可接枝的杀生物接头和聚合物及其用途

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年6月5日提交的美国临时专利申请号63/035,635、2020年6月5日提交的美国临时专利申请号63/035,628、2021年3月25日提交的美国临时专利申请号63/166,113和2021年3月25日提交的美国临时专利申请号63/166,118的优先权，所有这些美国临时专利申请的内容全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及新型可接枝接头(诸如儿茶酚和双臂硅烷(dipodal silane)接头)；以及具有杀生物性和生物相容性特性两者的聚合物；其制备方法；以及将其接枝到表面上以防止和减少病菌(例如细菌、病毒和真菌)在一个或多个表面上的定殖和增殖的方法。

背景技术

为了在各种健康和工业应用中遏制和控制传染性病原体的传播，杀生物聚合物正变得越来越重要。为此，已开发出杀生物聚合物以用于以溶液形式使用以及经由涂覆将杀生物活性结合到材料上。

非常需要具有杀生物性和生物相容性特性两者的杀生物聚合物的溶液以实现延长的储存期。因此，建议使用即用型杀生物产品，所述即用型杀生物产品防止体积快速网状化并由此延长储存期。

发明内容

在一方面，本公开提供了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(XVIIa)的部分：

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(XVIIa)的部分：

其中在式(XVIIa)中：

G是单键或连接基团；

每个R

R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(XVIIb)或式(XVIIe)的部分：

其中在式(XVIIb)中：

G是单键或连接基团；

每个R

R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数；

其中在式(XVIIe)中：

每个R

R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。

在一些实施方案中，所述聚合物还包含至少一个式(III)的部分：

其中在式(III)中：

r是3至20的整数。

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(XVIIc)的部分：

其中在式(XVIIc)中：

G是单键或连接基团；

每个R

R

r是3至11的整数；

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。

在一些实施方案中，所述聚合物还包含至少一个式(VII)的部分：

其中在式(VII)中：

每个R

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(XVIIg)的部分：

其中在式(XVIIg)中：

每个R

R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。

在一些实施方案中，所述聚合物还包含至少一个式(XVIIh)的部分：

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(XVIIf)的部分：

其中在式(XVIIf)中：

每个R

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(XVIId)的部分：

在一方面，本公开包括至少一个式(XXI)的部分：

其中在式(XXI)中：

每个R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(XXIa)或式(XXII)的部分：

其中在式(XXIa)中：

每个R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数；

其中在式(XXII)中：

每个R

每个R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(XXIb)的部分：

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(III)的部分：

其中r是3至20的整数。

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(XXId)的部分：

其中在式(XXId)中：

r是3至11的整数

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(XXIIa)的部分：

其中在式(XXII)中：

每个R

在一些实施方案中，所述聚合物还包含至少一个式(VII)的部分：

其中在式(VII)中：

每个R

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(XXIIc)的部分：

在一方面，本发明包括一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(II)的部分：

其中在式(XVIIf)中：

每个R

在一方面，本公开包括至少一个式(XVIIf)的部分：

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(III)的部分：

其中r是3至20的整数。

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(IV)的部分：

其中在式(IV)中：

r是3至11的整数。

在一方面，本公开提供了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(V)的部分：

其中在式(V)中：

每个R

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(VI)的部分：

在一些实施方案中，所述聚合物还包含式(VII)的部分：

其中在式(VII)中：

每个R

在一些实施方案中，所述聚合物还包含至少一个式(VIII)的部分：

其中在式(VIII)中：

每个R

在一些实施方案中，所述聚合物包括聚乙烯吡啶(PVP)、聚乙烯苄基氯、聚乙烯亚胺(PEI)、甲基丙烯酸丙炔酯、聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚烯丙胺、聚烯丙醇、聚乙烯苄、聚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚醚、聚(乙烯-alt-琥珀酰亚胺)、聚(二烯丙基二甲基铵)、或C

在一方面，本公开提供了一种聚乙烯亚胺(PEI)聚合物，所述聚乙烯亚胺聚合物包含至少一个式(IXa)、式(IXb)或式(IXh)的部分：

其中在式(IXa)、式(IXb)和式(IXh)中：

每个R

在一些实施方案中，所述PEI聚合物包含至少一个式(IXc)或(IXd)的部分：

在一些实施方案中，所述PEI聚合物包含至少一个式(IXe)的部分或其任何子结构：

其中在式(IXe)中：

每个R

每个R

前提条件是至少一个R

在一方面，本公开包括一种聚乙烯亚胺(PEI)聚合物，所述聚乙烯亚胺聚合物包含至少一个式(IXf)的部分或其任何子结构：

其中在式(IXf)中：

每个R

前提条件是至少一个R

在一方面，本公开提供了一种聚乙烯亚胺(PEI)聚合物，所述聚乙烯亚胺聚合物包含至少一个式(IXg)的部分或其任何子结构：

其中在式(IXg)中：

每个R

前提条件是至少一个R

在一些实施方案中，所述PEI聚合物包含至少一个式(XIb)的部分或其任何子结构：

其中在式(XIb)中：

每个R

每个R

每个R

v是3至10的整数，

前提条件是至少一个R

在一方面，本公开提供了一种聚乙烯亚胺(PEI)聚合物，所述聚乙烯亚胺聚合物包含至少一个式(XIc)的部分或其任何子结构：

其中在式(XIc)中：

每个R

每个R

v是3至10的整数，

前提条件是至少一个R

在一些实施方案中，每个式(XIa)的部分

在一方面，本公开提供了一种式(XL)的化合物：

其中在式(XL)中：

Z是单键或连接基团；并且

B是生物分子

在一些实施方案中，所述式(XL)的化合物是式(XLa)的化合物：

其中在式(XLa)中：

Z是单键或连接基团；并且

B是生物分子

在一些实施方案中，所述生物分子选自蛋白质、酶或肽，任选地其中所述生物分子包含至少一个硫醇基团。

在一些实施方案中，Z选自

在一方面，本公开提供了一种表面，所述表面上接枝有本公开的聚合物或本公开的化合物。在一些实施方案中，所述表面包含选自以下的材料：金属，诸如钛和钛合金、铁和钢；金属氧化物；陶瓷；聚合物，诸如聚乙烯(在预先等离子体激活后用于生物医学植入物的低和高网状物)、特氟龙(在预先等离子体激活后)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(在预先等离子体激活后)和聚丙烯(在预先等离子体激活后为低密度和高密度的)、硅酮、橡胶、胶乳、塑料、聚酸酐、聚酯、聚原酸酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氨酯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚磷腈；纸；皮革；纺织品或纺织材料，诸如棉、黄麻、亚麻、大麻、羊毛、动物毛和蚕丝、合成织物诸如尼龙和聚酯；包含纤维的纺织材料，所述纤维包含纤维材料，诸如丙烯酸聚合物、丙烯酸酯聚合物、芳族聚酰胺聚合物、纤维素材料、棉、尼龙、聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚丙烯、人造丝、羊毛、氨纶、蚕丝和粘胶纤维；硅；木材；玻璃；纤维素化合物；以及通常不会在人体内发现的凝胶和流体。

在一个方面，本公开提供了一种控制至少一种细菌、真菌、原生动物或病毒的生长的方法，所述方法包括将本公开的聚合物或本公开的化合物接枝到表面上。在一些实施方案中，所述细菌是选自以下的革兰氏阳性细菌：结核分枝杆菌(M.tuberculosis)(包括多重耐药TB和广泛耐药TB)、牛分枝杆菌(M bovis)、鼠伤寒分枝杆菌(Mtyphimurium)、牛分枝杆菌菌株BCG、BCG亚株、鸟分枝杆菌(Mavium)、细胞内分枝杆菌(M intracellulare)、非洲分枝杆菌(Mafricanum)、堪萨斯分枝杆菌(M kansasii)、海洋分枝杆菌(M marinum)、溃疡分枝杆菌(M ulcerans)、鸟分枝杆菌副结核亚种(M avium subspecies paratuberculosis)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、表皮葡萄球菌(Staphylococcusepidermidis)、马葡萄球菌(Staphylococcus equi)、酿脓链球菌(Streptococcuspyogenes)、无乳链球菌(Streptococcus agalactiae)、单核细胞增生李斯特菌(Listeriamonocytogenes)、伊氏李斯特菌(Listeria ivanovii)、炭疽芽孢杆菌(Bacillusanthraces)、枯草芽孢杆菌(B.subtilis)、星形诺卡氏菌(Nocardia asteroides)和其他诺卡氏菌属(Nocardia)物种、草绿色链球菌(Streptococcus viridans)群、消化球菌属(Peptococcus)物种、消化链球菌属(Peptostreptococcus)物种、衣氏放线菌(Actinomycesisraelii)和其他放线菌属(Actinomyces)物种、痤疮丙酸杆菌(Propionibacteriumacnes)、破伤风梭菌(Clostridium tetani)、产气荚膜梭菌(Clostridium perfringens)、肉毒梭菌(Clostridium botulinum)、其他梭菌属(Clostridium)物种和肠球菌属(Enterococcus)物种。在一些实施方案中，所述细菌是选自以下的革兰氏阴性细菌：铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、其他假单胞菌属(Pseudomonas)物种、弯曲杆菌属(Campylobacter)物种、霍乱弧菌(Vibrio cholerae)、埃立克体属(Ehrlichia)物种、胸膜肺炎放线杆菌(Actinobacillus pleuropneumoniae)、溶血巴斯德菌(Pasteurellahaemolytica)、多杀巴斯德菌(Pasteurella multocida)、其他巴斯德菌属(Pasteurella)物种、嗜肺军团菌(Legionella pneumophila)、其他军团菌属(Legionella)物种、伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi)、其他沙门氏菌属(Salmonella)物种、志贺氏菌属(Shigella)物种、流产布鲁氏菌(Brucella abortus)、其他布鲁氏菌属(Brucella)物种、沙眼衣原体(Chlamydi trachomatis)、鹦鹉热衣原体(Chlamydia psittaci)、伯氏立克次氏体(Coxiella burnetti)、大肠埃希氏菌(Escherichia coli)、脑膜炎奈瑟菌(Neiserriameningitidis)、淋病奈瑟菌(Neiserria gonorrhea)、流感嗜血杆菌(Haemophilusinfluenzae)、杜氏嗜血杆菌(Haemophilus ducreyi)、其他嗜血杆菌属(Hemophilus)物种、鼠疫耶尔森氏菌(Yersinia pestis)、小肠结肠炎耶尔森氏菌(Yersinia enterolitica)、其他耶尔森氏菌属(Yersinia)物种、大肠埃希氏菌(Escherichia coli)、海氏埃希氏菌(Escherichia hirae)和其他埃希氏菌属(Escherichia)物种，以及其他肠杆菌科(Enterobacteriacae)、洋葱伯克霍尔德菌(Burkholderia cepacia)、类鼻疽伯克霍尔德菌(Burkholderia pseudomallei)、土拉弗朗西斯菌(Francisella tularensis)、脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)、具核梭杆菌(Fusobascterium nucleatum)、普雷沃氏菌属(Provetella)物种、反刍类考德里体(Cowdria ruminantium)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)物种和变形杆菌属(Proteus)物种。在一些实施方案中，所述病毒选自流感病毒、中东呼吸综合征相关冠状病毒(MERS-CoV)、鼻病毒、脊髓灰质炎病毒、麻疹病毒、埃博拉病毒、柯萨奇病毒、西尼罗河病毒、黄热病病毒、登革热病毒、拉沙热病毒、淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒、胡宁病毒、马秋波病毒、瓜纳里托病毒、汉坦病毒、裂谷热病毒、拉克罗斯病毒、加利福尼亚脑炎病毒、克里米亚-刚果病毒、马尔堡病毒、日本脑炎病毒、科萨努尔森林病毒、东方马脑炎病毒、西方马脑炎病毒、严重急性呼吸综合征(SARS)、严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)、副流感病毒、塔卡里伯病毒和伯钦特病毒。

在一方面，本公开提供了一种涂料，所述涂料包含金属氧化物纳米颗粒和本公开的一种或多种聚合物和/或本公开的一种或多种化合物。在一些实施方案中，多个所述金属氧化物纳米颗粒实质上与表面接触。在一些实施方案中，所述一种或多种聚合物接枝至金属氧化物纳米颗粒中的一个或多个金属氧化物纳米颗粒的表面上。在一些实施方案中，所述金属氧化物纳米颗粒包括氧化钛纳米颗粒。

附图说明

图1示出了在超声处理和干燥之后在对照与经ODMcat处理的滤纸之间的比较。经ODMcat处理的滤纸的橙色外观是由于荧光素染料的大量抗衡离子与共价附接至棉的ODMcat部分的季氨基团结合导致的。

图2示出了在涡旋、超声处理和干燥之后在对照与经ODMcat处理的棉之间的比较。经ODMcat处理的棉的橙色外观是由于荧光素染料的极大量的抗衡离子与共价附接至棉的ODMcat部分的季氨基团结合导致的。

图3示出了在涡旋之后在对照与经C2处理的棉之间的比较。

图4示出了在涡旋、超声处理和干燥之后在对照与经C2处理的棉之间的比较。经C2处理的棉的橙色外观是由于荧光素染料的极大量的抗衡离子与共价附接至棉的C2部分的季氨基结合。

图5示出了在荧光素测试之后在对照与经C2处理的滤纸之间的比较。经C2处理的滤纸的橙色外观是由于极大量的荧光素染料分子与共价附接至棉的C2部分的季氨基结合。

图6示出了聚(乙烯基苄基氯)单体的结构。

图7示出了聚乙烯亚胺单体的结构。

图8示出了PEI的全甲基化单体的结构。

图9示出了用于产生双[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-N,N'-四烷基亚乙基二铵化合物的示例性合成。在一些实施方案中，双[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-N,N'-四烷基亚乙基二铵化合物既疏水又亲水。

图10示出了双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N,N-甲基烷基溴化铵的示例性合成。在一些实施方案中，双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N,N-甲基烷基铵化合物表现出抗微生物性质。

图11A示出了由双(3-甲氧基甲硅烷基丙基)胺和烷基溴化物(所述溴化物也可以替代为氯化物或碘化物)合成双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)二烷基卤化铵的示例性合成。图11B示出了由双(3-甲氧基甲硅烷基丙基)胺和全氟烷基溴化物(所述溴化物也可以替代为氯化物或碘化物)合成双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)二氟烷基溴化铵的示例性合成。

图12A示出了用于制备聚乙烯基吡啶聚合物的示例性合成，所述聚乙烯基吡啶聚合物包含：包含通过-CH

图13示出了聚合物的示例性合成，所述聚合物包含：包含季双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基烷基铵部分的单体，以及包含季二烷基胺的单体，诸如(CH

图14示出了十八烷基(4-儿茶酚乙酰基)二甲基氯化铵的IR光谱。2918cm

图15示出了IR光谱儿茶酚乙酰基-共丁基PVP光谱(蓝线)。所述图包括4-氯乙酰儿茶酚(粉红色线)的比较光谱。

图16示出了与商业聚(乙烯基苄基氯)(55kda)相比，用双(N-甲基)3丙基三甲氧基硅烷基团和N,N-二甲基丁基基团部分季铵化的聚(乙烯基苄基氯)的IR光谱。溶剂在3378cm

图17示出了双(3-三甲氧基甲硅烷基)丙基-N,N-双十八烷基溴化铵的IR光谱。2970cm

图18示出了在背景中具有非季铵化PVP的儿茶酚乙酰基-共丁基PVP共聚物的IR光谱。

图19示出了儿茶酚乙酰基-共丁基PVP共聚物的IR光谱。2935cm

图20示出了在背景中具有非季铵化PVP的儿茶酚乙酰基-共癸基PVP共聚物的IR光谱。2954cm

图21示出了用双(N-甲基)3丙基三甲氧基硅烷基团和N,N-二甲基丁基基团部分季铵化的聚(乙烯基苄基氯)共聚物的IR光谱。溶剂在3373cm

图22示出了部分接枝有比率为1/9的乙酰儿茶酚基团和癸基的全甲基化的季铵化PEI无规共聚物的IR光谱。νCH芳香族谱带位于3009cm

图23示出了甲基化超支化PEI(750kda)和商业PEI(750kda)的IR光谱。甲基化PEI无规共聚物中3277cm

图24示出了双臂季铵化PVP的IR光谱，所述双臂季铵化PVP是具有比率为1/9的季双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基-N-对二甲苯基部分和丁基部分的部分季铵化PVP无规共聚物。

图25示出了双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-溴乙酰胺的IR光谱。

图26示出了与中间产物双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-溴乙酰胺相比，双臂季铵化PVP的IR光谱，所述双臂季铵化PVP是具有比率为1/9的季双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基-N-对二甲苯基部分和丁基部分的部分季铵化PVP无规共聚物。1639cm

图27示出了与商业聚(乙烯基苄基氯)(55kda)相比，用双(N-甲基)

图28A示出了用于通过两步叠氮化物-炔烃环加成将含有硫醇化氨基酸(例如R-SH)的生物分子(例如蛋白质、酶、肽)附接至本公开的儿茶酚部分的示例性方案。在步骤A中，通过迈克尔加成将炔基引入生物分子中。在步骤B中，通过炔烃与叠氮基之间的三唑形成将生物分子附接至儿茶酚部分。在步骤C中，可以将儿茶酚部分接枝到表面上。图28B示出了用于通过两步叠氮化物-炔烃环加成将含有硫醇化氨基酸(例如R-SH)的生物分子(例如蛋白质、酶、肽)附接至接枝到表面的本公开的儿茶酚部分的示例性方案。

图29示出了用于通过迈克尔加成将含有硫醇化氨基酸(例如R-SH)的生物分子(例如蛋白质、酶、肽)附接至本公开的儿茶酚部分的示例性方案。在步骤A中，将马来酰亚胺引入儿茶酚部分。在步骤B中，将生物分子通过迈克尔加成附接至马来酰亚胺。

图30示出了用于通过亲核取代将含有硫醇化氨基酸(例如R-SH)的生物分子(例如蛋白质、酶、肽)附接至儿茶酚部分的示例性方案。生物分子的硫醇基团在缓冲条件下取代儿茶酚部分的碘化物基团以提供缀合产物。缓冲条件的非限制性示例包括使用硼酸盐缓冲液将反应条件维持在约8.3的pH。

图31示出了用于将含有硫醇化氨基酸(例如R-SH)的生物分子(例如蛋白质、酶、肽)附接至包含两个马来酰亚胺部分的儿茶酚部分的示例性方案，其中所述马来酰亚胺部分借助于接头R彼此缀合。儿茶酚部分的硫醇基首先缀合至马来酰亚胺部分中的一个马来酰亚胺部分，然后所述生物分子借助于硫醇基缀合至第二马来酰亚胺部分。示出了接头R的非限制性示例。

图32示出了制备本公开的杀生物涂料的方法的非限制性示例。

图33示出了双[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-N,N'-四烷基亚乙基溴化二铵的IR光谱。2950cm

