PL244271B1

PL244271B1 - Sposób otrzymywania włókniny aktywnej przeciwdrobnoustrojowo

Info

Publication number: PL244271B1
Application number: PL439740A
Authority: PL
Inventors: Anna Marzec; Bolesław Szadkowski; Małgorzata HALLER; Małgorzata Haller
Original assignee: Biovalley Spoldzielnia Socjalna; Politechnika Lodzka
Priority date: 2021-12-03
Filing date: 2021-12-03
Publication date: 2024-01-03
Also published as: EP4441285A1; PL439740A1; US20250034797A1; MX2024006786A; WO2023101569A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania włókniny aktywnej przeciwdrobnoustrojowo, który charakteryzuje się tym, że sporządza się wodny roztwór zawierający: kwas cytrynowy w ilości od 0,1 do 30% mas., chitozan w ilości od 0,1 do 20% mas., tlenek cynku w ilości od 0,1 do 15% mas., lawson w ilości od 0,01 do 3% mas., oraz korzystnie naturalne olejki eteryczne w ilości od 0,01 do 5% mas., zwłaszcza z mięty lub lawendy. W kolejnym etapie przygotowany roztwór nanosi się na włókninę, która następnie się suszy.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania włókniny aktywnej przeciwdrobnoustrojowo, zarówno w stosunku do bakterii jak i grzybów. Włóknina otrzymywana sposobem według wynalazku, przeznaczona jest szczególnie na wyroby jednorazowej odzieży dla personelu medycznego, na piżamy, pościele, czy bieliznę używane w ośrodkach opieki zdrowotnej.

Literatura patentowa ujawnia metody otrzymywania włóknin do produkcji odzieży i opatrunków o właściwościach biostatycznych. Wysoce wchłaniająca wodę i oddychająca włóknina medyczna ujawniona w opisie patentowym CN201810815169A zawiera: modyfikowane włókno polialkoholu winylowego, modyfikowane włókno morwy, modyfikowane włókno chitozanowe, karboksymetylocelulozę, kazeinę, błonnik aloesowy, alginian sodu, skrobię, poliwinylopirolidon i ekstrakt roślinny.

Z opisu patentowego PL229041B1 znany jest sposób nanoszenia pokrycia antybakteryjnego (nanocząsteczek tlenku cynku) na dzianinę lub tkaninę w celu wytwarzania materiałów włókienniczych, które charakteryzują się dużą aktywnością mikrobiologiczną np. wobec bakterii pałeczki okrężnicy i gronkowca złocistego.

Z kolei w opisie patentowym CN202110017875A ujawniono metodę otrzymywania włókninowych maseczek w których rolę substancji antybakteryjnych pełnią m.in. wyciąg z wiciokrzewu, chityna, chitozan lub węglan wapnia.

W ogólności ze stanu techniki znane są biobójcze właściwości takich związków jak kwas cytrynowy (https://doi.org/10.1111/lam.13420), tlenek cynku, chitozan lub lawson (https://doi.org//10.1016/j.medmal.2012.05.002). Związki te stanowią nawet niektóre składniki kosmetyków przeznaczonych do pielęgnacji skóry i włosów (US2004219124A1). Brak jednak opracowanych technologii wytwarzania włóknin, w których zawarto by łącznie te związki stosując nieskomplikowane technologicznie procesy i nie wpływając negatywnie na właściwości mechaniczne i estetyczne włóknin. Częstym problemem nanoszenia powłok o właściwościach biobójczych na włókna polimerowe są: mała adhezja, pogorszenie właściwości mechanicznych włóknin (elastyczności), nieestetyczny końcowy efekt wizualny oraz złożoność stosowanych procedur fizycznych i chemicznych. Przy tym efektywność biobójcza ograniczona jest tylko do niektórych szczepów bakterii lub grzybów.

Celem wynalazku było otrzymanie włóknin przeznaczonych na odzież medyczną jednorazowego użytku o właściwościach ograniczających rozwój bakterii i grzybów (włóknin aktywnych przeciwdrobnoustrojowo), które ponadto charakteryzują się dobrymi właściwościami użytkowymi i estetycznymi, a sam sposób wytwarzania takiej włókniny jest nieskomplikowany technologicznie. Włókniny te powinny się charakteryzować szerokim spektrum oddziaływania przeciwdrobnoustrojowego (co najmniej dla dwóch szczepów bakterii i grzybów, a nawet wirusów).

Istotą wynalazku jest sposób otrzymywania włókniny aktywnej przeciwdrobnoustrojowo, który charakteryzuje się tym, że sporządza się wodny roztwór zawierający: (i) kwas cytrynowy w ilości od 0,1 do 30% mas., (ii) chitozan w ilości od 0,1 do 20% mas., (iii) tlenek cynku w ilości od 0,1 do 15% mas., (iv) lawson w ilości od 0,01 do 3% mas., po czym roztwór ten nanosi się na włókninę, którą następnie się suszy.

Korzystne jest, gdy roztwór sporządza się w ten sposób, że najpierw do wody dodaje się kwas cytrynowy, a po jego rozpuszczeniu chitozan, a następnie dodaje się tlenek cynku i lawson.

