本申請要求2014年2月5日提交的序列號為14/173,012的同時待決美國專利申請的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其全文并入本文。

背景技術(shù)：

商業(yè)、旅行和通信的全球化引起了對社區(qū)和國家間的世界性交流越來越多的關(guān)注，包括細(xì)菌和病原體生態(tài)系統(tǒng)的潛在全球化。已開發(fā)出殺菌劑和殺真菌劑來控制人、動物和植物疾病，它們必須改進(jìn)以保持有效，因?yàn)樵絹碓蕉嗟哪褪芸股亍⑾x劑和殺昆蟲劑的細(xì)菌和真菌出現(xiàn)在全球各地。

針對抗微生物劑的細(xì)菌耐藥性也出現(xiàn)在全世界，成為對人和農(nóng)業(yè)生活方式的重大威脅之一。針對抗細(xì)菌劑和抗真菌劑的耐藥性已作為農(nóng)業(yè)問題出現(xiàn)，其需要在當(dāng)今使用的處理材料方面引起注意以及進(jìn)行改進(jìn)。

例如，專注于植物，在世界范圍有超過300,000種疾病侵襲植物，導(dǎo)致每年數(shù)十億美元的作物損失。可改進(jìn)現(xiàn)存的抗細(xì)菌/抗真菌制劑，讓它們更有效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開的實(shí)施方案在一個方面涉及包括空位工程化(vacancy-engineered，VE)-ZnO納米復(fù)合物的組合物，制備組合物的方法，使用組合物的方法等等。

在一個實(shí)施方案中，除其它外，組合物包括：包括相互連接的VE-ZnO納米顆粒的空位工程化(VE)-ZnO納米復(fù)合物，其中該VE-ZnO納米顆粒具有與氧空位相關(guān)的表面缺陷，其中該VE-ZnO納米顆粒具有約3至8nm的直徑，其中該VE-ZnO納米顆粒包括表面封端劑涂層，該表面封端劑具有一個或更多個Zn離子螯合官能團(tuán)。

在一個實(shí)施方案中，除其它外，方法包括：將組合物布置于表面上，其中該組合物具有包括相互連接的VE-ZnO納米顆粒的空位工程化(VE)-ZnO納米復(fù)合物，其中該VE-ZnO納米顆粒具有與氧空位相關(guān)的表面缺陷，其中該VE-ZnO納米顆粒具有約3至8nm的直徑，其中該VE-ZnO納米顆粒包括表面封端劑涂層，該表面封端劑具有一個或更多個Zn離子螯合官能團(tuán)；以及殺死在結(jié)構(gòu)的表面上的或與該結(jié)構(gòu)的表面接觸的大部分的微生物或抑制或基本上抑制所述微生物的生長。

在一個實(shí)施方案中，除其它外，方法包括：混合水溶性鋅源、表面封端劑以及氧化劑，其中該表面封端劑具有羧基基團(tuán)和羥基基團(tuán)；以及形成包括相互連接的VE-ZnO納米顆粒的空位工程化(VE)-ZnO納米復(fù)合物，其中該VE-ZnO納米顆粒具有與氧空位相關(guān)的表面缺陷，其中該VE-ZnO納米顆粒具有約1至10nm的直徑，其中該VE-ZnO納米顆粒包括由該表面封端劑形成的涂層。

在審查以下的附圖和詳細(xì)說明后，其它的組合物、方法、特征以及優(yōu)點(diǎn)將會是或者變得對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見。所有這些另外的結(jié)構(gòu)、組合物、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)都旨在包括進(jìn)本說明書中，位于本公開的范圍內(nèi)，并且由所附的權(quán)利要求書所保護(hù)。

附圖簡要說明

本公開的很多方面可參照以下的附圖而更好地理解。附圖中的要素不一定是按比例繪制，與之相反，重點(diǎn)在于清楚地顯示本公開的原理。此外，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記在幾個視圖中始終表示相應(yīng)的部件。

圖1A和B顯示了表面帶涂層的VE-ZnO材料的HRTEM圖像。

圖2A和B顯示了非VE-ZnO材料的HRTEM圖像。

圖3A到E顯示了各種涂層的植物毒性結(jié)果。

圖4顯示用Alamar blue測定法測定的VE-ZnO、帶涂層的ZnO、Nordox、和Kocide 3000對大腸桿菌(E.coli)的生長抑制。

圖5顯示Zinkicide^TM存在下相對VE-ZnO、帶涂層的ZnO、Nordox、和Kocide3000的大腸桿菌生長曲線。

圖6顯示Zinkicide^TM材料存在下的大腸桿菌生存力。

圖7顯示帶涂層的VE-ZnO材料產(chǎn)生ROS的直接證據(jù)。

圖8A和B顯示表面帶涂層的VE-ZnO和ZnO的HRTEM-EDX光譜。

圖9A和B顯示了表面帶涂層的VE-ZnO和ZnO的x-射線光電子光譜(XPS)結(jié)果。

圖10顯示VE ZnO(“Zinkicide”)納米顆粒復(fù)合物(納米復(fù)合物)的示意圖。

具體實(shí)施方式

在更詳細(xì)描述本公開之前，應(yīng)該理解的是，本公開不限于所描述的具體實(shí)施方案，因?yàn)檫@些當(dāng)然可以有變動。還應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所用的術(shù)語僅是出于描述具體實(shí)施方案的目的，而無意進(jìn)行限制，由于本公開的范圍僅由所附的權(quán)利要求書所界定。

除非另有說明，用在本文中的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本公開所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員所通常理解的相同的含義。盡管類似于或者等同于本文中所描述的那些的任何方法和材料也可用于實(shí)施或測試本公開，但現(xiàn)在描述優(yōu)選的方法和材料。

將本說明書中引述的所有出版物和專利都通過引用并入本文，如同具體地和單個地表明通過引用將每個單獨(dú)的出版物或?qū)＠⑷耄⑼ㄟ^引用將它們并入本文來公開和描述與所引述的出版物有關(guān)的方法和/或材料。對任何出版物的引述都是由于其公開在申請日之前，但不應(yīng)理解為承認(rèn)本公開不享有由于在先公開而早于該出版物的權(quán)利。此外，所提供的出版時期可能不同于實(shí)際出版時期，這可能需要逐個證實(shí)。

