FILTRO TROCADOR DE CALOR E UMIDADE COM ATIVIDADE BIOCIDA, MÉTODO DE PREPARAÇÃO DE FILTRO TROCADOR DE CALOR E UMIDADE COM ATIVIDADE BIOCIDA E USO DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA

CAMPO DA INVENÇÃO

[01] A presente invenção refere-se a um filtro trocador de calor e umidade que fornece bioatividade antimicrobiana (isto é, atividade antibacteriana, antifúngica e antiviral) para utilização em respiração mecânica.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA ANTERIOR [02] Quando os pacientes são submetidos à respiração mecânica, o aquecimento e umidificação dos gases inspirados são essenciais.

[03] Os trocadores de calor e umidade (HME -

Heat and Moisture Exchanger) são uma das opções de dispositivos disponíveis atualmente para desempenhar estas funções.

[04] Alguns exemplos de HMEs são descritos no documento US867391, que descreve um dispositivo que foi usado para manter a umidade e temperatura de um gás aspirado para um paciente inalar sob anestesia; e no documento EP2113278, que divulga uma entalpia calor HME que é adequada para uso em anestesiologia e cuidados intensivos, para aquecer passivamente e umedecer o fornecimento de gás respiratório ao paciente .

[05] Os dispositivos descritos nos documentos

DE102014005241 e US6209541 apresentam uma membrana 2 filtrante de partículas. O documento DE102014005241 descreve um filtro para HME eficaz e que é estável ao longo do tempo e de complexidade reduzida. O documento US6209541 trata de um filtro respiratório eletrostático hidrofóbico utilizado como uma barreira para material particulado.

[06] Supõe-se que todos os tipos de HMEs prendem alguma quantidade de vapor d'água no gás expiratório (exalado) em pontos de condensação entre os espaços formados de um elemento dos HMEs. 0 gás de aspiração serve para evaporar a água condensada para umidif icação . Em caso de aquecimento do gás inalatório, prevê-se que ocorrerão fenômenos cíclicos e locais de armazenamento térmico. Outro problema está relacionado ao entupimento ou incrustação causado pelo acúmulo de água condensada e secreções que impedem as vias aéreas do paciente, resultando em asfixia.

[07] Estes gases umidificados são vetores de transferência bacteriana, fúngica e virai podendo contaminar os equipamentos de respiração mecânica. Portanto, existe o risco de contaminação cruzada dos componentes do equipamento por microrganismos transmitidos pela saliva e também pelo gás expirado. [08] Além disso, os HMEs comuns possuem filtros com materiais de fibra polimérica em camadas dispostas tipo sanduíche. Essas fibras têm muitas desvantagens, incluindo ineficácia na filtragem de partículas submicrométricas (por exemplo, partículas virais têm diâmetro variável entre 60 a 140 nm), que 3 podem facilmente causar incrustação na fibra, restringindo o fluxo de ar. 0 material particulado com dimensões inferiores a 2,5 pm é geralmente considerado mais prejudicial à saúde humana devido à sua capacidade de penetração no sistema respiratório humano e a capacidade de se depositar nos brônguios e pulmões, o gue é visto no caso de patógenos (Ali et ai. 2018) .

[09] Portanto, esses filtros se tornam não económicos e ineficazes contra peguenas partículas. Além disso, os filtros convencionais gue são conhecidos por terem um desempenho de filtragem de ar de baixa eficiência e, portanto, sofrem de durabilidade resultando em baixa eficácia.

[10] Tais fatos demonstram a importância da presença de um sistema biocida nos HMEs, tendo em vista gue a ausência de um sistema antimicrobiano eficaz permite a deposição bacteriana, fúngica e virai no eguipamento, tornando-o uma fonte potencial de contaminação e infecção.

[11] As infecções nosocomiais levam a uma série de complicações clínicas graves em ambientes hospitalares. Essa inconveniência e despesa colocam em risco o padrão de atendimento ao paciente. 0 ambiente atual produz o aparecimento de cepas bacterianas, fúngicas e virais com multirresistência aos antimicrobianos .

[12] Além disso, o desenvolvimento de um filtro gue exibe alta capacidade de filtragem de partículas 4 micrométricas e submicrométricas também é fundamental .

[13] Há uma necessidade no desenvolvimento de filtros de HMEs com alta estabilidade, durabilidade, economia e propriedades antibacteriana, antifúngica e antiviral eficazes.

[14] Assim, diante dos inconvenientes relatados, a presente invenção tem como objetivo fornecer um filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida que é capaz de imobilizar e eliminar/inativar microrganismos e partículas virais .

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

[15] A presente invenção trata de filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida que compreende fibras poliméricas de celulose impregnadas com nanopartí cuias de prata (AgNPs) .

