BR102020020907A2

BR102020020907A2 - Antiviral surface functionalization process

Info

Publication number: BR102020020907A2
Application number: BR102020020907-8A
Authority: BR
Inventors: Marisa Masumi Beppu; Clarice Weis Arns; João Batista Maia Rocha Neto; Rogério Aparecido Bataglioli; Amanda Barbosa Garcia; Laise Maia Lopes; Guilherme Bedeschi Calais
Original assignee: Universidade Estadual De Campinas - Unicamp
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2022-04-26

Abstract

A presente invenção se refere a um processo de recobrimento de equipamentos de proteção individual com spray para conferir propriedades virucidas aos mesmos. A presente invenção possui aplicação na indústria de produção de equipamentos de proteção individual (EPIs), principalmente contra a COVID-19.

The present invention relates to a process for coating personal protective equipment with spray to confer virucidal properties thereon. The present invention has application in the personal protective equipment (PPE) production industry, mainly against COVID-19.

Description

ANTIVIRAL FUNCTIONALIZATION PROCESS OF SURFACES

field of invention

[001] A presente invenção se refere a um processo de funcionalização antiviral de superfícies, tal como equipamento de proteção individual, conferindo propriedades virucidas aos mesmos.[001] The present invention refers to a process of antiviral functionalization of surfaces, such as personal protective equipment, conferring virucidal properties to them.

[002] A área de aplicação da presente invenção é a engenharia química e de produção de materiais onde o recobrimento de variadas superfícies orgânicas permite a inativação do Coronavírus cepa MHV-3.[002] The area of application of the present invention is chemical engineering and production of materials where the coating of various organic surfaces allows the inactivation of the Coronavirus strain MHV-3.

Fundamentals of the invention:

[003] O uso da técnica de spray tem possibilitado consideráveis avanços na funcionalização de superfícies nos últimos anos. No entanto, a técnica possui algumas limitações em relação ao preparo das soluções utilizadas, pois, comumente, o uso de solventes orgânicos e condições supercríticas são empregados para manter a estabilidade das mesmas. Diante disso, o desenvolvimento de materiais biocompatíveis com propriedades virucidas, por exemplo, representa um grande desafio. Nesse contexto, a utilização de polímeros naturais para a funcionalização de superfícies garante uma série de vantagens em processos biotecnológicos, por exemplo, biocompatibilidade, baixa toxicidade e biodegradabilidade.[003] The use of the spray technique has enabled considerable advances in surface functionalization in recent years. However, the technique has some limitations in relation to the preparation of the solutions used, since, commonly, the use of organic solvents and supercritical conditions are used to maintain their stability. Therefore, the development of biocompatible materials with virucidal properties, for example, represents a great challenge. In this context, the use of natural polymers for surface functionalization guarantees a series of advantages in biotechnological processes, for example, biocompatibility, low toxicity and biodegradability.

[004] O artigo de Borkow & Gabbay, 2004 se refere à impregnação do cobre diretamente nas fibras do material a ser funcionalizado, enquanto a presente patente permite a funcionalização de superfícies de uma ampla variedade de materiais. O artigo destacado faz uso de galvanização para a impregnação do cobre catiônico às fibras de algodão, usadas para a produção dos materiais antivirais. Este processo utiliza reagentes de alto custo (cloreto de paládio) e alta periculosidade (formaldeído).[004] The article by Borkow & Gabbay, 2004 refers to the impregnation of copper directly into the fibers of the material to be functionalized, while the present patent allows the functionalization of surfaces of a wide variety of materials. The featured article makes use of galvanization for the impregnation of cationic copper to cotton fibers, used for the production of antiviral materials. This process uses expensive (palladium chloride) and highly hazardous (formaldehyde) reagents.

[005] Adicionalmente, o artigo Taketa & Beppu, 2014 descreve o desenvolvimento de filmes multicamadas usando a técnica Layer-by-layer (LbL), onde um dos polieletrólitos usados para a formação do filme é o alginato de sódio. Enquanto isso, a presente patente faz uso do alginato de sódio como um dos componentes de uma formulação para funcionalizar superfícies e conferir a estas propriedades antivirais, sem uso de multicamadas poliméricas via LbL. Uma limitação encontrada no referido artigo é que ele descreve a formação dos filmes em substratos de vidro, não deixando claro se outras superfícies são também funcionalizáveis com os polieletrólitos usados.[005] Additionally, the article Taketa & Beppu, 2014 describes the development of multilayer films using the Layer-by-layer (LbL) technique, where one of the polyelectrolytes used for film formation is sodium alginate. Meanwhile, the present patent makes use of sodium alginate as one of the components of a formulation to functionalize surfaces and confer these antiviral properties, without using polymeric multilayers via LbL. A limitation found in that article is that it describes the formation of films on glass substrates, not making it clear whether other surfaces are also functionalizable with the polyelectrolytes used.

