Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von oberflächlich durch aufgepfropftes Polymerisat modifiziertem Polymermaterial und auf dessen Verwendung zur chemischen Bindung von Aminosäuren oder von Peptiden oder Proteinen mit einer Aminosäureendgruppe.
Ein Pfropfcopolymer hat eine aus einem Polymer oder Copolymer bestehende Stammkette, auf die eine Anzahl Seitenketten aus einem anderen Polymer oder Copolymer gepfropft sind. Pfropfcopolymere haben im allgemeinen Eigenschaften, die sich merklich von denjenigen gewöhnlicher Copolymere unterscheiden. die aus den gleichen monomeren Einheiten hergestellt sind. die aber in einer geraden oder verzeigten Kette zufällig verteilt sind. Gewöhnliche Copolymere haben gewöhnlich Eigenschaften, die zwischen denjenigen der beiden entsprechenden Homopolymere liegen, während die Pfropfcopolymere gewisse Eigenschaften einer jeder der Komponenten haben können.
Es wurde nun gefunden, dass gewisse Pfropfcopolymere chemisch an proteinhaltige Substanzen gebunden werden können und dass die resultierenden teilchenförmigen oder zusammenhängenden festen polymeren Substanzen, die Makromoleküle aus Pfropfcopolymeren mit chemisch daran ,ebundenen Proteinmolekülen aufweisen. bemerkenswerte Eigenschaften haben, die in der Biologie, in der biologischen Prüfung. für medizinische Prothesen und allgemein in der Medizin brauchbar sind.
Die Kupplung von Aminosäuren und Peptidketten an eine feste Substanz. nämlich vernetztes Polystyrol. mit Hilfe ko valenter Bindungen ist bekannt. [Merrifield. J. A. C. S. 85.
2149 (19(3)]: auch das Vermögen von Proteinen. mit nicht polymeren. Isothiocyanatgruppen aufweisenden Chemikalien chemische Bindungen einzugehen, ist bekannt [McKinney et al.. J. Immunology 93, 232. (1964)]. Es wurde nun gefunden, dass polymere Substanzen mit in bestimmter Weise geformten Oberflächen aus mit Protein reaktionsfähigen Gruppen verwendet werden können. um makromolekulare Phasen, vorzugsweise feste Substanzen in Form von Partikeln, Folien, Körnern, Tabletten oder geformten Gegenständen. herzustel- len. welche makromolekularen Phasen eine Oberflächenschicht aufweisen, die Aminosäuren. Peptide oder Proteine chemisch zu binden vermag.
Insbesondere wurde gefunden, dass diejenigen Pfropfcopolymere. bei denen die aufgepfropfte monomere Einheit einen mit Protein reaktionstähi- gen Substituenten aufzunehmen vermag, für die Bildung einer dichten äusseren Oberfläche von reaktionsfähigen Gruppen in einzigartiger Weise geeignet sind.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet. dass man eine aromatische Vinylverbindung der Formel:
EMI1.1
worin Y einen Substituenten. der mit Protein nicht reaktionsfähig ist. und n null oder eine ganze Zahl grösser als null bedeutet, mit Hilfe von ionisierender Strahlung auf die Oberfläche eines festen PolYmermaterials, das unter der Einwirkung von ionisierender Strahlung freie Radikale zu bilden vermag. pfropfpolymerisiert und im erhaltenen Oberflächenpfropfcopolymer, während es in festem Zustand vorliegt, eine oder mehrere mit Protein reaktionsfähige Gruppen X in die gegebenenfalls substituierte Phenylgruppe von Monomerein leiten der genannten aromatischen Vinylverbindung einführt.
Geeignete Vinylverbindungen. die mit Hilfe von freien Radikalen polymerisierbar sind. sind beispielsweise im britischen Patent Nr. 801 528 auf Seite 1, Zeilen 68 bis 77, beschrieben. Geeignete Substituenten Y sind Nitro- und Alkylgruppen und Halogenatome, z. B. Methyl oder Chlor.
Das Grundpolymer, das die Stammkette bildet, und sein Herstellungsverfahren sind nicht besonders wichtig. So sind beispielsweise die im britischen Patent Nr. 801 528 auf
Seite 1, Zeilen 56 bis 67, angegebenen Grundpolymere geeignet. Als Grundpolymer kommt für die Erfindung jedes Polymer in Betracht, das unter dem Einfluss von ionisierender Strahlung freie Radikale zu erzeugen vermag, was dem Fachmann wohlbekannt ist.
Geeignete Grundpolymere sind daher beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen, Polyimide, Poly-p-xylylen oder Polntetrafluoräthylen. Bei der Immunisierungsprüfung und bei chirurgischen Anwendungen ist es sehr erwünscht. wenn die Dichte der mit Protein reaktionsfähigen Gruppen auf der Oberfläche hoch ist und innerhalb des polymeren Materials im wesentlichen keine reaktionsfähigen Gruppen vorhanden sind; es wurde gefunden. dass Copolymere, die diese Anforderungen erfüllen. hergestellt werden können, wenn das Stammkettenpolymer durch das Reaktionsmedium und/oder das Monomer nicht gelöst, solvatisiert oder gequollen wird. Als Stammkettenpolymere wer den daher die lösungsmittelbeständigen Polymere der fluorierten Äthylene, insbesondere Polytetrafluoräthylen. bevorzugt.
Da es ein Vorteil der erfindungsgemäss hergestellten Copolymere ist, dass das Grundpolymer vor dem Pfropfen zu dem gewünschten Gegenstand geformt werden kann, wird es bevorzugt, dass das Grundpolymer während des Pfropfens und/oder der Einführung der mit Protein reaktionsfähigen Gruppe nicht gelöst wird. Infolgedessen wird es bevorzugt, dass das Reaktionsmedium. beispielsweise ein Lösungsmittel.
für das Pfropfen oder die Einführung der mit Protein reaktionsfähigen Gruppe so gewählt wird, dass es das Grundpolymer nicht löst.
Unter mit Protein reaktionsfähigen Gruppen werden Gruppen verstanden, die unter milden Bedingungen, unter denen Peptide und Proteine nicht abgebaut werden, mit einer Aminosäure. mit einem Peptid oder einem Protein eine chemische Bindung zu bilden vermögen. Eine erste be bevorzugte, mit Protein reaktionsfähige Gruppe ist die Isothiocyanatgruppe, die in z. B. aus der oben genannten Veröffentlichung von McKinney bekannter Weise mit der Aminogruppe einer Aminosäure eine Thioharnstoffbindung bildet: eine zweite mit Protein reaktionsfähige Gruppe ist die Chlormethylgruppe (-CH2Cl). die mit dem Trialkylammoniumsalz einer Aminosäure in der von R. B. NIerrifield, J. A. C. S. 85.
2149 (1963) beschriebenen Weise unter Bildung einer Methylenesterbindung zwischen der aromatisehen Vinylmono mereinheit und dem Carbonsäurerest der Aminosäure umgesetzt werden kann; eine dritte Gruppe. die bei Verwen dung zusammen mit Carbodiimiden (R (R'N=C=N'R') N=C =N zu R') als Kupplungsmitteln mit Protein reaktionsfähig ist. ist der Substituent -L NHR". worin L eine nicht saure Verbindungsgruppe ist, die die Basizität der Aminogruppe aufrechterhält, indem sie die Aminogmppe vom aromatischen Ring des Sty rolmoleküls trennt; so kann L beispielsweise aus einer oder mehr Methylengruppen oder einer Iminoäthylengruppe, z. B.
CH2CH2-, zu CH,CH,-, bestehen. Die letztere Gruppe wird be- vorzugt. Die kuppelnde Wirkung des Carbodiimides, durch die die Carbonsäuregruppe einer Aminosäure mit der basischen Aminogruppe -L - NHR" verbunden wird, wurde von J. C. Sheehan und G. P. Hess in J. A. C. S. 77, 1067 (1955) beschrieben. Die Bedeutung von R und R' in dem Carbodiimid, die gleich oder verschieden sein können. ist nicht besonders wichtig. und diese Reste können Cycloalkyl-, Alkyloder Arylreste sein. Vorzugsweise sind R und R' derart, dass die resultierenden substituierten Harnstoffe in dem Reaktionsmedium nicht ausfallen. Die Bedeutung von und R"', die gleich oder verschieden sein können, ist ebenfalls nicht besonders wichtig, und R" und R"' können Alkylgruppen, insbesondere Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, sein.
Eine vierte mit Protein reaktionsfähige Gruppe ist die Diazoniumsalzgruppe (-NN-Z-, worin Zi der Rest einer starken Säure, z. B. Cl', ist); diese Diazoniumsalzgruppe wird mit den Aminogruppen von Aminosäuren in der von Campbell (Proc. Nat. Acad. Sci. U.S. 37, 575 [1951]) und von Yagi et al. (J. Immunology 85, 375 [1960]) beschriebenen Weise gekuppelt.
Gewisse der Zwischenprodukte für die erfindungsgemäss hergestellten Pfropfcopolymere sind auch neue Substanzen; so sind beispielsweise, soweit bekannt, keine der durch Nitrogruppen substituierten Oberflächenpfropfcopolymere von Styrol auf den polymeren Stammketten der oben definierten Art hergestellt worden. Bevorzugte Copolymerzwischenprodukte sind die Oberflächenpfropfpolymere von Nitrostyrol und Aminostyrol auf Polytetrafluoräthylen. Ein weiteres besonders bevorzugtes copolymeres Zwischenprodukt ist das Pfropfpolymer von o-Nitroaminostyrol auf Polytetrafluor äthylen. Dieses Copolymer wird wegen der aktivierenden Eigenschaften der Nitrogruppe besonders bevorzugt. Copolymere, in denen Polystyrol auf ein Grundpolymer aus Polytetrafluoräthylen gepfropft ist, werden im folgenden als Poly-(tetrafluoräthylen-g-styrol) bezeichnet.
Wenn das Polystyrol substituiert ist, beispielsweise durch eine Nitrogruppe, wird das Produkt im folgenden beispielsweise als Poly-(tetra flu oräthylen-g-nitrostyrol) bezeichnet.
Unter einer Vielzahl von monomeren Einheiten der oben definierten Art wird verstanden, dass polymere Seitenketten aufgepfropft werden, deren Kettenlänge nicht von entscheidender Bedeutung ist; sie kann in bekannter Weise geregelt werden, und es sind sowohl kurze als auch lange aufgepfropfte Seitenketten brauchbar.
Verfahren zur Herstellung der Pfropfcopolymere, in die die mit Protein reaktionsfähige Gruppe eingeführt werden soll, z. B. Verfahren zum Aufpfropfen von Polystyrol auf Polyäthylen, Polypropylen, Polytetrafluoräthylen usw., sind beispielsweise aus dem britischen Patent Nr. 801 528 bekannt. Das bevorzugte Verfahren besteht in der Pfropfpolymerisation in Gegenwart von ionisierender Strahlung; dieser dem Fachmann wohlbekannte Ausdruck umfasst (vergleiche britisches Patent Nr. 801 528, Seite 1, Zeilen 49 bis 56): ss-Strahlen, y-Strahlen, Neutronen, beschleunigte Elektronen und schwere Teilchen, Röntgenstrahlen usw. oder Gemische derselben. Geeignete Quellen derartiger Strahlung sind Atomreaktoren, Elektronen- oder Teilchenbeschleuniger, radioaktive Isotope und Röntgeneinrichtungen. Die Polymerisation kann gemäss allen bekannten Verfahren ausgeführt werden, z.
B. in einem flüssigen Medium unter Verwendung eines Überschusses des aufzupfropfenden Monomers oder in einer inerten Flüssigkeit, beispielsweise Methanol, wie in Journal of Applied Polymer Science 7, 245 bis 250, (1963) angegeben, oder durch Überziehen des Grundpolymers mit einem Film des Comonomers oder durch Umsetzen des Grundpolymers mit einem verdampften Comonomer.
