WO2017113023A1 - Composicion antimicrobiana para el revestimiento de superficies - Google Patents

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Marisol GOMEZ
Claudio RAMIREZ
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Gomez Marisol
Ramirez Claudio
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Definitions

  • the present invention provides an antimicrobial composition for surface coating that allows the reduction of up to one hundred percent of the microbial activity on any type of substrate or surface of frequent use.
  • a process for preparing said composition is also provided.
  • HAIs health care
  • the bactericidal effect of the copper surfaces is directly related to the concentration, being the maximum effect for the metallic copper (99.9%) and it is maintained in alloys containing at least 70% copper and is capable, in addition, to inhibit the formation of biofilms or multicellular communities that are surrounded by extracellular polymers that they use to facilitate the adhesion and colonization of surfaces.
  • Copper has also shown capacity to destroy viruses of great importance medical, including influenza A virus and human immunodeficiency virus, HIV, in concentrations as low as 0.16 to 1, 6 mM.
  • viruses of great importance medical including influenza A virus and human immunodeficiency virus, HIV, in concentrations as low as 0.16 to 1, 6 mM.
  • the development of copper oxide filters has efficiently eliminated the risk of transmission of HIV through fluids. 4.
  • the mechanisms involved in antiviral activity are the inactivation of a protease enzyme important for viral replication and damage at the viral level. the phospholipid sheath 4-16.
  • the nanoparticles contain 67 to 96% copper and 4-33% CuO.
  • the copper oxide nanoparticles contain crystalline copper, CuO and Cu2O.
  • WO2014030123 which refers to polymeric materials, in particular thermoplastic or resins, with antifouling, biocide, antiviral and antimicrobial properties, where said antimicrobial property is given by the controlled and maintained release in the time of elements or compounds with antimicrobial properties of the nanoparticle type from 4 to 500 nanometers, more preferably from 10 to 80 nanometers of an inorganic element or compound with antimicrobial and biocidal properties, in which said nanoparticles are pretreated to improve the final dispersion and are completely embedded in the thermoplastic resin and do not protrude on the surface of the resin, and in which the nanoparticles of the element or inorganic compound with antimicrobial properties form a secondary structure, called agglomerate, of sizes from 0.1 to 100 micrometers , where the relationship n weight
  • Copper by significantly reducing the bacterial load, allows to increase aseptic conditions in clinical areas, schools and public facilities in general and helps reduce cross contamination in food processes. Notwithstanding the foregoing, the truth is that no composition is known that is capable of reducing the microbial load in one hour by one hundred percent with copper particles.
  • Micrometric metallic copper particles Refers to particles whose dimension is not less than 1 micrometer, nor more than 1,000 micrometers. This to differentiate them from nano particles that would be smaller than 1 miera and from pieces of metal that would be larger than 1 thousand microns.
  • 100% solid resin refers to volatile organic solvents free binder compounds.
  • Figure 1 shows a diagram of the distribution of the particles in the composition once applied on the surface: 1 .- Laminar particles. 2.- Spherical particles. 3.- Filiform and nanometric particles. 4.- Polymerization Vehicle. 5.- Substrate where it is applied.
  • FIG. 2 Initial inoculum and UFC count of assay antibacterial activity against E. coli O157: H7.
  • [A] Initial inoculums of 1.95X10 7 bacteria (assay No. 1, left) and 2.4 X10 7 bacteria (assay No. 2, right)
  • [B] Viable bacteria count per sample. Experimental and technical duplicates are shown. The dilution factor is represented as 0, -1, -2, -3, -4 and -5.
  • FIG. 3 Initial inoculum and UFC count of assay antibacterial activity against S. aureus.
  • [A] Initial inocula of 4.35X10 7 bacteria (test No. 1, left) and 1.5 x 10 7 bacteria (test No. 2, right)
  • [B] Count of viable bacteria by sample. Experimental and technical duplicates are shown. The dilution factor is represented as 0, -1, -2, -3, -4 and -5.
  • the present invention relates to an antimicrobial composition for surface coating and its processing procedure intended to address the problem of potential shortfall in the response time, efficiency and effectiveness of the asepsis of surfaces that may have microbial activity.
  • composition and procedure are based on the combination of copper particles and binders without solvents, which allow the coating to adhere to the substrate where it is applied in order to obtain a coated surface capable of eliminating up to one hundred percent the microbial activity on the surfaces exposed to the composition.
  • the composition operates in three phases or stages that interact in association facilitating the antimicrobial action of copper particles, making the surfaces where it is applied can be used without risk of contamination or contagion by microbes.
  • the invention corresponds to an antimicrobial composition for the coating of surfaces, composed of micronized metallic copper and micrometric of high purity, with distribution of particles of different shapes, sizes and proportions in a fluid vehicle to be applied in cold, which is hardened by polymerization mechanisms.
  • the particles that intervene are of 4 main forms:
  • the size distribution ranges from 1 micrometer to 50 microns.
  • the diversity of shapes and sizes of the metallic particles allows obtaining surfaces with up to 100% antimicrobial protection, as shown in Figure 1.
