背景技术
哺乳动物具有的、开口向外围的体腔(天生和伤致的体腔) 存在高度微生物污染的危险。感染性污染可能导致威胁生命的后 果，尤其是在免疫缺陷的哺乳动物中更是如此。例如，医生和兽 医熟知的耳道、眼、指甲或蹄、阴道、乳头、烧伤和伤口的微生 物感染。所涉及的微生物的实例包括革兰氏阴性或革兰氏阳性物 种、支原体菌株以及大量的真菌。为了将由这些普遍存在的微生 物造成的感染危险降到最低，需要对体腔和开口进行经常性的护 理和清洗。
易于感染的体腔的实例是产乳类动物的乳头。乳头感染称之 为乳腺炎。尽管产乳类哺乳动物在其整个产奶周期(milking cycle) 中存在乳腺炎的危险，但是奶牛在其干乳期期间具有特别高的乳 腺炎危险。干乳期是在临近小牛降生之前的大约4～10周，已知这 个时期也为非哺乳期。尽管在干乳期期间母牛不存在来自挤奶机 污染的危险，但是在母牛的干乳期期间却有超过50％的乳头感染 发生。出现这种高比例的感染是因为在干乳期期间母牛的免疫应 答降低。另外，乳头在干乳期期间胀大，使得微生物可更轻易地 侵入乳腺；并且在没有提供乳汁冲洗的情况下，感染的可能性就 会增加。残存在乳头中的乳蛋白为引起乳腺炎的微生物提供了良 好的食物源。
乳腺炎涉及很宽范围的环境微生物，这些微生物包括细菌、 真菌以及大量的支原体菌株。由美国食品及药品管理局(FDA) 和全国乳腺炎协会(NMC)公认的乳腺炎相关的细菌包括金黄色 葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、克雷伯氏杆菌(Klebsiella spp.)、 无乳链球菌(Streptococcus agalactiae)、假单胞菌(Pseudomonas spp.)、停乳链球菌(Streptococcus dysgalactiae)、牛棒杆菌 (Corynebacterium bovis)、乳房链球菌(Streptococcus uberis)、诺 卡氏菌(Nocardia)、牛链球菌(Streptococcus bovis)、白假丝酵母 (Candida albicans)、大肠埃希氏菌(Escherichia coli)以及支原 菌(Mycoplasma spp.)。支原体(Mycoplasma)物种包括牛支原体 (Mycoplasma bovis)、加州支原体(Mycoplasma californicum)和 牛生殖道支原体(Mycoplasma bovogenitalium)。另外，沙门氏杆 菌菌株(Salmonella strain)、普通变形菌(Proteus vulgaris)、支 气管炎博德特氏菌(Bordetella bronchiseptica)、多杀巴斯德菌 (Pastorella multocida)和其他菌株由于其频繁出现，已经受到了 广泛的研究关注。NMC和FDA、以及数个国际健康与安全机构， 已经强调在乳腺炎相关的乳品加工业方面控制前述微生物的重要 性。
在母牛干乳期期间发生乳腺炎的后果包括新生小牛的污染以 及随后生产的奶的污染，这会导致繁殖减少、奶产量下降、以及 在严重的情况下丧失母牛和小牛。单就美国而言，乳腺炎每年花 费乳品加工业近30亿美元，或每头母牛约300美元。这些费用包 括药品、兽医治疗以及废弃的牛奶或降低的奶产量。
在研究刊物和专利文献中已经提出了用于预防乳腺炎的许多 方法，包括总的卫生计划(general hygiene program)、消毒杀菌产 品、挤奶期阻隔药浴、长期持续的干乳期母牛药浴、抗菌阻隔产 品、全身性和局部施用抗生素、乳头内部处理以及抗生性乳头沟 堵塞系统(antibiotic teat canal plug systems)。然而，用于控制乳 腺炎的现有方法具有许多缺点。
例如，抗生素会污染牛奶和母牛牛肉。并且，抗生素不能对 感染提供彻底的预防。此外，抗生素的大量使用会导致微生物产 生抗性，因而迫使开发新的抗生素。
而且，大多数目前使用的乳头药浴(teat dip)在哺乳动物哺 乳期期间也使用。例如，在美国专利第6,395,289号和第6,203,812 号(Hydromer，Inc.Branchburg，NJ)中描述了在奶牛正常挤奶 期期间使用的有效的乳头药浴组合物。这些组合物是亲水性聚合 物混合物，其提供了有效和持久的阻隔性能，同时允许在挤奶前 快速地除去组合物。将哺乳动物乳头的外部浸渍在组合物中。但 是，这样的乳头浸渍液(teat dip)的物理稠度和性能使得其不适 合于乳头沟(teat canal)的处理。例如，由于这些浸渍液不易于 形成凝胶，所以它们将会从乳头沟流出。
在美国专利第4,113,854号和第5,017,369号披露了在哺乳动 物哺乳期期间使用的其他乳头药浴组合物。通过外部施用，这些 组合物形成封闭乳头沟末端的厚膜。这些组合物包括胶乳。由于 胶乳，所以这些组合物保持粘性，并因此不可用于乳头沟的处理。 而且，胶乳可能是毒性的。除了污染牛奶外，胶乳还可能引起人 的过敏反应。
尽管存在在母牛干乳期期间出现超过50％的乳腺炎病例的事 实，但是在市场上仅仅只有少数几种专门设计用于干乳期母牛乳 头保护的产品。在其干乳期期间处理产乳类动物将完善挤奶周期 期间的治疗。