Pfropfcopolymere mit einer hohen Konzentration der mit Protein reaktionsfähigen Substituenten auf der Oberfläche werden bevorzugt; solche Copolymere zeigen eine hohe Reaktionsfähigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit und behalten die Eigenschaften des Grundpolymersubstrates. Demzufolge wird das Grundpolymer so gewählt, dass es die für die Anwendung erforderlichen Eigenschaften zur Verfügung stellt, beispielsweise Reaktionsträgheit in bezug auf das Reaktionsmedium, biologische Verträglichkeit, Beständigkeit und Festigkeit.
Reaktionsbedingungen, die die oberflächliche Pfropfung begünstigen, werden bevorzugt, nämlich Abwesenheit von Lösungsmitteln, als Alternative die Verwendung von flüssigen Medien, die das Grundpolymer nicht lösen, die Verwendung von Comonomeren, in denen das Grundmonomer nicht löslich ist, und Grundpolymere, die gegen das Eindringen des flüssigen oder gasförmigen Comonomers und gegen alle verwendeten Lösungsmittel beständig sind, wie beispielsweise Polymere, die durch Vernetzung unlöslich gemacht worden sind, oder inerte Polymere insbesondere Polytetrafluoräthylen (PTFE), werden bevorzugt.
Chapiro (J. Polymer Sci. 34, 481 [1959]) hat bereits bewiesen, dass bei dem System PTFE-Styrol bei hohen Strahlungsdosen die Oberflächenpfropfung überwiegt, während bei niedrigen Strahlungsdosen eine stufenweise Pfropfung eintritt, die allmählich in das Polymer eindringt. Daher wird es bevorzugt, bei Strahlungsdosen von über 3600 bis 300 000 rad/Stunde zu arbeiten.
Das Verfahren gemäss der Erfindung zur Herstellung von Pfropfcopolymeren, die mit Protein reaktionsfähige Gruppen der oben definierten Art tragen, ist dadurch gekennzeichnet, dass man eine Vinylverbindung der Formel:
EMI2.1
worin Y einen oder mehr gegebenenfalls vorhandene Substituenten, die mit Protein nicht reaktionsfähig sind, bedeutet, auf die Oberfläche einer festen geformten polymeren Stammkette pfropfpolymerisiert und in die aromatischen Gruppen des Pfropfcopolymers, das in festem Zustand gehalten wird, eine mit Protein reaktionsfähige Gruppe der oben definierten Art einführt Wenn die mit Protein reaktionsfähige Gruppe die Isocyanatgruppe ist, besteht das bevorzugte Verfahren zur Bildung derselben aus drei Stufen, nämlich: 1. Nitrieren einer Vielzahl von Vinylgruppen in dem festen Copolymer unter Bildung des unlöslichen Nitroderivates, 2.
Reduktion mindestens eines Teiles der genannten Nitrogruppen zu Aminogruppen und 3. Umsetzung der Aminogruppen mit Thiophosgen. Die Nitrierung von Styrolhomopolymeren im flüssigen Zustand ist bekannt und kann gemäss Zenftman, J. Chem. Soc. 1950, 982 und dem britischen Patent Nummer 616 453 nur mit Erfolg ausgeführt werden, wenn das Polymer in dem Nitrierungsmedium gelöst ist und anschliessend aus der Lösung gewonnen wird. Im Gegensatz dazu wird es beim vorliegenden Verfahren bevorzugt, das Pfropfpolymer im festen Zustand, z.
B. in der vorherbestimmten Form für die Endverwendung, etwa in Form von Tabletten oder Stücken, zu nitrieren; es wurde gefunden, dass eine bis zu 100%ige Mononitrierung der Polystyrolpfropfpolymere auf diese Weise erzielt werden kann, wobei ein geringer Polynitrierungsgrad, obgleich er nicht erwünscht ist, geduldet werden kann; es ist ein ausgeprägter Vorteil der Erfindung, dass alle Nitrogruppen auf der Oberfläche gebildet werden und der feste Gegenstand leicht direkt nitriert werden kann. Die bekannten Nitrierungsbedingungen können angewendet werden. So kann das Nitrierungsgemisch ein Gemisch von konzentrierter Salpetersäure und konzentrierter Schwefelsäure in einem Volumenverhältnis von 3 :1 bis 2:1 sein.
Die Nitrierungstemperaturen können -10 bis 65" C betragen; die Nitrierungsdauer beträgt 0,5 bis 5 Stunden, vorzugsweise 2 bis 4 Stunden. Die Nitrierung des Pfropfcopolymers kann aber auch in organischen Lösungsmitteln, z. B. Nitromethan, Acetanhydrid, Essigsäure und Chloroform, mit einem Üb er- schuss Salpetersäure vorgenommen werden.
Die Reduktion der eingeführten Nitrogruppen zu Aminogruppen kann mit bekannten Reduktionsmitteln ausgeführt werden, aber auch in diesem Falle wird die Reduktion des festen, ungelösten Polymers bevorzugt. So wird beispielsweise ein nitriertes Pfropfcopolymer in fester Form mit einem Gemisch von Zinn und Salzsäure bei Temperaturen im Bereich von etwa 0 bis etwa 100" C behandelt, bis mindestens ein Teil der Nitrogruppen, vorzugsweise aber praktisch alle Nitrogruppen, zu Aminogruppen reduziert sind. Da die Aminoverbindung zur Verfärbung neigt, wird es bevorzugt, die Reaktion praktisch in Abwesenheit von Luft auszuführen; aus diesem Grunde kann die Aminoverbindung zweck mässig in Form ihres Salzes, beispielsweise des Hydrochlorides, in der Lösung belassen werden, in der sie hergestellt wurde.
Die Überführung der Aminogruppen in Isothiocyanatgruppen durch Umsetzung mit Thiophosgen kann analog der Umsetzung von nicht polymeren Verbindungen bei Umgebungstemperatur, vorzugsweise zwischen 0 und 30 C in Wasser, in Gegenwart eines Säureakzeptors ausgeführt werden. Jedoch ist die Reaktionsgeschwindigkeit des festen Aminopfropfcopolymers in Wasser gering, selbst wenn ein chloriertes Lösungsmittel, z. B. Tetrachlorkohlenstoff, zugesetzt wird.
Es wurde gefunden, dass die Umsetzung viel schneller verläuft, wenn das durch Aminogruppen substituierte Pfropfcopolymer oder ein Salz desselben als Festsubstanz in einem Lösungsmittel suspendiert ist, das die Oberfläche des Copolymers zu quellen vermag, vorzugsweise in einem chlorierten Kohlenwasserstofflösungsmittel, wie beispielsweise Tetrachlorkohlenstoff, gegebenenfalls in Gegenwart eines basischen säurebindenden Mittels, beispielsweise Natriumbicarbonat, Calciumcarbonat oder Natriumhydroxyd, und Thiophosgen unter Rühren bei Umgebungstemperatur, vorzugsweise zwischen 0 und 30 C, zugesetzt wird; diese Ausführungsform wird daher zur Herstellung des Isocyanatderivates bevorzugt. Die Reaktionsdauer beträgt bis zu 24 Stunden.
Das resultierende Isothiocyanatopfropfcopolymer kann mit Lösungsmitteln, wie beispielsweise Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, Diäthyläther oder Lösungsmittelgemischen, gewaschen und in einem Vakuumofen bei Temperaturen unterhalb der Zersetzungstemperatur des Isothiocyanatopfropfcopolymers, vorzugsweise bei Temperaturen nicht über 60 C, getrocknet werden.
Die Aminogruppen der beschriebenen Pfropfcopolymere können aber auch durch Umsetzung mit Schwefelkohlenstoff in Gegenwart eines Hydroxydes eines Alkalimetalles und anschliessende weitere Umsetzung mit einem Alkylchlorformiat in Isothiocyanatgruppen übergeführt werden; diese Verfahrensweise unter Verwendung von Äthylchlorformiat wird unten durch die folgenden schematischen Gleichungen wiedergegeben:
EMI3.1
worin R eine Einheit des Restes eines Pfropfcopolymers bedeutet und die Umsetzung nur einer einzigen aus einer Vielzahl von Gruppen angegeben ist. Anstelle des Alkylchlorformiates kann in der zweiten Reaktion aber auch ein Halogenit oder Hypohalogenit eines Alkalimetalles, beispielsweise Natriumchlorit oder Natriumhypochlorit, verwendet werden.
Ein weiteres Verfahren zur Einführung einer mit Protein reaktionsfähigen Gruppe besteht in der Chlormethylierung eines Pfropfcopolymers in Gegenwart eines Lösungsmittels, das die aufgepfropften Ketten zu quellen vermag, beispielsweise Chloroform. Das Verfahren der Chlormethylierung durch Umsetzung mit einem Chlormethyläther, z. B. Chlormethylmethyläther oder Chlormethyläthyläther, oder mit Formaldehyd und Chlorwasserstoff in Gegenwart eines Katalysators, wie beispielsweise Zinkchlorid oder Aluminiumchlorid, ist an sich aus Fieser und Fieser, Advanced Organic Chemistry, N. Y. Reinhold Publishing Cpy., 1961, S. 778, 779, 780, bekannt. Als Katalysator wird Stannichlorid bevorzugt.
Gewünschtenfalls kann dieses Polymer nitriert werden.
Die Bindung dieser Chlormethylgruppen an Proteine ist analog dem von Merrifield in der oben zitierten Veröffentlichung beschriebenen Prozess.
Ein weiteres Verfahren zur Einführung einer Gruppe, die in Kombination mit einem Carbodiimid mit Protein reaktionsfähig ist, besteht in der Einführung einer verbindenden Gruppe der Formel -LNHR" in den Ring des aufgepfropften Polystyrols. Ein derartiges Verfahren ist die Umsetzung eines Alkylenimins mit aufgepfropftem Poly-(aminostyrol) gemäss dem Reaktionsschema:
EMI3.2
worin Q den Rest des Pfropfcopolymers darstellt und die Umsetzung nur einer einzigen aus einer Vielzahl von Gruppen angegeben ist. Die Umsetzung, durch welche die verbindende Gruppe mit Hilfe des Carbodiimids an Aminosäuren, Peptide und Proteine gekuppelt werden kann, ist beispielsweise aus Sheehan et al., J. A. C. S. 77, 1067 (1955) bekannt.
Noch ein weiteres Verfahren zur Einführung einer mit Protein reaktionsfähigen Gruppe besteht in der Diazotierung eines erfindungsgemäss hergestellten festen Polyaminostyrol Pfropfcopolymers in an sich bekannter Weise unter Bildung des Diazoniumsalzes einer starken Säure. Dieses kann dann an die freie Aminogruppe einer Aminosäure, eines Peptides oder eines Proteins gemäss dem Reaktionsschema:
EMI3.3
worin Pr den Proteinrest darstellt, gebunden werden.
Es wird auch ein Verfahren zur Umsetzung der erfindungsgemäss hergestellten Pfropfcopolymere mit mit Protein reaktionsfähigen Gruppen der definierten Art mit Aminosäuren, Peptiden oder Proteinen beschrieben; dadurch werden die Reaktionsprodukte der erfindungsgemäss hergestellten Pfropfcopolymere der oben definierten Art mit Aminogruppen enthaltenden Verbindungen, insbesondere Aminosäuren, Peptiden und Proteinen, zur Verfügung gestellt. Die erfindungsgemäss hergestellten Pfropfcopolymere können in allen Fällen verwendet werden, in denen eine chemische Bindung einer Aminoverbindung, beispielsweise einer Aminosäure, eines Peptides oder eines Proteins, auf die Oberfläche eines Kunststoffmaterials erwünscht ist. Eine derartige Anwendung ist die spezifische Abtrennung von Proteinen aus Lösung, wie sie bei Hormonuntersuchungen z. B. von Hunter, W. M., und Greenwood, F.
C., Biochem, J. 85, 39P (1962), Utiger, R. D., Parker, M. L., und Daughaday, W. H., J. Clin. Invest. 41, 254 (1962) und Glick, S. M., Roth, J., Yalow, R. S., und Berson, S.A., Nature 199, 784 (1963) oder für die Prüfung auf Insulin beispielsweise von Yalow, R. S., und Berson, S. A., J. Clin. Invest, 39P, 1157 (1960) beschrieben wurde.