  • the saturation of shapes and dimensions of the present invention guarantees a permanent antimicrobial action over time based on metallic copper high density, which make it different and differentiating, since its functionality is equivalent or superior to the application of a metallic copper coating.
  • the antimicrobial action of the composition according to the present invention operates in three phases or stages that interact in association:
  • the first phase corresponds to the copper mass that carries the highest ionic charge. This phase tends to be located in the lower area, in contact with the surface to be coated, because by gravity, the larger or more massive particles go to the bottom of the coating layer or to the interior of the coating.
  • the second phase corresponds to the surface of the coating, where the laminar particles are located, which float in contact with the surface and the internal environment of the coating. These particles have a low charge but greater surface exposure towards the exterior of the coating.
  • the third phase comprises the amorphous and / or filiform copper particles that form the contact and ion transmission network with the help of the polymer that acts as a binding vehicle for the copper particles. These particles have little mass and little surface but they function as communication bridge between the superficial laminar particles and the particles of high charge contribution.
  • this combination of 4 different types of copper particles and the polymer facilitates the antimicrobial action of copper by facilitating the ionic capacity of the material, allowing up to 100% effectiveness in the antibacterial action, making the surfaces where it is applied be used without risk of contamination or contagion by microbes.
  • the improved ionic effect is then due to the geometry of the particles and their distribution in combination with the polymer.
  • the copper content in the composition it is greater than or equal to 30% and up to 90% by weight of the final composition.
  • the polymer corresponds to a binder, solvent-free, 100% solid, hardened by crosslinking, capable of adhering well to the surface to be coated or substrate.
  • the use of a polymer allows to obtain a coating that covers any shape or geometry of the substrate with ease.
  • epoxy coatings such as epoxy-polyamide resin, polyurethane, polymethyl methacrylate, among others.
  • the particles are elaborated by thermal processes of induction smelting and subsequent spraying in the medium of inert gases at low temperature to avoid oxidation of metal.
  • spherical and hemispherical particles are obtained, which are screened to obtain the granulometric band of the particle between 1 miera at 50 microns, with an average of 25 microns.
  • the filiform particles have a weight of up to 10% of the total weight of the particles, are obtained independently of the other types of particles, by techniques of microwires obtained by melting copper inside glass capillaries, which They are wrapped in a coil, from which they are cut into lengths less than 50 Mieras.
  • the laminar particles that give the characteristic color of the copper, stabilized with the additive of Zn phosphate, and with the resin containing thixotropic additive of the pyrogenic siliceous type are pre-mixed.
  • the larger spheres and hemispherical particles are incorporated later and only at the time of preparation of the product and within the "time of life of the mixture" of the resin with the hardener, so they are supplied in an enclosed container.
  • it is a product with 3 components, pigmented base, hardener, activating particles of the system.
  • the first step is to prepare and clean the substrate where the composition will be applied.
  • the resin base containing the thixotropic additives and Zn phosphate stabilizers is then mixed with the larger size activating particles, and then with the hardening reagent.
  • the composition is applied by airless equipment (air free projection).
  • the product that is applied does not contain solvents and contains copper particles that float in contact with the surface and the internal environment of the coating. Once the surface where the coating was applied is enabled for its use, an electrostatic activation process is carried out, after which it begins to release its antimicrobial capacity.
  • copper in high concentrations, has a toxic effect on bacteria due to the release of hydroperoxide radicals, copper ions could potentially substitute essential ions for bacterial metabolism such as iron, interfering initially with the function of the cellular membrane and then at the level of the cytoplasm altering the protein synthesis, either inhibiting the formation of proteins or causing the synthesis of dysfunctional proteins, altering the activity of enzymes essential for bacterial metabolism.
  • Copper ions are released from copper surfaces, penetrate the bacterial cell and cause damage to the cytoplasmic membrane.
  • the resulting coating achieves high levels of wear resistance and complete adhesion on various substrates, providing 100% antibacterial protection against bacteria defined in the standard or protocol of the Environmental Protection Agency (EPA).
  • EPA Environmental Protection Agency
  • composition according to the present invention is free of solvents, makes it safe in comparison with substitute products containing possibly toxic active ingredients and solvents that limit their application in closed spaces and are not safe for use on surfaces that are in direct contact with the users.
  • Another advantage is that the application can be performed at low temperature, being suitable for all types of surfaces and reducing application costs compared to products with similar copper content, which are applied at high temperatures.
  • the base resin is supplied with thixotropic silica fume additives and Zn phosphate additives stabilizing the oxidation of Cu, together with the laminar particles in a proportion of 1 to 3%,
  • the spherical particles of the order of 50 micras are supplied separately to be incorporated only when applying simultaneously with the hardener, between 30 and 90% by weight of spherical metallic particles of high purity will be incorporated.
  • the life time of the mixture is less than one hour at 20 Q C, time that decreases at higher temperatures.
  • Example 1 QUANTIFICATION OF ANTIBACTERIAL ACTIVITY OF SAMPLES WITH COATING "LIQUID COPPER" (REPORT OF LABORATORY)
  • Protocol for the analysis of antibacterial activity on solid surfaces containing copper protocol for the analysis of antibacterial activity on solid surfaces containing copper.
