用于杀死细胞的组合物和方法.pdf

本发明公开了用于化妆品和/或食品的杀生物包装，其包含至少一种不溶性质子库或质子源(proton?sink?or?source，PSS)。提供所述包装用于通过接触来杀死活的靶细胞(living?target?cell，LTC)或者破坏所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用。所述PSS包含(i)提供缓冲能力的质子源或质子库；以及(ii)提供质子传导性和/或电势的工具，等等。所述PSS有效地破坏LTC限定体积内的pH稳态和/或电平衡和/或破坏LTC的关键性细胞间相互作用同时有效维持所述LTC环境的pH。本发明还公开了用于杀死活的靶细胞(LTC)或者破坏包装(尤其是化妆品或食品包装)中所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用的方法。

1.  用于化妆品和/或食品的杀生物包装，其包含至少一种不溶性质子库或质子源(PSS)，提供所述包装用于通过接触来杀死活的靶细胞(LTC)或者破坏所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用；所述PSS包含(i)提供缓冲能力的质子源或质子库；以及(ii)提供质子传导性和/或电势的工具；其中所述PSS有效破坏所述LTC限定体积内的pH稳态和/或电平衡和/或破坏所述LTC的关键性细胞间相互作用，同时有效维持所述LTC环境的pH。

2.  权利要求1的包装，其中所述质子传导性通过水渗透性和/或通过润湿来提供，尤其是其中所述润湿通过亲水性添加剂来提供。

3.  权利要求2的包装，其中所述质子传导性或润湿通过固有性质子传导材料(IPCM)和/或固有性亲水性聚合物(IHP)来提供，尤其是通过选自以下的IPCM和/或IHP来提供：磺化四氟乙烯共聚物；选自二氧化硅、聚硫醚砜(SPTES)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(S-SEBS)、聚醚-醚-酮(PEEK)、聚(亚芳基-醚-砜)(PSU)、聚偏氟乙烯(PVDF)接枝的苯乙烯、聚苯并咪唑(PBI)和聚磷腈的磺化材料；用交联聚苯乙烯磺酸盐(PSS盐)离子交换树脂的微米级悬浮颗粒浇铸聚苯乙烯磺酸盐溶液所制备的质子交换膜；市售的Nafion TM及其衍生物。

4.  权利要求1的包装，其包含两个或更多个二维(2D)或三维(3D)的PSS，每个所述PSS由含有高度解离的阳离子和/或阴离子基团(HDCA)的材料组成，所述基团以有效地将LTC环境中的pH变化尽可能降低的方式进行空间组织；每种所述HDCA任选地以有效将所述LTC环境中pH变化尽可能降低的特定2D、拓扑折叠的2D表面或3D方式进行空间组织；此外任选地，所述进行空间组织的HDCA的至少一部分以选自以下的方式进行2D或3D排布：(i)交错；(ii)重叠；(iii)缀合；(iv)均匀或不均匀混合以及(iv)平铺。

5.  权利要求1的包装，其中所述PSS有效地破坏限定体积内的pH稳态同时有效维持所述LTC环境的完整性；此外，其中所述环境的完整性通过选自以下的参数进行表征：所述环境的功能性、化学性质；除了质子或羟基浓度以外可能的可溶物浓度；生物学相关的参数；生态学相关的参数；物理参数，尤其是颗粒大小分布、流变学和粘稠度；安全性参数，尤其是毒性，或者影响LD50或ICT50的参数；嗅觉或感官参数(例如颜色、味道、气味、质地、概念性外观等)；或上述的任意组合。

6.  权利要求1的包装，其用于破坏所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用，同时既(i)有效维持所述LTC环境的pH又(ii)最小程度地影响所述LTC环境的完整性，使得从所述PSS渗漏到LTC环境中的离子化或中性原子、分子或颗粒(AMP)尽可能减少。

7.  权利要求1的包装，其用于破坏所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用，同时较少破坏至少一个第二限定体积(例如非靶细胞或病毒，NTC)内的pH稳态和/或电平衡。

8.  权利要求7的包装，其中通过以下方式中的一种或多种来实现区分所述LTC与NTC：(i)提供差异性离子容量；(ii)提供差异性pH值；(iii)优化PSS与靶细胞大小比例；(iv)提供所述PSS的差异性2D、拓扑折叠的2D表面或3D空间构型；(v)提供在每一指定体积内具有所定义能力的临界数目的PSS颗粒(或可用的表面)；以及(vi)提供尺寸排阻工具。

9.  用于化妆品和食品的杀生物包装，其包含权利要求1的至少一种不溶性非渗漏PSS；所述PSS位于所述包装的内表面和/或外表面上，其用于通过接触来破坏至少一部分LTC内的pH稳态和/或电平衡，同时有效维持所述表面的pH和功能。

10.  权利要求9的包装，其包含至少一个具有指定功能的质子可渗透外表面，所述表面至少部分地由PSS组成或者用PSS铺层于所述表面的局部和/或下面，从而破坏所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用，同时有效维持所述LTC环境的pH和所述功能。

11.  权利要求9的包装，其包含具有指定功能的表面以及一个或多个质子可渗透的外层，所述每层被置于所述表面的至少一部分上；其中所述层至少部分地由PSS组成或铺成，从而破坏所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用，同时有效维持所述LTC环境的pH和所述功能。

12.  权利要求11的包装，其包含(i)至少一种PSS和(ii)一个或多个保护性屏障，其向所述PSS提供长期持续的活性；优选地，其中至少一个屏障是适用于避免重离子扩散的聚合物保护性屏障；此外优选地，其中所述聚合物是离聚物屏障，特别是市售的Nafion TM。

13.  权利要求1的包装，其适于避免产生LTC抗性和针对抗性突变的选择。

14.  权利要求1的包装，其被设计成连续屏障，所述屏障选自：2D或3D膜；滤器；筛状物；网状物；片状元件或其组合。

15.  权利要求1的包装，其被设计成插入物，其包含至少一种PSS，所述插入物以适用于确保以下条件的尺寸来提供：(i)可逆性的安置或(ii)永久性将所述插入物容纳在预定的产品中。

16.  权利要求1的包装，其特征在于下述至少之一：(i)可再生的质子源或质子库；(ii)可再生的缓冲能力；以及(iii)可再生的质子传导性。

17.  权利要求1的PSS，其中所述PSS是含有羧酸和/或磺酸基团的天然有机酸，尤其是选自由松香/松脂、松木树脂、酸性和碱性萜类提供的松香酸(C₂₀H₃₀O₂)的组合物。

18.  权利要求1的PSS，其还包含有效量的添加剂。

19.  用于杀死活的靶细胞(LTC)或者破坏包装中的所述LTC之关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用的方法，所述包装尤指化妆品或食品的包装，该方法包括以下步骤：
a.向所述包装提供具有(i)提供缓冲能力的质子源或质子库以及(ii)提供质子传导性和/或电势的工具的至少一种PSS；
b.使所述LTC与所述PSS接触；以及
c.通过所述PSS有效地破坏所述LTC内的pH稳态和/或电平衡，同时有效维持所述LTC环境的pH。

20.  权利要求19的方法，其中所述步骤(a)还包括以下步骤：向所述PSS提供水渗透性和/或润湿特性，特别是其中所述质子传导性和润湿至少部分地通过向所述PSS提供亲水性添加剂来获得。

21.  权利要求19的方法，其还包括以下步骤：向所述PSS提供固有性质子传导材料(IPCM)和/或固有性亲水性聚合物(IHP)，尤其是通过选自以下的所述IPCM和/或IHP来提供：磺化四氟乙烯共聚物；选自二氧化硅、聚硫醚砜(SPTES)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(S-SEBS)、聚醚-醚-酮(PEEK)、聚(亚芳基-醚-砜)(PSU)、聚偏氟乙烯(PVDF)接枝的苯乙烯、聚苯并咪唑(PBI)和聚磷腈的磺化材料；用交联聚苯乙烯磺酸盐(PSS盐)离子交换树脂的微米级悬浮颗粒浇铸聚苯乙烯磺酸盐溶液所制备的质子交换膜；市售的Nafion TM及其衍生物。

22.  权利要求19的方法，其还包括以下步骤：
c.向所述包装提供两种或更多种二维(2D)或三维(3D)的PSS，每种所述PSS由含有高度解离的阳离子和/或阴离子基团(HDCA)的材料组成；以及
d.以使所述LTC环境尤其是化妆品和食品的pH变化尽可能降低的方式对所述HDCA进行空间组织。

23.  权利要求22的方法，其还包括以下步骤：以使所述LTC环境的pH变化尽可能降低的特定2D或3D方式对每种所述HDCA进行空间组织。

24.  权利要求23的方法，其中所述组织步骤是通过选自以下的方式来提供的：(i)使所述HDCA交错；(ii)使所述HDCA重叠；(iii)使所述HDCA缀合；(iv)使所述HDCA均匀或不均匀混合；以及(v)使所述HDCA平铺。

25.  权利要求19的方法，其还包括以下步骤：通过PSS破坏至少一部分LTC内的pH稳态和/或电势，同时既(i)有效维持所述LTC环境尤其是化妆品或食品的pH，又(ii)最小程度地影响所述LTC环境的完整性；该方法尤其是通过使从PSS渗漏到所述环境中的离子化或电中性原子、分子或颗粒(AMP)尽可能减少来提供。

26.  权利要求19的方法，其还包括以下步骤：优先破坏至少一个第一限定体积(例如活的靶细胞或病毒，LTC)内的pH稳态和/或电平衡，同时较少破坏至少一个第二限定体积(例如非靶细胞或病毒，NTC)内的pH稳态。

27.  权利要求26的区分方法，其中通过下述步骤中的一个或多个来实现所述LTC与NTC之间的区分：(i)提供差异性离子容量；(ii)提供差异性pH值；(iii)优化PSS与LTC的大小比例；(iv)在PSS整体顶部上设计所述PSS边界的差异性空间构型；(v)提供在每一指定体积内具有所定义能力的临界数目的PSS颗粒(或可用的表面)；以及(vi)提供尺寸排阻工具。

28.  制备用于化妆品和食品之杀生物包装的方法，其包括以下步骤：提供权利要求1中定义的包装；将所述PSS置于所述包装的表面之上或之下；以及通过将所述PSS与LTC接触来破坏至少一部分所述LTC的pH稳态和/或电平衡，同时有效维持所述表面的pH和功能。

29.  权利要求28的方法，其还包括以下步骤：
a.提供具有指定功能的至少一个质子可渗透的外表面；
b.向所述表面的至少一部分提供至少一种PSS，和/或将至少一种PSS铺层于所述表面之上或之下；从而杀死LTC或者破坏所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用，同时有效维持所述LTC环境的pH和表面功能。

30.  权利要求28的方法，其还包括以下步骤：
a.向所述包装提供至少一个具有指定功能的质子可渗透的外表面；
b.将一个或多个质子可渗透的外层置于至少一部分所述表面的局部和/或下面；所述一个或多个层至少部分地由至少一种PSS组成或铺成；以及
c.杀死LTC或者破坏所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用，同时有效维持所述LTC的环境。