图34示出了部分接枝有比率为1/9的丙基三甲氧基硅烷基团和己基的全甲基化的季铵化PEI无规共聚物的IR光谱。1631cm

图35示出了在1％茚三酮水溶液处理后对照与使用4-碘代乙酰儿茶酚作为接头的L-半胱氨酸接枝滤纸之间的比较。经处理的滤纸呈紫色，证明了L-半胱氨酸的成功接枝。

图36示出了在1％茚三酮水溶液处理后对照与使用4-碘代乙酰儿茶酚作为接头的L-半胱氨酸接枝载玻片之间的比较。经处理的载玻片显示出多个蓝色/紫色斑点，证明了L-半胱氨酸的成功接枝。

图37示出了对照滤纸与经季铵化双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基-N-对二甲苯基-共丁基-PVP处理的滤纸之间的比较。经双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基-N-对二甲苯基-共丁基-PVP处理的滤纸的橙色外观是由于大量荧光素染料分子结合至季铵化合物。聚合物共价接枝到滤纸上(尽管进行了超声处理但仍保留在滤纸上)。

图38示出了对照滤纸与经用双(N-甲基)3-丙基三甲氧基硅烷基团和N,N-二甲基丁基基团部分季铵化的聚(乙烯基苄基氯)处理的滤纸之间的比较。经用双(N-甲基)3-丙基三甲氧基硅烷基团和N,N-二甲基丁基基团部分季铵化的聚(乙烯基苄基氯)处理的滤纸的橙色外观是由于大量荧光素染料分子结合至季铵化合物。聚合物共价接枝到滤纸上(尽管进行了超声处理但仍保留在滤纸上)。

图39示出了对照滤纸与经3-三甲氧基丙基-共己基-PEI(来自PEI，在750kda处)处理的滤纸之间的比较。经3-三甲氧基丙基-共己基-PEI处理的滤纸的橙色外观是由于大量荧光素染料分子结合至季铵化合物。聚合物共价接枝到滤纸上(尽管进行了超声处理但仍保留在滤纸上)。

图40示出了对照滤纸与经3-三甲氧基丙基-共癸基-PEI(来自PEI，在25kda处)处理的滤纸之间的比较。经3-三甲氧基丙基-共癸基-PEI处理的滤纸的橙色外观是由于相当大量的荧光素染料分子结合至季铵化合物。聚合物共价接枝到滤纸上(尽管进行了超声处理但仍保留在滤纸上)。

图41示出了对照滤纸与经双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-溴乙酰胺处理的滤纸之间的比较。经双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-溴乙酰胺处理的滤纸的橙色外观是由于大量荧光素染料分子结合至季铵化合物。所述化合物共价接枝到滤纸上(尽管进行了超声处理但仍保留在滤纸上)。

图42示出了对照滤纸与经双(3-三甲氧基甲硅烷基)丙基-N,N-双十六烷基溴化铵处理的滤纸之间的比较。经双(3-三甲氧基甲硅烷基)丙基-N,N-双十六烷基溴化铵处理的滤纸的橙色外观是由于相当大量的荧光素染料分子结合至季铵化合物的季氨基。所述单体共价附接至滤纸上(尽管进行了超声处理但仍保留在滤纸上)。由于事实上只有当单体被接枝时荧光素才会更深地渗透到滤纸中，所以使用滤纸时单体的橙色有时呈现地比聚合物略微更强。这与电荷密度无关。

图43示出了对照滤纸与经双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N,N-甲基烷基溴化铵处理的滤纸之间的比较。经双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N,N-甲基烷基溴化铵处理的滤纸的橙色外观是由于相当大量的荧光素染料分子结合至季铵化合物。所述单体共价附接至滤纸上(尽管进行了超声处理但仍保留在滤纸上)。由于事实上只有当单体被接枝时荧光素才会更深地渗透到滤纸中，所以使用滤纸时单体的橙色有时呈现地比聚合物略微更强。这与电荷密度无关。

图44示出了对照滤纸与经双[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-N,N'-四烷基亚乙基二铵处理的滤纸之间的比较。经双[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-N,N'-四烷基亚乙基二铵处理的滤纸的橙色外观是由于相当大量的荧光素染料分子结合至季铵化合物。所述单体共价附接至滤纸上(尽管进行了超声处理但仍保留在滤纸上)。由于事实上只有当单体被接枝时荧光素才会更深地渗透到滤纸中，所以使用滤纸时单体的橙色有时呈现地比聚合物略微更强。这与电荷密度无关。

具体实施方式

除非另外定义，否则本文所用的所有技术性和科学性术语具有与本发明所属领域中的技术人员通常所理解的相同的含义。本文提及的所有专利和公布以引用方式整体并入。

定义

如本文所用，术语“杀生物剂”是指可以杀伤微生物或使微生物无害的化学化合物、化学组合物、化学制剂，所述微生物通过细菌、酵母、原生动物和真菌例示。

如本文所用的术语“统计共聚物”被定义为由多于一种单体构成的共聚物，并且其中所述不同的单体单元无规地分布在聚合物链中。

如本文所用，术语“接枝(graft)”和“接枝(grafting)”是指通过在表面上的官能团与部分之间形成共价键来将所述部分附接至所述表面。

除非另外说明，否则本文所描绘的化学结构也旨在包括仅在一或多个同位素富集的原子的存在方面不同的化合物。例如，其中一个或多个氢原子被氘或氚取代或者其中一个或多个碳原子被富含

当本文使用范围来描述例如物理或化学性质，诸如分子量或化学式时，旨在包括范围的所有组合和子组合以及其中的具体实施方案。当提及数字或数值范围时使用术语“约”意指所提及的数字或数值范围是在实验可变性内(或在统计实验误差内)的近似值，并且因此所述数字或数值范围可以变化。所述变化通常是所述数字或数值范围的0％至15％，优选地0％至10％，更优选地0％至5％。术语“包括”(以及相关术语，诸如“包括”或“包含”或“具有”或“含有”)包括那些实施方案，诸如例如，“由所述特征组成”或“基本上由所述特征组成”的任何物质组合物、方法或工艺的实施方案。

“烷基”是指仅由碳和氢原子组成，不含不饱和性，具有一个至十个碳原子的直链或支链烃链基团(例如，(C

“烷基”是指仅由碳和氢原子组成，含有至少一个三键，具有两个至十个碳原子的直链或支链烃链基团(即，(C

“羧基”是指-(C＝O)OH基团。

“氰基”是指-CN基团。

术语“烷氧基”是指基团-O-烷基，包括经由氧附接至母体结构的1个至8个碳原子的直链、支链、环状构型以及它们的组合。示例包括但不限于甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、环丙氧基和环己氧基。“低级烷氧基”是指含有一个至六个碳的烷氧基。

术语“经取代的烷氧基”是指这样的烷氧基，其中烷基成分是被取代的(即，-O-(经取代的烷基))。除非本说明书中另有特别说明，否则烷氧基的烷基部分任选地被一个或多个取代基取代，所述取代基独立地是烷基、杂烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环烷基、芳基、芳基烷基、杂芳基、杂芳基烷基、羟基、卤基、氰基、三氟甲基、三氟甲氧基、硝基、三甲基硅烷基、-OR

除非本说明书中另有特别说明，否则“氨基”或“胺”是指-N(R

术语“经取代的氨基”还指各自如上所述的基团-NHR

“酰胺”或“酰胺基”是指具有式-C(O)N(R)

“酯”是指式-COOR的化学基团，其中R选自由以下组成的组：烷基、环烷基、芳基、杂芳基(经由环碳键合)和杂脂环(经由环碳键合)。制备酯的工序和特定基团是本领域技术人员已知的，并且可以容易地在开创性资源中找到，例如Greene和Wuts，Protective Groupsin Organic Synthesis,第3版编著，John Wiley&Sons,New York,N.Y.,1999，该文献全文以引用方式并入本文。除非本说明书中另有特别说明，否则酯基任选地被一个或多个取代基取代，所述取代基独立地是烷基、杂烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环烷基、芳基、芳基烷基、杂芳基、杂芳基烷基、羟基、卤基、氰基、三氟甲基、三氟甲氧基、硝基、三甲基硅烷基、-OR

“卤基”、“卤化物”或替代地“卤素”旨在意指氟、氯、溴或碘。术语“卤代烷基”、“卤代烯基”、“卤代炔基”和“卤代烷氧基”包括被一个或多个卤基基团或它们的组合取代的烷基、烯基、炔基和烷氧基结构。例如，术语“氟代烷基”和“氟代烷氧基”分别包括卤代烷基和卤代烷氧基，其中卤基是氟。

“杂芳基”或“杂芳族”或“HetAr”或“Het”是指包含一个或多个选自氮、氧和硫的环杂原子的5元至18元芳族基团(例如，C

经取代的杂芳基还包括被一个或多个氧化物(-O-)取代基(例如吡啶基氮氧化物)取代的环系。

“杂环烷基”是指稳定的3元至18元非芳族环基团，所述非芳族环基团包含两个至十二个碳原子和一个至六个选自氮、氧和硫的杂原子。无论何时出现在本文中，数值范围诸如“3至18”都是指给定范围内的每个整数—例如，“3个至18个环原子”意指杂环烷基可由3个环原子、4个环原子等直至且包括18个环原子组成。除非本说明书中另有特别说明，否则杂环烷基是单环、双环、三环或四环环系，所述环系可以包括稠环系或桥环系。杂环烷基中的杂原子可任选地被氧化。一个或多个氮原子，如果存在的话，则任选地被季铵化。所述杂环烷基是部分或完全饱和的。杂环烷基可以通过一个或多个环的任何原子附接至分子的其余部分。此类杂环烷基的示例包括但不限于二氧戊环基、噻吩基[1,3]二噻烷基、十氢异喹啉基、咪唑啉基、咪唑烷基、异噻唑烷基、异噁唑烷基、吗啉基、八氢吲哚基、八氢异吲哚基、2-氧代哌嗪基、2-氧代哌啶基、2-氧代吡咯烷基、噁唑烷基、哌啶基、哌嗪基、4-哌啶酮基、吡咯烷基、吡唑烷基、奎宁环基、噻唑烷基、四氢呋喃基、三噻烷基、四氢吡喃基、硫代吗啉基、噻吗啉基(thiamorpholinyl)、1-氧代-硫代吗啉基和1,1-二氧代-硫代吗啉基。除非本说明书中另有特别说明，否则杂环烷基部分任选地被一个或多个取代基取代，所述取代基独立地是：烷基、杂烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环烷基、芳基、芳基烷基、杂芳基、杂芳基烷基、羟基、卤基、氰基、硝基、侧氧基、硫基、三甲基硅烷基、-OR

“杂环烷基”还包括双环系，其中一个非芳族环通常具有3个至7个环原子，所述非芳族环除了1-3个独立地选自氧、硫和氮的杂原子外，还含有至少2个碳原子，以及包含前述杂原子中的至少一种杂原子的组合；并且另一个环，通常具有3个至7个环原子，所述环任选地含有1-3个独立地选自氧、硫和氮的杂原子并且不是芳族的。

“氧杂”是指-O-基团。

“侧氧基”是指＝O基团。

“部分”是指分子的特定链段或官能团。化学部分通常被识别为嵌入或附加至分子的化学实体。

“离去基团或原子”是任何这样的基团或原子，所述基团或原子在选定的反应条件下会被从起始材料上切割，从而促进特定位点处的反应。除非另外指明，否则此类基团的示例包括卤素原子和甲磺酰氧基、对硝基苯磺酰氧基和甲苯磺酰氧基。

“保护基团”旨在意指这样的基团，所述基团选择性地封闭多官能化合物中的一个或多个反应性位点，使得化学反应可以选择性地在另一未保护的反应性位点上进行，然后所述基团可以在选择性反应完成之后地被容易地去除或脱保护。多种保护基公开于例如T.H.Greene and P.G.M.Wuts,Protective Groups in Organic Synthesis,第三版，JohnWiley&Sons,New York(1999)中。

“经取代的”意指所提及的基团可具有附接的一个或多个附加基团、自由基或部分，所述附加基团、自由基或部分单独地并且独立地选自例如酰基、烷基、烷芳基、环烷基、芳烷基、芳基、碳水化合物、碳酸酯、杂芳基、杂环烷基、羟基、烷氧基、芳氧基、巯基、烷硫基、芳硫基、氰基、卤基、羰基、酯、硫代羰基、异氰酸根合、硫氰酸根合、异硫氰酸根合、硝基、侧氧基、全卤代烷基、全氟烷基、磷酸酯、甲硅烷基、亚磺酰基、磺酰基、磺酰胺基(sulfonamidyl)、磺酰氧基(sulfoxyl)、磺酸酯、脲和氨基，包括单取代和二取代的氨基，以及它们的受保护的衍生物。取代基本身可以被取代，例如，环烷基取代基本身可在其环碳中的一个或多个环碳处具有卤化物取代基。术语“任选取代的”意指用指定的基团、自由基或部分进行的任选取代。

为避免疑义，本文旨在将结合本发明的特定方面、实施方案或示例描述的特定特征(例如整数、特性、值、用途、疾病、公式、化合物或基团)理解为适用于本文所述的任何其他方面、实施方案或示例，除非与所述方面、实施方案或示例不兼容。因此，此类特征可以在合适的情况下与本文所定义的定义、权利要求或实施方案中的任一者结合使用。本说明书中公开的所有特征(包括任何随附的权利要求、摘要和附图)，和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤，可以以任何组合进行组合，除了其中特征和/或步骤中的至少一些特征和/或步骤是互斥的组合以外。本发明不限于任何所公开的实施方案的任何细节。本发明扩展至本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中所公开的特征中的任何新型特征或新型特征组合，或如此公开的任何方法或过程的步骤中的任何新型步骤或任何新型步骤组合。

此外，如本文所用，术语“约”意指尺寸、大小、配方、参数、形状和其他量和特性不是并且不必是精确的，而是可以是近似的和/或根据需要而更大或更小，从而反映公差、转换因子、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员已知的其他因素。一般而言，尺寸、大小、配方、参数、形状或其他量或特性是“约”或“近似”，而无论是否明确说明为如此。需注意，具有非常不同的大小、形状和尺寸的实施方案可以采用所描述的布置。

此外，过渡性术语“包括”、“基本上由……组成”和“由……组成”，当以原始和经修正形式在所附权利要求中使用时，在关于哪些未列举的附加权利要求要素或步骤(如果有的话)被排除在权利要求的范围之外方面定义了权利要求书范围。术语“包括”旨在是包含性的或开放式的，并且不排除任何附加的、未列举的元件、方法、步骤或材料。术语“由...组成”不包括除权利要求书中指定的那些以外的任何要素、步骤或材料，并且在后一种情况下不包括通常与指定材料相关联的杂质。术语“基本上由……组成”将权利要求书的范围限制为指定的要素、步骤或材料，以及不实质影响所要求保护的发明的基本和新型特性的那些要素、步骤或材料。或者，本发明的所有实施方案可以由过渡性术语“包括”、“基本上由……组成”和“由……组成”中的任一者来更具体地限定。

化合物、聚合物和组合物

已知儿茶酚部分用于确保与大多数羟基化基材的共价键，并已被用作接头。然而，儿茶酚胺的使用有几个缺点，尤其是其在碱性pH下的快速聚合和自发氧化成醌。

如以下方案1的反应序列A中所描绘，表面与体积(例如包含溴化物化合物的溶液)之间的反应通常根据S

方案1：

相比之下，方案1的反应序列B由于静电排斥而无法完成。唯一能够置换Br的超级亲核试剂是N

本公开包括一系列可用于将多种组合物(诸如聚合物)接枝到多种表面上的新型化合物。本公开还包括一系列新型儿茶酚化合物，所述儿茶酚化合物可用于将多种组合物(诸如生物分子和聚合物，所述生物分子和聚合物包括抗微生物聚合物和生物大分子)接枝到多种表面上。在一些实施方案中，化合物衍生自儿茶酚家族，并且比表现出聚合倾向的儿茶酚胺更稳定。

在一方面，本公开还包括新型双臂硅烷化合物的用途。在一些实施方案中，双臂硅烷化合物在单步反应中用烷基卤化物处理后进一步被烷基链取代，以提供高度疏水/亲水的化合物，所述化合物准备好接枝在各种表面，例如羟基化或活化的表面上，益处是与传统硅烷相比更稳定且极耐水解。参见U.S.9,029,491、US 20050187400、U.S.8475782和U.S.9,289,534，所有这些专利都全文以引用方式并入本文。

本公开还包括可以共价附接至表面的新型准备好接枝的(ready-to-graft)杀生物聚合物和化合物。这些聚合物和化合物可在杀生物和抗微生物组合物中使用，所述杀生物和抗微生物组合物可用于对抗医疗保健获得性感染(healthcare-acquired infection,HAI)和几乎任何类型的环境表面处理。本公开的杀生物聚合物和化合物可用于在多种健康和工业应用中遏制和控制传染性病原体的传播。

基材，例如纳米颗粒、抗体、酶和包含本公开的部分的组合物和聚合物是可容易接枝的并且提供比其他部分(诸如硅烷接头)具有改进的稳定性和更小的水解敏感性的键。

.在本公开的一个方面中，所述聚合物是通过以下方式制备的：将化学部分共价连接至聚合物，以产生可以容易地接枝到包括金属和木材在内的各种表面上的聚合物。在本公开的一个方面中，可接枝的基材，包括聚合物、抗体、酶和肽，是通过以下方式制备的：将本公开的化合物共价连接到基材，所述基材可以容易地接枝到包括金属和木材在内的多种表面上。在一些实施方案中，本公开的化合物可容易地接枝至表面。在一些实施方案中，本发明的准备好接枝的化合物的溶液是在一锅合成中制备。在一些实施方案中，本发明的可接枝基材是在一锅合成中制备的。在一些实施方案中，所述聚合物是在一锅合成中制备的。在本公开的另一方面中，本文所述的化合物可以容易地接枝到表面上。当被接枝时，本公开的化学部分和化合物上的官能团与表面上的官能团形成共价键。

在过去的十年中，在COVID-19大流行到来之后，对自清洁表面的巨大需求加剧。事实上，诸如消毒擦巾的临时解决方案是劳动密集的、昂贵的并且从长远来看是不可持续的。为了解决现有临时解决方案的缺点，开发了许多表面涂覆策略来赋予环境表面持久的抗微生物特性。

虽然基于金属离子的涂料已被证明是有效的，但是它们引起了人们对耐久性、毒性和可持续性的担忧。相比之下，季铵化合物(quaternary ammonium compound,QAC)在用作表面涂料时一直被认为是有效且稳定的抗微生物产品。在QAC类别中，聚合物被证明优于单体(典型的C

虽然目前有许多产品作为喷涂涂料销售，但它们的活性成分几乎总是3-(三羟基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵或任何类似的为C

