Brevet FR2904010A1 — publié le 20080125

Filtre antiviral et son utilisation dans un purificateur d'air, climatiseur ou humidificateur La présente invention concerne le domaine du risque sanitaire et de la santé publique, notamment lié à la présence de virus aériens. L'invention concerne plus particulièrement un filtre antiviral et optionnellement antibactérien qui est capable de séquestrer les virus et optionnellement les bactéries présents dans l'air ambiant. L'invention concerne aussi tous les produits comprenant ledit filtre tels que des climatiseurs, purificateurs d'air, humidificateurs, ou dispositifs médicaux comme les masques chirurgicaux. L'élimination des virus aériens est aujourd'hui un important sujet de santé publique. Par exemple, les récentes épidémies virales en Asie (grippes aviaires, SRAS) ont montré qu'il existe un réel besoin de protection face aux attaques virales. La vaccination est pour l'instant une solution peu efficace, du fait des mutations rapides des virus ainsi que de leur multiplication et propagation fulgurantes. Les filtres bactériens existants à l'heure actuelle, tels que les filtres HEPA que l'on peut trouver par exemple dans les masques chirurgicaux traditionnels, ne sont pas efficaces comme barrière de protection contre les virus. En effet, ces filtres sont constitués de couches de polypropylène non tissé dont les pores présentent une taille de 0,2 pm. Cette taille de pores est peu efficace contre les virus puisque ces derniers sont d'une taille inférieure (de 80 à 110 nm). La fabrication de filtres antiviraux représente ainsi une solution intéressante face à ce besoin de protection. Plusieurs approches de fabrication de filtres antiviraux ont été décrites. Par exemple, la demande de brevet japonais JP2004432430 décrit ainsi un filtre contenant un composé extrait de la 2 2904010 graminée Sasa veitchii, qui aurait des vertus antibactérienne et antivirale. Le brevet US 5, 888, 527 divulgue un masque antiviral imprégné de polyphénol de thé contenant des catéchines et des 5 théaflavines qui permettrait d'inactiver les virus en inhibant la réplication virale et en altérant les propriétés physiques des membranes virales. La demande de brevet international W003/051460 concerne un masque comprenant un filtre passif et un filtre actif 10 désinfectant. Le filtre passif permettrait de retenir les particules de poussière, les bactéries et les spores, tandis que le filtre actif tuerait les bactéries, les spores et les virus dont la taille est trop petite pour qu'ils soient bloqués par le filtre passif. Le filtre actif comprend des 15 agents antibactériens, antibiotiques ou antiviraux comme la chlorohexidine ou d'autres composés antiseptiques contenant de la chlorine ou un halogène antiseptique. Enfin, l'équipe de Kawabata et al. s'est particulièrement intéressée aux polymères de 4-vinylpyridine, 20 et a démontré que ces polymères ont une activité antibactérienne (Kawabata et al., antibacterial activity of soluble pyridinium-type polymer, Applied and Environmental Microbiology, 1988, pp. 2532-2535), et également une activité antivirale quand ils sont polymérisés sous forme de billes de 25 diamètre 1.7 microns dans un non-tissé (N. Kawabata et al. 1998, Reactive & functional polymers, n 37 p 213-218). Dans cette publication, le polymère 4-vinylpyridine est polymérisé sur une membrane non tissée ayant une taille de pores de 14 pm, en présence de divinylbenzène, de manière à obtenir des 30 billes de diamètre 1,7 microns. Selon les auteurs, la présence de divinylbenzène est essentielle, car en son absence, la polymérisation conduit à l'obtention d'un film d'homopolymères de 4-vinylpyridine qui rend difficile l'obtention d'une 2904010 3 membrane microporeuse. Il est ainsi essentiel que le 4-vinylpyridine soit polymérisé sous forme de billes pour obtenir une membrane microporeuse. Selon Kawabata et al., l'efficacité de la rétention 5 virale serait due à l'affinité particulière de ce polymère particulier de type pyridine (polychlorure de N-benzyl-4-vinylpyridinium) avec les virus. Sans pouvoir expliquer les causes de cette affinité, Kawabata émet l'hypothèse que (1) les interactions électrostatiques entre les charges positives 10 du polymère et les charges négatives