DE19809054A1

DE19809054A1 - Bioaktive Beschichtung von Oberflächen unter Mitverwendung von Vernetzern

Info

Publication number: DE19809054A1
Application number: DE19809054A
Authority: DE
Inventors: Roland Kunz; Christine Dr Anders; Peter Dr Ottersbach
Original assignee: Huels AG; Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1997-06-28
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 1999-01-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur bioaktiven Beschichtung der Oberfläche von Polymersubstraten durch Pfropfung mit bestimmten Mo nomeren oder einem Polymer daraus. Wichtige Eigenschaften der erfin dungsgemäß aufgebrachten Beschichtungen sind ihre bakterienabweisen den Eigenschaften sowie gute Verträglichkeit im Kontakt mit Körper flüssigkeiten und Gewebe. Je nach Funktionalität der Beschichtungs monomeren bzw. nach dem Molverhältnis bestimmter funktioneller Grup pen in der Beschichtung werden die Oberflächen darüber hinaus zell proliferationshemmend oder zellproliferationsfördernd eingestellt. Die Erfindung betrifft weiterhin Erzeugnisse mit derart beschichte ten Oberflächen zur Verwendung auf den Gebieten der Nahrungs- und Genußmitteltechnik, Wassertechnik, Biotechnik der Hygienevorsorge und insbesondere der Medizintechnik.

I. Ältere Anmeldungen auf dem Gebiet der bioaktiven Polymeren

1. Gegenstand der deutschen Patentanmeldung 197 23 132.2 (O.Z. 5202) ist die Verwendung von wasserunlöslichen Polymeren A. erhältlich durch radikalische Polymerisation von
(a) mindestens einem Monomer der allgemeinen Formel
R-(A)_a I
in der R einen aliphatisch ungesättigten organischen Rest mit der Wertigkeit a bedeutet,
A eine Carboxylgruppe -COOH, Schwefelsäuregruppe -OSO₂OH, Sulfonsäuregruppe -SO₃H, Phosphorsäuregruppe -OPO(OH)₂, Phosphonsäuregruppe -PO(OH)₂ Phosphorigsäuregruppe -OP(OH)₂, phenolische Hydroxylgruppe oder ein Salz einer der genannten Gruppen bezeichnet, und
a für 1, 2 oder 3 steht;
mit der Maßgabe, daß wenn das Monomer der Formel I eine Carboxylgruppe -COOH oder einer Carboxylatgruppe auf weist, entweder dieses Monomer mindestens einen weiteren Rest A mit einer anderen der für A genannten Bedeutungen enthält oder mindestens ein weiteres Monomer der Formel I, in dem A eine andere der für A genannten Bedeutungen hat, mitverwendet wird; und
(b) mindestens einem anderen aliphatisch ungesättigten Mono mer, als bakteriophobes Material.

Ein weiterer Gegenstand der deutschen Patentanmeldung 197 23 132.2 (O.Z. 5202) sind neue, zu den Polymeren A zählende wasserunlösliche, bakteriophobe Polymere B, erhältlich durch ra dikalische Copolymerisation von

(c) einem oder mehreren Carboxylgruppen- und/oder Carboxylat gruppen-haltigen, aliphatisch ungesättigten Monomeren oder den entsprechend funktionalisierten Derivaten der Monomeren als Komponente I mit
(d) einem oder mehreren Sulfonsäuregruppen- und/oder Sulfonat gruppen-haltigen, aliphatisch ungesättigten Monomeren oder den entsprechend funktionalisierten Derivaten der Monomeren als Komponente II und
(b) einer Komponente III, die ein weiteres aliphatisch ungesät tigtes Monomer oder mehrere weitere aliphatisch ungesättigte Monomere enthält,

wobei gegebenenfalls die entsprechend funktionalisierten Deriva te nach der Copolymerisation zumindest an der Oberfläche in Carb oxyl- oder Carboxylatgruppen bzw. Sulfonsäure- oder Sulfonatgrup pen überführt werden.

Des weiteren ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Ver fahren zur Herstellung der wasserunlöslichen, bakteriophoben Po lymeren B.

Zu den weiteren Monomeren, die als Monomer (b) bzw. als Komponen te III mitverwendet werden können, zählen auch Diolefine.