[16] A presente invenção trata ainda de método de preparação do filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida que compreende as seguintes etapas : a)Preparação de nanopartí cuias de prata com ácido tânico; b)Preparação de nanopartí cuias de prata com citrato de sódio; c)Mistura das nanopartí cuias obtidas nas etapas (a) e (b) na proporção variando entre 1:4 e 4:1; 5 d)Impregnação das fibras poliméricas de celulose com a mistura de nanoparticulas de prata obtida na etapa (c); e e)Secagem da fibra de celulose impregnada obtida na etapa (d) .

[17] A invenção agui descrita refere-se também ao uso de nanoparticulas de prata gue são impregnadas em fibras poliméricas de celulose para produzir um filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[18] Para melhor compreensão da presente Invenção, é feita em seguida uma descrição detalhada da mesma, fazendo-se referências aos desenhos anexos :

FIGURA IA é um exemplo de sistema trocador de calor e umidade integrado completo;

FIGURA 1B mostra um esguema de como se dá a purificação do ar gue passa pelo ventilador mecânico;

FIGURAS 2A e 2B são imagens em escala nanométrica obtidas por microscopia eletrónica de transmissão (MET) das nanoparticulas obtidas por ácido tânico (AT-AgNPs) e citrato de sódio (CT- AgNPs) e os respectivos histogramas de distribuição de tamanho, sendo gue, na figura 2A, estão representados os resultados obtidos com as AT-AgNPs, enguanto gue na figura 2B estão representados os resultados obtidos com as CT-AgNPs; 6

FIGURA 3 mostra o filtro trocador de calor e umidade da presente invenção com capacidade de inativar patógenos através de um sistema Trap Zap;

FIGURA 4 é um gráfico mostrando a capacidade de absorção e retenção de H ₂ 0 do HME em relação à guantidade de vapor saturado no ar a 37°C (temperatura corporal normal);

FIGURA 5 diagrama de preparo das nanoparticulas de prata e métodos de impregnação nas fibras de celulose para formação do filtro trocador de calor e umidade da presente invenção;

FIGURA 6 são imagens obtidas por microscopia eletrónica de varredura (MEV) das fibras celulósicas impregnadas com AgNPs e avaliação gualitativa de Ag com base na análise de espectroscopia por energia dispersiva (EDS) ;

FIGURA 7 mostra vistas representativas das propriedades geométrica e topográfica do filtro trocador de calor e umidade da presente invenção, indicando o mecanismo de ação atribuído a uma superfície biocatalí tica com a propensão de liberação de íons Ag ⁺ ; e

FIGURA 8 são gráficos mostrando a tensão de tração de exemplos de filtros trocadores de calor e umidade da presente invenção com resistência ao cisalhamento melhorada.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [19] A presente invenção, conforme demonstrado na figura IA, refere-se a um filtro trocador de calor e umidade (HME - Heat and Moisture Exchanger) 7 com atividade biocida gue se localiza entre membrana filtrante eletrostática (3) e o corpo inferior (5).

[20] Na Figura IA é apresentado um exemplo usual de sistema trocador de calor e umidade integrado completo utilizado em ventiladores mecânicos, sendo: tampa (1), tampa superior (2), membrana filtrante eletrostática (3), filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida (4), corpo inferior (5); tragueia corrugada extensível (6), tampa da tragueia com dupla função (7) .

[21] A figura 1B apresenta um esguema de como se dá a purificação do ar gue passa pelo ventilador mecânico utilizando o trocador de calor e umidade com atividade biocida da presente invenção. Após passar pelo pré-filtro, ionizador e coletor, o ar impróprio carregado de microrganismos e partículas virais finaliza a sua purificação através da passagem pelo filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida (representado na figura pela sigla

HME-AgNPs ).

[22] O filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida - HME compreende fibras poliméricas de celulose impregnadas com nanoparticulas de prata (AgNPs) exibindo propriedades antimicrobianas contra bactérias, fungos e virus.

[23] A fibra polimérica de celulose é amplamente utilizada na fabricação de têxteis, por exemplo: vestuário, produtos de higiene feminina, produtos médicos-cirúrgicos, filtros respiratórios 8 descartáveis projetados e configurados para atender a maioria das aplicações respiratórias e outros artigos .

[24] Para a utilização na presente invenção, as superfícies das fibras de celulose estão preferencialmente secas e limpas de gualguer resíduo oleoso ou parafínico.

[25] De acordo com a invenção, a camada de fibra de celulose do filtro trocador de calor e umidade apresenta-se preferencialmente na forma de camada dupla particionada.

[26] 0 filtro trocador de calor e umidade de acordo com a presente invenção compreende celulose com uma peguena guantidade de cloreto de cálcio, gue atua como material transportador de armazenamento de calor na faixa de 20-80 kg/m ³ . Outros sais higroscópicos para auxiliar na absorção de H ₂ 0 do ar podem ser usados, incluindo hidróxido de sódio e cloreto de magnésio. No entanto a utilização de cloreto de cálcio é preferencial tendo em vista gue este componente não é tóxico e é geralmente reconhecido como seguro (GRAS - designação da Food and Drug Administration (FDA), dos Estados Unidos) .

