Wie von Tomalia et al., Angew. Chem.
Int. Ed. Engl., 29 (1990), 138, beschrieben, worauf hiermit in vollem
Umfang Bezug genommen wird, sind Dendrimere in hohem Maß dreidimensional
geordnete Polymere. Sie sind durch wiederholt iterative Reaktionssequenzen
ausgehend von einem Initiatorkern mit einer oder mehreren reaktiven
Stellen erhältlich.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Partikels ist beispielsweise ein
mit reaktiven Gruppen ausgerüsteter
magnetischer Kern geeignet.
An jede reaktive Stelle wird nur
eine funktionelle Gruppe eines polyfunktionellen Reaktanten gebunden.
Der Reaktant wird dann über
seine verbleibende funktionelle Gruppe oder Gruppen mit zusätzlichen
Molekülen
reagieren gelassen, entweder denselben wie dem ursprünglichen
Kern, wenn dieser polyfunktional ist, oder einem anderen polyfunktionalen
Molekül
oder Molekülen
und so weiter, in jedem Fall unter Reaktionsbedingungen, so daß unerwünschte Nebenreaktionen,
beispielsweise Vernetzung, vermieden werden.
Auf diese Weise wird ein dendritischer
Körper
um den zentralen Kern herum aufgebaut, wobei jede wiederholte iterative
Reaktionssequenz weitere Reaktanten (oder "Einheiten") an die Enden der Dendriten addiert.
So können z. B. Polyamidoamin (PAMAM)-Dendrimere,
basierend auf Ammoniak als Kern hergestellt werden, der über Michael-Addition
mit Methylacrylat (Stufe A) reagieren gelassen wird. Die Carboxylgruppe des
Acrylatmoleküls
wird mit nur einer Aminogruppe von Ethylendiamin (Stufe B) reagieren
gelassen. Die resultierende Triaminkernzelle wird als Generation
0 bezeichnet. Eine weitere Wiederholung der Stufen A und B liefert
ein Hexamin, als Generation 1 bezeichnet. Weitere Wiederholungen
der Stufen A und B erzeugen höhere
Generationen, die nach Generation 4 zu konzentrischen Kugeln von
Zellen führen,
wobei die äußerste Kugel
nach außen
zeigende reaktive Gruppen trägt,
an die beispielsweise Oberflächenproteine
von mikrobiellen Zellen binden können.
Andere beschriebene Dendrimere schließen Polyethylenimin,
Kohlenwasserstoff, Polyether, Polythioether, Polyamid, Polyamidoalkohol
und Polyarylamindendrimere ein.
Auch auf Polyamid und Ester basierende
Dendrimere sind herstellbar, wie z. B. von Newkome et al., J. Am.
Chem. Soc., 112 (1990), 8458, beschrieben.
Die Verwendung von langkettigem Alkylendibromid
als Kern liefert ein Dendrimer in Form von zwei Kugeln, die über eine
Alkylenkette verbunden sind.
Erfindungsgemäß einsetzbar ist auch der in
der
US-A-5 041 516 beschriebene "konvergente" Ansatz, bei dem
von der äußeren Oberfläche des
Dendrimers ausgegangen, ein keilförmiges Molekül aufgebaut
und schließlich
eine Vielzahl der "Keile" mit einem Kernmolekül umgesetzt
wird.
In Chemical and Engineering News
vom 16. August 1993 beschreibt O'Sullivan
ein Polypropylenimindendrimer, das durch Michael-Addition von Acrylnitril
an 1,4-Diaminobutan und Reduktion der Nitrilgruppe zu Aminogruppen über Raney-Kobalt
erhalten wird. Vier Mal wiederholt ergibt dies Verfahren ein Dendrimer,
das theoretisch 64 Aminogruppen aufweist. Die PCT-Anmeldung WO 93/14147
enthält
eine ähnliche
Offenbarung.
Auf die Offenbarungen von allen obigen
Dokumenten wird hier Bezug genommen.
Die Anzahl von Schichten, mit denen
ein Konstruieren möglich
ist, variiert mit den Reaktanten wie die Dichte der Packung innerhalb
des Dendrimers und somit die Größe der Kanäle innerhalb
seiner Verzweigungen. PAMAM-Dendrimere
haben eine große
innere Oberfläche,
die proportional zu der äußeren Oberfläche mit der
Anzahl der Generationen zunimmt. Im Gegensatz dazu haben Polyetherdendrimere
sehr wenig proportionale innere Oberfläche, die bei den Generationen
3 bis 4 ein Maximum erreicht.
Wie oben gesagt, können die
aufeinanderfolgenden Schichten von Zellen gleich oder unterschiedlich sein
und Mischungen von zwei oder mehr Reaktanten, wie beispielsweise
von Tomalia auf Seite 148 beschrieben, können verwendet werden.
Vorzugsweise wird eine magnetische
Komponente a) zur Mitte ("Kern") eines dendritischen
Polymerisationsschemas gemacht. Die einzige Anforderung aus dem
Blickwinkel des Syntheseverfahrens besteht darin, daß die magnetische Komponente
a) chemische Funktionsgruppen besitzen muß oder zu sich hinzugefügt haben
muß, die
eine Anbringung der Baueinheiten für das dendritische Polymer
erlauben. Wenn die magnetische Komponente eine hohe Symmetrie von
Funktionsgruppen hat, die sich selbst für eine Derivatisierung gut anbieten,
dann können
die Dendrimerbaueinheiten direkt auf der magnetischen Komponente
initiiert werden, indem die Dendrimerhauptzweige oder "Dendronen" Schicht um Schicht
von dem Kern nach außen "gewachsen" werden. Das erfindungsgemäße magnetische
Partikel wird größer, wenn
Dendrimerbaueinheiten in aufeinanderfolgenden Schichten hinzugefügt werden,
was auch als "Generationen" oder "Schalen" bezeichnet wird.
Jede neue Schicht wird durch Reagieren von monomerischen Baueinheiten,
die auch "Polymereinheiten", "Wiederholungseinheiten" oder "Zweigzellen" genannt werden,
mit den aktiven Stellen auf der vorherigen Schicht, hinzugefügt. Dieser
divergente In-Situ-Aufbau der Dendronen um einen Initiatorkern ist
in der Literatur als erfolgreicher Weg für die Herstellung von dendritischen
Polymeren bekannt.
Wenn alternativ die magnetische Komponente
a) keine ausreichende Symmetrie aufweist oder auf andere Art und
Weise sich nicht selbst gut für
eine Derivatisierung anbietet, dann können die Dendronen getrennt hergestellt
werden und in die synthetische Reaktion gespeist werden, wodurch
komplette Dendronen mit dem Kern gekoppelt werden, der als Anziehungseinrichtung
wirkt. Dieses Verfahrens des Hinzufügens von vorgeformten Dendronen
zu dem Kern ist ebenfalls in der Literatur als erfolgreicher Weg
für die
Herstellung von dendritischen Polymeren bekannt, dasselbe kann jedoch
weniger symmetrische, jedoch noch monodisperse Kamm-Typ-Polymere
erzeugen. Dieses Verfahren wird als divergentes Kernverankern bezeichnet.
Alternative Verfahren zum Dendrimeraufbau,
die konvergente Verfahren genannt werden, werden in der Literatur
ebenfalls diskutiert. Konvergente Verfahren umfassen eine "reiterative Kopplung
von geschützten/ungeschützten Zweigzellen,
um ein Brennpunkt-funktionalisiertes Dendron zu erzeugen, gefolgt
von einer divergenten Kernverankerung, um verschiedene Multidendron- Dendrimere zu erzeugen" (Tomalia, siehe oben).
Auch solche Verfahren sind zur Herstellung erfindungsgemäßer magnetischer
Partikel geeignet.
Die bevorzugten aktiven Stellen für ein Erweitern
oder "Wachsen" der Dendronen umfassen
Stickstoff-, Schwefel-, Sauerstoff-, Silizium- und Phosphorenthaltende
Stellen. Solche aktiven Stellen auf dem Wachstumsdendrimer werden
Familien von Dendrimeren erzeugen, die Poly(Amidoamine), Poly(Ether),
Poly(Siloxane), Poly(Amidalkohole), Poly(Amine) , Poly(Phosphonium),
Poly(Alkane), Poly(Acrylate) umfassen.
Die aktive Stelle auf dem Endbereich
des Wachstumdendrimers kann die gleiche oder in aufeinanderfolgenden
Schichten unterschiedlich sein.
In einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die polyfunktionalen Polymere c) hyperverzweigte
Polymere (hyperbranched Polymers).
Im Vergleich zu einem Dendrimer ist
ein hyperverzweigtes Polymer weniger regulär. In seinen Eigenschaften
kann es sich jedoch mindestens in einigen der wünschenswerten Eigenschaften
den Eigenschaften von Dendrimeren nähern . Hyperverzweigte Polymere,
hergestellt durch Kondensationsreaktionen, sind beispielsweise aus
Kim und Mitarbeiter, J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 4592 und aus Hawker
und Mitarbeiter, ibid, 1991,113,4583 bekannt.
Bekannt ist auch, daß eine große Anzahl
von hyperverzweigten Polymeren auf Basis von Vinylmonomeren durch
eine Ketten-Polymerisation von verzweigten Vinylmonomeren (
US-A-5 587 441 und
5 587 446 ) erhalten
werden kann. Seitdem wurden verschiedene hyperverzweigte Vinylpolymere
hergestellt durch kationische Polymerisation (
US-A-5 587 441 ), durch Atom-Übertragungs-Radikal-Polymerisation
(
US-A-5 763 548 ),
durch Gruppen-Übertragungs-Polymerisation [Muller
und Mitarbeiter, Polymer Preprint, 1997, 38(1) 498] und durch stabile
Radikal-Polymerisation (Hawker und Mitarbeiter, J. Am. Chem. Soc.