31.  权利要求19的方法，其包括以下步骤：
a.向所述包装提供至少一种PSS；以及
b.向所述PSS提供至少一个保护性屏障，从而获得长期持续的作用。

32.  权利要求31的方法，其中所述提供屏障的步骤通过使用适于避免重离子扩散的聚合物保护性屏障来实现，优选通过提供作为离聚物屏障的所述聚合物来实现，特别地通过使用市售的Nafion TM产品来实现。

33.  用于诱导包装中的LTC群之至少一部分发生细胞凋亡的方法，所述包装尤指化妆品和食品包装，该方法包括以下步骤：
a.得到权利要求1中定义的至少一种包装；
b.使所述PSS与LTC接触；以及
c.有效破坏所述LTC内的pH稳态和/或电平衡，使得所述LTC发生细胞凋亡，同时有效维持所述LTC环境的pH。

34.  用于避免产生LTC抗性和针对抗性突变之选择的方法，该方法包括以下步骤：
a.得到权利要求1中定义的至少一种包装；
b.使所述PSS与LTC接触，以及
c.有效破坏所述LTC内的pH稳态和/或电平衡，使得避免产生LTC抗性和针对抗性突变的选择，同时有效维持所述LTC环境尤其是化妆品或食品的pH。

35.  使权利要求1之包装的杀生物性能再生的方法，其包括选自以下的至少一个步骤：(i)使所述PSS再生；(ii)使其缓冲能力再生；以及(iii)使其质子传导性再生。

用于杀死细胞的组合物和方法
技术领域
本发明涉及用于化妆品和食品的杀生物包装。本发明还涉及用于避免包装中的化妆品和食品被污染的方法。
背景技术
通常，化妆品和食品容易被细菌、真菌等污染。为了防止此类污染，大多数化妆品和食品配方包含常用于化妆品和食品中防止微生物污染所需的防腐剂。遗憾的是，添加到化妆品中的大多数防腐剂具有毒性并可具有皮肤刺激性或引起感染。非常类似地，对于食品工业而言，消除或至少减少食品中防腐剂的含量是一直以来的需求。为清晰起见，背景部分首先关注化妆品工业，然后涉及食品包装工业。
化妆品
多种防腐剂材料已用于化妆品工业中。一种最早的并且是长期以来最常用于工业中的防腐剂是对羟基苯甲酸酯，通称为尼泊金酯(paraben)。
由于尼泊金酯的高毒性，化妆品工业一直在寻找(i)可替代传统的尼泊金酯混合物的防腐系统，以及(ii)设计为提高防腐效力的多种低毒性组合。
因此，仍然需要有效破坏或抑制微生物(例如细菌、酵母和霉菌)生长的无毒且无刺激性的杀生物剂。
2005年记录在册的一系列防腐剂材料以尼泊金甲酯和尼泊金丙酯为主并包括有限的防腐剂材料。常用于工业中的其它防腐剂的不完全列表如下：咪唑烷基脲(imidazolidynyl urea)、苯氧乙醇、甲醛、Quaternium15、甲基氯异噻唑啉酮、甲基异噻唑啉酮和聚氨丙基双胍(methylisothiazolinone and polyaminopropyl biguanide，MTB)的增效混合物、甲基异噻唑啉酮和氯苯甘醚(methylisothiazolinone andchlorphenesin，MTC)的混合物、甲基异噻唑啉酮和丁基氨基甲酸碘代丙炔酯(methylisothiazolinone and iodopropynyl butylcarbamate，MTI)的增效组合、丁基氨基甲酸碘代丙炔酯(iodopropynyl butylcarbamate，IPBC)、Rockonsal ND(苯甲酸和脱氢乙酸在苯氧乙醇中的组合)、Rokonsal BSB(苯甲酸和山梨酸在苄醇中的组合)、澳大利亚桃金娘油、松萝酸(Usnic acid)、JM ActiCare^TM(氯化银/二氧化钛复合材料颗粒在水/磺基琥珀酸盐/酯凝胶中的混悬物)、聚氨丙基双胍等。
近年来，一般性的防腐剂(尤其是某些种类)已有负面报道，一些制造商已选择重新配制。该产业正面临着众多消费者对防腐剂的强烈抵制。而且，在对未受污染之产品的需求与其毒理学安全性之间存在潜在的冲突。当下，化妆品仅仅可以使用选自“被认可列表”(例如EPC规章94/62/EC中化妆品规章的附件VI，其中还限定了最大允许水平和使用领域)中的少数防腐剂。
面对消费者对一般性防腐剂(尤其是其中某些种类)的抗议，以及安全性评价人员对掺入防腐剂的质疑，即使根据化妆品规章中规定的水平和使用实践进行掺入，也仍需新型的、更安全及更可被接受的替代性化妆品防腐方法。
a.食品
包装已成为当前发达社会的必要元素。特别地，食品包装已经历了惊人的发展，这是因为大多数市售的食品(包括新鲜水果和蔬菜)均是在包装中进行销售的。当包装涉及食品防腐技术时，它的一个重要功能是延迟食品变质、延长货架期以及保持和提高包装食品的质量和安全性。因此，食品包装的主要目的是保护食品免受微生物和化学品污染、氧气、水蒸气和光的影响。因此，所使用的包装类型对于决定食品货架期而言具有重要作用。通过正确选择材料和包装技术，有可能在其市售和消费所需的时期内保持产品的质量和新鲜度。
传统上，食品包装被定义为延迟环境对所包装产品之不良作用的被动屏障。然而，当前的趋势包括开发与环境及食品相互作用的、在防腐中起主动作用的包装材料。这些新的食品包装系统已根据消费者喜好具有较长货架期的、适度防腐、新鲜、可口以及方便的食品的趋势而开发。此外，零售业中的变化(例如市场全球化导致的更长的配送距离)是对食品包装工业的首要挑战，这成为开发货架期延长、同时维持所包装产品的安全性和质量的新型、改进的包装概念的动力。
“活性包装”是指旨在与内部气体环境相互作用和/或与产品直接相互作用的具有有益结果的技术。第一种活性包装的设计利用了含有活性成分的、插入到可渗透性包装内部的小袋(囊)。该技术具有一些吸引人的特性，尤其是高活性比率以及不需要复杂装备或改变包装程序，这是因为所述囊是在另外的步骤中插入的。然而，使用囊亦存在诸多缺点，最重要的一点是包装内存在的物质常常有毒并可能被误食或者可能引起消费者的反对。
正在广泛研究的替代方法是在包装材料壁内引入活性物质。对于这种技术而言，塑料确实是非常方便的材料，其不仅作为活性物质的载体，而且还作为活性性质的活性部分。因此，本发明的一个重要的目的是设计结构中包含活性剂并且该活性物质可以受控方式起作用或释放的功能性塑料材料。相对于在囊中使用而言，在聚合物结构(包装壁)中引入所述活性剂的另一些优点包括例如：减小包装尺寸，有时更高的活性物质效力(其完全围绕在产品周围)以及在生产包装中更高的产出率(因为引入囊意味着另外的工序，而这通常是手工完成的)。当应用这些活性塑料时，也存在一些先期的顾虑。所述活性剂可改变塑料性质；吸附动力学是可变的并取决于塑料渗透性；如果没有有效的触发机制，活性能力可能由于早期反应而缩短；以及活性物质或低分子量反应产物不期望地迁移到食品中的可能性。
大多数活性剂被认为是食品接触材料组分(取代食品添加剂)，因此，这些系统应当符合与迁移有关的非常严格的现有规定。典型的实例包括氧清除剂、二氧化碳清除剂和发生剂、乙烯清除剂、水吸收剂和调节剂、有机化合物吸收剂和发生剂、酶促活性膜和抗微生物系统。传统上，食品接触材料包括柔性膜，其通常具有下述性质：成本相对较低；具有良好的水分和气体隔绝性能；可进行热密封以防止内容物渗漏；具有湿强度(wet strength)和干强度(dry strength)；易于处理以及方便于制造商、零售者和消费者；几乎不增加产品的重量；与食品的形状非常匹配，从而在储存和配送过程中节省空间等。
不同类型的柔性膜的简短概述如下：
纤维素：普通纤维素是无气味、无味且生物可降解(在约100天内)的光滑透明膜。它是坚硬且耐穿刺的，但是它容易被撕开。然而，它不可热密封，且膜的尺寸和渗透性随湿度的改变而变化。它被用于不需要完全隔绝水分或气体的食品。
聚丙烯聚丙烯是具有高强度的透明光滑膜，并且是耐穿刺的。它对水分、气体和气味具有中度渗透性，不受湿度改变的影响。它可伸展，但是程度低于聚乙烯。
聚乙烯低密度聚乙烯是可热密封、惰性、无味的并且当加热时会收缩。它是良好的水分屏障，但具有相对高的气体渗透性、对油的敏感性以及差的耐气味性能。它比大多数膜便宜，因此被广泛使用。与低密度聚乙烯相比，高密度聚乙烯的强度较大、较厚、柔韧性较低并且更脆，并且对气体和水分具有较低的渗透性。它具有较高的软化温度(121℃)，因此可以进行热灭菌。由0.03～0.15mm的高密度聚乙烯制得的袋子具有高的撕裂强度、耐渗透性和密封强度。它们是防水的并具有化学抗性，因而用于替代纸袋。
其它膜聚苯乙烯是脆性、透明的起泡(sparkling)膜，其具有高的气体渗透性。聚偏二氯乙烯非常结实，因此可以薄膜形式使用。其具有非常低的气体和水蒸汽渗透性，并且是可热收缩及可热密封的。然而，其呈褐色，这限制了它的某些应用。尼龙在宽的温度范围(60～200℃)内具有良好的机械性能。然而，该膜生产成本高，它们需要高温来形成热密封，并且在不同的储存湿度下渗透性发生改变。
经涂敷的膜用另一些聚合物或铝涂敷膜以提高隔绝性能或者引入热密封性。例如，将硝基纤维素涂敷在纤维素膜的一面上以提供水分屏障而保持氧气渗透性。在膜的两面涂敷硝基纤维素提高对氧气、水分和气味的隔绝，并且当使用宽边密封(broad seal)时能使膜进行热密封。氯乙烯或醋酸乙烯涂层形成具有中度渗透性的较硬的膜。此材料的套是硬的、可伸展的并且对空气、烟和水分具有渗透性。例如，在熏制和烹饪之前用它们来包装肉。薄的铝涂层对油、气体、水分、气味和光产生非常好的屏障。所述性能示于表1中。
表1：所选包装材料的性能

