ES2201203T3

ES2201203T3 - Control de la bioincrustacion utilizando compuestos heterociclicos n-alquilo.

Info

Publication number: ES2201203T3
Application number: ES96933918T
Authority: ES
Inventors: Marilyn S. Whittemore; Daniel E. Glover; Joe C. Steelhammer; Stephen D. Bryant
Original assignee: Buckman Laboratories International Inc
Current assignee: Buckman Laboratories International Inc
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 2004-03-16
Anticipated expiration: 2016-09-27
Also published as: SK39598A3; CA2233308A1; BR9610782A; CA2233308C; US5902808A; NO981405L; CZ93598A3; DE69628043D1; AU7247096A; AU721522B2; PT874783E; EP0874783B1; WO1997011909A1; NO981405D0; NZ319853A; JPH11512715A; AR008746A1; ATE239673T1; ZA967821B; EP0874783A1

Abstract

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN METODO PARA INHIBIR LA ADHESION DE BACTERIAS A UNA SUPERFICIE SUMERGIBLE. EL METODO PONE EN CONTACTO LA SUPERFICIE SUMERGIBLE CON UNA CANTIDAD EFECTIVA DE AL MENOS UN COMPUESTO N - ALQUILO HETEROCICLICO PARA INHIBIR LA ADHESION BACTERIANA A LA SUPERFICIE SUMERGIBLE. LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE TAMBIEN A UN METODO PARA EL CONTROL DE BIODEPOSITOS EN SISTEMAS ACUOSOS. EL METODO AÑADE UNA CANTIDAD EFECTIVA DE AL MENOS UN COMPUESTO N - ALQUILO HETEROCICLICO PARA INHIBIR LA ADHESION BACTERIANA A UNA SUPERFICIE SUMERGIDA EN EL SISTEMA ACUOSO. ESTE METODO CONTROLA DE FORMA EFECTIVA LOS BIODEPOSITOS SIN MATAR SUSTANCIALMENTE LOS ORGANISMOS QUE FORMAN LOS DEPOSITOS. EL COMPUESTO N - ALQUILO HETEROCICLICO UTILIZADO EN EL METODO DE LA INVENCION TIENE UNA FORMULA (I). EL SUSTITUYENTE R 1 ES UN GRUPO ALQUILO C 8 -C SU B,20 . EL ANILLO HETEROCICLICO ES UN ANILLO HETEROCICLICO DE 5-8 MIEMBROS DONDE X ES O, NH, O CH 2 . R 2 ES METILO, HIDROXIMETILO O HIDROXIETILO.EL ENTERO N ESTA EN EL RANGO DE 0 A 3. LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE TAMBIEN A UNA COMPOSICION QUE CONTIENE COMPUESTOS N - ALQUILO HETEROCICLICOS UTILIZABLE EN LOS METODOS ANTERIORES. LAS COMPOSICIONES INCLUYEN AL MENOS UN COMPUESTO N - ALQUILO HETEROCICLICO EN UNA CANTIDAD EFECTIVA PARA INHIBIR LA ADHESION DE BACTERIAS A SUPERFICIES SUMERGIBLES O SUMERGIDAS.

Description

Control de la bioincrustación utilizando compuestos heterocíclicos N-alquilo.

Antecedentes de la invención Campo de la invención

La invención utiliza compuestos heterocíclicos N-alquilo para evitar la adherencia bacteriana a superficies sumergibles o sumergidas, en concreto a aquellas superficies dentro de un sistema acuoso.

Descripción del estado de la técnica relacionado

Los microorganismos se adhieren a una gran variedad de superficies, en concreto superficies que están en contacto con fluidos acuosos que proporcionan un medio adecuado para el crecimiento microbiano. Por ejemplo, se sabe que los microorganismos se adhieren a cascos de barcos, estructuras marítimas, dientes, implantes médicos, torres de refrigeración e intercambiadores de calor. Al adherirse a estas superficies sumergidas o sumergibles, los micro-organismos pueden contaminar la superficie o provocar su deterioro.

En los mamíferos, (por ejemplo, humanos, ganado, mascotas), los microorganismos adheridos a la superficie pueden conducir a problemas de salud. El sarro, por ejemplo, resulta de la adherencia de microorganismos a la superficie de los dientes. A los implantes médicos con microorganismos no deseados adheridos a su superficie. a menudo se les forma una costra y deben ser reemplazados.

