DE19700083A1

DE19700083A1 - Bakterienabweisende und zellproliferationsfördernde Beschichtung von Oberflächen

Info

Publication number: DE19700083A1
Application number: DE19700083A
Authority: DE
Inventors: Britta Dr Mensing; Gerard Dr Helary; Marcel Prof Jozefowicz; Veronique Dr Migonney; Jean-Pierre Prof Vairon
Original assignee: Huels AG; Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Therapol Sa Levallois Perret Fr
Priority date: 1997-01-03
Filing date: 1997-01-03
Publication date: 1998-07-09

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflä chen, vorzugsweise von Polymersubstraten, mit Beschichtungspolyme ren, die aufgrund der Anwesenheit bestimmter funktioneller Gruppen und eines bestimmten molaren Verhältnisses dieser Gruppen bakteri enabweisend und zugleich zellproliferationsfördernd wirken und ko valent, also dauerhaft auf der Oberfläche fixiert sind. Die Erfin dung betrifft weiterhin Gegenstände mit derart beschichteten Ober flächen sowie deren Verwendung für medizinische oder biotechnische Zwecke.

Die Ansiedelung und Vermehrung von Bakterien auf Oberflächen ist eine in der Regel unerwünschte Erscheinung, die häufig mit nachtei ligen Folgen verbunden ist. So können in der Trinkwasser- und Getränketechnik Bakterienpopulationen zu einer gesundheitsgefähr denden Qualitätsminderung führen. Bakterien auf oder in Verpackun gen bewirken häufig den Verderb von Lebensmitteln oder verursachen sogar Infektionen bei dem Verbraucher. In steril zu betreibenden biotechnischen Anlagen stellen systemfremde Bakterien ein erhebli ches prozeßtechnisches Risiko dar. Solche Bakterien können mit Roh stoffen eingetragen werden oder bei mangelhafter Sterilisation in allen Anlageteilen zurückbleiben. Teile der Bakterienpopulation können sich durch Adhäsion dem normalen Flüssigkeitsaustausch beim Spülen und Reinigen entziehen und sich im System vermehren.

Weiterhin sind Bakterienansiedelungen in Wasseraufbereitungsanlagen (z. B. zur Entsalzung durch Membranen) oder auch in Behältern be kannt, die mit gelösten oder flüssigen unverdünnten organischen Substanzen gefüllt sind und für Bakterienpopulationen vorteilhafte Bedingungen aufweisen. Solche mikrobiellen Belegungen können in erheblichem Umfang zur Blockierung und/oder korrosiven Zerstörung der Anlage führen.

Besondere Bedeutung kommt dem Schutz vor Bakterienanhaftung und -ausbreitung in der Ernährung, der Pflege, hier insbesondere in der Altenpflege, und in der Medizin zu. Bei Massenbeköstigungen oder -ausschank existieren besonders dann erhebliche Risiken, wenn zur Vermeidung von Abfall von Einweggeschirr abgesehen wird und eine nur unzureichende Reinigung des Mehrweggeschirrs erfolgt. Die schädliche Ausbreitung von Bakterien in lebensmittelführenden Schläuchen und Rohren ist ebenso bekannt wie die Vermehrung in Lagerbehältern sowie in Textilien in feuchter und warmer Umgebung, z. B. in Bädern. Solche Einrichtungen sind bevorzugte Lebensräume für Bakterien, ebenso wie bestimmte Oberflächen in Bereichen mit hohem Publikumsverkehr, so z. B. in öffentlichen Verkehrsmitteln, Krankenhäusern, Telefonzellen, Schulen und insbesondere in öffent lichen Toiletten.

In der Alten- und Krankenpflege erfordern die häufig geminderten Abwehrkräfte der Betroffenen sorgfältige Maßnahmen gegen Infektio nen, insbesondere auf Intensivstationen und in der häuslichen Pfle ge.

Besondere Sorgfalt bedarf die Verwendung medizinischer Gegenstände und Geräte bei medizinischen Untersuchungen, Behandlungen und Ein griffen, vor allem dann, wenn derartige Geräte oder Gegenstände mit lebendem Gewebe oder mit Körperflüssigkeiten in Kontakt kommen. Im Falle von Langzeit- oder Dauerkontakten, beispielsweise bei Implan taten, Kathetern, Stents, Herzklappen und Herzschrittmachern, kön nen Bakterienkontaminationen zu einem lebensbedrohenden Risiko für den Patienten werden.

Es wurde bereits auf vielfältige Weise versucht, die Ansiedelung und Ausbreitung von Bakterien auf Oberflächen zu unterbinden. In J.Microbiol.Chemoth. 31 (1993). 261-271, beschreiben S.E.Tebbs und T.S.E.Elliott lackartige Beschichtungen mit quaternären Ammonium salzen als antimikrobiell wirkenden Komponenten. Es ist bekannt, daß diese Salze von Wasser, wäßrigen oder anderen polaren Medien sowie von Körperflüssigkeiten aus dem Beschichtungsmaterial heraus gelöst werden und ihre Wirkung somit nur von kurzer Dauer ist. Dies gilt gleichermaßen für die Einarbeitung von Silbersalzen in Beschichtungen, so beschrieben in WO 92/18098.

T. Ouchi und Y. Ohya beschreiben in Progr.Polym.Sci. 20 (1995), 211 ff., die Immobilisierung von bakteriziden Wirkstoffen auf Polymer oberflächen durch kovalente Bindung oder ionische Wechselwirkungen. Häufig sind in solchen Fällen die keimtötenden Wirkungen gegenüber dem reinen Wirkstoff deutlich reduziert. Heteropolare Bindungen er weisen sich oft als nicht hinreichend stabil. Darüber hinaus führt die Keimabtötung in der Regel zu unerwünschten Ablagerungen auf den Oberflächen, die die weitere bakterizide Wirkung maskieren und die Grundlage für eine nachfolgende Bakterienbesiedelung bilden.

W. Kohnen et al. berichten in ZBI. Bakt. Suppl. 26, Gustav Fischer Verlag, Stuttgart-Jena-New York, 1994, Seiten 408 bis 410, daß die Adhäsion von Streptococcus epidermidis auf einem Polyurethanfilm vermindert wird, wenn der Film durch eine Glimmentladung in Gegen wart von Sauerstoff vorbehandelt und dann mit Acrylsäure gepfropft wird.

