PL227337B1 - Sposób wytwarzania środka biobójczego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania środka biobójczego, zwłaszcza przeznaczonego jako składnik dodatkowy do otrzymywania materiałów polimerowych stanowiących opakowania produktów spożywczych.

Znane są z opisów patentowych nr US 6306835, WO 2006047830 oraz WO 2013133706 środki biobójcze na bazie chityny i jej pochodnych. Chityna oraz jej pochodne stosowane jako środki biobójcze są przedmiotem licznych publikacji naukowych, na co wskazano m.in. w przeglądowym artykule naukowym opublikowanym w Biomacromolecules (2003, 4, 1457-1465), który zawiera 129 odniesień literaturowych. Pochodne chityny wytwarza się poprzez jej chemiczną modyfikację różnymi związkami. Stosuje się np. wodorotlenek sodu w celu eliminacji grup acetylowych i wytworzenia chitozanu. W opisie patentowym US 6306835 zastrzeżono pochodną chityny jako składnika kosmetyków, która miała silnie biobójcze właściwości, nawet w tak niewielkich stężeniach jak od 10 do 20 μg/mL. Z artykułu naukowego opublikowanego w czasopiśmie FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe (2007, 15, 64-65) wiadomo, że pochodna chityny, dibutyrylochityna, która charakteryzuje się dobrymi właściwościami biobójczymi może być dodawana do materiałów polimerowych, np. w postaci włókien z których wykonywane są opatrunki medyczne. Obecnie intensywnie poszukuje się nowych pochodnych chityny oraz uproszczonych sposobów jej modyfikacji w celu uzyskania możliwie silnych właściwości biobójczych. W celu uzyskiwania nowych związków biobójczych na bazie chityny stosuje się liczne i skomplikowane procedury jej modyfikacji chemicznej i fizycznej.

Rozwiązaniem tych problemów jest nowy uproszczony sposób wytwarzania środka biobójczego z chityny według wynalazku.

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania środka biobójczego zawierającego związki miedzi i materiał węglowy, w którym do wytworzenia tego środka stosuje się chitynę lub jej pochodne, które są impregnowane wodnym roztworem azotanu(V) miedzi(II), a następnie karbonizowane w piecu rurowym, w atmosferze beztlenowej i w temperaturze do 1000°C. Pochodną chityny może być chitozan. Korzystnie, gdy chityna jest impregnowana wodnym roztworem azotanu(V) miedzi(II) o stężeniu 0,01 M, a proces karbonizacji prowadzony jest w atmosferze azotu o maksymalnym zanieczyszczeniu tlenem do 0,2% obj. oraz w temperaturze powyżej 600°C, korzystnie 700°C. Czas wygrzewania w tej temperaturze wynosi co najmniej 30 minut. Korzystne jest również, gdy otrzymany po karbonizacji materiał poddaje się anodowemu utlenianiu elektrochemicznemu w 1M roztworze elektrolitu KCl, KNO3, NaCl, NaClO4, lub LiClO4, przy użyciu napięcia elektrycznego o wartości w zakresie od 1 do 3 V, które jest utrzymywane w czasie od 15 do 100 minut.

Nowe materiały węglowe, jak również kompozyty polimerowe wytwarzane z ich udziałem wykazują dużą aktywność biobójczą. Aktywność ta została wykazana w badaniach mikrobiologicznych wobec wybranych szczepów bakterii gram-dodatnich (Staphylococcus aureus) i gram-ujemnych (Escherichia coli), oraz grzybów (Rhizopus nigricans).

P r z y k ł a d 1. Chitynę, otrzymaną z pancerzy skorupiaków morskich (produkt handlowy CAS: 1398-61-4, Sigma Aldrich), w ilości 5 g poddaje się działaniu wodnego roztworu Cu(NO3)2 o stężeniu 0,1 M i o objętości 50 cm³. Po odsączeniu produktu i usunięciu nadmiaru roztworu, pozostałą masę pozostawia się do odparowania reszty wody. Całość przenosi się do pieca rurowego, do wnętrza którego podaje się w przepływie azot o maksymalnym zanieczyszczeniu tlenem do 0,1% obj. Piec rurowy zaopatrzony jest w głowicę szklaną z króćcem, przez który odprowadzany jest wypływający gaz zawierający gazowe produkty karbonizacji chityny. Piec rurowy ogrzewa się stopniowo, z szybkością 10°C/min do temperatury 700°C. Po otrzymaniu zadanej temperatury uzyskany materiał węglowy jest wygrzewany przez 1 godzinę, a następnie chłodzony do temperatury pokojowej. W ostatnim etapie otrzymany materiał jest przenoszony do szklanego, zaazotowanego pojemnika do przechowywania próbek.