Eine weitere mögliche Anwendung liegt in der Synthese von Peptiden gemäss der oben zitierten Veröffentlichung von Merrifield. Die quantitative Umsetzung bei der Analyse organischer Proteine ist im allgemeinen eine weitere Anwendung.
Eine andere Anwendung ist die Prothese. Die Verwendung von Kunststoffmaterialien, z. B. Nylon oder Polytetrafluoräthylen, in medizinischen Prothesen ist nicht immer möglich, weil diese Materialien mit dem Körpergewebe nicht vollständig verträglich sind. Es wird angenommen, dass eine dichte Oberflächenschicht von Protein, das an die erfindungs gemäss hergestellten Copolymere gebunden ist, die Verträglichkeit von Kunststoffprothesen mit dem Körpergewebe von Säugetieren verbessern wird.
Das oberflächliche Reaktionsvermögen der erfindungsgemäss hergestellten Pfropfcopolymere ist vorteilhaft. Dadurch wird die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht, die Abtrennung durch Filtration erleichtert, es werden unerwünschte Reaktionen im Inneren des Kunststoffes, wo die Proteine für weitere Reaktionen, beispielsweise mit anderen Proteinen, nicht leicht verfügbar wären, vermieden, und alles unerwünschte homopolymerisierte Polystyrol kann leicht durch
Waschen mit einem Lösungsmittel entfernt werden, da das aufgepfropfte Polymer durch den Pfropfprozess unlöslich gemacht wird.
Dass im wesentlichen alle reaktionsfähigen Gruppen auf der Oberfläche vorliegen, ermöglicht es auch, Kunststoff gegenstände, beispielsweise semipermeable Membranen, reaktionsfähige Diaphragmen, Pellets, Tiegel, Filter und synthetische Körperimplantate, mit reaktionsfähigen Oberflä chen, die für die Umsetzung mit Proteinen bereit sind, oder alternativ mit eingebauten chemisch gebundenen Oberflächen aus Proteinen vorzufabrizieren.
Die Erfindung wird erläutert, aber nicht beschränkt durch die folgenden Beispiele, in denen alle Teile und Prozentsätze gewichtsmässig angegeben sind, wenn nichts anderes bemerkt ist.
Beispiel 1
Polytetrafluoräthylenpulver FLUON G4 (Markenprodukt, 250 g) wurde durch ein Sieb mit einer lichten Ma schenweite von 1,27 mm gesiebt und in ein zylindrisches Glasreaktionsgefäss mit 2000 cm3 Inhalt gebracht. 500 cm3 Styrolmonomer, das unter vermindertem Druck in einer
Stickstoffatmosphäre destilliert worden war, wurde zu dem Polytetrafluoräthylen gegeben, und das Gemisch wurde drei mal bei einem Druck von 0,01 mm Quecksilbersäule unter Verwendung von flüssigem Stickstoff als Kühlmittel entgast.
Das Reaktionsgefäss wurde in das Zentrum einer kreisförmigen Anordnung von 8 y-Strahlen aussendenden Kobalt-60 Quellen (250 Curie) gebracht. Die Bestrahlung wurde bei Umgebungstemperatur während 3 Stunden ausgeführt, wobei die Strahlungsdosis in dem Reaktionsgefäss auf 1,75 x 105 rad/Stunde gehalten wurde. Das Reaktionsgemisch wurde dann filtriert und der Rückstand mit heissem Benzol gewaschen, bis er frei von homopolymerisiertem Styrol war. Das Gewicht des bestrahlten Produktes (nach dem Trocknen im Vakuum bei 60 C) betrug 269,8 g, was einer Polystyrolaufpfropfung von 7,3 % äquivalent war. Das Vorhandensein von Polystyrol in dem Pfropfcopolymer wurde durch Infrarotspektroskopie bestimmt.
Das Poly-(tetrafluor äthylen-g-styrol) war nur schwer mit Wasser benetzbar, und kleine Partikeln schwammen trotz eines spezifischen Gewichtes von mehr als 2,2 während recht langer Zeit auf Wasser. In diesem Beispiel wurde überwiegend ein Oberflächenpfropf- polymer gemäss der oben zitierten Veröffentlichung von Chapiro erzeugt, das als Zwischenprodukt für das erfindungsgemäss hergestellte Copolymer bevorzugt wird. Das Beispiel beweist, dass ein hoher Oberflächenpfropfungsgrad mit grossen Geschwindigkeiten erzielbar ist, wenn hohe Strahlungsdosen angewendet werden.
Beispiel 2
Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass die Strahlendosis in dem Reaktionsgefäss auf 940 rad/Stunde herabgesetzt wurde und die Bestrahlungsdauer auf 35 Stunden erhöht wurde. Das Gewicht des bestrahlten Produktes war 264,6 g, was einer Polystyrolaufpfropfung von 5,5% äquivalent war. Das Vorhandensein von Polystyrol in dem Pfropfcopolymer wurde mit Hilfe der Infrarotspektroskopie bestimmt. Dieses Beispiel erläutert die Wirkung, die durch Bestrahlung bei niedrigen Strahlendosen erhalten wird. Das Poly-(tetrafluoräthylen-g-styrol) war mit Wasser nur schwer benetzbar.
Dieses Beispiel erläutert ein vorwiegend homogenes (Ti efen-)Pfropfcopolymer.
Beispiel 3
262 cm3 69,7 %ige konzentrierte Salpetersäure und 98 cm3 96%ige konzentrierte Schwefelsäure wurden gemischt, und das Gemisch wurde in einen mit einem Rührer und einem Thermometer versehenen 2000-cm3-Kolben gebracht. Der Kolben wurde in ein Eisbad gebracht, der Inhalt des Kolbens auf 0 C abgekühlt, und das Säuregemisch wurde unter Rühren mit einzelnen Portionen des im Beispiel 1 erhaltenen Poly-(tetrafluoräthylen-g-styrols) versetzt, bis 150,6 g Copolymer in dem Säuregemisch dispergiert worden waren. Die Dispersion wurde weitere 30 Minuten bei 0 C gerührt; danach liess man ihre Temperatur auf etwa 20 C steigen und rührte bei dieser Temperatur weitere 30 Minuten.
Die Dispersion wurde dann auf etwa 50 C erhitzt und das Rühren während weiteren 1,5 Stunden fortgesetzt. Weitere 180 cm3 des oben beschriebenen Gemisches von Salpetersäure und Schwefelsäure wurden zu der Dispersion zugesetzt, und das Rühren wurde bei einer Temperatur von etwa 50 C während weiteren 1,5 Stunden fortgesetzt. Der Inhalt des Kolbens wurde abgekühlt, filtriert und das auf dem Filter zurückgehaltene feste Produkt mit destilliertem Wasser gewaschen, um die Säure zu beseitigen, dann mit Methanol gewaschen und schliesslich in einem Vakuumofen bei 60 C getrocknet. Das so erhaltene Poly-(tetrafluoräthylen-g-nitrostyrol) sah blassgelb aus, und seine Farbe dunkelte bei der Einwirkung von Sonnenlicht nach. Das Gewicht des erhaltenen Produktes betrug 155,6 g.
Die Gewichtszunahme zeigte, dass etwa eine Nitrogruppe pro im Pfropfcopolymer vorhandenem aromatischem Ring eingeführt worden war, wobei ein kleiner Anteil der aromatischen Ringe polynitriert worden war. Das Poly (tetrafluoräthylen-g-nitrostyrol) liess sich mit Wasser leicht benetzen. Das Vorhandensein von aromatischen Nitrogruppen in dem Produkt wurde durch Infrarotspektroskopie bestätigt.
Beispiel 4
Beispiel 3 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass das Pfropfcopolymer aus Beispiel 1 durch 150,6 g des Poly (tetrafluoräthylen-g-styrols) von Beispiel 2 ersetzt wurde.
Das Gewicht des erhaltenen Produktes betrug 154,0 g, und die Gewichtszunahme zeigte. dass im wesentlichen eine Nitrogruppe pro im Pfropfcopolymer vorhandenem aromatischem Ring eingeführt worden war. Das Poly-(tetrafluoräthylen-gnitrostyrol) liess sich leicht mit Wasser benetzen. Das Vorhandensein von aromatischen Nitrogruppen in dem Produkt wurde durch Infrarotspektroskopie bestätigt.
Beispiel 5 180 g gepulvertes Zinn wurden mit Diäthyläther fettfrei gewaschen, getrocknet und mit 100 g des Poly-(tetrafluor äthylen-g-nitrostyrols) von Beispiel 3 in einem mit einer Rührvorrichtung und einem Kühler versehenen 2000-cm3 Kolben gemischt. 400 cm3 35 %ige konzentrierte Salzsäure wurden langsam zu dem Inhalt des Kolbens gegeben, der während der Säurezugabe gerührt wurde. Der Inhalt des Kolbens wurde auf etwa 100" C erhitzt und bei dieser Temperatur 4 Stunden gerührt. Weitere 200 cm3 konzentrierte Salzsäure wurden zu dem Inhalt des Kolbens zugesetzt, und das Erhitzen auf etwa 100" C wurde weitere 2 Stunden fortgesetzt.
Der Inhalt des Kolbens wurde dann auf Umgebungstemperatur abgekühlt und weitere 16 Stunden gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde dann filtriert und die resultierende Festsubstanz mit destilliertem Wasser chloridfrei gewaschen. Das Produkt, das nicht ganz weiss gefärbt war, wurde mit einer Lösung von 50 g Natriumhydroxyd in 100 cm3 Wasser behandelt. worauf das Produkt einen rosa Farbton annahm.
Die zurückbleibende Festsubstanz wurde abfiltriert, gründlich mit destilliertem Wasser gewaschen, bis die Waschflüssigkeit neutral war, dann zweimal mit Methanol gewaschen und im Vakuum bei 60 C getrocknet. Die Ausbeute an getrocknetem Produkt betrug 98,1 g. Die Abweichung vom ursprünglichen Gewicht zeigte, dass praktisch alle Nitrogruppen in Aminogruppen übergeführt worden waren. Das Vorhandensein von aromatischen Aminogruppen in dem Pfropfcopolymer wurde durch Infrarotspektroskopie bestätigt. Das Poly (tetrafluoräthylen-g-aminostyrol) liess sich leicht mit Wasser benetzen.
Beispiel 6
Beispiel 5 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass a) das Poly-(tetrafluoräthylen-g-nitrostyrol) von Beispiel 3 durch das Poly-(tetrafluoräthylen-g-nitrostyrol) von Beispiel 4 ersetzt wurde und b) die resultierende Verbindung in Form des Hydrochlorides des Aminopfropfcopolymers belassen wurde. Die Nitrogruppen wurden in ähnlicher Ausbeute wie in Beispiel 5 in Aminogruppen übergeführt. Das Hydrochlorid des Poly-(tetrafluoräthylen-g-aminostyrols) liess sich leicht mit Wasser benetzen.
Beispiel 7
50 g des Poly-(tetrafluoräthylen-g-aminostyrols) von Beispiel 5 und 22,1 g Natriumbicarbonat wurden in einem 2000-cm3-Kolben in 150 cm3 Tetrachlorkohlenstoff suspendiert, und das Gemisch wurde bei etwa 20 C kräftig gerührt.
Das Gemisch wurde während 10 Minuten tropfenweise mit 10.0 cm3 Thiophosgen versetzt und weitere 16 Stunden ge gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde dann filtriert, und der resultierende Feststoff wurde mit Tetrachlorkohlenstoff und darauf zweimal mit einem gleiche Volumen Tetrachlorkohlenstoff und Diäthyläther enthaltendem Gemisch gewaschen.
Dann wurde vier weitere Male mit Gemischen von Tetrachlorkohlenstoff und Diäthyläther gewaschen. wobei jedes folgende Waschgemisch einen grösseren Anteil Diäthyläther enthielt als das vorhergehende, bis die letzte Waschflüssigkeit aus reinem Diäthyläther bestand. Das gewaschene Produkt wurde bei etwa 60 C im Vakuum getrocknet. mehrere Male mit heissem Wasser gewaschen und schliesslich im Vakuum bei etwa 60 C getrocknet. Das Endgewicht des Isothiocyanatopfropfcopolymers betrug 51,1 g, was darauf hinwies.
dass der grösste Teil der ursprünglichen Aminogruppen in Isothiocyanatgruppen übergeführt worden war. Das Poly (tetrafluoräthylen-g-isothiocyanatostyrol) hatte einen hell purpurnen Farbton. Das Vorhandensein von Isothiocyanatgruppen und die Abwesenh'eit von Aminogruppen in dem Pfropfcopolymer wurde durch Infrarotspektroskopie bestätigt.