化合物

在一方面，本公开提供了一种式(Ib)的化合物：

其中在式(Ib)中：

X是卤素、任选取代的胺、叠氮基或C(O)OR

R

在一些实施方案中，式(Ib)的化合物选自：

在另一方面中，本公开描述了一种式(XV)的化合物：

其中在式(XV)中：

每个R

在一些实施方案中，每个R

在一些实施方案中，所述式(XV)的化合物是式(XVI)的化合物：

其中在式(XVI)中：

每个R

n是从3至21的整数。

在一些实施方案中，n是从15至19的整数。在一些实施方案中，n是17。在一些实施方案中，每个R

在一些实施方案中，所述化合物是式(XVa)的化合物：

在另一方面中，本公开描述了一种式(XVII)的化合物：

其中在式(XVII)中：

每个R

每个R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。

在一些实施方案中，w是3。在一些实施方案中，v是3。在一些实施方案中，每个R

在另一方面中，本公开描述了一种式(XVIIa)的化合物：

其中在式(XVIIa)中：

n是介于16与20之间的整数；并且

X是Br、Cl或I。

在一些实施方案中，所述式(XVIIa)的化合物是：

其中X是抗衡离子。在一些实施方案中，X是Br。

在一些实施方案中，所述式(XVIIa)的化合物是：

其中X是抗衡离子。在一些实施方案中，X是Br。

在另一方面中，本公开描述了一种式(XVIIb)的化合物：

其中在式(XVIIb)中：

n是介于15与19之间的整数；并且

X是Br、Cl或I。

在另一方面中，本公开描述了一种式(XVIIc)的化合物：

其中在式(XVIIc)中：

每个R

X是Br、Cl或I。在一些实施方案中，每个R

在另一方面中，本公开描述了一种式(XVIII)的化合物：

其中在式(XVIII)中：

每个R

每个R

w是从3至10的整数；并且

x是从1至4的整数。

在一些实施方案中，w是3。在一些实施方案中，v是3。在一些实施方案中，x是2。在一些实施方案中，每个R

在一些实施方案中，所述式(XVIII)的化合物是式(XVIIIa)的化合物：

在另一方面中，本公开描述了一种式(XIX)的化合物：

其中在式(XIX)中：

每个R

R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。

在一些实施方案中，w是3。在一些实施方案中，v是3。在一些实施方案中，每个R

在另一方面中，本公开描述了一种式(XIXa)的化合物：

其中在式(XIXa)中：

每个R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。

在一些实施方案中，w是3。在一些实施方案中，v是3。在一些实施方案中，每个R

在另一方面中，本公开描述了一种式(XIXb)的化合物：

在另一方面中，本公开描述了一种式(XIXc)的化合物：

其中在式(XIXc)中：

每个R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。

在一些实施方案中，w是3。在一些实施方案中，v是3。在一些实施方案中，每个R

在另一方面中，本公开描述了一种式(XIXd)的化合物：

在另一方面中，本公开描述了一种式(XX)的化合物：

其中在式(XX)中：

每个R

每个R

v是从3至10的整数；

w是从3至10的整数；并且

x是从1至4的整数。

在一些实施方案中，w是3。在一些实施方案中，v是3。在一些实施方案中，x是2。在一些实施方案中，每个R

在另一方面中，本公开描述了一种式(XXa)的化合物：

其中在式(XXa)中：

n是16-20的整数。

在一方面，本公开描述了组合物，所述组合物包含至少一种本公开的化合物。在一些实施方案中，所述化合物是式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、或式(XXa)的化合物中的任一者。在一些实施方案中，所述组合物是抗细菌组合物。在一些实施方案中，所述组合物是杀生物组合物。在一些实施方案中，所述组合物是抗病毒组合物。在一些实施方案中，所述组合物是抗真菌组合物。在一些实施方案中，所述组合物是抗原生动物组合物。

在一方面，本公开描述了一种溶液，所述溶液包含醇和至少一种本公开的化合物。在一些实施方案中，所述化合物是式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、或式(XXa)的化合物中的任一者。如本领域普通技术人员所理解的，可以使用任何醇。醇的非限制性示例包括乙醇、甲醇、正丙醇、异丙醇、叔丁醇和叔戊醇。在一些实施方案中，所述溶液是抗细菌溶液。在一些实施方案中，所述溶液是杀生物溶液。在一些实施方案中，所述溶液是抗病毒溶液。在一些实施方案中，所述溶液是抗真菌溶液。在一些实施方案中，所述溶液是抗原生动物溶液。在一些实施方案中，所述溶液是用于接枝的即用型溶液。

可接枝的化合物和基材

在一方面，本公开提供了一种可接枝基材，所述可接枝基材包含本发明的化合物和/或部分。在一些实施方案中，所述可接枝基材包含至少一种为式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、或式(XXa)中的任一者的化合物。在一些实施方案中，所述可接枝基材包含为式(I)或式(Ia)中的任一者的至少一个部分。在一些实施方案中，所述为式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、或式(XXa)中的任一者的化合物接枝到基材上。

如本领域普通技术人员将理解的，本公开考虑了任何基材。基材的非限制性示例包括聚合物、抗体、酶、肽和蛋白质。

在本公开的一个方面中，所述可接枝基材包含至少一个式(I)的部分：

其中在式(I)中：

L是单键或连接基团。

在一些实施方案中，L是单键。在一些实施方案中，L是连接基团。如本领域普通技术人员将理解的，连接基团可以是任何有机部分。在一些实施方案中，所述连接基团包括任选取代的氨基、任选取代的杂环基、羧基、或任选取代的硫醇。在一些实施方案中，连接基团包括伯氨基、仲氨基或叔氨基。在一些实施方案中，有机接头包括二甲氨基、二乙氨基、-C(O)O-、-S-、羧酸二乙酯、乙酰基、任选取代的三唑基、或任选取代的四唑基。

在一些实施方案中，式(I)的部分是式(Ia)的部分：

在另一方面中，所述可接枝基材包含至少一个式(XVIa)的部分：

其中在式(XVIIa)中：

G是单键或连接基团；

每个R

每个R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。

在另一方面中，所述可接枝基材包含至少一个式(XVIIIa)的部分：

其中在式(XVIIIa)中：

G是单键或连接基团；

每个R

每个R

v是从3至10的整数；

w是从3至10的整数；并且

x是从1至4的整数。

在一些实施方案中，G是单键。在一些实施方案中，G是连接基团。如本领域普通技术人员将理解的，连接基团G可以是任何有机部分。在一些实施方案中，连接基团包括

在一些实施方案中，w是3。在一些实施方案中，v是3。在一些实施方案中，x是2。在一些实施方案中，每个R

在一方面，本公开描述了组合物，所述组合物包含至少一种本公开的可接枝基材。在一些实施方案中，所述组合物是抗细菌组合物。在一些实施方案中，所述组合物是杀生物组合物。在一些实施方案中，所述组合物是抗病毒组合物。在一些实施方案中，所述组合物是抗真菌组合物。在一些实施方案中，所述组合物是抗原生动物组合物。

在一方面，本公开描述了一种溶液，所述溶液包含醇和至少一种本公开的可接枝基材。如本领域普通技术人员所理解的，可以使用任何醇。醇的非限制性示例包括乙醇、甲醇、正丙醇、异丙醇、叔丁醇和叔戊醇。在一些实施方案中，所述溶液是抗细菌溶液。在一些实施方案中，所述溶液是杀生物溶液。在一些实施方案中，所述溶液是抗病毒溶液。在一些实施方案中，所述溶液是抗真菌溶液。在一些实施方案中，所述溶液是抗原生动物溶液。在一些实施方案中，所述溶液是用于接枝的即用型溶液。

在一方面，本公开提供了用于制备可接枝基材的方法。在一些实施方案中，本公开包括用于制备可接枝基材的方法，所述可接枝基材包含为式(XV)、式(XVI)或式(XVa)中的任一者的化合物。在一些实施方案中，本公开包括用于制备可接枝基材的方法，所述可接枝基材包含为式(I)或式(Ia)中的任一者的部分。

在一些实施方案中，所述方法包括用式(Ib)的化合物处理基材：

其中在式(Ib)中：

X是卤素、任选取代的胺、叠氮基、氰基、-C(O)OR

R

在一些实施方案中，式(Ib)的化合物选自：

在一些实施方案中，所述方法包括用一种或多种为式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、或式(XXa)中的任一者的化合物处理基材。

在一些实施方案中，所述基材选自聚合物、抗体、酶、肽和蛋白质。在一些实施方案中，所述前体聚合物包括聚乙烯吡啶(PVP)、聚乙烯苄基氯、聚乙烯亚胺(PEI)、甲基丙烯酸丙炔酯、聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚烯丙胺、聚烯丙醇、聚乙烯苄、聚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚醚、聚(乙烯-alt-琥珀酰亚胺)、聚(二烯丙基二甲基铵)、或C

聚合物

在一方面，本公开提供了聚合物，所述聚合物包含本公开的化合物。在一方面，本公开提供了聚合物，所述聚合物包含本公开的部分。

在一方面，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(I)的部分：

其中在式(I)中：

L是单键或连接基团。

在一些实施方案中，L是单键。在一些实施方案中，L是连接基团。如本领域普通技术人员将理解的，连接基团可以是任何有机部分。在一些实施方案中，所述连接基团包括任选取代的氨基、任选取代的杂环基、任选取代的硫醇、或羧酸酯。在一些实施方案中，连接基团包括伯氨基、仲氨基或叔氨基。在一些实施方案中，有机接头包括二甲氨基、二乙氨基、-C(O)O-、-S-、羧酸二乙酯、乙酰基、任选取代的三唑基、任选取代的马来酸根和/或任选取代的四唑基。

如本领域普通技术人员将理解的，任何聚合物都被考虑用于在本公开内使用。在一些实施方案中，聚合物是无规共聚物。在一些实施方案中，所述聚合物包括聚乙烯吡啶(PVP)、聚乙烯苄基氯、聚乙烯亚胺(PEI)、甲基丙烯酸丙炔酯、聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚烯丙胺、聚烯丙醇、聚乙烯苄、聚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚醚、聚(乙烯-alt-琥珀酰亚胺)、和聚(二烯丙基二甲基铵)。在一些实施方案中，所述聚合物还包含聚乙烯基吡啶(PVP)或聚乙烯亚胺(PEI)。在一些实施方案中，所述聚合物还包含任选取代的C

在一个实施方案中，式(I)的部分是式(Ia)的部分：

在另一方面中，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(II)的部分：

在一些实施方案中，所述聚合物还包含至少一个式(III)的部分：

其中r是3至20的整数。在一些实施方案中，r是从3至11的整数。在一些实施方案中，r是3。在一些实施方案中，r是9。在一些实施方案中，聚合物由式(II)的部分和式(III)的部分组成。在一些实施方案中，聚合物包含式(II)的部分和式(III)的部分。

在一些实施方案中，所述聚合物还包含至少一个式(IV)的片段：

其中在式(IV)中：

r是3至11的整数。在一些实施方案中，r是3。在一些实施方案中，r是9。

在另一方面中，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(V)的部分：

其中在式(V)中：

每个R

在一些实施方案中，式(V)的部分是式(VI)的部分：

在一些实施方案中，所述聚合物包含式(VI)的间位和对位取代基的混合物。

在一些实施方案中，所述聚合物还包含式(VII)的部分：

其中在式(VII)中：

每个R

在一些实施方案中，聚合物由式(V)的部分和式(VII)的部分组成。在一些实施方案中，聚合物包含式(V)的部分和式(VII)的部分。在一些实施方案中，聚合物由式(VI)的部分和式(VII)的部分组成。在一些实施方案中，聚合物包含式(VI)的部分和式(VII)的部分。

在一些实施方案中，所述聚合物还包含至少一个式(VIII)的部分：

其中在式(VIII)中：

每个R

在一些实施方案中，每个R

在另一方面中，本公开描述了一种聚乙烯亚胺(PEI)聚合物，所述聚乙烯亚胺聚合物包含至少一个式(IXa)、式(IXb)或式(IXh)的部分：

其中在式(IXa)和式(IXb)中：

每个R

在一些实施方案中，每个R

在一些实施方案中，式(IXa)的部分是式(IXc)的部分：

在一些实施方案中，式(IXb)的部分是式(IXd)的部分：

在一些实施方案中，PEI聚合物包含式(IXc)的部分和式(IXd)的部分。在一些实施方案中，PEI聚合物包含式(IXc)的部分、式(IXd)的部分和式(IXh)的部分。在一些实施方案中，所述聚合物是支化的、超支化的或直链的。在一些实施方案中，所述PEI聚合物是全烷基化的。在一些实施方案中，所述PEI聚合物是全甲基化的。全甲基化的单体的示例在图8中示出。如本领域普通技术人员将理解的，在一个非限制性示例中，PEI聚合物包含伯氮原子和仲氮原子，并且当全甲基化时，所有伯氮和仲氮都被转化成分别包含两个和一个甲基的叔氮。在一个非限制性实施方案中，叔氮可以在用本文所述的儿茶酚化合物(诸如化合物1001至1003)处理后被季铵化，从而产生式(IXc)的部分和/或式(IXd)的部分和/或式(IXh)的部分的混合物。在一个非限制性示例中，如本领域普通技术人员将理解的，剩余的叔氮可以转化成包含任选取代的C

在另一方面中，本公开描述了一种PEI聚合物，所述PEI聚合物包含至少一个式(IXe)的部分或其子结构：

其中在式(IXe)中：

每个R

每个R

前提条件是至少一个R

在一些实施方案中，每个R

式(IXe)的子结构的非限制性示例包括：

在一些实施方案中，在式(IXe)中，式(Ia)的R

在另一方面中，本公开描述了一种PEI聚合物，所述PEI聚合物包含至少一个式(IXe1)的部分或其子结构：

其中在式(IXe1)中：

每个R

每个R

前提条件是至少一个R

式(IXe1)的子结构的非限制性示例包括：

在一些实施方案中，每个R

在另一方面中，本公开描述了一种PEI聚合物，所述PEI聚合物包含至少一个式(IXf)的部分或其子结构：

其中在式(IXf)中：

每个R

前提条件是至少一个R

在一些实施方案中，1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或11个R

式(IXf)的子结构的非限制性示例包括：

在另一方面中，本公开描述了一种PEI聚合物，所述PEI聚合物包含至少一个式(IXg)的部分：

其中在式(IXg)中：

每个R

前提条件是至少一个R

在一些实施方案中，1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或11个R

式(IXg)的子结构的非限制性示例包括：

在另一方面中，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(XI)的部分：

其中在式(XI)中：

G是单键或连接基团；

每个R

v是从3至10的整数。

在一些实施方案中，G是单键。在一些实施方案中，G是连接基团。如本领域普通技术人员将理解的，连接基团可以是任何有机部分。在一些实施方案中，所述连接基团包括任选取代的氨基、任选取代的杂环基、或羧酸酯。在一些实施方案中，连接基团包括伯氨基、仲氨基或叔氨基。在一些实施方案中，有机接头包括二甲氨基、二乙氨基、-C(O)O-、羧酸二乙酯、乙酰基、任选取代的三唑基、或任选取代的四唑基。在一些实施方案中，连接基团包含

在一些实施方案中，所述聚合物是无规共聚物。在一些实施方案中，所述聚合物包括聚乙烯吡啶(PVP)、聚乙烯苄基氯、聚乙烯亚胺(PEI)、甲基丙烯酸丙炔酯、聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚烯丙胺、聚烯丙醇、聚乙烯苄、聚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚醚、聚(乙烯-alt-琥珀酰亚胺)、和聚(二烯丙基二甲基铵)。在一些实施方案中，所述聚合物还包含聚乙烯基吡啶(PVP)或聚乙烯亚胺(PEI)。在一些实施方案中，所述聚合物还包含任选取代的C

在一些实施方案中，v是3。

在一些实施方案中，R

在另一方面中，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(XII)的部分和至少一个式(XIII)的部分：

其中在式(XII)中：

r是3至11的整数；

其中在式(XIII)中：

每个R

v是从3至10的整数；

前提条件是当在式(XIII)中v是3并且每个R

在一些实施方案中，r是从4至11的整数。在一些实施方案中，r是9。在一些实施方案中，v是3。在一些实施方案中，每个R

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(XIV)的部分：

在一些实施方案中，当v是3并且每个R

在一些实施方案中，r是从3至11的整数。在一些实施方案中，r是从4至11的整数。在一些实施方案中，r是9。在一些实施方案中，v是3。在一些实施方案中，每个R

在另一方面中，本公开描述了一种聚乙烯亚胺(PEI)聚合物，所述PEI聚合物包含至少一个式(XIa)的部分：

其中在式(XIa)中：

每个R

v是从3至10的整数。

在一些实施方案中，v是3。在一些实施方案中，每个R

在另一方面中，本公开描述了一种聚乙烯亚胺(PEI)聚合物，所述PEI聚合物包含以下式(XIa)的部分中的至少一者：

其中每个R

在另一方面中，式(XIa)的部分是式(XIb)的部分：

其中在式(XIb)中：

每个R

每个R

每个R

v是3至10的整数，

前提条件是至少一个R

在一些实施方案中，v是3。在一些实施方案中，每个R

式(IXb)的子结构的非限制性示例包括：

在一些实施方案中，在式(XIb)中，式(XIa)的R

在另一方面中，本公开描述了一种PEI聚合物，所述PEI聚合物包含至少一个式(IXb1)的部分或其子结构：

其中在式(IXb1)中：

每个R

每个R

每个R

v是从3至10的整数；

前提条件是至少一个R

式(IXb1)的子结构的非限制性示例包括：

在另一方面中，式(XIa)的部分是式(XIc)的部分：

/>

其中在式(XIc)中：

每个R

每个R

v是3至10的整数，

前提条件是至少一个R

在一些实施方案中，v是3。在一些实施方案中，每个R

式(IXf)的子结构的非限制性示例包括：

在一些实施方案中，在式(XIc)中，式(XIa)的R

在另一方面中，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(XVIa)的部分：

/>

其中在式(XVIIa)中：

G是单键或连接基团；

每个R

R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。

在另一方面中，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(XVIIIa)的部分：

其中在式(XVIIIa)中：

G是单键或连接基团；

每个R

每个R

v是从3至10的整数；

w是从3至10的整数；并且

x是从1至4的整数。

在一些实施方案中，G是单键。在一些实施方案中，G是连接基团。如本领域普通技术人员将理解的，连接基团可以是任何有机部分。在一些实施方案中，所述连接基团包括

在另一方面中，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(XVIIh)的部分：

在另一方面中，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(XVIIb)的部分：

其中在式(XVIIb)中：

G是单键或连接基团；

每个R

R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。在一些实施方案中，所述连接基团包括

在另一方面中，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(XVIIj)的部分：

其中在式(XVIIj)中：

每个R

R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。在一些实施方案中，每个R

在一些实施方案中，所述聚合物还包含至少一个式(III)的部分：

其中r是3至20的整数。在一些实施方案中，r是从3至11的整数。在一些实施方案中，r是3。在一些实施方案中，聚合物由式(XVIIb)的部分和式(III)的部分组成。在一些实施方案中，聚合物包含式(XVIIb)的部分和式(III)的部分。在一些实施方案中，聚合物由式(XVIIj)的部分和式(III)的部分组成。在一些实施方案中，聚合物包含式(XVIIj)的部分和式(III)的部分。

