DE212006000030U1

DE212006000030U1 - Mikrobizides Substrat

Info

Publication number: DE212006000030U1
Application number: DE212006000030U
Authority: DE
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2016-04-11
Also published as: GB0720323D0; GB2442364A; KR20070122212A; WO2006108985A1

Abstract

Substrat enthaltend zumindest eine photokatalytische Zusammensetzung, die unter den Bedingungen der Beleuchtung eines Innenraums von Gebäuden oder Transportfahrzeugen aktiv ist, dafür vorgesehen, Mikroorganismen, die mit ihm in Berührung kommen, zu neutralisieren.

Description

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, Mikroorganismen wie beispielsweise Bakterien, Viren, Pilze insbesondere in geschlossenen Räumen wie beispielsweise im Innern von Gebäuden oder Transportfahrzeugen zur Gänze oder teilweise zu zerstören oder zumindest deren Entwicklung zu hemmen.
Unter Hemmung ihrer Entwicklung ist zu verstehen, dass die Menge an Mikroorganismen allerhöchstens gehalten wird oder leicht abnimmt: man spricht dann beispielsweise von einer bakteriostatischen Wirkweise, während mit einer bakteriziden Wirkweise eine eher substantielle Abnahme der Menge an Bakterien bezeichnet wird.
So setzt die Erfindung beispielsweise bei folgenden Problemen an:

– sämtliche nosokomialen Infektionen, deren Quellen bekanntermaßen die Luft, das Wasser, die Hände oder die Bekleidung der Insassen, die Innenflächen von Krankenhäusern sein können, oder auch
– Legionellen, die sich insbesondere in den Wasserleitungen, den Belüftungsvorrichtungen/Belüftungskanälen, Klimatisierungssystemen usw. bilden.

Die von der Erfindung erfassten Mikroorganismen sind für den Menschen pathogen oder inpathogen. Hierzu werden insbesondere und rein beispielhaft aufgezählt

– als Bakterien: Bacillus, Bordetella, Borrelia, Brucella, Campylobacter, Chlamydophila, Clostridium, Corynebacterium diphteriae, Escherichia coli, Haemophilus influenzae, Legionella, Listeria, Mycobacterium leprae, Mycobacterium tuberculosis, Mykoplasma, Neisseria, Pseudomonas, Salmonella, Staphylococcus, Streptococcus, Treponema pallidum, Vibrio cholerae, Yersinia pestis usw.
– als Viren: SARS, AIDS, Grippe, Hepatitis, Herpes, Zona, Varizellen, Coronavirus, Ebola usw.
– als Pilze: Mykose, Aspergillus, Candida usw.