Los estudios científicos han demostrado que la primera etapa de la bioincrustación en sistemas acuosos es generalmente la formación de una fina biopelicula sobre superficies sumergidas o sumergibles, es decir, sobre superficies expuestas al sistema acuoso. Al pegarse y formar colonias sobre una superficie sumergida, se cree que los microorganismos tales como bacterias forman la biopelícula y modifican la superficie para favorecer el desarrollo de una comunidad más compleja de organismos que forman la bioincrustación avanzada del sistema acuoso y sus superficies sumergidas. Una revisión general de los mecanismos de la importancia de la biopelícula como la etapa inicial de la bioincrustación es ofrecida por C.A. Kent en "Biological Fouling: Basic Science and Models" (in Melo, L.F., Bott, T.R., Bernardo, C.A. (eds.) , Fouling Science and Technology, NATO ASI Series, Series E, Applied Sciences: No. 145, Kluwer Acad. Publishers, Dordrecht, The Netherlands, 1998). Otras referencias bibliográficas incluyen M. Fletcher y G.I. Loeb, Appl. Environ. Microbiol 37 (1979) 67-72; M. Humphries et al., FEMS Microbiology Ecology 38 (1986) 299-308; y M. Humphries et al., FEMS Microbiology Lettters 42 (1987) 91-101.

La bioincrustación, o incrustación biológica, es una molestia o problema persistente en una amplia variedad de sistemas acuosos. La bioincrustación, tanto incrustación macrobiológica como macrobiológica, trae causa de la concentración de microorganismos, macroorganismos, substancias extracelulares, y suciedad y desechos que quedan atrapados en la biomasa. Los organismos involucrados incluyen microorganismos como bacterias, hongos, levaduras, algas, diatomeas, protozoos y macroorganismos como macro-algas, percebes y pequeños moluscos como almejas asiáticas o mejillones cebra.

Otro desagradable fenómeno de bioincrustación que tiene lugar en sistemas acuosos, en concreto en fluidos de procesos industriales acuosos, es la formación de limo. La formación de limo puede tener lugar en sistemas de agua dulce, salobre o salada. El limo consiste en depósitos apelmazados de microorganismos, fibras y desechos. Puede ser fibroso, pastoso, gomoso, parecido a la tapioca, o duro, y tiene un característico e indeseable olor que es diferente del de los sistemas acuosos en los que se forma. Los microorganismos involucrados en la formación de limo son fundamentalmente diferentes especies de bacterias esporíferas y no esporíferas, particularmente formas encapsuladas de bacterias que segregan substancias gelatinosas que envuelven o recubren las células. Los microorganismos del limo también incluyen bacterias filamentosas, hongos filamentosos tipo moho, levaduras y organismos similares a las levaduras.

La bioincrustación, que a menudo degrada un sistema acuoso, puede manifestarse en una variedad de problemas, como pérdida de viscosidad, formación de gas, olores desagradables, pH reducido, cambio de color, y gelificación. Adicionalmente, la degradación de un sistema acuoso puede provocar incrustación de los sistemas relacionados de tratamiento de agua, que pueden incluir, por ejemplo, torres de refrigeración, bombas, intercambiadores de calor, y conductos, sistemas de calefacción, sistemas de lavado, y otros sistemas similares.

La bioincrustación puede tener un impacto directo económicamente adverso cuando tiene lugar en aguas de procesos industriales, por ejemplo en aguas de refrigeración, fluidos de trabajo de los metales, u otros sistemas de recirculación del agua como los utilizados en la industria papelera o textil. Si no se controla, la incrustación biológica de aguas de procesos industriales puede interferir en el funcionamiento del proceso, disminuyendo el rendimiento del proceso, desaprovechando energía, obturando los sistemas de tratamiento de agua, e incluso degradando la calidad del producto.

Por ejemplo, los sistemas de refrigeración de agua utilizados en centrales eléctricas, refinerías, plantas químicas, sistemas de aire acondicionado, y otras operaciones industriales frecuentemente se tropiezan con problemas de bioincrustación. Los organismos aerotransportados arrastrados desde torres de refrigeración así como los organismos transportados por medio del aqua desde los suministros de agua del sistema habitualmente contaminan estos sistemas acuosos. El agua en tales sistemas generalmente proporciona un excelente medio de crecimiento para estos organismos. Los organismos aeróbicos y heliotrópicos crecen bien en las torres. Otros organismos crecen y forman colonias en áreas como el sumidero de la torre, los conductos, los intercambiadores de calor, etc. Si no se controla, la bioincrustación resultante puede obturar las torres, bloquear los conductos, y cubrir las superficies de transferencia térmica con capas de limo y otras marañas biológicas. Esto impide un funcionamiento correcto, reduce el rendimiento de la refrigeración y, quizás más importante, incrementa el coste del proceso en su conjunto.

Los procesos industriales sometidos a bioincrustación también incluyen la industria papelera, la fabricación de pasta, papel; cartón, etc. y la industria textil, particularmente textiles no tejidos puestos a remojo. Estos procesos industriales generalmente hacen recircular grandes cantidades de agua en condiciones que favorecen el crecimiento de organismos de bioincrustación.

