La presente invención divulga partículas con propiedades antimicrobiana, cubiertas completamente por al menos un polímero, que mantienen su condición de partícula, que elimina los microorganismos en contacto con ellas y con un efecto residual prolongado y su método de fabricación. Esto permite mediante el uso de un vehículo aéreo o líquido llegar a lugares difíciles de alcanzar de otra manera, quedando ubicadas donde se desea que actúe su capacidad antimicrobiana, la que se activa en presencia de humedad y se mantiene activa por largo tiempo.

ESTADO DE LA TECNICA

El espectro de productos antimicrobianos es muy grande y abarca desde el cloro de uso doméstico a pesticidas de uso agrícola, pasando por aerosoles que se aplican también en el hogar. Dependiendo de la función que cumplen podríamos clasificarlos en antisépticos, desinfectantes y funguicidas.

ANTISÉPTICO: Producen muerte o inhibición celular, en las bacterias, por oxidación, hidrólisis e inactivación de enzimas, con pérdida de constituyentes celulares. Son más selectivos. Son los únicos de uso en tejidos vivos

Dentro de estos destacan los alcoholes. Su mecanismo de acción corresponde a la desnaturalización de las proteínas. Tienen buena acción contra las formas vegetativas de las bacterias Gram + y - , bacilo tuberculoso, hongos y virus, hepatitis B y VIH. Su aplicación en la piel es segura y no presenta efectos adversos, solo sequedad de la piel en algunos casos de uso de formulaciones no cosméticas. Es de rápida acción, incluso desde los 15 segundos. Aunque no tiene efecto químico de persistencia sus efectos biológicos de daño microbiano permanece por varias horas.

Existen tres tipos de alcoholes útiles como antiséptico: Etílico, propílico e isopropílico.

En Chile el de mayor uso es el alcohol etílico, por su disponibilidad, ya que respecto a la efectividad no se han demostrado diferencias importantes. Respecto a la concentración, la más utilizada es al 70%, ya que aparte de producir menos sequedad e irritación de la piel, es de menor costo.

DESINFECTANTE: Actúan como desnaturalizantes o precipitantes de proteínas, inhiben enzimas y causan muerte celular. Son más potentes, más rápidos y termoestables que los antisépticos. Algunos son más tóxicos. La desinfección es la destrucción de las formas vegetativas de las bacterias en objetos inanimados. Se realiza con agentes químicos en estado líquido o por agua a temperaturas superiores a 75° C. Dependiendo de la capacidad del desinfectante para destruir microorganismos se describen tres niveles: Alto, intermedio y bajo.

Los desinfectantes son sustancias químicas capaces de destruir un germen patógeno que debido a su alta toxicidad celular se aplican solamente sobre tejido inanimado, es decir material inerte. La desinfección de alto nivel consiste en la acción letal sobre todos los microorganismos, incluyendo bacterias, hongos y algunas esporas. No reemplaza a los procedimientos de esterilización. Dentro de este grupo encontramos el glutaraldehido activado al 2% en solución acuosa.

En la desinfección de nivel intermedio hay destrucción de todas las formas vegetativas de los microorganismos exceptuando las esporas. A este grupo pertenece el Hipoclorito de Sodio y Alcohol etílico al 70%.

La desinfección de nivel bajo no alcanza a esporas, ni hongos, solo bacterias vegetativas y algún virus. En este grupo encontramos los compuestos acuosos de amonio cuaternario 0,1 a 0,2%.

Estos dos conceptos, antiséptico y desinfectante son asociados al mundo hospitalario, pero tienen sus equivalentes en el hogar, donde el hipoclorito de sodio y los alcoholes están muy difundidos. En ambos casos, su uso es de limpieza. Es decir, existe o se supone que existe, microorganismos patógenos que sé desea eliminar, para lo que se aplican estos productos o sus derivados que químicamente los eliminan.

FUNGICIDA: Este concepto aparece mayormente en la agricultura, aunque ya fue mencionado en las dos instancias anteriores, es decir productos que eviten la aparición o proliferación de los hongos. Estos se clasifican en protectores y erradicadores.

Protectores: también llamados de contacto, se aplican antes de que lleguen las esporas de los hongos. Actúan solamente en la superficie de la planta donde el fungicida ha sido depositado y evitan que los esporangios germinen y penetren las células. Por ello se recomienda cubrir la mayor parte de la planta con este tipo de productos.

Erradicadores: también llamados sistémicos o sistemáticos, se aplican para el tratamiento de la planta ya enferma por hongos. Son absorbidos a través del follaje o de las raíces y se movilizan por toda la planta. Otros productos sistémicos, conocidos como fungicidas translaminares tienen la capacidad de moverse del lado superior de la hoja al inferior, pero no de hoja a hoja. Los fungicidas sistémicos afectan varias etapas de la vida del hongo.

