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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Lage, umfassend ein Trägermedium, wobei dem Trägermedium
zumindest ein antimikrobiell wirkender Stoff zugeordnet ist. Die
Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung einer Lage als Reinigungstuch.
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Stand der
Technik
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Aus
dem Stand der Technik sind Lagen und Reinigungsartikel bekannt,
welche ein Trägermedium
umfassen, dem ein antimikrobiell wirkender Stoff zugeordnet ist.
Dabei wirkt ein antimikrobiell wirkender Stoff antibakteriell, antiviral,
antimykotisch und/oder gegen Sporen.
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Die
bekannten Lagen bzw. Reinigungsartikel weisen jedoch im Hinblick
auf die Reaktionsfähigkeit
des antibakteriell und/oder antimikrobiell wirkenden Stoffes erhebliche
Nachteile auf.
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Die
bekannten Beladungen mit antimikrobiell wirkenden Stoffen verhindern
eine schnelle Verfügbarkeit
des antimikrobiell wirkenden Stoffes, da dessen Moleküle häufig nicht
schnell genug mobilisierbar sind. Dies hängt damit zusammen, dass die
Moleküle
des Stoffes in einer Bulk-Phase vorliegen und durch umliegende Moleküle abgeschirmt
werden. Dieses Problem tritt insbesondere dann auf, wenn Beschichtungen
eine kritische Dicke und flächige
Ausdehnung überschreiten.
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Darstellung
der Erfindung
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lage der eingangs
genannten Art anzugeben, welche sich durch eine hohe Reaktivität des antimikrobiell
wirkenden Stoffes auszeichnet.
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Erfindungsgemäß wird die
voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach
liegt der antimikrobiell wirkende Stoff kolloidal und/oder nanoskalig
vor.
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Unter
nanoskaligen Strukturen versteht man Bereiche jeglicher Morphologie,
die zumindest in einer Raumrichtung Dimensionen im Nanometerbereich
aufweisen.
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Erfindungsgemäß ist erkannt
worden, dass ein kolloidal und/oder nanoskalig vorliegender Stoff
eine besonders hohe antimikrobielle Wirkung zeigt. Insbesondere
werden Bakterien, Viren, Pilze oder Sporen wirkungsvoll abgetötet. Das
Vorliegen des antimikrobiell wirkenden Stoffes in kolloidaler und/oder
nanoskaliger Form verhindert die Abschirmung einzelner Moleküle durch
umliegende Moleküle.
Daher sind die einzelnen Moleküle
ausreichend schnell mobilisierbar und können eine hohe Reaktivität des antimikrobiell
wirkenden Stoffes gewährleisten.
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Folglich
ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
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Durch
geeignete Variation der Verfahrensparameter beim Aufbringen des
Stoffes kann dessen Morphologie beeinflusst werden. Insbesondere
kann durch nachträgliche
Behandlung der abgeschiedenen Stoffpartikel die Partikelform, die
Partikelgröße, die
Schichtdicke und der Belegungsgrad des antimikrobiell wirkenden
Stoffes eingestellt werden.
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Der
Stoff könnte
im Trägermedium
verteilt sein. Dabei könnte
die gesamte effektiv wirksame Oberfläche mit dem Stoff belegt sein.
Hierdurch ist vorteilhaft realisiert, dass der antimikrobiell wirkende
Stoff homogen über
die gesamte Lage verteilt ist. Dies bewirkt, dass der Stoff an allen
Grenzflächen
der Lage wirksam werden kann.
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Der
Stoff könnte
in einer auf das Trägermedium
aufgebrachten Schicht verteilt sein oder einer solchen Schicht zugeordnet
sein. Dabei ist denkbar, dass der Stoff sowohl im Trägermedium
kolloidal verteilt ist und das Trägermedium darüber hinaus
mit einer Beschichtung versehen ist, welche den Stoff kolloidal
oder in nicht kolloidalem Zustand umfasst. Durch diese Kombination
ist eine besonders lang anhaltende antimikrobielle Wirkungsweise
der Lage realisierbar, da zunächst
die Stoffe aus dem Trägermedium
wirksam werden, bevor die Beschichtung abgetragen wird.
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Das
Trägermedium
könnte
Fasern aufweisen. Hierdurch stellt das Trägermedium eine zerklüftete Oberfläche für die Anlagerung
von antimikrobiell wirkenden Stoffen zur Verfügung. Somit werden Schichten des
wirkenden Stoffes, die auf dem Trägermedium abgelegt werden einer
Zerklüftung
unterworfen.
