用于纳米颗粒的有效分散的材料和方法与流程

用于纳米颗粒的有效分散的材料和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年3月20日提交的美国临时专利申请62/992,420的优先权，其全文以引用方式并入本文。


背景技术：

3.纳米颗粒是典型特征为尺寸在1纳米至100纳米之间的小颗粒。一般来讲，纳米颗粒是有机材料和无机材料两者的大家族。每种材料具有独特的可调特性，并且因此可以针对特定应用进行选择性设计。纳米颗粒是人眼无法察觉的，并且由于其尺寸较小，所以与散装材料诸如粉末、板材和片材相比具有较大的表面积与体积比。阳离子交换能力、增强扩散、离子吸附和络合等特性在纳米级上得到了增强。
4.纳米材料的使用横跨了从保健和化妆品到环境保护和材料科学的各个行业。例如，矿物纳米颗粒(诸如氧化钛)可以作为具有增强的稳定性的uv防护剂而用于防晒剂。纳米颗粒也可以用于制造脂质体或纳米胶囊、药物递送系统。
5.受益于纳米颗粒的一个行业是油漆和底漆工业。油漆底漆由颜料、粘合剂和溶剂或载体的混合物组成。理想的是，颜料在整个制剂中均匀分散，使得仅需薄薄的一层底漆就能充分覆盖表面。
6.通用的建筑底漆涂料具有两个主要功能。第一个主要功能是增强外涂层美化基材的能力。第二个主要功能是增强耐久性，延长外涂层的寿命。这些功能主要通过提高粘附性来实现，从而带来更好的抗裂性和抗起泡性。另外，关键的性能需求包括：隐藏形貌变化、密封多孔基材、防止原来的颜色透过外涂层显现出来、阻隔气味、在表面和外涂层之间提供粘结层以及减少污渍迁移到外涂层中。
7.用于油漆和涂料的纳米颗粒的示例是二氧化钛(tio2)、银(ag)和二氧化硅(sio2)。二氧化钛纳米颗粒的光催化和疏水特性为涂料提供了自清洁、空气净化和抗uv特性。纳米银可以具有抗微生物特性，而二氧化硅纳米颗粒可以增加油漆和涂料的耐刮擦性和耐火性。
8.在汽车、船舶、化工厂、石油天然气、工业机械和建筑行业中，锌纳米颗粒也在底漆中用作底涂层，以保护钢表面免受腐蚀。与通过在金属与大气湿气之间形成不可渗透的屏障来抵抗腐蚀的常规油漆或环氧树脂不同，富锌底漆通过电气手段提供额外的腐蚀保护。如果油漆在其使用寿命期间被刮擦，则锌将牺牲性地被腐蚀而不是钢被腐蚀。
9.另一个受益于纳米颗粒的行业是石油和天然气工业。向注入溶液中添加某些纳米颗粒诸如tio2基、cuo基、二氧化硅基、氧化铝基和/或碳基纳米颗粒可以显著地有益于提高原油采收率(eor)，具有润湿性反转、流体特性改变、提高圈闭油的流动性、增强砂的固结以及减小储层中的界面张力(ift)等优点。纳米颗粒流体系统还可以被设计用于修复石蜡和沥青质沉积物、聚合物、生物膜和垢，以及用于降低沥青和重油的粘度。
10.虽然纳米颗粒具有无数的益处和用途，但是形成具有均匀分散的纳米颗粒的溶液仍然是一个挑战。纳米颗粒由于例如其静电特性而经常形成称为聚集体和附聚物的簇状
物。键的强度可以发生变化，从共价键到弱静电力或磁力。为了使纳米颗粒组合物达到最佳功效，理想的是纳米颗粒均匀分布且簇集减少。可以使用化学试剂来迫使颗粒分离；然而，需要更环保的方法。
11.生物表面活性剂是作为使用微生物来源的化学品替代合成化学品这一日益增长趋势的一部分的化学品。生物表面活性剂是由微生物产生的一组结构多样的表面活性物质。所有生物表面活性剂都是两亲物。它们由两部分组成：极性(亲水性)部分和非极性(疏水性)基团。生物表面活性剂由于其两亲性结构而可以例如增加疏水性水不溶性物质的表面积、增加此类物质的水生物利用度以及减小界面处的界面张力。因此，生物表面活性剂由于其环保性质和广泛用途而具有在各种应用和行业中替代化学品的潜力。


技术实现要素：

12.本发明提供了用于改善纳米颗粒在例如各种工业、农业和保健应用中利用的组合物中的分散的材料和方法。在一些实施方案中，这些应用包括例如油漆和涂料、石油和天然气注入流体、农产品和药物。
13.在优选的实施方案中，提供了纳米颗粒组合物，其包含一种或多种slp分子(例如，酸性slp(asl)、内酯型slp(lsl)和/或slp的二乙酰化、单乙酰化或酯化形式)和/或包含slp分子的酵母培养物。
14.在某些实施方案中，纳米颗粒组合物包含一种或多种纳米颗粒，诸如颜料/染料、金属纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、脂质体纳米颗粒或本领域已知的另一类型的纳米颗粒。
15.在某些实施方案中，本发明利用了酵母菌株和/或其生长副产物。本发明提供了例如微生物基产品，其包含培养的熊蜂生斯塔莫酵母(starmerella bombicola)atcc 22214和/或该微生物的生长产物。
16.在某些实施方案中，组合物中的酵母可以是无活性的，并且/或者处于各种生长状态，诸如营养形式或孢子形式。
17.在一个实施方案中，本发明提供了用于制备改善的底漆组合物的材料和方法，这些改善的底漆组合物包含一种或多种微生物生长副产物和/或微生物培养物。本发明还涉及包含一种或多种微生物生长副产物和/或微生物培养物的底漆组合物。在某些实施方案中，底漆组合物包含slp分子和/或包含slp分子的酵母培养物。在某些实施方案中，组合物包含传统的底漆成分，包括例如溶剂、颜料/染料、缓冲剂、树脂和/或ph调节剂。
18.在优选的实施方案中，提供了改善油漆底漆的方法，这些方法包括将slp和/或包含slp的酵母培养物添加到油漆底漆中。在某些实施方案中，slp和/或酵母培养物的添加增强了油漆底漆在施加到表面和/或物体时的性能和/或持久性。
19.在某些实施方案中，油漆底漆的性能可以通过例如增加底漆的粘附特性、隐藏表面和/或物体的形貌变化、密封多孔表面和/或物体、防止颜色和/或污渍透过底漆渗出以及/或者防止气味散播来增强。
20.在某些实施方案中，油漆底漆的持久性可以通过例如提高底漆的柔性来增强。
21.在某些实施方案中，存在于底漆组合物中的颜料和/或纳米颗粒的分散得到了增强。
22.另外，在优选的实施方案中，改善的油漆底漆可以用于改善该油漆底漆所施用的
物体或表面的性能、外观和/或持久性。例如，在一些实施方案中，根据本发明的底漆组合物的施用可以通过防止活生物体或非活物质造成的污染来增强表面和/或物体的持久性。
23.本发明还提供了用于石油和天然气工业的注入流体，其中纳米颗粒与生物表面活性剂(诸如槐糖脂)组合。可以将注入流体引入到含烃储层中，以例如迫使石油从地层孔隙中流出并提高其采收率、去除沉积物以及用作水力压裂裂缝的支撑剂材料。
24.在另一个实施方案中，本发明提供了药物组合物，其中纳米颗粒与生物表面活性剂组合。药物组合物可以是例如治疗剂或疫苗。在某些实施方案中，这些组合物具有增强的穿过血脑屏障(bbb)的能力。
25.在又一个实施方案中，本发明提供了改善的农业组合物，其中生物表面活性剂与纳米颗粒组合。在优选的实施方案中，纳米颗粒包含营养物、微量营养物和/或其他肥料。
26.在某些实施方案中，本发明提供环保的底漆组合物和使用方法，其中这些组合物可以被定制成具有一种或多种特定的功能特性。
附图说明
27.图1示出了如何将底漆或油漆及底漆施加到leneta刮涂卡片的示意图。将kilz底漆施加到卡片的左栏。将含有0.05g/l、0.1g/l、0.5g/l、1g/l或5g/l酸性或内酯型slp的gripper底漆施加到中心栏或右栏。将单层白色油漆施加到红色括弧所包括的区域，形成图2的leneta刮涂卡片。在第一层油漆干燥之后，在leneta卡片下方的蓝色括弧所包括的区域中将第二栏涂料较窄地施加到卡片，形成图3的leneta卡片。
28.图2示出了leneta刮涂卡片的六个测试面板。将单层kilz底漆施加到对照测试面板(#0)的左栏中，并且将单层gripper底漆施加到中心栏和右栏中。在面板a、b、c、d和e的左栏中，施加一层kilz底漆。在面板a、b、c、d和e的中心栏和右栏中，施加一层混合有0.05g/l、0.1g/l、0.5g/l、1g/l或5g/l酸性或内酯型slp的gripper底漆。面板a示出了0.05g/l酸性slp和0.1g/l酸性slp，面板b示出了0.5g/l酸性slp和1g/l酸性slp，面板c展示了5g/l酸性slp和0.05g/l内酯型slp，面板d示出了0.1g/l内酯型slp和0.5g/l内酯型slp，并且面板e展示了1g/l内酯型slp和5g/l内酯型slp。然后，在干燥过夜后，在三栏中的每一栏的底漆层上较窄地刮涂单层优质油漆，得到图2中的刮涂卡片。
29.图3示出了leneta刮涂卡片的六个测试面板，对应于在先前施加的初始底漆层和单层油漆(图2中所示)上额外施加一层优质油漆(总共两层)。
30.图4示出了用于研究油漆颜色渗出的涂有红色油漆的干式墙板。将不含slp的gripper底漆、含5种不同浓度的酸性slp的gripper底漆以及含5种不同浓度的内酯型slp的gripper底漆施加到干式墙。另外，可以在各种底漆组合物上面施加半光内用油漆。
31.图5a至图5e示出了如图4的描述中所描述的施加有各种底漆组合物的板：图5a示出了含0.05g/l内酯型slp或0.1g/l内酯型slp的底漆；图5b示出了含0.5g/l内酯型slp和1g/l内酯型slp的底漆；图5c示出了含5g/l内酯型slp或0.05g/l酸性slp的底漆；图5d示出了含0.1g/l酸性slp或0.5g/l酸性slp的底漆为；并且图5e示出了含1g/l酸性slp或5g/l酸性slp的底漆。
32.图6a至图6e示出了在图5a至图5e中施加底漆之后的下一个步骤，其中将一层优质内用白色油漆施加到干燥的底漆层：图6a示出了在含0.05g/l内酯型slp或0.1g/l内酯型
slp的底漆层上的白色油漆层；图6b示出了在含0.5g/l内酯型slp或1g/l内酯型slp的底漆层上的白色油漆层；图6c示出了在含5g/l内酯型slp或0.05g/l酸性slp的底漆层上的白色油漆层；图6d示出了在含0.1g/l酸性slp或0.5g/l酸性slp的底漆层上的白色油漆层；并且图6e示出了在含1g/l酸性slp或5g/l酸性slp的底漆层上的白色油漆层。
具体实施方式
33.本发明提供了用于改善纳米颗粒组合物的材料和方法。具体地，本发明提供了用于制备包含一种或多种微生物生长副产物和/或微生物培养物的纳米颗粒组合物的材料和方法。本发明还涉及包含一种或多种微生物生长副产物和/或微生物培养物的纳米颗粒组合物。在某些实施方案中，组合物可以包含slp分子和/或包含slp分子的酵母培养物。
34.纳米颗粒组合物可以用于改善使用纳米颗粒的以下示例性领域中的任一个领域：
[0035]-3d打印
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分子标记
[0036]-纺织品
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mri造影剂
[0037]-生物医学制剂和研究
