DE19818956A1 - Materials e.g. polymer, metal or glass with micro-roughened, bacteria-repellent surface - Google Patents
Materials e.g. polymer, metal or glass with micro-roughened, bacteria-repellent surfaceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Materialien mit mikrorauhen, bakterienabweisenden Oberflächen sowie Erzeugnisse, wie Geräte, Vorrichtungen und andere Gegenstände, die aus diesen Materialien bestehen oder solche Materialien enthalten.The invention relates to materials with micro-rough, bacteria-repellent Surfaces as well as products such as devices, devices and other objects, which consist of or contain such materials.
Die Ansiedelung und Vermehrung von Bakterien auf Oberflächen ist eine in der Regel unerwünschte Erscheinung, die häufig mit nachteiligen Folgen verbunden ist. So können in der Trinkwasser- und Getränketechnik Bakterienpopulationen zu einer gesundheitsgefährdenden Qualitätsminderung führen. Bakterien auf oder in Verpackungen bewirken häufig den Verderb von Lebensmitteln oder verursachen sogar Infektionen bei dem Verbraucher. In steril zu betreibenden biotechnischen Anlagen stellen systemfremde Bakterien ein erhebliches prozeßtechnisches Risiko dar. Solche Bakterien können mit Rohstoffen 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.The settlement and multiplication of bacteria on surfaces is one of the most common Usually undesirable phenomenon, which is often fraught with adverse consequences. In drinking water and beverage technology, for example, bacterial populations can become one lead to a health-endangering reduction in quality. Bacteria on or in Packaging often causes or spoils food even infections in the consumer. In sterile biotechnological Plants pose a significant process risk to bacteria alien to the system such bacteria can be entered with raw materials or with inadequate sterilization in all parts of the system. Parts of the Bacterial population can become normal by adhesion Fluid exchange when flushing and cleaning withdraws and is in the system multiply.
Weiterhin sind Bakterienansiedelungen in Wasseraufbereitungsanlagen (z. B. zur Entsalzung durch Membranen) oder auch in Behältern bekannt, 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.Furthermore, bacterial colonization in water treatment plants (e.g. for Desalination through membranes) or also known in containers with dissolved or liquid undiluted organic substances are filled and for Bacterial populations have favorable conditions. Such microbial Allocations can be significant to blockage and / or corrosive Destruction of the system.
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 öffentlichen Toiletten.Protection against bacterial adhesion and spread is of particular importance in nutrition, care, especially in elderly care and medicine to. In the case of mass catering or serving, there are particularly considerable amounts Risks if disposable tableware is avoided in order to avoid waste and the reusable dishes are only inadequately cleaned. The harmful one Spread of bacteria in food-carrying hoses and pipes is just as well known as the propagation in storage containers and in textiles in humid and warm environment, e.g. B. in bathrooms. Such facilities are preferred Habitats for bacteria, as well as certain surfaces in areas with high public traffic, so z. B. in public transport, hospitals, Telephone booths, schools and especially in public toilets.
In der Alten- und Krankenpflege erfordern die häufig geminderten Abwehrkräfte der Betroffenen sorgfältige Maßnahmen gegen Infektionen, insbesondere auf Intensivstationen und in der häuslichen Pflege.In the care of the elderly and the sick, the often reduced defenses require the Affected careful measures against infections, especially on Intensive care units and in home care.
Besondere Sorgfalt bedarf die Verwendung medizinischer Gegenstände und Geräte bei medizinischen Untersuchungen, Behandlungen und Eingriffen, 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 Implantaten, Kathetern, Stents, Herzklappen und Herzschrittmachern, können Bakterienkontaminationen zu einem lebensbedrohenden Risiko für den Patienten werden.The use of medical objects and devices requires special care during medical examinations, treatments and interventions, especially if such devices or objects with living tissue or with Body fluids come into contact. In the case of long-term or Permanent contacts, for example with implants, catheters, stents, heart valves and Pacemakers, bacterial contamination can become a life-threatening one Risk to the patient.
Auch auf dem Gebiet der Biotechnologie spielt die Ansiedelung von Bakterien auf der Oberfläche von Anlageteilen, wie Lagerbehältern oder Rohrleitungen, eine Rolle, z. B. bei der Abtrennung von körpereigenen Eiweißstoffen aus Körperflüssigkeiten, wie Blut oder Lymphe. Eiweißstoffe neigen bei der Adsorption an Oberflächen zur Denaturierung und bieten dann einen bevorzugten Nährboden für Bakterien.The colonization of bacteria also plays a role in the field of biotechnology the surface of system parts, such as storage tanks or pipelines, a role, z. B. in the separation of endogenous proteins from body fluids, like blood or lymph. Proteins tend to adsorb on surfaces Denaturation and then provide a preferred breeding ground for bacteria.