Wie bereits erwähnt, ist es bei der Verwendung von medizinischen Geräten bei medizinischen Untersuchungen, Behandlungen und Eingrif fen von wesentlicher Bedeutung, daß sich auf diesen Geräten keine Bakterien ansiedeln. Andererseits müssen diese Geräte, die aus Me tall, Keramik oder polymeren Kunststoffen bestehen können, verträg lich mit dem lebenden Gewebe und den Körperflüssigkeiten sein, mit denen sie in Berührung kommen. Es sind zahlreiche Verfahren bekannt geworden, die Polymere biokompatibel machen oder deren Biokompati bilität verbessern sollen. Eine dieser Methoden ist die Besiedelung der Polymeroberflächen mit menschlichen Zellen.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen zu entwickeln mit dem Ziel, diese Oberflächen so zu modifizieren, daß sie nachhaltig einerseits von Bakterien weitgehend frei gehalten werden und andererseits die Zellproliferation fördern, ohne daß die mechanischen Eigenschaften der behandelten Materialien dadurch verändert werden. Dabei wird unter Förderung der Zellproliferation verstanden, daß die Haftung und Vermehrung von Säugetierzellen durch die Beschichtung im Ver gleich zu der unbeschichteten Oberfläche verbessert oder jedenfalls weniger stark beeinträchtigt wird als die Haftung und Vermehrung von Bakterien.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß sich bakterienabweisende und zugleich zellproliferationsfördernde, kovalent fixierte Beschichtungen auf der Oberfläche von Substraten, insbesondere von Polymersubstraten, vorteilhaft herstellen lassen, wenn man ein Beschichtungspolymer, das

(i) mindestens ein Monomer der allgemeinen Formel I
Formel I: R-(COOR¹)_a
in der R einen ein- oder zweifach olefinisch ungesättigten orga nischen Rest mit der Wertigkeit a bedeutet,
R¹ Wasserstoff, ein Metalläquivalent oder einen organi schen Rest bedeutet und
a für 1, 2 oder 3 steht;
(ii) mindestens ein Monomer der allgemeinen Formel II
Formel II: R-(SO₃R¹)_a
in der R, R¹ und a die angegebene Bedeutung haben; und
(iii) mindestens ein Monomer mit einer UV-strahlungssensitiven Gruppe
einpolymerisiert enthält, strahleninduziert auf eine aktivierte Substratoberfläche aufpfropft, wobei das molare Verhältnis der Re ste -COOR¹ und -SO₃R¹ 2,5 bis 10, vorteilhaft < 3 bis 10 und insbe sondere < 3 bis 5 beträgt.

Die Bezeichnung "zellproliferationsfördernd" ist relativ und be zieht sich auf die ausgesprochene Hemmwirkung der erfindungsgemäßen Beschichtungen auf die Adhäsion und das Wachstum von Bakterien. Sie soll nicht implizieren, daß die Zellproliferation auf erfindungsge mäß beschichteten Substraten notwendig stärker ist als auf unbe schichteten.

Der organische Rest R kann Kohlenwasserstoffstruktur aufweisen oder neben den Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen weitere Atome, wie Sauerstoff-, Stickstoff- und/oder Siliciumatome, enthalten.

Die Monomeren I und II sind Carbonsäuren bzw. Sulfonsäuren oder de ren Salze oder Ester. Unter den Salzen sind die Alkalisalze und insbesondere die Natriumsalze bevorzugt.

Durch Plasma-induzierte Pfropfpolymerisation erzeugte Beschichtun gen auf verschiedenen Substraten sind z. B. aus B.Lassen et al. Clinical Materials 11 (1992). 99 bis 103, bekannt und auf Biokompa tibilität untersucht worden. Dabei wurden aber lediglich UV-strah lungssensitive Monomere gepfropft, und eine Pfropfung auf aktivier te Substratoberflächen wird nicht erwähnt. Zudem ist Plasma kein optimaler Polymerisationsinitiator. H.Yasuda spricht dementspre chend in J.Polym.Sci.: Macromolecular Review, Vol. 16 (1981), 199-293, von der undefinierten und nicht kontrollierbaren Chemie der Plasma-Polymerisation. Dies mag für manche Zwecke akzeptabel sein, ist jedoch für medizinische und biotechnische Anwendungen problema tisch, weil es gerade hier auf reproduzierbare Beschichtungen von gleichbleibend hoher Qualität besonders ankommt.

In US-A-5 278 200 werden thromboresistente Materialien mit heparin artiger, koagulationshemmender Wirkung beschrieben, die aus einem Substrat, vorzugsweise einem PUR-Substrat bestehen, auf das Copoly mere aus Acrylsäure (AS) und 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure (AMPS) aufgebracht werden. Das Monomerenverhältnis kann in weiten Grenzen schwanken. Die Materialien sollen auch eine leicht vermin derte Haftung von Bakterien und Thrombozyten zeigen.

Zu den Bakterienstämmen, deren Adhäsion gemäß der Erfindung nach haltig vermindert oder verhindert wird, zählen Staphylococcus au reus, Staphylococcus epidermidis, Streptococcus pyogenes, Klebsiel la pneumoniae, Pseudomonas aeroginosa und Escherichia coli. Von den menschlichen Zellen deren Proliferation gefördert wird, seien bei spielsweise Fibroblasten und Endothelzellen, wie menschliche Na belschnurzellen, genannt.

Die beschichteten Oberflächen sind frei von migrationsfähigen und bzw. oder extrahierbaren Monomer- und Oligomeranteilen. Unerwünsch te Nebenwirkungen durch freigesetzte körperfremde Stoffe oder durch abgetötete Bakterien werden von vornherein vermieden. Die Oberflä chen der aufgepfropften Beschichtungen weisen somit eine hervorra gende physiologische Verträglichkeit auf.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Substratoberflächen zunächst, wie in der Folge näher beschrieben, aktiviert und an schließend unter Einwirkung von UV-Licht durch schonende Pfropfung des vorgebildeten Beschichtungspolymeren auf der Substratoberfläche kovalent, also dauerhaft fixiert.

1. Die Beschichtungspolymeren

Die Beschichtungspolymeren weisen mindestens ein Monomer der allge meinen Formel I und ein Monomer der allgemeinen Formel II in dem genannten molaren Verhältnis der Gruppen -COOR¹ und -SO₃R¹ auf. Zu den bevorzugten Monomeren der allgemeinen Formel I zählen Monomere der allgemeinen Formel III

Formel III: (C_nH_2n-q-x)(COOR²)_x,

zu den bevorzugten Monomeren der allgemeinen Formel II zählen Mono mere der allgemeinen Formel IV

Formel IV: (C_nH_2n-q-x)(SO₃R²)_x

In den Formeln III und IV stehen
n jeweils unabhängig für eine ganze Zahl von 2 bis einschließ lich 6;
x jeweils unabhängig für 1 oder 2;
q jeweils unabhängig für 0 oder 2; und
bedeutet der Rest R² jeweils unabhängig -H, ein Äquivalent ei nes Metallions, insbesondere ein Alkalimetallion, einen Rest eines aliphatischen, cycloaliphatischen oder araliphatischen Alkohols, vorzugsweise eines Alkanols mit 1 bis 6, insbeson dere mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eines Cycloalkanols mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen, eines Arylalkanols mit 7 bis 10 Koh lenstoffatomen oder eines Alkanols mit Sauerstoff- und/oder Stickstoffatomen in der Kette und bis zu 12 Kohlenstoffatomen, wie -(CH₂-CH₂-O)_d-H, -(CH₂-CH(CH₃)-O)_d-H, -(CH₂-CH₂-CH₂-O)_d-H oder -(CH₂)_d-NH_2-e(R³)_e, wobei R³ für -CH₃ oder -C₂H₅, d für 1, 2, 3 oder 4 und e für 0, 1 oder 2 steht.

Den gegebenen Definitionen entsprechend bedeutet der Rest (C_nH_2n-q-x) jeweils unabhängig einen geradkettigen oder verzweig ten einwertigen Alkenylrest (q = 0, x = 1) oder Alkadienylrest (q = 2, x = 1) oder einen zweiwertigen Alkenylenrest (q = 0, x = 2) oder Alkadie nylenrest (q = 2, x = 2).

Anstelle von 2 Monomeren II und III kann man auch nur ein Monomer (II + III) einsetzen, das die Gruppen COOR² und SO₃R² in demselben Molekül enthält.