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ir造影剂
[0038]-保健
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抗氧化剂
[0039]-食品生产
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阻气涂料
[0040]-农业
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自清洁建筑表面
[0041]-工业制剂
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显示用纳米荧光粉
[0042]-电子器件
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超塑性陶瓷
[0043]-环境
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化学机械平坦化
[0044]-可再生能源
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高灵敏度传感器
[0045]-药物递送
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量子激光器
[0046]-癌症治疗递送
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污染监测传感器
[0047]-抗菌剂
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汽车催化剂
[0048]-杀真菌剂
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燃料添加剂催化剂
[0049]-uv防护
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染料敏化太阳能电池
[0050]-防uv纺织品
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涂层太阳能电池
[0051]-防晒剂
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自清洁纺织品
[0052]-食品包装
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营养品
[0053]-工业催化剂
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功能性食品
[0054]-量子计算机
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增强塑料
[0055]-废水处理
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电子电路的纳米级图案化
[0056]-制氢光催化剂
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高密度数据存储
[0057]-锂离子电池电极
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燃料电池催化
[0058]-医用纺织品
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石油和天然气采收
[0059]-骨骼生长
[0060]
在一个具体实施方案中，本发明提供了例如改善物体和/或表面的性能、外观和/或持久性的底漆组合物，其中这些底漆组合物除了包含一种或多种传统底漆成分之外，还包含slp分子(例如，酸性slp(asl)、内酯型slp(lsl)和/或slp的二乙酰化、单乙酰化或酯化
形式)和/或酵母培养物。
[0061]
选择的定义
[0062]
如本文所用，增强纳米颗粒的“分散”是指促进悬浮在整个流体中的纳米颗粒的基本上均匀的分布。促进基本上均匀的分布是指降低纳米颗粒一起聚集成附聚物和/或聚集体的程度以及/或者减小此类簇状物的尺寸和/或数量。附聚物是通过例如范德华力而受到弱束缚的颗粒的可逆集合，而聚集体则由通过更强的共价键保持在一起的颗粒组成。
[0063]
在一些实施方案中，纳米颗粒在根据本发明制备的组合物中的分散程度可以通过例如ζ电势来测量，其中具有高ζ电势绝对值的悬浮液被认为是“分散良好的”。参见fairhurst 2013，其通过引用方式并入本文。
[0064]
如本文所用，术语“槐糖脂”、“槐糖脂分子”、“slp”或“slp分子”包括slp分子的所有形式及其异构体，包括例如酸性(线性)slp(asl)和内酯型slp(lsl)；还包括slp分子的所有可能的衍生物，包括例如单乙酰化slp、二乙酰化slp、酯化slp、具有不同疏水链长度的slp、附接有脂肪酸-氨基酸络合物的slp以及本公开中描述的其他衍生物。
[0065]
如本文所用，“微生物基组合物”是指包含由于微生物或其他细胞培养物的生长而产生的组分的组合物。因此，微生物基组合物可以包含微生物本身和/或微生物生长的副产物。微生物可以是营养状态、孢子形式、菌丝形式、任何其他繁殖体形式或这些的混合物。微生物可以是浮游的或生物膜形式或者两者的混合。例如，生长副产物可以是代谢物、细胞膜成分、表达的蛋白质和/或其他细胞成分。微生物可以是完整的或裂解的。微生物可以存在于组合物中或从组合物中去除。微生物可以与培养它们的培养液一起存在于微生物基组合物中。细胞可以例如每毫升组合物中至少1
×
104、1
×
105、1
×
106、1
×
107、1
×
108、1
×
109、1
×
10
10
、1
×
10
11
、1
×
10
12
或更多cfu的浓度存在。
[0066]
本发明还提供了“微生物基产品”，该微生物基产品是将在实践中应用以实现期望结果的产品。该微生物基产品可以仅仅是从微生物培养过程中收获的微生物基组合物。另选地，该微生物基产品可以包括已添加的其他成分。例如，这些附加成分可以包括稳定剂、缓冲剂、合适的载体(诸如水、盐溶液或任何其他合适的载体)、为支持微生物进一步生长而添加的营养物、非营养生长促进剂(诸如植物激素)和/或有助于在其所施用的环境中跟踪微生物和/或组合物的试剂。该微生物基产品还可以包含微生物基组合物的混合物。该微生物基产品还可以包含微生物基组合物的一种或多种组分，已经以某种方式(诸如但不限于过滤、离心、裂解、干燥、纯化等)对该一种或多种组分进行了加工。
[0067]
如本文所用，“生物膜”是微生物诸如细菌的复杂聚集体，其中细胞使用胞外多糖基质彼此粘附和/或粘附到表面。生物膜中的细胞在生理学上不同于相同生物体的浮游细胞，这些浮游细胞是可以在液体培养基中漂浮或游动的单细胞。
[0068]
如本文所用，“收获”是指从生长容器中去除微生物基组合物的一些或全部。
[0069]
如本文所用，“分离的”或“纯化的”核酸分子、多核苷酸、多肽、蛋白质或有机化合物诸如小分子(例如，下文描述的那些)基本上不含与其天然结合的其他化合物(诸如细胞物质)。纯化或分离的多核苷酸(核糖核酸(rna)或脱氧核糖核酸(dna))不含在其天然存在状态下位于其侧翼的基因或序列。纯化或分离的多肽不含在其天然存在状态下位于其侧翼的氨基酸或序列。分离的微生物菌株是指该菌株从其天然存在的环境中去除。因此，分离的菌株可以作为例如生物学上纯净的培养物或作为与载体结合的孢子(或其他形式的菌株)
而存在。
[0070]
在某些实施方案中，按重量计，纯化的化合物至少是60％的感兴趣化合物。优选地，按重量计，制剂是至少75％、更优选地至少90％并且最优选地至少98％的感兴趣化合物。例如，纯化的化合物是指按重量计占所需化合物的至少80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、98％、99％或100％(w/w)的化合物。通过任何合适的标准方法(例如，柱色谱法、薄层色谱法或高效液相色谱法(hplc)分析)测量纯度。
[0071]“代谢物”是指由代谢产生的任何物质或参与特定代谢过程所必需的物质。代谢物可以是作为代谢的起始材料、中间体或终产物的有机化合物。代谢物的示例包括但不限于酶、酸、溶剂、醇、蛋白质、维生素、矿物质、微量元素、氨基酸、生物聚合物和生物表面活性剂。
[0072]
本文提供的范围应理解为该范围内的所有值的简写。例如，1至20的范围应理解为包括来自1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20的任何数字、数字组合或子范围以及介于上述整数之间的所有小数值(诸如，1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和1.9)。至于子范围，特别考虑了从范围的任一端点延伸的“嵌套子范围”。例如，示例性范围1至50的嵌套子范围可以在一个方向上包括1至10、1至20、1至30和1至40或者在另一方向上包括50至40、50至30、50至20和50至10。
[0073]
如本文所用，“减少”是指负变化，并且“增加”是指正变化，其中该正变化或负变化为至少0.001％、0.01％、0.1％、0.5％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％。
[0074]
如本文所用，“表面活性剂”是指降低两种液体之间或液体与固体之间的表面张力(或界面张力)的化合物。表面活性剂充当例如洗涤剂、润湿剂、乳化剂、发泡剂和/或分散剂。“生物表面活性剂”是由活细胞产生的表面活性物质。
[0075]
过渡术语“包括”与“包含”或“含有”同义，是包含性的或开放式的，并且不排除其他未列举的要素或方法步骤。相比之下，过渡短语“由...组成”排除了权利要求中未指定的任何要素、步骤或成分。过渡短语“基本上由...组成”将权利要求的范围限制在指定的材料或步骤以及“那些实质上不影响本要求保护的发明的基本和新颖特征的材料或步骤”。术语“包括”的使用考虑了“由”或“基本上由”列举的组分组成的其他实施方案。
[0076]
除非特别说明或从上下文显而易见，否则本文所用的术语“或”应理解为包含性的。除非特别说明或从上下文显而易见，否则本文所用的术语“一个”和“该”应理解为单数或复数。
[0077]
除非特别说明或从上下文显而易见，本文所用的术语“约”应理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。“约”可理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非上下文中另有明确说明，否则本文提供的所有数值均由术语“约”修饰。