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. J. Elliott lackartige Beschichtungen mit quaternären Ammoniumsalzen als antimikrobiell wirkenden Komponenten. Es ist bekannt, daß diese Salze von Wasser, wäßrigen oder anderen polaren Medien sowie von Körperflüssigkeiten aus dem Beschichtungsmaterial herausgelöst 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.Attempts have already been made in many ways, the settlement and expansion to prevent bacteria on surfaces. In J. Microbiol. Chemoth., 31 (1993); 261-271 describe S. E. Tebbs and T. S. J. Elliott lacquer-like coatings quaternary ammonium salts as antimicrobial components. It is known that these salts of water, aqueous or other polar media as well are dissolved out of the coating material by body fluids and their effect is therefore short-lived. This also applies to the Incorporation of silver salts in coatings, as described in WO 92/18098.
T. Ouchi und Y. Ohya beschreiben in Progr. Polym. Sci. 20 (1995), 211 ff., die Immobilisierung von bakteriziden Wirkstoffen auf Polymeroberflächen durch kovalente Bindung oder ionische Wechselwirkungen. Häufig sind in solchen Fällen die keimtötenden Wirkungen gegenüber dem reinen Wirkstoff deutlich reduziert. Heteropolare Bindungen erweisen 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.T. Ouchi and Y. Ohya describe in Progr. Polym. Sci. 20 (1995), 211 ff., The Immobilization of bactericidal agents on polymer surfaces covalent bond or ionic interactions. Often in such cases the germicidal effects are significantly reduced compared to the pure active ingredient. Heteropolar bonds often turn out to be insufficiently stable. About that In addition, the killing of germs usually leads to undesirable deposits on the Surfaces that mask the further bactericidal effect and form the basis for form a subsequent bacterial colonization.
W. Kohnen et al. berichten in Zbl. Bakt. Suppl. 26, Gustav Fischer Verlag, Stuttgart - Jena - New York, 1994, Seiten 408 bis 410, daß die Adhäsion von Staphylococcus epidermidis auf einem Polyurethanfilm vermindert wird, wenn der Film durch eine Glimmentladung in Gegenwart von Sauerstoff vorbehandelt und dann mit Acrylsäure gepfropft wird.W. Kohnen et al. report in Zbl. Bakt. Suppl. 26, Gustav Fischer Verlag, Stuttgart - Jena - New York, 1994, pages 408 to 410 that the adhesion of Staphylococcus epidermidis on a polyurethane film is diminished when the film is covered by a Glow discharge pretreated in the presence of oxygen and then with acrylic acid is grafted.
Es besteht nach wie vor Bedarf an alternativen, einfachen und wirkungsvollen Möglichkeiten, der Adhäsion und Ausbreitung von Bakterien entgegenzuwirken. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, neue Materialien mit bakterienabweisender Oberfläche bereitzustellen. Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verwendung dieser neuen Materialien für Geräte, Vorrichtungen und andere Gegenstände bzw. für Teile davon vorzuschlagen.There is still a need for alternative, simple and effective ones Ways to counteract the adhesion and spread of bacteria. It is therefore an object of the invention to provide new materials with bacteria-repellent Provide surface. Another object of the invention is to provide a Use of these new materials for equipment, fixtures, and others To propose objects or parts thereof.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß Materialien mit einer mikrorauhen Oberfläche bakterienabweisende Eigenschaften aufweisen. It has surprisingly been found that materials with a micro-rough Surface have bactericidal properties.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher Materialien mit mikrorauher
Oberfläche, die durch mindestens zwei der folgenden, sowohl für die Messung in x-
Richtung als auch für die in y-Richtung geltenden Parameter gekennzeichnet sind:
The present invention therefore relates to materials with a microrough surface which are characterized by at least two of the following, both for the measurement in the x-direction and for the parameters applicable in the y-direction:
bakterienabweisende Eigenschaften aufweisen.have bacteria-repellent properties.