目前市场上用于干乳期母牛的产品具有若干缺点。例如，大 多数这些产品并不是针对乳头沟的处理。乳头沟的处理很重要， 因为在乳头沟中的残留奶蛋白充当微生物的优良的食物源。目前 一些可利用的干乳期乳头沟处理的另一缺点是其要求复杂的工 序，如照射、加热、催化剂或其他专门的添加剂，以形成有用的 保持形状的堵塞物质。又一缺点是它们在较宽范围的温度和/或变 化的湿度条件下不稳定。
美国专利第6,254,881、6,340,469以及6,506,400号披露了一 种无抗生素的制剂，用于干乳期母牛的乳腺炎预防性处理。将该 制剂灌入乳头末端中以封闭乳头沟，从而防止引起乳腺炎的微生 物。该制剂包括基于硬脂酸铝的凝胶中以重量计的约65％的碱式 硝酸铋。尽管这些专利要求无抗生素制剂的权利，但是NMC推 荐联合制剂使用抗生素。在这种制剂的缺点中，碱式硝酸铋在冷 气候中会变稠，从而妨碍了其被充分灌注到乳头沟的能力。另外， 由于这些制剂可能会干扰挤奶机的例行手续，所以要求将这些制 剂在挤奶机挤奶前人工从乳头沟除掉。
美国专利申请2003/0060414描述了一种在施用密封物 (sealant)期间预防乳头污染的方法，其通过在递送密封物之前 将杀菌剂引入乳头。该杀菌剂是水混溶性凝胶、油基凝胶或油基 膏状物，其含有细菌素如乳链球菌素3147(Lacticin 3147)。该杀 菌剂可以包含增稠剂和/或其它赋形剂。这些杀菌剂的稠度是类似 膏状的，并在一定的力的作用下不可逆地改变形状。这些杀菌剂 中所使用的增稠剂在某种程度上是为了保持这些膏状物的形状。
US 4,472,374描述了兽药组合物，用于减少干乳期期间的乳 腺感染。这些组合物包括混合了抗菌剂的硅氧烷弹性体。这些组 合物具有足够低的粘度，以便施用到乳头管(streak canal)；并且 这些组合物在干乳期期间保持在适当位置，而在开始产乳时可被 挤出。然而，制备这些组合物要求复杂的工艺，包括使用固化催 化剂。这样的催化剂引起毒性方面的关注，因为这些催化剂能够 作为高度反应性化合物浸出。
美国专利第6,440,442号(Hydromer，Inc.Branchburg，NJ) 描述了用于干乳期母牛乳腺炎治疗的形成持久膜的亲水性聚合物 混合物。胶膜在乳头外部上形成，并起到防止感染的阻隔作用。 这些混合物的主要组分是聚氨酯和聚(N-乙烯基内酰胺)。由于这 些浸渍液是粘性的，所以它们就不易适用于灌注到内部的乳头沟。
尽管对乳腺炎的预防进行了几十年的深入研究并且可利用大 量的乳头药浴产品、杀菌剂和抗生素，但是干乳期母牛乳腺炎感 染仍然对乳品生产经济具有重大的负面影响。对有效的干乳期母 牛处理存在增长的需求，以完备在产乳期期间使用的乳腺炎控制 处理。这样的干乳期处理将会改善乳品生产的经济和食品卫生， 并将最大限度地减少抗生素的使用。
发明内容
本发明涉及能够防止微生物侵入哺乳动物体腔或身体开口的 新型水凝胶组合物。该组合物具有特定比例的与水形成凝胶组合 物的聚乙烯基内酰胺和多糖。组合物可选地包括稠度调节剂、性 能改良剂、交联剂以及治疗增强剂。
该水凝胶组合物适合于被传递到哺乳动物的天生(自然)体 腔如奶牛的乳头沟、以及由诸如切割、烧伤和疾病的损伤所形成 的意外皮肤空腔中。通过灌注器具优选塑料注射器将该组合物施 用到体腔或开口。该水凝胶组合物形成一种用于防止引起感染的 微生物侵入的隔离物或密封物。例如，该水凝胶组合物防止干乳 期母牛的乳头沟受到来自环境乳腺炎相关微生物的感染的污染。 同时，该水凝胶组合物也能消毒、杀菌、防止发炎以及促进体腔 或身体开口的内壁的愈合。这样的消毒/杀菌活性在不含有抗菌剂 /抗生素的情况下产生。
相对于目前使用的乳头药浴治疗药物，本发明的水凝胶组合 物提供了若干优点。
例如，大多数乳头药浴治疗药物被配成制剂以在母牛产乳期 期间使用；然而，所有乳腺炎病例中超过50％是在奶牛干乳期检 测到的。将本发明的水凝胶组合物配成制剂以在母牛干乳期期间 使用。另外，大多数目前可用的干乳期母牛治疗物需要使用抗生 素。本发明的水凝胶组合物在不需要抗生素的情况下提供杀菌/消 毒活性。最低限度地使用抗生素降低了抗生素副作用的危险、避 免了抗生素施用之后的较长等待期以及减少了微生物产生抗生素 抗性的危险。
此外，与大多数目前可用的需要复杂工序(如固化和催化反 应)的干乳期母牛治疗药物不同，本发明的水凝胶组合物通过简 单的混合步骤即可制成。而且，与大多数目前可用的干乳期母牛 治疗药物不同，本发明的水凝胶组合物在较宽的温度范围内保持 稳定。
具体实施方式
本发明涉及生物相容性润滑性水凝胶组合物，其适于填充哺 乳动物的体腔和身体开口。该水凝胶组合物为可逆或不可逆的水 凝胶形式。该水凝胶组合物用作体腔或身体开口的密封物和/或杀 菌剂。
在本说明书的全文中，存在用上限和下限限定的范围。每个 下限可结合每个上限以限定范围。应该将每个下限和上限视为独 立的要素。
本发明的水凝胶组合物包括聚(N-乙烯基内酰胺)、多糖、以 及水。优选地，以重量计的聚(N-乙烯基)内酰胺的量与以重量 计的多糖的量的比值范围具有约75∶1的上限。其他上限的实例包 括约1、50∶1、30∶1、20∶1、15∶1、13∶1、12∶1、以及1∶2。