  • E. coli S. aureus Inocula of E. coli S. aureus were obtained by growing the bacteria overnight in Luria Bertrani broth (LB) and Heart Brain Infusion broth, respectively. After 1 hour postinoculation, each sample was washed with 1 mL of Saline Phosphate Buffer Solution (PBS) and by serial dilutions the bacterial count was performed. The bacterial count for E. coli S. aureus was performed by plating 10 ⁇ of each dilution in Agar-LB and Baird Parker Agar, respectively.
  • PBS Saline Phosphate Buffer Solution
  • N (CXDXV) / V 2
  • N Number of viable bacteria recovered x test specimen
  • V Volume in mL of PBS added for each sample
  • V2 Volume in lacquered mL
  • a average of the initial inoculum or the number of viable bacteria recovered in the control samples
  • N (CXDXV) / V 2
  • N 1 .5X10 7

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Abstract

La presente invención provee una composición antimicrobiana para el revestimiento de superficies que permite la reducción de hasta un cien por ciento de la actividad microbiana en cualquier tipo de sustrato o superficie de uso frecuente, que comprende un compuesto de partículas de cobre metálico micronizado de alta pureza. Se provee además un procedimiento de elaboración de dicha composición.

Description

COMPOSICIÓN ANTIMICROBIANA PARA EL REVESTIMIENTO DE
SUPERFICIES
CAMPO TÉCNICO
La presente invención provee una composición antimicrobiana para el revestimiento de superficies que permite la reducción de hasta un cien por ciento de la actividad microbiana en cualquier tipo de sustrato o superficie de uso frecuente. Se provee además un procedimiento de elaboración de dicha composición. ANTECEDENTES
Está demostrado a través de estudios, que las infecciones asociadas a la atención en salud (IAAS), constituyen un problema de salud pública, puesto que incrementan la morbilidad y mortalidad de pacientes, así como los costos de la atención. Se estima que cada año se producen en Chile 70.000 casos de enfermedades intrahospitalarias lo que se traduce en un gran costo país. Diversos estudios señalan que algunas de éstas IAAS provienen de transmisión de patógenos por superficies de contacto como los pisos, los muros, las barandas laterales de las camas, mesas, etc. Este problema genera una oportunidad de innovar en materiales que posean propiedades antimicrobianas y que puedan reemplazar los objetos y superficies convencionales con un gran impacto tanto sanitario como económico. En el 2008 la Agencia de Protección Medio Ambiental (EPA) de los Estados Unidos aprobó el registro de las aleaciones de cobre antimicrobiano, afirmando que benefician la salud pública. Estas propiedades bactericidas del cobre ya se han aplicado en hospitales de Europa, Estados Unidos y Chile y se ha demostrado que las superficies cobrizadas reducen la carga de patógenos. Sin embargo, los materiales metálicos de cobre presentan ciertas desventajas como oxidación, altos costos y difícil procesabilidad, que hace que su implementación sea limitada. Lo anterior puede ser superado desarrollando materiales plásticos (poliméricos) y recubrimientos (pinturas,
i barnices, geles) que presenten la propiedad antimicrobiana mediante la incorporación de compuestos en base a cobre.
De esta manera diversos investigadores han demostrado, utilizando los criterios exigidos por la EPA (Environmental Protection Agency), que superficies de cobre o sus aleaciones son capaces de eliminar en horas el 99,9% de las bacterias patógenas, entre ellas Staphylococcus aureus resistente a meticilina (SAMR), Escheríchia coli O157:H7, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter aerogenes, Listería monocytogenes, Salmonella entérica, Campylobacter jejuni, Legionella pneumophila, Clostridium difficile y Mycobacterium tuberculosis.
Resultados consistentes, bajo las condiciones establecidas por la EPA, demuestran la efectividad del cobre en la eliminación de bacterias patógenas a temperatura ambiente, a diferencia del acero inoxidable. En estos estudios el cobre eliminó de manera rápida el SAMR en 90 min, mientras que con el acero inoxidable no se observó disminución en la concentración bacteriana después de 6 h (360 min). En la aleación de bronce, que contiene 80% de cobre, el SAMR fue completamente eliminado en 270 min. Evidencias de laboratorio documentan la eficacia del cobre para eliminar esporas y formas vegetativas de Clostridium difficile, patógeno hospitalario asociado a brotes de IIH con elevada mortalidad. Estos estudios mostraron eliminación de esporas después de 24 h de exposición a cobre metálico y otro estudio muestra que este efecto ocurre a partir de los 30 min para las formas vegetativas y a las 3 h para las esporas, aún en presencia de materia orgánica.
