ES2587005T3

ES2587005T3 - Proceso para la fabricación de polímeros hidrófobos

Info

Publication number: ES2587005T3
Application number: ES05783354.3T
Authority: ES
Inventors: Dirk De Cuyper; William Dierickx; Yvan Dierickx; Dirk Mertens; Johan Mertens; Lynda Beladjal
Original assignee: Resilux NV
Current assignee: Resilux NV
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2025-09-02
Also published as: DK1784484T3; ME02538B; HRP20161018T1; HUE029221T2; BRPI0515629A; US20070207190A1; WO2006024115A1; PT1784484T; EP1784484A1; AU2005279637B2; BE1016177A6; KR20070057909A; AU2005279637A1; MX2007002560A; EP1784484B1; EA200700514A1; KR101487861B1; RS55094B1; SI1784484T1; CN101023169A

Abstract

Método para producir polímeros hidrófobos que incorporan material vivo, en los que - se selecciona un polímero, - un conjunto de organismos se selecciona entre células, organismos vivos y/o productos celulares, - se forman agregados implantando dichas células, organismos vivos y/o productos celulares en dichos polímeros, dando como resultado la formación de un denominado bio agregado de polímero, caracterizado porque se realiza el implante en el rango de temperatura operativo tomado del intervalo de temperatura del cual el límite inferior se establece a sustancialmente 100 ºC en condiciones de presión sustancialmente convencionales, en particular a sustancialmente una atmósfera, en el que dichas células y/o productos celulares, y/u organismos vivos se seleccionan entre la categoría de los denominados quistes y/o en una fase de etapas inactivas o durmientes.

Description

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D E S C R I P C I O N

PROCESO PARA LA FABRICACION DE POLIMEROS HIDROFOBOS

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un metodo para producir polfmeros incorporando organismos vivos y/o productos celulares.

Tecnica anterior

Este tipo de metodo es conocido para polfmeros hidrofilos biodegradables no permanentes con un punto de fusion bien por debajo de 100 °C, en los que se incorporan celulas tisulares sensibles a la temperature y moleculas organicas. El polfmero se degrada despues de un breve periodo de tiempo.

La patente de Estados Unidos 5.985.354 a nombre de MATHIOWITZ describe un metodo del tipo anterior. El problema encontrado en la tecnica anterior conocida para la incorporacion de materiales vivos es que el punto de fusion de polfmeros no biodegradables permanentes esta bien por encima de 100 °C en condiciones de presion normales. La implantacion de microorganismos u organismos activos vivos a temperaturas de este nivel es imposible sin consecuencias fatales para estos organismos. En consecuencia, debe asumirse que la incorporacion de material vivo durante la produccion de un objeto util a partir de un material base, tal como un polfmero, no es alcanzable, incuso en caso de que los organismos que se introducen puedan despues realizar una actividad utiles a temperaturas ambientales normales. Son actividades posibles a este respecto el consumo o absorcion de oxfgeno, absorcion de energfa radiante, incluyendo lo que se conoce como "bloqueo UV", y similares. Por tanto, lo anterior demuestra que actualmente existen considerables restricciones en el intervalo posible de aplicaciones para celulas vivas en este tipo de polfmero.

El documento JP 2002274521 desvela un recipiente hecho de polfmero biodegradable que incluye una capa de recubrimiento de carbono parecido al diamante/dioxido de silicio, con formacion de carburo de silicio en el cuerpo principal del recipiente que esta dirigido a una permeacion preventiva de contenido de gas/agua a la superficie interna de dicho recipiente. Sin embargo, dicho documento no desvela ninguna solucion para que se incorporen microorganismos en el polfmero. El polfmero usado para el recipiente es biodegradable, por lo que puede degradarse mediante microorganismos. Ademas, el polfmero puede ser un polfmero microbiano, que es un polfmero hecho de microorganismos. Pero no existe ninguna ensenanza de como el experto en la materia podrfa mejorar las propiedades de barrera incorporando organismos vivos en el polfmero.