[0078]
如本文所用，“底漆”、“底涂层”、“油漆底漆”或“建筑底漆”是最初施加到物体或表面以准备施加“终饰涂层”的涂料。终饰涂层可以是油漆、着色剂、清漆或亮漆等材料，其被设计用作保护层或用作添加颜色或纹理的手段。底漆传统上被设计成增加终饰涂层对表面的粘附性、提高终饰涂层的持久性或添加额外的保护特性。
[0079]
如本文所用，“粘结层”是充当底涂层和终饰涂层之间的桥梁的材料层。粘结层使
各层彼此粘合或提高其间的粘附性，或者使层与其所施用的表面粘合或提高其间的粘附性。
[0080]
如本文所用，“树脂”是指高度粘稠或固体的化合物，优选合成来源的化合物，其可以用于底漆组合物以在施用时固化底漆。
[0081]
如本文所用，术语“柔性”在底漆组合物的上下文中是指底漆在不破裂或起泡的情况下移动或弯曲(包括由于其所施用的物体的膨胀或收缩而移动或弯曲)的能力。
[0082]
根据本发明，材料(包括活生物体或非活物质)的有害积聚导致了“污染”过程。“污染”可导致堵塞、结垢或其他不期望的堆积。“污染”可影响物体的效率、可靠性或功能性。
[0083]
本文中变量的任何定义中的化学基团列表的描述包括作为任何单个基团或所列基团的组合的变量的定义。本文中变量或方面的实施方案的描述包括作为任何单个实施方案或与任何其他实施方案或其部分组合的实施方案。
[0084]
本文引用的所有参考文献的全部内容都通过引用并入本文。
[0085]
纳米颗粒组合物
[0086]
在优选的实施方案中，本发明提供了改善的纳米颗粒组合物，其除了包含一种或多种纳米颗粒成分之外，还包含一种或多种微生物生长副产物和/或微生物培养物。
[0087]
在某些实施方案中，根据本发明的组合物和方法除了利用一种或多种传统底漆成分之外，还利用槐糖脂生物表面活性剂和/或包含槐糖脂的酵母培养物。
[0088]
组合物的slp可以是例如内酯型、线性、单乙酰化内酯型或线性的槐糖脂，以及/或者二乙酰化内酯型或线性的槐糖脂。在某些实施方案中，组合物包含多于一种slp分子。
[0089]
槐糖脂是糖脂生物表面活性剂，其由例如斯塔莫酵母属演化支的各种酵母产生。slp由连接到长链羟基脂肪酸的二糖槐糖组成。它们可以包含以β-糖苷的方式附接到17-l-羟基十八烷酸或17-l-羟基-δ9-十八碳烯酸的部分乙酰化的2-o-β-d-吡喃葡萄糖基-d-吡喃葡萄糖单元。羟基脂肪酸通常有16个或18个碳原子，并且可以含有一个或多个不饱和键。此外，槐糖残基可以在6-位和/或6'-位乙酰化。脂肪酸羧基基团可以是游离的(酸性或线性形式(通式1))或是在4
″‑
位内酯化的(内酯型形式(通式2))。熊蜂生斯塔莫酵母(s.bombicola)产生一种称为熊蜂生斯塔莫酵母内酯酯酶的特异性酶，它催化线性slp的酯化以产生内酯型slp。
[0090][0091]
其中r1和r1′
独立地表示具有8个至20个、具体地12个至18个碳原子、更优选地14个至18个碳原子的饱和烃链或者单不饱和或多不饱和(具体地单不饱和)烃链，其可以是直链或支链的，并且可以包含一个或多个羟基基团；r2和r2′
独立地表示氢原子或具有1个至9个碳原子、更优选地1个至4个碳原子的饱和烷基官能团或者单不饱和或多不饱和(具体地单不饱和)烷基官能团，其可以是直链或支链的，并且可以包含一个或多个羟基基团；并且r3、
r3′
、r4和r4′
独立地表示氢原子或乙酰基基团。
[0092]
由于slp的结构和组成，这些生物表面活性剂具有优异的表面张力和界面张力降低特性以及其他有益的生物化学特性，其可以在大规模工业和农业用途、化妆品、家用产品、健康、医学和药学领域以及石油和天然气采收等应用中用作化学表面活性剂的替代物。
[0093]
槐糖脂可以是纯化形式或发酵产物的混合物。可以0.01重量％至90重量％(wt％)、优选地0.1重量％至50重量％、更优选地0.1重量％至20重量％的浓度添加槐糖脂。在另一个实施方案中，纯化的slp可以与可接受的载体组合，其中slp以0.001％至50％(v/v)、优选地0.01％至20％(v/v)、更优选地0.02％至5％(v/v)的浓度存在。
[0094]
在某些实施方案中，按重量计，本发明的生物表面活性剂含量在约0.0001％至99.9％、0.001％至90％、0.01％至85％、0.015％至80％、0.1％至75％、0.15％至70％、0.2％至65％、0.25％至60％、0.3％至55％、0.35％至50％、0.4％至45％、0.45％至40％、0.5％至35％、0.55％至30％、0.6％至25％或0.65％至20％的范围内。
[0095]
在某些实施方案中，根据本发明的生物表面活性剂分子和/或胶束的尺寸小于10nm、优选地小于8nm、更优选地小于5nm。在一个具体实施方案中，该尺寸为0.8nm至1.5nm，或约1.0nm至1.2nm。有利地，这样的小尺寸允许促进生物表面活性剂渗透到纳米级的空间和孔隙(诸如在地下含油地层中、动植物细胞之间、细胞膜中和生物膜基质中的那些空间和孔隙)中。
[0096]
本发明利用了用于培养微生物和制备微生物代谢物和/或其他微生物生长副产物的方法。微生物培养系统通常使用深层培养发酵；然而，也可以使用表面培养和混合系统。如本文所用，“发酵”是指细胞在受控条件下的生长。生长可以是好氧的或厌氧的。
[0097]
根据本发明所利用的微生物可以是天然的或转基因的微生物。例如，可以用特定基因转化微生物以表现出特定的特征。微生物也可以是所需菌株的突变体。如本文所用，“突变体”是指参照微生物的菌株、遗传变体或亚型，其中与参照微生物相比，突变体具有一种或多种遗传变异(例如，点突变、错义突变、无义突变、缺失、复制、移码突变或重复扩增)。制备突变体的方法是微生物学领域公知的。例如，为此目的广泛采用了uv诱变和亚硝基胍。
[0098]
在某些实施方案中，微生物是任何酵母或真菌。根据本发明适合使用的酵母和真菌物种的示例包括但不限于：无柄孢子属(acaulospora)、曲霉属(aspergillus)、短梗霉属(aureobasidium)(例如，出芽短梗霉(pullulans))、布拉霉属(blakeslea)、假丝酵母属(candida)(例如，白色念珠菌(c.albicans)和蜂生假丝酵母(c.apicola))、隐球菌属(cryptococcus)、德巴利氏酵母属(debaryomyces)(例如，汉逊德巴利氏酵母(d.hansenii))、虫霉属(entomophthora)、镰刀菌属(fusarium)、有孢汉逊酵母属(hanseniaspora)(例如，葡萄有孢汉逊酵母(h.uvarum))、汉逊酵母属(hansenula)、伊萨酵母属(issatchenkia)、克鲁维酵母属(kluyveromyces)、被孢霉属(mortierella)、毛霉属(mucor)(例如，梨形毛霉(m.piriformis))、迈耶氏酵母属(meyerozyma)(例如，季也蒙迈耶氏酵母(m.guilliermondii))、青霉属(penicillium)、腐霉属(phythium)、须霉属(phycomyces)、毕赤酵母属(pichia)(例如，异常毕赤酵母(p.anomala)、季也蒙毕赤酵母(p.guilliermondii)、西方毕赤酵母(p.occidentalis)和库德里阿兹威氏毕赤酵母(p.kudriavzevii))、拟酵母属(pseudozyma)(例如，蚜虫拟酵母(p.aphidis))、根霉属(rhizopus)、酵母属(saccharomyces)(例如，酿酒酵母(s.cerevisiae)、布拉迪酵母
(s.boulardii sequela)和圆酵母(s.torula))、斯塔莫酵母属(starmerella)(例如，熊蜂生斯塔莫酵母(s.bombicola))、球拟酵母属(torulopsis)、破囊壶菌(thraustochytrium)、木霉菌属(trichoderma)(例如，里氏木霉(t.reesei)、哈茨木霉(t.harzianum)、和绿木霉(t.virens))、黑粉菌属(ustilago)(例如，玉米黑粉菌(u.maydis))、威克汉姆酵母属(wickerhamomyces)(例如，异常威克汉姆酵母(w.anomalus))、拟威尔酵母属(williopsis)和结合酵母属(zygosaccharomyces)(例如，拜耳结合酵母(z.bailii))。
[0099]
在某些实施方案中，微生物是斯塔莫酵母属酵母和/或假丝酵母菌属酵母，例如熊蜂生斯塔莫(假丝)酵母、蜂生假丝酵母菌或巴蒂斯塔念珠菌(candida batistae)、居花假丝酵母(candida floricola)、瑞奥多念珠菌(candida riodocensis)、星状假丝酵母(candida stellate)和/或钜念珠菌(candida kuoi)。在一个具体实施方案中，微生物是熊蜂生斯塔莫酵母，例如菌株atcc 22214。
[0100]
在一个实施方案中，本发明提供了用于制备生物质(例如，活细胞物质)、细胞外代谢物(例如，小分子和分泌的蛋白质)、残余营养物和/或细胞内组分(例如，酶和其他蛋白质)的材料和方法。
[0101]
根据本发明采用的微生物生长容器可以是任何工业用发酵罐或培养反应器。在一个实施方案中，容器可以具有功能性控制器/传感器，或者可以与功能性控制器/传感器连接以测量培养过程中的重要因素诸(诸如ph、氧气、压力、温度、搅拌器轴功率、湿度、粘度和/或微生物密度和/或代谢物浓度)。
[0102]
在另一个实施方案中，容器还能够监测容器内微生物的生长(例如，测量细胞数量和生长期)。另选地，可以从容器中取出每日样本，并通过本领域已知的技术(诸如稀释平板涂布技术)进行计数。稀释平板涂布是用于估计样品中细菌数量的简单技术。该技术还可以提供一个指标，通过该指标可以比较不同的环境或处理。
[0103]
在一个实施方案中，该方法包括在培养过程中补充氮源。例如，氮源可以是硝酸钾、硝酸铵、硫酸铵、磷酸铵、氨、尿素和/或氯化铵。这些氮源可以单独使用或两种或两种以上组合使用。
[0104]
培养方法可以对生长中的培养物进行充氧。一个实施方案利用空气的慢动作来去除包括含氧量低的空气并引入充氧空气。充氧空气可以是通过机械装置每天补充的环境空气，这些机械装置包括用于机械搅动液体的叶轮以及用于向液体供应气泡以将氧气溶解到液体中的曝气器。
[0105]
该方法还可以包括为培养补充碳源。碳源通常是碳水化合物(诸如葡萄糖、蔗糖、乳糖、果糖、海藻糖、甘露醇和/或麦芽糖)、有机酸(诸如乙酸、富马酸、柠檬酸、丙酸、苹果酸、丙二酸和/或丙酮酸)、醇(诸如乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、异丁醇和/或甘油)以及脂肪和油(诸如大豆油、米糠油、橄榄油、玉米油、芝麻油和/或亚麻籽油)。这些碳源可以单独使用，也可以两种或两种以上组合使用。
[0106]
