ITMO20060170A1 - METHOD FOR MAKING ANTIBACTERIAL AND ANTIVIRAL SURFACES OF METALLIC MANUFACTURED PRODUCTS FOR MEDICAL USE - Google Patents

METHOD FOR MAKING ANTIBACTERIAL AND ANTIVIRAL SURFACES OF METALLIC MANUFACTURED PRODUCTS FOR MEDICAL USE Download PDF

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ITMO20060170A1
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Sabrina Bozzini
Paola Petrini
Maria Cristina Tanzi
Livia Visai
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Eurocoating S P A
Milano Politecnico
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Description

EUROCOATING S.P.A. EUROCOATING S.P.A.

POLITECNICO DI MILANO POLITECNICO DI MILANO

Descrizione di invenzione industriale avente per titolo: Description of an industrial invention entitled:

“METODO PER RENDERE ANTIBATTERICHE ED ANTIVIRALI SUPERFICI DI MANUFATTI METALLICI DESTINATI AD IMPIEGHI MEDICALI". "METHOD FOR MAKING ANTIBACTERIAL AND ANTIVIRAL SURFACES OF METALLIC PRODUCTS INTENDED FOR MEDICAL USE".

Inventori designati: Petrini Paola, Bozzini Sabrina ,Tanzi Maria Cristina, Visai Livia. Designated inventors: Petrini Paola, Bozzini Sabrina, Tanzi Maria Cristina, Visai Livia.

Depositata il: -j ^MAG2006 MO 2 0 0 6 A 0 0 0 1 70 Filed on: -j ^ MAY2006 MO 2 0 0 6 A 0 0 0 1 70

DESCRIZIONE DESCRIPTION

L'invenzione riguarda un metodo per rendere antibatteriche ed antivirali superfici di manufatti metallici destinati ad impieghi medicali. The invention relates to a method for making surfaces of metal articles intended for medical use antibacterial and antiviral.

E’ noto che nel settore medico e veterinario vengono utilizzati metalli di vario genere per costruire manufatti che debbono essere impiantati nel corpo umano e animale, allo scopo di sostituire parti della struttura ossea o per integrarne la funzionalità. It is known that in the medical and veterinary sector various kinds of metals are used to build artifacts that must be implanted in the human and animal body, in order to replace parts of the bone structure or to integrate its functionality.

Questi manufatti, denominate tecnicamente protesi, devono presentare caratteristiche tali da poter essere posti a contatto diretto con i tessuti e gli organi, senza che da questo contatto sorgano fenomeni che portano al fallimento delle protesi : tra questi fenomeni, sono determinanti le formazioni di colonizzazioni batteriche. These artifacts, technically called prostheses, must have characteristics such as to be able to be placed in direct contact with the tissues and organs, without causing phenomena that lead to the failure of the prostheses to arise from this contact: among these phenomena, the formations of bacterial colonizations are decisive .

I metalli utilizzati per costruire le protesi devono anche avere una elevata resistenza meccanica, ma, nel contempo, devono anche essere bio-compatibili e particolarmente leggeri per non creare nei pazienti condizioni di grave disagio determinato dalla stessa applicazione delle protesi che sono sentite come corpi estranei. The metals used to build the prostheses must also have a high mechanical strength, but, at the same time, they must also be bio-compatible and particularly light in order not to create severe discomfort in patients caused by the very application of the prostheses that are felt as foreign bodies. .

Uno dei metalli maggiormente utilizzato per realizzare protesi è il titanio che presenta una resistenza meccanica sostanzialmente pari a quella delle ossa ed una leggerezza tale da limitare sensibilmente i fastidi ai pazienti dovuti agli impianti delle protesi. One of the metals most used to make prostheses is titanium which has a mechanical resistance substantially equal to that of bones and a lightness that significantly limits the discomfort to patients due to the implants of the prostheses.

3 Inoltre, il titanio è anche dotato di alta compatibilità biologica e questa caratteristica limita il verificarsi di infezioni che possono portare al fallimento delle protesi. 3 Furthermore, titanium is also endowed with high biological compatibility and this characteristic limits the occurrence of infections that can lead to the failure of the prostheses.

Tuttavia, il titanio non possiede in sé caratteristiche antibatteriche, ma le protesi realizzate con questo materiale sono naturalmente provviste di uno strato di rivestimento di biossido di titanio che, se sottoposto ad un trattamento fotocatalitico, presenta, invece, buone caratteristiche antibatteriche ed antivirali, essendo in grado di modificare la membrana cellulare dei batteri e dei virus che sono colonizzati sulle superfici delle protesi. However, titanium does not possess antibacterial characteristics in itself, but the prostheses made with this material are naturally provided with a layer of titanium dioxide coating which, if subjected to a photocatalytic treatment, instead has good antibacterial and antiviral characteristics, being able to modify the cell membrane of bacteria and viruses that are colonized on the surfaces of the prostheses.

