ES2260842T3

ES2260842T3 - Uso de acidos amino metil fosfonicos o sus sales para inhibir la adhesion de baterias a una superficie sumergible y para controlar la incrustacion biologica.

Info

Publication number: ES2260842T3
Application number: ES98937151T
Authority: ES
Inventors: Thomas E. Mcneel; Marilyn S. Whittemore; Stephen D. Bryant; Graciela H. Vunk
Original assignee: Buckman Laboratories International Inc
Current assignee: Buckman Laboratories International Inc
Priority date: 1997-07-29
Filing date: 1998-07-27
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2018-07-27
Also published as: JP2001512088A; NZ502620A; ZA986704B; CA2298609A1; AR016559A1; CN1270572A; BR9811062A; JP4447164B2; DE69834340D1; CA2298609C; PT1017636E; US5888405A; EP1017636A1; AU8593298A; EP1017636B1; WO1999006325A1; ATE324353T1; AU756575B2; DE69834340T2

Abstract

La utilización de un ácido amino metil fosfónico o sus sales para inhibir la adhesión bacteriana en superficies sumergibles, donde dicho ácido amino metil fosfónico es un compuesto con la fórmula R1R2NCH2P(O)(OH)2, donde R1 es hidrógeno, un grupo alquil C6-C20, o un grupo CH2P(O)(OH)2 y R2 es independientemente un grupo alquil C6C20 o un grupo CH2P(O)(OH)2 pero R1 y R2 no son ambos un grupo CH2P(O)(OH)2; o R1 y R2, junto con la N, forman un anillo heterocíclico de 5-8 miembros con la fórmula: (Ver fórmula) en la cual X es O, HN o CH2; y donde las sales de un ácido amino metil fosfónico son unas sales de ácido o unas sales cuaternizadas de ácido amino metil fosfónico.

Description

Uso de ácidos amino metil fosfónicos o sus sales para inhibir la adhesión de bacterias a una superficie sumergible y para controlar la incrustación biológica.

Ámbito de la invención

El invento utiliza un ácido amino metil fosfónico o sus sales para inhibir la adhesión bacteriana a superficies sumergibles o sumergidas, en especial aquellas que se pueden encontrar en un medio acuoso. El invento también se refiere a los métodos y compuestos para el control de las incrustaciones biológicas.

Descripción de la tecnología relacionada

Los microorganismos se adhieren a una amplia variedad de superficies en contacto con fluidos acuosos que proporcionar un entorno propicio para la proliferación de microbios. Por ejemplo, es bien sabido que los microorganismos se adhieren a los cascos de las embarcaciones, a las estructuras marítimas, a los dientes, a los implantes médicos, torres de refrigeración e intercambiadores de calor. Al adherirse a estas superficies sumergidas o sumergibles, los microorganismos pueden contaminar la superficie y provocar su deterioro.

En los mamíferos (por ejemplo, humanos, ganado, mascotas), microorganismos adheridos a una superficie pueden causar problemas sanitarios. La placa, por ejemplo, es el resultado de la adhesión de microorganismos a la superficie de los dientes. Los implantes médicos con microorganismos indeseados adheridos en su superficie a menudo se cubren de incrustaciones y deben ser reemplazados.

Estudios científicos han demostrado que la primera fase de las incrustaciones biológicas en los medios acuosos suele ser la formación de una fina película biológica sobre las superficies sumergidas o sumergibles, es decir, superficies expuestas al medio acuoso. Al adherirse a una superficie sumergida y proliferar sobre la misma, se cree que microorganismos como las bacterias forman una película biológica y modifican la superficie para favorecer el desarrollo de la comunidad de organismos más compleja que conforman las incrustaciones biológicas en fase avanzada del medio acuoso y sus superficies sumergidas. C. A. Kent ofrece una visión general de los mecanismos de la importancia de la película biológica como fase inicial de las bioincrustaciones en "Incrustaciones biológicas: Técnicas básicas y modelos" (en Melo, L. F., Bott, T. R., Bernardo, C. A. (eds.), Fouling Science and Technology. NATO AST Series. Series E, Applied Sciences: No. 145, Kluwer Acad. Publishers, Dordrecht, The Netherlands, 1988). Otras referencias bibliográficas incluyen: M. Fletcher y G. I. Loeb, Appl., Environ. Microbiol. 37 (1979) 67-72; M. Humphries et al FEMS
Microbiology Ecology 33 (1986) 299-308 y M. Humphries et al., FEMS Microbiology Letters 42 (1987) 91-101.

Las bioincrustaciones o incrustaciones biológicas constituyen una molestia o problema persistente en una amplia variedad de medios acuosos. Las bioincrustaciones, tanto de origen microbiológico como macrobiológico, están causadas por la acumulación de microorganismos, macroorganismos, sustancias extracelulares, además de suciedad y residuos que quedan atrapados en la biomasa. Entre los organismos implicados encontramos microorganismos como bacterias, hongos, levaduras, algas, diatomas, protozoos y macroorganismos como macroalgas, balanos y pequeños moluscos como almejas asiáticas y mejillones cebra.

Otro fenómeno de incrustación biológica de efectos perjudiciales presente en los medios acuosos, en especial, en los fluidos acuosos de los procesos industriales, es la formación de lodos. La formación de lodos puede darse en instalaciones de agua fresca, salobre o salada. Los lodos se componen de depósitos filtrados de microorganismos, fibras y detritus. Pueden ser correosos, pastosos, pegajosos, tipo papilla o duros y poseen un característico olor desagradable diferente del desprendido por el medio acuoso en el cual se formaron. Los microorganismos implicados en la formación de lodos son, principalmente, diferentes especies de bacterias formadoras y no formadoras de esporas, en especial, las de tipo encapsulado que secretan sustancias gelatinosas que envuelven o revisten las células. Los microorganismos presentes en los lodos incluyen asimismo bacterias filamentosas, hongos filamentosos de tipo moho, levadura y organismos similares a las levaduras. Las bioincrustaciones, que a menudo degradan un medio acuoso, se pueden manifestar a través de una serie de problemas, como la pérdida de viscosidad, la formación de gas, la aparición de olores desagradables, la reducción del pH, un cambio de color y la gelificación. Asimismo, la degradación de un sistema acuoso puede causar el deterioro del sistema de gestión del agua relacionado, el cual podría incluir torres de refrigeración,
bombas, intercambiadores de calor, tuberías, sistemas de calefacción, sistemas de lavado y otros sistemas similares.