1991, 113, 4583).
Hyperverzweigte Vinylpolymere mit
verschiedenen Strukturen, wie z. B. Random-Copolymere (Gaynor und
Mitarbeiter, Macromolecules, 1996, 29, 1079), hyperverzweigte Pfropf-Copolymere
und hyperverzweigte Block-Copolymere wurden durch Atom-Übertragungs-Radikal-Polymerisations-Prozesse
hergestellt.
Ein jedes der hyperverzweigten Polymeren,
die für
diese Erfindung geeignet sind, weist ein Molekulargewicht von mindestens
200, vorzugsweise von mindestens 500 und in besonders bevorzugter
Weise von mindestens 8000 auf. Die obere Grenze des Molekulargewichtes
kann extrem hoch sein, aufgrund der hoch verzweigten Natur der Polymeren.
Im allgemeinen jedoch liegt das Molekulargewicht bei bis zu 10 000
000, vorzugsweise bei bis zu 1 000 000 und in besonders bevorzugter
Weise bei bis zu 100 000.
Die Polymeren bestehen beispielsweise
aus Vinylhomopolymeren oder – copolymeren,
hergestellt aus einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten
polymerisierbaren Monomeren, die unter Anwendung bekannter Polymerisations-Verfahren
und Reaktions-Komponenten umgesetzt werden. Alternativ können sie
bestehen aus Additions-Homopolymeren oder -copolymeren (wie z. B.
Polyethern), hergestellt aus einem oder mehreren heterocyclischen
Monomeren, die miteinander nach bekannten Polymerisations-Verfahren
und unter Verwendung bekannter Reaktions-Komponenten umgesetzt werden.
Zusätzlich
können
sie Polymere vom Kondensations-Typ sein (wie z. B. Polyester, Polyimide,
Polyamide oder Polyurethane), hergestellt nach bekannten Polymerisations-Verfahren
und unter Verwendung bekannter Reaktions-Komponenten.
Zu Beispielen von hyperverzweigten
Materialien gehören,
ohne daß eine
Beschränkung
hierauf erfolgt, hyperverzweigte Homopolymere und hyperverzweigte
Random-Copolymere, wie sie beispielsweise beschrieben werden in
den
US-A-5 587 441 und
US-A-5 587 446 .
Ferner geeignet sind hyperverzweigte Block-Copolymere und hyperverzweigte
Pfropf-Copolymere.
Hybride, hyperverzweigte Block-Copolymere
können
hergestellt werden aus einem "Macro-Initiator", beispielsweise
einem Magnetpartikel, das kovalent mit einem hyperverzweigten Polymersegment
mit mehrfach funktionalisierten Endgruppen verknüpft ist, und einer Lösung von
Monomeren oder Macromonomeren, die damit copolymerisiert werden.
Hyperverzweigte Pfropf-Hybrid-Copolymere
lassen sich beispielsweise herstellen durch radikalische Copolymerisation
einer Lösung
von mindestens einem sich verzweigenden (branching) Vinylmonomeren
und mindestens einem sich nicht verzweigenden (non-branching) Vinylmacromonomeren.
Eine große Anzahl von bekannten Polymerisations-Verfahren
kann dazu angewandt werden, um im Falle von hyperverzweigten Polymeren
eine hyperverzweigte Architektur zu erzeugen.
Im Falle von bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung werden die hyperverzweigten Segmente der hyperverzweigten
Polymeren erhalten durch eine gesteuerte Polymerisation (living/controlled)
von einem oder mehreren speziellen Monomeren (die hier bezeichnet
werden als "Verzweigungs-Monomere"), die copolymerisiert
werden können
mit oder ohne zusätzlichen
Nicht-Verzweigungs-Monomeren
oder Macromonomeren.
Zu geeigneten Polymerisations-Verfahren
gehören,
ohne daß eine
Beschränkung
hierauf erfolgt, die stabile Radikal-Polymerisation, die Atom-Übertragungs-Radikal-Polymerisation
(hier bezeichnet als "ATRP"), die anionische
Polymerisation, die kationische Polymerisation, die Koordinations-Polymerisation,
die Gruppen-Übertragungs-Polymerisation,
die Ring-Öffnungs-Polymerisation
und die Kondensations-Polymerisation.
Im Falle einer Ausführungsform
werden die hyperverzweigten Segmente erhalten durch einen Radikal-Polymerisationsprozeß, wie z.
B. durch eine Polymerisation mit stabilen Radikalen oder durch eine Atom-Übertragungs-Radikal-Polymerisation (ATRP).
Im Falle von weiteren Ausführungsformen
der Erfindung werden hyperverzweigte Segmente erhalten, die hergestellt
werden nach dem erwähnten
ATRP-Prozeß, wie er
beispielsweise in der
US-A-5
763 548 beschrieben wird. Im Falle eines solchen Verfahrens
wird ein oder werden mehrere durch Radikale polymerisierbare Monomere
in Gegenwart eines Initiators polymerisiert, der ein über ein
Radikal übertragbares
Atom oder eine Gruppe aufweist, in Gegenwart einer Übergangs-Metallverbindung
und einem Liganden unter Erzeugung eines Copolymeren. Der Ligand
kann aus einer Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor oder Schwefel enthaltenden Verbindung
bestehen, die in einer s-Bindung koordiniert, oder irgend einer
Kohlenstoff enthaltenden Verbindung, die in einer p-Bindung zum Übergangsmetall
koordiniert, derart, daß direkte
Bindungen (d. h. kovalente Bindungen) zwischen einem Übergangsmetall
und einem wachsenden Polymer-Radikal nicht gebildet werden. Derartige
Verfahren ermöglichen
einen hohen Grad der Steuerung der Polymerisation und ermöglichen
die Formation von verschiedenen Polymeren und Copolymeren mit gleichförmigeren
Eigenschaften.
In den hyperverzweigten Polymeren
können
spezifische Beispiele von hyperverzweigten Segmenten verwendet werden,
wozu beispielsweise gehören,
ohne daß eine
Beschränkung
hierauf erfolgt:
Polymere, die sich ableiten von einem oder
mehreren "Verzweigungs-Monomeren", wie z. B. m-Vinylbenzylchlorid,
p-Vinylbenzylchlorid, m,p-Vinylbenzylchlorid,
Trichloroethylacrylat, Trichloroethylmethacrylat, α-Chloroacrylnitril, α-Chloroacrylat, α-Chloroacrylsäure, Maleinsäureanhydrid, α-Bromomaleinsäureanhydrid, α-Chloromaleinsäureanhydrid,
2-(2-Chloropropionyloxy)ethylacrylat, 2-(2-Bromopropio-nyloxy)ethylacrylat, 2-(2-Chloropropionyloxy)ethylmethacrylat
und 2-(2-Bromopropionyloxy)ethylmethacrylat.
Die hyperverzweigten Polymeren, die
für diese
Erfindung geeignet sind, weisen im allgemeinen ein Molekulargewicht
auf, das im Bereich von 200 bis 10 000 000, vorzugsweise bei 500
bis 1 000 000, und in besonders bevorzugter Weise bei 1000 bis 100
000, und in weiter bevorzugter Weise bei mindestens 8000 liegt.
Auch können
Mischungen von hyperverzweigten Polymeren verwendet werden mit gleichen
oder unterschiedlichen Molekulargewichten und den gleichen oder
unterschiedlichen Mikroorganismen-bindenden aktiven Endgruppen,
um die erfindungsgemäßen magnetischen
Partikel herzustellen.
In den obengenannten Ausführungsformen
der Erfindung, bei denen die polyfunktionalen Polymere c) Dendrimere
oder hyperverzwieigte Polymere sind, kann die magnetische Komponente
a) in die Matrix b) eingebettet werden, indem geeignet beschichtete
magnetische Kerne zum Ausgangspunkt der Polymerisationsreaktion
gemacht werden und somit das Zentrum des erfindungsgemäßen Partikels
bilden. Es ist jedoch auch möglich,
die Polymerisationsreaktionen einfach in Gegenwart hinreichend vieler
und hinreichend gleichmäßig verteilter
magnetischer Komponenten a) durchzuführen, um zu gewährleisten,
daß statistisch
mindestens eine magnetische Komponente in jeden neu polymerisierten
Partikel eingebettet wird. Im letztgenannten Fall liegen die magnetischen
Komponenten a) in den erfindungsgemäßen magnetischen Partikeln
nicht im Zentrum sondern an zufälligen
Orten innerhalb des Partikels vor.
In einer weiteren und bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erzeugt man die erfindungsgemäßen magnetischen
Partikel durch Copolymerisation
- – geeigneter
Monomere zur Herstellung der Matrix b) mit
- – zur
Herstellung polyfunktionaler Polymere c) geeigneter Monomere oder
Oligomere in Gegenwart
- – magnetischer
Komponenten a),
- – mindestens
eines Vernetzers mit mindestens zwei nicht konjugierten, ethylenisch
ungesättigten
Doppelbindungen sowie
- – mindestens
eines Polymerisationsinitiators und gegebenenfalls
- – weiterer
Bestandteile.
Vorzugsweise suspendiert man die
vorstehend genannten Komponenten in einer mit Wasser nicht mischbaren
organischen Phase und vernetzt sie dann radikalisch zu Polymerpartikeln.
Die zur Herstellung der Matrix b)
geeigneten Monomere können
gleich oder verschieden sein von den zur Herstellung polyfunktionaler
Polymere c) geeigneten Monomeren. Es ist also erfindungsgemäß auch möglich, die
Matrix b) aus polyfunktionalen Polymeren aufzubauen.