Bevorzugte Materialien sind solche mit mindestens zwei der folgenden Parameter:
Preferred materials are those with at least two of the following parameters:
Schließlich weisen besonders bevorzugte Materialien mindestens zwei der folgenden
Parameter aus:
Finally, particularly preferred materials have at least two of the following parameters:
Die bakterienabweisenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Materialien sind überraschenderweise stärker ausgeprägt als die der entsprechenden Materialien mit weniger rauher oder rauherer Oberfläche unter sonst gleichen Bedingungen. Man hätte erwarten sollen, daß Bakterien auf einer glatten Fläche schlechtere Haftmöglichkeiten finden als auf einer rauhen Fläche. Es war nicht zu erwarten, daß zwischen rauhen und glatten Flächen ein mikrorauher Bereich existiert, der durch ein Minimum an Bakterienadhäsion und -ausbreitung ausgezeichnet ist. The bacteria-repellent properties of the materials of the invention are Surprisingly more pronounced than that of the corresponding materials with less rough or rougher surface under otherwise identical conditions. Man should have expected bacteria to do worse on a smooth surface Find adhesion options than on a rough surface. It wasn't to be expected a micro-rough area exists between rough and smooth surfaces, which is caused by a Minimum bacterial adhesion and spread is excellent.
Die bakterienabweisenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen mikrorauhen Materialien sind besonders dann ausgeprägt, wenn die Werte für alle drei Parameter in den angegebenen Bereichen liegen, und zwar bei Messung sowohl in x- als auch in y-Richtung. Die Bezeichnung der obigen Parameter folgt der Vorschrift DIN 4762 (ISO 4287/1); x- und y-Richtung sind senkrecht aufeinander stehende (cartesianische) Koordinaten.The bacteria-repellent properties of the microroughs according to the invention Materials are particularly pronounced when the values for all three parameters lie in the specified ranges, when measuring both in x and in y direction. The designation of the above parameters follows the DIN 4762 regulation (ISO 4287/1); The x and y directions are perpendicular to one another (Cartesian) coordinates.
Die Ist-Oberfläche (ebenfalls gemäß DIN 4762 [ISO 4287/1]) wird mit einem Rasterkraftmikroskop bestimmt. Ein geeignetes Gerät ist das AFM vom Typ "Explorer" der Fa. Topometrix Corp., Santa Clara, California, USA. Die Messung wird im sogenannten contact mode (bei konstanter Kraft etwa im Bereich von 0,4 bis 1,8 nN) mit einem Siliciumnitrid-Cantilever (ebenfalls von Topometrix Corp.) mit 50 nm Spitzenkrümmungsradius und einer Federkonstante von 0,032 N/m bei 25°C und 40% relativer Luftfeuchtigkeit durchgeführt. Die Meßstrecke des Scanners beträgt in x- und y-Richtung jeweils 2.300 nm. Zur Auswertung und Bildverarbeitung eignet sich die Software-SPM-Lab. Version 2.06.06 der Fa. Topometrix.The actual surface (also in accordance with DIN 4762 [ISO 4287/1]) is marked with a Atomic force microscope determined. One suitable device is the type AFM "Explorer" from Topometrix Corp., Santa Clara, California, USA. The measurement is in the so-called contact mode (with constant force in the range from 0.4 to 1.8 nN) with a silicon nitride cantilever (also from Topometrix Corp.) with 50 nm tip radius of curvature and a spring constant of 0.032 N / m 25 ° C and 40% relative humidity. The measuring section of the Scanners is 2,300 nm each in the x and y directions. For evaluation and The software SPM-Lab is suitable for image processing. Version 2.06.06 from Topometrix.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Materialien, indem die mikrorauhe Oberfläche durch Bestrahlen erzeugt wird. In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die erfindungsgemäßen Materialien hergestellt, indem die Materialoberfläche durch Prägen oder Abguß gestaltet wird.The invention relates to a process for the production of those according to the invention Materials, in which the micro-rough surface is generated by irradiation. In a particular embodiment of the present invention are the Materials according to the invention produced by the material surface through Embossing or casting is designed.
Weiterhin sind Gegenstände der Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Materialien zur Herstellung von Erzeugnissen, wie Geräten, Vorrichtungen und anderen Gegenständen, die aus diesen Materialien bestehen oder Teile aus solchen Materialien enthalten und daher bei bestimmungsmäßiger Verwendung von Bakterien weitgehend freigehalten werden; sowie diese Erzeugnisse, Geräte, Vorrichtungen und Gegenstände als solche. The invention also relates to the use of the invention Materials used in the manufacture of articles, such as appliances, devices and other objects made of these materials or parts thereof Contain materials and therefore, when used as intended, bacteria are largely kept free; as well as these products, devices, devices and objects as such.