2. Gegenstand der deutschen Patentanmeldung 197 23 131.4 (O.Z. 5203) ist die Verwendung derselben Polymeren A und sind dieselben Poly mere B, wobei es jedoch auf die zellproliferationsinhibierende Wirkung ankommt, die bei bestimmten Molverhältnissen von Carb oxyl- und/oder Carboxylatgruppen zu Sulfonsäure- und/oder Sulfo natgruppen besonders ausgeprägt ist.
3. Die deutsche Patentanmeldung 197 00 078.9 (O.Z. 5141) betrifft die Polymere B der beiden zuvor genannten Anmeldungen, wobei je doch auf eine die Zellproliferation begünstigende Wirkung abgeho ben wird, die bei bestimmten Molverhältnissen von Carboxyl und/oder Carboxylatgruppen zu Sulfonsäure- und/oder Sulfonatgruppen gegeben ist.
4. Die deutsche Patentanmeldung 197 20 370.1 (O.Z. 5192) betrifft ein Verfahren zur bioaktiven Beschichtung der Oberfläche von Sub straten, insbesondere von polymeren Substraten, bei dem man min destens ein Monomer der allgemeinen Formel
R-(A)_a I
in der R, A und a die unter 1. genannte Bedeutung haben, strah leninduziert auf einer aktivierten Substratoberfläche pfropfpoly merisiert, mit der Maßgabe, daß ein Monomer I, in dem A die Carb oxylgruppe -COOH oder ein Salz oder einen Ester der Carboxylgrup pe bedeutet, entweder mindestens einen weiteren Rest A mit einer anderen der für A genannten Bedeutungen enthält oder zusammen min mindestens einem weiteren Monomeren I verwendet wird, in dem A eine andere der für A genannten Bedeutungen hat.
Dabei setzt man als Monomer der Formel I vorteilhaft eine Mi schung von Monomeren der allgemeinen Formeln II oder III
(C_nH_2n-q-x)(COOR¹)_x II
(C_nH_2n-q-x)(SO₃R¹)_x III
ein. In den Formeln, die in der allgemeinen Formel I eingeschlos sen sind, steht
- n jeweils unabhängig für eine ganze Zahl von 2 bis einschließlich 6;
  x jeweils unabhängig für 1 oder 2;
  q jeweils unabhängig für 0 oder 2; und
bedeutet der Rest R¹ jeweils unabhängig -H, ein Äquivalent eines Metallions, insbesondere ein Alkalimetallion, einen Rest eines aliphatischen, cycloaliphatischen oder araliphatischen Alkohols, vorzugsweise eines Alkanols mit 1 bis 6, insbesondere mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eines Cycloalkanols mit 5 bis 12 Kohlenstoff atomen, eines Arylalkanols mit 7 bis 10 Kohlenstoffatomen oder eines Alkanols mit Sauerstoff- und/oder Stickstoffatomen in der Kette und bis zu 12 Kohlenstoffatomen, wie -(CH ₂-CH₂-O)_d-H, -(CH₂-CH(CH₃)-O) _d-H, -(CH₂-CH₂-CH₂-O)_d-H oder -(CH₂)_d-NH_2-e(R²)_e, wobei R² für -CH₃ oder -C₂H₅, d für 1, 2, 3 oder 4 und e für 0, 1 oder 2 steht.
Für das Verfahren hat sich eine Kombination aus Monomeren I und II bewährt, die zu Beschichtungen führt, welche einerseits Carb oxyl- und/oder Carboxylatgruppen und andererseits Sulfonsäure- und/oder Sulfonatgruppen aufweisen. Diese Beschichtungen zeigen eine gute Blutverträglichkeit und ebenso eine gute bakterienab weisende Wirkung. Sie haben zudem ausgeprägte zellproliferations inhibierende Eigenschaften, wenn das Verhältnis der genannten Gruppen 0,2 bis 3, vorteilhaft 0,4 bis 3 und insbesondere 0,4 bis 2 beträgt. Die beschichteten Oberflächen zeigen dagegen zellpro liferationsfördernde Eigenschaften, wenn das besagte molare Ver hältnis 2 bis 10, vorteilhaft 3 bis 10 und insbesondere 3 bis 5 beträgt.
Auch hier können neben den Monomeren I, II und III mit den wir kungsbestimmenden Gruppen weitere Monomere mitverwendet werden, von denen auch Diolefine genannt werden.
5. Gegenstand der deutschen Patentanmeldung 197 00 081.9 (O.Z. 5143) ist die Herstellung von bakterienabweisenden, kovalent fixierte Beschichtungen auf der Oberfläche von Substraten, insbesondere von Polymersubstraten, wobei man ein Beschichtungspolymer, das
(i) mindestens ein Monomer der allgemeinen Formel
R-(A)_a I
in der R, A und a die zuvor unter 1. genannte Bedeutung haben, und
(ii) mindestens ein UV-strahlungssensitives Monomer einpolymeri siert enthält, strahleninduziert auf eine aktivierte Substratoberfläche pfropft.
Zu den gepfropften Beschichtungspolymeren zählen wiederum solche, bei denen als Monomere I eine Mischung von Monomeren der allge meinen Formeln II und III,
(C_nH_2n-q-x)(COOR¹)_x II
(C_nH_2n-q-x)(SO₃R¹)_x III
verwendet wird, in denen R¹, n, q und x die zuvor unter 4. ge nannte Bedeutung haben.
Neben den Monomeren I, II und III mit den wirkungsbestimmenden Gruppen können wiederum weitere Monomere mitverwendet werden, von denen auch Diolefine genannt werden.
6. Gegenstand der deutschen Patentanmeldung 197 00 827 (O.Z. 5144) ist die Herstellung derselben Beschichtungspolymeren wie in der unter 5. genannten Patentanmeldung, wobei es jedoch auf die zell proliferationsinhibierende Wirkung ankommt, die bei bestimmten Molverhältnissen von Carboxyl- und/oder Carboxylatgruppen zu Sul fonsäure- und/oder Sulfonatgruppen besonders ausgeprägt ist.
7. Die deutsche Patentanmeldung 197 00 835 (O.Z. 5145) betrifft ein Verfahren zur Herstellung von bakterienabweisenden und zugleich die Zellproliferation begünstigenden, kovalent fixierten Be schichtungen auf der Oberfläche von Substraten, bei dem man ein Beschichtungspolymer, das
(i) mindestens ein Monomer der allgemeinen Formel I
R-(COOR¹)_a I,
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
R-(SO₃R¹)_a II
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 3 bis 10 beträgt.
Auch bei diesem Verfahren können zusätzlich zu den Monomeren I und II weitere Monomere ohne wirkungsbestimmende Gruppen mitver wendet werden, darunter wiederum Diolefine.
8. Schließlich betrifft die deutsche Patentanmeldung 197 15 449.2 (O.Z. 5176) ein Verfahren zur Modifizierung der Oberfläche von Polymersubstraten mittels photochemisch induzierter Pfropfpolyme risation, bei dem man das Polymersubstrat zunächst mit einem Pho toinitiator und mindestens einem aliphatisch ungesättigten Mono meren vorbehandelt und dann auf das vorbehandelte Polymersubstrat durch elektromagnetische Strahlung induziert mindestens ein ali phatisch ungesättigtes Monomer polymerisiert wird. Zu den ver wendbaren aliphatisch ungesättigten Monomeren zählen auch solche, die den zuvor erwähnten Formeln I, II und III entsprechen. Neben monoolefinischen Monomeren können auch diolefinische Monomere der Formel CH₂=CR¹-R⁶-CR¹=CH₂, in der R¹ für Wasserstoff oder eine Methylgruppe steht und R⁶ einen zweiwertigen organischen Rest be deutet, einpolymerisiert werden, wodurch vernetzte Pfropfcopoly mere entstehen.

II. Beschreibung der Erfindung

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß sich Polymersubstrate durch Pfropfung mit Monomeren oder Polymeren mit einer gegenüber den Verfahren der älteren Patentanmeldungen stärker bakterienabweisenden und besser haftenden Beschichtung versehen lassen, wenn man

(A) mindestens ein Vinylmonomer (Monomer A) der allgemeinen Formel
R-(A)_a I
in der R einen ein- oder zweifach olefinisch ungesättigten orga nischen Rest mit der Wertigkeit a bedeutet,
A eine Carboxylgruppe -COOH, Schwefelsäuregruppe -OSO₂OH, Sulfonsäuregruppe -SO₃H, Phosphorsäuregruppe -OPO(OH)₂ Phosphonsäuregruppe -PO(OH)₂, Phosphorigsäuregruppe -OP(C)H)₂, phenolische Hydroxylgruppe oder ein Salz einer der genannten Gruppen bezeichnet, und
a für 1, 2 oder 3 steht;
mit der Maßgabe, daß wenn das Monomer der Formel I eine Carboxylgruppe -COOH oder einer Carboxylatgruppe aufweist, entweder dieses Monomer mindestens einen weiteren Rest A mit einer anderen der für A genannten Bedeutungen enthält oder mindestens ein weiteres Monomer der Formel I, in dem A eine andere der für A genannten Bedeutungen hat, mitverwendet wird; und
(B) mindestens ein mindestens zwei olefinische Doppelbindungen ent haltendes, vernetzendes Vinylmonomer (Monomer B) oder
(C) ein Polymer, das mindestens ein Monomer A enthält (Polymer C), mit mindestens einem Monomer B auf das Polymersubstrat pfropft;
wobei entweder das Polymersubstrat vor der Pfropfung aktiviert wird und die Pfropfung durch elektromagnetische Strahlung oder thermisch initiiert wird oder
ein Initiator mitverwendet und die Pfropfung durch elektromagneti sche Strahlung oder thermisch initiiert wird.

Man kann also wahlweise ein vorgefertigtes, unvernetztes Polymer zu sammen mit einem Vernetzer pfropfen oder aber von den Monomeren aus gehen und so verfahrenstechnisch vorteilhaft die Polymerisation mit der Pfropfung verbinden.

Unter den Salzen der für A in der Formel I genannten Gruppen werden Alkalisalze und insbesondere die Natriumsalze bevorzugt.

Das gemeinsame Kennzeichen der Monomeren der Formel I (Monomere A) ist, daß sie 1 oder 2 olefinische Doppelbindungen sowie mindestens eine saure Gruppe oder ein Salz einer sauren Gruppe aufweisen.

Die erfindungsgemäß beschichteten Oberflächen zeigen eine bemerkens werte Kombination vorteilhafter Eigenschaften und daher eine hervor ragende physiologische Verträglichkeit. Sie sind insbesondere besser blutverträglich und vermindern die Adhäsion und Vermehrung von Bak terien in einem höheren Maße auch über längere Zeit, als dies bei den Beschichtungen nach den erwähnten Patentanmeldungen der Fall ist. Dies gilt u. a. für die Bakterien Staphylococcus aureus, Staphy lococcus epidermidis, Streptococcus pyogenes, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa und Escherichia coli. Gleichzeitig wird mei stens auch die Proliferation von Zellen inhibiert, beispielsweise von Nabelschnurzellen. Die besonderen Bedingungen, unter denen eine Beschichtung bakterienabweisend, aber zellproliferationsfördernd ist, werden später erläutert. Die Oberflächen der erfindungsgemäß beschichteten Substrate sind, gegebenenfalls nach Extraktion, frei von migrationsfähigen und/oder extrahierbaren Monomer- und Oligome ranteilen. Unerwünschte Nebenwirkungen durch freigesetzte körper fremde Stoffe oder durch abgetöte Bakterien werden nicht beobachtet.

