物毒素、病毒、微生物或微生物成分。目标生物毒素、病毒、微生物或微生物成分可能导致阴道感染。本发明的装置可以应用在这样的空腔内或空腔周围以治疗或预防感染。
[0162]
可被本发明的装置靶向的参与引起性传播疾病的因素包括淋病奈瑟氏球菌、沙眼衣原体、梅毒螺旋体、解脲支原体和杜克雷嗜血杆菌。
[0163]
可被本发明的装置靶向的涉及引起眼部感染的因素包括葡萄球菌属、淋病奈瑟菌
和沙眼衣原体。
[0164]
可被本发明的装置靶向的涉及引起上呼吸道感染的因素包括曲霉属、肺炎链球菌和其他链球菌属、铜绿假单胞菌、百日咳鲍特菌、卡他莫拉菌、肺炎支原体、结核分枝杆菌、贝贝纳柯克斯体、肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌、嗜肺军团菌和变形菌(如埃希氏杆菌、变形杆菌和沙雷氏菌)、流感嗜血杆菌、流感病毒、鼻病毒和冠状病毒，如sars、mers和大流行的新型冠状病毒。
[0165]
本发明的装置还预期用于从目标表面去除生物膜，即，彼此粘附并粘附到表面的微生物的聚集体。由于生物体数量众多且存在可保护微生物免受攻击的细胞外因子，因此很难通过常规方法去除此类生物膜。
[0166]
还考虑了如上所述的装置，其用于在表面(包括皮肤)之间递送有用的、共生体的、益生菌的、非有害的和共生的细菌和/或微生物成分和/或受控剂量的生物毒素用于治疗和美容目的。在这种情况下，可结合益生菌目标的结合剂被附着到载体材料上，并用于结合多层益生菌微生物或微生物成分，以释放到选定的表面上。以此方式，所述装置可用于收集和/或浓缩有益微生物(例如共生菌和益生菌)，并将它们转移、移植和/或递送至另一部位或表面，包括内部递送，例如递送至胃肠道。虽然转移的微生物本身可以通过结合剂与本发明的装置结合，但仍可能发生复制，并且后期产生的微生物可以不被结合并且可以自由转移到目标表面。类似的方法可以允许收集和/或储存有益菌以备后用。出于此目的或其他目的(如司法鉴定分析或实验室用途)，甚至可以从装置上分离所结合的生物毒素、病毒、微生物或微生物成分，例如通过使用缓冲溶液改变ph值或离子强度，或使用弱酸。单糖或双糖溶液也可用于破坏糖-蛋白质相互作用，从而释放结合的生物毒素、病毒、微生物或微生物成分。
[0167]
此外，本发明的装置还可以用于捕获或去除严格来说不是生物毒素、病毒、微生物或微生物成分的目标，如果它们可以被本文所考虑的结合剂结合的话。例如，由非微生物生命产生的过敏原和其他微观组分可能具有表面组分，如凝集素或糖缀合物，它们可能被所述的结合剂结合。实例包括植物花粉、真菌孢子、尘螨粪便和其他成分、坚果和贝类等食物中的潜在过敏原、动物或植物毒液或毒物以及皮屑等动物产品。此类目标可通过引起过敏反应或其他方式对人或动物有害。由于过敏反应通常由细胞表面相互作用介导，并且一些过敏原包含糖缀合物或由糖缀合物组成，因此本发明的装置可以有效地结合这样的目标。有利的是，这可以允许从表面、液体或气体、或受试者的面部或皮肤去除这样的目标。例如，为提供植物花粉的结合位点而制备的装置可用于从表面或人或动物的眼睛或皮肤上去除花粉。
[0168]
在流行病或疫情背景下，本发明可具有多种用途，包括但不限于：净化暴露的皮肤以降低在移除个人防护设备(ppe)期间的传播风险；个人防护设备本身的取样和清理；以及从公众中收集样本(例如在交通枢纽/车辆中的筛查期间)以帮助未来的决策(实施封锁、排除公共通道和运输单元等)。
[0169]
还考虑了提供用于递送抑制性化合物/抗附着分子(如抗细菌剂、抗病毒剂、抗真菌剂、抗毒素)的装置。
[0170]
在实验室环境或其它地方，本发明实施方案的另一种可能用途是在生物制药和药物生产过程中纯化馏分以捕获含聚糖和凝集素的成分。例如，这可能涉及去除生产过程中