Es importante destacar que el efecto bactericida de las superficies de cobre se relaciona directamente con la concentración, siendo el efecto máximo para el cobre metálico (99,9%) y se mantiene en aleaciones que contengan al menos 70% de cobre y es capaz, además, de inhibir la formación de biopelículas o comunidades multicelulares que se rodean de polímeros extracelulares que usan para facilitar la adherencia y colonización de superficies. Es así como con el respaldo de la evidencia científica acumulada, el 25 de marzo de 2008, la EPA registró al cobre como el primer y único metal con propiedades antibacterianas, autorizando la difusión de conceptos importantes, entre ellos que "las superficies de cobre eliminan 99,9% de los patógenos bacterianos después de 2 h de exposición" y certificando que superficies de cobre metálico y sus aleaciones son antimicrobianos naturales, poseen eficacia antimicrobiana de larga duración, tienen un efecto auto desinfectante y son superiores a otros revestimientos disponibles en el mercado.
Este registro autoriza el uso de superficies de cobre en ambientes hospitalarios.
Adicionalmente, estudios de laboratorio realizados por el la Universidad de Chile han demostrado que superficies de cobre, además de matar bacterias por contacto directo, impiden la adherencia e inhiben la multiplicación de cepas clínicas de los principales agentes asociados a infecciones intrahospitalarias, entre ellos SAMR, Klebsiella pneumoniae multiresistente, y Acinetobacter baumanii multi resistente, a diferencia de lo observado en superficies de acero inoxidable, en las cuales las bacterias se adhieren en forma rápida y muy eficiente.
El mecanismo íntimo que explica la actividad antibacteriana del cobre no está totalmente dilucidado. Un elemento crucial en la actividad antibacteriana es la capacidad del cobre para ceder y aceptar electrones en un proceso continuo. Algunos estudios sugieren que el cobre, en concentraciones elevadas, tiene un efecto tóxico sobre las bacterias debido a la liberación de radicales de hidroperóxido, los iones de cobre potencialmente podrían sustituir iones esenciales para el metabolismo bacteriano como el hierro, interfiriendo inicialmente con la función de la membrana celular y luego a nivel del citoplasma alterando la síntesis proteica, ya sea inhibiendo la formación de proteínas o provocando la síntesis de proteínas disfuncionales, alterando la actividad de enzimas esenciales para el metabolismo bacterianol 2,13.
El cobre también ha demostrado capacidad para destruir virus de gran importancia médica, entre ellos virus influenza A y virus de inmunodeficiencia humana, VIH, en concentraciones tan bajas como 0,16 a 1 ,6 mM. La elaboración de filtros con óxido de cobre ha permitido eliminar en forma eficiente el riesgo de transmisión de VIH a través de fluidosl 4. Los mecanismos involucrados en la actividad antiviral son la inactivación de una enzima proteasa importante para la replicacion viral y daño a nivel de la envoltura fosfolipídical 4-16.
Por otra parte, existe evidencia además de la actividad antifúngica del cobre. Por ejemplo, especies de hongos, entre ellas Candida albicans, son inhibidas en su crecimiento y luego destruidas, en contacto con superficies de cobre. Probablemente la actividad antifúngica ocurre mediante un proceso complejo denominado "muerte por contacto" en el que se produce un daño a la membrana citoplasmática, que se despolariza, facilitando la entrada de iones de cobre a la célula, amplificando el daño y secundariamente se produce un aumento en el estrés oxidativo, sin apreciar daño aparente.
En el estado del arte es posible encontrar recubrimientos y composiciones que describen el uso de cobre, tales como el documento GB 2466805 que describe un método para la deposición de una capa con propiedades antibacterianas sobre un sustrato que comprende una deposición de vapor química a presión atmosférica utilizando una llama como fuente de energía de reacción, y también se deposita un segundo material para estabilizar, proteger y controlar la liberación del metal, donde el metal y el segundo material se depositan simultánea o secuencialmente. También es posible encontrar composiciones con agentes antimicrobianos contra microorganismos gram-positivos y gram-negativos, que corresponden a nanopartículas de cobre y nanopartículas de óxido de cobre, como se describe en la publicación RU2416435 en que los agentes antimicrobianos según la invención se caracterizan por tamaños de partícula específicos y composiciones de fase. Las nanopartículas contienen 67 a 96% de cobre y 4-33% de CuO. Las nanopartículas de óxido de cobre contienen cobre cristalino, CuO y Cu2O. En cuanto al uso de nanopartículas y polímeros, se encuentra la publicación WO2014030123 que se refiere a materiales poliméricos, en particular termoplástico o resinas, con propiedades antifouling, biocida, antiviral y antimicrobianas, donde dicha propiedad antimicrobiana está dada por la liberación controlada y mantenida en el tiempo de elementos o compuestos con propiedades antimicrobianas del tipo nanopartículas de 4 a 500 nanómetros, más preferiblemente de 10 a 80 nanómetros de un elemento o compuesto inorgánico con propiedades antimicrobianas y biocidas, en el que dichas nanopartículas son tratadas previamente para mejorar la dispersión final y están completamente embebidas en la resina termoplástica y no sobresalen en la superficie de la resina, y en el que las nanopartículas de la elemento o compuesto inorgánico con propiedades antimicrobianas forman una estructura secundaria, llamada aglomerado, de tamaños desde 0,1 a 100 micrómetros, en donde la relación en peso entre nanopartículas del elemento o compuesto inorgánico y la resina termoplástica y/o termoestable y/o revestimiento orgánico de tipo pintura es entre 1 y 80% en peso, y en el que dichas estructuras secundarias se dispersan homogéneamente en la resina.