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(XVIId)的部分：

其中在式(XVIIc)中：

G是单键或连接基团；

每个R

R

r是3至11的整数；

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。在一些实施方案中，所述连接基团包括

在一些实施方案中，式(XVIIb)的部分是式(XVIId)的部分：

在一些实施方案中，聚合物由式(XVIId)的部分和式(III)的部分组成。在一些实施方案中，聚合物包含式(XVIId)的部分和式(III)的部分。

在另一方面中，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(XVIIe)的部分：

其中在式(XVIIe)中：

每个R

R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。在一些实施方案中，R

在一些实施方案中，式(XVIIe)的部分是式(XVIIf)的部分：

其中在式(XVIIf)中：

每个R

在一些实施方案中，所述聚合物还包含式(VII)的部分：

其中在式(VII)中：

每个R

在一些实施方案中，所述聚合物还包含至少一个式(XVIIg)的部分：

其中在式(XVIIg)中：

每个R

每个R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。在一些实施方案中，每个R

在一些实施方案中，聚合物由式(XVIIe)的部分和式(VII)的部分组成。在一些实施方案中，聚合物包含式(XVIIe)的部分和式(VII)的部分。在一些实施方案中，聚合物由式(XVIIf)的部分和式(VII)的部分组成。在一些实施方案中，聚合物包含式(XVIIf)的部分和式(VII)的部分。

在另一方面中，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(XXI)的部分：

其中在式(XXI)中：

每个R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。在一些实施方案中，每个R

在另一方面中，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(XXIa)的部分：

其中在式(XXIa)中：

每个R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。

在一些实施方案中，每个R

在另一方面中，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(XXIb)的部分：

在一些实施方案中，所述聚合物还包含至少一个式(III)的部分：

其中r是3至20的整数。在一些实施方案中，r是从3至11的整数。在一些实施方案中，r是3。在一些实施方案中，聚合物由式(XXIa)的部分和式(III)的部分组成。在一些实施方案中，聚合物包含式(XXIa)的部分和式(III)的部分。在一些实施方案中，聚合物由式(XXIb)的部分和式(III)的部分组成。在一些实施方案中，聚合物包含式(XXIb)的部分和式(III)的部分。

在一些实施方案中，所述聚合物包含至少一个式(XXId)的部分：

其中在式(XXId)中：

r是3至11的整数。在一些实施方案中，w是3。在一些实施方案中，v是3。在一些实施方案中，r是3。在一些实施方案中，r是9。

在另一方面中，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(XXII)的部分：

其中在式(XXII)中：

每个R

每个R

v是3至10的整数；并且

w是3至10的整数。在一些实施方案中，每个R

在一些实施方案中，式(XXII)的部分是式(XXIIa)的部分：

其中在式(XXII)中：

每个R

在一些实施方案中，式(XXII)的部分是式(XXIIb)的部分：

在一些实施方案中，所述聚合物还包含式(VII)的部分：

其中在式(VII)中：

每个R

在一些实施方案中，聚合物由式(XXII)的部分和式(VII)的部分组成。在一些实施方案中，聚合物包含式(XXII)的部分和式(VII)的部分。在一些实施方案中，聚合物由式(XXIIa)的部分和式(VII)的部分组成。在一些实施方案中，聚合物包含式(XXIIa)的部分和式(VII)的部分。在一些实施方案中，聚合物由式(XXIIb)的部分和式(VII)的部分组成。在一些实施方案中，聚合物包含式(XXIIb)的部分和式(VII)的部分。

在一些实施方案中，所述聚合物还包含至少一个式(XXIIc)的部分：

在一些实施方案中，每个R

在一些实施方案中，所述PEI聚合物是支化的、超支化的或直链的。在一些实施方案中，所述PEI聚合物是全甲基化的。全甲基化的单体的示例在图8中示出。在一些实施方案中，PEI聚合物还包含至少一个任选取代的C

在一些实施方案中，式(XIa)的部分与任选取代的C

在一些实施方案中，每个R

在另一方面中，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(Ie)的部分：

其中在式(Ie)中：

L是单键或有机接头；

每个R

s是从0至3的整数。

在另一方面中，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(IIb)的部分：

其中在式(II)中：

R

s是从0至3的整数。

在另一方面中，本公开描述了一种聚合物，所述聚合物包含至少一个式(VIa)的部分：

其中在式(VIa)中：

R

每个R

s是从0至3的整数。

在另一方面中，本公开描述了一种聚乙烯亚胺(PEI)聚合物，所述PEI聚合物包含至少一个式(IXaa)的部分：

其中在式(IXaa)中：

R

每个R

s是从0至3的整数。

在一方面，本公开描述了一种式(Ic)的化合物：

其中在式(Ic)中：

X是卤素、任选取代的胺、叠氮基、氰基或-C(O)OR

R

R

s是从0至3的整数。

在一方面，本公开描述了一种用于制备本公开的聚合物的方法，所述方法包括用式(Ic)的化合物处理前体聚合物。

在一方面，本公开描述了一种用于制备可接枝基材的方法，所述方法包括用式(Ic)的化合物处理基材。

在一方面，本公开描述了一种式(XVa)的化合物：

其中在式(XVa)中：

R

每个R

s是从0至3的整数。

在一些实施方案中，所述聚合物是无规共聚物。在一些实施方案中，所述聚合物包含聚乙烯基吡啶或聚乙烯基苄基氯。在一方面，本公开描述了组合物，所述组合物包含至少一种本公开的聚合物。在一方面，本公开描述了组合物，所述组合物包含至少一种本公开的化合物。在一些实施方案中，所述组合物是抗细菌组合物。在一些实施方案中，所述组合物是杀生物组合物。在一些实施方案中，所述组合物是抗病毒组合物。在一些实施方案中，所述组合物是抗真菌组合物。在一些实施方案中，所述组合物是抗原生动物组合物。

在一方面，本公开描述了一种溶液，所述溶液包含醇和至少一种本公开的聚合物。在一方面，本公开描述了一种溶液，所述溶液包含醇和至少一种本公开的化合物。如本领域普通技术人员所理解的，可以使用任何醇。醇的非限制性示例包括乙醇、甲醇、正丙醇、异丙醇、叔丁醇和叔戊醇。在一些实施方案中，所述溶液是抗细菌溶液。在一些实施方案中，所述溶液是杀生物溶液。在一些实施方案中，所述溶液是抗病毒溶液。在一些实施方案中，所述溶液是抗真菌溶液。在一些实施方案中，所述溶液是抗原生动物溶液。在一些实施方案中，所述溶液是用于接枝的即用型溶液。

在本公开的一个方面中，提供了用于制备本文所述的聚合物的方法。在一些实施方案中，所述聚合物是这样的聚合物，所述聚合物包含至少一个为式(I)、式(Ia)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXb1)、式(IXc)、式(IXd)、式(IXe)、式(IXe1)、式(IXf)、式(IXg)、式(IXh)、式(XI)、式(XII)、式(XIII)、式(XIV)、式(XIa)、式(XIb)、式(XIc)、式(XVIIa)、式(XVIIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIId)、式(XVIIe)、式(XVIIf)、式(XVIIg)、式(XVIIh)、式(XVIIj)、式(XXI)、式(XXIa)、式(XXIb)、式(XXId)、式(XXII)、式(XXIIa)、式(XXIIb)、式(XXIIc)、式(XL)、式(XLa)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXaa)、式(Ic)和式(XVa)中的任一者的部分。

在本公开的一个方面中，提供了用于制备本文所述的化合物的方法。在一些实施方案中，所述化合物是为式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、或式(XXa)中的任一者的化合物。

在一方面，本公开描述了一种用于制备本公开的聚合物的方法，所述方法包括用式(Ib)的化合物处理前体聚合物。

其中在式(Ib)中：

X是卤素、任选取代的胺、叠氮基、氰基、-SR

R

在一些实施方案中，R

在一些实施方案中，式(Ib)的化合物选自：

如本领域普通技术人员将理解的，对前体聚合物没有限制。在一些实施方案中，所述前体聚合物包括聚乙烯吡啶(PVP)、聚乙烯苄基氯、聚乙烯亚胺(PEI)、甲基丙烯酸丙炔酯、聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚烯丙胺、聚烯丙醇、聚乙烯苄、聚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚醚、聚(乙烯-alt-琥珀酰亚胺)、聚(二烯丙基二甲基铵)、或C

在一些实施方案中，所述聚合物选自聚乙烯基吡啶(PVP)和聚乙烯亚胺(PEI)，并且式(Ib)的化合物选自化合物1001、化合物1002和化合物1003。

在一些实施方案中，所述聚合物是聚乙烯基苄基氯，并且式(Ib)的化合物选自化合物1005和化合物1006。

在一些实施方案中，所述聚合物包含C

在一些实施方案中，所述聚合物包含氰基，并且式(Ib)的化合物是化合物1004。

在一些实施方案中，所述聚合物包含羧基，并且式(Ib)的化合物是化合物1005。

在一些实施方案中，所述聚合物包含叠氮基，并且式(Ib)的化合物是化合物1007。

在一些实施方案中，所述聚合物包含氨基，并且式(Ib)的化合物是化合物1008。

在一些实施方案中，所述聚合物包含硫基，并且式(Ib)的化合物是化合物1009。

在一些实施方案中，所述方法进一步包括在溶剂中用式(Ib)的化合物处理前体聚合物。在一些实施方案中，所述溶剂是醇。醇的非限制性示例包括乙醇、甲醇、正丙醇、异丙醇、叔丁醇和叔戊醇。

在一些实施方案中，所述方法进一步包括用至少一种任选取代的C

在另一方面中，本公开描述了一种用于制备本文所公开的聚合物的方法。在一方面，本公开描述了一种用于制备聚合物的方法，所述方法包括用式(XIa)的化合物处理前体聚合物：

Y-(CH

式(XIa)

其中在式(XIa)中：

Y是卤素、任选取代的胺、氰基、叠氮基、或-C(O)OR

每个R

R

v是从3至10的整数。

在一些实施方案中，R

在一些实施方案中，式(XIa)的化合物选自I(CH

在另一方面中，本公开描述了一种用于制备本文所公开的聚合物的方法。在一方面，本公开描述了一种用于制备聚合物的方法，所述方法包括用为式(XVII)、式(XVIII)、式(XIX)、或式(XX)中的任一者的化合物处理前体聚合物。

如本领域普通技术人员将理解的，对前体聚合物没有限制。在一些实施方案中，所述前体聚合物包括聚乙烯吡啶(PVP)、聚乙烯苄基氯、聚乙烯亚胺(PEI)、甲基丙烯酸丙炔酯、聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚烯丙胺、聚烯丙醇、聚乙烯苄、聚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚醚、聚(乙烯-alt-琥珀酰亚胺)、聚(二烯丙基二甲基铵)、或C

在一些实施方案中，所述聚合物选自聚乙烯基吡啶(PVP)和聚乙烯亚胺(PEI)，并且式(XIa)的化合物是I(CH

在一些实施方案中，所述聚合物是聚乙烯基苄基氯，并且式(XIa)的化合物选自H

在一些实施方案中，所述聚合物包含C

在一些实施方案中，所述聚合物包含氰基，并且式(XIa)的化合物是N

在一些实施方案中，所述聚合物包含羧基，并且式(XIa)的化合物是H

在一些实施方案中，所述方法进一步包括在溶剂中用式(XIa)的化合物处理前体聚合物。在一些实施方案中，所述溶剂是醇。醇的非限制性示例包括乙醇、甲醇、正丙醇、异丙醇、叔丁醇和叔戊醇。

在一些实施方案中，所述方法进一步包括用至少一种任选取代的C

在另一方面中，本公开描述了一种用于制备本公开的化合物的方法。在一些实施方案中，所述方法包括用式(Ib)的化合物处理(R

其中在式(Ib)中：

X是卤素；

并且其中在(R

在一些实施方案中，式(Ib)的化合物选自：

表面

在一方面，本公开提供了一种接枝到本公开的可接枝基材的表面。

在本公开的一个方面中，本公开的化合物接枝到表面上。在一些实施方案中，所述化合物是为式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、或式(XXa)中的任一者的化合物。在一些实施方案中，所述化合物是为式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、或式(XVa)中的任一者的化合物。在一些实施方案中，所述化合物是为式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、或式(XXa)中的任一者的化合物。

在本公开的一个方面中，本公开的聚合物接枝到表面上。在一些实施方案中，所述聚合物是这样的聚合物，所述聚合物包含至少一个为式(I)、式(Ia)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXc)、式(IXd)、式(IXe)、式(IXe1)、式(IXf)、式(IXg)、式(IXh)、式(XI)、式(XII)、式(XIII)、式(XIV)、式(XIa)、式(XIb)、式(XIc)、式(XVIIa)、式(XVIIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIId)、式(XVIIe)、式(XVIIf)、式(XVIIg)、式(XVIIh)、式(XVIIj)、式(XXI)、式(XXIa)、式(XXIb)、式(XXII)、式(XXIIa)、式(XXIIb)、式(XXIIc)、式(XXId)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXaa)、式(Ic)、式(XVa)、式(XL)、或式(XLa)中的任一者的部分。在一些实施方案中，所述聚合物是这样的聚合物，所述聚合物包含至少一个为式(I)、式(Ia)、式(II)、式(IV)、式(V)、式(VII)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXc)、式(IXd)、式(IXe)、式(IXe1)、式(IXf)、式(IXg)、式(IXh)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXaa)、式(Ic)、或式(XVa)中的任一者的部分。在一些实施方案中，所述聚合物是这样的聚合物，所述聚合物包含至少一个为式(XI)、式(XII)、式(XIII)、式(XIV)、式(XIa)、式(XIb)、式(XIc)、式(XVIIa)、式(XVIIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIId)、式(XVIIe)、式(XVIIf)、式(XVIIg)、式(XVIIh)、式(XVIIj)、式(XXI)、式(XXIa)、式(XXIb)、式(XXII)、式(XXIIa)、式(XXIIb)、式(XXIIc)、式(XXId)、式(XL)、或式(XLa)中的任一者的部分。

当接枝时，附接至表面的官能团共价连接到所述聚合物或化合物的部分，例如儿茶酚或甲硅烷基部分。与涂层相比，接枝在表面与聚合物或化合物之间提供了更强的相互作用，因为在涂层中，表面与经涂覆的基材之间的相互作用仅限于静电相互作用而不是共价键。以下方案2显示了接枝到羟基化表面的本公开的聚合物和化合物的示例：

方案2：接枝到表面的本公开的聚合物和化合物的实例

如本领域普通技术人员所理解的，本公开考虑了任何表面。在一个非限制性示例中，所述表面包含纳米颗粒。如本领域普通技术人员将理解的，本发明设想了任何纳米颗粒。在一个非限制性示例中，纳米颗粒包括Fe、Al、Cu、Zn、Mg、Mn或其他金属原子中的任一者。表面的非限制性示例包括：金属，诸如钛和钛合金、铁和钢；金属氧化物；陶瓷；聚合物，诸如聚乙烯(在预先等离子体激活后用于生物医学植入物的低和高网状物)、特氟龙(在预先等离子体激活后)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(在预先等离子体激活后)和聚丙烯(在预先等离子体激活后为低密度和高密度的)、硅酮、橡胶、胶乳、塑料、聚酸酐、聚酯、聚原酸酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氨酯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚磷腈；纸；皮革；纺织品或纺织材料，诸如棉、黄麻、亚麻、大麻、羊毛、动物毛和蚕丝、合成织物诸如尼龙和聚酯；包含纤维的纺织材料，所述纤维包含纤维材料，诸如丙烯酸聚合物、丙烯酸酯聚合物、芳族聚酰胺聚合物、纤维素材料、棉、尼龙、聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚丙烯、人造丝、羊毛、氨纶、蚕丝和粘胶纤维；硅；木材；玻璃；所有纤维素化合物；以及通常不会在人体内发现的凝胶和流体。参见例如US 2005/0249695、US 8,475,782、US 2007/0292486、US 4,282,366、US 4,394,378、DE 2222997、DE 2229580、DE 2408192、GB 882067，所有这些专利均全文以引用方式并入本文。

在一些实施方案中，表面包含不稳定的氢原子，如硫醇、胺或羟基。在一些实施方案中，所述表面包含自由基基团。在一些实施方案中，所述表面包含羟基基团。在一些实施方案中，所述表面是天然羟基化的。天然羟基化表面的示例包括但不限于棉、亚麻、皮革、纸、硬纸板和木材。一些表面天然不包含这种不稳定的氢原子，并且所述不稳定的氢原子必须通过使用如本领域普通技术人员将理解的标准活化方法原位生成。活化的非限制性方法包括用酸处理、氧化剂处理、等离子体处理和UV/臭氧处理。通过活化发生羟基化的物质的非限制性示例包括塑料、硅酮、玻璃和金属。在一些实施方案中，所述表面经活化以产生羟基。

在一些实施方案中，测量用本文所公开的聚合物和化合物接枝的表面的阳离子表面密度。阳离子表面密度是存在于所述表面上的季铵化合物的电荷密度的量度，并且如本领域普通技术人员将理解的，高于特定阈值的阳离子表面密度表明细菌死亡将快速发生。在一些实施方案中，阳离子表面密度介于约10

在本公开的另一个方面中，本公开的化合物、聚合物和/或可接枝基材可用于改变材料的物理表面性质。在一个非限制性示例中，本公开的化合物、聚合物和/或可接枝基材可以通过改变儿茶酚或硅烷部分的侧链长度来调节表面的亲水性或疏水性。例如，可以将长度大于四个碳的烷基链(诸如C

在本公开的一个方面中，本公开的化合物可以经由酰胺化反应共价附接至包含COOH和/或NH

接枝

在本公开的一个方面中，提供了用于接枝本公开的可接枝基材的方法。

在本公开的一个方面中，提供了用于接枝聚合物的方法。在一些实施方案中，所述聚合物是这样的聚合物，所述聚合物包含至少一个为式(I)、式(Ia)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXb1)、式(IXc)、式(IXd)、式(IXe)、式(IXe1)、式(IXf)、式(IXg)、式(IXh)、式(XI)、式(XII)、式(XIII)、式(XIV)、式(XIa)、式(XIb)、式(XIc)、式(XVIIa)、式(XVIIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIId)、式(XVIIe)、式(XVIIf)、式(XVIIg)、式(XVIIh)、式(XVIIj)、式(XXI)、式(XXIa)、式(XXIb)、式(XXId)、式(XXII)、式(XXIIa)、式(XXIIb)、式(XXIIc)、式(XL)、式(XLa)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXaa)、式(Ic)或式(XVa)中的任一者的部分。

在本公开的一个方面中，提供了用于接枝聚合物的方法。在一些实施方案中，所述聚合物是这样的聚合物，所述聚合物包含至少一个为式(I)、式(Ia)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VI)、式(VII)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXc)、式(IXd)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXa)、或式(Ic)中的任一者的部分。在一些实施方案中，所述聚合物是这样的聚合物，所述聚合物包含至少一个为式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(I)、式(Ia)、式(II)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXc)、式(IXd)、式(IXe)、式(IXe1)、式(IXf)、式(IXg)、式(IXh)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXaa)、式(Ic)和式(XVa)中的任一者的部分。

在本公开的一个方面中，提供了用于接枝化合物的方法。在一些实施方案中，所述化合物是为式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、或式(XXa)中的任一者的化合物。在一些实施方案中，所述化合物是为式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、或式(XVa)中的任一者的化合物。在一些实施方案中，所述化合物是为式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、或式(XXa)中的任一者的化合物。