Schließlich ist ein Gegenstand der Erfindung die Verwendung dieser Erzeugnisse, Geräte, Vorrichtungen und anderen Gegenstände auf bestimmten, in der Folge spezifizierten technischen Gebieten.Finally, an object of the invention is the use of these products, Devices, fixtures and other items on certain, subsequently specified technical areas.
Zu den Bakterien, deren Adhäsion und Ausbreitung auf den erfindungsgemäßen Materialien bzw. Geräten wirkungsvoll und nachhaltig gehemmt wird, zählen Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Serratia mercescens und Candida albicans.The bacteria, their adhesion and spread to the invention Materials or devices are effectively and sustainably inhibited Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Serratia mercescens and Candida albicans.
Unabhängig von der mikrorauhen Oberflächenstruktur können die erfindungsgemäßen Materialien aus beliebigen festen Stoffen bestehen, wie Metallen, Kunststoffen, Glas, Hartholz und Keramik, die ihre charakteristische Oberflächenstruktur unter Schwerkrafteinwirkung und unter Umgebungsbedingungen nicht oder nicht nennenswert verändern. Von den in der Technik gebräuchlichen Metallen seien z. B. Eisen, Chrom, Nickel und Aluminium sowie deren Legierungen erwähnt. Weiterhin eignen sich der gegebenen Definition für feste Stoffe entsprechende Polymere, wie Polyurethane, Polyamide, Polyester und -ether, Polyetherblockamide, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polycarbonate, Polyorganosiloxane, Polyolefine, Polysulfone, Polyisopren, Poly-Chloropren, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyacrylate, Polymethacrylate, entsprechende Copolymere und Blends sowie natürliche und synthetische Kautschuke. Ferner können beliebige anorganische technische Gläser, wie Flachglas, Behälterglas oder Bleikristallglas, ebenso erfindungsgemäß mit einer mikrorauhen Oberfläche ausgestattet werden wie technische Keramiken. Die erfindungsgemäßen Materialien schließen auch Verbundmaterialien und beschichtete Materialien ein, soweit und solange die jeweils äußere Lage oder Schicht eine mikrorauhe Oberfläche aufweist. Als Beispiele seien lackierte oder mit Kunststoff beschichtete Metall-, Glas- oder Holzkörper genannt. Regardless of the micro-rough surface structure, the materials according to the invention consist of any solid substances, such as metals, Plastics, glass, hardwood and ceramics that have their characteristic Surface structure under the action of gravity and under Do not change the ambient conditions or change them not significantly. Of those in the Metals commonly used in technology are z. B. iron, chromium, nickel and aluminum as well as their alloys mentioned. Furthermore, the given definition are suitable for solid materials, corresponding polymers such as polyurethanes, polyamides, polyesters and -ether, polyether block amides, polystyrene, polyvinyl chloride, polycarbonates, Polyorganosiloxanes, polyolefins, polysulfones, polyisoprene, poly-chloroprene, Polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylates, polymethacrylates, appropriate Copolymers and blends as well as natural and synthetic rubbers. Further Any inorganic technical glasses, such as flat glass, container glass or Lead crystal glass, also according to the invention with a microrough surface like technical ceramics. The materials of the invention also include composite materials and coated materials, as far as and as long as the respective outer layer or layer has a micro-rough surface. Examples are lacquered or plastic-coated metal, glass or Called wooden body.
