BR102019028036A2 - produto com ação antimicrobiana a partir do oxihidróxido de nióbio e seus sólidos modificados - Google Patents

Abstract

A presente invenção trata do uso do oxihidróxido de nióbio e de seus sólidos modificados com organossilanos para ação antimicrobiana. A presença do nióbio além de enaltecer as riquezas minerais do país, agrega ainda mais valor a este mineral. Além disso, inserir um agente sililante nesta composição faz com que o material alcance uma maior estabilidade química, térmica e estrutural. Apesar da aplicação mais esperada seja, de fato, para combater microrganismo em ambientes de risco e exposição bacteriológica (como ambientes hospitalares e ainda para a indústria de cosméticos), também é possível que o material apresente viabilidade para ser aplicado na área da engenharia biomédica e de tecidos, compondo estruturas e inserido na composição para reforço de outros biomateriais.

Description

PRODUTO COM AÇÃO ANTIMICROBIANA A PARTIR DO OXIHIDRÓXIDO DE NIÓBIO E SEUS SÓLIDOS MODIFICADOS

[001] A presente invenção se refere à ação antimicrobiana do oxihidróxido de nióbio e do novo sólido homogêneo, de coloração branca, constituído a base de oxihidróxido de nióbio modificado com moléculas orgânicas, sendo estas da classe dos agentes sililantes também chamados de organossilanos. Devido à presença desses compostos orgânicos o novo material obtido possui caráter altamente hidrofóbico, diferentemente das propriedades hidrofílicas do oxihidróxido de nióbio inicial cuja composição publicamente conhecida na literatura é NbO2OH.

[002] O nióbio é um mineral natural com estrutura cúbica de corpo centrado, macio que apresenta ductibilidade e elevado ponto de fusão. A maioria dos compostos de nióbio exibem propriedades especiais que geralmente não são comuns àqueles que contém os elementos vizinhos do nióbio na tabela periódica. Na última década houve um crescente interesse por materiais contendo nióbio, pelo fato de poderem ser aplicados em muitos campos, especialmente no âmbito da catálise heterogênea devido ao efeito promotor e de suporte que os compostos de nióbio apresentam, no qual refletem em um notável aumento da atividade catalítica além de prolongar a vida do catalisador.

[003] Um tipo particular desses compostos, é o caso do oxalato amoniacal de nióbio que pode ser utilizado como precursor para a formação do NbO2OH, e por apresentar hidrofilicidade este permite que haja a formação de ligações com diversas espécies químicas, no qual possibilita a obtenção de materiais com diferentes aplicações como por exemplo, na área de recuperação óssea e controle de pH de superfícies dentárias, além de se comportar como um poderoso agente antimicrobiano.

[004] Os agentes sililantes compõem uma classe de espécies orgânicas com composição geral de R3SiX, sendo X a parte hidrofóbica e R o grupo hidrofílico da molécula capaz de modificar o NbO2OH por meio da formação de ligações covalentes irreversíveis, atribuindo alta estabilidade térmica, química e estrutural ao material formado.

[005] Nesse sentido, produtos a base de nióbio, incluindo os óxidos mistos modificados com agentes sililantes podem ser encontrados na literatura, porém, na maioria dos casos, os organossilanos são inseridos apenas no intuito de atribuir hidrofobicidade ao material, e assim, facilitar o processo da catálise heterogênea. No entanto, diferentemente do que é visto na literatura, esta patente reflete todo estudo desenvolvido na invenção de um novo produto constituído pelo oxihidróxido de nióbio modificado quimicamente com agentes sililantes para fins de ação antimicrobiana, podendo combater casos de infecção hospitalar que muitas vezes representam uma séria ameaça para a vida de muitos pacientes.

[006] Nesse segmento, com a visão voltada para uma justificativa sócio – econômica desta patente, vale ressaltar que, há diversos casos de contaminação e infecção hospitalar no Brasil.

[007] De acordo com os dados estatísticos fornecidos em 2019 pelo Ministério da Saúde, 14% das internações adquiriram infecção hospitalar, o que chama atenção não só dos governantes como também dos profissionais da saúde para a busca de medidas de conscientização envolvendo práticas de higiene eficazes na tentativa de minimizar esta problemática. Além de uma prática de higiene constante, o uso de um produto que venha garantir a segurança no que diz respeito a uma higienização ambiental mais rigorosa só vem a contribuir para o combate das infecções que muitas vezes se mostram fatais para aqueles que estão diariamente em ambientes que possam oferecer este risco.