des virus et (2) les interactions hydrophobes entre ce polymère et les virus, pourraient jouer des rôles importants dans cette affinité particulière. Il est à souligner que, en l'absence de test témoin, le test de cette publication ne permet pas 15 d'identifier si la rétention virale observée est réellement due au polymère 4-vinylpyridine ou à la perte virale due aux conditions expérimentales. La Demanderesse a cherché à mettre au point un filtre présentant une activité antivirale, ledit filtre ayant une 20 faible taille de pores, de préférence inférieure à 5 pm, très préférentiellement inférieure à 1 pm et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,2 pm. Le filtre selon l'invention peut être préparé selon un procédé simple qui n'exige pas une polymérisation in situ, ledit filtre 25 présentant une surface non occlusive, impliquant que la membrane ou lit de fibres reste microporeux(se). La Demanderesse établit ainsi que l'affinité entre un polymère et un virus est due à la densité des charges positives réparties dans le réseau polymérique situé sur 30 l'ensemble de la surface du lit de fibres, lesdites charges étant de préférence portées par des fonctions amines situées dans la chaîne principale et/ou dans les chaînes latérales du polymère. 4 2904010 Ainsi, la présente invention a pour but de proposer une solution alternative aux filtres antiviraux déjà existants pour répondre au besoin de protection contre les virus aériens, et concerne l'utilisation d'un polymère cationique 5 ayant de préférence plus d'une fonction amine par motif, susceptible d'être déposé sur un lit de fibres, de préférence non tissé, en tant que piège à virus. La présente invention a plus particulièrement pour objet un lit de fibres, de préférence chargé négativement, 10 recouvert d'au moins un polymère cationique ayant de préférence plus d'une fonction amine par motif, ledit lit de fibres ainsi recouvert ayant une densité de charge de 1x10-6 à 1x10-8 mole de charge par cm2 de lit de fibres ou lx10-5 à 1x10-3 meq par cm2 de lit de fibres, de préférence ledit lit de fibre 15 a une densité de charge de 1x10-7 mol de charge par cm2 de lit ou 1x10-4 meq par cm2 de lit de fibres. Le dosage de la densité de charge par cm2 de lit de fibres est réalisé par les méthodes connues par l'homme du métier comme celles permettant de déterminer la capacité 20 d'échange d'une membrane ou d'une résine échangeuse d'ions décrites par F. Helfferich, Ion Exchange. McGraw-Hill Book Company Inc. Ed. (1962), Chapitre 4 ; pages 72-94. On entend par polymère cationique, tout polymère protonable, de préférence du type comportant des fonctions 25 amines sur sa chaîne principale et/ou sur sa ou ses chaîne(s) latérale(s), et ayant un taux de protonation tel qu'il est capable de se fixer sur un lit de fibres d'une part et de fixer des virus d'autre part. De préférence, le taux de protonation d'un polymère cationique est d'au moins 20%. 30 Avantageusement, la protonation conduit à la formation d'amonium quaternaires. On entend par lit de fibres toute couche tissée ou non tissée composée de fibres en polymères naturels, artificiels 2904010 5 ou synthétiques, par exemple des fibres cellulosiques ou non cellulosiques telles que des fibres polyesters, polyéthylène, polypropylène ou polyamides. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le lit de fibre est microporeux, 5 c'est-à-dire qu'il a une faible taille de pores, de préférence inférieure à 5 pm, très préférentiellement inférieure à 1 pm et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,2 pm. On entend par propriétés antivirales du lit de fibres, 10 la capacité dudit lit de fibres à séquestrer les virus. On entend par virus aérien notamment les virus de la grippe (Influenza virus A, B et C), les coronavirus (par exemple SARS-CoV). D'autres virus concernés également par l'invention sont notamment le virus de la variole, les 15 bactériophages (E. coli), les virus des hépatites, les poliovirus, rotavirus, le virus mosaïque du tabac, le virus ébola et autres virus infectieux. Selon un mode de réalisation, ledit polymère comprend des groupes cationiques sur sa chaîne principale, et/ou sur sa 20 ou ses chaînes latérales. Dans un premier mode de réalisation, ledit polymère