在本公开的一个方面中，提供了用于接枝化合物的方法。在一些实施方案中，所述化合物是为式(XV)、式(XVI)、或式(XVa)中的任一者的化合物。

在一方面，本公开描述了用于将基材接枝到表面上的方法。在一些实施方案中，所述方法包括将本公开的可接枝基材沉积到表面上；以及将所述表面加热达某一时间段。在一些实施方案中，可接枝基材是通过喷涂、浸涂或旋涂沉积的。在一些实施方案中，所述可接枝基材是在包含选自乙醇、甲醇、正丙醇、异丙醇、叔丁醇和叔戊醇的醇的溶剂中沉积的。

在一方面，本公开描述了将聚合物接枝到表面上的方法，所述方法包括将本公开的聚合物沉积到表面上；以及将所述表面加热达某一时间段。在一些实施方案中，所述聚合物是在溶剂中沉积的。在一些实施方案中，所述溶剂是醇。在一些实施方案中，所述溶剂是水。醇的非限制性示例包括乙醇、甲醇、正丙醇、异丙醇、叔丁醇和叔戊醇。

在另一方面中，本公开描述了将化合物接枝到表面上的方法，所述方法包括将本公开的化合物沉积到表面上；以及将所述表面加热达某一时间段。在一些实施方案中，所述化合物是在溶剂中沉积的。在一些实施方案中，所述溶剂是醇。在一些实施方案中，所述溶剂是水。醇的非限制性示例包括乙醇、甲醇、正丙醇、异丙醇、叔丁醇和叔戊醇。

如本领域普通技术人员将理解的，任何沉积方法都被考虑用于本文。沉积方法的非限制性示例包括喷涂、浸涂或旋涂。

如本领域普通技术人员将理解的，任何适合用于接枝的温度都被考虑用于本文。在一些实施方案中，将表面加热至在约50℃至约120℃范围内的温度。在一些实施方案中，将表面加热至约110℃的温度。

如本领域普通技术人员将理解的，任何适用于接枝的温度都被考虑用于本文。在一些实施方案中，将表面加热达在约15分钟至约12小时范围内的时间段。在一些实施方案中，将表面加热达在约6小时至约12小时范围内的时间段。在一些实施方案中，将表面加热达在约15分钟至约90分钟范围内的时间段。在一些实施方案中，将表面加热达在约30分钟至约60分钟范围内的时间段。在一些实施方案中，如果待接枝的聚合物或化合物包含儿茶酚部分，则将表面加热达在约15分钟至约12小时范围内的时间段。

在一些实施方案中，所述方法进一步包括用溶剂洗涤表面。可用于洗涤的溶剂的非限制性示例包括醚。

在一些实施方案中，所述方法进一步包括对表面进行超声处理。超声处理可以执行达某一时间段，包括但不限于5分钟、15分钟或30分钟。在一些实施方案中，在表面处于溶剂中的同时对所述表面进行超声处理。在非限制性示例中，可用于超声处理的溶剂包括丙酮、乙醇和蒸馏水。

在一些实施方案中，所述表面是在接枝之前活化的。活化的非限制性示例包括等离子体活化、酸活化或UV/臭氧活化。

耐用涂层

在一方面，本公开提供了表面涂层，所述表面涂层包含一种或多种本公开的聚合物、基材和/或化合物，所述表面涂层是持久耐轻微或中度磨损的并具有耐用的自清洁性质。

在一方面，所述涂层是通过溶胶-凝胶和杀生物聚合物溶液的顺序沉积而制备的。在一些实施方案中，所述溶胶-凝胶包含酸和溶胶的混合物。在一些实施方案中，所述杀生物聚合物溶液包含一种或多种本公开的聚合物、基材、和/或化合物。在一个非限制性示例中，锐钛矿钛溶胶-凝胶和包含一种或多种本公开的聚合物、基材和/或化合物的醇类杀生物涂料溶液(例如无规儿茶酚共聚物(诸如儿茶酚乙酰基-共烷基PVP和烷基(4-儿茶酚乙酰基)二甲基氯化铵)的混合物)的顺序沉积提供了耐用、持久的涂层，所述涂层抵抗在各种溶剂、水中浸渍和磨损。

在一些实施方案中，首先沉积包含酸和溶胶的混合物的溶胶-凝胶，之后沉积包含一种或多种本公开的聚合物、基材和/或化合物的杀生物聚合物溶液。在一些实施方案中，首先沉积包含一种或多种的本公开的聚合物、基材和/或化合物的杀生物聚合物溶液，之后沉积包含酸和溶胶的混合物的溶胶-凝胶。在一些实施方案中，所述溶胶包含氧化钛源。在一些实施方案中，包含酸和溶胶的混合物的溶胶-凝胶包含过氧改性的锐钛矿溶胶和过氧钛酸的混合物。在一些实施方案中，包含酸和溶胶的混合物的溶胶-凝胶是水溶液。在一些实施方案中，包含酸和溶胶的混合物的溶胶-凝胶是在水溶液中稀释的。在一些实施方案中，包含一种或多种本公开的聚合物、基材和/或化合物的溶液是醇溶液。在一些实施方案中，包含一种或多种本公开的聚合物、基材和/或化合物的杀生物聚合物溶液包含乙醇。

在一方面，本公开提供了一种制备涂层的方法。在一些实施方案中，所述方法包括沉积溶胶-凝胶，以及沉积杀生物聚合物溶液。在一些实施方案中，所述方法包括将溶胶-凝胶沉积在表面上，以及沉积杀生物聚合物溶液。在一些实施方案中，所述方法包括将杀生物聚合物溶液沉积在表面上，以及沉积溶胶-凝胶。在一些实施方案中，首先沉积溶胶-凝胶，之后是杀生物聚合物溶液。在一些实施方案中，溶胶-凝胶形成第一层，并且杀生物聚合物溶液形成第二层。在一些实施方案中，首先沉积杀生物聚合物溶液，之后是溶胶-凝胶。在一些实施方案中，杀生物聚合物溶液形成第一层，并且溶胶-凝胶形成第二层。在一些实施方案中，第二层与第一层接触。在一些实施方案中，所述溶胶-凝胶包含酸和溶胶的混合物。在一些实施方案中，所述溶胶-凝胶包含酸和溶胶的混合物，并且杀生物涂料溶液包含一种或多种本公开的聚合物、基材和/或化合物。在一些实施方案中，酸是过氧钛酸。在一些实施方案中，溶胶包括过氧改性的锐钛矿溶胶。在一些实施方案中，所述溶胶包含过氧改性的锐钛矿溶胶和过氧钛酸的混合物。在一些实施方案中，所述溶胶-凝胶是水溶液。在一些实施方案中，所述溶胶-凝胶是在水溶液中稀释的。在一些实施方案中，所述杀生物聚合物溶液是醇溶液。在一些实施方案中，杀生物聚合物溶液包含乙醇。在一些实施方案中，所述第一层包含金属氧化物纳米颗粒。在一些实施方案中，所述第一层包含氧化钛纳米颗粒。在一些实施方案中，所述第二层包含金属氧化物纳米颗粒。在一些实施方案中，所述第二层包含氧化钛纳米颗粒。

在一方面，本公开提供了一种制备涂层的方法。在一些实施方案中，所述方法包括将第一溶液沉积在表面上，以及沉积第二溶液。在一些实施方案中，第一溶液形成第一层，并且第二溶液形成第二层。在一些实施方案中，第一溶液和/或第二溶液是溶胶-凝胶。在一些实施方案中，第二层与第一层接触。在一些实施方案中，第一溶液包含含有酸和溶胶的混合物的溶胶-凝胶，并且第二溶液包含含有一种或多种本公开的聚合物、基材和/或化合物的杀生物涂料溶液。在一些实施方案中，第一溶液包含含有一种或多种本公开的聚合物、基材和/或化合物的杀生物涂料溶液，并且第二溶液包含含有酸和溶胶的混合物的溶胶-凝胶。在一些实施方案中，包含酸和溶胶的混合物的溶胶-凝胶包含过氧改性的锐钛矿溶胶和过氧钛酸的混合物。在一些实施方案中，包含酸和溶胶的混合物的溶胶-凝胶是水溶液。在一些实施方案中，包含酸和溶胶的混合物的溶胶-凝胶是在水溶液中稀释的。在一些实施方案中，包含一种或多种本公开的聚合物、基材和/或化合物的溶液是醇溶液。在一些实施方案中，包含一种或多种本公开的聚合物、基材和/或化合物的杀生物涂料溶液包含乙醇。在一些实施方案中，所述第一层包含金属氧化物纳米颗粒。在一些实施方案中，所述第一层包含氧化钛纳米颗粒。在一些实施方案中，所述第二层包含金属氧化物纳米颗粒。在一些实施方案中，所述第二层包含氧化钛纳米颗粒。

在一些实施方案中，所述方法包括等待合适的时间段以使第一溶液干燥。在一些实施方案中，所述方法包括等待合适的时间段以使第二溶液干燥。在一些实施方案中，所述方法包括等待合适的时间段以使溶胶-凝胶干燥。在一些实施方案中，所述方法包括等待合适的时间段以使杀生物聚合物溶液干燥。在一些实施方案中，用于使第一溶液和/或第二溶液和/或溶胶-凝胶和/或杀生物聚合物溶液干燥的合适时间段范围为约1分钟至约12小时、约1分钟至约15分钟、约5分钟至约10分钟、约6小时至约12小时、或约3小时至约6小时。在一些实施方案中，干燥是在约0℃至约250℃、约25℃至约100℃、约30℃至约75℃、或约20℃至约30℃范围内的温度下执行的。在一些实施方案中，干燥是于室温、高于室温、约20℃、约25℃、约30℃、约50℃、约75℃、约100℃、约125℃、约150℃、约175℃或约200℃执行的。在一些实施方案中，等待合适的时间段以使溶胶-凝胶和/或包含酸和溶胶的混合物的溶胶-凝胶干燥提供了多个实质上与表面接触的金属氧化物纳米颗粒。在一些实施方案中，所述金属氧化物纳米颗粒是氧化钛纳米颗粒。在一些实施方案中，本公开的一种或多种聚合物、基材和/或化合物被接枝至金属氧化物纳米颗粒中的一个或多个金属氧化物纳米颗粒的表面上。

在一方面，本公开提供了一种涂层，所述涂层包含金属氧化物纳米颗粒和一种或多种本公开的聚合物、基材和/或化合物。在一方面，本公开提供了一种涂层，所述涂层包含金属氧化物纳米颗粒和一种或多种式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、式(XXa)、式(I)、式(Ia)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXb1)、式(IXc)、式(IXd)、式(IXe)、式(IXe1)、式(IXf)、式(IXg)、式(IXh)、式(XI)、式(XII)、式(XIII)、式(XIV)、式(XIa)、式(XIb)、式(XIc)、式(XVIIa)、式(XVIIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIId)、式(XVIIe)、式(XVIIf)、式(XVIIg)、式(XVIIh)、式(XXI)、式(XXIa)、式(XXIb)、式(XXII)、式(XXIIa)、式(XXIIb)、式(XXIIc)、式(XL)、式(XLa)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXaa)、式(Ic)和/或式(XVa)的化合物。在一些实施方案中，所述涂层包含金属氧化物纳米颗粒和一种或多种式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(I)、式(Ia)、式(II)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXc)、式(IXd)、式(IXe)、式(IXe1)、式(IXf)、式(IXg)、式(IXh)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXaa)、式(Ic)、和式(XVa)的化合物。在一些实施方案中，所述涂层包含金属氧化物纳米颗粒和一种或多种式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、或式(XXa)、式(XI)、式(XII)、式(XIII)、式(XIV)、式(XIa)、式(XIb)、式(XIc)、式(XVIIa)、式(XVIIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIId)、式(XVIIe)、式(XVIIf)、式(XVIIg)、式(XVIIh)、式(XVIIj)、式(XXI)、式(XXIa)、式(XXIb)、式(XXII)、式(XXIIa)、式(XXIIb)、式(XXIIc)、式(XXId)、式(XL)、式(XLa)的化合物。

在一些实施方案中，多个金属氧化物纳米颗粒实质上与表面接触。在一些实施方案中，本公开的一种或多种聚合物、基材和/或化合物被接枝至一个或多个金属氧化物纳米颗粒的表面上。

在一方面，所述涂层包括与表面接触的第一层和与第一层接触的第二层。在一些实施方案中，第一层包含金属氧化物纳米颗粒，并且第二层包含一种或多种本公开的聚合物、基材和/或化合物。在一些实施方案中，第一层包含一种或多种本公开的聚合物、基材和/或化合物，并且第二层包含金属氧化物纳米颗粒。在一些实施方案中，所述金属氧化物纳米颗粒包括氧化钛纳米颗粒。在一些实施方案中，第一层包含氧化钛纳米颗粒，并且第二层包含一种或多种式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、式(XXa)、式(I)、式(Ia)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXb1)、式(IXc)、式(IXd)、式(IXe)、式(IXe1)、式(IXf)、式(IXg)、式(IXh)、式(XI)、式(XII)、式(XIII)、式(XIV)、式(XIa)、式(XIb)、式(XIc)、式(XVIIa)、式(XVIIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIId)、式(XVIIe)、式(XVIIf)、式(XVIIg)、式(XVIIh)、式(XVIIj)、式(XXI)、式(XXIa)、式(XXIb)、式(XXId)、式(XXII)、式(XXIIa)、式(XXIIb)、式(XXIIc)、式(XL)、式(XLa)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXaa)、式(Ic)、和/或式(XVa)的化合物。在一些实施方案中，第一层包含氧化钛纳米颗粒，并且第二层包含一种或多种式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(I)、式(Ia)、式(II)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXc)、式(IXd)、式(IXe)、式(IXe1)、式(IXf)、式(IXg)、式(IXh)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXaa)、式(Ic)、和式(XVa)的化合物。在一些实施方案中，第一层包含氧化钛纳米颗粒，并且第二层包含一种或多种式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、或式(XXa)、式(XI)、式(XII)、式(XIII)、式(XIV)、式(XIa)、式(XIb)、式(XIc)、式(XVIIa)、式(XVIIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIId)、式(XVIIe)、式(XVIIf)、式(XVIIg)、式(XVIIh)、式(XVIIj)、式(XXI)、式(XXIa)、式(XXIb)、式(XXII)、式(XXIIa)、式(XXIIb)、式(XXIIc)、式(XXId)、式(XL)、式(XLa)的化合物。在一些实施方案中，第一层包含二氧化钛纳米颗粒，并且第二层包含儿茶酚乙酰基-共烷基-PVP和烷基(4-儿茶酚乙酰基)二甲基氯化铵的混合物。

在一些实施方案中，所述涂层包含金属氧化物纳米颗粒。金属氧化物纳米颗粒的非限制性示例包括氧化钛、氧化硅、氧化锆、氧化锌、氧化铁、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化锡、氧化钽以及它们的一种或多种组合。在一些实施方案中，所述金属氧化物纳米颗粒包括氧化钛纳米颗粒。

在一些实施方案中，如本领域普通技术人员将理解的，包含金属氧化物纳米颗粒的涂层是使用溶胶-凝胶应用制备的。在一个非限制性实施方案中，将溶胶与酸的水溶液组合以制备溶液，所述溶液可沉积在表面上以提供包含金属氧化物纳米颗粒的涂层。在一些实施方案中，所述溶胶包含金属氧化物源。本公开考虑了任何金属氧化物源。金属氧化物源的非限制性示例是锐钛矿。在一些实施方案中，所述锐钛矿是过氧改性的锐钛矿。本公开考虑了任何可与金属氧化物源组合以制备溶胶的酸。酸的非限制性示例是过氧钛酸。在一些实施方案中，所述溶液包含过氧改性的锐钛矿溶胶和过氧钛酸的混合物(锐钛矿钛)。在一些实施方案中，所述溶液是水溶液。

在一些实施方案中，所述溶胶-凝胶以为按重量/体积计约1:10、按重量/体积计约1:5、按重量/体积计约1:4、按重量/体积计约1:3、按重量/体积计约1:2、按重量/体积计约1:1、按重量/体积计约2:1、按重量/体积计约3:1、按重量/体积计约4:1、按重量/体积计约5:1、或按重量/体积计约10:1的比率包含酸和包含金属氧化物源的溶胶。

在一些实施方案中，溶胶-凝胶包含在按重量计约0.1重量％至约2重量％、约0.5重量％至约1重量％、或约0.6重量％至约0.9重量％范围内的溶胶和酸的混合物。在一些实施方案中，溶胶-凝胶包含为约0.1重量％、约0.2重量％、约0.3重量％、约0.4重量％、约0.5重量％、约0.6重量％、约0.7重量％、约0.8重量％、约0.9重量％、约1重量％、1.1重量％、约1.2重量％、约1.3重量％、约1.4重量％、约1.5重量％、约1.6重量％、约1.7重量％、约1.8重量％、约1.9重量％、或约20重量％的溶胶和酸的混合物。在一些实施方案中，溶胶-凝胶包含为约0.8重量％的溶胶和酸的混合物。在一些实施方案中，所述溶胶包含金属氧化物源。在一些实施方案中，所述溶胶包含为约0.8重量％的过氧改性的锐钛矿溶胶和过氧钛酸的混合物(锐钛矿钛)。在一些实施方案中，所述溶胶-凝胶是水溶液。

在一些实施方案中，本公开的涂层包含本公开的任何聚合物、基材和/或化合物中的一者或多者。在一些实施方案中，所述涂层包含儿茶酚部分。在一些实施方案中，与其他化学部分相比，通过使用儿茶酚部分可以增加涂层的耐久性，与此同时维持最佳效率。在一个非限制性示例中，开发了受贻贝启发的仿生策略以通过例如静电相互作用来增加涂层与表面之间的结合强度。由于儿茶酚胺对聚合非常敏感，因此检查了儿茶酚胺的使用。在一个非限制性示例中，发现4-氯乙酰儿茶酚及其衍生物可用作接头以经由静电相互作用或经由共价键合将杀生物剂附接至表面。在一些实施方案中，与硅烷部分相比，儿茶酚部分表现出更稳健的与钛纳米颗粒的相互作用。尽管不希望受任何特定理论的束缚，但是这些结果可能是由于Ti-O-C键显示出比Ti-O-Si键更高的稳定性。在一些实施方案中，发现儿茶酚部分和二氧化钛纳米颗粒的组合增加了杀生物涂层的耐久性。在一些实施方案中，涂层的钛纳米颗粒能够经由Ti-O-C键与儿茶酚部分相互作用。此外，大多数有机硅烷是易水解的，这使得它们难以在湿润或潮湿的环境中使用。相比之下，基于儿茶酚的化合物提供了出色的水下附着力。