*＝低，**＝中度，***＝高。每种类型的较厚的膜比较薄的膜的隔绝性能好。PVDC＝聚偏二氯乙烯。
层压膜两层或多层膜的层压材料改进包装的外观、屏障性能或机械强度。
共挤出的膜这是指两层或更多层不同的聚合物同时挤出。相对于其它类型的膜而言，共挤出的膜具有三个主要的优点：它们具有非常好的屏障性能，与层压膜类似但是生产成本较低；它们比层压膜更薄，因此更易于在填装设备上使用；它们不分层等。
层压膜和共挤出膜的应用实例如下：
表2：所选的用于食品包装的层压膜

表3：所选共挤出膜的应用

随着用于构成医疗设备以及包装与处理食品的聚合物材料的广泛应用，使用抗微生物聚合物变得愈发需要。
抗微生物食品包装在过去的10年中，对抗微生物食品包装材料的研究显著增加(Cooksey，2001)，其作为一种替代性方法通过将抗微生物物质掺入包装材料中或涂敷在包装材料上来控制食品上的不期望的微生物(Han，2000)。由于加工之后的处理所致，大多数食品的微生物污染主要发生在表面，所以已尝试通过使用抗菌喷雾剂或药浴液(dip)来提高安全性以及延迟腐败。然而，直接表面应用抗微生物物质的益处有限，这是因为活性物质被中和或从表面迅速扩散到食物实体内部。因此，如果想在需要将抗微生物剂缓慢迁移到产品表面上或在产品表面起作用时能维持高浓度，使用含有抗微生物剂的包装膜可更加有效(Quintavalla和Vicini，2002)。
抗微生物膜的主要潜在食品应用包括肉、鱼、家禽、面包、奶酪、水果、蔬菜和饮料(Labuza和Breene，1989)。
目前，抗微生物食品包装基于以下概念之一。将包装设计为改变环境条件以抑制微生物生长。先前所述的氧气清除剂或CO₂发生剂改变空气组成并降低需氧微生物的生长动力。此外，减少水含量的活性包装影响微生物产生。一些用于吸收肉盘中溢出物的吸收垫(吸收物)引入有机酸和表面活性剂以防止微生物生长，因为食物溢出物富含营养物(Hansen等，1988)。
所述包装中引入抗微生物剂并被设计成将其释放到包装的顶部空间或直接释放到食品中。
所述包装包含具有抗微生物性质的经固定物质。此类活性包装包含(i)具有固有抗微生物性质的聚合物和(ii)含有经固定的抗微生物剂的结构。固定可通过限制扩散或通过将所述物质与聚合物骨架共价键合来实现。尽管这些技术目前仅有少数的食品相关商业应用，但这是具有重要意义的领域，并且许多研究致力于其开发和实施上。
对于从膜中释放抗微生物物质而言，传质(mass transfer)是在活性系统设计中需考虑的重要问题。针对聚合物中挥发性和非挥发性有机分子之迁移的研究可用于描述包装中抗微生物剂的释放(Garde等，2001；Katan，1996)。对于挥发性物质，其释放主要受其从聚合物的扩散及其在饱和时的蒸汽分压来控制。一旦在顶部空间，抗微生物物质到达吸附它们的食品表面，然后在食品中分散或扩散。
从聚合物释放抗微生物物质必须维持在合适的速度，从而使表面浓度高于临界抑制浓度。为了实现向食品表面的适当的受控释放，已提议使用多层膜(控制层/基质层/屏障层)。内层控制活性物质的扩散速度，而基质层含有活性物质，屏障层防止活性物质向包装外迁移(Cooksey，2001)。
已知多种挥发性化合物具有抗微生物性质，包括气体(例如SO₂或ClO₂)和具有不同挥发性的蒸汽(包括醇、醛、酮和酯)。二氧化氯作为包装材料的抗微生物添加剂已经得到食品和药品监督管理局的认可。它是由碱性含氯化学品暴露于潮湿中时释放的抗微生物气体。其主要优点在于可在一定距离以外起作用，因而是不需要直接接触食物的少数几种包装抗微生物剂之一。
尽管测试结果表明对延迟浆果上的霉菌生长有效，但是利用新鲜红肉的测试结果却显示严重的不良颜色改变(Brody，2001)。CSIRO(澳大利亚)正在开发逐渐释放SO₂以控制一些水果中霉菌生长的系统。该应用在欧盟是不被允许的，重要的是食物中累积或吸收大量SO₂可导致毒性问题(Vermeiren等，2002)。
目前，有关从具有杀真菌和杀细菌活性的食物和植物中分离天然化合物的研究非常活跃。这些研究的目的是获得活性包装系统，其将改良的空气包装与控释的活性化合物相结合。将这些高挥发性化合物引入包装壁中的步骤并不简单，这是因为膜制备过程(溶液浇铸或挤出)导致化合物挥发并在工厂中产生不可呼吸的气氛。解决此问题的一种可能方法是使用绑定活性分子并降低其挥发的化合物。已将环糊精包合物用于这些目的，在挤出过程中保留气味(Bhandari等，2001；Reineccius等，2002)。一些抗微生物剂、香精、辣根精油和乙醇已成功地被包封在环糊精中(Ikushima等，2002)。
已研究了来自植物的另一些挥发性较小的天然化合物(包括一些脂肪酸和精油)对抗多种腐败生物的作用。就非挥发性化合物而言，需要包装与食物表面直接接触。尽管这些化合物在包装壁内的扩散影响其释放，但是食物的类型和状态以及接触类型也是至关重要的。非挥发性抗微生物物质包括一些食物防腐剂，例如山梨酸盐、苯甲酸盐、丙酸盐和尼泊金酯，所有这些涵盖在美国FDA规章内(Floros等，1997)。释放山梨酸盐的塑料膜用于奶酪的包装。还开发了含有苯甲酰氯的离聚物膜，其显示出通过向缓冲液或马铃薯葡萄糖琼脂培养基中释放苯甲酸而作为抗微生物膜的潜力。还证明含有丙酸钠的膜可用于通过延迟微生物生长来延长面包货架期(Soares等，2002)。
令人感兴趣的商业开发是最近对批准可接触食物的(Microban Products Co.，USA)厨房产品的商业化，例如含有三氯生(triclosan)的砧板或洗碗布，其中三氯生是还用于肥皂和洗发水中的抗微生物芳香族氯代有机化合物(Berenzon和Saguy，1998)。最近，三氯生用于食品接触的应用在欧盟国家中被允许，其最大特定迁移限(specificmigration limit)为5mg/kg食品(Quintavalla和Vicini，2002)。Vermeiren等(2002)证实，在平板覆盖测定(plate overlay assay)中将三氯生引入低密度聚乙烯中产生活性，但是当所述塑料与真空包装和冷冻储藏相结合时，肉表面上的细菌并未充分减少。三氯生与肉产品脂肪成分的可能相互作用可能造成该活性丧失。Chung等(2001a，2001b)研究了三氯生从苯乙烯丙烯酸酯共聚物中释放到水和脂肪食物模拟物中。在另一个研究(Chung等，2003)中，可见由含有三氯生的苯乙烯丙烯酸酯共聚物制得的涂层能抑制琼脂扩散测试以及液体培养测试中的粪肠球菌(Enterococcus faecalis)的生长。数据表明，含有三氯生的苯乙烯丙烯酸酯共聚物在适当的条件下可以是有效的抗微生物层，然而还需要进一步的研究来评价其抗其它微生物的效力。还测试了多种酶和肽的杀菌能力。它们对温度的低耐受性限制了这些化合物吸附到聚合物表面上或涂敷或从溶液中浇铸的应用。在多种聚合物膜(包括聚乙烯醇膜、聚酰胺膜、三醋酸纤维素膜、藻酸盐膜和卡拉胶膜)中测试了单独的溶菌酶或与植物提取物、乳酸链球菌素(nisin)或EDTA相组合的溶菌酶(Appendini和Hotchkiss，1997；Buonocore等，2003；Cha等，2002)。其它实例包括用于聚乙烯膜的乳酸链球菌素/甲基纤维素涂层(Cooksey，2000)、被引入来自蜡和纤维素醚的可食用涂层中的抗真菌剂(Hotchkiss，1995)以及用于家禽的乳酸链球菌素/玉米蛋白(zein)涂层(http://www.uark.edu/depts/fsc/news.sum00.pdf(2003年10月获取))。乳酸链球菌素是由乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)产生的细菌素，被认为是天然添加剂。它具有用于加工奶酪的GRAS(generally recognizedas safe)(或“一般认为是安全的”)级别，其特别有效地用于阻止肉毒梭菌(Clostridium botulinum)生长(Cooksey，2001)。近来，研究了两种引入乳酸链球菌素的不同涂层(一种含有丙烯酸聚合物粘合剂溶液，另一种含有乙烯醋酸乙烯酯共聚物)的抗微生物活性，当它们与经巴氏消毒的牛奶和橙汁在10℃下接触时，观察到总的需氧细菌和酵母的显著抑制(Kim等，2002)。
除了通过释放对食品发挥有效作用的抗微生物剂以外，一些物质还被完全固定在包装壁上，因此，它们只通过与食物表面直接接触来保护免遭微生物腐败。这类抗微生物聚合物中，银(Ag)取代的沸石是日本市售的掺入塑料中的最常见的抗微生物剂(Vermeiren等，1999)。抑制一系列代谢酶的Ag离子具有强的抗微生物活性。Takayama等(1994)和Wirtanen等(2001)研究了它们对不同微生物(包括假单胞菌属(pseudomonas)、杆菌属(bacillus)、葡萄球菌属(staphylococcus)、微球菌属(micrococcus)、肠细菌属(enterobacteria)和酵母)的效力，报道了Ag-沸石的广谱抗微生物作用及其在低浓度下的效力(Kim和Lee，2002)。然而，因为其昂贵，Ag-沸石被层压成正常掺入水平为1％～3％的薄层(3～6mm)，(http://pffc-online.com/ar/paper active packaging/(2004年1月获取))。然而，还没有评估该系统的真正有效性，这是因为从聚合物的必需迁移太低并且银离子的抗微生物作用被许多食品中的含硫氨基酸所削弱(Brody，2001)。该系统的最实际的应用似乎是用于低营养饮料，例如茶或矿泉水。市售的Ag-沸石的实例有Zeomic(Shinanen NewCeramics Co.Ltd.，Japan)、AgIon^TM(AgIon Technologies Inc.，USA)以及Apacider(Sangi Group America，USA)。近来，RenaissanceChemicals Ltd.和Addmaster(UK)就用于食品接触应用的基于银离子的涂层(JAMCTM)获得FDA和BGVv(German Federal Institute froRisk Assessment)的批准(Paper Preservation/Paper Biocide，2003)。
固定抗微生物物质的另一种方法是与聚合物进行离子连接或共价连接。此类型的固定需要在抗微生物剂和聚合物上均存在官能团。具有官能团的抗微生物剂的实例有肽、酶、聚胺和有机酸。此外，还可需要使用连接聚合物表面与BioActivity TM药剂的“间隔”分子。可潜在地用于食品抗微生物包装的间隔分子包括葡聚糖、聚乙二醇、乙二胺和聚乙烯亚胺，因为它们毒性低并常用在食品中(Appendini和Hotchkiss，2002)。通过使用聚酰胺粘合剂已成功地将乳酸链球菌素和乳链球菌素(lacticin)连接到LDPE上(An等，2000；Kim等，2002)。
一些聚合物是固有的抗微生物剂。阳离子型聚合物(例如壳聚糖和聚-L-赖氨酸)促进细胞粘附，因为带电荷的胺与细胞膜上的负电荷相互作用，引起细胞内成分的渗漏。壳聚糖是由几丁质脱乙酰化制得的氨基多糖，几丁质是活的生物体(例如甲壳类动物、昆虫和真菌)中最丰富的天然聚合物之一。已证明其是无毒的、生物可降解的和生物相容性的(Kim等，2003)。壳聚糖已被用作包衣并且似乎用于保护新鲜蔬菜和水果免受真菌降解(Cuq等，1995)。这些膜有效对抗奶酪中的利斯特菌(Listeria)，然而它们的抗微生物活性随时间而降低(Coma等，2002)。Outtara等人(2000a；2000b)研究了壳聚糖与不同有机酸和肉桂醛(cinammaldehyde)的协同作用。他们发现所有制备物均有效对抗肉中的除乳酸菌之外的多种内源性微生物，其中含有醛的膜表现出最高的效力。壳聚糖作为膜材料的最大局限性是它们的机械性能相对较差。将壳聚糖膜与二醛淀粉交联，其机械性能显著提高并且所述膜仍保持显著的抗金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coli)的抗微生物作用(Tang等，2003)。
得到抗微生物聚合物的另一种可能途径是通过引入活性官能团对其表面进行修饰。已开发了一种利用UV准分子激光(UV excimer laser)的新方法。在空气中使用UV准分子激光于193nm处辐照的尼龙(6，6)膜具有抗微生物活性，其原因是尼龙表面上的酰胺基转化为胺(具有杀菌性能)，而所述胺仍结合在聚合物链中(Hagelstein等，1995)。最近，基于卟啉衍生物的应用开发了一些抗微生物聚合物。这些非常大的分子被固定在聚合物膜上。将这样的膜暴露于光得到活性氧物质。单态氧与对许多微生物而言是致命性的多种生物分子反应。这些活性氧分子从膜中释放出来并可在食品中表现出杀菌活性。目前，这些材料正用于医疗纺织纤维(Bozja等，2003；Sherrill等，2003)，但是它们在食品包装中的应用仍然处在研究中。对这些膜的主要顾虑在于其在食品中的潜在的氧化活性，这可导致迅速的质量降低。