Erfindungsgemäß einsetzbare Monomere zur
Herstellung der Matrix b) sind beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylamid,
Methacrylamid, Ethylmethacrylat, Allylmethacrylat, Benzylmethacrylat,
Cyclohexylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat,
i-Butylmethacrylat, Isodecylmethacrylat, Methylmethacrylat, Methacrylnitril,
n-Butylmethacrylat, n-Hexylmethacrylat, Stearylmethacrylat. Die
basischen Acrylate und Methacrylate werden vorzugsweise in Form
ihrer Salze mit starken Mineralsäuren,
Sulfonsäuren
oder Carbonsäuren
oder in quaternisierter Form verwendet.
Bevorzugte Monomere zur Herstellung
der Matrix b) sind Acrylsäure,
Methacrylsäure,
Acrylamid, Methacrylamid und Ethylmethacrylat.
Zur Herstellung polyfunktionaler
Polymere c) geeignete Monomere sind beispielsweise 1,3-Butandioldimethacrylat,
1,4-Butandioldimethacrylat, 1,6-Hexandioldimethacrylat,
2-Dimethylaminoethylmethacrylat, 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat,
2-Trimethylammoniumethylmethacrylatchlorid, 3-Dimethylaminopropylmethacrylamid,
3-Trimethylammoniumpropylmethacrylamidchlorid, Butyldiglykolmethacrylat,
Diethylengλykoldimethacrylat,
Dimethylaminoethylacrylat, Diethylaminoethylacrylat, Dimethylaminoneopentylacrylat,
Dimethylaminopropylacrylat, Dimethylaminoneopentylacrylat und Dimethylaminoneopentylmethacrylat,
Diurethandimethacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat, Glycidylmethacrylat,
Glycerindimethacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxypropylmethacrylat,
Isobornylmethacrylat, Methacrylsäuranhydrid,
Me thoxypolyethylenglykolmethacrylat, N-(2-Methacryloyloxyethyl)ethylenharnstoff,
N-Butoxymethylmethacrylamid, N-Methylolmethacrylamid, Polyethylenglykoldimethacrylat,
Tetraethylenglykoldimethacrylat, Tetrahydrofurfurylmethacrylat,
Triethylenglykoldimethacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat,
Sulfoethylacrylat, Sulfoethylmethacrylat, Sulfopropylacrylat, Sulfopropylmethacrylat,
2-Hydroxy-3-methacryloxypropylsulfonsäure und 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure.
Die Säuregruppen der vorgenannten
Säuren
können
entweder in nicht neutralisierter Form oder in partiell bzw. bis
zu 100% neutralisierter Form bei der Polymerisation eingesetzt werden.
Bevorzugte Monomere zur Herstellung
polyfunktionaler Polymere c) sind Ethylenglykoldimethacrylat, Glycidylmethacrylat,
2-Dimethylaminoethylmethacrylat, 2-Hydroxyethylacrylat und 2-Hydroxyethylmethacrylat.
Diese Monomeren können in jedem beliebigen Verhältnis miteinander
copolymerisiert werden, wobei besonders bevorzugt partiell neutralisierte
Säuren
verwendet werden.
Die Monomere zur Herstellung polyfunktionaler
Polymere c) werden in einer Menge von 30 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise
von 40 bis 90 Gew.-%, insbesondere von 50 bis 85 Gew.-%, bezogen
auf die eingesetzte Monomergesamtmenge eingesetzt.
Erfindungsgemäß bevorzugte polyfunktionale
Polymere c) sind Polyethylenimine, Polyethylenamine und Polyacrylate.
Zur Herstellung vernetzter Polymerisate
enthält
die zu polymerisierende Mischung wenigstens einen Vernetzer mit
mindestens zwei nicht konjugierten, ethylenisch ungesättigten
Doppelbindungen.
Geeignete Vernetzen sind beispielsweise
N,N'-Methylenbisacrylamid,
Polyethylenglykoldiacrylate und Polyethylenglykoldimethacrylate,
die sich jeweils von Polyethylenglykolen eines Molekulargewichts
von 120 bis 8500, vorzugsweise 400 bis 2000, ableiten, Trimethylolpropantriacrylat,
Trimethylolpropantrimethacrylat, Ethylenglykoldiacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat,
Propylenglykoldiacrylat, Butandioldiacrylat, Hexandioldiacrylat,
Hexandioldimethacrylat, Diacrylate und Dimethacrylate von Blockcopolymerisaten
aus Ethylenoxid und Propylenoxid, zweifach bzw. dreifach mit Acrylsäure oder
Methacrylsäure
veresterte mehrwertige Alkohole, wie Glycerin oder Pentaerythrit,
Triallylamin, Tetraallylethylendiamin, Divinylbenzol, Diallylphthalat,
Polyethylenglykoldivinylether von Polyethylenglykolen eines Molekulargewichts
von 126 bis 4000, Trimethylolpropandiallyleiher, Butandioldivinylether,
Pentaerythrittriallylether und/oder Divinylethylenharnstoff.
Vorzugsweise setzt man wasserlösliche Vernetzen
ein, z. B. 1,1,1,-Tris(Hydroxymethyl)propantriacrylat, 3-(Acryloyloxy)-2-hydroxypropylmethacrylat,
Methacrylsäureallylester,
Acrylsäuevinylester
N,N'-Methylen-bisacrylamid,
Polyethylenglykoldiacrylate und Polyethylenglykoldimethacrylate,
die sich von Additionsprodukten von 2 bis 400 Mol Ethylenoxid an
1 Mol eines Diols oder Polyols ableiten, Vinylether von Additionsprodukten
von 2 bis 400 Mol Ethylenoxid an 1 Mol eines Diols oder Polyols,
Ethylenglykoldiacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat oder Triacrylate
und Trimethacrylate von Additionsprodukten von 6 bis 20 Mol Ethylenoxid an
ein Mol Glycerin, Pentaenthrittriallylether und/oder Divinylharnstoff.
Als Vernetzer sind außerdem Verbindungen
geeignet, die mindestens eine polymerisierbare ethylenisch ungesättigte Gruppe
und mindestens eine weitere funktionelle Gruppe enthalten. Die funktionelle
Gruppe dieser Vernetzer muß in
der Lage sein, mit den funktionellen Gruppen, im wesentlichen den
Carboxylgruppen oder Sulfonsäuregruppen
der zur Herstellung polyfunktionaler Polymere c) geeigneten Monomere
und/oder der zur Herstellung der Matrix b) geeigne ten Monomere zu
reagieren. Geeignete funktionelle Gruppen sind z. B. Hydroxyl-,
Amino-, Epoxi-, Isocyanat-, Ester-, Amid- und Aziridinogruppen.
Als Vernetzer kommen außerdem solche
Verbindungen in Betracht, die mindestens zwei der vorgenannten funktionellen
Gruppen tragen, die mit Carboxyl- und
Sulfonsäuregruppen
der zur Herstellung polyfunktionaler Polymere c) geeigneten Monomere
und/oder der zur Herstellung der Matrix b) geeigneten Monomere reagieren
können.
Beispiele für solche Vernetzer sind Ethylenglykol,
Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Polyethylenglykol,
Glycerin, Polyglycerin, Propylenglykol Diethanolamin, Triethanolamin,
Polypropylenglykol, Blockcopolymerisate aus Ethylenoxid und Propylenoxid,
Sorbitanfettsäureester,
ethoxylierte Sorbitanfettsäureester,
Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Polyvinylalkohol, Sorbit, Polyglycidylether
wie Ethylenglykoldiglycidylether, Polyethylenglykoldiglycidylether,
Glycerindiglycidylether, Glycerinpolyglycidylether, Diglycerinpolyglycidylether,
Polyglycerinpolyglycidylether, Sorbitpolyglycidylether, Pentaerythritpolyglycidylether,
Propylenglykoldiglycidylether und Polypropylenglykoldiglycidylether,
Polyaziridinverbindungen wie 2,2-Bishydroxymethylbutanoltris[3-(Iaziridinyl)propionat),
1,6-Hexamethylen-diethylenharnstoff, Diphenylmethan-bis-4,4'-N,N'-diethylenharnstoff,
Halogenepoxyverbindungen wie Epichlorhydrin und α-Methylfluorhydrin, Polyisocyanate
wie 2,4-Toluylendiisocyanat und Hexamethylendiisocyanat, Alkylencarbonate
wie 1,3-Dioxolan-2-on und 4-Methyl-1,3-dioxolan-2-on, polyquaternäre Amine
wie Kondensationsprodukte von Dimethylamin mit Epichlorhydrin, Homo-
und Copolymere von Diallyldimethylammoniumchlorid sowie Homo- und
Copolymerisate von Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, die gegebenenfalls
mit beispielsweise Methylchlorid quaterniert sind.
Weitere geeignete Vernetzen sind
polyvalente Metallionen, die in der Lage sind, ionische Vernetzungen
auszubilden. Beispiele für
solche Vernetzen sind Magnesium-, Calcium-, Barium- und Aluminiumionen. Diese
Vernetzen werden beispielsweise als Hydroxide, Carbonate oder Hydrogencarbonate
der wäßrigen polymerisierbaren
Lösung
zugesetzt.
Weitere geeignete Vernetzer sind
multifunktionelle Basen, die ebenfalls in der Lage sind, ionische
Vernetzungen auszubilden, beispielsweise Polyamine oder deren quaternierte
Salze. Beispiele für
Polyamine sind Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin,
Tetraethylenpentamin, Pentaethylenhexamin und Polyethylenimine sowie
Polyvinylamine mit Molmassen von jeweils bis zu 4000000.
Die vorgenannten Vernetzer können einzeln
oder in Mischungen verwendet werden.