[006] O documento patentário CN105707125, intitulado "Anti-haze spray for improving haze filtering capacity of mask", traz o uso de spray contendo de alginato de sódio e sulfato de cobre para aplicação em máscaras. O documento utiliza carboximetilquitosana, alginato de sódio, glicerina, sulfato de cobre, lisozima e ácido dietilenotriamina penta acético em sua composição. Já a presente invenção utiliza apenas formulações a base de um biopolímero e sulfato de cobre, além de uma camada de impermeabilizante à base de silicone. O objetivo do spray relatado no documento patentário é melhorar a capacidade de uma máscara em filtrar partículas do ar, reduzindo a formação de névoa, enquanto a tecnologia proposta aqui tem como objetivo inativar o vírus SARS-CoV-2 (Covid-19). A tecnologia descrita no documento patentário possui formulação química bastante complexa, contendo compostos que podem causar prejuízos à saúde. Por exemplo, o ácido dietilenotriamina penta acético (classificação health hazard GHS08) pode causar séria irritação nos olhos e danos em fetos e em órgãos em caso de exposição prolongada ou repetitivamente. Por conter menos componentes em sua composição, a invenção proposta é comercialmente mais interessante dos pontos de vista econômico e ambiental. O processo de impregnação da superfície proposto é baseado em aplicação spray (sem a necessidade de pressurização da solução), o que o torna mais versátil e de fácil aplicação.[006] Patent document CN105707125, entitled "Anti-haze spray for improving haze filtering capacity of mask", brings the use of spray containing sodium alginate and copper sulfate for application in masks. The document uses carboxymethyl chitosan, sodium alginate, glycerin, copper sulfate, lysozyme and diethylenetriamine pentaacetic acid in its composition. The present invention, on the other hand, uses only formulations based on a biopolymer and copper sulfate, in addition to a silicone-based waterproofing layer. The purpose of the spray reported in the patent document is to improve a mask's ability to filter particles from the air, reducing the formation of mist, while the technology proposed here aims to inactivate the SARS-CoV-2 (Covid-19) virus. The technology described in the patent document has a very complex chemical formulation, containing compounds that can cause damage to health. For example, diethylenetriamine pentaacetic acid (health hazard classification GHS08) can cause serious eye irritation and damage to fetuses and organs with prolonged or repeated exposure. As it contains fewer components in its composition, the proposed invention is commercially more interesting from an economic and environmental point of view. The proposed surface impregnation process is based on spray application (without the need to pressurize the solution), which makes it more versatile and easy to apply.

[007] A referência patentária CN205108439, intitulada "Atomizing facial mask", traz o ensinamento do uso de alginato de sódio para estabilizar solução de spray e melhorar a fixação do material, essa referência se refere a um dispositivo que avalia a umidade e oleosidade da pele por uma lâmina de cobre e que conta com um compartimento que pulveriza alginato de sódio formando um filme facial para tratamento da pele (skin care). Nesse dispositivo, o cobre e o alginato de sódio não estão em contato. Contrariamente, em uma das formulações da presente invenção, uma solução de alginato de sódio e sal de cobre é utilizada para recobrir uma superfície, por meio da formação de um filme para conferir a este potencial antiviral. Não há qualquer relação em termos de formulação, método de preparo e aplicação entre o documento patentário CN205108439 e a presente invenção, sendo que a formulação descrita no documento patentário não contém cobre disperso na sua forma iônica em alginato, tampouco apresenta alguma propriedade antimicrobiana.[007] Patent reference CN205108439, entitled "Atomizing facial mask", teaches the use of sodium alginate to stabilize spray solution and improve material fixation, this reference refers to a device that evaluates the moisture and oiliness of the skin by a copper sheet and which has a compartment that sprays sodium alginate forming a facial film for skin care. In this device, copper and sodium alginate are not in contact. Contrarily, in one of the formulations of the present invention, a solution of sodium alginate and copper salt is used to coat a surface, through the formation of a film to confer this antiviral potential. There is no relationship in terms of formulation, method of preparation and application between the patent document CN205108439 and the present invention, and the formulation described in the patent document does not contain copper dispersed in its ionic form in alginate, nor does it have any antimicrobial properties.