Zur Herstellung der mikrorauhen Oberflächenstruktur geht man am besten von weniger rauhen Oberflächen aus, die durch Ablation (Abtragung) oder Beschichtung in Oberflächen mit der erfindungsgemäßen mikrorauhen Struktur umgewandelt werden. Ablation kann, je nach Topographie und Härte des weniger rauhen Materials, z. B. durch Schleifen, Bestrahlen (z. B. Sandstrahlen), Ätzen, Beflammung, Plasmabehandlung, Laserablation, UV-Bestrahlung, Röntgenlithographie oder thermische Behandlung erfolgen. Diesen abtragenden Verfahren stehen die beschichtenden Verfahren gegenüber, z. B. Lackieren mit gering verlaufenden Lacken (auch Pulverlacken), Bedampfen, Besputtern, Bedrucken und Bestrahlen mit Materialeintrag zur Seite. Mikrorauhe Oberflächen können auch als Matrize für die Strukturierung weiterer, gleichermaßen mikrorauher Oberflächen dienen, beispielsweise beim Spritzgießen oder beim Gießen von Folien aus Lösung. Die Wahl eines geeigneten Verfahrens zur Schaffung einer mikrorauhen Oberfläche hängt von einer Reihe von Gegebenheiten ab, bei Ablationsverfahren z. B. von der Härte oder Zähigkeit des Materials, der Einwirkungstemperatur sowie der Art, Dauer und Intensivität der Einwirkung. Bei Bestrahlen bestimmen u. a. die Natur, die Härte, die Größe und die Oberflächenbeschaffenheit des Strahlgutes, dessen Aufprallgeschwindigkeit und die Bestrahldauer den Behandlungserfolg. Der Fachmann kann die für einen gegebenen Fall optimalen Verfahren unschwer ohne erfinderisches Zutun durch Routineversuche ermitteln.The best way to produce the micro-rough surface structure is from less rough surfaces made by ablation (removal of material) or coating converted into surfaces with the microrough structure according to the invention will. Ablation can be less rough, depending on the topography and hardness of the area Materials, e.g. E.g. by grinding, blasting (e.g. sandblasting), etching, Flame treatment, plasma treatment, laser ablation, UV radiation, X-ray lithography or thermal treatment are carried out. This erosive Processes are opposed to coating processes, e.g. B. Painting with low-running paints (including powder paints), steaming, sputtering, printing and irradiation with material input to the side. Micro-rough surfaces can also as a matrix for structuring other, equally microrough surfaces serve, for example in injection molding or when casting films from solution. Choosing a suitable method for creating a micro-rough surface depends on a number of circumstances. B. from the Hardness or toughness of the material, the exposure temperature as well as the type, duration and intensity of action. In the case of irradiation, inter alia the nature, the hardness, the size and surface properties of the blasting material, its The impact speed and the irradiation time determine the success of the treatment. Of the A person skilled in the art can easily find the optimal method for a given case without identify inventive involvement through routine experiments.
Besonders bewährt haben sich Verfahren, bei denen die mikrorauhen Oberflächen durch Bestrahlen erzeugt werden. Dies kann direkt durch Bestrahlen des gewünschten Materials erfolgen, aber auch die Herstellung einer Negativform durch Bestrahlen mit anschließendem Abguß- oder Prägeverfahren ist möglich.Processes in which the microrough surfaces can be generated by irradiation. This can be done directly by irradiating the desired material, but also the production of a negative form Irradiation with a subsequent casting or embossing process is possible.
Zur Bestrahlung eignen sich insbesondere Sandstrahlverfahren mit Korund-, Stahl- oder Glaspartikel. Es können gängige Geräte, wie z. B. der Sandstrahler der Fa. Auer ST 1000, eingesetzt werden. Typische Strahlzeiten betragen 5 Sekunden bis 3 Minuten, bei harten Materialien wie Stahl bevorzugt 1 bis 2 Minuten. Die so erhaltenen Oberflächen müssen vor der Weiterverwendung gereinigt bzw. sterilisiert werden.Sandblasting processes with corundum, steel or glass particles. Common devices such as B. the sandblaster from Auer ST 1000 can be used. Typical blasting times are 5 to 3 seconds Minutes, for hard materials such as steel preferably 1 to 2 minutes. The so Surfaces obtained must be cleaned or sterilized before further use will.
Die erfindungsgemäßen Materialien können auch durch Prägen oder Abgießen einer entsprechenden Form gestaltet werden. Eine solche Form kann ebenfalls durch Bestrahlen hergestellt werden. Die einzuhaltenden Verfahrensparameter sind die gleichen wie bei der direkten Bestrahlung; es sollten lediglich ausreichend formstabile Materialien wie Edelstahl oder Messing eingesetzt werden. Die erfindungsgemäßen Materialien können anschließend durch Prägen, Gießen, Spritzgießen oder Foliengießen aus einer Lösung hergestellt bzw. gestaltet werden. Dieses Verfahren bietet sich insbesondere für die bereits genannten polymeren Werkstoffe an.The materials according to the invention can also be made by embossing or casting appropriate shape. Such a shape can also be made by Irradiate can be produced. The procedural parameters to be observed are the same as for direct irradiation; it should only be sufficiently dimensionally stable Materials such as stainless steel or brass are used. The invention Materials can then be embossed, poured, or injection molded Foil casting can be produced or designed from a solution. This method is particularly suitable for the polymeric materials already mentioned.