El documento EP 1 375 616 A de KIRIN BEER meramente desvela intervalos de temperatura funcionales de 80 °C, sin garantizar ninguna actividad de los microorganismos despues de tal tratamiento, con la consecuencia de que falla en proporcionar un intervalo de temperaturas funcional adecuado capaz de resolver el problema indicado anteriormente. Ademas, los microorganismos estan conectados a materiales como glucosa, manosa y otros, que no necesitan altas temperaturas para su produccion.

Como para el documento US 5 618 412 A de HERDING et. al., este desvela un biorreactor de lecho fijo para purificar fluidos con la ayuda de microorganismos en los que los cuerpos de transporte tienen una estructura porosa con poros adaptados para ser penetrados por el fluido y para tener microorganismos unidos a los mismos. Por tanto, este documento aborda un campo diferente, que da como resultado la estructura propuesta que se presenta con una accion de paso que consiste en un efecto purificador de fluido de paso. Esto esta en oposicion con la presente invencion en que el objetivo es bloquear el paso, de manera que hay un antagonismo funcional entre la ensenanza de dicho documento, destinado a purificar fluidos que pasan a traves del dispositivo propuesto, al contrario que la presente invencion, objetivo principal de la cual es bloquear el paso de fluidos indeseados, mas particularmente gases. Ademas, en la solucion de este documento, los microorganismos estan unidos a las partfculas de polfmero, tanto entre las partfculas como en el interior de los poros, pero siempre fuera del material en sf mismo. Por lo tanto no se desvela ninguna ensenanza de como incorporar microorganismos en el material de polfmero.

Un problema adicional encontrado en la tecnica anterior es que la difusion lenta de componentes celulares y biomoleculas en un entorno humedo esta basada en una tecnologfa que esta basada en microcapsulas multipared de polfmeros hidrofilos, solubles o biodegradables. Sin embargo, actualmente no hay disponible ninguna tecnologfa que permita la difusion lenta de una gama a biomoleculas a partir de un vehfculo polimerico permanente sin que se degraden en un entorno acuoso y/o seco. Esto se aplica en particular a biomoleculas del tipo de acido graso, tales como lfpidos e hidrocarburos. Por tanto, es deseable encontrar una tecnologfa que permita incorporar microorganismos en polfmeros hidrofobos o no biodegradables, para permitir tales aplicaciones.

Por lo tanto, la tecnica anterior conocida tiene principalmente el siguiente defecto, concretamente que la bio- encapsulacion de celulas en polfmeros no es posible en torno a, o por encima de, 100 °C en condiciones de presion convencionales.

En el documento US 5284761, se describe un metodo de encapsulacion de celulas en un extrudato tubular. En este caso, ambos materiales permanecen completamente separados. Sin embargo, esto es completamente diferente de bio agregados de polfmero que deben formarse mediante mezclado completo de un polfmero y organismos seleccionados;

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en los que se encapsulan celulas por coextrusion de una dispersion celular liquida con un polfmero, en 'la que el polfmero forma un recubrimiento exterior en torno a la dispersion liquida.

El documento XP009125355 describe meramente la supervivencia de esporas de Bacillus stearothermophilus durante un proceso de inyeccion de polietileno. En este artfculo de investigacion, se hace una relacion con la supervivencia potencial de esporas bacterianas durante un proceso de produccion de envases, y una posible contaminacion de productos alimentarios envasados en tales envases. Sin embargo, no se desvela ninguna nueva funcion de las esporas mencionadas para la estructura de envase mencionada.

Objeto de la invencion

Es un objeto de la presente invencion ofrecer una solucion a los inconvenientes y/o defectos mencionados anteriormente.

Sumario de la invencion

De acuerdo con la presente invencion, se propone un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1. Esto se hace posible por el hecho de que las celulas y/o productos celulares y/u organismos vivos se seleccionan entre la categoria de lo que se conoce como los quistes y/o en una fase de etapas inactivas o durmientes. Un numero bastante significativo de tipos de organismos o microorganismos puede cambiar desde una forma de vida activa a lo que se conoce como una etapa quiescente o de espora, conocidas como quistes. Dichas esporas son capaces de resistir fluctuaciones ambientales extremas en una forma latente. En este estado de anabiosis, estas son capaces de resistir condiciones extremadamente secas y temperaturas bien por encima de 100 °C.