优选地，以重量计的聚(N-乙烯基)内酰胺的量与以重量计 的多糖的量的比值范围具有约1∶10的下限。其他下限的实例包括 约1∶5、1∶3、1∶1、5∶1、12∶1、13∶1、15∶1、20∶1、30∶1、以及50∶1。
本发明的水凝胶组合物的聚(N-乙烯基内酰胺)可以是任何 类型的聚(N-乙烯基内酰胺)，如，例如，N-乙烯基内酰胺的均聚 物、共聚物、或三元共聚物(terpolymer)、或这些的混合物。适 于在水凝胶组合物中使用的聚(N-乙烯基内酰胺)聚合物的实例 包括N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基丁内酰胺、N-乙烯基己内酰胺、 及其混合物。优选的聚(N-乙烯基内酰胺)均聚物的实例是聚乙 烯基吡咯烷酮(PVP)。
聚(N-乙烯基内酰胺)共聚物和三元共聚物的实例包括与乙 烯基单体(vinyl monomer)共聚的N-乙烯基内酰胺聚合物。乙烯 基单体的实例包括丙烯酸酯(盐)、羟烷基丙烯酸酯(盐)、甲基 丙烯酸酯(盐)、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、及其混合物。 N-乙烯基内酰胺与乙烯基单体的共聚作用允许对水凝胶组合物的 稠度进行调节。
优选的聚(N-乙烯基内酰胺)共聚物的实例包括乙烯基吡咯 烷酮共聚物和丙烯酰胺共聚物。优选的三元共聚物的实例包括乙 烯基吡咯烷酮三元共聚物、乙烯基己内酰胺三元共聚物、以及甲 基丙烯酸二甲基氨基乙酯三元共聚物。
优选地，在本发明的水凝胶组合物中使用的聚(N-乙烯基内 酰胺)为商业上可获得的聚(N-乙烯基内酰胺)，并且在水凝胶中 使用之前不需要任何预处理。例如，优选地，对聚(N-乙烯基内 酰胺)不需要进行使其内酰胺环打开的处理。
在一个具体实施方式中，本发明的水凝胶组合物不含有例如 聚丙烯酸的酸、或形成诸如酸酐的化合物的酸的聚合物。
在水凝胶组合物中使用的多糖可以是任何多糖。对于本说明 书来说，多糖包括任何多糖和任何多糖衍生物。适用于组合物的 多糖的实例包括几丁质、脱乙酰基甲壳质、壳聚糖、壳聚糖盐、 壳聚糖山梨酸酯、壳聚糖丙酸酯、壳聚糖乳酸酯、壳聚糖水杨酸 酯、壳聚糖吡咯烷酮羧酸酯、壳聚糖衣康酸酯、壳聚糖烟酸酯 (niacinate)、壳聚糖甲酸酯、壳聚糖乙酸酯、壳聚糖没食子酸酯、 壳聚糖谷氨酸酯、壳聚糖马来酸酯、壳聚糖天门冬氨酸酯、壳聚 糖甘氨酸酯、季胺取代的壳聚糖盐、N-羧甲基壳聚糖、O-羧甲基 壳聚糖、N-，O-羧甲基壳聚糖、等当量丁基壳聚糖衍生物 (equivalent butyl chitosan)、纤维素塑料、烷基纤维素、硝基纤维 素、羟丙基纤维素、淀粉、淀粉衍生物、甲基葡萄糖醚(methyl gluceth)衍生物、骨胶原、藻酸盐、糖醛酸(hialuronic acid)、肝 素、肝素衍生物、及其组合。
本发明组合的聚(N-乙烯基内酰胺)和多糖是亲水性的，并 且能够吸收其重量许多倍的水。如同本领域技术人员所知晓的那 样，组合物的含水量可根据组合物的具体用途而变化。优选地， 组合物中含水量的范围具有约90wt％的水的上限。其他上限的实 例包括约75wt％的水以及65wt％的水。优选地，组合物中含水量 的范围具有约25wt％的水的下限。其他下限的实例包括约45wt％ 的水以及55wt％。随着水凝胶组合物中含水量的增加，水凝胶组 合物变得更软。
在本发明的一些具体实施方式中，将组合物中的部分水用醇 代替。约15wt％～75wt％、35wt％～65wt％、或45wt％～55wt％的水 可用醇代替。醇的优选实例包括乙醇和异丙醇。
包括聚(N-乙烯基内酰胺)和多糖的组合的水凝胶组合物令 人惊奇地具有这样的稠度：能够使该水凝胶组合物有效地填充(并 保留)到体腔/身体开口中。例如，在产乳类动物中，水凝胶能在 乳头沟中停留更长的时间期，即使是动物四处走动或躺下时也如 此。另外，这些水凝胶的稠度使得在需要或希望时能够将其全部 挤出。
本发明的组合物在形成凝胶之后能够将其破碎，然后令人惊 奇地在几小时内重新形成凝胶。因此，这些水凝胶是完全可逆的。 尽管没有理论限定，但是可认为当迫使这种水凝胶穿过涂药器的 小孔时，暂时破坏了这些水凝胶中的氢键。在几小时后这些氢键 又重新结合到一起。
在本发明的一些具体实施方式中，水凝胶组合物可进一步包 括至少一种稠度调节剂、性能改良剂、交联剂、或其混合物。
达到约5wt％、10wt％、20wt％、30wt％、40wt％、50wt％、 60wt％、70wt％、80wt％、或90wt％的聚(N-乙烯基内酰胺)可用 稠度调节剂和/或性能改良剂加以代替。例如，在包括聚乙烯基吡 咯烷酮(PVP)和壳聚糖、或壳聚糖衍生物的制剂中，优选约50wt％ 的PVP用稠度调节剂和/或性能改良剂加以代替。