Las bioincrustaciones pueden tener un impacto económico adverso directo cuando se presenta en aguas de procesos industriales, por ejemplo, en aguas de refrigeración, fluidos para el trabajo de los metales u otras instalaciones de recirculación del agua como las utilizadas en los procesos de fabricación del papel y de los textiles. Si no se controla adecuadamente, las incrustaciones biológicas en las aguas de procesos industriales pueden interferir con el funcionamiento de los procesos, reduciendo su eficacia, malgastando energía, sobrecargando el sistema de gestión del agua e incluso degradando la calidad del producto.

Por ejemplo, las instalaciones de refrigeración por agua utilizadas en las centrales eléctricas, las refinerías, las plantas químicas, los sistemas de aire acondicionado y otras actividades industriales suelen enfrentarse a problemas de bioincrustaciones. Los organismos en suspensión arrastrados desde las torres de refrigeración, así como los organismos presentes en el agua y procedentes del suministro de agua del sistema suelen ser las principales fuentes de contaminación de estos medios acuosos. Generalmente, el agua en dichas instalaciones proporciona un entorno de crecimiento propicio para la proliferación de estos organismos. Organismos tanto aerobios como heliotrópicos se desarrollan en las torres. Otros organismos crecen y colonizan zonas como el colector de las torres, las tuberías, los intercambiadores de calor, etc. Si no se realiza un control, las bioincrustaciones resultantes podrían obstruir las torres, atascar las tuberías y recubrir las superficies de transmisión de calor con capas de Iodos y otros restos biológicos. Esto evita el funcionamiento adecuado, reduce la eficacia de enfriamiento y, lo que quizá sea más importante aún, incrementa los costes globales del proceso.

Los procesos industriales susceptibles de sufrir bioincrustaciones son: la fabricación de papel, la elaboración de la pulpa, del papel, del cartón, etc. y la fabricación textil, en especial los textiles trenzados no tejidos. Estos procesos industriales suelen hacer recircular grandes cantidades de agua en condiciones que favorecen la proliferación de organismos responsables de las incrustaciones biológicas.

Las máquinas utilizadas en la fabricación del papel, por ejemplo, procesan grandes cantidades de agua en sistemas de recirculación denominados "circuitos de aguas blancas". El suministro hacia una máquina de fabricación de papel contiene, por norma general, sólo en torno a un 0'5% de los sólidos fibrosos y no fibrosos utilizados en la elaboración del papel, lo que significa que, por cada tonelada de papel, casi 200 toneladas de agua pasan a través de la caja de entrada. La mayor parte de este volumen de agua recircula a través del circuito de aguas blancas. Los circuitos de aguas blancas constituyen un entorno de crecimiento idóneo para los microorganismos causantes de las bioincrustaciones. Dicho crecimiento puede tener como consecuencia la formación de lodos y otros depósitos en cajas de entrada, conductos de agua y equipo para la fabricación de papel. Estas incrustaciones biológicas no sólo pueden interferir con los flujos de aguas y masas, sino que además, cuando se liberan, puede provocar manchas, orificios y malos olores en el papel y también averías (con las consiguientes costosas interrupciones en el funcionamiento de la maquinaria de fabricación del papel).

Las bioincrustaciones en instalaciones de agua para usos recreativos como piscinas, balnearios o las utilizadas para fines decorativos como estanques y fuentes pueden afectar negativamente al disfrute que las personas hagan de ellas. Las incrustaciones biológicas suelen tener como resultado la aparición de malos olores. Lo que es más importante, en especial en aguas de uso recreativo, las incrustaciones biológicas pueden degradar el agua hasta llegar a inutilizarla para su uso e incluso puede llegar a plantear un riesgo sanitario.

Las aguas de los sistemas de saneamiento, al igual que las aguas de procesos industriales y de uso recreativo, también son vulnerables a las bioincrustaciones y sus problemas derivados. Las aguas de los sistemas de saneamiento incluyen, el agua del baño, el agua de la cisterna, el agua de las fosas sépticas y las aguas residuales. Debido a la naturaleza de los residuos presentes en las aguas de los sistemas de saneamiento, estas aguas son especialmente propicias para la aparición de bioincrustaciones.

Para el control de las incrustaciones biológicas, las prácticas habituales han consistido en tratar el sistema de aguas afectado con sustancias químicas (biocidas) en concentraciones suficientes para eliminar o inhibir de manera importante la proliferación de los organismos causantes de las bioincrustaciones. Véase, por ejemplo, las Patentes de EE.UU. Núm. 4.293.559 y 4.295.932. Por ejemplo, hace tiempo que el gas de cloro y las soluciones de hipoclorita elaboradas con dicho gas se añaden a los sistemas de aguas para eliminar o inhibir la proliferación de bacterias, hongos, algas y otros organismos conflictivos. No obstante, los compuestos de cloro no sólo pueden dañar los materiales utilizados para la construcción de las instalaciones de agua, sino que además también pueden reaccionar con sustancias orgánicas para formar sustancias indeseables en las corrientes efluentes, como clorometanos y dioxinas cloradas cancerígenas. También se han utilizado ciertos compuestos orgánicos, como el metilenbistiocianato, los ditiocarbamatos, los haloorgánicos y los surfactantes del tipo amonio cuaternario. Aunque cualquiera de ellos es bastante eficaz a la hora de eliminar microorganismos o inhibir su crecimiento, también pueden resultar tóxicos o dañinos para los humanos, los animales o cualquier otro organismo que no sea su objetivo específico.