La máquinas de papel, por ejemplo, manejan volúmenes enormes de agua en sistemas de recirculación denominados "circuitos de aguas blancas". La aportación a una máquina de papel típicamente contiene sólo alrededor del 0,5% de sólidos para la fabricación de papel fibrosos y no fibrosos, lo que significa que para cada tonelada de papel casi 200 toneladas de agua pasan a través del contenedor. La mayor parte de este agua recircula en el circuito de aguas blancas. Los circuitos de aguas blancas proporcionan un excelente medio de crecimiento para microorganismos de bioincrustación. Ese crecimiento puede resultar en la formación de limo y otros depósitos en contenedores, líneas de agua, y equipos para la fabricación de papel. Esta bioincrustación puede no sólo interferir con la circulación de agua y reservas, sino que cuando se desprende puede provocar manchas, agujeros, y malos olores en el papel así como roturas en el tejido; trastornos costosos en el funcionamiento de la máquina de papel.

La bioincrustación de aguas recreativas como piscinas y spas o aguas decorativas como estanques o fuentes puede restarles seriamente atractivo para la gente. La incrustación biológica a menudo resulta en olores desagradables. Lo que es más importante, en especial en aguas recreativas, la bioincrustación puede degradar la calidad del agua hasta tal medida que se convierta en no apta para su utilización y pueda incluso plantear un riesgo para la salud.

Las aguas de saneamiento, como las aguas de procesos industriales y aguas recreativas, también son vulnerables a la bioincrustación y sus problemas asociados. Las aguas de saneamiento incluyen agua de tocador, agua de cisterna, agua séptica, y aguas de tratamiento residual. Debido a la naturaleza de los desechos contenidos en las aguas de saneamiento, estos sistemas de agua son particularmente susceptibles de bioincrustación.

Para controlar la bioincrustación, la técnica ha tratado tradicionalmente un sistema de agua afectado con químicos (biocidas) en concentraciones suficientes para matar o evitar en gran medida el crecimiento de organismos de bioincrustación. Ver, por ejemplo, las patentes norteamericanas números 4,293,559 y 4,295,932. Por ejemplo, el gas de cloro y las soluciones de hipoclorito hechas con el gas, han sido añadidas durante mucho tiempo a sistemas de agua para matar o evitar el crecimiento de bacterias, hongos, algas, y otros organismos problemáticos. Sin embargo, los compuestos de cloro pueden no sólo dañar materiales utilizados para la construcción de sistemas acuosos, sino que pueden también reaccionar con orgánicos para formar substancias indeseables en corrientes de vertidos, como clorometanos carcinogénicos y dioxinas cloradas. Ciertos compuestos orgánicos, como metilenebistiocianato, ditiocarbamatos, haloorgánicos, y surfactantes de amonio cuaternarios también han sido utilizados. Aunque muchos de éstos son bastante eficaces matando microorganismos o evitando su crecimiento, también pueden resultar tóxicos o dañinos para los humanos, animales, u otros organismos contra los que no van dirigidos.

Una posible vía para controlar la bioincrustación de sistemas acuosos, que incluyen las superficies sumergidas asociadas, seria impedir o evitar la adherencia bacteriana a superficies sumergidas dentro de los sistemas acuosos. Esto puede realizarse, por supuesto, utilizando microbicidas que, no obstante, generalmente adolecen de alguna de las desventajas arriba indicadas. Como alternativa, la presente invención proporciona métodos y composiciones útiles para evitar substancialmente la adherencia bacteriana a superficies sumergidas o sumergibles y para controlar la bioincrustación de sistemas acuosos. La invención obvia las desventajas de métodos anteriores. Otras ventajas de esta invención se harán patentes a partir de una lectura de las especificaciones y las reivindicaciones anexas.

Resumen de la invención

La presente invención se refiere a la utilización de un compuesto heterociclico N-alquilo para evitar la adherencia de bacterias a superficies sumergibles sin matar substancialmente las bacterias, poniendo en contacto la superficie sumergible con dicho compuesto heterociclico N-alquilo, en la que el compuesto heterocíclico N-alquilo es un compuesto de fórmula:

1

donde R^{1} es un grupo alquilo C_{8}-C_{20}, y el anillo heterocíclico es un anillo heterocíclico de 5-8 miembros donde X es O, NH o CH_{2}, R^{2} es metilo, hidroximetilo o hidroxietilo y n varía de 0 a 3.

En la invención, se añade a un sistema acuoso una cantidad eficaz de al menos un compuesto heterocíclico N-alquilo, descrito arriba, para evitar que las bacterias se adhieran a superficies sumergidas en sistemas acuosos. Este método controla eficazmente la bioincrustación sin matar substancialmente las bacterias.

Descripción detallada de la invención

En una realización, se evita que las bacterias se adhieran a una superficie. sumergible. Una superficie sumergible es una que puede al menos parcialmente estar cubierta, inundada, o humedecida con un liquido como el agua u otro fluido acuoso o liquido. La superficie puede estar en contacto con el liquido de forma intermitente o continuada. Tal y como se ha indicado más arriba, los ejemplos de superficies sumergibles incluyen, sin carácter limitativo, cascos de barcos o botes, estructuras marítimas, dientes, implantes médicos, superficies en un sistema acuoso como el interior de una bomba, tubería, torres de refrigeración, o intercambiadores de calor. Una superficie sumergible puede estar compuesta de materiales hidrófobos, hidrófilos o metálicos. Ventajosamente, utilizar un compuesto heterocíclico N-alquilo de acuerdo con la invención puede evitar eficazmente que las bacterias se adhieran a superficies sumergibles o sumergidas hidrófobas, hidrófilas o metálicas.