Así, son conocidos los productos que se basan en la actividad antimicrobiana del cobre para uso en transportes marítimos, pero que tienen alta toxicidad para el ser humano.
El cobre, al reducir significativamente la carga bacteriana, permite incrementar las condiciones de asepsia en recintos clínicos, escuelas y recintos públicos en general y ayuda a la reducción de contaminación cruzada en procesos alimentarios. No obstante lo anterior, lo cierto es que no es conocido ninguna composición que esté capacitado para reducir la carga microbiana en una hora en un cien por ciento con partículas de cobre.
Las limitaciones actuales del uso de cobre en superficies están en los elevados costos del uso de placas de cobre metálico, que no tienen las dimensiones apropiadas para cada superficie, debiendo agregarse elevados costos de instalación. En el caso de las resinas o recubrimientos poliméricos, el natural desgaste debido al uso elimina gradualmente el contenido de cobre de las superficies, reduciendo su capacidad antimicrobiana.
DEFINICIONES
Partículas de cobre metálico micrométricas: Se refiere a partículas cuya dimensión no es inferior a 1 micrómetro, ni superior a 1 .000 micrómetros. Esto para diferenciarlas de nano partículas que serían de menor tamaño que 1 miera y de trozos de metal que serían de tamaño mayor que 1 .000 mieras.
Resina 100% sólido: se refiere a compuestos aglomerantes libres de solventes orgánicos volátiles.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1 : muestra un esquema de la distribución de las partículas en la composición una vez aplicada en la superficie: 1 .- Partículas Laminares. 2.- Partículas Esféricas. 3.- Partículas Filiformes y nanométricas. 4.- Vehículo de Polimerización. 5.- Sustrato donde se aplica.
Figura 2: Inoculo inicial y recuento de UFC de ensayo actividad antibacteriana frente a E. coli O157:H7. [A] Inóculos iniciales de 1 .95X107 bacterias (ensayo No. 1 , izquierda) y de 2.4 X107 bacterias (ensayo No. 2, derecha) [B] Recuento de bacterias viables por muestra. Se muestran duplicados experimentales y técnicos. El factor de dilución se representa como 0, -1 , -2, -3, -4 y -5.
Figura 3: Inoculo inicial y recuento de UFC de ensayo actividad antibacteriana frente a S. aureus. [A] Inóculos iniciales de 4.35X107bacterias (ensayo No. 1 , izquierda) y de 1 .5 X107 bacterias (ensayo No. 2, derecha) [B] Recuento de bacterias viables por muestra. Se muestran duplicados experimentales y técnicos. El factor de dilución se representa como 0, -1 , -2, -3, -4 y -5.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una composición antimicrobiana para revestimiento de superficies y su procedimiento de elaboración destinado a abordar el problema del posible déficit en el tiempo de respuesta, de eficiencia y eficacia de la asepsia de superficies que pueden tener actividad microbiana.
La composición y procedimiento se basan en la combinación de partículas de cobre y agentes aglomerantes sin solventes, que permiten que el revestimiento se adhiera al sustrato donde es aplicado con el fin obtener una superficie recubierta capaz de eliminar hasta en un cien por ciento la actividad microbiana en las superficies expuestas a la composición.
La composición opera en tres fases o etapas que interactúan asociadamente facilitando la acción antimicrobiana de las partículas de cobre, haciendo que las superficies donde es aplicada puedan ser utilizadas sin riesgo de contaminación o contagio por microbios.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La invención corresponde a una composición antimicrobiana para el revestimiento de superficies, compuesto de cobre metálico micronizado y micrométrico de alta pureza, con distribución de partículas de distintas formas, tamaños y proporciones en un vehículo fluido para ser aplicado en frío, el cual es endurecido por mecanismos de polimerización. Las partículas que intervienen son de 4 formas principales:
• esféricas,
• filiformes,
• amorfas y
· laminares.
La distribución de tamaño va desde 1 micrómetro hasta 50 micrones. La diversidad de formas y tamaños de las partículas metálicas permite la obtención de superficies con hasta 100% de protección antimicrobiana, tal como se muestra en la Figura 1 .
A diferencia de otros productos de tipo revestimientos que contienen partículas, nanopartículas o pigmentaciones de cobre y otros principios activos que actúan como biocidas o bactericidas, la saturación de formas y dimensiones de la presente invención garantiza una acción antimicrobiana permanente en el tiempo basada en cobre metálico de alta densidad, que lo hacen distinto y diferenciador, ya que en su funcionalidad es equivalente o superior a la aplicación de un recubrimiento de cobre metálico. La acción antimicrobiana de la composición de acuerdo a la presente invención opera en tres fases o etapas que interactúan asociadamente:
• La primera fase corresponde a la masa de cobre que porta la mayor carga iónica. Esta fase tiende a localizarse en la zona inferior, en contacto con la superficie a recubrir, pues por gravedad, las partículas de mayor tamaño o masividad se van hacia el fondo de la capa de recubrimiento o al interior del revestimiento.
