Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ELECTROLYTIC BATH FOR PRODUCING METALLIC ANTIBACTERIAL COMPOSITE COATINGS OF BRASS-ANTIBACTERIAL METALLIC PARTICLES (ZN-CU/AMPS)
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/111071
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention proposes the use of an electrolytic bath to electrodeposit composite metallic zinc-copper-metal nanoparticles with antibacterial activity coatings, which inhibit the growth of bacteria such as Escherichia coli and Staphylococcus aureus on the surface thereof by at least 90%. The method for formulating an electrolytic bath that allows antibacterial coatings to be produced comprises the following steps: (a) Addition of silver nanoparticles with antibacterial activity suspended in a cationic surfactant to a glycine-based electrolytic bath also containing dissolved Zn2+ salts and dissolved Cu2+ salts; (b) Electrodeposition of the composite metallic zinc-copper/silver nanoparticles coating. The occlusion of metal nanoparticles with antibacterial activity in the coating matrix confers antibacterial properties thereon.

Inventors:
TREJO CÓRDOVA GABRIEL (MX)
RÍOS ÁLVAREZ CLAUDIA (MX)
REYES VIDAL MARÍA YOLANDA (MX)
MEAS VONG YUNNY (MX)
PÉREZ BUENO JOSÉ DE JESÚS (MX)
RAZO NEGRETE MÓNICA LIZBETH (MX)
SILVA ICHANTE MONTSERRAT (MX)
Application Number:
PCT/IB2018/058118
Publication Date:
June 13, 2019
Filing Date:
October 18, 2018
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
CENTRO DE INVESTIG Y DESARROLLO TECNOLOGICO EN ELECTROQUIMICA S C (MX)
International Classes:
C25D3/22; A61L31/08; B82Y30/00; C22C18/02; C23C18/31; C23C18/42; C25D3/28; C25D3/46; C25D3/56; C25D5/00; C25D15/00
Foreign References:
MX2015005364A2016-10-24
US6251249B12001-06-26
Other References:
REYES-VIDAL, Y. ET AL.: "Electrodeposition, characterization, and antibacterial activity of zinc/silver particle composite coating s", CIENCIA DE LA SUPERFICIE APLICADA, vol. 342, 1 July 2015 (2015-07-01), pages 34 - 41, XP055323901, Retrieved from the Internet doi:10.1016/j.apsusc.2015.03.037
BALLESTEROS, J. ET AL.: "Study of the electrochemical co-reducction of Cu2 + and Zn2+ ions from alkaline no cianured solution containing glycine", JOURNAL OF ELECTROANALYTICAL CHEMISTRY, vol. 727, 2014, pages 104 - 112, XP029008393
BALLESTEROS, J. ET AL.: "Desarrollo de un proceso libre de cianuros para la electrodeposici6n de peliculas de cobre-zinc con aplicaciones en la production de hidr6geno y lat6n comercial", CIENCIA UANL, November 2015 (2015-11-01), XP055616952, Retrieved from the Internet [retrieved on 20190204]
BALLESTEROS, J.: "Desarrollo de un bano alcalino libre de cianuros para el electrodepósito de latón a base de glicina", TESIS PARA OBTENER EL GRADE DE DOCTOR EN ELECTROQUIMICA, May 2011 (2011-05-01), XP055616955, Retrieved from the Internet [retrieved on 20190204]
RASHWAN, S.: "Electrodeposition of Zn-Cu coatings from alkaline sulphate bath containing glycine", TRANSACTIONS OF THE IMF, vol. 85, no. 4, 2007, pages 217 - 224, XP001507672, doi:10.1179/174591907X216440
Attorney, Agent or Firm:
CHAGOYA-CORTÉS, Héctor Elías et al. (MX)
Download PDF:
Claims:
REIVINDICACIONES

Habiendo descrito el invento se considera como una novedad y se reclama por tanto como propiedad, lo contenido en las siguientes cláusulas.

