Bioaktywna włóknina na bazie kompozytu biopolimerowego o działaniu antybakteryjnym, antygrzybicznym i antywirusowym
ZESPÓŁ AUTORSKI
Politechnika Łódzka
- dr hab. inż. Anna Marzec, profesor uczelni (kierownik zespołu);
- dr inż. Bolesław Szadkowski;
- mgr inż. Małgorzata Haller de Hallenburg (prezes firmy Biovalley).
CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?
Intensywny rozwój w dziedzinie powłok i materiałów bakterio- i grzybostatycznych oraz antywirusowych w ostatnich latach spowodowany był głównie zagrożeniem ze strony wirusa SARSCoV-2 oraz jego mutacji. Transmisja wirusów i bakterii może odbywać się bezpośrednio z człowieka na człowieka jak również poprzez zainfekowane powierzchnie, np. tekstylia, telefony, przyciski wind, włączniki światła, czy poręcze. Z tego powodu opracowano szereg przeciwdrobnoustrojowych materiałów ograniczających rozwój i dezaktywujących działanie chorobotwórczych patogenów np. opakowań spożywczych, farb, powierzchni użytkowych, czy tekstyliów. Zakres zastosowania materiałów tekstylnych z ochroną przeciwdrobnoustrojową jest bardzo szeroki i obejmuje wiele gałęzi przemysłu m.in. medycynę, rolnictwo czy przemysł odzieżowy i skórzany. Materiały tekstylne mogą być potencjalnym miejscem rozmnażania się mikroorganizmów, ponieważ kontakt ze skórą człowieka zapewnia im optymalną kombinację, źródeł składników odżywczych, temperatury i wilgoci, sprzyjając ich rozwojowi. Z tego powodu opracowanie bioaktywnych tekstyliów ma kluczowe znaczenie dla zahamowania rozwoju mikroorganizmów, w celu ochrony zdrowia i bezpieczeństwa użytkownika. Szczególne znaczenie ma to dla takich grup zawodowych jak służby medyczne oraz mundurowe, które są szczególnie narażone na przebywanie i pracę w niekorzystnych warunkach higienicznych.
W wyniku chorób cywilizacyjnych wielu pacjentów zmuszonych jest do przebywania w ograniczonej przestrzeni, którymi najczęściej jest dom lub szpital. Duże skupiska ludzkie, szczególnie w ośrodkach leczniczych narażone są na zakażenia szpitalne m. in. lekoopornymi patogenami. Hospitalizacja to niezwykle trudny czas w życiu każdego pacjenta, dlatego warto zadbać o jak najlepsze warunki szpitalne, zarówno pod względem wygody, bezpieczeństwa jak i higieny. Włóknina otrzymywana sposobem według wynalazku, przeznaczona jest na wyroby m. in. jednorazowej odzieży personelu medycznego oraz pacjentów, na piżamy, pościele czy bieliznę używane w ośrodkach opieki zdrowotnej. Włóknina uzyskiwana sposobem według wynalazku efektywnie ogranicza rozwój nie tylko bakterii i grzybów, ale również wirusów, tym samym chorób i infekcji przenoszonych przez te mikroorganizmy. W ciągłym zagrożeniem pandemią m. in. wirusa SARS-CoV-2 i wynikającym z niej poważnego obciążenia ośrodków szpitalnych oraz problemów z rozprzestrzenianiem się wirusa włóknina może stanowić bardzo cenne wsparcie przy próbie ograniczenia transmisji wirusa oraz rozwiązać istotny problem z utylizacją skażonych środków tekstylnych stosowanych w szpitalach.
Zastosowanie przemysłowe opracowanych, bioaktywnych włóknin rozwiązuje następujące problemy:
- pranie i dezynfekcja w placówkach leczniczych (m.in. szpitalach) oraz podczas działań militarnych (warunki operacyjne i polowe),
- gwarancja wysokiej efektywności ochrony pacjentów i personelu w placówkach leczniczych - bioaktywne działanie włóknin jest zawsze na wysokim poziomie, ponieważ nie są one poddawane praniu i dezynfekcji,
- uniwersalność aplikacji - szerokie spektrum biostatycznego działania włókniny, możliwość modyfikacji jej składu oraz różnorodność włóknin (skład, gramatura), czyni ją bardzo uniwersalną, umożliwiając zastosowanie w wielu sektorach życia publicznego oraz dopasowanie do potrzeb indywidualnych klienta,
- ekologia i bezpieczeństwo użytkowników - skład aktywnego biopolimerowego kompozytu jest przyjazny dla człowieka i środowiska,
- technologia otrzymywania bioaktywnej włókniny- technologia jest ekologiczna, nie wymaga stosowania szkodliwych rozpuszczalników i skomplikowanej aparatury,
- problemy w łańcuchu dostaw tekstyliów o właściwościach bakteriostatycznych – składniki niezbędne do produkcji włókniny można zakupić w dużej mierze na rynku polskim, co ułatwia produkcję na rynku krajowym i nie uzależnia od zagranicznych dostawców,
- wysoki komfort użytkowania – proponowana włóknina charakteryzuje się dużą przepuszczalnością powietrza, higroskopijnością).