cationique comprend un polymère porteur de groupes amine (primaires, secondaires, tertiaires) sur sa chaîne principale, une partie au moins des groupes amines, avantageusement au 25 moins 20%, préférentiellement au moins 30%, très préférentiellement au moins 50%, des groupes amines étant protonés. De préférence, ces polymères cationiques sont le polydiméthylamine-co-épichlorhydrine ou le polydiméthylamine-co-épichlorhydrine-co-éthylenediamine. Le dosage du 30 pourcentage de protonation est réalisé par des techniques bien connues de l'homme du métier telle que celle décrite par Eyler et al. (Eyler RW, Krug TS, Siephius S, Analytical Chemistry 1947 ; 19(1) 24-7). D'autres techniques permettant de doser le 2904010 6 pourcentage de protonation sont décrites par Muller et al. (G Muller, C Ripoll et E Sélégny, European Polymer Journal, volume 7 (10), 1971, pages 1373-1392). Dans un second mode de réalisation, ledit polymère 5 cationique comprend un polymère porteur de groupes amines (primaires, secondaires, tertiaires) sur sa ou ses chaîne(s) latérale(s), une partie au moins des groupes amines, avantageusement au moins 20%, préférentiellement au moins 30%, très préférentiellement au moins 50%, des groupes amines étant 10 protonés. De préférence, ces polymères cationiques sont la polyvinylamine, le polyacrylamide modifié, le polyvinylimidazole, les diéthylaminoéthyl polysaccharides, le chitosan, les polyméthacrylate, de préférence le poly 2-diméthylaminoéthyl-méthacrylate, et ne comprennent pas le 4vinylpyridine. Dans un troisième mode de réalisation très préféré, ledit polymère cationique comprend un polymère porteur de groupes amine (primaires, secondaires, tertiaires) sur sa chaîne principale et sur sa ou ses chaîne(s) latérale(s), une 20 partie au moins des groupes amines, et avantageusement au moins 20%, préférentiellement au moins 30%, très préférentiellement au moins 50%, des groupes amines étant protonés. De préférence, ces polymères cationiques sont le polyéthylène-imine. 25 Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit polymère est le polyéthlène-imine. La présente invention a également pour objet un filtre antiviral et optionnellement antibactérien comprenant au moins un lit de fibres recouvert d'au moins un polymère cationique 30 tel que décrit précédemment. Dans un mode de réalisation préféré, le filtre de l'invention est un filtre antiviral et antibactérien, et comprend au moins un lit de fibres recouvert d'un polymère 2904010 7 cationique tel que décrit précédemment, ledit lit de fibre ayant une taille de pores égale ou inférieure à 0,2 pm. La taille de pores égale ou inférieure à 0,2 pm confère une propriété antibactérienne au lit de fibres ; la surface de ce 5 lit de fibres est ensuite recouverte par au moins un polymère cationique, le lit de fibres acquiert ainsi une propriété antivirale en plus de la propriété antibactérienne. Dans un autre mode de réalisation préféré, le filtre de l'invention est un filtre antiviral et antibactérien, et 10 comprend au moins un lit de fibres recouvert d'un polymère cationique tel que décrit précédemment, et au moins un lit de fibre ayant une taille de pores égale ou inférieure à 0,2 pm. Avantageusement, le lit de fibres selon l'invention est efficace pendant une durée d'au moins 5 heures, de préférence 15 d'au moins 12 heures et très préférentiellement d'au moins 18 heures. La présente invention a aussi pour objet un purificateur d'air, un climatiseur ou un humidificateur comprenant au moins un filtre antiviral et optionnellement 20 antibactérien tel que décrit précédemment. La présente invention a aussi pour objet un dispositif médical comprenant au moins un filtre antiviral et optionnellement antibactérien tel que décrit précédemment, notamment un masque chirurgical, des pansements, des vêtements 25 de protection tels qu'un survêtement... La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'un lit de fibres à propriété antivirale, comprenant la mise en contact dudit lit de fibres avec une solution de polymère cationique tel que décrit précédemment, 30 puis une étape de séchage. Lors de la mise en contact du polymère cationique avec le lit de fibres, les fonctions cationiques, en particulier 2904010 8 amine quaternaire, vont