• La segunda fase corresponde a la superficie del recubrimiento, en donde se ubican las partículas laminares, que flotan en contacto con la superficie y el medio interno del revestimiento. Estas partículas tienen baja carga pero mayor exposición superficial hacia el exterior del revestimiento. • La tercera fase comprende las partículas de cobre amorfas y/o filiformes que forman la red de contacto y transmisión de iones con ayuda del polímero que actúa como vehículo ligante de las partículas de cobre. Estas partículas tienen poca masa y poca superficie pero funcionan como puente de comunicación entre las partículas laminares superficiales y las partículas de alta contribución de carga.
Así, esta combinación de 4 tipos diferentes de partículas de cobre y el polímero facilitan la acción antimicrobiana del cobre al facilitar la capacidad iónica del material, permitiendo alcanzar hasta un 100% de efectividad en la acción antibacteriana, haciendo que las superficies donde es aplicada puedan ser utilizadas sin riesgo de contaminación o contagio por microbios. El efecto iónico mejorado se debe entonces a la geometría de las partículas y a su distribución en combinación con el polímero.
En cuanto al contenido de cobre en la composición, éste es mayor o igual al 30% y hasta al 90% en peso de la composición final.
El polímero corresponde a un agente ligante, libre de solvente, 100% sólido, endurecido por reticulación, capaz de adherirse bien a la superficie a revestir o sustrato. El uso de un polímero permite obtener un recubrimiento que cubre toda forma o geometría del sustrato con facilidad.
Dentro de los polímeros a utilizar se encuentran los revestimientos epóxicos, tales como resina epoxi-poliamida, poliuretano, polimetil metacrilato, entre otros.
PROCESO DE ELABORACIÓN:
Las partículas son elaboradas por procesos térmicos de fundición por inducción y posterior pulverización en medio de gases inertes a baja temperatura para evitar la oxidación de metal. De esta forma se obtienen partículas esféricas y semiesféricas, las que son tamizadas para obtener la banda granulométrica de la partícula entre 1 miera a 50 mieras, con una media de 25 mieras. Separar una fracción de estas partículas, preferentemente entre un 10 a 20% de tales partículas, y tratarlas en molinos de esferas y rodillos para obtener las partículas laminares y amorfas. Las partículas filiformes, tienen un peso de hasta un 10% del total del peso de las partículas, son obtenidas de forma independiente a los otros tipos de partículas, por técnicas de microhilos obtenidas por fusión de cobre al interior de capilares de vidrio, los cuales son envueltos en una bobina, de la que se cortan en longitudes menores a 50 Mieras.
Para la fabricación del revestimiento, se pre mezclan únicamente las partículas laminares que entregan el color característico del cobre, estabilizado con el aditivo de fosfato de Zn, y con la resina que contiene aditivo tixotrópico del tipo silícea pirogénica. Las partículas esféricas y semiesféricas de mayor tamaño se incorporan en forma posterior y solo al momento de preparación del producto y dentro del "tiempo de vida de la mezcla" de la resina con el endurecedor, por lo que se suministran en envase adjunto. Finalmente resulta un producto de 3 componentes, base pigmentada, endurecedor, partículas activadoras del sistema.
FORMA DE APLICACIÓN Y MECANISMO DE ACCIÓN
Para la aplicación de la composición, la primera etapa es hacer una preparación y limpieza del sustrato donde se aplicará la composición. Luego se mezcla la base de resina que contiene los aditivos tixotrópicos y estabilizadores de fosfato de Zn con las partículas activadoras de mayor tamaño, y luego con el reactivo endurecedor. La composición se aplica mediante equipos airless (proyección libre de aire).
El producto que se aplica no contiene solventes y contiene partículas de cobre que flotan en contacto con la superficie y el medio interno del revestimiento. Una vez que la superficie donde fue aplicado el revestimiento está habilitada para su uso, se efectúa un proceso de activación por electrostática, tras lo cual comienza a liberar su capacidad antimicrobiana.
El mecanismo íntimo que explica la actividad antibacteriana del cobre no está totalmente dilucidado. Sin embargo, un elemento crucial en la actividad antibacteriana es la capacidad del cobre para ceder y aceptar electrones en un proceso continuo.
Algunos estudios sugieren que el cobre, en concentraciones elevadas, tiene un efecto tóxico sobre las bacterias debido a la liberación de radicales de hidroperóxido, los iones de cobre potencialmente podrían sustituir iones esenciales para el metabolismo bacteriano como el hierro, interfiriendo inicialmente con la función de la membrana celular y luego a nivel del citoplasma alterando la síntesis proteica, ya sea inhibiendo la formación de proteínas o provocando la síntesis de proteínas disfuncionales, alterando la actividad de enzimas esenciales para el metabolismo bacteriano.
La secuencia en la que actúan las partículas de cobre en las bacterias es:
1 . Iones de cobre se desprenden de superficies de cobre, penetran a la célula bacteriana y causan daño a la membrana citoplasmática.