在閱讀本公開后對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，本文所描述和闡釋的每個單獨(dú)實(shí)施方案具有分立的成分和特征，它們可容易地與其它幾個實(shí)施方案的任何一個的特征分開或者組合，而不脫離本公開的范圍或精神。任何表述的方法都可按所表述的事件的順序進(jìn)行或者以邏輯上可能的任何其它順序進(jìn)行。

除非另有說明，本公開的實(shí)施方案將采用化學(xué)、聚合物化學(xué)、生物學(xué)等技術(shù)，這些在現(xiàn)有技術(shù)范圍內(nèi)。這些技術(shù)在文獻(xiàn)中有充分闡述。

提供以下的實(shí)施例，以便為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員提供關(guān)于如何實(shí)施所述方法以及如何使用本文公開的和主張權(quán)利的組合物和化合物的完整公開和描述。關(guān)于數(shù)值(例如，量，溫度等)，已努力確保精確性，但應(yīng)考慮到一些誤差和偏差。除非另有說明，份數(shù)為重量份，溫度以℃表示，壓力以大氣壓表示。標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力定義為25℃和1個大氣壓。

在詳細(xì)描述本公開的實(shí)施方案之前，應(yīng)該理解的是，除非另有說明，本公開不限于具體的材料、試劑、反應(yīng)材料、制備過程等，因?yàn)樗鼈兛梢宰儎?。還應(yīng)理解的是，本文所用的術(shù)語僅是出于描述具體實(shí)施方案的目的，而無意進(jìn)行限制。在本公開中，步驟還可能以不同的順序執(zhí)行，只要這在邏輯上是可行的。

必須注意的是，用在本說明書和所附權(quán)利要求書時，單數(shù)形式的“a”、“an”、和“the”包括復(fù)數(shù)指代物，除非上下文另有明確說明。因此，例如提及“a support”包括多個支持物。在本說明書和所附的權(quán)利要求書中，將會提及數(shù)個用語，它們應(yīng)定義為具有以下含義，除非有顯然的相反意思表示。

定義：

術(shù)語“抗微生物特性”指殺死和/或抑制微生物生長的能力。具有抗微生物特性的物質(zhì)可以是對微生物(例如，細(xì)菌、真菌、原生動物、藻類等)有害的。具有抗微生物特性的物質(zhì)可殺死微生物和/或防止或基本上防止微生物的生長或繁殖。

術(shù)語“抗細(xì)菌特性”指殺死和/或抑制細(xì)菌生長的能力。具有抗細(xì)菌特性的物質(zhì)可以是對細(xì)菌有害的。具有抗細(xì)菌特性的物質(zhì)可殺死細(xì)菌和/或防止或基本上防止細(xì)菌的復(fù)制或繁殖。

“凝膠基質(zhì)”或“納米凝膠基質(zhì)”(Nanogel matrix)指由空位工程化晶體氧化鋅納米顆粒(例如，約3至8nm)彼此相互連接形成的無定形凝膠樣物質(zhì)。在一個實(shí)施方案中，該無定形凝膠基質(zhì)沒有有序(例如，確定的)結(jié)構(gòu)。在一個實(shí)施方案中，空位工程化氧化鋅納米顆粒共價相互連接(例如，通過-Zn-O-Zn-鍵)、通過范德華力物理結(jié)合和/或通過離子相互作用相互連接。

“均勻植物表面覆蓋”指由于噴涂應(yīng)用本公開的實(shí)施方案導(dǎo)致的均勻和完全(例如，約100％)的潮濕表面。換言之，噴涂應(yīng)用致使本公開的實(shí)施方案鋪展在整個植物表面。

“基本上均勻的植物表面覆蓋”(Substantial uniform plant surface coverage)指約70％或更多、約80％或更多、約90％或更多、或更多的均勻植物表面覆蓋。

“基本上覆蓋”(Substantially covering)指覆蓋約70％或更多、約80％或更多、約90％或更多、或更多的植物葉片和樹枝。

“植物”指樹、植物、灌木、花等以及植物部分如細(xì)枝、葉片、莖、樹枝、果實(shí)、花等。在具體實(shí)施方案中，術(shù)語植物包括果樹，例如柑橘樹(例如，橘子樹、檸檬樹、酸橙樹等)。

用在本文時，術(shù)語“處理”(″treat″，″treatment″，″treating″等)指讓本公開的組合物對疾病或狀況起作用以通過改善或改變該疾病或狀況來影響它。此外，“處理”包括完全或部分地防止(例如，約70％或更多、約80％或更多、約90％或更多、約95％或更多、或約99％或更多)植物獲得疾病或狀況。在此意義上，用語“防止”(prevent)可替代處理使用。用在本文時，“處理”涵蓋對植物疾病的一種或更多種處理，包括：(a)在易患該疾病但還未診斷出患有該疾病的植物中減少出現(xiàn)該疾病的風(fēng)險，(b)阻礙該疾病的發(fā)展，和/或(c)緩解該疾病，例如導(dǎo)致疾病消退和/或緩解一個或更多個疾病癥狀。