Die erfindungsgemäßen Materialien eignen sich zur Herstellung von Erzeugnissen, wie Geräten, Vorrichtungen und anderen Gegenständen, die aus diesen Materialien bestehen oder Teile aus solchen Materialien enthalten und daher bei bestimmungsgemäßer Verwendung von Bakterien weitgehend freigehalten werden. Was die Fertigungstechnik betrifft, so können die Geräte, Vorrichtungen oder anderen Gegenstände oder Teile davon zuerst in eine zweckentsprechende Form gebracht und dann mit einer mikrorauhen Oberfläche versehen werden. Bei einer anderen Variante fallen sie unmittelbar bei der Formgebung als Gerät, Vorrichtung oder anderer Gegenstand mit mikrorauher Oberfläche an, z. B. bei der Extrusion von Rohren, beim Spritzgießen von Formteilen oder Foliengießen aus Lösungen. Schließlich können die erfindungsgemäßen Materialien auch Halbzeuge sein, die zu einem erfindungsgemäßen Gerät, einer Vorrichtung oder einem Gegenstand verarbeitet werden. So können z. B. Stahl- oder Kunststoffplatten mit mikrorauher Oberfläche zu einem erfindungsgemäßen Gegenstand, z. B. einem Behälter, zusammengefügt werden. The materials according to the invention are suitable for the production of products, such as appliances, fixtures and other items made from these materials consist of or contain parts of such materials and are therefore included in intended use of bacteria are largely kept free. As far as the manufacturing technology is concerned, the devices, devices or other objects or parts thereof first in an appropriate form brought and then provided with a micro-rough surface. At a In another variant, they fall directly into the shaping as a device, device or other object with a micro-rough surface, e.g. B. in the extrusion of Pipes, injection molding of molded parts or film casting from solutions. Finally, the materials according to the invention can also be semi-finished products that lead to a device, a device or an object according to the invention are processed. So z. B. steel or plastic plates with microrough Surface to an object according to the invention, for. B. a container, be joined together.
Dem Ziel der Bakterienhemmung sowie den gegebenen Erläuterungen zum Stand der Technik entsprechend, können diese Geräte, Apparate und anderen Gegenstände u. a. auf den Gebieten der Wasser- und Abwassertechnik, der Getränke-, Nahrungsmittel- und Genußmitteltechnik, der Biotechnologie, der Hygienevorsorge und der Medizintechnik Verwendung finden.The goal of bacterial inhibition and the explanations given on the status of According to the technology, these devices, apparatus and other objects can, among other things. in the fields of water and wastewater technology, beverage, Food and luxury food technology, biotechnology, hygiene prevention and medical technology.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter erläutern, nicht aber ihren Umfang begrenzen.The following examples are intended to explain the invention further, but not yours Limit scope.
Die Prüfung auf Adhäsion von Bakterien kann mit verschiedenen Stämmen vorgenommen werden. Hierzu eignen sich besonders die in Tabelle 1 aufgeführten Bakterien, da sie in klinischen Isolaten von infizierten Kathetern häufig vorkommen.Testing for adhesion of bacteria can be done with different strains be made. The ones listed in Table 1 are particularly suitable for this purpose Bacteria as they are common in clinical isolates from infected catheters.
Bakterienstämme zur Messung der primären AdhäsionBacterial strains for measuring primary adhesion
Bakterienstämme zur Messung der primären AdhäsionBacterial strains for measuring primary adhesion
Das Verfahren zur Bestimmung der primären Adhäsion (also unabhängig von späterer Vermehrung) dieser Bakterienstämme wird beispielhaft für Klebsiella pneumoniae in der Folge beschrieben. Die primäre Adhäsion der anderen Stämme (B1 bis B3) wurde analog bestimmt.The procedure for determining the primary adhesion (i.e. independent of later reproduction) of these bacterial strains is exemplified for Klebsiella pneumoniae described below. The primary adhesion of the other tribes (B1 to B3) was determined analogously.