Un hongo puede volverse resistente a los químicos de los fungicidas evolucionando, es decir creando un gen mutante, y se vuelve inmune al fungicida. Esta resistencia puede deberse a varias razones. La forma de actuar de muchos funguicidas es atacando sólo una parte de hongo, lo que se denomina modo de acción de sitio único. Esto hace que el hongo necesite modificar una sola cosa para ser inmune. Estos fungicidas tienen la ventaja de ser también menos peligrosos para el medio ambiente por su modo de acción de sitio único. La aplicación de reiteradas dosis de un mismo fungicida sobre el mismo hongo es causante también de resistencia. Existe un comportamiento denominado resistencia cruzada y que se produce cuando un hongo se hace resistente a un fungicida, también se hacen resistentes a otros.

Los materiales que contienen cobre actúan como materiales antimicrobianos ya que al reaccionar con la humedad se oxidan, liberando iones Cu2+ que cuando alcanzan a los microorganismos les dañan su pared celular lo que tiene como efecto la muerte de estos. (Borkow y Gavia 2005). Luego los materiales capaces de liberar suficiente Cu 2+ se clasifican como antimicrobianos. Este comportamiento también se produce para metales como plata, zinc y estaño, y/o mezclas y sales de estos elementos, lo que los clasifica igual que al cobre como agente antimicrobiano.

Un agente biocida inorgánico (A) se define como compuestos a base de cobre, plata, zinc, oro, bismuto, mercurio, estaño, antimonio, cadmio, cromo, tántalo, hierro, manganeso y plomo, sus óxidos, hidróxidos, acetatos, carbonatos, cloruros, nitratos, fosfatos, sulfatos, sulfuros, y mezclas de los mismos, presentando actividades biocidas (WO 2015011630).

Hay composiciones antimicrobianas que emplean partículas de zeolita como soporte para los iones metálicos antimicrobianos. Es decir al tratar la zeolita con soluciones de iones metálicos se produce un intercambio catiónico donde se incorporan iones metálicos antimicrobianos en ella adquiriendo las propiedades antimicrobianas de estos, lo que se denomina cargar. Esto se produce tanto en las zeolitas de origen natural como las sintéticas. En estos casos donde las propiedades antimicrobianas se incorporan a otro elemento, como es el caso de la zeolita, al mineral microporoso utilizado se le denomina soporte. El material de soporte o portador (B) corresponden a materiales orgánicos o inorgánicos, seleccionados entre zeolita, silicatos, sepiolita y dolomita, wollastonita, mica, cerámica, carbono, carbón activado, arcilla, hidroxiapatita, caolín, talco, carbonato de calcio, piedra pómez, natural o fibras sintéticas, fibra de coco (WO 2015011630).

También existe un gran desarrollo de productos específicos para la eliminación de determinados microorganismos como lo son, en el mundo de la agricultura, los pesticidas que como actúan químicamente contra estos permiten que se produzcan mutaciones de los microorganismos que los hace después de un tiempo ser inmunes al pesticida. Además, al estar expuestos al medioambiente, reaccionan con los distintos elementos que entran en contacto con ellos por lo que su uso debe ser muy controlado ya que finalmente puede llegar a ser ingerido por el ser humano u otras formas de vida animal, directa o indirectamente, lo que conlleva un riesgo para la salud de estos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Partículas con propiedades antimicrobiana cubierta completamente por al menos una capa de polímeros, que mantienen su condición de partícula, que elimina los microorganismos en contacto con ellas y su método de fabricación. Las partículas de al menos un metal y/o sus sales o un soportes de iones metálicos cargado previamente, que producen actividad antimicrobiana al activarse por la presencia de humedad que permea el polímero que las cubre completamente, reaccionando químicamente, liberando iones que eliminan patógenos que entran en contacto con la superficie antimicrobiana activa de las partículas o a una distancia que en la que son alcanzadas por los iones. Es decir, lo fundamental es la distancia a la que se encuentra el patógeno más que el contacto con esta ya que al ser la capa de polímero tan delgada permite que le movilidad del ion sea muy superior al espesor del polímero. Esta eliminación se produce como efecto de la destrucción mecánica de las membranas de los microorganismos que son alcanzados y no por envenenamiento de estas por medio de sustancias tóxicas, venenos cuyo destino final es difícil de determinar. Al estar cubierta la partícula completamente por una capa de polímero, manteniendo su condición de partícula, hace que su reactividad química sea selectiva a las condiciones de permeabilidad del polímero, es decir va a reaccionar o se va a activar en presencia de humedad, que es la misma condición necesaria que se debe dar para la proliferación de microorganismos y no se activa en otras condiciones como ambientes secos, ácidos, básicos, etc., por lo que su actividad está disponible solo si hay ambiente propicio para el crecimiento de microorganismos. Esto permite que el efecto residual sea muy prolongado, situación diametralmente opuesta a los productos que se utilizan como desinfectantes y que tienen como base el alcohol, el que se evapora rápidamente y su efecto desaparece. Este factor es importante al calcular el tiempo que se desea tener potencialmente activas estas partículas. Hay una relación entre el tamaño de partícula, el espesor de la capa de polímero que la cubre completamente y la cantidad de estas, que permite controlar el efecto antimicrobiano en el tiempo. También es posible aumentar la emisión de iones en la primera etapa al utilizar portadores cargados, la que después decae en el tiempo.