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Vor
diesem Hintergrund könnte
der wirkende Stoff einzelnen Fasertypen ausschließlich zugeordnet sein,
wobei andere Fasertypen keine Belegung durch den wirkenden Stoff
aufweisen. Hierdurch wird der Zerklüftungseffekt noch gesteigert.
Ganz konkret könnten
die nanoskaligen und/oder kolloidalen Strukturen des Stoffes auf
hydrophoben, insbesondere polyolefinischen, Fasern eines Vliesstoffs
angelagert werden, wobei hydrophile, insbesondere Viskose-Fasern,
stofffrei sein könnten.
Hierdurch ist es möglich,
auf einem Vliesstoff, welcher ein Fasergemisch umfasst, selektiv
auf einem speziellen Fasertyp den wirkenden Stoff anzulagern. Die
Zerklüftung
der Stoffschicht bzw. der Stoffbelegung ergibt sich sodann durch
die Faserstruktur des Trägermediums.
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Der
antimikrobiell wirkende Stoff könnte
Silber umfassen. Silber ist besonders als antimikrobiell wirkender
Stoff geeignet, da es für
Menschen nahezu ungiftig ist. Des Weiteren zeigt Silber ein relativ
geringes allergenes Potential. Silber wirkt als antiseptische Substanz
in geringen Konzentrationen über
einen langen Zeitraum auf eine Vielzahl von Infektionskeimen. Die
meisten bekannten Bakterien zeigen darüber hinaus keine Resistenz
gegen Silber.
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Der
antimikrobiell wirkende Stoff könnte
durch Magnetron-Sputtern in einer Vakuumkammer hergestellt werden.
Durch eine Vakuumbeschichtung kann eine spezielle Oberflächentopographie
der Nanopartikel hergestellt werden. Bei einer Vakuumbeschichtung
bilden sich die Nanopartikel direkt auf dem Trägermedium. Bei anderen Beschichtungsverfahren,
wie der Flüssigkeitsbeschichtung,
sind die Nanopartikel bereits in der Flüssigkeit vorhanden, so dass
diese unter Umständen
nur in unzureichendem Maße
an die Oberfläche
des Trägermediums
angebunden werden können.
Bei der Vakuumbeschichtung bilden sich die Nanopartikel direkt an
den Oberflächenstrukturen
des Trägermediums
und können
daher mit diesem eine feste Verbindung unter Ausbildung einer großen Oberfläche eingehen.
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Die
eingangs genannte Aufgabe wird des Weiteren mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 8 gelöst.
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Des
Weiteren ist denkbar, dass die Lage als Vliesstoff, Gewebe, Gewirke,
Gestrick oder als Garn ausgestaltet ist. Die Verwendung eines Vliesstoffs
ist im Hinblick auf die Bereitstellung einer großen Oberfläche von Vorteil. Gewebe und
Gestricke zeichnen sich durch eine hohe mechanische Stabilität aus und
können
unterschiedliche Fasertypen in Mischung aufweisen. Die Verwendung
unterschiedlicher Fasertypen, nämlich
Fasern aus unterschiedlichen Materialien, erlaubt die selektive
Anlagerung des wirkenden Stoffes an einzelne Fasern.
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Die
hier beschrieben Lagen könnten
als Wundauflagen verwendet werden. Diese Verwendung ist vorteilhaft,
da die Lage ein Reduzieren bzw. schnelles Beseitigen von Bakterien,
Keimen und Pilzen unterstützt. Die
Lage wirkt heilungsfördernd
und schmerzlindernd bei offenen Wunden.
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Die
Lage könnte
als Allergie-Unterwäsche
verwendet werden. Insbesondere bei Neurodermitis-Erkrankten könnte die
Lage einen Heilungsverlauf beschleunigen. Der äußerst lästige Juckreiz kann durch die hier
beschriebenen Lagen erheblich reduziert werden. Die Wunden entzünden sich
nicht mehr aufs Neue, die Heilung wird beschleunigt.
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Die
hier verwendeten Lagen könnten
auch als Kompressionsstrümpfe
verwendet werden. Insbesondere für
offene Beine könnte
ein spezielles versilbertes elastisches Gewirk verwendet werden,
welches neben der antimikrobiellen Wirkung noch die zusätzliche
Funktion einer Kompression entfaltet. Die Kompression führt zur
Verbesserung des venösen
Blutrückstroms.
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Denkbar
ist auch, die hier beschriebenen Lagen in Unterwäsche, Sportbekleidung, oder
Socken zu verwenden, da die antimikrobiell wirkenden Stoffe anti-geruchsbildend
bei Schweißentwicklung
wirken. Hierdurch wird die Hygiene und der Tragekomfort erhöht. Des
Weiteren wird eine Geruchsreduzierung des Körperschweißes bewirkt. Insbesondere hemmt
Silber das Wachstum von Hautpilzen.