在一个实施方案中，培养基中含有微生物的生长因子和微量营养物。在一个实施方案中，还可以含有无机盐。在某些实施方案中，培养方法还可以包括在培养过程之前和/或期间在液体培养基中添加额外的酸和/或抗微生物剂。将抗微生物剂或抗生素用于保护培养物免受污染。另外，还可以添加消泡剂以防止在培养期间产生气体时形成和/或积聚泡沫。
[0107]
混合物的ph值应适合所需的微生物。缓冲剂和ph调节剂(诸如碳酸盐和磷酸盐)可以用于将ph值稳定在优选的值附近。当金属离子以高浓度存在时，可能需要在液体培养基中使用螯合剂。
[0108]
微生物可以浮游形式或作为生物膜生长。在生物膜的情况下，容器内可以有基质，微生物可以在该基质上以生物膜状态生长。该系统还可以具有例如施加刺激(例如剪切应力)的能力，该刺激可以促进和/或改善生物膜生长特性。
[0109]
在一个实施方案中，用于培养微生物的方法在约5℃至约100℃、优选地15℃至60℃、更优选地25℃至50℃的温度下进行。在另一个实施方案中，培养可以在恒温下连续进行。在另一个实施方案中，培养过程中可以改变温度。
[0110]
在一个实施方案中，该方法和培养过程中使用的设备是无菌的。培养设备(诸如反应器/容器)可以与灭菌装置(诸如高压灭菌器)分开，但与之相连。培养设备还可以具有在开始接种之前进行原位灭菌的灭菌单元。可以通过本领域已知的方法对空气进行灭菌。例如，环境空气在被引入容器之前可以穿过至少一个过滤器。在其他实施方案中，可以对培养基进行巴氏灭菌，或者任选地根本不进行加热，其中可以利用低水活度和低ph值来控制细菌生长。
[0111]
发酵培养液的生物质含量可以为例如5g/l至180g/l或更大。在一个实施方案中，培养液的固体含量为10g/l至150g/l。
[0112]
在一个实施方案中，底漆组合物包含根据本发明方法制备的酵母培养物。
[0113]
在一个实施方案中，本发明还提供了用于制备微生物代谢物(诸如乙醇、乳酸、β-葡聚糖、蛋白质、肽、代谢中间物、多不饱和脂肪酸、生物表面活性剂和脂质)的方法。通过该方法产生的代谢物含量可以为例如至少20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。
[0114]
由感兴趣的微生物产生的微生物生长副产物可以保留在微生物中或分泌到液体培养基中。在另一个实施方案中，用于制备微生物生长副产物的方法还可以包括浓缩和纯化感兴趣微生物生长副产物的步骤。在另一个实施方案中，液体培养基可以含有稳定微生物生长副产物的活性的化合物。
[0115]
在优选的实施方案中，微生物生长副产物是生物表面活性剂。根据本发明的特定生物表面活性剂包括例如低分子量的糖脂(gl)、脂肽(lp)、黄素脂(fl)、磷脂以及高分子量的聚合物诸如脂蛋白、脂多糖-蛋白质络合物和多糖-蛋白质-脂肪酸络合物。
[0116]
在一个实施方案中，微生物表面活性剂是糖脂，诸如鼠李糖脂(rlp)、槐糖脂(slp)、海藻糖脂或甘露糖赤藓糖醇脂(mel)。在一个实施方案中，微生物表面活性剂是脂肽，诸如伊枯草菌素、芬荠素或枯草菌表面活性素。
[0117]
在一个实施方案中，在培养完成时(例如，在培养液中达到期望的细胞密度或特定代谢物的密度时)去除所有微生物培养组合物。在这个分批过程中，在收获第一批次时，开始一个全新的批次。
[0118]
在另一个实施方案中，在任一时间仅去除一部分发酵产物。在该实施方案中，具有活细胞的生物质新培养批次的接种剂保留在容器中。被去除的组合物可以是无细胞培养液或含有细胞。这样，产生了准连续系统。
[0119]
有利地是，该方法不需要复杂的设备或很高的能量消耗。所需的微生物可以小规模或大规模地就地培养和利用，甚至仍与它们的培养基混合在一起。类似地，微生物代谢物
也可以在需要的位置处大量产生。
[0120]
有利地，微生物基产物可以在偏远位置产生。微生物生长设施可以通过利用例如太阳能、风能和/或水力发电而脱离电网运行。
[0121]
在一些实施方案中，本发明组合物的纳米颗粒成分的尺寸为约0.5纳米至约1,000纳米、约1纳米至约750纳米、约1.5纳米至约500纳米、约2纳米至约250纳米或约2.5纳米至约150纳米。
[0122]
在一些实施方案中，纳米颗粒的尺寸是指纳米颗粒的直径或近似直径。对于纳米颗粒群，纳米颗粒的尺寸也可以称为z-平均粒度，其可以根据本领域技术人员已知的常规方案进行测量。
[0123]
在一些实施方案中，通过动态光散射(dls)(z-平均)测量尺寸。在一些实施方案中，通过tem(透射电子显微镜)测量尺寸。
[0124]
在一些实施方案中，组合物中纳米颗粒成分的总量为总组合物的约0.001重量％至约50重量％、约0.01重量％至约25重量％、约0.05重量％至约20重量％、约0.1重量％至约15重量％、约0.5重量％至约10重量％或约1重量％至约5重量％。
[0125]
根据本发明的纳米颗粒成分的示例性类型可以包括例如脂质体基纳米颗粒、金属纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、无机纳米颗粒、病毒纳米颗粒、脂质基纳米颗粒、纳米颗粒白蛋白结合技术、量子点、纳米管、无机半导体纳米晶体、金属纳米球以及本领域已知的其他类型。
[0126]
在一个实施方案中，纳米颗粒组合物可以包含带正电荷的纳米颗粒和带负电荷的纳米颗粒，其比率为1:10至10:1。
[0127]
在某些实施方案中，纳米颗粒成分可以包含例如带正电荷和/或带负电荷的离子；铝铈氧化物纳米颗粒；氢氧化铝纳米颗粒；氢氧化铝氧化物纳米颗粒；铝；铝纳米颗粒；氮化铝纳米颗粒；氧化铝纳米颗粒；硅烷涂覆的氧化铝纳米颗粒；钛酸铝纳米颗粒；掺铝氧化锌纳米颗粒；锑纳米颗粒；氧化锑纳米颗粒；氧化锡锑(ato)纳米颗粒；氧化砷纳米颗粒；铁钡氧化物纳米颗粒；氧化钡纳米颗粒；钛酸锶钡纳米颗粒；硫酸钡纳米颗粒；钛酸钡纳米粉末；锆酸钡纳米颗粒；铍纳米颗粒；氧化铍纳米颗粒；铋钴锌氧化物纳米颗粒；铋纳米颗粒；氧化铋纳米颗粒；碳化硼纳米颗粒；硼纳米颗粒；氮化硼纳米颗粒；氧化硼纳米颗粒；氧化镉纳米颗粒；碳酸钙纳米颗粒；氯化钙纳米颗粒；磷酸氢钙纳米粉末；氧化钙纳米颗粒；磷酸钙纳米颗粒；钛酸钙纳米颗粒；锆酸钙纳米颗粒；炭黑纳米颗粒；碳纳米颗粒；碳纳米管；铈纳米颗粒；掺钙氧化铈纳米粉末；掺钆氧化铈纳米粉末；掺钐氧化铈纳米粉末；掺钇氧化铈纳米粉末；氧化铈锆纳米颗粒；氧化铯纳米颗粒；碳化铬纳米颗粒；铬钴铁纳米颗粒；铬纳米颗粒；硝酸铬纳米粉末；氧化铬纳米颗粒；cis纳米颗粒；c-mite氧化铈纳米颗粒；钴铝氧化物纳米颗粒；钴铁纳米颗粒；钴铁氧化物纳米颗粒；钴铁氧化物纳米颗粒；钴铁锌氧化物纳米颗粒；钴纳米颗粒；氧化钴(ii)纳米颗粒；氧化钴(ii,iii)纳米颗粒；氧化钴(iii)纳米颗粒；铜铝氧化物纳米颗粒；铜铟镓硒纳米颗粒；铜铁氧化物纳米颗粒；铜纳米颗粒；铜镍纳米颗粒；氧化铜纳米颗粒；铜锡合金纳米颗粒；铜锌铁氧化物纳米颗粒；铜锌纳米颗粒；铜锌合金纳米粉末；金刚石纳米颗粒；镝纳米颗粒；氧化镝纳米颗粒；铒纳米颗粒；铕纳米颗粒；氧化铕纳米颗粒；铁磁流体；富勒烯粉末；钆纳米颗粒；氧化钆纳米颗粒；锑化镓纳米颗粒；砷化镓纳米颗粒；硝酸镓纳米颗粒；氧化镓纳米颗粒；掺镓氧化锌纳米颗粒；锗纳米颗粒；氧化锗纳米
颗粒；金纳米颗粒；炭黑载金纳米颗粒；二氧化钛载金纳米颗粒；氧化金纳米颗粒；石墨纳米颗粒；铪纳米颗粒；氧化铪纳米颗粒；钬纳米颗粒；氧化钬纳米粉末；羟基磷灰石纳米颗粒；氢氧化铟纳米颗粒；铟纳米颗粒；氧化铟纳米颗粒；磷化铟纳米颗粒；氧化铟锡纳米颗粒；铱纳米颗粒；氧化铱纳米颗粒；铁钴纳米粉末；氢氧化铁氧化物纳米颗粒；铁纳米颗粒；铁镍铜纳米颗粒；铁镍纳米颗粒；铁镍氧化物纳米颗粒；氧化铁(ii,iii)纳米颗粒；氧化铁(iii)纳米颗粒；六硼化镧纳米颗粒；镧纳米颗粒；镍酸镧纳米颗粒；掺锶镍酸镧纳米粉末；氧化镧纳米颗粒；镧锶锰氧化物纳米颗粒；镧锶锰氧化物纳米粉末；三氟化镧纳米颗粒；铅纳米颗粒；氧化铅纳米颗粒；碳酸锂纳米颗粒；锂钴氧化物纳米颗粒；磷酸铁锂纳米颗粒；锂锰氧化物纳米颗粒；锂纳米颗粒；氧化锂纳米颗粒；钛酸锂纳米颗粒；钛酸锂尖晶石纳米粉末；钒酸锂纳米微粒；镥纳米颗粒；氧化镥纳米颗粒；铝酸镁尖晶石纳米颗粒；镁铝氧化物纳米颗粒；氢氧化镁纳米颗粒；镁铁氧化物纳米颗粒；镁纳米颗粒；氧化镁纳米颗粒；镁锌铁氧化物纳米颗粒；氧化铁锰纳米颗粒；锰纳米颗粒；氧化锰纳米颗粒；锰钛氧化物纳米颗粒；锰锌铁氧化物纳米颗粒；碳化钼纳米粉末；钼纳米颗粒；氧化钼纳米颗粒；硫化钼纳米颗粒；钕纳米颗粒；氧化钕纳米颗粒；镍铬氧化物纳米颗粒；镍钴铬纳米颗粒；镍钴铁氧化物纳米颗粒；镍钴氧化物纳米颗粒；氢氧化镍纳米颗粒；镍纳米颗粒；氢氧化镍纳米粉末；镍钛纳米粉末；镍锌铁氧化物纳米颗粒；氧化镍(ii)纳米颗粒；氧化镍(iii)纳米颗粒；硼化铌纳米颗粒；碳化铌纳米颗粒；铌纳米颗粒；氮化铌纳米颗粒；氧化铌纳米颗粒；锇纳米颗粒；氧化锇纳米颗粒；钯纳米颗粒；包封在氢氧化铝基质中的钯纳米颗粒；氧化钯纳米颗粒；铂纳米颗粒；炭黑载铂纳米颗粒；二氧化钛载铂纳米颗粒；氧化铂纳米颗粒；氧化钾纳米颗粒；镨纳米颗粒；氧化镨纳米颗粒；铼纳米颗粒；氧化铼纳米颗粒；包封在氢氧化铝基质中的铑纳米颗粒；氧化铑纳米颗粒；氧化铷纳米颗粒；钌纳米颗粒；氧化钌纳米颗粒；钐纳米颗粒；氧化钐纳米颗粒；钐锶钴氧化物纳米颗粒；钪纳米颗粒；氧化钪纳米颗粒；硒纳米颗粒；氧化硒纳米颗粒；二氧化硅；硅铝纳米颗粒；碳化硅纳米颗粒；氮化硅纳米粉末；氧化钌纳米颗粒；硅纳米颗粒；氮化硅纳米颗粒；氧化硅纳米颗粒；银铜纳米粉末；银纳米颗粒；氧化银纳米颗粒；银铂纳米颗粒；银锡合金纳米颗粒；氧化钠纳米颗粒；不锈钢纳米颗粒；锶铝氧化物纳米颗粒；碳酸锶纳米颗粒；锶铁氧体纳米颗粒；氧化锶铁纳米颗粒；锶纳米颗粒；氧化锶纳米颗粒；钛酸锶纳米颗粒；硫纳米颗粒；碳化钽纳米颗粒；钽纳米颗粒；氧化钽纳米颗粒；碲纳米颗粒；氧化碲纳米颗粒；铽纳米颗粒；氧化铽纳米颗粒；铊纳米颗粒；氧化铊纳米颗粒；氧化钍纳米粉末；铥纳米颗粒；氧化铥纳米颗粒；锡纳米颗粒；氧化锡纳米粉末；锡银铜纳米颗粒；硼化钛纳米颗粒；硼化钛-碳化硼纳米颗粒；硼化钛-碳化硼-硼化钨纳米颗粒；钛硼氧化物纳米颗粒；硼化钛纳米颗粒；碳化钛纳米颗粒；钛碳纳米颗粒；硝酸钛碳纳米颗粒；碳氮化钛纳米颗粒；钛纳米颗粒；氮化钛纳米颗粒；氧化钛纳米颗粒；锐钛矿纳米粉末；二氧化钛金红石纳米粉末；硅酸钛纳米颗粒；氧化钛(iv)、金红石与锐钛矿纳米颗粒的混合物；碳化钨-钴纳米颗粒；碳化钨纳米颗粒；二硫化钨纳米颗粒；钨纳米颗粒；氧化钨纳米粉末；硫化钨纳米颗粒；碳化钒纳米颗粒；钒纳米颗粒；氮化钒纳米颗粒；氧化钒纳米颗粒；氟化镱纳米颗粒；镱纳米颗粒；氧化镱纳米颗粒；钇稳定的氧化锆纳米颗粒；钇稳定的氧化锆纳米颗粒；铝酸钇纳米颗粒；氧化钇铝纳米颗粒；氧化钇铕纳米颗粒；氧化钇铁纳米颗粒；钇纳米颗粒；氧化钇纳米颗粒；锌铁氧化物纳米颗粒；锌纳米颗粒；氧化锌纳米颗粒；钛酸锌纳米颗粒；碳化锆纳米粉末；氢氧化锆纳米颗粒；锆纳米颗粒；硝酸锆纳米颗粒；氧化锆纳米颗粒；和硅酸锆(iv)纳米颗粒；
