PL229030B1 - Nanopreparat bakteriobójczy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest nanopreparat bakteriobójczy mający zastosowanie w urządzeniach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych.

Masowe zastosowanie urządzeń wentylacyjnych i klimatyzacyjnych jest powiązane z coraz częstszym nasileniem objawów alergii oraz nieżytami górnych dróg oddechowych. W latach 70-tych i 80-tych XX wieku zauważono iż w urządzeniach klimatyzacyjnych, zwłaszcza nieserwisowanych lub sporadycznie używanych - rozwijają się patogeny mogące powodować ciężkie choroby układu oddechowego. Jaskrawym przykładem tego było wystąpienie gorączki Pontiac w budynku Departamentu Zdrowia w Pontiac w 1968 roku oraz ciężkiej niewydolności oddechowej na zjeździe weteranów Bellevue-Stratford Hotel w Filadelfii w lipcu 1976 roku. W obu przypadkach głównym źródłem zakażenia były systemy klimatyzacyjne budynków będące źródłem chorobotwórczych patogenów.

W związku z powyższym, zasadniczą kwestią związaną z urządzeniami klimatyzacyjnymi jest ich staranna konserwacja, serwis, czyszczenie oraz odkażanie. Jak pokazuje praktyka, warunki te, kluczowe do prawidłowego funkcjonowania instalacji klimatyzacyjnej, nie zawsze są spełniane. Wpływ na to mają zarówno ceny usługi konserwacyjnej jak również przesunięcie czasu serwisu np. ze względu na konieczność pracy urządzenia. W takim wypadku, aby przynajmniej ograniczyć możliwości rozprzestrzeniania się patogenów w tych urządzeniach stosuje się filtry typu HEPA lub częściową dezynfekcję urządzenia za pomocą środków chemicznych. Niestety, jak pokazuje praktyka, tylko pełne wyczyszczenie i dezynfekcja urządzeń gwarantuje zabezpieczenie przed szkodliwymi patogenami. Nawet najmniejsze źródło szkodliwych organizmów powoduje ich rozprzestrzenienie w pomieszczeniu. Jest to związane ze specyfiką tych urządzeń, gdyż poza utrzymaniem stałej temperatury i wymiany powietrza, umożliwiają one ustawienie stałej zaprogramowanej wilgotności. Z tego powodu w miejscach gdzie panują optymalne warunki do rozwoju, patogenów, następuje ich wzrost a następnie rozprzestrzenienie w pomieszczeniu.

Chemiczne środki dezynfekcyjne używane do ograniczenia rozwoju patogenów w tych urządzeniach oparte są głównie na aktywnych formach tlenu (ozon, nadtlenek wodoru), alkoholach oraz detergentach. W bardzo ograniczonym stopniu stosowane są związki organiczne i układy oparte na chlorze. Specyfika zastosowania konstrukcji implikuje również ograniczenia w stosowaniu związków chemicznych do tych celów. Między innymi z tego powodu, czyszczenie i dezynfekcja urządzeń klimatyzacyjnych może odbywać się wtedy, gdy urządzenie jest wyłączone z eksploatacji. Po tej operacji, środek chemiczny musi ulec jeszcze rozłożeniu, w celu wyeliminowania ryzyka jego inhalacji przez ludzi. Z uwagi na powyższe, jednostkowe koszty serwisowania tego typu urządzeń są bardzo wysokie. Pewnym ominięciem tych problemów jest zastosowanie fizycznych metod eliminacji patogenów z ciągów wentylacyjnych. Rozwiązania tego typu oparte są na zastosowaniu promieniowania UV niszczącego patogeny. Ponadto promieniowanie to powoduje wytworzenie ozonu w strumieniu powietrza, niszczącego mikroorganizmy na drodze chemicznej.

Rozwiązanie tego typu opisane jest w zgłoszeniu patentowym WO 2004105804 A2, opisującym zastosowanie urządzenia generującego promieniowanie UV w kanale wentylacyjnym i związane z tym efekty. Zaletą tego typu rozwiązania jest częściowe wyeliminowanie konieczności stosowania chemii celem ograniczenia rozwoju szkodliwych mikroorganizmów, zwłaszcza bakterii z rodzaju Legionella. Jednakże skuteczność tego typu rozwiązania jest ograniczona w przypadku przestoju urządzenia, gdyż szkodliwe patogeny mogą w tym czasie swobodnie się rozwijać w miejscach gdzie czynnik biobójczy nie dociera.