La actividad antimicrobiana producida por la oxidación de partículas metálicas y/o sus sales o la liberación de los iones cuando la humedad ha permeado el polímero que cubre la partícula, viene dada por la cercanía de estas con la superficie donde se encuentran las bacterias, hongo y virus que se desea eliminar por medio de la acción de los iones liberados, que destruyen las membranas exteriores de estos microbios, lo que produce en definitiva su muerte. Es decir, el efecto de la actividad antimicrobiana es inversamente proporcional con el espesor del polímero que cubre la partícula completamente. Esto se produce por dos razones, la disminución de la probabilidad de que la humedad y por ende el oxígeno con que reacciona químicamente llegue a entrar en contacto con una o más partículas metálicas y/o sus sales o el soporte de iones metálicos cargado, dada la distancia, y la segunda razón es que el efecto de los iones que se liberan producto de esta oxidación llegue al lugar o superficie donde se encuentran los agentes patógenos que se desea eliminar. Es por esto que se deben cubrir las partículas metálicas y/o sus sales o el soporte de iones metálicos con capas de polímeros de espesores de mieras o menores aún.

El método o la forma de lograr cubrir las partículas de al menos un metal y/o sus sales o del soporte de iones metálicos es utilizando polímeros en estado líquido que son atomizados por medio de presión y aire comprimido, logrando que el polímero que cubre la partícula se seque sobre esta antes de tener contacto con otro cuerpo, es decir manteniendo su condición de partícula. Es muy importante lograr espesores muy delgados del polímero que cubre la partícula por lo que es determinante el tipo de polímero líquido que se utilice. Un ejemplo de estos son los polímeros del tipo acrílicos diluidos con solventes orgánicos, los que durante el proceso de secado por evaporación de los solventes y componentes volátiles, hacen que el espesor de la capa de polímeros sobre la partícula se vea reducida en cerca del 70%, ya que es habitual que una laca o barniz de este tipo tenga un contenido de sólidos de un 30%, que es a la larga lo que cubre la partícula. Lo mismo sucede en el caso de la nitrocelulosa. Un factor importante a definir de acuerdo al objetivo que se desee alcanzar es determinar el diámetro promedio de partícula terminada cubierta con al menos una capa de polímero que se desea obtener, esto dado que la reacción química de las partículas se produce en la superficie de al menos un metal y/o sus sales o un soportes de iones metálicos cargado previamente, luego la velocidad de reacción que se desee lograr dependerá del tamaño de la partícula a recubrir con un polímero, del espesor del polímero y su permeabilidad a la humedad. Se sabe que a menor tamaño de las partículas que componen una determinada masa, mayor será su superficie total, lo que se puede usar para definir las características reactivas de las partículas cubiertas por un polímero. Es decir diez partículas que suman un peso A tienen menos superficie que cien partículas más pequeñas que suman el mismo peso A, luego podrán reaccionar más rápidamente, ya que tienen mayor superficie expuesta a la acción de la humedad. Utilizar mas de un polímero para cubrir completamente las partícula, de al menos un metal y/o sus sales o un soportes de iones metálicos cargado previamente, disminuye la permeabilidad de este a la humedad con lo que se puede retrasar la velocidad de reacción y por ende aumentar su efecto residual.