interagir avec le lit de fibres, ce qui conduit à la fixation du polymère sur le lit de fibres. Selon un mode de réalisation, le polymère cationique est solubilisé dans un solvant ou un mélange de solvant. Dans 5 un mode de réalisation préféré, le solvant est un solvant polaire, de préférence l'eau. Très préférentiellement, le polymère cationique est solubilisé dans un sel ionisable, notamment du NaCl. Selon un mode de réalisation, la concentration du 10 polymère dans ladite solution de polymère cationique est de o, l à 200 g.1-1, de préférence de 1 à 100 g.1-1, plus préférentiellement de 20 à 80 g.l-1 et très préférentiellement de 40 à 50 g.l-1. Selon un mode de réalisation, le pH de la solution de 15 polymère est de préférence acide, préférentiellement de 3 à 6,5, et très préférentiellement le pH de la solution de polymère est 6. Selon un mode de réalisation, le lit de fibres est trempé dans la solution de polymère à température ambiante ou 20 la solution de polymère est pulvérisée à température ambiante sur le lit de fibres. Selon un mode de réalisation, le lit de fibres est trempé dans la solution de polymère pendant 1 minute à 3 heures, préférentiellement pendant 5 minutes à 1 heure, très 25 préférentiellement pendant 10 à 30 minutes. Selon un mode de réalisation, le lit de fibres est lavé à l'eau avant séchage de manière à éliminer l'excès de solution de polymère. Selon un mode de réalisation, le lit de fibres est mis 30 à sécher à température ambiante par évaporation ou à l'air ventilé. L'étape de séchage peut être accélérée par un passage dans une étuve ventilée ou sous vide. 2904010 9 Selon un mode de réalisation, l'épaisseur du film de polymère obtenu à la surface du lit de fibres est de 0,5 10-3 pm à 5 pm, de préférence de 0,001 à 1 pm, très préférentiellement de 0,001 à 0,01 pm. 5 La présente invention comprend un procédé de préparation d'un lit de fibres à propriété antivirale tel que décrit précédemment comprenant en outre une étape de réticulation du polymère après séchage. Cette opération, facultative, permet parfois d'optimiser la fixation du 10 polymère sur les fibres. La présente invention comprend également un procédé de préparation d'un lit de fibres à propriétés antivirale et antibactérienne dans lequel le procédé de préparation d'un lit de fibres à propriété antivirale tel que décrit précédemment 15 est appliqué sur un lit de fibres comprenant une taille de pores égale ou inférieure à 0,2 pm. La présente invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère à des exemples d'obtention du lit de fibres à propriété antivirale. 20 Dans les exemples qui suivent, donnés à titre illustratif, il sera fait référence à la figure 1 en annexe, dans laquelle est illustré le montage permettant les expériences de filtration. 25 1- Matériels et méthodes Réactifs et supports Un polyéthylène-imine (PEI) branché de haut poids moléculaire provenant de la société Aldrich Chemicals 30 (référence 40,872-7, lot 05906DU-202) a été choisi pour ces expériences d'obtention d'un lit de fibres à propriété antivirale. 10 2904010 Le lit de fibres utilisé dans ces expériences provient de la troisième couche de masques de chirurgiens rectangulaires FFP1. Une analyse Infra-Rouge en mode ATR a révélé que les deux premières couches d'un masque (face à 5 l'extérieur) sont constituées de polypropylène non tissé et servent de filtres bactériens, tandis que la troisième couche également non tissée (face visage) est constituée d'un mélange de polyester-cellulose ou de cellulose estérifiée. Ces couches sont chargées négativement. 10 Dosage des groupes amines protonés Cette mesure est effectuée par dosage pHmétrique. 25 ml d'une solution de PEI à 0,44 % (4,4 g.l-1 ou 0,102 mol.1-1) dans du NaCl 0,2 mol.l-1 sont dosés par une solution de 15 HC1 0,1 mol 1-1 Le pH de la solution initiale (PEI non protoné) est de 11. 14 ml de HC1 0,1 mol.l-1 ont été ajoutés pour un volume total de 18 ml pour atteindre un pH = 6. 20 A pH = 6, le taux de protonation du PEI est de 75 % 5 % (14 ml/18 ml). Dosage de la densité de charge par cm2 de lit de fibres. 