Die oben definierte Aufgabe der Erfindung wird erreicht durch die Erfindung, deren Gegenstand ein Substrat ist, das zumindest eine photokatalytische Zusammensetzung enthält, die unter den Bedingungen der Beleuchtung eines Innenraums von Gebäuden oder Transportfahrzeugen aktiv ist, das dafür vorgesehen, Mikroorganismen, die mit ihm in Berührung kommen, zu neutralisieren.
Unter photokatalytischer Zusammensetzung ist bzw. sind eine oder mehrere der Zusammensetzungen TiO₂, WO₃, CdO₃, In₂O₃, Ag₂O, MnO₂ und CU₂O₃, Fe₂O₃, V₂O₅, ZrO₂, RUO₂ und Cr₂O₃, CoO₃, NiO, SnO₂, CeO₂ und Nb₂O₃, KTaO₃ und SrTiO₃, K₄NbO₁₇ usw. zu verstehen.
Unter diesen wird ganz insbesondere TiO₂ bevorzugt, das zumindest teilweise in Form von Anatas und/oder Rutil kristallisiert ist, und in geringerem Maß SrTiO₃ und K₄NbO₁₇.
Die Bedingungen der Beleuchtung eines Innenraums von Gebäuden oder Transportfahrzeugen zeichnet sich durch ein Spektrum aus, das im Wesentlichen aus sichtbarem Licht und aus einer geringen Restmenge an ultraviolettem Licht besteht. Die photokatalytische Zusammensetzung entsprechend der Erfindung ist somit derart gewählt, dass sie bei sichtbarem Licht aktiv ist oder bei ultraviolettem Licht eine im Verhältnis zu der Aktivität herkömmlicher photokatalytischer Zusammensetzungen erheblich gesteigerte Aktivität hat.
Unter dem Begriff Neutralisierung ist hier zumindest die Erhaltung der ursprünglichen Menge an Mikroorganismen zu verstehen; die Erfindung schließt eine Erhöhung dieser Menge aus. Auf diese Weise wird die Entwicklung und Wucherung der Mikroorganismen verhindert, und so gut wie allen Fällen nimmt die Fläche, die von den Mikroorganismen eingenommen wird, selbst in dem Fall ab, dass ihre Menge erhalten bleibt. Die Neutralisierung der Mikroorganismen kann entsprechend der Erfindung bis zu ihrer vollständigen Zerstörung reichen.
Die neutralisierten Mikroorganismen können für den Menschen pathogen sein; in diesem Fall stellt die Erfindung einen Vorteil für die menschliche Gesundheit sicher. Sie können für den Menschen auch nicht pathogen sein: es mag sich dann darum handeln, die Sauberkeit eines transparenten Substrats zu bewahren, indem die Bildung von Pilzen verhindert wird.
Entsprechend einer ersten Variante enthält die photokatalytische Zusammensetzung TiO₂, das über einen Zeitraum, der ausreichend lang ist, um es in die Lage zu versetzen, Photonen des sichtbaren Lichts zu absorbieren, in einer Atmosphäre aus Stickstoff oder aus Stickstoffund zumindest einem Reduktionsgas einer thermischen Behandlung unterzogen wird. Die thermische Behandlung wird bei einer Temperatur von mindestens 250°C, die bis zu 700°C betragen kann, über einen Zeitraum von einigen Bruchteilen von Sekunden bis zu mehreren Stunden durchgeführt. Als Reduktionsgas wird zumindest eines aus den Elementen Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Methan, verwendet, wobei das Verhältnis Stickstoff:Reduktionsgas(e) insbesondere zwischen 100:0 und 50:50 beträgt. Die thermische Behandlung ist so vorgesehen, dass sie einem herkömmlichen Glühverfahren oder Härtungsverfahren eines Glassubstrats entspricht.
Entsprechend einer zweiten Variante enthält das Substrat in intensiver Verbindung eine erste photokatalytische Zusammensetzung und eine zweite Zusammensetzung, die einen Energiesprung zwischen dem oberen Bereich ihres Valenzbands und dem unteren Bereich ihres Leitungsbands aufweist, der einer Wellenlänge im Bereich des sichtbaren Lichts entspricht.
Die erste photokatalytische Zusammensetzung ist aus den bereits genannten Elementen und die zweite Zusammensetzung nicht ausschließlich aus den Elementen GaP, CdS, KTa_0,77Nb_0,23O₃, CdSe, SrTiO₃, TiO₂, ZnO, Fe₂O₃, WO₃, Nb₂O₅, V₂O₅, EU₂O₃, gewählt. Die intensive Verbindung der beiden Zusammensetzungen kann durch ein nicht reaktives Verfahren, beispielsweise durch Pulvermischung und thermische Behandlung in einem Bindemittel, oder auf flüssigem Wege nach Mischung von Lösungen, dann durch thermische Behandlung und/oder Trocknung erhalten werden. Sie kann auch durch ein reaktives Verfahren, wie beispielsweise einer flüssigen oder gasförmigen Pyrolyse (thermisches CDV) ausgehend von Vorläufern der beiden Zusammensetzungen, oder durch Kathodenzerstäubung unter Verwendung eines Targets erhalten werden, das beispielsweise aus einer Mischung von zwei metallischen Vorläufern der ersten und zweiten Zusammensetzung besteht.
Gegenstand der ersten und zweiten Variante ist beide Male der Erhalt einer photokatalytischen Zusammensetzung, die ausschließlich bei Beleuchtung im sichtbaren Spektrum aktiv ist, ein Spektrum, das überwiegend im Innern von Gebäuden, Transportfahrzeugen vorhanden ist.
Entsprechend einer dritten Variante ist diese photokatalytische Zusammensetzung in eine mesoporöse Struktur eingebettet. Diese Struktur auf der Basis von mindestens einer Zusammensetzung – insbesondere Oxid-Zusammensetzung – aus zumindest einem der Elemente Si, W, Sb, Ti, Zr, Ta, V, B, Pb, Mg, Al, Mn, Co, Ni, Sn, Zn, In, Fe, Mo usw. weist ein dreidimensionales Netz aus Poren mit Durchmessern zwischen 5 und 20 nm auf, die miteinander kommunizieren. Eine Ausführung dieser Variante besteht in einer mesoporösen Schicht auf der Basis von Siliziumoxid, das zu Anatase kristallisierte Nanopartikel von TiO₂ mit einer Größe von ungefähr 50 nm enthält. Diese Schicht kann auf flüssigem Wege erhalten werden durch Verwendung von Strukturierungsmitteln wie beispielsweise Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB) oder aus Blockcopolymeren aus Polyethylenoxid und Polypropylenixid, die durch thermische Behandlung abgebaut sind, wodurch Freiraum für die Mesoporen entsteht. Hinsichtlich der Details zu diesem Verfahren wird auf die Anmeldung WO 03/87002 verwiesen.
Diese dritte Variante stellt ein Substrat bereit, dessen photokatalytische Aktivität unter ultravioletter Strahlung erheblich exazerbiert ist, was bei Vorliegen einer schwachen Ultraviolett-Restbeleuchtung wie beispielsweise im Innern eines Gebäudes, eines Transportfahrzeugs usw. von Nutzen ist.
Gemäß dieser dritten Variante sind funktionelle Wirkstoffe wie Mikrobizide, Desodoranzien, Antibakterienmittel oder dergleichen vorteilhafterweise in den Poren dieser Struktur enthalten.
Entsprechend den drei oben beschriebenen Varianten enthält die photokatalytische Zusammensetzung vorteilhafterweise TiO₂, das N-dotiert und/oder S-dotiert oder zumindest mit einem Metallion dotiert ist, und insbesondere:

– N-dotiertes TiO2 ist auf flüssigen Wege ausgehend von zumindest einem Ti enthaltenden Vorläufer im Beisein von mindestens einer Zusammensetzung mit Ammonium-Funktion, dann durch thermische Behandlung erhalten;
– mit V, Cr, Mn, Mo, In, Sn, Fe, Ce, Co, Cu, Nd, Zn, W, Nb, Ta, Bi, Ni, Ru in einer molaren Konzentration von 0,5 bis 10 % dotiertes TiO₂ ist durch Kopräzipitation einer Zusammensetzung aus Titan, wie beispielsweise einem Alkyoxid und einem Metallsalz, gefolgt von einer thermischen Behandlung erhalten.

Indem auf diese Weise zumindest eines dieser metallischen Elemente in das kristalline Netz des Titanoxids eingefügt wird, erhöht sich die Anzahl der Ladungsträger. Diese Dotierung kann auch lediglich an der Oberfläche des Titanoxids oder gegebenenfalls auf der gesamten Beschichtung, der sie zugehörig ist, erfolgen, wobei die Oberflächendotierung durch Abdeckung zumindest eines Teils der Beschichtung mit einer Schicht aus Oxiden oder Metallsalzen erfolgt.
Vorzugsweise sind diese photokatalytische Zusammensetzung, oder zumindest ein Teil der Beschichtung, die sie aufnimmt, mit einem Edelmetall in Form einer dünnen Schicht vom Typ Pt, Rh, Ag, Pd bedeckt. Somit wird der photokatalytische Vorgang verstärkt, indem der Wirkungsgrad und/oder die Kinetik der photokatalytischen Reaktionen erhöht wird. Andererseits ist Ag ein Mikrobizid.
Vorzugsweise ist das Substrat der Erfindung auf der Basis von Glas oder Polymer(en), insbesondere transparent, oder ein keramisches Substrat oder glaskeramisches Substrat in architektonischem Material vom Typ Fassadenputz, Betonplatten oder Betonpflaster, architektonischer Beton, Beton mit Natursteinzusätzen, Mauerziegel, Dachziegel, Material mit zementärer Zusammensetzung, Terrakotta, Schiefer, Stein, metallische Oberfläche, oder ein faseriges Substrat auf der Basis von Glas vom Typ Isolier-Mineralwolle, oder Verstärkungsglasfaser, Gewebe, Material zur Beschichtung von Gebäudewänden wie beispielsweise Tapeten, oder auf der Basis von Holz oder Farbe.
Insbesondere ist das Substrat der Erfindung aus Flachglas, insbesondere Kalk-Natron-Flachglas. Der Begriff „flach" bezeichnet hier ein Substrat als ebene Platte oder mit gekrümmten oder gewölbten Flächen, das monolithisch oder geschichtet, gegebenenfalls als Mehrfachverglasung zusammengefügt, ist, das zumindest eine Isolierglasschicht begrenzt.
Für den Fall, dass das Substrat aus Flachglas besteht, ist die photokatalytische Zusammensetzung vorteilhafterweise verbunden durch Einbringung