1. Monomere A

Bei der Pfropf(co)polymerisation von Monomeren setzt man z. B. als Monomer A vorteilhaft eine Mischung von Monomeren der allgemeinen Formeln II oder III

(C_nH_2n-q-x)(COOR¹)_x II

(C_nH_2n-q-x)(SO₃R¹)_x III

ein. In den Formeln, die in der allgemeinen Formel I eingeschlossen sind, steht

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 R¹ jeweils unabhängig -H oder ein Äquivalent eines Metallions, insbesondere ein Alkalimetallion.

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

Anstelle von zwei Monomeren A mit den Formeln II und III kann man auch nur ein Monomer (II + III) einsetzen, das die Gruppen -COOR¹ und -SO₃R¹ in demselben Molekül enthält.

Auch vom Benzol abgeleitete Monomere A der allgemeinen Formel

(C₆H_6-b-c-d)B_bR³ _c(OH)_d IV

können eingesetzt werden, worin
B jeweils unabhängig einen ein- oder zweifach ungesättigten geradkettigen oder verzweigten Rest der Formeln (C_nH_2n-l-q-y)(COOR¹)_y oder (C_nH_2n-l-q-y)(SO₃R¹)_y bedeutet, wobei R¹, n und q wie zuvor definiert sind und y für 0, 1 oder 2 steht;
R³ jeweils unabhängig C_1-4-Alkyl, -NH₂, -COOH, -SO₃H, -OSO₃H, -OPO(OH)₂, -PO(OH)₂, -OP(OH)₂, -OPO(O⁻)OCH₂-CH₂-N⁺(CH₃)₃, -PO(O⁻)O-CH₂-CH₂-N⁺(CH₃)₃, -OP(O⁻)OCH₂-CH₂-N⁺(CH₃)₃ oder ein Salz, insbesondere ein Alkalisalz, oder einen Ester der ge nannten 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 können außer der erwähnten Kombination von Monomeren A der Formeln II und III auch beliebige Mischungen von Monomeren A der allgemeinen Formeln I, II, III und IV für das erfindungsgemäße Ver fahren eingesetzt werden.

Andere geeignete Monomere A sind der Formel I entsprechende Verbin dungen mit Schwefelsäuregruppen oder Salzen dieser Gruppen (Sulfat gruppen); Sulfonsäuregruppen oder deren Salzen; Phosphonsäuregrup pen, sauren Phosphonsäureestergruppen oder Salzen von Phosphonsäure gruppen oder sauren Phosphonsäureestergruppen; Phosphorsäuregruppen, sauren Phosphorsäureestergruppen oder Salzen von Phosphorsäuregrup pen oder sauren Phosphorsäureestergruppen; Phosphorigsäuregruppen, sauren Phosphorigsäureestergruppen oder Salzen von Phosphorigsäure gruppen oder sauren Phosphorigsäureestergruppen. Auch diese Monome ren können im Gemisch untereinander und/oder mit anderen Monomeren A der allgemeinen Formeln I, II, III und IV für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden.

Weiterhin seien noch 1 bis 3-wertige (oder -basische) Phenole sowie deren Salze, die der Formel I entsprechen, als geeignete Monomere erwähnt. Auch sie werden gegebenenfalls im Gemisch untereinander und/oder mit den zuvor erwähnten Monomeren A eingesetzt.

Für das erfindungsgemäße Verfahren hat sich eine Kombination aus Mo nomeren I bis IV bewährt, die zu Beschichtungen führt, welche einer seits Carboxyl- und/oder Carboxylatgruppen und andererseits Sulfon säure- und/oder Sulfonatgruppen aufweisen. Es gibt unter dem Aspekt der Verträglichkeit bzw. Koexistenz drei mögliche Zweierkombinatio nen aus den genannten Gruppen, nämlich Carboxyl- und Sulfonsäure gruppen, Carboxyl- und Sulfonatgruppen sowie Carboxylat- und Sulfo natgruppen, und weiterhin zwei Dreierkombinationen, nämlich Carb oxyl-, Carboxylat- und Sulfonatgruppen sowie Carboxyl-, Sulfosäure- und Sulfonatgruppen. Alle diese Kombinationen charakterisieren brauchbare Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Natürlich ist es auch möglich, Monomere einzusetzen, deren funktio nelle Gruppen nach der Pfropfpolymerisation verändert werden. So kann man z. B. den Acrylamid-Baustein nachträglich durch Hydrolyse in saurem Medium in den Acrylsäure-Baustein umwandeln. Weiterhin kann man Carboxyl- und Sulfonsäuregruppen durch Neutralisieren (z. B. in Phosphatpuffern) sowie Carbonester- und Sulfosäureestergruppen durch Hydrolyse in Carboxylat- bzw. Sulfonatgruppen überführen. In der ge nannten Kombination kann das molare Verhältnis von Carboxyl- und/oder Carboxylatgruppen zu Sulfonsäure- und/oder Sulfonatgruppen in der Beschichtung in weiten Grenzen schwanken. Besonders ausgeprägte zellproliferationsinhibierende Eigenschaften werden erzielt, wenn das genannte Verhältnis 0,2 bis 3, vorteilhaft 0,4 bis 3 und insbe sondere 0,4 bis 2 beträgt. Die beschichteten Oberflächen zeigen in bemerkenswerter Weise bakterienabweisende, aber zellproliferations fördernde Eigenschaften, wenn das besagte molare Verhältnis 2 bis 10, vorteilhaft 3 bis 10 und insbesondere 3 bis 5 beträgt. Zellpro liferationsfördernd im Sinne der Erfindung ist eine Beschichtung dann, wenn die Haftung und Vermehrung von Säugetierzellen durch die Beschichtung im Vergleich zu der unbeschichteten Oberfläche verbes sert oder jedenfalls weniger stark beeinträchtigt wird als die Haf tung und Vermehrung von Bakterien.

Von den geeigneten Monomeren A seien beispielsweise genannt: Acrylsäure, 4-Vinylsalicylsäure, Itaconsäure, Vinylessigsäure, Zimt säure, 4-Vinylbenzoesäure, 2-Vinylbenzoesäure, Sorbinsäure, Kaffee säure, Maleinsäure, Methylmaleinsäure, Crotonsäure, Isocrotonsäure, Fumarsäure, Dimethylfumarsäure, Methylfumarsäure, Dihydroxymalein säure, Allylessigsäure sowie die Natriumsalze dieser Säuren; Natriumallylsulfat, Natriumallylsulfonat, Natriummethallylsulfat säure, Natriumstyrolsulfonat, Natriumvinyltoluolsulfonat; Buten-(2)-diol-(1,4)-diphosphorsäure, Buten-(2)-diol-(1,4)-diphos phonsäure sowie die Dinatriumsalze der beiden Phosphor- bzw. Phos phonsäuren, Monoallylphosphit; 2-Vinylphenol, 2-Allylhydrochinon, 4-Vinylresorcin, m-Hydroxystyrol, o-Hydroxystyrol, p-Hydroxystyrol, Carboxyl-vinylbenzolsulfonsäure.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man als Monomer A eine Mischung aus Monomeren der allge meinen Formeln V und VI

In den Formeln I und II bedeuten
R¹ Wasserstoff oder den Methylrest.
R² einen zweiwertigen organischen Rest, vorzugsweise einen aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Kohlen wasserstoffrest mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen, oder eine C-C-Einfachbindung.
R³ -O- oder -NH-,
R⁴ Wasserstoff oder den Rest -SO₃⁻Na⁺,
R⁵ Wasserstoff, den Methylrest oder den Rest -R²-COO⁻Na⁺,
R⁶ Wasserstoff oder Na und
n 4 oder 5;
mit der Maßgabe, daß mindestens einer der Substituenten R⁴ ein Rest -SO₃⁻Na⁺ ist.