Para evitar la adherencia de una bacteria a una superficie sumergible, el método pone en contacto la superficie sumergible con un compuesto heterocíclico N-alquilo. La superficie es puesta en contacto con una cantidad eficaz de un compuesto heterocíclico N-alquilo, o una mezcla de compuestos heterocíclicos N-alquilo, para evitar la adherencia de microorganismos a la superficie. El compuesto heterocíclico N-alquilo puede aplicarse a la superficie sumergible utilizando medios conocidos en el estado de la técnica. Por ejemplo, como se indica más adelante, el compuesto heterocíclico N-alquilo puede aplicarse pulverizando, revistiendo o sumergiendo la superficie con una formulación líquida que contiene el compuesto heterocíclico N-alquilo. Alternativamente, el compuesto heterocíclico N-alquilo puede estar formulado en una pasta que luego se extiende o se cepilla sobre la superficie sumergible. Ventajosamente, el compuesto heterocíclico N-alquilo puede ser un componente de una composición o formulación habitualmente utilizada con una superficie sumergible concreta.

"Evitar que las bacterias se adhieran" a una superficie sumergible significa permitir una cantidad escasa o insignificante de adherencia bacteriana durante un periodo de tiempo deseado. Preferiblemente, esencialmente no tiene lugar adherencia bacteriana alguna y más preferiblemente, se impide. La cantidad de compuesto heterocíclico N-alquilo utilizado debería permitir sólo una adherencia bacteriana escasa o insignificante y poder ser determinada mediante ensayos corrientes. Preferiblemente, la cantidad de compuesto heterocíclico N-alquilo utilizada es suficiente para aplicar al menos una película monomolecular de compuesto heterocíclico N-alquilo a la superficie sumergible. Tal película cubre preferiblemente toda la superficie sumergible.

Poner en contacto una superficie sumergible con un compuesto heterocíclico N-alquilo de acuerdo con este método permite que la superficie sea pretratada frente a la adherencia bacteriana. De acuerdo con ello, la superficie puede ser puesta en contacto con un compuesto heterocíclico N-alquilo y después sumergida en el sistema acuoso.

La presente invención se refiere también al control de la bioincrustación de un sistema acuoso. Un sistema acuoso comprende no sólo el fluido acuoso o el líquido que fluye a través del sistema, sino también las superficies sumergidas asociadas al sistema. Las superficies sumergidas son las superficies que están en contacto con el fluido acuoso o liquido. Como las superficies sumergibles analizadas más arriba, las superficies sumergidas incluyen, sin carácter limitativo, el interior de las superficies de tuberías o bombas, las paredes de torres de refrigeración o contenedores, intercambiadores de calor, pantallas, etc. En resumen, las superficies en contacto con un fluido acuoso o liquido son superficies sumergidas y se consideran parte de un sistema acuoso.

En la utilización de la invención al menos un compuesto heterocíclico N-alquilo se añade al sistema acuoso en una cantidad que evita eficazmente que las bacterias se adhieran a la superficie sumergida en el sistema acuoso. En la concentración utilizada, este método controla eficazmente la bioincrustación del sistema acuoso sin matar substancialmente las bacterias.

"Controlar la bioincrustación" del sistema acuoso significa controlar la cantidad o extensión de bioincrustación a o por debajo de un nivel deseado y durante un periodo de tiempo deseado para el sistema concreto. Esto puede eliminar la bioincrustación del sistema acuoso, reducir la bioincrustación hasta un nivel deseado, o impedir la bioincrustación completamente o por encima de un nivel deseado.

De acuerdo con la presente invención, "evitar que las bacterias se adhieran" a una superficie sumergida dentro de un sistema acuoso significa permitir una cantidad escasa o insignificante de adherencia bacteriana durante un periodo de tiempo deseado para el sistema concreto. Preferiblemente, esencialmente no tiene lugar adherencia bacteriana alguna y más preferiblemente, la adherencia bacteriana es impedida. Utilizar un compuesto heterocíclico N-alquilo de acuerdo con la invención puede, en muchos casos, romper o reducir otros microorganismos pegados ya existentes hasta limites indetectables y mantener ese nivel durante un periodo de tiempo significativo.