術(shù)語“細(xì)菌”(″bacteria″or″bacterlum″)包括但不限于革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細(xì)菌。細(xì)菌可包括，但不限于，貧養(yǎng)菌(Abiotrophia)、無色桿菌(Achromobacter)、氨基酸球菌(Acidaminococcus)、食酸菌(Acidovorax)、不動桿菌(Acinetobacter)、放線桿菌(Actinobacillus)、放線棒菌(Actinobaculum)、馬杜拉放線菌(Actinomadura)、放線菌(Actinomyces)、氣球菌(Aerococcus)、氣單胞菌(Aeromonas)、阿菲波菌(Afipia)、土壤桿菌(Agrobacterium)、產(chǎn)堿菌(Alcaligene)、差異球菌(Alloiococcus)、交替單胞菌(Alteromonas)、無枝酸菌(Amycolata)、擬無枝酸菌(Amycolatopsis)、厭氧螺菌(Anaerobospirillum)、近親魚腥藻(Anabaena affinis)和其它藍(lán)藻(cyanobacteria)(包括魚腥藻(Anabaena)、項(xiàng)圈藻(Anabaenopsis)、束絲藻(Aphanizomenon)、Camesiphon、Cylindrospermopsis、粘藍(lán)桿菌(Gloeobacter)、軟管藻(Hapalosiphon)、鞘絲藻(Lyngbya)、微囊藻(Microcystis)、節(jié)球藻(Nodularia)、擬珠藻(Nostoc)、席藻(Phormidium)、浮絲藻(Planktothrix)、假魚腥藻(Pseudoanabaena)、裂須藻(Schizothrix)、螺旋藻(Spirulina)、束毛藻(Trichodesmium)、和Umezakia屬)、棍狀厭氧菌(Anaerorhabdus)、蛛網(wǎng)菌(Arachnia)、隱秘桿菌(Arcanobacterium)、氣桿菌(Arcobacter)、節(jié)桿菌(Arthrobacter)、奇異菌(Atopobium)、金桿菌(Aureobacterium)、擬桿菌(Bacteroides)、巴氏發(fā)菌(Balneatrix)、巴爾通體菌(Bartonella)、伯杰氏菌(Bergeyella)、雙歧桿菌(Bifidc Aacterium)、嗜膽菌(Bilophila)、布蘭漢氏菌(Branhamella)、包柔氏螺旋體菌(Borrelia)、博德特桿菌(Bordetella)、短螺菌(Brachyspira)、短芽胞桿菌(Brevibacillus)、枯草芽孢桿菌(Brevibacterium)、短波單胞菌(Brevundimonas)、布魯氏桿菌(Brucella)、伯克霍爾德菌(Burkholderia)、布丘氏菌(Buttiauxella)、丁酸弧菌(Butyrivibrio)、鞘桿菌(Calymmatobacterium)、螺旋桿菌(Campylobacter)、二氧化碳噬纖維菌(Capnocytophaga)、心桿菌(Cardiobacterium)、卡托氏菌(Catonella)、西地西菌(Cedecea)、纖維單胞菌(Cellulomonas)、百足菌(Centipeda)、披衣菌(Chlamydia)、嗜衣原體(Chlamydophila)、色桿菌(Chromobacterium)、金黃桿菌(Chyseobacterium)、金色單胞菌(Chryseomonas)、梓檬酸桿菌(Citrobacter)、梭菌(Clostridium)、柯林斯氏菌(Collinsella)、叢毛單胞菌(Comamonas)、棒狀桿菌(Corynebacterium)、柯克斯體(Coxiella)、短小桿菌(Cryptobacterium)、代爾夫特菌(Delftia)、皮桿菌(Dermabacter)、嗜皮菌(Dermatophilus)、脫硫單胞菌(Desulfomonas)、脫硫弧菌(Desulfovibrio)、戴阿李斯特桿菌(Dialister)、腐蹄桿菌(Dichelobacter)、狡詐球菌(Dolosicoccus)、狡詐菌(Dolosigranulum)、愛德華氏菌(Edwardsiella)、埃格特菌(Eggerthella)、埃利希體(Ehrlichia)、艾肯菌(Eikenella)、穩(wěn)桿菌(Empedobacter)、腸桿菌(Ehterobacter)、腸球菌(Enterococcus)、歐文氏菌(Erwinia)、丹毒絲菌(Erysipelothrix)、埃希氏菌(Escherichia)、粘球生孢噬纖維菌(Eubacterium)、愛文氏菌(Ewingella)、錳氧化還原菌(Exiguobacterium)、費(fèi)克藍(lán)姆菌(Facklamia)、產(chǎn)線菌(Filifactor)、黃色單胞菌(Flavimonas)、伊氏螺菌(Flavobacterium)、弗朗西氏菌(Francisella)、梭形桿菌(Fusobacterium)、加德納氏菌(Gardnerella)、孿生菌(Gemella)、Globieatella、戈登氏菌(Gordona)、嗜血菌(Haemophilus)、哈夫尼菌(Hafnia)、螺桿菌(Helicobacter)、鹽球菌(Helococcus)、霍爾德曼氏菌(Holdemania)、不活動粒菌(Ignavigranum)、約翰森氏菌(Johnsonella)、金氏菌(Kingella)、克雷伯氏菌(Klebsiella)、考克斯菌(Kocuria)、科澤氏菌(Koserella)、庫特氏菌(Kurthia)、蓋球菌(Kytococcus)、乳桿菌(Lactobacillus)、乳球菌(Lactococcus)、Lautropia、勒克菌(Lealercia)、軍團(tuán)桿菌(Legionellla)、勒米諾氏菌(Leminorella)、鉤端螺旋體(Leptospira)、纖毛菌(Leptotrichia)、明串珠菌(Leuconostoc)、利斯特氏菌(Listeria)、利斯頓氏菌(Listonella)、巨球形菌(Megasphaera)、甲基桿菌(Methylobacterium)、微桿菌(Microbacterium)、微球菌(Micrococcus)、光崗菌(Mitsuokella)、動彎桿菌(Mobiluncus)、米勒氏菌(Moellerella)、莫拉氏菌(Moraxella)、摩根氏菌(Morganella)、分枝桿菌(Mycobacterium)、支原體(Mycoplasma)、香味菌(Myroides)、奈瑟氏球菌(Neisseria)、諾卡氏菌(Nocardia)、擬諾卡氏菌(Nocardiopsis)、蒼白桿菌(Ochrobactrum)、厄氏菌(Oeskovia)、寡源桿菌(Oligella)、東方體(Orientia)、類芽孢桿菌(Paenibacillus)、泛菌(Pantoea)、衣原體(Parachlamydia)、巴斯德氏菌(Pasteurella)、小球菌(Pediococcus)、消化球菌(Peptococcus)、消化鏈球菌(Peptostreptococcus)、發(fā)光桿菌(Photobacterium)、光桿狀菌(Photorhabdus)、植原體(Phytoplasma)、鄰單胞菌(Plesiomonas)、卟啉單胞菌(Porphyrimonas)、普雷沃氏菌(Prevotella)、丙酸桿菌(Ptopionibacterium)、變形菌(Proteus)、普羅威登斯菌(Providencia)、假單胞菌(Pseudomonas)、假諾卡氏菌(Pseudonocardia)、Pseudoramibacter、嗜冷桿菌(Psychrobacter)、拉恩氏菌(Rahnella)、勞爾氏菌(Ralstonia)、紅球菌(Rhodococcus)、立克次氏體Rickettsia)、羅卡利馬氏體(Rochalimaea)、玫瑰單胞菌(Roseomonas)、羅氏菌(Rothia)、瘤胃球菌(Ruminococcus)、沙門氏菌(Salmonella)、月形單胞菌(Selenomonas)、蛇形螺旋體(Serpulina)、沙雷氏菌(Serratia)、Shewenella)、志賀氏菌(Shigella)、西門坎氏菌(Simkania)、史雷克氏菌(Slackia)、鞘氨醇桿菌(Sphingobacterium)、鞘氨醇單胞菌(Sphingomonas)、螺菌(Spirillum)、螺原體(Spiroplasma)、葡萄球菌(Staphylococcus)、寡養(yǎng)單胞菌(Stenotrophomonas)、口腔球菌(Stomatococcus)、鏈桿菌(Streptobacillus)、鏈球菌(Streptococcus)、鏈霉菌(Streptomyces)、琥珀酸弧菌(Succinivibrio)、薩特氏菌(Sutterella)、薩頓氏菌(Suttonella)、塔特姆氏菌(Tatumella)、替策氏菌(Tissierella)、特拉布斯氏菌(Trabulsiella)、密螺旋體(Treponema)、創(chuàng)非銳(Tropheryma)、束村氏菌(Tsakamurella)、蘇黎世菌(Turicella)、尿枝原體(Ureaplasma)、漫游球菌(Vagococcus)、韋榮氏球菌(Veillonella)、弧菌(Vibrio)、威克斯氏菌(Weeksella)、沃林氏菌Wolinella)、黃單胞菌(Xanthomonas)、致病桿菌(Xenorhabdus)、耶爾森氏菌(Yersinia)和預(yù)研菌(Yokenella)。細(xì)菌的其它例子包括結(jié)核分枝桿菌(Mycobacterium tuberculosis)、牛分枝桿菌(M.Bovis)、鼠傷寒分枝桿菌(M.Typhimurium)、牛分枝桿菌菌株BCG、BCG亞株、鳥分枝桿菌(M.Avium)、胞內(nèi)分枝桿菌(M.Intracellulare)、非洲分枝桿菌(M.Africanum)、堪薩斯分枝桿菌(M Kansasii)、海魚分枝桿菌(M.Marinum)、潰瘍分枝桿菌(M.Ulcerans)、副結(jié)核鳥分枝桿菌亞種(M.avium subspecies paratuberculosis)、金黃色釀膿葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)、馬葡萄球菌(Staphylococcus equi)、釀膿鏈球菌(Streptococcus pyogenes)、無乳鏈球菌(Streptococcus agalactiae)、單核細(xì)胞增多性李斯特菌(Listeria monocytogenes)、綿羊李斯特菌(Listeria ivanovii)、炭疽桿菌(Bacillus anthracis)、枯草芽孢桿菌(B.Subtilis)、星形諾卡菌(Nocardia asteroides)和其它諾卡菌屬細(xì)菌(Nocardiaspecies)、草綠色鏈球菌亞型(Streptococcus viridans group)、消化球菌屬細(xì)菌(Peptococcus species)、消化鏈球菌屬細(xì)菌(Peptostreptococcus species)、以色列放線菌(Actinomyces israelii)和其它放線菌屬細(xì)菌(Actinomyces species)以及痤瘡丙酸桿菌(Propionibacterium acnes)、破傷風(fēng)梭菌(Clostridium tetani)、肉毒梭菌(Clostridium botulinum)、其它梭菌屬細(xì)菌(Clostridium species)、綠膿假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、其它假單胞菌屬細(xì)菌(Pseudomonas species)、彎曲桿菌屬細(xì)菌(Campylobacter species)、霍亂弧菌(Vibrio cholera)、埃利希氏體屬細(xì)菌(Ehrlichia species)、胸膜肺炎放線桿菌(Actinobacillus pleuropneumoniae)、溶血性巴斯德氏菌(Pasteurella haemolytica)、多殺巴斯德氏菌(Pasteurella multocida)、其它巴斯德氏菌屬細(xì)菌(Pasteurella species)、嗜肺軍團(tuán)菌(Legionella pneumophila)、其它軍團(tuán)菌屬細(xì)菌(Legionella species)、傷寒沙門氏菌(Salmonella typhi)、其它沙門氏菌屬細(xì)菌(Salmonella species)、志賀氏菌屬細(xì)菌(Shigella species)、流產(chǎn)布魯氏菌(Brucella abortus)、其它布魯氏菌屬細(xì)菌(Brucella species)、沙眼衣原體(Chlamydi trachomatis)、鸚鵡熱衣原體(Chlamydia psittaci)、貝氏柯克斯體(Coxiella burnetti)、大腸桿菌(Escherichia coli)、腦膜炎奈瑟菌(Neiserria meningitidis)、淋病奈瑟菌(Neiserria gonorrhea)、流感嗜血桿菌(Haemophilus influenzae)、杜克雷氏嗜血桿菌(Haemophilus ducreyi)、其它嗜血桿菌細(xì)菌(Haemophilus species)、鼠疫耶爾森氏菌(Yersinia pestis)、腸結(jié)腸炎耶爾森氏菌(Yersinia enterolitica)、其它耶爾森氏菌屬細(xì)菌(Yersinia species)、大腸桿菌、E.hirae和其它埃希氏菌屬細(xì)菌(Escherichia species)以及其它的腸細(xì)菌(Enterobacteria)、流產(chǎn)布魯氏菌(Brucella abortus)和其它布魯氏菌細(xì)菌(Brucella species)、洋蔥伯克霍爾德菌(Burkholderia cepacia)、類鼻疽伯克霍爾德菌(Burkholderia pseudomallei)、土拉弗朗西斯菌(Francisella tularensis)、脆弱擬桿菌(Bacteroides fragilis)、Fudobascterium nucleatum、普雷沃菌屬細(xì)菌(Provetella species)以及反芻獸考德里氏體(Cowdria ruminantium)、或它們的任何菌株或變體。革蘭氏陽性細(xì)菌可以包括但不限于，革蘭氏陽性球菌(例如，鏈球菌、葡萄球菌、和腸球菌)。革蘭氏陰性細(xì)菌可以包括但不限于，革蘭氏陰性桿菌(例如，類桿菌科(Bacteroidaceae)、腸桿菌科(Enterobacteriaceae)、弧菌科(Vibrionaceae)、巴斯德氏菌科(Pasteurellae)和假單胞菌科(Pseudomonadaceae))。在一個實(shí)施方案中，細(xì)菌可包括肺炎支原體(Mycoplasma pneumoniae)。