In bevorzugten Monomeren A der Formeln V und VI bedeutet
R¹ Wasserstoff,
R² einen Alkylenrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, einen Phenylenrest oder eine C-C-Einfachbindung.
R³ -O- oder -NH-.
R⁴ Wasserstoff oder den Rest -SO₃⁻Na⁺,
R⁵ Wasserstoff oder den Rest -R²-COO⁻Na⁺,
R⁶ Wasserstoff oder Na und steht
n für 4.

Die Monomeren A der Formel V enthalten modifizierte Zuckerreste, die vorzugsweise von Pentosen und insbesondere von Arabinose abgeleitet sind. Die Zuckerreste enthalten mindestens einen der Reste -O-SO₃⁻Na⁺ ("O-Sulfat") oder -NH-SO₃⁻Na⁺ ("N-Sulfat"), bevorzugt be nachbart zu dem Rest R². Sie weisen vorzugsweise 1 bis 4 dieser Reste auf. In einem Zuckerrest können O-Sulfat- und N-Sulfatreste gleichzeitig vorliegen, wobei dann der N-Sulfatrest bevorzugt be nachbart zum Rest R² positioniert ist. Alternativ kann der Zucker rest aber auch ausschließlich eine Art dieser Reste enthalten, z. B. nur O-Sulfatreste. Jede der genannten Spezies (nur O-Sulfat enthal tende sowie N-Sulfat-haltige Reste) ist für sich allein oder zusam men mit der anderen Spezies als Monomer A der Formel V geeignet. Das Mischungsverhältnis beträgt also 0 : 100 bis 100 : 0.

2. Vernetzende Vinylmonomere B

Vernetzende Vinylmonomere (Monomere B) weisen mindestens 2, vorteil haft 3 bis 6 olefinische Doppelbindungen auf und haben im allgemei nen keine Gruppen, die zu der biologischen Wirkung der Beschichtung beitragen. Ihre Mitverwendung führt zu dickeren und delaminations stabileren Schichten und setzt die Bakterienadhäsion und -vermehrung unter sonst gleichen Bedingungen noch einmal erheblich herab. Ver netzer mit mehr als 2, insbesondere solche mit 3 bis 6 olefinischen Doppelbindungen, sind insoweit deutlich wirksamer als diolefinische Vernetzer. Ihre Mitverwendung ist auch dann nützlich, wenn die Mono meren A mehr als eine olefinische Doppelbindung enthalten, also al lein ein Netzwerk bilden könnten. Natürlich kann man auch mit zwei oder mehr verschiedenen Monomeren B arbeiten. Die Monomeren B können neben ihren olefinischen Doppelbindungen z. B. hydrophile Gruppen, wie Hydroxylgruppen und/oder Alkylenoxidgruppen, enthalten und sind dann gleichzeitig hydrophilierende und vernetzende Monomere B. Man wendet die Monomeren B zweckmäßig in Mengen von 0,01 bis 50 Molpro zent, vorteilhaft von 0,1 bis 20 Molprozent an, bezogen auf die Monomeren A.

Geeignete Monomere B sind z. B. solche mit 2 olefinischen Doppelbin dungen, wie 1,3-Butadien, Isopren und Chloropren; (Meth)crylsäure ester, wie Ethylenglykoldiacrylat, Diethylenglykoldimethacrylat und Polyethylenglykol-1000-dimethacrylat; und Vinylverbindungen, wie 1,4-Butandioldivinylether, Ethylenglykoldivinylether und 1,4-Divi nylbenzol, Von den Vernetzern mit 3 oder mehr olefinischen Doppel bindungen seien beispielsweise Acrylsäureester, wie Trimethylolpro pantriacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat und Pentaerythritte traacrylat; Polyvinylether, wie Glycerin-12EO-trivinylether und Pen taerythrit-64EO-tetravinylether; Kohlenhydratderivate, wie acryloy lierte Hydroxypropylzellulose mit mehr als zwei Acryloylgruppe pro Molekül; und Allylverbindungen, wie Pentaerythrittetraallylether ge nannt.

3. Weitere, gegebenenfalls mitverwendbare Monomere D

Neben den beschriebenen Monomeren A mit den aufgeführten blutver träglich machenden und bakterienabweisend sowie zellproliferations inhibierend oder -fördernd wirkenden Gruppen und den Vernetzern B kann man auch andere, einfach olefinisch ungesättigte Monomere (in der Folge Monomere D genannt) mitverwenden, die insoweit neutral oder allenfalls schwach wirksam sind. Das können z. B. (Meth)acryl säurederivate sein, wie Ethylacrylat, Isobutylacrylat, 2-Ethylhexyl acrylat, 2-Hydroxyethylacrylat, 2-(2'-Hydroxyethoxy)ethylacrylat, 2-Hydroxy-1-methylethylacrylat, 2-N,N-Dimethylaminoethylacrylat, n-Propylmethacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, 2-(2'-Hydroxyeth oxy)ethylmethacrylat, 2-Hydroxy-1-methylethylmethacrylat, 2-N,N-Di methylaminoethylmethacrylat, Diethylenglykolmonomethacrylat, (Meth)- acrylnitril, Vinylketone, wie Vinylethylketon, Olefine und Diolefi ne, wie 1-Buten und 1-Hexen, Vinylaromaten, wie Styrol, Vinyltoluol und Divinylbenzol, und Vinylsiloxane. Diese Monomeren können sogar in überwiegender Menge vorhanden sein, z. B. bis zu 90 Mol% ausma chen.

4. Polymere C aus den Monomeren A und gegebenenfalls D

Statt die Monomeren A, B und gegebenenfalls D als solche zu pfrop fen, kann man auch die Monomeren A und gegebenenfalls D vorher poly merisieren und die so erhaltenen Polymere (Polymere C) zusammen mit einem vernetzenden Monomer B pfropfen (oder pfropfpolymerisieren). Die Polymeren C werden in üblicher Weise durch radikalisch initiier te 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 Trichlorme than; Ester, wie Ethylacetat, Propylacetat und Amylacetat; sowie Nitrile, wie Acetonitril; oder Gemische aus diesen Lösemitteln.

Geeignete Polymerisationsinitiatoren sind z. B. Azonitrile, Alkylper oxide, Acylperoxide, Hydroperoxide, Peroxyketone, Peroxyester und Percarbonate sowie alle üblichen Photoinitiatoren. Die Polymerisa tion 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 C in üblicher Weise vom Lösemittel abgetrennt, beispielsweise durch Fällung mittels Ethanol, sofern die Polymerisation wäßriger Lösung durchgeführt wurde. In Emulsion hergestellte Polymere können durch Sprühtrocknung gewonnen werden. Durch Extraktion mit einem geeigne ten Lösemittel können monomere oder oligomere Bestandteile entfernt werden.

5. Die Polymersubstrate

Als Polymersubstrate eignen sich alle polymeren Kunststoffe, wie Polyurethane, Polyamide, Polyester und -ether, Polyetherblockamide und Polyorganosiloxane. Weiterhin geeignet sind z. B. Polystyrol Polyvinylchlorid, Polycarbonate, Polyolefine, Polysulfone, Polyiso pren, Polychloropren, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyacrylate, Polymethacrylate, entsprechende Copolymere und Blends sowie natürli che und synthetische Kautschuke, mit oder ohne strahlungssensitive Gruppen. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch auf Oberflä chen von lackierten oder anderweitig mit Kunststoff beschichteten Metall-, Glas- oder Holzkörpern anwenden.

6. Pfropfung auf die Polymersubstrate 6.1 Auf aktivierte Substratoberflächen

Die Oberflächen der Substrate können erfindungsgemäß nach einer Rei he von Methoden aktiviert werden. Zweckmäßig werden sie zuvor in be kannter Weise mittels eines Lösemittels von Ölen, Fetten oder ande ren Verunreinigungen befreit.