Una forma posible de controlar las bioincrustaciones en las instalaciones de agua que incluyan superficies sumergidas podría consistir en evitar o inhibir la adhesión bacteriana a las superficies sumergidas dentro dicha instalación. Esto se puede lograr, como es lógico, mediante la utilización de microbicidas que, no obstante, suelen presentar algunas de las desventajas arriba indicadas. Como alternativa, el presente invento ofrece métodos y compuestos útiles para reducir de manera sustancial la adhesión bacteriana a una superficie sumergida o sumergible y para controlar la biocontaminación de las instalaciones de agua. El invento evita las desventajas de métodos anteriores. Otras ventajas de esta invención quedarán patentes durante la lectura de las especificaciones y las reivindicaciones que se adjuntan.

Resumen de la invención

El invento vincula la utilización de un ácido amino metil fosfónico o unas sales del mismo para evitar la adhesión bacteriana a una superficie sumergible, siendo dicho ácido amino metil fosfonónico un compuesto con la fórmula R^{1} R^{2} NCH_{2}P(O)(OH)_{2}, donde R^{1} es hidrógeno, un grupo alquil C_{6}-C_{20}, o un grupo CH_{2}P(O)(OH)_{2} y R^{2} es independientemente un grupo alquil C_{6}-C_{20} o un grupo CH_{2}P(O)(OH)_{2} pero R^{1} y R^{2} no son ambos un grupo CH_{2}P(O)(OH)_{2}; o R^{1} y R^{2}, junto con la N, forman un anillo heterocíclico de 5-8 miembros con la fórmula siguiente:

1

en la cual X es O, HN o CH_{2}; y donde las sales de un ácido amino metil fosfónico son unas sales de ácido o unas sales cuaternizadas de ácido amino metil fosfónico.

El invento también se refiere a los usos descritos en las reivindicaciones 2 a 15.

Descripción detallada del invento

En un primer prototipo, este invento se refiere al uso de los compuestos específicos para inhibir la adhesión bacteriana a una superficie sumergible. Una superficie sumergible será aquella que esté cubierta, inundada o humedecida al menos en parte por un líquido como agua u otro fluido o líquido acuoso. La superficie puede estar en contacto intermitente o permanente con el líquido. Tal y como hemos comentado anteriormente, ejemplos de superficies sumergidas son: cascos de embarcaciones o barcos, estructuras marinas, piezas dentales, implantes médicos, superficies pertenecientes a un sistema de aguas como el interior de la bomba, tuberías, torres de refrigeración o intercambiadores de calor. Una superficie sumergible puede estar compuesta por materiales hidrofóbicos, hidrofílicos o metálicos.

Una ventaja más: la utilización de un ácido amino metil fosfónico o sus sales de acuerdo con el invento puede inhibir de manera efectiva la adhesión de las bacterias a superficies sumergidas o sumergibles hidrofóbicas, hidrofílicas o metálicas.

Para inhibir la adhesión de una bacteria a una superficie sumergible, el método de uso pone la superficie sumergible en contacto con un ácido amino metil fosfónico o sus sales. La superficie entra en contacto con una cantidad adecuada de ácido amino metil fosfónico o sus sales o una mezcla de ácidos amino metil fosfónicos o sus sales para inhibir la adhesión de microorganismos a la superficie. Preferentemente, el ácido amino metil fosfónico o sus sales se aplica como tratamiento preventivo a la superficie sumergible, antes de su inmersión en un medio acuoso.

Los ácidos amino metil fosfónicos o sus sales se pueden aplicar a la superficie sumergible utilizando medios conocidos en la profesión. Por ejemplo, tal y como se comenta a continuación, el ácido amino metil fosfónico o sus sales puede aplicarse mediante pulverización, revestimiento o goteo de la superficie con una fórmula líquida que contiene el ácido amino metil fosfónico o sus sales. De manera alternativa, el ácido amino metil fosfónico o sus sales se puede formular en la forma de una pasta que, a continuación se puede untar o extender sobre la superficie sumergible. También es una ventaja que el ácido amino metil fosfónico o sus sales puede ser un ingrediente de un compuesto o fórmula utilizada habitualmente en una superficie sumergible dada.

"Inhibir la adhesión de las bacterias" a una superficie sumergible significa permitir la adhesión de una cantidad minúscula o insignificante de bacterias durante un período de tiempo establecido.

Preferentemente, en esencia no tiene lugar adhesión bacteriana alguna y, lo que resulta aún más preferible, se evita por completo. La cantidad empleada de ácido amino metil fosfónico o sus sales debería permitir únicamente la adhesión de una cantidad minúscula o insignificante de bacterias, la cual podrá establecerse mediante pruebas rutinarias. Preferentemente, la cantidad de ácido amino metil fosfónico o sus sales utilizada es suficiente para aplicar, al menos, una capa monomolecular de ácido amino metil fosfónico o sus sales en la superficie. Una película de estas características cubrirá preferentemente la totalidad de la superficie sumergible.

Impregnar una superficie sumergible con un ácido amino metil fosfónico o sus sales de acuerdo con este método permite el pretratamiento de la superficie contra la adhesión bacteriana. En consecuencia, la superficie se puede impregnar con ácido amino metil fosfónico o sus sales y, a continuación, se puede proceder a su inmersión en el medio acuoso.

El presente invento se refiere asimismo a la utilización de compuestos específicos para el control de las incrustaciones biológicas en un medio acuoso. Un sistema de aguas se compone, no sólo del fluido o líquido acuoso que fluye a través de la instalación, pero también de las superficies sumergidas asociadas con la instalación. Las superficies sumergidas son aquellas superficies en contacto con el fluido o líquido acuoso. Al igual que las superficies sumergibles anteriormente mencionadas, las superficies sumergidas incluyen, aunque no se limitan a, las superficies internas de tuberías y bombas, las paredes de una torre de refrigeración o caja de entrada, intercambiadores de calor, pantallas, etc. En pocas palabras, las superficies en contacto con el líquido o fluido acuoso constituyen superficies sumergidas y se consideran como parte de la instalación de agua.

