ES2355053T3 - Método para tratar superficies con copolímeros. - Google Patents

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ES2355053T3 ES06727765T ES06727765T ES2355053T3 ES 2355053 T3 ES2355053 T3 ES 2355053T3 ES 06727765 T ES06727765 T ES 06727765T ES 06727765 T ES06727765 T ES 06727765T ES 2355053 T3 ES2355053 T3 ES 2355053T3
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Othman Bouloussa
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Abstract

Método para tratar por lo menos una superficie de un sustrato que contiene átomos de hidrógeno lábiles para conferirle propiedades citotóxicas o propiedades de adhesión celular, caracterizado porque comprende por lo menos una etapa que consiste en exponer, dentro de un medio líquido, dicho sustrato o una superficie del mismo a por lo menos un copolímero, conteniendo dicho copolímero por lo menos una unidad monomérica de tipo A que incluye por lo menos un sitio reactivo para la unión a dicho sustrato o a dicha superficie mediante enlaces covalentes, y por lo menos una unidad monomérica de tipo B que incluye por lo menos una molécula antimicrobiana, antivírica y/o antifúngica o de adhesión celular, llevándose a cabo dicha etapa para promover el injerto covalente de dicho copolímero en dicho sustrato o una superficie del mismo.

Description

La presente invención se refiere a un método para tratar por lo menos una superficie de un sustrato, y más particularmente para conferirle propiedades de adhesión celular o propiedades citotóxicas tales como propiedades antibióticas, bactericidas, viricidas y/o fungicidas. También se refiere a un copolímero estadístico útil 5 para llevar a cabo este tratamiento, y a su procedimiento de preparación.
Por razones obvias relacionadas con una vida sana, existe la necesidad de materiales capaces de exterminar microorganismos nocivos. Tales materiales se podrían usar para revestir superficies de objetos para proporcionarles propiedades antibióticas, bactericidas, viricidas y/o fungicidas permanentes, para hacerlos 10 antisépticos y de este modo hacerlos incapaces de transmitir infecciones bacterianas o fúngicas.
Es bien sabido que las moléculas cargadas en disolución son capaces de exterminar bacterias. Sin embargo, se ha observado más recientemente que las cargas unidas a superficies pueden exterminar bacterias con el contacto. Todas llevan cargas catiónicas, positivas, como amonio cuaternario (Thome et al., Surface and Coating 15 technology 174-175, 584-587, 2003) o fosfonio (Kanazawa et al., J. Polymer Sci. Part A: Polym. Chem. 32, 1467-1472, 1993; Popa et al., Reactive and Functional Polymers 55, 151-158, 2003). Por ejemplo, el documento WO 98/04296 proporciona superficies de sustratos con propiedades antibióticas, bactericidas, fungicidas o viricidas permanentes uniéndoles moléculas antibióticas mediante enlaces covalentes vía uno o más “espaciadores”. Dicho “espaciador” comprende una cabeza que se puede injertar en el sustrato, una cadena alquílica y una función 20 terminal exterior que injerta la molécula bioactiva. Sin embargo, dicho procedimiento no es fácil de implementar, en particular en tanto que se requieren dos etapas, la primera para injertar el espaciador en el sustrato, y la segunda para injertar la molécula bioactiva a la función terminal de dicho espaciador.
También está bien establecido que el injerto de polímeros de peso molecular elevado que poseen grupos 25 catiónicos puede ser útil para conferir propiedades citotóxicas a superficies sólidas.
Tales tratamientos, que todavía no se han industrializado, son prometedores debido a que podrían proporcionar un enfoque para el control de la proliferación de bacterias. Contrariamente a moléculas citotóxicas clásicas, el tratamiento es permanente, las superficies son reutilizables, y no se liberan moléculas al entorno. 30 También representan una alternativa interesante frente a cepas bacterianas que se han hecho resistentes a antibióticos. En la mayoría de los casos, el polímero está hecho de monómeros vinílicos que contienen grupos amino primarios, secundarios o terciarios que se convierten más tarde en grupos amonio cuaternario.
Hasta ahora se han desarrollado dos enfoques diferentes: 35
en el primer caso, se injertan químicamente polímeros preformados sobre la superficie. Por ejemplo, el documento WO 02/085542 describe un método para unir covalentemente a una superficie, por ejemplo una placa de vidrio, una polivinilpiridina N-alquilada, a fin de hacer bactericida a la superficie. Sin embargo, el método descrito comprende por lo menos tres etapas de preparación para formar la capa inmovilizada sobre 40 la superficie, y enormes cantidades de moléculas reactivas con respecto a las injertadas.
En el segundo caso, la cadena polimérica se hace crecer directamente desde la superficie usando polimerización radicálica de transferencia de átomos. El polímero neutro unido se convierte entonces en un polielectrolito mediante una reacción de alquilación in situ. Este método se describe, por ejemplo, en Lee et al. 45 “Permanent, non leaching, antibacterial surfaces”, Biomacromolecules 5, 877-882, 2004.
Sin embargo, estos métodos presentan inconvenientes que son obstáculos importantes frente a la industrialización del procedimiento. De hecho, requieren una química elaborada que implica varias etapas en disolventes orgánicos volátiles tales como nitrometano. 50
Además, desde el documento DE 19952222, se conocen copolímeros de acriloilaminoalquilo que presentan propiedades antimicrobianas.
Por lo tanto, todavía existe la necesidad de encontrar métodos más simples y más eficientes para tratar 55 superficies y conferirles propiedades antimicrobianas, antivíricas y/o antifúngicas.
Además, existe la necesidad de encontrar métodos para crear propiedades de adhesión celular apropiadas para un sustrato dado a fin de extraer microorganismos de un medio sin exterminarlos, para fines analíticos. 60
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un método para tratar por lo menos una superficie de un sustrato que contiene hidrógeno lábil para conferirle propiedades citotóxicas o propiedades de adhesión celular, caracterizado porque comprende por lo menos una etapa que consiste en exponer, en un medio líquido, a dicho sustrato o una superficie del mismo a por lo menos un copolímero, conteniendo dicho copolímero 65 por lo menos una unidad monomérica de tipo A que incluye por lo menos un sitio reactivo para la unión a dicho
sustrato o a dicha superficie mediante enlaces covalentes, y por lo menos una unidad monomérica de tipo B que incluye por lo menos una molécula antimicrobiana, antivírica y/o antifúngica o de adhesión celular, llevándose a cabo dicha etapa para promover el injerto covalente de dicho polímero a dicho sustrato o una superficie del mismo.
Según una forma de realización adicional del método de la invención, dicho método implica una etapa 5 consecutiva de secado tras la etapa que consiste en tratar dentro de un medio líquido dicho sustrato o superficie del mismo con por lo menos un copolímero estadístico.
Según otro aspecto de la invención, se proporciona un copolímero estadístico citotóxico o de adhesión celular que contiene por lo menos una unidad monomérica de tipo A y por lo menos una unidad monomérica de tipo 10 B, caracterizado porque la unidad monomérica de tipo A contiene por lo menos un sitio reactivo para la unión a un sustrato o una superficie que contiene átomos de hidrógeno lábiles mediante enlaces covalentes, y porque la unidad monomérica de tipo B contiene por lo menos una molécula antimicrobiana, antivírica y/o antifúngica o de adhesión celular.
15
Según otro aspecto de la invención, la presente invención se refiere a un procedimiento de preparación del copolímero estadístico citotóxico o de adhesión celular según la invención, caracterizado porque se hace reaccionar un polímero que comprende por lo menos dos sitios reactivos con por lo menos :
- un reactivo que, haciéndolo reaccionar con por lo menos un sitio reactivo, da lugar a un copolímero que 20 contiene por lo menos un sitio reactivo capaz de unirse a un sustrato o una superficie que contiene átomos de hidrógeno lábiles mediante enlaces covalentes, y/u
- otro reactivo que, haciéndolo reaccionar con por lo menos un sitio reactivo, da lugar a un copolímero antimicrobiano, antivírico y/o antifúngico o de adhesión celular. 25
Según un aspecto adicional de la invención, también se proporciona una composición que comprende una cantidad eficaz de un copolímero estadístico citotóxico o de adhesión celular según la presente invención.
Finalmente, la presente invención se refiere además a un sustrato que, por lo menos sobre su superficie, 30 ha sido provisto con propiedades antibióticas, bactericidas, viricidas y/o fungicidas o propiedades de adhesión celular obtenibles mediante un método según la presente invención, y a sus usos.
Por lo tanto, la presente invención se refiere a un sustrato tratado con moléculas antibióticas, bactericidas, viricidas y/o fungicidas o de adhesión celular, por lo menos sobre una de sus superficies, obtenible 35 mediante un método según la presente invención.
Inesperadamente, se ha encontrado que un copolímero estadístico según la invención permite un procedimiento de impregnación simple para el tratamiento del sustrato. Además, está adaptado para ser solubilizado en una disolución lista para su uso. 40
El copolímero estadístico según la invención se puede depositar sobre una gran variedad de sustratos: vidrio, metales y óxidos metálicos, plásticos, madera, papel, cuero, materiales textiles tales como algodón, yute, lino, cáñamo, lana, pelo de animales y seda, tejidos sintéticos tales como nailon. Más particularmente, es un objeto de la invención proporcionar un método para conferir propiedades antimicrobianas a superficies sólidas que poseen 45 átomos de hidrógeno lábiles como grupos tioles, aminas o hidroxílicos, y preferentemente grupos hidroxílicos.
Algunos de los sustratos que se pueden tratar según el método de la presente invención no contienen naturalmente tales átomos de hidrógeno lábiles. En ese caso, los átomos de hidrógeno lábiles se han de generar in situ, usando métodos de activación estándar tales como los descritos más adelante. 50
Según una forma de realización preferida de la presente invención, el método de tratamiento está dedicado principalmente a conferir propiedades antibacterianas al sustrato o la superficie del mismo. En otras palabras, dicho método evita la formación de biopelículas y el desarrollo de colonias bacterianas.
55
En particular, cuando el método está dedicado a conferir propiedades bactericidas, puede encontrar aplicaciones en entornos médicos (hospital y cuidado personal), así como en entornos domésticos e industriales (por ejemplo, industria alimentaria). La forma de la superficie también puede variar según el uso deseado.
