WO2017113033A1 - Composición antimicrobiana para el revestimiento de superficies - Google Patents

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WO2017113033A1
WO2017113033A1 PCT/CL2016/050082 CL2016050082W WO2017113033A1 WO 2017113033 A1 WO2017113033 A1 WO 2017113033A1 CL 2016050082 W CL2016050082 W CL 2016050082W WO 2017113033 A1 WO2017113033 A1 WO 2017113033A1
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Marisol GÓMEZ ÁLVAREZ
Claudio Guillermo RAMÍREZ MORA
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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 microbial activity in any type of substrate or surface of frequent use.
  • a process for preparing said composition is also provided.
  • IAAS health care
  • i coatings paints, varnishes, gels that have the antimicrobial property by incorporating copper-based compounds.
  • the bactericidal effect of copper surfaces is directly related to the concentration, the maximum effect being for metallic copper (99.9%) and is maintained on alloys that contain 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 demonstrated the ability to destroy viruses of great medical importance, including influenza A virus and human immunodeficiency virus, HIV, in concentrations as low as 0.16 to 1.6 mM.
  • viruses of great medical importance including influenza A virus and human immunodeficiency virus, HIV, in concentrations as low as 0.16 to 1.6 mM.
  • the elaboration of filters with copper oxide has efficiently eliminated the risk of HIV transmission through fluidsl 4.
  • the mechanisms involved in antiviral activity are the inactivation of a protease enzyme important for viral replication and damage at the level of the phospholipid envelope.
  • compositions with antimicrobial agents against gram-positive and gram-negative microorganisms which correspond to copper nanoparticles and copper oxide nanoparticles, as described in publication RU2416435 in which the antimicrobial agents according to the invention are characterized by sizes of specific particles and phase compositions.
  • the nanoparticles contain 67 to 96% copper and 4-33% CuO.
  • Copper oxide nanoparticles contain crystalline copper, CuO and Cu2O.
  • WO2014030123 refers to polymeric materials, in particular thermoplastic or resins, with antifouling, biocidal, antiviral and antimicrobial properties, where said antimicrobial property is given by controlled and maintained release in the time of elements or compounds with antimicrobial properties of the nanoparticle type of 4 to 500 nanometers, more preferably 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 inorganic element or compound with antimicrobial properties form a secondary structure, called agglomerate, of sizes from 0.1 to 100 micrometers , where the relation e n weight between nanoparticles of the inorganic element or compound and the thermoplastic and / or thermosetting resin and / or organic coating of the paint type is between 1 and
  • Micrometric metallic copper particles Refers to particles whose dimension is not less than 1 micrometer, nor more than 1, 000 micrometers. This is to differentiate them from nano particles and metal pieces that would be larger than 1 thousand microns.
  • Nanometric metallic copper particles refers to particles whose size is from 1 nanometer to 250 microns. 100% solid resin: refers to agglomerating compounds free of volatile organic solvents.
  • Figure 1 Table showing the distribution of the particles in the composition once applied to the surface.
  • FIG. 2 Initial inoculum and CFU count of antibacterial activity assay against E. coli O157: H7.
  • [A] Initial inoculums of 1.95X10 7 bacteria (test No. 1, left) and 2.4 X10 7 bacteria (test No. 2, right)
  • [B] Count of viable bacteria 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 CFU count of antibacterial activity assay against S. aureus.
  • [A] Initial inoculums of 4.35X10 7 bacteria (test No. 1, left) and 1 .5 X10 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 manufacturing process intended to address the problem of possible deficit in response time, efficiency and effectiveness of aseptic surfaces that may have microbial activity.
  • the composition and procedure are based on the combination of copper particles and binding agents, which allow the coating to adhere to the substrate where it is applied in order to obtain a coated surface capable of removing up to one hundred percent microbial activity in 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 surface coating, composed of micronized and micrometric metallic copper of high purity and optionally nanometric metallic copper, with distribution of particles of different shapes, sizes and proportions in a fluid vehicle for cold application, which is hardened by polymerization mechanisms. (See Figure 1).
  • microparticles involved are of different shapes and different sizes, including: • amorphous,
  • microparticle size distribution ranges from 1 micrometer to 50 microns.