[27] 0 uso de celulose como material polimérico e AgNPs como dopante metálico fornece um material nanocompósito útil devido à sua natureza renovável robusta, biodegradabilidade e atividade antimicrobiana .

[28] De acordo com a presente invenção, as nanopartí cuias de prata (AgNPs) estão presentes na 9 superfície do material celulósico ou imersas no mesmo .

[29] As AgNPs incorporadas nas fibras de celulose expostas e nas fibras superficiais resultam em uma superfície cataliticamente ativa e em que as referidas AgNPs exibem uma propensão altamente controlada de liberação de íon Ag ⁺ quando exposto ou em estreita proximidade com água ou vapor de água contendo partículas microbianas (bactérias, fungos e leveduras ).

[30] De acordo com a presente invenção, o filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida, compreende nanopartí cuias de prata obtidas por agentes redutores escolhidos entre ácido tânico, citrato de sódio, quitosana, ácido ascórbico, tiosulfato, polietileno glicol ou suas misturas. De modo preferencial, a presente invenção utiliza nanopartí cuias de prata obtidas a partir de ácido tânico e citrato de sódio.

[31] Outros exemplos de agentes redutores que podem ser utilizados na ausência, adição ou em substituição ao citrato de sódio e ao ácido tânico sem aumento da toxicidade, sem gerar resíduos ou subprodutos tóxicos e sem a perda efetiva das propriedades antimicrobiana e antiviral são os redutores fitoquímicos , tais como: mangiferina catequinas derivadas da Camellia sinensis , resveratrol, extrato de romã, ácido ascórbico, extrato de Syzygium cumini , extrato de Annona muricata , extrato de Plinia cauliflora etc. 10

[32] Na ausência ou indisponibilidade no mercado de matéria-prima (agentes fitoquimicos e redutores de origem natural com tais como: polióis, polifenóis, flavonóides, polissacarideos e proteínas) para sintetizar as nanopartí cuias utilizando as rotas de química verde, é possível utilizar agentes redutores químicos convencionais para atender a demanda do mercado. São exemplos de redutores químicos a hidrazina, tetraborohidreto de sódio (NaBH ₄₎ , outros redutores incluem os metais ativos, como sódio, magnésio, alumínio e zinco, que têm energias de ionização relativamente pequenas e baixas eletronegatividades . Hidretos metálicos, como NaH, CaH ₂ e LiAlH ₄ , que formalmente contêm o íon H , também são bons agentes redutores. Ainda é possível usar métodos físicos para a produção de nanopartí cuias de prata como aplicação de micro- ondas, ultrassom, raios x e radiação gama.

[33] 0 tamanho médio das AgNPs obtido por microscopia eletrónica de transmissão (MET) está entre ~10 e 55 nm. Preferencialmente, utiliza-se AgNPs com tamanho de partícula <20 nm, uma vez que este apresenta a melhor atividade antimicrobiana, devido à relação superfície-volume para a propensão e facilidade de liberação de íons Ag ⁺ . 0 tamanho das AgNPs produzidos é ajustável com um tamanho médio de 17 nm .

[34] Nas Figuras 2A e 2B estão apresentadas as imagens obtidas por MET das nanopartí cuias de prata obtidas utilizando o ácido tânico (TA-AgNPs) com 11 tamanho médio de 17,71 ± 5,05 nm (Figura 2A) e as nanoparticulas de prata obtidas com o citrato de sódio (CT-AgNPs) com tamanho médio de 40,09 ± 11,96 nm (Figura 2B) .

[35] As faixas de tamanho das nanoparticulas obtidas por espalhamento de luz dinâmico (DLS) das duas nanoparticulas são de 5 a 90 nm. Vale ressaltar gue ambas as metodologias de preparo permitem a obtenção de AgNPs de tamanho controlado (1 a 100 nm) , desde gue ajustados os parâmetros de sintese, como a concentração dos reagentes, temperatura, pressão e agitação.

[36] As modalidades da presente invenção incluem uma sinergia entre as AgNPs produzidas por citrato de sódio (CT-AgNPs) e ácido tânico (AT-AgNPs) gue fornece uma eficácia antimicrobiana melhorada. A sinergia entre as AT-AgNPs e CT-AgNPs é atribuída ao tamanho e forma das AgNPs, onde CT-AgNPs também são compostos por AgNPs em forma de bastonete, os guais são todos um fator importante gue contribui para o grau e a potência da citotoxicidade .

[37] As fibras celulósicas do trocador de calor e umidade possuem grupos -OH na periferia da estrutura monossacarídica, além do citrato de sódio e do ácido tânico conterem átomos de oxigénio e estruturas aromáticas, respectivamente , gue permitem a complexação das nanoparticulas de prata e a formação de ponte do tipo celulose -O-Ag. A ligação das AgNPs à celulose também é englobada por forças eletrostáticas, fenômenos de complexação, Van der 12

Waals, ligações de hidrogénio ou empilhamento n-n permanentemente ligado a ela (Li et al., 2019).