[008] A referência patentária CN111235871, intitulada "Antiviral filter layer prepared from copper-containing chitosan fiber and application thereof", apresenta o uso de fibras de quitosana com sais de cobre para fabricação de tecidos com atividade antiviral. Nessa referência o material utilizado é uma fibra de quitosana que, após contato com sais de cobre, é colocada em uma máscara, enquanto a tecnologia proposta na presente invenção pulveriza soluções de polímeros diferentes, como alginato de sódio com sal de cobre para funcionalizar uma superfície. A invenção presente no documento CN111235871 faz uso de solventes orgânicos, tornando-a pouco atrativa do ponto de vista ambiental. Ademais, o referido documento não traz informações sobre a efetividade antiviral do material, isto é, o quanto o material produzido consegue reduzir a carga viral, apresentando apenas informações sobre a capacidade de filtragem. A invenção proposta no presente pedido de patente tem uma metodologia mais simples, contendo menos etapas de preparo e sem uso de solventes orgânicos. Além disso, possui versatilidade suficiente para permitir a funcionalização de diversas superfícies. E já demonstrou, quantitativamente, o potencial de inativação do covid-19 em máscaras funcionalizadas com a formulação estudada.[008] Patent reference CN111235871, entitled "Antiviral filter layer prepared from copper-containing chitosan fiber and application thereof", presents the use of chitosan fibers with copper salts to manufacture fabrics with antiviral activity. In this reference, the material used is a chitosan fiber that, after contact with copper salts, is placed in a mask, while the technology proposed in the present invention sprays solutions of different polymers, such as sodium alginate with copper salt to functionalize a surface. . The invention in document CN111235871 makes use of organic solvents, making it unattractive from an environmental point of view. In addition, the aforementioned document does not provide information on the antiviral effectiveness of the material, that is, how much the material produced can reduce the viral load, presenting only information on the filtering capacity. The invention proposed in the present patent application has a simpler methodology, containing fewer preparation steps and without the use of organic solvents. In addition, it has enough versatility to allow the functionalization of different surfaces. And it has already demonstrated, quantitatively, the potential for inactivation of covid-19 in masks functionalized with the formulation studied.

[009] Adicionalmente o documento patentário CN109433264, intitulado "A kind of preparation method of silica and graphene oxide enhancing copper alginate aerosol catalytic" revela um método de uso de alginato de sódio para a produção de aerossol. O documento se refere a um aerossol catalítico preparado com alginato de sódio, cloreto de cobre, sílica e óxido de grafeno. A solução é preparada e liofilizada para ser então utilizada. Já a tecnologia proposta na presente invenção tem formulações diferentes, uma delas utilizando basicamente alginato de sódio e sulfato de cobre. A solução é pulverizada diretamente na máscara sem a necessidade da etapa de liofilização. O documento patentário CN109433264 não traz informações sobre o caráter antiviral do produto descrito. A formulação descrita no documento faz uso de reagentes que podem ser prejudiciais à saúde, como o ortosilicato de tretaetilo. Esse reagente pode causar irritação ocular grave e prejuízo às vias respiratórias quando inalado. Por outro lado, a formulação química proposta na presente invenção é mais simples e utiliza um sal de cobre de menor custo. Ao contrário do documento CN109433264, a tecnologia proposta aqui oferece um método simples (via spray) para funcionalização de superfícies, conferindo a estas um caráter antiviral já comprovado.[009] Additionally patent document CN109433264, entitled "A kind of preparation method of silica and graphene oxide enhancing copper alginate catalytic aerosol" discloses a method of using sodium alginate for aerosol production. The document refers to a catalytic aerosol prepared with sodium alginate, copper chloride, silica and graphene oxide. The solution is prepared and lyophilized for use. The technology proposed in the present invention has different formulations, one of them basically using sodium alginate and copper sulfate. The solution is sprayed directly onto the mask without the need for a freeze-drying step. Patent document CN109433264 does not provide information on the antiviral character of the described product. The formulation described in the document makes use of reagents that can be harmful to health, such as tretaethyl orthosilicate. This reagent can cause serious eye irritation and airway damage when inhaled. On the other hand, the chemical formulation proposed in the present invention is simpler and uses a lower cost copper salt. Unlike document CN109433264, the technology proposed here offers a simple method (via spray) for surface functionalization, giving them an already proven antiviral character.

