NANOCOMPOSITE CON ACTIVIDAD BACTERICIDA.
Nanocomposite con actividad bactericida. La presente invención se refiere a la síntesis de un nuevo nanocomposite que contiene nanopartículas metálicas de tamaño y morfología controlada de tipo núcleo recubierto,
insertadas y estabilizadas en una matriz de intercambio iónico formada por fibras poliméricas caracterizadas por presencia de grupos funcionales con un pKa
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200901689.
Solicitante: UNIVERSITAT AUTONOMA DE BARCELONA.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: BARCELONA.
Inventor/es: MAS GORDI,JORDI, MUÑOZ TAPIA,MARIA, MURAVIEV MURAVIEVA,DIMITRI, ALONSO GONZALEZ,AMANDA.
Fecha de Solicitud: 27 de Julio de 2009.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 17 de Noviembre de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- A01N25/34 NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA. › A01 AGRICULTURA; SILVICULTURA; CRIA; CAZA; CAPTURA; PESCA. › A01N CONSERVACION DE CUERPOS HUMANOS O ANIMALES O DE VEGETALES O DE PARTES DE ELLOS (conservación de alimentos o productos alimenticios A23 ); BIOCIDAS, p. ej. EN TANTO QUE SEAN DESINFECTANTES, PESTICIDAS O HERBICIDAS (preparaciones de uso médico, dental o para el aseo que eliminan o previenen el crecimiento o la proliferación de organismos no deseados A61K ); PRODUCTOS QUE ATRAEN O REPELEN A LOS ANIMALES; REGULADORES DEL CRECIMIENTO DE LOS VEGETALES. › A01N 25/00 Biocidas, productos que repelen o atraen a los animales perjudiciales, o reguladores del crecimiento de los vegetales, caracterizados por su forma, ingredientes inactivos o modos de aplicación; Sustancias que reducen los efectos nocivos de los ingredientes activos en organismos distintos a los perjudiciales. › Con forma, p. ej. hojas, no previstas en uno cualquiera de los demás subgrupos de este grupo principal.
- C02F1/50 QUIMICA; METALURGIA. › C02 TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS. › C02F TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS (procedimientos para transformar las sustancias químicas nocivas en inocuas o menos perjudiciales, efectuando un cambio químico en las sustancias A62D 3/00; separación, tanques de sedimentación o dispositivos de filtro B01D; disposiciones relativas a las instalaciones para el tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla en los buques, p. ej. para producir agua dulce, B63J; adición al agua de sustancias para impedir la corrosión C23F; tratamiento de líquidos contaminados por radiactividad G21F 9/04). › C02F 1/00 Tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla (C02F 3/00 - C02F 9/00 tienen prioridad). › por adición o empleo de un germicida, o por tratamiento oligodinámico (C02F 1/467 tiene prioridad).
Clasificación PCT:
Fragmento de la descripción:
Nanocomposite con actividad bactericida.
Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere a un nuevo material, en adelante nanocomposite, que comprende unas nanopartículas, en adelante nanopartículas de la invención, con propiedades ferromagnéticas y bactericidas, que se caracterizan por presentar una estructura de tipo núcleo recubierto. Las nanopartículas de la invención están inmersas en una matriz polimérica, conformando así el material nanocomposite. Por lo tanto, esta invención puede ser englobada dentro del campo de la nanotecnología. Las nanopartículas de la invención son susceptibles de ser aplicadas en diversos campos, por ejemplo en el tratamiento de aguas.
Estado de la técnica
El término nanopartícula generalmente describe partículas que presentan un diámetro entre 1-100 nm. La síntesis y caracterización de nanopartículas metálicas (NPMs) ha atraído gran interés de científicos y tecnólogos, debido a que presentan unas propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas especiales respecto al metal en estado macroscópico. Se ha demostrado que sus propiedades químicas y físicas son dependientes de su tamaño y forma. Por lo tanto, uno de los retos más importantes en la preparación de NPMs es el control de su forma, tamaño y morfología (1-3).
Una de las muchas aplicaciones de las NPMs, específicamente las formadas por plata, es su acción bactericida. En este sentido, la plata es un buen agente bactericida ya que es un metal inorgánico natural, no tóxico, y además, puede matar microorganismos perjudiciales para el cuerpo humano. La plata presenta actividad antimicrobiana en sus diferentes estados, ya sean iones Ag+, Ag macromolecular y/o partículas de Ag de tamaño nanométrico. Cuando la plata presenta tamaño nanométrico, el área de superficie total se incrementa, a la par que se incrementa su eficiencia bactericida. Por lo tanto, las NPMs de plata al poseer dicho tamaño nanométrico presentan una mayor capacidad bactericida. Este hecho ha sido demostrado en distintos estudios, en los que utilizaban NPMs de plata embebidas, ya sea en fibras, matrices poliméricas, matrices de hidrogel, etc (4-6). Las NPMs pueden ser preparadas mediante diversos procedimientos, teniendo en cuenta siempre que se debe evitar su tendencia a agregarse, que se traduce en la pérdida de su tamaño nanométrico y de su forma característica, quedando limitadas sus aplicaciones y propiedades específicas, como, por ejemplo su poder bactericida. Por ello, es necesaria la estabilización de las nanopartículas durante su crecimiento con los siguientes objetivos:
Se han descrito diferentes métodos de síntesis de nanopartículas (4-7). Uno de los que ofrecen una solución más prometedora para conseguir la estabilidad y evitar la agregación de las nanopartículas es el que está basado en la estabilización de las mismas en matrices poliméricas (Polymer Stabilized Metal NanoParticles, PSMNP). Estas matrices están siendo muy utilizadas en el mundo de la ciencia y la tecnología ya que se ha demostrado que se consigue una mayor estabilización de las nanopartículas embebidas en ellas y además, el procedimiento de producción de las mismas no supone mayor complejidad ni encarecimiento, por lo que se han elegido como solución al problema de estabilización que presentaban las NPMs (8-15).