Die Vernetzen werden in einer Menge
von 0,1 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise von 1 bis 50 Gew.-%, insbesondere
von 1,5 bis 40 Gew.-%, bevorzugt von 2 bis 35 Gew.-%, besonders
bevorzugt von 3 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Monomergesamtmenge,
eingesetzt.
Als Polymerisationsinitiatoren können sämtliche
unter den Polymerisationsbedingungen in Radikale zerfallende Verbindungen
eingesetzt werden, z. B. Peroxide, Hydroperoxide, Wasserstoffperoxid,
Persulfate, Azoverbindungen sowie Redoxkatalysatoren.
Bevorzugt ist der Einsatz von wasserlöslichen
Initiatoren. In manchen Fällen
ist es vorteilhaft, Mischungen verschiedener Polymerisationsinitiatoren
zu verwenden, z. B. Mischungen aus Wasserstoffperoxid und Natrium-
oder Kaliumperoxidisulfat. Mischungen aus Wasserstoffperoxid und
Natriumperoxidisulfat können
in jedem beliebigen Verhältnis
verwendet werden.
Geeignete organische Peroxide sind
beispielsweise Acetylacetonperoxid, Methylethylketonperoxid, tert.-Butylhydroperoxid,
Cumolhydroperoxid, tert.-Amylperpivalat, tert.-Butylperpivalat,
tert.-Butylperneohexanoat, tert.-Butyl-periso butyrat, tert.-Butylper-2-ethylhexanoat,
tert.-Butylperisononanoat, tert.-Butylpermaleat, tert.-Butylperbenzoat,
tert.-Butylper-3,5,5-trimethylhexanoat und tert.-Amylperneodekanoat.
Besonders geeignete Polymerisationsinitiatoren
sind N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin
(TEMED) und Ammoniumpersulfat (APS), durch deren kombinierte Zugabe
eine signifikante Beschleunigung der Polymerisation erzielt werden
kann.
Die bevorzugten Konzentrationen von
TEMED und APS (40%ige wäßrige Lösung) liegen,
bezogen auf die Monomerphase, im Bereich von 1-10 Vol. % für TEMED
und 1-20% für
APS, wobei generell eine steigende Konzentration an TEMED und APS
mit einem proportionalen Anstieg der Polymerisationsgeschwindigkeit
einhergeht.
Es konnte gezeigt werden, daß die oben
beschriebene Polymerisationsbeschleunigung nur dann eintritt, wenn
die APS Zugabe zeitlich vor der TEMED Zugabe erfolgt. Auf diese
Weise kann die Polymerisation und somit die Beadbildung innerhalb
weniger Minuten abgeschlossen werden.
Weiterhin geeignet sind wasserlösliche Azostarter,
z. B. N,N-Azobisisobutyronitril
(AIBN), 2,2'-Azobis-(2-amidinopropan)dihydrochlorid,
2,2'-Azobis-(N,N'-dimethylen)iso-butyramidin-dihydrochlorid,
2-(Carbamoylazo)isobutyronitril, 2,2'-Azobis [2-(2'-imidazolin-2-yl)propan-dihydrochlorid
und 4,4,-Azobis-(4-cyanovaleriansäure).
Als Initiatoren können weiterhin Redoxkatalysatoren
verwendet werden. Redoxkatalysatoren enthalten als oxidierende Komponente
mindestens eine der oben angegebenen Perverbindungen und als reduzierende
Komponente z. B. Ascorbinsäure,
Glukose, Sorbose, Ammonium- oder Alkalimetall-hydrogensulfit, – sulfit,
-thiosulfat, -hyposulfit, -pyrosulfit oder -sulfid, Metallsalze,
wie Eisen-II-ionen
oder Silberionen oder Natriumhydroxymethylsulfoxylat.
Vorzugsweise verwendet man als reduzierende
Komponente des Redoxkatalysators Ascorbinsäure oder Natriumsulfit. Anstelle
der oxidierenden Komponente des Redoxkatalysators kann man auch
einen oder mehrere wasserlösliche
Azostarter verwenden.
Die genannten Polymerisationsinitiatoren
werden in üblichen
Mengen eingesetzt, die in Abhängigkeit von
dem gewünschten
Reaktionsverlauf durch den Fachmann in geeigneter Weise angepaßt werden
können.
Erfindungsgemäß geeignete magnetische Komponenten
a) sind insbesondere Magnetkolloide oder magnetische Pulver. Als
magnetische Kolloide bzw. Magnetpulver können grundsätzlich solche ferro-, ferri- oder
superparamagnetischen Substanzen eingesetzt werden, die eine homogene
Mischung mit der Monomerphase eingehen.
Als bevorzugte magnetische Substanz
wird Magnetit mit Partikelgrößen im Bereich
von etwa 10 nm bis etwa 600 nm, insbesondere etwa 20 bis etwa 400
nm eingesetzt. Substanzen solcher Art sind z.B. unter der Handelsbezeichnung
Bayferrox im Handel erhältlich.
Die Herstellung solcher Kolloide ist allgemeiner Stand der Technik
und wurde u.a. von Shinkai et al., Biocatalysis, Vol. 5, 1991, pp61,
Reimers und Khalafalla, Br. Patent 1,439,031 oder Kondo et al.,
Appl. Microbiol. Biotechnol., Vol 41, 1994, pp 99, beschrieben.
Die Konzentrationen der Kolloide
in der Polymerphase liegen, jeweils bezogen auf die Monomerphase,
vorzugsweise im Bereich von etwa 1 bis etwa 40 Vol.-%, insbesondere 5
bis 10 Vol.-% bei den Kolloiden, die herstellungsbedingt bereits
als wäßrige Kolloide
vorliegen, und im Bereich von etwa 1 bis etwa 20 Gew.-%, insbesondere
5 bis 10 Gew.-% bei den Festsubstanzen.
Die magnetischen Eigenschaften der
erfindungsgemäßen Polymerpartikel
werden durch direktes Zumischen eines geeigneten Magnetkolloids
oder magneti schen Pulvers vor der Suspension zu der Monomerphase
erzielt. Durch die Möglichkeit
des genauen Zudosierens der magnetischen Substanz können parallel
damit die magnetischen Eigenschaften der Polymerpartikel in gezielter
Weise eingestellt bzw. verändert
werden.
Bei der anschließenden Suspension in der organischen
Phase werden die Magnet-Kolloide dann simultan in die sich bildenden
Polymertröpfchen
eingekapselt. Diese Verfahrensweise stellt eine deutliche verfahrenstechnische
Vereinfachung gegenüber
bekannten Verfahren dar, womit auch eine erhebliche Zeitersparnis
verbunden ist.
Um eine möglichst feindisperse, gleichmäßige Verteilung
der Magnetpartikel in dem Polymeren zu gewährleisten, ist es vorteilhaft
eine kurzzeitige Beschallung der Monomermischung mit Hilfe eines
Ultraschallfingers oder in einem entsprechenden Ultraschallbad vorzunehmen
oder, beispielsweise durch Einsatz üblicher Homogenisatoren, hohe
Scherkräfte
auf die Mischung einwirken zu lassen.
Neben der Beschallung können den
magnetischen Pulvern auch solche Substanzen zugesetzt werden, die
emulsionsstabilisierende Eigenschaften besitzen und dadurch eine
homogenere Verteilung der Magnetsubstanzen in der Monomerphase fördern. Substanzen
dieser Art sind z.B. Poly-N-Vinylpyrrolidon, Celluloseacetat-butyrat,
Serum-Albumin, aliphatische und aromatische Sulfonsäure-Derivate,
Gelatine oder Polyethylenglykole. Die Mengen der eingesetzten Emulgatoren
liegen zumeist im Bereich von etwa 0.5 bis etwa 5 Gew.-%, bezogen
auf die eingesetzte Magnetsubstanz.
Die Zugabe solcher Substanzen wird
jedoch in aller Regel nicht notwendig sein, da ein besonderer Vorzug
dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darin besteht, die Herstellung von Magnetobeads zur
Abtrennung von Mikroorganismen ohne Emulgatoren, Tenside oder Schutzkolloide
zu ermöglichen.
Die homogene Verteilung der Magnetsubstanzen
in der Monomerphase läßt sich
auch fördern,
indem man beispielsweise hohe Scherkräfte auf die Mischung einwirken
läßt. Dazu
verwendet man Homogenisatoren, die dem Fachmann bekannt sind.
Beispielhaft seien genannt:
- – Labordissolver
Dispermat, Fa. VMA-Getzmann, Reichshof, DE
- – Ultra-Turax,
Fa. Janke und Kunkel, Staufen, DE
- – Druckhomogenisator,
Fa. Gaulin, Lübeck,
DE
- – Geräte mit einem
Rotor-Stator-System, etwa
- – Dispax,
Fa. Janke und Kunkel, Staufen, DE
- – Cavitron-Homogenisatoren,
Fa. v. Hagen & Funke,
Sprochhövel,
DE
- – Homogenisatoren
der Fa. Kotthoff, Essen, DE
- - Homogenisatoren der Fa. Dorr Oliver, Grevenbroich, DE.
Üblicherweise
betreibt man diese Geräte
bei Drehzahlen von 1000 bis 25.000 pro Minute, bevorzugt 2000 bis
25.000 pro Minute. Weiterhin können
die hohen Scherkräfte
ebenso durch
- – Hindurchpressen der Mischung
unter hohem Druck durch einen engen Spalt oder durch Düsen kleinen Durchmessers,
- – Kolloidmühlen,
oder
andere geeignete Homogenisatoren erzeugt werden.
Die erfindungsgemäß hergestellten Partikel weisen
vorzugsweise eine Teilchengröße im Bereich
von etwa 1 bis etwa 100 μm,
vorzugsweise 1 bis 60 μm,
insbesondere 10 bis 40 μm
auf.