Beispiel 8
Beispiel 7 wurde wiederholt, aber das Poly-(tetrafluor äthylen-g-aminostyrol) von Beispiel 5 wurde durch das Hydrochlorid des Poly-(tetrafluoräthylen-g-aminostyrols) von Beispiel 6 ersetzt, und die Suspension wurde mit zusätzlichem Natriumbicarbonat versetzt. um das Hydrochlorid vor der Zugabe des Thiophosgens in situ in das Aminopfropfcopolymer überzuführen. Es wurde annähernd der gleiche Umsetzungsgrad wie in Beispiel 7 erhalten. Das Endreaktionsprodukt sah cremeartig aus. Das Vorhandensein von Isothiocyanatgruppen wurde durch Infrarotspektroskopie bestätigt.
Beispiel 9
Dieses Beispiel zeigt die Pfropfpolymerisation von Zwischenprodukten zu den erfindungsgemäss hergestellten Verbindungen, wobei das Monomer in Lösung vorliegt.
Polytetrafluoräthylenpulver FLUON G4 wurde durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,27 mm gesiebt, und 35,36 g des Pulvers, die durch das Sieb hindurchgingen, wurden in einen 250-cm3-Rundkolben gegeben. 60,0 cm3 handelsübliches Styrolmonomer wurden in 20,0 cm3 Benzol gelöst, die Lösung zu dem Polymer gegeben und das Gemisch dreimal bei einem Druck von 0,1 mm Quecksilbersäule unter Verwendung von flüssigem Stickstoff als Kühlmittel entgast.
Das Reaktionsgefäss wurde in das Zentrum einer kreisförmigen Anordnung von 8 strahlen aussendenden Kobalt-60 Quellen von je 250 Curie gebracht. Die Bestrahlung wurde während 3 Stunden bei Umgebungstemperatur ausgeführt, während die Strahlendosis in dem Reaktionsgefäss auf 1,75 x 105 rad/Stunde gehalten wurde. Das Reaktionsgemisch wurde dann filtriert und der zurückbleibende Feststoff mit heissem Benzol gewaschen, bis er frei von homopolymerisiertem Styrol war. Das Gewicht des bestrahlten Produktes betrug 37,14 g, was auf das Vorhandensein von 4,81% aufgepfropftem Polystyrol hinwies. Auf diese Weise wurde Poly (tetrafluoräthylen-g-styrol) erhalten, das für die Überführung in Poly-(tetrafluoräthylen-g-isothiocyanatostyrol) geeignet ist.
Beispiel 10
Das folgende Beispiel zeigt die Herstellung von Poly (propylen-g-styrol) in der Gestalt eines Formgegenstandes.
Ein Formgegenstand aus Poly-(propylen) in Gestalt eines 100-cm3-Becherglases (19,29 g) wurde in einem 1-Liter Weithalskolben in ein Gemisch von 200 cm3 Styrolmonomer und 200 cm3 Methanol eingetaucht. Der Kolben samt Inhalt wurde mit sauerstofffreiem Stickstoff 30 Minuten bei Zimmertemperatur gespült, wobei das Gaseinlassrohr so angeordnet war, dass das Becherglas in der Monomerlösung vollständig eingetaucht blieb. Der Reaktionskolben wurde dann verschlossen und in das Zentrum einer kreisförmigen Anordnung von 8 y-Strahlen aussendenden Kobalt-60-Quellen von je 250 Curie gebracht. Die Bestrahlung wurde bei Raumtempe ratur während 2 Stunden ausgeführt, wobei die Strahlendosis in dem Reaktionskolben auf 1,75 > < x 105 10' rad/Stunde gehalten wurde.
Das Becherglas wurde dann aus dem Kolben genommen, ununterbrochen mit Benzol gewaschen, bis es frei von Homopolymer war, und im Vakuum getrocknet.
Das Endgewicht des bestrahlten Becherglases (20,35 g) zeigte, dass 5,21% aufgepfropftes Polystyrol vorhanden waren. Die Infrarotspektroskopie eines kleinen Ausschnittes aus dem Becherglas bestätigte das Vorhandensein von aufgepfropftem Polystyrol.
Auf diese Weise wurde Poly-(propylen-g-styrol) in geformter Gestalt erhalten.
Beispiel 11
Das in Beispiel 10 erhaltene Poly-(propylen-g-styrol) Becherglas wurde unter den Bedingungen von Beispiel 29 nitriert mit der Ausnahme, dass das Becherglas selbst als Reaktionsgefäss verwendet wurde. Auf diese Weise wurde ein Formgegenstand in Gestalt eines Becherglases erhalten, dessen innere Oberfläche aus Poly-(propylen-g-nitrostyrol) be stand und der für die Überführung in einen Formgegenstand geeignet war, dessen innere Oberfläche aus Poly-(propyleng-isothiocyanatostyrol) besteht, wobei man beispielsweise analoge Reaktionsbedingungen wie in den Beispielen 30 und 31 anwenden kann.
Beispiel 12 Poly-(äthylen-g-styrol) -Perlen [ Rigidex -Polyäthylen (Markenprodukt), 16,17 % aufgepfropftes Polystyrol], die unter analogen Bedingungen wie in Beispiel 28 erhalten worden waren, wurden unter den Bedingungen der Beispiele 29 bis 31 nitriert, reduziert und mit Thiophosgen umgesetzt. Die Infrarotspektroskopie zeigte das Vorhandensein von starken Isothiöcyanatbanden bei 2050 und 920 crn-t.
Auf diese Weise wurde Poly-(äthylen-g-isothiocyanato- styrol) in Form kleiner Perlen erhalten.
Beispiel 13
Durch zwei Gaswaschflaschen, die je ein Gemisch von Styrolmonomer und Wasser (200 cm3, 1:1) enthielten, liess man Stickstoffgas perlen. Die Waschflaschen samt Inhalt wurden durch Eintauchen in ein Wasserbad auf 50 C gehalten.
Der mit Styrol und Wasser gesättigte Stickstoff wurde dann durch einen Wirbelschichtreaktor geleitet, der Poly-(tetrafluoräthylen)-Pulver (103,02 g) enthielt. Das System wurde eine Stunde bei Raumtemperatur in Wirbelbewegung gehalten, und dann wurden der Reaktor und der eine Wirbelschicht bildende Inhalt 6 Stunden bei einer Strahlendosis von
1,7 x 105 rad/Stunde mit y-Strahlen aus einer Kobalt-60 Quelle bestrahlt, während das System weiter im Wirbelzustand gehalten wurde. Während der Bestrahlung wurden der Reaktor und sein Inhalt auf einer Temperatur von 60 bis 650 C gehalten.
Nach der Bestrahlung wurde das resultierende Polymer gründlich mit heissem Benzol gewaschen, bis es frei von Ho mopolymer war, und im Vakuum bei 65" C getrocknet. Das Endgewicht des getrockneten Polymers (104,51 g) zeigte das Vorhandensein von 1,43 % aufgepfropftem Polystyrol. Das Vorhandensein von Polystyrol in dem Polymer wurde durch Infrarotspektroskopie bestätigt. Das so erhaltene Poly-(tetrafluoräthylen-g-styrol) wurde dann wie in den Beispielen 3, 5 und 7 beschrieben nitriert, reduziert und mit Thiophosgen umgesetzt, um Poly-(tetrafluoräthylen-g-isothiocyanatostyrol) herzustellen.
Beispiel 14
Dieses Beispiel beschreibt die Pfropfpolymerisation in wässriger Dispersion. 100,0 cm3 einer 85,19 g Polymer enthaltenden Polytetrafluoräthylendispersion in Wasser, nämlich FLUON GP1 (Markenprodukt) wurden mit 100,0 cm3 destilliertem Wasser verdünnt und mit 10,0 cm3 Styrolmonomer, das durch Destillation gereinigt worden war, versetzt.
Das Gemisch wurde gelinde bewegt, um das Monomer zu emulgieren, und über Nacht bei Raumtemperatur stehengelassen. Der Kolben wurde mit einem Kühler versehen, der Inhalt auf etwa 70" C erwärmt und 6 Stunden auf dieser Temperatur gehalten, wobei während dieser Zeit der Inhalt des Kolbens in einer solchen Weise mit einer y-Strahlen aussendenden Kobalt-60-Quelle bestrahlt wurde, dass die Strahlendosis in dem Kolben auf 1,75 x 105 rad/Stunde gehalten wurde. Nach Beendigung der Bestrahlung wurde der Inhalt des Kolbens unter Rühren in siedendes Methanol gegossen.
Die resultierende Festsubstanz wurde dann durch Filtration von dem Gemisch getrennt und unter Verwendung von heissem Benzol als Waschmittel frei von homopolymerisiertem Styrol gewaschen. Das resultierende Pfropfcopolymer wurde im Vakuum bei 60 C getrocknet, wobei es 87,65 g Produkt ergab, was einer Aufpfropfung von 2,81% Polystyrol entsprach. Das Vorhandensein von Polystyrol in dem Pfropfcopolymer wurde durch Infrarotanalyse bestätigt. Das so erhaltene Poly-(tetrafluoräthylen-g-styrol) wurde dann wie in den Beispielen 3, 5 und 7 beschrieben nitriert, reduziert und mit Thiophosgen umgesetzt, um Poly-(tetrafluoräthyleng-isothiocyanatostyrol) zu bilden.
Beispiel 15
Dieses Beispiel erläutert, wie die erfindungsgemäss hergestellten Polymere in einem Analysenverfahren, bei dem proteinhaltige Substanzen eine Rolle spielen, verwendet werden kann.
25 mg Kaninchen-y-Globulin mit Antikörperwirkung gegen das menschliche Wachstumshormon in 0,5 cm3 0,05n-Natriumhydroxydlösung wurde mit Bicarbonatpufferlösung vom pH 9,6 auf 10,0 cm3 aufgefüllt. Diese Lösung wurde zu 2,0 g Poly-(tetrafluoräthylen-g-isothiocyanatostyrol) in einer kleinen Glasampulle gegeben und das Gemisch 24 Stunden bei Raumtemperatur geschüttelt. Das mit dem Antikörper verbundene Polymer wurde dann abfiltriert und gründlich mit normaler Salzlösung gewaschen. 5 mg des obigen festen, an den Antikörper gebundenen Polymers wurden 12 Stunden mit 0,2 m,ug menschlichem Wachstumshormon, das mit 131J markiert war, in Gegenwart von zunehmenden Mengen nicht markiertem menschlichem Wachstumshormon bebrütet.
So wurde eine Eichkurve zur Verwendung für die Bestimmung der Menge des menschlichen Wachstumshormons hergestellt.
Beispiel 16
Dieses Beispiel zeigt die Einführung von mit Protein reaktionsfähigen Chlormethylgruppen in das Pfropfcopolymer.
Poly-(tetrafluoräthylen-g-styrol) (Oberflächenpfropfcopolymer, 7,34% Polystyrol, 50,0 g) wurde in einem 1-Liter Dreihalskolben bei 30 C eine Stunde in 300 cm3 Chloroform gerührt. Die Suspension wurde dann mit Hilfe eines Eisbades auf 0 C abgekühlt. 50,0 cm3 Chlormethylmethyl äther und 7,5 cm3 Stannichlorid, die vorher auf 0 C abgekühlt worden waren, wurden dann langsam unter kräftigem Rühren zu der Copolymersuspension gegeben. Die Temperatur stieg während der Zugabe auf 15" C. Das Gemisch wurde dann auf 0 C abgekühlt und weitere 40 Minuten bei 0 C gerührt.