产生的lps/内毒素、微生物残留物和污染物或非产品部分。这也可以应用于重组蛋白/疫苗生产，以去除宿主成分并富集所需产物。
[0171]
本发明的装置和方法也可以与手术手套或其它手术或医疗设备结合使用，例如将本发明的装置添加到手术手套的表面。这将有助于降低手术或其他护理期间传播感染的可能性，因为感染是手术期间植入设备生物污染的主要来源。一个实例是在导管植入过程中使用手术手套。
[0172]
实施例
[0173]
以下非限制性实施例表明了本发明的一些实施方式。
[0174]
实施例1
–
装置制备
[0175]
为了产生活性醛基，用于随后将结合剂连接到纤维素链上，进行了高碘酸盐氧化反应。将33gms 100％棉材料的纤维素骨架浸入含浓度为5.0mg/ml的高碘酸钠的0.1m乙酸盐缓冲液(比例1:50，w/v)中，用高碘酸钠(sigma-aldrich 311448)进行化学处理。将混合物保持在无光下以进行有效反应，在室温下，以50rpm的速度轻轻振摇6小时。该反应被认为发生在吡喃葡萄糖苷环的c2-c3键之间，并导致在c2和c3位置形成两个醛基。得到的化合物是2,3双醛纤维素(dac)。
[0176]
然后，用冰的蒸馏水彻底清洗材料(洗涤3次，每次为吸收体积的10倍)，以去除处理材料中的高碘酸盐氧化剂。对于化学处理后添加结合剂(凝集素、糖蛋白、糖缀合物或新糖缀合物)，据信活性成分与纤维素骨架的dac残基发生化学连接。通过在ph 7.4的pbs中溶解制备结合剂溶液(1mg/ml)。将上述处理过的棉材料以1:25(w/v)的比例浸入蛋白质溶液中。将材料在4℃下培养16h，然后在ph 7.4的pbs中以10倍吸收体积洗涤3次。
[0177]
实施例2-生物威胁因素
[0178]
回收生物威胁细菌(土拉弗朗西斯菌、肉毒杆菌和炭疽芽孢杆菌(细胞和孢子))，使其生长至稳定期，并对生物威胁目标进行染色。在仔细分析如前所述的由聚糖微阵列生成的结合数据后，并基于与模型生物的比较，糖蛋白/糖缀合物和凝集素被推荐用于制备基于抗菌纤维素的装置。在被上述生物威胁剂污染的塑料/金属/玻璃表面上，与干擦拭物和用相关缓冲液(dh2o，pbs)处理的擦拭物相比，进行了活性纤维素擦拭物(根据实施例1制备)的功效测试。
[0179]
从用0.5％结晶紫染色的od
600
为2.0的过夜培养物中制备污染物。将100μl的每种污染物放置在每个选定的直径为5cm的测试区域中，并干燥60min。对于以下每个实验，将擦拭物放在污染区域的中间，静置10分钟，不得移动。移除擦拭物后，通过用0.5ml ph 7.4的pbs洗涤回收每个表面上的“残留污染物”，并应用一系列定量方法进行分析，以对表面上剩余的细菌计数(测量光密度、菌落计数、pcr)。
[0180]
对于土拉弗朗西斯菌(图1)，如上所述使用包含胎球蛋白糖蛋白(图1a)、去唾液酸糖蛋白(图1b)或凝集素gna(图1c)的活性擦拭物进行功效测试。通过添加适当缓冲液的回收溶液并在600nm(od
600
)下测量吸光度/光密度来监测残留污染物。显示未经表面调整的原始值。星号表示与“未擦拭”情况相比，基于学生t检验的具有统计学差异的数据点(p《0.05)。误差线代表三次重复实验的标准偏差。可以看出，在所有情况下，使用经糖蛋白或凝集素处理的“活性”擦拭物使得残留细菌显著减少。
[0181]
对于肉毒杆菌(图2)，使用包含胎球蛋白糖蛋白(图2a)、去唾液酸糖蛋白(图2b)或
凝集素gna(图2c)的活性擦拭物进行功效测试。通过添加适当缓冲液的回收溶液并在600nm(od
600