[0010] A referência patentária US9913476B2, intitulada "Antimicrobial articles of manufacture produced from masterbatches", traz o método para produção de materiais antimicrobianos com sais de cobre para fabricação de tecidos. A invenção descreve, de forma bem ampla, o uso de partículas funcionalizadas com sais de cobre com valência +1 como um aditivo que confere propriedades antimicrobianas aos materiais a serem empregados para a fabricação de itens manufaturados e produtos. Comparada à presente invenção, o documento US9913476B2 propõe, conforme destacado nas colunas 108-109 do documento: (a) produção de partículas funcionalizadas por diferentes tecnologias, contendo cobre em sua superfície, ou em seus poros, (b) o uso de sais a base de Cu(I), com ênfase no CuI, CuBr, CuCl, CuCN, e suas combinações com sais de metais alcalinos e iodeto, (c) o uso de uma concentração de cobre entre 1-15 % (m/m), (d) além do uso das partículas na forma de aditivos. A tecnologia proposta na presente invenção propõe: (a) o uso do cobre disperso em solução de biopolímero na forma de íon, e não imobilizado em partícula, (b) o uso de um sal de CuSO4, ou seja com o cobre em sua forma bivalente, Cu(II), diferente daquela que a patente US9913476B2 reivindica, (c) o uso de uma faixa de concentração de cobre entre 0,15% e 1,50% (m/v) e (d) a aplicação direta da formulação na superfície a ser recoberta. Apesar de ampla, a referência US9913476B2 não apresenta nenhum experimento que destaque o caráter antiviral do material proposto. Resta ainda se o caráter antimicrobiano decorre da ação do cobre ou do iodeto, cuja ação antimicrobiana também é reconhecida. As elevadas concentrações de cobre (de 5 à 500 vezes maior que a tecnologia proposta), a necessidade do uso de partículas carreadoras de cobre e seu uso como aditivo podem limitar o uso destes materiais do ponto de vista econômico, ambiental e de processamento, para todos os itens destacados. A invenção proposta aqui se diferencia pelo (i) baixo custo, sendo produzida a partir de um sal de cobre de baixo custo, amplamente utilizado na agricultura, e de um biopolímero abundante, ambos utilizados em meio aquoso em concentrações inferiores à 0,2% (m/v), sem a necessidade de qualquer método preliminar de síntese e funcionalização de material particulado; (ii) pela atividade antiviral comprovada, sendo que os resultados obtidos indicam a inativação de 99% a 99,999% do coronavírus (cepa MHV-3), após o contato imediato com máscaras descartáveis funcionalizadas com a formulação proposta; (iii) pela aplicação direta da formulação, sendo que a aplicação do produto à superfície é feita a partir de soluções muito diluídas, sendo mantidas as propriedades microscópicas e a forma de processamento da superfície recoberta.[0010] Patent reference US9913476B2, entitled "Antimicrobial articles of manufacture produced from masterbatches", describes the method for producing antimicrobial materials with copper salts for fabric manufacture. The invention very broadly describes the use of particles functionalized with copper salts with valence +1 as an additive that imparts antimicrobial properties to materials to be used for the manufacture of manufactured items and products. Compared to the present invention, the document US9913476B2 proposes, as highlighted in columns 108-109 of the document: (a) production of particles functionalized by different technologies, containing copper on its surface or in its pores, (b) the use of salts at based on Cu(I), with emphasis on CuI, CuBr, CuCl, CuCN, and their combinations with alkali metal salts and iodide, (c) the use of a copper concentration between 1-15% (m/m), (d) in addition to the use of the particles in the form of additives. The technology proposed in the present invention proposes: (a) the use of copper dispersed in a biopolymer solution in the form of an ion, and not immobilized in a particle, (b) the use of a CuSO4 salt, that is, with copper in its bivalent, Cu(II), different from the patent US9913476B2 claims, (c) the use of a range of copper concentration between 0.15% and 1.50% (m/v) and (d) the direct application of formulation on the surface to be coated. Despite being broad, the reference US9913476B2 does not present any experiment that highlights the antiviral character of the proposed material. It remains to be seen whether the antimicrobial character results from the action of copper or iodide, whose antimicrobial action is also recognized. The high concentrations of copper (from 5 to 500 times greater than the proposed technology), the need to use copper carrier particles and their use as an additive may limit the use of these materials from an economic, environmental and processing point of view, for all highlighted items. The invention proposed here is distinguished by (i) low cost, being produced from a low-cost copper salt, widely used in agriculture, and an abundant biopolymer, both used in aqueous media at concentrations below 0.2% (m/v), without the need for any preliminary method of synthesis and functionalization of particulate material; (ii) the proven antiviral activity, and the results obtained indicate the inactivation of 99% to 99.999% of the coronavirus (MHV-3 strain), after immediate contact with disposable masks functionalized with the proposed formulation; (iii) by direct application of the formulation, the application of the product to the surface being made from very diluted solutions, maintaining the microscopic properties and the way of processing the coated surface.