优选的稠度调节剂和/或性能改良剂的实例包括聚乙烯醇、聚 乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、聚(甲基丙烯酸2-羟乙基酯)、甲基乙 烯基醚/马来酸酐共聚物、聚(乙烯/醋酸乙烯酯)、聚二丙烯酸乙 二醇酯、聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚氨酯、聚氮丙啶；聚乙二醇 酯共聚物、粘合剂预聚物、聚氮丙啶、多肽、角蛋白、聚乙烯吡 咯烷酮/聚乙烯亚胺的共聚物、聚乙烯吡咯烷酮/聚氨基甲酰/聚乙 二醇酯(AquamereH-1212、H-1511、H-2012、A-1212)、聚乙 烯吡咯烷酮/甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯/聚氨基甲酰/聚乙二醇酯 (AquamereC-1011、C-1031)；聚乙烯吡咯烷酮/二甲聚硅氧烷基 丙烯酸酯/聚氨基甲酰/-聚乙二醇酯(AquamereS2011、S-2012)、 (Aquamere产品PECOGEL的等同物)、卵磷脂、及其 共聚物、 衍生物和组合物。将属于Hydromer，Inc.的美国专利第4,642,267、 4,769,013、5,837,266、5,851,540、以及5,888,520号的全部内容结 合于此作为参考。例如，美国专利第4,642,267和4,769,013号描 述了具有改良性能的治疗剂的润滑性/亲水性共聚物和聚合物、以 及用于凝胶注射施用装置尖端的润滑性、亲水性抗菌涂层。美国 专利第5,837,266、5,851,540、以及5,888,520号描述了皮肤可接 受的具有对皮炎的治疗剂和阻隔性能的聚合物和共聚物：
聚乙烯基吡咯烷酮/聚乙烯亚胺的共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮 /聚氨基甲酰/聚乙二醇酯(AquamereH-1212，H-1511，H-2012， A-1212)、聚乙烯基吡咯烷酮/甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯/聚氨基 甲酰/聚乙二醇酯(AquamereC-1011，C-1031)、聚乙烯基吡咯烷 酮/二甲聚硅氧烷基丙烯酸酯/聚氨基甲酰/聚乙二醇酯 (AquamereS2011、S-2012)及其PECOGEL的等同物作为化妆 品中间体是众所周知的。(Phoenix Chemicals，NJ)Aquamere共 聚物具有独特的疏水性能是已知的。尤其，这些共聚物提供了独 特的聚合包封效应，这减慢了活性组分如UV吸收剂、染料、着 色剂、氧化剂、防腐剂、抗菌剂、抗生素以及药物的释放。例如， 已知二甲聚硅氧烷基丙烯酸酯型的AquamereS2011、S-2012共 聚物用于形成包含式的复杂聚合物，其可延迟乳化过的活性剂的 溶解。
Aquamere共聚物是疏水粘性液体，并已被认为是不适合用 作灌注到体腔或身体开口中的凝胶。然而，现在已惊奇地发现， 尽管用Aquamere共聚物代替组合物中高达90wt％的水，但仍可 实现本发明的水凝胶组合物的凝胶化。Aquamere共聚物起到减 慢添加剂的释放，例如治疗剂和抗菌剂的释放的作用。向水凝胶 组合物中加入Aquamere共聚物影响组合物中聚(N-乙烯基内酰 胺)的使用量。例如，如果初始制剂为35wt％的PVP、2wt％的壳 聚糖、以及63wt％的水，那么，相应的Aquamere的制剂为25wt％ 的PVP、10wt％的Aquamere共聚物、2wt％的壳聚糖以及63wt％ 的水。在食品和化妆品工业中熟知的卵磷脂也具有与Aquamere 共聚物类似的功能。
为了改进其他性能，水凝胶组合物可以可选地含有润湿剂， 例如甘油。
本发明的水凝胶组合物可以是可逆水凝胶或不可逆水凝胶。 可逆水凝胶的组分溶解于水。不可逆水凝胶胶体的组分由于存在 交联剂(即交叉联接剂)而不溶于水中，其中交联剂根据使用的 量提供一定量的不可逆联接。
交联剂增强了水凝胶组合物保持其初始形状、保留在体腔或 开口中的能力，和/或增强了水凝胶组合物易于从体腔或开口除去 的能力。例如，交联剂增强了水凝胶组合物保留在乳头沟中的能 力，并使其能够通过挤压易于从乳头除去。适用于组合物中的交 联剂的实例包括戊二醛、京尼平(genipin)、氮杂环丙烷衍生物、 碳化二亚胺(carbodimid)衍生物、胶体氧化硅、胶体氧化铝、胶 体二氧化钛、聚氨基硅烷、环氧树脂、聚伯胺、二醛、来自丙烯 醛反应产物的聚醛、多聚甲醛、丙烯酰胺、聚氮丙啶、及其组合。
交联剂可以以能够为水凝胶组合物提供所希望稠度的任何量 使用。例如，组合物可包括达约2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、或 8wt％的交联剂。
令人惊奇地，包含聚(N-乙烯基内酰胺)和多糖的水凝胶组 合物具有密封物和消毒/杀菌性能。在本发明的一些具体实施方式 中，水凝胶组合物可进一步包含至少一种治疗性能增强剂。治疗 性能增强剂的含量可达组合物的约3wt％、7wt％、10wt％、15wt％、 或20wt％。
适用于组合物的治疗性能增强剂的实例包括抗微生物剂、抗 细菌剂、抗真菌剂、抗念珠菌剂、生长刺激剂、消毒剂、生物杀 灭剂、杀细菌剂、保藏剂、杀病毒剂、杀精子剂、杀菌剂、止繁 殖剂、消毒组分、除臭剂、防腐剂、杀孢子剂、药剂、兽药制剂、 抗生素、消炎剂、天然组分、润湿剂、润肤组分、光滑剂、维生 素、及其组合。