[0128]
碳黑纳米粉末；碳电极；碳织物；碳纤维；碳泡沫；碳颗粒；碳纳米颗粒；碳纳米棒；碳纳米管油墨；碳纳米管；碳片；碳粉末；碳渣；铜碳纳米管；双壁碳纳米管；石墨烯；3d石墨烯泡沫；石墨烯单层；石墨烯多层；石墨烯片状纳米颗粒；氧化石墨烯单层；氧化石墨烯纸；氧化石墨烯薄膜；石墨纳米纤维；石墨纳米粉末；石墨膏；石墨粉末；石墨沉淀；石墨棒；石墨刨花；可膨胀石墨；氟化石墨聚合物；微粉石墨；天然无定形石墨；天然鳞片石墨；球形石墨；钛酸锂；硒化锰；介孔碳；多壁碳纳米管；石墨钾；热解石墨；和可调纳米多孔碳；以及
[0129]
颜料、ag np/ag离子、tio2纳米颗粒、掺杂金属的tio2、钛酸盐纳米管、二元混合氧化物、铁基和双金属纳米颗粒。
[0130]
酵母基产品的制备
[0131]
本发明的一种酵母基产品仅仅是含有酵母和/或由酵母产生的微生物代谢物和/或任何残余营养物的发酵培养液。发酵产物可以在不进行提取或纯化的情况下直接使用。如果需要，采用文献中描述的标准提取和/或纯化方法或技术可以很容易地实现提取和纯化。
[0132]
酵母基产品中的酵母可以是活性或非活性形式，或者是它们的混合物。无需进一步稳定、保存和储存就可以使用该酵母基产品。有利地，这些酵母基产品的直接使用保持了微生物的高活力，降低了外来试剂和不期望的微生物造成污染的可能性，并且保持了微生物生长副产物的活性。
[0133]
在一个实施方案中，酵母发酵产物可以通过培养产生生物表面活性剂的酵母(即熊蜂生斯塔莫酵母)而获得。该物种是糖脂生物表面活性剂(诸如slp)的有效生产者。在25℃下培养5天后的发酵培养液可以含有酵母细胞悬浮液以及例如150g/l或更多的糖脂生物表面活性剂。
[0134]
在具体的实施方案中，本发明组合物的生物表面活性剂包含一种或多种糖脂生物表面活性剂。在特定的优选实施方案中，糖脂是槐糖脂。
[0135]
酵母和/或由酵母生长产生的培养液可以从生长容器中去除，并且经由例如管道进行转移，以便立即使用。
[0136]
酵母发酵产物可以包含酵母细胞和发酵培养液，或者其可以包含与酵母细胞分离的发酵培养液。在一个实施方案中，将培养液中的生物表面活性剂或其他生长副产物进一步与培养液分离并进行纯化。
[0137]
在其他实施方案中，考虑到例如预期用途、预期应用方法、发酵罐的尺寸以及从微生物生长设施到使用位置的任何运输模式，可以将组合物(酵母、培养液或者酵母和培养液)置于适当尺寸的容器中。因此，放置酵母基组合物的容器可以是例如1加仑至1,000加仑或更大。在其他实施方案中，容器是2加仑、5加仑、25加仑或更大。
[0138]
在某些实施方案中，本发明的组合物与例如单独的生物表面活性剂相比更具优势，这些优势包括以下中的一者或多者：作为酵母细胞壁外表面的一部分的甘露糖蛋白(甘露糖蛋白是高效生物乳化剂)的浓度较高；酵母细胞壁中存在生物聚合物β-葡聚糖(乳化剂)；以及培养物中存在生物表面活性剂、代谢物和溶剂(例如，乳酸、乙醇、乙酸乙酯等)。
[0139]
根据本发明有用的其他生物表面活性剂和溶剂包括甘露糖蛋白、β-葡聚糖、乙醇、乳酸以及具有例如生物乳化和表面/界面张力降低特性的其他代谢物。
[0140]
在从生长容器中收获酵母基组合物时，可以在将收获的产物置于容器中和/或以
管道运输(或以其他方式运输以供使用)时添加另外的组分。添加剂可以是例如染料、颜料、ph调节剂、缓冲剂、盐、粘附性促进化合物、溶剂(例如，异丙醇、乙醇)、杀生物剂、其他微生物以及其他专用于预期用途的成分。
[0141]
在某些实施方案中，本发明的组合物包含粘合剂，其主要负责底漆对物体的粘附。粘合剂化合物可以选自例如丙烯酸纤维、醇酸、丙烯酸、丙烯酰胺、酚醛、酚醛-醇酸、聚丙烯酰胺、聚氨酯、硅醇酸、聚酯、环氧树脂、乙烯基、醋酸乙烯-乙烯、乙烯基-醇酸粘合剂、无机粘合剂(钠、硅酸乙酯钾、锂等)、有机粘合剂(碳基)、(伊利诺伊州芝加哥的道伯特化学公司(daubert chemical company,inc.)、脂肪族氨基甲酸酯以及油改性的氨基甲酸酯。
[0142]
在某些实施方案中，本发明的底漆组合物包含可以为底漆提供颜色的颜料或染料。颜料或染料可以是天然的、合成的、无机的或有机的。颜料或染料可以选自例如二氧化钛、氧化锌、锌黄、黄色染料、联苯胺黄、氧化铬绿、酞菁绿、酞菁蓝、群青蓝、朱红、颜料棕6、颜料红170、二恶嗪紫、炭黑、氧化铁(ii)、石英砂(sio2)、滑石、重晶石(baso4)、高岭土和石灰石(caco3)。
[0143]
在某些实施方案中，组合物包含选自矿物或有机溶剂的溶剂，包括例如乙醇、丁醇、丙醇、脂肪烃、脂环烃、二甲苯、甲苯、d-柠檬烯、酮和/或异丙醇。在优选的实施方案中，向组合物中添加量为1ml/l至100ml/l、更优选地2ml/l至50ml/l的异丙醇。
[0144]
在某些实施方案中，组合物还包含水以作为溶剂。可以对水进行颗粒活性炭过滤、去离子、蒸馏或反渗透处理。另外，ph调节剂可以用于增加或降低ph，以更好地促进底漆组合物的各种组分的溶解。水基底漆组合物可以是丙烯酸基或乳胶基的。胶乳可以来自天然来源诸如开花植物(被子植物)，或者优选地，胶乳是由例如聚合苯乙烯合成而来的。底漆的丙烯酸基料可以由丙烯酸树脂制成，这些丙烯酸树脂是合成热塑性塑料。
[0145]
在某些实施方案中，底漆可以是油基的。合成树脂或天然树脂可以与上述溶剂中的任一种溶剂结合使用以制成油基树脂。醇酸树脂可以例如用于本发明组合物。醇酸树脂可以使用天然油诸如亚麻籽油、红花油、大豆油、葵花油、桐油或蓖麻油制成。
[0146]
在一个实施方案中，酵母基产品还可以包含缓冲剂，这些缓冲剂包括有机酸和氨基酸或它们的盐。合适的缓冲剂包括例如柠檬酸盐、葡萄糖酸盐、酒石酸盐、苹果酸盐、乙酸盐、乳酸盐、草酸盐、天冬氨酸盐、丙二酸盐、葡庚糖酸盐、丙酮酸盐、半乳糖二酸盐、葡萄糖酸盐、酒石酸盐、谷氨酸盐、甘氨酸、赖氨酸、谷氨酰胺、甲硫氨酸、半胱氨酸、精氨酸以及它们的混合物。也可以采用磷酸和亚磷酸或它们的盐。合成缓冲剂适合使用，但优选地使用天然缓冲剂诸如上文列出的有机酸和氨基酸或它们的盐。
[0147]
在另一个实施方案中，ph调节剂包括氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钾或碳酸氢钾、盐酸、硝酸、硫酸或混合物。
[0148]
酵母基产品可以与促进酵母基产品对待处理表面的粘附性组合物一起施加。粘附性促进物质可以是酵母基产品的组分，或者它可以与酵母基产品同时或顺序地施加。有用的粘附性促进剂的示例包括马来酸、巴豆酸、富马酸、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚丙烯酸酯和聚氨酯。
[0149]
可用于本发明组合物的其他添加剂包括水软化剂、螯合剂、抗蚀剂、非生物表面活性剂、洗涤剂、晶体改性剂、稳定剂和抗氧化剂，这些添加剂以有效发挥其预期功能的量添
加。这些添加剂的种类和使用及其量完全在本领域技术范围内。
[0150]
合适的水软化剂包括线性磷酸盐、苯乙烯-马来酸共聚物和聚丙烯酸酯。合适的螯合剂包括1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、1-苯基-3-异庚基-1,3-丙二酮和2-羟基-5-壬基苯乙酮肟。
[0151]
抗蚀剂的示例包括氧化锌、2-氨基甲基丙醇、二乙基乙醇胺苯并三唑和甲基苯并三唑。
[0152]
非生物表面活性剂的示例包括聚合物和表面活性剂(诸如季铵表面活性剂、十二烷基苯磺酸盐、十六烷基三甲基溴化铵(ctab)、聚乙烯吡咯烷酮、脂肪酸盐、硫酸盐、磺酸盐、磷酸表面活性剂、烷基铵、烷基胺、脂肪胺表面活性剂、烷基醚硫酸盐、十二烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐和/或两性表面活性剂)。
[0153]
洗涤剂的示例包括例如十二烷基苯磺酸盐、叔辛基苯氧基-聚乙氧基乙醇、triton x-100或tween 20。晶体改性剂的示例包括乙烯-乙酸乙烯酯(eva)、聚乙烯-丁烯(peb)或聚乙烯-丙烯(pep)。稳定剂的示例包括乙二醇酯、丙二醇和乙二醇。
[0154]
适用于本发明的抗氧化剂的示例包括(bht)2,6-二叔丁基对甲酚、(bha)2,6-二叔丁基对苯甲醚、伊士曼抑制剂o a b m-草酰基双(苯亚甲基酰肼)和伊士曼dtbma 2,5-二叔丁基对苯二酚。
[0155]
在某些实施方案中，组合物还包含选自氯化钠、二水合氯化钙、氯化钾、六水合氯化镁、磷、镁、钾、葡萄糖和铵的盐和/或矿物盐。
[0156]
可以包含在根据本发明的制剂中的其他合适的添加剂包括常用于此类制剂的物质。添加剂可以是例如载体、在相同或不同设施处生产的其他微生物基组合物、粘度调节剂、防腐剂、示踪剂、聚(乙烯基吡咯烷酮)、甲醇、丁醇、杀生物剂、干燥剂、流动控制剂、消泡剂、uv稳定剂、防结皮剂、调质剂、乳化剂、润滑剂、溶解度控制剂和/或螯合剂。
[0157]
在某些实施方案中，微生物培养物和/或其生长副产物可以替代在底漆和其他制剂中发现的传统化学品。可被微生物培养物和/或其生长副产物替代的化学品的一个示例是氧化锌。通常将氧化锌添加到底漆中，以使表面上的污渍透过底漆的浸出最小化，以及减少金属表面的腐蚀。锌阳离子与阴离子污渍反应以防止浸出。
[0158]
有利地，根据本发明，酵母基产品可以包含培养微生物的培养液。按重量计，该产品可以是例如至少1％、5％、10％、25％、50％、75％或100％的培养液。按重量计，产品中生物质的量可以为例如0％至100％(包括其间的所有百分比)。
[0159]
任选地，该产品可以在使用前储存。优选地，储存时间较短。因此，储存时间可以小于60天、45天、30天、20天、15天、10天、7天、5天、3天、2天、1天或12小时。在优选的实施方案中，如果产品中存在活细胞，则将产品储存在较冷的温度(诸如低于20℃、15℃、10℃或5℃)下。另一方面，生物表面活性剂组合物通常可以储存在环境温度下。
[0160]
微生物及其生长副产物在底漆中的用途
[0161]
在优选的实施方案中，提供了用于改善油漆底漆的方法，其中将slp和/或包含slp的酵母培养物添加到底漆中。在某些实施方案中，油漆底漆包含一种或多种纳米颗粒成分，诸如颜料、抗uv剂、抗微生物剂和/或抗腐蚀剂。
[0162]
使用根据本发明的底漆组合物可以在施加到表面和/或物体上时提供各种改进。本发明所描述的要素并不是对所有应用的详尽检查。
[0163]
在某些实施方案中，将含微生物和/或含生物表面活性剂的组合物施加到底漆可以增强底漆的性能。
[0164]
在某些实施方案中，含微生物和/或含生物表面活性剂的底漆可以改善外涂层(诸如油漆)与底漆之间以及/或者底漆与该底漆所施用的表面之间的粘附性。这种改善的粘附性可以通过建立粘结层来实现，该粘结层是从底漆到外涂层的过渡层。
