FR3129289A1 - Method of antimicrobial treatment using a device comprising a percolating network of nanowires, and product comprising the device - Google Patents
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Abstract
Procédé de traitement antimicrobien utilisant un dispositif comprenant un réseau percolant de nanofils, et produit comprenant le dispositif L’invention concerne un procédé (2) de traitement antimicrobien utilisant un dispositif (1) comprenant un réseau percolant de nanofils (100), les nanofils (100) étant à base d’au moins un matériau métallique, et les nanofils (100) étant recouverts d’une couche de protection (101) destinée à être en contact avec un milieu environnant (4) comprenant des microbes (40), et au moins une électrode électriquement connectée au réseau de nanofils (10) ; le procédé comprend au moins une alimentation en courant électrique du réseau de nanofils (100) par une source d’alimentation, pour chauffer par effet Joule le réseau de nanofils (100) de façon à provoquer la migration d’espèces (100’) issues du matériau métallique depuis les nanofils (100), à travers la couche de protection (101), et leur libération dans le milieu environnant (4). Figure pour l’abrégé : Fig.2Antimicrobial treatment method using a device comprising a percolating network of nanowires, and product comprising the device The invention relates to a method (2) for antimicrobial treatment using a device (1) comprising a percolating network of nanowires (100), the nanowires ( 100) being based on at least one metallic material, and the nanowires (100) being covered with a protective layer (101) intended to be in contact with a surrounding medium (4) comprising microbes (40), and at least one electrode electrically connected to the array of nanowires (10); the method comprises at least one electric current supply to the network of nanowires (100) by a power source, to heat the network of nanowires (100) by the Joule effect so as to cause the migration of species (100') from metallic material from the nanowires (100), through the protective layer (101), and their release into the surrounding environment (4). Figure for abstract: Fig.2
Description
La présente invention concerne le domaine des procédés et dispositifs de traitement antimicrobien. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse le domaine du traitement antimicrobien d’emballage, de dispositifs médicaux et de systèmes tactiles.The present invention relates to the field of antimicrobial treatment methods and devices. It finds a particularly advantageous application in the field of antimicrobial treatment of packaging, medical devices and touch systems.
ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
Malgré le progrès de l’hygiène dans les secteurs biomédical, environnemental et industriel, les infections microbiennes demeurent une des causes principales d’infections et constituent au niveau mondial un défi majeur de santé publique à relever. En Afrique, par exemple, elles sont encore à l’origine de plus de 50% des décès (Jones, K.E., et al.Global trends in emerging infectious diseases, Nature 2008, 451, 990–993).Despite the progress of hygiene in the biomedical, environmental and industrial sectors, microbial infections remain one of the main causes of infections and constitute a major public health challenge worldwide. In Africa, for example, they are still responsible for more than 50% of deaths (Jones, KE, et al. Global trends in emerging infectious diseases , Nature 2008, 451, 990–993).
Il existe des dispositifs antimicrobiens proposés aujourd’hui dans les secteurs du médical et de l’emballage. Dans le secteur médical, on trouve aujourd’hui des produits antimicrobiens et non implantables, tels que les pansements, les cathéters ou les vêtements de compression. Il existe également des produits antimicrobiens implantables tels que les sutures ou les implants. Un autre domaine d’applications antimicrobiennes est le secteur de l’emballage alimentaire, tels que les emballages plastiques, les emballages en biopolymère, en papier ou en carton. Ces produits comprennent généralement un agent antimicrobien, dont il existe plusieurs types.There are antimicrobial devices offered today in the medical and packaging industries. In the medical sector, today there are antimicrobial and non-implantable products, such as dressings, catheters or compression garments. There are also implantable antimicrobial products such as sutures or implants. Another area of antimicrobial applications is the food packaging sector, such as plastic packaging, biopolymer packaging, paper or cardboard. These products usually include an antimicrobial agent, of which there are several types.