Eine Über-Nacht-Kultur des Bakterienstammes Klebsiella pneumondiae in Hefeextrakt-Pepton-Glukose-Nährmedium (1% + 1% + 1%) wird abzentrifugiert und in Phosphat-gepufferter Saline (= PBS; 0,05 m KH2PO4, pH 7,2 + 0,9% NaCl) wieder aufgenommen. Man verdünnt mit PBS-Puffer auf eine Zellkonzentration von 108 Zellen/ml. Die suspendierten Bakterien werden mit dem zu untersuchenden Folienstück für 3 h in Berührung gebracht. Dazu werden doppelseitig beschichtete kreisförmige Folienstücke mit einem Durchmesser von 1,6 cm (= 4,02 cm2) auf eine Präpariernadel gesteckt und mit der Zellsuspension geschüttelt. Einseitig beschichtete Folien werden in Form einer runden, ebenen Scheibe von 4,5 cm Durchmesser und mit einer Stützmembran aus 2-3 cm dickem Weich-PVC in eine Membranfilterapparatur eingespannt. Auf die nach oben zeigende Seite mit der zu prüfenden Beschichtung wird die Zellsuspension aufgegeben und 3 Stunden geschüttelt. Die Membranfilterapparatur muß dicht sein, d. h. es darf keine Zellsuspension durch undichte Zellen ausfließen.An overnight culture of the bacterial strain Klebsiella pneumondiae in yeast extract-peptone-glucose nutrient medium (1% + 1% + 1%) is centrifuged and in phosphate-buffered saline (= PBS; 0.05 m KH 2 PO 4 , pH 7.2 + 0.9% NaCl) was resumed. It is diluted with PBS buffer to a cell concentration of 10 8 cells / ml. The suspended bacteria are brought into contact with the piece of film to be examined for 3 h. For this purpose, circular pieces of film coated on both sides with a diameter of 1.6 cm (= 4.02 cm 2 ) are placed on a dissecting needle and shaken with the cell suspension. Films coated on one side are clamped into a membrane filter apparatus in the form of a round, flat disk 4.5 cm in diameter and with a support membrane made of 2-3 cm thick soft PVC. The cell suspension is applied to the upward-facing side with the coating to be tested and shaken for 3 hours. The membrane filter apparatus must be tight, ie no cell suspension must flow out through leaky cells.
Nach Ablauf der Kontaktzeit wird die Bakteriensuspension mit einer Wasserstrahlpumpe abgesaugt, und die Folienstücke werden zum Waschen mit 20 ml steriler PBS-Lösung in einem 100 ml Becherglas 2 Minuten geschüttelt. Das Folienstück wird nochmals in sterile PBS-Lösung eingetaucht und dann in 10 ml erhitztem TRIS/EDTA (0,1 M Trishydroxyethylaminomethan, 4 mM Ethylendiamintetraessigsäure, mit HCl auf pH 7,8 eingestellt) für 2 Minuten im siedenden Wasserbad extrahiert. After the contact time has elapsed, the bacterial suspension is treated with a Sucked off the water jet pump, and the pieces of film are washed with 20 ml sterile PBS solution in a 100 ml beaker for 2 minutes. That The piece of film is again immersed in sterile PBS solution and then in 10 ml heated TRIS / EDTA (0.1 M trishydroxyethylaminomethane, 4 mM Ethylenediaminetetraacetic acid, adjusted to pH 7.8 with HCl) for 2 minutes in extracted boiling water bath.
Mit der Extraktionslösung werden keine Eppendorf-Cups befüllt und sofort bis zur Biolumineszenz-Bestimmung des extrahierten Adenosintriphosphats (ATP) bei -20°C eingefroren. Die Bestimmung wird wie folgt ausgeführt: In ein transparentes Röhrchen aus Polycarbonat wird 100 µl Reagentienmix (Biolumineszenz-Test CLS II. Fa. BOEHRINGER MANNHEIM GmbH) gegeben, und über einen Zeitraum von 10 Sekunden werden in einem Lichtimpuls-Meßgerät LUMAT LB9501 (Laboratorien Prof. Berthold GmbH, 75323 Bad Wildbad, Deutschland) in Lichtimpulse integriert. Dann wird eine 100 µl Probe zugegeben und erneut gemessen. Die relativen Lichteinheiten (RLU) werden durch Subtraktion der Lichtimpulse im Reagentienmix von der Anzahl der gemessenen Lichtimpulse im kompletten Ansatz erhalten. Dieser Wert steht in Relation zu der Anzahl der an der Folie adhärierten Bakterien. Der Umrechnungsfaktor zwischen dem RLU-Wert und der Bakterienzahl wird bestimmt, indem ein Aliquot von 0,1 ml der Bakteriensuspension mit 108 Zellen/ml in 10 ml heißem TMS/EDTA extrahiert und dann der ATP-Gehalt bestimmt wird.No Eppendorf cups are filled with the extraction solution and immediately frozen at -20 ° C until the bioluminescence of the extracted adenosine triphosphate (ATP) is determined. The determination is carried out as follows: 100 μl reagent mix (bioluminescence test CLS II. Fa. BOEHRINGER MANNHEIM GmbH) is placed in a transparent tube made of polycarbonate, and LUMAT LB9501 (Laboratorien Prof. . Berthold GmbH, 75323 Bad Wildbad, Germany) integrated into light pulses. Then a 100 µl sample is added and measured again. The relative light units (RLU) are obtained by subtracting the light pulses in the reagent mix from the number of light pulses measured in the complete batch. This value is related to the number of bacteria adhering to the film. The conversion factor between the RLU value and the bacterial count is determined by extracting an aliquot of 0.1 ml of the bacterial suspension with 10 8 cells / ml in 10 ml of hot TMS / EDTA and then determining the ATP content.