在一些实施方案中，所述涂层包含一种或多种式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、式(XXa)、式(I)、式(Ia)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXb1)、式(IXc)、式(IXd)、式(IXe)、式(IXe1)、式(IXf)、式(IXg)、式(IXh)、式(XI)、式(XII)、式(XIII)、式(XIV)、式(XIa)、式(XIb)、式(XIc)、式(XVIIa)、式(XVIIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIId)、式(XVIIe)、式(XVIIf)、式(XVIIg)、式(XVIIh)、式(XVIIj)、式(XXI)、式(XXIa)、式(XXIb)、式(XXId)、式(XXII)、式(XXIIa)、式(XXIIb)、式(XXIIc)、式(XL)、式(XLa)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXaa)、式(Ic)、和式(XVa)的化合物。在一些实施方案中，所述涂层包含一种或多种式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(I)、式(Ia)、式(II)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXc)、式(IXd)、式(IXe)、式(IXe1)、式(IXf)、式(IXg)、式(IXh)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXaa)、式(Ic)、式(XVa)的化合物。在一些实施方案中，所述涂层包含一种或多种式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、或式(XXa)、式(XI)、式(XII)、式(XIII)、式(XIV)、式(XIa)、式(XIb)、式(XIc)、式(XVIIa)、式(XVIIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIId)、式(XVIIe)、式(XVIIf)、式(XVIIg)、式(XVIIh)、式(XVIIj)、式(XXI)、式(XXIa)、式(XXIb)、式(XXII)、式(XXIIa)、式(XXIIb)、式(XXIIc)、式(XXId)、式(XL)和式(XLa)的化合物。

在一些实施方案中，所述涂层包含一种或多种式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、式(XXa)、式(I)、式(Ia)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXb1)、式(IXc)、式(IXd)、式(IXe)、式(IXe1)、式(IXf)、式(IXg)、式(IXh)、式(XI)、式(XII)、式(XIII)、式(XIV)、式(XIa)、式(XIb)、式(XIc)、式(XVIIa)、式(XVIIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIId)、式(XVIIe)、式(XVIIf)、式(XVIIg)、式(XVIIh)、式(XXI)、式(XXIa)、式(XXIb)、式(XXII)、式(XXIIa)、式(XXIIb)、式(XXIIc)、式(XL)、式(XLa)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXaa)、式(Ic)、和式(XVa)的化合物，以及金属氧化物纳米颗粒。在一些实施方案中，所述涂层包含一种或多种式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(I)、式(Ia)、式(II)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXc)、式(IXd)、式(IXe)、式(IXe1)、式(IXf)、式(IXg)、式(IXh)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXaa)、式(Ic)、式(XVa)的化合物，以及金属氧化物纳米颗粒。在一些实施方案中，所述涂层包含一种或多种式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、或式(XXa)、式(XI)、式(XII)、式(XIII)、式(XIV)、式(XIa)、式(XIb)、式(XIc)、式(XVIIa)、式(XVIIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIId)、式(XVIIe)、式(XVIIf)、式(XVIIg)、式(XVIIh)、式(XVIIj)、式(XXI)、式(XXIa)、式(XXIb)、式(XXII)、式(XXIIa)、式(XXIIb)、式(XXIIc)、式(XXId)、式(XL)和式(XLa)的化合物，以及金属氧化物纳米颗粒。

在一些实施方案中，包含一种或多种本公开的聚合物、基材和/或化合物的杀生物涂料溶液是醇溶液。本公开考虑了任何醇。醇的非限制性示例包括乙醇、甲醇、正丙醇、异丙醇、叔丁醇和叔戊醇。在一些实施方案中，所述醇是乙醇。在一些实施方案中，所述杀生物涂料溶液包含一种或多种式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、式(XXa)、式(I)、式(Ia)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXb1)、式(IXc)、式(IXd)、式(IXe)、式(IXe1)、式(IXf)、式(IXg)、式(IXh)、式(XI)、式(XII)、式(XIII)、式(XIV)、式(XIa)、式(XIb)、式(XIc)、式(XVIIa)、式(XVIIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIId)、式(XVIIe)、式(XVIIf)、式(XVIIg)、式(XVIIh)、式(XVIIj)、式(XXI)、式(XXIa)、式(XXIb)、式(XXId)、式(XXII)、式(XXIIa)、式(XXIIb)、式(XXIIc)、式(XL)、式(XLa)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXaa)、式(Ic)、和式(XVa)的化合物。在一些实施方案中，所述杀生物涂料溶液包含一种或多种式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(I)、式(Ia)、式(II)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXc)、式(IXd)、式(IXe)、式(IXe1)、式(IXf)、式(IXg)、式(IXh)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXaa)、式(Ic)、和式(XVa)的化合物。在一些实施方案中，所述杀生物涂料溶液包含一种或多种式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、或式(XXa)、式(XI)、式(XII)、式(XIII)、式(XIV)、式(XIa)、式(XIb)、式(XIc)、式(XVIIa)、式(XVIIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIId)、式(XVIIe)、式(XVIIf)、式(XVIIg)、式(XVIIh)、式(XVIIj)、式(XXI)、式(XXIa)、式(XXIb)、式(XXII)、式(XXIIa)、式(XXIIb)、式(XXIIc)、式(XXId)、式(XL)、式(XLa)的化合物。

在一些实施方案中，杀生物涂料溶液包含两种或更多种具有不同结构的聚合物、基材和/或化合物的混合物。在一些实施方案中，所述杀生物涂料溶液以为按重量/体积计约1:10、按重量/体积计约1:5、按重量/体积计约1:4、按重量/体积计约1:3、按重量/体积计约1:2、按重量/体积计约1:1、按重量/体积计约2:1、按重量/体积计约3:1、按重量/体积计约4:1、按重量/体积计约5:1、或按重量/体积计约10:1的比率包含两种具有不同结构的聚合物、基材和/或化合物。在一些实施方案中，杀生物涂料溶液以为按重量/体积计约1:1的比率包含两种具有不同结构的聚合物、基材和/或化合物。

在一些实施方案中，杀生物涂料溶液包含在按重量计约0.1重量％至约2重量％、约0.5重量％至约1重量％、或约0.6重量％至约0.9重量％范围内的一种或多种聚合物、基材和/或化合物。在一些实施方案中，杀生物涂料溶液包含为约0.1重量％、约0.2重量％、约0.3重量％、约0.4重量％、约0.5重量％、约0.6重量％、约0.7重量％、约0.8重量％、约0.9重量％、约1重量％、1.1重量％、约1.2重量％、约1.3重量％、约1.4重量％、约1.5重量％、约1.6重量％、约1.7重量％、约1.8重量％、约1.9重量％、或约20重量％的一种或多种聚合物、基材和/或化合物。在一些实施方案中，所述溶液包含约1重量％的一种或多种聚合物、基材和/或化合物。

在一方面，本公开提供了一种涂层，所述涂层是杀生物的并且疏水、亲水、和/或疏油的。制备所述涂层的方法的非限制性示例在图32中示出。

在一些实施方案中，所述涂层包含：

a)基于硅氧烷的聚合物；

b)金属氧化物纳米颗粒；

c)环氧树脂；

d)杀生物部分；和

e)一种或多种烘烤剂；

其中多个金属氧化物纳米颗粒涂覆有疏水涂层。

本公开考虑了任何基于硅氧烷的聚合物。基于硅氧烷的聚合物的非限制性示例包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯基硅氧烷、六甲基二硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷、十二甲基五硅氧烷和十四甲基六硅氧烷。在一些实施方案中，基于硅氧烷的聚合物是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

在一些实施方案中，所述涂层包含金属氧化物纳米颗粒。金属氧化物纳米颗粒的非限制性示例包括氧化钛、氧化硅、氧化锆、氧化锌、氧化铁、氧化钨、氧化铌、氧化镧、氧化锡、氧化钽以及它们的一种或多种组合。在一些实施方案中，所述金属氧化物纳米颗粒包括氧化钛纳米颗粒。在一些实施方案中，多个所述金属氧化物纳米颗粒实质上与表面接触。

在一些实施方案中，疏水涂层包含一种或多种氢化和/或氟化的烷基链(C

本公开考虑了任何环氧树脂。环氧树脂的非限制性示例包括双酚A二缩水甘油醚(DGEBA)、二缩水甘油醚双酚F(DGEBF)和双酚E二缩水甘油醚(DGEBE)。

在一方面，所述杀生物部分是一种或多种选自式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、式(XXa)、式(I)、式(Ia)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXb1)、式(IXc)、式(IXd)、式(IXe)、式(IXe1)、式(IXf)、式(IXg)、式(IXh)、式(XI)、式(XII)、式(XIII)、式(XIV)、式(XIa)、式(XIb)、式(XIc)、式(XVIIa)、式(XVIIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIId)、式(XVIIe)、式(XVIIf)、式(XVIIg)、式(XVIIh)、式(XVIIj)、式(XXI)、式(XXIa)、式(XXIb)、式(XXId)、式(XXII)、式(XXIIa)、式(XXIIb)、式(XXIIc)、式(XL)、式(XLa)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXaa)、式(Ic)和式(XVa)的化合物。在一方面，所述杀生物部分是一种或多种选自式(Ib)、式(XV)、式(XVI)、式(XVa)、式(I)、式(Ia)、式(II)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VIII)、式(IXa)、式(IXb)、式(IXc)、式(IXd)、式(IXe)、式(IXe1)、式(IXf)、式(IXg)、式(IXh)、式(Ie)、式(IIb)、式(VIa)、式(IXaa)、式(Ic)和式(XVa)的化合物。在一方面，所述杀生物部分是一种或多种选自式(XVII)、式(XVIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIII)、式(XIX)、式(XIXa)、式(XIXb)、式(XIXc)、式(XIXd)、式(XX)、或式(XXa)、式(XI)、式(XII)、式(XIII)、式(XIV)、式(XIa)、式(XIb)、式(XIc)、式(XVIIa)、式(XVIIIa)、式(XVIIb)、式(XVIIc)、式(XVIId)、式(XVIIe)、式(XVIIf)、式(XVIIg)、式(XVIIh)、式(XVIIj)、式(XXI)、式(XXIa)、式(XXIb)、式(XXII)、式(XXIIa)、式(XXIIb)、式(XXIIc)、式(XXId)、式(XL)、式(XLa)的化合物。在一些实施方案中，杀生物部分是表现出杀生物性质的金属。在本公开中有用的金属的非限制性示例包括银和铜。

本公开考虑了任何烘烤剂(例如固化剂)。烘烤剂和/或固化剂的非限制性示例包括脂肪族胺、聚酰胺、环脂族胺、芳族胺、酸酐、咪唑和路易斯酸。

在一些实施方案中，将基于硅氧烷的聚合物、金属氧化物纳米颗粒、环氧树脂、杀生物部分和一种或多种烘烤剂组合并混合以形成混合物。在一些实施方案中，将混合物施涂至表面。在一些实施方案中，将烘烤剂添加到基于硅氧烷的聚合物中并与其混合，然后与所述混合物组合。在一些实施方案中，将烘烤剂添加到环氧树脂中并与其混合，然后与所述混合物组合。

在一些实施方案中，在将混合物施涂至表面之后，烘烤所述混合物。在一些实施方案中，在约40℃至约80℃、或约50℃至约70℃的温度下烘烤混合物。在一些实施方案中，在约40℃、约45℃、约50℃、约55℃、约60℃、约65℃、约70℃、约75℃、或约80℃的温度下烘烤混合物。

在一些实施方案中，将混合物烘烤达合适的时间段以使涂层硬化。在一些实施方案中，将混合物烘烤达约1h至约5h、或约2h至约4h。在一些实施方案中，将混合物烘烤达约1h、约2h、、约3h、约4h、或约5h。

本领域普通技术人员将理解的，可以使用本领域中已知的任何方法将涂层施涂到表面。在一些实施方案中，使用静电喷雾器施涂涂层。使用静电喷雾器的优点是提供微滴到所靶向的表面上的均匀沉积。静电喷雾器已在COVID-19大流行期间获得了极大的吸引力，特别是作为用于诸如体育馆、医院、机场等公共区域的大型卫生设施的有用工具。与本公开的耐用和持久涂层相比，目前使用最多的是仅呈现短暂功效和耐久性的喷涂化合物(过氧化氢、氯己定、长链季铵化合物)。在一些实施方案中，涂层是使用浸渍工艺施加的。

本文所述的涂层可施涂至任何表面。表面的非限制性示例包括：金属，诸如钴、钴铬合金、铝、钛和钛合金、铁、钢和不锈钢；金属氧化物；陶瓷；聚合物，诸如聚乙烯、特氟龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丙烯、硅酮、橡胶、胶乳、塑料、聚酸酐、聚酯、聚原酸酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚磷腈；皮革；纺织品或纺织材料、合成织物诸如尼龙和聚酯；包含纤维的纺织材料，所述纤维包含纤维材料，诸如丙烯酸聚合物、丙烯酸酯聚合物、芳族聚酰胺聚合物、尼龙、聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚丙烯、人造丝、氨纶、蚕丝、粘胶纤维、硅和玻璃。在一个非限制性实施方案中，发现当将组合物和制剂涂覆到金属基材上时，涂层的耐久性是特别有效的。在一些实施方案中，所述表面是金属表面。在一些实施方案中，所述表面是活化的和/或天然羟基化的。

缀合的生物分子

在一方面，本公开提供了与生物分子缀合的本公开的杀生物部分。

在一方面，本公开提供了一种式(XL)的化合物：

其中在式(XL)中：

Z是单键或连接基团；并且

B是生物分子。

本公开考虑了任何具有生物学性质的分子。在一个非限制性示例中，所述生物分子是蛋白质、酶或肽。在一些实施方案中，所述生物分子包含硫醇基团，诸如硫醇化氨基酸(例如半胱氨酸)。在一些实施方案中，所述生物分子包含半胱氨酸。在一些实施方案中，所述生物分子是半胱氨酸。生物分子的非限制性示例包括牛血清白蛋白、酶(氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、连接酶和异构酶)、多肽、抗体、蛋白质，包括荧光蛋白，诸如绿色荧光蛋白(GFP)、cerulean、mCherry、pericam、Cameleons、pHluorins、EGFP(增强型绿色荧光蛋白、clomeleon、嗜盐菌视紫红质(halorhodopsins)、通道视紫红质、古紫质、mermaid和GECI。

在一些实施方案中，所述生物分子包含一个或多个可检测部分。在一些实施方案中，所述可检测部分是选自荧光部分、磷光部分和发光部分的一者或多者。在一些实施方案中，可检测部分是选自香豆素部分、荧光素部分、罗丹明部分、吖啶部分、吲哚部分、异吲哚部分、吲哚嗪部分、喹啉部分、异喹啉部分、色烯部分、呫吨部分、萘部分、芘部分、双满部分的荧光部分。

在一方面，本公开提供了一种式(XLa)的化合物：

其中在式(XLa)中：

Z是单键或连接基团；并且

B是生物分子。

在一些实施方案中，Z是单键。在一些实施方案中，Z是连接基团。如本领域普通技术人员将理解的，连接基团Z可以是任何有机部分。在一些实施方案中，所述连接基团选自一个或多个选自以下的连接基团：任选取代的杂环基、任选取代的硫醇、任选取代的烷基、任选取代的芳基、任选取代的烷氧基、-S-和-O-。在一些实施方案中，任选取代的杂环选自任选取代的三唑和任选取代的琥珀酰亚胺。在一些实施方案中，琥珀酰亚胺是二琥珀酰亚胺。在一些实施方案中，琥珀酰亚胺被硫醇基团取代。

在一些实施方案中，Z选自

本发明考虑了任何α,ω琥珀酰亚胺。R的非限制性示例包括

用于制备式(XL)和式(XLa)的化合物的方法的非限制性示例在图28至图31中示出。

在一些实施方案中，式(XL)和/或式(XLa)的化合物接枝和/或施涂至表面以提供还包含有用的生物分子的杀生物涂层。在一些实施方案中，将涂层施涂至生物医学应用，诸如医疗设备、植入物、隐形眼镜、导管和生物传感器。在一些实施方案中，涂层可用作诊断剂。

使用方法

在本公开的一个方面中，提供了用于控制至少一种细菌、真菌、原生动物或病毒的生长的方法。在一些实施方案中，所述方法包括将本公开的可接枝基材接枝到表面上。在一些实施方案中，所述方法包括将本公开的化合物接枝到表面上。在一些实施方案中，所述方法包括将本公开的聚合物和/或化合物接枝到表面上。在一些实施方案中，所述表面是在接枝之前活化的。

在一些实施方案中，所述细菌是选自以下的革兰氏阳性细菌：结核分枝杆菌(包括多重耐药TB和广泛耐药TB)、牛分枝杆菌、鼠伤寒分枝杆菌、牛分枝杆菌菌株BCG、BCG亚株、鸟分枝杆菌、细胞内分枝杆菌、非洲分枝杆菌、堪萨斯分枝杆菌、海洋分枝杆菌、溃疡分枝杆菌、鸟分枝杆菌副结核亚种、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、马葡萄球菌、酿脓链球菌、无乳链球菌、单核细胞增生李斯特菌、伊氏李斯特菌、炭疽芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、星形诺卡氏菌和其他诺卡氏菌属物种、草绿色链球菌群、消化球菌属物种、消化链球菌属物种、衣氏放线菌和其他放线菌属物种、痤疮丙酸杆菌、破伤风梭菌、产气荚膜梭菌、肉毒梭菌、其他梭菌属物种和肠球菌属物种。

在一些实施方案中，所述细菌是选自以下的革兰氏阴性细菌：铜绿假单胞菌、其他假单胞菌属物种、弯曲杆菌属物种、霍乱弧菌、埃立克体属物种、胸膜肺炎放线杆菌、溶血巴斯德菌、多杀巴斯德菌、其他巴斯德菌属物种、嗜肺军团菌、其他军团菌属物种、伤寒沙门氏菌、其他沙门氏菌属物种、志贺氏菌属物种、流产布鲁氏菌、其他布鲁氏菌属物种、沙眼衣原体、鹦鹉热衣原体、伯氏立克次氏体、大肠埃希氏菌、脑膜炎奈瑟菌、淋病奈瑟菌、流感嗜血杆菌、杜氏嗜血杆菌、其他嗜血杆菌属物种、鼠疫耶尔森氏菌、小肠结肠炎耶尔森氏菌、其他耶尔森氏菌属物种、大肠埃希氏菌、海氏埃希氏菌和其他埃希氏菌属物种，以及其他肠杆菌科、洋葱伯克霍尔德菌、类鼻疽伯克霍尔德菌、土拉弗朗西斯菌、脆弱拟杆菌、具核梭杆菌、普雷沃氏菌属物种、反刍类考德里体、克雷伯氏菌属物种和变形杆菌属物种。

在一些实施方案中，所述病毒选自禽流感、人类免疫缺陷病毒、单纯疱疹病毒、人类呼吸道合胞病毒、中东呼吸综合征相关冠状病毒(MERS-CoV)、鼻病毒、脊髓灰质炎病毒、轮状病毒、麻疹病毒、埃博拉病毒、西尼罗河病毒、黄热病病毒、登革热病毒、拉沙热病毒、淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒、胡宁病毒、马秋波病毒、瓜纳里托病毒、汉坦病毒、裂谷热病毒、拉克罗斯病毒、加利福尼亚脑炎病毒、克里米亚-刚果病毒、马尔堡病毒、日本脑炎病毒、科萨努尔森林病毒、严重急性呼吸综合征(SARS)、严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)、副流感病毒、塔卡里伯病毒和伯钦特病毒。