Opcjonalnie chitozan rozpuszcza się w wodnym roztworze kwasu cytrynowego o temperaturze co najmniej 40°C, natomiast tlenek cynku i lawson wprowadza się do roztworu o temperaturze co najmniej 50°C, przy czym po wprowadzaniu każdego składnika następuje intensywne mieszanie i homogenizacja mieszaniny roztworu.

Wskazane jest, aby roztwór nanosić na włókninę poprzez zanurzenie jej w przygotowanym roztworze o temperaturze co najmniej 30°C w czasie co najmniej 15 minut.

Korzystnie jest, jeżeli włókninę po wyciągnięciu z roztworu suszy się w temperaturze co najmniej 40°C w czasie co najmniej 20 minut.

Opcjonalnie, roztwór może zawierać dodatkowo olejki eteryczne w ilości od 0,01 do 5% mas., pochodzenia roślinnego, zwłaszcza z mięty lub lawendy, które wprowadza się jako końcowy składnik roztworu, przed naniesieniem na włókninę.

Zaletą opracowanego sposobu według wynalazku jest wykorzystanie prostych środków technicznych do jego realizacji oraz naturalnych komponentów w proporcjach pozwalających uzyskać dobrą i bardzo dobrą aktywność przeciwdrobnoustrojową włókniny, zarówno w stosunku do bakterii jak i grzybów. Włóknina uzyskiwana sposobem według wynalazku efektywnie ogranicza rozwój nie tylko bakterii

PL 244271 Β1 i grzybów, ale również wirusów, tym samym chorób i infekcji przenoszonych przez te mikroorganizmy. Ponadto włóknina wytwarzana sposobem według niniejszego wynalazku charakteryzuje się dobrymi właściwościami użytkowymi i estetycznymi, ponieważ właściwości mechaniczne włókniny nie ulegają pogorszeniu, z drugiej strony zintensyfikowana jest jej barwa. Należy podkreślić, że włókniny wytwarzane sposobem według wynalazku charakteryzują się szerokim spektrum oddziaływania biobójczego, co potwierdzono eksperymentalnie dla dwóch szczepów bakterii i dwóch szczepów grzybów. Natomiast wprowadzenie naturalnych olejków eterycznych nadaje włókninie, wytwarzanej sposobem według wynalazku, zapach, zapewniając jednocześnie dobre właściwości biobójcze.

Sposób według wynalazku w przykładach realizacji przebiega w trzech zasadniczych etapach:

1) Przygotowanie roztworu składającego się z:

• wody, • kwasu cytrynowego (kwasu 2-hydroksypropano-1,2,3-trikarboksylowy), • chitozanu (o masie cząsteczkowej od 310000-375000 Da), • tlenku cynku (w postaci proszku nanometrycznego), • lawsonu (2-hydroksy-1,4-naftochinonu), • olejku miętowego lub lawendowego.

2) Naniesienie przygotowanego roztworu na włókninę polipropylenowo-wiskozową poprzez zanurzenie jej w roztworze.

3) Suszenie włókniny.

Składy stosowanych kompozycji roztworu zestawiono w tabeli 1.

Tabela 1. Kompozycja roztworu wykorzystywana w przykładach realizacji sposobu według wynalazku

Składnik roztworu	Możliwy zakres udziału (%mas.)	Jeden z preferowanych udziałów (% mas.)	Drugi z preferowanych udziałów (% mas.)
woda	w pozostałym zakresie	83,6	85,3
kwas cytrynowy	0,1-30	12,5	10,2
chitozan	0,1-20	2,5	3,4
tlenek cynku	0,01-15	0,8	0,1
lawson	0,01-3	0,2	0,1
olejek miętowy lub lawendowy	0,01-5	0,4	0,9

Preferowany przykład nr 1

W zlewce zaopatrzonej w mieszadło magnetyczne, termometr oraz system grzania umieszczono 100 ml wody oraz 15 g kwasu cytrynowego i mieszano 15 minut. Następnie roztwór ogrzano do temperatury 70°C i w trakcie mieszania dodano 3 g chitozanu, reakcję prowadzono przez 20 minut. Podczas mieszania w temperaturze 70°C, dodano 1 g tlenku cynku i 0,2 g lawsonu, reakcję w tej temperaturze prowadzono przez 30 minut.

Następnie po schłodzeniu roztworu do temperatury 30°C dodano do niego 0,5 g olejku miętowego, wymieszano, a następnie zanurzono w nim włókninę w czasie 20 minut. W innej opcji realizacji sposobu według wynalazku, zamiast zanurzania, roztwór natryskiwano na włókninę po obu jej stronach.

W ostatnim etapie, po naniesieniu roztworu, włókninę suszy się w temperaturze 40°C w czasie 20 minut.

Otrzymana włóknina wykazywała bardzo dobrą aktywność przeciwdrobnoustrojową zarówno w stosunku do bakterii jak i grzybów (tab. 2).