用在本文時術(shù)語“原生動物”(protozoan)包括但不限于，鞭毛蟲類(flagellates)(例如，藍(lán)氏賈第鞭毛蟲(Giardia lamblia))、類變形蟲(amoeboids)(例如，痢疾變形蟲(Entamoeba histolitica))以及孢子蟲(sporozoans)(例如，諾氏瘧原蟲(Plasmodium knowlesi))和纖毛蟲(例如，結(jié)腸小袋蟲(B.Coli))。原生動物可包括但不限于，結(jié)腸內(nèi)阿米巴(Entamoeba coli)、Entamoeabe histolitica、Iodoamoeba buetschlii、Chilomastix meslini、陰道毛滴蟲(Trichomonas vaginalis)、人五毛滴蟲(Pentatrichomonas homini)、間日瘧原蟲(Plasmodium vivax)、巴西利什曼原蟲(Leishmania braziliensis)、克氏錐蟲(Trypanosoma cruzi)、布氏錐蟲(Trypanosoma brucei)以及Myxoporidia。

術(shù)語“藻類”(algae)用在本文時包括但不限于微藻類和絲狀藻類，例如組囊藻(Anacystis nidulans)、柵藻(Scenedesmus sp.)、衣藻(Chlamydomonas sp.)、小球藻(Clorella sp.)、杜氏藻(Dunaliella sp.)、眼蟲藻(Euglena so.)、土棲藻(Prymnesium sp.)、紫球藻(Porphyridium sp.)、聚球藻(Synechoccus sp.)、布朗葡萄藻(Botryococcus braunii)、隱甲藻(Crypthecodinium cohnii)、細(xì)柱藻(Cylindrotheca sp.)、微胞藻(Microcystis sp.)、Isochlysis sp.、單腸藻(Monallanthus salina)、M.minutum、微綠球藻(Nannochloris sp.)、微擬球藻(Nannochloropsis sp.)、富油新綠藻(Neochloris oleoabundans)、菱形藻(Nitzschia sp.)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)、裂壺藻(Schizochytriumsp.)、Senedesmus obliques、和融合微藻(Tetraselmis sueica)以及屬于水綿屬(Spirogyra)、剛毛藻屬(Cladophora)、無隔藻屬(Vaucheria)、黑孢藻屬(Pithophora)和滸苔屬(Enteromorpha)中任一種的藻類。

術(shù)語“真菌”(fungi)用在本文時包括但不限于多種生物體，例如，霉菌(molds)、霉菌(mildews)和銹菌(rusts)，包括青霉屬(Penicillium)、曲霉屬(Aspergillus)、枝頂孢屬(Acremonium)、枝孢屬(Cladosporium)、鐮孢霉屬(Fusarium)、毛霉菌屬(Mucor)、鏈孢霉屬(Nerospora)、根霉屬(Rhizopus)、毛癬菌屬(Tricophyton)、孢盤菌屬(Botryotinia)、疫霉屬(Phytophthora)、長喙殼屬(Ophiostoma)、稻瘟菌屬(Magnaporthe)、葡萄穗霉屬(Stachybotrys)和Uredinalis屬內(nèi)的物種。

討論：

根據(jù)本公開的目的，如在本文中所體現(xiàn)的和廣泛描述的，本公開的實(shí)施方案在一個方面涉及包括空位工程化(VE)-ZnO納米復(fù)合物的組合物，制備組合物的方法，使用組合物的方法等等。

在一個實(shí)施方案中，該組合物可用作抗微生物劑來殺死和/或抑制微生物在諸如樹、植物等的表面上的形成。本公開的優(yōu)點(diǎn)在于該組合物為水溶性的，成膜的，具有抗微生物性能，并且是無植物毒性的。特別是，該組合物是大腸桿菌和苜蓿黃單胞菌(Xalfalfae)的抗微生物劑，對觀賞蔓長春花屬物種(ornamental vinca sp.)無植物毒性。

另外，本公開的實(shí)施方案提供了可用于多個目的的組合物。本公開的實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)在于它們可基本上防止和/或處理(treat)或基本上處理植物疾病或狀況，并用作抗細(xì)菌和/或抗真菌劑，同時為無植物毒性的。

在一個實(shí)施方案中，該組合物可以具有抗微生物特性。短語“抗微生物特性”可具有以下含義：與表面上未布置該組合物的類似表面相比，殺死該表面上約70％或更多、約80％或更多、約90％或更多、約95％或更多、約99％或更多的微生物(例如，細(xì)菌)和/或使在該表面上形成或生長的微生物的量減少約70％或更多、約80％或更多、約90％或更多、約95％或更多、約99％或更多。