Nach dem Filtrieren wurde das Polymer mit 1 Liter eines Gemisches von Dioxan und Wasser (3:1), dann mit 1 Liter eines Gemisches von Dioxan und 3n-Salzsäure (3 :1) und schliesslich mit Gemischen von Dioxan und Methylalkohol mit abnehmender Dioxankonzentration gewaschen, bis das Polymer schliesslich mit reinem Methanol gewaschen wurde.
Das weiss gefärbte Poly-(tetrafluoräthylen-g-chlormethyl- styrol) wurde dann bei 60 C im Vakuum getrocknet. Das Endgewicht des Copolymers betrug 50,37 g, was 22% Substitution durch Chlormethylgruppen entspricht.
Beispiel 17
Dieses Beispiel zeigt die Einführung von mit Protein reaktionsfähigen Nitro- und Chlormethylgruppen in das Pfropfcopolymer.
Poly-(tetrafluoräthylen-g-styrol) (Ob erflächenpfropfcopolymer, 544% Polystyrol, 50,03 g) wurde gemäss dem in Beispiel 16 beschriebenen Verfahren chlormethyliert. Das Endgewicht des Copolymers betrug 50,31 g. Dies entspricht 22% Chlormethylsubstitution.
Rauchende Salpetersäure (spezifisches Gewicht 1,510, 96 HNO3, 500 cm3) wurde bei 0 C in einem 2-Liter-Kolben gerührt. Das obige chlormethylierte Polymer (49,84 g) wurde unter Rühren langsam zu der Salpetersäure gegeben, wobei die Temperatur auf 0 C gehalten wurde. Als die Zugabe beendet war, wurde das Gemisch 1 Stunde bei 0" C gerührt, und das Polymer wurde dann abfiltriert und mit Wasser neutral gewaschen. Das Produkt wurde zum Schluss mit Methanol gewaschen und im Vakuum bei 60 C getrocknet. Das Poly-(tetrafluoräthylen-g-nitrochlormethylstyrol) war hellgelb gefärbt. Das Endgewicht des Polymers betrug 50,95 g, was annähernd einer Nitrogruppe pro aromatischem Ring entspricht.
Dieses Copolymer ist besonders geeignet für die Synthese von Proteinen, wenn es erwünscht ist, das zu Anfang an die feste Phase gebundene Peptid nach Beendigung der Umsetzung selektiv von der festen Phase abzuspalten.
Beispiel 18
Dieses Beispiel zeigt die Einführung von mit Protein reaktionsfähigen Chl ormethylgruppen in das Pfropfcopolymer. Mit den erfindungsgemäss hergestellten Pfropfcopolymeren unter Anwendung der von Merrifield in der oben zitierten Veröffentlichung beschriebenen Methode ausgeführte Versuche zur Einführung der Chlormethylgruppe in das Pfropfcopolymerharz führten nur zu einer partiellen Substitution (22% des theoretischen Wertes). 100%ige Monosubstitution des Polystyrolpfropfcopolymers durch die Gruppe der Formel -CH2Cl ist gemäss der folgenden Verfahrensweise möglich.
50,0 g Poly-(tetrafluoräthylen-g-styrol), die 2,7 g aufgepfropftes Polystyrol enthielten, wurden in einen 500-cm3 Dreihalsrundkolben gebracht, der mit einem Rührer, Thermometer und Kühler versehen war. 100 cm3 Chlormethylmethyläther wurden zugesetzt, und das Gemisch wurde 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt. Dann wurde das Gemisch unter Rühren langsam mit wasserfreiem Stannichlorid (3,0 cm3) in 20,0 cm3 Chlormethylmethyläther versetzt.
Der Kolben wurde dann langsam auf 60 C erwärmt, bis Rückfluss auftrat. Das Gemisch wurde 1,5 Stunden oder, bis das Polymer sich etwas rosa zu verfärben begann, unter Rückfluss gerührt. Nach dem Abkühlen wurde das Gemisch filtriert und der Rückstand mit wässrigem Dioxan, dann mit 10 Vol.% konzentrierte Salzsäure enthaltendem wässrigem Dioxan und schliesslich reinem Dioxan gewaschen. Es wurde weiter unter Verwendung von Mischungen von Dioxan und Methanol mit abnehmendem Dioxangehalt gewaschen, bis das Polymer schliesslich mit reinem Methanol gewaschen wurde. Das Poly-(tetrafluoräthylen-g-chlormethylstyrol) mit blassgelber Farbe wurde im Vakuum bei 60 C getrocknet.
Anfangsgewicht des Polymers = 50,00 g.
Endgewicht nach dem Trocknen = 51,50 g, d. h. das Polymer enthielt 3% bzw. 0,605 Millimol pro g Gruppen der For mel -CH2CI.
Beispiel 19
Dieses Beispiel zeigt die Einführung einer verbindenden Gruppe der Formel -LNHR" gemäss der Erfindung, die in Kombination mit Carbodiimiden Proteine zu binden vermag.
Tetralin wurde durch Trocknen über Natriumdraht gereinigt. Das Tetralin wurde dann über Natriumdraht in einer Vorrichtung, die durch Calciumchloridtrockenrohre gegen atmosphärische Feuchtigkeit geschützt war, destilliert. Die bei 206 bis 2070 C siedende Fraktion wurde gesammelt.
Alle für die Herstellung verwendeten Vorrichtungen wurden sorgfältig getrocknet, um wasserfreie Bedingungen sicherzustellen.
15,60 g wasserfreies Aluminiumchlorid Analar in 300 cm3 trockenem Tetralin wurden in das Reaktionsgefäss gebracht, und das Gemisch wurde gerührt. 100,0 g Poly (tetrafluoräthylen-g-aminostyrol) (1,25% Aminogruppen, d. h. 1,25 g oder 0,0781 Mol -NH2) wurden dann langsam zugesetzt. Als die Zugabe beendet war, wurde das Gemisch auf 175 bis 1800 C erhitzt. Während des Aufheizens liess man trockenen sauerstofffreien Stickstoff durch das Reaktionsgemisch perlen. Als die Temperatur des Gemisches 175 bis 1800 C erreichte, wurde das Erhitzen unterbrochen, und Äthylenimindampf (erhalten durch Erwärmen eines kleinen, 5,0 cm3 Äthylenimin enthaltenden Gefässes) wurde in den Stickstoffstrom eingeführt.
Die Zugabe erforderte annähernd 30 Minuten, wonach das Gemisch weitere 30 Minuten gerührt wurde. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde das Gemisch in einen 3-Liter-Dreihalskolben übergeführt, der mit einem Rührer und Rückflusskühler verwehen war. Der Kolben wurde auf 0 C abgekühlt und langsam mit 500 cm3 eines Gemisches von Eis und Wasser und danach mit 60 g Kaliumhydroxyd versetzt. Das Polymer wurde dann abfiltriert, mit Wasser neutral gewaschen, dann mehrere Male mit Alkohol gewaschen, in einem Soxhletextraktionsapparat 24 Stunden mit heissem Dioxan extrahiert und schliesslich im Vakuum bei etwa 60 C getrocknet. Das Endgewicht des Polymers (102,1 g) zeigte, dass eine Reaktion eingetreten war. Das Vorhandensein von primären und sekundären Aminogruppen in dem Polymer wurde durch Infrarotspektroskopie bestätigt.
Auf diese Weise wurde Poly-(tetrafluor äthylen-g-N-[2-aminoäthyl]-aminostyrol) erhalten, das bei Verwendung in Verbindung mit einem Carbodiimid Proteine zu binden vermag.
Beispiel 20 a) Dieses Beispiel zeigt die Kupplung eines Enzyms an einen Formgegenstand aus Poly-(tetrafluoräthylen-g-styroldiazoniumchlorid) unter Beibehaltung der enzymatischen Aktivität.
15-Poly-(tetrafluoräthylen-g-aminostyrol)-Scheiben mit einem Gesamtgewicht von 1,0 g (0,63 % Aminogruppen), die unter analogen Reaktionsbedingungen wie den in Beispiel 30 beschriebenen hergestellt worden waren, wurden in 40,0 cm3 1n-Salzsäure suspendiert und auf 0 bis 4" C abgekühlt.
4,0 cm3 einer 40 %igen Natriumnitritlösung wurden dann langsam unter Rühren zugesetzt, wobei die Temperatur unter 4" C gehalten wurde. Das Gemisch wurde dann 4 Stunden bei 4" C gerührt und die Scheiben danach mehrere Male mit 10-3 n-Salzsäure gewaschen. Auf diese Weise wurde Poly (tetrafluoräthylen-g-styroldiazoniumchlorid) in geformter Gestalt erhalten. 30 mg des Enzyms Trypsin wurden dann zu den in annähernd 20 cm3 10-3 n-Salzsäure suspendierten Scheiben gegeben, und das pH des Systems wurde durch Zugabe von Phosphatpuffer auf 7,6 erhöht.
Das Gemisch wurde dann während 16 Stunden bei 4"C gehalten; während dieser Zeit färbten sich die Scheiben rötlichbraun. Über- schüssiges Enzym wurde dann durch mehrmaliges Waschen der Scheiben mit 10-3 n-Salzsäure entfernt und 30,0 cm3 einer Suspension von 1 g ss-Naphthol pro Liter bei pH 6,4 zugesetzt, um überschüssige Diazoniumgruppen zu neutralisieren. Nach dem Stehenlassen während 4 Stunden wurde das überschüssige ss-Naphthol mit 10-3 n-Salzsäure von den Scheiben gewaschen. Die Scheiben wurden schliesslich in eine gekühlte Filtriervorrichtung gebracht und während 24 Stunden mit einem Liter 10-3 n-Salzsäure gewaschen.
Die mit dem Enzym gekuppelten Scheiben wurden durch Messung ihrer proteolytischen Wirkung auf Casein unter Anwendung des Verfahrens von Bergmeyer in Methods of Enzymatic Analysis , Academic Press, Seiten 800 bis 802 geprüft. Das Ergebnis zeigte, dass etwa 0,16 g Trypsin pro Scheibe unter vollständiger Beibehaltung der enzymatischen Aktivität gekuppelt worden waren.
b) Beispiel 20a) wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass das Enzym Chymotrypsin mit den Poly-(tetrafluor äthylen-g-styroldiazoniumchlorid) -Scheiben gekuppelt wurde.
Die Untersuchungsergebnisse zeigten, dass etwa 0,36 g Chymotrypsin pro Scheibe unter vollständiger Beibehaltung der enzymatischen Aktivität gekuppelt worden waren.
Beispiel 21
Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zur Einführung einer Isothiocyanatgruppe in das erfindungsgemäss hergestellte Pfropfcopolymer.
50,0 g Poly-(tetrafluoräthylen-g-aminostyrol) mit 1,25% Aminogruppen wurde in einem 1-Liter-Dreihalskolben
1 Stunde bei Raumtemperatur in 200 cm3 Dioxan gerührt, um das Polymer zu quellen. Ein Gemisch von 1,58 g Na triumhydroxyd in 6,0 cm3 Wasser und 2,38 cm3 Schwefel kohlenstoff in 6,0 cm3 Dioxan wurde zu der Polymersuspen sion gegeben und das Gemisch weitere 1,5 Stunden bei 20 C gerührt. Dann wurden 3,76 cm3 Äthylchlorformiat zugesetzt, das Gemisch wurde 1/4 Stunde bei 25 C gerührt und dann
1,5 Stunden zum Rückfluss erhitzt.
Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde das Polymer abfiltriert und mit Dioxan, dann mit einem Gemisch von Dioxan und Wasser (3: 1), bis die Waschflüssigkeit chloridfrei war, dann mit einem Gemisch von Dioxan und Äther (1:1) und schliesslich mit Äther allein gewaschen.
Das hellbraun gefärbte Produkt wurde dann im Vakuum bei 600 C getrocknet.
Endgewicht des Polymers 51,82 g.
Die Analyse des Polymers zeigte, dass das Produkt etwa
60% der theoretischen Anzahl Isothiocyanatgruppen enthielt.
Beispiel 22
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung der Pfropfcopolymere gemäss der Erfindung in geformter Gestalt. Polytetrafluoräthylenpulver ( Fluon G4, 1,5 g) wurde in die Matrize einer im Handel erhältlichen Tablettiermaschine gebracht und bei Umgebungstemperatur 1 Minute einem Druck von
105 kg/cm2 unterworfen. Das zusammengepresste Pulver wurde aus der Matrize genommen und 1 Stunde in einem auf einer Temperatur von 380" C gehaltenen Ofen aufbewahrt.