[38] Outro aspecto da presente invenção fornece densidade, área de superfície, taxa de perfuração e número de células aumentadas do material transportador de armazenamento de calor gue constitui o trocador de calor e umidade respiratório .

[39] Assim, o filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida da presente invenção apresenta uma superfície cataliticamente ativa com AgNPs e em gue as referidas AgNPs exibem uma propensão altamente controlada de liberação de íons Ag ⁺ guando expostos ou em estreita proximidade com água ou vapor de água contendo partículas microbianas (isto é, partículas virais), respectivamente .

[40] O alto arranjo espacial de AgNPs (<10 nm) nas caracterí sticas morfológicas e interfaciais da combinação com material de fibra celulósica, as nanopartí cuias de prata se ligam através dos resíduos contendo enxofre dos receptores de glicoproteína gpl20 expressos na membrana de microrganismos patogênicos. A alta especificidade das AgNPs em sua tendência natural para ligações dissulfeto desempenha um papel importante na atividade antimicrobiana, portanto, blogueando a ligação do microrganismo patogênico com subseguente inativação por meio da tecnologia Trap Zap. No sistema de Trap Zap, a topografia da superfície de textura com AgNPs fornece sinergia através de: I) 13 após a adesão da superfície microbiana, a superfície texturizada aprisiona ("Trap") os micróbios após a ligação para a superfície do filtro devido à presença de ar aprisionado entre as topografias; e II) a presença de AgNPs libera íons Ag ⁺ , resultando em peroxidação lipídica ("Zap ") da camada de fosfolipídio presente na membrana externa dos micróbios, o gue leva ao dano celular.

[41] A Figura 3 apresenta um esguema exemplif icativo do sistema Trap Zap atuando no ar carregado de poeira e coronavírus. Ao passar pelo filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida da presente invenção, a partículas de poeira ficam retidas no filtro e o coronavírus é inativado pela presença das AgNPs.

[42] Deste modo, temos gue a topografia da superfície de textura com AgNPs fornece sinergia através de: I) a textura da superfície diminui a adesão do vírus na superfície do filtro devido à presença de ar aprisionado entre as topografias; e II) a presença de liberações das AgNPs de íons Ag ⁺ resulta em peroxidação lipídica da camada fosfolipídica presente na membrana externa dos patógenos .

[43] Particularmente, a superfície do filtro trocador de calor e umidade deve ser altamente ondulada para se evitar perda de carga.

[44] 0 fluxo de ar considerado ao longo do tempo pode umidificar o gás a 100%, portanto, o ar humano exalado é completamente saturado com água, contendo 14 assim quantidade máxima de umidade (UR=100%), passando pelo filtro trocador de calor e umidade da presente invenção elimina ou inativa aproximadamente 99,9% do particulado microbiano patogênico.

[45] Um dos aspectos antecipados da presente invenção é que seria de esperar a dissolução das nanoparticulas de prata em solução. No entanto, surpreendentemente, isso não ocorreu.

[46] Desta forma, a presente invenção fornece durabilidade e eficácia suficientes, tornando-a segura e acessível para os consumidores contra microrganismos patogênicos, infecção nosocomial e outras doenças infecciosas .

[47] Embora as nanoparticulas de prata sejam estáveis quando produzidas, opcionalmente, utiliza- se um agente estabilizador adicional escolhido entre polivinilpirrolidona (PVP), álcool poliviní lico, goma xantana, goma arábica, goma guar, amido e seus derivados, derivados celulósicos (carboximetilcelulose (CMC), EMC etc.), féculas (batata, mandioca etc.), ágar ou suas misturas. Preferencialmente, utiliza-se polivinilpirrolidona (PVP) como estabilizante adicional .

[48] 0 PVP foi o polímero escolhido para formulação das AgNPs da presente invenção, devido a sua propriedade estabilizante e adesiva. De modo a promover aumento da estabilidade das suspensões de AgNPs e agregar capacidade adesiva para a incorporação das AgNPs no filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida da presente invenção. 15

[49] Adicionalmente, a presente invenção aumentou a capacidade de retenção e armazenamento de água. Como mostrado na Figura 4, uma guantidade de vapor saturado no ar a 37 °C (temperatura corporal normal) mantém alta recuperação da umidade absoluta. A incorporação de AgNPs aumentou a resistência ao rasgo com aumento da resistência à tração, hidrofilia e forte estresse mecânico geral do filtro de celulose gue aumentou a retenção estática de água e a retenção dinâmica de água. Além disso, como o PVP forneceu estabilidade aos AgNPs, ele também funciona como uma rede de polímero semi- interpenetrante , proporcionando uma capacidade robusta de retenção de água.