Mientras que algunos compuestos heterociclicos N-alquilo pueden mostrar actividad biocida en concentraciones sobre determinados umbrales, los compuestos heterocíclicos N-alquilo evitan eficazmente la adherencia bacteriana en concentraciones generalmente muy por debajo de esos umbrales. De acuerdo con la invención, el compuesto heterocíclico N-alquilo evita la adherencia bacteriana sin matar substancialmente las bacterias. Así, la cantidad eficaz de un compuesto heterocíclico N-alquilo utilizada de acuerdo con la invención está muy por debajo de su umbral tóxico, si el compuesto heterocíclico N-alquilo tiene propiedades biocidas. Por ejemplo, la concentración del compuesto heterocíclico N-alquilo puede estar 10 o más veces por debajo de su umbral tóxico. Preferiblemente, el compuesto heterocíclico N-alquilo tampoco debería dañar organismos contra los que no se dirige que puedan estar presentes en el sistema acuoso.

Un compuesto heterocíclico N-alquilo, o una mezcla de compuestos heterocíclicos N-alquilo, puede utilizarse para controlar la bioincrustación en una amplia variedad de sistemas acuosos como los indicados más arriba. Estos sistemas acuosos incluyen, sin carácter limitativo, sistemas acuosos industriales, sistemas acuosos de saneamiento, y sistemas acuosos recreativos. Como se ha señalado más arriba, son ejemplos de sistemas acuosos industriales los fluidos del trabajo de metales, las aguas de refrigeración (por ejemplo, toma de agua de refrigeración, agua de refrigeración residual y agua de refrigeración de recirculación), y otros sistemas de agua de recirculación como los utilizados en la industria papelera o textil. Los sistemas acuosos de saneamiento incluyen sistemas de aguas residuales (por ejemplo, sistemas de aguas residuales industriales, privadas, y municipales), baños, y sistemas de tratamiento de aguas (por ejemplo, sistemas de tratamiento de aguas residuales). Piscinas, fuentes, piscinas decorativas u ornamentales, estanques o arroyos, etc. constituyen ejemplos de sistemas de aguas recreativas.

La cantidad eficaz de un compuesto heterocíclico N-alquilo para evitar que las bacterias se adhieran a una superficie sumergida en un sistema concreto variará algo en función del sistema acuoso a proteger, las condiciones para el crecimiento microbiano, la extensión de cualquier bioincrustación existente, y el grado de control de la bioincrustación deseado. Para una aplicación particular, la cantidad a elegir puede determinarse mediante ensayos corrientes de varias cantidades antes de tratar todo el sistema afectado. En general, una cantidad eficaz utilizada en un sistema acuoso puede variar desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 500 partes por millón y más preferiblemente desde aproximadamente 20 hasta aproximadamente 100 partes por millón del sistema acuoso.

El compuesto heterocíclico N-alquilo utilizado en la presente invención tiene la siguiente fórmula general:

2

El substituyente R^{1} es un grupo alquilo C_{8}-C_{20}.

Preferiblemente, R^{1} es un alquilo C_{8}-C_{18}, más preferiblemente, un grupo alquilo C_{10}-C_{14}, y lo más preferible es que sea un grupo alquilo C_{12}. El grupo alquilo R^{1} puede estar unido mediante un carbono terminal o un carbono en la cadena alquilo. El grupo alquilo puede contener enlaces dobles o triples carbono-carbono y puede también estar ramificado o no ramificado.

Como se ha mostrado más arriba, el compuesto heterocíclico N-alquilo tiene un anillo heterocíclico con 5-8 miembros definido por:

3

El grupo X puede ser O, NH o CH_{2}. El substituyente R^{2} puede ser metilo, hidroximetilo, o hidroxietilo. El número entero n puede variar desde 0 hasta 3 y preferiblemente es 0 ó 1. Preferiblemente, el anillo heterocíclico es un anillo con 5 ó 6 miembros. Los anillos concretos preferidos incluyen morfolinil y piperidinil.

Concretos compuestos heterocíclicos N-alquilo de la fórmula arriba indicada preferidos incluyen morfolina N-docecil, compuesto a; morfolina N-octil, compuesto b; y N-dodecil-3-piperidinametanol, compuesto c.

Los compuestos heterocíclicos N-alquilo útiles en la invención están disponibles bien comercialmente por empresas de suministro químico o bien pueden prepararse a partir de materiales desencadenantes utilizando conocidos métodos ya publicados. Por ejemplo, un procedimiento general añade un ligero exceso de una amina (aproximadamente 1,1 equivalentes molares) a una solución cáustica y calentada a reflujo. Una alquilbromida (aproximadamente 1 equivalente) se añade con movimiento. La mezcla de producto bifásico resultante puede separarse y la capa inferior acuosa eliminarse. La capa orgánica se vacía para eliminar cualquier exceso de amina. La pureza del producto puede controlarse mediante cromatografía gaseosa. La patente norteamericana n° 5,250,194 describe métodos de ejemplo.

La patente norteamericana n° 5,250,194 también describe compuestos heterocíclicos N-dodecil y su utilización como microbicidas en sistemas acuosos para evitar el crecimiento de microorganismos, la formación de limo en los sistemas acuosos, o el afeamiento o deterioro de substancias susceptibles de crecimiento microbiológico. Un ejemplo de un compuesto heterocíclico N-alquilo útil como microbicida es morfolina N-dodecil (DDM). DDM se fabrica por Buckman Laboratorios Inc., Memphis, TN.