Podobne rozwiązanie wykorzystujące kombinowany efekt działania biobójczego pro mieniowania UV jest opisany w zgłoszeniu patentowym WO 1995026486 A1. Dodatkowo, do układu klimatyzatora wprowadzane są drobne kropelki wody, dzięki czemu układ może utrzymywać stałą wilgotność powietrza.

W zgłoszeniu patentowym US 5755103 promieniowanie UV wykorzystano ponadto do dezynfekcji wody zbieranej w parowniku, która mogłaby stać się rezerwuarem szkodliwych mikroorganizmów. Oba te rozwiązania nie eliminują podstawowego mankamentu tego typu rozwiązań - aktywnego zwalczania patogenów w przypadku jego wyłączenia nie spowodowanego konserwacją.

Znany jest także z opisu zgłoszenia europejskiego EP2663184 wynalazek dotyczący nadawania właściwości przeciwbakteryjnych elastycznym łącznikom stosowanym w systemach wentylacyjnych z użyciem cząstek srebra w postaci nanokapsuł.

PL 229 030 B1

Wynalazek rozwiązuje zagadnienie otrzymywania nanopreparatu, który stanowi odpowiednio zmodyfikowany nanomateriał srebrowy, korzystnie z użyciem polimeru w postaci metakrylanu etylu, nanoszony na układ wymiennika ciepła z dodatkiem substancji trwale wiążących nanoszony materiał. Połączenie odpowiednio zmodyfikowanych jonów srebra oraz specjalnie dobranego polimeru stanowi aktywny układ antypatogenny. Rozwiązanie według naszego wynalazku pozwala na skuteczne zwalczanie szkodliwych mikroorganizmów w wymiennikach ciepła urządzenia wentylacyjnego, przystosowanego konstrukcyjnie do tego. Aktywnym medium działającym destrukcyjnie na patogeny jest specjalnie dobrana mieszanka polimerów oraz nanomateriałów srebrowych, którą nanosi się na powierzchnię wymiennika. Eliminuje to konieczność stosowania chemicznych środków dezynfekcyjnych. Rozwiązanie według wynalazku nie eliminuje możliwości zastosowania dodatkowego źródła czynników biobójczych w postaci promieniowania UV. Zastosowanie obu tych układów działających synergicznie zwiększa skuteczność całego urządzenia, a tym samym poprawia jakość powietrza w pomieszczeniach. Jednakże głównym czynnikiem powodującym redukcję liczebną patogenów zarówno podczas pracy urządzenia jak i przerwy w jego eksploatacji jest warstwa biobójczego preparatu naniesiona na układ wymiennika ciepła lub inne miejsce, gdzie przepływ powietrza powoduje jego kontakt z preparatem.

Nanopreparat bakteriobójczy charakteryzuje się tym, że zawiera komponent nanosrebrowy otrzymany w postaci koloidalnej, zawierający nanocząsteczki srebra w ilości 5-4000 ppm skompleksowane polialkoholem winylowym) PVA w ilości 0.01-15%, w obecności azotanu sodu lub potasu przy pH od 4.8 do 6.2 i dyspergatora stabilizującego w ilości 0.01-12% oraz korzystnie polimer w postaci polimetakrylanu etylu o masie cząsteczkowej 10-4000 kDa, przy czym komponent nanosrebrowy modyfikowany jest w obecności kwasu azotowego glikolem polietylenowym o masie cząsteczkowej 400 w ilości 0.1-45% oraz nadtlenkiem wodoru o stężeniu 30% w ilości 0.1-100 g/litr. Korzystnie, gdy komponent polimerowy występuje w postaci dyspersji.

Korzystnie, gdy jako dyspergator stabilizujący występuje glikol polietylenowy (PEG 400).