1. La composición del baño electrolítico para obtener recubrimientos compositos metálicos antibacteriales Zinc-Cobre-nanopartículas de Plata (Zn-Cu/AgNP's), del tipo que comúnmente comprende sales para hacer conductor el baño electrolítico, Glicina y un agente surfactante, teniendo el baño electrolítico un pH entre 8 y 10, caracterizado porque contiene una fuente de iones de Zinc-Cobre- nanopartículas de Plata (Zn-Cu/AgNP's) y un agente surfactante de tipo catiónico.

2. La composición del baño electrolítico para obtener recubrimientos compositos metálicos antibacteriales Zinc-Cobre-nanopartículas de Plata (Zn-Cu/AgNP's) tal y como se reclama en la reivindicación 1 caracterizada porque las fuentes de iones a depositar son sales de Cloruro de Zinc (ZnCI2), sales de cloruro de Cobre dihidratado (CuCI2-2H20) y nanopartículas de Plata (AgNP's).

3. La composición del baño electrolítico para obtener recubrimientos compositos metálicos antibacteriales Zinc-Cobre-nanopartículas de Plata (Zn-Cu/AgNP's) tal y como se reclama en las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque la concentración de Cloruro de Zinc (ZnCI2) es de 50 a 300 g/L, siendo la concentración preferente de 85.0 g/L.

4. La composición del baño electrolítico para obtener recubrimientos compositos metálicos antibacteriales Zinc-Cobre-nanopartículas de Plata (Zn-Cu/AgNP's) tal y como se reclama en las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque la concentración de Cloruro de Cobre dihidratado (CuCI2-6H20) es de 5 a 50 g/L, siendo la concentración preferente de 17.0 g/L.

5. La composición del baño electrolítico para obtener recubrimientos compositos metálicos antibacteriales Zinc-Cobre-nanopartículas de Plata (Zn-Cu/AgNP's) tal y como se reclama en las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque las nanopartículas de plata se encuentran en una concentración entre 0.5 y 10 g/L.

6. La composición del baño electrolítico para obtener recubrimientos compositos metálicos antibacteriales Zinc-Cobre-nanopartículas de plata (Zn-Cu/AgNP's) tal y como se reclama en las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el tamaño de las partículas de metal antibacterial se encuentra entre 10 a 100 nanómetros, siendo el tamaño preferente de 60 nanómetros.

7. La composición del baño electrolítico para obtener recubrimientos compositos metálicos antibacteriales Zinc-Cobre-nanopartículas de Plata (Zn-Cu/AgNP's) tal y como se reclama en las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el agente surfactante es de tipo catiónico: Bromuro de Hexadeciltrimetilamonio (CTAB por sus siglas en inglés).

8. La composición del baño electrolítico para obtener recubrimientos compositos metálicos antibacteriales Zinc-Cobre-nanopartículas de Plata (Zn-Cu/AgNP's) tal y como se reclama en las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el agente surfactante se encuentra en una concentración de entre 0.04 y 10.0 g/L, siendo 4 g/L la concentración preferente.

Description:
BAÑO ELECTROLÍTICO PARA OBTENER RECUBRIMIENTOS COMPOSITOS METÁLICOS ANTIBACTERIALES DE LATÓN-PARTÍCULAS METÁLICAS ANTIBACTERIALES fZN-CU/PMA'S^

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con recubrimientos de aleación Zinc (Zn) - Cobre (Cu), también conocida como Latón, que contienen agentes metálicos antibacteriales ocluidos y dispersos homogéneamente en todo el recubrimiento, más específicamente con la composición de un baño electrolítico para obtener un recubrimiento metálico antibacterial de Zinc-Cobre-nanopartículas de Plata (Zn-Cu/AgNP's).

Los recubrimientos metálicos electrodepositados incluyen: recubrimientos decorativos para accesorios en los cuartos de baños, accesorios de cocina, manijas, joyería, instrumentos musicales como saxofones y trombones, monedas, todo tipo de herrajes como bisagras y picaportes, entre otros, además de otros productos altamente lustrosos; con la particularidad de que los recubrimientos Zinc- Cobre/Nanopartículas de Plata (Zn-Cu/AgNP's) desarrollados, proporcionan protección antibacterial, a diferencia de los recubrimientos Zinc-Cobre convencionales.