Otro de los problemas a los que hay que dar solución a la hora de la fabricación de las NPMs, específicamente en el caso de las formadas por metales nobles, como por ejemplo, oro y plata, es disponer de una menor concentración de dichos metales en las mismas, ya que cuanto menor sea dicha concentración más se abaratará el proceso de producción de las nanopartículas, teniendo siempre en cuenta que la disminución de la concentración de los metales no debe alterar las propiedades funcionales de las nanopartículas sintetizadas, como, por ejemplo, su eficacia biocida. Además, es muy importante tener en cuenta la posible contaminación del medio en el cual éstas se aplican. Por este motivo, si las nanopartículas funcionales presentan propiedades ferromagnéticas, en el caso de desprendimiento de las mismas en el medio tratado (por ejemplo, agua contaminada) se podrían eliminar del medio mediante una trampa magnética.
En el documento WO 2007/147094 se describe un proceso de síntesis de matrices poliméricas con micro- y/o nano-partículas embebidas en las mismas, así como las propias matrices y los usos de las mismas como biocidas, antibacterianas, antivíricas y antifúngicas, entre otros. En algunos ejemplos, las partículas comprenden sales iónicas (sal de plata), metales u otros compuestos. Sin embargo, estas nanopartículas no presentan propiedades ferromagnéticas, lo que impide su recuperación del medio en el caso de que accidentalmente se liberen al mismo.
Sang Young Y. et al (5) describen un procedimiento para la producción de fibras mediante el método de hilado. Estas fibras están compuestas de un nanocomposite formado por polipropileno y plata. Estas nanopartículas poseen actividad bactericida permanente permanente cuando la plata se encuentra en la superficie de la fibra, sin embargo, las nanopartículas se distribuyen por toda la matriz de fibras, no solo por la superficie, por lo que su eficacia bactericida se ve perjudicada por dicha distribución.
Murali Mohan Y. et al (6) describen nanopartículas de plata embebidas en una matriz de hidrogel, así como sus propiedades bactericidas y su aplicación en biomedicina. Las matrices de hidrogeles no se pueden aplicar para filtrar y descontaminar y/o desinfectar agua, como el nanocomposite descrito en la presente invención, ya que se disgregarían y no ofrecen la posibilidad de filtrar el agua contaminada al no poder pasar esta a través del hidrogel. Además, las nanopartículas descritas en este documento no presentan propiedades ferromagnéticas.
Muraviev D.N. et al (12) describen un procedimiento de preparación y caracterización de nanopartículas metálicas embebidas en matrices poliméricas que mediante reacciones de reducción dan lugar a las membranas formadas por un nanocomposite de polímetros metálicos. Esta técnica permite sintetizar nanopartículas mono-metálicas, en concreto de Cu, pero no describe la posible aplicación de dicho procedimiento para la síntesis de nanopartículas bi-metálicas, en que uno de los metales confiera propiedades magnéticas y el otro, propiedades bactericidas.
Existen en el mercado diversos productos comerciales que consisten en suspensiones coloidales de nanopartículas de plata, para diversas aplicaciones. Entre ellos hay que destacar AGBION-1 y AGBION-2 (Concern Nanotechnologia, Rusia). El primero consiste en una solución de nanopartículas de plata en isooctano. El segundo consiste en una solución acuosa de nanopartículas de plata; ambos presentan un surfactante consistente en octil-sulfosuccionato sódico. No obstante, estos productos consisten en partículas libres en el medio, por lo que, de ser utilizados, por ejemplo, en un medio acuoso que se pretenda desinfectar, seria imposible eliminarlas después y producirían una contaminación del propio medio donde se liberan, por acumulación de los metales presentes en las propias nanopartículas. De manera diferente, las nanopartículas de la presente invención están insertadas en una matriz polimérica, evitando así la liberación de las mismas al medio.
La presente invención resuelve los problemas presentados en el estado de la técnica, ya que describe un procedimiento de síntesis de NPMs de cobalto-plata tipo núcleo recubierto, en una matriz polimérica. La matriz polimérica de dicha invención es de tipo de intercambio catiónico con grupos funcionales (grupos sulfónicos) que se encuentran en forma protonada y que poseen un pKa<4.
