Material laminar flexible como filtro absorbente de ultravioleta.

La presente invención se refiere a un material laminar híbrido, que comprende un polímero infiltrado entre nanopartículas de óxidos metálicos, que combina las propiedades de absorción de la radiación UV de las nanopartículas con las propiedades mecánicas del polímero en el que están embebidas. Además, el material laminar de la invención se puede emplear en numerosas aplicaciones en una variedad de ámbitos en los que se requiere la protección espectralmente selectiva en el rango UV, tales como el tratamiento fototerápico de enfermedades cutáneas.

Material laminar flexible como filtro absorbente de ultravioleta.

La presente invención se refiere a un material laminar y a su procedimiento de obtención basado en la infiltración de polímeros en capas de nanopartículas de óxidos metálicos. Además, se refiere al uso de dichos materiales como filtros de absorción de radiación ultravioleta (UV) en distintos ámbitos en los que se requiera una protección espectralmente selectiva en el rango UV, tales como el tratamiento fototerápico de enfermedades de la piel.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

El desarrollo de láminas o “films” flexibles que actúen como protectores de la radiación ultravioleta (UV) , constituye un campo activo de investigación. Las aplicaciones pueden centrarse en evitar la degradación de alimentos y bebidas, almacenamiento de cosméticos o en general como recubrimientos adaptables para ambientes sensibles a la radiación UV. La introducción de la selectividad espectral en el rango UV puede ampliar el uso de estos “films” en helioterapia con el fin de tratar enfermedades de la piel tales como psoriasis o vitiligo (J. A. Parrish, J. Invest. Dermatol. 1981; 77, 167) . La helioterapia consiste en la exposición de la zona afectada de la piel del paciente a la luz del sol para aprovechar los beneficios de la radiación UV terapéutica (Kirke et Al. Journal of Invest. Dermatol., 2007, 127, 1641) . Este tratamiento tiene como principal desventaja la simultánea exposición de la piel, que se expone a radiación ultravioleta de mayor energía (menor longitud de onda) , lo cual puede causar desde eritemas (enrojecimiento) hasta melanomas. Por lo tanto, el tiempo permitido de exposición del paciente a la radiación solar debe ser controlado. Esta situación puede ser subsanada con el uso de filtros tópicos biocompatibles y selectivos espectralmente, capaces de dejar pasar la radiación terapéutica y bloquear la radiaciones más energéticas (de longitudes de onda menores que la longitud deseada de corte) . A este tipo de filtros se los denomina comúnmente filtros de absorción de “paso bajo” ya que por debajo de un valor de frecuencia el material es transparente.

La obtención de filtros flexibles y protectores de UV se logra principalmente a través de la combinación de partículas de óxidos metálicos con polímeros (Tooley, I. and Gibson, R. WO20071444577A1; Scandola M et al. ACS Appl Mater Interfaces 2009, 1, 726-734.) . De esta forma, el material híbrido presenta propiedades mecánicas similares a las de los polímeros utilizados y propiedades ópticas vinculadas a las transiciones electrónicas interbanda del óxido nanoparticulado. Generalmente este tipo de películas híbridas se obtiene a través de la mezcla mecánica de ambos componentes o a partir de la síntesis in-situ de un componente en presencia del segundo (Niederberger et al. Appl. Mater. Interfaces 2009, 1, 1097-1104 y referencias allí) .

Usualmente, ambos procesos involucran la combinación de solventes peligrosos y monómeros tóxicos, y además se requiere un control meticuloso de las condiciones de síntesis para evitar heterogeneidades en la mezcla final. Por otra parte, se ha puesto mucho esfuerzo en el control de la química de superficie de las partículas del semiconductor y en la cinética de crecimiento de las mismas para evitar la agregación y/o coagulación en el medio polimérico. (Chen, W.C. J. Mater. Chem. 2010, 20, 531-536) .

Recientemente, el apilado de capas de nanopartículas que presentan una fuerte reflectancia de origen estructural en la zona UV del espectro (basados en fenómenos de interferencia) , ha demostrado que puede ser una ruta alternativa que debe ser más explorada (M.E. Calvo, H. Míguez, Chem. Mater., 2010, 22, 3909) .

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona un material laminar, su uso para la fabricación de filtros de absorción de corte selectivo en la región ultravioleta, y además, también proporciona un procedimiento para la obtención de dicho material.

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un material laminar que comprende nanopartículas de al menos un óxido metálico y al menos un polímero, donde el polímero se encuentra infiltrado entre las nanopartículas (a partir de ahora material laminar de la invención) .

En una realización preferida los óxidos metálicos (MOx) se seleccionan de entre TiO2, SnO2, Ta2O5, Nb2O5, ZrO2, WO3, ZnO, CeO2, Al2O3, SiO2 o cualquiera de sus combinaciones.

Los óxidos metálicos arriba mencionados tienen buena estabilidad química y baja toxicidad y además presentan la ventaja adicional de poder obtenerse como partículas de tamaños entre 5 y 50 nm (entre otros) lo cual es indispensable para la transparencia en la región visible de las películas depositadas. Además estos óxidos son seleccionados debido a sus diferencias en los valores de energía de banda prohibida lo cual se traduce en diferentes valores de longitud de onda de corte en la región UV del espectro.

En otra realización preferida, el tamaño de las nanopartículas de óxidos son de entre 1 a 100 nm.

Preferiblemente el polímero se selecciona de entre polialquilsiloxano (PAS) , polialquilacrilatos en general (PA) , policarbonato (PC) , poliuretanos (PU) o cualquiera de sus combinaciones. Y más preferiblemente el polímero es polidimetilsiloxano, cualquiera de sus derivados o cualquier silicona funcionalizada polimerizable. Este polímero presenta la ventaja de ser biocompatible y no perjudicial para el medio ambiente, además es químicamente inerte, térmicamente estable, permeable a gases, de manipulación y almacenamiento simples y exhibe propiedades homogéneas e isotrópicas.