El término “monómero”, como se usa aquí, se refiere a una molécula o compuesto que contiene 60 habitualmente carbono como su componente principal, es de peso molecular relativamente bajo, y tiene una estructura simple que es capaz de ensamblarse en cadenas poliméricas mediante combinación con sí mismo o con otras moléculas o compuestos similares.
La expresión “unidad monomérica”, como se usa aquí, se refiere a una unidad constitucional de un 65 polímero, que se forma partiendo de un único monómero.
El término “copolímero”, como se usa aquí, se define como un polímero que está formado por más de un tipo de monómero.
La expresión “copolímero estadístico” o “copolímero al azar”, como se usa aquí de forma intercambiable, 5 se define como un copolímero que está formado por más de un monómero, y en el que las diferentes unidades monoméricas están distribuidas aleatoriamente en la cadena polimérica. Excepto que se señale de otro modo, el término “copolímero” se refiere a copolímero estadístico.
La expresión “copolímero lineal”, como se usa aquí, se define como un copolímero que no está 10 ramificado.
La expresión “copolímero de bloques”, como se usa aquí, se define como un copolímero en el que los monómeros de un tipo están adyacentes entre sí y forman segmentos homopoliméricos, y los diferentes segmentos homopoliméricos están enlazados juntos. 15
La expresión “hidrógeno lábil”, como se usa aquí, se refiere a átomos de hidrógeno que muestran una reactividad incrementada debido a su enlace con átomos electrodonantes como átomos de oxígeno, nitrógeno y azufre.
20
La expresión “condiciones eficaces para” significa las condiciones habituales para llevar a cabo una reacción química definidas por los parámetros habituales, es decir, pH, temperatura, disolvente, duración, que caen dentro de las pericias estándar de una persona de la técnica.
Por motivos de simplificación, en el marco de la invención, se debería considerar que el término 25 “citotóxico”, que se emplea para calificar las propiedades modificadas del sustrato, incluye no sólo las propiedades bactericidas o antibióticas, sino también la sustancia viricida, fungicida o en general cualquier sustancia bioactiva que es citotóxica para cualquier célula viva cuya eliminación se desea.
La presente invención se define por las reivindicaciones 1 a 26. 30
COPOLÍMERO ESTADÍSTICO
El copolímero estadístico según la presente invención contiene por lo menos una unidad monomérica de tipo A que incluye por lo menos un sitio reactivo capaz de unirse a dicho sustrato o a dicha superficie mediante enlaces covalentes, y por lo menos una unidad monomérica de tipo B que incluye por lo menos una molécula capaz 5 de conferir propiedades citotóxicas o propiedades de adhesión celular a dicho sustrato o a dicha superficie.
La relación entre los dos tipos A y B de unidades monoméricas contenidas en el copolímero estadístico se puede ajustar continuamente para optimizar las propiedades deseadas del sustrato o de la superficie de dicho sustrato. 10
Típicamente, existe una unidad monomérica de tipo A que da al copolímero estadístico la capacidad de anclarse al sustrato o a la superficie de dicho sustrato. Preferentemente, dicha unidad monomérica del tipo A contiene un grupo silánico, tal como un alcoxi (C1-C4)silano, por ejemplo un metoxisilano y un etoxisilano.
15
Las unidades monoméricas de tipo A están comercialmente disponibles o están disponibles mediante derivatización simple de unidades monoméricas existentes.
La unidad monomérica de tipo B se selecciona en busca de su capacidad para conferir las propiedades citotóxicas o propiedades de adhesión celular deseadas como se describe anteriormente al sustrato o a la 20 superficie de dicho sustrato. Entre los monómeros de tipo B que pueden ser parte del copolímero estadístico, se pueden citar los siguientes:
- monómeros que imparten propiedades antibióticas, bactericidas, viricidas, que pueden contener ácido aminopenicilánico, que se sabe que interacciona con membranas celulares, 25
- monómeros que imparten propiedades bactericidas, que pueden contener grupos cargados positivamente tales como grupos amonio cuaternario, grupos fosfonio cuaternario y grupos guanidinio,
- monómeros que imparten propiedades viricidas, que pueden contener grupos amonio cuaternario 30 (especialmente para virus bacterianos), y
- monómeros que imparten propiedades fungicidas, que pueden contener grupos amonio cuaternario, grupos fosfonio cuaternario y grupos guanidinio.
35
Cuando la unidad monomérica de tipo B se selecciona para conferir a dicho copolímero cierta capacidad para extraer microorganismos de un medio sin exterminarlos, sólo son convenientes los monómeros brevemente citados que no tienen una toxicidad demasiado elevada.
De este modo, los monómeros que contienen grupos amonio cuaternario que tienen por lo menos uno, 40 preferentemente dos, y más preferentemente tres, cadenas alquílicas cortas, por ejemplo en C1 a C6, y en particular en C1, son particularmente ventajosos para lograr la adhesión celular esperada.
Se prefieren más particularmente los grupos trimetilamonio.
45
Según una forma de realización particular, la unidad monomérica de tipo B contiene por lo menos un grupo amonio cuaternario, un grupo fosfonio cuaternario, un grupo guanidinio o un ácido aminopenicilánico.
En cualquier caso, la cantidad de unidad monomérica del tipo B dentro del copolímero es ventajosamente suficiente para impartir el efecto requerido al sustrato o a la superficie del mismo cuando el copolímero está 50 presente en la composición lista para la impregnación a una concentración de 1 mg/ml o más.
La selección de cada monómero del copolímero estadístico puede variar según el efecto requerido del copolímero a la vista de las propiedades deseadas para el sustrato o la superficie del mismo.
55
Cada unidad monomérica se puede distribuir a lo largo de la cadena copolimérica en un orden no específico, y el porcentaje de unidad monomérica de tipo A de la cantidad total de unidades monoméricas puede variar entre 1% y 20%, preferentemente entre 5% y 10%, mientras que el porcentaje de monómero de tipo B de la cantidad total de unidades monoméricas puede variar entre 80% y 99%, preferentemente entre 90% y 95%.
60
El copolímero estadístico puede contener diversas unidades monoméricas de tipo A con diferentes tipos de sitios reactivos capaces de unirse al sustrato o a la superficie de dicho sustrato mediante enlaces covalentes.
El copolímero estadístico también puede contener diversas unidades monoméricas de tipo B con diferentes especificidades bioactivas. Por ejemplo, esto permite obtener sustratos tratados dotados con diversas 65 propiedades antibióticas, y obtener un espectro antibiótico particular para un sustrato dado.
El copolímero estadístico es preferentemente un copolímero lineal. Según otro aspecto de la invención, el copolímero estadístico se puede reticular tras el procedimiento de impregnación, para mejorar la estabilidad y durabilidad de la capa injertada. Sin embargo, es obvio que el número de puntos de reticulación no debe exceder un número que pudiese afectar al efecto requerido o a la afinidad de injerto. 5
El copolímero estadístico puede comprender una cadena principal de cadena polimérica seleccionada de entre polietileno, poliacrilamida, poliestireno, opcionalmente sustituido en el grupo fenílico con un alquilo (C1-C4), polialcohol vinílico, polialilamina, polialcohol alílico, polivinilbencilo, poliamina tal como polietilenimina, polimetacrilato tal como polimetacrilato de metilo, poliéter, poli(etileno-alt-succinimida) y poli(dialildimetilamonio) que 10 contiene inherentemente un grupo amonio cuaternario y se puede representar mediante la siguiente fórmula:
Más adelante, en los esquemas 1 a 6, se ilustran algunas de dichas cadenas principales de cadena polimérica. 15
Según una forma de realización de la actual invención, los sitios reactivos de la unidad monomérica de tipo A y/o las moléculas que confieren propiedades citotóxicas o propiedades de adhesión celular de la unidad monomérica de tipo B pueden estar enlazados, independientemente entre sí, a monómeros implicados vía una cadena lateral. 20
La cadena lateral, que forma por un lado la cadena lateral de la unidad monomérica de tipo B, y que por otro lado forma la cadena lateral del monómero de tipo A, puede tener diversas estructuras.
La cadena lateral de la unidad monomérica del tipo B se puede representar mediante la siguiente fórmula 25
en la que
30
□ significa el enlace al monómero B
m es 0 ó 1,
X2 representa una función amina, una amida, un éster o una cetona, un oligoetilenglicol, un grupo arileno, un alquil 35 (C1-C6)-arileno, o un alquileno (C1-C8) que puede estar interrumpido por cualquiera de una función amina, una amida o una cetona, y
X4+ representa:
40
- un trialquilamonio de fórmula
en la que R4, R5 y R6 representan independientemente un grupo alquilo (C1-C12), hidroxialquilo (C1-C12), o fluoroalquilo (C1-C12), 45
- un grupo alquil (C1-C4)piridinio de fórmula:
en la que R7 representa un alquilo (C1-C4), 5
- un grupo alquil (C1-C4)imidazolio de fórmula:
10
en la que R7 es como se describe anteriormente,
- un grupo guanidinio de fórmula
15
- un trialquilfosfonio de fórmula
20
en la que R4, R5 y R6 son tales como se define anteriormente, representando alternativamente dicha fórmula
una unidad monomérica que contiene un anillo saturado de 5 ó 6 miembros que contiene un amonio cuaternario. Un 25 ejemplo de esta alternativa está representado con un copolímero estadístico fabricado partiendo del homopolímero poli(dialildimetilamonio) de fórmula:
30
La cadena lateral de la unidad monomérica de tipo A se puede representar mediante la siguiente fórmula
en la que
□ significa el enlace al monómero A 5
m es 0 ó 1,
X1 representa una función amina, una amida, un éster o una cetona, un oligoetilenglicol, un grupo arileno, un grupo alquil (C1-C6)-arileno, o un grupo alquileno (C1-C8) que puede estar interrumpido por cualquiera de una función 10 amina, una amida o una cetona, estando uno de los átomos de carbono en el alquileno (C1-C8) opcionalmente sustituido por un grupo amonio cuaternario, fosfonio cuaternario, alquil (C1-C4)piridinio, alquil (C1-C4)imidazolio o un guanidinio,
por lo menos uno de R1, R2 y R3 es capaz de reaccionar con un grupo hidroxilo, un tiol o una amina, 15 preferentemente es un grupo que muestra un carácter de grupos salientes, y el otro uno o dos radicales seleccionados de entre R1, R2 y R3 puede representar independientemente un alcoxi (C1-C4), o cualquiera del grupo R1, R2 y R3 es un grupo que muestra un carácter de grupo saliente,
representando alternativamente la fórmula 20
una parte de unidad monomérica que contiene un anillo saturado de 5 ó 6 miembros que contiene un amonio cuaternario.