OBJETIVOS DE LA INVENCION

El principal objetivo de la presente invención es proporcionar un baño electrolítico alcalino no cianurado y a base de glicina, que permita obtener recubrimientos compositos metálicos de Zn-Cu/AgNP's por electrodeposición, cuyas nanopartículas de Plata (AgNP's) están ocluidas y dispersas homogéneamente en todo el espesor del recubrimiento.

El segundo objetivo de la presente invención es proporcionar recubrimientos compositos de Zinc-Cobre/Nanopartículas de Plata (Zn-Cu/AgNP's) que prevengan e inhiban el crecimiento y/o eliminen bacterias de ambos tipos: Gram negativas como Escherichia coli y Gram positivas como Staphybcoccus aureus, al menos en 90 % sobre su superficie.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Es conocido que las bacterias y los virus son la principal causa de propagación de enfermedades infecciosas de una persona a otra. De acuerdo a la Agencia Informativa CONACYT, estudiantes del Centro Universitario de México realizaron un estudio en el que cultivaron muestras tomadas en el Metro de la Ciudad de México y observaron la presencia de estafilococos (bacterias que provocan infecciones en la piel), Escherichia (el género E. coli, cuya sintomatología es variada, tiene presencia en los intestinos); Salmonella (asociada a las enfermedades diarreicas) y enterobacterias (se asocia a infecciones respiratorias, urinarias y de heridas en personas inmunocomprometidas), entre otras bacterias.

Los datos epidemiológicos de Europa, Norteamérica y Australia indican que las bacterias y los virus, en un porcentaje significativo, se propagan de persona a persona causando enfermedades. Una vía por la que se transmiten las bacterias o los virus es a través del contacto directo con superficies metálicas contaminadas; por ejemplo, manijas de todo tipo de puertas, llaves de lavabos, monedas, pasamanos y agarraderas en los autobuses, etc. De hecho, manijas de puertas de baño, así como las monedas, junto con los carritos de compras de supermercado y pasamanos de autobús están entre los cinco sitios más contaminados por bacterias heterótrofas. Las estructuras anteriormente señaladas generalmente se fabrican de un metal base, por ejemplo de acero, con algún recubrimiento metálico, tal como Cromo (Cr), Níquel (Ni), Zinc (Zn) o aleación Zinc-Cobre (Zn-Cu).

Es ampliamente conocido que los recubrimientos de Zn o sus aleaciones, como la aleación de Zinc-Cobre o también conocida como latón, son los más utilizados para proteger las superficies de acero, puesto que son más resistentes a la corrosión ambiental que el propio sustrato de acero. Asimismo, proporcionan brillo, así como diferentes tonalidades de color al sustrato, mejorando considerablemente su apariencia estética.

Por otra parte, como señala H. Korai, en "Current situation and future of inorganic antimicrobial agent", J. Inorg. Mater. Jpn. 6 (1999) 428-436; en los últimos años los agentes antibacteriales inorgánicos han atraído la atención de los investigadores debido a su resistencia térmica y a la persistencia de sus efectos antibacteriales en comparación con los agentes antibacteriales orgánicos.

De acuerdo con lo expuesto por N. Grier, en "Silver and its compounds, In: Lea and

Febiger (Eds), Disinfection, Sterilization and Preservation, Block SS", Philadelphia, 1993, pp 375-389; desde el siglo XIX, se han utilizado algunos compuestos a base de plata (Ag) para diversas aplicaciones antibacteriales, por ejemplo, la plata coloidal se ha utilizado en la antisepsia de la herida y, en combinación con sales de citrato, para el tratamiento de infecciones de la piel; también es el caso del nitrato de plata que se ha empleado desde hace casi 100 años para el tratamiento de la oftalmía del recién nacido.