Las NPMs con estructura tipo núcleo recubierto son una solución al encarecimiento en los procesos de producción de nanopartículas de metales nobles, ya que este tipo de nanopartículas están compuestas por un núcleo de un metal barato recubierto de una fina película de un metal noble. La presencia de un núcleo de metal, por otro lado, permite la obtención de NPMs medioambientalmente seguras cuando el metal de dicho núcleo tiene propiedades ferromagnéticas y que el metal del cubrimiento permita mantener estas propiedades, ya que...
Reivindicaciones:
1. Nanocomposite caracterizado por consistir en nanopartículas con una estructura formada por un núcleo con propiedades ferromagnéticas recubierto por una composición con propiedades bactericidas e insertadas de forma estable en la superficie de una matriz poliméricas.
2. Nanocomposite según la reivindicación 1 caracterizado porque el núcleo de la nanopartícula con propiedades ferromagnéticas está formado por un metal.
3. Nanocomposite según la reivindicación 2 caracterizado porque el núcleo de metal con propiedades ferromagnéticas de la nanopartícula debe tener un tamaño específico que asegure las propiedades ferromagnéticas, preferentemente entre 9-10 nm.
4. Nanocomposite según las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado porque el metal que conforma el núcleo de la nanopartícula es preferentemente, el cobalto.
5. Nanocomposite según las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado porque el recubrimiento del núcleo de la nanopartícula es a base de un metal con capacidad bactericida.
6. Nanocomposite según las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado porque el metal con capacidad bactericida cubre toda la superficie externa de la nanopartícula.
7. Nanocomposite según las reivindicaciones 1 a 6 caracterizado porque el metal con gran capacidad bactericida que cubre toda la superficie externa de la nanopartícula es la plata.
8. Nanocomposite según las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado porque el tamaño total de la nanopartícula es preferentemente del orden de 15 nm.
9. Nanocomposite según las reivindicaciones 1 a 8 caracterizado porque la matriz polimérica en la que se encuentran insertadas de forma estable las nanopartículas, es una matriz de intercambio iónico.
10. Nanocomposite según la reivindicación 9 caracterizado porque la matriz polimérica en la que se encuentran insertada las nanopartículas contiene grupos funcionales con pKa<4, preferentemente grupos sulfónicos.
11. Nanocoimposite, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la matriz polimérica es una matriz de fibras poliméricas o una matriz polimérica en forma de gránulos.
12. Nanocomposite según las reivindicaciones 9 o 10 caracterizado porque la matriz polimérica es una matriz a base de fibras de polipropileno injertadas con copolimeros de estireno y divinilbenceno, preferentemente matriz FIBAN K-1.
13. Método de producción del nanocomposite de las reivindicaciones 1-11 caracterizado porque comprende los siguientes pasos:
14. Método, según la reivindicación 12, caracterizado porque, la matriz de fibras poliméricas es una matriz de intercambio iónico que contiene grupos funcionales con pK<4, preferentemente grupos sulfónicos.
15. Método, según la reivindicación 12, caracterizado porque el compuesto que constituye el núcleo es un metal con propiedades ferromagnéticas, preferentemente cobalto.
16. Método según la reivindicación 12 caracterizado porque el agente reductor de las etapas b) y d) es un agente reductor químico a concentración adecuada, preferentemente NaBH4 a una concentración de 0.5M.
17. Método según la reivindicación 15 caracterizado porque los ciclos sucesivos de carga-reducción permiten controlar la cantidad del metal en el núcleo así como la obtención de nanopartículas con estructura núcleo recubierto.
18. Método según la reivindicación anterior caracterizado porque los ciclos sucesivos de carga-reducción pueden ser un mínimo de 2, siendo preferentemente 4 o más.
19. Método según la reivindicación 12 caracterizado porque el metal con propiedades bactericidas es la plata.
20. Método según la reivindicación 12 caracterizado porque el ácido es un ácido fuerte, preferentemente HCl.
21. Uso del nanocomposite de las reivindicaciones 1 a 11 para procesos de desinfección y/o descontaminación.
22. Uso según la reivindicación 20 caracterizado porque el medio a desinfectar y/o descontaminar es el agua.
23. Método de desinfección y/o descontaminación de un medio líquido caracterizado por hacer pasar el medio infectado y/o contaminado a través del nanocomposite de las reivindicaciones 1 a 11.
24. Método según la reivindicación anterior caracterizado porque el medio líquido se hace pasar a través del nanocomposite por bombeo de dicho medio.
25. Método según la reivindicación anterior caracterizado porque la velocidad de funcionamiento del dispositivo de bombeo oscila, preferentemente, entre 50-100 rpm.
26. Método según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 24 caracterizado porque las nanopartículas desprendidas de la matriz de fibras poliméricas y que hayan pasado al medio líquido tratado, se eliminan del mismo por magnetismo, preferentemente mediante trampas magnéticas.
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