  • the diversity of shapes and sizes of metal 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 in its functionality it 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 interactively:
  • the first phase corresponds to the mass of copper that carries the greatest ionic charge. This phase tends to be located in the lower zone, in contact with the surface to be coated, because by gravity, the particles of greater size or mass 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 preferably located and, optionally, part of the metallic copper nanoparticles, which float in contact with the surface and the internal medium of the coating. These particles have low load but greater surface exposure to the exterior of the coating.
  • the third phase includes spherical, amorphous, filiform, dendritic copper particles and metallic copper nanoparticles, which 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 low mass and low surface area but function as a communication bridge between surface laminar particles and particles of high charge contribution.
  • this combination of different types of copper and polymer particles facilitates the antimicrobial action of copper by facilitating the ionic capacity of the material, allowing to reach up to 100% effectiveness in the antibacterial action, making the surfaces where it is applied can 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 bonding agent, hardened by crosslinking, capable of adhering well to the surface to be coated or substrate.
  • the use of a polymer makes it possible to obtain a coating that covers every shape or geometry of the substrate with ease.
  • epoxy coatings such as epoxy-polyamide resin, polyurethane, polymethyl methacrylate, among others.
  • ELABORATION PROCESS It is noted that the manufacturing process described below is presented in an illustrative manner and therefore, the manner in which the particles are made according to what is described does not limit the type of particles used in the present invention.
  • the particles are made by thermal processes of induction smelting and subsequent spraying in the middle of inert gases at low temperature to prevent metal oxidation. In this way spherical and hemispherical particles are obtained, which are screened to obtain the particle size particle size between
  • Filiform particles have a weight of up to
  • 10% of the total weight of the particles are obtained independently from the other types of particles, by micro wire techniques obtained by melting copper inside glass capillaries, which are wrapped in a coil, from which cut in lengths less than 50 Mieras.
  • the laminar particles that deliver the characteristic color of the copper, stabilized with the Zn additive, and with the resin containing thixotropic additive of the pyrogenic siliceous type are pre-mixed.
  • the nanometric particles, and the amorphous, spherical, hemispherical of larger size are incorporated later and only at the time of preparation of the product and within the "life of the mixture" of the resin with the hardener, so they are supplied In attached container. Finally it results in a product of 3 components, pigmented base, hardener, activating particles of the system.
  • the first step is to make a preparation and cleaning of 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 activating particles, and then with the hardening reagent.
  • the composition is applied by airless equipment (air-free projection).
  • the product that is applied contains copper particles that float in contact with the surface and the internal medium of the coating.
  • 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 replace ions essential for bacterial metabolism such as iron, initially interfering with the function of the cell membrane and then at the level of the cytoplasm altering protein synthesis, either inhibiting the formation of proteins or causing the synthesis of dysfunctional proteins, altering the activity of enzymes essential for bacterial metabolism.
  • the sequence in which copper particles act in bacteria is: one . Copper ions break off copper surfaces, penetrate the bacterial cell and cause damage to the cytoplasmic membrane.
  • micrometric copper As it is micrometric copper, it is not toxic to users exposed to coated surfaces. As for the use of nanometric particles, these also correspond to metallic copper.
  • the resulting coating achieves high levels of wear resistance and complete adhesion on various substrates, providing 100% antibacterial protection against bacteria defined in the Environmental Protection Agency (EPA) standard or protocol.
  • EPA Environmental Protection Agency
  • composition according to the present invention contains only binders and metallic copper particles, which makes it safe compared to substitute products that contain possibly toxic active ingredients and solvents that limit its application in enclosed spaces and are not harmless for use on surfaces that They are in direct contact with users.
  • the base resin is supplied with thixotropic additives of Pyrogenic silica and Zn phosphate additives stabilizing oxidation of Cu, together with laminar particles in a proportion of 1 to 3%.
  • thixotropic additives of Pyrogenic silica and Zn phosphate additives stabilizing oxidation of Cu, together with laminar particles in a proportion of 1 to 3%.