En condiciones biotecnologicas adecuadas, estos tipos no solo pueden ser cultivadas si no tambien convertidas, en condiciones de cultivo controladas, conocidas como enquistantes, en esporas utiles para bio-encapsulacion en una matriz polimerica.

Durante el proceso de produccion de un producto industrial, tal como material de envase, fibras textiles, granulos o similares, dichas esporas y el polfmero se aglomeran en un breve periodo de tiempo durante el cual, el polfmero es lfquido, concretamente a una temperatura por encima de su punto de fusion. Esto produce lo que se conoce como un bio agregado de polfmero, mencionado mas adelante como "PBA".

Siempre y cuando el producto no este en uso, los organismos del bio componente en dicho PBA permanecen inactivos. Sin embargo, tan pronto como las condiciones de vida se vuelven favorables, coincidiendo con el inicio del producto que va a usarse en asociacion con un entorno que es adecuado para la vida en terminos de temperatura y humedad relativa, las esporas se vuelven activas, metabolizando celulas en estas condiciones de ambiente favorable. Durante este periodo, la forma biologicamente activa realizara su funcion pretendida. Tan pronto como las condiciones optimas vuelven a ser condiciones que son menores de lo optimo, la forma activa vuelve al estado de espora.

El proceso permanece reversible de acuerdo con un mecanismo de retroalimentacion que se controla mediante el entorno de vida del organismo en dicho PBA.

Por tanto, de acuerdo con una realizacion particularmente preferida de la invencion, dichos productos celulares se seleccionan entre la categoria de los denominados metabolitos, es decir, las moleculas que se sintetizan mecanicamente mediante organismos en las condiciones funcionales de temperatura mencionadas anteriormente.

De acuerdo con otra realizacion preferida mas de la invencion, los polfmeros se seleccionan entre polfmeros no biodegradables. La difusion fiable, lenta y prolongada de moleculas organicas fuera de polfmeros en un entorno humedo o cambiante puede realizarse sin degradacion del polfmero.

Una ventaja obtenida en virtud del metodo definido por la presente invencion es principalmente que la actividad biologica de los organismos incorporados en el denominado PBA producido de acuerdo con la invencion imparte al polfmero nuevas propiedades previamente desconocidas. Dicho PBA asegura por la presente el entorno deseado para el cual se fabrico dicho PBA.

Una ventaja adicional consiste en la liberacion estandarizada de biomoleculas muy especfficas, tales como los denominados repelentes, a partir de una matriz polimerica, tal como granulos, fibras textiles y similares, sin que se pierda dicha matriz polimerica en un entorno variable como resultado de inestabilidades climatologicas, por ejemplo. En reivindicaciones dependientes adicionales se describen caracterfsticas y propiedades adicionales de la presente invencion.

Particularidades y detalles adicionales emergeran de la siguiente descripcion de un numero de realizaciones ejemplares del metodo de acuerdo con la presente invencion y sus usos.

Descripcion

En terminos generales, la presente invencion se refiere a un metodo para producir polfmeros que incorporan celulas, organismos vivos y/o productos celulares. A continuacion se describe un numero de ejemplos de uso especfficos.