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Wenn
man die vorteilhaften antimikrobiellen Eigenschaften von Silber
mit Eigenschaften nanoskaliger Systeme kombiniert, ergeben sich
neuartige Materialeigenschaften, die im Wesentlichen auf ein hohes
Oberflächen/Volumen-Verhältnis zurückzuführen sind.
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Die
mikrobiologisch wirksamen Silber-Ionen entstehen als Silberoxid
an der Nanopartikel-Oberfläche durch
Einwirkung von Luftsauerstoff und Feuchtigkeit aus der Umgebung.
Die Oxidschicht selbst weist unabhängig von der Partikelgröße eine
im Wesentlichen konstante Dicke auf. Dies bedeutet, dass das am
Gesamtvolumen anteilige mikrobiologisch wirksame Volumen mit abnehmender
Partikelgröße signifikant
zunimmt.
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Soweit
Silber nanoskalig vorliegt, ergeben sich nun signifikante Vorteile.
Durch die feinteiligere Darstellung benötigt man sehr viel geringere
Mengen, als man benötigen
würde,
wenn man grobteiliges Silber einsetzt. Durch das größere Oberflächen/Volumen-Verhältnis wird
eine deutlich größere Menge
des Silbers der Umwelt zugänglich
gemacht. Dadurch kann das ionische Silber deutlich schneller mobilisiert
werden. Man erhält
einen echten Depoteffekt, der eine lang anhaltende Wirkung gewährleistet.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung auf vorteilhafte Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits
auf die nachfolgende Erläuterung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Lehre
anhand der Tabellen zu verweisen.
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In
Verbindung mit der Erläuterung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
anhand der Tabellen, werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
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Beschreibung der Tabellen
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In
den Tabellen zeigen
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Tabelle
1 die Ergebnisse mikrobiologischer Tests im Zusammenhang mit Bakterien
des Typs Escherichia coli,
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Tabelle
2 die Ergebnisse mikrobiologischer Tests im Zusammenhang mit Sporen
des Typs Aspergillus niger und
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Tabelle
3 die olfaktorische Bewertung von mit Silber beladenen Proben.
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Ausführung der Erfindung
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Ausführungsbeispiele
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Die
Lagen (Proben) einer im Folgenden beschriebenen Versuchsreihe wurden
wie folgt hergestellt und getestet:
Probe 2 weist eine Silberbeladung
von 10,5 mg/m2 auf. Die Proben 3 bis 6 weisen
jeweils 29,4; 56,7; 115,5 bzw. 231 mg/m2 Silberbeladung
auf. Probe 1 weist keine Silberbeladung auf und stellt eine so genannte
Nullprobe dar.
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Das
Trägermedium
weist als antimikrobiell wirksamen Stoff Silber auf, der kolloidal
und/oder nanoskalig vorliegt. Dies wird durch die Erzeugung im Wesentlichen
quaderförmiger
Nanopartikel-Inselstrukturen aus Silber mit einer Kantenlänge im Bereich
von 5 nm bewirkt.
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Die
auf dem Trägermedium
entstandenen Inselstrukturen weisen eine spezifische Oberfläche auf,
die größer ist
als die Oberfläche
einer geschlossenen Nanoschicht mit einer Dicke von 5 nm.
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Daher
ist die Abgaberate eines Trägermediums,
welches quaderförmige
Inselstrukturen mit einer Kantenlänge von 5 nm aufweist, deutlich
schneller als die eines vollbeschichteten Trägermediums.
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Die
quaderförmigen
Inselstrukturen wurden über
SIMS nachgewiesen. Ganz konkret wurde nachgewiesen, dass die nanoskaligen
und/oder kolloidalen Silberstrukturen bevorzugt auf den polyolefinischen
Fasern des verwendeten Vliesstoffs angelagert werden. Die viskosen
Fasern sind weitgehend silberfrei. Hierdurch ist es möglich, auf
einem Vliesstoff, welcher ein Fasergemisch umfasst, selektiv auf
einem speziellen Fasertyp Silber anzulagern.
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Die
quaderförmigen
Inselstrukturen wurden durch Vakuumbeschichtung hergestellt. Dazu
wurden die verwendeten Vliesstoffe unter einer Argon-Atmosphäre mit einem
Druck zwischen 0,1 Pa und 5 Pa mittels einer Magnetron-Sputterquelle
beschichtet. Die Magnetron-Sputterquelle wird dabei mit einer Leistungsdichte
im Bereich zwischen 0,5 W/cm2 und 10 W/cm2 betrieben. Dabei kommt es zur Zerstäubung des
Targetmaterials Silber, welches anschließend in dem oder auf dem Vliesstoff
abgeschieden wird. Dieser Prozess erlaubt eine sehr gute Steuerung
der Silberabscheidung und damit eine hervorragende Kontrolle der
Größe der Silber-Nanopartikel.