Las propiedades antibacteriales de las partículas de plata (AgPs) contra las bacterias Gram-negativas y Gram-positivas han sido ampliamente demostradas por diversos autores como: D.G. Ahearn, et. al., en "Adherence of organisms to silver-coated surfaces", J. Ind. Microbiol. 15 (1995) 372- 376; Hyung-Jun Jeon, et. al., en "Preparation and antibacterial effects of Ag-Si02 thin films by sol-gel method", Biomaterials 24 (2003) 4921-4928; L. Zhao, et. al., en "Antibacterial nano-structured titania coating incorporated with silver nanoparticles", Biomaterials 32 (2011) 5706-5716; PJ. Kelly, et. al., en "A study of the antimicrobial and tribological properties of TiN/Ag nanocomposite coatings", Surf. Coat. Technol. 204 (2009) 1137-1140 e I. Sondi and B. Salopek-Sondi, en "Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on E. coli as a model for Gram-negative bacteria", J. Colloid Interface Sci. 275 (2004) 177-182; entre otros.

Por esta razón, actualmente las partículas de plata (AgP's) se utilizan en numerosas aplicaciones físicas, biológicas y farmacéuticas, por ejemplo: en la fabricación de ropa deportiva, lavadoras, material de envasado de alimentos, y de forma importante, en el campo médico como agentes bactericidas y terapéuticos.

Las AgP's también se utilizan en la fabricación de dispositivos dentales, como recubrimientos bactericidas en filtros de agua y como agentes antibacteriales en el aire, aerosoles desinfectantes, almohadas, respiradores, calcetines, toallitas húmedas, detergentes, jabones, champús, pastas de dientes y muchos otros productos de consumo.

En los últimos años, en lo que se refiere a recubrimientos, la tendencia ha sido el desarrollo de recubrimientos metálicos y poliméricos con propiedades antibacteriales.

En la presente invención se utilizó el proceso de electrodeposición a base de glicina y sin cianuros para formar recubrimientos compositos metálicos Zn-Cu que contengan ocluidas nanopartículas de plata (AgNP's) como agente antibacterial, dispersas homogéneamente en todo el espesor del recubrimiento. A diferencia de los otros procesos, descritos en las patentes referidas, que solamente forman una película del agente antibacterial sobre la superficie del recubrimiento o bien tienen el problema de aglomeración de partículas, en esta invención el agente antibacterial, en este caso nanopartículas de plata (AgNP's), están ocluidas homogéneamente en la matriz metálica, formando parte del recubrimiento metálico. El recubrimiento composito metálico Zn-Cu/AgNP's obtenido por el proceso de electrodeposición satisface los altos estándares estéticos requeridos para acabados decorativos incluyendo, pero no limitado a; brillo y adherencia. Así como la capacidad para prevenir e inhibir el crecimiento, y/o eliminar bacterias de ambos tipos: Gram negativas como Escherichia coli y Gram positivas como Staphybcoccus aureus, al menos en 90 % sobre su superficie.

Es conocido que agentes antibacteriales pueden ser adicionados a la superficie de diferentes metales como, por ejemplo: láminas de acero inoxidable, recubrimientos de Cromo o recubrimientos de Zinc, utilizando la técnica de rociado térmico, como se describe en los documentos de patente W02010069104A1, US2012/0225312A1 y WO2012122666A1 respectivamente. Sin embargo, el proceso de rociado térmico tiene la principal desventaja de su alto costo, adicionalmente de que algunas características del metal, tales como brillo y adherencia, son alteradas por la película antimicrobiana formada.

También se han desarrollado composiciones de resinas termoestables que contienen agentes antimicrobianos, para ser utilizados como materiales de recubrimientos para diversos metales, tales como: el hierro, aluminio, cobre y acero inoxidable, como se describe en los documentos de patente WO2013052683A2, WO2012158702A2, W02003043745A1 y W02013033802A1. Sin embargo, estas composiciones de resina incluyen materiales en partículas, tales como zeolitas y óxidos que pueden ser materiales no deseados en la superficie de los artículos, por ejemplo, artículos decorativos o funcionales, que tienen alta exigencia estética.

En el documento de patente WO1999025898A1 utilizan un proceso simple para la formación de películas antimicrobianas. En este proceso, a partir de una solución con los componentes antimicrobianos, que pueden ser orgánicos o inorgánicos, se aplica una película delgada a la superficie del metal y se presuriza, sin calentamiento, para formar el recubrimiento antibacterial.