Un area de aplicacion particularmente significativa es en el sector de envases alimentarios que emplea lo que se conoce como una barrera de oxfgeno, con una capa de PBA dispuesta como una capa intermedia en material de envase multicapa para productos alimentarios, tales como botellas de PET para bebidas, tales como cervezas o zumos de frutas, por ejemplo. El componente de polfmero del PBA es en este caso PET, mientras que el bio componente del PBA es un tipo de levadura con una espora seca, tal como, por ejemplo, Saccharomyces, que es capaz de resistir las altas

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temperaturas del proceso de produccion. El PBA permanece inactivo hasta que se ha rellenado la botella de PET. Cuando el envase se esta rellenando con zumos de frutas o cerveza, por ejemplo, el entorno interno del PBA se satura de agua, con el resultado de que las esporas se activan para formar celulas que respiran, lo que consume todo el oxfgeno presente en el interior de la botella. Como resultado, se retira todo el oxfgeno de los contenidos bajo la influencia de lo que se conoce como el eliminador de O2. Tambien, todo el oxfgeno externo que puede difundirse a traves de la pared es capturado por las celulas de levadura durante la respiracion, lo que resulta en una barrera de oxfgeno eficaz.

Un ejemplo adicional de un uso consiste en la accion como un bloqueador UV, que funciona de una manera similar al ejemplo anterior. En este ejemplo, en lugar de las celulas de levadura, se incorpora en el PBA un tipo de alga, tal como, por ejemplo, Haematococcus, las esporas del cual bloquean muy intensamente la luz UV. Una capa continua de celulas de Haematococcus, hematoquistes con una alta concentracion de astaxantina, hace al PBA opaco para la luz UV. Este hecho se utiliza en pelfculas y cubiertas polimericas a prueba de UV resistentes a la humedad.

Un uso adicional mas consiste en la aplicacion combinada de ambos ejemplos mencionados anteriormente en conexion a envasado alimentario con una barrera de oxfgeno y un bloqueador Uv que es adecuado para botellas de PET como envase para cervezas y zumos de frutas, y similares. El biocomponente de PBA una mezcla calibrada de Saccharomyces y Haematococcus. Dichos eliminadores de oxfgeno, tales como celulas de levadura, por ejemplo, representan una barrera de oxfgeno permanente, mientras que el bloqueador UV, tal como un tipo de alga, por ejemplo, previene la degradacion fotoqufmica del relleno.

Otra aplicacion mas consiste en la absorcion de energfa de la luz solar con un efecto refrigerante que es similar al ejemplo anterior que se refiere al denominado bloqueador UV. En lugar de Haematococcus, el PBA incorpora un tipo de alga, tal como, por ejemplo, Chlorococcus, la forma activa de la cual, en presencia de un grado alto de humedad, participa muy intensamente en la fotosfntesis, consumiendo rayos de alta energfa de la luz solar. Una capa continua de celulas proporcionara el PBA con una funcion de absorcion de energfa, dando como resultado un efecto de no calentamiento, en otra palabras refrigeracion, en el fondo del polfmero. El efecto anterior se utiliza en pelfculas y cubiertas polimericas resistentes a la humedad para propositos de proteccion contra el sol.

Finalmente, existe un ejemplo de aplicacion que abarca desde tejidos que absorben energfa hasta prendas deportivas sensibles a la transpiracion, que se deriva del ejemplo anterior. Un PBA con un componente polimerico de polipropileno y un biocomponente de organismos fotosintetizadores, tales como una cianobacteria o un tipo de alga unicelular, se extruyen para formar una fibra textil. Las esporas de las algas resistentes a la temperatura, despues de haberse extrufdo para formar una fibra, se procesan para producir un producto textil. El uso de fibras de este tipo en productos textiles abarca desde tejidos de cobertura, tales como lonas, hasta prendas deportivas. Para la absorcion de humedad, por ejemplo sudor, las celulas incorporadas convertiran la energfa incidente de la luz solar en metabolitos fotosinteticos. Como resultado, la radiacion solar incidente no se convierte en calor, si no que se extrae de la fibra textil, dando como resultado la accion de refrigeracion deseada. Cuando se secan, cuando ya no se produce mas sudor, las celulas vuelven a su estado inactivo latente. Esto se debe a que el proceso es reversible.

A continuacion se describen ejemplos de aplicacion relacionados con la difusion lenta de componentes celulares y al menos parcialmente biomoleculas en un ambiente humedo.