[0165]
在某些实施方案中，含微生物和/或含生物表面活性剂的底漆可以隐藏其所施用的表面和/或物体的形貌变化。通过施加底漆可以在物理上改变这些变化，由此底漆可以填充凹陷以使表面平整。另选地，底漆可以提供期望形貌的视觉错觉，但物理变化任然存在。
[0166]
在某些实施方案中，含微生物和/或含生物表面活性剂的底漆可以密封多孔物体或表面。可以密封物体或表面以防止气体、液体或固体物质的渗透。密封可以使物体或表面防水，在这种情况下没有水可以渗透底漆到达表面或物体。另选地，密封可以使底漆具有防水性，在这种情况下底漆可以限制到达表面的水的量，否则如果不施加底漆，这些水就会到达表面。
[0167]
在某些实施方案中，含微生物和/或含生物表面活性剂的底漆可以阻止颜色或污渍渗出。污渍的来源可以是例如香烟烟雾、油脂或来自某些类型的木材的单宁。颜色可以是例如现有的深色油漆颜色、磨痕、铅笔、记号笔或蜡笔。本发明的底漆组合物可以消除或减少颜色或污渍通过底漆的渗透。因此，可能需要较少的外涂层。另外，可以减少底漆和/或外涂层所需的干燥时间。
[0168]
在某些实施方案中，含微生物和/或含生物表面活性剂的底漆可以阻止来自香烟烟雾、火灾烟雾、尿和食物等来源的气味散播。本发明的某些实施方案可以在涂覆有底漆的表面与周围环境之间建立气密屏障。
[0169]
在某些实施方案中，由于含微生物和/或含生物表面活性剂的底漆具有更强的柔性以及对破裂或起泡的抗性，因此其与传统底漆相比具有更强的持久性。破裂或起泡传统上是由底漆上的物理力(例如，该底漆所施用的表面的膨胀或收缩)引起的。另外，底漆的传统化学组成本身会促进破裂。油基底漆往往更容易破裂，因为只要底漆暴露在氧气中，底漆中的油(例如，脂肪酸)就会继续交联。因此，本发明提供了可以抵抗油基底漆的破裂或起泡的底漆组合物。
[0170]
在某些实施方案中，含微生物和/或含生物表面活性剂的底漆通过防止活生物体或非活物质对表面和/或物体造成的污染而提高该底漆所施用的表面和/或物体的持久性。本发明可以用于防止生物体或沉淀物的沉积。因此，本发明允许延缓或完全消除与去除沉淀物和沉积物相关的预防性维护的必要性，以及对更换或修理设备部件的需求。
[0171]
在某些实施方案中，底漆中的生物表面活性剂改善了可存在于组合物中的纳米颗粒的分散。这些分散成分可以包括颜料，以及二氧化硅、二氧化钛、银、锌等纳米颗粒和具有例如抗微生物、uv反射、弹性增强或防腐蚀特性的其他物质。
[0172]
在一些实施方案中，底漆是包含例如氧化锌纳米颗粒的富锌底漆，其中生物表面活性剂增强了锌纳米颗粒在底漆中的分散。有利地，当将富锌底漆施加到表面时，锌纳米颗粒可以更均匀地铺展在表面上，从而为表面提供更好的整体保护，使其免受腐蚀。
[0173]
本发明的底漆组合物可以被施加到各种无机或有机物体，诸如钢、铝、木材、塑料、石膏、纸、丝、玻璃、棉花、混凝土、石膏、粘土、灰泥、塑料、橡胶、头发、皮肤、毛皮或植物。可
以将组合物施加到处于一系列的温度、水生环境或其他应力诱发条件下的物体。
[0174]
可以通过使用例如喷雾瓶或加压喷雾装置来将组合物喷涂到表面。也可以使用布或刷子来施加组合物，其中将该组合物擦涂、铺展或刷涂到表面。此外，可以通过将表面浸渍、浸泡或浸没到其中具有组合物的容器中来将该组合物施加到表面。
[0175]
石油和天然气应用
[0176]
在某些实施方案中，本发明的组合物可以应用于石油和天然气工业。例如，在一些实施方案中，将含生物表面活性剂和/或含微生物的组合物施加到纳米颗粒成分可以产生用于提高含烃地层的石油和天然气采收率的注入流体。
[0177]
在某些实施方案中，还提供了提高含烃地层的石油采收率的方法，其中将注入流体注入地下地层中，然后再采收烃。
[0178]
在一些实施方案中，生物表面活性剂和金属纳米颗粒组合物(例如，铝)可以用于提高地层的石油采收率，其中纳米颗粒的离子特性迫使油滴流出岩石孔隙，并且生物表面活性剂降低地层内的表面张力和界面张力，从而提供协同的石油采收机制。
[0179]
在一些实施方案中，纳米颗粒选自铝、碳、铬、钴、铜、金、铁、镁、镍、铂、硅、银、锡、钛和锌纳米颗粒。在一些实施方案中，本文所述的纳米颗粒中的任一种纳米颗粒均为金属氧化物纳米颗粒。在一些实施方案中，本文所述的纳米颗粒中的任一种纳米颗粒均为矿物氧化物纳米颗粒。在一些实施方案中，纳米颗粒是氧化铝、二氧化锑、氧化铜、氧化铁、氧化镁、氧化镍、二氧化硅、氧化钛、氧化锌或二氧化锆纳米颗粒。
[0180]
在一些实施方案中，纳米颗粒是例如a12o3、al(oh)3、bi2o3、ceo2、coo、co2o3、co
304
、cr2o3、cuo、cu2o、cu(oh)2、fe2o3、fe3o4、mgo、mg(oh)2、mgco3、mno2、mn3o4、ni(oh)2、nio、sio2、sno2、tio2、zno、znco3、zro2、zr(oh)4、baco3、batio3、baso4、cofe2o4、caco3、mnfe2o4、mgco3、znco3、srco3、srtio3、cr3c2、crn、cds、cus、mg3n2、mo2c、mos2、mosi2、nbc、sic、si3n4和/或tic。
[0181]
在一些实施方案中，该组合物可以用于去除存在于地下地层中的沉积物。在一些实施方案中，该组合物将地下地层的润湿性改变为水湿。在一些实施方案中，该组合物增加了地下地层对烃的相对渗透率。在某些实施方案中，烃从地层中流出是上述任一种情况的结果。
[0182]
在一些实施方案中，本文所述的组合物可以用于修复地下地层沉积物诸如沥青质、蜡、垢、生物膜聚合物和石蜡。
[0183]
在一些实施方案中，该组合物可以用于提高裂缝性地层的绝对渗透率。在一些实施方案中，该组合物可以用于改善对烃的相对渗透率。
[0184]
本文所述的组合物还可以用于增加先前已进行储层增产(诸如水力压裂或基质增产)的地下地层的烃产量。
[0185]
在一些实施方案中，纳米颗粒成分包含包封在例如聚乙烯亚胺-葡硫酸葡聚糖或其他聚合物中的酶，该酶可以例如消解堆积在地层中的瓜尔胶或其他交联的压裂聚合物。
[0186]
在一些实施方案中，纳米颗粒是纳米支撑剂，可以将其注入到地层中以支撑通过水力压裂产生的纳米级裂缝。优选地，纳米支撑剂具有机械特性诸如刚度(抗变形性)和压缩载荷下的强度(抗压碎性)以及足够的韧性，以避免颗粒脆性断裂成小块(通常称为细粒)。此外，颗粒必须具有优异的耐热性，以便能够承受高压缩载荷和高温的组合，这种组合通常会随着钻探的深入而变得越来越严重。支撑剂的良好输送和低沉降能力是在选择支撑
剂时必须考虑的另一个特征。在一些实施方案中，纳米支撑剂包括例如炭黑、碳纳米管和纳米纤维、热解法二氧化硅和氧化铝和/或纤维素纳米纤维、纳米粘土和细分等级的飞灰。
[0187]
在一些实施方案中，本文所述的组合物可以在热力采油中用作热水/蒸气的添加剂，其可以改善注入的水相与原位重油之间的界面特性，从而可以带来提高的性能和/或更高的采收率。在一些实施方案中，本文所述的组合物可以用于潜在地提高沥青提取率。具体地，可以将本文所述的组合物作为添加剂添加到热水中，这可以通过潜在地降低沥青液滴与水之间的界面张力来改善沥青与砂粒的分离。
[0188]
在一些实施方案中，本文所述的组合物可以用于水处理。具体地，可以将本文所述的组合物添加到水中，这可以通过增强某些杂质(有机和无机残余物)的聚集以及纳米颗粒对其的隔离而导致此类杂质的分离。在一些实施方案中，该组合物可以用于注入到盐水处理井中。具体地，可以将本文所述的组合物注入到盐水处理井中，以帮助去除和/或疏松有机材料的堆积。井中堆积的增加使得有必要使用较高的注入压力，通过处理可以使所需的注入压力显著降低。
[0189]
农业应用
[0190]
在某些实施方案中，本发明的组合物可以用于农业应用。因为许多有机功能诸如离子交换和植物基因表达都是在小规模上操作的，所以纳米材料(诸如纳米肥料和纳米杀虫剂)提供了在适当规模下工作的工具集，以提供向活细胞的有效靶向递送。具有环保意识的纳米肥料可以向植物细胞提供有效的离子和营养物递送。参见miranda-villagomez等人，2019，其全文以引用方式并入本文。
[0191]
在某些实施方案中，提供了用于制备改善的肥料组合物的方法，该方法包括将生物表面活性剂组合物施加到纳米颗粒成分，其中该纳米颗粒成分是纳米肥料组分。纳米肥料可以包括例如纳米级肥料(包含营养物的纳米颗粒)、纳米级添加剂(含有纳米级添加剂的传统肥料)和纳米级涂料(涂覆有或负载有纳米颗粒的传统肥料)。在一些实施方案中，纳米颗粒成分是含有一种或多种营养物(诸如碳(c)、氢(h)、氧(o)、氮(n)、磷(p)、钾(k)、硫(s)、钙(ca)、镁(mg)、硼(b)、氯(cl)、铜(cu)、铁(fe)、锰(mn)、钼(mo)、镍(ni)、和锌(zn))的纳米颗粒。在某些实施方案中，利用了负载有一种或多种营养物的纳米颗粒，例如壳聚糖、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯或沸石纳米颗粒。
[0192]
有利地，与施加纳米颗粒成分(例如，纳米肥料)而不施加根据本发明的生物表面活性剂和/或微生物基组合物相比，通过将该生物表面活性剂和/或微生物基组合物与该纳米颗粒成分组合施加，本发明可以增强营养物在土壤内的分散并且增强植物根系对营养物的利用和吸收。
[0193]
保健应用
[0194]
在某些实施方案中，本发明的组合物可以用于人类健康应用，例如，用作递送助剂以及用于将材料输送穿过血脑屏障(bbb)。
[0195]
在某些实施方案中，本发明提供了用于制备改善的保健组合物的方法，该方法包括将生物表面活性剂施加到纳米颗粒成分，其中该纳米颗粒成分是例如脂质体基纳米颗粒、金属纳米颗粒(例如，金纳米颗粒)、聚合物纳米颗粒、离子有机纳米颗粒、病毒纳米颗粒、脂质基纳米颗粒或者包含/或包封健康促进化合物的纳米颗粒白蛋白结合技术。健康促进化合物可以是例如药物、非处方药、营养品、补充剂、维生素和/或矿物质。
[0196]
实施例
[0197]
从以下通过举例说明的方式给出的实施例中，可以更好地理解本发明及其许多优点。以下实施例说明了本发明的一些方法、应用、实施方案和变型。它们不应被认为是对本发明的限制。可以对本发明进行许多改变和修改。
[0198]
实施例1——纳米颗粒的用途
[0199]
本发明提供了纳米颗粒(np)应用的示例，本发明可以用于制备和/或增强纳米颗粒组合物以用于这些示例。
[0200]
电子/磁体
[0201]-使用磁性纳米颗粒替代放射性锝，用于追踪癌症扩散
[0202]-适用于电池和超级电容器。
[0203]-蓝色led
[0204]-替代放射性锝，用于追踪癌症沿淋巴结的扩散
[0205]
成像
[0206]-增强荧光成像
[0207]-增强pet/超声的图像
[0208]-用于sem的金np
[0209]-光催化、光子光学和电子设备
[0210]
生物材料
