NANOESTRUCTURAS BIOCIDAS.

Nanoestructuras biocidas.

Esta invención se refiere a un procedimiento de obtención de nanoestructuras que comprende las siguientes etapas:

a) preparación de una suspensión que comprende al menos un óxido metálico semiconductor, carbón activo y al menos un compuesto de un metal noble; y b) adición de un agente reductor a la suspensión obtenida en la etapa (a).

La presente invención se refiere a nanoestructuras que comprenden un óxido de metal semiconductor, carbón activo y nanopartículas de un metal noble con propiedades biocidas. Por tanto, la invención se podría encuadrar en el campo de los biocidas.

ESTADO DE LA TECNICA ANTERIOR

El desarrollo de nuevas nanoestructuras con capacidad fotocatalítica ha aumentado exponencialmente en los últimos años (1500 publicaciones desde 2010) , sin embargo, la mayoría de los estudios realizados se refieren a aplicaciones en catalisis química y degradación de contaminantes organicos, siendo aún minoritarios los estudios relacionados con la degradación de microrganismos. Entre los materiales con capacidad fotocatalítica en desarrollo, el dióxido de titanio continúa siendo de los mas estudiados y prometedores, debido a su bajo coste, su carencia de toxicidad y su estabilidad. No obstante, y a pesar de las numerosas ventajas que ofrece, el dióxido de titanio tiene el gran inconveniente de se requiriere luz UV para para inducir la fotocatalisis y, puesto que la luz UV representa una pequeña fracción (5%) de la luz solar comparada al intervalo visible (49%) , cualquier desplazamiento de la respuesta del dióxido de titanio del UV al visible supone una enorme mejora para su aplicabilidad.

Existen varios artículos de revisión sobre el uso del dióxido de titanio en la degradación fotocatalítica de diferentes microrganismos, siendo el mas reciente el de Foster et al. (Photocatalytic disinfection using titanium dioxide: spectrum and mechanism of antimicrobial activity, Howard A. Foster, Iram B. Ditta, Sajnu Varghese and Alex Steele, Applied Microbiology and Biotechnology, 2011 , Volume 90, Number 6,

Pages 1847-1868) . En este trabajo los autores realizan una amplia revisión sobre la aplicabilidad del óxido de titanio en la degradación de diversos tipos de microorganismos, su mecanismo de acción, y limitaciones. Entre las limitaciones asociadas al uso del Óxido de titanio en fotocatalisis, destacan que se requiere el uso de luz UVA para inducir la fotoactivación, lo que limita su efectividad. Se sabe que el

dopaje del óxido de titanio con algunos materiales, tales como metales y colorantes,

permite su fotoactivación con radiación visible, pero la actividad fotocatalítica que se obtiene es generalmente inferior a la correspondiente a la activación con radiación UVA (Fujishima A, Zhang X (2006) Titanium dioxide photocatalysis: present situation and future approaches. C R Chim 9 (5--6) :750-760) , y los tiempos de irradiación 5 necesarios son muy elevados. Un problema adicional en referencia a las nanoestrucluras mixtas basadas en nanopartículas de óxido de titanio, es que los estudios se centran en la optimización de las condiciones de fotodegradación para un determinado tipo de microorganismo, fundamentalmente bacterias (Brook LA, Evans P, Foster HA, Pemble ME, Steele A, Sheel DW, Yates HM (2007) Highly bioactive 10 silver and silver/titania composite films grown by chemical vapour deposition. J Photochem Photobiol 187 (1) :53-63; Kubacka A, Ferrer M, Martínez-Arias A, Fernández-García M (2008b) Ag promotion of Ti02 -anatase disinfection capability: study of Escherichia coli inactivation. Appl Catal B 84 (1-2) :87-93;) y, en menor medida, algas (Rodriguez-Gonzalez V, Alfaro SO, Torres-Martanez LM, Cho SH, Lee 15 SW (2010) Silver-Ti02 nanocomposites: synthesis and harmful algae bloom UVphotoelimination. Appl Catal B 98 (3-4) :229-234) , pero no en sistemas capaces de degradar ambos, tanto bacterias como algas. En estos estudios relativos a la fotodegradación de microorganismos en los que se describe el uso de plata como agente dopante, esta suele utilizarse en su forma catiónica, Ag (l) , debido a sus 20 propiedades bactericidas. Sin embargo las nanopartículas de plata también han demostrado poseer un efecto biocida (Sintubin, L., Verstraete, W., Boon, N. (2012) , Biologically produced nanosilver: Current state and fulure perspectives. Biotechnology and Bioengineering 109 (10) pp. 2422-2436) , con la ventaja adicional de aumentar la eficiencia fotocatalítica del dióxido de titanio. Uu et al. (Liu, J., et al., Preparation and 25 photocatalytic activity of silver and TI02 nanoparticles/montmorillonite composites, Applied Clay Science, 2007, Vo1.37, págs.275-280.) , por ejemplo, describen la obtención de un fotocatalizador compuesto por una mezcla de nanopartículas de plata y nanopartícuas de dióxido de titanio soportadas sobre montmorillonita, donde la función de la montmorillonita es aumentar la superficie específica del catalizador, y la 30 de la plata es aumentar la eficiencia fotocatalítica del dióxido de titanio. Sin embargo, el método de obtención es complejo, la actividad fotocatalítica de la nanoestructura obtenida requiere del uso de luz UV, y su actividad se describe en base a la degradación de un colorante orgánico, no siendo trasladable el resultado a microorganismos. También se conoce el uso de carbón activo como soporte del 35 dióxido de titanio en fotocalálisis, por ejemplo, el documento de patente JP1 0265209A,