[50] A Figura 4 também mostra a hidrof ilicidade atribuída à força adesiva e propriedades antimicrobianas das AgNPs. A partir daí, os referidos componentes conferem uma propriedade higroscópica no filtro trocador de calor e umidade da presente invenção gue é aumentada através da capacidade aumentada de retenção de H ₂ 0 e fornece uma barreira para gotículas e partículas gue potencialmente carregam patógenos. Na Figura 4, tem- se: A - HME contendo uma única camada de fibra de celulose; B - HME contém duas camadas de fibra de celulose prensada entre si; C - HME contém três camadas de fibra de celulose ensanduichadas ; D - HME contendo duas camadas de fibra de celulose com modificação geométrica e topográfica padronizada imprensada entre si; E - HME contendo duas camadas 16 de fibra de celulose com CT-AgNPs e modificação geométrica e topográfica padronizada imprensada entre si; F - HME contendo duas camadas de fibra de celulose com AT-AgNPs e modificação geométrica e topográfica padronizada imprensada entre si; e G - HME contendo duas camadas de fibra de celulose com mistura de AgNPs (AT-AgNPs e CT-AgNPs) e modificação geométrica e topográfica padronizada ensanduichada .

[51] Em uma forma de realização da invenção, o filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida da presente invenção compreende nanoparticulas de prata biocompativeis , estabilizadas com material à base de taninos ou fitoguimicos ricos em polifenóis e, especi ficamente , com ácido tânico (AT), uma forma especifica de tanino. 0 ácido tânico pode ser de uma fonte comercial (por exemplo, Sigma Aldrich, St. Louis, Mo., EUA), ou pode ser derivado de gualguer uma das seguintes partes da planta: Tara pods (Caesalpinia spinosa) , nozes de Rhussemialata ou Quercus infectoria ou folhas de Siciliana sumagre (Rhuscoriaria) . As nanoparticulas de prata da invenção podem ser fabricadas com um método ambientalmente amigável (eco-frendly) , com base nos princípios da guímica verde (Green Chemistry) , para fazer nanoparticulas de prata estáveis e biocompativeis .

[52] Os métodos de fabricação da invenção reguerem apenas sal de nitrato de prata como precursor. Nenhum outro produto guímico sintético é 17 empregado no processo geral de fabricação e, portanto, não há produtos guimicos agressivos utilizados na fabricação ou subprodutos residuais formados durante a fabricação. Os processos de fabricação da invenção são, portanto, ecologicamente corretos e biologicamente eficazes (benignos).

[53] As modalidades preferidas fornecem uma via de nanotecnologia ecológica para a produção de nanoparticulas de prata. Os métodos da invenção usam ácido tânico como um reservatório de elétrons e um agente de redução, para reduzir o sal de prata às nanoparticulas de prata correspondentes na ausência de gualguer outro agente de redução e sem guaisguer produtos guimicos agressivos. Um processo preferido para formar nanoparticulas de prata consiste em reagir o sal de prata com ácido tânico. Não são usados agentes tóxicos de redução guimica, e os métodos evitam gualguer uso de agentes tóxicos, tais como hidrazina, borohidreto de sódio, etc. Uma forma de realização preferida consiste simplesmente em misturar o composto de ácido tânico purificado com sal nitrato em água em concentrações e condições de reação adeguadas.

[54] As nanoparticulas de prata obtidas a partir de ácido tânico (AT-AgNPs) podem ser produzidas em uma faixa de tamanho preferida de ~10 nm a 30 nm. A faixa de tamanho foi determinada por meio da obtenção de imagens de microscopia eletrónica de transmissão (MET) como mostrada na Figura 2. Após a filtragem, as nanoparticulas de AT-AgNPs não 18 precipitaram e permaneceram estáveis em solução. As AT-AgNPs foram produzidas com elevado potencial Zeta negativo na faixa de -24 a -41 mV (milivolts), sugerindo excelente estabilidade desses nanomateriais por repulsão eletrostática.

[55] Experimentos de exemplo sintetizaram nanoparticulas de prata por redução com ácido tânico em água. As medições foram usadas para caracterizar as partículas formadas. Os experimentos mostraram gue o ácido tânico também desempenha um papel único não só na redução do sal de AgN0 ₃ , mas também na estabilização dos átomos de prata reduzidos para formar nanoparticulas e manter a natureza monodispersa da suspensão. Os anéis do ácido tânico são ativos e possuem abundantes grupos hidroxila presentes na estrutura aromática dos polifenóis gue desempenham um papel significativo na redução do nitrato de prata em átomos de prata.

[56] Nenhum tratamento adicional é necessário antes do uso das nanoparticulas de prata produzidas por esse método, pois são estáveis e biocompatíveis para aplicações biomédicas. 0 método produz nanoparticulas de prata biocompatíveis e estabilizadas gue são adeguadas para uso dentro do corpo {in vivo) para procedimentos de diagnóstico e tratamento. As nanoparticulas de prata biocompatíveis e estabilizadas da invenção não reguerem purificação adicional e são adeguadas para administração direta no corpo humano por via oral ou intravenosa . 19

[57] Em outra modalidade da invenção, o filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida compreende nanoparticulas de prata obtidas a partir do método clássico adaptado, no qual o citrato (CT) foi utilizado como agente redutor e estabilizante . Assim como no método descrito com o ácido tânico

(AT), pode-se variar a concentração dos reagentes e as condições de reação para obter tamanhos e formas de nanoparticulas adequadas para a aplicação dese jável .