抗微生物包装可在降低病原体污染的风险以及延长食品货架期中起到重要的作用。将来的工作可能会关注使用与聚合物结合的生物活性物质衍生之抗微生物化合物。对具有广谱活性和低毒性的新的抗微生物剂的需求将增加。对抗微生物包装的研究和开发有可能会超出现有的“活性包装”概念，而形成“智慧型”或“智能型”包装系统。这些材料可被设计为感知食物中微生物的存在，从而启动抗微生物机制(Appendini和Hotchkiss，2002)。
以下出版物通过引用并入本发明：An，D.S.，Kim，Y.M.，Lee，S.B.，Paik，H.D.，Lee，D.S.(2000).Antimicrobial low density polyethylene filmcoated with bacteriocins in binder medium.Food Sci.Biotechnol.9(1)：14-20.Appendini，P.，Hotchkiss，J.H.(2002).Review of antimicrobial foodpackaging.Innovative Food Sci.Emerging Technol.3：113-126.Buonocore，G.G.，Nobile，M.A.，Panizza，A.，Bove，S.，Battaglia，G.，Nicolais，L.(2003).Modeling the lysozyme release kinetics from antimicrobial films intendedfor food packaging applications.J.Food Sci.68(4)：1365-1370.Bhandari，B.，D′Arcy，B.，Young，G.(2001).Flavour retention during high temperatureshort time extrusion cooking process：a review.INTAL J.Food Sci.andTechnol.36(5)：453-461.Berenzon，S.，Saguy，I.S.(1998).Oxygen absorbersfor extension of crakers shelflife.Food Sci.Technol.31：1-5.Bozja，J.，Sherrill，J.，Michielsen，S.，Stojiljkovic，I.(2003).Porphyrin-based，lightactivated antimicrobial materials.J.Polymer Sci.part A：PolymerChem.41：2297-2303.Brody，A.L.(2001).What′s active in active packaging？Food Technol.55：104-106.Cha，D.S.，Choi，J.H.，Chinnan，M.S.，Park，H.J.(2002).Antimicrobial films based on Na alginate andKappa-carrageenan.Lebensmittel-Wissenschaftund-Technologie35(8)：715-719.Chung，D.，Chikindas，M.L.，Yam，K.L.(2001a).Inhibitionof Saccharomyces cerevisiae by slow release of propyl paraben from apolymer coating.J.Food Protection 64(9)：1420-1424.Chung，D.，Papadakis，S.E.，Yam，K.L.(2001b).Release of propyl paraben from apolymer coating into water and food simulating solvents forantimicrobial packaging applications.J.Food Process. Preserv.25(1)：71-87.Chung，D.，Papadakis，S.E.，Yam，K.L.(2003).Evaluationof a polymer coating containing triclosan as the antimicrobial layer forpackaging materials.Int.J.Food Sci.Technol.38：165-169.Coma，V.，Martial-Gros，A.，Garreau，S.，Copinet，A.，Salin，F.，Deschamps，A.(2002).Edible antimicrobial films based on chitosan matrix.J.Food Sci.67(3)：1162-1169.Cooksey，K.(2000).Utilization of antimicrobialpackaging films for inhibition of selected microorganisms.In：FoodPackaging：Testing Methods and Applications.Washington，DC：ACS.Cooksey，K.(2001).Antimicrobial food packaging materials.Additivesfor Polymers，pp.6-10.Cuq，B.，Gontard，N.，Guilbert，S.(1995).Ediblefilms and coatings as active layers.In：Rooney，M.L.，ed.Active FoodPackaging.London：Blackie Academic and Professional.Floros，J.D.，Dock，L.L.，Han，J.H.(1997).Active packaging technologies andapplications.Food Cosmetics and Drug Packaging 20：10-17.Garde，J.A.，Catala，R.，Gavara，R.，Hernandez，R.J.(2001).Characterising themigration of antioxidants into fatty food simulants.Food Additives andContaminants 18：750-762.Hagelstein，A.，Hoover，D.，Paik，J.，Kelley，M.(1995).Potential of antimicrobial nylon as a food package.ConferenceProceedings，IFT Annual Meeting.Han，J.H.(2000).Antimicrobial foodpackaging.Food Technol.54：56-65.Hansen，R.，Rippl，C，Miidkiff，D.，Neuwirth，J.(January 11，1988).Antimicrobial Absorbent Food Pad.US专利4,865,855.Hotchkiss，J.H.(1995).Safety considerations in activepackaging.In：Rooney，M.L.，ed.Active Food Packaging.London：Blackie Academic and Professional.Ikushima，K.，Yashiki，I，Kuwabara，N.，Hara，K.，Hashimoto，H.，Okura，I.(1994).Development of CDinclusion flavor essences，horseradish essences，menthol and ethanol forfood additives.J.Appl.Glycosci.41(2)：197-200.Katan，L.L.(1996).Plastics.In：Migration from Food Contact Materials.London：BlackieAcademic & Professional.Kim，H.J.，Lee，S.C.(2002).Antimicrobialactivity of silver ion against Salmonella Typhimurium，StaphylococcusAureus and Vibrio Parahaemolyticus.Korean Soc.Food Sci.Nutr.31(6)：1163-1166.Kim，Y.M.，An，D.S.，Park，H.J.，Park，J.M.，Lee，D.S.(2002).Properties of nisin incorporated polymer coatings asantimicrobial packaging materials.Packaging Technol.Sci.15：247-254.Kim，K.W.，Thomas，R.L.，Lee，C.，Park，H.J.(2003).Antimicrobialactivity of native chitosan，degraded chitosan and O-carboxymethylated chitosan.J.Food Protection 66：1495-1498.Labuza，T.P.，Breene，W. M.(1989).Application of active packaging forimprovement of shelf-life and nutritional quality of fresh and extendedshelf-life foods.J.Food Processing and Preservation.13：1-69.Ouattara，B.，Simard，R.E.，Piette，G.，Begin，A.，Holley，R.A.(2000a).Diffusionof acetic and propionic acids from chitosan-based antimicrobialpackaging films.J.Food Sci.65(5)：768-773.Ouattara，B.，Simard，R.E.，Piette，G.，Begin，A.，Holley，R.A.(2000b).Inhibition of surface spoilagebacteria in processed meats by application of antimicrobial filmsprepared with chitosan.Int.J.Food Microbiol.62：139-148.Quintavalla，S.，Vicini，L.(2002).Antimicrobial food packaging in meat industry.Meat Sci.62：373-380.Reineccius，T.A.，Reineccius，G.A.，Peppard，T.L.(2002).Encapsulation of flavors using cyclodextrins comparison offlavor retention in alpha，beta，and gamma types.J.Food Sci.67(9)：3271-3279.Sherrill，J.，Michielsen，S.，Stojiljkovic，I.(2003).Grafting of light-activated antimicrobial materials to nylon films.J.Polymer Sci. Part A：Polymer Chem.41：41-47.Soares，N.F.F.，Rutishauser，D.M.，Melo，N.，Cruz，R.S.，Andrade，N.J.(2002).Inhibition of microbial growth in bread through 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尽管本领域中已有抗微生物聚合物，但是仍需要可容易地且便宜地应用于基质上的改进型抗微生物聚合物涂层，用以提供具有优异的抗微生物性能并且当与细胞材料长期接触时以永久性和非渗漏方式维持其抗微生物性能的物品。
美国专利申请20050271780教导了一种与离子交换材料(例如季铵盐)结合以用于食品防腐的杀菌聚合物基质。该聚合物基质利用引入其中的杀菌剂(例如季铵盐)来杀死细菌。该药剂的正电荷仅辅助其本身与带负电的细胞壁之间的静电吸引。此外，上述申请整篇均未教导使用具有缓冲能力的固体缓冲剂。