Los grupos capaces de reaccionar con un grupo hidroxilo, un tiol o una amina se describen más 25 particularmente en el marco de la descripción de los copolímeros estadísticos preferidos.
El peso molecular del copolímero puede variar entre 103 y 106 g/mol, dependiendo de la naturaleza del copolímero. Más preferentemente, es del orden de 105 g/mol.
30
Según un aspecto preferido de la invención, cualquiera del monómero de tipo A o de tipo B puede contener grupos químicos que mejoran la solubilidad en el medio líquido. En particular, según una forma de realización muy preferida descrita a continuación, puede ser ventajoso usar copolímeros solubles en agua por razones fáciles de entender. En este caso particular, cualquiera o ambos de los monómeros del tipo A o del tipo B pueden incluir grupos hidrófilos. 35
Los copolímeros estadísticos según la presente invención se sintetizan mediante copolimerización de monómeros usando metodologías bien conocidas por los expertos en la materia.
La presente invención se refiere más particularmente a un copolímero estadístico que contiene tanto una 40 sustancia bactericida y/o fungicida, que tiene preferentemente grupos cargados positivamente y grupos silánicos, destinados a unirse covalentemente a la superficie generando enlaces siloxánicos.
Los grupos cargados positivamente son ventajosamente grupos amonio cuaternario, grupos fosfonio cuaternario y/o grupos guanidinio. 45
El grupo silánico es preferentemente un trialcoxi o un triclorosilano, que como tales son modificadores de superficie bien conocidos.
El copolímero está unido covalentemente a la superficie a través del acoplamiento de los grupos silánicos 50 con los hidroxilos de la superficie, mientras que los grupos amonio cuaternario proporcionan las cargas positivas necesarias para la actividad citotóxica o de adhesión celular.
En otras palabras, en una forma de realización preferida, la unidad monomérica de tipo A comprende un grupo silano, y la unidad monomérica de tipo B comprende un grupo amonio cuaternario.
Una unidad monomérica de tipo A se puede representar dentro del copolímero mediante el compuesto de fórmula (I) 5
en la que
por lo menos uno de R1, R2 y R3 es capaz de reaccionar con un grupo hidroxilo, un tiol o una amina, 10
preferentemente es un grupo que muestra un carácter de grupo saliente.
X’1 representa un grupo arileno, un grupo alquilen (C1-C6)arileno, o un grupo alquileno (C1-C8), estando uno de los átomos de carbono en el grupo alquileno sustituido por un átomo de nitrógeno, que es preferentemente 15 un amonio cuaternario, por un fosfonio cuaternario, por un alquil (C1-C4)piridinio, por un alquil (C1-C4)imidazolio, o por un grupo guanidinio; Y1 es una parte de la cadena principal de cadena polimérica, y puede ser ventajosamente un etileno opcionalmente sustituido con un grupo metilo, una acrilamida, una etilenimina, un grupo metacrilato de metilo o un propilenglicol.
20
El “por lo menos uno” de R1, R2 y R3, es decir, el grupo que muestra un carácter de grupo saliente, puede representar por ejemplo un átomo de halógeno, preferentemente un átomo de cloro; un grupo hidroxilo; un halogenoalquilo (C1-C10), preferentemente un halogenoalquilo (C1-C6), y más preferentemente un halogenoalquilo (C1-C4); o un grupo alcoxi (C1-C10), preferentemente un grupo alcoxi (C1-C6), y más preferentemente un grupo alcoxi (C1-C4). 25
El otro uno o dos radicales seleccionados de entre R1, R2 y R3 pueden representar independientemente un alquilo (C1-C4), o cualquiera de los grupos que muestra un carácter de grupo saliente como se describe más abajo.
30
Más particularmente, R1, R2 y R3 son idénticos, que constituye una forma de realización preferida de la invención.
Según una forma de realización, la unidad monomérica de tipo A contiene por lo menos un grupo trialcoxisilano. 35
Una unidad monomérica de tipo B se puede representar dentro del copolímero mediante el compuesto de fórmula (II)
40
en la que
R4, R5 y R6 representan independientemente un alquilo (C1-C6), un hidroxialquilo (C1-C6) o un fluoroalquilo (C1-C6),
45
X’2 representa un grupo alquileno (C1-C4), un oligoetilenglicol o un arileno; Y2 es una parte de la cadena principal de cadena polimérica, y puede ser ventajosamente un etileno opcionalmente sustituido con un grupo metilo, una acrilamida, una etilenimina, un metacrilato de metilo o un propilenglicol.
Cuando el monómero comprende un amonio cuaternario, el contraión X3- puede ser un halógeno, un mesilato, un tosilato, un sulfonato, un fosfato, un hidrogenofosfato, un dihidrogenofosfato de amonio, un sulfato o un nitrato.
5
La expresión “alquilo (C1-C6)”, como se usa aquí, se refiere a un radical hidrocarbonado de cadena lineal o ramificada de uno a seis átomos de carbono y sus derivados cíclicos, excepto que se indique de otro modo. Se incluyen restos tales como metilo, etilo, isopropilo, n-butilo, t-butilo, t-butilmetilo, ciclopropilo, n-propilo, pentilo, ciclopentilo, n-hexilo, ciclohexilo, ciclohexilmetilo, y 2-etilbutilo.
10
El término “halógeno” se refiere a un átomo de flúor, cloro, bromo o yodo. En el marco de la presente invención, el bromo y el cloro son los átomos de halógeno preferidos.
El término “alcoxi” se refiere a un radical alcoxi obtenido de un radical oxígeno que posee un radical hidrocarbonado saturado de cadena lineal o ramificada. Se incluyen dentro del alcance de este término metoxi, 15 etoxi, propoxi, n-butoxi, isobutoxi, sec-butoxi, t-butoxi, n-pentoxi, isopentoxi, sec-pentoxi, y t-pentoxi. El término “arileno”, como se usa aquí, se refiere a un grupo radicálico bivalente seleccionado entre fenileno, bifenileno, naftileno, dihidronaftileno, tetrahidronaftileno, indenileno e indanileno.
La unidad monomérica de tipo B tiene un carácter hidrófilo debido a su grupo cargado positivamente. El 20 control de la proporción de la unidad monomérica de tipos B y A permite crear un polímero que por un lado es soluble en agua, y por otro lado posee una fuerte afinidad de unión a sustratos con grupos hidroxilo superficiales.
Por lo tanto, según una forma de realización muy preferida, el copolímero estadístico es soluble en agua. El porcentaje de unidad monomérica de tipo A y unidad monomérica de tipo B basado en el número total medio de 25 monómeros del copolímero se ajusta entonces para asegurar la solubilidad del copolímero estadístico en disoluciones acuosas.
Según este aspecto de la invención, el porcentaje de unidad monomérica de tipo A de la cantidad total de unidades monoméricas puede variar entre 1% y 50%, preferentemente entre 5% y 15%, mientras que el porcentaje 30 de monómero de tipo B de la cantidad total de unidades monoméricas puede variar entre 50% y 99%, preferentemente entre 85% y 95%.
En el marco de esta realización particular, el copolímero estadístico soluble en agua puede tener un peso molecular que oscila entre 103 y 106 g/mol, y particularmente el peso molecular es de por lo menos 104 g/mol, más 35 preferentemente 5.104 g/mol, y más preferentemente 105 g/mol.
La densidad de los sitios citotóxicos o de adhesión celular activos en el sustrato tratado obtenido se puede ajustar variando la relación entre el número de monómeros de tipo A y B.
40
Dicho copolímero estadístico se puede preparar según técnicas de síntesis conocidas. Según un ejemplo de característica de la invención, el copolímero estadístico soluble en agua, en el que Y1 e Y2 son grupos etilénicos, X1 es un N,N,N,N-dimetilfenilen-propilen-amonio, R1, R2, R3 son grupos metoxi, R4 y R6 son grupos metilo, R5 es un grupo butilo, y X2 es un grupo fenileno, se puede preparar en particular según el esquema 1 a continuación. Los símbolos x e y en la figura son las proporciones relativas de las posibles unidades monoméricas que puede 45 comprender el copolímero estadístico.
Esquema 1
Un polímero que comprende monómeros de poli(cloruro de vinilbencilo) (indicado como (III) en el Esquema 1) se hace reaccionar en una primera etapa (etapa 1) con un dimetilaminoalquiltrimetoxisilano, por ejemplo (CH3)2N(CH2)3Si(OCH3)3, por ejemplo en tetrahidrofurano a temperatura de reflujo durante por ejemplo 24 horas, por ejemplo en una relación molar comprendida entre 1 y 30%, más preferentemente entre 5 y 10%. El 5 polímero formado contiene una fracción, y, de monómeros modificados de fórmula (IV), y una fracción, x = 1-y, de monómeros no modificados de fórmula (III). Puesto que la reacción no es necesariamente cuantitativa, y se ha de determinar independientemente. Dicho polímero obtenido se puede hacer reaccionar entonces en una segunda etapa (etapa 2) con una amina terciaria, tal como (CH3)2N(CH2)3CH3, por ejemplo en una relación molar entre 1 y 10, más preferentemente entre 1,5 y 2, por ejemplo en exceso, por ejemplo en tetrahidrofurano a temperatura de 10 reflujo durante por ejemplo 6 horas. Los monómeros de fórmula (III) se transforman en monómeros de fórmula (V), mientras que los monómeros de fórmula (IV) no se ven afectados por la reacción. El polímero final es un polímero estadístico que consiste e unidades monoméricas de fórmula (IV) y (V). Cuando la amina terciaria está en gran exceso, el polímero final comprende esencialmente una fracción, x, de monómeros de fórmula (V), y una fracción y, de monómeros de fórmula (IV). Típicamente puede comprender 90 a 95% de unidades monoméricas de fórmula 15 (V), y 5 a 10% de unidades de fórmula (IV), basado en el número total de monómeros del copolímero. Las unidades monoméricas de fórmula (IV) y (V) son los monómeros de tipo A y B descritos previamente. Los primeros confieren las propiedades de unión al sustrato, mientras que los últimos confieren las propiedades citotóxicas a la película polimérica injertada.
20
Durante el transcurso de la reacción, se puede producir la precipitación de los materiales. Para evitar la precipitación, se puede añadir etanol (o metanol) para completar la solubilización del material. Después de poner a reflujo durante 12 horas, la mezcla se puede i) enfriar, filtrar y lavar con éter, o ii) evaporar y secar.
