DE102018113686B3 - Innenbeschichteter Spritzenkörper und Verfahren zur Innenbeschichtung von Spritzenkörpern - Google Patents

Innenbeschichteter Spritzenkörper und Verfahren zur Innenbeschichtung von Spritzenkörpern Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung einer Gleitfläche (1.1) eines Spritzenkörpers (1) aus Glas oder Kunststoff mit einer omniphoben Gleitschicht (3), wobei die Gleitfläche (1.1) gereinigt und mit einer Benetzungslösung enthaltend Silan und/oder ein Siloxan mit einem Gewichtsanteil von zwischen 0,1% und 25% in saurer Lösung in einem organischen Lösungsmittel benetzt wird, anschließend getrocknet wird, mit bidestilliertem Wasser gespült und erneut getrocknet wird.Die Erfindung betrifft ferner einen Spritzenkörper (1) aus Glas oder Kunststoff, eingerichtet zur Aufnahme eines entlang einer Gleitfläche (1.1) gleitenden Kolbens (2), wobei die Gleitfläche (1.1) mindestens teilweise mit einer omniphoben Gleitbeschichtung (3) enthaltend ein Silan und/oder ein Siloxan beschichtet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Innenoberflächen von Spritzenkörpern. Bei diesen Spritzenkörpern handelt es sich um Primärpackmittel aus Glas oder Kunststoff, bei denen ein beweglicher Kolben entlang einer Innenoberfläche bewegt wird. Die Erfindung betrifft ferner mittels solcher Beschichtungsverfahren beschichtete Spritzenkörper.
  • Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Innensilikonisierung von Spritzenkörpern bekannt, mit denen eine geringe Losbrechkraft und eine möglichst konstante Gleitkraft beim Betätigen des Kolbens erzielt werden.
  • Aus dem Dokument Reuter, B.; Petersen, C.: Die Silikonisierung von Spritzen, Techno.Pharm. 2 (4) (2012) Seiten 238-244 sowie aus dem Dokument Zeiß, B.; Petersen, C.: Pre-fillable syringes for the biotechnological requirements of the present and future, Pharm.Ind. 78 (1) (2016) Seiten 121-130 sind Verfahren der öligen Silikonisierung und der Einbrennsilikonisierung bekannt. In diesen Dokumenten werden im Wesentlichen Glasspritzen beschrieben.
  • Zudem sind vorfüllbare Spritzen aus Kunststoff bekannt, wobei der Kunststoff beispielsweise als Cycloolefin-Copolymer (COC) oder als Cycloolefin-Polymer (COP) ausgebildet sein kann. Auch diese Spritzen werden nach dem Stand der Technik mit einer Innensilikonisierung versehen, wie im Dokument Vorfüllbare Spritzen aus COC - Ein Nischenmarkt mit Potential, Kunststoffe extra 5/2017, S. 8-10 sowie im bereits genannten Dokument von Reuter und Petersen beschrieben wird.
  • Bei der öligen Silikonisierung wird Silikonöl mittels Sprühdüsen im Spritzenkörper aufgebracht. Überschüssiges Silikonöl wird in einem als „final rinse“ bezeichneten Waschgang mit gereinigtem und sterilisiertem Wasser entfernt.
  • Bei der Einbrennsilikonisierung wird eine Silikonölemulsion in den Spritzenkörper eingebracht und in einem Ofen durch definierte Temperaturbehandlung an die Glasoberfläche angebunden.
  • Ein Nachteil dieser Silikonisierungsverfahren besteht darin, dass freie Silikonöltröpfchen als Verunreinigungen im Füllgut des Spritzenkörpers wirken oder als solches erkannt werden und damit zu Ausschuss führen. Ferner können freie Silikonöltröpfchen als Keime für die Aggregation der Inhaltsstoffe des Füllguts wirken. Derartige Aggregationen können wiederum Auslöser unerwünschter Immunreaktionen sein.
  • Ebenfalls bekannt sind Verfahren zur Behandlung der Gleitfläche eines Kolbens, der beweglich in einem Spritzenkörper geführt ist. Das Dokument Melamies, I.A.: Barrieren und Schutz vor Bakterien, medizin&technik (5) (2012) Seiten 44-45 beschreibt ein Plasmaverfahren zur Gleitflächenbehandlung der Gummidichtung des Kolbens. Das Dokument Janssen, R.; Dounce, S.: Biotech-Medikamente sicher verpackt, medizin&technik (4) (2016) Seiten 48-49 beschreibt ein nasschemisches Verfahren zur Gleitflächenbeschichtung des Kolbenstopfens. Nachteilig bei beiden Verfahren ist, dass zum Erzielen einer geforderten Gleitwirkung auf eine Silikonisierung des Spritzenkörpers nicht vollständig verzichtet werden kann.