Jusqu’à une époque récente, les agents chimiques antimicrobiens ont été majoritairement utilisés à l’échelle industrielle. Ces agents chimiques sont par exemple des oxydants tels que l’iode et le chlore, des ammoniums quaternaires tel que le chlorure de cétylpyridinium, des alcools tels que l’éthanol et l’isopropanol. Ces agents sont toutefois toxiques. Ils induisent une quantité importante d’effluents à traiter et une pollution importante de l’environnement.Until recently, chemical antimicrobial agents were mainly used on an industrial scale. These chemical agents are for example oxidants such as iodine and chlorine, quaternary ammoniums such as cetylpyridinium chloride, alcohols such as ethanol and isopropanol. However, these agents are toxic. They induce a large quantity of effluents to be treated and significant pollution of the environment.
Aujourd’hui, les nanoparticules métalliques, notamment d’argent, de cuivre ou de zinc, et leurs ions associés sont majoritairement utilisés industriellement pour leurs propriétés antimicrobiennes. Ces composés sont considérés comme une alternative aux antibiotiques (Marston, H.D. et al.,Antimicrobial Resistance, JAMA 2016, 316, 119). Les nanoparticules d’argent ont été les plus utilisées depuis les dernières décennies. Ses effets bactéricides ont notamment été observés surStaphylococcus aureus,Pseudomonas aeruginosa,Escherichia coli,Bacillus cereus,Listeria innocua, etSalmonella choleraesuis.Today, metallic nanoparticles, in particular silver, copper or zinc, and their associated ions are mainly used industrially for their antimicrobial properties. These compounds are considered an alternative to antibiotics (Marston, HD et al., Antimicrobial Resistance , JAMA 2016, 316, 119). Silver nanoparticles have been the most used for the last decades. Its bactericidal effects have notably been observed on Staphylococcus aureus , Pseudomonas aeruginosa , Escherichia coli , Bacillus cereus , Listeria innocua , and Salmonella choleraesuis .
Les dispositifs comprenant des nanoparticules métalliques sont toutefois susceptibles de les relarguer dans le milieu environnant, par exemple dans les aliments ou sur/dans le corps. Certaines études montrent que les nanoparticules sont toxiques pour les cellules humaines car elles agissent sur des cibles physiologiques et biologiques semblables que pour les bactéries, tels que l’ADN et les protéines. Il a été montré qu’une concentration de nanoparticules autour de 5 à 10 μg/mL est toxique dans les cellules eucaryotes (Slavin, Y.N et al.,Metal nanoparticles: understanding the mechanisms behind antibacterial activity, J Nanobiotechnol 2017, 15, 65).Devices comprising metallic nanoparticles are however likely to release them into the surrounding environment, for example into food or on/in the body. Some studies show that nanoparticles are toxic for human cells because they act on similar physiological and biological targets as for bacteria, such as DNA and proteins. It has been shown that a concentration of nanoparticles around 5 to 10 μg/mL is toxic in eukaryotic cells (Slavin, YN et al., Metal nanoparticles: understanding the mechanisms behind antibacterial activity , J Nanobiotechnol 2017, 15, 65) .
En alternative aux nanoparticules métalliques, il est connu du document Youxin Chen, et al.,Highly flexible, transparent, conductive and antibacterial films made of spin-coated silver nanowires and a protective ZnO layer, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Volume 76, 2016, Pages 88-94, un dispositif pour le traitement antimicrobien comprenant un réseau de nanofils d’argent recouverts d’une couche de protection de ZnO de 5 nm d’épaisseur, déposés sur un substrat PET. L’activité antimicrobienne de ce dispositif reste toutefois perfectible.As an alternative to metallic nanoparticles, it is known from document Youxin Chen, et al., Highly flexible, transparent, conductive and antibacterial films made of spin-coated silver nanowires and a protective ZnO layer , Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Volume 76, 2016, Pages 88-94, a device for antimicrobial treatment comprising a network of silver nanowires covered with a protective layer of ZnO 5 nm thick, deposited on a PET substrate. However, the antimicrobial activity of this device remains perfectible.