En los ejemplos se ha ilustrado más adelante la síntesis de uno de dichos copolímeros estadísticos. 25
Otros ejemplos de procedimiento de preparación se dan a continuación en el esquema 2 al esquema 6, partiendo de otros polímeros.
30
Esquema 2
Esquema 3
Esquema 4
5
Esquema 5
10
Esquema 6
En los esquemas anteriores, X4+ es tal como se tal como se define anteriormente; R1, R2 y R3 representan independientemente un alquilo (C1-C6), un hidroxialquilo (C1-C6) o un fluoroalquilo (C1-C6) cuando se 15 enlazan a un átomo de nitrógeno, y R es un alquilo (C1-C4) cuando se enlaza a un átomo de silicio para dar un grupo -Si(OR)3.
Por lo tanto, la presente invención se refiere además a un procedimiento de preparación del copolímero estadístico citotóxico o de adhesión celular según la invención, caracterizado porque un polímero de partida que 20 comprende por lo menos dos sitios reactivos se hace reaccionar con por lo menos:
- un reactivo que, haciéndolo reaccionar con por lo menos un sitio reactivo, da lugar a un copolímero que contiene un sitio reactivo capaz de unirse a un sustrato o a una superficie que contiene átomos de hidrógeno lábiles mediante enlaces covalentes, y/u 25
- otro reactivo que, haciéndolo reaccionar con por lo menos un sitio reactivo, da lugar a un copolímero capaz de conferir propiedades antimicrobianas, antivíricas y/o antifúngicas o propiedades de adhesión celular a un sustrato o a una superficie del mismo.
30
Ambas reacciones se pueden llevar a cabo al mismo tiempo o sucesivamente, es decir, en dos etapas en un orden diferente.
Los sitios reactivos que pueden estar presentes en el polímero de partida, que se ilustran en los esquemas 1 a 6 aquí anteriores, se pueden seleccionar de entre átomos de halógeno, ácidos carboxílicos activados 5 tales como anhídridos, haluros de acilo, por ejemplo cloruros de acilo, ésteres activados, por ejemplo ésteres de N-hidroxisuccinimida, y aminas, por ejemplo aminas alifáticas o aromáticas.
Estos polímeros son bien conocidos para un experto en la materia, o están comercialmente disponibles.
10
Según una forma de realización preferida de la presente invención, el polímero de partida es un homopolímero.
Según otra forma de realización preferida de la presente invención, el procedimiento de preparación según la presente invención se lleva a cabo en dos etapas, la primera, que da lugar a un solo tipo de unidades 15 monoméricas, es decir, de tipo A o de tipo B, y que deja una porción de las unidades monoméricas de partida sin reaccionar, y la segunda, que da lugar a unidades monoméricas del otro tipo a partir de unidades monoméricas sin reaccionar después de la primera etapa, mientras que las unidades monoméricas transformadas en la etapa previa permanecen sin cambio durante esta segunda etapa.
20
Como alternativa, el copolímero estadístico según la presente invención se puede fabricar vía polimerización partiendo de dos monómeros distintos. Dicha alternativa se ilustra en el Ejemplo 3.
El uso de dicho copolímero estadístico particular que comprende unidades monoméricas de fórmula (I) y unidades monoméricas de fórmula (II) según la presente invención presenta numerosas ventajas. De hecho, el 25 método de deposición es extremadamente simple: la modificación de la superficie con este copolímero estadístico particular implica una reacción de una sola etapa en agua, seguido de una etapa de secado. De hecho, el agua puede ser el medio líquido, con tal de que el copolímero estadístico comprenda una cantidad suficiente de grupos amonio cuaternario, que hagan a dicho copolímero soluble en agua. Esta característica es una ventaja adicional de la presente invención con respecto a los métodos conocidos para tratar superficies, que generalmente se llevan a 30 cabo en disolventes orgánicos que pueden degradar los sustratos a tratar y no son medioambientalmente amigables.
COMPOSICIÓN QUE COMPRENDE UN COPOLÍMERO ESTADÍSTICO
35
La presente invención también se refiere a una composición que comprende una cantidad eficaz de copolímero estadístico.
El disolvente presente opcionalmente en la composición puede ser cualquiera que pueda solubilizar al copolímero. En la realización preferida de copolímero soluble en agua, la composición es miscible con agua, y más 40 preferentemente contiene como disolvente agua en su gran mayoría. También se pueden usar otros disolventes, tales como dimetilsulfóxido, dimetilformamida, acetonitrilo, metanol, y etanol.
La concentración de los copolímeros estadísticos en dicha composición es cualquier cantidad que proporcione las propiedades citotóxicas o de adhesión celular deseadas al sustrato o a la superficie de dicho 45 sustrato después del tratamiento. Esta concentración variará con respecto a la estructura molecular, las propiedades deseadas, y el disolvente. Típicamente, la concentración ponderal del copolímero estadístico en la composición puede variar entre 5 y 10% en el caso de agua, y entre 10 y 50% en el caso de etanol.
MÉTODO DE TRATAMIENTO 50
La presente invención se refiere a un método para tratar una superficie de un sustrato que contiene átomos de hidrógeno lábiles para conferirle propiedades citotóxicas o de adhesión celular, caracterizado porque comprende por lo menos una etapa que consiste en exponer, dentro de un medio líquido, dicho sustrato o dicha superficie del mismo a por lo menos un copolímero, conteniendo dicho copolímero por lo menos una unidad 55 monomérica de tipo A que incluye un sitio reactivo capaz de unirse a dicho sustrato o a dicha superficie mediante enlaces covalentes, y por lo menos una unidad monomérica de tipo B que incluye por lo menos una molécula capaz de conferir las propiedades esperadas de dicho sustrato o dicha superficie, llevándose a cabo dicha etapa en condiciones eficaces para promover el injerto covalente de dicho copolímero a dicho sustrato o dicha superficie del mismo. 60
Con el fin de llevar a cabo el método de tratamiento de una superficie según la presente invención, también se puede usar copolímero de bloques, con la condición de que cumplan con las características descritas aquí anteriormente en términos de presencia de las unidades monoméricas requeridas.
65
En otras palabras, toda la descripción de cada una de las unidades monoméricas de tipo A y de tipo B en
el párrafo “COPOLÍMERO ESTADÍSTICO” anterior se aplica a cualquier copolímero usado para el método de tratamiento según la presente invención.
El método que usa el copolímero estadístico descrito más particularmente antes, que comprende un grupo silano en el monómero A y un grupo amonio cuaternario en el monómero B, para impregnar una superficie de 5 un sustrato para conferir propiedades bactericidas y/o fungicidas, también forma parte de la invención.
El medio líquido es ventajosamente un medio acuoso.
El método según la presente invención puede comprender, antes de la etapa de tratamiento, una etapa 10 que consiste en activar químicamente la superficie del sustrato para generar átomos de hidrógeno lábiles. Por ejemplo, un tratamiento con plasma en un gas tal como oxígeno o en aire puede generar grupos hidroxilo en la superficie de películas de polietileno o de polipropileno.
Según una forma de realización preferida, la invención se refiere a un método para tratar una superficie 15 de un sustrato que contiene átomos de hidrógeno lábiles como se expone en lo anterior, y que comprende además una etapa de secado.
La etapa de secado, que también se puede denominar como una “etapa de curado”, crea condiciones de deshidratación y facilita la reticulación de los grupos silanol con los grupos hidroxilo de la superficie, y también entre 20 ellos mismos.
La etapa de secado se puede llevar a cabo a una temperatura comprendida entre 60 y 150ºC, preferentemente entre 80 y 110ºC, y más preferentemente entre 100 y 110ºC.
25
Dicha etapa de secado se puede llevar a cabo ventajosamente durante un período comprendido entre 10 y 100 minutos, por ejemplo entre 50 y 90 minutos.
La temperatura de secado puede influir de hecho en la estabilidad de la película, y particularmente la estabilidad durante el contacto con agua. Las películas que se secan a la temperatura más alta, es decir, por 30 encima de 90ºC y por ejemplo a 110ºC, son perfectamente estables. Esto se comprobó monitorizando el número de grupos amonio cuaternario presentes en las películas en función del tiempo. No hubo ninguna evolución de la densidad de carga incluso después de 5 horas de inmersión en agua. Para las muestras que se secan a la temperatura más baja, es decir, por debajo de 80ºC y por ejemplo a 70ºC, la densidad de carga cae hasta la mitad de su valor original después de aproximadamente 20 minutos de inmersión. Esto indica que parte de las cadenas 35 poliméricas se pueden desunir del sustrato, ya sea debido a que se fisisorbieron simplemente en lugar de injertarse químicamente, o debido a que se hidrolizaron en fragmentos más pequeños que son más solubles en agua. Después de esta disminución inicial, el número de grupos amonio cuaternario ya no cambia más, y la parte que queda de la película es estable durante períodos de tiempo prolongados.
40
La razón para el curado a temperatura elevada es que crea condiciones de baja humedad que facilitan la reacción de reticulación entre los grupos hidroxilo de la superficie y los grupos silanol de las cadenas poliméricas. También favorece la reticulación interna entre los grupos silanol de las cadenas poliméricas. En conjunto, estos dos efectos conducen a una estructura de gel bien anclada e insoluble en agua.
45
SUSTRATO
La presente invención se refiere además a un sustrato provisto de propiedades antibióticas, bactericidas, viricidas o fungicidas, obtenibles mediante un método según la presente invención. Más generalmente, se refiere a sustratos a los que se puede conferir, mediante un tratamiento químico apropiado, una propiedad particular de 50 superficie citotóxica o de superficie de adhesión celular.
Dichos sustratos tratados no requieren condiciones de almacenamiento particulares para conservar sus propiedades modificadas. El tratamiento de la superficie es de hecho ventajosamente resistente al agua y a otros disolventes hasta ciertos límites. 55
En el marco de la realización preferida como se expone anteriormente, se obtiene un sustrato provisto de propiedades bactericidas y/o fungicidas. En este caso, la densidad de sitios antibióticos activos por unidad de área superficial puede estar comprendida entre 1014 y 1016 por cm2.
60
Cuando el sustrato se puede usar para promover la adhesión celular sin actividades bactericidas, la densidad de los sitios activos se ha de ajustar con respecto a la naturaleza química del sitio reactivo considerado, y más particularmente teniendo en cuenta su poder citotóxico. Este ajuste puede ser realizado por un experto en la materia.