Nach dem Abkühlen auf Umgebungstemperatur wurde die resultierende zylindrische Tablette, die einen Durchmesser von 12 mm und eine Höhe von 7,3 mm hatte, dann wie in den Beispielen 28 bis 31 beschrieben behandelt, so dass Poly (tetrafluoräthylen-g-isothiocyanatostyrol) gebildet wurde.
Das resultierende Pfropfcopolymer lag in geformter Gestalt vor und hatte im wesentlichen die gleichen Abmessungen wie die wie oben beschrieben gebildete, gepresste und gesinterte Polytetrafluoräthylentablette.
Beispiel 23
Beispiel 22 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass eine Tablette nicht aus Polytetrafluoräthylenpulver, sondern aus einem festen Polytetrafluoräthylenstab mit einem Durchmesser von 12 mm gebildet wurde, indem man ein Stück von 10 mm Länge von dem Stab abschnitt. Auf diese Weise wurde Poly-(tetrafluoräthylen-g-isothiocyanatostyrol) in geformter Gestalt erhalten.
Beispiel 24
Beispiel 22 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass nicht eine Tablette aus Polytetrafluoräthylenpulver gebildet, sondern durch Abschneiden eines Stückes mit einer Länge von 10 mm von einem hohlen Polyetrafluoräthylenrohr mit einem Innendurchmesser von 7 mm und einer Wandstärke von 1,5 mm ein geformter Gegenstand gebildet wurde. Auf diese Weise wurde Poly-(tetrafluoräthylen-g-isothiocyanato- styrol) in geformter Gestalt erhalten.
Beispiel 25
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von Pfropfcopolymeren gemäss der Erfindung in poröser geformter Gestalt.
Polytetrafluoräthylenpulver ( Fluon G4) wurde durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,42 mm gesiebt.
Polymethylmethacrylatpulver ( Diakon M. G., Markenprodukt) wurde gesiebt, um verdichtete Klumpen zu zerkleinern. Gleiche Gewichtsmengen der gesiebten Pulver wurden in ein Mischgefäss gebracht, so dass sie ein Drittel seines Volumens einnahmen, und das Mischgefäss wurde 15 Minuten mit 30 Umdrehungen pro Minute um eine senkrecht auf der Längsachse des Gefässes stehende Achse gedreht. Das Pulvergemisch (25 g) wurde in die Matrize einer im Handel erhältlichen Tablettiermaschine gefüllt und bei Umgebungstemperatur 1 Minute einem Druck von 105 kg/cm2 ausgesetzt. Das zusammengepresste Pulver wurde aus der Matrize entnommen und 90 Minuten in einem auf einer Temperatur von 380" C gehaltenen Ofen aufbewahrt. Der gesinterte poröse Formgegenstand wurde aus dem Ofen genommen, auf Umgebungstemperatur abgekühlt und in einen Reaktor gebracht.
Man liess Stickstoffgas durch zwei Gaswaschfla- schen perlen, die beide ein Styrolmonomer-Wasser-Gemisch (200 cm3, 1: 1) enthielten. Die Waschflaschen wurden samt Inhalt durch Eintauchen in ein Wasserbad auf 50 C gehalten.
Der mit Styrol und Wasser gesättigte Stickstoff wurde dann in den Reaktor eingeleitet und so gerichtet, dass er mit den Oberflächen des gesinterten porösen Formgegenstandes in Berührung kam. Der Strom von mit Styrol und Wasser gesättigtem Stickstoff auf und über den gesinterten porösen Formgegenstand wurde 1 Stunde aufrechterhalten und dann weitere 6 Stunden fortgesetzt, während der Reaktor und sein Inhalt mit strahlen aus einer Kobalt-60-Quelle bei einer Strahlendosis von 1,7 x 105 rad/Stunde bestrahlt wurde.
Während der Bestrahlung wurden der Reaktor und sein Inhalt auf einer Temperatur von 60 bis 65" C gehalten. Nach der Bestrahlung wurde der resultierende poröse Formgegenstand gründlich mit heissem Benzol gewaschen, bis er frei von Homopolymer war, und im Vakuum bei 65 " C getrocknet. Das Endgewicht des getrockneten Gegenstandes, nämlich 25,30 g, zeigte das Vorhandensein von 1,18 % aufgepfropftem Polystyrol. Das Vorhandensein von Polystyrol in dem porösen Formgegenstand wurde durch Infrarotspektroskopie bestätigt. Das so erhaltene Poly-(tetrafluoräthyleng-styrol) wurde dann mittels des in Beispiel 18 angewandten Verfahrens behandelt. Auf diese Weise wurde Poly-(tetrafluoräthylen-g-chlormethylstyrol) in geformter Gestalt erhalten.
Beispiel 26
Ein Streifen einer 0,051 mm dicken Kapton -Polyimidfolie ( Kapton , Markenprodukt; 157,7 mg) wurde in erneut destilliertem Styrolmonomer (50,0 cm3) suspendiert und das Gemisch in flüssigem Stickstoff bei 0,01 mm Quecksilbersäule zweimal entgast. Das Gemisch wurde bei Raumtemperatur 6 Stunden bei einer Strahlendosis von 1,75 x 105 rad/Stunue bestrahlt. Nach der Bestrahlung wurde die Folie 3 Tage in siedendem Benzol extrahiert, bis sie frei von Homopolymer war.
Die Folie wurde dann im Vakuum bei 65" C getroeknet. Das Aussehen der bestrahlten Folie hatte sich nicht in sichtbarer Weise verändert, aber das resultierende Gewicht (166,2 mg, was 5,11cm Polystyrol entspricht) und das Infrarotspektrum des Produktes zeigten, dass eine Pfropfpolymerisation eingetreten war.
Auf diese Weise wurde eine Kapton -Folie erhalten, auf die Polystyrol aufgepfropft war und die für die Überführung in das Chlormethylderivat in der in Beispiel 18 beschriebenen Weise geeignet war.
Beispiel 27
Ein Streifen einer 0,051 mm dicken Parylene C-Poly (monochlor-p-xylylen)-Folie ( Parylene C, Markenprodukt: 197.9 mg) wurde in einem 250-cm3-Reaktionsgefäss in erneut destilliertem Styrolmonomer (60,0 cm3) suspendiert und das Gemisch in flüssigem Stickstoff bei einem Druck von 0.01 mm Quecksilbersäule zweimal entgast. Das Reaktionsgefäss und sein Inhalt wurden dann bei Raumtem peratul 6 Stunden bei einer Strahlendosis von 1,75 x 105 rad/Stunde bestrahlt. Nach der Bestrahlung wurde die Folie in heissem Benzol 3 Tage extrahiert, bis sie frei von Homopolymer wahr, und schliesslich im Vakuum 36 Stunden bei 60- C getrocknet.
Das Endgewicht der Folie (292,1 mg) zeigte. dass 32.3564 Polystyrol pfropfcopolymerisiert worden waren. Dus Vorhandensein von aufgepfropftem Polystyrol wurde durch Infrarotspektroskopie bestätigt.
Auf diese Weise wurde Poly-(monochlor-p-xylylen-g- styrol)-Folie erhalten, die für die l Yherführung in Poly (monochlor-p-xylylen-g-chlormetbylst' rol) wie in Beispiel 1S beschrieben geegnet war.
Beispiel 28
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von Poly-(tetrafluoräthylen-g-styrol) in geformter Gestalt.
Kleine Scheiben mit 12.7 mm Durchmesser wurden aus 0.'54 mm dickem Polytetrafiuoräthylenband gestanzt und in siedendem Benzol gewaschen. Die Scheiben, die 200,48 g wegen. wurden im Vakuum getrocknet und in ein 1-Liter Pyrexglasreaktionsgefäss übergeführt. das mit einem Rührer und einem System zum Spülen mit inertem Gas versehen war.
Die Scheiben wurden mit im Handel erhältlichem, einen Inhibitor enthaltendem Styrolmonomer (600 cm3) bedeckt und das Reaktionsgefäss 1 Stunde mit sauerstofffreiem Stickstoff gespült. Das Gcfäss samt Inhalt wurde dann bei Raumtempe ,natur rnit ,-Stralllen aus Kobalt-60 bei einer Strahlendosis von 1.9 x 105 rad/Stunde unter Rühren und Spülen mit Stickstoff 6 Stunden bestrahlt. Die resultierenden Scheiben wurden dann abfiltriert. mit Benzol gewaschen. in einer Soxületapparatur mit heissem Benzol extrahiert, bis ihr Genicht konstant blieb (nach 72 Stunden) und schliesslich im Vakuum bei 60 C getrocknet.
Das Endgewicht der Scheiben (205.21 g) zeigte das Vorhandensein von 2,339 aufgepfropü tem Polystyrol Das Vorhandensein von Polystyrol in dem Pfropfeopolymer wurde durch Infrarotspektroskopie bestätigt.
Beispiel 29
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von Poly-(tetra fluoräthylen-g-nitrostyrol) in geformter Gestalt.
224 cm3 konzentrierte Schwefelsäure und 576 cm3 konzentrierte Salpetersäure wurden in einem 1-Liter-Pyrexreak tionsgeffiss gemischt und auf 0 bis 5 C abgekühlt, 203,97 g Pol--l tetrafluoräthylen-g-styrol )-Scheiben, die wie in Beispiel 2S hergestellt wurden. wurden zugesetzt. Das Gemisch wurde 30 Minuten bei 0 bis 5" C. dann 30 Minuten bei Raumtemperatur und schliesslid 3 Stunden bei 500 C gerührt. Nach dem Abkühlen wurden die resultierenden Scheiben gründlich mit Wasser und dann mit Methanol gewaschen und im Vakuum bei 60 C getrocknet.
Das Endgewicht der Scheiben (206,03 g) nach der Nitrierung zeigte, dass etwa eine Nitrogruppe pro im Pfropfcopolymer vorhandenem aromatischem Ring eingeführt worden war, wobei ein kleiner Anteil der aromatischen Ringe polynitriert worden war. Das Vorhandensein von aromatischen Nitrogruppen in dem Produkt wurde durch Infrarotspektroskopie bestätigt.
Beispiel 30
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von Poly-(tetrafluoräthylen-g-aminostyrol) in geformter Gestalt.
205,05 g der in Beispiel 29 erhaltenen Poly-(tetrafluor äthylen-g-nitrostyrol)-Scheiben wurden bei Raumtemperatur in 500 cm3 Dioxan in einem 1-Liter-Pyrexreaktionsgefäss
1 Stunde ins Gleichgewicht gesetzt und dann unter Rühren mit 25 g gepulvertem Zinn und dann mit 170 cm3 konzentrierter Salzsäure versetzt. Das Gemisch wurde dann 11 Stunden auf Rückfiusstemperatur erhitzt. Nach dem Abkühlen wurden die resultierenden Scheiben gründlich mit einem Gemisch von Dioxan und konzentrierter Salzsäure (90:10) gewaschen, bis sie frei von Zinnsalzen waren, dann mit Dioxan und schliesslich zwei weitere Male mit ammoniakalischem Dioxan gewaschen.
Das Waschen mit Dioxan wurde fortgesetzt, bis die Waschflüssigkeit chloridfrei war, wonach man 203,68 g Produkt erhielt. Der Unterschied gegenüber dem ursprünglichen Gewicht zeigte. dass praktisch alle Nitrogruppen in Aminogruppen übergeführt worden waren.
Das Vorhandensein von aromatischen Aminogruppen in dem Pfropfcopolymer wurde durch Infrarotspektroskopie bestätigt.
Beispiel 31
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von Poly-(tetra fluoräthylen-g-isothiocyanatostyrol) in geformter Gestalt.
203,6 g d er P ol der Poly-(tetrafluoräthylen-gaminostyrol) Scheiben von Beispiel 30 wurden in einem l-Liter-Reaktions- gefäss eine Stunde in 500 cm3 Dioxan suspendiert. Dann wurden 7,0 cm3 Thiophosgen und 50,0 cm3 Wasser zugesetzt.