Otro proceso para formar recubrimientos antibacteriales es la electrodeposición, como lo describe el documento de patente W02009120784A2 en donde se especifica la utilización de la electrodeposición para fabricar recubrimientos antibacteriales formados por agentes orgánicos antibacteriales dispersos en la superficie del recubrimiento. Asimismo, en los documentos de patente EP2438216A1 y EP2522377A1, utilizan el proceso de electrodeposición para formar recubrimientos amorfos de Cobalto (Co) con propiedades antibacteriales.

Asimismo, en el documento de patente WO2012135107A2, se señala el proceso en el que se electrodeposita una película de Plata (Ag) sobre acero inoxidable para formar materiales que pueden ser utilizados como implantes. En este sentido metales como plata y cobre o sus óxidos, son considerados como agentes antimicrobianos y son conocidos como metales antibacteriales.

Los metales antibacteriales son aquellos que inhiben el crecimiento de bacterias o bien las matan y que preferencialmente son biocompatibles. Los metales antibacteriales biocompatibles preferidos incluyen: Plata (Ag), Oro (Au), Cobre (Cu), Platino (Au), Paladio (Pd) e Iridio (Ir) (metales nobles).

En el documento de patente W02004101014A2 depositan químicamente especies oxidadas de plata sobre una superficie, para formar recubrimientos antibacteriales con aplicación al desarrollo de material médico. Además, en el documento de patente W02007097790A1 depositan óxidos de plata como: AgO y Ag20, sobre superficies poliméricas, utilizando la técnica de deposición por ion plasma (IPD, por sus siglas en ingles "Ion Plasma Deposition").

Por otra parte, M.K. Punith Kumar y CH. Srivastava (2013) en "Morphological and electrochemical characterization of electrodeposited Zn-Ag nanoparticle composite coatings, Materials characterization 85 (2013) 82-91", reportan la codeposición de nanopartículas de Ag en una matriz de Zinc, con la finalidad de incrementar la resistencia a la corrosión del recubrimiento de Zinc; sin embargo, como textualmente mencionan existe una aglomeración de las nanopartículas de plata que influye en la morfología de la superficie.

S.M. Rashwan (2007) en "Electrodeposition of Zn-Cu coatings from alkaline sulphate bath containing glycine, transactions of the Institute of Metal Finishing 85 (2007) 217-224", reportó la influencia de la temperatura sobre la composición de las aleaciones Zn-Cu obtenidas por electrodeposición. E I baño electrolítico propuesto es a base de sulfates y utiliza glicina sólo como agente complejante, adicionalmente, la formulación no cuenta con los componentes químicos necesarios para obtener recubrimientos con la propiedad de ser antibacterial.

En la presente invención, las propiedades antibacteriales de nanopartículas de plata (AgNP's) se combinan con la capacidad protectora y decorativa de recubrimientos de Zn-Cu para formar recubrimientos compositos Zn-Cu/AgNP's, en donde las nanopartículas de plata se ocluyen en la matriz de recubrimiento de la aleación metálica zinc-cobre, sin perder sus propiedades antibacteriales, formando así parte del recubrimiento en lugar de una película superficial; de esta manera, se forman recubrimientos metálicos decorativos antibacteriales.

La combinación de las propiedades antibacteriales de partículas de plata (AgNP's) con la capacidad protectora y decorativa de los recubrimientos de Zn-Cu, permite la posibilidad de un número de nuevas aplicaciones para recubrimientos compositos de Zn-Cu/AgNP's, por ejemplo, en el campo biomédico, en el procesamiento de alimentos, entre otros.

En el documento de patente MX/a/2014/004215, se describe un baño electrolítico para electrodeposita r un composito metálico Níquel-Fósforo-nanopartículas de metal antibacterial (Ni-P- MANP ' s), comprendiendo sales tales como sulfamatos del ion N¡2+ a depositar, un agente amortiguador de pH, un ácido que contiene Fósforo y además contiene nanopartículas de un metal antibacterial (MANP ' s). Si bien se ha podido lograr la oclusión homogénea de nanopartículas de plata en recubrimientos metálicos de Níquel; al adaptar la composición del baño electrolítico propuesta en dicho documento de patente a los baños de zinc-cobre, se obtienen recubrimientos opacos (no brillantes) que presentan orificios o imperfecciones causadas por la aglomeración de las partículas en su superficie.