Będący przedmiotem wynalazku nanopreparal, który stanowi specjalnie dobrana mieszanka nanomateriałów srebrowych, korzystnie z dodatkiem polimeru, a zwłaszcza polimetakrylanu etylu, nanoszona na układ wymiennika ciepła lub inne miejsce, gdzie przepływ powietrza powoduje jego kontakt z preparatem, wywołuje redukcję patogenów podczas pracy urządzenia jak i przerwy w jego eksploatacji. Redukcja patogenów jest całkowita i następuje w krótkim czasie, w okresie ok. 1 h.

Efekty te są możliwe poprzez skompleksowanie jonów srebra alkoholem poliwinylowym, w obecności dyspergatora, korzystnie Monooleinianu polioksyetylenosorbitolu i azotanu sodu. Alkohol poliwinylowy umożliwia jednocześnie trwałe przyłączenie nanokompleksu do powierzchni chronionej. W przypadku zaś nanoszenia nanopreparatu na powierzchnię chronioną metodą zanurzenia trwale przyłączenie nanokompleksu do powierzchni chronionej (linker) zapewnia specjalnie dobrany polimer w postaci dyspersji polimetakrylanu etylu. Do prawidłowego utrzymania całego układu stosuje się azotan potasu, a ponadto aby nie zachodziła samoistna reakcja redukcji jonów srebra wprowadzany jest do mieszaniny utleniacz - perhydrol. Wszystkie użyte składniki w określonych, według wynalazku, ilościach wywołują synergizm bakteriobójczy.

P r z y k ł a d 1

3.4 g azotanu srebra rozpuszczono w 500 ml wody demineralizowanej o przewodności poniżej 20 mikrosiemensów. Całość umieszczono na mieszadle szybkoobrotowym i uruchomiono mieszanie przy 15 tys. obr/min. Do roztworu dodano następnie 7 g azotanu potasu, 2 g azotanu sodu, a w następnej kolejności 5 g 8% PVA. Całość mieszano do uzyskania jednorodnego koloidu przez co najmniej 10 min. Stopień kompleksowania jonów srebra sprawdzano laserem półprzewodnikowym. Po uzyskaniu jednorodnej linii promienia lasera, ponownie mieszano i wprowadzano 2 ml kwasu azotowego 65% oraz 5 ml dyspersji polimerowej metakrylanu etylu (OSAKRYL ADG) o zawartości suchej masy 50%. Po dokładnym wymieszaniu -20 min., do roztworu wprowadzono 30 ml perhydrolu 30% oraz 4 ml glikolu polietylenowego (PEG 400). Całość mieszano jeszcze przez 20 min. Gotowy preparat uzupełniono wodą do 1 kg.

Otrzymany preparat nakładano na materiał chroniony metodą zanurzeniową.

P r z y k ł a d 2

3.5 g octami srebra umieszczono w naczyniu szklanym 200 ml, dodano 20 ml stężonego amoniaku 25% oraz 100 ml wody. Całość umieszczono na mieszadle magnetycznym i mieszano do czasu całkowitego rozpuszczenia się mieszaniny. Roztwór przesączono, a przesącz uzupełniono wodą do 500 ml i umieszczono na mieszadle szybkoobrotowym - 12 000 obr/min. W trakcie mieszania do roztworu dodano kwas azotowy stężony 65% do czasu aż pH roztworu osiągnęło minimum 3. W następnej kolejności do roztworu dodano 6 g azotanu potasu, 2 g kwasu acetylosalicylowego (aspiryna) oraz 8 g 5% roztworu

PL 229 030 Β1

PVA. Mieszaninę dokładnie mieszano przez co najmniej 20 min. Po tym czasie sprawdzano efekt kompleksowania jonów za pomocą lasera CO2. Po zaobserwowaniu efektu Tyndalla, dodano do roztworu 2 g kwasu azotowego. Prosta linia lasera oznaczała właściwe skompleksowanie jonów. Następnie uruchomiono ponownie mieszanie - 12 tys. obr/min, wprowadzono 5 ml perhydrolu, 10 ml izopropanolu oraz ml PEG 400. Po dokładnym wymieszaniu - min 20 ml, roztwór uzupełniono wodą do 1 kg.

Otrzymany preparat nakładano na materiał chroniony metodą natryskową.