Für Klebsiella pneumoniae ergibt sich ein Wert von 1,74.104 RLU = 1.107 Zellen im
ATP-Extraktionsansatz. Bei einem gemessenen Wert von 4,7.104 von 4 cm3 Folie
waren pro cm2 Folienoberfläche
For Klebsiella pneumoniae the result is a value of 1.74.10 4 RLU = 1.10 7 cells in the ATP extraction mixture. With a measured value of 4.7.10 4 of 4 cm 3 of film, there were per cm 2 of film surface
primär adhäriert.primarily adhered.
Es wurden 5 gedrehte Scheiben aus 1.4571 Edelstahl mit einem Durchmesser von 70 mm und einer Dicke von 5 mm einseitig hochglanzpoliert. 4 davon wurden nachfolgend mit Glasperlen in einem Sandstrahler Auer ST1000 bestrahlt. Dabei wurde für jede Scheibe Glasperlen einer anderen Körnung verwendet. Es kamen die Körnungen 20, 50, 120 und 220 zum Einsatz. Die so gewonnenen Scheiben wurden in 10% w/w Wasserstoffperoxidlösung mit 5% w/w Perchlorsäure 16 Stunden bei Raumtemperatur inkubiert, um sie zu reinigen und anschließend 2 Stunden bei 70°C getrocknet.There were 5 turned disks made of 1.4571 stainless steel with a diameter of 70 mm and a thickness of 5 mm high-gloss polished on one side. 4 of them were subsequently blasted with glass beads in an Auer ST1000 sandblaster. Included Glass beads of a different grain size were used for each disc. They came Grit sizes 20, 50, 120 and 220 are used. The slices obtained in this way were in 10% w / w hydrogen peroxide solution with 5% w / w perchloric acid for 16 hours Incubated room temperature to purify them and then 2 hours at 70 ° C dried.
Das Polyurethan TECOFLEX® EG 93 der Fa. Thermedics, Inc., Woburn. Mass., USA wurde in Tetrahydrofuran gelöst (5% w/w) und auf die vorbereiteten Stahlscheiben von unterschiedlicher Rauhigkeit gegossen. Die nach Verdampfen des Lösemittels erhaltenen Folien wurden abgelöst, und die Mikrorauhigkeit und die Bakterienadhäsion wurden gemessen. Die Ergebnisse gehen aus der folgenden Tabelle hervor.The polyurethane TECOFLEX® EG 93 from Thermedics, Inc., Woburn. Mass., USA was dissolved in tetrahydrofuran (5% w / w) and on the prepared Cast steel disks of different roughness. The after evaporation of the Solvent-obtained films were peeled off, and the microroughness and the Bacterial adhesion was measured. The results go from the following Table.
TabelleTabel
Aus der Tabelle geht hervor, daß die Bakterienadhäsion auf den nicht erfindungsgemäßen glatten (Beispiel I) und rauhen (Beispiel 5) Oberflächen deutlich stärker ist als auf den erfindungsgemäßen mikrorauhen Oberflächen der Beispiele 2 bis 4.From the table it can be seen that the bacterial adhesion to the not smooth (example I) and rough (example 5) surfaces according to the invention is stronger than on the microrough surfaces according to the invention of Examples 2 to 4.
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