[008] Nessa perspectiva, a patente reflete o desenvolvimento de um material inédito que elimina as possibilidades do crescimento de microrganismos como fungos e bactérias através de uma aplicação do produto nos locais que gerem risco de contaminação em locais hospitalares, em especial nos centros cirúrgicos e leitos, sendo estes os locais mais propícios para proliferação de contaminantes com riscos mais proeminentes.

[009] A presença do nióbio nesse novo material agrega mais valor a este mineral natural, podendo aquecer ainda mais a economia do país tendo em vista que, atualmente, o Brasil compra materiais como grafeno, nióbio e fósforo beneficiado onde a grama pode custar milhares de dólares. Todavia, é o primeiro produtor de nióbio do mundo, além de conter cerca de mais de 90% das jazidas de nióbio do mundo ainda não explorados. Isso evidencia que com o aumento de produção e a gestão governamental voltados para esta área esse tipo de patente apresenta maior relevância nacional e internacional.

[010] Corroborando com as particularidades dessa invenção, os objetivos da composição, método de produção, bem como a aplicação do óxihidroxido de nióbio modificado com agentes sililantes poderá futuramente ser mais explorado na área biomédica, mas já apresenta elevada importância para a ação antimicrobiana.

[011] Atualmente, técnicas foram patenteadas ou referenciadas na literatura utilizando sínteses de modificação ou funcionalização de nióbio, mas não há nenhum relato até o momento de algo que se assemelhe a síntese de óxihidroxido de nióbio modificado com agentes sililantes e principalmente mostrando o nióbio como agente antimicrobiano. As patentes mais próximas encontradas com métodos de preparo e produção de compostos são descritos a seguir.

[012] A patente PI9206195-8 reivindica o processo para produção de óxido de nióbio e se refere a um método para a preparação e recuperação de óxidos de metal de suas ligas ferrometálicas e ligas metálicas de níquel. Etapas exemplificativas do processo incluem a reação da liga com hidrogênio, seguida por subdivisão do produto hidretado e nitretação do material subdividido para formar nitretos de metal mistos. Os nitretos de metal mistos são então contactados com uma porção de lixívia de ácido aquoso para dissolver qualquer nitreto de ferro ou níquel presente. Os nitretos de metal insolúveis são então reagidos para formar o produto de óxido de metal.

[013] Algumas patentes envolvendo oxihidróxido de ferro foram encontradas, e nenhuma delas estabelece o processo de produção similar ao desta presente invenção. A patente de BR102017005907-3, reivindica o processo de obtenção de nanocompósitos magnéticos de oxihidróxido de ferro, produtos e uso, assim como a PI 0916586-0, que reivindica o uso de um sal de oxihidróxido da família dos hidróxidos duplos lamelares para o desenvolvimento e a fabricação de um elétrico capaz de armazenar energia elétrica e a da PI0516014-6 reivindica processo para a preparação de um material adsorvente contendo oxihidróxido de ferro, material adsorvente, e uso do mesmo. Mas todas as encontradas não mencionaram aplicações médicas ou biomédicas e tampouco ação antimicrobiana.

[014] Assim, com o intuito de solucionar tais problemas, desenvolveu-se a presente invenção, através da qual, intenciona-se a utilização de um novo tipo de nióbio capaz de adsorver outros íons devido a funcionalização e capaz de por si só ser um agente forte contra infecções por bactérias ou fungos. Além disso, por possuir um método de processamento simples, isento da necessidade de aplicação de aditivos na sua formulação, com matérias-primas de baixo custo, fáceis de se obter, a invenção apresenta potencial de aplicação em escala industrial para grandes empresas nacionais e internacionais ou oferta pelo Governo Federal, através do sistema único de saúde (SUS).