盡管無意被理論所束縛，但該VE-ZnO納米復(fù)合物的VE-ZnO納米顆粒的獨(dú)特表面電荷和表面化學(xué)可能是維持良好的膠體穩(wěn)定性的原因。大表面積和凝膠樣結(jié)構(gòu)形態(tài)可能是導(dǎo)致對諸如植物表面的表面的強(qiáng)粘附性能的原因。無植物毒性可能是歸功于VE-ZnO納米復(fù)合物的中性pH和有限的可溶性離子可獲得性。其它的細(xì)節(jié)描述在實(shí)施例中。

在一個實(shí)施方案中，該VE-ZnO納米復(fù)合物可包括VE-ZnO納米顆粒，例如過氧化鋅(ZnO₂)或ZnO和ZnO₂的組合。在一個實(shí)施方案中，該VE-ZnO納米顆粒具有與氧空位相關(guān)的表面缺陷，這將該VE-ZnO納米顆粒與ZnO納米顆粒區(qū)分開。UV-Vis研究已顯示，VE-ZnO納米顆粒和ZnO納米顆粒具有不同的光學(xué)特性，這表示VE-ZnO納米顆粒具有與氧空位相關(guān)的表面缺陷。其它的細(xì)節(jié)提供在實(shí)施例中。

在一個實(shí)施方案中，該氧化鋅納米顆粒的直徑可通過適當(dāng)調(diào)整合成參數(shù)來控制，例如水溶性鋅源、表面封端劑和氧化劑、堿的量，pH，反應(yīng)時間，添加組分的順序等等。例如，該顆粒的直徑可通過調(diào)整反應(yīng)的時間框架來控制。盡管無意被理論所束縛，但本公開的實(shí)施方案的優(yōu)越抗微生物功效可歸功于VE-ZnO納米顆粒的量子限制(例如，大小)和表面缺陷相關(guān)性能。例如，該VE-ZnO納米顆粒的大小可以允許該VE-ZnO納米顆粒系統(tǒng)性地運(yùn)輸進(jìn)植物，到達(dá)韌皮組織，并與病原體相互作用。在一個實(shí)施方案中，該VE-ZnO納米顆粒可具有約1至10nm或約5nm的直徑，或者平均直徑為約5nm。

在一個實(shí)施方案中，該VE-ZnO納米顆粒可彼此相互連接以形成相互連接的VE-ZnO納米顆粒鏈。在一個實(shí)施方案中，該VE-ZnO納米復(fù)合物可包括多個VE-ZnO納米顆粒鏈，其中這些鏈可彼此獨(dú)立或者連接一個或更多個其它鏈。

在一個實(shí)施方案中，該VE-ZnO納米顆粒在表面上包括由表面封端劑形成的涂層。在一個實(shí)施方案中，該表面封端劑包括一個或更多個Zn離子螯合官能團(tuán)，例如羧基基團(tuán)、羥基基團(tuán)、胺、硫醇、和/或兩種或更多種的組合。在一個實(shí)施方案中，該表面封端劑包括具有羧基基團(tuán)和羥基基團(tuán)的化合物。在一個實(shí)施方案中，該表面封端劑選自小分子封端劑，例如水楊酸鈉、葡萄糖酸鈉；以及聚合物，例如殼聚糖(chitosan)、硅石(silica)、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯呲咯烷酮、葡聚糖(dextran)、聚乙二醇、樹狀聚合物(dendrimers)以及它們的組合。在一個實(shí)施方案中，該涂層可覆蓋VE-ZnO納米顆粒的整個表面或者該VE-ZnO納米顆粒的表面的大部分(例如，VE-ZnO納米顆粒的表面的約50％或更多，約60％或更多，約70％或更多，約80％或更多，約90％或更多，約95％或更多，或約99％或更多)。在一個實(shí)施方案中，該涂層具有約0.5nm至10nm的厚度。

在一個實(shí)施方案中，該VE-ZnO納米復(fù)合物可在凝膠基質(zhì)中包括該VE-ZnO納米顆粒。在一個實(shí)施方案中，該凝膠基質(zhì)可包括水溶性鋅源、表面封端劑(surface capping agent)和氧化劑。在一個實(shí)施方案中，該表面封端劑可包括諸如上文列舉的化合物(例如，水楊酸鈉)。在一個實(shí)施方案中，該氧化劑可為該VE-ZnO納米復(fù)合物凝膠基質(zhì)的約10至50或約25至35重量百分比。

在一個實(shí)施方案中，該水溶性鋅源可包括水溶性鋅鹽，有機(jī)鋅復(fù)合物，例如酒石酸鋅、檸檬酸鋅、草酸鋅、乙酸鋅等。在一個實(shí)施方案中，該水溶性鋅鹽可包括硝酸鋅、硫酸鋅和氯化鋅。在一個實(shí)施方案中，該水溶性鋅源可為該VE-ZnO納米復(fù)合物凝膠基質(zhì)的約40至80或約50至70重量百分比。

在一個實(shí)施方案中，該氧化劑選自過氧化氫、氯(chlorine)、次氯酸鈉以及它們的組合。在一個實(shí)施方案中，該氧化劑可為該VE-ZnO納米復(fù)合物凝膠基質(zhì)的約10至50或約25至35重量百分比。

在一個實(shí)施方案中，制備組合物的方法可包括混合水溶性鋅源、表面封端劑和氧化劑。在一個實(shí)施方案中，在水溶液(例如，去離子水)中混合這些組分。在一個實(shí)施方案中，在室溫混合這些組分，混合約12至36小時后，用諸如NaOH的堿將pH調(diào)至約7.5。在一個實(shí)施方案中，這些組分可同時添加到一起或者可按順序添加到一起。例如，可以混合該表面封端劑和氧化劑，任選地與堿一起混合。然后，在攪拌下，可在幾分鐘到一小時的時間內(nèi)緩慢滴加該水溶性鋅源。

在一個實(shí)施方案中，該氧化劑可為該VE-ZnO納米復(fù)合物的約10至50或約25至35重量百分比。在一個實(shí)施方案中，該水溶性鋅源可為該VE-ZnO納米復(fù)合物的約40至80或約50至70重量百分比。在一個實(shí)施方案中，該氧化劑可為該VE-ZnO納米復(fù)合物的約10至50或約25至35重量百分比。