[0011] Recentemente, vêm sendo veiculadas novas tecnologias que empregam nanopartículas de prata em tecidos para a inativação do Covid-19. O uso de condições supercríticas e materiais à base de compostos fenólicos são aspectos que limitam o emprego desta tecnologia dos pontos de vista ambiental e de aplicabilidade, assim como as incertezas em torno do uso de materiais de nanométricos e o alto custo dos sais de prata podem, respectivamente, diminuir o apelo ambiental e o alcance social desta tecnologia.[0011] Recently, new technologies have been published that employ silver nanoparticles in fabrics for the inactivation of Covid-19. The use of supercritical conditions and materials based on phenolic compounds are aspects that limit the use of this technology from an environmental and applicability point of view, as well as the uncertainties surrounding the use of nanometric materials and the high cost of silver salts can , respectively, decrease the environmental appeal and social reach of this technology.

[0012] Diante dos principais problemas encontrados no estado da técnica, dentre eles, o uso de produtos tóxicos para o ser humano e para o meio ambiente e a dificuldade de impregnar superfícies orgânicas com solução virucida, a presente invenção traz como vantagens o fato do processo proposto conter menos etapas em sua execução, e o uso de componentes não tóxicos, sendo comercialmente e ambientalmente mais atrativa. Adicionalmente, o processo de impregnação da superfície proposto é baseado em aplicação spray, sem a necessidade de pressurização da solução, podendo ainda ser realizado por imersão dos equipamentos de proteção individual (EPIs) em solução (dipping), o que o torna a técnica ainda mais versátil e de fácil aplicação.[0012] In view of the main problems encountered in the state of the art, among them, the use of toxic products for humans and the environment and the difficulty of impregnating organic surfaces with a virucidal solution, the present invention has the advantages of the fact that The proposed process contains fewer steps in its execution, and the use of non-toxic components, being commercially and environmentally more attractive. Additionally, the surface impregnation process proposed is based on spray application, without the need to pressurize the solution, and can also be carried out by immersing personal protective equipment (PPE) in solution (dipping), which makes the technique even more effective. more versatile and easier to apply.

Brief description of the invention

[0013] A presente invenção se refere a um processo de funcionalização antiviral de superfícies, tal como equipamento de proteção individual, conferindo propriedades virucidas aos mesmos.[0013] The present invention refers to a process of antiviral functionalization of surfaces, such as personal protective equipment, conferring virucidal properties to them.

[0014] A presente invenção compreende um processo composto por uma solução aquosa preparada em três diferentes formulações, que contêm: sulfato de cobre e a) alginato de sódio, ou b) gelatina de pele suína ou c) colágeno hidrolisado, capazes de conferir propriedades virucidas às superfícies funcionalizadas via spray. O uso do sulfato de cobre, um reagente de fácil acesso e baixo custo, amplia o alcance social da patente. Já o uso dos biopolímeros alginato de sódio, ou gelatina de pele suína ou colágeno hidrolisado confere propriedades atóxicas e biocompatíveis ao material. Por sua vez, o processo de recobrimento se dá pelo método de spray ou de imersão, em condições de temperatura e pressão ambientes e sem a necessidade de solventes orgânicos, garantindo a fácil aplicabilidade dos recobrimentos com impacto ambiental reduzido.[0014] The present invention comprises a process composed of an aqueous solution prepared in three different formulations, which contain: copper sulfate and a) sodium alginate, or b) porcine skin gelatin or c) hydrolyzed collagen, capable of conferring properties virucidal to surfaces functionalized via spray. The use of copper sulfate, an easily accessible and low-cost reagent, expands the social reach of the patent. The use of sodium alginate biopolymers, or porcine skin gelatin or hydrolyzed collagen, confers non-toxic and biocompatible properties to the material. In turn, the coating process is carried out by the spray or immersion method, under ambient temperature and pressure conditions and without the need for organic solvents, ensuring the easy applicability of coatings with reduced environmental impact.

Brief description of figures

[0015] A Figura 1 mostra um esquema com as principais etapas do processo da presente invenção para a funcionalização por spray de uma máscara de proteção individual composta por fibras polipropileno.[0015] Figure 1 shows a schematic with the main steps of the process of the present invention for the spray functionalization of a personal protective mask composed of polypropylene fibers.