P r z y k ł a d 2. Chitozan o stopniu deacetylacji ponad 75%, (hydrofilowy produkt handlowy CAS: 9012-76-4, Sigma Aldrich) w ilości 5 g poddaje się działaniu wodnego roztworu Cu(NO3)2 o stężeniu 0,05 M i o objętości 50 cm³. Po odsączeniu produktu i usunięciu nadmiaru roztworu, pozostałą masę pozostawia się do odparowania reszty wody. Całość przenosi się do pieca rurowego, do wnętrza którego podaje się w przepływie azot o maksymalnym zanieczyszczeniu tlenem do 0,1% obj. Piec rurowy zaopatrzony jest w głowicę szklaną z króćcem, przez który odprowadzany jest wypływający gaz zawierający gazowe produkty karbonizacji chitozanu. Piec rurowy ogrzewany jest stopniowo, szybkość grzania wynosi 10°C/min do temperatury 700°C. Po otrzymaniu zadanej temperatury uzyPL 227 337 B1 skany materiał węglowy jest wygrzewany przez 1 godzinę, a następnie chłodzony do temperatury pokojowej. W ostatnim etapie otrzymany materiał jest przenoszony do szklanego, zaazotowanego pojemnika do przechowywania próbek.

P r z y k ł a d 3. Uzyskane w przykładzie 1 i 2 środki biobójcze w postaci materiałów węglowych utlenia się w standardowym trójelektrodowym naczyniu elektrochemicznym. Elektrodą pracującą w takim układzie jest około 3 mm warstwa sedymentacyjna sproszkowanego materiału węglowego na płytce platynowej służącej, jako kontakt elektryczny. Przeciwelektrodę stanowi drut platynowy, a elektrodę porównawczą elektroda chlorosrebrowa (Ag/AgCl). Jako elektrolit podstawowy stosowany jest 1 M wodny roztwór chlorku potasu, jednakże podobne efekty procesu anodyzacji można uzyskać stosując inne elektrolity. Po usunięciu tlenu z układu wskutek przepływu przez naczynie gazu obojętnego w czasie 15 minut, przykładane jest do elektrod napięcie elektryczne o wartości 1,5 V przez 20 minut. Następnie anodyzowany materiał węglowy jest standardowymi metodami filtrowany, płukany i poddany suszeniu w temperaturze 100°C przez, kilkanaście godzin. W wyniku przeprowadzonego procesu anodyzacji otrzymuje się materiał o zwiększonej aktywności bakteriobójczej i lub grzybobójczej, w efekcie zmienionej struktury związków miedzi na powierzchni materiału węglowego.

Claims (5)

1. Sposób wytwarzania środka biobójczego zawierającego związki miedzi i materiał węglowy, znamienny tym, że do jego wytworzenia stosuje się chitynę lub jej pochodne, które są impregnowane wodnym roztworem azotanu(V) miedzi(II), a następnie karbonizowane w piecu rurowym, w atmosferze beztlenowej i w temperaturze do 1000°C.

2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że jako pochodną chityny stosuje się chitozan.

3. Sposób według zastrzeżenia od 1 do 2, znamienny tym, że chityna impregnowana jest wodnym roztworem azotanu(V) miedzi(II) o stężeniu 0.01M.

4. Sposób według zastrzeżenia od 1 do 3, znamienny tym, że proces karbonizacji prowadzony jest w atmosferze azotu o maksymalnym zanieczyszczeniu tlenem do 0,2% obj. oraz w temperaturze powyżej 600°C, korzystnie 700°C, a czas wygrzewania w tej temperaturze wynosi co najmniej 30 minut.

5. Sposób według zastrzeżenia od 1 do 4, znamienny tym, że materiał po karbonizacji poddaje się anodowemu utlenianiu elektrochemicznemu w 1 M roztworze elektrolitu KCl, KNO3, NaCl, NaClO4, lub LiClO4 przy użyciu napięcia elektrycznego o wartości w zakresie od 1 do 3 V, które jest utrzymywane w czasie od 15 do 100 minut.