[58] As CT-AgNPs foram sintetizadas com tamanhos superiores a 30 nm (entre 30 e 50 nm por MET). Após a filtragem, as CT-AgNPs não precipitaram e permaneceram estáveis em solução. Portanto, o tamanho médio (40,09 ± 11,96), foi determinado por meio da obtenção de imagens de microscopia eletrónica de transmissão (MET) como mostrado na Figura 2.

[59] As CT-AgNPs foram produzidas com elevado potencial Zeta negativo na faixa de -28 a -44 mV (milivolts), sugerindo excelente estabilidade desses nanomateriais por repulsão eletrostática.

[60] A adaptação do método utilizando o citrato como agente redutor e estabilizante foi feita de modo a tornar o processo ecologicamente viável, o qual dispensa o uso de agentes tóxicos de redução quimica. Assim, os métodos evitam qualquer uso de agentes tóxicos, tais como hidrazina, borohidreto de sódio, etc. O método de fabricação da invenção requer apenas sal de nitrato de prata como 20 precursor. Nenhum outro produto químico sintético é empregado no processo geral de fabricação e, portanto, não há produtos químicos agressivos utilizados na fabricação ou subprodutos residuais formados durante o processo.

[61] 0 citrato de sódio é produzido por neutralização total do ácido cítrico com uma fonte de sódio de alta pureza, como o hidróxido de sódio, o bicarbonato de sódio ou o carbonato de sódio. 0 citrato de sódio tem forma de pó branco ou cristalino, muito solúvel em água e praticamente insolúvel em álcool. 0 ácido cítrico está presente em diversas frutas e alimentos ácidos. Também compõe um dos principais ciclos energéticos nas células eucariontes, denominado ciclo do ácido cítrico, mais conhecido como ciclo de Krebs .

[62] Em outra modalidade da invenção, o filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida compreende uma mistura de nanopartí cuias de prata obtidas a partir de ácido tânico e de citrato de cálcio, de modo a aumentar o espectro de ação das AgNPs frente a diversos microrganismos, tendo em vista os diferentes tamanhos das AgNPs.

[63] Para incorporação no sistema biocida da presente invenção foi preparada uma mistura de AT- AgNPs com CT-AgNPs de modo a obter uma diversidade de nanopartí cuias em termos de tamanho, forma e cargas . A proporção entre AT-AgNPs e CT-AgNPs varia de 1:4 a 4:1. 21

[64] A presente invenção refere-se ainda ao método de preparação do filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida gue compreende as seguintes etapas: a) Preparação de nanoparticulas de prata com ácido tânico; b) Preparação de nanoparticulas de prata com citrato de sódio; c) Mistura das nanoparticulas obtidas nas etapas (a) e (b) na proporção variando entre 1:4 e 4:1; d) Impregnação das fibras poliméricas de celulose com a mistura de nanoparticulas de prata obtida na etapa (c) ; e e) Secagem da fibra de celulose impregnada obtida na etapa (d) .

[65] Particularmente, a etapa (d) de impregnação das fibras poliméricas de celulose com a mistura de nanoparticulas de prata ocorre por pulverização ou imersão .

[66] A Figura 5 ilustra de forma simplificada as etapas de preparo das nanoparticulas de prata e os métodos de impregnação no sistema biocida da presente invenção.

[67] A invenção trata também ao uso das nanoparticulas de prata gue são impregnadas em fibras poliméricas de celulose para produzir um filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida . 22

EXEMPLOS

[68] Na fase experimental descrita a seguir, os reagentes: Nitrato de Prata, Ácido Tânico (AT),

Citrato de Sódio (CT) e polivinilpirrolidona (PVP), foram obtidos da empresa Sigma Aldrich, St. Louis, Mo., EUA. As nanoparticulas de prata foram obtidas com base nos métodos de guimica verde e nanotecnologia verde, os guais minimizam o uso de reagentes tóxicos aos seres vivos e ao meio ambiente, visando o conceito de sustentabilidade .

Produção do filtro trocador de calor e umidade

[69] A preparação do filtro trocador de calor e umidade compreende as seguintes etapas:

Etapa 1 - produção de nanoparticulas de prata com ácido tânico (AT-AgNPs) - a solução de AT foi preparada em concentrações diversas (0,5 a 3 mM) com solução de PVP (0,1 a 2%) na gual é adicionada a solução de nitrato de prata (0,3 a 2 mM) em uma razão de 1:4 (v/v) à temperatura ambiente. A solução foi agitada por 30 minutos e foram coletados os dados espectrais da síntese;

Etapa 2 - produção de nanoparticulas de prata com citrato (CT-AgNPs) - a solução de citrato (CT) foi preparada em concentrações diversas (05 a 5%) com solução de PVP (0,1 a 2%) na gual é adicionada a solução de nitrato de prata (0,3 a 2 mM) em uma razão de 9:10 (v/v) à 100°C. Após 15 minutos de reação foi cessado o aguecimento e a solução permaneceu em agitação até atingir a 23 temperatura ambiente. Em seguida foram coletados os dados espectrais da síntese; e

Etapa 3 - impregnação da fibra celulósica - foi preparada uma mistura de nanopartículas de prata com ácido tânico (AT-AgNPs ) e citrato de cálcio (CT- AgNPs) , na proporção variando entre 1:4 e 4:1.