Un objet de la présente invention est donc de proposer une solution améliorant le traitement antimicrobien d’un milieu, et notamment pour limiter le relargage non désiré d’agents antimicrobiens dans le milieu environnant.An object of the present invention is therefore to provide a solution improving the antimicrobial treatment of an environment, and in particular to limit the unwanted release of antimicrobial agents into the surrounding environment.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.The other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from a review of the following description and the accompanying drawings. It is understood that other benefits may be incorporated.
RESUMESUMMARY
Pour atteindre cet objectif, selon un premier aspect on prévoit un procédé de traitement antimicrobien utilisant un dispositif comprenant :
- un réseau percolant de nanofils, déposé sur au moins une face d’un substrat, les nanofils étant à base ou faits d’au moins un, et de préférence un seul, matériau métallique électriquement conducteur, les nanofils étant recouverts d’une couche de protection destinée à être en contact avec un milieu environnant comprenant des microbes,
- au moins une électrode électriquement connectée au réseau de nanofils.
- a percolating network of nanowires, deposited on at least one face of a substrate, the nanowires being based on or made of at least one, and preferably only one, electrically conductive metallic material, the nanowires being covered with a layer of protection intended to be in contact with an surrounding medium comprising microbes,
- at least one electrode electrically connected to the array of nanowires.
Le procédé comprend au moins une alimentation en courant électrique du réseau de nanofils par une source d’alimentation électrique reliée électriquement à l’au moins une électrode, pour chauffer par effet Joule le réseau de nanofils de façon à provoquer la migration d’espèces issues du matériau métallique depuis les nanofils, à travers la couche de protection, et leur libération dans le milieu environnant. L’alimentation en courant électrique du réseau de nanofils par la source d’alimentation électrique comprend une modulation dans le temps d’au moins un paramètre parmi la tension et l’intensité du courant.The method comprises at least one supply of electric current to the network of nanowires by an electric power source electrically connected to the at least one electrode, to heat the network of nanowires by Joule effect so as to cause the migration of species from metallic material from the nanowires, through the protective layer, and their release into the surrounding environment. The supply of electrical current to the network of nanowires by the electrical power source comprises a modulation in time of at least one parameter among the voltage and the intensity of the current.
Le dispositif comprenant un réseau de nanofils, le risque de relargage dans l’environnement est minimisé par rapport à l’utilisation de nanoparticules. La couche de protection permet d’augmenter la stabilité thermique, électrique et chimique des nanofils, augmentant ainsi considérablement la durée de vie du dispositif. La couche de protection protège notamment les nanofils métalliques du milieu environnant et notamment d’une oxydation. La couche de protection évite en outre les instabilités morphologiques des nanofils, par exemple la sphéroïdisation, qui peuvent être induites par exemple sous l’effet de la température ou du courant électrique, ces instabilités limitant le traitement antimicrobien par les nanofils.The device comprising a network of nanowires, the risk of release into the environment is minimized compared to the use of nanoparticles. The protective layer makes it possible to increase the thermal, electrical and chemical stability of the nanowires, thus considerably increasing the lifetime of the device. The protective layer in particular protects the metallic nanowires from the surrounding environment and in particular from oxidation. The protective layer also avoids the morphological instabilities of the nanowires, for example spheroidization, which can be induced for example under the effect of temperature or electric current, these instabilities limiting the antimicrobial treatment by the nanowires.