  • Ferner ist aus dem Dokument Wang, L.; McCarthy, T.J.: Covalently Attached Liquids: Instant Omniphobic Surfaces with Unprecedented Repellency, Angewandte Chemie 128 (2016) Seiten 252-256 ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungslösung, enthaltend Dimethoxydimethylsilan bekannt, welches zur Benetzung von Glasoberflächen geeignet ist. Dimethoxydimethylsilan ist durch die Strukturformel
    Figure DE102018113686B3_0001
    gegeben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Beschichtung der Gleitfläche eines Spritzenkörpers anzugeben, das eine gleichmäßige Gleitreibung und eine geringe Losbrechkraft beim Betätigen eines entlang dieser Gleitfläche relativ zum Spritzenkörper gleitenden Kolbens ermöglicht. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein vereinfachtes Verfahren anzugeben, das keinen thermischen Nachbehandlungsschritt erfordert und das Verunreinigungen des Füllguts im Spritzenkörper vermeidet.
  • Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Spritzenkörper mit verbessertem Gleitverhalten eines darin geführten Kolbens, insbesondere mit besonders geringer Losbrechkraft und besonders gleichmäßiger Gleitreibung beim Betätigen des Kolbens, anzugeben.
  • Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird hinsichtlich des Spritzenkörpers durch einen Spritzenkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei einem Verfahren zur Beschichtung einer Gleitfläche eines Spritzenkörpers aus Glas oder Kunststoff mit einer omniphoben Gleitschicht wird in einem ersten Schritt die Gleitfläche gereinigt. Im Falle eines Kunststoffsubstrates ist das Aufbringen einer dünnen haftvermittelnden Siliziumoxid (SiOx) - Schicht auf die Gleitfläche notwendig, an der die omniphobe Gleitschicht anbinden kann. Die dünne haftvermittelnde SiOx-Schicht kann beispielsweise mittels Sol-Gel-Technik, Beflammungsverfahren (C-CVD) oder Plasmabeschichtung aufgebracht werden. Als Plasmaverfahren können sowohl Vakuum- als auch Atmosphärendruck-Verfahren in Betracht gezogen werden. Anschließend wird die Gleitfläche erfindungsgemäß mit einer Benetzungslösung, welche ein Silan und/oder ein Siloxan mit einem Gewichtsanteil von zwischen 0,1% und 25% in saurer Lösung in einem organischen Lösungsmittel enthält, benetzt. Als Silan kann beispielsweise Dimethoxydimethylsilan, Methyltrimethoxysilan oder n-Propyltrimethoxysilan verwendet werden.
  • Als Siloxan kann beispielsweise Polydimethylsiloxan mit verschiedenen Viskositäten verwendet werden. Als organische Lösungsmittel können beispielsweise Isopropanol oder Ethanol verwendet werden.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer Benetzungslösung enthaltend Dimethoxydimethylsilan, welche zur Benetzung von Glasoberflächen geeignet ist, ist aus dem Stand der Technik bekannt.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens wirkt die Benetzungslösung während einer Benetzungsdauer von mindestens 1 bis 30 Sekunden, bevorzugt 5 bis10 Sekunden, auf die Gleitfläche ein.
  • Anschließend wird die Gleitfläche getrocknet, wobei die Trocknungszeit von der Temperatur abhängig ist. In einer Ausführungsform des Verfahrens beträgt die Trocknungsdauer mindestens 10 Minuten, bevorzugt 15 Minuten bei einer Temperatur von zwischen 18°C und 25°C. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Trockenzeit mindestens 30 Sekunden, bevorzugt eine Minute bei einer Temperatur von 75°C.
  • Anschließend wird die Gleitfläche mit bidestilliertem Wasser oder zunächst mit dem organischen Lösungsmittel und anschließend mit bidestilliertem Wasser gespült und erneut getrocknet.
  • Bei den derart mit einer Gleitbeschichtung versehenen Gleitflächen wurden Wasser-Kontaktwinkel von 100° bis 110° ermittelt.
    Mittels Ellipsometrie wurde die Dicke der so aufgebrachten Gleitbeschichtung zu höchstens 10 Nanometern bestimmt.