[015] Uma das possibilidades para a síntese de produção do novo material a base de óxihidroxido de nióbio modificado com agentes sililantes foi-se elaborado em etapas a síntese da modificação química do composto inorgânico: a) preparou-se o oxihidróxido de nióbio a partir do precursor, oxalato amoniacal de nióbio (NH4[NbO(C2O4)2(H2O)]n(H2O)n) em um béquer de 600 mL com uma concentração de 0,26 mol/L; b) titulou-se esta solução precursora com hidróxido de sódio (NaOH) à 1,0 mol/L até a suspensão atingir pH 7,0, sob agitação mecânica constante, à uma temperatura de 65°C; c) em seguida, a suspensão permaneceu armazenada a 70ºC durante 72 horas para maturação do oxihidróxido de nióbio formado, e, por fim, lavou-se o mesmo com água destilada, seguida de secagem e uniformização da granulometria do sólido; d) em um balão de três bocas dispersou-se 4g do oxihidróxido de nióbio em 100 mL de tolueno, sob constante agitação mecânica, em atmosfera de nitrogênio e a uma temperatura de 100ºC com condensador acoplado para resfriamento do sistema; e) em seguida, adicionou-se 5 mL do agente sililante 3- mercaptopropiltrimetoxissilano (MPTMS), e o sistema permaneceu em agitação durante 48h; f) após concluir o tempo determinado de reação, recolheu-se a suspensão em tubos falcon e centrifugou-se para separação do sólido resultante; g) durante a centrifugação lavou-se o material uma vez com tolueno e cinco vezes com etanol para eliminar o excesso de agente sililante que não incorporou-se ao oxihidróxido de nióbio; h) por fim, secou-se o material a uma temperatura de 70ºC durante 24 horas, seguida de secagem a 70ºC durante 24 horas, além disso, foi realizada a uniformização da granulometria.

[016] O resultado da presente invenção poderá ser melhor compreendido através das seguintes figuras em anexo, onde:

[017] A FIGURA 1a representa o processo da síntese do oxihidróxido de nióbio; enquanto que a FIGURA 1b corresponde à preparação do novo material a base deste composto de nióbio modificado com agentes sililantes para ação antimicrobiana.

[018] A FIGURA 2 representa o pó particulado obtido após todas as etapas da produção, cuja propriedade altamente hidrofóbica é evidenciada através da introdução do material em meio aquoso.

[019] A FIGURA 3 representa a estrutura química do material demonstrado pelos resultados da análise de espectroscopia de infravermelho.

[020] Com base nos resultados do infra-vermelho os espectros comprovam que o material se trata do oxihidróxido de nióbio através da presença das bandas características deste material e revela, também, o agente sililante associado através da banda espectral na região de 2925 cm-1 .

[021] A FIGURA 4 representa o resultado das placas contendo microrganismos do ensaio microbiológico onde há inibição do crescimento de fungos e bactérias tanto devido a presença do óxihidroxido de nióbio modificado como também pelo efeito dos agentes sililantes.

[022] A síntese é considerada de simples replicação e de baixo custo pois a preparação do material consiste apenas em duas etapas e com rendimento de 80% em massa.

[023] O pó resultante é hidrofóbico, fino, leve e pode ser compensado em blocos ou inserido em outros materiais ou estrutura de engenharia biomédica, garantindo a ausência de microrganismos no local aplicado, o que se torna fator fundamental quando se trata de materiais voltados para a área da saúde.

[024] Os microrganismos podem causar infecções piogênicas e ainda podem liberar toxinas relacionadas à permanência do patógeno no organismo, neste sentido, várias doenças humanas podem ser causadas frente a essas infecções. Para isso, medicamentos são amplamente estudados para evidenciar ação antimicrobiana. Neste sentido, os íons terapêuticos como cobre, prata e novos materiais como grafeno e nióbio podem apresentar inovação promissora para o combate na terapia antiinfecciosa.

[025] O teste padrão para avaliar o potencial antimicrobiano ou a inibição do crescimento microbiano proporcionado pelo pó do óxihidroxido de nióbio modificado com agentes sililantes, foi realizado o teste de susceptibilidade à difusão em disco de ágar. As bactérias e fungos foram cultivados fator de crescimento preparado de acordo com as recomendações de cada tipo de microrganismo. O inóculo foi feito com o método de crescimento e a turbidez foi ajustada para o padrão 0,5 McFarland usando um espectrofotômetro UV-VIS (Du - 8200 - Shanghai, China), que resultou em uma suspensão contendo aproximadamente 1,5 × 108 UFC / mL.

[026] Foram inoculados 300 µL em placas contendo ágar e mantidos em repouso ao redor da chama até secar. Em seguida, amostras em suspensão do pó do óxihidroxido de nióbio modificado com agentes sililantes colocadas em luz ultravioleta para eliminar possíveis microrganismos como forma de esterilizar as amostras e então, elas foram colocadas em placas de Petri e controles padronizados foram utilizados. As placas foram incubadas por 24h a 37°C (SL-101, Solab - Brasil). Finalmente, a inibição do crescimento foi analisada e as placas fotografadas como mostra a Figura 4.