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Konkret
wurde zur Herstellung von Probe 3 eine Vliesstoffprobe mit einer
Breite von 220 mm und einer Länge
von 20 m beschichtet. Der Vliesstoff wurde hierbei als kontinuierlich
laufendes Band bei einem Gasdruck von 0,5 Pa und einer Magnetronleistung
von 50 W in einer Vakuumkammer beschichtet. Die Bandgeschwindigkeit
betrug 2,1 m/min. Die Targetfläche
war 35 cm breit und 12,5 cm lang.
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Die
Proben 1 bis 6 wurden einem Test auf antimikrobielle Ausrüstung nach
der allgemein bekannten AATCC-Methode 100 unterzogen, die bei textilen
Werkstoffen Anwendung findet.
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Die
Ergebnisse dieses Tests sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 zeigt
die Abtötungsrate
von Escherichia coli – Zellen
in Abhängigkeit
von der Silberbeladung.
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In
Tabelle 1 ist in der ersten Spalte die Silberbeladung in mg/m2 aufgetragen. Die zweite Spalte der Tabelle
zeigt die Keimzahl in der Einheit KBE/ml (Kolonie bildende Einheiten/ml)
nach 24 Std. und die dritte Spalte die Abtötungsrate nach 24 Std. in Prozent.
Die vierte und fünfte
Spalte sind analog aufgebaut.
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Tabelle
2 zeigt die Ergebnisse eines mikrobiologischen Tests, der mit Sporen
des Typs Aspergillus niger auf den Proben 1 bis 6 durchgeführt wurde.
Die Proben 1 bis 6 fungierten dabei als Muster für Spültücher (Spültuch-Muster).
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Aspergillus
niger wird auf Grund seiner dunklen Sporen auch Schwarzschimmel
genannt. Aspergillus niger ist ein weit verbreiteter Lebensmittelverderber
und Materialzerstörer.
Er kommt weltweit im Erdboden vor. Dieser Schimmelpilz kann Papier
und Packstoffe, ebenso wie Leder und Farben, ja sogar Kunststoffe
und optische Gläser
zerstören.
Durch Aspergillus niger hervorgerufene Krankheiten umfassen neben
allergischen Reaktionen, Infektionen des äußeren Gehörganges, Lungen-Aspergillosen, Bauchfellentzündungen,
Entzündungen
der Herzinnenhaut, Erkrankungen der Nägel sowie Infektionen der Haut.
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Die
erste Spalte der Tabelle 2 zeigt die Silberbeladung in mg/m2. Die zweite Spalte gibt durch die Größe B qualitativ
an, ob die jeweilige Probe nach zwei Tagen mit Sporen bewachsen
ist. Die dritte Spalte gibt analog an, ob die Probe nach vier Tagen
bewachsen ist. (B) drückt
lediglich qualitativ aus, dass der Bewuchs etwas schwächer ausgebildet
ist. Der Gedankenstrich (-) stellt qualitativ dar, dass kein Bewuchs
vorliegt.
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Die
Proben 1 bis 6 der Versuchsreihe 1 wurden des Weiteren Geruchstests
unterzogen.
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Hierzu
wurden die als Tücher
ausgestalteten Proben bei 32°C
für 48
Std. in 100 ml von 10%-igen Milchlösungen gelagert. Anschließend wurden
die Proben entnommen und getrocknet. Die Milchlösungen und die getrockneten
und mit 100 μl
Wasser nach deren Trocknung erneut angefeuchteten Proben wurden
olfaktometrisch bewertet.
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Die
Proben wurden in anonymer Form zehn Testpersonen zur Beurteilung
vorgelegt. Die Testpersonen wurden gebeten, auf einer Notenskala
die Lösungen
bzw. die Proben zu bewerten, wobei folgende qualitative Zuordnungen
zu Grunde gelegt wurden:
| Note
6 | unerträglich, |
| Note
5 | stark
störend, |
| Note
4 | störend, |
| Note
3 | deutlich
wahrnehmbar, aber noch nicht störend, |
| Note
2 | wahrnehmbar,
nicht störend, |
| Note
1 | nicht
wahrnehmbar. |
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Tabelle
3 zeigt die Ergebnisse der Bewertung.
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Schließlich sei
ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
lediglich zur Erörterung
der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele
einschränken.
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