En una realización preferida, la relación entre nanopartículas y polímero es de entre 1% y 99 % en peso

En otra realización preferida el material laminar de la invención además comprende una capa externa de un polímero igual o distinto al infiltrado. En este caso el material laminar de la invención presenta dos superficies diferentes expuestas: una exhibe el polímero puro mientras que la otra consta de una mezcla de MOx-polímero. Esta realización preferida puede permitir y variar la química superficial del material laminar, lo cual puede ser importante a la hora de diseñar un material laminar multifuncional o para modificar química y selectivamente cada una de las diferentes superficies de la película flexible.

Otra ventaja al infiltrar el polímero (o sus monómeros u oligómeros) en la capa porosa de nanopartículas, es que al reemplazar parte del aire de los poros por el polímero, se disminuye el contraste dieléctrico entre las partículas inorgánicas y el medio circundante, mejorando la transparencia del material laminar híbrido.

Un segundo aspecto de la presente invención se refiere al uso del material laminar de la invención, como filtro de absorción selectivo en la región ultravioleta.

Debido a las características intrínsecas del material de la invención, el borde de absorción de luz está comprendido, preferentemente, en el rango entre los 280 a los 360 nm. Este rango de longitudes de onda se conoce con el nombre de UVA (320nm -360nm) y UVB (280nm -320nm) y es utilizado en tratamientos fototerapéuticos de enfermedades de la piel tales como psoriasis o vitíligo (M. Weichenthal and T. Schwarz, Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 2005, 21, 260) .

Por tanto, otro aspecto de la invención se refiere al uso del material descrito para la fabricación de un medicamento y más particularmente para el tratamiento foto-terapéutico de enfermedades de la piel.

Otro aspecto de la invención se refiere al material de la invención para su uso en el tratamiento fototerápico de enfermedades de la piel.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento de obtención del material laminar de la invención, caracterizado por comprender las etapas:

a) depósito mediante una técnica de recubrimiento de al menos una suspensión de nanopartículas sobre un soporte,

b) infiltración de un monómero u oligómero sobre el recubrimiento depósito formado en (a) , mediante cualquier método conocido por cualquier experto en la materia, como por ejemplo, pero sin carácter limitante, se puede citar la infiltración por deposición por giro o rotación (spin coating) ,

c) evaporación del solvente empleado para infiltrar los monómeros... [Seguir leyendo]

1. Material laminar que comprende nanopartículas de al menos un óxido metálico y al menos un polímero, donde el polímero se encuentra infiltrado entre las nanopartículas.

2. Material laminar según la reivindicación 1, donde los óxidos metálicos se seleccionan de entre TiO2, SnO2, Ta2O5, Nb2O5, ZrO2, WO3, ZnO, CeO2, Al2O3, SiO2 o cualquiera de sus combinaciones.

3. Material laminar según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde el polímero se selecciona de entre polialquilsiloxano, polialquilacrilato, policarbonato, poliuretano o cualquiera de sus combinaciones.

4. Material laminar según la reivindicación 3, donde el polímero es polidimetilsiloxano o cualquiera de sus derivados.

5. Material laminar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el tamaño de las nanopartículas de los óxidos metálicos se encuentra entre 1 y 100 nm.

6. Material laminar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde la relación en peso entre nanopartículas y polímero es de entre 0, 01 y 0, 99.

7. Material laminar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que además comprende una capa externa de un polímero igual o distinto al infiltrado.

8. Uso del material laminar según cualquiera de las reivindicaciones 1a7como filtro de absorción selectivo en la región ultravioleta.

9. Uso del material laminar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 para la fabricación de un medicamento.

10. Uso del material laminar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 para la fabricación de un medicamento para el tratamiento foto-terapéutico de enfermedades de la piel.

11. Procedimiento de obtención del material laminar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por comprender las etapas: a) depósito mediante una técnica de recubrimiento de al menos una capa de nanopartículas sobre un soporte, b) infiltración de monómeros u oligómeros en el recubrimiento depósito formado en (a) ,

c) evaporación del solvente empleando para infiltrar los monómeros y oligómeros, d) tratamiento de polimerización de los monómeros u oligómeros infiltrados en la etapa (b) .

12. Procedimiento de obtención del material laminar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por comprender las etapas: a) depósito mediante una técnica de recubrimiento de al menos una capa de nanopartículas sobre un soporte,

b) infiltración de un polímero disuelto en un solvente adecuado en el recubrimiento depósito formado en (a) , c) evaporación del solvente empleando para infiltrar el polímero.

13. Procedimiento de obtención del material laminar según cualquiera de las reivindicaciones 11 ó 12, en el que el producto obtenido es enfriado a una temperatura menor a la temperatura de transición vítrea del polímero.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, que además comprende una etapa previa a la etapa (a) de preparación de suspensión de nanopartículas.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, donde la suspensión de nanopartículas tiene una concentración de las nanopartículas de óxido metálico del 0, 01 al 99 %

16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, donde la técnica de recubrimiento de la etapa

(a) se selecciona de entre recubrimiento con rodillo, recubrimiento por giro, recubrimiento por inmersión, deposición por aerosol, impresión por chorro de tinta o cualquiera de sus combinaciones.

17. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que el tratamiento de polimerización de la etapa (d) se activa térmicamente a una temperatura comprendida entre 25 ºC y 400 ºC.

Figura 1

Figura 2

Figura 3 Figura 4