)下测量吸光度/光密度来监测残留污染物。显示未经表面调整的原始值。星号表示与“未擦拭”情况相比，基于学生t检验的具有统计学差异的数据点(p《0.05)。误差线代表三次重复实验的标准偏差。可以看出，在除一种情况之外的所有情况下，使用经糖蛋白或凝集素处理的“活性”擦拭物使得残留细菌显著减少。图2d示出了擦拭处理后表面上存在的残留细菌，对照7.32
×
108cfu/ml的标准储备菌株，通过菌落形成单位(cfu)的回收率测量。为此，连续稀释回收的污染物，并将每种污染物100μl涂抹在琼脂平板上培养细菌。菌落数为30-300的平板被认为是合适的计数范围。
[0182]
针对炭疽杆菌细胞(图3a)或孢子(图3b)，使用含有胎球蛋白糖蛋白、去唾液酸糖蛋白、gna凝集素、gsl-i-b4凝集素、pa-i凝集素、ama凝集素或rca-1凝集素的活性擦拭物进行炭疽芽孢杆菌(图3和表4)功效测试。擦拭处理后的残留污染物，对照1.21
×
107cfu/ml(营养细胞)或1.31
×
107cfu/ml(孢子)的标准储备菌株，通过菌落形成单位(cfu)的回收率测量。连续稀释回收的污染物，并将每种污染物100μl涂抹在琼脂平板上培养细菌。菌落数为30-300的平板被认为是合适的计数范围。显示未经表面调整的原始值。星号表示与未擦拭情况相比，基于学生t检验的具有统计学差异的数据点(p《0.05)。误差线代表三次重复实验的标准偏差。这些数据也显示在表4中，表4显示了与干擦拭物处理的表面(fet-胎球蛋白、asf-去唾液酸胎球蛋白)相比，发现的残留污染物的百分比。
[0183]
表4使用对照和活性擦拭物后的残留污染物-炭疽杆菌营养细胞
[0184][0185]
使用对照和活性擦拭物后的残留污染物-炭疽杆菌营养细胞
[0186][0187][0188]
本发明的装置还用于抵抗玻璃、塑料和金属表面上的流感病毒污染。简而言之，表
面被500μl病毒溶液污染，将上清液涂抹在表面上并使其干燥3小时。使用与胎球蛋白糖蛋白或附着去唾液酸糖蛋白偶联的擦拭物。所有表面均被不同类型的擦拭物污染三份。对于擦拭测试，将擦拭物放在污染区域的中间(不移动)。让擦拭物相互作用10分钟。孵育后，移除擦拭物，并评估受污染区域的残留物回收率。每个表面用1ml pbs洗涤，并将回收溶液转移至无菌离心(eppendorf)管中，以进行病毒rna分离，并对玻璃(图4a)、塑料(图4b)和金属(图4c)的残留物进行定量。图中所示为从表面分离出的病毒量，相对于仅使用干擦拭物后发现的病毒量。误差线表示标准偏差，一式三份。结果表明，虽然附着有胎球蛋白的擦拭物似乎减少了残留病毒，在静态捕获后仅留下2-28％的病毒颗粒(见表5)，但与pbs处理的擦拭物相比，附着有去唾液酸胎球蛋白的擦拭物似乎没有任何效果。
[0189]
表5
[0190] 干擦拭物pbs胎球蛋白去唾液酸胎球蛋白玻璃表面100％39％28％58％塑料表面100％40％11％48％金属表面100％12％2％13％
[0191]
实施例3-食源性疾病因子：
[0192]
本发明的装置(根据实施例1制备)也用于对抗玻璃、塑料和金属表面上与食源性疾病相关的细菌。表6显示了试验的细菌(ehec大肠杆菌o157:h7和阴沟杆菌)，以及在每种情况下与载体材料结合的凝集素。
[0193]
表6
[0194][0195]
图5a和5b示出了对这些细菌功效的测试结果。与前面的实施例一样，从用结晶紫染色的过夜培养物中制备污染物。并在每个选定的测试区域放置100μl每种污染物，并干燥60分钟。对于以下每个实验，将擦拭物放在污染区域的中间，静置10分钟，不得移动。通过测量syto82染色后的荧光来监测残留污染物(图5a、5b)。显示未经表面调整的原始值。误差线代表三次重复实验的标准偏差。使用了未擦拭的污染表面作为对照。根据10min静态试验后剩余荧光的测量结果，使用wga凝集素的活性擦拭物仅残留1％的大肠杆菌o157:h7，而使用gsi-b4的活性擦拭物留下4％的阴沟杆菌。表7中还显示了表明对照和活性擦拭物功效的结果。