Auch vom Benzol abgeleitete Monomere der allgemeinen Formel V

Formel V: (C₆H_6-b-c-d)B_bR³ _c(OH)_d

fallen unter die allgemeine Formel I, und Monomere der allgemeinen Formel VI

Formel VI: (C₆H_6-b-c-d)B_bR³ _c(OH)_d

fallen unter die allgemeine Formel II. Beide Arten von Monomeren können ebenfalls vorteilhaft in dem Beschichtungspolymer enthalten sein, wobei in den Formeln V und VI
B jeweils unabhängig einen ein- oder zweiwertigen geradketti gen oder verzweigten Rest der Formeln -(C_nH_2n-1-q-x)(COOR²)_x oder (C_nH_2n-1-q-x)(SO₃R²)_x bedeu tet, wobei R², n, q und x wie zuvor definiert sind;
R³ jeweils unabhängig C_1-4-Alkyl, -NH₂, -COOH, -SO₃H, -OSO₃H, -OPO(OH)₂, -PO(OH)₂, -OP(OH)₂, -OPO(O⁻)OCH₂CH₂N⁺(CH₃)₃, -PO(O⁻)OCH₂CH₂N⁺(CH₃)₃, -OP(O⁻)OCH₂CH₂N⁺(CH₃)₃ oder gegebe nenfalls ein Salz, insbesondere ein Alkalisalz, oder einen Ester der genannten Gruppen bedeutet;
b für 1, 2 oder 3 steht;
c für 0, 1, 2 oder 3 steht; und
d für 0, 1, 2 oder 3 steht;
mit der Maßgabe, daß b + c + d ≦ 6, vorteilhaft ≦ 4 ist.

Natürlich kann man für die Herstellung der Beschichtungspolymeren auch Mischungen von Monomeren mit verschiedenen funktionellen Grup pen A verwenden, z. B. III und VI oder IV und V usw., bzw. können die Beschichtungspolymere die verschiedenen entsprechenden funktio nalen Gruppen kombiniert enthalten.

Von den für die Herstellung der Beschichtungspolymeren geeigneten Monomeren der allgemeinen Formeln I bis VI seien beispielsweise ge nannt:
Acrylsäure, Natriumacrylat, Isobutylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, 2-Hydroxyethylacrylat, 2-(2'-Hydroxyethoxy)ethylacrylat, 2-Hydroxy- 1-methylethylacrylat, 2-N,N-Dimethylaminoethylacrylat, Methacryl säure, Natriummethacrylat, n-Propylmethacrylat, 2-Hydroxyethylmeth acrylat, 2-(2'-Hydroxyethoxy)ethylmethacrylat, 2-Hydroxy-1-methyl ethylmethacrylat, 2-N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat, Maleinsäure, Diethylenglykoldimethacrylat, Triethylenglykoldiacrylat, Vinylsul fonsäure, Natriumvinylsulfonat, Vinylsulfonsäure-2-hydroxyethyl ester, Vinylbenzolsulfonsäure, Natriumvinyltoluylsulfonat, 4-Vinyl salicylsäure, Sorbinsäure, Coffeinsäure, Carboxyl-Styrolsulfonsäu re.

Bevorzugte Beschichtungspolymere enthalten einpolymerisiert (a) Monomere mit Carbonsäure-, Carboxylat- und/oder Carbonestergruppen sowie (b) Monomere mit Sulfonsäure-, Sulfonat- und/oder Sulfonsäu reestergruppen, wobei die molaren Anteile dieser Monomeren in den Beschichtungspolymeren zusammen vorteilhaft 5 bis 30%, insbesonde re 15 bis 20% betragen und das Molverhältnis der Monomeren (a) zu den Monomeren (b) < 10 ist und insbesondere < 3 bis 5 beträgt. Besonders bevorzugt werden Beschichtungspolymere, die (a) Carboxyl- und oder Carboxylatgruppen und (b) Sulfonsäure- und/oder Sulfonat gruppen enthalten. Es gibt unter dem Aspekt der Verträglichkeit drei mögliche Zweierkombinationen, nämlich Carboxyl- und Sulfonsäu regruppen, Carboxyl- und Sulfonatgruppen sowie Carboxylat- und Sul fonatgruppen, weiterhin zwei mögliche Dreierkombinationen, nämlich Carboxyl-, Carboxylat- und Sulfonatgruppen sowie Carboxyl-, Sulfo säure- und Sulfonatgruppen. Alle diese Kombinationen charakterisie ren bei Einhaltung der genannten molaren Verhältnissen besonders bevorzugte Beschichtungspolymeren. Natürlich ist es auch möglich, bei der Herstellung des Beschichtungspolymeren Monomere einzuset zen, die erst nach der Polymerisation in (einpolymerisierte) Mono mere I oder II umgewandelt werden. So kann man den Acrylamid-Bau stein durch Hydrolyse in saurem Medium in den Acrylsäure-Baustein umwandeln. Weiterhin kann man Carboxyl- und Sulfonsäuregruppen durch Neutraliieren (z. B. in Phosphatpuffern) sowie Carbonester- und Sulfonsäureestergruppen durch Verseifung in Carboxylat- bzw. Sulfonatgruppen überführen.

Neben den Monomeren der allgemeinen Formeln I bis VI können auch weitere Monomere in dem Beschichtungspolymer enthalten sein, die nicht oder nicht nennenswert zu den bakterienabweisenden Eigen schaften der Beschichtung beitragen. Dazu gehören z. B. Vinylether, wie Vinylmethylether und Vinylbutylether; Vinylketone, wie Vinyl ethylketon; Olefine und Diolefine, wie 1-Buten, 1-Hexen, 1,3-Buta dien, Isopren und Chloropren; Vinylsiloxane und andere siliciumhal tige Vinylmonomere, wie Tris(trimethylsiloxy)methacryloyloxypropyl silan oder Tris(trimethylsiloxy)acryloyloxypropylsilan. Diese Mono meren können sogar in überwiegender Menge vorhanden sein, z. B. bis zu 90 Mol-% ausmachen.

Ein wesentlicher Bestandteil der Beschichtungspolymeren ist ein einpolymerisiertes Monomer mit UV-strahlungssensitiver Gruppe. Als solche eignen sich alle Monomeren, die nach dem Einpolymerisieren noch mindestens eine reaktionsfähige Doppelbindung aufweisen, die die Pfropfung des Beschichtungspolymeren auf die aktivierte Sub stratoberfläche ermöglicht. Als Beispiele seien vinylische Cinna moyl- oder Furylderivate und insbesondere Cinnamoylethylacrylat oder -methacrylat genannt. Das UV-strahlungssensitive Monomer wird vorteilhaft in Mengen von 1 bis 20 Mol-%, insbesondere von 3 bis 15 Mol-%, bezogen auf die gesamten Monomeren, eingesetzt. Bei der Polymerisation bleibt die zum Benzolring α-ständige Doppelbindung als UV-strahlungssensitive Gruppe für die spätere Pfropfung erhal ten.