El método de uso del invento añade, al menos, un ácido amino metil fosfónico o sus sales a la instalación de agua en una cantidad suficiente como para inhibir de forma efectiva la adhesión de bacterias a la superficie sumergida dentro del medio acuoso. En la concentración empleada, se consigue controlar de manera eficaz las bioincrustaciones en el medio acuoso sin eliminar las bacterias de forma sustancial.

"Controlar las bioincrustaciones" en el medio acuoso significa controlar la cantidad o el alcance de las bioincrustaciones a un nivel igual o inferior al deseado durante un período de tiempo para la instalación dada. Esta operación puede eliminar las bioincrustaciones en el medio acuoso, reducir su incidencia hasta un nivel deseado, evitarlas por completo o incluso evitar que superen un determinado nivel.

De acuerdo con el presente invento, "inhibir la adhesión bacteriana" a una superficie sumergida dentro de un medio acuoso significa permitir una cantidad insignificante o minúscula de adhesión bacteriana durante un período de tiempo determinado para la instalación dad. Preferentemente, en esencia no tiene lugar adhesión bacteriana alguna y, lo que resulta aún más preferible, se evita por completo La utilización de ácido amino metil fosfónico o sus sales podrá, de acuerdo con el invento, reducir o eliminar en la mayoría de casos los microorganismos adheridos hasta niveles indetectables y mantener dicho nivel durante un período de tiempo importante.

Aunque algunos ácidos amino metil fosfónicos o sus sales pueden presentar actividad biocida en concentraciones superiores a ciertos umbrales, los ácidos amino metil fosfónicos especificados o sus sales previenen eficazmente la adhesión bacteriana en concentraciones muy por debajo de dichos umbrales. De acuerdo con el invento, los ácidos amino metil fosfónicos especificados o sus sales evitan la adhesión bacteriana sin destruir por completo las bacterias. Por este motivo, la cantidad eficaz de ácido amino metil fosfónico o sus sales utilizada según el invento se encuentra por debajo de su nivel tóxico, en el supuesto de que dicho ácido amino metil fosfónico o sus sales tuviera propiedades biocidas. Por ejemplo, la concentración de ácido amino metil fosfónico o sus sales puede ser diez veces inferior a su umbral tóxico, o incluso más. Es preferible también que el ácido amino metil fosfónico o sus sales no dañe organismos no objetivo que puedan estar presentes en el medio acuoso.

Se puede utilizar el ácido amino metil fosfónico o sus sales, o una mezcla de ácidos amino metil fosfónicos o sus sales, para controlar las bioincrustaciones en una amplia variedad de medios acuosos, tal y como se ha indicado anteriormente. Estos medios acuosos pueden ser, aunque no se limitan a, medios acuosos de instalaciones industriales, medios acuosos de sistemas de saneamiento y sistemas de aguas de uso recreativo. Tal y como se menciona anteriormente, ejemplos de medios acuosos de uso industrial pueden ser: fluidos para el trabajo de los metales, aguas de refrigeración (por ejemplo, agua de refrigeración de captación, agua de refrigeración circulante y agua de refrigeración recirculante) y otras instalaciones de aguas recirculantes como las utilizadas en la fabricación del papel o los textiles. Los medios acuosos de sistemas de saneamiento pueden ser: sistemas de aguas residuales (por ejemplo, sistemas de aguas residuales de uso industrial, privado y municipal), baños y sistemas de tratamiento de aguas (por ejemplo, sistemas de tratamiento de aguas de alcantarilla). Piscinas, fuentes, piscinas ornamentales o decorativas, estanques o arroyos... todos ellos son ejemplos de instalaciones de agua de uso recreativo. La cantidad eficaz de ácido amino metil fosfónico o sus sales necesario para inhibir la adhesión bacteriana a una superficie sumergida en un sistema dado variará en función del medio acuoso que precisa protección, las condiciones de crecimiento microbiano, el alcance de las bioincrustaciones preexistentes y el grado deseado de control de las bioincrustaciones. Para una aplicación particular, la cantidad seleccionada se decidirá mediante la realización de pruebas rutinarias con varias cantidades antes de proceder al tratamiento del sistema afectado al completo. En general, una cantidad eficaz utilizada en un medio acuoso puede oscilar entre 1 y 500 partes por millón, variando la dosis recomendada entre 20 y 100 partes por millón aproximadamente.

Los ácidos amino metil fosfónicos utilizados en el presente invento poseen la fórmula siguiente: R^{1} R^{2} NCH_{2}P (O)(OH)_{2}, donde R^{1} es hidrógeno, un grupo alquil C_{6}-C_{20}, o un grupo CH_{2}P(O)(OH)_{2} y R^{2} es independientemente un grupo alquil C_{6}-C_{20} o un grupo CH_{2}P(O)(OH)_{2}, pero R^{1} y R^{2} no son ambos un grupo CH_{2}P(O)(OH)_{2}; o R^{1} y R^{2}, junto con la N, forman un anillo heterocíclico de 5-8 miembros con la fórmula siguiente:

2

en la cual X es O, HN o CH_{2}.

Preferentemente, el anillo heterocíclico es un anillo de 5 ó 6 miembros. Los anillos preferentes incluyen morfolinilo y piperidinilo.

Entre los ácidos amino metil fosfónicos de la fórmula anterior preferentes y específicos están: ácido amino hexil metil fosfónico, compuesto (a); ácido amino octil metil fosfónico, compuesto (b); ácido amino decil metil fosfónico, compuesto (c); ácido amino dodecil metil fosfónico, compuesto (d), ácido amino octadecil metil fosfónico, compuesto (e), ácido amino dioctil metil fosfónico, compuesto (f) y ácido amino metil fosfónico morfolino, compuesto (g).