que se refiere a un procedimiento de preparación de una nanoestructura mixta que comprende añadir una mezcla de carbón activo y nanopartículas de Ti02 a una solución de nitrato de plata, con objeto de añadir plata a las nanopartículas de Ti02 que se encuentran en el carbón activo. En este documento también se divulga el uso de este material con propiedades antibacterianas, sin embargo, el método de preparación es complejo, y en él utilizan una sal de plata en ausencia de agentes reductores que generen nanopartículas, por lo que en la composición final del material se refieren a este elemento como plata o compuestos de plata.

Existe, por tanto, la necesidad de desarrollar nuevos nanomateriales, basados en nanopartículas de óxidos semiconductores, capaces de inducir la fotodegradación tanto de bacterias como de algas con luz visible y en tiempos de exposición a la radiación cortos, y cuyo método de producción sea sencillo y de bajo coste.

DESCRIPCION DE LA INVENCiÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de nanoestructuras que comprenden un óxido metálico semiconductor, carbón activo y nanopartículas de al menos un metal noble.

La presente invención presenta, las siguientes ventajas respecto al estado de la técnica:

-Fotocatálisis de una gran variedad de bacterias y algas en una misma estructura;

- la fotocatálisis puede ser llevada a cabo bajo luz visible, por lo que no es necesario el empleo de fuentes de luz UV.

-procedimiento de obtención rapido y sencillo sin requerimiento de equipamiento 30 complejo;

-Compatible con otros organismos.

En consecuencia, un primer aspecto de la presente invención se refiere a un 35 procedimiento de obtención de nanoestructuras que comprende las siguientes etapas: a) preparación de una suspensión que comprende al menos un óxido metálico semiconductor, carbón activo y al menos un compuesto de un metal noble;

b) adición de un agente reductor a la suspensión obtenida en la etapa (a) .

Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a una suspensión obtenible por el procedimiento tal y como se ha descrito anteriormente.

Un tercer aspecto de la presente invención se refiere a las nanoestructuras obtenibles por el procedimiento tal y como se ha descrito anteriormente.

Un cuarto aspecto de la presente invención se refiere a una suspensión acuosa que comprende las nanoestructuras tal y como se han descrito anteriormente.

Un quinto aspecto de la presente invención se refiere a una película que comprende las nanoestructuras tal y como se han descrito anteriormente.

Un sexto aspecto de la presente invención se refiere a una superficie que comprende 20 la película tal y como se ha descrito anteriormente.

Un séptimo aspecto de la presente invención se refiere al uso in vitro de las suspensiones descritas anteriormente como biocida en medios acuosos o en materiales.

Un octavo aspecto de la presente invención se refiere al uso in vitro de la película descrita anteriormente como biocida en superficies de materiales.

Un noveno aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento para la eliminación o inhibición de bacterias y/o algas en un material o un medio acuoso que comprende una etapa de contacto entre el medio acuoso o la superficie de dicho material y la suspensión tal y como se ha descrito anteriormente o la película tal y como se ha descrito anteriormente.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCiÓN Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de nanoestructuras... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de obtención de nanoestructuras que comprende las siguientes etapas:

a) preparación de una suspensión que comprende al menos un óxido metálico semiconductor, carbón activo y al menos un compuesto de un metal noble; y

b) adición de un agente reductor a la suspensión obtenida en la etapa (a) .