6.1.1 Die Aktivierung von Standardpolymeren ohne UV-strahlungssen sitive Gruppen kann vorteilhaft 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 genannten Bereichen emittieren. Die Expositionszeit beträgt im allgemeinen 0,1 Sekunden bis 20 Minuten, vorzugsweise 1 Sekunde bis 10 Minuten. Es hat sich gezeigt, daß die Anwesenheit von Sauerstoff vorteilhaft ist. Die bevorzugten Sauer stoffdrücke liegen zwischen 2×10^-5 und 2×10^-2 bar. Man arbeitet bei spielsweise in einem Vakuum von 10^-4 bis 10^-1 bar oder unter Verwen dung eines Inertgases, wie Helium, Stickstoff oder Argon, mit einem Sauerstoffgehalt von 0,02 bis 20 Promille.

6.1.2 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 Energie eintrag liegt bei Laborgeräten in der Regel zwischen 100 und 2.000 W, vorzugsweise zwischen 200 und 1.800 W.

6.1.3 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, vor zugsweise 1 bis 60 Sekunden.

6.1.4 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.

6.1.5 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 betrie ben werden. In jedem Fall muß eine schädliche Überhitzung des Sub strats vermieden werden, was durch innigen Kontakt mit einer gekühl ten Metallfläche auf der von der Beflammungsseite abgewandten Sub stratoberfläche leicht erreicht wird. Die Aktivierung durch Beflam mung ist dementsprechend auf verhältnismäßig dünne, flächige Sub strate beschränkt. Die Expositionszeiten belaufen sich im allgemei nen auf 0,1 Sekunde bis 1 Minute, vorzugsweise 0,5 bis 2 Sekunden, wobei es sich ausnahmslos um nicht leuchtende Flammen handelt und die Abstände der Substratoberflächen zur äußeren Flammenfront 0,2 bis 5 cm, vorzugsweise 0,5 bis 2 cm betragen.

6.1.6 Schließlich lassen sich die Oberflächen der Polymersubstrate auch durch Behandlung mit starken Säuren oder starken Basen aktivie ren. Von den geeigneten starken Säuren seien Schwefelsäure, Salpe tersäure und Salzsäure genannt. Man kann z. B. Polyamide 5 Sekunden bis 1 Minute mit konzentrierter Schwefelsäure bei Raumtemperatur be handeln. Als starke Basen eignen sich besonders Alkalimetallhydroxi de in Wasser oder einem organischen Lösemittel. So kann man z. B. verdünnte Natronlauge 1 bis 60 Minuten bei 20 bis 80°C auf die Sub strate einwirken lassen. Alternativ können beispielsweise Polyamide aktiviert werden, indem man 2%iges KOH in Tetrahydrofuran 1 Minute bis 30 Minuten auf die Oberfläche einwirken läßt.

In manchen Fällen. z. B. bei hochhydrophoben Polymeren, kann es empfehlenswert sein, die Oberflächen der Polymersubstrate durch eine Kombination aus zwei oder mehr der genannten Methoden zu aktivieren. Bevorzugte Aktivierungsmethoden sind die unter 6.1.1 und 6.1.2 ge nannten.

Nachdem die Polymersubstrate nach einer der unter 6.1.1 bis 6.1.6 beschriebenen Methoden vorbehandelt wurden, können die aktivierten Oberflächen 1 bis 20 Minuten, vorzugsweise 1 bis 5 Minuten der Ein wirkung von Sauerstoff, z. B. in Form von Luft, ausgesetzt werden. Anschließend werden auf die aktivierten Oberflächen nach bekannten Methoden, wie Tauchen, Sprühen oder Streichen, Beschichtungslösungen aufgebracht. Das können Lösungen der Monomeren A, B und gegebenen falls D sein. Alternativ bringt man auf das aktivierte Substrat die Lösung eines Polymers C und eines vernetzenden Monomers B auf. Als Lösemittel haben sich insbesondere bei hydrophilen Monomeren bzw. Polymeren Wasser und Wasser-Ethanol-Gemische bewährt, doch sind auch andere Lösemittel verwendbar, sofern sie ein ausreichendes Lösever mögen für die Monomeren bzw. Polymeren aufweisen und die Substrat oberflächen gut benetzen. Je nach Löslichkeit der Monomeren und ge wünschter Schichtdicke der fertigen Beschichtung können die Konzen trationen der Monomeren bzw. des Polymers in der Lösung 0,1 bis 50 Gewichtsprozent betragen. Lösungen mit Gehalten an Monomeren bzw. an Polymer von 3 bis 10 Gew.-%. beispielsweise mit etwa 5 Gew.-%. haben sich in der Praxis bewährt.

Die Pfropfung kann durch Bestrahlung des in die Beschichtungslösung getauchten Substrats bewirkt werden. Das Substrat kann aber auch zu nächst aus der Beschichtungslösung entfernt (oder auf andere übliche Weise, wie Spritzen, Rakeln, Streichen oder Spin-Coating beschichtet werden) und nach dem Verdampfen des Lösemittels oder auch schon wäh rend des Verdampfens bestrahlt werden. Man arbeitet zweckmäßig mit Strahlen im kurzwelligen Segment des sichtbaren Bereiches oder im langwelligen Segment des UV-Bereiches der elektromagnetischen Strah lung. Gut geeignet ist z. B. die Strahlung eines UV-Excimers der Wel lenlängen 250 bis 500 nm, vorzugsweise von 290 bis 320 nm. Auch hier sind Quecksilberdampflampen geeignet, sofern sie erhebliche Strah lungsanteile in den genannten Bereichen emittieren. Die Expositions zeiten betragen im allgemeinen 10 Sekunden bis 30 Minuten, vorzugs weise 2 bis 15 Minuten.

Alternativ kann die Pfropfung auch thermisch initiiert werden. Dazu erhitzt man das aktivierte Substrat, nachdem es auf übliche Weise mit der Beschichtungslösung beschichtet wurde, z. B. 5 Minuten bis 4 Stunden auf eine Temperatur, die zwischen 50 und 100°C liegen kann.

Bisweilen ist es zweckmäßig die beschriebenen Arbeitsschritte ein schließlich der Aktivierung zu wiederholen, um mittels einer solchen Mehrschichttechnik eine hermetisch geschlossene und/oder noch dicke re Beschichtung zu erzeugen. Alternativ ist es auch möglich, das ak tivierte Polymersubstrat, gegebenenfalls nach der beschriebenen Sau erstoffbehandlung, in die Lösung der Monomeren A, B und gegebenen falls D bzw. des entsprechenden Polymers C einzutauchen und im ge tauchten Zustand zu bestrahlen. Durch orientierende Versuche läßt sich unschwer feststellen, bei welchen Bestrahlungszeiten mit einer gegebenen Strahlenquelle und bei welchen, gegebenenfalls längeren Kontaktzeiten von Substrat und Lösung die gewünschte Schichtdicke erreicht wird.

6.2 Pfropfung mittels eines niedermolekularen Initiators

Die bei dieser Beschichtungsvariante verwendeten Initiatoren sind niedermolekulare Verbindungen (also keine Makroinitiatoren) mit ei ner Gruppe, die unter dem Einfluß von elektromagnetischer Strahlung oder von Wärme unter Radikalbildung zerfällt. Beide Arten von Ini tiatoren sind in der Polymerisationstechnik gut bekannt.

Von den geeigneten Initiatoren, die beim Erhitzen unter Radikalbil dung zerfallen, seien z. B. Azonitrile; Alkylperoxide, Acylperoxide, Hydroperoxide, Peroxodisulfate, Peroxyketone, Peroxyester und Per carbonate genannt.