Los métodos de acuerdo con la invención pueden ser parte de un régimen global de tratamiento de aguas. El compuesto heterocíclico N-alquilo puede utilizarse con otros químicos para tratamiento de aguas, en concreto con biocidas (por ejemplo, algicidas, fungicidas, bactericidas, moluscicidas, oxidantes, etc.), quitamanchas, clarificadores, floculantes, coagulantes, u otros químicos habitualmente utilizados en el tratamiento de aguas. Por ejemplo, las superficies sumergibles pueden ser puestas en contacto con un compuesto heterocíclico N-alquilo como pretratamiento para evitar la adherencia bacteriana y colocadas en un sistema acuoso utilizando un microbicida para controlar el crecimiento de microorganismos. O, un sistema acuoso que experimenta una fuerte incrustación biológica puede tratarse primero con un biocida apropiado para vencer la incrustación existente.

Un compuesto heterocíclico N-alquilo puede después utilizarse para mantener el sistema acuoso. Alternativamente, un compuesto heterocíclico N-alquilo puede utilizarse en combinación con un biocida para evitar que las bacterias se adhieran a superficies sumergidas en el sistema acuoso mientras actúa el biocida para controlar el crecimiento de microorganismos en el sistema acuoso. Esta combinación generalmente permite utilizar menos microbicida.

"Controlar el crecimiento de los microorganismos" en un sistema acuoso significa controlar hasta, en o por debajo de un nivel deseado y durante un periodo de tiempo deseado para el sistema concreto. Puede hacerse eliminando los microorganismos o impidiendo su crecimiento en el sistema acuoso.

El compuesto heterocíclico N-alquilo puede utilizarse en los métodos de la invención como una formulación sólida o liquida. De acuerdo con ello, la presente invención también se refiere a una composición que contiene un compuesto heterocíclico N-alquilo. La composición comprende al menos un compuesto heterocíclico N-alquilo en una cantidad eficaz para evitar que las bacterias se adhieran a una superficie sumergible o a una superficie sumergida en un sistema acuoso. Cuando se utiliza en combinación con otro químico para tratamiento de agua como un biocida, la composición puede contener también ese químico. Si se formulan de forma conjunta, el compuesto heterocíclico N-alquilo y el químico para tratamiento de agua no deberían sufrir interacciones adversas que reducirían o eliminarían su eficacia en el sistema acuoso. Se prefieren formulaciones separadas en caso de que puedan tener lugar interacciones.

En función de su utilización, una composición útil en la presente invención puede prepararse de varias formas conocidas en el estado de la técnica. Por ejemplo, la composición puede prepararse en forma líquida como una solución, dispersión, emulsión, suspensión, o pasta; una dispersión, suspensión, o pasta en un no disolvente; o como una solución disolviendo el compuesto heterocíclico N-alquilo en un disolvente o combinación de disolventes. Los disolventes adecuados incluyen, con carácter no limitativo, acetona, glicoles, alcoholes, éteres, u otros disolventes dispersables en agua. Se prefieren las formulaciones acuosas.

La composición puede prepararse como un concentrado liquido para ser diluido antes de su pretendida utilización. Aditivos habituales como surfactantes, emulgentes, dispersantes, y similares pueden utilizarse como se conoce en el estado de la técnica para incrementar la solubilidad del compuesto heterocíclico N-alquilo u otros componentes en una composición o sistema liquido, como una composición o sistema acuoso. En muchos casos, la composición de la invención puede ser solubilizada mediante simple agitación. Pueden también añadirse tintes o fragancias para aplicaciones apropiadas como aguas de baño.

Una composición útil en la presente invención puede también prepararse en forma sólida. Por ejemplo, el compuesto heterocíclico N-alquilo puede formularse como un polvo o pastilla utilizando medios conocidos en el estado de la técnica. Las pastillas pueden contener una variedad de excipientes conocidos en la técnica de formación de pastillas como tintes u otros agentes colorantes, y perfumes o fragancias. Otros componentes conocidos en el estado de la técnica como rellenos, aglutinantes, deslizantes, lubricantes, o antiadherentes pueden incluirse también. Estos últimos componentes pueden ser incluidos para mejorar las propiedades de las pastillas y/o el procedimiento de formación de pastillas.

Los siguientes ejemplos ilustrativos se ofrecen para describir la naturaleza de la invención con mayor claridad. Debe entenderse, sin embargo, que la invención no está limitada a las condiciones o detalles especificas expuestos en estos ejemplos.