2. Procedimiento según la reivindicación anterior donde el óxido metálico semiconductor se selecciona de óxido de zinc, óxido de titanio (IV) , óxido de zirconio (IV) , óxido de cerio (IV) , óxido de estaño (IV) , óxido de wolframio (IV) , óxido de aluminio y óxido de silicio.

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el óxido metálico semiconductor es óxido de titanio (IV) .

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el carbón activo tiene un tamaño de partícula de 0, 001 a 1 ~m.

5. Procedimiento según la reivindicación anterior, donde el carbón activo tiene un tamaño de partícula de 0, 01 a 0, 1 ~m.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el compuesto del metal noble se selecciona de compuestos de plata, compuestos de oro, compuestos de platino y compuestos de paladio.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el compuesto del metal noble es un compuesto de plata.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el compuesto del metal noble es nitrato de plata (1) .

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el agente reductor de la etapa (b) se selecciona de borohidruro sódico, cloruro de hidroxilamina, ácido ascórbico, citrato trisódioo, polivinilpirrolidona, polivinilalcohol, ciclodextrinas, formamida y dimetilformamida.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la etapa

(b) se lleva a cabo bajo agitación magnética o bajo irradiación de ultrasonidos.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la concentración del compuesto del metal noble en la etapa (a) es de 0, 005 mM a 50 mM.

12. Procedimiento según la reivindicación anterior donde la concentración del compuesto del metal noble en la etapa (a) es de 0, 1 mM a 2, 5 mM.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la concentración del óxido metálico semiconductor en la etapa (a) es de 1 a 10 mM.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la 20 concentración de carbón activo en la etapa (a) es de 0, 05 a 80 mM.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la proporción molar de óxido metálico semiconductor:compuesto de metal noble en el paso (a) es de 15:1 a 1 :5.

16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la proporción molar de óxido metálico semiconductor:carbón activo en el paso (a) es de 15:1 a 1:10.

17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además comprende una etapa (a') posterior a (a) y anterior a (b) de homogeneización por ultrasonidos.

18. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además 35 comprende una etapa (b') posterior a (b) de centrifugación.

19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque todas las etapas se llevan a cabo a una temperatura entre OOC y 60º C.

20. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 18 caracterizado porque además comprende una etapa (c) posterior a (b') de separación de las nanoestructuras.

. Suspensión obtenible por el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19.

22. Nanoestructuras obtenibles por el procedimiento según la reivindicación 20.

23. Suspensión acuosa que comprende las nanoestructuras de la reivindicación 22.

24. Película que comprende las nanoestructuras de la reivindicación 22.

25. Superficie que comprende la película según la reivindicación 24.

26. Uso in vitro de la suspensión descrita en las reivindicaciones 21 o 23 o de la nanoestructura descrita en la reivindicación 22, como biocida en medios acuosos o en materiales.

27. Uso in vitro de la película de la reivindicación 24 como biocida en superficies de materiales.

28. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 26 o 27 para la eliminación o inhibición de bacterias.

29. Uso según la reivindicación anterior donde las bacterias se seleccionan de bacterias de entre bacterias de género Escherichia, KlebsieJla, SalmoneJla, Bacillus y Micrococcus.

30. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 28 o 29 donde las bacterias se seleccionan de entre Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Salmonella typhimurium, Bacillus megaterium, Micrococcus luteus.

31. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 26 o 27 para eliminación o inhibición de algas.

32. Uso según la reivindicación anterior donde las algas se seleccionan de entre algas rojas y algas verdes.

33. Procedimiento para eliminación o inhibición de bacterias y/o algas en un material o un medio acuoso que comprende una etapa de contacto entre el medio acuoso o la superficie de dicho material y la suspensión descrita en las reivindicaciones 21 o 23, de la nanoestructura descrita en la reivindicación 22, o la película de la reivindicación

24.

34. Procedimiento según la reivindicación anterior donde la concentración de las nanoestructuras en la suspensión es de 0, 000001 a 10 g/mi o en la película es de 0, 000001 a 10 g/cm'. 20

35. Procedimiento según la reivindicación anterior donde la concentración de las nanoestructuras en la suspensión es de 0, 0001 a 0, 1 g/mi o en la película es de 0, 0001 a 0, 1 g/cm2.

36. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 35 donde la etapa de contacto se lleva a cabo bajo irradiación con una intensidad de 500 a 3000 lux.

37. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 36 donde la etapa de contacto se lleva a cabo durante de 15 a 200 minutos.