– von Unterschichten mit heteroepitaxialem Wachstum der photokatalytischen Zusammensetzung;
– von Unterschichten, welche die Migration der Alkaline (insbesondere des Kalk-Natron-Flachglases) bremsen;
– von Unterschichten mit optischer Wirkweise;
– von Unterschichten mit thermischer Kontrolle; und/oder
– von leitenden, antistatischen Unterschichten usw.

Entsprechend einer insbesondere interessanten Ausführung ist die Zusammensetzung in einer Schicht mit einer Dicke zwischen 5 nm und 1 μm enthalten.
Hinsichtlich des Verfahrens für die Aufbringung der photokatalytischen Zusammensetzung empfehlen sich drei wesentliche Varianten:

– durch Kathodenzerstäubung bei Umgebungstemperatur im Vakuum, gegebenenfalls unterstützt durch Magnetfeld und/oder Ionenbündel, unter Verwendung eines Ti oder TiO_X-Metalltargets mit x < 2 und einer oxidierenden Atmosphäre oder unter Verwendung eines TiO₂-Targets und einer inerten Atmosphäre;
– durch ein Pyrolyse-Verfahren in fester, flüssiger oder gasförmiger Phase vom Typ CVD;
– durch Sol-Gel-Verfahren.

Gegenstand der Erfindung ist andererseits die Verwendung des oben beschriebenen Substrats