治疗性能增强剂的一些具体实例包括抗菌银盐、银沸石、磺 胺嘧啶银盐(烧伤宁)、乙醇、异丙醇、苯甲醇、丙酸、山梨酸、 水杨酸、十一酸、漂白剂、碘、碘递体(碘消灵)、碘化钾、十二 烷基苯磺酸、过氧化物、溴硝丙二醇(拌棉醇)、特比萘芬 (terbinafine)、咪康唑、益康唑、克霉唑、托萘酯(tolnaphthate)、 三氯生(triclosan)、三氯均二苯(三氯卡班，trichlocarban)、季 铵化合物、卤化苄烷铵、聚季铵盐(polyquats)、聚季铵盐衍生物 (例如，聚季铵盐-28)、释放甲醛的化合物、氨己嘧啶、洗必太 (chlorhexidine)、洗必太衍生物、羟基吡啶硫酮锌、氧化锌、丙酸 锌、对羟基苯甲酸酯类、苯氧乙醇、辛苯聚糖-9、壬苯聚糖-9、蓖 麻油酸、乙酸苯酚汞、硫、乳酸、阿昔洛韦(acylovir)、碘苷(疱 疹净，idoxyumidine)、病毒唑(ribavirin)、阿糖腺苷(vidarabine)、 金刚乙胺(rimantadine)、阿司匹林、维生素A和维生素A衍生 物、维生素E和维生素E衍生物、维生素C和维生素C衍生物、 β-胡罗卜素、倍他米松(betamethasone)、地塞米松 (dexamethasone)、可的松(cortinone)、甘油、及其组合。
来自天然组分的组的治疗性能增强剂包括，例如，植物或种 子提取物、植物提取物衍生物或草药制剂或及其组合。天然组分 的实例包括迷迭香(rosemary)、echinechea、荨麻(nettle)、茴香 (fennel)、桧柏(juniper)、人参(ginseng)、琉璃苣(borage)、 钩吻(gelsemium)、金缕梅(hamamelis)、商陆根(poke root)、 山金车花(arnica)、乌头(aconite)、蜜蜂(apis)、野靛(baptisia)、 金钟柏(thuja)、芦荟(库拉索芦荟(barbadensis)、昭贵芦荟(vera)、 非洲芦荟(capensis))、绿茶、旱金莲花(nasturtium)、欧薯蓣属 (泻根，bryonia)、泽兰属植物(eupatorium)和洋甘菊(chamomile) 的提取物。进一步的实例包括红色百里香(red thyme)、多香果 (allspice)、肉桂(cinnamon)以及香薄荷(savory)的精油。
抗菌银盐的实例包括碘化银、氧化钛(IV)负载的氯化银复 合物、乳酸银、柠檬酸银、银沸石、磷酸银钠氢锆以及磺胺嘧啶 银(烧伤宁)。
优选地，为了将对各组分形成的抗性减小到最小，水凝胶组 合物中可使用不同的抗菌剂、抗生素以及消炎剂的组合。同样， 天然植物和种子提取物也可与消炎剂、抗菌剂和抗生素组合使用， 以进一步将抗性的形成减到最小。
在水凝胶组合物中治疗性能增强剂的量在单个试剂的有效范 围内。例如，具有有效浓度的杀精子剂的水凝胶组合物适合用作 避孕水凝胶。典型地，本发明水凝胶组合物包含达约3wt％，7wt％， 10wt％，15wt％，或20wt％的治疗性能增强剂。
在本发明的一些具体实施方式中，水凝胶组合物可进一步包 含染料，如，例如控制染料(对照染料，control dye)、食品染料、 化妆染料，FD&C染料或D&C核准的染料。
在本发明的一些具体实施方式中，水凝胶组合物可进一步包 含防辐射透过添加剂，如，例如硫酸钡、有机碘、碘聚合物、碘 造影剂、有机铋、钨粒子及其混合物。
另一方面，本发明提供了一种抑制或防止微生物侵入哺乳动 物体腔或开口、和/或降低或消除这样的腔或开口中的微生物水平 的方法。该方法包括将本发明的水凝胶组合物施加到体腔或开口 中。
体腔或开口可以是天生的。天生的体腔或开口实例包括耳道、 眼、鼻道、嘴、牙穴、生殖孔、直肠口、皱纹或腺孔。腺孔的实 例是产乳类动物乳腺的乳头沟。乳头沟也称为乳头管或奶沟(milk canal)。
非天生的体腔或开口可能是由划破、烧伤或疾病所致。这样 的体腔或体开口的实例包括扎伤、刺伤、疤、糖尿病性溃疡、牙 周损害、疱疹伤口、唇疱疹、水疱、严重烧伤表面等。
所述组合物可用于任何哺乳动物，包括例如，人、动物园动 物、宠物以及耕畜。所述组合物对其尤其有用的耕畜的实例是奶 牛。
一旦施用于体腔或开口，水凝胶组合物优选具有双重功能， 即作为密封物和作为消毒杀菌剂。
具体地，水凝胶组合物通过防止/抑制微生物侵入体腔或开口 而起到密封物的作用。水凝胶组合物形成亲水性组织友好的隔离 物，其提供持久的作用。该组合物表现出特殊的粘性，使得水凝 胶组合物能够在适当位置滞留更长的时间。
同样，由于其独特的配方设计，所以水凝胶组合物通过降低 或消除体腔或开口中微生物的水平而起到消毒剂/灭菌剂的作用。 令人惊奇地，水凝胶组合物能够在不使用任何治疗增强剂如抗生 素和抗菌剂的情况下降低或消除微生物的水平。
水凝胶组合物能够以任何方式施用，这使得水凝胶组合物能 够有效地填充(并保持)到体腔或/开口中。例如，组合物能够用 调药刀、手、注射装置、诸如塑料注射器的灌注设备、柱塞、或 涂药器进行施用。优选用塑料注射器施用水凝胶组合物。优选地， 注射器具有合适的调节到要进行施用的面积尺寸的管状开口。水 凝胶组合物可一次施用，如果希望或必要可进行替换。