美国专利申请20050249695教导了将共价结合至固体表面上的抗微生物分子例如季铵盐或鏻盐(阳离子型，带正电实体)固定以进行表面杀菌。本文中所述的聚合物通过与其连接的氨基与固体表面相连接，因此所述聚合物仅能在固体表面上形成单层。
美国专利申请20050003163教导了具有抗微生物和/或抗静电性能的基质。这样的性能通过应用由带正电的聚合物组分形成的涂层或膜来实现。
美国专利申请20050271780、20050249695和20050003163中所述的聚合物的活性依赖于杀菌材料与细胞膜的直接接触。其毒性水平强烈地依赖于杀菌实体的表面浓度。由于在离子交换反应中经暴露的阳离子物质可很快地被饱和，因此该要求具有很大的局限。
此外，上述美国专利申请均未教导杀死哺乳动物细胞。它们也未教导体内使用聚合物作为细胞毒性剂来对抗真核细胞或原核细胞类型。此外，上述美国专利申请均未教导选择性杀死某些细胞类型的聚合物构型。
因此，仍需要对真核细胞和原核细胞均具有细胞毒性作用的药剂，并且这将是非常有优势的。
发明内容
因此，本发明的一个目的是公开一种杀生物包装，尤其是用于化妆品和食品的包装，其包含至少一种不溶性质子库或质子源(proton sink orsource，PSS)。提供所述包装用于通过接触来杀死活的靶细胞(living targetcell，LTC)或者破坏所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用。所述PSS包含(i)提供缓冲能力的质子源或质子库；以及(ii)提供质子传导性和/或电势的工具；其中所述PSS有效地破坏所述LTC限定体积内的pH稳态和/或电平衡和/或破坏所述LTC的关键性细胞间相互作用，同时有效维持LTC环境的pH。
在本发明范围内，其中所述PSS是不溶性疏水性的阴离子型、阳离子型或两性带电聚合物，其可用于通过接触来杀死活的靶细胞(LTC)或者破坏LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用。此外或作为替代，在本发明范围内，其中所述PSS是不溶性亲水性的阴离子型、阳离子型或两性带电聚合物，其与水不互溶型聚合物联用，可用于通过接触来杀死活的靶细胞(LTC)或者破坏LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用。另外，在本发明范围内，其中所述PSS是不溶性亲水性的阴离子型、阳离子型或两性带电聚合物，其与水不互溶的阴离子型、阳离子型或两性带电聚合物联用，可用于通过接触来杀死活的靶细胞(LTC)或者破坏LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用。
此外，在本发明范围内，其中以非限制性方式使所述PSS与活的靶细胞在整体(bulk)上或表面上接触；例如，在能够与本发明PSS接触的生物体或无生命物体的最外围处；在能通过多种透皮递送途径之任一种与PSS接触的微生物、动物和植物的内膜和表面处；在整体上，其中配有或不配备搅拌等。
仍在本发明范围内，其中(i)PSS或(ii)包含所述PSS的产品还包含有效量的至少一种添加剂。
在本发明范围内，其中所述包装尤其适合作为用于化妆品和食品的包装来提供，仍在本发明范围内，其中下文所述的包装用于包装其它物质，例如固态、液态或气态的任意其它组分和产品。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的杀生物包装，其中通过水渗透性和/或通过润湿来提供质子传导性，尤其是其中通过亲水性添加剂来提供所述润湿。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的杀生物包装，其中通过固有性质子传导材料(inherently proton conductive material，IPCM)和/或固有性亲水性聚合物(inherently hydrophilic polymer，IHP)提供质子传导性或润湿，所述IPCM和/或IHP选自：磺化四氟乙烯共聚物；选自二氧化硅、聚硫醚砜(SPTES)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(S-SEBS)、聚醚-醚-酮(PEEK)、聚(亚芳基-醚-砜)(PSU)、聚偏氟乙烯(PVDF)接枝的苯乙烯、聚苯并咪唑(PBI)和聚磷腈的磺酰化材料；用交联聚苯乙烯磺酸盐(PSS盐)离子交换树脂的微米级悬浮颗粒浇铸聚苯乙烯磺酸盐溶液所制备的质子交换膜；市售的Nafion TM及其衍生物。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的杀生物包装，其中所述杀生物包装被构建成缀合物，其包含两种或更多种二维(2D)或三维(3D)的PSS，每种PSS由含有高度解离的阳离子和/或阴离子基团(highlydissociating cationic and/or anionic group，HDCA)的材料组成，所述基团以有效地将LTC环境中pH变化尽可能降低的方式进行空间组织。每种HDCA任选地以有效地将LTC环境中pH变化尽可能降低的特定2D(拓扑折叠的2D表面)或3D方式进行空间组织；此外任选地，所述进行空间组织的HDCA的至少一部分以选自以下的方式进行2D或3D排布：(i)交错；(ii)重叠；(iii)缀合；(iv)均匀或不均匀混合以及(iv)平铺(tiling)。
在此方面，应当强调的是，根据本发明的一个具体实施方案，术语“HDCA”非限制性地表示离子交换剂，例如与水不互溶的离子型疏水材料。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的杀生物包装，其中所述PSS有效地破坏限定体积内的pH稳态同时有效维持所述LTC环境(尤其是化妆品或食品)的完整性；另外，其中所述环境的完整性通过选自以下的参数来表征：所述环境的功能性、化学性质；可溶物浓度，可能除了质子或羟基浓度以外；生物学相关的参数；生态学相关的参数；物理参数，尤其是颗粒大小分布、流变学和粘稠度；安全性参数，尤其是毒性，或者说影响LD₅₀或ICT₅₀的参数；嗅觉或感官参数(例如颜色、味道、气味、质地、概念性外观等)；或上述的任意组合。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的杀生物包装，其中所提供的杀生物包装可用于破坏所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用，同时既(i)有效维持LTC环境(尤其是化妆品和食品)的pH，又(ii)最小程度地影响LTC环境的完整性，从而使从所述PSS渗漏(leach)到LTC环境中的离子化或中性原子、分子或颗粒(atom，molecule orparticle，AMP)尽可能减少。
在本发明范围内，其中上述的将渗漏尽可能降低使得所渗漏的离子化或中性原子的浓度小于1ppm。或者，上述的将渗漏尽可能降低使得所渗漏的离子化或中性原子的浓度小于50ppb。或者，上述的将渗漏尽可能降低使得所渗漏的离子化或中性原子的浓度小于50ppb且大于10ppb。或者，上述的将渗漏尽可能降低使得所渗漏的离子化或中性原子的浓度小于10ppb且大于0.5ppb。或者，上述的将渗漏尽可能降低使得所渗漏的离子化或中性原子的浓度小于0.5ppb。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的杀生物包装，其中所提供的杀生物包装可用于破坏所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用，同时较少破坏至少一个第二限定体积(例如非靶细胞或病毒(non-target cell，NTC))内的pH稳态和/或电平衡。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的杀生物包装，其中通过以下手段中的一种或多种来实现区分所述LTC与NTC：(i)差异性离子容量；(ii)差异性pH值；以及(iii)优化PSS与靶细胞的大小比例；(iv)提供PSS的差异性空间构型(2D、拓扑折叠的2D表面或3D构型)；(v)提供在每一指定体积内具有所定义能力的临界数目的PSS颗粒(或可用的表面)；以及(vi)提供尺寸排阻工具。
本发明的另一目的是公开用于化妆品和食品的杀生物包装，其包含上文所定义的任意至少一种不溶性、非渗漏的PSS。位于所述包装内表面和/或外表面上的所述PSS可用于通过接触来破坏LTC至少一部分内的pH稳态和/或电平衡，同时有效维持所述表面的pH和功能。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的杀生物包装，其具有至少一个具有指定功能(例如，电流传导性、亲和性、选择性等)的质子可渗透的外表面；所述表面至少部分地由PSS组成或者用PSS铺层于局部和/或下面，从而破坏所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用，同时有效维持所述LTC环境的pH和所述功能。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的杀生物包装，其包含具有指定功能的表面以及质子可渗透的一个或多个外层，每层被置于所述表面的至少一部分上；其中所述层至少部分地由PSS组成或者用PSS铺层，从而破坏所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用同时有效维持所述LTC环境的pH和所述功能。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的杀生物包装，其包含(i)至少一种PSS；以及(ii)一个或多个保护性屏障，为所述PSS提供长时间持续的活性；优选地，其中至少一个屏障是适用于避免重离子扩散的聚合物保护性屏障；进一步优选地，其中所述聚合物是离聚物屏障(ionomericbarrier)，特别是市售的Nafion TM。
在此方面，公认的是，存在或引入可选择性地允许质子和羟基(而非其它竞争性离子)运送到固体离子交换剂(solid ion exchanger，SIEx)表面和/或运送出SIEx表面的屏障消除或显著降低了离子交换被反离子饱和，导致本发明的材料和组合物持续地长期发挥杀细胞活性。
在本发明范围内，其中所述细胞与强酸性和/或强碱性材料和组合物之间的质子和/或羟基交换可导致细胞pH稳态的破坏并因此导致细胞死亡。所述质子传导性、体积缓冲能力(volume buffer capacity)和体积活性(bulkactivity)对本发明是关键和重要的。
仍在本发明范围内，其中可通过用聚合物屏障材料和/或离聚物屏障材料浸涂和涂覆酸性和碱性的离子交换材料来调节所述pH介导的细胞毒性。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的杀生物包装，其中所述包装适用于避免产生LTC抗性和针对抗性突变的选择。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的杀生物包装，其中所述包装被设计成连续的屏障，所述屏障选自：2D或3D膜；滤器；筛状物；网状物；片状膜或其组合。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的杀生物包装，其中所述包装是插入物，其包含至少一种PSS，所提供的插入物具有确保以下的尺寸：(i)可逆性的安置或(ii)永久性将所述插入物容纳在预定的产品中。
在本发明范围内，其中所述插入物被构建成片状元件(例如凹陷状元件(dip like member)等)或颗粒状(大块的(bulky))物质，例如多孔的粉末。所述插入物可以是独立式产品，或者它可具有第二功能，例如瓶的螺旋软木塞、食品容器的可移除的可弯曲密封件。根据其表面面积或其有效体积来选择所述插入物。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的杀生物包装，其中所述包装的特征在于下述至少之一：(i)可再生的质子源或质子库；(ii)可再生的缓冲能力；以及(iii)可再生的质子传导性。
