NANOPARTÍCULAS DE COBRE ESFEROIDAL

MEMORIA DESCRIPTIVA

DESCRIPCIÓN DE LO CONOCIDO

I. Cobre esferoidal.

EE uso del cobre como agente biocida se remonta a miles de años atrás, como es el caso de la antigua Grecia, donde era utilizado para tratar infecciones pulmonares y desinfectar aguas (Dollwet y Sorenson, 1985). Actualmente el cobre es utilizado como biocida tanto en aleaciones como en forma pura, ya sea en solución como en nanopartículas formando parte de un polímero.

Se ha reportado que el mecanismo asociado a su actividad como biocida se explica principalmente por 3 fenómenos: I) Liberación de iones de cobre; ii) Liberación de nanopartículas de cobre; iii) Inhibición de la formación de biopelículas (Borkow y Gabbay, 2005; Tamayo y cols., 2016).

Respecto a la liberación de iones cobre, se ha reportado que la transición redox entre Cu2+ y Cu1+ puede catalizar la producción de numerosas especies reactivas, las cuales pueden alterar la permeabilidad de la pared celular y membrana plasmática y dañar subsecuentemente lípidos, ADN, proteínas y otras biomoléculas presentes en microorganismos (Borkow y Gabbay, 2005). También se ha reportado la difusión y endocitosis de nanopartículas de cobre (Leroueil y cols., 2007; Zhang y cols., 2009). Finalmente, respecto a la formación de biopelículas, se ha reportado que el cobre altera la composición de la pared celular y la hidrofobicidad de esta, impidiendo la adhesión normal de las bacterias (Lewis Oscar y cols., 2015).

Existen numerosos productos basados en polímeros utilizando cobre como biocida, tanto para uso doméstico como industrial. Respecto del cobre esferoidal, la empresa Vequeal solicitó la protección mediante propiedad intelectual de una Composición antimicrobiana en base a Polivinilpirridona (PVP); Polietilenglicol (PEG), Ácido Poliacrílico (PAA) y nanopartículas de cobre esferoidal, así como su uso como recubrimiento sobre superficies sólidas para el control de microorganismos, destinada a la agroindustria (CL201702277).

II. Isotiazolinonas.

Las isotiazolinonas son compuestos químicos derivados de isotiazol y han sido ampliamente descritos como agentes biocidas (Williams, 2017). Dentro de estas, los compuestos mejor descritos respecto a su uso como biocidas son: i) 2-metil-4-isotiazolin- 3-ona (MIT); ii) 5-cloro-2-metil-4-isotiazolin-3-ona (CMIT); iii) 1,2 benzisotiazolin-3-ona (BIT); iv) 2-n-octil-4-isotiazolin-3-ona (OIT); v) 4,5-dicloro-2-n-octil-4-isotiazolin-3-ona (DCOIT) (Williams, 2007).

El uso de las isotiazolinonas se radica principalmente en la creación de cosméticos, productos de belleza, aceites de corte, emulsiones de látex y pinturas al temple, entre otras (Mark y cols., 1993, Fernández y cols., 2007).

Recientemente, se ha descrito el uso de MIT de manera aislado como biocida en sistemas de agua industrial, utilizado principalmente como preservante a largo plazo, inclusive a rangos altos de pH y temperatura (US7699995B2). El MIT y CMIT han sido descritos como fuentes fungicidas (Pedras y Suchy, 2006; Adibpour y cols., 2007; Vicentini y cols., 2011), bactericidas -gram positivas y gram negativas- (Pucci y cols., 2007 y 2011), viricidas (Sharmeen y cols., 2001) y alguicidas (Khalaj y cols., 2004).

El mecanismo de acción de las isotiazolinonas en general consta de dos pasos. El primero ocurre en minutos luego del contacto y Consiste en la inhibición de diversas enzimas claves para el crecimiento y metabolismo celular debido a su reacción con los grupos tioles (SH-) presentes. Algunas de estas, piruvato deshidrogenasa; succinato deshidrogenasa; lactato deshidrogenasa; NADH deshidrogenasa; entre otras. El segundo paso ocurre varias horas después y consiste en la muerte celular de los microorganismos debido a la acumulación de radicales libres producto de la inhibición del metabolismo y los mecanismo de reparación celular (Williams, 2007).

Actualmente se encuentran en el mercado diversos productos patentados en base a isotiazolinonas, entre los cuales destacan los siguientes productos: i) Kathon WT 1,5% Microbicide (Rohm and Haas Company; Philadelphia, PA) que consiste en una mezcla 3:1 de CMIT/MIT; ii) Klarix 4000 Microbicide (Rohm and Haas Company; Philadelphia, PA), el cual contiene DCOIT al 4,5% en una microemulsión basada en agua: iii) Kordex MLX Microbicide (Rohm and Haas Company; Philadelphia, PA), el cual contiene MIT al 9,5%.