Teilchengrößen im Bereich von etwa 1 bis
etwa 100 μm
zu erhalten, wird insbesondere durch die Verwendung von Ölen, vorzugsweise
Mineralöl,
tierischen oder pflanzlichen Ölen
(Pflanzenölen)
als Suspensionsmedium mit einer Viskosität im Bereich von 25 bis 150
mPa·s,
insbesondere im Bereich von 30 bis 80 mPa·s (bzw. Centipoise) ermöglicht.
Vorzugsweise wird die Monomerphase
vor der Suspension in der organischen Phase etwa 5 bis etwa 180
Sekunden vorpolymerisiert.
Erfindungsgemäß bevorzugt einsetzbare Öle sind
ausgewählt
unter
- a) Mineralölen, d. h. flüssigen Destillationsprodukten,
die aus mineralischen Rohstoffen (Erdöl, Braun- u. Steinkohlen, Holz,
Torf) gewonnen wurden und die im wesentlichen aus Gemischen von
gesättigten
Kohlenwasserstoffen bestehen,
- b) Ölen
tierischen Ursprungs, insbesondere technischen Fischölen, wie
Capelinöl,
Heringsöl,
Makrelenöl, Orange-Roughy-Öl, Sardinenöl, Thunfischöl und anderen,
sowie
- c) Ölen
pflanzlichen Ursprungs, insbesondere Aprikosenkernöl, Arganöl, Avocadoöl, Babassuöl, Baumwollsaatöl, Boragesamenöl, Calendulaöl, Camelinaöl, Erdnussöl, Frittieröl, Hagebuttenkernöl, Hanföl, Haselnussöl, Johannisbeersamenöl, Johanniskrautöl, Jojobaöl, Kakaobutter,
Knoblauchöl,
Kokosöl,
Kürbiskernöl, Kukuinussöl, Leinöl, Lorbeeröl, Maiskeimmöl, Makadamianussöl, Mandelöl, Mangofett,
M.C.T.-Öl, Mohnöl, Nachtkerzenöl, Olivenöl, Palmkernöl, Palmöl, Paranussöl, Pekannussöl, Perillaöl, Pfirsichkernöl, Pistazienkernöl, Rain
Forest Öle,
Reiskeimöl,
Rizinusöl,
Gemischen aus Rüböl / Rapsöl, Gemischen
aus Safloröl
/ Distelöl,
Sanddornfruchttleischöl,
Schwarzkümmelöl, Senföl, Sesamöl, Sheabutter,
Sojaöl,
Sonnenblumenöl,
Traubenkernöl,
Walnussöl
und Weizenkeimöl,
oder
Mischungen davon.
Die Polymerisationsreaktion wird
bevorzugtermaßen
in dem Fachmann bekannter Weise entweder im Batch-Reaktor, im kontinuierlichen
Strömungsrohr,
in der Rührkesselkaskade
oder im kontinuierlichen Rührkesselreaktor
durchgeführt.
Die Kesselreaktoren haben in der chemischen Industrie dabei die
größte Bedeutung
erlangt, da sie eine sehr große
Flexibilität
bezüglich
der Betriebsbedingungen und der Betriebsweise aufweisen und an fast
alle Prozeßerfordernisse angepaßt werden
können.
Rührkesselreaktoren
eignen sich für diskontinuierliche
und kontinuierliche Betriebsweise und sie besitzen einen weiten
Einsatzbereich, der vom Laborkessel bis zum Großreaktor reicht. Rührkesselreaktoren
sind in standardisierter Bauweise für zahlreiche Anwendungen in
verschiedensten Werkstoffen und Werkstoffkombinationen erhältlich.
Rührkesselreaktoren sind
leicht begeh- und reinigbar und erlauben eine relativ einfache Umstellung
auf andere Polymerisationsreaktionen (s. z. B. Ullmann, Band 3,
4. Aufl., S. 505-510).
Neben den üblichen Kühl- und Heizeinrichtungen,
Zu- und Ableitungen für
Reaktionsedukte und -produkte weisen die für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
geeigneten Reaktorbehälter
Rührvorrichtungen
auf, die meist aus einem über
eine Rührwelle
angetriebenen Rührer
bestehen und für
gewisse Anwendungsfälle
zudem Statoren aufweisen, die zur besseren Durchmischung als Stromstörer dienen.
Die Rührer
selbst sind an meist senkrechten Rührerachsen befestigt, welche
entweder von unten oder von oben in den im allgemeinen zylindrischen
Reaktorbehälter
hineinragen. Der zentrische Einbau von oben in den Reaktorbehälter ist
im allgemeinen bevorzugt, da die Abdichtung der Rührerwelle
relativ einfach durchgeführt werden
kann.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedlichste
Rührer,
beispielsweise Propellerrührer,
Scheibenrührer,
Ankerrührer,
Impellerrührer,
Blattrührer,
MIG-Rührer, usw.
bekannt.
Erfindungsgemäß bevorzugt wird der Suspensionsvorgang
mit Hilfe eines konventionellen Propellerrührers bewerkstelligt. Um die
gewünschten
Teilchengrößen von
1 bis 30 μm
zu erhalten, werden Rührgeschwindigkeiten
zwischen 1000 und 4000 U/Min. benötigt, wobei eine direkte Proportionalität zwischen
der Rührgeschwindigkeit
und der Feinheit der Teilchen gegeben ist. So lassen sich Teilchengrößen von < 10 μm durchweg
mit Rührgeschwindigkeiten
von > 2000 U/Min.
und solche > 10 μm mit Rührgeschwindigkeiten
von < 1000-2000
U/Min. erzielen.
Als erfindungsgemäß einsetzbare weitere Bestandteile
kommen insbesondere Schutzkolloide, Polymerisationsbeschleuniger
oder Emulgatoren in Betracht. Diese sind aus dem Stand der Technik
bekannt und können
durch den Fachmann je nach Bedarf der Reaktion zugesetzt werden,
obgleich ihr Einsatz – wie
oben bereits beschrieben – nicht
bevorzugt ist.
Ein erfindungsgemäß bevorzugter weiterer Bestandteil
ist hingegen Pyrrolidon, das der zu polymerisierenden Mischung zugesetzt
werden kann, um die Quellbarkeit der erfindungsgemäßen Partikel
zu verstärken,
wodurch deren Oberfläche
zusätzlich
vergrößert wird.
Im Gegensatz zu den aus dem Stand
der Technik bekannten Suspensionsphasen werden, wie oben erwähnt, für das Verfahren
zur Herstellung der erfindungsgemäßen magnetischen Partikel keine
zusätzlichen oberflächenaktiven
Stabilisatoren für
die organische Phase benötigt.
Dieser Umstand erleichtert die anschließenden Waschprozeduren, da
beim Entfernen der Ölphase
keine restlichen Stabilisatoren auf der Oberfläche der Beads verbleiben können.
Die erfindungsgemäßen magnetischen Partikel können durch
Applikation eines Magnetfeldes im wesentlichen vollständig wiedergewonnen
werden. Die Wiedergewinnung der erfindungsgemäßen Partikel erfolgt vorzugsweise
mittels saurer bzw. basischer Spüllösungen im
pH-Bereich von etwa 3 bis 12, insbesondere 6 bis 10. Der Fachmann
wird in Abhängigkeit
von den gewählten
reaktiven Gruppen auf den polyfunktionalen Polymeren c) einen geeigneten
pH-Bereich einstellen.
Die erfindungsgemäßen magnetischen Partikel sind
zur Beseitigung von Mikrobenwachstum aus allen technischen Medien
geeignet, in denen Mikroorganismen unerwünscht sind, z. B. in wässrigen
Systemen bei einer Reihe industrieller Anwendungen, wie der Papierherstellung.
Eine Reihe wichtiger Industrien wird
durch die Aktivität
dieser Bakterien, Algen und Pilze an den eingesetzten Rohmaterialien,
an verschiedenen Aspekten ihrer Herstellungstätigkeiten oder an den hergestellten Endprodukten
stark beeinträchtigt.
Zu diesen Industrien gehören
die Farben-, Holz-, Textil-, Kosmetik-, Leder-, Tabak-, Pelz-, Seil-,
Papier-, Zellstoff-, Kunststoff-, Treibstoff-, Öl-, Kautschuk- und Maschinenindustrie.
Zu wichtigen Anwendungen der erfindungsgemäßen magnetischen
Partikel gehören:
Beseitigung von Bakterien und Pilzen aus Kühlmitteln, Schmiermitteln,
Kühlschmiermitteln,
wässrigen
Farben, Klebstoffen, Latexemulsionen und Vergussmassen; Bohrölentkeimung;
Bekämpfung
schleimproduzierender Bakterien und Pilze in Zellstoff- und Papiermühlen und
Kühlwasser;
in Entkeimungsverfahren bei der Sprüh- oder Tauchbehandlung für Textilien
und Leder zur Verhinderung von Schimmelpilzwachstum; Entkeimung
von Antifäulnisfarben
zur Verhinderung der Anhaftung von Fäulnisorganismen; Schutz von
Verarbeitungsausrüstung
vor Schleimablagerungen bei der Herstellung von Rohr- und Rübenzukker;
Verhinderung der Anreicherung und Ablagerung von Mikroorganismen
in Abluftwäscher-Systemen
und in industriellen Frischwasserversorgungssystemen; Bekämpfung der
Kontamination mit und Ablagerung von Mikroorganismen in Ölbohrflüssigkeiten und
-schlämmen
sowie in sekundären
Erdölaufbereitungsverfahren;
Hemmung von Bakterien- und Pilzwachstum bei Papierbeschichtungsverfahren,
das die Qualität
der Papierbeschichtung beeinträchtigen
könnte;
Bekämpfung
von Bakterien- und Pilzwachstum und -ablagerungen bei der Herstellung
verschiedener Spezialpappen, z. B. Vollpappe und Spanplatten; Verhinderung
der Zellsaftverfärbung
von frisch geschlagenem Holz unterschiedlicher Art; Bekämpfung von
Bakterien- und Pilzwachstum in Ton- und Pigmentschlämmen unterschiedlicher
Art, die zur späteren
Verwendung beispielsweise bei der Papierbeschichtung und der Farbenherstellung
hergestellt werden und bei der Lagerung und beim Transport dem Abbau
durch Mikroorganismen unterliegen; als Desinfektionsmittel für harte
Oberflächen
zur Verhinderung des Wachstums von Bakterien und Pilzen auf Wänden, Böden usw.
sowie in Schwimmbecken zur Verhinderung von Algenwachstum.