Geeignete Initiatoren für die durch elektromagnetische Strahlung initiierte Pfropfung sind alle gängigen Photoinitiatoren, wie Ben zoine, Benzilketale, α-Hydroxyketone, Peroxide, Azoverbindungen, Azoxyverbindungen, Diazosulfonate, Diazosulfone, Diazothioether, Diacyldiazomethane, Diarylsulfide, heteroaromatisch substituierte Disulfide, Diaroylsulfide, Tetraalkylthiuramdisulfide, Dithiocarbo nate oder Dithiocarbamate. Im einzelnen seien Benzophenon, Acetophe non, Fluorenon, Benzaldehyd, Propiophenon, Anthrachinon, Carbazol, 3- oder 4-Methylacetophenon, 4,4'-Dimethoxybenzophenon, Allylaceto phenon, 2,2'-Diphenoxyacetophenon, Benzoinmethylether, Benzoinethyl ether, Benzoinpropylether, Benzoinacetat, Benzoinphenylcarbamat, Benzoinacrylat, Benzoinphenylether, Benzoylperoxid, Dicumylperoxid, Azobisisobutyronitril, Phenyldisulfid, Acylphosphanoxide oder Chlor methylanthrachinon sowie Kombinationen hiervon genannt. Bevorzugte, besonders kurze Bestrahlungszeiten ermöglichende Photoinitiatoren sind Benzoine, Benzoinderivate, Benzilketale und α-Hydroxyketone.

Vor der Pfropfung wird das Polymersubstrat mit dem Initiator vorbe handelt. Das kann geschehen, indem man eine Lösung des Initiators auf das Polymersubstrat aufbringt und das Lösemittel verdampft. Ge eignete Lösemittel sind, je nach Substrat und Initiator, z. B. Was ser, Aceton, Methylethylketon, Butanon, Cyclohexanon, Diethylether, Tetrahydrofuran, Dioxan, Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Cyc lohexanol, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid, Heptan, Cyclohexan, Benzol, Toluol, Dichlormethan, Trichlormethan, Ethylacetat, Propylacetat, Amylacetat oder Acetonitril. Das Lösemit tel soll das Polymersubstrat anquellen, aber nicht lösen, so daß ein inniger Kontakt von Polymersubstrat und Initiator geschaffen wird.

Im Interesse einer guten Haftung der biologisch aktiven Beschichtung auf dem Polymersubstrat ist es jedoch zweckmäßig, das Polymersub strat nach der Lehre der deutschen Patentanmeldung 197 15 449.2 (O.Z. 5176) zunächst mit einem Initiator und mindestens einem Mono mer vorzubehandeln und dann die Monomeren A, B und gegebenenfalls D oder alternativ ein Polymer C und ein Monomer B auf das vorbehandel te Polymersubstrat zu pfropfen. Die Wahl des Initiators und des Monomers richtet sich u. a. nach der chemischen Natur des Polymersub strats. Das Monomer muß das Polymersubstrat anquellen können und da mit die Penetration des Initiators in die oberflächennahen Zonen des Polymersubstrats ermöglichen. Ob das Monomer für die Vorbehandlung die erwünschten biologischen Eigenschaften vermittelt, spielt dage gen keine Rolle. Man kann also durchaus mit einem Monomer vorbehan deln, das das Polymersubstrat gut anquillt und den Initiator gut löst und penetrieren läßt, aber nicht die letztlich gewünschten bio logischen Eigenschaften ergibt, und erst in der Pfropfphase die er wähnten Monomeren mit den biologisch wirksamen Gruppen bzw. ein Polymer daraus einzusetzen. Die optimalen Kombinationen von Polymer substrat, Initiator und Monomer für die Vorbehandlung lassen sich durch orientierende Versuche unschwer ermitteln. Beispielsweise sind (Meth)acrylsäure und/oder ihre Ester in Verbindung mit den vorer wähnten bevorzugten Photoinitiatoren gut für die Vorbehandlung von Polyamid-, Polyurethan-, Polyetherblockamid- oder Polyesteramid- oder -imid-Substraten geeignet.

Es ist zweckmäßig, daß die Mischung zur Vorbehandlung des Polymer substrats zumindest überwiegend aus dem Initiator und mindestens einem Monomer besteht. Die Mischung kann also ausschließlich aus den genannten Bestandteilen bestehen oder allenfalls untergeordnete Men ge, z. B. bis zu 40, vorteilhaft bis zu 20 Gewichtsprozent eines Lösemittels enthalten. Letzteres kann z. B. dann der Fall sein, wenn sich das Monomer und der Initiator nicht oder nicht gut zu einer homogenen Mischung oder Lösung mischen lassen oder das Substrat mit dem Monomer allein zu stark quillt. Geeignete Lösemittel sind z. B. die zuvor als Lösemittel für den Initiator genannten. Die kürzeren Bestrahlungszeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen wesentlich darauf zurück, daß Lösemittel in der Mischung zur Vorbehandlung des Polymersubstrats allenfalls in untergeordneten Mengen zugegen sind.

Die Behandlung des Polymersubstrats mit dem Initiator und dem Mono mer soll so erfolgen, daß die Oberfläche des Polymersubstrats leicht quillt. Die Behandlungsdauer hängt von der jeweiligen Kombination von Polymersubstrat Initiator und Monomer sowie von der Temperatur ab. Sie braucht nur 1 bis 10 Sekunden zu betragen und beträgt vor teilhaft 1 bis 5 Sekunden. Die optimalen Temperaturen und Behand lungszeiten lassen sich unschwer durch orientierende Versuche ermit teln. Vorzugsweise erfolgt die Behandlung des Polymersubstrats mit dem Initiator und dem aliphatisch ungesättigten Monomer bei einer Temperatur von 10 bis 200°C, besonders bevorzugt bei Temperaturen von 20 bis 80°C und insbesondere bei 30 bis 60°C.

Die den Initiator enthaltende Mischung zur Behandlung des Polymer substrats kann durch übliche Auftragetechniken, wie Aufsprühen, Bestreichen oder Tauchen, auf das Polymersubstrat aufgebracht wer den.

Auf das mit einem Initiator versehene Polymersubstrat werden erfin dungsgemäß photochemisch oder thermisch induziert die Monomeren A, B und gegebenenfalls D oder das Polymer C und ein Vernetzer gepfropft. Die Monomeren bzw. das Polymer C können bei der Pfropfung in Sub stanz oder zweckmäßig in einem Lösemittel gelöst in Kontakt mit dem Polymersubstrat kommen. Als Lösemittel eignen sich, je nach der Art des Monomers bzw. des Polymers C. diejenigen, die auch für die Vor behandlung geeignet sind. Man arbeitet im allgemeinen mit Lösungen, die 2 bis 50 Gewichtsprozent Monomere bzw. Polymer C enthalten. Das Polymersubstrat kann getaucht oder nach einem der erwähnten Auftrag verfahren mit einer Lösung der Monomeren bzw. des Polymers beschich tet werden.

Die photochemische Pfropfung kann durch elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 180 bis 1.200 nm, bevorzugt von 200 bis 800 nm und insbesondere von 200 bis 400 nm induziert werden. Strah lung in diesem Wellenlängenbereich ist (relativ weich und greift in aller Regel das Polymersubstrat nicht an. Man arbeitet z. B. mit ei nem Excimer-UV-Strahler der Fa. Heraeus. D-63801 Neuostheim mit kon tinuierlicher Strahlung. z. B. mit XeCl oder XeF als Strahlermedium. Im Prinzip sind auch Quecksilberdampflampen mit breitem UV-Spektrum und Strahlungsanteilen im sichtbaren Bereich bzw. in den obengenann ten Bereichen brauchbar. Die Expositionszeiten betragen im allgemei nen 60 bis 300 Sekunden. Die Expositionszeiten hängen u. a. von der Geometrie der bestrahlten Substrate ab. Gegenstände mit ausgeprägter dreidimensionaler Charakteristik müssen gedreht werden und erfordern längere Bestrahlung.