2. Ruptura de la membrana citoplasmática favorece la entrada de los iones cobre, esto conduce a disfunción de la membrana y aumento del estrés oxidativo.
3. A nivel de citoplasma se produce alteración de la síntesis proteica y daño funcional de las enzimas esenciales.
4. Muerte celular y degradación del ADN bacteriano.
VENTAJAS TÉCNICAS
Al tratarse de cobre micrométrico y no nanométrico, no es tóxico para los usuarios expuestos a las superficies recubiertas.
El revestimiento resultante alcanza altos niveles de resistencia al desgaste y completa adherencia sobre diversos sustratos, brindando protección antibacteriana del 100% frente a las bacterias definidas en el estándar o protocolo de la Environmental Protection Agency (EPA).
La composición de acuerdo a la presente invención está libre de solventes, lo la hace inocua en comparación con productos sustitutos que contienen ingredientes activos posiblemente tóxicos y solventes que limitan su aplicación en espacios cerrados y no son inocuos para uso en superficies que están en contacto directo con los usuarios.
Otra ventaja radica en que la aplicación se puede realizar a baja temperatura, siendo apta para todo tipo de superficies y reduciendo los costos de aplicación en comparación con productos con similar contenido de cobre, que son aplicadas a altas temperaturas.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN Si bien la resina contiene aditivos tixotrópicos, se ha encontrado que debido a la densidad y forma de las partículas esféricas y filiformes de mayor tamaño, estas se sedimentan tras unos días de incorporados, por tanto la resina base se suministra con aditivos tixotrópicos de silica pirogénica y aditivos de fosfato de Zn estabilizantes de la oxidación de Cu, junto a las partículas laminares en proporción del 1 al 3%, Las partículas esféricas del orden de 50 mieras se suministran por separado para incorporarlas únicamente al momento de aplicar en forma simultánea con el endurecedor se incorporarán entre un 30 y un 90% en peso de partículas esféricas de cobre metálico de alta pureza. El tiempo de vida de la mezcla es menor a una hora a 20Q C, tiempo que disminuye a mayores temperaturas. EJEMPLOS
Ejemplo 1 : CUANTIFICACIÓN DE ACTIVIDAD ANTIBACTERIANA DE MUESTRAS CON REVESTIMIENTO "COBRE LÍQUIDO" (INFORME DE LABORATORIO)
Los siguientes datos corresponden a los análisis realizados el 25 de septiembre de 2015 por David Montero, M.Sc, Ph.D (c) a petición de los inventores.
Metodología: protocolo para el análisis de actividad antibacteriana en superficies sólidas que contienen cobre.
Se implementaron los protocolos descritos por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) para determinar la eficacia como desinfectante de superficies que contienen cobre1 con leves modificaciones. Brevemente, las muestras problema (Tipo A: A1 , A2, A3; Tipo B: B1 , B2, B3) fueron esterilizadas con Hipoclorito de Sodio (20% v/v) y Etanol (70% v/v) durante 24 h. Posteriormente, se colocó cada muestra en una caja de Petri plástica permitiendo su secado en cámara de flujo laminar por 1 h y aplicando radiación UV durante 15 min por cada lado.
Se evaluó cada muestra con un inoculo de Escheríchia co// O157:H7 (ATCC 43895) o Staphylococcus aureus (ATCC 29213) conteniendo entre 1 X107 y 5X107 bacterias.
Los inóculos de E. coli S. aureus fueron obtenidos creciendo las bacterias durante la noche en caldo Luria Bertrani (LB) y Caldo Infusión Cerebro Corazón, respectivamente. Después de 1 hora postinoculación se lavó cada muestra con 1 mL de Solución Buffer Fosfato Salino (PBS) y mediante diluciones seriadas se realizó el recuento bacteriano. El recuento bacteriano para E. coli S. aureus se realizó plaqueando 10 μΐ de cada dilución en Agar-LB y Agar Baird Parker, respectivamente.
Se incubó las placas de Agar-LB y Agar Baird Parker a 35 ± 2 °C por 24 y 48 h, respectivamente. Se registraron las placas que contenían entre 10 y 200 unidades formadoras de colonias (UFC). La evaluación se realizó en duplicado experimental y en duplicado técnico. Análisis de datos:
Número de bacterias viables por muestra:
N = (C X D X V) / V2
donde,
N = Número de bacterias viables recuperadas x espécimen de prueba
C = Promedio de conteo por muestras en duplicado
D = Factor de dilución para cada plato contado
V = Volumen en mL de PBS añadido para cada muestra
V2 = Volumen en mL plaqueado
Porcentaje de reducción:
% reducción = [(a-b) / a] x 100
donde,
a= promedio del inoculo inicial o del número de bacterias viables recuperados en las muestras control
b= promedio del número de bacterias viables recuperados en las muestras problema
Resultados
1 . Actividad antibacteriana frente a E. co// O157:H7
Inoculo utilizado:
Ensayo 1 .
N = (C X D X V) / V2
N = ((25+14)(10000)(1 mL)) / 0.01 mL
N = 1 .95X107 Ensayo 2.