Die Polymeren werden in üblicher Weise durch radikalisch initiierte Polymerisation hergestellt, vorteilhaft durch Lösungs- oder Emul sionspolymerisation. Geeignete Lösemittel sind z. B. Wasser; Ketone, wie Aceton, Methylethylketon, und Cyclohexanon; Ether, wie Diethyl ether, Tetrahydrofuran und Dioxan; Alkohole, wie Methanol, Ethanol, n- und iso-Propanol, n- und iso-Butanol und Cyclohexanol; stark po lare Lösemittel, wie Dimethylformamid, Dimethylacetamid und Dime thylsulfoxid; Kohlenwasserstoffe, wie Heptan. Cyclohexan, Benzol und Toluol; Halogenkohlenwasserstoffe, wie Dichlormethan und Tri chlormethan; Ester, wie Ethylacetat, Propylacetat und Amylacetat; sowie Nitrile, wie Acetonitril.

Geeignete Polymerisationsinitiatoren sind z. B. Azonitrile, Alkyl peroxide, Acylperoxide, Hydroperoxide, Peroxyketone, Peroxyester und Percarbonate sowie alle üblichen Photoinitiatoren. Die Polyme risation wird thermisch, z. B. durch Erhitzen auf 60 bis 100°C. oder durch Strahlung mit entsprechender Wellenlänge eingeleitet. Nach Beendigung der exothermen Polymerisationsreaktion wird das Polymer in üblicher Weise vom Lösemittel abgetrennt, beispielsweise durch Fällung mittels Wasser, sofern das Lösemittel wasserlöslich ist.

Durch Extraktion mit einem geeigneten Lösemittel können monomere oder oligomere Bestandteile entfernt werden.

2. Die Substratmaterialien

Als Substratmaterialien eignen sich vor allem polymere Substrate, wie Polyurethane, Polyamide. Polyester und -ether, Polyetherblock amide, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polycarbonate, Polyorganosilo xane, Polyolefine, Polysulfone, Polyisopren, Polychloropren, Poly tetrafluorethylen (PTFE), entsprechende Copolymere und Blends sowie natürliche und synthetische Kautschuke, mit oder ohne strahlungs sensitive Gruppen. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch auf Oberflächen von lackierten oder anderweitig mit Polymeren be schichteten Metall-, Glas- oder Holzkörpern anwenden.

3. Die Aktivierung der Substratoberflächen

Die Oberflächen von Substratpolymeren können erfindungsgemäß nach einer Reihe von Methoden aktiviert werden. Zweckmäßig werden die Oberflächen zuvor in bekannter Weise mit einem Lösemittel von anhaftenden Ölen, Fetten oder anderen Verunreinigungen befreit.

3.1 So können schon bei der Herstellung der Substratpolymeren Monomere mit UV-strahlungssensitiven Gruppen einpolymerisiert wer den, ähnlich wie für die Beschichtungspolymeren beschrieben. Hier für kommen dieselben Monomeren in Betracht, die auch in den Beschichtungspolymeren enthalten sein können. Diese Monomeren lie gen in der Regel in Mengen von 1 bis 20 Mol-%, insbesondere von 3 bis 15 Mol-% vor. Solche strahlungssensitiv modifizierte Polymere können in üblicher Weise durch radikalisch initiierte Polymerisa tion in Lösung, Emulsion oder Suspension hergestellt werden.

3.2 Alternativ kann die Aktivierung von Standardpolymeren ohne UV-strahlungssensitive Gruppen durch UV-Strahlung, z. B. im Wellen längenbereich von 100 bis 400 nm, vorzugsweise von 125 bis 310 nm erfolgen. Eine geeignete Strahlenquelle ist z. B. ein UV-Excimer-Ge rät HERAEUS Noblelight, Hanau, Deutschland. Aber auch Quecksilber dampflampen eignen sich zur Substrataktivierung sofern sie erhebli che Strahlungsanteile in den angegebenen Bereichen emittieren. Die Expositionszeit beträgt, je nach Strahlungsintensität und Wellen länge, im allgemeinen 0,1 Sekunden bis 60 Minuten, vorzugsweise 1 Sekunde bis 20 Minuten. Es hat sich gezeigt, daß die Anwesenheit von Sauerstoff vorteilhaft ist. Die bevorzugten Sauerstoffdrücke liegen zwischen 2×10⁻⁵ und 2×10⁻² bar. Man arbeitet beispielsweise in einem Vakuum von 10⁻⁴ bis 10⁻¹ bar oder unter Verwendung eines Inertgases, wie Helium, Stickstoff oder Argon, mit einem Sauer stoffgehalt von 0.02 bis 20 Promille.

3.3 Die Aktivierung kann erfindungsgemäß auch durch ein Hochfre quenz- oder Mikrowellenplasma (Hexagon, Fa. Technics Plasma, 85551 Kirchheim, Deutschland) in Luft, Stickstoff- oder Argon-Atmosphäre erreicht werden. Die Expositionszeiten betragen im allgemeinen 30 Sekunden bis 30 Minuten, vorzugsweise 2 bis 10 Minuten. Der Ener gieeintrag liegt bei Laborgeräten zwischen 100 und 500 W, vorzugs weise zwischen 200 und 300 W.

3.4 Weiterhin lassen sich auch Korona-Geräte (Fa. SOFTAL, Ham burg, Deutschland) zur Aktivierung verwenden. Die Expositionszeiten betragen in diesem Falle in der Regel 1 Sekunde bis 10 Minuten, vorzugsweise 1 bis 60 Sekunden.

3.5 Die Aktivierung durch Elektronen- oder gamma-Strahlen (z. B. aus einer Kobalt-60-Quelle) ermöglicht kurze Expositionszeiten, die im allgemeinen 0,1 bis 60 Sekunden betragen.

3.6 Beflammungen von Oberflächen führen ebenfalls zu deren Akti vierung. Geeignete Geräte, insbesondere solche mit einer Barriere- Flammenfront, lassen sich auf einfache Weise bauen oder beispiels weise beziehen von der Fa. ARCOTEC, 71297 Mönsheim, Deutschland. Sie können mit Kohlenwasserstoffen oder Wasserstoff als Brenngas betrieben werden. In jedem Fall muß eine schädliche Überhitzung des Substrats vermieden werden, was durch innigen Kontakt mit einer ge kühlten Metallfläche auf der von der Beflammungsseite abgewandten Substratoberfläche leicht erreicht wird. Die Aktivierung durch Beflammung ist dementsprechend auf verhältnismäßig dünne, flächige Substrate, wie Folien, beschränkt. Die Expositionszeiten belaufen sich im allgemeinen auf 0,1 Sekunde bis 1 Minute, vorzugsweise 0.5 bis 2 Sekunden, wobei es sich ausnahmslos um nicht leuchtende Flam men handelt und die Abstände der Substratoberflächen zur äußeren Flammenfront 0,2 bis 5 cm, vorzugsweise 0,5 bis 2 cm betragen.

3.7 Schließlich lassen sich die Substratoberflächen auch durch Behandlung mit starken Säuren oder starken Basen aktivieren. Von den geeigneten starken Säuren seien Schwefelsäure, Salpetersäure und Salzsäure genannt. Man kann z. B. Polyamide 5 Sekunden bis 1 Minute mit konzentrierter Schwefelsäure bei Raumtemperatur behan deln. Als starke Basen eignen sich besonders Alkalimetallhydroxide in Wasser oder einem organischen Lösemittel. So kann man z. B. ver dünnte Natronlauge 1 bis 60 Minuten bei 20 bis 80°C auf die Sub stratoberfläche einwirken lassen. Alternativ können beispielsweise Polyamide aktiviert werden, indem man 2%-iges KOH in Tetrahydrofu ran 1 Minute bis 30 Minuten auf die Oberfläche einwirken läßt.