Ejemplos Método de ensayo

El siguiente método define eficazmente la capacidad de un compuesto químico para evitar la adherencia bacteriana, o atacar la formación de microorganismos pegados ya existentes, sobre diversos tipos de superficies. De forma general, se formaron los biorreactores en cuyo borde se fijaron portaobjetos de aproximadamente 1 pulgada x 3 pulgadas (cristal de poliestireno). Los lados inferiores (aproximadamente 2 pulgadas) de los portaobjetos se sumergieron en un medio de crecimiento bacteriano (pH 7) en el biorreactor que contenía una concentración conocida del químico de ensayo. Tras la inoculación con especies bacterianas conocidas, las soluciones de ensayo se removieron continuadamente durante 3 días. Salvo indicación en contra en los resultados mostrados más adelante, el medio dentro del biorreactor estaba turbio al final de los tres días. Esta turbidez indicaba que las bacterias proliferaron en el medio a pesar de la presencia del químico ensayado. Esto muestra también que el químico, en la concentración ensayada, no mostró substancialmente actividad biocida (bactericida) alguna. Un procedimiento de teñido fue después utilizado sobre los portaobjetos para determinar la cantidad de bacteria pegada a la superficie de los portaobjetos.

Formación de los biorreactores

Los biorreactores comprendían un vaso de precipitados de cristal de 400 ml sobre el cual se colocó una tapa (cubierta a partir de una placa de Petri de cristal estándar de 9 cm de diámetro). Quitada la tapa, se pegaron portaobjetos con el material escogido en un extremo con cinta adhesiva y se dejaron en suspensión dentro del biorreactor desde el borde superior del vaso de precipitados. Esto permite sumergir los portaobjetos en el medio de ensayo. Típicamente, se espaciaron de forma uniforme cuatro portaobjetos (réplicas) alrededor del biorreactor. El resultado final que se presenta más adelante es la media de las cuatro réplicas. Una barra de movimiento magnética se colocó en el fondo de la unidad, con la tapa puesta y el biorreactor esterilizado en autoclave. Se utilizaron dos tipos diferentes de material como portaobjetos, poliestireno (poliestir.) como superficie hidrófoba y cristal como superficie hidrófila.

Medio de crecimiento bacteriano

El medio líquido utilizado en los biorreactores ha sido descrito previamente por Delaquis, et al., "Detachement of Pseudomonas Fluorescens From Biofílms On Glass Surfaces In Response To Nutrient Stress", Microbial Ecology 18: 199-210, 1989. La composición del medio era:

Glucosa	1,0 g
K_{2}HPO_{4}	5,2 g
KH_{2}PO_{4}	2,7 g
NaCl	2,0 g
NH_{4}Cl	1,0 g
MgSO_{4} \cdot 7H_{2}0.	0,12 g
Oligoelemento	1,0 ml,
H_{2}O desionizada	1,0 L

Solución de oligoelemento

CaCl_{2}	1,5 g
FeSO_{4} \cdot 7H_{2}O	1,0 g
MnSO_{4} \cdot 2H_{2}O	0,35 g
NaMoO_{4}	0,5 g
H_{2}O desionizada	1,0 L

El medio fue esterilizado en autoclave y después se dejó enfriar. En caso de formación de sedimentos en el medio esterilizado en autoclave, el medio se volvió a dejar en suspensión agitándolo antes de su utilización.

Preparación de las inoculaciones bacterianas

Se aislaron bacterias de los géneros Bacillus, Flavobacterium y Pseudomonas de un depósito de limo en una fábrica de papel y se mantuvieron en cultivo continuado. Los organismos de ensayo se colocaron separadamente en líneas en un agar de numeración sobre placa y se incubaron a 30°C durante 24 horas. Con un empapador de algodón estéril se quitaron porciones de colonias y se dejaron en suspensión en agua estéril. Las suspensiones fueron muy bien mezcladas y se ajustaron a una densidad óptica de 0,858 (Bacillus), 0,625 (Flavobacteríum), y 0,775 (Pseudomonas) a 686 nm.

Producción de la biopelícula/ensayo químico

Para cuatro biorreactores separados se añadieron 200 ml del medio estéril preparado según se acaba de describir. Los químicos a evaluar como biodispersantes fueron primero preparados como una solución madre (40 mg/2 ml) utilizando bien agua o bien una acetona en relación 9:1: mezcla de metanol (ac/MeOH) coma disolvente. Una alícuota de 1,0 ml de solución madre se añadió al biorreactor utilizando un movimiento moderado, continuo y magnético. Esto proporcionó una concentración inicial de 100 ppm para el compuesto de ensayo. Un biorreactor (control) no contiene compuesto de ensayo alguno. Se introdujeron después alícuotas (0,5 ml) de cada una de las tres suspensiones bacterianas en cada biorreactor. A los biorreactores después se les imprimió movimiento continuo durante tres días para permitir un incremento de la población bacteriana y la sedimentación de células sobre la superficie de los portaobjetos.

Valoración de los resultados

Los siguientes compuestos se valoraron utilizando el procedimiento descrito más arriba: morfolina N-dodecil, compuesto a; morfolina N-octil, compuesto b; y N-dodecil-3-piperidinametanol, compuesto c.