Tuttavia, si è notato che l'azione antibatterica e antivirale del biossido di titanio risulta di lenta attivazione ed è limitata nel tempo e per queste due ragioni è possibile che batteri e virus possano comunque attaccarsi e stazionare sulle superfici delle protesi, generando ugualmente colonie che portano nel tempo alla nascita dei fenomeni infettivi ed infiammatori precedentemente ricordati. However, it has been noted that the antibacterial and antiviral action of titanium dioxide is slow to activate and is limited in time and for these two reasons it is possible that bacteria and viruses can still attach themselves and stay on the surfaces of the prostheses, equally generating colonies that lead over time to the birth of the previously mentioned infectious and inflammatory phenomena.

Per ovviare a questi inconvenienti, sono stati impiegati ossidi cristallini di titanio che permettono a questo metallo di essere maggiormente reattivo ai trattamenti fotocatalitici. Tuttavia, anche in questo caso, non si sono avuti risultati particolarmente vantaggiosi poiché non si è potuto stabilire con precisione il comportamento di questi ossidi cristallini quando il trattamento di irraggiamento che attiva i processi fotocatalitici viene interrotto, ossia se questi mantengano oppure no la loro capacità antibatterica ed antivirale in grado di eliminare batteri e virus già colonizzati. To overcome these drawbacks, crystalline titanium oxides have been used which allow this metal to be more reactive to photocatalytic treatments. However, even in this case, particularly advantageous results have not been obtained since it has not been possible to precisely establish the behavior of these crystalline oxides when the radiation treatment that activates the photocatalytic processes is interrupted, i.e. whether or not they maintain their capacity. antibacterial and antiviral able to eliminate already colonized bacteria and viruses.

Secondo un'altra tecnica nota, il biossido di titanio è stato modificato utilizzando diversi elementi quali il calcio, l'azoto, il fluoro, l'argento, il rame, lo stagno, il vanadio, l'oro. Anche in questo caso, i risultati ottenuti sono stati insoddisfacenti per evitare la formazione di infezioni ed infiammazioni dei tessuti a diretto contatto con le superfici delle protesi. According to another known technique, titanium dioxide has been modified using various elements such as calcium, nitrogen, fluorine, silver, copper, tin, vanadium, gold. Also in this case, the results obtained were unsatisfactory to avoid the formation of infections and inflammation of the tissues in direct contact with the surfaces of the prostheses.

Uno scopo dell'invenzione è di migliorare lo stato della tecnica. An object of the invention is to improve the state of the art.

Un altro scopo è di mettere a punto un metodo per rendere antibatteriche ed antivirali in modo costante superfìci di manufatti metallici destinati ad impieghi medicali o veterinari, come, ad esempio le protesi, che sia in grado di prevenire la formazione di colonie di batteri e virus su queste superfìci, senza permettere che questi batteri e virus abbiano il tempo di aderire alle protesi. Another purpose is to develop a method to constantly make the surfaces of metal products intended for medical or veterinary use antibacterial and antiviral, such as, for example, prostheses, which is able to prevent the formation of colonies of bacteria and viruses. on these surfaces, without allowing these bacteria and viruses to have time to adhere to the prostheses.

Secondo un aspetto dell'invenzione è previsto un metodo adatto per rendere antibatteriche e/o antivirali superfìci di manufatti metallici destinati ad impieghi medicali caratterizzato dal fatto che comprende: applicare su dette superfìci una barriera inorganica inospitale per batteri e virus, in modo tale che detta barriera inorganica impedisca l'adesione a dette superfìci di batteri e virus; rendere stabile detto applicare. Pertanto, il metodo consente di preparare le superfìci dei manufatti in modo che l'adesione di batteri e virus sia prevenuta, cioè che questi non possano aderirvi ed aggregarsi tra loro per formare colonie infettive. According to an aspect of the invention, a suitable method is provided for making antibacterial and / or antiviral surfaces of metal products intended for medical uses characterized in that it comprises: applying on said surfaces an inorganic barrier inhospitable for bacteria and viruses, so that said inorganic barrier prevents bacteria and viruses from adhering to said surfaces; stabilize said apply. Therefore, the method allows to prepare the surfaces of the manufactured articles so that the adhesion of bacteria and viruses is prevented, that is, that they cannot adhere to them and aggregate together to form infectious colonies.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione saranno maggiormente evidenti dalla descrizione di un esempio non limitativo di attuazione di un metodo per rendere antibatteriche ed antivirali superfìci di manufatti metallici destinati ad impieghi medicali, indicato di seguito. Further characteristics and advantages of the invention will become more evident from the description of a non-limiting example of implementation of a method for making antibacterial and antiviral surfaces of metal articles intended for medical uses, indicated below.