[027] Na Figura 4 é possível observar que as placas de Petri permaneceram transparentes, isto indica que os microrganismos não cresceram nas placas, o que demonstra de o óxidohidroxido de nióbio foi efetivo na inibição do crescimento das bactérias e fungos. As placas foram mantidas por mais 12 dias contínuos em estufa e os microrganismos continuaram a não se proliferarem, o que indica a morte de 100% destes.

[028] Isso sugere que este tipo de material pode ser utilizado para infecções graves como as hospitalares até como um uso antibiótico em pacientes com patologias graves, em doses mais brandas podem ser usados na área odontológica ou como agentes no controle de doenças infecciosas em animais.

Claims (7)

1. “Produto com ação antimicrobiana a partir do oxihidróxido de nióbio e seus sólidos modificados” caracterizado por seguir as seguintes etapas para a síntese: a) preparou-se o oxihidróxido de nióbio a partir do precursor, oxalato amoniacal de nióbio (NH4[NbO(C2O4)2(H2O)]n(H2O)n) em um béquer de 600 mL com uma concentração de 0,26 mol/L; b) titulou-se esta solução precursora com hidróxido de sódio (NaOH) à 1,0 mol/L até a suspensão atingir pH 7,0, sob agitação mecânica constante, à uma temperatura de 65°C; c) em seguida, a suspensão permaneceu armazenada a 70ºC durante 72 horas para maturação do oxihidróxido de nióbio formado, e, por fim, lavou-se o mesmo com água destilada, seguida de secagem e uniformização da granulometria do sólido; d) em um balão de três bocas dispersou-se 4g do oxihidróxido de nióbio em 100 mL de tolueno, sob constante agitação mecânica, em atmosfera de nitrogênio e a uma temperatura de 100ºC com condensador acoplado para resfriamento do sistema; e) em seguida, adicionou-se 5 mL do agente sililante 3- mercaptopropiltrimetoxissilano (MPTMS), e o sistema permaneceu em agitação durante 48h; f) após concluir o tempo determinado de reação, recolheu-se a suspensão em tubos falcon e centrifugou-se para separação do sólido resultante; g) durante a centrifugação lavou-se o material uma vez com tolueno e cinco vezes com etanol para eliminar o excesso de agente sililante que não incorporou-se ao oxihidróxido de nióbio; h) por fim, secou-se o material a uma temperatura de 70ºC durante 24 horas, seguida de secagem a 70ºC durante 24 horas, além disso, foi realizada a uniformização da granulometria.
2. “Produto com ação antimicrobiana a partir do oxihidróxido de nióbio e seus sólidos modificados”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do material ser produzido de maneira simples, apresentando alto rendimento percentual e baixo custo com o uso de agentes sililantes.
3. “Produto com ação antimicrobiana a partir do oxihidróxido de nióbio e seus sólidos modificados”, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo nióbio adsorver outros íons como metálicos e adquirir uma estrutura estável com oxigênios e hidroxilas ligadas covalentemente em agentes sililantes.
4. “Produto com ação antimicrobiana a partir do oxihidróxido de nióbio e seus sólidos modificados”, de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado pelo fato de agir como antimicrobiano, contra bactérias, fungos e demais agentes promotores de infecções.
5. “Produto com ação antimicrobiana a partir do oxihidróxido de nióbio e seus sólidos modificados”, de acordo com as reivindicações 1, 2, 3 e 4, caracterizado por ser elaborado como pó ou suspensão coloidal ou como composto de micro-nanoestruturas ou em forma de fibras, partículas, espumas, esponjas, filmes, géis e tubos.
6. “Produto com ação antimicrobiana a partir do oxihidróxido de nióbio e seus sólidos modificados”, de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4 e 5, caracterizado pelo uso como agente atimicrobiano para aplicação tópica, bandagens, suspensão oral e intravenosa.
7. “Produto com ação antimicrobiana a partir do oxihidróxido de nióbio e seus sólidos modificados”, de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 e 6, caracterizado pelo uso como materiais compósitos ou híbridos com oxihidróxido de nióbio modificado com agentes sililantes; como materiais restauradores e materiais odontológicos ou na composição de híbridos ou compósitos de biomateriais restauradores, de revestimento, ou para qualquer aplicação odontológica e na indústria de cosméticos; como fármaco, agente antimicrobiano, vermicida, fungicida, bactericida e para ação antimicrobiana em aplicação em feridas de animais de grande e pequeno porte; como revestimento em ambiente de risco bacteriológico ou, ainda, como filtro e vestimentas para evitar o contato com microrganismos em áreas de risco ambiental.

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