一旦混合這些組分，就形成該VE-ZnO納米復(fù)合物，其中該VE-ZnO納米顆粒具有由表面封端劑形成的涂層。該組合物可按制備的就此使用，或者可洗去未結(jié)合的組分(例如，水溶性鋅源、表面封端劑、氧化劑以及堿)，以致僅保留相互連接的VE-ZnO納米顆粒。該過程可采用單一反應(yīng)容器進(jìn)行，或者可采用多個反應(yīng)容器。其它的細(xì)節(jié)提供在實(shí)施例中。

在一個實(shí)施方案中，可將該組合物置于結(jié)構(gòu)的表面上。在一個實(shí)施方案中，該結(jié)構(gòu)可包括植物，例如樹、灌木、草、農(nóng)作物等，并包括葉片和果實(shí)。在一個實(shí)施方案中，該組合物提供均勻植物表面覆蓋，基本上均勻的植物表面覆蓋，或者基本上覆蓋植物。在一個實(shí)施方案中，該組合物可用于處理具有疾病的植物，或者防止植物患上疾病。

在一個實(shí)施方案中，該結(jié)構(gòu)可包括可能暴露于微生物和/或微生物可在其上生長的那些結(jié)構(gòu)，例如但不限于織物、烹飪臺、食物加工設(shè)備、廚房用具、食物包裝、游泳池、金屬、藥瓶、醫(yī)療器械、醫(yī)學(xué)植入體、紗線、纖維、手套、家具、塑料裝置、玩具、尿布、皮革、瓷磚以及地板材料。在一個實(shí)施方案中，該結(jié)構(gòu)可包括紡織品、纖維、濾器或過濾單元(例如，用于空氣和水的HEPA)、包裝材料(例如，食物、肉、家禽等食物包裝材料)、塑料結(jié)構(gòu)(例如，由聚合物或共混聚合物制成的)、該結(jié)構(gòu)表面上的玻璃或玻璃樣結(jié)構(gòu)、金屬、金屬合金、或金屬氧化物結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)(例如，瓷磚、石頭、陶瓷、大理石、花崗巖等)以及它們的組合。

在一個實(shí)施方案中，在將該組合物置于表面上之后，該結(jié)構(gòu)可以具有抗微生物特性，即能夠殺死該結(jié)構(gòu)表面上的大部分微生物(例如，細(xì)菌如大腸桿菌、苜蓿黃單胞菌(X alfalfa)和金黃色葡萄球菌(S.aureus))和/或抑制或基本上抑制微生物在該結(jié)構(gòu)表面上的生長。短語“殺死大部分”(″killing a substantial portion")包括，與在其上未布置該組合物的結(jié)構(gòu)相比，殺死布置了該組合物的表面上的約70％或更多、約80％或更多、約90％或更多、約95％或更多、或約99％或更多的微生物(例如，細(xì)菌)。短語“基本上抑制生長”(″substantially inhibits the growth")包括，與在其上未布置該組合物的結(jié)構(gòu)相比，抑制布置了該組合物的表面上的約70％或更多、約80％或更多、約90％或更多、約95％或更多、或約99％或更多的微生物(例如，細(xì)菌)生長。

如上文提到的，本公開的實(shí)施方案對于處理影響植物，例如柑橘植物和樹，的疾病是有效的。在一個實(shí)施方案中，該組合物可起抗細(xì)菌和/或抗真菌的作用，尤其是處理(treating)或基本上處理、防止或基本上防止植物疾病，例如柑橘黃龍病(citrus greening，HLB)和柑桔潰瘍病(citrus canker diseases)。羥基自由基、鋅離子和它們的組合可在一段時間內(nèi)(例如，從施用起的數(shù)天到數(shù)月)起抗細(xì)菌和/或抗真菌的作用。該組合物的設(shè)計(jì)有利于均勻植物表面覆蓋或基本上均勻的植物表面覆蓋。在一個實(shí)施方案中，施用至植物的該組合物可在暴露于各種類型的氣候條件下(例如雨、風(fēng)、雪和陽光)具有優(yōu)越的粘附性能，以致在使用該組合物的時間框架上不會被基本上去除。在一個實(shí)施方案中，該組合物具有減弱的植物毒性效應(yīng)，或者對植物無植物毒性。

本公開的實(shí)施方案可在與該組合物的有效性一致的時間框架上施用，這些時間框架可包括從施用的第一天到約一周、約一個月、約兩個月、約三個月、約四個月、約五個月、約六個月、約七個月、或約八個月。

實(shí)施例

材料與方法：

制劑縮寫：

Z-SG-1

ZPER-SG-1

ZPER-SG-2

ZSAL-SG-2

ZPSAL-SG-3

ZPSAL-SG-4

ZPSAL-SG-5

ZPSAL-SG-6

ZPSAL-SG-7

詳細(xì)的納米制劑合成過程

Z-SG-1、ZPER-SG-1、ZSAL-SG-2、ZPSAL-SG-3和ZPSAL-SG-4合成過程：

在玻璃燒杯中，取50ml去離子水，5ml硝酸鋅儲備液(59％重量比)，在磁力攪拌下滴加1M NaOH，直至pH為7.5。

然后分為5等份：

Z-SG-1：不處理

ZPER-SG-1：添加2ml過氧化氫(30％)

ZSAL-SG-2：添加1ml水楊酸鈉溶液(32.8％重量比)

ZPSAL-SG-3：添加1ml水楊酸鈉溶液(32.8％重量比)，洗滌以除去未結(jié)合的水楊酸鈉溶液，添加2ml的過氧化氫(30％)