[0016] A Figura 2 apresenta imagens de microscopia eletrônica de máscaras descartáveis de fibras de polipropileno antes (2A) e depois (2B) da funcionalização com solução aquosa de alginato de sódio (0,05%) e sulfato de cobre de concentração 60 mM.[0016] Figure 2 shows electron microscopy images of disposable masks made of polypropylene fibers before (2A) and after (2B) the functionalization with aqueous solution of sodium alginate (0.05%) and copper sulfate of concentration 60 mM .

Detailed description of the invention

[0017] A presente invenção se refere a um processo de funcionalização antiviral de superfícies, tal como equipamento de proteção individual, conferindo propriedades virucidas aos mesmos.[0017] The present invention refers to a process of antiviral functionalization of surfaces, such as personal protective equipment, conferring virucidal properties to them.

[0018] O processo compreende as seguintes etapas:

a) tratar a superfície a ser funcionalizada;
b) recobrir a superfície com solução antiviral;
c) secar a superfície a 60°C por 15 minutos;
d) repetir as etapas (b) e (c) por pelo menos três vezes; e
e) recobrir a superfície com solução impermeabilizante por atomização por cerca de 1 a 3 segundos.

[0018] The process comprises the following steps:

a) treat the surface to be functionalized;
b) covering the surface with an antiviral solution;
c) drying the surface at 60°C for 15 minutes;
d) repeating steps (b) and (c) at least three times; and
e) coat the surface with a spray waterproofing solution for about 1 to 3 seconds.

[0019] O tratamento da superfície (etapa a) a ser funcionalizada é realizado em atmosfera de plasma com oxigênio a uma pressão de 1,6 bar, durante 10 minutos.[0019] The surface treatment (step a) to be functionalized is carried out in a plasma atmosphere with oxygen at a pressure of 1.6 bar for 10 minutes.

[0020] A solução antiviral é formulada em meio aquoso a base de sulfato de cobre com concentração entre 30 e 240 mM e um biopolímero. O biopolímero pode ser selecionado entre alginato de sódio, gelatina de pele suína ou colágeno hidrolisado, em uma concentração entre 0,05% e 0,50% m/v.[0020] The antiviral solution is formulated in an aqueous medium based on copper sulfate with a concentration between 30 and 240 mM and a biopolymer. The biopolymer can be selected from sodium alginate, porcine skin gelatin or hydrolyzed collagen, in a concentration between 0.05% and 0.50% w/v.

[0021] O recobrimento da superfície (etapa b) com solução antiviral pode ser executado das seguintes formas:

- adicionar a solução de sulfato de cobre à solução de isopropílico biopolímero em proporção entre 10:1 e 1:1 v/v e manter em agitação entre 50 e 100 RPM por um período entre 12h e 24h, protegida da luz e sob condições de temperatura e pressão ambientes; aplicar a formulação à superfície de forma homogênea; ou
- aplicar a solução de sulfato de cobre e de biopolímero de forma alternada na superfície de forma homogênea;

[0021] Surface coating (step b) with antiviral solution can be performed in the following ways:

- add the copper sulfate solution to the isopropyl biopolymer solution in a proportion between 10:1 and 1:1 v/v and keep stirring between 50 and 100 RPM for a period between 12h and 24h, protected from light and under temperature conditions and pressure environments; apply the formulation to the surface evenly; or
- apply the copper sulfate and biopolymer solution alternately on the surface evenly;

[0022] A solução impermeabilizante é uma solução alcoólica de siloxanos polimerizados, (silicones, e.g. polidimetilsiloxano) a 2,30% ± 0,2% m/m.[0022] The waterproofing solution is an alcoholic solution of polymerized siloxanes, (silicones, e.g. polydimethylsiloxane) at 2.30% ± 0.2% m/m.

Example of implementation

[0023] O processo da presente invenção foi aplicado sobre superfícies de máscaras descartáveis de polipropileno empregando uma formulação em meio aquoso a base de sulfato de cobre (30 - 240 mM) e a) alginato de sódio, ou b) gelatina de pele suína ou c) colágeno hidrolisado (0,05% m/v - 0,50% m/v) aplicado pela técnica de spray.[0023] The process of the present invention was applied on the surfaces of disposable polypropylene masks employing a formulation in aqueous medium based on copper sulfate (30 - 240 mM) and a) sodium alginate, or b) porcine skin gelatin or c) hydrolyzed collagen (0.05% w/v - 0.50% w/v) applied by the spray technique.