Besonders wichtig ist die Bekämpfung von
Bakterien und Pilzen in Wassersystemen von Zellstoff- und Papiermühlen, die
wässrige
Dispersionen der Fasern zur Papierherstellung enthalten. Die unkontrollierte
Anreicherung von Schleim durch die Anhäufung von Bakterien und Pilzen
führt zu
qualitativ minderwertiger Produktion, verringerter Produktion aufgrund
von Pausen und höherer
Reinigungshäufigkeit,
gesteigertem Verbrauch von Rohmaterialien sowie höheren Wartungskosten.
Das Problem der Schleimablagerungen wird in der Papierindustrie
durch die weitverbreitete Verwendung geschlossener Weißwassersysteme
verschlimmert.
Ein weiterer wichtiger Bereich, in
dem die Bekämpfung
von Bakterien- und Pilzwachstum entscheidend ist, sind die Ton-
und Pigmentschlämme.
Diese Schlämme
bestehen aus verschiedenen Tonen, z. B. Kaolin, und Pigmenten, z.
B. Calciumcarbonat und Titandioxid. Sie werden gewöhnlich an
einem Ort hergestellt, der von dem der endgültigen Verwendung, z. B. in
der Papierbeschichtung und der Farbenherstellung, entfernt ist und
dann zum späteren
Transport an den Endverbrauchsort gelagert. Die hohen Qualitätsstandards
für die Papier- und Farbenendprodukte,
in denen der Schlamm verwendet wird, erfordern, dass der Ton- oder
Pigmentschlamm einen sehr geringen Mikroorganismengehalt besitzt,
damit er zur Papierbeschichtung oder Farbenherstellung eingesetzt
werden kann.
Weitere wichtige Gebiete zur Bekämpfung von
Mikrobenwachstum sind CIP-Anlagen
(CIP: Cleaning in Place) sowie Kühlsysteme,
wie diejenigen mit Umlaufkühltürmen. Diese
Systeme setzen eine große
Menge Wasser beträchtlich
lange der Atmosphäre
aus unter Bedingungen, die keine ausreichende Belüftung und
kein ausreichendes Aussetzen gegenüber Sonnenlicht beinhalten,
dass Mikrobenwachstum, insbesondere Bakterien- und Pilzwachstum
bekämpft
würde.
Viele Kühltürme setzen
ausserdem eine Füllung
aus Kügelchen
aus synthetischen Polymer- oder anderen Materialien ein, um die
Wärmeaustauschoberfläche zu vergrößern. Diese
Bauweise verschlimmert das Problem des Mikrobenwachstums, da sie
die ideale physikalische Umgebung für die Vermehrung lästiger Mikroben
bereitstellt. Unbekämpft
gedeihen diese Mikroorganismen und erzeugen Kolonien, die ausreichen,
dass die Wärmeaustauschoberflächen mit
einem Biofilm blockiert und die Komponenten der Wassertransportvorrichtung,
die zum Betrieb des Kühlsystems
verwendet wird, verstopft werden. Die erfindungsgemäßen magnetischen
Partikel stellen eine ausgezeichnete Bekämpfung von Mikrobenwachstum
in diesen Systemen bereit.
Die erfindungsgemäßen magnetischen Partikel sind
ebenfalls geeignet zur Bekämpfung
der schädlichen
Wirkungen von Mikroorganismen in Wasser oder wässrigen Medien. Systeme, die
umlaufendes Wasser oder umlaufende wässrige Medien verwenden, werden
mit Mikroorganismen infiziert und erheblich in ihrer Wirksamkeit
beeinträchtigt,
wenn sich Mikroorganismenablagerungen im System anreichern. Die
als Schleime bezeichneten Ablagerungen überziehen die Wände von
Behältern
und anderen Gefäßen, jegliche
verwendete Maschinen und Verarbeitungsausrüstung und erzeugen Verstopfungen
in Rohren und Ventilen. Die Schleimentstehung fördert die Korrosion von Metalloberflächen und
erleichtert die Verrottung von Holztürmen. Die Schleime erzeugen
auch Verfärbungen
und andere Mängel
in allen hergestellten Produkten und erzwingen kostenintensive Betriebsunterbrechungen.
Die Bekämpfung
von Mikroorganismen in wässrigen
Medien ist besonders wichtig, wenn sich in diesen dispergierte Teilchen
oder Feinstoffe befinden, z. B. dispergierte Zellulosefasern und
dispergierte Füllstoffe
und Pigmente bei der Papierherstellung sowie dispergierte Pigmente
bei der Farbenherstellung.
Die erfindungsgemäßen magnetischen Partikel können in
reiner Form oder in Kombination mit herkömmlichen mikrobiziden Agenzien
eingesetzt werden, beispielsweise in Kombination mit Sterilisations-,
Desinfektions- Imprägnier- oder Konservierungsmitteln,
die aufgrund der vorteilhaften Wirkung der erfindungsgemäßen magnetischen
Partikel – wenn überhaupt – nur noch
in niedriger Dosierung eingesetzt werden müssen. Der kombinierte Einsatz
der erfindungs gemäßen magnetischen
Partikel mit mikrobiziden Agenzien kann zeitlich versetzt erfolgen,
z. B., indem man zunächst
ein Kühlschmiermittel
mit Hilfe der erfindungsgemäßen magnetischen
Partikel von Mikroben befreit und dann zum Zwecke der Konservierung
ein gering dosiertes Konservierungsmittel zugibt. Bevorzugt ist
jedoch der simultane Einsatz der erfindungsgemäßen magnetischen Partikel mit
mikrobiziden Agenzien, da die erfindungsgemäßen Partikel – im Gegensatz
zu Magnetobeads aus dem Stand der Technik – weitgehend unempfindlich
gegen chemische oder mechanische Verunreinigungen der zu dekontaminierenden
technischen Medien sind.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden
Erfindung sind daher mikrobizide Gemische bzw. mikrobizide Mittel,
enthaltend erfindungsgemäße magnetische
Partikel und mikrobizide Agenzien.
Geeignete mikrobizide Agenzien (Mikrobizide),
die in den erfindungsgemäßen Gemischen
enthalten sein können,
sind beispielsweise
- – oxidierende
Biozide: Chlor- und Brom-abspaltende Verbindungen, Chlordioxid,
Ozon, Permanganat und Peroxide,
- – nicht-oxidierenden
Biozide: aldehydische Wirkstoffe, quaternäre Ammoniumverbindungen, Isothiazolon-Verbindungen
sowie
- – weitere
mikrobizide Wirkstoffe, wie z. B. Phenol-Derivate (insbesondere
2-Biphenylol und
p-Chlor-m-kresol) und Alkohole.
In der Mehrzahl der Fälle enthalten
die für
die praktische Anwendung bestimmten Gemische insgesamt noch 0 bis
etwa 99, vorzugsweise 90 bis 10 Gew.-% weitere üblicherweise verwendete Bestandteile,
die je nach der vorgesehenen Anwendungsform und dem Anwendungszweck
ausgewählt
werden. Für
flüssige
Zubereitungen beispielsweise kommen als Lösungsmittel mit Wasser mischbare
organische Lösungsmittel
in Betracht, beispielsweise Ethanol, Isopropanol und Ethylenglykol,
Propylenglykol, Ethylethylenglykol, Propylpropylenglykol 20 sowie
mit Wasser nicht mischbare Lösungsmittel
wie beispielsweise Testbenzin, Benzol, Toluol, Essigsäureethylester
oder Dimethylenchlorid.
Wenn neben der antimikrobiellen Wirkung
eine zusätzliche
Reinigungswirkung erwünscht
ist, können die
erfindungsgemäßen Gemische
auch noch Tenside, insbesondere nichtionische Tenside enthalten.
Beispiele für
geeignete Tenside sind C8-C18-Alkylglucoside mit etwa 1 bis 10 Glucoseeinheiten
im Molekül,
Anlagerungs-Produkte von 4 bis 40, vorzugsweise 4 bis 20 Mol Ethylenoxid
an ein Mol Fettalkohol, Alkylcyclohexanol, Alkylphenol, Fettsäure, Fettsäureamid
oder Alkansulfonamid. Von besonderem Interesse sind Anlagerungsprodukte
von 5 bis 16 Mol Ethylenoxid an Kokos- oder Talgfettalkohole, an
Oleylalkohol, ein Gemisch aus Oleylalkohol und Cetylalkohol sowie
an Mono-, Di- oder Trialkylphenole und an Monoalkylcyclohexanole
mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen in den Alkylresten. Auch gemischte
Anlagerungsprodukte von Ethylenoxid und Propylenoxid an die genannten
Verbindungen mit einem aktiven Wasserstoffatom kommen in Betracht.
Die genannten Alkoxylierungsprodukte können auch endgruppenverschlossen
sein, beispielsweise durch Ether- oder Acetalgruppen.