Dans ce dispositif, la libération d’espèces issues du matériau métallique, jouant le rôle d’agent antimicrobien est induite par la modulation de l’alimentation électrique du réseau de nanofils, et plus particulièrement le fait qu’on puisse au moins alimenter ou non le réseau. Le traitement antimicrobien est ainsi rendu actif à la demande. La charge d’agent antimicrobien est contrôlée et modulée dans le temps. Le traitement peut être activé et contrôlé en fonction de l’alimentation ou de l’arrêt de l’alimentation du dispositif. Le courant induisant la migration des espèces issues du matériau métallique, et leur libération dans le milieu environnant, la charge d’agent antimicrobien est suffisante pour un traitement antimicrobien efficace lorsque le dispositif est alimenté. Lorsque le dispositif n’est pas utilisé, le dispositif n’est pas alimenté. Le relargage d’agent antimicrobien est alors minimisé par rapport à son utilisation, voire évité.In this device, the release of species from the metallic material, playing the role of antimicrobial agent is induced by the modulation of the electrical supply of the network of nanowires, and more particularly the fact that one can at least supply or not the network. The antimicrobial treatment is thus made active on demand. The antimicrobial agent load is controlled and modulated over time. Therapy can be activated and controlled based on device power on or power off. Since the current induces the migration of species from the metallic material, and their release into the surrounding environment, the antimicrobial agent load is sufficient for effective antimicrobial treatment when the device is powered. When the device is not in use, the device is not powered. The release of antimicrobial agent is then minimized in relation to its use, or even avoided.
Le traitement antimicrobien est ainsi amélioré par rapport aux solutions existantes, basées sur une diffusion passive et permanente des espèces métalliques dans le milieu environnant, puisque le relargage des espèces métalliques dans le milieu environnant est contrôlé.The antimicrobial treatment is thus improved compared to existing solutions, based on a passive and permanent diffusion of metallic species into the surrounding environment, since the release of metallic species into the surrounding environment is controlled.
Le relargage d’agent antimicrobien et donc la pollution engendrée sont minimisés. Par ailleurs, le risque du développement d’une résistance des microbes à l’agent antimicrobien peut être minimisé, en distinguant des phases d’utilisation du dispositif lorsqu’un traitement antimicrobien est requis, et des phases de non-utilisation où la quantité d’agent antimicrobien libérée est au moins réduite, voire négligeable.The release of antimicrobial agent and therefore the pollution generated are minimized. Furthermore, the risk of the development of resistance of microbes to the antimicrobial agent can be minimized, by distinguishing phases of use of the device when antimicrobial treatment is required, and phases of non-use where the quantity of antimicrobial agent released is at least reduced, if not negligible.
En outre, la durée de vie du dispositif est augmentée car la consommation de la réserve métallique formée par les nanofils est contrôlable. Le procédé de traitement est ainsi rendu plus pérenne et son coût est diminué.In addition, the lifetime of the device is increased because the consumption of the metal reserve formed by the nanowires is controllable. The treatment process is thus made more sustainable and its cost is reduced.
Un deuxième aspect concerne un produit comprenant un dispositif comprenant un réseau percolant de nanofils et déposé sur au moins une face d’un substrat, les nanofils étant à base ou faits d’au moins un matériau métallique électriquement conducteur, les nanofils étant recouverts d’une couche de protection, la couche de protection étant destinée à être en contact avec un milieu environnant comprenant des microbes.A second aspect concerns a product comprising a device comprising a percolating network of nanowires and deposited on at least one face of a substrate, the nanowires being based on or made of at least one electrically conductive metallic material, the nanowires being covered with a protective layer , the protective layer being intended to be in contact with an surrounding medium comprising microbes.
Avantageusement, le dispositif comprend au moins une électrode électriquement connectée au réseau de nanofils, apte à être reliée électriquement à une source d’alimentation électrique, le dispositif étant configuré de sorte que le réseau de nanofils est apte à être chauffé par effet Joule de façon à provoquer la migration d’espèces issues du matériau métallique depuis les nanofils et à travers la couche de protection. Le dispositif est configuré pour coopérer avec la source d’alimentation électrique de façon à, lors de l’utilisation du dispositif, moduler le courant électrique pour moduler la migration des espèces issues du matériau métallique.Advantageously, the device comprises at least one electrode electrically connected to the network of nanowires, capable of being electrically connected to an electrical power source, the device being configured so that the network of nanowires is capable of being heated by the Joule effect in such a way to cause the migration of species from the metallic material from the nanowires and through the protective layer. The device is configured to cooperate with the electrical power source so as to, during use of the device, modulate the electrical current to modulate the migration of species from the metallic material.