ESEMPI0 1. EXAMPLES0 1.

Nella esecuzione del metodo secondo questo esempio, sono stati utilizzati campioni di substrati di titanio in forma di placche aventi dimensioni di cm. 1 x 1 e spessore di circa cm. 0,3. In carrying out the method according to this example, samples of titanium substrates in the form of plates having dimensions of cm. 1 x 1 and thickness of about cm. 0.3.

a) - Lavaggio. a) - Washing.

In una prima fase, le superfìci delle placche in titanio vengono sottoposte a: In a first step, the surfaces of the titanium plates are subjected to:

- pulizia con getti di aria compressa; - cleaning with compressed air jets;

- lavaggio con ultrasuoni in acqua distillata per un tempo di circa 15 minuti; - ultrasonic washing in distilled water for about 15 minutes;

- ulteriore doppio lavaggio con ultrasuoni in acetone per 15 minuti ogni volta; - asciugatura in un apparecchio di asciugatura e ad una temperatura di circa 40C°. - further double ultrasonic washing in acetone for 15 minutes each time; - drying in a drying machine and at a temperature of about 40C °.

b) - Trattamento UV. b) - UV treatment.

In una seconda fase, le placche vengono esposte a radiazioni Ultraviolette, eventualmente integrate con radiazioni infrarosse, con una potenza di 300 Watt, vengono quindi immersi in acqua distillata per un tempo complessivo di circa tre ore, e ciascuna faccia delle placche viene esposta a radiazioni ogni 30 minuti, in modo da ottenere un irraggiamento completo su tutte le placche. In a second phase, the plates are exposed to Ultraviolet radiation, possibly integrated with infrared radiation, with a power of 300 Watt, they are then immersed in distilled water for a total time of about three hours, and each face of the plates is exposed to radiation. every 30 minutes, in order to obtain a complete irradiation on all the plates.

Quando è completato l’irraggiamento, le placche vengono risciacquate con acqua deionizzata. When irradiation is completed, the plates are rinsed with deionized water.

c) - Modifica con zinco. c) - Modification with zinc.

In una terza fase, si preparano separatamente due soluzioni differenti: una prima soluzione con 500 mi di soluzione di cloruro di ammonio 4M ed un’altra soluzione con cloruro di zinco 0,4M. In a third step, two different solutions are prepared separately: a first solution with 500 ml of 4M ammonium chloride solution and another solution with 0.4M zinc chloride.

Quindi, si miscelano le due soluzioni ed il pH viene portato al valore 6,9, aggiungendo ammoniaca fino a raggiungere il volume di 1 litro. Then, the two solutions are mixed and the pH is brought to 6.9, adding ammonia until reaching the volume of 1 liter.

d) - Trattamento delle placche. d) - Treatment of plaques.

Le placche in titanio, irradiati con i raggi UV, vengono immersi in 100ml della soluzione contenete zinco per un tempo di circa 5 minuti. The titanium plates, irradiated with UV rays, are immersed in 100ml of the zinc-containing solution for about 5 minutes.

Nel caso specifico, le placche vengono mantenute in posizione verticale in modo tale che entrambe le facce possano essere esposte alla soluzione. In this specific case, the plates are kept in vertical position so that both faces can be exposed to the solution.

Questa immersione viene eseguita a temperatura ambiente e mantenendo le superfici esposte alla luce. This immersion is done at room temperature and keeping the surfaces exposed to light.

Quando il trattamento in immersione è completato, le placche sono sottoposte ad un ciclo di tre lavaggi con acqua deionizzata per eliminare eventuali componenti non adsorbiti alla superficie. When the immersion treatment is completed, the plates are subjected to a cycle of three washes with deionized water to eliminate any components not adsorbed on the surface.

Completati i tre lavaggi, le placche vengono asciugate in un apparecchio riscaldante ad una temperatura di circa 40C°. Once the three washes have been completed, the plates are dried in a heating device at a temperature of about 40C °.