III. Efecto sinérgico entre el cobre y las isotiazolinonas.

Se ha descrito que las isotiazolinonas tienden a degradarse con facilidad en ambientes acuosos, por lo cual se suelen agregar solventes para mejorar su estabilidad. En ese sentido existen patentes relacionadas al usó de nitritos (US4067878); peróxido de hidrógeno (US5153213) y solventes orgánicos como el formaldehído (US 4129448) y (US4165318) con el fin de estabilizarlas. Sin embargo, muchos de estos solventes son altamente tóxicos y cancerígenos, como el caso del formaldehído (Act. R., 2011). Es por eso que en los últimos años se han buscado estabilizantes menos nocivos para el ser humano y el medio ambiente. Uno de ellos es el cobre (II), respecto del cual se han registrado numerosas patentes relativas al uso de iones de cobre no quelados como estabilizantes de MIT, BIT y CMIT (ES2535610T3). Sin embargo, la mayoría de estos reportes hacen hincapié solamente en el efecto del cobre sobre las isotiazolinonas en solución, lo que no resuelve el problema de impedir la formación de biofilms que acarreen la corrosión de las nanopartículas de Cobre.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención propuesta consiste en un producto biocida desarrollado a partir de una mezcla de 4-isotiazolin-3-ona y nanopartículas de cobre esferoidal, que no estarían en solución sino que formando una película plástica en conjunto con carboximetilcelulosa (CMC) como espesante y estabilizante, impidiendo la formación de biofilms que provocan el desprendimiento de las partículas de Cobre, generando trazas y una disminución en su vida media útil.

El cobre es uno de los metales más utilizados en la industria, tanto en forma pura como en aleaciones. Sin embargo, es susceptible a diferentes formas de corrosión debido al efecto, tanto de especies reactivas químicas sulfatos, cloruros, nitratos, etc. como de microorganismos (Ramesh y Rajeswari, 2005; Revie, 2008). Se ha descrito que estos últimos son capaces de formar biopelículas, las cuales aumentan el potencial de corrosión del cobre (Williams y cols., 2001).

Ahora bien, está ampliamente descrito el uso industrial de diversos biocidas para evitar la corrosión del cobre (aldehidos, glutaraldehídos, amonios cuaternario, etc) pero se ha demostrado que las isotiazolinonas tienen una eficacia superior en la eliminación de bacterias reductoras de sulfato (SRB) y otros organismos debido a los mecanismos antes descritos (Williams y cols., 2001), los cuales son las principales responsables en la formación de biopelículas que corroen el cobre. Sólo a modo de ejemplo, el Desulfovibrio spp es una de las SRB más comunes y está presente en las biopelículas que corroen el cobre. Al respecto se ha demostrado que el uso de isotiazolinonas disminuye notoriamente la corrosión provocada por esta bacteria (Onan y cols., 2010).

A partir de los antecedentes citados y de la investigación desarrollada por Protevid, se obtuvo un producto único y novedoso que consiste en una mezcla de nanopartículas de cobre esferoidal y derivados de la 4-isotiazolin-3-ona que en determinadas proporciones y conformando un mismo polímero, conjuntamente con carboximetilcelulosa (CMC) como espesante y estabilizante, forman una película plástica.

La película obtenida se distingue del estado de la técnica en primer lugar, porque no se encuentra en solución, sino que estabilizada gracias a la incorporación de la carboximetilcelulosa (CMC), lo que permite una aplicación fácil y sencilla a distintos materiales y con ausencia de mermas en su proceso.

En segundo lugar, el presente producto se distingue del estado del arte en que, para su correcta aplicación, únicamente se requiere de la incorporación de una sola capa del producto al material al cual se pretende dar atributos biocidas. Esto se debe a que en este polímero se encuentran todos sus principios activos, sin necesidad de agregar otros agentes mediante la incorporación de otras capas.

En tercer lugar podemos agregar que la película plástica que se forma a partir de la mezcla ya señalada permite el libre paso de los iones de cobre a través de ésta, permitiendo así que se su capacidad biocida se expanda en forma efectiva y permanente.

Además cabe destacar que él presente producto carece de compuestos tóxicos y/o nocivos para la salud y medio ambiente tales como el formaldehído, el cual es comúnmente utilizado como endurecedor y estabilizador en la preparación de polímeros industriales y cuya actividad carcinógena está altamente descrita (Act., R., 2011).

En sexto lugar, se ha logrado demostrar que, de la sinergia producida entre sus componentes se ha obtenido una prolongación de la vida media útil del cobre esferoidal al impedir la formación de biofilms que corroen su superficie. Esto a su vez deriva en la disminución de las trazas de cobre generadas producto de su desgaste, lo que a su vez disminuye el impacto ambiental que genera la aplicación de este tipo de productos.

Finalmente, la sinergia lograda entre sus componentes presente un efecto biocida muy superior a la suma de todos ellos, lo que se manifiesta tanto en la duración de dicho efecto como én su intensidad.

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