Los ácidos amino metil fosfónicos útiles para el invento están a la venta en establecimientos comerciales de suministro de productos químicos o se pueden preparar a partir de materiales de base con ayuda de métodos bien conocidos y recogidos en la literatura pertinente. Por ejemplo, un ácido amino metil fosfónico se puede preparar siguiendo el método siguiente. Un ácido, como HCl, se añade por goteo a una amina seleccionada disuelta en agua. En general, se utiliza un exceso de ácido, alrededor de 2,4 moles de ácido por mol de amina. A continuación, la mezcla se calienta a unos 70ºC, antes de incorporar el ácido fosforoso. El ácido fosforoso se puede añadir lentamente durante un periodo aproximado de treinta minutos. La fracción molar del ácido fosforoso respecto a la amina depende de si se utiliza una amina primaria o secundaria y la cantidad de ácido amino metil fosfónico que se desea preparar. Tras incorporar el ácido fosforoso, la mezcla reactiva se enfría hasta unos 40ºC, antes de añadir el formaldehído por goteo. Es preferible que el formaldehído se incorpore como una solución acuosa, por ejemplo, una solución al 37% de formaldehído en agua. Tras la incorporación del formaldehído, la reacción se hace hervir a reflujo para garantizar una reacción completa. Hacer hervir a reflujo durante unas cinco horas suele ser suficiente. Seguidamente, la reacción se puede dejar enfriar a temperatura ambiente y el ácido amino metil fosfónico resultante se puede recoger por filtración para su posterior secado. Los métodos para la preparación de diferentes ácidos amino metil fosfónicos se explican en las Patentes de EE.UU Núm. 4,615,840, 3,234,124 y 3,288 846.

También se pueden utilizar las sales de un ácido amino metil fosfónico adecuado en el presente invento. Los ácidos amino metil fosfónicos son anfotéricos, es decir, presentan propiedades ácidas y básicas. En consecuencia, se pueden formar dos tipos de sales de ácido amino metil fosfónico: unas sales de la fracción ácida y unas sales de la fracción básica o de nitrógeno. Las sales de la fracción ácida (denominadas "sales ácidas") pueden ser, aunque no están limitadas a, metal alcalino o sales de amonio cuaternario. Las sales de la fracción básica o de nitrógeno (denominadas "sales cuaternizadas de ácido amino metil fosfónico") tienen la fórmula general siguiente: R^{1}R^{2}R^{3}N^{+}CH_{2}P(O)_{2}(OH), donde R^{1} y R^{2} se definen más arriba y R^{3} es, por ejemplo, un hidrógeno o un grupo alquil C_{6}-C_{20}, tal y como se indica más arriba.

La utilización de acuerdo con el invento puede ser parte de un régimen de tratamiento integral de las aguas. El ácido amino metil fosfónico o sus sales se puede utilizar en combinación con otros químicos para el tratamiento del agua, concretamente, biocidas (por ejemplo, algicidas, fungicidas, bactericidas, molusquicidas, oxidante, etc.), limpiadores, aclarantes, floculantes, coagulantes u otros químicos comúnmente utilizados en la tratamiento de las aguas. Por ejemplo, las superficies sumergibles se pueden tratar con ácido amino metil fosfónico o sus sales como tratamiento preventivo para evitar la adhesión bacteriana y permitir su introducción en un medio acuoso, utilizando un microbicida para controlar la proliferación de microorganismos. O bien, un medio acuoso con un nivel importante de bioincrustaciones puede tratarse primero con un biocida adecuado para eliminar la contaminación existente. A continuación, se puede emplear un ácido amino metil fosfónico para realizar un mantenimiento del medio acuoso. De forma alternativa, se puede utilizar un ácido amino metil fosfónico o sus sales en combinación con un biocida para evitar la adhesión de bacterias a las superficies sumergidas en el medio acuoso, mientras que el biocida actúa controlando la proliferación de microorganismos en el medio acuoso. Una combinación de este tipo suele permitir la utilización de menos cantidad de microbicida.

"Controlar la proliferación de microorganismos" en un medio acuoso significa mantener en un nivel igual o inferior al deseado y durante un período de tiempo establecido para dicho sistema. Esto se puede conseguir bien eliminando los microorganismos o evitando su proliferación en los sistemas acuosos.

El ácido amino metil fosfónico o sus sales se puede utilizar en los métodos del invento en una formulación tanto sólida como líquida.

Los siguientes ejemplos ilustrativos se incluyen para revelar la naturaleza de la invención de una manera más clara. No obstante, ha de entenderse que el invento no se limita a las condiciones o los detalles específicos en dichos ejemplos.

Ejemplo 1

Síntesis general de un ácido amino metil fosfónico

Una solución de HCl al 35% se añade por goteo a una amina en agua con una fracción molar ácido:amina igual a 2,4:1. La mezcla resultante se calienta a 70ºC antes de la incorporación por goteo del ácido fosforoso a lo largo de un período de treinta minutos. Una vez completada la incorporación, la temperatura se reduce a 40ºC. Seguidamente, se añade una solución de formaldehído acuoso al 37%. A continuación, la mezcla se hace hervir a reflujo durante cinco horas. El ácido amino metil fosfónico resultante se recoge por filtración y se seca.

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Ejemplo 2

Síntesis del ácido amino octil metil fosfónico

El amino octil (0,1 mol) se añade a 40 gamos de agua en un matraz de tres bocas equipado con un mezclador y un termómetro. Se añade HCl al 35% (0,24 mol) por goteo a la mezcla de amino octil por medio de un embudo de incorporación con agitación. A continuación, la mezcla reactiva se calienta hasta que casi hierva a reflujo durante 30 minutos. Seguidamente, el ácido fosforoso (0,2 moles H_{3}PO_{3}) se añade por goteo. La mezcla se enfría hasta 30\sim40ºC antes de la incorporación por goteo del formaldehído (37%) (0,26 mol). La mezcla reactiva se calienta aproximadamente a 100ºC y se agita durante varias horas. El ácido amino octil metil fosfónico resultante se recoge por filtración y se seca.

