PL248370B1

PL248370B1 - Podłoże z metalu, tworzywa sztucznego, szkła lub z tkaniny zawierające antydrobnoustrojową barierę oraz sposób wytwarzania antydrobnoustrojowej bariery na podłożu wykonanym z metalu, tworzywa sztucznego, szkła lub tkaniny

Info

Publication number: PL248370B1
Application number: PL435460A
Authority: PL
Inventors: Rafał Wróbel; Agata Markowska-Szczupak; Beata Michalkiewicz
Original assignee: Univ West Pomeranian Szczecin Tech
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2025-12-01
Also published as: PL435460A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest element z metalu, tworzywa sztucznego, szkła lub z tkaniny, zawierający antydrobnoustrojową barierę, charakteryzuje się tym, że barierę stanowią trzy warstwy metalu w postaci miedzi, srebra i złota o grubości od 10 do 100 nm każda, przy czym całkowita grubość bariery wynosi od 30 do 150 nm. Korzystnie miedź stanowi ostatnią, zewnętrzną warstwę bariery. Zgłoszenie obejmuje także sposób wytwarzania antydrobnoustrojowych barier na powierzchniach wykonanych z metalu, tworzywa sztucznego, szkła lub tkaniny, z wykorzystaniem osadzania metali z fazy gazowej metodą rozpylania magnetronowego, charakteryzuje się tym, że barierę wytwarza się osadzając na podłożu trzy warstwy metali w postaci miedzi, srebra i złota o grubości od 10 do 100 nm każda, przy czym całkowita grubość bariery wynosi od 30 do 150 nm. Korzystnie warstwę miedzi osadza się jako ostatnią, zewnętrzną warstwę bariery.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest podłoże z metalu, tworzywa sztucznego, szkła lub z tkaniny zawierające antydrobnoustrojową barierę oraz sposób wytwarzania antydrobnoustrojowej bariery na podłożu wykonanym z metalu, tworzywa sztucznego, szkła lub tkaninie w wyniku fizycznego osadzania metali z wykorzystaniem rozpylania magnetronowego. Elementami takimi mogą być na przykład długopisy, terminale płatnicze, klucze, klamki, filtry do masek, maseczki, szkło laboratoryjne.

Sposób produkcji antybakteryjnego i antyalergicznego i materiału włókienniczego, przeznaczonego bezpośrednio lub jako podstawowy składnik szczególnie na materace, poduszki, kołdry pod bieliznę pościelową oraz na odzież sportową, ochronną np. dla celów medycznych opisano w PL 211417. Sposób produkcji charakteryzuje się tym, że z submikroproszków SiO2/Ag lub/i SiO2/Cu sporządza się homogeniczną zawiesinę w wodzie lub w rozpuszczalniku organicznym. Homogenizację zawiesiny przeprowadza się w homogenizatorze ultradźwiękowym i wprowadza się ją do tworzywa błony w początkowym etapie tworzenia, czyli do stanowiącej pastę powlekającą emulsji. Pastę nanosi się na nośnik włókienniczy i suszy.

Sposób wytwarzania antybakteryjnej włókniny filtracyjnej i antybakteryjnej włókniny filtracyjnej opisano w PL 208031. Metoda polega na rozdmuchiwaniu stopionego polimeru bioaktywnej włókniny filtracyjnej o masie powierzchniowej 10 - 300 g/m² zawierającej substancję biobójczą w postaci jonów srebra i nieorganicznego nośnika zawierającego jony cynku, tytanu lub baru. Włóknina bioaktywna może być wytwarzana jako samoistna lub na podłożu z włókniny innego typu, korzystnie z włókniny igłowanej bioaktywnej i jest przeznaczona do budowy bioaktywnych filtrów, a szczególnie półmasek ochronnych.

Sposób nadawania płaskim wyrobom włókienniczym z włókien celulozowych lub ich mieszanek z włóknami syntetycznymi właściwości antybakteryjnych i antygrzybicznych opisano w PL 214689. Wyrób napawa się wodnym roztworem soli srebra, następnie wyżyma się roztwór za pomocą wałów wyżymających, suszy się w temperaturze 60°C. Następnie napawa się wodnym roztworem chlorku sodowego lub wodnym roztworem kwasu solnego, ponownie wyżyma za pomocą wałów wyżymających i w końcu co najmniej jedną stronę wyrobu poddaje się działaniu światła, korzystnie ultrafioletowego i ewentualnie sterylizuje.

Sposób nadania masce ochronnej działania przeciwbakteryjnego znany z patentu UA49742U polega na zaimpregnowaniu roztworem nanocząstek koloidu co najmniej jednego bakteriobójczego metalu lub jego tlenku lub jego wodorotlenku lub ich mieszaniny. Opisane metale to srebro, miedź, złoto, platyna, pallad, iryd, cynk, magnez, cyna.