Finalizado el ensayo, los portaobjetos se retiraron de los biorreactores y se colocaron verticalmente para permitir que se secaran al aire. El grado de adherencia de las bacterias a la superficie de ensayo se calculó después utilizando un procedimiento de tintado. Los portaobjetos se flamearon brevemente para fijar las células a la superficie, y después fueron transferidos durante dos minutos a un contenedor de cristal violeta de Gram (DIFCO Laboratorios, Detroit, MI). Los portaobjetos se aclararon con cuidado bajo agua corriente, y después se secaron. El grado de adherencia bacteriana se determinó entonces mediante examen visual y puntuación subjetiva de cada portaobjetos. La intensidad del tinte es directamente proporcional a la cantidad de adherencia bacteriana. Se dan las siguientes puntuaciones de la biopelícula:

0 = esencialmente ninguna	3 = moderada
1 = escasa	4 = intensa
2 = ligera

Se valoraron los tratamientos químicos con relación al control que reciben típicamente una puntuación media para los cuatro portaobjetos de los biorreactores en un margen de 3-4. Los compuestos que reciben una puntuación media dentro del margen 0-2 se consideraron eficaces para impedir la adherencia de bacterias a los portaobjetos sumergidos. Los resultados se muestran en la siguiente tabla.

Compuesto	Disolvente	Conc. (ppm)	CIM^{1}	Portaobjetos	Resultado
(a)	ac/MeOH	100	250, pH6	cristal	1
	ac/MeOH	100		cristal	0,5
	agua	60^{2}		cristal	1
	agua	60^{2}		cristal	0,5
(b)	ac/MeOH	100	>500. pH6	cristal	2
			>100. pH8
(c)	ac/MeOH	100	40-100, pH6	cristal	0
			>500, pH8
	ac/MeOH	100		poliestir.	1,7
^{1}Concentración inhibitoria mínima (CIM) para cada compuesto contra las bacterias E. Aerogenes
utilizando un ensayo de sales basales durante 18 horas con pH 6 y pH 8.
^{2}Producto BL-2180: una formulación acuosa del 60% por peso de morfolina dodecil (compuesto a)
en agua, distribuida por Buckman Laboratories Inc. Memphis, TN.

Aunque se han descrito realizaciones concretas de la invención, se entenderá, por supuesto, que la invención no está limitada a esas realizaciones. Pueden efectuarse otras modificaciones. Se desea que las reivindicaciones anexas cubran cualquiera de esas modificaciones siempre que queden englobadas dentro del ámbito de la invención.

Claims

1. Utilización de un compuesto heterocíclico N-alquilo para evitar que las bacterias se adhieran a superficies sumergibles sin matar substancialmente las bacterias, poniendo en contacto la superficie sumergible con dicho compuesto heterocíclico N-alquilo, en la que el compuesto heterocíclico N-alquilo es un compuesto con la fórmula:

1

donde R^{1} es un grupo alquilo C_{8}-C_{20}, y el anillo heterocíclico es un anillo heterocíclico con 5-8 miembros donde X es O, NH o CH_{2}, R^{2} es metilo, hidroximetilo o hidroxietilo y n varia de 0 a 3.

2. Utilización según la reivindicación 1, en la que R^{1} es un alquilo C_{9}-C_{18}, el anillo heterocíclico es un anillo con 5 ó 6 miembros, y n es 0 ó 1.

3. Utilización según la reivindicación 1, en la que el compuesto heterocíclico N-alquilo es morfolina N-dodecil, morfolina N-octil, N-dodecil-3-piperi-dinametanol, o una mezcla de los mismos y donde la superficie sumergible es un casco de barco, un casco de bote, una estructura marítima, la superficie de un diente, la superficie de un implante médico o una superficie de un sistema acuoso.

4. Utilización según la reivindicación 3, en la que el sistema acuoso es un sistema de agua industrial elegido de un sistema de agua de refrigeración, un sistema de fluido del trabajo de metal, un sistema de agua de la industria papelera, y un sistema de agua de la industria textil.

5. Utilización según la reivindicación 3, en la que el sistema acuoso es un sistema de agua recreativa elegido de una piscina, una fuente, un estanque ornamental, una piscina ornamental y un arroyo ornamental.

6. Utilización según la reivindicación 3, en la que el sistema acuoso es un sistema de agua de saneamiento elegido de un sistema de agua de baño, un sistema de agua de cisterna, un sistema de agua séptica, y un sistema de tratamiento de aguas residuales.

7. Utilización según la reivindicación 3, que además comprende la adición de una cantidad eficaz de un biocida al sistema acuoso para controlar el crecimiento de un microorganismo en el sistema acuoso.

8. Utilización según la reivindicación 7, en la que dicho sistema acuoso se elige de un sistema de agua industrial, un sistema de agua recreativa, un sistema de agua de saneamiento.