在另一方面中，本公开描述了一种防止生物体消化纤维素的方法。在一些实施方案中，所述方法包括将本公开的聚合物或化合物接枝到包含纤维素的表面上。在一些实施方案中，所述表面包含木纤维素。在一些实施方案中，所述生物选自蛀木水虱、船蛆、木虱和蛀木昆虫。蛀木昆虫的非限制性示例包括白蚁、树皮甲虫、树蜂幼虫、蛾幼虫、甲虫。在一些实施方案中，所述昆虫是食木动物。食木动物的非限制性示例包括白蚁、树皮甲虫、树蜂幼虫、蛾幼虫、和甲虫。

实施例

现在将参考以下实施例描述本文中所涵盖的实施方案。提供这些实施例仅用于说明的目的，并且本文所涵盖的公开内容绝不应被解释为限于这些实施例，而是应被解释为涵盖由于本文所提供的教导而变得明显的任何和所有变化。

实施例1：儿茶酚部分的制备

4-(碘乙酰基)儿茶酚

用碘化钠在丙酮中处理4-(氯乙酰基)儿茶酚并加热至回流达3小时以产生4-(碘乙酰基)儿茶酚。反应顺序描绘于方案3中。

方案3：从4-(氯乙酰基)儿茶酚制备4-(碘乙酰基)儿茶酚

4-(叠氮基乙酰基)儿茶酚

用叠氮化钠在异丙醇中处理4-(氯乙酰基)儿茶酚并加热至回流达6小时以产生4-(叠氮基乙酰基)儿茶酚。反应顺序描绘于方案4中。

方案4：从4-(氯乙酰基)儿茶酚制备4-(叠氮基乙酰基)儿茶酚

在一个非限制性实例中，如本领域普通技术人员将理解的，使用点击化学将4-(叠氮基乙酰基)儿茶酚连接至炔烃以分别产生三唑键或四唑键。方案5说明了使用点击化学形成的键的实例。

方案5：点击化学以形成三唑(A)键和四唑(B)键的实例

4-(氨基乙酰基)儿茶酚

用三苯基膦在水中处理4-(叠氮基乙酰基)儿茶酚以产生4-(氨基乙酰基)儿茶酚。反应顺序描绘于方案6中：

方案6：从4-(叠氮基乙酰基)儿茶酚制备4-(氨基乙酰基)儿茶酚

在一个非限制性实例中，如本领域普通技术人员将理解的，4-(氨基乙酰基)儿茶酚连接至羰基以形成酰胺。方案7说明了酰胺键的实例。

方案7：酰胺键的示例性合成

4-(氰基乙酰基)儿茶酚

用氰化钾在二甲基甲酰胺(DMF)中处理4-(氯乙酰基)儿茶酚以产生4-(氰基乙酰基)儿茶酚。反应顺序描绘于方案8中：

方案8：从4-(氯乙酰基)儿茶酚制备4-(氰基乙酰基)儿茶酚

在一个非限制性实例中，如本领域普通技术人员将理解的，使用点击化学将4-(氰基乙酰基)儿茶酚连接至炔烃以产生四唑键。方案9说明了四唑键的实例。

方案9：点击化学以形成四唑键的实例

3-(3,4-二羟基苯甲酰基)丙酸

首先用氰化钾在二甲基甲酰胺(DMF)中处理4-(氯乙酰基)儿茶酚以形成4-(氰基乙酰基)儿茶酚，之后用水处理以产生3-(3,4-二羟基苯甲酰基)丙酸。反应顺序描绘于方案10中：

方案10：从4-(氯乙酰基)儿茶酚制备3-(3,4-二羟基苯甲酰基)丙酸

在一个非限制性实例中，如本领域普通技术人员将理解的，3-(3,4-二羟基苯甲酰基)丙酸可连接至胺以形成酰胺。方案11说明了酰胺键的实施例。

方案11：示例性合成酰胺键

4-(二甲基氨基乙酰基)儿茶酚

在碳酸钾存在下，用二甲胺和碳酸钾在四氢呋喃中处理4-(碘乙酰基)儿茶酚以产生4-(二甲基氨基乙酰基)儿茶酚。反应顺序描绘于方案12A中：

方案12：从4-(碘乙酰基)儿茶酚制备4-(二甲基氨基乙酰基)儿茶酚

实施例2：可接枝抗细菌部分的一锅法合成

通过用卤代烷基三乙氧基或三甲氧基硅烷对长链叔胺进行季铵化，可以实现表面接枝以赋予高接触表面以抗细菌性质。即使这种合成路线提供了季铵化合物的高产率，但是少量的挥发性硅烷(<1％)仍然存在。由于硅烷化合物的特别易挥发性质，这种量的甲硅烷基污染物足以有效到使喷涂季铵化合物变得危险。在喷涂程序期间，体积网状化可对眼睛造成严重损伤。因此，开发了另一种使用4-卤代乙酰基儿茶酚部分将这些组合物接枝到某些表面上的方法。在一些实施方案中，用二烷基氨基烷烃在醇(诸如甲醇和/或乙醇)中处理4-卤代乙酰基儿茶酚部分并加热至回流达24h。一般反应顺序描绘于方案13A中：

方案13A：季铵化合物的示例性合成

在上述方案13A中，每个R

这种制备方法不会导致副产物的形成。4-卤代乙酰基儿茶酚部分产物可溶于醇(诸如乙醇/甲醇)和水中，并且其可以准备好接枝到各种表面，包括羟基化的表面(羟基化可以在表面上自然发生或通过活化实现)。当这种部分是使用诸如喷涂法的方法沉积时，4-卤代乙酰基儿茶酚部分不存在与挥发性硅烷相同的风险，因为4-卤代乙酰基儿茶酚部分在环境温度下通常为固体。

以下方案13B描述了一种使用4-(二甲基氨基乙酰基)儿茶酚制备季铵儿茶酚化合物的替代方法。用烷基卤化物(在一个非限制性实例中，烷基卤化物包含C

方案13B：季铵化合物的示例性合成

实施例3：准备好接枝的基于儿茶酚的季铵部分的合成

将1g N,N二甲基十八烷胺89％(Mw：297.57g/mol；1当量)与620mg的4-氯乙酰基儿茶酚(Mw：186.59g/mol；1当量)在沸腾的异丙醇中反应24小时，以获得产物十八烷基(4-儿茶酚乙酰基)二甲基氯化铵(ODMcat)(90％产率)。图14示出了十八烷基(4-儿茶酚乙酰基)二甲基氯化铵与4-氯乙酰基儿茶酚相比的IR光谱。反应顺序描绘于方案14中：

方案14：十八烷基(4-儿茶酚乙酰基)二甲基氯化铵(ODMcat)的制备

实施例4：接枝到滤纸上

沉积和接枝：

用ODMcat在异丙醇中的溶液浸渍1cm

视觉荧光素测试

将经浸渍的滤纸样品转移到1％荧光素溶液中达10分钟。随后，将样品用蒸馏水彻底洗涤并在蒸馏水中进行超声处理，直到不再有物理吸附的荧光素从样品中释放，以便所述样品中去除过量的物理吸附的荧光素。然后将样品风干。用ODMcat处理的样品呈明显橙色，而对照样品(未处理的滤纸)呈白色(图1)。橙色是由于保留的荧光素染料分子与来自ODMcat部分的共价附接的季氨基基团结合导致的。

实施例5：接枝在棉上

沉积和接枝

将棉浸泡在ODMcat的醇溶液中。将棉样品在110℃的烘箱中烘烤一小时。将对照棉浸泡在蒸馏水中。然后将样品在乙醇中超声处理达10分钟以去除任何过量的试剂。然后将样品在蒸馏水中超声处理10分钟，并然后用蒸馏水冲洗。

视觉荧光素测试

根据实施例4中所述的视觉荧光素测试处理样品。图2示出了在涡旋、超声处理和干燥之后对照和经ODMcat处理的棉的图像。经ODMcat处理的棉的橙色外观是由于荧光素染料的极大量的抗衡离子与共价附接至棉的ODMcat部分的季氨基团结合导致的。

实施例6：接枝在玻璃上

玻璃制备和活化

在丙酮、乙醇和蒸馏水中对4.84cm

沉积和接枝

将根据实施例3制备的溶液通过旋涂沉积在活化的玻璃盖片上，然后共价接枝在活化的玻璃(22mm×22mm盖片)上。在沉积之后，将样品转移到110℃的烘箱中达60分钟。然后取出样品并在乙醇中超声处理5分钟，以充分去除任何剩余的物理吸附试剂。然后将样品在蒸馏水中超声处理5分钟，并用蒸馏水冲洗。

通过荧光素测试确定表面电荷

使用荧光素的UV/Vis吸光度计算表面阳离子密度(N

根据下式估算表面阳离子密度：

A：荧光素溶液在501nm处的吸光度

V：体积(3mL)

N

ε：荧光素摩尔吸收率或摩尔消光系数(L×mol

S：以cm

测量如下：

经旋涂处理的玻璃载片(150μL沉积物，4000RPM，40秒，3mL CTAB/PBS)

A＝0.021±0.003

所计算的表面阳离子密度：4×10

这些结果证实了基于儿茶酚的季铵部分在玻璃上的有效接枝。

实施例7：可接枝杀生物聚合物的一锅法合成

用于基于聚(4-乙烯基吡啶)的聚合物的一般合成

使聚(4-乙烯基吡啶)(PVP；Mw 60,000g/mol；1当量)与4-(氯乙酰基)儿茶酚(也称为2-氯-3,4-二羟基苯乙酮)或4-(碘乙酰基)儿茶酚(0.1当量至0.5当量)和烷基链(例如，C

方案15：用于合成基于聚(4-乙烯基吡啶)的聚合物的一般合成方案

实施例8：无规共聚物(C1)的合成

在一锅法中，通过使碘丙基三甲氧基硅烷(0.05当量)、聚乙烯基吡啶(PVP)(1当量)和溴丁烷(1当量)在沸腾的异丙醇中反应达四天的反应时间来制备无规共聚物。

实施例9：新型无规共聚物：儿茶酚乙酰基-共丁基PVP(C2)的合成

在一锅法中，通过使4-氯乙酰基儿茶酚(0.06当量)、聚乙烯吡啶(PVP)(1当量)和溴丁烷(1当量)在沸腾的异丙醇中反应达四天的反应时间来制备包含无规共聚物的溶液。方案16描绘了一般合成方案。所述无规共聚物中A与B的摩尔比为0.06:0.94。儿茶酚乙酰基-共丁基PVP的IR光谱在图15中示出。图18示出了在背景中具有非季铵化PVP的儿茶酚乙酰基-共丁基PVP共聚物(C2)的IR光谱。图19示出了儿茶酚乙酰基-共丁基PVP共聚物(C2)的IR光谱。还使用类似的方法制备了PVP-儿茶酚-共癸基-PVP共聚物，证明了侧烷基链的成功修饰。图20示出了在背景中具有商业非季铵化PVP的儿茶酚乙酰基-共癸基PVP共聚物的IR光谱。

方案16：C2的合成

实施例10：钛表面上的聚合物接枝

板制备和活化

将1cm

沉积和接枝

将根据实施例9制备的无规共聚物(C2)的溶液通过旋涂或浸涂沉积在活化的板上。然后将板在110℃的烘箱中烘烤过夜。然后将板在乙醇中超声处理达10分钟以去除任何过量的试剂。然后将板在蒸馏水中超声处理10分钟，并用蒸馏水冲洗。

通过荧光素测试确定表面电荷

通过如上文在实施例6中所述的荧光素测试计算表面阳离子密度(N

进行以下测量：

将钛板(1cm

-A＝0.079±0.005

-所计算的表面阳离子密度：7.44×10

将钛板(1cm

-A＝0.139±0.009

-所计算的表面阳离子密度：1.31×10

无论C2是旋涂还是浸涂在钛上，它都系统地显示出高于用于最佳效率(杀生物活性)的阈值的高阳离子电荷密度。

实施例11：接枝在棉上

沉积和接枝

将根据实施例9制备的无规共聚物(C2)的溶液用于浸泡棉5分钟。将对照棉浸泡在蒸馏水中。将经处理的棉和对照棉在110℃的烘箱中烘烤60分钟。然后将样品在乙醇中超声处理达10分钟以去除任何过量的试剂。然后将样品在蒸馏水中超声处理10分钟，并用蒸馏水冲洗。

视觉荧光素测试

根据实施例4中所述的视觉荧光素测试处理样品。图3示出了在涡旋之后对照棉和经C2处理的棉的图像。图4示出了在涡旋、超声处理和干燥之后对照棉和经C2处理的棉的图像。经C2处理的棉的橙色外观是由于荧光素染料的大量抗衡离子与共价附接至棉的C2部分的季氨基基团结合导致的。

实施例12：接枝到滤纸上

沉积和接枝

将1cm

视觉荧光素测试

根据实施例4中所述的视觉荧光素测试处理样品。图5示出了在荧光素测试之后对照滤纸和经C2处理的滤纸的图像。经C2处理的滤纸的橙色外观是由于大量的荧光素染料分子与共价附接至棉的C2部分的季氨基基团结合导致的。

实施例13：接枝在铝上

板制备和活化

将4cm

沉积和接枝

将根据实施例8制备的无规共聚物(C1)和根据实施例9制备的无规共聚物(C2)的溶液通过旋涂、浸涂或浸渍沉积在活化的板上。将板在110℃的烘箱中烘烤过夜。然后将样品在乙醇中超声处理达10分钟以去除任何过量的试剂。然后将样品在蒸馏水中超声处理10分钟，并用蒸馏水冲洗。

通过荧光素测试进行表面电荷确定

通过如实施例6中所述的荧光素测试计算表面阳离子密度(N

进行以下测量：

将铝板(4cm

-A＝0.076±0.007

-所计算的表面阳离子密度：4.44×10

将经5％C2浸涂的铝板(4cm

-A＝0.150±0.015

-所计算的表面阳离子密度：1.4×10

将铝板(4cm

-A＝0.043±0.0013

-所计算的表面阳离子密度：1.04×10

这些结果表明，C2具有比C1更高的表面阳离子密度和A值，并且因此表现出优于C1的改进性质。

由于儿茶酚基团与金属的高亲和力，所以使用这些儿茶酚接头为接枝表面金属(诸如钛、铝、不锈钢等)提供了非常有效的部分。

实施例14：玻璃的接枝

玻璃制备和活化

根据实施例6制备玻璃载片。

沉积和接枝

将根据实施例9制备的无规共聚物(C2)的溶液通过浸渍沉积在活化的玻璃上。在沉积之后，将样品在110℃的烘箱中烘烤60分钟。然后将样品在乙醇中超声处理达10分钟以去除任何过量的试剂。然后将样品在蒸馏水中超声处理10分钟，并用蒸馏水冲洗。

通过荧光素测试进行表面电荷确定

通过如实施例6所述的荧光素测试计算表面阳离子密度(N

进行以下测量：

将玻璃载片(10.5cm

-A＝0.866±0.024

-所计算的表面阳离子密度：7.6×10

实施例15：接枝在轻木上

样品制备

在丙酮、乙醇和蒸馏水中对1cm

沉积和接枝

将样品放置在5％C2溶液(如实施例9中所制备)在乙醇/水v/v(4mL)中的混合物中达30分钟。在沉积后，样品在110℃的烘箱中烘烤60分钟。然后将样品在乙醇中超声处理达10分钟以去除任何过量的试剂。然后将样品在蒸馏水中超声处理10分钟，并用蒸馏水冲洗。

通过荧光素测试进行表面电荷确定

通过如上所述的荧光素测试计算体积阳离子浓度(N

进行以下测量：

将轻木样品浸入5％C2溶液(如实施例9所制备)在乙醇/水v/v(4mL)中的混合物中，并在110℃的烤箱中烘烤1小时。计算是基于10mL CTAB/PBS溶液的使用。

-A＝0.511±0.016

-

实施例16：接枝在不锈钢上

不锈钢制备和活化

将4cm

沉积和接枝

将根据实施例9制备的无规共聚物(C2)的溶液通过浸渍沉积在活化的不锈钢板上。将板在110℃的烘箱中烘烤过夜。然后将样品在乙醇中超声处理达10分钟以去除任何过量的试剂。然后将样品在蒸馏水中超声处理10分钟，并用蒸馏水冲洗。

通过荧光素测试进行表面电荷确定

通过如实施例6中所述的荧光素测试计算表面阳离子密度(N

进行以下测量：

将不锈钢样品(4cm

-A＝0.578±0.021

-所计算的表面阳离子密度：6.75×10

实施例17：用于从聚(乙烯基苄基氯)制备可接枝聚合物的一般合成

从聚(乙烯基苄基氯)制备可接枝聚合物(图6)。将聚乙烯基苄基氯(MW为55000g/mol；1当量；间位和对位的混合物)溶解在THF(四氢呋喃)中。将4-(二甲氨基乙酰基)儿茶酚添加到反应混合物中(介于0.05当量与0.20当量之间)。将反应混合物回流加热四小时。将过量的C

方案17：从聚(乙烯基苄基氯)进行可接枝聚合物的一般合成

用二甲基氨基乙酰基儿茶酚处理聚乙烯基苄基氯导致了聚乙烯基苄基氯的部分季铵化。随后，添加过量的二甲氨基烷基链季铵化剩余的可用位点(未反应的单体单元)。

实施例18：从聚(乙烯基苄基氯)制备可接枝聚合物

使用实施例17的方法从聚(乙烯基苄基氯)制备可接枝聚合物。使用4-(二甲氨基乙酰基)儿茶酚(0.1当量)和N,N-二甲基癸-1-胺(过量)。聚合物产物是无规共聚物(聚乙烯基苄基(N-儿茶酚乙酰基-N,N-二烷基)溴化铵)，所述无规共聚物包含的具有儿茶酚部分的季铵化氮(方案17中的A)与具有丁基部分的季铵化胺(方案17中的B，其中烷基链是4个碳)的摩尔比为0.1:0.9。

实施例19：用于从聚乙烯亚胺(PEI)制备可接枝聚合物的一般合成

从聚乙烯亚胺(PEI)制备可接枝聚合物(图7)。PEI含有53个单体单元，每个单体单元含有11个可季铵化的氮(N)，并且可以是支链、超支链或直链的。

如以下在方案18中所描绘，用甲醛和甲酸的混合物处理PEI(MW 75,000g/mol)以彻底甲基化伯胺和仲胺基团。令人惊讶地发现，具有低分子量(诸如25,000g/mol)的PEI导致表面表现出低阳离子电荷密度(低于10

方案18：PEI中伯胺和仲胺的彻底甲基化

/>

将反应混合物用浓KOH水溶液中和，然后用氯仿萃取三次。将有机层经硫酸钠干燥并蒸发至干。产率是定量的。

然后将甲基化的PEI产物溶解在醇(诸如异丙醇、叔丁醇或叔戊醇)中，并用4-(氯乙酰基)儿茶酚或4-(碘乙酰基)儿茶酚(0.2-0.5当量)处理。将反应混合物回流加热几个小时。将C

方案19：连接至儿茶酚部分的示例性PEI单体

实施例20：从聚乙烯亚胺(PEI)制备可接枝聚合物

使用实施例19的方法从PEI制备可接枝聚合物。使用4-(氯乙酰基)儿茶酚(0.1当量)和1-溴癸烷(过量)。聚合物产物是无规PEI共聚物，所述无规PEI共聚物包含的具有儿茶酚部分的季铵化氮与具有癸基部分的季铵化氮的摩尔比为0.1:0.9。在一些实施方案中，使用1-溴己烷代替1-溴癸烷。还制备了具有己基部分而不是癸基部分的对应PEI聚合物。图22示出了部分接枝有比率为1/9的乙酰儿茶酚基团和癸基基团的全甲基化的季铵化PEI无规共聚物的IR光谱。