En el documento de patente MX/a/2015/005364, se describe un baño electrolítico ácido para electrodepositar un composito metálico Zinc-nanopartículas de metal antibacterial (Zn-MANP ' s), comprendiendo sales tales como cloruros del ion Zn2+ a depositar, un agente amortiguador de pH, un ácido que contiene Boro, surfactantes y además contiene nanopartículas de un metal antibacterial (MANP ' s). Si bien se ha podido lograr la oclusión homogénea de nanopartículas de plata en recubrimientos metálicos de Zinc; al adaptar la composición del baño electrolítico propuesta en dicho documento de patente a los baños de Zinc-Cobre, se obtiene una solución electrolítica con un precipitado, que corresponde la hidróxido de cobre, asimismo, se obtienen recubrimientos opacos (no brillantes), no adherentes y que presentan orificios o imperfecciones causadas por la aglomeración de las partículas en su superficie.

PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER

Los procesos actualmente conocidos como rociado térmico, incorporación de resinas e incluso el proceso de electrodeposición, cambian las propiedades de las superficies como, por ejemplo: rugosidad, brillo, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, adherencia, fragilidad. Además, aún no se ha abordado el problema de lograr una dispersión homogénea de las nanopartículas metálicas de plata antibacteriales en los baños electrolíticos de zinc-cobre alcalino sin cianuros a base de glicina, que permita la incorporación de las partículas metálicas de plata con efectos antibacteriales de forma homogénea en la composición de los recubrimientos electrolíticos metálicos. Por esta razón los recubrimientos obtenidos mediante este proceso son opacos y con imperfecciones en la superficie.

Por lo anterior, el problema que se resuelve mediante la presente invención se refiere a lograr la dispersión homogénea de las nanopartículas metálicas de plata antibacteriales en los baños electrolíticos de zinc-cobre alcalino sin cianuros a base de glicina, de tal manera que se obtengan recubrimientos que cumplan con los estándares estéticos y funcionales de los recubrimientos de latón.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención consiste en un baño electrolítico alcalino sin cianuros y a base de glicina, para electrodepositar un composito metálico Zinc-Cobre-nanopartículas de Plata antibacteriales (Zn-Cu/AgNP's), comprendiendo sales tales como cloruros del ion Zn2+ y del ion Cu2+ a depositar, un agente amortiguador de pH, además contiene nanopartículas de plata (AgNP's), con tamaño promedio entre 10 y 100 nanómetros (nm), la oclusión de las AgNP's en la matriz metálica del recubrimiento le confiere propiedades antibacteriales al recubrimiento composito metálico. Contiene además un surfactante de tipo catiónico que permite mantener estables a las AgNP's en la suspensión, adicionalmente les transfiere una carga superficial positiva a las AgNP's, lo que facilita su oclusión en la matriz metálica del composito durante la electrodeposición del ion metálico.

Los recubrimientos compositos obtenidos a partir del baño electrolítico tienen la capacidad para prevenir, inhibir y/o eliminar bacterias de ambos tipos: Gram negativas como Escherichia co/iy Gram positivas como Staphylococcus aureus, al menos en 90 % sobre su superficie.

La presente invención consistente en un baño electrolítico que permite obtener por electrodeposición recubrimientos compositos metálicos de Zn-Cu/AgNP's, fue desarrollada sobre la base de las siguientes consideraciones: las sales de los iones metálicos a depositar que pueden ser cloruros, tienen la función de proporcionar los iones de Zn2+ y Cu2+. Asimismo, la oclusión de las nanopartículas de Plata (AgNP's) en la matriz metálica del recubrimiento le proporciona características antibacteriales.

Un punto importante es que se utiliza un agente surfactante de tipo catiónico; Bromuro de Hexadeciltrimetilamonio (CTAB por sus siglas en inglés), que estabiliza a las AgNP's en la suspensión y les confiere una carga positiva, lo que favorece la oclusión de las nanopartículas en la matriz metálica durante el proceso de electrodeposición produciendo recubrimientos compositos metálicos homogéneos en composición.