65
Por ejemplo, cuando la adhesión celular es promovida mediante un sustrato que muestra grupos
trimetilamonio como sitios reactivos, la densidad en los sitios activos por unidad de superficie es generalmente igual o menor que 1014 por cm2.
El sustrato se ha de considerar entonces como un tipo de sonda útil para llevar a cabo análisis de las bacterias aisladas. Esta herramienta es de interés, por ejemplo, en la industria alimentaria, en la que siempre se 5 evita parar la línea de producción.
Las condiciones de deposición del copolímero estadístico descrito más particularmente antes, que comprende un grupo silano en la unidad monomérica de tipo A y un grupo amonio cuaternario en la unidad monomérica de tipo B, sobre algodón, vidrio y óxido de silicio, se ilustra en lo sucesivo en los ejemplos, y la 10 actividad antimicrobiana correspondiente de tales superficies se ha ensayado entonces frente a E. coli.
Dependiendo de la masa de dicho copolímero depositado, el grosor de la capa depositada puede oscilar entre 1 y unas pocas decenas de nanómetros para el copolímero como se ilustra en los ejemplos. El grosor se puede medir ventajosamente mediante elipsometría sobre obleas de silicio. La capa resultante es un gel polimérico 15 delgado que es muy robusto frente a disolventes y a la fricción mecánica.
La densidad de carga (por ejemplo, según se mide mediante derivatización con fluoresceína) para buenas propiedades citotóxicas frente a E. coli para el copolímero como se ilustra en el ejemplo es ventajosamente aproximadamente 1015 por cm2, más preferentemente aproximadamente 1016 por cm2, y puede oscilar típicamente 20 entre 1014 y 1016 por cm2.
La invención se refiere más particularmente a un sustrato provisto de propiedades antibióticas, caracterizado porque el monómero de tipo B contiene amonio cuaternario, y la densidad de sitios antibióticos activos por unidad de área superficial está comprendida entre 1014 y 1016 por cm2. 25
La densidad de grupos amonio cuaternario se puede medir, por ejemplo, mediante el método de complejación con fluoresceína.
Se ha demostrado e ilustrado en los ejemplos que los sustratos tratados con el copolímero ilustrado 30 pueden exterminar en 10 minutos todas las bacterias de E. coli absorbidas.
Un sustrato tratado, en particular cuando el sustrato es algodón o vidrio, se puede volver a tratar para etapas adicionales de impregnación y secado según el método como se describe anteriormente. Dichos sustratos vueltos a tratar también están englobados dentro del alcance de la presente invención. 35
USO DEL SUSTRATO
La presente invención también comprende el uso del sustrato de la invención descrito anteriormente, y que se puede obtener mediante el método descrito anteriormente e ilustrado en los siguientes ejemplos. 40
El uso de las superficies de la invención con fines de descontaminación puede ser de interés para un número de campos industriales, tales como las industrias de la salud, higiene y agroalimentaria. Los ejemplos son:
usar una superficie para la producción de recipientes para uso médico, tales como botellas, saquitos, o 45 tubos, en particular desechables;
usar una superficie para la producción de aparato médico para el tratamiento ex vivo o in vivo de órganos, tal como cartuchos para la diálisis renal; usar una superficie para la producción de materiales o equipo para odontología o para limpiar los dientes; 50
usar una superficie para la producción de dispositivos implantables tales como prótesis óseas o vasculares;
usar una superficie para la descontaminación de fluidos domésticos, en particular agua y bebidas (zumos, leche, y vino), u otros alimentos fluidos; 55
usar una superficie para la descontaminación de fluidos industriales, por ejemplo fluidos de corte, lubricantes o fluidos del petróleo tales como gasóleo, gasolina o queroseno.
La presente invención se refiere además al uso de sustratos de la presente invención como una 60 herramienta para aislar bacterias de un medio.
Los siguientes ejemplos ilustran la presente invención.
Ejemplo 1: Síntesis de un copolímero estadístico y caracterización
El material de partida fue poli-(cloruro de vinilbenceno) (PVBC de forma breve), y se adquirió de Sigma 5 como una mezcla al 60/40 de isómeros meta y orto. Se disolvió en tetrahidrofurano seco (0,44 gramos en 30 ml) agitando a temperatura ambiente durante 30 minutos. Entonces se añadió dimetilaminopropiltrimetoxisilano (CH3)2-N-(CH2)3-Si(OCH3)3 (Sigma) en una relación estequiométrica 1% a 10%, y la mezcla se agitó a reflujo durante 4 horas hasta que la adición nucleifílica entre PVBC y dimetilaminopropiltrimetoxisilano estuvo terminada. Después de enfriar, los monómeros de VBC que quedan se hicieron reaccionar con un gran exceso (2 ml) de N,N-10 dimetilbutilamina ((CH3)2N-(CH2)3-CH3). La mezcla se calentó a reflujo toda la noche. Se añadió etanol a la mezcla para evitar la formación de precipitado. La mezcla de reacción se evaporó y se secó a vacío. El producto final tiene el aspecto de un polvo blanco y es un copolímero estadístico de poli(vinilbencilo) completamente cuaternizado (PVB-Si-Q de forma breve), que contiene aproximadamente 10% de grupos laterales trimetoxisilano y 90% de grupos laterales dimetilfenilen-propilen-amonio. Esta estequiometría asegura la solubilidad del polímero en agua 15 hasta una concentración de por lo menos 1,5 mg/ml. La RMN de H1 fue consistente con la estructura molecular esperada para el polímero estadístico funcionalizado (esquema 1). No hubo signos de la presencia de los grupos laterales de cloruro de bencilo iniciales (fórmula (III)). Todos han sido convertidos en un grupo lateral silánico o en un grupo lateral de amonio cuaternario. Los resultados del análisis elemental para una muestra típica también estaban muy de acuerdo con las expectativas: 59, 4,7 y 1,5% para C, N y Si, respectivamente. Usando estos datos, 20 se deriva que el 14% de los monómeros tiene funcionalidad silánica, y de este modo son capaces de unirse covalentemente al sustrato.
Preparación de la disolución lista para uso
25
Debido a sus cargas catiónicas, el polímero PVC-Si-Q se pudo disolver fácilmente en agua Milli-Q (pH 6) a concentraciones de hasta 1,5 mg/ml. Para acelerar la disolución, se usó un baño ultrasónico. La disolución a temperatura ambiente fue transparente, y no mostró signos de agregados.
Ejemplo 2: Deposición del polímero sobre los sustratos sólidos
Esquema 7. Deposición del copolímero cuaternizado estadístico sobre superficies hidroxiladas
I. MATERIAL Y MÉTODOS
5
Deposición del polímero sobre el sustrato sólido
En el caso de tejidos de algodón, se cortaron trozos de 0,5 x 2 cm2 con tijeras y se embebieron con gotitas de la disolución polimérica a 1 mg/ml. Al principio, se depositaron 240 l, que corresponden a una masa de polímero de 240 g sobre una superficie total de 200 cm2. El algodón se colocó entonces en un horno para el 10 secado durante 30 minutos. Se ensayaron dos temperaturas diferentes, 70 ó 110ºC. El procedimiento se repitió hasta 6 veces a fin de producir un depósito más grueso y más homogéneo. Suponiendo que la densidad de la capa es próxima a la unidad, el grosor estimado depositado en cada etapa fue 12 nm.
En el caso de portaobjetos de vidrio, se extendieron gotitas individuales de 100 l sobre toda la superficie 15 de 13,5 cm2 y se dejaron reposar durante 15 a 30 minutos. La capa de agua se evaporó entonces en un horno a 110ºC. Suponiendo que la densidad de la capa es próxima a la unidad, el grosor estimado depositado fue 8 y 80 nm para las concentraciones poliméricas seleccionadas de 0,1 y 1 mg/ml, respectivamente.
Cepas bacterianas y medios (LB y 63B1): 20
Se escogió Escherichia coli (E. coli, Pasteur 16775) como ejemplo de una bacteria gramnegativa. Se transfirieron desde el estado congelado sobre placas de agar (90 mm de diámetro, Columbia + 5% de sangre de oveja, Biorad, S.A., Francia), y se incubaron toda la noche a 37ºC. Entonces una colonia se transfirió a un tubo de ensayo que contiene 2 ml de disolución nutriente líquida (LB) a 37ºC y se dejó dividir durante dos horas. La 25 densidad óptica final a 590 nm fue 0,5, que corresponde a una concentración de bacterias del orden de 104 por ml. Entonces se diluyeron 100 l de esta disolución en una mezcla de 5 ml de 63B1 (caldo nutriente) más 100 l de disolución de glucosa al 20% en agua. Después de 3 horas en este medio de crecimiento a 37ºC, la densidad óptica a 590 nm volvió hasta 0,5. Las bacterias estaban así en su fase de crecimiento exponencial y se pudieron usar en los experimentos biocidas. 30
Descripción de sustratos
a) algodón
35
Los grandes tejidos de algodón fueron suministrados por un fabricante comercial (Tencel, Spondon, Derby, DE21 7BP, Inglaterra). Estaban libres de colorantes o de aditivos de procesamiento. Se comprobó mediante XPS que su contenido de carbono (75%) y oxígeno (25%) estaba de acuerdo con la celulosa pura, sin trazas de contaminantes. El diámetro medio de fibra fue 10 m, y en consecuencia la superficie específica se pudo estimar a 0,4 m2/gramo. Antes del uso, el tejido de algodón se cortó en pequeños trozos, y estas muestras se lavaron 40 repetidamente en agua destilada y se secaron a 70ºC durante 20 minutos.
b) vidrio
Se adquirieron portaobjetos de vidrio planos desengrasados (76 x 26 mm2) de Sigma. Se limpiaron mediante el método de Piranha (mezcla 70/30 de H2SO4-H2O2) a 60ºC durante 30 minutos. La superficie resultante fue muy hidrófila, con una proporción elevada de grupos OH accesibles. Los portaobjetos se enjuagaron 5 entonces en agua destilada y se secaron durante 10 minutos a 70ºC.