本发明的另一目的是公开用于杀死包装(尤其是化妆品或食品包装)中活的靶细胞(LTC)或者破坏所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用的方法。该方法包括如下步骤：提供具有至少一种PSS的所述包装，所述PSS包含(i)提供缓冲能力的质子源或质子库以及(ii)提供质子传导性和/或电势的工具；使所述LTC与所述PSS接触，利用所述PSS从而有效破坏所述LTC内的pH稳态和/或电平衡同时有效维持所述LTC环境的pH。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的方法，其中所述步骤(a)还包括以下步骤：向所述PSS提供水渗透特性和/或润湿特性，特别是其中通过向所述PSS提供亲水性添加剂来至少部分地获得所述质子传导性和润湿。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的方法，其中该方法还包括以下步骤：向PSS提供固有性质子传导材料(IPCM)和/或固有性亲水性聚合物(IHP)，特别地，所述IPCM和/或IHP选自磺化四氟乙烯共聚物、市售的Nafion TM及其衍生物。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的方法，其中该方法还包括以下步骤：向所述包装提供两种或更多种二维(2D)、拓扑折叠的2D表面或三维(3D)的PSS，每种PSS由含有高度解离的阳离子和/或阴离子基团(HDCA)的材料组成；并且所述HDCA以有效地将LTC环境(尤其是化妆品或食品)的pH变化尽可能降低的方式进行空间组织。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的方法，其中该方法还包括以下步骤：以特定的2D或3D方式对每个HDCA进行空间组织，使得LTC环境的pH变化尽可能降低。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的方法，其中所述组织步骤通过选自以下的方式来提供：(i)使所述HDCA交错；(ii)使所述HDCA重叠；(iii)使所述HDCA缀合；(iv)使所述HDCA均匀或不均匀混合以及(v)平铺所述HDCA。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的方法，其中该方法还包括如下步骤：利用PSS破坏LTC至少一部分内的pH稳态和/或电势，同时(i)有效维持所述LTC环境(尤其是化妆品或食品)的pH，并且(ii)最小程度地影响所述LTC环境的完整性；该方法特别地通过使从PSS渗漏到所述LTC环境中的离子化或电中性原子、分子或颗粒(AMP)尽可能减少来实现。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的方法，其中该方法还包括如下步骤：优先破坏至少一个第一限定体积(例如，活的靶细胞或病毒(LTC))的pH稳态和/或电平衡，同时较少破坏至少一个第二限定体积(例如，非靶细胞或病毒(NTC))的pH稳态。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的方法，其中通过以下步骤中的一个或多个来实现区分所述LTC与NTC：(i)提供差异性离子容量；(ii)提供差异性pH值；(iii)优化PSS与LTC的大小比例；(iv)在所述PSS整体之上设计PSS边界的差异性空间构型；(v)在每一给定体积内提供具有所定义能力的临界数目的PSS颗粒(或可用表面)；以及(vi)提供尺寸排阻工具，例如筛、网格等。
本发明的另一目的是公开制备用于化妆品和/或食品的杀生物包装的方法，其包括以下步骤：提供上文所定义的PSS；将所述PSS置于所述包装表面之上或之下；以及通过将所述PSS与LTC接触来破坏所述LTC至少一部分内的pH稳态和/或电平衡，同时有效维持所述表面的pH和功能。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的方法，其中该方法还包括以下步骤：向所述包装提供至少一个具有指定功能的质子可渗透外表面；向所述表面的至少一部分提供至少一种PSS，和/或将至少一种PSS铺层于所述表面之上或之下；从而杀死LTC，或者破坏所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用，同时有效维持素数LTC环境的pH和功能。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的方法，其中该方法还包括以下步骤：向所述包装提供至少一个具有指定功能的质子可渗透外表面；在所述表面至少一部分的局部和/或下面铺一个或多个质子可渗透层；所述一个或多个层至少部分地由至少一种PSS组成或铺成；杀死LTC或者破坏所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用同时有效维持所述LTC环境的pH和功能。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的方法，其中该方法包括如下步骤：向所述包装提供至少一种PSS；以及向所述PSS提供至少一个保护性屏障，从而获得长期持续的作用。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的方法，其中所述提供屏障的步骤是通过以下方式实现的：使用适用于避免重离子扩散的聚合物保护性屏障；优选地提供所述聚合物作为离聚物屏障，特别是利用市售的Nafion TM产品。
本发明的另一目的是公开用于诱导包装(尤其是化妆品和食品的包装)中LTC群之至少一部分发生细胞凋亡的方法；该方法包括以下步骤：如上所述获得至少一种包装，使PSS与LTC接触；有效地破坏所述LTC内的pH稳态和/或电平衡使得所述LTC发生凋亡，同时有效维持所述LTC环境的pH和患者的安全。
因此，在本发明范围内，其中提供了下述材料的一种或多种：在固体或半固体包膜中包封的强酸和强碱缓冲剂、固体离子交换剂(SIEx)、离聚物、经涂覆的SIEx、高度交联的小孔隙SIEx、孔隙经填充的SIEx、经基质包埋的SIEx、包埋在基质中的离聚物颗粒、阴离子型(酸性)和阳离子型(碱性)SIEx的混合物等。
本发明的另一目的是公开上文任一处所定义的PSS，其中所述PSS是天然有机酸的组合物，其含有多种羧酸和/或磺酸家族基团、松香酸(C₂₀H₃₀O₂)(例如松香/松脂、松木树脂等)、酸性和碱性萜类。
本发明的另一目的是公开用于避免产生LTC抗性和针对抗性突变之选择的方法，该方法包括以下步骤：如上所述获得至少一种包装；使PSS与LTC接触；有效地破坏所述LTC内的pH稳态和/或电平衡，从而避免产生LTC抗性和针对抗性突变的选择，同时有效维持所述LTC环境(尤其是化妆品或食品)的pH。
本发明的另一目的是公开使上文所述包装的杀生物性质再生的方法，其包括选自以下的至少一个步骤：(i)使所述PSS再生；(ii)使其缓冲能力再生；以及(iii)使其质子传导性再生。
附图说明
为了理解本发明并了解如何在实践中实施本发明，现在参照下述附图仅采用非限制性的实施例来描述多个优选实施方案，其中：
图1代表经Nafion TM涂覆的小瓶对比未经涂敷的小瓶中大肠杆菌的细菌数；
图2显示在未经涂覆的小瓶(左)对比经涂敷的小瓶(右)中细菌沉积的比较；
图3示意Dormin^TM溶液中的细菌生长抑制(金黄色葡萄球菌)。
图4显示Dormin^TM溶液中的细菌生长抑制(大肠杆菌)。
图5显示在经Nafion TM涂敷的皿中的化妆品膏霜中的细菌产生；
图6表示在经Nafion TM涂敷的皿中的化妆品膏霜中的细菌产生；
图7示意在对照和经涂敷的载玻片上的生物膜计数。使用标准细菌学试验来评价G5组合物的抗污性能；使用拭子由所述玻璃上得到细菌样品，接种并计数；
图8表示培养基细菌负荷。孵育3天、11天和13天后测量培养基细菌负荷；对培养基取样、接种、孵育并计数；
图9显示孵育3天后培养基浑浊度照片-代表性生长培养基图片。
图10示意玻璃瓶的BioActivity TM涂层对接种有解酪葡萄球菌(S.caseolyticus)的UHT牛奶的作用；以及
图11显示在室温下于BioActivity TM层压容器和对照容器中保存14天的果汁的pH动力学。
具体实施方式
以下说明书结合附图阐述了本发明的优选实施方案。本文中公开的本发明实施方案是本发明人设想的在商业环境中实施其发明的最佳方式，然而应当理解的是，可对本发明的参数进行多种改动。
下文中的术语“接触”是指PSS与限定体积(活的靶细胞或病毒，LTC)的任何直接或间接接触，其中所述PSS与LTC位置邻近，例如其中所述PSS到达LTC的内部或外部；此外，其中所述PSS和LTC位置接近使得：(i)有效破坏所述LTC的pH稳态和/或电平衡，或者(ii)破坏所述LTC的关键性细胞内过程和/或细胞间相互作用。
下文中的术语“有效”是指超过10％的有效性，此外或者作为替代，该术语是指超过50％的有效性；此外或者作为替代，该术语是指超过80％的有效性。在本发明的范围内，其中为了杀死LTC，该术语是指在预定时间(例如10分钟)内杀死大于50％的LTC群。
下文中的术语“添加剂”是指以下物质的一种或多种：杀生物剂，例如有机杀生物剂，如茶树油、松香、松香酸、萜、迷迭香油等，以及无机杀生物剂，如氧化锌、铜和汞、银盐等；标记物、生物标记物、染料、颜料、放射性标记材料、胶、粘附剂、润滑剂、药剂、缓释药物、营养物、肽、氨基酸、多糖、酶、激素、螯合剂、多价离子、乳化剂或去乳化剂、粘合剂、填充剂、增稠剂、因子、辅因子、酶促抑制剂、感官试剂(organolepticagent)；运载工具，例如脂质体、多层囊泡或其它囊泡、磁性或顺磁性物质、铁磁性和非铁磁性物质；增强生物相容性的物质和/或生物可降解的物质，例如聚乳酸和聚谷氨酸；抗腐蚀颜料、抗污颜料、UV吸收剂、UV增强剂、血凝剂；血液凝固抑制剂，例如肝素等；或其任意组合。
下文中术语“颗粒物质”是指下述物质中的一种或多种：纳米粉末、微米级粉末、细粉末、自由流动的粉末、粉尘、聚集体、平均直径为约1nm至约1000nm或者约1mm至约25mm的颗粒。
下文中的术语“约”是指所限定测量值的±20％。
下文中的术语“化妆品”以非限定性方式指：眼影、腮红、古铜粉(bronzer)、粉底和其它产品(其采用粉或霜状粉(creamy powder)或霜的最终形式，应用于人体多个部分以改善外观)、唇膏或其它热灌注液体产品。化妆品可以是液体或粉末形式。该术语还指彩装(make-up)、粉底和护肤品。术语“彩装”是指在脸上留有色彩的产品，包括粉底、blacks and browns即睫毛膏、遮瑕膏、眼线、眉彩、眼影、腮红、唇彩、粉、固体乳液饼(solid emulsion compact)等。“护肤品”是用于处理或护理或以某种方式润湿、改善或清洁皮肤的产品。短语“护肤品”所涵盖的产品包括但不限于粘合剂、绷带、牙膏、无水吸留性保湿剂、止汗剂、祛臭剂、个人清洁用品、洗衣粉、织物柔顺剂、毛巾、吸留性药物递送贴剂、指甲油、粉、纸巾、清洁布、无水护发素、剃须膏等。术语“粉底”是指液体、霜状、摩丝、粉饼、饼状、遮瑕产品，或由化妆品公司制造或再开发的甚至可以对全身皮肤着色的同类产品。
下文中的术语“食品”以非限定性方式指：在供给消费者之前通常由实际生产者仅进行一次处理步骤的食品，例如肉，比如小牛肉、烤牛肉、菲力牛排、肋间肉、猪肉、肉糜、羔羊肉、野生动物肉、鸡肉，还包括各种预制的炖荤菜和煲类、肝脏和血产品、酱汁、海产食品和鱼以及蛋。该术语还指“副食品”，即在从生产者供给消费者的过程中由制造者进一步加工过的食品，例如素食肉排(vegetarian steak)、焗蔬菜(gratinated veg)、烤宽面条(oven made lasagne)、带有马铃薯的鱼和火腿(fish and ham with potatoes)、肉酱意粉(meat pasta dishes)、汤、汉堡包、比萨饼、香肠产品、糕点和焙烤产品、面包、乳制品(包括乳酪、冰淇淋和奶酪)、鹰嘴豆泥、芝麻汁(tehina)等。该术语还包括以下任意产品：未烹制的、预制的或经加工的，其旨在用于人消费，尤其是通过食用或饮用，其可包含矿物质、碳水化合物(包括糖)、蛋白质和/或脂肪形式的营养物或兴奋剂。该术语还指“功能性食品”或“食物组合物”。该术语还用于未加工的食物形式。该术语还指所有饮料、饮品、基于水的溶液、与水不互溶的溶液、提取物，还指饮用纯净水。该术语应当理解为意指任何液体或固体食品。
本发明涉及用于防止化妆品中细菌产生的材料、组合物和方法，其通过制备包装以及能够抑制细菌增殖和生物膜形成的封闭机制来实现。抗细菌活性是基于细胞与强酸性和/或强碱性材料和组合物之间的优先质子和/或羟基交换。本发明的材料和组合物通过“滴定样过程(titration-like process)”来发挥其抗微生物和抗生物膜作用，其中所述细胞(细菌、酵母、真菌等)逐渐与强酸和/或强碱缓冲剂等接触，包括：在固体或半固体包膜中包封的强酸性和强碱性缓冲剂、固体离子交换剂(SIEx)、离聚物、经涂覆的SIEx、高度交联的小孔隙SIEx、孔隙经填充的SIEx、经基质包埋的SIEx、包埋在基质中的离聚物颗粒、阴离子型(酸性)和阳离子型(碱性)SIEx的混合物等。该过程导致细胞pH稳态的破坏，并因此导致细胞死亡。所述质子传导性、体积缓冲能力和体积活性对本发明是关键和重要的。存在或引入可选择性允许质子和羟基(而非其它竞争性离子)运送到SIEx表面或运送出SIEx表面的屏障消除或显著降低了离子交换被反离子饱和，导致本发明的材料和组合物持续地长期发挥杀细胞活性。