ISTOTA WYNALAZKU
Przedmiotem wynalazku są jednorazowe włókniny, aktywowane ekologicznymi biopolimerowymi kompozycjami, wykazujące szerokie i efektywne spektrum biobójcze wobec grup bakterii, grzybów i wirusów, a także polepszone właściwości użytkowe w porównaniu do włóknin niemodyfikowanych (zwiększona stabilność termiczna, zmniejszona palność).
Istotą wynalazku jest zaprojektowanie nowych, ekologicznych biopolimerowych kompozycji o szerokim spektrum biostatycznym oraz znalezieniu technologicznego kompromisu pomiędzy efektywnością biobójczą związaną z powlekaniem powierzchni włóknin, a zachowaniem ich wysokich standardów użytkowych (szeroko rozumiany „komfort użytkowania”). Opracowana kompozycja jest przyjazna dla człowieka i środowiska, gdyż składniki wchodzące w skład kompozycji polimerowej są pochodzenia naturalnego i nie zawierają nanocząstek srebra(w literaturze pojawiły się doniesienia o negatywnym wpływie nanocząstek srebra na zdrowie człowieka). Do modyfikacji zostały wybrane włókniny produkowane w Polsce takie jak np.: jednowarstwowe polipropylenowe spunbondy, czy hydroniny wiskozowo-poliestrowe. Badane włókniny różniły się technologią produkcji, gramaturą oraz składem. Taka różnorodność umożliwia lepsze dopasowanie do potrzeb użytkownika np. miękkie hydroniny wiskozowo-poliestrowe ze względu na swoje silne właściwości higroskopijne (np. pochłanianie potu i płynów fizjologicznych) oraz delikatność w dotyku, świetnie nadają się do oddziałów położniczych (noworodki, kobiety po porodzie), ponieważ ich zastosowanie jest bardziej komfortowe i higieniczne niż wielokrotnie prana bawełna. Włókniny typu SMS barierowe nie chłonące płynów i chroniące przed przenikaniem bakterii po naniesieniu bioaktywnej powłoki dodatkowo dezaktywują bakterie i wirusy osiadłe na powierzchni.
Zalety bioaktywnych włóknin będących przedmiotem wynalazku:
- kompozycja biopolimerowa jest przyjazna dla człowieka i środowiska (naturalne składniki),
- szerokie spektrum bioaktywności zostało potwierdzane dla drobnoustrojów, które należą do różnych grup taksonomicznych jak bakterie (Escherichia coli), drożdże (Candida albicans), pleśnie (Aspergillus niger) oraz wirusy (wirus grypy ludzkiej A/H1N1),
- technologia nie wymaga stosowania szkodliwych rozpuszczalników, co rozwiązuje problem uciążliwej i kosztownej utylizacji (medium do otrzymania kompozytu biopolimerowego stanowi woda),
- bioaktywne włókniny charakteryzują się wysokim komfortem użytkowania (wysoka przepuszczalność powietrza, higroskopijność oraz miękkość w dotyku),
- skład bioaktywnego polimeru można łatwo modyfikować, co pozwala dopasować właściwości użytkowe włókniny do potrzeb i wymagań konsumenta (włókniny o zwiększonej stabilności termicznej, włókniny o zwiększonej ognioodporności), zachowując jednocześnie ich działania biostatyczne,
- efektywność biostatyczna nie ulega zmianom zarówno podczas procesu składowania, jak również po kontakcie ze środkami dezynfekującymi (np. środki dezynfekujące w szpitalu).
Włóknina bioaktywna może być materiałem wyjściowym dla bioaktywnych produktów w wielu branżach i sektorach życia społecznego np:
1. Branża medyczna: bioaktywne jednorazowe ubrania dla oddziałów szpitali.
2. Sektor wojskowy: bielizna jednorazowa do działań operacyjnych i militarnych.
3. Branża automotive: bioaktywne filtry do klimatyzacji samochodowej.
4. Sektory transportu publicznego: nagłówki ochronne, koce w publicznym transporcie (samoloty, pociągi).
5. Branża weterynaryjna: odzież dla weterynarzy, opatrunki dla zwierząt, podkłady dla zwierząt chorych.
6. Branża rolno spożywcza: tekstylia ochronne dla pracowników.
POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU
Produkt wpisuje się w nurt badań promujących rozwiązania ekologiczne mający na celu otrzymanie materiałów przyjaznych dla człowieka i środowiska, które obecnie są pożądane w różnych dziedzinach przemysłu. Wynalazek wykazuje wysoki potencjał komercjalizacyjny, a jego poziom gotowości technologicznej szacowany jest na TRL7. Jego innowacyjność oraz możliwości aplikacyjne znalazły swoje potwierdzenie w uzyskaniu patentu na wynalazek nr PL 244271. Ze względu na wszechstronne właściwości opracowanego materiału i jego wielokierunkowe możliwości aplikacyjne, wynalazek został również zgłoszony w celu pozyskania patentu światowego nr PCT/PL2022/050087 w dniu 02.12.2022r. w WIPO poprzez UPRP.
Nagrody za wynalazek:
- złoty medal na międzynarodowych targach wynalazczości (EXPO 2022) w Tajwanie,
- srebrny medal podczas 48th Geneva International Exhibition of Inventions (2023) w Genewie,
- srebrny medal oraz nagrody specjalnej (Firi Award) za najlepszy wynalazek przydzielony podczas IPITEX 2023.