Ejemplo 3

Método de ensayo: El método siguiente define de manera efectiva la capacidad de un compuesto químico para inhibir la adhesión bacteriana o atacar la formación de microorganismos preexistentes adheridos en varios tipos de superficies. En resumen, se construyen biorreactores con láminas (cristal o acero inoxidable) de 2,5 cm x 7,5 cm aproximadamente fijadas al borde del biorreactor. Los extremos inferiores (aprox. 5 cm) de las láminas se sumergieron en un medio con proliferación bacteriana (pH 7) dentro del biorreactor que contenía una concentración conocida del químico sometido a ensayo. Tras la inoculación con especias bacterianas conocidas, las soluciones sometidas a prueba se agitaron de manera continua durante 3 días. Salvo que se indique de otro modo en los resultados siguientes, el medio en el interior del biorreactor presentaba turbidez al cabo de tres días. Esta turbidez indicaba que las bacterias proliferaban en el medio a pesar de la presencia de la sustancia química sometida a ensayo. Esto también muestra que la sustancia química, en la concentración probada, no mostraba actividad biocida sustancial alguna (bactericida). Seguidamente, se utilizó un procedimiento de coloración en las láminas a fin de determinar la cantidad de bacterias adherida a las superficies de las láminas.

Construcción de biorreactores: Los biorreactores contenían un vaso de precipitados de cristal de 400 ml sobre el cual se colocó una tapa (tapa en forma de placa de Petri de cristal de 9 cm de diámetro). Con la tapa retirada, las láminas del material elegido se encintaron en un extremo con cinta adhesiva y se suspendieron en el interior del biorreactor desde el extremo superior del vaso de precipitados. Esto permitía que las láminas se pudieran sumergir dentro del medio de ensayo. En general, las cuatro láminas (réplicas) se colocaron a espacios regulares en torno al biorreactor. Los resultados presentados a continuación son la media de las cuatro réplicas. Una barra agitadora magnética se colocó en el fondo de la unidad, se colocó la tapa y el biorreactor se trató con autoclave. Se utilizaron dos tipos diferentes de material para las láminas: acero inoxidable como metal y cristal como superficie hidrofílica.

Medio de proliferación bacteriana: Deliaquis et al. describieron previamente el medio líquido utilizado en los biorreactores en "Desprendimiento de Pseudomonas fluorescens de películas biológicas en superficies de cristal en respuesta a un estrés nutricional", Microbial Ecology 18:199-210, 1989.

La composición del medio era:

	Glucosa	1,0 grs.
	K_{2}HPO_{4}	5,2 grs.
	KH_{2}PO_{4}	2,7 grs.
	NaCl	2,0 grs.
	NH_{4}Cl	1,0 grs.
	MgSO_{4}, 7H_{2}O 0,12 grs.
	Oligoelementos 1,0 ml
	H_{2}O desionizada 1,0 1

Solución de oligoelementos:

	CaCl_{2}	1,5 grs.
	FeSO_{4}, 7H_{2}O 1.0 grs.
	MnSO_{4}, 2H_{2}O 0.35 grs.
	NaMoO_{4}	0.5 grs.
	H_{2}O desionizada 1,0 l

El medio se trató con el autoclave y se dejó enfriar. Si se formaba un sedimento en el medio tratado con el autoclave, el medio se volvía a suspender, agitándose antes del uso.

Preparación de la inoculación bacteriana: Las bacterias de los géneros Bacillus, Flavobacterium y Pseudomonas se aislaron de lodos depositados recogidos en una fábrica de papel y se mantuvieron en un cultivo continuo. Los organismos sometidos al ensayo se mantuvieron por separado en agar para conteo en placas y se incubaron a 30ºC durante 24 horas. Con un algodón estéril, se retiraron porciones de las colonias para su suspensión en agua estéril. Las suspensiones se mezclaron bien y se ajustaron a una densidad óptica de 0,858 (Bacillus), 0,625 (Flavobacterium) y 0,775 (Pseudomonas) a 686 nm.

Producción de la película biológica/Ensayo químico: A los cuatro biorreactores por separado se les añadieron 200 ml del medio estéril preparado según se indica anteriormente. Los químicos a evaluar como biodispersante se prepararon primero como solución madre (40 mg / 2 ml) utilizando agua o una acetona al 9:1: mezcla de metano) (ac/MeOH) como diluyente. Una parte alícuota de 1.0 ml de la solución madre se añadió al biorreactor por medio de una agitación magnética moderada y continua. Esto proporcionó una concentración inicial de 100 ppm para el compuesto de prueba. Un biorreactor (Control) no contenía compuesto de prueba alguno. Seguidamente, se introdujeron partes alícuotas (0,5 ml) de cada una de las tres suspensiones bacterianas en cada biorreactor. A continuación, se realizó una agitación continua de los biorreactores durante tres días para favorecer un incremento en la población bacteriana y la deposición de células en las superficies de las láminas.

Evaluación de los resultados: Se evaluaron los compuestos siguientes utilizando el procedimiento anteriormente descrito: ácido amino hexil metil fosfónico, compuesto (a); ácido amino octil metil fosfónico, compuesto (b); ácido amino decil metil fosfónico, compuesto (c); ácido amino dodecil metil fosfónico, compuesto (d); ácido amino metil fosfónico morfolino, compuesto (e); ácido amino octadecil metil fosfónico, compuesto (f) y ácido amino dioctil metil fosfónico, compuesto (g).