Los recubrimientos compositos obtenidos a partir del baño electrolítico, tienen un contenido entre 10.0 y 60.0 mg/cm3 de AgNP's en la matriz metálica, un contenido de Zinc entre 0.5 y 2.0 g/cm3 y un contenido de Cobre entre 8.0 y 12.0 g/cm3, dependiendo de las condiciones de electrodeposición.

Al realizar la evaluación de la capacidad antibacterial de los recubrimientos respecto a las bacterias Staphylococcus aureus y Escherichia coii, se procedió de acuerdo a la norma internacional JIS Z 2801/ISO 22196 "Measurement of antibacterial activity on surfaces.

Los resultados mostraron que los recubrimientos Zn-Cu/AgNP's inhiben el crecimiento de la bacteria Escherichia coii entre el 40 y el 100 % y para la bacteria Staphylococcus aureus, entre 50.0 y 95.0 % dependiendo del tiempo de contacto entre las bacterias y la superficie del recubrimiento Zn-Cu con nanopartículas de Plata (AgNP's), así como de la concentración de AgNP's en el recubrimiento Zn-Cu.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

En la presente invención se utiliza un baño electrolítico que contiene:

• Iones Zn2+ en una concentración entre 50 y 300 g/L, siendo 82 g/L la concentración preferente. Los iones Zn2+ son adicionados a la solución electrolítica a partir de una sal soluble de Cloruro de Zinc (ZnCI2) que es comercial mente disponible.

• Iones Cu2+ en una concentración entre 5 y 50 g/L, siendo 17 g/L la concentración preferente. Los iones Cu2+ son adicionados a la solución electrolítica a partir de una sal soluble de Cloruro de Cobre dihidratado (CuCI2-2H20) que es comercial mente disponible.

• Glicina, que actúa como agente complejante se encuentra en concentraciones de 50 a 500 g/L, siendo la concentración preferida 300 g/L. El pH final es ajustado a 10.0, preferentemente empleando hidróxido de potasio. El baño electrolítico es controlado a una temperatura entre 21 y 35°C; obteniendo resultados particularmente satisfactorios a 25°C. • Un agente antibacterial inorgánico, no toxico y biocompatible con el medio ambiente durante todo el tiempo de uso. El agente antibacterial utilizado no afecta el acabado estético del recubrimiento metálico electrodepositado.

Los agentes antibacteriales contemplados para su uso en la formulación de la presente invención incluyen a los metales antibacteriales como: partículas de Plata o Cobre, con tamaño entre 10 y 100 nanómetros, a una concentración en la solución entre 0.1 y 10 g/L; en donde la concentración más adecuada depende de la densidad de corriente aplicada para la formación del recubrimiento. La oclusión en la matriz metálica de las nanopartículas de agente antibacterial, le da la característica de antibacterial al recubrimiento. Las partículas de Plata o Cobre son comercialmente disponibles.

• Un agente surfactante catiónico que tiene como función principal formar una suspensión estable con las partículas del metal antibacterial; además, al ser un surfactante catiónico, le confiere una carga positiva a las partículas, lo que facilita que estas partículas sean atraídas electrostáticamente a la superficie del cátodo durante el proceso de electrodeposición, y favorece la oclusión de las partículas en la matriz metálica, produciendo recubrimientos homogéneos en composición. El agente surfactante utilizado no afecta el acabado estético del recubrimiento composito metálico electrodepositado. El agente surfactante considerado es de tipo catiónico: Bromuro de Hexadeciltrimetilamonio (CTAB por sus siglas en inglés). La concentración se encuentra entre 0.04 y 10.0 g/L, siendo 4 g/L la concentración preferente.

Mediante la adecuada combinación de surfactante y nanopartículas de metal antibacterial se logró el efecto químico que permite estabilizar la suspensión de partículas de plata en el baño electrolítico, para así poder obtener recubrimientos compositos suaves, con brillo, de composición química homogénea, y actividad antibacterial.