在一些施用方法中，如通过注射施用，在施用到体腔的过程 中，水凝胶破裂。一旦施用后，令人惊奇地发现，当处于适当位 置时，水凝胶又重新结合。在没有理论限定下，可以认为当迫使 水凝胶穿过小涂药器孔时，暂时破坏了水凝胶中的氢键。在几小 时后这些氢键令人惊奇地又重新结合到一起。
本发明的水凝胶组合物尤其适于用作产乳类动物的乳头沟 密封物。具体地，水凝胶组合物适于用作奶牛干乳期期间的乳头 沟堵塞物。干乳期大约在临近小牛降生之前持续约4～10周。水凝 胶组合物通过暂时堵塞乳头而起到密封物的作用，从而防止引起 乳腺炎的微生物的侵入。通过降低/消除乳头沟内引起乳腺炎的微 生物，水凝胶组合物也起到乳头沟的消毒剂/灭菌剂的作用。
水凝胶组合物优选用灌注设备施用到乳头沟，即乳头管内。 任何适用于乳房内给药或易于适应这样的用途的灌注设备都可以 使用。合适的灌注设备的实例是已知为“乳腺炎涂药器”的注射 器。注射器可具有塑料插管或大孔针头。
在一些具体实施方式中，治疗增强剂可与水凝胶组合物分开 灌注。例如，在水凝胶组合物结合抗菌剂使用的情况下，组合物 和抗菌剂可利用常规的一个配有合适尖端(tip)的圆柱形注射器 同时灌注，以便使抗菌剂溶液首先进入体腔即乳头，接着组合物 才进入。可选替换地，抗菌剂溶液和水凝胶组合物可利用分开的 注射器进行灌注。
水凝胶组合物可通过在每个乳头沟中灌注约1cm3而置入到 乳头沟中。一旦将水凝胶组合物置入乳头沟中，其就形成凝胶， 所以水凝胶保持其形状。由于具有一定的粘性，所以水凝胶堵塞 物可在乳头沟中停留更长的时间，即使当母牛四处走动或躺下时 也如此。例如，在干乳期期间，水凝胶在乳头沟中优选保留约1～10 天。如果需要或希望，可将水凝胶全部挤出。
通过乳房内灌注的干乳期母牛处理过程是具有潜在危险的 过程。危险在于不卫生的灌注作业，其可能会将其他的环境微生 物引入乳房而造成乳腺炎感染的危险性增加。因此，推荐对水凝 胶组合物和灌注设备进行杀菌消毒。
例如，为了防止在施用水凝胶组合物期间发生交叉污染，将 灌注设备的尖端用本领域已知的润滑性抗菌涂层加以涂覆。例如， 在美国专利第4,642,267和4,769,013号中披露的用于医疗设备的 抗菌润滑涂层。优选地，抗菌剂是基于银的组合物。优选地，设 备的尖端内部也用润滑涂料加以涂覆，以改善利用其迫使水凝胶 组合物通过灌注设备的开口的容易性。
一旦施用后，水凝胶组合物就形成屏障或密封物，用于防止 和/或抑制微生物侵入到乳头内。水凝胶组合物防止干乳期母牛的 乳头沟受到由环境乳腺炎相关微生物的感染引起的污染。同时， 组合物堵塞物能消毒、杀菌并防止体腔或开口的内壁的发炎。在 没有可选地加入抗生素/抗菌剂的情况下产生消毒和杀菌作用。
水凝胶组合物可与形成亲水性外膜的产品(用于额外地保护 乳头)一起使用。例如，可将水凝胶组合物灌注到乳头沟，而同 时在乳头外部施用干乳期母牛乳头浸渍液，如在美国专利第 6,440,442号中描述的干乳期乳头浸渍液。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种避孕水凝胶，其 包括聚(N-乙烯基内酰胺)、多糖、水以及杀精子剂，其中以重量 计的聚(N-乙烯基)内酰胺的量与以重量计的多糖的量的比值为 约75∶1～1∶5、约50∶1～1∶1、或约30∶1～5∶1，并且其中组合物包括约 25wt％～55wt％的水。在该具体实施方式中，水凝胶包括有效浓度 的杀精子剂以起到适当的避孕药的作用。
本发明的水凝胶组合物可通过各种方法加以制备。优选地， 将水凝胶组合物的聚(N-乙烯基内酰胺)组分和多糖组分在分开 的溶液中预先配制。在优选具体实施方式中，两种溶液大致是等 体积的。溶液可以是水溶液或水/醇溶液。
任何可选的添加组分，即稠度调节剂和/或性能改良剂共聚 物、交联剂、治疗性能增强剂、染料和/或防辐射穿透添加剂，优 选在将聚(N-乙烯基内酰胺)预配制溶液和多糖预配制溶液混合 之前按等量分别加入到该两种预配制溶液中。可替换地，所有可 选的添加组分可在将聚(N-乙烯基内酰胺)预配制溶液和多糖预 配制溶液混合之前加入到这两种预配制溶液的一种之中。同样， 可选的添加组分的任意份数可以在两种溶液混合之前加入到该两 种预配制溶液的任意一种之中。例如，在将整个组合物所需的两 部分混合之前，在聚(N-乙烯基内酰胺)预配制溶液加入的交联 剂的量为多糖预配制溶液的两倍。
两种预配制溶液可以以任何方式进行混合，这使得两种溶液 在形成凝胶的时间之前进行均匀混合。例如，可利用螺杆混合器 或在器皿中将这两部分进行简单混合而完成混合。
组合物在两种溶液混合后的几秒钟至几分钟就开始形成凝 胶。凝胶的形成不需要其他加工步骤、固化、或另外的添加剂。 例如，为形成这些水凝胶并不要求使用照射、加热、或催化剂。
水凝胶组合物优选在室温下、约2～10小时内能够完全形成 凝胶。然后，将组合物置入方便施用到哺乳动物的体腔或开口中 的合适装置中。