  • Mittels Gleitreibungsuntersuchungen wurden an den derart behandelten Glasspritzenkörpern Losbrech- und Gleitreibungskräfte ermittelt, welche vergleichbar zu Glasspritzenkörpern sind, deren Gleitflächen nach dem Stand der Technik ölig silikonisiert waren. Insbesondere wurden Losbrech- und Gleitreibungskräfte von höchstens 5 Newton ermittelt.
  • Somit besteht ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, dass freie Silikonöltröpfchen im Glasspritzenkörper vermieden werden und dennoch die für die bestimmungsgemäße Verwendung des Glasspritzenkörpers wichtige Reduktion der Reibung erzielt wird. Dadurch werden eine Verunreinigung des Füllguts und eine Aggregation der Inhaltsstoffe des Füllguts an derartigen Silikonöltröpfchen vermieden und eine sicherere Verwendung des Glasspritzenkörpers ermöglicht.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass kein Einbrennschritt erforderlich ist. Allenfalls kann ein Trockenschritt bei erhöhter Temperatur anfallen, wobei die Temperatur unter 100°C liegt.
  • Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Gleitfläche vor dem Benetzen aktiviert. Die Aktivierung kann mittels Mikrowellenplasmabehandlung und/oder mittels Radiofrequenz-Plasmabehandlung und/oder mittels Atmosphärendruckplasmabehandlung und/oder mittels Beflammung erfolgen. Die Plasmabehandlung kann eine Plasmavorbehandlung und/oder eine Plasmabeschichtung umfassen. Die Plasmabehandlung kann bei Niederdruck oder bei Atmosphärendruck durchgeführt werden.
  • Mit einer solchen Aktivierung wird eine bessere Benetzung und Haftung der Benetzungslösung auf der Gleitfläche des Spritzenkörpers erzielt. Bei Kunststoffspritzen ist zur Erzielung einer ausreichenden Haftung zunächst das Aufbringen einer dünnen glasartigen Schicht nötig. Dies kann mittels Atmosphärendruckplasmabehandlung, Beflammungsverfahren (combustion chemical vapor deposition, C-CVD) oder mittels Sol-Gel-Beschichtung erfolgen.
  • Bei einem Spritzenkörper, der zur Aufnahme eines entlang einer Gleitfläche gleitenden Kolbens eingerichtet ist, ist die Gleitfläche erfindungsgemäß mindestens teilweise mit einer omniphoben Gleitbeschichtung, umfassend ein Silan und/oder ein Siloxan, beschichtet.
  • Alternativ zur Beschichtung des Spritzenkörpers ist auch eine entsprechende Beschichtung des Kolbenstopfens mit einer haftvermittelnden SiOx-Schicht sowie anschließend der omniphoben Gleitbeschichtung, umfassend ein Silan und/oder Siloxan, möglich.
  • Durch eine derartige Beschichtung werden die Losbrechkraft und die Gleitreibung zwischen dem Kolben und der Gleitfläche so weit reduziert, dass keine zusätzliche Silikonisierung der Gleitfläche erforderlich ist. Dadurch werden eine Verunreinigung des Füllguts und eine Aggregation der Inhaltsstoffe des Füllguts an derartigen Silikonöltröpfchen vermieden und eine sicherere Verwendung des Glasspritzenkörpers ermöglicht.
  • In einer Ausführungsform ist das Silan der Liste Dimethoxydimethylsilan, Methyltrimethoxysilan oder n-Propyltrimethoxysilan entnommen. Das Siloxan kann als Polydimethylsiloxan mit verschiedenen Viskositäten ausgebildet sein.
  • In einer Ausführungsform eines Glasspritzenkörpers weist die Gleitbeschichtung auf der Gleitfläche eine Dicke von höchstens 50 Nanometern, bevorzugt zwischen 5 und 10 Nanometern, und einen Wasser-Kontaktwinkel zwischen 90° und 120°, bevorzugt zwischen 100° und 110°, auf. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders gute Reduktion der Losbrechkraft und der Gleitreibung zwischen dem Kolben und der Gleitfläche.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Darin zeigt:
    • 1 schematisch einen beschichteten Glasspritzenkörper.
  • 1 zeigt schematisch einen Glasspritzenkörper 1, in dem ein Kolben 2 gleitend geführt ist. Der Glasspritzenkörper 1 ist aus Glassubstrat gefertigt und zylindrisch geformt. Die Innenwand des Zylinders bildet die Gleitfläche 1.1, entlang welcher der Kolben 2 gleitet.