También se usaron y se limpiaron mediante el mismo procedimiento obleas de silicio oxidado, de 2,54 cm de diámetro y 500 m de grosor (Siltronix, Francia). Su superficie extremadamente plana y altamente reflectora permite medidas de grosor mediante elipsometría de la capa orgánica depositada. 10
II. MEDIDAS
Medidas de elipsometría
15
Se usó un elipsómetro analizador giratorio (Plasmos modelo SD 2300, New Jersey, USA) que funciona a 632,8 nm y a un ángulo de incidencia de 70º para medir el grosor de la capa de polímero PVB-Si-Q sobre los sustratos de oblea de silicio. Los datos se tomaron a veinticinco diferentes puntos en cada muestra, con un haz de punto de 1 mm.
20
Espectroscopía fotoelectrónica de rayos X
El análisis de XPS se realizó con un espectrómetro SSI modelo SSX-100 de VG-scientific usando una radiación AlK monocromática enfocada (1486,6 eV). El ángulo de incidencia del haz de rayos X colimado fue 35º, y el ángulo de despegue para los electrones fue 35º con respecto a la superficie. El punto tuvo forma elíptica, con 25 ejes menor y mayor de 250 y 750 m, respectivamente, para espectros de reconocimiento (potencia de rayos X 200 W), y de 300 y 350 m para espectros más detallados (potencia de rayos X 60 W). Para evitar efectos de electrización en el caso de muestras de algodón no conductoras, se usó un cañón de inundación (energía de los electrones blandos fijada a 20 eV). Se anotó la disminución del nivel de Fermi, y las energías de unión se corrigieron usando como calibración la energía pico de Au4f7/2 a 84,0 eV. La posición de pico de carbono C1s para 30 los componentes C-C y C-H estaba en 284,8 eV. El espectrómetro se hizo funcionar en el modo de energía analizadora constante (CAE) a una energía de pasada de 150 eV para espectros de reconocimiento, y 50 eV para espectros con mayor detalle. La transparencia del espectrómetro para los electrones asegura una relación elevada de señal a ruido. La resolución del instrumento se estimó a partir de la anchura total a mitad del máximo (FWHM) del pico de Au4f7/2. Para un tamaño de punto de 300 x 300 m2, fue 0,9 eV a resolución 2 (es decir, energía de 35 pasada 150 eV), y 1,5 eV a resolución 4 (energía de pasada 150 eV). La linealidad del espectrómetro se comprobó usando el Cu3s a 122,4 eV, y Cu2p3/2 a 932,4 eV.
Todos los picos se resolvieron usando el programa de procesamiento de espectros incluido en el sistema operativo de XPS por el fabricante. Los parámetros ajustables para la búsqueda de mejor ajuste fueron la posición 40 del pico máximo, la FWHM y la amplitud del pico. Se restó un fondo no lineal, y la forma del pico se supuso que era 100% gausiana. Una mezcla de formas lorencianas y gausianas no produjo ninguna mejora en el ajuste. Las posiciones de los picos se determinaron con una exactitud de ± 0,2 eV. Las anchuras de los picos fueron 1 eV para Si2p3/2, 1,3 eV para C1s, 1,6 eV para N1s.
45
El análisis cuantitativo de la composición de la superficie se estimó a partir de las áreas de los picos integradas, normalizadas por los factores de Scofield de sensibilidad relativa (Scofield, J.H., J. Electron Spectroscopy 8, 129, 1976), el recorrido libre medio del electrón y la función de transmisión del aparato. Los factores de sensibilidad relativa que dependen de la naturaleza del elemento fueron 0,87, 1,00, y 1,77 para Si2p, C1s y N1s, respectivamente. El factor de transmisión (T) del espectrómetro y el recorrido libre medio del electrón () se 50 obtuvieron de la relación *T = Ek0,7, en la que Ek es la energía cinética de los fotoelectrones. Entonces se calculó la atenuación a partir del recorrido libre medio de los electrones y a partir de la función de transferencia del espectrómetro. La composición de la superficie se expresó en porcentaje de átomos, y la incertidumbre típica fue 5% de los valores medidos para los picos por encima de 10 por ciento de átomos.
55
Densidad de grupos amonio cuaternario
La densidad de grupos amonio cuaternario se valoró usando la interacción electrostática entre moléculas de fluoresceína cargadas negativamente y los sitios de amonio cuaternario presentes en el polímero (Tiller J.C. et al., “Designing surfaces that kill bacteria on contact”, PNAS 98, 5981-5985, 2001). Las muestras se sumergieron en 60 primer lugar en una disolución acuosa al 1% de sal disódica de fluoresceína, y se aclararon a conciencia después de 10 minutos para eliminar las moléculas sin reaccionar. Las moléculas unidas se intercambiaron entonces sumergiendo las muestras derivatizadas en 10 ml de PBS (100 mM, pH 8) que contiene 25 mmoles de cloruro de hexadeciltrimetilamonio, C16H36N(CH3)3+Cl-. La disolución se sometió a ultrasonidos durante 15 minutos, y entonces se midió la concentración de colorante liberado mediante espectroscopía de UV-visible a 501 nm, tomando el valor 65 de 77000 M1 cm-1 para el coeficiente de extinción de la fluoresceína.
Determinación de la eficacia bactericida a nivel microscópico
Se usó una técnica basada en microscopía de epifluorescencia a fin de estudiar la actividad antimicrobiana de las muestras in situ. En el caso de la superficie de vidrio funcionalizada, se depositó una gotita 5 sésil de 30 l de un inóculo bacteriano a una densidad óptica de 0,5 (que corresponde a aproximadamente 5·104 células). En el caso del tejido de algodón (que pesa 50 mg), se adsorbió una gotita de 100 l en el tejido mediante capilaridad. La disolución también contenía 1 a 3 l de una mezcla de dos marcadores fluorescentes (disolución madre de LiveDeadTM diluida 1000 veces en PBS, Molecular Probes, Portland, Oregón, USA). Los portaobjetos de microscopio tratados se cubrieron mediante una placa de vidrio delgada, mientras que las muestras de algodón se 10 exprimieron entre dos placas de vidrio sin tratar. Para las observaciones ópticas, se usó un microscopio de epifluorescencia comercial (DMR Leica, Alemania), equipado con un objetivo con un medio de inmersión de aceite 100x (abertura numérica 1,25). Las bacterias adsorbidas aparecen como puntos verdes si todavía son viables, y como puntos rojos si su membrana ha sido dañada tras el contacto con el sustrato activo. Las imágenes se registraron con una cámara CCD a color (CoolSnap, RS Photometrics, USA) y se analizaron con un sistema 15 formador de imágenes por ordenador (software de imágenes de RS).
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
1. Caracterización de la capa polimérica depositada sobre el sustrato sólido 20
a) Grosor
El grosor de la película polimérica se midió mediante elipsometría tras extender gotas de volúmenes y concentraciones conocidos sobre obleas de silicio oxidado. Se encontró que aumenta monótonamente con la 25 cantidad total de polímero depositado. Los grosores medidos estaban en el intervalo de 10 a 50 nm para volúmenes de gotitas entre 5 y 25 l a una concentración de 1 mg/ml. Estos resultados no son absolutos puesto que se basan en la suposición de que la capa orgánica es compacta y tiene una densidad de 1 g.cm-3. Para tales grosores pequeños, realmente no es posible derivar independientemente esos dos parámetros a partir del conjunto elipsométrico de datos. La variación de grosor a través de la muestra estaba en el intervalo de 5 a 10 nm, lo que se 30 puede considerar como relativamente uniforme. También se comprobó por pesada que la cantidad total de polímero contenida inicialmente en la gotita fue adsorbida sobre la superficie después de secar. Por lo tanto, es lógico observar mediante elipsometría que el grosor de la capa polimérica es proporcional al volumen y a la concentración de polímero de la gotita depositada sobre el sustrato sólido. También se ha comprobado que se obtuvieron resultados idénticos mediante la deposición de una sola gota de volumen, V, o n gotas de volumen, V/n. 35
b) Densidad de grupos amonio cuaternario como una función del número de etapas de deposición
La densidad de grupos amonio cuaternario presentes en tejidos de algodón se ha medido como una función del número de gotas depositadas, usando el método de derivatización con fluoresceína. El volumen de la 40 gota fue siempre 240 l, y la concentración de polímero se aproximó a 1 mg/ml. Se espera que el grosor de la capa aumente en 12 nm en cada deposición. Entre las medidas, el tejido se curó a una temperatura de 110ºC. Como se muestra en la Fig. 1 aneja, la densidad de carga aumenta linealmente al principio, pero se satura después de 3 etapas de deposición. La pendiente inicial corresponde a un incremento de 4 cargas por nm2 en cada etapa de deposición. El valor de la meseta corresponde a una densidad de carga de 14 cargas positivas por nm2 (véase la 45 figura 1). De forma interesante, si se calcula el número de monómeros cargados por unidad de superficie, sabiendo que se depositan 240 g de polímero por etapa, el tejido de algodón pesaba 50 mg y tiene un área específica estimada de 0,4 m2/g, se encuentra que hay 24 cargas por nm2. Tal valor es mucho mayor, en un factor de 6, que el valor experimental. Tiller ha observado un factor muy similar de 7 para películas de poli(bromuro de 4-vinil-N-hexilpiridinio) (Tiller J.C. et al., “Designing Surfaces That Kill Bacteria On Contact”, PNAS 98, 5981-5985, 2001). Su 50 suposición fue que la constante de equilibrio para la formación del complejo de amonio-fluoresceína es tal que la estequiometría de unión es 1 fluoresceína por 7 monómeros cuaternizados. También es posible que algunos de los sitios catiónicos sean inaccesibles por razones estéricas, debido al gran tamaño del ion fluoresceína. Argumentos estéricos similares explicarían también la saturación de la densidad de carga después de 3 etapas de deposición. Debido a un engrosamiento de la capa o a un incremento en su compactación, el colorante ya no puede penetrar 55 profundamente en la capa polimérica a medida que se hace más y más gruesa. Si se supone que la capa está fuertemente empaquetada y tiene una densidad de uno, cada etapa de deposición corresponde a un incremento de grosor de 12 nm. Eso significaría que la profundidad máxima de la capa que se pudiese soldar por el marcador es 36 nm.
60
b) Caracterización química mediante XPS del algodón tratado
Se examinaron tejidos de algodón tratados mediante espectroscopía fotoelectrónica de rayos X.