Otro forma de polímero que se puede usar para aplicar un recubrimiento poliméricos a las partículas antibacteriales, de manera que sólo reaccionen ante la presencia de humead, son las lacas conocidas como UV o ultravioletas. Son polímeros que a diferencias de otras lacas que se secan por la evaporación de algunos componentes, la película del barniz UV se forma mediante un mecanismo de enlace químico. Este enlace químico se logra sometiendo al barniz a la irradiación de rayos ultravioleta, de ahí el nombre de barniz UV. El proceso de irradiación se completa en lapsos muy cortos, a veces en fracciones de segundo. En este caso al no haber evaporación el control del espesor de la capa de polímero que cubre las partículas se hace relevante y se logra mediante el adelgazamiento de la laca por medio de la aplicación de calor en forma controlada, permitiendo una mucho mayor atomización. Este tipo de polímeros una vez aplicados sobre las partículas permite usar vehículos de atomización que para otros polímeros actúan como solventes, especialmente los de la familia de los solventes orgánicos. El proceso utilizado para cubrir las partículas con a lo menos un polímero debe asegurar que no quede ninguna parte de la partícula sin cubrir ya que contaminaría el proceso de eliminación de microorganismos por medio de la acción de los iones y se producirían reacciones químicas no controladas y por ende que pueden ser de efecto negativo. Es por esto que se consideran procesos en que el polímero está en estado líquido al entrar en contacto con las partículas y donde se utilizan diferentes formas de dispersión y pulverización para garantizar que cada partícula esté cubierta completamente con el polímero al momento de solidificarse, ya sea por evaporación del solvente o de un mecanismo de enlace químico como sería el caso de los de la familia de lacas UV.

De experiencias realizadas, que fueron analizadas por el Instituto de Biología de la Pontificia U niversidad Católica de Valparaíso, se obtuvo que con una capa o película de barniz UV de 25 gr/m2 aplicado sobre una superficie plana con una proporción de 0,5% peso/peso de partículas de zeolita cargada con iones de cobre dispersos en el interior del barniz tiene como resultados en la eliminación de Escherichia coli DH5a de un 99,96% y de Staphylococcus aureus RSA de un 99,76% después de 24 horas (ver tabla). A partir de esto podemos decir que si cubrimos esas mismas cantidad de partículas de zeolita cargada que contiene la capa de barniz, suponiendo para ellas un diámetro promedio de 2 mieras, con una capa de polímero de espesores del orden de 2 miera, considerando que la densidad de la partícula debería ser del orden de 10 veces la del polímero ( ej.: polietileno 0,91 a 0,94 gr/cm3 y cobre 8,96 gr/cm3) tenemos que el 0,5% de los 25gr/m2, que son 0,125 gr, tendrían un peso después de ser cubierta las partículas completamente por un polímero, del orden de 0,450 grs. Si pulverizamos uniformemente en un metro cuadrado esos 0,450 gr de partículas de zeolita cargada y cubiertas completamente por un polímero, vamos a tener un efecto muy superior al efecto del barniz, ya que el comportamiento antimicrobiano de la partícula plastificada va a estar más cerca de su superficie, dado que el espesor de la capa de polímero es de 2 mieras por lo que es menor la capa de polímero que deberá atravesar la humedad y el ión que se produce en la reacción química por lo que su alcance será mayor. Además estas partículas individuales se van a depositar más cerca de la superficie que se desea limpiar de microorganismos y que con su efecto residual se desea proteger. Hay que tener en cuenta que el efecto de las partículas con comportamiento antimicrobiano cubiertas con un polímero tienen un doble efecto, el de eliminación de los microorganismos existentes en la superficie sobre la que se aplica, es decir el efecto de limpieza, y el de protección en el tiempo, ya que de volverse a dar las condiciones para que se multipliquen microorganismos, serán las condiciones para que se active el comportamiento antimicrobiano de las partículas cubiertas por al menos un polímero, ya que el efecto se mantiene en el tiempo mientras haya un átomo de partícula que pueda reaccionar con el oxígeno de la humedad para que emita iones.

Staphylococcus aureus MRSA 8 95,38

24 99,76

Valor calculado respecto al inoculo inicial

Una característica fundamental de las partículas de al menos un metal y/o sus sales o del soporte de iones metálicos cargado cubierto completamente por a lo menos un polímero, que mantiene su condición de partícula, es poder llegar a múltiples lugares, es decir donde pueda llegar el aire. Es así como su aplicación en la contención de hongos y otros patógenos indeseados de la fruta se hace especialmente importante, ya que no reacciona con la superficie de la fruta, solo se fija a esta por medio de su pulverización y actúa si se dan las condiciones de humedad necesarias para poner en riesgo la fruta, por la llegada y multiplicación de agentes patógenos que son transportados por el aire. Como la partícula plastificada no reacciona con la superficie de la fruta o vegetal que se desee proteger, se eliminan fácilmente mediante el lavado de estas con agua. El gran alcance de las partículas pulverizadas, su prolongado efecto residual y su selectiva reactividad química en condiciones propicias para la multiplicación de microorganismos son algunos de problemas técnicos más importantes que resuelve y que hacen de esta invención una nueva herramienta del combate a los microorganismos patógenos, que no pueden usar la mutación como herramienta de sobrevivencia ya que su muerte es producto de una acción mecánica. Es decir, no se puede dar que con el tiempo los microorganismos sean resistentes al poder destructivo de sus membranas que tienen los iones generados por estos medios.