3.8 In manchen Fällen, z. B. bei hochhydrophoben Polymeren, kann es empfehlenswert sein, die Substratoberflächen durch eine Kombina tion aus zwei oder mehr der genannten Methoden zu aktivieren. Ganz allgemein hat sich eine Substrataktivierung bewährt, bei der der Einbau UV-strahlungssensitiver Gruppen (3.1) mit einer UV-Bestrah lung (3.2) kombiniert wird.

4. Die Beschichtung durch Pfropfpolymerisation

Nach einer der unter 3.2 bis 3.8 beschriebenen aktivierenden Vorbe handlungen werden die Substrate mit den aktivierten Oberflächen zweckmäßig 1 bis 20 Minuten, vorzugsweise 1 bis 5 Minuten der Ein wirkung Sauerstoff, z. B. in Form von Luft, ausgesetzt. Alternativ kann man auf die aktivierten Oberflächen auch ähnlich lange ein sauerstoffhaltiges Lösemittel, wie Tetrahydrofuran, einwirken lassen.

Anschließend werden die (gegebenenfalls auch nach 3.1) aktivierten Oberflächen nach bekannten Methoden, wie Sprühen, Tauchen oder Streichen, mit einer Lösung des erfindungsgemäß zu verwendenden Beschichtungspolymeren beschichtet. Als Lösemittel haben sich z. B. Ether, wie Tetrahydrofuran, und/oder stark polare Lösemittel, wie Dimethylsulfoxid, bewährt, doch sind auch andere Lösemittel ver wendbar, sofern sie ein ausreichendes Lösevermögen für die Beschichtungspolymeren aufweisen und die Substratoberflächen gut benetzen. Je nach Löslichkeit der Polymeren und gewünschter Schichtdicke der gepfropften Beschichtung kann die Konzentration des Beschichtungspolymeren in der Lösung 0,1 bis 50 Gewichtsprozent betragen. Lösungen mit einer Konzentration an Beschichtungspolymer von 1 bis 15 Gew.-%, insbesondere von etwa 10 Gew.-% haben sich in der Praxis bewährt und ergeben im allgemeinem in einem Durchgang zusammenhängende Beschichtungen mit Schichtdicken, die mehr als 0,1 µm betragen können.

Nach dem Verdampfen des Lösemittels oder auch während des Verdamp fens wird die Pfropfung des aufgebrachten Polymeren unter Ausbil dung kovalenter Bindungen zur Substratoberfläche zweckmäßig durch Strahlen im kurzwelligen Segment des sichtbaren Bereiches oder im langwelligen Segment des UV-Bereiches der elektromagnetischen Strahlung bewirkt. Gut geeignet ist z. B. die Strahlung eines UV-Ex cimers der Wellenlängen 250 bis 500 nm, vorzugsweise von 290 bis 320 nm. Auch hier haben sich Quecksilberdampflampen bewährt, sofern sie erhebliche Strahlungsanteile in den angegebenen Bereichen emit tieren. Die Expositionszeiten betragen im allgemeinen 10 Sekunden bis 30 Minuten, vorzugsweise 2 bis 15 Minuten.

Bisweilen ist es zweckmäßig, die beschriebenen Arbeitsschritte ein schließlich der Aktivierung zu wiederholen, um mittels einer sol chen Mehrschichttechnik eine hermetisch geschlossene und/oder dickere Beschichtung herzustellen. Weiterhin ist es möglich, das ober flächenaktivierte Substrat, gegebenenfalls nach der beschriebenen Sauerstoff- oder Lösemittelbehandlung, in die Lösung des erfin dungsgemäß zu verwendenden Beschichtungspolymeren einzutauchen und im getauchten Zustand zu bestrahlen. Durch orientierende Versuche läßt sich unschwer feststellen, bei welchen Bestrahlungszeiten mit einer gegebenen Strahlenquelle und bei welchen, gegebenenfalls län geren Kontaktzeiten von Substrat und Lösung die gewünschte Schicht dicke erreicht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur bakterienabweisenden und gleich zeitig zellproliferationsfördernden Modifizierung der Oberfläche von Substraten und insbesondere von Polymersubstraten erfordert und ermöglicht die genaue Einstellung von Molverhältnissen verschiede ner funktioneller Gruppen, die zur Erzielung bakterienabweisender und zugleich zellproliferationsfördernder Eigenschaften optimal sind. Das Verfahren bietet den Vorteil, daß bereits bewährte Poly mere auf diese Weise unter Beibehaltung ihrer mechanischen Eigen schaften und ihrer Form zusätzlich bakterienabweisend und zugleich zellproliferationsfördernd einstellbar sind. Es sind keine weiteren Vor- oder Nachbehandlungen erforderlich. Hochhydrophobe Kunststoffe bedürfen gegebenenfalls einer hydrophilierenden Vorbehandlung, z. B. durch chemisches Ätzen mit Säuren oder Basen oder durch Plasma-Be handlung, um eine ausreichende Benetzbarkeit durch die Lösung des Beschichtungspolymeren zu erreichen. Die hochhydrophoben Kunststof fe werden dann gleichzeitig hydrophiliert und im Sinne der vorlie genden Erfindung oberflächenaktiviert.

Nach der vorliegenden Erfindung beschichtete und dadurch bakteri enabweisend und zugleich zellproliferationsfördernd modifizierte Gegenstände eignen sich als bioverträgliche Materialien zur Verwen dung im biotechnischen oder medizinischen Bereich für Zwecke, für die die erwähnte Kombination von Eigenschaften nötig oder nützlich ist. Dazu gehören u. a. langfristig implantierte Katheter und Zahn ersatz.

Zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung werden die fol genden Beispiele gegeben, die die Erfindung weiter erläutern, nicht aber ihren Umfang begrenzen sollen, wie er in den Patentansprüchen dargelegt ist. Die in den Beispielen verwendeten Beschichtungspoly meren sind stellvertretend für eine Vielzahl anderer Polymerer mit Monomeren, die unter die allgemeinen Formeln I bis VI fallen.

Beispiele A. Untersuchungen zur Bakterienadhäsion Messung der Bakterienadhäsion an Folien aus Beschichtungspolymeren über Szintillation

Diese Folien sind keine erfindungsgemäßen Produkte, sondern wurden zum Vergleich ihrer bakterienabweisenden Eigenschaften mit denen von bakterienabweisend beschichteten Substratfolien nach der Erfin dung hergestellt.

Proben der durch Copolymerisation erhaltenen Beschichtungspolymeren (nachfolgende Beispiele 1 bis 10) werden in einem geeigneten Löse mittel, wie Chloroform, gelöst. Nach Ausgießen in eine Petrischale und Verdampfung des Lösemittels werden die erhaltenen Polymerfolien über einen Zeitraum von einer Stunde in 1 ml einer Lösung einge taucht, die aus 0,4 g/l Rinderserumalbumin (BSA), gelöst in phos phatgepufferter physiologischer Kochsalzlösung (PBS), und 20 µg/ml gereinigtem humanen Fibronektin besteht. Anschließend werden die so mit Fibronektin beschichteten Proben unter kräftigem Rühren 1 Stun de lang bei 37°C in eine Suspension der jeweiligen Bakterien gege ben, die durch Einbau von ³H-Thymidin radioaktiv markiert sind. Nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne werden die überschüssigen Bakterien durch Waschen entfernt, die Polymerfolien 2 mal mit je weils 3 ml einer PBS-BSA-Lösung abgespült und zur Bestimmung der Anzahl adhärierender Bakterien in ein Schraubglas mit 20 ml Szin tillationslösung gelegt. Der Prozentsatz an adhärierenden Bakterien wird über das Verhältnis der in der Probe vorhandenen zu der von den Bakterien ursprünglich eingebrachten Radioaktivität bestimmt. Die Hemmung der Bakterienadhäsion wird prozentual zu der Bakterien adhäsion einer unbehandelten Folie als externem Standard bestimmt.