[0024] A funcionalização confere um caráter virucida à superfície dos EPI's. A formulação é preparada a partir da 1) adição, gota-a-gota e sob agitação, de uma solução de sulfato de cobre à uma solução de a) alginato de sódio, ou b) gelatina de pele suína ou c) colágeno hidrolisado (em uma proporção de 10:1 a 1:1 v/v), no intuito de garantir a homogeneidade da solução final. A formulação é mantida sob agitação em um agitador magnético, a 100 RPM por 12 h, protegida da luz e sob condições de temperatura e pressão ambientes; 2) a aplicação alternada da solução de sulfato de cobre e da solução de um dos biopolímeros. As máscaras são tratadas em um Plasma Cleaner, em atmosfera enriquecida com oxigênio (1,6 bar), durante 10 minutos, logo antes da etapa de funcionalização. As máscaras são fixadas em uma superfície, aplicando homogeneamente, 6 borrifadas da formulação sob uma área de 200 cm2 da máscara, seguidas por uma etapa de secagem em estufa a 60 °C por 15 minutos. Este ciclo é repetido três vezes.[0024] The functionalization confers a virucidal character to the surface of the PPE's. The formulation is prepared by 1) adding, dropwise and with stirring, a solution of copper sulfate to a solution of a) sodium alginate, or b) porcine skin gelatin or c) hydrolyzed collagen ( in a ratio of 10:1 to 1:1 v/v), in order to guarantee the homogeneity of the final solution. The formulation is kept under stirring on a magnetic stirrer, at 100 RPM for 12 h, protected from light and under conditions of ambient temperature and pressure; 2) alternating application of the copper sulfate solution and the solution of one of the biopolymers. The masks are treated in a Plasma Cleaner, in an atmosphere enriched with oxygen (1.6 bar), for 10 minutes, just before the functionalization step. The masks are fixed to a surface by homogeneously applying 6 sprays of the formulation over a 200 cm2 area of the mask, followed by an oven drying step at 60 °C for 15 minutes. This cycle is repeated three times.

[0025] Ao final, a superfície é recoberta por atomização com um agente impermeabilizante comercial à base de silicone e armazenada em um dessecador para a realização dos testes biológicos. Os ensaios biológicos foram realizados em laboratório NB-2 (Biosafety Level 2), seguindo as recomendações da ANVISA Art. 1 e Art. 3 da IN 04/13 e IN 12/16 e metodologias descritas nas normas (EN1447 6:2019, ASTM E1053 - 11 e do Instituto Robert Koch - RKI) e obedecendo as Boas Práticas de Laboratório (BPL).[0025] At the end, the surface is covered by spraying with a commercial silicone-based waterproofing agent and stored in a desiccator for biological tests. The biological assays were carried out in a NB-2 laboratory (Biosafety Level 2), following the recommendations of ANVISA Art. 1 and Art. 3 of IN 04/13 and IN 12/16 and methodologies described in the standards (EN1447 6:2019, ASTM E1053 - 11 and the Robert Koch Institute - RKI) and complying with Good Laboratory Practices (GLP).

[0026] Os testes foram realizados em quadruplicata biológica com Coronavírus cepa MHV-3, Gênero Betacoronavírus (mesmo gênero dos SARS-1-CoV, MERS e Covid-19). Os resultados obtidos indicam que a formulação foi capaz de inibir de 99% a 99,999% a replicação do Coronavírus-Cepa-MHV3 após o contato por tempo igual ou inferior a 5 minutos com a superfície funcionalizada, acompanhado de uma redução da infectividade viral, o que evidencia o caráter virucida do material.[0026] The tests were performed in biological quadruplicate with Coronavirus strain MHV-3, Betacoronavirus Genus (same genus as SARS-1-CoV, MERS and Covid-19). The results obtained indicate that the formulation was able to inhibit from 99% to 99.999% the replication of the Coronavirus-Strain-MHV3 after contact for a time equal to or less than 5 minutes with the functionalized surface, accompanied by a reduction in viral infectivity, the which demonstrates the virucidal character of the material.

Tests and results

[0027] Na Figura 2, são apresentadas imagens de microscopia eletrônica das máscaras de polipropileno antes (Fig.2A) e depois (2B) da funcionalização com o ativo via spray. É possível observar uma clara mudança em sua morfologia, especialmente na espessura dos fios da máscara, com a deposição da solução aquosa de alginato de sódio e sulfato de cobre (Fig.2B).[0027] In Figure 2, electron microscopy images of the polypropylene masks are presented before (Fig.2A) and after (2B) the functionalization with the active via spray. It is possible to observe a clear change in its morphology, especially in the thickness of the mask wires, with the deposition of the aqueous solution of sodium alginate and copper sulfate (Fig.2B).

[0028] Na Tabela 1 são exibidos os resultados dos testes biológicos com Coronavírus (Cepa MHV-3). Realizados por contato do tecido com o meio viral em tempo igual ou menor a 5 minutos, os testes simulam uma situação cotidiana de contágio e proliferação do coronavírus.