Alternativ kann die Pfropfung auch thermisch induziert werden. Man erhitzt dazu das mit den Monomeren A, B und gegebenenfalls C bzw. mit dem Polymer C und einem Monomer B beschichtete Polymersubstrat auf eine Temperatur, bei der der eingesetzte Initiator unter Radi kalbildung zerfällt und die Pfropfung abläuft. Das ist je nach Ini tiator und Monomeren A, B und gegebenenfalls D bzw. Polymer C und Monomer B im allgemeinen der Fall, wenn man das Polymersubstrat 5 bis 240 Minuten auf eine Temperatur im Bereich von 50 bis 100°C er hitzt.

Nach der Pfropfung (gemäß 6,1 und 6,2) können eingeführte Gruppen in üblicher Weise ganz oder teilweise in Derivate überführt werden. So kann man Carboxylgruppen zu Carboxylatgruppen oder Sulfosäuregruppen zu Sulfonatgruppen neutralisieren. Carbonestergruppen zu Hydroxyl- oder Carbonsäuregruppen sowie Carbonamid- oder Nitrilgruppen zu Carboxylgruppen verseifen. Weitere Derivatisierungen von erfindungs gemäß modifizierten Polymersubstraten können nach allgemeinen Ver fahren (H. Beyer, Lehrbuch der organischen Chemie. S. Hirzel Verlag, Stuttgart, 1988, S. 260 ff) vorgenommen werden.

Wenn es, insbesondere bei medizintechnischen Verwendungen, darauf ankommt, daß die gepfropften Beschichtungen frei von löslichen Mono meren oder Oligomeren sind, kann man diese unerwünschten Komponenten extrahieren, z. B. mit heißem Wasser. Da die Beschichtung kovalent auf dem Polymersubstrat gebunden ist, wird sie dadurch nicht abge löst, beschädigt oder in ihrer biologischen Wirksamkeit beeinträch tigt.

7. Verwendung der beschichteten Substrate

Die erfindungsgemäß hergestellten beschichteten Polymersubstrate eignen sich für die Herstellung von Erzeugnissen oder sind Erzeug nisse zur Verwendung insbesondere auf den Gebieten der Nahrungs- und Genußmitteltechnik, Wassertechnik, Biotechnik, der Hygienevorsorge und insbesondere der Medizintechnik bestimmt. Solche Erzeugnisse, die ganz oder teilweise erfindungsgemäß beschichtet sein können, sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Beispiele hierfür Texti lien, Möbel und Geräte, Rohre und Schläuche, Fußböden, Wand- und Deckenflächen, Lagerbehälter, Verpackungen, Fensterrahmen, Telefon hörer, Toilettensitze, Türgriffe, Griffe und Haltegurte in öffentli chen Verkehrsmitteln und medizintechnische Artikel, Medizintechni sche Artikel sind beispielsweise Implantate oder Hilfsmittel, wie Drainagen, Führungsdrähte, Kanülen, Intraokularlinsen, Kontaktlin sen, Stents, Gefäßprothesen, Gelenkprothesen, Knochenersatzmateria lien, Bandprothesen, Zahnprothesen für die plastische Chirurgie, Blutbeutel, Dialysemembranen, Nahtmaterialien, Verbandstoffen, Vliesprodukte und Operationsbestecke. Eine bevorzugte Verwendung der Materialien nach der Erfindung ist die zur Herstellung von Kathe tern.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter erläutern, nicht jedoch ihren Anwendungsbereich begrenzen, wie er in den Patentsprü chen definiert ist.

Beispiele 1 bis 6

In den Beispielen 1 und 2 wurden Polymere, in den Beispielen 3 bis 6 wurden Monomere gepfropft. Die Lösungen für die Beschichtungsversuche wurden wie folgt hergestellt:

Beispiel 1

1-molare Lösungen von Natrium-4-styrolsulfonat (NaSS), Maleinsäu re (MS) und Polyethylenglykol-1000-monomethylethermonoacrylat (PEG-1000-MeO-MA; Fa. Polyscience Europe GmbH, Heidelberg) wurden im Volumenverhältnis von 5 : 5 : 1 vereinigt und mit 1 Mol-%, bezogen auf die Summe der Monomeren, K₂S₂O₈ versetzt. Der Ansatz wurde 4 Stunden unter Rühren auf 60°C erhitzt, abgekühlt und langsam und unter Rühren in das 5-fache Volumen Ethanol gegossen. Das ausge fällte Copolymer wurde abfiltriert, mit Ethanol gewaschen und 10 Stunden bei 55°C im Umlufttrockenschrank getrocknet. Für die Beschichtungsversuche wurde eine 10 gewichtsprozentige wässerige Lösung des Copolymers hergestellt. Diese Lösung wurde mit soviel Diethylenglykoldimethacrylat (DEGDMA; Fa. Polyscience Europe GmbH, Heidelberg) als Vernetzer versetzt, daß dessen Konzentra tion 20 Gew.-% betrug.

Beispiel 2

Es wurde wie im Beispiel 1 verfahren. Das Volumenverhältnis der Lösungen betrug jedoch 50 : 50 : 1, die hergestellte Lösung war 1 ge wichtsprozentig, und der Vernetzer war Polyethylenglykol-1000-di methacrylat (PEG1000DMA; Fa. Polyscience Europe GmbH. Heidelberg) in einer Konzentration von wiederum 20 Gew.-%.

Beispiele 3 bis 6

Die Monomeren NaSS und Maleinsäure (MS) bzw. Acrylsäure (AS) wur den in den aus der Tabelle ersichtlichen Konzentrationen in Was ser gelöst. Die Art und die Konzentration der Vernetzer ist eben falls aus der Tabelle ersichtlich (PETAE = Pentaerythrittriallyl ether, PETA = Pentarythrittetraacrylat; Fa. Polyscience Europe GmbH, Heidelberg)

Polymersubstrate und deren Aktivierung

Als Substratmaterial diente in allen Fällen eine 0,1 mm starke Polyamid 12-Folie (Typ L2101 der Hüls AG). Die Folie wurde vor der Beschichtung wie folgt aktiviert:

Beispiel 1

Die Polyamid-Folie wurde 5 Sekunden in eine auf 70°C erwärmte Lösung von 40 g 2,2'-Dimethoxy-2-phepylacetophenon ("UV-Initia tor") getaucht und an der Luft getrocknet.

Beispiele 2 bis 6

Die Polyamid-Folien wurden jeweils 5 Minuten bei einem Druck von 1 mbar einer Excimerstrahlung von 172 nm Wellenlänge ausgesetzt. Die Strahlung stammte von einem Excimer-UV-Strahler (Heraeus, Kleinostheim, BR Deutschland) mit einer Leistung von 1,7 kW, Ab stand zur Probe 4 cm.

Pfropfpolymerisation Beispiele 1 bis 6

Die aktivierten PA 12-Folien wurden in die Beschichtungslösungen getaucht und im getauchten Zustand für die in der Tabelle angege benen Zeiten einer Excimer-UV-Strahlung einer Wellenlänge von 308 nm ausgesetzt. Die Strahlung stammte wiederum von einem Excimer- UV-Strahler (Heraeus. Kleinostheim, BR Deutschland) mit einer Leistung von 1,7 kW, Abstand zur Probe 4 cm.

Messung der Bakterienadhäsion beschichteter Standardfolien über ATP (statisch)

Es wird eine in der Technik übliche bioluminometrische Methode angewandt. Nach Adsorption von Bakterienzellen des Stammes Kleb siella pneumoniae an erfindungsgemäß behandelten bzw. unbehandel ten PA 12-Folien werden die nichtadhärierten Bakterien mit steri ler PBS-Pufferlösung weggespült. Aus den an der Folie adhärieren den Bakterien wird der Bakterieninhaltsstoff Adenosintriphosphat (ATP) extrahiert und mit einer handelsüblichen Testkombination im bioluminometrischen Test bestimmt. Die Anzahl der gemessenen Lichtimpulse ist proportional der Zahl an adhärierenden Bakte rien.