Das Gemisch wurde bei Raumtemperatur 1,5 Stunden kräftig gerührt. die Scheiben wurden abfiltriert, gründlich mit Gemischen von Dioxan und Wasser gewaschen. bis sie chloridfrei waren, dann mit reinem Dioxan gewaschen und schliesslich im Vakuum bei 60 C getrocknet, wobei man 204.15 g Produkt erhielt. Starke Banden bei 930 und 2100 cm im Infrarotspektrum von Scheibenproben zeigten, dass praktisch alle Aminogruppen in Isothiocyanatogruppen übergeführt worden waren. Die Abwesenheit von Aminogruppen in dem Pfropfcopolymer wurde durch Infrarotspektroskopie bestätigt. Die Poly-(tetrafluoräthylen-g-isothiocyanatostyrol)Scheiben waren gelblichbraun gefärbt.
Beispiel 32
Das folgende Beispiel zeigt die Herstellung von Poly (tretrafluoräthylen-g-acetylaminostyrol) in Gestalt eines Formgegenstandes.
198,53 g der Poly-(tetrafluoräthylen-g-aminostyrol)- Scheiben von Beispiel 30 wurden in einen 1-Liter-Pyrexkol-.
ben gebracht, in 300 cm3 Dioxan suspendiert und dann mit 10 cm3 Essigsäureanhydrid versetzt. Das Gemisch wurde in einem Wasserbad 4 Stunden auf 902 C erhitzt und gerührt.
Das Gemisch wurde dann abgekühlt. filtriert und die Scheiben mit Dioxan und dann mit einem Gemisch von Dioxan und Wasser (1: 1) gewaschen. bis sie neutral waren, und schliesslich wieder mit Dioxan gewaschen. Die resultierenden'.
orangerot gefärbten Scheiben wurden im Vakuum bei 65 C
16 Stunden getrocknet.
Das Endgewicht der Scheiben (201,42 g) zeigte. dass eine Reaktion eingetreten war. Das Vorhandensein der Acetyl gruppe in dem Pfropfcopolymer wurde bei der Infrarotanalyse durch eine starke =C=O-Bande bei 1650 cm-1 bestätigt.
Auf diese Weise wurde Poly-(tetrafluoräthylen-g-acetyl- aminostyrol) in geformter Gestalt erhalten.
Beispiel 33
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von Poly-(tetrafluor äthylen-g-o-nitroacetylaminostyrol) in geformter Gestalt.
350 cm3 rauchende Salpetersäure wurden in ein 500-cm3- Pyrexreaktionsgefäss gebracht und in einem Eis-Kochsalz Bad auf -5 " C abgekühlt. 168,85 g der Poly-(tetrafluoräthy- len-g-acetylaminostyrol)-Scheiben von Beispiel 32 wurden dann langsam unter Rühren zugesetzt. Man liess die Temperatur auf 0 C steigen und hielt das Gefäss unter dauerndem Rühren 1 Stunde auf dieser Temperatur. Das Gemisch wurde dann filtriert und die resultierenden Scheiben mit Wasser neutral gewaschen, dann mit Methanol gewaschen und schliesslich 16 Stunden im Vakuum getrocknet. Das Endgewicht der Scheiben betrug 170,65 g. Die Infrarotspektren zeigten das Vorhandensein von Nitrogruppen in dem Copolymer.
Auf diese Weise wurde Poly-(tetrafluoräthylen-g-o-nitroacetylaminostyrol) in geformter Gestalt erhalten.
Beispiel 34
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von Poly-(tetrafluor- äthylen-g-o-nitroaminostyrol) in geformter Gestalt.
135 cm3 Dioxan wurden in ein 250 cm3-Pyrexreaktionsgefäss gegeben, und 71,77 g der Poly-(tetrafluoräthylen-g-onitroacetylaminostyrol) -Scheiben von Beispiel 33 wurden langsam zugegeben und das Gemisch 15 Minuten bei Raumtemperatur gerührt. 45 cm3 70%ige Schwefelsäurelösung wurden zugesetzt und das Gemisch 3 Stunden zum Rückfluss (95 C) erhitzt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurden die resultierenden Scheiben abfiltriert und mit Dioxan, einem Gemisch von Wasser und Dioxan, ammoniakalischem Dioxan und schliesslich Wasser gewaschen.
Nach weiterem Spülen in Methanol wurden die Scheiben etwa 16 Stunden im Vakuum bei 65" C getrocknet.
Das Endgewicht der rotbraun gefärbten Scheiben betrug 71,17 g. Die Infrarotspektren bestätigten die Abwesenheit der Acetylcarbonylgruppe und das Vorhandensein von Nitround Aminogruppen in dem Copolymer.
Auf diese Weise wurde Poly-(tetrafluoräthylen-g-o-nitro- aminostyrol) in geformter Gestalt erhalten.
Beispiel 35
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von Poly-(tetrafluor- äthylen-g-o-nitroisothiocyanatostyrol) in geformter Gestalt.
69,90 g der Poly-(tetrafluoräthylen-g-o-nitro aminosty- rol)-Scheiben von Beispiel 34 wurden in einem 250 cm3 Pyrexreaktionsgefäss in 190 cm3 Dioxan suspendiert, und das Gemisch wurde 30 Minuten bei Raumtemperatur gerührt.
2,7 cm3 Thiophosgen wurden langsam zugesetzt und das Rühren weitere 30 Minuten fortgesetzt. Dann wurden 30cm3 Wasser während 15 Minuten in mehreren Portionen zugesetzt und das Rühren 1 Stunde fortgesetzt.
Nach dem Filtrieren wurden die resultierenden Scheiben mit Wasser-Dioxan-Gemischen chloridfrei gewaschen und dann mit reinem Dioxan gewaschen. Sie wurden bei 65" C im Vakuum getrocknet. Das Endgewicht der Scheiben betrug 70,20 g. Die Infrarotspektren bestätigten das Vorhandensein von Isothiocyanato- und Nitrogruppen in dem Copolymer.
Auf diese Weise wurde Poly-(tetrafluoräthylen-g-o-nitroisothiocyanatostyrol) in geforniter Gestalt erhalten.
Beispiel 36
18,50 g des Poly-(tetrafiuoräthylen-g-N- [2-aminoäthyl- aminostyrols) von Beispiel 19 wurden in 50,0 cm3 Dioxan suspendiert und 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt.
2,0 cm3 Thiophosgen wurden zugegeben, und das Gemisch wurde weitere 3 Stunden gerührt. Dann wurden 15,0 cm3 Wasser zugesetzt, weitere 30 Minuten gerührt, das Gemisch filtriert und das Polymer gründlich mit Dioxan gewaschen und im Vakuum bei 60 C getrocknet.
Das Endgewicht des Polymers (19,12 g) zeigte, dass eine Reaktion eingetreten war. Das Vorhandensein von aliphatischen Isothiocyanatgruppen wurde durch Infrarotspektroskopie bestätigt. Auf diese Weise wurde Poly-(tetraauoräthylen- g-N-[2-isothiocyanatoäthyl]-aminostyrol) erhalten, das für die Verwendung als mit Protein reaktionsfähiges Polymer geeignet war.
Beispiel 37
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von Poly-(tetrafluor äthylen-g-carboxystyrol) in geformter Gestalt.
80,37 g in analoger Weise wie in Beispiel 28 hergestellte Poly-(tetrafluoräthylen-g-styroi)-Scheiben, die 5,48 % aufgepfropftes Polystyrol enthielten, wurden in einem 500-cm3 Dreihalskolben, der mit einem Thermometer, einem Rührer und einem Trockenrohr versehen war, in trockenem Nitrobenzol suspendiert. 8,0 g wasserfreies Aluminiumchlorid und danach eine Lösung von 10,0 g Diphenylcarbamylchlorid in 30.0 cm3 trockenem Nitrobenzol wurden zugesetzt. Das Gemisch wurde unter Rühren auf 800 C erhitzt, worauf die Farbe des Reaktionsgemisches tiefblau wurde. Das Reaktionsgemisch wurde 4 Stunden auf 80 bis 90" C gehalten, abgekühlt, filtriert und die Scheiben mit Salzsäure, einem Gemisch von Salzsäure und Dioxan, reinem Dioxan und schliesslich Methanol gewaschen.
Die cremeartig gelb gefärbten Scheiben wurden dann im Vakuum bei 65" C getrocknet. Das Endgewicht des Polymers (81,19 g) zeigte, dass eine Reaktion eingetreten war. Die Infrarotspektren wiesen zwei neue Maxima auf, nämlich eine breite Bande bei 3400 cml und eine scharfe Bande bei 1660 cnll.
74,12 g der so gebildeten Carboxamidoscheiben wurden dann durch Suspendieren in einem Gemisch von 168,0 cm3 Essigsäure, 125,0 cm3 Schwefelsäure und 75,0 cm3 Wasser und Erhitzen auf 135 bis 140 C unter Rühren hydrolysiert.
Das Reaktionsgemisch wurde 20 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Das dunkelbraun gefärbte Gemisch wurde dann abgekühlt und filtriert und die Scheiben mit Wasser, Dioxan und schliesslich Methanol gewaschen. Die hellgrün gefärbten Scheiben wurden dann im Vakuum getrocknet.
Das Endgewicht des Polymers (73,98 g) zeigte, dass eine Reaktion eingetreten war. Die Infrarotspektroskopie zeigte, dass die im Infrarotspektrum des Carboxamidopolymers vorhandenen Banden bei 1660 und 3400 cm-l verschwunden waren. Zwei neue Maxima bei 1730 und 1685 cm- bestätigten das Vorhandensein von Carboxylgruppen in dem Polymer.
Auf diese Weise wurde Poly-(tetrafluoräthylen-g-carb- oxystyrol) in geformter Gestalt erhalten.
Beispiel 38
Beispiel 37 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass die Poly-(tetrafluoräthylen-g-styrol)-Scheiben durch einen Poly-(propylen-g-styrol)-Formgegenstand in Gestalt eines 100-cm3-Becherglases, das unter den in Beispiel 10 beschriebenen Bedingungen hergestellt worden war, ersetzt wurden.
Auf diese Weise wurde Poly-(propylen-g-carboxystyrol) in geformter Gestalt erhalten.
Beispiel 39
Beispiel 37 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass die Poly-(tetrafluoräthylen-g-styrol)-Scheiben durch Poly (äthylen-g-styrol) -Pellets ( Rigidex -Polyäthylen, Markenprodukt) ersetzt wurden.
Auf diese Weise wurde Poly-(äthylen-g-carboxystyrol) in geformter Gestalt erhalten.
Beispiel 40
Dieses Beispiel zeigt die Kupplung einer Aminosaure an das Polymer in Gestalt eines Formgegenstandes.
Eine Poly-(tetrafluoräthylen-g-o-nitroisothiocyanatosty- rol)-Scheibe von Beispiel 35 wurde in 3,0 cm3 Dioxan suspendiert, und 1,0 cm3 einer auf pH = 9,5 gepufferten 10zeigen Glycinlösung wurde zugesetzt. Man liess das Gemisch 48 Stunden bei Raumtemperatur stehen. Die Scheibe wurde dann aus der Lösung entfernt, gründlich mit wässrigem Dioxan gewaschen und im Vakuum bei 60"C getrocknet.
Ein Vergleich der Infrarotspektren vor und nach der Reaktion zeigte deutlich, dass die bei der Scheibe vor der Umsetzung vorhandene starke Isothiocyanatbande bei 2500 cm¯1 verschwunden war und durch eine starke Bande bei 3300 cm-1 (=N-H) und eine schwächere Bande bei 1600 cm-1 (=C=O) ersetzt worden war. Ohne Zusatz von Glycin, aber in Lösungen mit einem pH von bis zu 10,20 ausgeführte Kontrollversuche zeigten keine Verringerung der Isothiocyanatbande, was darauf hinwies, dass das Verschwinden der Isothiocyanatbande nicht auf Hydrolyse zurückzuführen ist.
Beispiel 41
Dieses Beispiel zeigt die verbesserte Verträglichkeit der erfindungsgemäss hergestellten Copolymere mit lebendem Gewebe.