Una vez completado el ensayo, las láminas se retiraron de los biorreactores y se colocaron verticalmente para permitir un secado al aire. El grado de adhesión de las bacterias a la superficie de prueba se calculó por medio de un procedimiento de coloración. Las láminas se flamearon brevemente para fijar las células a la superficie y, seguidamente, se transfirieron durante dos minutos a un recipiente de cristal violeta de gram (Laboratorios DIFCO, Detroit, MI). Las láminas se aclararon suavemente bajo agua corriente del grifo y se transfirieron cuidadosamente. El grado de adhesión bacteriana se estableció por examen visual y por el recuento subjetivo de cada lámina. La intensidad de la coloración es directamente proporcional a la cantidad de adhesión bacteriana.

Se utilizaron las puntuaciones siguientes para valorar las películas biológicas:

\hskip0,5cm

0 = esencialmente inexistente
1 = insignificante

\hskip0,5cm

2 = ligera

\hskip0,5cm

3 = moderada

\hskip0,5cm

4 = importante

Se evaluaron los tratamientos químicos en relación con la muestra de control que suele recibir una puntuación media para las láminas de los cuatro biorreactores comprendida entre 3 y 4. Los compuestos que recibieron una puntuación entre 0 y 2 se consideraron eficaces para evitar la adhesión de bacterias a las láminas sumergidas. Los resultados se muestran en la Tabla I.

TABLA I

Compuesto	Disolvente	Conc.	CIM^{1}	Láminas de	Puntuación
		(ppm)	pH 6 pH 8	cristal o Al^{2}
a	acetona	100	>100 >500	Cristal	3.0
a	acetona	100	>100>500	Al	1.0
a	acetona	100	>100 >500	Al	2.0
b	acetona	100	>500 >500	Cristal	2,75
b	acetona	100	>500 >500	Al	1
b	acetona	100	>500 >500	Al	2
c	acetona	100	>100 >500	Cristal	2.25
c	acetona	100	>100 >500	Al	1.25
c	acetona	100	>100 >500	Al	2.3
d	acetona	100	>100 >500	Cristal	...
d	acetona	100	>100 >500	Al	3
d	acetona	100	>100 > 500	Al	4

TABLA I (continuación)

Compuesto	Disolvente	Conc.	CIM^{1}	Láminas de	Puntuación
		(ppm)	pH 6 pH 8	cristal o Al^{2}
e	acetona	100	>500 >500	Cristal	3
e	acetona	100	>500 >500	Al	3
e	acetona	100	>500 >500	Al	2.03
f	acetona	100	>100 >500	Cristal	...
f	acetona	100	>100 >500	Al	2.25
f	acetona	100	>100 > 500	Al	2.70
g	acetona	100	>100	Cristal	2.0
g	acetona	100	>100	Al	...
^{1} \begin{minipage}[t]{155mm}Concentración inhibitoria mínima (MIC) para cada compuesto frente a la bacteria E. Aerogenes utilizando un ensayo de sales basales a un pH 6 y un pH 8. \end{minipage}
^{2} Al = Acero inoxidable

Ejemplo 4

El método de evaluación, la construcción de biorreactores, la proliferación de bacterias, la preparación de la inoculación de las bacterias y la biopelícula/ los ensayos químicos son los mismos del Ejemplo 3.

Evaluación de los resultados: Se evaluaron los compuestos siguientes utilizando el procedimiento anteriormente descrito: ácido amino hexil metil fosfónico, compuesto (a); ácido amino octil metil fosfónico, compuesto (b); ácido amino decil metil fosfónico, compuesto (c); ácido amino dodecil metil fosfónico, compuesto (d); ácido amino metil fosfónico morfolino, compuesto (e); ácido amino octadecil metil fosfónico, compuesto (f), ácido amino dioctil metil fosfónico, compuesto (g) y ácido amino butil metil fosfónico, compuesto (h).

Tras 48 ó 168 horas (1 semana) de incubación a 26-28ºC, las láminas se retiraron de los biorreactores y se posicionaron verticalmente; la superficie sometida a ensayo se evaluó utilizando un procedimiento de coloración. Las láminas se flamearon brevemente para fijar las células a la superficie y, seguidamente, se transfirieron durante un minuto a un recipiente de cristal violeta de gram (Laboratorios DIFCO, Detroit, MI). Las láminas se lavaron suavemente bajo agua corriente del grifo, se transfirieron cuidadosamente y, de nuevo, se dejaron a secar al aire durante toda la noche. El grado de adhesión bacteriana se estableció entonces por medio de un método de evaluación cuantitativo.

El método cuantitativo de evaluación de la adhesión bacteriana: El par de láminas de cristal y el par de láminas de acero inoxidable correspondientes a cada tratamiento se colocaron en una placa de Petri con 10 ml de etanol (uso técnico) para el cristal violeta que da color a las células adheridas a las láminas. Cada parte alícuota de 1 mI de la solución de etanol con cristal violeta obtenida en cada placa de Petri se transfirió a un tubo de ensayo con 9 ml de agua estéril desionizada (dilución al 1/10). El testigo en blanco para la calibración del instrumento óptico utilizado para la evaluación fue una solución de 1 ml de etanol en 9 ml de agua estéril desionizada.

La capacidad de absorción (ABS) de cada solución se estableció utilizando un espectrofotómetro (Spectronic 21. Bausch and Lomb) a una longitud de onda de 586 nm. Se calculó la inhibición de la adhesión bacteriana (IBA):

IBA = 100 ((ABS de control - ABS con tratamiento) \ ABS de control)

90 ó >90% IBA = esencialmente sin adhesión bacteriana

89 - 70% IBA = insignificante

69 - 50% IBA = ligera

49 - 30% IBA = moderada

29 - <29% IBA = moderada

Los compuestos que presentaban una IBA igual o superior al 50% se consideraron eficaces para evitar la adhesión de bacterias a las láminas sumergidas. Los resultados se muestran en la Tabla II siguiente.