Nakładanie preparatu na konstrukcje wymiennika.

Preparat przed zastosowaniem musi być rozcieńczony do właściwego stężenia. Zależnie od zawartości srebra, stosuje się rozcieńczenie 200-800 ppm. Do rozcieńczenia używa się wyłącznie wody destylowanej zmieszanej z etanolem w stosunku 50:50 lub 70:30 - na korzyść wody. Etanol używany do rozcieńczenia nie może być skażony bitrexem lub innymi skażalnikami stałymi oraz cieczami nieparującymi. Nakładanie preparatu może odbywać się przez natrysk lub zanurzeniowo, przy czym w przypadku metody zanurzeniowej do materiału nanosrebrowego dodaje się polimetakrylan etylu. Po wykonaniu natrysku lub zanurzeniu właściwa reakcja wiązania preparatu z podłożem będzie zachodzić bezpośrednio na chronionym materiale.

Analiza przeciwbakteryjnego działania materiałów z naniesionym nanosrebrem przeprowadzona na modelu bakterii z rodziny Legionellaceae.

Materiał o powierzchni 4 cm² z nanocząsteczkami srebra oraz materiał kontrolny bez naniesionego srebra umieszczono w 1 ml zawiesiny bakterii Legionella pneumophila stereotyp 1 (ATCC 33152) (OD₆₂o=0.2) i inkubowano przez godzinę w temperaturze 37°C w atmosferze 5% CO2. Hodowlę wytrząsano z częstotliwością 120 rpm. Następnie wykonano szereg rozcieńczeń zawiesiny bakterii inkubowanej z materiałem badanym oraz kontrolnym i z każdego rozcieńczenia wysiano po 20 μΙ na płytki BCYE (zbuforowany agar z wyciągiem drożdżowym i węglem drzewnym) z cysteiną oraz antybiotykami (GVPC: gliceryna, wankomycyna, polymyksyna i cykloheksymid). Płytki inkubowano przez trzy dni w temperaturze 37°C w wilgotnej atmosferze przy zawartości 5% CO2: (Galaxy 170S. inkubator. New Brunswick), a następnie zliczono wyrosłe kolonie. Analizy wykonano w trzykrotnym powtórzeniu. Dane przedstawione w tabeli stanowią średnią arytmetyczną z otrzymanych wyników.

Tabela

Średnia liczba kolonii Legionella pneumophilia serotyp 1 po 1 godzinnej inkubacji z materiałem z nanocząsteczkami srebra w odniesieniu do materiału kontrolnego (bez nanocząsteczek srebra).

	l iczba kolonii Legionella pneumophilia
~~ —rozcieńczenie	xl0-'	χΙΟ4	xl(F
Materiał kontrolny (bez srebra)	niepoliczalna	600	58
Materiał badany (z nanocząsteczkami srebra)	0	0	0

Badania wykazały, że po godzinnej inkubacji materiału z nanocząsteczkami srebra nastąpiła całkowita eradykacja bakterii Legionella pneumophilia serotyp 1.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Nanopreparat bakteriobójczy, znamienny tym, że zawiera komponent nanosrebrowy otrzymany w postaci koloidalnej, zawierający nanocząsteczki srebra w ilości 5-4000 ppm skompleksowane polialkoholem winylowym) - PVA w ilości 0.01-15%, w obecności azotanu sodu lub potasu przy pH od 4.8 do 6.2 i dyspergatora stabilizującego w ilości 0.01-12%, oraz korzystnie w obecności polimeru w postaci polimetakrylanu etylu o masie cząsteczkowej 10-4000 kDa, przy czym komponent nanosrebrowy modyfikowany jest w obecności kwasu azotowego glikolem polietylenowym o masie cząsteczkowej 400 w ilości 0.1-45% oraz nadtlenkiem wodoru o stężeniu 30% w ilości 0.1-100 g/litr.
2. 2. Nanopreparat bakteriobójczy według zastrz. 1, znamienny tym, że komponent polimerowy występuje w postaci dyspersji.
3. 3. Nanopreparat bakteriobójczy według zastrz. 1, znamienny tym, że dyspergator stabilizujący stanowi glikol XX polietylenowy (PEG 400).