Messung der Bakterienadhäsion beschichteter Standardfolien über die ATP-Bestimmung (statisch)

Nach einer Adsorption der Bakterienzellen an eingetauchte Polymer folien werden die nicht adhärierenden Bakterien mit steriler PBS- Lösung weggespült. Aus den adhärierenden Bakterien wird der Zellin haltsstoff Adenosintriphosphat (ATP) in üblicher Weise extrahiert und mit einer handelsüblichen Testkombination im bioluminometri schen Test bestimmt. Die Anzahl der gemessenen Lichtimpulse ist proportional zur Zahl der adhärierenden Bakterien. Es werden in je dem Fall mehrere Folienstücke eingesetzt. Der mit der unbeschichte ten Standardfolie gemessene Wert wird gleich hundert Prozent ge setzt, und die Bakterienadhäsionswerte der bakterienabweisend be schichteten Folien werden als prozentuale Verminderung Erhöhung ausgedrückt.

Messung der Bakterienadhäsion beschichteter Standardfolien über die ATP-Bestimmung (dynamisch)

Die Bakterien werden mit dem zu prüfenden Folienstück in eine Hefe extrakt-Pepton-Glucose-Nährlösung gegeben und 24 Stunden bei 37°C geschüttelt. Im Anschluß daran wird das Folienstück mit Leitungs wasser gespült, in einen frischen Kolben mit Nährlösung übertragen und für weitere 24 Stunden bei 37°C geschüttelt. Dieser Zyklus wird noch einmal wiederholt, und das Folienstück wird mit Leitungswasser gespült. Aus den an der Folie adhärierenden Bakterien wird der Zellinhaltsstoff Adenosintriphospat (ATP) extrahiert und mit einer handelsüblichen Testkombination im bioluminometrischen Test be stimmt. Da für die dynamische Messung die gleichen Randbedingungen wie für die statische Messung gültig sind, werden die Bakterienad häsionswerte der beschichteten Folien als prozentuale Verminderung im Vergleich zu unbeschichteten Standardfolien ausgedrückt.

B. Untersuchungen zur Zellproliferation Konditionierung der Polymerfolien (Substratfolien)

Die erfindungsgemäß beschichteten Folien und unbeschichtete Ver gleichsfolien werden zwölfmal jeweils 3 Stunden lang bei 37°C in Ethanol gewaschen. Anschließend werden die so vorbehandelten Folien in einer 0,15-molaren Natriumchloridlösung dreimal jeweils 3 Stun den gewaschen und anschließend mit Wasser abgespült. Im folgenden Reinigungsschritt werden die Folien dreimal jeweils 3 Stunden in eine Phosphatpufferlösung gelegt und danach 15 min mit UV-Licht be strahlt. Die so vorbehandelten Folien werden 16 Stunden bei 37°C in einer DMEM-Lösung (Dulbecco's Modified Eagles Medium) gelagert. Abschließend werden die Folien 16 Stunden in einer mit 0,05% Anti biotika, 200 mg/l L-Glutamin und 10% eines fötalen Kälberserums versetzten DMEM-Lösung bei 37°C in einer Atmosphäre von 5% CO₂ und 95% Luft gehalten.

Herstellung der Zellsuspension

Menschliche Fibroblasten (McCoy's) von ATCC Nr. CRL 1996 (Rockvil le, Maryland, USA) werden in einem DMEM-Medium mit 0,05% Antibio tika, 200 mg/l L-Glutamin und 10% eines fötalen Kälberserums bei 37°C in einer Atmosphäre von 5% CO₂ und 95% Luft gezüchtet. Nach Abtrennen der Zellen vom Nährmedium wird sowohl die Anzahl der le benden Zellen als auch die Gesamtzahl der Zellen in üblicher Weise bestimmt.

Messung der Zellproliferationseigenschaften

Dann werden die erfindungsgemäß beschichteten Folien und die Ver gleichsfolien nach der beschriebenen Vorbehandlung in "Wells" (Ver tiefungen in Standardmikrotiterplatten) gegeben und mittels spe zieller PTFE-Einsätze, die zuvor mit Ethanol sterilisiert wurden, arretiert. Folien, "Wells" und PTFE-Einsätze werden durch 16 min Bestrahlung mit UV-Licht sterilisiert. Anschließend werden die Polymerfolien mit der Zellsuspension versetzt. Nach einer Inkuba tion von 8 Tagen bei 37°C werden die Zellen mittels einer Phosphat pufferlösung gereinigt, mit 0,05 Gew.-% Trypsin-EDTA-Lösung abge trennt, und ihre Anzahl wird optisch oder mit einem Zellcounter ausgezählt.

C. Herstellung der Beschichtungspolymeren Beispiel 1

Ein Monomerengemisch aus 65 mol% Tris(trimethylsiloxy)methacryloyl propylsilan (TTMPS), 10 mol% Cinnamoylethylmethacrylat (CEM), 13,7 mol% Methacrylsäure (MA) und 11,3 mol% Dimethyloctylammoniumstyrol sulfonat (DOASS) wird in THF als Lösemittel unter Schutzgas vorge legt und auf 65°C erhitzt. Nach Erreichen dieser Temperatur werden 0,6 mol% Azobisisobutyronitril zugegeben. Nach einer Reaktionsdauer von 24 Stunden wird das Quaterpolymer durch Entfernen des Lösemit tels am Rotationsverdampfer isoliert und anschließend mit Wasser gewaschen. Die NMR-Analyse des Produkts ergibt eine Zusammensetzung von

Dies entspricht einem Molverhältnis von COOH zu SO_3⁻ von 1,2.

Beispiel 2

Ein Monomerengemisch aus 75 mol% Tris(trimethylsiloxy)methacryloyl propylsilan (TTMPS), 10 mol% Cinnamoylethylmethacrylat (CEM), 10 mol% Methacrylsäure (MA) und 5 mol% Dimethyloctylammoniumstyrol sulfonat (DOASS) wird in THF als Lösemittel unter Schutzgas vorge legt und auf 65°C erhitzt. Nach Erreichen dieser Temperatur werden 0,6 mol% Azobisisobutyronitril zugegeben. Nach einer Reaktionsdauer von 24 Stunden wird das Quaterpolymer durch Entfernen des Lösemit tels am Rotationsverdampfer isoliert und anschließend mit Wasser gewaschen. Die NMR-Analyse des Produkts ergibt eine Zusammensetzung von

Dies entspricht einem Molverhältnis von COOH zu SO_3⁻ von 0,55.