本发明的材料和组合物包括但不限于PCT申请No.PCT/IL2006/001263中公开的材料和组合物。
以使得这些所述组合物为离子选择性的方法对PCT/IL2006/001262中所述的材料和组合物进行改性：例如通过用选择性涂层或离子选择性膜进行涂敷；以高度交联的尺寸排阻聚合物等进行涂敷或包埋；在固体或半固体包膜中包封强酸性和强碱性缓冲剂；SIEx颗粒——经涂覆的和未经涂敷的、单独的或在混合物中的、经基质包埋的，以产生pH调节的聚合物；SIEx颗粒——经涂覆的和未经涂敷的、包埋在水可渗透性的多孔陶瓷或玻璃基质中；聚合物，其交替平铺高pH和低pH区域，以得到具有超广谱杀细胞的镶嵌型聚合物。
除了上述PCT No.PCT/IL2006/001263中所公开的离聚物以外，本发明中可使用其它离聚物用作杀细胞的材料和组合物。它们包括但显然不限于例如磺化二氧化硅、磺化聚硫醚砜(SPTES)、磺化苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(S-SEBS)、聚醚-醚-酮(PEEK)、聚(亚芳基-醚-砜)(PSU)、聚偏氟乙烯(PVDF)接枝的苯乙烯、聚苯并咪唑(PBI)和聚磷腈、用交联聚苯乙烯磺酸盐(PSS盐)离子交换树脂的微米级悬浮颗粒浇铸聚苯乙烯磺酸盐溶液所制备的质子交换膜。
本发明的所有上述材料和组合物可以被浇铸、铸模或挤出，并可作为颗粒用在混悬剂、喷雾剂中，以及用作膜、经涂敷的膜、纤维或中空纤维、纸、连接到或吸附到纤维或中空纤维上的颗粒，被引入到滤器或者管和管子等中。
在本发明范围内，其中用于化妆品和食品的杀生物包装包含采用聚合物、陶瓷、凝胶、树脂或金属氧化物形式的不溶性PSS。所述PSS带有强酸性或强碱性官能团(或二者兼有)，其被调节至pH约＜4.5或约＞8.0。在本发明范围内，其中所述不溶性PSS是固体缓冲剂。
此外，在本发明范围内，其中提供了材料组合物以使所述基团无论在PSS表面上还是在其内部均能与水接触。使活细胞(例如细菌、真菌、动物细胞或植物细胞)与PSS接触在一定时间内杀死所述细胞，其效力取决于PSS的pH、接触细胞的PSS量、PSS所携带的特定官能团以及所述细胞的类型。通过滴定过程杀死细胞，其中PSS导致细胞内的pH改变。细胞常在膜破裂或细胞裂解发生之前被有效杀死。如果接触是通过可渗透水、H+和OH-离子(而非其它离子或分子)的涂层或膜来实现的，则PSS在不直接接触细胞的情形下杀死细胞。这样的涂层还用于通过反离子向PSS官能团扩散来防止PSS或靶细胞周围溶液的pH改变。在此方面，公认的是，现有技术公开了通过强阳离子(碱性)分子或聚合物来杀死细胞，其中杀死可能通过膜破裂来实现并需要与所述强阳离子材料接触或将所述材料的至少一部分插入到外层细胞膜中。
仍在本发明范围内，其中公开了带有强酸性(例如磺酸或磷酸)或强碱性(例如季铵或叔胺)官能团(或二者兼有)、pH为约＜4.5或约＞8.0的不溶性聚合物、陶瓷、凝胶、树脂或金属氧化物。PSS的官能团均能接触水，其体积缓冲能力为约20至约100mM H⁺/l/pH单位，当被置于未经缓冲的水(例如，约5＜pH＞约7.5)中时其得到中性pH，通过接触来杀死活细胞。
还在本发明范围内，其中用可渗透水、H⁺和OH^-离子(而非较大离子或分子)的屏障层来涂覆上文所定义的不溶性聚合物、陶瓷、凝胶、树脂或金属氧化物，其通过活细胞接触所述屏障层来将其杀死。
还在本发明范围内，其中提供了上文所定义的不溶性聚合物、陶瓷、凝胶、树脂或金属氧化物，其可用于通过接触而诱导细胞中的pH改变来杀死活细胞。
还在本发明范围内，其中提供了上文所定义的不溶性聚合物、陶瓷、凝胶、树脂或金属氧化物，其可用于在不需要将其任何结构插入到细胞膜中或结合到细胞膜的情形下杀死活细胞。
还在本发明范围内，其中提供了上文所定义的不溶性聚合物、陶瓷、凝胶、树脂或金属氧化物，其可用于在不需要预先破裂细胞膜和裂解的情形下杀死活细胞。
还在本发明范围内，其中提供了上文所定义的不溶性聚合物、陶瓷、凝胶、树脂或金属氧化物，其可用于导致活细胞周围的生理溶液或体液的pH变化约＜0.2个单位同时通过接触来杀死活细胞。
还在本发明范围内，其中提供了上文所定义的不溶性聚合物、陶瓷、凝胶、树脂或金属氧化物，其采用任意形状、涂层、膜、片层、珠、颗粒、微米颗粒或纳米颗粒、纤维、线、粉末以及这些颗粒的混悬物等形式。
还期望上述材料和组合物被引入包装帽、盖塞或密封中或成为其一部分；以任意种类的插入物(例如膜、包裹物、分开的片和箔、棒、牙签、网、球、珠、浮标、漂浮物、环等)被插入到包装中。
已经证明当上述材料用于食品例如乳、果汁、肉等食品包装测试中时具有高的抗菌活性。
本发明是基于利用薄层的本发明材料对化妆品容器、管、罐、瓶等的内表面进行改性以防止在容器内表面上产生细菌。
可利用工业中已知的方法制备所述涂层，例如旋转涂敷、内部喷雾处理、热塑喷雾、蒸发沉积、利用清漆或薄层树脂等涂敷，并且这些涂层可被沉积在聚合物、玻璃、纸或任意其它材料的表面上。
在所有这些涂层中，活性抗菌材料可被引入到适于附着在容器材料上的聚合物基质中。
实施例1
比较经Nafion TM涂敷的小瓶与未经涂敷的小瓶中TSB中的细菌产生(大肠杆菌)
材料和方法
利用商购的Nafion TM(可由Du Pont购得)溶液涂敷15ml小瓶并使其干燥。这使得在所述小瓶的内表面上形成一薄层(约50微米)的聚合Nafion TM。
将经涂敷的和未经涂敷的小瓶填充10ml TSB，并接种大肠杆菌(3×10⁶cfu/ml)。然后于30℃静止孵育小瓶。在接种后0小时、3小时以及3天，从细菌液体培养基中取样并将其分散在TSA板上并于30℃孵育24小时后进行细菌计数(cfu/ml)。
结果
图1代表经Nafion TM涂覆的小瓶对比未经涂敷的小瓶中大肠杆菌的细菌计数；图2显示未经涂覆的小瓶(左)与经涂敷的小瓶(右)中的细菌沉积的比较。
在未经涂敷的对照中，在孵育3小时后细菌计数开始增加，3天后达到10⁹cfu/ml的水平(参见图1)。另一方面，经Nafion TM涂覆的小瓶显示出强的抑制和抗菌活性，3天后，细菌计数下降至约5×10³cfu/ml的水平。
图2显示，与未经涂敷的管中清晰可见的沉积细菌相比，经NafionTM涂覆的小瓶中无细菌沉积。
实施例2
经Dormin^TM涂敷的小瓶对比未经涂敷的小瓶中细菌的产生
休眠素是来自休眠阶段的植物和植物器官的天然提取物，其能减慢细胞增殖、使皮肤维持更年轻更健康并为更好地保护皮肤提供了手段。许多化妆品公司将休眠素用作化妆品膏霜和乳液中的活性成分。休眠素对细菌和真菌污染敏感。
材料和方法
在该试验中，将100微升金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)培养物以5.8×10⁷cfu/ml的浓度添加到2ml不含防腐剂的Dormin^TM溶液(来自IBR，Rehovot，以色列)中。将接种有金黄色葡萄球菌的Dormin^TM溶液置于涂敷有50微米厚Nafion TM层的培养皿中。于30℃孵育4小时和22小时后，将样品铺在TSA板上并于30℃孵育24小时以监测细菌增殖。
结果
图3示意Dormin^TM溶液中的细菌生长抑制(金黄色葡萄球菌)；图4显示Dormin^TM溶液中的细菌生长抑制(大肠杆菌)。
该结果显示，与未经处理的对照不同，在50微米厚Nafion TM层存在时在Dormin^TM溶液中孵育显著抑制细菌产生(图3)。
如图4所示，利用大肠杆菌进行类似的实验再次表明活性涂层的强抑制作用。
实施例3
不含防腐剂的市售化妆品膏霜中的细菌抑制
材料和方法
市售的不含防腐剂的化妆品膏霜样品来自以色列的IBR Ltd.，Rehovot。最初的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌培养物于30℃在TSB上培养4小时，并与所述化妆品膏霜以1∶1比例混合(8ml各培养物与8克化妆品膏霜混合)并置于经Nafion TM涂敷的皿中。如上所述于30℃孵育0、24、48、72、96、144和168小时时监测细菌产生。
结果
图5显示在经Nafion TM涂敷的皿中化妆品膏霜中的细菌产生；图6表示在经Nafion TM涂敷的皿中化妆品膏霜中的细菌产生。
图5和图6表明，与未经涂敷的皿相比，经Nafion TM涂敷的皿中化妆品膏霜的细菌生长受到强烈抑制。事实上，在经Nafion TM涂敷皿的霜剂中，分别在48小时和72小时后便无法找到大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。
实施例4
利用抗菌插入物防止液体中形成生物膜
材料和方法
利用封闭的需氧系统来评价组合物G5的抗污性能。用G5[10％磺化二氧化硅、5％硫酸钾、10％月桂酸钾、65％矿物油、石蜡(白色)]涂敷聚苯乙烯(PS)载玻片，并将其垂直地孵育在含有大肠杆菌(10⁶c.f.u/ml TSB)的50ml多孔管(30℃，50rpm)中。为了维持培养基中的营养物水平，每3天用新鲜培养基更换10ml培养基。在孵育的14天中，利用标准细菌学测试来评价G5组合物的抗污性能。细菌样品来自所述玻璃。将载玻片从所述管中取出，在dw水中清洗，然后干燥(1小时，室温)，然后取样。使用拭子，得到1cm样品，将拭子的棉花浸在500μl PBS中，剧烈振荡，并以十进位进行稀释(100μl细菌样品)，接种在TSA培养皿(Hy labs，以色列)上，孵育(30℃，48小时)并计数。为了研究经涂敷的玻璃对周围培养基中细菌负荷的作用，同样取培养基(100μl初始细菌样品)，利用PBS以十进位进行稀释，接种在培养皿(TSA培养皿)上，孵育(30℃，24小时)并计数。
结果
图7示意对照和经涂敷的载玻片上的生物膜计数。使用标准细菌学测试来评价G5组合物的抗污性能。使用拭子由所述玻璃上得到细菌样品，接种并计数；图8表示培养基细菌负荷。孵育3、11和13天后测量培养基细菌负荷；对培养基取样、接种、孵育并计数；图9显示孵育3天后培养基浑浊度-代表性生长培养基图片。
使用含有大肠杆菌的封闭的需氧系统来测试G5涂层的抗污性能。所测试的测量标准是PS载玻片上的细菌负荷和培养基中的细菌负荷。相比于未经涂敷的对照载玻片表示生物膜计数(图7)。发现G5组合物对抗污有益，与对照相比，其降低了细菌负荷。当测量培养基中的细菌负荷时得到一系列结果(图8)。提供了培养基浑浊度的代表性图像(图9)。根据pH测量值，我们证明抗菌作用并非培养基酸度的结果(在经处理的和未经处理的管中，pH均为8～9)。
在整个实验数据部分，可使用以下术语和注释。除非另外指明，各实验中使用如下6种类型的塑料膜：Nafion TM；500微米厚的聚丙烯酰胺与固定化电解质在聚酯碱上，pH 10；500微米厚的聚丙烯酰胺与固定化电解质在聚酯碱上，pH 9；500微米的聚丙烯酰胺在聚酯上，pH 5；以及对照聚酯膜。
实施例5
牛奶的货架期测试
测试本发明的膜对牛奶货架期的影响。
材料和方法
为了用本发明的膜测试牛奶稳定性，使用经巴氏消毒的均质牛奶。在两组实验中，牛奶均是经过UV处理的。
测试1：将7个空的35mm培养皿装满新鲜牛奶。其中6个培养皿用本发明的膜覆盖，并使其活性面接触牛奶，它们之间无空气。第7个培养皿用作对照。将培养皿在室温下置于桌子6天。每天测试培养皿的pH。为了弥补蒸发，每天添加无菌双蒸水(DDW)。所添加的双蒸水的总体积小于牛奶总体积的5％，因此预计其不影响pH动力学。该实验重复两次。
测试2-利用Nafion TM的14天测试：利用市售的Nafion TM作为活性材料(层)进行该测试。为了测试牛奶稳定性，使用经巴氏消毒的均质牛奶(无抗生素)。将3个空的35mm培养皿装满新鲜牛奶。其中2个培养皿用Nafion TM覆盖，并使其活性面接触牛奶，它们之间无空气。第3个培养皿用作对照。室温下将培养皿置于桌子上14天。每天测试培养皿的pH。为了弥补蒸发，每天添加无菌双蒸水。所添加的双蒸水的总体积小于牛奶总体积的5％，因此预计其不影响pH动力学。
测试总的微生物和真菌病原体：使用“沉积”法在Saburo琼脂上进行该测试。将含有Saburo琼脂的未经覆盖的培养皿开口放置8小时。将一片Nafion TM(10mm×10mm)置于测试培养皿上，其活性面朝下。于37℃孵育过夜后，评估菌落数。将测试组和对照组进行比较。
结果
测试1的牛奶的pH结果记录在以下表4中。
表4牛奶样品的pH值