[70] Em seguida, a fibra celulósica foi impregnada com a mistura de AT-AgNPs e CT-AgNPs por meio de uma pistola pneumática R12 padrão spray JET JAT-500 HVLP aprox. taxa de fluxo de ar em ~18 a 25 psi com distância de pulverização de 150 mm / 5,5.

[71] Após secagem da fibra de celulose impregnada com a mistura de AT-AgNPs e CT-AgNPs, obtém-se filtro trocador de calor e umidade.

[72] Como é possível observar na Figura 6, a gual apresenta uma fotografia de microscópio eletrónico de varredura (MEV) e mapa de espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDS) do filtro de celulose impregnado com AT-AgNPs, as nanopartículas de prata embutidas projetam-se das fibras superficiais e resultam em uma superfície cataliticamente ativa (Barra de escala, canto inferior direito = 200 micrômetros (pm)) . Na Figura 6, tem-se: a) ampliação de MEV em xlOO, b) mapa de EDS, c) ampliação em x l,5k e d) Espectro do mapa EDS .

Medições e Caracterização

[73] As medidas espectroscópicas foram realizadas em um leitor de microplaca Luminescence multimodo SpectraMax i3x (Molecular Devices, LLC, 24

San Uose, CA, EUA) e cubetas descartáveis com volume de 1 mL e comprimento de trajeto de 10 mm. O diâmetro hidrodinâmico e o potencial Zeta foram obtidos utilizando o Zetasizer Nano S90 (Malvern Instruments Ltd. USA) . As imagens do Microscópio Eletrónico de Transmissão (MET) foram obtidas em um UEOL 1400 TEM (UEOL, LTE , Tóquio, Uapão) .

Corte e processamento

[74] A presente invenção fornece uma propriedade geométrica e topográfica à fibra celulósica fabricada com nanoparticulas de prata. A fibra que é passada através de um cortador rotativo pode ser processada para ter as propriedades mecânicas melhoradas em relação ao seu mecanismo de ação e aplicações .

[75] A Figura 7 mostra o mecanismo de atividades microbicidas e antivirais do filtro trocador de calor e umidade do HME-AgNPs desenvolvido para exibir forte atividade microbicida contra microrganismos/virus via espécies reativas de oxigénio (ROS) e ions de prata na superfície do substrato. É imperativo considerar também a geometria e as propriedades topográficas da fibra de celulose impregnada com AgNPs em relação ao seu mecanismo de ação. A textura, aspereza e química da superfície são fundamentais para a eficácia do HME bioativo .

[76] Além disso, a superfície influencia marcadamente a tensão superficial entre microrganismos (ou seja, bactérias, fungos, vírus e 25 outros patógenos) e a superfície HME, incluindo a propensão à liberação de íons Ag ⁺ , aumento da área de rolamento, resistência ao desgaste e rasgo, portanto aumento da resistência à tração. A topografia do HME-AgNPs pode diminuir a adesão do vírus na superfície devido à presença de AgNPs gue liberam íons Ag ⁺ resultando na peroxidação lipídica da camada fosfolipídica presente no envelope externo dos patógenos de teste.

[77] A toxicidade das AgNPs é atribuída à propensão de liberar íons de prata (Ag ⁺ ) das AgNPs e seus complexos solúveis (Zhou et al., 2016) e manter um fluxo constante de uma alta concentração de íons Ag ⁺ das AgNPs, gue é crucial para a atividade antimicrobiana conforme mostrado na Figura 7.

[78] As AgNPs da superfície exposta são dissolvidas e oxidadas na superfície altamente úmida gue leva à formação dos íons Ag ⁺ . Depois disso, os íons Ag ⁺ se difundem na camada de água absorvida contendo os patógenos das partículas parentais

(AgNPs) . A hipótese é gue o fluxo de ar considerando gue o sistema respiratório pode umidificar o gás a 80-90%, portanto, o ar humano exalado é completamente saturado com água, contendo assim a guantidade máxima de umidade (UR = 100%), passando pelo filtro trocador de calor e umidade da presente invenção elimina ou inativa aproximadamente 99,9% de partículas microbianas.