En una variante en el bloqueador UV del ejemplo anterior, el metabolito activo, astaxantina, que bloquea muy intensamente la luz UV, se incorpora en el PBA en lugar de las celulas de Haematococcus. Como una alternativa al caro componente astaxatina, puede ser posible utilizar bloqueadores UV menos caros. La tasa de difusion del bloqueador UV del PBA en la capa intermedia de la pelfcula polilamerar hacia la periferia se regula a una tasa de difusion de baja a muy baja, dependiendo de la calidad y requerimientos. Este hecho se explota en pelfculas y cubiertas polimericas repelentes de UV resistentes a la humedad, asf como para material de envasado para productos alimentarios. En este caso el polfmero debe ser duradero y no debe deteriorarse en condiciones de humedad.

En este contexto, un ejemplo adicional de aplicacion consiste en pelfculas, fibras tejidos y microgranulos repelentes de insectos. Esto representa una variante sobre el ejemplo anterior. En este caso, el bio componente del PBA es una molecula o una mezcla de moleculas organicas bioactivas, preferentemente sustancias, tales como lfpidos, acidos grasos, derivados de isopreno e hidrocarburos. Ademas de una pelfcula o laminado, el producto procesado tambien puede ser un PBA que se procesa para formar una fibra textil o microgranulo, en el que el biocomponente se libera en el ambiente a una tasa determinada. Este componente tiene una accion repelente especffica para insectos. Los ejemplos que se han ensayado incluyen:

PBA con derivados de isopreno y/o hidrocarburos ramificados con una actividad repelente para los acaros del polvo domesticos. El PBA se extruye para formar una fibra textil para para tejer una alfombra fija y otros productos que tienen que ser resistentes a los acaros del polvo domesticos; y

PBA con componentes de acido graso que son repelentes para dfpteros, concretamente moscas y mosquitos, y piojos que pican y chupan la sangre, Mallophaga, Anoplura, respectivamente, asf como los piojos de la cabeza humana y piojos de aves, cucarachas, hormigas y avispas. El PBA se granula o extruye para formar una fibra textil. Los granulos cargados se mezclan en el pelaje del animal, para protegerlo frente a miasis, tabanos y similares, o se diseminan en el sitio de anidacion del huesped del parasito en cuestion. Las fibras cargadas se procesan para formar una tela protectora, como un gorro de dormir para matar piojos, o lo que se conoce como un tejido con el que puede frotarse un objeto para protegerlo frente a hormigas, cucarachas, moscas y similares.

Ademas del ejemplo anterior, otra importante aplicacion es el uso de los PBA como un agente de proteccion de cultivos, en particular como un herbicida o incluso como un fungicida.

La actividad biologica de los organismos incorporados en el PBA confiere al polfmero nuevas propiedades que no se

conocfan previamente. El PBA asegura el ambiente deseado para el cual se hizo el PBA, tal como, por ejemplo, un ambiente anaerobico, una barrera de oxfgeno completa, absorcion de energfa de la radiacion solar, liberacion controlada de metabolitos, y similares.

La interaccion e intercambio de diversos tipos de organismos o microorganismos y/o moleculas en el bio componente 5 del PBA tambien puede producir un gran numero de aplicaciones posibles.

Claims

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R E I V I N D I C A C I O N E S

1. Metodo para producir polfmeros hidrofobos que incorporan material vivo, en los que

- se selecciona un polfmero,

- un conjunto de organismos se selecciona entre celulas, organismos vivos y/o productos celulares,

- se forman agregados implantando dichas celulas, organismos vivos y/o productos celulares en dichos polfmeros, dando como resultado la formacion de un denominado bio agregado de polfmero, caracterizado porque se realiza el implante en el rango de temperatura operativo tomado del intervalo de temperatura del cual el lfmite inferior se establece a sustancialmente 100 °C en condiciones de presion sustancialmente convencionales, en particular a sustancialmente una atmosfera, en el que dichas celulas y/o productos celulares, y/u organismos vivos se seleccionan entre la categorfa de los denominados quistes y/o en una fase de etapas inactivas o durmientes.