N = ((22+26)(10000)(1 ml_)) / 0.01 mL
N = 2.4X107
Para el primer ensayo se utilizó un inoculo de 1 .95X107 bacterias (Fig. 2A, izquierda) y en el segundo ensayo de 2.4 X107 bacterias (Fig. 2A, derecha)
Recuento de bacterias viables por muestra:
En todos los ensayos realizados con las muestras Tipo A1-3 y B1-3 no se registró número viable de bacterias luego de una hora de contacto (Figura 2B.). En consecuencia, la reducción en la carga bacteriana fue de 100%.
2. Actividad antibacteriana frente a S. aureus
Inoculo utilizado:
Ensayo 1 .
N = ((43+44)(10000)(1 ml_)) / 0.01 mL
N = 4.35X107
Ensayo 2.
N = ((12+18)(10000)(1 mL)) / 0.01 mL
N = 1 .5X107
Para el primer ensayo se utilizó un inoculo de 4.35X107 bacterias (Fig. 3A, izquierda) y en el segundo ensayo de 1 .5 X107 bacterias (Fig. 3A, derecha)
Recuento de bacterias viables por muestra:
En todos los ensayos realizados con las muestras Tipo A1-3 y B1-3 no se registró número viable de bacterias luego de una hora de contacto (Figura 2B.). En consecuencia, la reducción en la carga bacteriana fue de 100%. Los resultados obtenidos sugieren que las muestras tipo A y B pueden ser preliminarmente catalogadas como desinfectantes frente a E. coli O157:H7 y S. aureus implementando el protocolo descrito en la metodología. Son necesarios más estudios y réplicas para corroborar los resultados obtenidos.
Referencias
1 United States Environmental Protection Agency (EPA). 2014. Protocol for the Evaluation of Bactericidal Activity of Hard, Non-porous Copper/Copper-Alloy Surfaces. EPA, Washington, DC.

Claims

REIVINDICACIONES
1 . Composición antimicrobiana para el revestimiento de superficies, CARACTERIZADA porque comprende un compuesto de partículas de cobre metálico micronizado de alta pureza, y un vehículo fluido para ser aplicado en frío.
2. Composición de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque el compuesto de partículas de cobre metálico micronizado tiene una distribución de partículas de distintas formas, tamaños y proporciones.
3. Composición de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque el compuesto vehículo fluido es un polímero endurecido por mecanismos de polimerización
4. Composición de acuerdo a la reivindicación 1 ó 2, CARACTERIZADA porque el compuesto de partículas de cobre metálico micronizado comprende partículas de formas esféricas, filiformes, amorfas y laminares.
5. Composición de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 4, CARACTERIZADA porque la distribución de tamaño de las partículas de cobre va desde 1 nanómetro hasta 50 micrones.
6. Composición de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 5, CARACTERIZADA porque el contenido de cobre en la composición está entre 30% al 90% en peso de la composición final.
7. Composición de acuerdo a las reivindicaciones anteriores, CARACTERIZADA porque el polímero es libre de solvente.
8. Composición de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque el polímero se puede seleccionar de entre resinas inorgánicas, tales como resina epoxi-poliamida, poliuretano, polimetil metacrilato, entre otros.
9. Proceso de elaboración de una composición antimicrobiana para el revestimiento de superficies, CARACTERIZADO porque comprende las etapas de:
a. elaboración de las partículas esféricas y semiesféricas de cobre metálico de alta pureza;
b. separar una fracción de las partículas esféricas y semiesféricas y tratarlas en molinos y obtener las partículas laminares y amorfas;
c. obtener las partículas filiformes;
d. mezclar únicamente las partículas laminares y la resina;
e. incorporar a la mezcla anterior las partículas de mayor tamaño al momento de preparación del producto y dentro del "tiempo de vida de la mezcla" de la resina con el endurecedor.
10. Proceso de acuerdo a la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque las partículas esféricas y semiesféricas se elaboran mediante procesos térmicos de fundición por inducción y posterior pulverización en medio de gases inertes a baja temperatura para evitar la oxidación de metal.
1 1 . Proceso de acuerdo a la reivindicación 9 u 10, CARACTERIZADO porque las partículas obtenidas son tamizadas para obtener la banda granulométrica entre 1 miera a 50 mieras.
12. Proceso de acuerdo a la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque los molidos utilizados en (b) son molinos de esferas y rodillos.
13. Proceso de acuerdo a la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque las partículas filiformes se elaboran mediante técnicas de microhilos.
14. Proceso de acuerdo a la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque las partículas filiformes se elaboran mediante fusión de cobre en capilares de vidrio.
15. Proceso de acuerdo a la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque a la mezcla descrita en (d) además se añade el aditivo fosfato de Zn.
16. Proceso de acuerdo a la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque la resina contiene aditivo tixotrópico del tipo silícea pirogénica.
17. Método de aplicación de una composición antimicrobiana para el revestimiento de superficies, CARACTERIZADO porque se aplica mediante proyección libre de aire o medios manuales.
18. Método de aplicación de acuerdo a la reivindicación 17, CARACTERIZADO porque una vez aplicado y posterior al secado, el recubrimiento es activado mediante electrostática.
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