Sposób wytwarzania przeciwbakteryjnej emulsji polimerowej i kompozycji powłokowych przedstawiono w CN102206393A. Wodna emulsja polimeru przeciwbakteryjnego zawiera polimer, utleniacz i metal skompleksowany z kopolimerem zawierającym monomery o ugrupowaniach heterocyklicznych. Jako metal stosuje się: miedz, srebro, złoto, cynę, cynk i ich kombinacje. Kompozycje powłokowe otrzymane z takich emulsji zapewniają trwałe działanie przeciwbakteryjne o szerokim spektrum. Sposób wytwarzania włókniny z substancją antybakteryjną opisano w UA58878U. Jako substancję przeciwbakteryjną stosuje się roztwór co najmniej jednego cytrynianu metalu bakteriobójczego: srebro, miedź, złoto, platynę, pallad, iryd.

Sposób otrzymywania antybakteryjnej folii transferowej przedstawiono w JPH0939499A. Antybakteryjną warstwę powłokową otrzymuje się przez równomierne rozproszenie substancji przeciwbakteryjnej w przezroczystym roztworze żywicy. Jako substancję przeciwbakteryjną stosuje się związek srebra, miedzi lub tytanu.

Sposób otrzymywania środka powłokowego o właściwościach przeciwbakteryjnych przeciwgrzybicznych i przeciwwirusowych opisano w WO2011118908. W jego skład wchodzi naturalnie ekstrahowany polifenol oraz nanometal taki jak: miedź, srebro, cynk, platyna, złoto. Środek ten można nakładać na różne powierzchnie w celu nadania im przeciwbakteryjnych przeciwgrzybicznych i przeciwwirusowych właściwości.

Metoda przygotowania folii antybakteryjnej z wykorzystaniem srebra i technologii powlekania próżniowego została opisana w CN104451573. Folia polietylenowa uzyskuje właściwości antybakteryjne po naniesieniu nanosrebra w wyniku rozpylania magnetronowego.

Metoda otrzymywania węgla aktywnego o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych została przedstawiona w JPH02160707. Polega ona na rozpylaniu srebra na węglu aktywnym z wykorzystaniem fal ultradźwiękowych, w tym również za pomocą magnetronu.

Metoda wytwarzania antybakteryjnej skóry posrebrzanej opisano w CN101608246. Sposób charakteryzuje się tym, że srebro jest nanoszone metodą rozpylania magnetronowego i / lub z wykorzystaniem fal o częstotliwości radiowej. Metoda ta nie zanieczyszcza, nie zmienia właściwości surowych materiałów skórzanych ale nadaje właściwości antybakteryjne.

Sposób wytwarzania tarcz z tlenku cynku domieszkowanego srebrem oraz cienkich warstw nanoproszku antybakteryjnego opisano w RO131727. Tarcze służą jako źródło cynku i srebra w magnetronie. Stosując magnetronowe rozpylanie na nośniku ze stali nierdzewnej uzyskuje się antybakteryjne warstwy nanostrukturalne o grubości 1000 nm. W RO132592 opisano sposób wytwarzania tarcz do rozpylania cienkich warstw nanostrukturalnych zawierających srebro i tytan oraz metodę otrzymywania tych warstw na podłożu ze stali nierdzewnej. Przy czym uzyskane materiały o właściwościach przeciwbakteryjnych są wykorzystywane w zastosowaniach medycznych, takich jak narzędzia chirurgiczne. Jak zastrzeżono w wynalazku, cienkie warstwy są wykonane z monowarstwy lub jednorodnych homogenicznych wielowarstw Ag - TiO o zawartości masowej 0,4 - 1,6% Ag i grubości w zakresie 200 - 1000 nm. Proces otrzymywania cienkich warstw polega na rozpylaniu magnetronowym srebra i tytanu na austenitycznym podłożu ze stali nierdzewnej typu 316L, polerowanej na lustro.

Nieoczekiwanie okazało się, że zastosowanie jednocześnie srebra, miedzi i złota w postaci warstw nanoszonych w wyniku fizycznego osadzania z fazy gazowej za pomocą rozpylania magnetronowego zapewnia niesłychane właściwości antydrobnoustrojowe.

Podłoże z metalu, tworzywa sztucznego, szkła lub z tkaniny zawierające antydrobnoustrojową barierę, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że antydrobnoustrojową barierę stanowi układ trzech warstw metalu w postaci miedzi, srebra i złota o grubości od 10 do 100 nm każda, przy czym całkowita grubość bariery wynosi od 30 do 150 nm.

Korzystnie miedź stanowi ostatnią, zewnętrzną warstwę bariery.