Tabela 1. Resultados dos ensaios com Coronavírus (Cepa MHV-3) para máscaras de polipropileno funcionalizadas com soluções aquosas de diferentes concentrações de biopolímero e sulfato de cobre (CuSO4). Também foi avaliada a influência do impermeabilizante à base de silicone na atividade virucida das máscaras. Máscara revestida pelo primeiro (1) ou segundo (2) processo. * Concentrações de alginato e de CuSO4 antes da combinação dos materiais in loco.[0028] Table 1 shows the results of biological tests with Coronavirus (Strain MHV-3). Performed by tissue contact with the viral medium in a time equal to or less than 5 minutes, the tests simulate a daily situation of contagion and proliferation of the coronavirus.

Table 1. Results of tests with Coronavirus (Strain MHV-3) for polypropylene masks functionalized with aqueous solutions of different concentrations of biopolymer and copper sulfate (CuSO4). The influence of the silicone-based waterproofing agent on the virucidal activity of the masks was also evaluated. Mask coated by the first (1) or second (2) process. *Alginate and CuSO4 concentrations prior to in situ material combination.

[0029] Os resultados apontam que os materiais funcionalizados com os recobrimentos de alginato apresentam um potencial de 99% de inativação imediata do coronavírus, podendo atingir 99,99% em 5 minutos de contato. Destaca-se que maiores tempos de contato entre o vírus e a máscara podem resultar níveis de inativação superiores ao nível reportado neste documento. O cobre em solução pode interagir com alguns biopolímeros, gerando uma mistura não completamente miscível, o que pode dificultar a aplicação por spray e a estabilidade do recobrimento depositado. O segundo procedimento soluciona essa limitação, uma vez que a combinação dos materiais ocorre apenas na superfície revestida.[0029] The results show that materials functionalized with alginate coatings have a potential of 99% of immediate inactivation of the coronavirus, reaching 99.99% in 5 minutes of contact. It should be noted that longer contact times between the virus and the mask may result in inactivation levels higher than the level reported in this document. Copper in solution can interact with some biopolymers, generating a mixture that is not completely miscible, which can make spray application and stability of the deposited coating difficult. The second procedure solves this limitation, since the combination of materials occurs only on the coated surface.

[0030] Quanto aos ensaios realizados com as formulações que possuem os dois outros biopolímeros: gelatina de pele suína e colágeno hidrolisado, os resultados apontam que os materiais funcionalizados com os recobrimentos apresentam um potencial de 99,999% de inativação imediata do coronavírus.[0030] As for the tests carried out with the formulations that have the two other biopolymers: porcine skin gelatin and hydrolyzed collagen, the results indicate that the materials functionalized with the coatings have a potential of 99.999% of immediate inactivation of the coronavirus.

[0031] Além disso, todos materiais modificados apresentaram baixa toxicidade às células da linhagem L929, indicando o caráter biocompatível do recobrimento. Também foi possível observar que o recobrimento das máscaras funcionalizadas com o impermeabilizante à base de silicone não compromete a capacidade virucida dos materiais.[0031] In addition, all modified materials showed low toxicity to cells of the L929 lineage, indicating the biocompatible character of the coating. It was also possible to observe that the covering of the functionalized masks with the silicone-based waterproofing agent does not compromise the virucidal capacity of the materials.

Claims

Process of antiviral functionalization of surfaces characterized by comprising the following steps:
a) treat the surface to be functionalized in a plasma atmosphere with oxygen at a pressure of 1.6 bar for 10 minutes;
b) cover the surface with an antiviral solution formulated in an aqueous medium based on copper sulfate with a concentration between 30 and 240 mM and a biopolymer that can be selected from sodium alginate, porcine skin gelatin or hydrolyzed collagen, in a concentration between 0 .05% and 0.50% m/v in two ways:

i) add the copper sulphate solution to the isopropyl biopolymer solution in a proportion between 10:1 and 1:1 v/v and keep stirring between 50 and 100 RPM for a period between 12h and 24h, protected from light and under conditions of ambient temperature and pressure; apply the formulation to the surface evenly; or
ii) apply the copper sulfate and biopolymer solution alternately on the surface in a homogeneous way;

c) drying the surface at 60°C for 15 minutes;
d) repeating steps (b) and (c) at least three times; and
e) covering the surface with a waterproofing solution comprising an alcoholic solution of polymerized siloxanes at 2.30% ± 0.2% m/m by spraying for about 1 to 3 seconds.