In den erfindungsgemäßen Gemischen
können
ferner Gerüstsubstanzen
vorhanden sein; als solche eignen sich beispielsweise Alkalisalze
der Glukonsäure,
insbesondere Natriumglukonat, die Alkalisalze der Nitrilotriessigsäure, Ethylendiamintetraessigsäure, Hydroxyethandiphosphonsäure, Phosphonobutantricarbonsäure, Milchsäure, Zitronensäure oder
Weinsäure.
Weiterhin kommen als Gerüstsubstanzen
die wasserlöslichen
Salze höhermolekularer
Polycarbonsäuren
in Betracht, etwa Polymerisate der Maleinsäure, Itakonsäure, Fumarsäure und
Zitraconsäure.
Auch Mischpolymerisate dieser Säuren
untereinander oder mit anderen polymerisierbaren Monomeren, wie
B. Ethylen, Propylen, Acrylsäure,
Vinylacetat, Isobutylen, Acrylamid und Styrol sind brauchbar. In
die erfindungsgemäßen Gemische
können
auch Reinigungsverstärker
wie Fettsäuremono- und
-diethanolamide, beispielsweise Kokosfettsäuremonoethanolamid und Kokosfettsäurediethanolamid,
und Anlagerungsprodukte von bis zu 4 Mol Ethylenoxid oder Propylenoxid
an Fettalkohole mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen sowie freie Fettalkohole
mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen sowie Reinigungsverstärker auf
Cellulosebasis eingearbeitet werden.
Darüber hinaus kann es für weitere
Anwendungsbereiche vorteilhaft sein, wenn auch Insekticide wie z.
B. Pyrethroide (Permethrin, Cypermethrin, Decamethrin und Fenvalerate)
und/oder Lindan, Endosulfan, Dieldrin in die erfindungsgemäßen Gemische
eingearbeitet werden.
Die Mengen der möglichen zur Konfektionierung
der erfindungsgemäßen Mittel
benutzten Bestandteile richten sich im allgemeinen nach Handels-
und Preisvorgaben und sind im Prinzip nicht von erfinderischer Bedeutung.
Für
die Herstellung gebrauchsfertiger Konservierungsmittel können neben
flüssigen
Konzentraten auch feste Produkte, vorzugsweise in Pulver- oder Granulatform
bereitgestellt werden, die die erfindungsgemäßen antimikrobiell wirksamen
Gemische enthalten.
Die erfindungsgemäßen magnetischen Partikel lassen
sich durch einfache Applikation eines Magnetfeldes auch in fester
Phase von den antimikrobiell wirksamen Gemischen abtrennen.
Weitere voneinander unabhängige Gegenstände der
vorliegenden Erfindung sind: Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer magnetischer
Partikel und deren Verwendung zur Aufreinigung von Mikroorganismen.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die
Erfindung, ohne sie jedoch darauf einzuschränkent.
Beispiel 1
Herstellung
magnetischer Polymerpartikel zur Bakterien-Separation
In einem 250 ml Dreihalskolben mit
Rückflußkühler werden
Tetrahydrofuran, redispergierbares Ferrofluid und Monomere (Ethylenglykoldimethacrylat,
Glycidylmethacrylat, Vinylpyrrolidon) vermischt und 15 min unter
Rühren
mit Stickstoff über
ein Einleitrohr begast. Die Dispersion wird unter Rückfluß erhitzt,
gerührt
und die Reaktion mit AIBN gestartet. Nach 24h wird eine Lösung aus
Diethylamin und THF hinzugegeben und für weitere 6h unter Rückfluß erhitzt.
Zur Aufreinigung der Partikel werden diese fünfmal mit 0,1 M Salzsäure und fünfmal mit
Wasser gewaschen. Die Trocknung der Partikel erfolgt im Vakuumtrockenschrank
bei 50°C.
Das Experiment wird in vier verschiedenen
Ansätzen
durchgeführt:
Beispiel 2
Herstellung magnetischer
Polymerpartikel zur Bakterien-Separation
In einem 250 ml Dreihalskolben mit
Rückflußkühler werden
Tetrahydrofuran, redispergierbares Ferrofluid und Monomere (Ethylenglykoldimethacrylat,
(2-Dimethylaminoethyl)-methacrylat,
Vinylpyrrolidon) vermischt und 15 min unter Rühren mit Stickstoff über ein
Einleitrohr begast. Die Dispersion wird unter Rückfluß erhitzt, gerührt und
die Reaktion mit AIBN gestartet. Nach 24h wird eine Lösung aus
Diethylamin und THF hinzugegeben und für weitere 6h unter Rückfluß erhitzt.
Zur Aufreinigung der Partikel werden diese fünfmal mit 0,1 M Salzsäure und
fünfmal
mit Wasser gewaschen. Die Trocknung der Partikel erfolgt im Vakuumtrockenschrank
bei 50°C.
Das Experiment wird in vier verschiedenen
Ansätzen
durchgeführt:
Beispiel 3
Herstellung magnetischer
Polymerpartikel zur Bakterien-Separation
In einem 250 ml Dreihalskolben mit
Rückflußkühler werden
Tetrahydrofuran, Bayferrox 318 (Bayer) und Monomere (Ethylenglykoldimethacrylat,
Glycidylmethacrylat, Vinylpyrrolidon) vermischt und 15 min unter Rühren mit
Stickstoff über
ein Einleitrohr begast. Die Dispersion wird unter Rückfluß erhitzt,
gerührt
und die Reaktion mit AIBN gestartet. Nach 24h wird eine Lösung aus
Diethylamin und THF hinzugegeben und für weitere 6h unter Rückfluß erhitzt.
Zur Aufreinigung der Partikel werden diese fünfmal mit 0,1 M Salzsäure und
fünfmal
mit Wasser gewaschen. Die Trocknung der Partikel erfolgt im Vakuumtrockenschrank
bei 50°C.
Das Experiment wird in vier verschiedenen
Ansätzen
durchgeführt:
Beispiel 4
Herstellung magnetischer
Polymerpartikel zur Bakterien-Separation
In einem 250 ml Dreihalskolben mit
Rückflußkühler werden
Tetrahydrofuran, Bayferrox 318 (Bayer) und Monomere (Ethylenglykoldimethacrylat,
(2-Dimethylaminoethyl)-methacrylat,
Vinylpyrrolidon) vermischt und 15 min unter Rühren mit Stickstoff über ein
Einleitrohr begast. Die Dispersion wird unter Rückfluß erhitzt, gerührt und
die Reaktion mit AIBN gestartet. Nach 24h wird eine Lösung aus
Diethylamin und THF hinzugegeben und für weitere 6h unter Rückfluß erhitzt.
Zur Aufreinigung der Partikel werden diese fünfmal mit 0,1 M Salzsäure und
fünfmal
mit Wasser gewaschen. Die Trocknung der Partikel erfolgt im Vakuumtrockenschrank bei
50°C.
Das Experiment wird in vier verschiedenen
Ansätzen
durchgeführt:
Beispiel 5
Herstellung von Ferrofluidpaste
Eisen(III)-chlorid wird in 90 ml
deionisiertem Wasser gelöst.
Eisen(II)-chlorid wird in einem separaten Becherglas in einer Mischung
aus 5 ml konz. Salzsäure
und 10 ml deionisiertem Wasser gelöst. Eine weitere Lösung wird
aus 650 ml deionisiertem Wasser und 125 g konz. Ammoniak hergestellt.
Bevor die Eisensalzlösung
unter starkem Rühren
in die alkalische Vorlage gegossen wird, wer den die Eisensalzlösungen vereinigt. Zu
der Suspension wird anschließend
unter starkem Rühren Ölsäure gegeben
und für
eine Stunde auf 90°C erhitzt.
Die schaumige Suspension wird anschließend unter Rühren solange
mit konz. Salzsäure
versetzt (etwa 10 ml), bis sich die umhüllten Partikel komplett am
Boden absetzen. Der Niederschlag wird 5 mal mit deionisiertem Wasser
gewaschen. Die Paste wird im Vakuum bei 60°C getrocknet.
| Menge | Edukte |
| 27,03
g | FeCl3·6H2O (M = 270,30 g/mol) |
| 90
ml | deionisiertes
Wasser |
| 9,94
g | FeCl2·4H2O (M = 198,81 g/mol) |
| 10
ml | deionisiertes
Wasser |
| 5 ml | konz.
Salzsäure |
| 125
g | konz.
Ammoniak |
| 650
ml | deionisiertes
Wasser |
| 6,3
ml | Ölsäure |
| 50
ml | konz.
Salzsäure |
Beispiel 6
In einem 1000 ml Dreihalskolben werden
Tetrahydrofuran, Bayferrox und Monomere (Ethylenglykoldimethacrylat,
Glycidylmethacrylat, Vinylpyrrolidon) vermischt und für 15 min
mit Stickstoff über
ein Einleitrohr begast. Die Temperatur der Monomerdispersion wird
unter Rühren
auf 65°C
hochgefahren und mittels AIBN Zugabe gestartet. Nach 6h wird eine
Lösung
aus Lupasol FG und THF hinzugegeben und für weitere 6 Stunden unter Rückfluß erhitzt.
Die Partikel werden mit Ethanol,
0,01 M Salzsäure,
0,1 M Ammoniaklösung
und deionisiertem Wasser gewaschen. Die Trocknung der Partikel erfolgt
im Vakuumtrockenschrank bei 80°C.
| Menge | Produkt |
| 10
ml | Divinylbenzol
(Isomerengemisch) |
| 70
ml | Glycidylmethacrylat |
| 20
ml | Vinylpyrrolidon |
| 300
ml | Tetrahydrofuran |
| 10
g | Bayferrox
318M |
| 5 g | AIBN |
| 150
g | Lupasol
FG (BASF) |
| 150
ml | THF |
Beispiel 7
In einem 1000 ml Dreihalskolben werden
Tetrahydrofuran, Ferrofluidpaste und Monomere (Ethylenglykoldimethacrylat,
Glycidylmethacrylat, Vinylpyrrolidon) vermischt und für 15 min
mit Stickstoff über
ein Einleitrohr begast. Die Temperatur der Monomerdispersion wird
unter Rühren
auf 65°C
hochgefahren und mittels AIBN Zugabe gestartet. Nach 6h wird eine
Lösung
aus Lupasol FG und THF hinzugegeben und für weitere 6 Stunden unter Rückfluß erhitzt.