Sposób wytwarzania antydrobnoustrojowych bariery na podłożu wykonanym z metalu, tworzywa sztucznego, szkła lub tkaniny, według wynalazku z wykorzystaniem osadzania metali z fazy gazowej metodą rozpylania magnetronowego, charakteryzuje się tym, że antydrobnoustrojową barierę wytwarza się osadzając na podłożu układ trzech warstw metali w postaci miedzi, srebra i złota do uzyskania grubości każdej z warstw od 10 do 100 nm, przy czym całkowita grubość antydrobnoustrojowej bariery wynosi od 30 do 150 nm.

Korzystnie warstwę miedzi osadza się jako ostatnią, zewnętrzną warstwę antydrobnoustrojowej bariery.

Podstawową zaletą wynalazku jest wykorzystanie przeciwdrobnoustrojowych właściwości srebra, miedzi i złota w jednym produkcie. Metale w postaci nanocząstek tworzą szereg warstw składających się na barierę. Zapewnia to niesłychanie silne działanie bakteriobójcze i potencjalnie antywirusowe. Bariery mogą być w prosty i szybki sposób nanoszone na różne elementy, w tym także na przedmioty codziennego użytku. Nanoszenie takich barier może być także ostatnim etapem produkcji dowolnego przedmiotu.

Skuteczność obejmuje likwidację przeszło 99,99% modelowych gatunków bakterii Gram ujemnych i Gram dodatnich po 3 godzinach w przypadku barier nanoszonych na materiały inne niż tkanina.

Sposób według wynalazku zilustrowany jest w przykładach wykonania.

Przykład 1

Płytkę szklaną o powierzchni 1 cm² umieszczono w systemie do napylania magnetronowego wykorzystującego bombardowanie jonami argonu, przy natężeniu prądu 50 mA w warunkach 10^-2 mbar, po odgazowaniu w warunkach 10^-4 mbar. Na płytce kolejno osadzano Au o grubości 30 nm, Ag o grubości 30 nm, Cu o grubości 40 nm. Oceny bioaktywności otrzymanych płytek szklanych według wynalazku, w stosunku do płytek szklanych niepokrytych warstwą metali badano na dwóch modelowych szczepach bakterii

- Escherichia coli (pałeczka Gram-ujemna) szczep K12 ATCC 25922

- Staphylococcus epidermidis (ziarniak Gram-dodatni) szczep ACCT 49461.

Badania przeprowadzono według standardu ASTM E2149-01: „Standard test method for determining the antimicrobial activity of antimicrobial agents under dynamic contact conditions” (metoda dynamiczna określenia właściwości antybakteryjnych), w modyfikacji własnej. W teście oceniano ubytek bakterii w roztworze po kontakcie z płytką pokrytą warstwą metali w czasie od 1 do 24 godzin. Aktywność w stosunku do drobnoustrojów oceniano ilościowo (liczba bakterii przed i po kontakcie z materiałem podana jako CFU/ml), określając procentowo ubytek bakterii z zawiesiny.

W kontakcie z tą barierą już po 2 godz. nie stwierdzano obecności mikroorganizmów zawiesinie.

Przykład 2

Płytkę metalową o powierzchni 1 cm² umieszczono w systemie do napylania magnetronowego wykorzystującego bombardowanie jonami argonu, przy natężeniu prądu 50 mA w warunkach 10^-2 mbar, po odgazowaniu w warunkach 10^-4 mbar. Na płytce kolejno osadzano Cu o grubości 10 nm, Au o grubości 10 nm, Ag o grubości 10 nm.

Testy przeciwdrobnoustrojowe przeprowadzono zgodnie z metodyką opisaną w przykładzie 1. W kontakcie z tą barierą po 3 godz. nie stwierdzano obecności mikroorganizmów zawiesinie. Po 2 godz. zaobserwowano ubytek bakterii 30%.

Przykład 3

Tkaninę bawełnianą o powierzchni 1 cm² umieszczono w systemie do napylania magnetronowego wykorzystującego bombardowanie jonami argonu, przy natężeniu prądu 50 mA w warunkach 10^-2 mbar, po odgazowaniu w warunkach 10^-4 mbar. Na tkaninie kolejno osadzano Au o grubości 30 nm, Ag o grubości 30 nm, Cu o grubości 30 nm.

Badania przeprowadzono według standardu AATCC 147 „Antibacterial Activity Assessment of Textile Materials: Parallel Streak Method” umożliwiającą określenie właściwości antybakteryjnych tekstyliów. W teście oceniano wielkość strefy zahamowania wzrostu modelowych bakterii Gram-ujemnych Escherichia coli, szczep K12 ATCC 25922 i Gram-dodatnich Staphylococcus epidermidis, szczep ACCT 49461. Kawałki włókniny o rozmiarach 1x1 cm z naniesioną warstwą metali umieszczano na powierzchnię odpowiedniego podłoża agarowego na płytkach Petriego, uprzednio zaszczepionego inokulum bakterii o znanej gęstości (0,5 w skali McFarland, BioMerieux Polska). Jako kontrolę zastosowano włókninę niepokrytą warstwą metali. Wszystkie próby wykonano w trzech powtórzeniach. Po dwudziestoczterogodzinnej inkubacji w temperaturze 37°C dokonano pomiaru średnicy stref zahamowania wzrostu bakterii wokół poszczególnych kawałków włókniny. Wielkość strefy zahamowania wzrostu bakterii wokół kawałka włókniny była proporcjonalna do właściwości przeciwdrobnoustrojowych materiału.