Tabelle - Bedingungen und Ergebnisse der Beschichtungsversuche

Claims

1. Verfahren zur Beschichtung von Polymersubstraten, dadurch ge kennzeichnet, daß man

(A) mindestens ein Vinylmonomer (Monomer A) der allgemeinen Formel
R¹(A)_a (Monomer A) I
in der R einen ein oder zweifach aliphatisch ungesättigten orga nischen Rest mit der Wertigkeit a bedeutet,
A eine Carboxylgruppe -COOH, Schwefelsäuregruppe -OSO₂OH, Sulfonsäuregruppe -SO₃H, Phosphorsäuregruppe -OPO(OH)₂, Phosphonsäuregruppe -PO(OH)₂, Phosphorigsäuregruppe -OP(OH)₂, phenolische Hydroxylgruppe oder ein Salz einer der genannten Gruppen bezeichnet, und
a für 1, 2 oder 3 steht;
mit der Maßgabe, daß wenn das Monomer der Formel I eine Carboxylgruppe -COOH oder einer Carboxylatgruppe aufweist, entweder dieses Monomer mindestens einen weiteren Rest A mit einer anderen der für A genannten Bedeutungen enthält oder mindestens ein weiteres Monomer der Formel I, in dem A eine andere der für A genannten Bedeutungen hat, mitverwendet wird; und
(B) mindestens ein mindestens zwei olefinische Doppelbindungen ent haltendes, vernetzendes Vinylmonomer (Monomer B) oder
(C) ein Polymer, das mindestens ein Monomer A enthält (Polymer C), mit mindestens einem Monomer B auf das Polymersubstrat pfropft;
wobei entweder das Polymersubstrat vor der Pfropfung aktiviert und die Pfropfung durch elektromagnetische Strahlung oder thermisch ini tiiert wird oder
ein Initiator mitverwendet und die Pfropfung durch elektromagneti sche Strahlung oder thermisch initiiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ne ben den Monomeren A und B weitere, einfach olefinisch ungesättigte Monomere D mitverwendet, die hinsichtlich ihrer biologischen Wirkung neutral oder allenfalls schwach wirksam sind.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß man als Monomer A eine Mischung von Monomeren der all gemeinen Formeln II oder III
(C_nH_2n-q-x)(COOR¹)_x II
(C_nH_2n-q-x)(SO₃R¹)_x III
einsetzt, in denen

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
R¹ jeweils unabhängig -H, ein Äquivalent eines Metallions. einen Rest eines aliphatischen, cycloaliphatischen oder arali phatischen Alkohols bedeutet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß man als Monomer A eine Benzolverbindung der Formel IV
(C₆H_6-b-c-d)B_bR³ _c(OH)_d IV
einsetzt, in der

B jeweils unabhängig einen ein- oder zweifach ungesättigten geradkettigen oder verzweigten Rest der Formeln (C_nH_2n-l-q-y)(COOR¹)_y oder (C_nH_2n-l-q-y)(SO₃R¹)_y bedeutet, wobei R¹, n und q wie in Anspruch 3 definiert sind und y für 0,1 oder 2 steht;
R³ jeweils unabhängig C_1-4-Alkyl, -NH₂, -COOH, -SO₃H, -OSO₃H, -OPO(OH)₂, -PO(OH)₂, -OP(OH)₂, -OPO(O-)OCH₂-CH₂-N⁺(CH₃)₃, -PO(O⁻)O-CH₂-CH₂-N⁺(CH₃)₃, -OP(O-)OCH₂-CH₂-N⁺(CH₃)₃, ein Salz 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.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß man als Monomer A eine Mischung aus Monomeren der all gemeinen Formeln V und VI
verwendet, in denen

R¹ Wasserstoff oder den Methylrest.
R² einen zweiwertigen organischen Rest oder eine C-C-Einfach bindung,
R³ -O- oder -NH-.
R⁴ Wasserstoff oder den Rest -SO₃⁻Na⁺
R⁵ Wasserstoff, den Methylrest oder dem Rest -R²-COOR⁶,
R⁶ Wasserstoff oder Na und
n 4 oder 5 bedeuten;

mit der Maßgabe, daß mindestens einer der Substituenten R⁴ ein Rest -SO₃⁻Na⁺ ist.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Monomeren A der Formeln II und III so gewählt werden, daß die ge pfropfte Polymerschicht Carboxyl- und Sulfonsäuregruppen, Carboxyl- und Sulfonatgruppen, Carboxylat- und Sulfonatgruppen, Carboxyl-, Carboxylat- und Sulfonatgruppen oder Carboxyl-, Sulfosäure- und Sul fonatgruppen enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mo lare Verhältnis von Carboxyl- und/oder Carboxylatgruppen zu Sulfon säure- und/oder Sulfonatgruppen 0,2 bis 3 beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mo lare Verhältnis von Carboxyl- und/oder Carboxylatgruppen zu Sulfon säure- und/oder Sulfonatgruppen 2 bis 10 beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mo lare Verhältnis von Carboxyl- und/oder Carboxylatgruppen zu Sulfon säure- und/oder Sulfonatgruppen 3 bis 5 beträgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das vernetzende Vinylmonomer (Monomer B) 3 bis 6 ole finische Doppelbindungen aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mo nomer B keine Gruppen enthält, die zu der biologischen Wirkung der Beschichtung beitragen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß man ein Polymer C aus mindestens einem Monomer A und gegebenenfalls mindestens einem Monomer D herstellt und dieses zu sammen mit mindestens einem Monomer B auf das Polymersubstrat pfropft.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die Monomeren A, B und gegebenenfalls D oder das Poly mer C und das Monomer B auf aktivierte Oberflächen des Polymersub strats thermisch oder durch Strahlung induziert gepfropft werden und die Aktivierung der Substratoberflächen durch UV-Strahlung, Plasma behandlung, Coronabe- Behandlung mit einer starken Säure oder star ken Base erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man die Pfropfung durch Strahlen im Bereich von 250 bis 500 nm bewirkt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die Monomeren A, B und gegebenenfalls D oder das Poly mer C und das Monomer B mittels Initiatoren gepfropft werden, welche unter dem Einfluß von elektromagnetischer Strahlung oder von Wärme unter Radikalbindung zerfallen und mit denen das Polymersubstrat vor der Pfropfung behandelt wurde.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung erfolgt, indem man auf das das Polymersubstrat den Ini tiator zusammen mit einem Monomer einwirken läßt.

17. Verwendung von Polymersubstraten, die gemäß den Ansprüchen 1 bis 16 beschichtetet wurden, für die Herstellung von Erzeugnissen zur Verwendung auf den Gebieten der Nahrungs- und Genußmitteltech nik, Wassertechnik, Biotechnik, der Hygienevorsorge und insbesondere der Medizintechnik.

18. Erzeugnisse, die ganz oder teilweise gemäß den Ansprüchen 1 bis 16 beschichtet wurden, zur Verwendung auf den Gebieten der Nahrungs- und Genußmitteltechnik, Wassertechnik, Biotechnik, der Hygienevor sorge und insbesondere der Medizintechnik.

19. Erzeugnisse nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugnisse Textilien, Möbel und Geräte, Rohre und Schläuche, Fußbö den, Wand- und Deckenflächen, Lagerbehälter, Verpackungen, Fenster rahmen, Telefonhörer, Toilettensitze, Türgriffe, Griffe und Halte gurte in öffentlichen Verkehrsmitteln und medizintechnische Artikel sind.

20. Erzeugnisse nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die medizintechnischen Artikel Drainagen, Führungsdrähte, Kanülen, Intraokularlinsen, Kontaktlinsen, Stents, Gefäßprothesen, Gelenkpro thesen, Knochenersatzmaterialien, Bandprothesen, Zahnprothesen für die plastische Chirurgie, Blutbeutel, Dialysemembranen, Nahtmateria lien, Verbandstoffen, Vliesprodukte, Operationsbestecke oder Kathe ter sind.