牛奶的pH结果(测试1，重复试验)记录在以下表5中。
表5牛奶样品的pH值

14天测试(测试2)的pH结果记录在以下表6中。
表6两种PSS和对照的pH值


测试总的微生物和真菌病原体的结果记录在以下表7中。
表7总的微生物和真菌病原体

试验3：牛奶测试
材料和方法
室温下，用解酪葡萄球菌接种500ml UHT牛奶(终浓度为1×10⁷CFU/ml)，并将其置于两个玻璃容器中：一个容器中含有BioActivity TM涂层(经Nafion TM涂敷的玻璃瓶)，一个容器未经涂敷。在室温下孵育0(接种时间)、3、7、14和17天时，从两个容器中的UHT牛奶中取样并将10倍稀释物铺于TSA培养基上，计算每毫升牛奶中解酪葡萄球菌的菌落形成单位的数目。
结果
图10示意玻璃容器的BioActivity TM涂层对于接种解酪葡萄球菌的UHT牛奶的作用。
3天后，经BioActivity TM涂敷的容器中的牛奶与0时刻时的状态相同。而在不含涂层的对照容器中的牛奶则变质(可见固体块，并且在空气中有强烈的气味)。对照中解酪葡萄球菌的数目达到10¹⁴ CFU/ml水平，而在BioActive处理的容器中解酪葡萄球菌的数目稳定维持在初始水平(1×10⁷CFU/ml)(图10)。
7天后，对照中的牛奶被完全降解、腐败和分相，而在BioActive处理的容器中则与第一天的状态相同。对照中解酪葡萄球菌的计数达到10¹⁵CFU/ml水平，而在BioActive处理的容器中解酪葡萄球菌的计数维持在初始水平1×10⁷CFU/ml。
此图片维持到14天和17天后实验结束(图11)。
实施例6
果汁稳定性
材料和方法
为了测试BioActivity TM层压物(即通过本发明的手段和方法提供的层压物)对果汁稳定性的影响，使用经巴氏消毒的果汁(称为“热带的(tropic)”)。将6个空的35mm培养皿装满新鲜果汁。其中5个皿用BioActivity TM层压物覆盖，并使其活性面接触果汁，它们之间无空气。第6个皿用作对照。室温下将培养皿置于桌子上14天。为了弥补蒸发，每天添加无菌双蒸水。所添加的双蒸水的总体积小于果汁总体积的5％(为了不影响pH动力学)。每天测量果汁的pH值。
结果
图11显示在室温下于BioActivity TM层压物容器和对照容器中放置14天的果汁的pH动力学。所有经BioActivity TM层压物处理的果汁样品的pH在整个实验中均是稳定的，而在对照样品中，pH逐渐下降并在第14天时达到5.2(表7和图11)。
表7果汁实验

实施例7
沙门氏菌污染新鲜蛋的对照
材料和方法
将6枚新鲜蛋在含有鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurhim)(约10⁶ml)的溶液中放置15分钟。然后用多层覆盖蛋，每枚蛋分别在其各自的覆盖物中。然后将蛋于4℃冰箱中储存1周。两周后用20ml无菌双蒸水清洗蛋。将清洗后所得的水离心(3000RPM/10分钟)，将沉淀铺在含有McConcy选择性培养基的培养皿上。用多克隆抗沙门氏菌血清通过凝集试验来测试疑似菌落。
结果
在所有5枚经处理的蛋上均观察不到特异性反应(其指示沙门氏菌污染)。另一方面，来自对照蛋的样本证实了指示沙门氏菌污染的特异性凝聚(表8)。
表8蛋样品

实施例8
牛肉的货架期测试
测试1材料和方法
将新鲜的牛肉切成小块(约1cm)。将每块置于35mm培养皿中，于23±2℃下孵育1周。在孵育结束时，对每块进行匀浆并于ENDO培养基上分析大肠杆菌群污染。
结果
在所有经BioActivity TM材料处理的样品中，每克的菌落形成单位数(CFU)小于10³(认为是“鲜肉”)。对照样品的CFU大于10⁶(表9)。
表9牛肉样品

测试2材料和方法
将新鲜的牛肉切成小块(约1cm)。将每块置于6个35mm培养皿中1周。7天后，对每块进行匀浆并于ENDO培养基上利用微生物学手段分析大肠杆菌群。最终结果是菌落形成单位数(对于鲜肉而言，小于1000CFU/g)。
结果
在所有经BioActivity TM材料处理的样品中，除了一个离群样品(1.3×10³CFU/g)稍高于标准以外，其它的每克菌落形成单位数(CFU)均在可接受的标准内(认为是“鲜肉”)。另一方面，对照样品的CFU大于10⁶(表10)。
表10鲜肉样品

测试3
碎肉
材料和方法
将新鲜的牛肉切成小块(每块约0.1cm)。将每块(每块约5g)置于35mm培养皿中，于23±2℃下孵育1周。在孵育结束时，对每块碎肉进行匀浆并于ENDO培养基上分析大肠杆菌群污染。最终结果是每克碎肉的菌落形成单位数(鲜肉的标准小于10³CFU/g)。
结果
在所有经BioActivity TM材料处理的样品中，每克的菌落形成单位数(CFU)均小于10³(认为是“鲜肉”)。对照样品的CFU大于10⁶(表11)。
表11碎肉样品

实施例9
蔬菜
测试1圣女果(cherry tomato)测试
材料和方法
将圣女果对半切开并置于35mm培养皿中，于23±2℃下孵育1周。在孵育结束时，对每块进行匀浆并于Saburo培养基上分析总微生物计数。最终结果是每克水果物质的菌落形成单位数(CFU)。(标准小于10³CFU/g)。
结果
在所有经BioActivity TM层压处理的样品中，总细菌计数小于所述标准(在3.7～8.9×10²CFU/g的范围内)，而在对照中，其计数高于标准(表12)。
表12圣女果样品

测试2黄瓜测试
将新鲜的黄瓜切成小块(约1cm)。将每块置于35mm培养皿中，于23±2℃下孵育1周。在孵育结束时，对每块进行匀浆并于ENDO培养基上分析大肠杆菌群污染。最终结果是每克物质的菌落形成单位数(CFU)(新鲜蔬菜的标准小于10³CFU/g)。
结果
在所有经BioActivity TM层压处理的样品中，总细菌计数小于所述标准(在3.7～5.2CFU/g范围内)，而在对照中，其计数高于标准(表13)。
表13黄瓜测试