与常用竞争性水凝胶品种相比，本发明的水凝胶组合物具有 各种优点。表现出所希望性能和稠度的本发明水凝胶组合物通过 将主要组分以特定比率加以物理混合即可简单地得以形成。通常 没有必要添加性能增强剂和/或稠度调节剂。水凝胶组合物在几秒 钟到几分钟的时间段范围内就能形成。不需要其他加工步骤、或 其他添加剂。它们也可通过模制成型以适合现有的产品设计。它 们可用作形成一定稠度的、具有独特保护屏障性能的亲水性堵塞 物。凝胶具有保湿和吸收剂的性能，并且与较宽范围的化妆品和 药物组分相容。它们吸收水、盐水、皮肤或其他体液，提供冷却 和缓和湿度(soothing moisture)阻隔物并增强受损皮肤的愈合。 单独或与各种抗菌剂或抗生素、消炎剂、抗念珠菌剂或相关药物 或兽药制剂一起，它们有助于哺乳动物体腔/开口的消毒杀菌，同 时防止随后的微生物，如细菌、真菌、孢子、病原菌、病毒等的 侵入。
本发明的水凝胶组合物在中性pH周围的相当宽的pH范围 内表现出良好的惰性。在合适的防蒸发包装中，它们在至少一年 时间里是稳定的。用在这些凝胶组合物中配制的活性组分进行的 长期试验的结果未显示出与维生素及其衍生物、植物或种子提取 物、磷脂、收敛剂、抗菌剂、抗生素、抗念珠菌剂或其他药物相 关的药剂、皮肤成分、皮肤增白剂、绿茶、抗皱纹活性剂、α-羟 基酸或冷却剂产生任何相互作用或不相容性。
实施例
微生物试验
通过实验室试验方法对本发明的水凝胶的抗菌/生物静力学 潜能进行试验，该方法通过抗菌剂扩散穿过琼脂为抗菌活性的评 价提供了定性和半定量的工艺规程。这种方法来源于“平行划线 法”(Parallel Streak Method)，其基于“纺织材料抗菌活性评价” (AATCC试验方法147-1998)。
使新制备的培养物过夜。所使用的试验微生物是 ATCC#25922大肠埃希菌(大肠杆菌，Escherichia coli)和 ATCC#29213金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)。该微生物 在检测前一天于37℃下用胰胨大豆培养液(TSB)进行培养。在 TSB中每毫升细菌细胞悬浮液高于107个细胞。在测试的当天， 将热琼脂样品在无菌试管中进行冷却，然后向熔化的琼脂中加入 0.1ml的单独培养物。混合后将琼脂样品倒到表面皿上，使其形成 凝胶，然后将本发明的水凝胶试验样品放到琼脂上。然后连续孵 育1天和5天，并且使细菌生长的抑制区域大致在每个样品的周 围。
除非另有指明，实施例中的所有百分比均是重量百分比。
实施例1
制备水凝胶的方法
向8.6g聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)(Kollidon K90，BASF公 司)的25％水溶液中加入1.4g丙二醇以及3.0g环氧乙烷和环氧 丙烷(Pluronic F88，BASF公司)的嵌段共聚物的20％水溶液。 向该溶液中加入5g用吡咯烷酮羧酸(Kytamer PCA，Amerchol 公司)中和的壳聚糖的3％水溶液。将混合物搅拌几分钟，然后转 移入体腔施药用的塑料注射器中。
实施例2
制备水凝胶的方法
将5.0g PVP的20％水溶液与5.0g N，O-羧甲基壳聚糖 (NOCC，NovaChem Ltd.)的2％溶液进行混合。将混合物倒入 半球形模子中。其在室温下10秒钟内成型，形成微粘性的非流动 性凝胶。该凝胶是柔软的，相对地对于伤口为非粘附性的。
实施例3
制备水凝胶的方法
将5.0g 20％的PVP、5g去离子水、5.0g 2％中和过的壳聚糖、 0.25g作为增塑剂的聚乙二醇(carbowax 400，Union Carbide公司) 以及0.25g乙二醇和丙二醇(PluronicF88，BASF公司)的嵌段共 聚物缓和地加以混合直至形成凝胶。
实施例4
水凝胶中PVP部分的浓度的变化
将20g PVP的30％溶液和聚乙烯基吡咯烷酮/二甲聚硅氧烷基 丙烯酸酯/聚氨基甲酰/聚乙二醇酯的5％去离子水溶液与20g壳聚 糖的2.0％去离子水溶液加以混合。在几分钟内，就形成了稳定粘 稠度的水凝胶。
将20g的PVP溶液的配方改变成25％的PVP和10％的聚乙 烯基吡咯烷酮/二甲聚硅氧烷基丙烯酸酯/-聚氨基甲酰/聚乙二醇 酯。在几分钟后，又获得稳定的水凝胶。
将20g的PVP溶液的配方改变成17.5％的PVP和17.5％的 聚乙烯基吡咯烷酮/二甲聚硅氧烷基丙烯酸酯/-聚氨基甲酰/聚乙 二醇酯。在几分钟后，形成稳定的粘性凝胶。
用聚乙烯基吡咯烷酮/二甲聚硅氧烷基丙烯酸酯/聚氨基甲酰/ 聚乙二醇酯完全代替PVP后，利用2％的壳聚糖溶液不形成凝胶。
实施例5
抗菌活性
将10g PVP的35％去离子水溶液与10g壳聚糖的2.0％去离子 水溶液加以混合，其中两种溶液都含有1％的市售抗菌性银组合物 (Milliken公司，名为AlphaSan)。
在将两部分按1∶1比率混合后组合物很快形成凝胶。将该凝 胶转移到5cc分度的塑料注射器中。为了进行抗菌效能试验，将 凝胶转移到在盛琼脂的皮氏培养皿(petri dish)中的标准试验容 器中。在1天和5天后，未观察到大肠埃希菌或金黄色葡萄球菌 的生长。金黄色葡萄球菌形成了约2mm的抑制区。对于大肠埃希 菌，没有检测到明确的抑制区。