Die Partikel werden mit Ethanol,
0,01 M Salzsäure,
0,1 M Ammoniaklösung
und deionisiertem Wasser gewaschen. Die Trocknung der Partikel erfolgt
im Vakuumtrockenschrank bei 80°C.
| Menge | Produkt |
| 10
ml | Divinylbenzol
(Isomerengemisch) |
| 70
ml | Glycidylmethacrylat |
| 20
ml | Vinylpyrrolidon |
| 300
ml | Tetrahydrofuran |
| 10
g | Ferrofluidpaste |
| 5 g | AIBN |
| 150
g | Lupasol
FG (BASF) |
| 150
ml | THF |
Beispiel 8
In einem Suspensionsreaktor wird
eine unpolare Phase bestehend aus 300 ml Pflanzenöl vorgelegt. Eine
Lösung
aus 4 ml Wasser, 10 ml Dimethylaminoethylmethacrylat, 1 ml Methylenbisacrylamid,
6 ml Acrylamid und 5 ml Ferrofluid EMG 707 (Ferrotec) wird unter
starkem Rühren
im Pflanzenöl
dispergiert. Des weiteren wird unter starkem Rühren 0,2m1 1,8 M-Ammoniumperoxodisulfatlösung hinzugefügt und anschließend die
Polymerisation durch Zugabe des Katalysators 0,1 ml N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin
gestartet. Die Suspension wird für
10-30 min gerührt.
Danach werden die magnetischen Beads abgetrennt, mit Wasser gewaschen
und in Suspension bzw. als getrocknetes Pulver eingesetzt.
Das Experiment wird in neun verschiedenen
Ansätzen
durchgeführt:
Partikelgröße nach Polymerisation: 10-100 μm
Partikelgröße nach Polymerisation: 10-100 μm
Partikelgröße nach Polymerisation: 10-100 μm
Partikelgröße nach Polymerisation: 10-100 μm
Rühren
mittels Ultra-Turrax
Partikelgröße nach Polymerisation: 5-30 μm
Partikelgröße nach Polymerisation: 10-40 μm
Partikelgröße nach Polymerisation: 10-40 μm
Partikelgröße nach Polymerisation: 10-40 μm
Partikelgröße nach Polymerisation: 10-40 μm
Beispiel 9: Zellabtrennung
aus verkeimter Lösung
sModifizierte Magnetobeads eignen
sich aufgrund ihrer funktionalisierten, porösen Oberfläche zur Zellseparation, z.
B. zur Zellabreicherung mikrobiell kontaminierter Produkte oder
Anlagen, die einer längeren Standzeit
unterliegen. Zur Überprüfung der
biologischen Aktivität
wurde folgender Testansatz etabliert
Durchführung und Ergebnisse:
1. Abtrennung von Keimen
aus Puffer
Die zu verwendeten Keime werden aus
einem Kühlschmiermittel
isoliert (z.B. Pseudomonas aeruginosa). Der jeweilige Keim wird über Nacht
in Caso-Nährmedium
bei 30°C
(je nach Keim bei 30°C
bzw. 37°C) inkubiert
(1. Passage). Am nächsten
Tag werden von der gewachsenen Flüssigkultur Keime in frisches
Caso-Nährmedium überführt und
wiederum über
Nacht inkubiert. Aus dieser zweiten Passage wird für den Test eine
Keimzahl von 107 eingestellt. Die Magnetobeads
werden 1 %ig bzw. 5%ig in den Puffer eingewogen. Für den neutralen
bis basischen Bereich wird Phosphatpuffer, für den neutralen bis sauren
Bereich Acetatpuffer verwendet, die mit steriler 1 n NaOH-Lsg. oder
1 n HCl-Lsg eingestellt werden. Die Testansätze (im Schüttelkolben, zwischen 20- 40ml)
werden mit der auf 107 eingestellten Keimsuspension
1 %ig beimpft (Keimzahl im Testansatz 105)
und bei Raumtemperatur bei 150 rpm geschüttelt. Die Probenentnahme erfolgt
nach 1 h, 3h und 24h bzw. 48h. Dazu werden die Schüttelkolben
an einen Magneten gestellt, die Magnetobeads abgetrennt und 1 ml
aus dem partikelfreien Überstand
in 9ml Inaktivatorlösung
pipettiert. Die anschließende
Verdünnungsreihe
erfolgt in Trypton-NaCl-Lösung.
Aus dieser Verdünnungsreihe
werden 1ml-Proben entnommen und mittels Plattenguß-Verfahrens mit Medium
versetzt. Die resultierenden Platten werden 24h bebrütet und
danach ausgezählt.
Bei den Testansätzen
läuft eine
Kontrolle mit, bestehend aus dem eingesetzten Puffer (eingestellt auf
die zu testenden pH-Werte),
der ebenfalls 1 %ig mit der im Test eingesetzten Keimsuspension
beimpft wird. Diese Kontrolle wird zur Berechnung der Abtrennungsfaktors
der im Ansatz enthaltenen Keime benötigt.
Die Zellabtrennung bei pH9 ist nach
einer Stunde bei 1 % Magnetobead-Einsatzmenge
etwas besser als bei 5%. Nach 24 Stunden sind keine Unterschiede
zu erkennen (Ergebnisse nicht gezeigt). Diese Abreicherung von über 5 log-Stufen
(100% der eingesetzten Zellzahl) ist bei den (unter Beispiel 1-4
beschriebenen) Partikeln nur bei pH 9 zu erreichen, welches vermutlich
mit der Oberflächenmodifizierung
zusammenhängen kann
(1). Diese vollständige Zellabtrennung (im Vergleich
zur Kontrolle) unter Pufferbedingungen erzielen auch die unter Beispiel
6/7 beschriebenen Magnetobeads (Ergebnisse nicht gezeigt).
Da viele Kühlschmierstoffe ebenfalls auf
pH 9 eingestellt sind, bieten sich diese Partikel für die Keimkontrolle
in Anlagen mit Kühlschmierstoffen
an.
Abb.
1: Abtrennung von P. aeruginosa aus Phosphat-Puffer
2. Abtrennung von Keimen
aus technischen Anwendungs-Lösungen
2.1 Abtrennung von Keim-Gemischen
aus Kühlschmiermitteln
(KSM)
Zur anwendungsnäheren Untersuchung werden die
Abtrennungs-Versuche in Kühlschmiermittel-Gemischen
(Mischung aus verschiedenen KSM-Produkten) durchgeführt, die
sich durch eine hohe und stabile Verkeimung auszeichnen. Dominierende
Keime in diesen Gemischen sind in der Regel Pseudomonaden. Die Durchführung entspricht
wie unter 1 beschrieben, nur dass die Keime bereits (im KSM) enthalten
sind. Die Ansätze
wurden mit 1 M Monoethanolamin und 1 N HCl auf pH 9 eingestellt.
Die jeweilige Kontrolle (ohne Magnetobead) erhält die gleiche Menge an Monoethanolamin
bzw. HCl, um Effekte dieser Chemikalien auf das mikrobielle Wachstum
auszuschließen.
Abb.
2 Abtrennung von Keimen aus Kühlschmiermittel
Durch den Partikel aus Beispiel 1-4
werden keine Keime aus der KSM-Lösung
abgetrennt (nicht gezeigt), während
der unter Beispiel 6/7 beschriebene Partikel nach 24h eine Keimreduktion
von ca. drei log-Stufen bewirkt (von 106 auf
103 Keime/ml, 2).
Letzterer besitzt eine dichtere Oberflächenausrüstung mit funktionellen Gruppen,
die vermutlich auch eine Wechselwirkung mit Keimen in Emulsionen
wie KSM ermöglichen und
somit eine verbesserte Abtrennungskapazität.
Ein Transfer auf einen anwendungsnäheren Maßstab hinsichtlich
des Testsystems ist durch Verwendung eines Umwälzbeckens erfolgt, in dem vier
Liter verkeimtes KSM mit 2% Magnetobead (Beispiel 6/7) inkubiert
werden können.
Nach 48h erfolgte ebenfalls eine Keimreduktion von 3 log-Stufen.
2.2 Abtrennung von Keimen
aus Neutralreinigern
Es wurden artifizielle Keimsuspensionen
im Neutralreiniger (angesetzt gemäß Anwendungskonzentration)
durch ständiges
Beimpfen des Frischproduktes hergestellt, so dass beim abzutrennenden
Keim und beim zu untersuchenden Produkt definierte Bedingungen vorliegen.
Als Keime werden zum einen ein thermophiler Bacillus bzw. Pseudomonas
putida an den Neutralreiniger adaptiert und anschließend durch
Zugabe von Magnetobeads (Beispiel 6/7) abgetrennt.
Nach 24h wird Pseudomonas putida
bei pH7 um 3,5 log-Stufen reduziert, bei pH 9 allerdings nur um 0,24
log-Stufen. Beim thermophilen Bacillus werden bereits nach einer
Stunde über
90% der zu untersuchenden Keime aus dem Neutralreiniger entfernt,
wobei bei pH7 die Abtrennung leicht besser erfolgt als bei pH9.
Die Effizienz der Partikel ist somit
nicht nur von der Oberflächenausrüstung, sondern
auch von der zu untersuchenden Produktmatrix abhängig.