  • the larger or spherical amorphous particles of the order of 50 microns are supplied separately for incorporation only at the time of applying simultaneously with the hardener will be incorporated between a 30 and a
  • the particles used in the first phase are larger amorphous, so that they are of greater adhesion compared to regular or hemispherical spherical particles.
  • Example 1 QUANTIFICATION OF ANTIBACTERIAL ACTIVITY OF SAMPLES WITH COATINGS "COPPER ARMOR” (LABORATORY REPORT) The following data correspond to the analyzes performed on September 25,
  • Protocol for the analysis of antibacterial activity on solid surfaces containing copper protocol for the analysis of antibacterial activity on solid surfaces containing copper.
  • each sample was evaluated with an inoculum of Escher ⁇ chia coli O157: H7 (ATCC 43895) or Staphylococcus aureus (ATCC 29213) containing between 1 X107 and 5X107 bacteria.
  • the inoculums 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 post-inoculation, each sample was washed with 1 mL of Saline Phosphate Buffer Solution (PBS) and bacterial counting was performed by serial dilutions.
  • PBS Saline Phosphate Buffer Solution
  • the bacterial count for E. coli S. aureus was performed by plating 10 ⁇ of each dilution in Agar-LB and Baird Parker Agar, respectively.
  • the Agar-LB and Baird Parker Agar plates were incubated at 35 ⁇ 2 ° C for 24 and 48 h, respectively. Plaques containing between 10 and 200 colony forming units (CFU) were recorded. The evaluation was carried out in experimental duplicate and in technical duplicate.
  • V Volume in mL of PBS added for each sample
  • V2 Volume in mL plated
  • 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
i recubrimientos (pinturas, 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), Escherichia 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 bacteriano. 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 replicación viral y daño a nivel de la envoltura fosfolipídica.
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 micrometro, ni superior a 1 .000 micrometros. Esto para diferenciarlas de nano partículas y de trozos de metal que serían de tamaño mayor que 1 .000 mieras.
Partículas de cobre metálico nanométricas: Se refiere a partículas cuya dimensión es de 1 nanómetro a 250 micrones. Resina 100% sólido: se refiere a compuestos aglomerantes libres de solventes orgánicos volátiles.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1 : Tabla que muestra la distribución de las partículas en la composición una vez aplicada en la superficie.
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, 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 y opcionalmente cobre metálico nanométrico, 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. (Ver Figura 1 ).
Las micropartículas que intervienen son de diferentes formas y de diversos tamaños, entre ellas: • amorfas,
• esféricas,
• filiformes,y
• laminares.
La distribución de tamaño de las micropartículas 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 preferentemente las partículas laminares y, opcionalmente, parte de las nanopartículas de cobre metálico, 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 esféricas, amorfas, filiformes, dendríticas, y nanopartículas de cobre metálico, 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 diferentes tipos 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, , 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: Se hace presente que el proceso de elaboración descrito a continuación se presenta de forma ilustrativa y por tanto, la forma en que se elaboran las partículas de acuerdo a lo descrito, no limita el tipo de partículas utilizadas en la presente invención.
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 de Zn, y con la resina que contiene aditivo tixotrópico del tipo silícea pirogénica. Las partículas nanométricas, y las amorfas, esféricas, 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 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, no es tóxico para los usuarios expuestos a las superficies recubiertas. En cuanto al uso de partículas nanométricas, estas también corresponden a cobre metálico.
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 contiene únicamente aglomerantes y partículas de cobre metálico, 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 tixotropicos, se ha encontrado que debido a la densidad y forma de las partículas esféricas, amorfas 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 amorfas de mayor tamaño o 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. En una realización preferente de la invención, las partículas utilizadas en la primera fase son amorfas de mayor tamaño, de modo que son de mayor adherencia en comparación con partículas esféricas regulares o semiesféricas.
EJEMPLOS
Ejemplo 1 : CUANTIFICACIÓN DE ACTIVIDAD ANTIBACTERIANA DE MUESTRAS CON REVESTIMIENTO "COPPER ARMOUR" (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 coli 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) / 2
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. coli 0157:H7
Inoculo utilizado:
Ensayo 1 .
N = (C X D X V) / 2
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 mieras.
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 solventes tras su endurecimiento.
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 micronizado 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 menor 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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