实施例6
制备水凝胶的方法
将44g 35％的PVP溶液和6g 40％含水的聚氨酯溶液与0.25％ 的壳聚糖加以混合，制得50.25g的水凝胶组合物，其在几分钟内 就形成凝胶，该凝胶具有粘性的稠度，这使得其适于灌注入体腔、 身体开口例如乳腺中。
实施例7
抗菌活性
将20g含有0.1％三氯生(Triclosan)的含水35％的PVP溶 液与20g含有0.1％三氯生的2％含水壳聚糖溶液加以混合。将凝 胶转移到塑料注射器中，并以1×1×0.5cm3的标准团块形式施用 用于抗菌试验。在1天和5天后，未观察到大肠埃希菌或金黄色 葡萄球菌的生长。并观察到大肠埃希菌约6～9mm的抑制区和金黄 色葡萄球菌约9～10mm的抑制区。
实施例8
交联剂的影响
与实施例6一样，向44g 35％的PVP溶液和6g 40％含水的聚 氨酯溶液中加入0.2％的市售京尼平(genipin)。根据实施例6制 备0.25％的壳聚糖。在混合之前，用几滴0.1的结晶紫溶液对两部 分都进行着色，以使其具有更好的光学可见性。为了试验交联的 和未交联的凝胶在模拟乳头沟中的粘附性，将本实施例和实施例 6的成品水凝胶灌注到20cm长、约3mm ID的医用试管中。在管 每一端上将长度约3cm的量的凝胶注入。夹住管的中部，并以逐 渐增加至600rpm的转速旋转，转速达到600rpm时实施例6的未 交联水凝胶能够停留在原位；而京尼平交联的水凝胶在约 450～500rpm时就被甩出。
转速达到约700～800rpm时实施例5的水凝胶能够停留在原 位。
实施例9
抗菌活性
将20g含有1％阿司匹林的含水35％的PVP溶液与20g也含 有1％阿司匹林的2％含水壳聚糖水溶液加以混合。将凝胶转移到 塑料注射器中，并施用到标准团块上用于抗菌试验。令人惊奇地， 在1天和5天后，未观察到两种微生物的生长。对于大肠埃希菌 观察到约3～4mm的抑制区，对于金黄色葡萄球菌观察到约4～6mm 的抑制区。
实施例10
抗菌活性
将20g含有0.5％的AlphaSan银剂和0.5％的阿司匹林的含水 35％的PVP溶液与20g也含有0.5％的AlphaSan银剂和0.5％的阿 司匹林的2％含水壳聚糖溶液加以混合。将凝胶转移到塑料注射器 中并施用到标准团块上用于抗菌试验。在1天和5天后，未观察 到两种微生物的生长。对于大肠埃希菌观察到约1mm的抑制区， 对于金黄色葡萄球菌观察到约3mm的抑制区。
实施例11
抗菌活性
将20g含有1％的市售48％的羟基吡啶硫酮锌溶液(万亩定锌， Zinc Qmadine)的含水35％的PVP水溶液与20g也含有1％的48％ 的羟基吡啶硫酮锌溶液的2％含水的壳聚糖溶液加以混合。将凝胶 转移到塑料注射器中，并施用到标准团块上用于抗菌试验。在1 天和5天后，未观察到两种微生物的生长。对于大肠埃希菌观察 到约8～9mm的抑制区，对于金黄色葡萄球菌观察到4～5mm的抑 制区。
实施例12
抗菌活性
将20g含有0.05％的三氯生和0.5％的40％的市售48％羟基吡 啶硫酮锌溶液(万亩定锌)的含水35％的PVP溶液与20g也含有 0.05％的三氯生和0.5％的40％羟基吡啶硫酮锌溶液的2％含水的 壳聚糖溶液加以混合。将凝胶转移到塑料注射器中，并施用到标 准团块上用于抗菌试验。在1天和5天后，未观察到两种微生物 的生长。对于大肠埃希菌观察到约8～9mm的抑制区，对于金黄色 葡萄球菌观察到10～12mm的抑制区。
实施例13
抗菌活性
将20g含有0.05％的三氯生和0.5％的抗菌性AlphaSan银的含 水35％的PVP溶液与20g也含有0.05％的三氯生和0.5％的抗菌性 AlphaSan银的2％含水的壳聚糖溶液加以混合。将凝胶转移到塑 料注射器中，并施用到标准团块上用于抗菌试验。在1天和5天 后，未观察到两种微生物的生长。对于大肠埃希菌观察到约 4～6mm的抑制区，对于金黄色葡萄球菌观察到约1mm的抑制区。
实施例14
抗菌活性
将20g含有0.5％的羟基吡啶硫酮锌和0.5％的抗菌性 AlphaSan银剂的含水35％的PVP溶液与20g也含有0.5％的羟基 吡啶硫酮锌和0.5％的抗菌性AlphaSan银的2％含水的壳聚糖溶液 加以混合。将凝胶转移到塑料注射器中，并施用到标准团块上用 于抗菌试验。在1天和5天后，未观察到两种微生物的生长。对 于大肠埃希菌观察到约3～4mm的抑制区，对于金黄色葡萄球菌观 察到约6mm的抑制区。
实施例15
抗菌活性
将20g不含有另外的抗菌剂或药物的含水35％的PVP溶液 与20g也不含有另外的抗菌剂或药物的2％含水的壳聚糖溶液加 以混合。将凝胶转移到塑料注射器中，并施用到标准团块上用于 抗菌试验。令人惊奇地，在1天和5天后，未观察到两种微生物 的生长。在凝胶表面或团块试样两侧的任一侧上都没有直接检测 到生长。也未确定有抑制区。
因此，尽管已经描述了目前认为是本发明的优选具体实施方 式，但是对本领域的技术人员来说，其它和进一步的具体实施方 式、更改和改进将是已知的，并且其用来将所有这样的进一步的 具体实施方式、更改、以及改进包括到所提出的权利要求的真正 范围内。