Claims (31)

RIVENDICAZIONI 1. Metodo, adatto per rendere antibatteriche e/o antivirali superfici di manufatti metallici destinati ad impieghi medicali caratterizzato dal fatto che comprende: applicare su dette superfici una barriera inorganica inospitale per batteri e virus, in modo tale che detta barriera inorganica impedisca l'adesione a dette superfici di batteri e virus; rendere stabile detto applicare. CLAIMS 1. Method, suitable for making surfaces of metal products intended for medical use antibacterial and / or antiviral characterized by the fact that it comprises: applying on said surfaces an inorganic barrier inhospitable to bacteria and viruses, so that said inorganic barrier prevents adhesion to said surfaces of bacteria and viruses; stabilize said apply. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui detta barriera inorganica comprende un rivestimento laminare di un materiale inorganico. The method according to claim 1 wherein said inorganic barrier comprises a laminar coating of an inorganic material. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui prima di detto applicare è previsto pulire dette superfici; rendere dette superfici adesive a detta barriera inorganica. 3. Method according to claim 1 wherein said surfaces are cleaned before said application; making said surfaces adhesive to said inorganic barrier. 4. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 3 in cui detto applicare comprende far aderire in modo stabile detto rivestimento laminare a dette superfici. A method according to any one of claims 1 to 3 wherein said applying comprises stably adhering said laminar coating to said surfaces. 5. Metodo secondo la rivendicazione 4 in cui detto far aderire in modo stabile comprende sottoporre dette superfici ad un trattamento fotocatalitico, in modo da generare su dette superfici atomi e/o gruppi di atomi predisposti per legarsi con corrispondenti legami atomici e/o molecolari di detto rivestimento laminare. 5. Method according to claim 4 wherein said adhering in a stable manner comprises subjecting said surfaces to a photocatalytic treatment, so as to generate on said surfaces atoms and / or groups of atoms predisposed to bond with corresponding atomic and / or molecular bonds of called laminar coating. 6. Metodo secondo la rivendicazione 5 in cui detto trattamento fotocatalitico comprende irraggiare dette superfici con raggi ultravioletti. 6. A method according to claim 5 wherein said photocatalytic treatment comprises irradiating said surfaces with ultraviolet rays. 7. Metodo secondo la rivendicazione 5 in cui detto trattamento fotocatalitico comprende irraggiare dette superfici con raggi ultravioletti unitamente a raggi infrarossi. 7. Method according to claim 5 wherein said photocatalytic treatment comprises irradiating said surfaces with ultraviolet rays together with infrared rays. 8. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni 6 oppure 7 in cui detto irraggiare comprende irraggiare per un tempo compreso tra cinque minuti e tre ore e mezza. Method according to any one of claims 6 or 7 wherein said irradiating comprises irradiating for a time ranging from five minutes to three and a half hours. 9. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 6 a 8 in cui detto irraggiare comprende irraggiare con una potenza compresa tra 200W e 400W. Method according to any one of claims 6 to 8 wherein said irradiating comprises irradiating with a power ranging from 200W to 400W. 10. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui detto pulire comprende sottoporre dette superfici a getti di aria; lavare con ultrasuoni dette superfici con un primo liquido di lavaggio per un tempo compreso tra 10 e 20 minuti; asciugare dette superfici ad una temperatura compresa tra 35C° e 45C°. 10. A method according to claim 1 wherein said cleaning comprises subjecting said surfaces to air jets; ultrasonically washing said surfaces with a first washing liquid for between 10 and 20 minutes; dry these surfaces at a temperature between 35C ° and 45C °. 11. Metodo secondo la rivendicazione 10 in cui detto pulire comprende, dopo detto lavare con un primo liquido di lavaggio, lavare con ultrasuoni dette superfici con un secondo liquido di lavaggio diverso da detto primo liquido di lavaggio per un tempo compreso tra 10 e 20 minuti. 11. Method according to claim 10 wherein said cleaning comprises, after said washing with a first washing liquid, ultrasonically washing said surfaces with a second washing liquid different from said first washing liquid for a time comprised between 10 and 20 minutes . 12. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni 10 oppure 11 in cui detto primo liquido di lavaggio comprende acqua distillata. Method according to any one of claims 10 or 11 wherein said first washing liquid comprises distilled water. 13. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni 10 oppure 11 in cui detto secondo liquido di lavaggio comprende acetone. A method according to any one of claims 10 or 11 wherein said second washing liquid comprises acetone. 14. Metodo secondo la rivendicazione 11 in cui detto ulteriormente lavare comprende lavare per due volte consecutivamente. 