Beispiel 3

55 mol% Methylmethacrylat, 35 mol% Methacrylsäure, 5 mol% Natrium styrolsulfonat und 5 mol% Cinnamoylethylmethacrylat werden unter Schutzgas in Dimethylsulfoxid gelöst. Nach Erreichen der Reaktions temperatur von 70°C werden 0,6 mol% Azobisisobutyronitril, gelöst in Dimethylsulfoxid, zugetropft. Nach 18 Stunden Reaktionsdauer wird das Produkt mit Eiswasser ausgefällt und anschließend im Soxh let mit Aceton und Wasser extrahiert. Die Trocknung erfolgt bei 50°C im Vakuum.

Beispiel 4

65 mol% Methylmethacrylat, 18 mol% Methacrylsäure, 12 mol% Natrium styrolsulfonat und 5 mol% Cinnamoylethylmethacrylat werden unter Schutzgas in Dimethylsulfoxid gelöst. Nach Erreichen der Reaktions temperatur von 75°C werden 0,6 mol% Azobisisobutyronitril, gelöst in Dimethylsulfoxid, zugetropft. Nach 16 Stunden Reaktionsdauer wird das Produkt mit Eiswasser ausgefällt und anschließend im Soxh let mit Aceton und Wasser extrahiert. Die Trocknung erfolgt bei 50°C im Vakuum.

Beispiel 5

80 mol% Methylmethacrylat, 10 mol% Acrylsäure, 5 mol% Natriumsty rolsulfonat und 5 mol% Cinnamoylethylmethacrylat werden unter Schutzgas in Dimethylsulfoxid vorgelegt. Nach Erreichen der Reak tionstemperatur von 75°C werden 0,6 mol% Azobisisobutyronitril, ge löst in Dimethylsulfoxid, zugetropft. Nach 16 Stunden Reaktionsdau er wird das Produkt mit Eiswasser ausgefällt und anschließend im Soxhlet mit Aceton und Wasser extrahiert. Die Trocknung erfolgt bei 50°C im Vakuum.

Beispiel 6

87,5 mol% Methylmethacrylat, 5 mol% Maleinsäureanhydrid, 2,5 mol% Natriumstyrolsulfonat und 5 mol% Cinnamoylethylmethacrylat werden unter Schutzgas in Dimethylsulfoxid vorgelegt. Nach Erreichen der Reaktionstemperatur von 70°C werden 0,6 mol% Azobisisobutyronitril, gelöst in Dimethylsulfoxid, zugetropft. Nach 16 Stunden Reaktions dauer wird das Produkt mit Eiswasser ausgefällt und anschließend im Soxhlet mit Aceton und Wasser extrahiert. Die Trocknung erfolgt bei 50°C im Vakuum.

Beispiel 7

80 mol% Methylmethacrylat, 8 mol% Methacrylsäure, 7 mol% Natrium styrolsulfonat und 5 mol% Cinnamoylethylmethacrylat werden unter Schutzgas in Dimethylsulfoxid vorgelegt. Nach Erreichen der Reak tionstemperatur von 70°C werden 0,6 mol% Azobisisobutyronitril, ge löst in Dimethylsulfoxid, zugetropft. Nach 16 Stunden Reaktionsdau er wird das Produkt mit Eiswasser ausgefällt und anschließend im Soxhlet mit Aceton und Wasser extrahiert. Die Trocknung erfolgt bei 50°C im Vakuum.

Beispiel 8

85 mol% Methylmethacrylat, 7,5 mol% Maleinsäureanhydrid, 2,5 mol% Natriumstyrolsulfonat und 5 mol% Cinnamoylethylmethacrylat werden unter Schutzgas in Dimethylsulfoxid vorgelegt. Nach Erreichen der Reaktionstemperatur von 70°C werden 0,6 mol% Azobisisobutyronitril, gelöst in Dimethylsulfoxid. zugetropft. Nach 18 Stunden Reaktions dauer wird das Produkt mit Eiswasser ausgefällt und anschließend im Soxhlet mit Aceton und Wasser extrahiert. Die Trocknung erfolgt bei 50°C im Vakuum.

Beispiel 9

55 mol% Methylmethacrylat, 35 mol% Methacrylsäure, 5 mol% Natrium styrolsulfonat und 5 mol% Cinnamoylethylmethacrylat werden unter Schutzgas in Dimethylsulfoxid vorgelegt. Nach Erreichen der Reak tionstemperatur von 80°C werden 0,6 mol% Azobisisobutyronitril, ge löst in Dimethylsulfoxid, zugetropft. Nach 20 Stunden Reaktionsdau er wird das Produkt mit Eiswasser ausgefällt und anschließend im Soxhlet mit Aceton und Wasser extrahiert. Die Trocknung erfolgt bei 50°C im Vakuum.

Beispiel 10

65 mol% Methylmethacrylat, 18 mol% Methacrylsäure, 12 mol% Tri ethylammoniumstyrolsulfonat und 5 mol% Cinnamoylethylmethacrylat werden unter Schutzgas in Dimethylsulfoxid vorgelegt. Nach Errei chen der Reaktionstemperatur von 70°C werden 0,6 mol% Azobisisobu tyronitril, gelöst in Dimethylsulfoxid, zugetropft. Nach 16 Stunden Reaktionsdauer wird das Produkt mit Eiswasser ausgefällt und an schließend im Soxhlet mit Aceton und Wasser extrahiert. Die Trock nung erfolgt bei 50°C im Vakuum.

Das als strahlungssensitives Monomer verwendete Cinnamoylethylmeth acrylat wird ausgehend von 2-Hydroxyethylmethacrylat (3,8 mM) und Cinnamoylchlorid (3,8 mM) in 100 ml trockenem Ethylether bei Raum temperatur in Anwesenheit von 3,8 mM Pyridin erhalten.

D. Pfropfung der Beschichtungspolymeren auf Substratfolien

Für die Versuche werden cinnamoylgruppenhaltige Substratpolymere eingesetzt. Die Beschichtung der Substrate durch Pfropfung mit den Beschichtungspolymeren wurde mittels Photografting durchgeführt. Als Aktivierungsverfahren wurde UV-Bestrahlung durch eine Hg-Dampf lampe (100 W) gewählt, die Pfropfung wurde durch Bestrahlung mit derselben Lampe initiiert. Im einzelnen wurde so verfahren:

- Das Substrat wird 20 min bestrahlt und anschließend 15 min in THF getaucht;
- eine Lösung des Beschichtungspolymers (10 g/l) in THF/Dime thylsulfoxid (80/20) wird auf 2 Proben der Substratfolie auf gesprüht;
- die beiden Proben werden 10 min bestrahlt, wobei es zu einer Vernetzung und Pfropfung mittels der α-ständigen Doppel bindungen kommt:

Die Photovernetzung mittels der strahlungssensitiven Gruppen kann IR-spektroskopisch beobachtet werden. Während das IR-Spektrum des bereits mit dem Beschichtungspolymer beschichteten, aber noch nicht UV-bestrahlten Substrats bei 1637 cm⁻¹ eine den C=C-Doppelbindungen zugeordnete Bande aufweist, ist diese Bande nach der UV-Bestrahlung nicht mehr registrierbar.