El baño electrolítico puede ser operado en un intervalo de densidades de corriente de 0.01 a 0.07 A/cm2. La densidad de corriente óptima para la operación del baño depende de la concentración empleada de AgNP's.

La duración de la electrodeposición puede variar dependiendo de la composición del baño, de la densidad de corriente empleada y del espesor deseado del recubrimiento. El sustrato metálico a ser recubierto puede ser electrificado catódicamente empleando una fuente de poder y ánodos de grafito.

El baño y método de la presente invención se caracteriza por su versatilidad, estabilidad, control simple y es particularmente adaptable para la obtención de recubrimientos compositos metálicos antibacteriales (Zn-Cu/AgNP's) en colgado sin importar la geometría de las piezas a recubrir.

MEJOR MANERA DE REALIZAR LA INVENCIÓN

Con el propósito de ilustrar en la presente invención la composición del baño electrolítico para electrodepositar compositos metálicos Zn-Cu/AgNP's, se muestran los siguientes ejemplos. Los ejemplos son propuestos para ilustrar el método y no son las condiciones límite de la invención. Ejemplo 1.

Se preparó una suspensión electrolítica (solución A) conteniendo 82.0 g/L ZnCI2 + 17 g/L CuCI2.2H20 + 300 g/L Glicina + 4 g/L CTAB + x g/L AgNP's, donde x = 0, 0.5, 1.0.

El pH del electrolito es ajustado a 10 utilizando una solución de Hidróxido de Potasio (KOH) al 5% en volumen.

La suspensión electrolítica se controló a una temperatura de 25°C; como cátodo se utilizó una placa de acero AISI 1018 y como ánodo una placa de grafito.

A partir de la solución anterior se formaron tres recubrimientos Zn-Cu/AgNP's (recubrimientos 1, 2 y 3) utilizando tres diferentes valores de concentraciones de nanopartículas de Plata (AgNP's) y 0.05 A/cm2 de densidad de corriente, utilizando como cátodo, placas de acero AISI 1018, con un área expuesta de 15 cm2, de acuerdo a lo señalado en la Tabla 1. Los recubrimientos fueron hechos por triplicado.

Tabla 1

Condiciones de operación del baño electrolítico

Los recubrimientos obtenidos fueron adherentes y con brillo. La concentración de plata en los recubrimientos se determinó utilizando la técnica de análisis conocida como espectroscopia de plasma de acoplamiento inductivo "ICP" (por sus siglas en inglés, Inductively Coupled Plasma) y los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 2.

El análisis microbiológico se realizó conforme a la norma internacional JIS Z 2801/ISO

22196 "Measurement of antibacterial activity on surfaces, de manera inicial y para tiempos de contacto de 1, 5 y 10 minutos (min) entre el recubrimiento Zn-Cu/AgNP's y soluciones contaminadas con Staphybcoccus aureus y Escheríchia coli.

La Tabla 2 muestra los resultados obtenidos en Unidades Formadoras de Colonias (UFC mL-1) para Staphylococcus aureus Escheríchia coli.

Tabla 2

Resultados de Concentración de AgNP's y del efecto antibacterial en los recubrimientos Zn-Cu/AgNP's finales

Por lo anterior expuesto, la presente invención propone la composición de un baño electrolítico que utilizando el proceso de electrodeposición pueda aplicarse sobre sustratos metálicos electrificados para obtener un recubrimiento composito metálico Zn-Cu/AgNP's de composición homogénea en todo el espesor del recubrimiento y con capacidad para prevenir o inhibir el crecimiento y/o eliminar bacterias de ambos tipos: Gram negativas como Escherichia coli y Gram positivas como Staphybcoccus aureus, al menos en 90% sobre su superficie.

La presente invención ha sido descrita suficientemente como para que una persona con conocimientos medios en la materia pueda reproducirlo y obtener los resultados que se mencionan en la presente invención. Sin embargo, cualquier persona hábil en el campo de la técnica que compete el presente invento puede ser capaz de hacer modificaciones no descritas en la presente solicitud, no obstante, si para la aplicación de estas modificaciones en composición, se requiere la materia reclamada en las siguientes reivindicaciones, dichas composiciones deberán ser comprendidas dentro del alcance de la presente invención.