实施例21：用于从具有烷基硅烷部分的聚乙烯亚胺(PEI)制备可接枝聚合物的一

使用与实施例19中所述相同的程序，从聚乙烯亚胺(PEI)和烷基硅烷部分(诸如3-碘丙基三甲氧基硅烷)制备可接枝聚合物，不同之处在于使用烷基硅烷(0.05当量)代替4-(氯乙酰基)儿茶酚或4-(碘乙酰基)儿茶酚。方案20描绘了连接至3-丙基三甲氧基硅烷部分的全甲基化的PEI单体的实例。

方案20：连接至3-丙基三甲氧基硅烷的示例性全甲基化的PEI单体

实施例22：从聚乙烯亚胺(PEI)制备可接枝聚合物

使用实施例21的方法从PEI制备可接枝聚合物。将3-碘丙基甲氧基硅烷(0.1当量)用作烷基硅烷，并且将1-溴己烷(过量)用作C

实施例23：沉积和接枝即用型杀生物聚合物的一般方法

将本文所公开的聚合物接枝到多种羟基化的表面上。所述表面可以的自然羟基化的，或是在沉积前通过包括用等离子体、酸或UV/臭氧进行氧化剂处理在内的方法人工活化的。羟基化的表面被定位用于沉积。使用诸如喷涂、浸涂或旋涂的方法将聚合物沉积到表面上。通过加热将聚合物接枝到表面，例如通过将表面加热至110℃持续30分钟至60基团。如果需要不同的温度，则可以调节温度。当在低于110℃的温度下接枝时，则利用更长的加热时段。在接枝完成后，洗涤基材(用醇，诸如异丙醇)以消除物理吸附的聚合物并仅保留共价接枝的聚合物。任选地，可以在洗涤期间对基材进行超声处理。洗涤后，将基材在空气气氛下干燥。

实施例24：双臂硅烷化合物的一般制备

实施例24描述了可以共价接枝至各种表面上的新型双臂硅烷化合物和部分的制备。将各种双臂硅烷化合物通过在单步反应中用烷基卤化物处理来进一步用烷基链取代，以提供准备好接枝在各种表面上(包括羟基化或活化的表面上)的高度疏水/亲水的化合物，益处是与传统硅烷相比稳定得多且极耐水解。在一个非限制性实例中，将双臂甲硅烷基胺化合物用烷基卤化物(诸如C

实施例25：双[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-N,N'-四烷基亚乙基二铵化合物的制

将N,N'-双[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺(1当量)用烷基卤化物(2当量)(诸如C

实施例26：季铵化的双臂硅烷化合物的一般制备

将通过实施例24制备的化合物通过以下方式季铵化：用至少1当量的烷基卤化物(诸如C

实施例27：双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N,N-甲基烷基溴化铵的制备

将双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲胺(1当量)用烷基卤化物(1当量)(诸如C

实施例28：季铵化双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)二烷基溴化铵的制备

将双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺(1当量)用烷基卤化物(2当量)(诸如C

实施例29：无规双臂聚乙烯基吡啶(PVP)共聚物的制备

将双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲胺用1,4-双(溴甲基)苯(0.05当量至0.2当量，例如0.05当量)在回流搅拌的乙酸乙酯中处理48小时以产生季胺化合物，然后将所述季胺化合物用PVP的异丙醇溶液处理并在回流搅拌12小时。图25示出了被称为双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-溴乙酰胺的季胺化合物的IR光谱，所述季胺化合物是用于PVP的接头。然后将聚合物用至少1当量的烷基卤化物(诸如C

实施例30：无规聚(乙烯基苄基氯)共聚物的制备

将双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲胺(0.05当量至0.2当量，例如0.05当量)用聚(乙烯基苄基氯)(1当量)在异丙醇中处理并回流搅拌6h。然后将聚合物用至少1当量的C

实施例31：与锐钛矿钛偶联的杀生物聚合物的静电喷涂

在US 10,743,539中描述了儿茶酚乙酰基-共烷基PVP的制备(方案21)，该专利以引用方式整体并入本文。

方案21：PVP-儿茶酚-共烷基-PVP的结构

十八烷基(4-儿茶酚乙酰基)二甲基氯化铵的制备描述于以上实施例3中(方案22)

方案22：十八烷基(4-儿茶酚乙酰基)二甲基氯化铵的制备

制备含有带有比率为1:10的儿茶酚基团和烷基基团的1％无规共聚物儿茶酚乙酰基-共烷基-PVP和1％重量/重量的十八烷基(4-儿茶酚乙酰基)二甲基氯化铵的乙醇溶液。在本实施例中，这两种化合物(儿茶酚乙酰基-共烷基-PVP和十八烷基(4-儿茶酚乙酰基)二甲基氯化铵)的混合物被称为杀生物聚合物涂覆溶液。

根据Ichinose等人，Journal of Sol-Gel Science and Technology 22:33-40(2001)制备0.8％锐钛矿钛相的水溶液(过氧钛酸和过氧改性的锐钛矿溶胶的等量混合物)，该文献以引用方式整体并入本文。

根据以下方案处理玻璃载片：

1)通过以下方式来制备表面：用异丙醇清洗，并使其干燥；

2)将喷雾器保持在距离靶表面约1m处。

3)使用静电喷雾器将锐钛矿钛相的水溶液(过氧钛酸和过氧改性的锐钛矿溶胶0.8％的混合物)喷涂到表面上，以在靶表面上形成涂层。

4)使表面干燥5分钟至10分钟。

5)用蒸馏水冲洗静电喷雾器。

6)将杀生物聚合物涂覆溶液添加到喷雾器罐中。

7)将杀生物聚合物涂覆溶液在距表面1m距离处喷涂到表面上。

8)检查表面以确保表面没有被涂覆溶液过度饱和。

9)使表面干燥几个小时。

在非限制性实施方案中，将表面基材在室温下干燥5分钟至10分钟，并用第二溶液静电喷涂。在非限制性实施方案中，样品可以在室温下固化过夜或在90℃的烘箱中固化30分钟，以通过钛和儿茶酚部分的相互作用来增加涂层的稳定性。

根据上述方案处理第二玻璃载片，不同之处在于首先用杀生物聚合物溶液涂覆表面，之后涂覆锐钛矿钛相。

在这两种方法中，都观察到涂层抵抗使用湿纸巾和干纸巾、基于棉的布和聚酯/聚丙烯擦巾的反复手动摩擦(超过20个循环)。

视觉荧光素测试

将经处理的玻璃载片和对照的玻璃载片转移到1％荧光素溶液中10分钟。随后，用蒸馏水彻底洗涤样品，直到不再有物理吸附的荧光素从样品释放。然后将样品风干。由于保留的荧光素染料分子与来自儿茶酚乙酰基-共烷基PVP和十八烷基(4-儿茶酚乙酰基)二甲基氯化铵两者的季氨基基团结合，因此在表面上观察到了橙色。

荧光素测试表明经处理的表面在手动摩擦之前和之后都保持橙色，这意味着涂层抵抗中度磨损。在锐钛矿钛溶液之后喷涂杀生物聚合物涂料溶液的载片上观察到了这些结果，但在锐钛矿钛溶液之前喷涂杀生物聚合物涂覆溶液的载片上没有观察到这些结果。虽然不希望受理论束缚，但这种结果可能是由于具有阳离子电荷的下层PVP由于锐钛矿层而被屏蔽免受荧光素影响。

为了检查基于硅烷的化合物是否也可用于这些涂料，制备了1％十八烷基二甲基(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵的乙醇溶液作为喷涂涂料以及过氧钛酸和过氧改性的锐钛矿溶胶0.8％的混合物。将每种溶液依次静电喷涂到玻璃载片上，其首先喷涂锐钛矿钛，之后喷涂包含十八烷基二甲基(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵的溶液，并根据上述方案在室温下将载片固化过夜。

据观察，基于硅烷的涂层不抵抗使用湿纸巾、基于棉的布和聚酯/聚丙烯擦巾的手动摩擦。在仅三个循环后，整个涂层就被容易地从玻璃载片上去除，表明该层缺乏耐久性和稳健性。尽管不希望受理论束缚，但是这种结果表明儿茶酚部分与表面之间的静电相互作用优于有机硅烷所显示的静电相互作用。

荧光素测试表明，在用水彻底洗涤玻璃载片后，荧光素被从经过三个手动摩擦循环的表面上完全去除，表明包含基于硅烷的化合物的涂层不抵抗轻微磨损，并且季铵化合物被从所述表面去除。

实施例32：乙酰儿茶酚-共聚-己基-PEI在滤纸上的接枝

沉积和接枝

将1cm

视觉荧光素测试

根据实施例4中所述的视觉荧光素测试处理样品。经乙酰儿茶酚-共聚-己基-PEI处理的滤纸的橙色外观是由于大量的荧光素染料分子与共价附接至棉的乙酰儿茶酚-共聚-己基-PEI的季氨基基团结合导致的。

实施例33：乙酰儿茶酚-共聚-己基-PEI在玻璃上的接枝

玻璃制备和活化

根据实施例6制备玻璃载片。

沉积和接枝

将根据实施例20制备的溶液通过旋涂沉积在活化的玻璃盖片上，然后共价接枝在活化的玻璃上。

通过荧光素测试进行表面电荷确定

测量如下：

经旋涂处理的玻璃载片(150μL沉积物，4000RPM，40秒，3mL CTAB/PBS)

使用750kda PEI作为试剂所计算的表面阳离子密度：2.1±0.4×10

使用25kda PEI作为试剂所计算的表面阳离子密度：3.4±0.2×10

这些结果证实了基于儿茶酚的季铵部分在玻璃上的有效接枝。

实施例33：3-三甲氧基丙基-共己基-PEI在滤纸上的接枝

沉积和接枝

将1cm

视觉荧光素测试

根据实施例4中所述的视觉荧光素测试处理样品。经3-三甲氧基丙基-共己基-PEI处理的滤纸的橙色外观是由于大量的荧光素染料分子与共价接枝至棉的3-三甲氧基丙基-共己基-PEI的季氨基基团结合导致的。

实施例34：3-三甲氧基丙基-共己基-PEI在玻璃上的接枝

玻璃制备和活化

根据实施例6执行玻璃制备。

沉积和接枝

将根据实施例21制备的溶液通过旋涂沉积在活化的玻璃盖玻上，然后共价接枝到根据实施例6的活化的玻璃上。

通过荧光素测试进行表面电荷确定

通过如实施例6中所述的荧光素测试计算表面阳离子密度(N+/cm2)。

测量如下：

经旋涂处理的玻璃载片(150μL沉积物，4000RPM，40秒，3mL CTAB/PBS)

使用750kda PEI作为试剂所计算的表面阳离子密度：3.6±0.3×10

使用25kda PEI作为试剂所计算的表面阳离子密度：4.2±0.4×10

这些结果证实了基于硅烷的季铵化甲基PEI在玻璃上的有效接枝。

实施例35：季铵化双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基-N-对二甲苯基-共丁基-

沉积和接枝

将1cm

视觉荧光素测试

根据实施例4中所述的视觉荧光素测试处理样品。经季铵化双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基-N-对二甲苯基-共丁基-PVP处理的滤纸的橙色外观是由于大量的荧光素染料分子与共价附接至棉的季铵化双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基-N-对二甲苯基-共丁基-PVP的季氨基基团结合导致的。

实施例36：季铵化双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基-N-对二甲苯基-共丁基-

玻璃制备和活化

根据实施例6执行玻璃制备。

沉积和接枝

将根据实施例29制备的溶液通过旋涂沉积在活化的玻璃盖片上，然后共价接枝到根据实施例6的活化的玻璃上。

通过荧光素测试确定表面电荷

通过如实施例6中所述的荧光素测试计算表面阳离子密度(N

测量如下：

经旋涂处理的玻璃载片(150μL沉积物，4000RPM，40秒，3mL CTAB/PBS)

所计算的表面阳离子密度：9.3±0.5×10

这些结果证实了基于双臂硅烷的聚阳离子在玻璃上的有效接枝。

实施例37：双(3-三甲氧基甲硅烷基)丙基-N,N-双十六烷基溴化铵在玻璃上的接

玻璃制备和活化

根据实施例6执行玻璃制备。

沉积和接枝

将根据实施例28制备的溶液(双(3-三甲氧基甲硅烷基)丙基-N,N-双十六烷基溴化铵)通过旋涂沉积在活化的玻璃盖片上，然后共价接枝到根据实施例6的活化的玻璃上。

通过荧光素测试进行的表面电荷确定

通过如实施例6中所述的荧光素测试计算表面阳离子密度(N+/cm2)。

测量如下：

经旋涂处理的玻璃载片(150μL沉积物，4000RPM，40秒，3mL CTAB/PBS)

所计算的表面阳离子密度：2.7±0.2×10

这些结果证实了基于双臂硅烷的季铵烷基链在玻璃上的有效接枝。

实施例38：使用4-碘乙酰儿茶酚作为接头将L-半胱氨酸接枝在滤纸上

沉积和接枝

将1cm

经处理的滤纸在施加茚三酮染料后呈紫色，而对照纸在施加茚三酮染料后保持白色(图35)。这种结果表明滤纸上存在接枝的L-半胱氨酸。

实施例39：使用4-碘乙酰儿茶酚作为接头将L-半胱氨酸接枝在玻璃上

玻璃制备和活化

根据实施例6执行玻璃制备。

沉积和接枝

将活化的玻璃浸入根据实施例1，方案3制备并在过滤NaCl产物之后的溶液中。将经浸渍的样品转移到110℃的烘箱中达60分钟。然后取出样品并在乙醇中超声处理5分钟，以充分去除任何剩余的物理吸附试剂。然后将样品风干。将玻璃载片浸入含有500mg的L-半胱氨酸的10X磷酸盐缓冲液盐水(PBS)中。将溶液在室温下搅拌过夜。将玻璃载片从溶液中取出，并在去离子水中超声处理10分钟。然后将其用1％的茚三酮水溶液覆盖并于90℃加热10分钟。表面上出现紫蓝色斑点，这证明了玻璃表面上存在接枝的L-半胱氨酸。作为比较工具，将对照玻璃载片在乙醇中超声处理10分钟并风干。然后将载玻片用1％的茚三酮水溶液覆盖并于90℃加热10分钟。对照玻璃载片的表面上没有出现斑点。

这些结果证实了使用碘儿茶酚接头有效接枝了氨基酸，诸如L-半胱氨酸。

实施例40：接枝实施例

图37至图44示出了本公开的聚合物和化合物到滤纸上的成功接枝。图37示出了对照滤纸与经季铵化双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基-N-对二甲苯基-共丁基-PVP处理的滤纸之间的比较。图38示出了对照滤纸与经用双(N-甲基)3-丙基三甲氧基硅烷基团和N,N-二甲基丁基基团部分季铵化的聚(乙烯基苄基氯)处理的滤纸之间的比较。图39示出了对照滤纸与经3-三甲氧基丙基-共己基-PEI(来自PEI，在750kda处)处理的滤纸之间的比较。图40示出了对照滤纸与经3-三甲氧基丙基-共癸基-PEI(来自PEI，在25kda处)处理的滤纸之间的比较。图41示出了对照滤纸与经双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-溴乙酰胺处理的滤纸之间的比较。图42示出了对照滤纸与经双(3-三甲氧基甲硅烷基)丙基-N,N-双十六烷基溴化铵处理的滤纸之间的比较。图43示出了对照滤纸与经双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N,N-甲基烷基溴化铵处理的滤纸之间的比较。图44示出了对照滤纸与经双[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-N,N'-四烷基亚乙基二铵处理的滤纸之间的比较。

参考文献

1.Kügler R.，Bouloussa O.，Rondelez F.Evidence of a Charge-DensityThreshold for Optimum Efficiency of Biocidal Cationic Surfaces.Microbiology2005 May；151(Pt 5)：1341-1348.

2.Oh J.Y.，Cho I.H.，Lee H.，Park K-J.，Lee H.，Park S.Y.2012，Bio-inspiredcatechol chemistry：a new way to develop a rer-moldable and injectablecoacervate hydrogel.Chem.Comm.48：11895-11897.

3.Elena P.，Miri K.2018，Formation of contact active antimicrobialsurfaces by covalent grafting of quaternary ammonium compounds.Colloids andSurfaces B:Biointerfaces 169:195-205.

4.Kim S.，Nam J.A.，Lee S.，In I.，Park，S.Y.2014，Amtimicrobial activityof water resistant surface coating from catechol conjugated polyquaternaryamine on versatile substrates.J.Appl.Polym.Sci.131:40708.

5.Kim S.H.，Lee S.，In I.，Park，S.Y.2016，Synthesis and antibacterialactivity of surfacecoated catechol-conjugated polymer with silvernanoparticles on versatile substrate.Surf.Interface Anal.9:995-1001.

6.Le T.-N.，Au-Duong A.-N.，Lee C.-K.2019，Facile coating on microporouspolypropylene membrane for antifouling microfiltration using comb-shaped poly(N-vinaylpyrrolidone)with multivalent catechol.J.Membrane Science 574:164-173.

7.Wu Z.,Wang J.,Pei D.,Li L.,Mu Y.,Wan X.2018,A simple strategy toachieve mussel-inspired highly effective antibacterialcoating.Macromol.Mater.Eng.303:1700430.

8.Nam J.A.，Nahain A.-A.,Kim S.M.,In I.,Park S.Y.2013,Successfulstabilization of funcitonalized hybrid graphene for high-performanceantimicrobial activity.Acta Biomaterialia 9：7996-8003.

9.Jeong C.J.,In,I.Park S.Y.2014,Facile preparation of metalnanoparticle-coated polystyrene beads by catechol conjugatedpolymer.Surf.Interface Anal.47：253-258.

10.Arkles,B.,Pan,Y.,Larson,G.and Singh,M.,2020.Enhanced HydrolyticStability Of Siliceous Surfaces Modified With Pendant Dipodal Silanes.M ChemEur J.2014,20,9442-9450.

11.Ichinose et al.,“Properties of Anastase Films for Photocatalystfrom Peroxotitanic Acid Solution and Peroxo-Modified Anatase Sol,”Journal ofthe Cermanic Society of Japan,International Edition,vol.104,No.10(Oct.1996)pp.909-912.

12.Ichinose et al.,“Synthesis ofPeroxo-Modified Anatase Sol PeroxoTitanic Acid Solution,”Journal of the Ceramic Society of Japan,InternationalEdition,vol.104,No.8(Auyg.1996)pp.697-700.

本文引用了许多专利和非专利出版物以描述本发明所属领域的现有技术。这些公开案中的中每个公开案的全部公开内容以引用方式并入本文。

虽然已经在上文描述和/或例示了本发明的某些实施方案，但是各种其他实施方案对于本领域技术人员而言将是从前述公开内容显而易见的。因此，本发明不限于所描述和/或例示的特定实施方案，而是能够在不背离所附权利要求书的范围和精神的情况下进行相当大的变化和修改。