25 Une surface précise du lit de fibres (232 cm2) est trempée pendant 12h dans 50 ml d'une solution à 4,4% de PEI dans du NaCl 0,2 mol.1-1. Le lit de fibre est ensuite placé dans une solution de HC1 0,1 mol.l-1 afin de protoner la totalité du PEI fixé. 30 Le lit de fibre est ensuite lavé à l'eau jusqu'à pH constant pour soutirer l'excès de HC1. 11 2904010 Le lit de fibre est enfin placé dans 8 ml d'eau. La quantité de charge positive présente sur le lit de fibre est dosée par la soude 0,01 mol.l-1. Le pH initial est de 8,56. On trouve un volume 5 équivalent de 2,5 cm3 de soude 0,01 mol.1-1. Ceci correspond à une concentration de 3,125 x 10-3 mol/1 d'acide, ou 2,5 x 10-5 mole d'acide dans les 8 ml d'eau. En considérant qu'une mole d'acide avait réagi avec une mole de motif de répétition de PEI (MPEI = 43 g.mol-1), 1,075 x 10 10-3 g de PEI sont donc fixés sur les 232 cm2 de lit de fibre, ce qui est équivalent à 4,63 x 10-6 g de PEI par cm2 de lit de fibre. La valeur de densité de charge du lit de fibres est donc de 1,1 x 10-7 mole de charge par cm2 de lit de fibres ou 15 mieux 1,1 x 10-4 meq par cm2 de lit de fibres. Modification de la couche 3 La fonctionnalisation s'est portée sur la couche 3 du masque, ci-après dénommée lit de fibres. 20 La couche non tissée est trempée pendant une journée dans une solution de PEI à 4,4% en masse dans du NaCl à 0,2 M à pH=8 ou à pH=6. Le sel permet d'augmenter la quantité de polymère fixée. La valeur pH de 8 correspond à un pH optimum de 25 fixation préalablement déterminé. La valeur pH de 6 permet d'augmenter la protonation, de préférence la quaternisation du PEI (7 REVENDICATIONS 1. Lit de fibres, de préférence chargé négativement, recouvert avec au moins un polymère cationique. 2. Lit de fibres selon la revendication 1, recouvert sur l'une ou l'autre de ses faces, d'un film de polymère cationique d'une épaisseur de 0,5.10-3 pm à 5 pm, de préférence de 0,001 à 1 pm, très préférentiellement de 0,001 à O,Olpm. 3. Lit de fibres l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la densité de charge positive est de 1x10-6 à 1x10-8 mole de charge par cm2 de lit de fibres ou 1x10-5 à 1x10-3 meq par cm2 de lit de fibres, de préférence de 1x10-7 mol de charge par cm2 de lit ou 1x10-4 meq par cm2 de lit de fibres. 4. Lit de fibres selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit polymère comprend des groupes cationiques sur sa chaîne principale et/ou sur sa ou ses chaînes latérales. 5. Lit de fibres présentant des propriétés antivirales selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé 20 en ce que ledit polymère est le polyéthylène-imine. 6. Filtre antiviral comprenant au moins un lit de fibres tel que décrit dans l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Filtre antiviral selon la revendication 6, 25 comprenant en outre un lit de fibres comprenant une taille de pores égale ou inférieure à 0,2 pm. 8. Filtre antiviral selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit lit de fibres a une taille de pores égale ou inférieure à 0,2 pm. 30 9. Purificateur d'air, climatiseur ou humidificateur comprenant au moins un filtre tel que décrit dans l'une des revendications 6 à 8. 2904010 19 10. Dispositif médical comprenant au moins un filtre tel que décrit dans l'une des revendications 6 à 8, ou au moins un lit de fibres tel que décrit dans l'une des revendications 1 à 5. 5 11. Dispositif selon la revendication 10, qui est un masque chirurgical, un pansement ou un vêtement de protection tel qu'un survêtement. 12. Procédé de préparation d'un lit de fibres à propriété antivirale comprenant la mise en contact dudit lit 10 de fibres avec une solution de polymère cationique tel que décrit dans l'une quelconque des revendications 1 à 5, puis une étape de séchage. 13. Procédé de préparation d'un lit de fibres à propriété antivirale selon la revendication 12, caractérisé en 15 ce que la concentration du polymère dans la solution est comprise entre 0,1 et 200 g.1-1, de préférence entre 1 et 100 g.1-1, plus préférentiellement entre 20 et 80 g.l-let très préférentiellement entre 40 et 50 g.1-1. 14. Procédé de préparation d'un lit de fibres à propriété antivirale selon l'une quelconque des revendications 12 à 13 caractérisé en ce que le pH de la solution de polymère est de préférence acide, préférentiellement compris entre 3 et 6,5, et très préférentiellement le pH de la solution de polymère est 6.25