[0196]
表7
–
与未擦拭表面相比的污染率
[0197][0198]
实施例4-其他皮肤疾病因子(细菌/真菌):
[0199]
已知定植于皮肤的其它微生物是本发明装置的潜在目标。其中包括丙酸杆菌属、马拉色菌属(以前称为糠疹癣菌属)、念珠菌属、曲霉属、葡萄球菌属、链球菌属、假单胞菌属、和流感嗜血杆菌。为了说明，还使用实施例装置(根据实施例1制备)对抗与皮肤疾病和病症相关的细菌-痤疮丙酸杆菌和真菌-白色念珠菌。
[0200]
与糖蛋白去唾液酸胎球蛋白(asf)或凝集素wga偶联的擦拭物用于清洁被痤疮丙酸杆菌污染的塑料表面，如上述实施例(图6)。进行静态擦拭测试10分钟后，再次如上述实施例中同样处理，观察到pbs擦拭物有33％的残留污染物，asf擦拭物有15.8％，wga擦拭物只有9.5％，表明wga擦拭物仅通过接触(无移动)就能捕获90.5％的污染物。
[0201]
使用与凝集素cona偶联的擦拭物对抗白色念珠菌污染的塑料表面(图7)，污染和擦拭测试如前所述。为了比较在不同ph水平下的捕获效果，使用ph为5、7和9且标准ph为7.4的缓冲液、含或不含活性成分(cona)制备擦拭物。观察到活性成分的捕获效果在5至9ph的宽范围内相似。因此，擦拭物在选定条件下具有相当的功效，并且ph值改变不影响活性成分的能力。
[0202]
实施例5-净化伤口及护理
[0203]
为了评估装置及其从生物表面捕获的功效，使用了猪皮肤模型。在过去的20年里，猪皮肤一直是用于人类皮肤病研究的主要人类皮肤模型。这其中的原因是由于，与任何其他实验动物相比，这两个物种解剖结构的相似性。例如，猪的真皮胶原蛋白比任何其他常见的实验动物都更类似于人类。猪皮肤在人类疾病伤口护理和感染研究中的应用已被很好地证实和研究。猪皮的表皮厚度和结构与人皮肤有很强的相似性。血管特征与毛囊的类型高度相关。大肠杆菌和白色念珠菌菌株作为目标生物。
[0204]
方法如图8所示。简言之，为消除猪皮的天然污染物，将切片样本置于60℃水中30秒。将100μl od 2.0的大肠杆菌(用结晶紫染色)或白色念珠菌(用台盼蓝真菌染色染色)培养物移液至每份猪皮样本上，并在皮肤样本上晾干30分钟。如前所述，使用根据实施例1制备的装置通过静态接触10分钟进行擦拭物捕获试验，然后将1ml lb或酵母培养基添加到每一个猪皮样品上，并回收污染物混合物。监测该混合物的生长情况，以对剩余的大肠杆菌(图9a和b)和白色念珠菌(图10)定量。图9a和9b显示了用基于棉花的擦拭物捕获试验处理后从猪皮中回收的大肠杆菌，其中活性擦拭物含有wga凝集素，通过在595nm波长下的吸光度(图9a)或通过菌落形成单位(图9b)测量。图10显示了使用基于棉花的擦拭物捕获试验处理后从猪皮中回收的白色念珠菌dsm 6659，其中活性擦布含有cona凝集素或gna凝集素，通过15小时生长期后的吸光度测量。
[0205]
与凝集素cona偶联的擦拭物用于对抗被烟曲霉污染的猪皮肤切片，污染方案和擦拭物试验如前所述。用基于棉花的擦拭物捕获试验处理后，从猪皮中回收烟曲霉，其中活性
擦拭物含有cona凝集素，以1:10系列稀释剩余污染物后接种到马铃薯-葡萄糖琼脂上，用菌落形成单位测量(图11)。在30℃下培养24小时后进行菌落计数分析。图11显示了用基于棉花的擦拭物捕获试验处理后从猪皮中回收的烟曲霉819菌株，其中活性擦拭物含有cona凝集素。