14. The method of claim 11 wherein said further washing comprises washing twice consecutively. 15. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui detti materiali metallici sono scelti tra titanio, leghe di titanio, acciaio inossidabile, leghe di acciaio inossidabile. 15. Method according to claim 1 wherein said metallic materials are selected from titanium, titanium alloys, stainless steel, stainless steel alloys. 16. Metodo secondo la rivendicazione 6 in cui detto materiale metallico è titanio. 16. A method according to claim 6 wherein said metallic material is titanium. 17. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui detto agente inorganico è scelto tra ossidi di sali inorganici di zinco, di manganese, di calcio, di rame, di argento. 17. Method according to claim 1 wherein said inorganic agent is selected from oxides of inorganic salts of zinc, manganese, calcium, copper, silver. 18. Metodo secondo la rivendicazione 8 in cui detto ossido è ossido di zinco. 18. The method of claim 8 wherein said oxide is zinc oxide. 19. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 5 a 18 in cui dopo detto irraggiare è previsto immergere detti manufatti metallici in una soluzione di applicazione di detto rivestimento laminare. Method according to any one of claims 5 to 18 wherein after said irradiation it is provided to immerse said metal articles in a solution for applying said laminar coating. 20. Metodo secondo la rivendicazione 19 in cui detta soluzione comprende una miscela di una prima soluzione e di una seconda soluzione. A method according to claim 19 wherein said solution comprises a mixture of a first solution and a second solution. 21. Metodo secondo la rivendicazione 20 in cui detta prima soluzione comprende: una soluzione di cloruro di ammonio in una concentrazione compresa tra 3 e 5 moli / litro. 21. Method according to claim 20 wherein said first solution comprises: a solution of ammonium chloride in a concentration between 3 and 5 moles / liter. 22. Metodo secondo la rivendicazione 20 in cui detta seconda soluzione comprende una soluzione di cloruro di zinco in una quantità compresa tra 0,1 e 0,7 moli / litro. A method according to claim 20 wherein said second solution comprises a zinc chloride solution in an amount comprised between 0.1 and 0.7 moles / liter. 23. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 19 a 22 in cui detta soluzione di applicazione presenta un valore di pH compreso tra 6,5 e 7, 3. Method according to any one of claims 19 to 22 wherein said application solution has a pH value between 6.5 and 7.3. 24. Metodo secondo la rivendicazione 22 in cui detto valore di PH è ottenuto con l'aggiunta di ammoniaca in detta soluzione di applicazione. 24. A method according to claim 22 wherein said PH value is obtained by adding ammonia to said application solution. 25. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 24 in cui detti manufatti metallici sono mantenuti in immersione in detta soluzione di applicazione per un tempo compreso tra 1 e 5 minuti. 25. Method according to any one of claims 1 to 24 in which said metal articles are kept immersed in said application solution for a time ranging from 1 to 5 minutes. 26. Metodo secondo la rivendicazione 25 in cui detta immersione avviene a temperatura ambiente. A method according to claim 25 wherein said immersion occurs at room temperature. 27. Metodo secondo la rivendicazione 25 in cui detta immersione avviene con esposizione alla luce. 27. A method according to claim 25 wherein said immersion occurs with exposure to light. 28. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 19 a 27 in cui dopo detta immersione in detta soluzione di applicazione, detti manufatti metallici sono sottoposti ad un ciclo di lavaggio finale con acqua deionizzata. Method according to any one of claims 19 to 27 wherein after said immersion in said application solution, said metal articles are subjected to a final washing cycle with deionized water. 29. Metodo secondo la rivendicazione 28 in cui detto ciclo di lavaggio finale comprende te lavaggi consecutivi . 29. The method of claim 28 wherein said final wash cycle comprises three consecutive washes. 30. Metodo secondo la rivendicazione 19 in cui dopo detto immergere è previsto asciugare detti manufatti metallici in un apparecchio di asciugatura ad una temperatura compresa tra 35C° e 45C°. 30. Method according to claim 19 wherein after said dipping it is provided to dry said metal articles in a drying apparatus at a temperature between 35C ° and 45C °. 31. Manufatto metallico destinato ad impieghi medicali caratterizzato dal fatto che presenta superfici dotate di una barriera inorganica inospitale per batteri e virus ottenibile secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 30. Modena lì, 31 Maggio 2006. Per incarico Doti Ing. Silvio Bergamini 31. Metallic product intended for medical uses characterized in that it has surfaces provided with an inhospitable inorganic barrier for bacteria and viruses which can be obtained according to any one of claims 1 to 30. Modena, 31 May 2006. By appointment Doti Eng. Silvio Bergamini
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