PL 244271 Β1

Tabela 2. Aktywność biobójcza w stosunku do bakterii E. coli i S. aureus oraz grzybów C. albicans i A. niger (badania wykonano zgodnie z normami PN-EN ISO 20645:2006 (bakterie) oraz PN-EN ISO 14119:2005 (grzyby))

Aktywność biobójcza w stosunku do
E. coli	S. aureus	C. albicans	A. niger
4-++	+++	+++	+++

Bardzo dobra aktywność +++, Dobra aktywność ++, Niska aktywność +, Brak aktywności Preferowany przykład nr 2

W zlewce zaopatrzonej w mieszadło magnetyczne, termometr oraz system grzania umieszczono 100 ml wody oraz 12 g kwasu cytrynowego i mieszano 5 minut. Następnie roztwór ogrzano do temperatury 40°C i w trakcie mieszania dodano 4 g chitozanu, a reakcję prowadzono przez 40 minut. Podczas mieszania w temperaturze 50°C, dodano 0,1 g tlenku cynku i 0,06 g lawsonu, a reakcję prowadzono w tej temperaturze przez 30 minut.

Następnie po schłodzeniu roztworu do temperatury 40°C dodano do niego 1 g olejku lawendowego, wymieszano, a następnie zanurzono w nim włókninę w czasie 15 minut. W innym przykładzie realizacji sposobu według wynalazku, zamiast zanurzania, roztwór natryskiwano na włókninę po obu jej stronach.

W ostatnim etapie, po naniesieniu roztworu, włókninę suszy się w temperaturze 40°C w czasie 120 minut.

Otrzymana włóknina wykazywała bardzo dobrą aktywność przeciwdrobnoustrojową w stosunku do bakterii oraz bardzo dobrą i dobrą w stosunku do grzybów (tab. 2).

Tabela 3. Aktywność biobójcza w stosunku do bakterii E. coli i S. aureus oraz grzybów C. albicans i A. niger (badania wykonano zgodnie z normami PN-EN ISO 20645:2006 (bakterie) oraz PN-EN ISO 14119:2005 (grzyby))

Aktywność biobójcza w stosunku do
E. coli	S. aureus	C. albicans	A. niger
+++	+++	+++	++

Bardzo dobra aktywność +++, Dobra aktywność ++, Niska aktywność +, Brak aktywności Z przeprowadzonych badań eksperymentalnych nieoczekiwanie uzyskano również bardzo dobrą aktywność przeciwwirusową tkanin wytwarzanych sposobem według wynalazku (ponad 99% redukcja miana wirusa). Wirusem testowym był wirus grypy ludzkiej typu A (Humań influenzavirus A/H1N1, szczep A/PR/8/34; ATCC-VR-1469™, Orthomyxoviridae). Wyniki badań aktywności przeciwwirusowej badanych materiałów przeciwko A/H1N1 (n=9) dla tkanin uzyskanych preferowanym sposobem nr 1 (tkanina T1) oraz sposobem nr 2 (tkanina T2) zestawiono w tabeli 4.

PL 244271 Β1

Tabela 4. Aktywność przeciwwirusowa badanych materiałów przeciwko A/H1N1 (n=9)

Badana tkanina	Miano wirusa po 2h inkubacji	Redukcja miana wirusa	Redukcja miana wirusa
logTCIDso	logTCIDso	%
Tl	1,72	2	99,00
T2	0,5	3,2	99,93
Referencja	3,72	-	-
A/H1N1 (kontrola)	3,83	-	-

Badania te przeprowadzono zgodnie z normą ISO 18184, natomiast redukcję miana wirusa powodowaną przez badane materiały obliczono przy użyciu metody Spearmana-Karbera.

Claims

1. Sposób otrzymywania włókniny aktywnej przeciwdrobnoustrojowo, znamienny tym, że sporządza się wodny roztwór zawierający:

- kwas cytrynowy w ilości od 0,1 do 30% mas.,

- chitozan w ilości od 0,1 do 20% mas.,

- tlenek cynku w ilości od 0,1 do 15% mas.,

- lawson w ilości od 0,01 do 3% mas., po czym roztwór ten nanosi się na włókninę, którą następnie się suszy.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że roztwór sporządza się w ten sposób, że najpierw do wody dodaje się kwas cytrynowy, a po jego rozpuszczeniu chitozan, a następnie dodaje się tlenek cynku i lawson.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że chitozan rozpuszcza się w wodnym roztworze kwasu cytrynowego o temperaturze co najmniej 40°C, natomiast tlenek cynku i lawson wprowadza się do roztworu o temperaturze co najmniej 50°C, przy czym po wprowadzaniu każdego składnika następuje intensywne mieszanie i homogenizacja mieszaniny roztworu.

4. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że roztwór nanosi się na włókninę poprzez jej zanurzenie w przygotowanym roztworze o temperaturze co najmniej 30°C w czasie co najmniej 15 minut.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że po wyciągnięciu z roztworu włókninę suszy się w temperaturze co najmniej 40°C w czasie co najmniej 20 minut.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że roztwór zawiera dodatkowo olejki eteryczne w ilości od 0,01 do 5%mas., pochodzenia roślinnego, zwłaszcza z mięty lub lawendy, które wprowadza się jako końcowy składnik roztworu, przed naniesieniem na włókninę.