  • Auf der Gleitfläche 1.1 ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Gleitbeschichtung 3 aufgebracht, welche Dimethoxydimethylsilan enthält. Die Gleitbeschichtung 3 weist eine Dicke von höchstens 10 Nanometern auf. Die Schichtdicke kann beispielsweise mittels Ellipsometrie bestimmt werden. Die Gleitbeschichtung 3 ist so ausgebildet, dass der Wasser-Kontaktwinkel über 90° liegt. Vorzugsweise liegt der Wasser-Kontaktwinkel bei mindestens 100°.
  • Ausführungsbeispiel zur Herstellung einer Gleitbeschichtung 3:
  • Die Benetzungslösung wurde aus Dimethoxydimethylsilan (10 w%) in Isopropanol hergestellt, das Ansäuern erfolgte mit Schwefelsäure. Ein Glasspritzenkörper 1 wurden über 15 Sekunden hinweg auf der Gleitfläche 1.1 mit der hergestellten Benetzungslösung benetzt, anschließend 15 Minuten bei einer Raumtemperatur von 21°C getrocknet und im Anschluss mit bidestilliertem Wasser gespült. Nach Trocknung der beschichteten Gleitfläche 1.1 wurde die Gleitreibung zwischen dem Glasspritzenkörper 1 und einem Kolben 2 zu 3,2 N ± 0,6 N bestimmt (Mittelwert aus 10 Proben). Dabei erfolgte die Messung der ungefüllten Glasspritzenkörper 1 mit einer Universalprüfmaschine Inspect Table 50 (Fa. Hegewald und Peschke), als Kolben 2 wurden NovaPure®-Kolbenstopfen verwendet.
  • Die Schichtdicke der aufgebrachten Gleitbeschichtung 3 wurde an ebenso beschichteten Silizium-Wafern mittels Ellipsometrie zu unter 10 nm bestimmt. Die Bestimmung des Wasser-Kontaktwinkels erfolgte an beschichteten Flachglasssubstraten zu 105° ± 1°.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Glasspritzenkörper
    1.1
    Gleitfläche
    2
    Kolben
    3
    Gleitbeschichtung

Claims (9)

  1. Verfahren zur Beschichtung einer Gleitfläche (1.1) eines Spritzenkörpers (1) aus Glas oder Kunststoff mit einer omniphoben Gleitschicht (3) umfassend die Schritte: - Reinigen der Gleitfläche (1.1), - Aufbringen einer dünnen Siliziumoxid (SiOx) - Schicht auf die Gleitfläche (1.1), wenn der Spritzenkörper (1) aus Kunststoff ist, - Benetzen der Gleitfläche (1.1) mit einer Benetzungslösung enthaltend ein Silan und/oder ein Siloxan mit einem Gewichtsanteil von zwischen 0,1% und 25% in saurer Lösung in einem organischen Lösungsmittel, - Trocknen der Gleitfläche (1.1), - Spülen der Gleitfläche (1.1) mit einem organischen Lösungsmittel und anschließend mit bidestilliertem Wasser oder nur mit bidestilliertem Wasser und - Trocknen der Gleitfläche (1.1).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Benetzungslösung Dimethoxydimethylsilan, Methyltrimethoxysilan, n-Propyltrimethoxysilan oder Polydimethylsiloxan oder eine Mischung daraus enthält.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Lösungsmittel Isopropanol oder Ethanol enthält.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (1.1) vor dem Benetzen aktiviert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (1.1) mittels Plasmabehandlung im Niederdruck oder bei Atmosphärendruck aktiviert oder beschichtet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (1.1) mittels Beflammung oder mittels combustion chemical vapor deposition (C-CVD)-Beschichtung oder mittels Sol-Gel-Beschichtung aktiviert oder beschichtet wird.
  7. Spritzenkörper (1) aus Glas oder Kunststoff, eingerichtet zur Aufnahme eines entlang mindestens einer Gleitfläche (1.1) gleitenden Kolbens (2), dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Gleitfläche (1.1) nach einem der Verfahren der Ansprüche 1 bis 6 mindestens teilweise mit einer omniphoben Gleitbeschichtung (3) enthaltend ein Silan und/oder ein Siloxan beschichtet ist.
  8. Spritzenkörper (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitbeschichtung (3) Dimethoxydimethylsilan und/oder Methyltrimethoxysilan und/oder n-Propyltrimethoxysilan und/oder Polydimethylsiloxan enthält.
  9. Spritzenkörper (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitbeschichtung (3) eine Dicke von höchstens 50 Nanometern, bevorzugt zwischen 5 und 10 Nanometern, und einen Wasser-Kontaktwinkel von mindestens 90°, bevorzugt von mindestens 100°, aufweist.
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