Wielkość strefy zahamowania wynosiła 0,5 cm.

Przykład 4

Płytkę metalową o powierzchni 1 cm² umieszczono w systemie do napylania magnetronowego wykorzystującego bombardowanie jonami argonu, przy natężeniu prądu 50 mA w warunkach 10^-2 mbar, po odgazowaniu w warunkach 10^-4 mbar. Na tkaninie kolejno osadzano Ag o grubości 20 nm, Au o grubości 40 nm, Cu o grubości 60 nm.

Testy przeciwdrobnoustrojowe przeprowadzono zgodnie z metodyką opisaną w przykładzie 1. W kontakcie z tą barierą po 3 godz. nie stwierdzano obecności mikroorganizmów zawiesinie. Po 2 godz. zaobserwowano ubytek bakterii 80%.

Przykład 5

Folię polietylenową o powierzchni 1 cm² umieszczono w systemie do napylania magnetronowego wykorzystującego bombardowanie jonami argonu, przy natężeniu prądu 50 mA w warunkach 10^-2 mbar, po odgazowaniu w warunkach 10^-4 mbar. Na folii kolejno osadzano Au o grubości 10 nm, Cu o grubości i 70 nm, Ag o grubości 20 nm.

Testy przeciwdrobnoustrojowe przeprowadzono zgodnie z metodyką opisaną w przykładzie 1. W kontakcie z tą barierą po 3 godz. nie stwierdzano obecności mikroorganizmów zawiesinie. Po 2 godz. zaobserwowano ubytek bakterii 45%.

Przykład 6

Płytkę szklaną o powierzchni 1 cm² umieszczono w systemie do napylania magnetronowego wykorzystującego bombardowanie jonami argonu, przy natężeniu prądu 50 mA w warunkach 10^-2 mbar, po odgazowaniu w warunkach 10^-4 mbar. Na płytce kolejno osadzano Au o grubości 10 nm, Ag o grubości 40 nm, Cu o grubości 100 nm.

Testy przeciwdrobnoustrojowe przeprowadzono zgodnie z metodyką opisaną w przykładzie 1. W kontakcie z tą barierą po 3 godz. nie stwierdzano obecności mikroorganizmów zawiesinie. Po 2 godz. zaobserwowano ubytek bakterii 75%.

Przykład 7

Płytkę metalową o powierzchni 1 cm² umieszczono w systemie do napylania magnetronowego wykorzystującego bombardowanie jonami argonu, przy natężeniu prądu 50 mA w warunkach 10^-2 mbar, po odgazowaniu w warunkach 10^-4 mbar. Na płytce kolejno osadzano Ag o grubości 10 nm, Au o grubości 10 nm, Cu o grubości 10 nm.

Testy przeciwdrobnoustrojowe przeprowadzono zgodnie z metodyką opisaną w przykładzie 1. W kontakcie z tą barierą po 3 godz. nie stwierdzano obecności mikroorganizmów zawiesinie. Po 2 godz. zaobserwowano ubytek bakterii 55%.

Claims

1. Podłoże z metalu, tworzywa sztucznego, szkła lub z tkaniny zawierające barierę antydrobnoustrojową, znamienne tym, że barierę antydrobnoustrojową stanowi układ trzech warstw metalu osadzonych na podłożu w postaci miedzi, srebra i złota o grubości od 10 do 100 nm każda, przy czym całkowita grubość bariery wynosi od 30 do 150 nm.

2. Podłoże według zastrz. 1, znamienne tym, że miedź stanowi ostatnią, zewnętrzną warstwę bariery.

3. Sposób wytwarzania antydrobnoustrojowej bariery na podłożu wykonanym z metalu, tworzywa sztucznego, szkła lub tkaniny, z wykorzystaniem osadzania metali z fazy gazowej metodą rozpylania magnetronowego, znamienny tym, że antydrobnoustrojową barierę wytwarza się osadzając na podłożu układ trzech warstw metali w postaci miedzi, srebra i złota do uzyskania grubości każdej z warstw od 10 do 100 nm, przy czym całkowita grubość antydrobnoustrojowej bariery wynosi od 30 do 150 nm.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że warstwę miedzi osadza się jako ostatnią, zewnętrzną warstwę antydrobnoustrojowej bariery.