Le produit présente les avantages du dispositif précédemment énoncés. Le produit présente ainsi une activité antimicrobienne améliorée par rapport aux solutions existantes. Notamment, la durée de vie de l’activité antimicrobienne du produit est augmentée. Son utilisation est en outre rendue plus sûre en assurant une activité antimicrobienne efficace à la demande, tout en minimisant le relargage non désiré d’agent antimicrobien.The product has the advantages of the device previously stated. The product thus exhibits improved antimicrobial activity compared to existing solutions. In particular, the lifetime of the antimicrobial activity of the product is increased. Its use is further made safer by providing effective antimicrobial activity on demand, while minimizing unwanted release of antimicrobial agent.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :The aims, objects, as well as the characteristics and advantages of the invention will emerge better from the detailed description of an embodiment of the latter which is illustrated by the following accompanying drawings in which:
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les dimensions relatives des nanofils, du dispositif et des microbes ne sont pas représentatifs de la réalité.The drawings are given by way of examples and do not limit the invention. They constitute schematic representations of principle intended to facilitate understanding of the invention and are not necessarily scaled to practical applications. In particular, the relative dimensions of the nanowires, of the device and of the microbes are not representative of reality.
Claims (17)
- un réseau (10) percolant de nanofils (100), déposé sur au moins une face (110) d’un substrat (11), les nanofils (100) étant à base d’au moins un matériau métallique électriquement conducteur, les nanofils (100) étant recouverts d’une couche de protection (101) destinée à être en contact avec un milieu environnant (4) comprenant des microbes (40),
- au moins une électrode (12) électriquement connectée au réseau (10) de nanofils (100),
l’alimentation (20) en courant électrique du réseau (10) de nanofils (100) par la source d’alimentation (30a) électrique comprend une modulation (201) dans le temps d’au moins un paramètre parmi la tension et l’intensité du courant.Method (2) of antimicrobial treatment using a device (1) comprising:
- a percolating network (10) of nanowires (100), deposited on at least one face (110) of a substrate (11), the nanowires (100) being based on at least one electrically conductive metallic material, the nanowires ( 100) being covered with a protective layer (101) intended to be in contact with an surrounding medium (4) comprising microbes (40),
- at least one electrode (12) electrically connected to the network (10) of nanowires (100),
the electric current supply (20) to the network (10) of nanowires (100) by the electric power source (30a) comprises a modulation (201) over time of at least one parameter among the voltage and the current intensity.
caractérisé en ce que le dispositif (1) comprend au moins une électrode (12) électriquement connectée au réseau (10) de nanofils (100), apte à être reliée électriquement à une source d’alimentation (30a) électrique, le dispositif (1) étant configuré de sorte que le réseau (10) de nanofils (100) est apte à être chauffé par effet Joule de façon à provoquer la migration d’espèces (100’) issues du matériau métallique depuis les nanofils et à travers la couche de protection (101), et
le dispositif (1) est configuré pour coopérer avec la source d’alimentation (30a) électrique de façon à, lors de l’utilisation du dispositif (1), moduler le courant électrique de façon à moduler la migration des espèces (100’) issues du matériau métallique.Product (3) comprising a device (1) comprising a percolating network (10) of nanowires (100) deposited on at least one face of a substrate (11), the nanowires (100) being based on at least one material electrically conductive metal, the nanowires (100) being covered with a protective layer (101) intended to be in contact with an surrounding medium (4) comprising microbes (40),
characterized in that the device (1) comprises at least one electrode (12) electrically connected to the network (10) of nanowires (100), adapted to be electrically connected to an electrical power source (30a), the device (1 ) being configured so that the network (10) of nanowires (100) is capable of being heated by the Joule effect so as to cause the migration of species (100') originating from the metallic material from the nanowires and through the layer of protection (101), and
the device (1) is configured to cooperate with the electric power source (30a) so as to, during use of the device (1), modulate the electric current so as to modulate the migration of the species (100') from metallic material.
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