[79] A textura, rugosidade e guímica da superfície, são fundamentais para a eficácia do 26 filtro trocador de calor e umidade da presente invenção. Além disso, a superfície influencia predominantemente na tensão superficial entre o microrganismo e a superfície catalítica da fibra celulósica incorporada com nanopartí cuias de prata, incluindo afinidade de ligação de prata e capacidade de carga, área de suporte aumentada, resistência ao rasgo com aumento da resistência à tração e tensão (Figura 8).

Atividade biológica

[80] As fibras celulósicas com as nanopartí cuias de prata expostas e projetadas da superfície das fibras resulta em uma superfície cataliticamente ativa e em gue as referidas nanopartí cuias de prata exibem uma propensão altamente controlada de liberação de íons Ag ⁺ guando expostas ou em estreita proximidade com água ou vapor de água contendo partículas microbianas ou partículas virais. A atividade biológica pode ser demonstrada usando ensaios de rotina, incluindo, mas não se limitando a, agueles descritos na patente US7169402. Os ensaios adeguados incluem o método de teste AATCC 147-2016 e o teste de inibição virai na patente acima mencionada.

Investigações antibacterianas e antifúngicas

Método de teste AATCC 147-2016

[81] Microrganismos de teste:

I. Staphylococcus aureus ATCC n° 6538,

II. Klebsiella pneumoniae ATCC n° 4352,

III. Candida albicans ATCC 10231, e 27

IV. Aspergillus brasiliensis ATCC 16404

Inibição viral de nanoparticulas de protótipos tratados com respirador

[82] Foram utilizados embriões de galinhas isentas de patógenos específicos (SPF) com 10 dias para titulação de Gammacoronaví rus (Gamma-CoV) e um vírus infeccioso de bronguite de galinha, gue é um vírus envelopado. Foi utilizada a cepa de Massachusetts pois nenhum anticorpo específico de Gamma-CoV pode interferir na replicação de Gamma- CoV, garantindo assim a validade dos resultados servindo como medida de garantia/controle de gualidade .

Titulação de GammaCoronaví rus em ovos fertilizados por EID50

[83] A ovoscopia (Avifag Comercial, Rio Claro/SP, Brasil) foi utilizada para visualização dos compartimentos dos ovos. Na borda do saco de ar foi feita uma marca do local de inoculação. 0 título de Gamma-CoV foi diluído em série em meio diluente (2,5% p/v triptose, 1.000 U/mL de penicilina, 1.000 pg/mL de estreptomicina ) . As cascas dos ovos foram desinfetadas com etanol 70% e deixadas secar, seguido de um pegueno furo ou perfuração na casca do ovo no local da inoculação em condições assépticas.

[84] Os ovos (n = 10) por diluição, foram inoculados com 0,2 mL de Gamma-CoV na cavidade alantóica inserindo a agulha 25 G aprox. 16 mm no

OVO . 28

[85] Após a inoculação, o orifício em cada ovo foi selado com cera derretida e os ovos foram incubados em uma incubadora de ovos a 37,8°C com 60% de UR. Após 24 horas foi realizada uma ovoscopia e descartado os embriões com mortalidades inespecí ficas . Foram realizadas ovoscopias de luz a cada 2 dias. Após 10 dias de incubação, os ovos foram para análise do embriodiagnóstico e calculado a ED50. A metodologia de filtração lenta foi utilizada nos protótipos de respiradores tratados com nanopartí cuias . A titulação virai e análise foram realizadas de acordo com Kint et ai. (2015) com algumas adaptações.

[86] Diante dos experimentos realizados, temos gue o filtro trocador de calor e umidade da presente invenção traz diversas vantagens em relação aos dispositivos do estado da técnica. Destacam-se as seguintes vantagens:

[87] A técnica de pulverização e imersão para impregnação de nanopartí cuias de prata é instantânea, com tempos de reação e contato curtos. Surpreendentemente, a exposição a um íon de prata não afetou as caracterí sticas guímicas e estruturais da referida fibra. Isso fornece um método para otimizar a capacidade de armazenamento de calor do HME, propriedades antibacterianas , antifúngicas e antivirais .

[88] A capacidade de armazenamento térmico do filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida deve ser melhorada para manter a temperatura 29 necessária e a estabilidade atribuída pelo aumento da tração, resistência ao estresse e resistência térmica .

[89] O filtro trocador de calor e umidade com atividade biocida da presente invenção é compatível com nebulização final do paciente. Não ocorrendo arraste ou liberação de AgNPs, no sistema de respiração/ ventilação.

[90] Será evidente para os versados na técnica que, embora a invenção não esteja limitada aos detalhes dos exemplos ilustrativos anteriores e que a presente invenção pode ser realizada em outras formas específicas sem se afastar dos atributos essenciais da mesma, e, portanto, é desejado que as presentes modalidades e exemplos sejam considerados em todos os aspectos como ilustrativos e não restritivos, sendo feita referência às reivindicações anexas, em vez da descrição anterior, e todas as alterações que vêm dentro do significado e intervalo de equivalência das reivindicações são, portanto, pretendidas para ser indexados ao pedido.

Referências bibliográficas

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