[0211]-用于组织/骨骼修复的支架结构
[0212]-可以进入细胞或被设计成与特定细胞结合
[0213]-促进递送治疗的新方法的开发——阻断通往病变组织的脉管系统
[0214]-通过纳米胶囊(脂质体)或多孔纳米海绵结构载药
[0215]-通过吸入将药物递送至大脑
[0216]-合成脂质np用于各种应用诸如药物载体和递送以及癌症中的rna释放
[0217]-与纳米金刚石附接的化疗药物正在进行脑瘤治疗的试验
[0218]-金纳米颗粒广泛用于免疫组织化学以检测蛋白质之间的相互作用。
[0219]-血液触发的铂纳米颗粒的生成具有抗癌作用
[0220]
陶瓷/艺术
[0221]-将纳米粘土掺入到聚合物中以提高其强度和抗冲击性
[0222]
环境
[0223]-纳米颗粒广泛用于雕塑和绘画
[0224]-零价铁(nzvi)颗粒作为修复有机氯化合物(pcb)的现场可部署手段
[0225]-铜钨氧化物纳米颗粒将油分解成可生物降解化合物
[0226]-在岩层中渗透——中和含水层中有机氯的反应性
[0227]
制造业
[0228]-越来越多地被掺入到食品包装中
[0229]-抗微生物效果——纳米铜或纳米银包装
[0230]-健康相关产品
[0231]-抗病毒
[0232]-抗真菌
[0233]
化学
[0234]-替代塑料和纺织品中基于易燃有机卤素和磷的添加剂
[0235]-催化
[0236]-染料的光降解
[0237]
在药物递送中的用途
[0238]-纳米悬浮液和纳米晶体——将药物粉末分散在表面活性剂溶液中
[0239]-固体脂质纳米颗粒——溶解分散在水性表面活性剂中的脂质——毒性更小且更稳定的胶体载体系统，作为聚合物的替代材料
[0240]-聚合物纳米颗粒——生物可降解聚合物——受控且靶向的药物递送
[0241]-聚合物胶束
[0242]-磁性纳米颗粒
[0243]-碳纳米管
[0244]-脂质体——磷脂囊泡
[0245]-纳米壳
[0246]-陶瓷——二氧化硅、氧化铝、二氧化钛(药物生物分子)
[0247]-纳米孔
[0248]-纳米电线
[0249]-量子点
[0250]-纳米薄膜
[0251]-铁磁流体
[0252]
实施例2——纳米颗粒的附加示例性用途
[0253]
本发明提供了纳米颗粒(np)应用的附加示例，本发明可以用于制备和/或增强纳米颗粒组合物以用于这些示例。
[0254]
·
织物的纳米级添加剂或表面处理可以在个人防弹衣中提供轻质的弹道能量偏转，或可以帮助它们抵抗起皱、染色和细菌生长。
[0255]
·
眼镜、计算机和相机显示器、窗户和其他表面上的透明纳米级薄膜可以使得它们防水和防残留、抗反射、自清洁、抗紫外线或红外线、防雾、抗微生物、耐刮擦或导电。
[0256]
·
纳米级材料正开始使得可清洗且耐用的“智能织物”得以实现，这些智能织物配备有具有用于健康监测、太阳能捕获和通过运动收集能量的能力的柔性纳米级传感器和电子器件。
[0257]
·
汽车、卡车、飞机、船舶和航天器的轻量化可以大大节省燃料。聚合物复合材料中的纳米级添加剂被用于棒球棒、网球拍、自行车、摩托车头盔、汽车部件、行李箱和电动工具外壳，使得它们轻质、坚固、耐用且有弹性。目前正在生产碳纳米管片材以用于下一代飞行器。例如，轻质和导电性的组合使得它们成为电磁屏蔽和热管理等应用的理想选择。
[0258]
·
酶的纳米生物工程旨在使木屑、玉米秸秆、未施肥的多年生草等中的纤维素转化成燃料乙醇。纤维素纳米材料已在广泛的工业领域中展现出了潜在的应用前景，这些工业领域包括电子器件、建筑、包装、食品、能源、保健、汽车和国防。纤维素纳米材料预计比许多其他纳米材料更便宜，并且具有令人印象深刻的强度重量比以及其他特性。
[0259]
·
汽车产品中的纳米工程材料包括：高功率可充电电池系统；用于温度控制的热电材料；滚动阻力较低的轮胎；高效率/低成本的传感器和电子器件；薄膜智能太阳能电池板；以及用于使排气更清洁和使续航里程更长的燃料添加剂。
[0260]
·
纳米结构的陶瓷涂层比用于机器部件的常规耐磨涂层表现出更大的韧性。由纳米技术实现的润滑剂和发动机油也使得磨损和撕裂显著减少，这可以显著延长从电动工具到工业机械的一切的运动部件的寿命。
[0261]
·
纳米颗粒越来越多地被用于催化以促进化学反应。这减少了产生期望结果所需的催化材料的量，节省了资金并减少了污染物。石油精炼和汽车催化转化器是两大应用领域。
[0262]
·
纳米工程材料可制造优异的家用产品，诸如脱脂剂和去污剂；环境传感器、空气净化器和过滤器；抗菌清洁剂；以及专用的油漆和密封产品，诸如抗污和抗痕的自清洁房屋油漆。
[0263]
·
纳米级材料还被掺入到各种个人护理产品中以用于改善性能。纳米级二氧化钛和氧化锌多年来一直被用于防晒剂，以提供防晒保护，同时在皮肤上看起来不可见。
[0264]
电子器件和it应用
[0265]
纳米技术已经极大地促进了计算和电子器件的重大进步，带来了能够管理和存储越来越多的信息的更快、更小和更便携的系统。这些不断发展的应用包括：
[0266]
·
晶体管(即实现所有现代计算的基本开关)已经通过纳米技术变得越来越小。在世纪之交，典型的晶体管的尺寸为130纳米至250纳米。在2014年，英特尔制造了14纳米的晶体管，然后ibm在2015年制造了第一个7纳米的晶体管，然后劳伦斯伯克利国家实验室(lawrence berkeley national lab)在2016年展示了1纳米的晶体管！更小、更快且更好的晶体管可能意味着很快您的计算机的整个内存就可以存储在单个微型芯片上了。
[0267]
·
通过使用磁性随机存取存储器(mram)，计算机将能够几乎立即“启动”。mram由纳米级磁性隧道结实现，并且可以在系统关闭期间快速有效地保存数据或者启用恢复播放功能。
[0268]
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目前正在销售的超高清显示器和电视机使用量子点来产生更鲜艳的色彩，同时更节能。
[0269]
·
柔性、可弯曲、可折叠、可卷绕且可拉伸的电子器件正在进入各个领域，并且被集成到各种产品中，包括可穿戴设备、医疗应用、航空航天应用和物联网。已经例如使用半导体纳米膜开发了柔性电子器件，以应用于智能电话和电子阅读器显示器。其他纳米材料如石墨烯和纤维素纳米材料被用于各种类型的柔性电子器件，以实现可穿戴传感器和“文身”传感器、可缝到衣服上的光伏器件以及可卷起的电子纸。制造扁平、柔性、轻质、不易碎且高效的电子器件为无数智能产品打开了大门。
[0270]
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其他计算和电子产品包括用于智能电话和拇指驱动器的闪存芯片；超响应助听器；键盘和手机外壳上的抗微生物/抗菌涂层；用于rfid/智能卡/智能包装的印刷电子器件的导电油墨；以及用于电子书阅读器的柔性显示器。
[0271]
·
纳米颗粒铜悬浮液已被开发为更安全、更便宜且更可靠的替代物，用于替代在组装过程中常用于熔合电子器件的铅基焊料和其他危险材料。
[0272]
医疗和保健应用
[0273]
纳米技术已经在拓宽临床医生目前可用的医疗工具、知识和疗法。纳米医学(即纳米技术在医学中的应用)利用生物现象的自然尺度，为疾病预防、诊断和治疗提供精确的解决方案。以下是该领域最新进展的一些示例：
[0274]
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商业应用已采用金纳米颗粒作为探针用于检测核酸的靶向序列，并且金纳米颗粒也正在作为癌症和其他疾病的潜在治疗手段进行临床研究。
[0275]
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由纳米技术实现的更好的成像和诊断工具正在为更早的诊断、更个性化的治疗选择和更好的治疗成功率铺平道路。
[0276]
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正在研究纳米技术用于诊断和治疗动脉粥样硬化或动脉中斑块的形成。在一项技术中，研究人员制造了模拟身体的“有益”胆固醇(称为hdl(高密度脂蛋白))的纳米颗粒，其有助于缩小斑块。
[0277]
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先进固态纳米孔材料的设计和工程化可以允许开发新的基因测序技术，其使得能够用最少的样品准备和仪器以低成本和高速度实现单分子检测。
[0278]
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纳米技术研究人员正在研究许多不同的治疗剂，其中纳米颗粒可以包封或以其他方式帮助将药物直接递送至癌细胞，并且使健康组织受损的风险最小化。这有可能改变医生治疗癌症的方式并且显著降低化疗的毒性作用。
[0279]
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对纳米技术用于再生医学的研究跨越了若干应用领域，包括骨骼和神经组织工程。例如，新型材料可以被工程化为模拟人类骨骼的晶体矿物结构或用作牙科应用的修复树脂。研究人员正在寻求生长复杂组织的方法，目的是有朝一日生长出用于移植的人体器官。研究者还在研究使用石墨烯纳米带帮助修复脊髓损伤的方法；初步研究表明，神经元在导电石墨烯表面生长良好。
[0280]
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纳米医学研究人员正在研究纳米技术可以改善疫苗的方法，包括不使用针头的疫苗递送。研究者还致力于制造用于每年的流感疫苗的通用疫苗支架，该支架将覆盖更多毒株并且每年需要更少的资源来开发。
[0281]
能源应用
[0282]
纳米技术正在传统能源中得到应用，并且正在极大地增强替代的能源方法，以帮助满足世界日益增长的能源需求。许多科学家正在探究开发清洁、负担得起且可再生的能源的方法，以及减少能量消耗和减轻环境毒性负担的手段：
[0283]
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纳米技术正通过更好的催化作用提高由石油原料生产燃料的效率。它还能够通过更高效的燃烧和降低的摩擦来减少车辆和发电厂中的燃料消耗。
[0284]
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纳米技术也被应用于石油和天然气提取，例如通过在海上作业中使用由纳米技术实现的气举阀，或者使用纳米颗粒来检测微观井下输油管道裂缝。
[0285]
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研究人员正在研究从发电厂排气中分离二氧化碳的碳纳米管“洗涤器”和膜。
[0286]