Los espectros de baja resolución obtenidos en el intervalo 0 a 1100 eV muestran picos bien definidos que 5 corresponden a C, O, N, Cl y Si a 285, 532, 400, 199 y 102 eV, respectivamente. Los últimos 3 picos resultan claramente del tratamiento químico, puesto que no se observan en las muestras sin tratar. Se han caracterizado adicionalmente llevando a cabo espectros de alta resolución individuales para cada átomo particular. Este procedimiento permite obtener información detallada sobre el estado químico. Las concentraciones relativas en porcentaje de átomos para todos los picos se pueden extraer entonces a partir de las amplitudes de los picos, 10 después de corregirlas por los factores de sensibilidad. En la Tabla 1 se muestran los datos para 2 muestras diferentes.
El pico de nitrógeno está compuesto de 2 picos separados centrados a 399,8 y 402,3 eV. El primer pico corresponde a nitrógeno sin cargar, y es debido a restos de la molécula reaccionante inicial N,N-dimetilbutilamina, 15 (CH3)2N-(CH2)3-CH3. El segundo pico corresponde a los amonios cuaternarios del copolímero estadístico de poli-(vinilbencilo) completamente cuaternizado (PVB-Si-Q). Son los sitios de interés para la actividad biocida. La Tabla 1 muestra que la amplitud de los picos para la muestra 2 corresponde a 1,6 por ciento de átomos para N+ y 0,6 por ciento de átomos para N. La cantidad de N,N-dimetilbutilamina sin reaccionar no es despreciable, a pesar del lavado concienzudo al final de la reacción. La cantidad de amonio cuaternizado con relación al contenido de 20 carbono es 50:1. Este resultado es evidentemente más pequeño que la relación C:N calculada a partir de la estructura polimérica representada en el esquema 2, que es 15:1. La razón de esta diferencia es que la capa polimérica es de grosor nanométrico. La XPS investiga entonces el sustrato de celulosa así como la capa polimérica. Puesto que la celulosa no contiene nitrógeno, la relación de C a N disminuye.
25
El pico de cloro se puede descomponer en 2 picos centrados a 197,0 y 198,9 eV, respectivamente, y con una relación de amplitud de 2:1. Estos picos corresponden a Cl2p3/2 y Cl2p1/2. Sus posiciones de energía indican que el cloro está en forma de Cl- mineral en lugar de en forma orgánica: por ejemplo, los picos de cloro de –(CH2)Cl se observan a 200 y 202 eV. Por lo tanto, el contenido de cloro no es atribuible a monómeros de cloruro de vinilbencilo residuales que no han reaccionado. En su lugar, representa los contraiones de los grupos amonio cuaternario. Esta 30 interpretación está bien apoyada por el hecho de que N+ y Cl- están en cantidades equivalentes según XPS. Dentro de la exactitud experimental, la estequiometría es 1:1.
El pico de silicio es debido a los grupos laterales trimetoxisilánicos que son los sitios de interés para el injerto del copolímero estadístico en los sustratos. La amplitud de los picos corresponde a 0,8 por ciento de átomos 35 para la muestra 2. El análisis elemental en el copolímero usado para este ejemplo ha determinado que la fracción de unidades con grupos laterales silánicos es 14%; por lo tanto, es de esperar a partir de la estructura del copolímero representado en el esquema 2 que la relación de Si:N+ deba ser 0,14. Experimentalmente se encuentra Si:N+ = 0,5. El silicio es un contaminante bien conocido en entornos de laboratorio, y también está presente en las muestras de esta memoria descriptiva, lo que explica el elevado valor de Si:N+. De forma más interesante, la 40 posición de los picos de Si a 102 eV apoya la formación de enlaces de siloxano entre el copolímero estadístico y el sustrato de algodón. El Si metálico daría un pico a 99 eV, y el Si en el dióxido de silicio mostraría un pico a 103,5 eV.
La última columna de la Tabla 1 compara la densidad de grupos amonio en la película polimérica 45 injertada medida mediante XPS con la densidad medida mediante espectroscopía UV en el método de complejación con fluoresceína. Puesto que las medidas de XPS no son absolutas, la relación no es necesariamente la unidad. En el presente caso, se encuentra que la relación es 6,2 para la muestra 1 y 5,9 para la muestra 2. Dentro de la exactitud experimental, se puede considerar que estos dos valores son idénticos. Eso demuestra que los dos métodos de detección son consistentes entre sí. Cuando la espectroscopía UV detecta una mayor cantidad de 50 grupos amonio (como en la muestra 2 en comparación con la muestra 1), la señal de XPS también es más grande, y con el factor correcto de proporcionalidad (factor de 3 entre la muestra 2 y la muestra 1).
Tabla 1
55
N+ de UV (mol/nm2) Composición química de la superficie (porcentaje de átomos) Relación de N+(XPS)/N+(UV)
C O N N+ Cl Si
Muestra 1
3,4 77,06 20,39 0,88 0,55 0,42 1,26 6,1
Muestra 2
9,6 80,07 15,40 2,23 1,62 1,50 0,82 5,9
2. Efecto bactericida de las superficies cargadas
Se tomaron fotos que corresponden a una serie de observaciones de microscopía óptica de bacterias de E. coli adsorbidas sobre fibras de algodón. Se pueden observar claramente fibras individuales, y dan la escala de la 60 imagen puesto que su diámetro es del orden de 10 m. Las bacterias aparecen como puntos brillantes de tamaño
micrométrico. En un lado de las imágenes, las fibras no han sido tratadas y se observa que hay muy pocas bacterias adsorbidas. En otra imagen, hay numerosas bacterias adsorbidas sobre las fibras, evidenciando una fuerte atracción electrostática entre el sustrato cargado positivamente y las bacterias cargadas negativamente. Si las bacterias se han marcado previamente con un marcador fluorescente de viabilidad (Live and Dead, de Molecular Probes), aparecen de color verde, evidenciando que están en su estado vivo normal. El color no cambia incluso tras 5 varias horas (220 minutos para esta imagen particular). Las bacterias están bien individualizadas, con una forma regular y márgenes nítidos. Por lo tanto, se puede afirmar que siguen siendo perfectamente viables y que su aspecto global no se ha cambiado, tras la adsorción sobre esta fibra tratada.
La situación es muy diferente en otra tercera imagen. En ese caso, las fibras han sido tratadas con el 10 copolímero estadístico del ejemplo 1 de tal manera que la densidad de carga de amonio cuaternario es 9 moles/nm2. Esto es 3 veces mayor que en la foto anterior. Las bacterias ya no se pueden distinguir, y las fibras están rodeadas por una nube difusa de material de color rojo. La fibra ha destruido evidentemente a las bacterias que se adherían a ella. Sin embargo, la acción de la fibra es muy local. Las bacterias que no han sido adsorbidas y que todavía están en disolución permanecen de color verde. La foto se tomó después de 2 horas de contacto. La 15 nube está formada por material inicialmente contenido dentro de la bacteria. Las fotos tomadas a tiempos más cortos muestran que las bacterias se ponen de color rojo después de aproximadamente 10 minutos, pero todavía mantienen su forma regular. Es sólo con el transcurso del tiempo cuando pierden su forma cilíndrica distintiva y sus márgenes se hacen borrosos.
20
Se observaron efectos similares en portaobjetos de vidrio tratados. Las bacterias permanecen vivas si la densidad de carga es 3 moles/nm2, pero mueren en cuestión de decenas de minutos si la densidad de carga es 12 moles/nm2.
Para concluir, estos experimentos muestran que el copolímero estadístico puede modificar la superficie 25 de sustratos sólidos que contienen átomos de hidrógeno lábiles tales como portaobjetos de vidrio y fibras de algodón de una manera tal que el sustrato se hace citotóxico para las bacterias que entran en contacto con ella.
Ejemplo 3: Síntesis de un copolímero estadístico vía una copolimerización radicálica
30
Síntesis del copolímero que comprende metacrilato de 3-(trimetoxisilil)propilo (TMSA) y cloruro de [3-(metacriloilamino)propil]trimetilamonio (MPTA). Antes de la polimerización, el MPTA en disolución en agua se extrajo con acetato de etilo para eliminar el inhibidor antes de la evaporación hasta sequedad. Se colocaron TMSA 35 (1 g, 4,53 mmoles), MPTA (108 l, 0,45 mmoles) y AIBN (20 mg) en un vial y se disolvieron en MeOH (60 ml). La mezcla se desgasificó usando una corriente de Ar. La reacción se llevó a cabo a 70ºC durante 24 h. Después de la evaporación y precipitación con éter dietílico, el polímero se obtuvo como una espuma blanca.
RMN 1H (300 MHz, D2O) = 0,8-1,2 (m), 1,72 (bs), 1,8-2,1 (s), 3,09 (s), 3,31 (s), 3,55 (s), 4,01 (bs)
40

Claims (26)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Método para tratar por lo menos una superficie de un sustrato que contiene átomos de hidrógeno lábiles para conferirle propiedades citotóxicas o propiedades de adhesión celular, caracterizado porque comprende por lo menos una etapa que consiste en exponer, dentro de un medio líquido, dicho sustrato o una superficie del 5 mismo a por lo menos un copolímero, conteniendo dicho copolímero por lo menos una unidad monomérica de tipo A que incluye por lo menos un sitio reactivo para la unión a dicho sustrato o a dicha superficie mediante enlaces covalentes, y por lo menos una unidad monomérica de tipo B que incluye por lo menos una molécula antimicrobiana, antivírica y/o antifúngica o de adhesión celular, llevándose a cabo dicha etapa para promover el injerto covalente de dicho copolímero en dicho sustrato o una superficie del mismo. 10
  2. 2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el copolímero es un copolímero estadístico.
  3. 3. Método según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la unidad monomérica de tipo B contiene por lo menos un grupo amonio cuaternario, un grupo fosfonio cuaternario, un grupo guanidinio o un ácido 15 aminopenicilánico.
  4. 4. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el copolímero comprende una cadena principal de cadena polimérica seleccionada de entre polietileno, poliacrilamida, poliestireno, polialcohol vinílico, polialilamina, polialcohol alílico, polivinilbencilo, poliamina, polimetacrilato, poliéter, 20 poli(etileno-alt-succinimida) y poli(dialildimetilamonio).