TABLA II

Compuesto	Disolvente	Conc.	CIM^{1}	Láminas de	Puntuación (%
		(ppm)	pH 6 pH 8	cristal o Al^{2}	IBA) 168 h incub.
a	acetona	100	>100 >500	Cristal	36
				Al^{2}	42
b	acetona	100	>500 >500	Cristal	42
				Al^{2}	48
c	acetona	100	>100 >500	Cristal	5
				Al^{2}	62
d	acetona	100	>500 >500	Cristal	43
				Al^{2}	54
e	acetona	100	>500 > 500	Cristal	52
				Al^{2}	33
f	acetona	100	>500 > 500	Cristal	81
				Al^{2}	39
g	acetona	100	>100 >500	Cristal	78
				Al^{2}	67
h	acetona	100	...> 500	Cristal	21
				Al^{2}	36
^{1} \begin{minipage}[t]{155mm} Concentración inhibitoria mínima (MIC) para cada compuesto frente a la bacteria E. Aerogenes utilizando un ensayo de sales basales a un pH 6 y un pH 8.\end{minipage}
^{2} Al = Acero inoxidable

Aunque se han descrito prototipos específicos del invento, se entiende, claro está, que el invento no se limita a dichos prototipos. Se pueden realizar otras modificaciones. Las reivindicaciones adjuntas tienen la vocación de abarcar las modificaciones contempladas dentro del alcance y del espíritu real de invento.

Claims

1. La utilización de un ácido amino metil fosfónico o sus sales para inhibir la adhesión bacteriana en superficies sumergibles, donde dicho ácido amino metil fosfónico es un compuesto con la fórmula R^{1}R^{2}NCH_{2}P(O)(OH)_{2}, donde R^{1} es hidrógeno, un grupo alquil C_{6}-C_{20}, o un grupo CH_{2}P(O)(OH)_{2} y R^{2} es independientemente un grupo alquil C_{6}-C_{20} o un grupo CH_{2}P(O)(OH)_{2} pero R^{1} y R^{2} no son ambos un grupo CH_{2}P(O)(OH)_{2}; o R^{1} y R^{2}, junto con la N, forman un anillo heterocíclico de 5-8 miembros con la fórmula:

3

2. La utilización de un ácido amino metil fosfónico o sus sales para controlar la adhesión bacteriana en un medio acuoso, donde dicho ácido amino metil fosfónico es un compuesto con la fórmula R^{1}R^{2}NCH_{2}P(O)(OH)_{2}, donde R^{1} es hidrógeno, un grupo alquil C_{6}-C_{20} o un grupo CH_{2}P(O)(OH)_{2} y R^{2} es independientemente un grupo alquil C_{6}-C_{20} o un grupo CH_{2}P(O)(OH)_{2} pero R^{1} y R^{2} no son ambos un grupo CH_{2}P(O)(OH)_{2}; o R^{1} y R^{2}, junto con la N, forman un anillo heterocíclico de 5-8 miembros con la fórmula:

4

3. El uso tal y como se establece en la reivindicación 1, donde dicho ácido amino metil fosfónico entra en contacto con la superficie sumergible dada antes de su inmersión.

4. La utilización tal y como se establece en cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3 donde R^{1} es un grupo alquil C_{8}-C_{18} y R^{2} es un grupo CH_{2}P (O) (OH)_{2}.

5. El uso tal y como se establece en cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 3, donde R^{1} y R^{2} son, cada una por su parte, un grupo alquil C_{8}-C_{18}.

6. El uso tal y como se establece en cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3, donde R^{1} y R^{2}, junto con la N, forman dicho anillo heterocíclico de 5-8 miembros.

7. El uso establecido en cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3, donde el ácido amino metil fosfónico es un ácido amino hexil metil fosfónico; un ácido amino octil metil fosfónico; un ácido amino decil metil fosfónico; un ácido amino dodecil metil fosfónico; un ácido amino octadecil metil fosfónico; un ácido amino dioctil metil fosfónico; un ácido amino metil fosfónico morfolino o una mezcla de los anteriores.

8. El uso según la reivindicación 1, donde la superficie sumergible es el casco de un barco o una embarcación, una estructura marina, una superficie dental, un implante médico o una superficie en un medio acuoso.

9. El uso tal y como se especifica en la reivindicación 2, donde el ácido amino metil fosfónico se utiliza en una proporción de 10 ppm por cada 500 ppm.

10. El uso tal y como se establece en la reivindicación 2, donde el ácido amino metil fosfónico se incorpora para reducir las bioincrustaciones preexistentes en el medio acuoso.

11. El uso tal y como es establece en la reivindicación 2, donde el medio acuoso es una instalación de aguas industriales parte de un sistema de refrigeración por agua, un circuito de agua para el trabajo de los metales, un sistema de aguas de una fábrica de papel o de textiles; un sistema de aguas de uso recreativo consistente en una piscina, una fuente, un estanque ornamental o un arroyo ornamental o un sistema de aguas de saneamiento consistente en un sistema de aguas de baño, un sistema de cisterna, un sistema de aguas sépticas y un sistema de tratamiento de aguas residuales.

12. El uso tal y como se establece en la reivindicación 2 con la adición suplementaria de un biocida al medio acuoso a fin de controlar el crecimiento de microorganismos en dicho medio.

13. El uso tal y como se establece en la reivindicación 12, según la cual el biocida se añade antes del ácido amino metil fosfónico a fin de reducir cualquier bioincrustación preexistente en el medio acuoso y el ácido amino netil fosfónico se añade para evitar la adhesión de las bacterias supervivientes a las superficies sumergidas en el medio acuoso.

14. El uso tal y como se establece en la reivindicación 12, donde el biocida se añade al mismo tiempo que el ácido amino metil fosfónico.

15. El uso tal y como se establece en la reivindicación 12, donde los microorganismos pueden ser del tipo algas, hongos y bacterias y el medio acuoso puede ser una instalación de aguas industriales, una instalación de aguas de uso recreativo y una instalación de aguas de saneamiento.