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研究者正在开发含碳纳米管的电线，这些电线的电阻将比当前在电网中使用的高压电线的电阻低得多，从而减少传输功率损耗。
[0287]
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纳米技术可以被并入到太阳能电池板中，以更有效地将太阳光转换成电能，有望在未来实现廉价的太阳能。纳米结构太阳能电池的制造成本更低并且更容易安装，因为它们可以使用类似印刷的制造工艺，并且可以被制成柔性卷而不是离散的面板。较新的研究表明未来的太阳能转换器甚至可能是“可涂装的”。
[0288]
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纳米技术已经被用于开发许多新型电池，这些电池充电更快、效率更高、重量更
轻、功率密度更高并且续航时间更长。
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含碳纳米管的环氧树脂被用于制造比其他叶片更长、更坚固且重量更轻的风车叶片，以增加风车的发电量。
[0290]
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在能量收集领域，研究人员正在开发可以装配到计算机机箱上的薄膜太阳能电池板，以及编织到衣服中的柔性压电纳米线，以便在活跃状态下通过光、摩擦和/或身体热量产生可用的能量，用于给移动电子设备供电。类似地，人们正在寻求各种基于纳米科学的选择，以将计算机、汽车、家庭、发电厂等的废热转换成可用的电力。
[0291]
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高效节能产品的数量和应用类型都在增加。除了上文提到的那些，纳米技术还能够实现更有效的照明系统；为运输领域提供更轻且更强的车辆底盘材料；减少先进电子器件的能量消耗；以及实现用于玻璃的光响应智能涂层。
[0292]
环境修复
[0293]
除了纳米技术帮助提高能量效率的方法(见上文)之外，还存在许多方法可以帮助检测和清除环境污染物：
[0294]
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纳米技术可以通过对水中的杂质进行快速且低成本的检测和处理，帮助满足对负担得起的干净饮用水的需求。
[0295]
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工程师已经开发出了具有纳米孔的薄膜，用于节能的脱盐。这种二硫化钼(mos2)膜过滤的水是目前常规过滤器的两倍至五倍。
[0296]
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目前正在开发纳米颗粒，以通过使污染物无害的化学反应来清洁地下水中的工业水污染物。这种工艺与需要将水泵送出地面进行处理的方法相比具有更低的成本。
[0297]
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研究人员已经开发出了由钾锰氧化物的细丝编织而成的纳米织物“纸巾”，其可以吸收其重量20倍的油以应用于清洁。研究人员还将磁性防水纳米颗粒置于溢油中，并且使用磁体以机械方式将油从水中去除。
[0298]
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许多飞机机舱和其他类型的空气过滤器都是允许“机械过滤”的基于纳米技术的过滤器，其中纤维材料产生纳米级孔隙，这些纳米级孔隙捕集尺寸比孔隙大的颗粒。过滤器也可以含有去除气味的木炭层。
[0299]
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由纳米技术实现的传感器和解决方案现在能够以比以往高得多的灵敏度检测和识别空气和土壤中的化学或生物制剂。研究人员正在研究介孔支撑物上的自组装单层(samms
tm
)、树枝状体和碳纳米管等颗粒，以确定如何将它们独特的化学和物理特性应用于各种有毒位置的修复。nasa已经开发出了另一种传感器作为智能电话的扩展，消防员可以使用该传感器来监测火灾周围的空气质量。
[0300]
未来的运输益处
[0301]
纳米技术具有开发多功能材料的前景，这些多功能材料将有助于建造和维护更轻、更安全、更智能且更高效的车辆、飞机、航天器和船舶。此外，纳米技术提供了各种手段来改善运输基础设施：
[0302]
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如上所述，汽车产品中的纳米工程材料包括：聚合物纳米复合材料结构部件；高功率可充电电池系统；用于温度控制的热电材料；低滚动阻力轮胎；高效率/低成本的传感器和电子器件；薄膜智能太阳能电池板；以及用于使排气更清洁和使续航里程更长的燃料添加剂和改善的催化转化器。铝、钢、沥青、混凝土和其他水泥材料的纳米工程以及它们的再生形式在提高公路和运输基础设施部件的性能、弹性和持久性，同时降低它们的寿命周
期成本方面具有巨大的前景。新系统可以将创新能力(诸如自修复结构或者产生或传输能量的能力)融入到传统基础设施材料中。
[0303]
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纳米级传感器和设备可以为桥梁、隧道、轨道、停车建筑物和路面随时间推移的结构完整性和性能提供具有成本效益的连续监测。由纳米电子器件实现的纳米级传感器、通信设备和其他创新还可以支持增强的运输基础设施，该增强的运输基础设施可以与基于车辆的系统通信，以帮助驾驶员维持车道位置、避免碰撞、调整行驶路线以避免拥塞，以及改善驾驶员与车载电子器件的接口。
[0304]
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使用由纳米技术实现的轻质、高强度材料所带来的“改变游戏规则”的益处将几乎适用于任何运输工具。例如，据估计，将商用喷气式飞机的重量减轻20％可以将其燃料消耗减少多达15％。对nasa进行的初步分析表明，开发和使用强度为常规复合物两倍的先进纳米材料将使运载火箭的总重量减少多达63％。这不仅可以节省将航天器发射到轨道中所需的大量能量，而且还使得能够开发单级入轨运载火箭，从而进一步降低发射成本，提高任务的可靠性，并且为替代推进概念打开大门。
[0305]
实施例3——含酸性或内酯型slp的底漆阻挡污渍渗出
[0306]
使用leneta刮涂纸板卡片来评估添加有slp的油漆底漆阻挡污渍的能力。首先，使用刮涂施加器将优质平光油漆涂在刮涂卡片上。为了测试底漆阻挡污渍的能力，将各种疏水性和亲水性的书写工具施用于干燥了一周的优质平光油漆。记号笔包括：黑色红色蓝色paper橙色paper黑色钢笔、红色钢笔、蓝色钢笔、粉色可洗记号笔和蓝色可洗记号笔(图1)。通过刮涂棒将底漆施加在卡片上的记号笔线上。在面板a、b、c、d和e的左栏中，施加一层kilz底漆。在面板a、b、c、d和e的中心栏和右栏中，施加一层混合有0.05g/l、0.1g/l、0.5g/l、1g/l或5g/l酸性或内酯型slp的gripper底漆。面板a示出了0.05g/l酸性slp和0.1g/l酸性slp，面板b示出了0.5g/l酸性slp和1g/l酸性slp，面板c展示了5g/l酸性slp和0.05g/l内酯型slp，面板d示出了0.1g/l内酯型slp和0.5g/l内酯型slp，并且面板e展示了1g/l内酯型slp和5g/l内酯型slp。将单层kilz底漆施加到对照测试面板(#0)的左栏中，并且将单层gripper底漆施加到中心栏和右栏中。在干燥过夜后，在底漆上较窄地刮涂优质平光白色油漆(图2)。
[0307]
最后，使用刮涂施加器在每栏上施涂第二层宽度甚至更窄的优质平光白色油漆(图3)。
[0308]
与不含slp的油漆和底漆相比，含slp的涂料和底漆可以更好地覆盖书写工具的污渍。观察到使用含较低浓度(0.05g/l和0.1g/l)酸性slp的底漆可以更好地覆盖污渍。在底漆中添加浓度为0.05g/l或0.1g/l的酸性或内酯型slp能够完全覆盖所有疏水性记号笔和几乎所有亲水性记号笔的印记。另外，添加有slp的底漆比不含slp的底漆更具柔性。将slp添加到水基底漆中制造了环保、安全且易于使用的产品。
[0309]
实施例4——含酸性或内酯型slp的底漆阻挡颜色渗出
[0310]
使用尺寸为2英尺
×
1英尺且涂有红色油漆的干式墙面板来评估含slp的油漆底漆减少颜色渗出的能力。通过刮涂棒将底漆施加到干燥的涂有优质红色平光油漆的干式墙面板(图4)。将浓度为0.05g/l、0.1g/l、0.5g/l、1g/l或5g/l的酸性或内酯型slp添加到水基(gripper)底漆中，并且将其施加到涂有红色油漆的干式墙面板(图5)。左栏作为对照(未添加有slp的gripper底漆)。中心栏和右栏示出了含不同浓度的酸性或内酯型slp的gripper
底漆。图5a示出了含0.05g/l内酯型slp或0.1g/l内酯型slp的底漆；图5b示出了含0.5g/l内酯型slp和1g/l内酯型slp的底漆；图5c示出了含5g/l内酯型slp或0.05g/l酸性slp的底漆；图5d示出了含0.1g/l酸性slp或0.5g/l酸性slp的底漆；并且图5e示出了含1g/l酸性slp或5g/l酸性slp的底漆。
[0311]
在第二阶段的测试中，在底漆层干燥过夜之后，在底漆层上较窄地刮涂半光内用白色油漆。图6a至图6e示出了涂有白色油漆的干式墙面板。图6a示出了在含0.05g/l内酯型slp或0.1g/l内酯型slp的底漆层上的白色油漆层；图6b示出了在含0.5g/l内酯型slp或1g/l内酯型slp的底漆层上的白色油漆层；图6c s示出了在含5g/l内酯型slp或0.05g/l酸性slp的底漆层上的白色油漆层；图6d示出了在含0.1g/l酸性slp或0.5g/l酸性slp的底漆层上的白色油漆层；并且图6e示出了在含1g/l酸性slp或5g/l酸性slp的底漆层上的白色油漆层。
[0312]
对样品干式墙面板进行目测评估，以确定透过涂有底漆的干式墙或涂有底漆和油漆的干式墙可以看见多少红色油漆。与不含slp的样品底漆层相比，大多数涂有单层添加有slp的底漆的样品在阻挡红色油漆渗出方面表现得更好。当在底漆层上面施加白色油漆层时，与底漆中不含slp的那些样品相比，涂有添加有slp的底漆的样品在阻挡红色油漆浸出方面表现得更好。另外，内酯型或酸性slp浓度最低(0.05g/l)的样品在限制颜色渗出方面表现得最好。未添加有slp的对照样品表现得最差；仍然可以透过底漆层和油漆层看见红色。将酸性或内酯型slp添加到常规的水基底漆中可以减少油漆颜色渗出。
[0313]
参考文献
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