  5. 5. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la molécula antimicrobiana, antivírica y/o antifúngica o de adhesión celular está incluida en el monómero de tipo B bajo la siguiente fórmula: 25
    en la que
    30
    □ significa el enlace al monómero B
    m es 0 ó 1,
    X2 representa una función amina, una amida, un éster o una cetona, un oligoetilenglicol, un grupo arileno, un alquil 35 (C1-C6)-arileno, o un alquileno (C1-C8) que puede estar interrumpido por cualquiera de una función amina, una amida o una cetona, y
    X4+ representa:
    40
    - un trialquilamonio de fórmula
    en la que R4, R5 y R6 representan independientemente un grupo alquilo (C1-C12), hidroxialquilo (C1-C12), o 45 fluoroalquilo (C1-C12),
    - un trialquilfosfonio de fórmula
    en la que R4, R5 y R6 son tales como se define anteriormente,
    - un grupo alquil (C1-C4)piridinio de fórmula: 5
    en la que R7 representa un alquilo (C1-C4),
    10
    - un grupo alquil (C1-C4)imidazolio de fórmula:
    en la que R7 es como se describe anteriormente, 15
    - un grupo guanidinio de fórmula
    20
    representando alternativamente dicha fórmula
    una unidad monomérica que contiene un anillo saturado de 5 ó 6 miembros que contiene un amonio cuaternario. 25
  6. 6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el sitio reactivo para la unión de dicho copolímero a un sustrato está incluido en el monómero de tipo A bajo la siguiente fórmula:
    30
    en la que
    □ significa el enlace al monómero A
    m es 0 ó 1, 5
    X1 representa una función amina, una amida, un éster o una cetona, un oligoetilenglicol, un grupo arileno, un grupo alquil (C1-C6)-arileno, o un grupo alquileno (C1-C8) que puede estar interrumpido por cualquiera de una función amina, una amida o una cetona, estando uno de los átomos de carbono en el alquileno (C1-C8) opcionalmente sustituido por un grupo amonio cuaternario, fosfonio cuaternario, alquil (C1-C4)piridinio, alquil (C1-C4)imidazolio o un 10 guanidinio,
    por lo menos uno de R1, R2 y R3 es capaz de reaccionar con un grupo hidroxilo, un tiol o una amina, y el otro uno o dos radicales seleccionados de entre R1, R2 y R3 puede representar independientemente un alcoxi (C1-C4), o cualquiera del grupo R1, R2 y R3 es un grupo que muestra un carácter de grupo saliente, 15
    representando alternativamente la fórmula
    20
    una parte de unidad monomérica que contiene un anillo saturado de 5 ó 6 miembros que contiene un amonio cuaternario.
  7. 7. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la unidad monomérica de tipo B está representada por el compuesto de fórmula (II) 25
    en la que
    30
    R4, R5 y R6 representan independientemente un alquilo (C1-C6), un hidroxialquilo (C1-C6) o un fluoroalquilo (C1-C6),
    X’2 representa un grupo alquileno (C1-C4), un oligoetilenglicol o un arileno;
    Y2 es una parte de la cadena principal de cadena polimérica, y es un etileno opcionalmente sustituido con un grupo 35 metilo, una acrilamida, una etilenimina, un metacrilato de metilo o un propilenglicol.
  8. 8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la unidad monomérica de tipo A está representada por el compuesto de fórmula (I)
    40
    en la que
    por lo menos uno de R1, R2 y R3 es capaz de reaccionar con un grupo hidroxilo, un tiol o una amina, 5
    X’1 representa un grupo arileno, un grupo alquil (C1-C6)arileno, o un grupo alquileno (C1-C8), estando uno de los átomos de carbono en el grupo alquileno sustituido por un átomo de nitrógeno, por un amonio cuaternario, por un alquilpiridinio, por un alquilimidazolio, o por un grupo guanidinio,
    10
    Y1 es una parte de la cadena principal de cadena polimérica, y es un etileno opcionalmente sustituido con un grupo metilo, una acrilamida, una etilenimina, un grupo metacrilato de metilo o un propilenglicol.
  9. 9. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la unidad monomérica de tipo A contiene por lo menos un grupo trialcoxisilano. 15
  10. 10. Método según cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque por lo menos uno del grupo R1, R2 y R3 que muestra un carácter de grupo saliente representa un átomo de halógeno, un grupo hidroxilo, un grupo halogenoalquilo (C1-C10), o un grupo alcoxi (C1-C10).
    20
  11. 11. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el porcentaje de unidad monomérica de tipo A de la cantidad total de unidades monoméricas está comprendido entre 1% y 50%, mientras que el porcentaje de monómero de tipo B de la cantidad total de unidades monoméricas está comprendido entre 50% y 99%.
    25
  12. 12. Método según la reivindicación 11, caracterizado porque el copolímero estadístico soluble en agua muestra un peso molecular comprendido entre 103 y 106 g/mol.
  13. 13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la etapa que consiste en tratar en un medio líquido dicho sustrato o dicha superficie con por lo menos un copolímero estadístico es 30 seguida de una etapa de secado.
  14. 14. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el medio líquido es un medio acuoso.
    35
  15. 15. Copolímero estadístico citotóxico o de adhesión celular que contiene por lo menos una unidad monomérica de tipo A y por lo menos una unidad monomérica de tipo B, caracterizado porque la unidad monomérica de tipo A contiene por lo menos un sitio reactivo para la unión a un sustrato o a una superficie que contiene átomos de hidrógeno lábiles mediante enlaces covalentes, y porque la unidad monomérica de tipo B contiene por lo menos una molécula antimicrobiana, antivírica y/o antifúngica o de adhesión celular. 40
  16. 16. Copolímero estadístico citotóxico o de adhesión celular según la reivindicación 15, caracterizado porque el monómero de tipo A contiene un grupo silano.
  17. 17. Copolímero estadístico citotóxico o de adhesión celular según la reivindicación 15 ó 16, caracterizado 45 porque el copolímero es tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 11.
  18. 18. Composición para tratar por lo menos una superficie de un sustrato que contiene átomos de hidrógeno lábiles, caracterizada porque comprende un copolímero estadístico citotóxico según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17. 50
  19. 19. Sustrato tratado con moléculas antibióticas, bactericidas, viricidas y/o fungicidas o de adhesión celular, por lo menos en una de sus superficies, que se puede obtener mediante un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.
    55
  20. 20. Sustrato según la reivindicación 19, caracterizado porque es vidrio, metales y óxidos metálicos, plásticos, madera, papel, cuero, textiles o tejidos sintéticos.
  21. 21. Sustrato según la reivindicación 19 ó 20, caracterizado porque la densidad de sitio antibiótico activo 5 por unidad de área comprendida entre 1014 y 1016 por cm2.
  22. 22. Uso de un sustrato según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21, con fines de descontaminación de recipientes para uso médico, de aparato médico para el tratamiento ex vivo o in vivo de órganos, de materiales o equipo de odontología o para limpiar dientes, de dispositivos implantables y de fluidos domésticos o industriales. 10
  23. 23. Uso de un sustrato según la reivindicación 19 ó 20, como una herramienta para aislar bacterias de un medio.
  24. 24. Procedimiento de preparación de un copolímero estadístico citotóxico según cualquiera de las 15 reivindicaciones 15 a 17, caracterizado porque se hace reaccionar un polímero de partida que comprende por lo menos dos sitios reactivos con por lo menos:
    - un reactivo que, haciéndolo reaccionar con por lo menos un sitio reactivo, da lugar a un copolímero que contiene por lo menos un sitio reactivo para la unión a un sustrato o una superficie que contiene átomos de 20 hidrógeno lábiles mediante enlaces covalentes, y/u
    - otro reactivo que, haciéndolo reaccionar con por lo menos un sitio reactivo, da lugar a un copolímero antimicrobiano, antivírico y/o antifúngico o de adhesión celular.
    25
  25. 25. Procedimiento de preparación según la reivindicación 24, caracterizado porque los sitios reactivos del polímero de partida se seleccionan de entre átomos de halógeno, ácidos carboxílicos activados, ésteres y aminas activados.
  26. 26. Procedimiento de preparación según la reivindicación 24 ó 25, caracterizado porque el polímero de 30 partida es un homopolímero.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1911791A1 (en) 2006-10-03 2008-04-16 Institut Curie Method for treating surfaces containing Si-H groups
EP2489344B1 (de) 2011-02-15 2021-03-24 Ivoclar Vivadent AG Dentalwerkstoff auf der Basis einer antimikrobiell wirksamen Verbindung
WO2013012666A2 (en) * 2011-07-15 2013-01-24 The University Of Georgia Research Foundation, Inc. Compounds, methods of making, and methods of use
JP2017538781A (ja) * 2014-10-24 2017-12-28 オーソボンド、インコーポレイテッド 第四級ホスホニウム化合物で被覆された表面及びその製造方法
DE102021108936B4 (de) * 2021-04-09 2023-04-20 Gebr. Brasseler Gmbh & Co. Kg Antibakterielle Implantatbeschichtungszusammensetzung, Verfahren zum Beschichten eines Implantats und antibakteriell beschichtetes Implantat

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2751882B1 (fr) 1996-07-31 1998-10-02 Inst Curie Surfaces hyperbactericides
DE19921900A1 (de) * 1999-05-12 2000-11-16 Creavis Tech & Innovation Gmbh Verfahren zur Herstellung inhärent mikrobizider Polymeroberflächen
DE19952222A1 (de) * 1999-10-29 2001-05-03 Creavis Tech & Innovation Gmbh Copolymere von Acryloylaminoalkylammoniumsalzen
DE10048613A1 (de) * 2000-09-30 2002-04-11 Creavis Tech & Innovation Gmbh Antimikrobiell wirksame Oligomere und deren Polymer-Formulierungen
DE10061250A1 (de) * 2000-12-09 2002-06-13 Creavis Tech & Innovation Gmbh Verfahren zur thermisch unterstützten antimikrobiellen Oberflächenausrüstung
EP1390158A4 (en) 2001-04-23 2004-06-09 Massachusetts Inst Technology ANTIMICROBIAL POLYMER SURFACES
CN1468887A (zh) * 2002-07-17 2004-01-21 黄振宏 有机硅季铵盐高分子聚合物制备与应用方法
DE10236350A1 (de) * 2002-08-08 2004-02-19 Basf Coatings Ag Bismutverbindungen enthaltende Elektrotauchlacke (ETL)
DE10254432A1 (de) * 2002-11-21 2004-06-03 Süd-Chemie AG LCST-Polymere
DE10351150A1 (de) * 2003-11-03 2005-05-25 Blue Membranes Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Auftragen einer definierten Menge eines Beschichtungsmaterials auf die Oberfläche eines zu beschichtenden Körpers

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