ZPSAL-SG-4：添加2ml過氧化氫(30％)，攪拌2小時，洗滌以除去未結(jié)合的過氧化氫，添加1ml的水楊酸鈉溶液(32.8％重量比)，洗滌

ZPER-SG-2和ZPSAL-SG-5合成過程：

在玻璃燒杯中，取40ml去離子水，10ml過氧化氫(30％)和5ml硝酸鋅儲備液(59％重量比)。用1NNaOH調(diào)pH到7.5。

然后分為2等份：

ZPER-SG-2：不處理

ZPSAL-SG-5：添加2.5ml水楊酸鈉溶液(32.8％重量比)，測pH-調(diào)至7，攪拌過夜。

ZPSAL-SG-6合成過程(帶涂層的VE-ZnO)：

在玻璃燒杯中，取40ml去離子水，10ml過氧化氫(30％)，2.5ml水楊酸鈉溶液(32.8％重量比)和5ml硝酸鋅儲備液(59％重量比)。磁力攪拌過夜，然后用1N NaOH調(diào)pH至7.5(大約25ml)。

**帶涂層的ZnO材料與帶涂層的VE-ZnO相同，除了其不含有過氧化氫。

ZPSAL-SG-7合成過程：

在玻璃燒杯中，取40ml去離子水，10ml過氧化氫(30％)，2.5ml水楊酸鈉溶液(32.8％重量比)并添加大約20ml 1N NaOH。然后，在強(qiáng)烈磁力攪拌下滴加(非常仔細(xì)和緩慢；每分鐘幾滴)硝酸鋅溶液(59％重量比)，直至pH達(dá)到7.5。

圖1A和B顯示了表面帶涂層的VE-ZnO材料的HRTEM圖像。具體地，圖1(a)顯示了表面帶涂層的VE-ZnO材料的代表性低倍HRTEM圖像，示出相互連接的量子大小(＜5nm)晶體VE-ZnO溶膠顆粒簇的凝膠樣網(wǎng)絡(luò)。圖1(b)顯示了VE-ZnO材料的高倍圖像。插圖示出了VE-ZnO溶膠顆粒的晶格邊緣。

圖2A和B顯示了非VE-ZnO材料的HRTEM圖像。具體地，圖2A顯示了表面帶涂層的ZnO材料的代表性HRTEM圖像，示出亞微米大小范圍的平板樣小平面結(jié)構(gòu)。圖2B顯示了帶涂層的ZnO材料的高倍圖像，示出平板結(jié)構(gòu)內(nèi)的多晶和無定形區(qū)域的外觀。

圖3(a)到(c)顯示了各種涂層的植物毒性結(jié)果。具體地，圖3顯示了對(a)無涂層的、(b)表面帶涂層的ZnO、(c)表面帶涂層的VE-ZnO、(d)Nordox以及(e)Kocide3000材料的植物毒性評估。將制劑以790ppm金屬鋅的噴涂率施用。數(shù)碼照片顯示沒有植物組織損傷(-)出現(xiàn)，甚至在72小時后。

圖4顯示用Alamar blue測定法測定的VE-ZnO、帶涂層的ZnO、Nordox和Kocide 3000對大腸桿菌的生長抑制。

圖5顯示大腸桿菌在Zinkicide^TM存在下相對VE-ZnO、帶涂層的ZnO、Nordox和Kocide 3000的大腸桿菌生長曲線。

圖6顯示Zinkicide^TM材料存在下的大腸桿菌生存力。具體地，圖6顯示大腸桿菌抗VE-ZnO、帶涂層的ZnO、Nordox和Kocide 3000的生存力。

圖7顯示了帶涂層的VE-ZnO材料產(chǎn)生ROS的直接證據(jù)。圖7顯示混合價鈰土以及經(jīng)表面帶涂層的VE-ZnO材料處理的鈰土的透射光譜。鈰土(Ceria)和VE-ZnO顏色上為發(fā)白的。但是，當(dāng)合并時，出現(xiàn)了強(qiáng)的紅色。觀察到鈰土透射波長向更長波長的明顯偏移，證實(shí)在與ROS(由表面帶涂層的VE-ZnO材料產(chǎn)生)反應(yīng)后Ce³⁺向Ce⁴⁺狀態(tài)的轉(zhuǎn)化。

圖8A和B顯示了表面帶涂層的VE-ZnO和ZnO的HRTEM--EDX光譜。圖8顯示了表面帶涂層的A VE-ZnO和B表面帶涂層的ZnO材料的代表性HRTEM--EDX光譜。在光譜中發(fā)現(xiàn)Zn和氧的特征性元素峰。Au峰源自HRTEM Au網(wǎng)格基底。

圖9A和B顯示了表面帶涂層的VE-ZnO和ZnO的x-射線光電子光譜(XPS)結(jié)果。具體地，圖9顯示了表面帶涂層的(a)VE-ZnO和(b)表面帶涂層的ZnO材料的XPS結(jié)果。觀察到Zn(II)氧化態(tài)的特征峰。

圖10顯示了VE ZnO(“Zinkicide”)納米顆粒復(fù)合物(納米復(fù)合物)的示意圖。

表1顯示了各種試劑對大腸桿菌的最小抑制濃度(minimum inhibitory concentration)。

表1：表面帶涂層的VE-ZnO、帶涂層的ZnO、表面封端劑、Kocide 3000以及Nordox對大腸桿菌的MIC

應(yīng)注意的是，比率、濃度、量和其它數(shù)據(jù)在本文中可能以范圍形式表示。應(yīng)該理解，這種范圍形式是出于方便和簡潔而使用的，因此應(yīng)以靈活的方式解釋為不僅包括作為范圍限制而明確表述的數(shù)值，還包括該范圍所涵蓋的全部單個數(shù)值或子范圍，如同每個數(shù)值和子范圍都明確表述一樣。作為解釋，濃度范圍“約0.1％至約5％”應(yīng)解釋為不僅包括明確表述的濃度約0.1％至約5％，還包括該指出范圍內(nèi)的單個濃度(例如，1％、2％、3％、和4％)和子范圍(例如，0.5％、1.1％、2.2％、3.3％、和4.4％)。在一個實(shí)施方案中，用詞“約”可包括根據(jù)測量技術(shù)和數(shù)值的常規(guī)四舍五入。此外，短語“約′x′至′y′”包括“約′x′至約′y′”。

可以對以上描述的實(shí)施方案進(jìn)行很多改動和修飾。所有這些改動和修飾都旨在包括進(jìn)本文，位于本公開的范圍內(nèi)，并由所附權(quán)利要求書所保護(hù)。