10 Kälber im Alter zwischen 8 und 9 Monaten wurden in getrennte Ställe eingesperrt und 2 Wochen in gesundem Zustand erhalten. Am Ende dieser Zeit wurden bei jedem Kalb unter sterilen Bedingungen mittels steriler Vorrichtungen 10 cm3 Blut durch venöse Punktion entnommen. Man liess das Blut 2 Stunden in einem Zentrifugenglas bei Raumtemperatur stehen und stellte es dann 24 Stunden in einen Kühlschrank bei 4" C, wonach der Inhalt des Glases zur Abtrennung des Serums zentrifugiert wurde. 5 cm3 des so erhaltenen Serums wurden zu 5 cm3 steriler Pufferlösung vom pH 9,6 gegeben. Das Gemisch wurde wieder zentrifugiert und die gereinigte Serum-Pufferlösung in ein steriles Reagenzglas übergeführt.
Jedes Kalb wurde einer Allgemeinanästhesie unterworfen und am Muskel Gluteus Maximus eine Operation vorgenommen. Ein annähernd 7,6 cm langer Schnitt wurde gemacht, und zwei je 2,5 cm tiefe Taschen wurden in einem Abstand von 2,5 cm in den Muskel geschnitten. Eine sterilisierte Scheibe aus polymerem Material, die wie unten beschrieben hergestellt war, wurde in jede der Taschen gebracht, und der Schnitt wurde durch eine Naht verschlossen.
Es wurden zwei Arten von polymeren Scheiben verwendet: a) Eine Scheibe mit 12,7 mm Durchmesser und 0,254 mm Dicke, die aus Poly-(tetrafluoräthylen) bestand; b) eine Scheibe mit 12,7 mm Durchmesser und 0,254 mm Dicke, die aus Poly-(tetrafluoräthylen-g-isothiocyanatostyrol) bestand.
Vor der Verwendung wurden die Scheiben durch Behandlung mit Dampf in einem Autoklav bei 115 C während 2 Stunden sterilisiert. Nach der Sterilisierung und vor dem Einsetzen in das Kalb wurden die verwendeten 20 Scheiben folgendermassen in vier Untergruppen unterteilt:
1. 5 Scheiben aus Poly-(tetrafluoräthylen) wurden nicht weiter behandelt (Kontrollgruppe 1);
2. 5 Scheiben aus Poly-(tetrafluoräthylen-g-isothio- cyanatostyrol) wurden nicht weiter behandelt (Kontrollgruppe 2);
3. 5 Scheiben aus Poly-(tetranuoräthylen-g-isothio- cyanatostyrol) wurden bei Raumtemperatur 16 Stunden in der Serum-Pufferlösung aufbewahrt, die von dem Kalb stammte, dem die Scheibe eingesetzt werden sollte (das Wirtskalb);
;
4. 5 Scheiben von Poly-(tetrafluoräthylen-g-isothio- cynatostyrol) wurden bei Raumtemperatur 16 Stunden in der von dem Wirtskalb stammenden Serum-Pufferlösung aufbewahrt und mit steriler Salzlösung gespült.
Die oben beschriebene Unterteilung ist in Tabelle I dargestellt:
Tabelle I
Behandlung der Scheiben vor dem Einsetzen in die Kälber
Nr. von Poly-(tetrafluor- Poly-(tetrafluoräthylen-g-isothiocyanatostyrol)
Kalb und Serum äthylen); Keine Keine weitere Serum- Serum-Puffer weitere Behandlung Behandlung Pufferlösung lösung + Salzlösung
1 + +
2 + +
3 + +
4 + +
5 + +
6 + +
7 + +
8 + +
9 + +
10 + + + zeigt die Behandlung der Scheibe
Die Kälber wurden 30 Tage nach der Behandlung getötet, der Muskel herausgeschnitten und die Proben pathologisch auf Fremdkörperreaktion untersucht. Das Gewebe an der Oberfläche der Scheibe wurde mikroskopisch auf Fibrose, Histiozyten, Fremdkörperriesenzellen und Leukozyten untersucht.
Die Reaktion auf den eingesetzten Fremdkörper wurde anhand des Ausmasses der Entwicklung dieser pathologischen Zustände beurteilt und wie in Tabelle II angegeben bewertet.
In Tabelle II werden die folgenden Symbole angewendet: - = Keine Beobachtung (+) = Minimale Reaktion + = Geringfügige Reaktion ++ = Mässige Reaktion +++ = Ausgeprägte Reaktion PTFE = Poly-(tetrafluoräthylen) PTFEgIS = Poly-(tetrafluoräthylen-g-isothiocyanatostyrol) B = Keine weitere Behandlung der Scheibe T = Behandelte Scheibe MR = Mit Serum-Pufferlösung behandelte Scheibe R = Mit Serum-Pufferlösung und Salzlösung behandelte Scheibe a = Das Gewebe an der Seite a der Scheibe wurde untersucht b = Das Gewebe an der Seite b - entgegengesetzt der Seite a - der Scheibe wurde untersucht.
Tabelle II
Ergebnis der Implantation von Scheiben in Kälber
Material Serum Fibrose Makro- Fremd- Leuko- Kommentar
Nr. phagen körper- zyten riesen zellen PTFE B a + + + + Scheibe in
1 b ++ ++ ++ + Fascia PTFEgIS R T a + ++ + + + ++ b ++ + (+) + PTFEgIS B a ++ + (+) ++
2 b ++ + (+) ++ PTFEgIS NR T a + (+) - + b + + + ++ PTFE B a ++ ++ ++
3 b ++ ++ ++ PTFEgIS R T a ++ ++ + b ++ (+) (+) + PTFEgIS B a + ++ + ++
4 b + + + ++ PTFEgIS NR T a + ++ (+) + b ++ + (+) + PTFE B a ++ ++ + ++ Fibrinoid
5 b ++ ++ ++ ++ PTFEgIS R T a ++ + (+) (+) b ++ ++ + + PTFEgIS B a ++ + + +
6 b + + + + PTFEgIS NR T a Keine Bewertung wegen unbefriedigender b Sektionen PTFE B a ++ + + +
Fibrinoid
7 b + ++ ++ ++ PTFEgIS R T a ++ ++ + ++ Fibrinoid b + ++ + ++ PTFEgIS B a ++ - - (+) Fibrinoid
8 b ++ + + ++ PTFEgIS NR T a - - - (+) Scheibe in b + (+) - (+) Fascia PTFE B a ++ - - (+) 1
9 b +++ - - - PTFEgIS R T a + - - + Keine Makro b ++ - - + phagen, mässige fibroblastische
Reaktion PTFEgIS B a ++ ++ ++
10 b - + + ++ PTFEgIS NR T a Keine Bewertung wegen unbefriedigender b Sektionen 1 Cystische Dilatation. Keine Makrophagen, aber ausgeprägte fibroblastische Reaktion mit wenigen mehrkernigen Fibroblasten. Lymphozytische Zellreaktion. Fibrinoide Nekrose.
Die Würdigung der in Tabelle II angegebenen Ergebnisse zeigen deutlich. dass a) in der Nähe der Poly-(tetrafluoräthylen-g-isothio- cyanatostyrol)-Scheibe die nach der Sterilisation nicht weiter behandelt worden war, weniger Anzeichen von Makrophagen und Fremdkörperrisenzellen vorhanden waren als in der Nähe einer in gleicher Weise unbehandelten Polytetrafluoräthylenscheibe; b) in der Nähe der Stelle, wo Poly-(tetrafluoräthylen g-isothiocyanatostyrol). das mit Serum-Pufferlösung behandelt worden war, eingesetzt worden war, weniger Anzeichen einer Reaktion in bezug auf jeden der vier angewandten Parameter vorhanden waren als in der Nähe einer ähnlichen Scheibe, die nach der Sterilisation vor der Implantation nicht weiter behandelt worden war;
c) in der Nähe der Stelle, wo Poly-(tetrafluoräthylen 0-iscthiocyanatostyrol), das mit Serum-Pufferlösung behandelt worden war, eingesetzt worden war, weniger Anzeichen einer Reaktion in bezug auf jeden der vier angewandten Parameter vorhanden waren als in der Nähe einer ähnlichen Scheibe, die vor der Implantation mit Serum-Pufferlösung behandelt und danach mit Salzlösung gespült worden war.
PATENTANSPRUCH I
Verfahren zur Herstellung von oberflächlich durch aufgepfropftes Polymerisat modifiziertem Polymermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass man eine aromatische Vinylverbindung der Formel:
EMI13.1
worin Y einen Substituenten, der mit Protein nicht reaktionsfähig ist, und n null oder eine ganze Zahl grösser als null bedeutet. mit Hilfe von ionisierender Strahlung auf die Oberfläche eines festen Polymermaterials, das unter der Einwirkung von ionis':erender Strahlung freie Radikale zu bilden vermag, pfropfpolymerisiert und im erhaltenen Oberflächenpfropfcopolymer. während es in festem Zustand vorliegt, eine oder mehrere mit Protein reaktionsfähige Gruppen X in die gegebenenfalls substituierte Phenylgruppe von Monomereinheiten der genannten aromatischen Vinylverbindung einführt.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man als Polymer, das unter der Einwirkung von ionisierender Strahlung freie Radikale zu bilden vermag, ein Polyolefin, Poly-(tetrafluoräthylen), ein Polyimid oder Poly-(monochlor-p-xylylen) verwendet.
2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man als aromatische Vinylverbindung Styrol verwendet.
3. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als mit Protein reaktionsfähige Gruppe eine Isothiocyanatgluppe, eine Gruppe der Formel -L-NHR. worin L eine nicht saure verbindende Gruppe, beispielsweise eine Alkylengruppe, die die Basizität der Aminogruppe nicht aufhebt. und R eine Alkylgruppe bedeuten, wobei die Gruppe der Formel -L-NHR mit der Carbonsäuregruppe einer Aminosäure oder eines Peptides oder Proteins mit einer Aminosäureendgruppe mit Hilfe eines Carbodiimides zu kuppeln vermag, eine Chlormethylgruppe, die mit einem Trialkylammoniumsalz einer Aminosäure oder eines Peptides oder Proteins mit einer Aminosäureendgruppe unter Bildung einer Methylenesterbindung zu reagieren vermag.
eine Diazoniumsalzgruppe der Formel -NN-Z-, worin Z- ein Anion einer starken Säure bedeutet, oder eine Carbonsäuregruppe einführt.
4. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Nitrogruppe in Orthostellung zu X in den aromatischen Ring einführt, wobei X eine Isothiocyanatoder Chlormethylgruppe bedeutet.
5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die mit Protein reaktionsfähige Gruppe oder eine als Zwischenprodukt für diese dienende Gruppe in Gegenwart eines Lösungsmittels einführt, das die Oberfläche des festen Pfropfcopolymers zu quellen vermag, ohne das Copolymer zu lösen.
6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das feste Polymermaterial in Form einer Scheibe vorliegt.
7. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das feste Polymermaterial porös ist.
8. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die Pfropfpolymerisation der aromatischen Vinylverbindung auf die Oberfläche des festen Poiymermaterials, das unter der Einwirkung von ionisierender Strahlung freie Radikale zu bilden vermag, in der Dampfphase ausführt, und dass das genannte Polymermaterial porös ist.
PATENTANSPRUCH II
Verwendung von gemäss dem Vertahren nach Patentanspruch l hergestelltem oberflächenmodifiziertem Polymermaterial zur chemischen Bindung von Aminosäuren oder von Peptiden oder Proteinen mit einer Aminosäureendgruppe durch Umsetzung der Aminosäuren, Peptide bzw.
Proteine mit den mit Protein reaktionsfähigen Gruppen X.
UNTERANSPRÜCHE
9. Verwendung nach Patentanspruch II von gemäss dem Verfahren nach Unteranspruch 5 hergestelltem oberflächenmodifiziertem Polymermaterial.
10. Verwendung nach Patentanspruch II oder Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das oberflächenmodifizierte Polymermaterial in Form einer Scheibe vorliegt.
11. Verwendung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das oberflächenmodifizierte Polymermaterial porös ist.
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.