E. Ergebnisse

Die Ergebnisse der Prüfung auf bakterienabweisende Eigenschaften der beschichteten Substratfolien sind aus den folgenden drei gra phischen Darstellungen ersichtlich. Die Szintillationswerte wurden mit den nicht erfindungsgemäßen Folien aus Beschichtungspolymeren erhalten. Man erkennt aus den Fig. 1 und 2, daß die bakterienab weisenden Eigenschaften der erfindungsgemäß beschichteten Substrat folien denjenigen der Folien aus den Beschichtungspolymeren sehr ähnlich sind. Diese Eigenschaften nehmen mit steigendem COO⁻ bzw. COOH/SO₃₋- bzw. SO₃H-Verhältnis ab, sind aber bis zu einem Wert von etwa 5 stark ausgeprägt. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß bei einem Verhältnis von COO⁻ bzw. COOH zu SO₃H bzw. SO₃₋ < 2 und insbesondere von < 3 die Inhibierung der Zellproliferation drastisch abnimmt und praktisch unvermindert im Vergleich zu unbeschichteten Folien ist. Der Bereich von < 3 bis 5 ist gekennzeichnet durch starke bakteri enabweisende und zugleich zellproliferationsfördernde Eigenschaf ten. Ähnlich Ergebnisse werden auch mit den anderen Beschichtungspo lymeren auf derselben und auf anderen Substratfolien erzielt.

Figur 1

Reduktion der Adhäsion von Staphylococcus aureaus auf Folien, die mit Beschichtungspolymer erfindungsgemäß beschichtet waren, in Ab hängigkeit vom molaren COO⁻- bzw. COOH/SO₃₋-Verhältnis

Figur 2

Reduktion der Adhäsion von Staphylococcus epidermidis auf Folien, die mit Beschichtungspolymer erfindungsgemäß beschichtet waren, in Abhängigkeit vom molaren COO⁻- bzw. COOH/SO₃₋-Verhältnis

Figur 3

Reduktion der Zellproliferation von menschlichen Fibroblasten auf einer Folie, die mit einem Beschichtungspolymer erfindungsgemäß beschichtet worden war, in Abhängigkeit von dem molaren COO⁻ bzw. COOH/SO₃⁻-Verhältnis.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von bakterienabweisenden und zu gleich proliferationsfördernden, kovalent fixierten Beschichtungen auf der Oberfläche von Substraten, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Beschichtungspolymer, das

(i) mindestens ein Monomer der allgemeinen Formel I
Formel I: R-(COOR¹)_a,
in der R einen ein- oder zweifach olefinisch ungesättigten orga nischen Rest mit der Wertigkeit a bedeutet,
R¹ Wasserstoff, ein Metalläquivalent oder einen organischen Rest bedeutet und
a für 1, 2 oder 3 steht;
(ii) mindestens ein Monomer der allgemeinen Formel II
Formel II: R-(SO₃R¹)_a,
in der R, R¹ und a die angegebene Bedeutung haben: und
(iii) mindestens ein Monomer mit einer UV-strahlungssensitiven Gruppe
einpolymerisiert enthält, strahleninduziert auf eine aktivierte Substratoberfläche aufpfropft, wobei das molare Verhältnis der Reste -COOR¹ und -SO₃R¹ 2 bis 10 beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das molare Verhältnis der Reste -COOR¹ und -SO₃H < 3 bis 5 beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungspolymer

(i) mindestens ein Monomer der allgemeinen Formel III
Formel III: (C_nH_2n-q-x)(COOR²)_x und
(ii) mindestens ein Monomer der allgemeinen Formel IV
Formel IV: (C_nH_2n-q-x)(SO₃R²)_x
enthält, wobei
n jeweils unabhängig für eine ganze Zahl von 2 bis einschließ lich 6;
x jeweils unabhängig für 1 oder 2;
q jeweils unabhängig für 0 oder 2 steht; und
R² jeweils unabhängig -H, ein Äquivalent eines Metallions, oder einen Rest eines aliphatischen, cycloaliphatischen oder araliphatischen Alkohols bedeutet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
R² jeweils unabhängig einen Rest eines Alkanols mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eines Cycloalkanols mit 5 bis 12 Kohlen stoffatomen, eines Arylalkanols mit 7 bis 10 Kohlenstoff atomen oder eines Alkanols mit Sauerstoff und/oder Stick stoffatomen in der Kette und mit bis zu 12 Kohlenstoffato men bedeutet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungspolymer

(i) mindestens ein von Benzol abgeleitetes Monomer der allge meinen Formel V
Formel V: (C₆H_6-b-c-d)B_bR³ _c(OH)_d und
(ii) mindestens ein von Benzol abgeleitetes Monomer der allge meinen Formel VI
Formel VI: (C₆H_6-b-c-d)B_bR³ _c(OH)_d
enthält, wobei
B jeweils unabhängig einen ein- oder zweiwertigen geradketti gen oder verzweigten Rest der Formeln -(C_nH_2n-1-q-x)(COOR²)_x oder -(C_nH_2n-1-q-x)(SO₃R²)_x bedeu tet, wobei R², n, q und x wie zuvor definiert sind;
R³ jeweils unabhängig C_1-4-Alkyl, -NH₂, -COOH, -SO₃H, -OSO₃H, -OPO(OH)₂, -PO(OH)₂, -OP(OH)₂, -OPO(O⁻)OCH₂CH₂N⁺(CH₃)₃, -PO(O⁻)OCH₂CH₂N⁺(CH₃)₃, -OP(O⁻)OCH₂CH₂N⁺(CH₃)₃ oder gegebe nenfalls ein Salz, insbesondere ein Alkalisalz, oder einen Ester der genannten Gruppen bedeutet;
b für 1, 2 oder 3 steht;
c für 0, 1, 2 oder 3 steht; und
d für 0, 1, 2 oder 3 steht;
mit der Maßgabe, daß b + c + d ≦ 6, vorteilhaft ≦ 4 ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Beschichtungspolymer (a) Monomere mit Carboxyl-, Carboxylat- und/oder Carbonestergruppen sowie (b) Monomere mit Sul fosäure-, Sulfonat- und/oder Sulfonsäureestergruppen enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Anteil der Monomeren I bis VI am Gesamtmonomeren gehalt des Beschichtungspolymeren 5 bis 30 mol% beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Beschichtungspolymer Carboxyl- und Sulfosäure gruppen; Carboxyl- und Sulfonatgruppen; Carboxylat- und Sulfonat gruppen; Carboxyl-, Sulfonsäure- und Sulfonatgruppen oder Carb oxyl-, Carboxylat- und Sulfonatgruppen enthält.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8. dadurch gekenn zeichnet, daß das Monomer mit UV-strahlungssensitiver Gruppe ein Cinnamoyl- oder Furylderivat ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Monomer mit UV-strahlungssensitiver Gruppe Cinnamoylethylacrylat oder -methacrylat ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Substratoberfläche durch ein einpolymerisiertes Monomer mit einer UV-strahlungssensitiven Gruppe aktiviert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Substratoberfläche durch UV-Strahlung aktiviert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Substratoberfläche durch ein einpolymerisiertes Monomer mit einer UV-strahlungssensitiven Gruppe und zusätzlich durch UV-Strahlung aktiviert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Substratoberfläche durch Hochfrequenz- oder Mikrowellenplasma aktiviert wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die Pfropfung des Beschichtungspolymeren auf die Sub stratoberfläche durch UV-Strahlen induziert wird.

16. Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß er auf seiner Ober fläche eine bakterienabweisende und zugleich zellproliferationsför dernde Beschichtung aufweist, die durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 erzeugt wurde.

17. Verwendung eines Gegenstandes nach Anspruch 16 im medizini schen oder biotechnischen Bereich.