2. Metodo de acuerdo con la reivindicacion anterior, caracterizado porque las celulas se seleccionan entre los procariotas, en particular bacterias, y/o eucariotas.

3. Metodo de acuerdo con la reivindicacion anterior, caracterizado porque las celulas se seleccionan entre protocistas, hongos, plantas y/o animales.

4. Metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos productos celulares se seleccionan entre la categorfa de los denominados metabolitos, que son las moleculas que se sintetizan bioqufmicamente mediante organismos.

5. Metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dichos organismos son unicelulares.

6. Metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dichos organismos son multicelulares.

7. Metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los polfmeros se seleccionan entre polfmeros no biodegradables.

8. Metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los polfmeros se seleccionan entre la familia de las polioliefinas.

9. Metodo de acuerdo con la reivindicacion anterior, caracterizado porque los polfmeros se seleccionan entre la familia de los polietilenos.

10. Metodo de acuerdo con la reivindicacion anterior, caracterizado porque PET se selecciona entre los polfmeros.

11. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado porque los polfmeros se seleccionan entre la familia de los poliprolienos.

12. Metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los polfmeros se seleccionan entre la familia de los poliesteres.

13. Metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichas celulas y/o productos celulares estan incrustados en dicho polfmero.

14. Metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho biopolfmero se obtiene criando las celulas y/o productos celulares mientras se produce el propio polfmero, en el que dicho biopolfmero se obtiene de una sfntesis de dichos productos base.

15. Metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque dichas celulas y/o productos celulares se mezclan en un polfmero existente, en el que dicho mezclado se realiza termicamente.

16. Metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque dichas celulas y/o productos celulares se mezclan en un polfmero existente, en el que dicho mezclado se realiza en caliente como capa intermedia.

17. Metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los quistes y el polfmero

18. 5: se aglomeran en un periodo breve de tiempo, durante el cual el polfmero es liquido, es decir, con su temperature por encima de su punto de fusion. Metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque dichas celulas y/o productos celulares se mezclan en un polfmero existente, en el que dicho mezclado se realiza en frfo como capa intermedia.

19.: Metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una denominada capa PBA esta dispuesta como una capa intermedia en un material de envase multicapa para productos

10: alimentarios, en particular botellas de PET para bebidas.

20.: Metodo de acuerdo con la reivindicacion anterior, caracterizado porque el componente de polfmero del denominado PBA esta compuesto de PET, mientras que el denominado componente de PBA es un tipo de levadura con una espora seca, que es capaz de resistir las altas temperaturas del proceso de produccion.

15 21.: Metodo de acuerdo con la reivindicacion anterior, caracterizado porque en lugar de y/o posiblemente en combinacion con las celulas de levadura, hay incorporado un tipo de alga en el PBA, las esporas de la cual bloquean muy intensamente la luz UV.

20 22.: Uso del bio agregado de polfmero obtenido de acuerdo con un proceso como se ha definido en una de las reivindicaciones anteriores, como barrera.

23.: Uso del bio agregado de polfmero obtenido de acuerdo con un proceso como se define en una de las reivindicaciones 1 a 18, como un agente repelente de insectos.

25 24.: Uso del bio agregado de polfmero obtenido de acuerdo con un proceso como se define en una de las reivindicaciones 1 a 18, como un agente de proteccion de cultivos, en particular como un herbicida.

25. 30: Uso del bio agregado de polfmero obtenido de acuerdo con un proceso como se ha definido en una de las reivindicaciones 1 a 18, como fungicida.

DOCUMENTOS INDICADOS EN LA DESCRIPCION

En la lista de documentos indicados por el solicitante se ha recogido exclusivamente para informacion del lector, y no es parte constituyente del documento de patente europeo. Ha sido recopilada con el mayor cuidado; sin embargo, la EPO no asume ninguna responsabilidad por posibles errores u omisiones.

Documentos de patente indicados en la descripcion

• US 5985354 A [0003] • US 5618412 A, HERDING [0006]

• JP 2002274521 B [0D04] • US 5284761 A [0009]

• EP 1375616 A [0005]