– als Innenfläche eines gemeinschaftlich genutzten Gebäudes wie beispielsweise ein Krankenhaus oder eines Einfamilienhauses oder einer Wohnung, von Möbeln, oder des Innenraums eines beliebigen Fahrzeugs für den Transport auf dem Landweg, dem Wasser oder in der Luft, einschließlich als Bekleidung oder jedes beliebigen, vom Insassen getragenen Zubehörs.
– als selbstreinigende Verglasung, insbesondere Antibeschlag, Antischmutz und Antikondens, insbesondere für das Gebäude vom Typ Mehrfachverglasung, Doppelverglasung, Verglasung für Transportfahrzeuge vom Typ Windschutzscheibe, Heckfenster, Fahrzeugseitenverglasung, Verglasung für Zug, Flugzeug, Schiff, Nutzverglasung wie beispielsweise Aquarium, Vitrine, Treibhaus, Inneneinrichtung – Ablage, Duschkabine – Stadtmöbel, Spiegel, Anzeigesystembildschirm vom Typ Computer, Fernseher, Telefon, elektrisch steuerbare Verglasung wie beispielsweise elektrochrome Verglasung, mit Flüssigkristallverglasung, elektrolumineszierende Verglasung, photovoltaische Verglasung, Lampe.
– bei der Filtrierung von Flüssigkeiten oder Gasen, Belüftungs- und/oder Klimatisierungsvorrichtungen, Belüftungskanäle, Wasserleitungen.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels veranschaulicht.
Beispiel
Auf dem Glas in Form ferner eines Floatglasbands wird eine Unterschicht auf der Basis von Silizium-Carbidoxid, der Bequemlichkeit halber als SiOC bezeichnet (unbeschadet des tatsächlichen Gehalts an Sauerstoff und Kohlenstoff in der Beschichtung) aufgebracht – bei dem Glas handelt es sich um ein klares Silizium-Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke von 4 mm, wie beispielsweise von Saint-Gobain Glass France unter der Bezeichnung Planlux vertrieben. Diese Unterschicht wird durch CVD ausgehend von Si-Vorläufern, insbesondere von einer Mischung aus SiH₄ und Ethylen als Lösung in dem Stickstoff, mit Hilfe einer oberhalb und in Querrichtung zu dem Floatglasband einer Flachglas-Produktionslinie angeordneten Düse in der Floatumgebung aufgebracht, wenn das Glas noch eine Temperatur von ungefähr 550 bis 600°C hat. Die erhaltene Beschichtung hat eine Dicke von ungefähr 50 nm und eine Brechzahl von ungefähr 1,55. Aus dem Floatglas, das mit der auf diese Weise erhaltenen, alkalinhemmenden SiOC-Unterschicht versehen ist, werden Proben von 10 cm × 10 cm ausgeschnitten; diese Proben werden gewaschen, gespült, getrocknet und über einen Zeitraum von 45 min. einer Ozon/UV-Behandlung unterzogen.
Auf der Unterschicht wird eine Beschichtung mit einer mesoporösen Struktur gebildet.
Die flüssige Zusammensetzung für die Behandlung wird erhalten, indem in einem ersten Schritt 22,3 ml Tetraethoxisilan, 22,1 ml absoluter Ethanol, 9 ml HCl in dem demineralisierten Wasser (pH 1,25) gemischt werden, bis die Lösung wasserklar wird, dann, indem der Kolben für 1 Stunde in einem 60°C warmen Wasserbad angeordnet wird.
In einem zweiten Schritt wird dem vorab erhaltenen Sol eine Lösung aus einem Blockcopolymer aus Polyethylenoxid-Polypropylenoxid, das von der Firma BASF unter dem eingetragenen Warenzeichen Pluronic PE6800 (molare Masse 8000) vertrieben wird, in Verhältnissen wie das molare Verhältnis PE6800/Si = 0,01 zugesetzt. Dies ergibt sich durch Mischen von 3,78 g PE6800, 50 ml Ethanol und 25 ml Sol.
Die zu Anatase kristallisierten TiO₂-Nanopartikel mit einer Größe von ungefähr 50 nm werden der auf diese Weise erhaltenen flüssigen Zusammensetzung kurz vor der Aufbringung auf der Probe in der Menge von Ti/Si = 1 zugesetzt.
Die Aufbringung erfolgt durch Spincoating in einer Ausgangsmenge von 3 ml pro Probe. (Weitere gleichwertige Aufbringungstechniken sind das Dipcoating, die Zerstäubung, die Laminierung, das Rollcoating, das Flowcoating usw.)
Die Proben werden dann folgender Glühbehandlung unterzogen:

– 30 min. 100°C Stufe 2 h;
– 15 min. 150°C Stufe 2 h;
– 15 min. 175°C Stufe 2 h;
– 10 min. 200°C stufenlos;
– 3 h 20 min. 300°C Stufe 1 h;
– 2 h 20 min. 450°C Stufe 1 h.

Die Poren der auf diese Weise gebildeten Beschichtung haben eine Größe von 4–5 nm.
Durch SIMS-Analyse der Beschichtung mit mesoporösen Struktur wird überprüft, ob das anatomische Verhältnis Ti/Si exakt mit dem der flüssigen Ausgangszusammensetzung identisch ist. Dank der SIMS-Analyse lässt sich auch überprüfen, ob die Nanopartikel über die drei Dimensionen der Beschichtung gleichmäßig verteilt sind.
Es wird eine vergleichende Untersuchung unter dynamischen Bedingungen bei ultravioletter Strahlung durchgeführt über die Haftung einer bakteriellen Kultur auf Glas, das mit nur einer SiOC-Schicht versehen ist, und auf Glas, das mit der mit TiO₂ beschichteten SiOC-Schicht versehen ist, die laut obiger Beschreibung gebildet wurden.
Es wird eine Lampe verwendet, sich durch eine Wellenlänge von 312 nm und eine Leistung von 100 W/m² auszeichnet.
Bei der Bakterie handelt es sich um Staphylococcus epidermidis (ATCC 12228), vertrieben durch „American type culture collection". Der in lyophilisierter Form aufbewahrte Stamm wurde mit 9 ml-TSB (trypto-case soy broth)-Suspension 15 Stunden lang bei 37°C inkubiert, dann wurden die Kulturen mit Glyzerol (15%) angereichert in Cryoröhrchen aliquotiert und bei –80°C aufbewahrt (Hauptbestand). TSB ist eine Kulturmedium-Zusammensetzung, wovon 30 g Pulver in einem Liter destilliertem Wasser (pH = 7,3) gelöst werden und sich wie folgt verteilen:

– Bio-Trypcase = 17 g
– Bio-Sojase = 3 g
– Natriumchlorid = 5 g
– Kaliumbiphosphat = 2,5 g
– Glukose = 2,5 g

Um den Sekundärbestand oder Nutzbestand zu erhalten, wird ausgehend von dem Hauptbestand eine Umsiedelung in 200 ml TSB vorgenommen. Die Nährbouillon wird dann bei 37°C inkubiert. Nach Ablauf von 24 Stunden wird zum Schutz der Bakterien 15 %-iges Glyzerol zugesetzt. Die erhaltene Suspension wird dann in Eppendorf-Röhrchen (1 ml/Röhrchen) verteilt und bei –20°C aufbewahrt.
Nach Schnellabtauung wird der Inhalt eines Eppendorf-Röhrchens entnommen und in 9 ml TSB gesetzt (1. Umsiedelung oder U1). Die Nährbouillon wird dann 24 Stunden lang bei 37°C inkubiert. Abgesehen von der Inkubationszeit erfolgt die zweite Umsiedlung (U2) unter analogen Bedingungen. Schließlich wurde der Nährbouillon U2 1 ml entnommen und in 200 ml TSB gesetzt (U3).
Anhand der Beobachtung des Wachstums lässt sich der Beginn der stationären Phase bestimmen, der nach 15 Stunden Inkubation der Kultur U3 erreicht ist. Die Analyse der bakteriellen Haftung wird an der 17 Stunden alten Kultur U3 durchgeführt, was der stationären Phase des Bakterienwachstums entspricht.
Das Bakterienwachstum wird über Messungen der optischen Dichte als Absorptionsmaß (DO) bei einer Wellenlänge von 620 nm unter Verwendung eines Spektrometers „Spectronic 401" (Miltron Roy) ausgewertet. Ein Milliliter der Suspension U3 wird in regelmäßigen Zeitabständen entnommen und in ein Röhrchen gesetzt, das zur Messung der DO anschließend in dem Spektrometer angeordnet wird. Die Darstellung der DO in Abhängigkeit von der Zeit bildet eine ansteigende Kurve.
Das bei den verschiedenen Versuchen verwendete Medium ist physiologisches Wasser (Lösung aus NaCl 0,15M oder Wasser ϕ) oder hundertfach verdünntes Wasser (Lösung aus NaCl 0,0015M oder Wasser ϕ-2). Um eine bakterielle Suspension zu erhalten, wird die Kultur U3 3 Mal für 10 Minuten bei 7000g bei einer Temperatur von 4°C zentrifugiert.
Der Rückstand wird entsprechend den verwendeten Techniken (MATS, elektrophoretische Mobilität, Haftung unter statischen/dynamischen Bedingungen usw.) entweder in Wasser ϕ oder in Wasser ϕ-2 resuspendiert. Die bakterielle Konzentration ist auf einen DO-Wert (als Absorption) eingestellt. Um sicherzustellen, dass die bakterielle Konzentration bei einer Reihe von Vorgängen stets in der gleichen Größenordnung liegt, wird die Suspension ferner derart verdünnt, dass sie stets den gleichen DO-Wert aufweist. Um die bakterielle Konzentration festzustellen, wird die Methode des Zählens der lebensfähigen Zellen oder die Zählung auf einem festen Medium angewendet.
Mit den Versuchen unter dynamischen Bedingungen lässt sich die Kinetik des Vorgangs der bakteriellen Haftung auf der festen Oberfläche verfolgen. Der Träger wird in einer Haftungszelle dynamisch platziert. Eine bakterielle Suspension in Wasser ϕ mit ungefähr 3·10⁶UFC/ml wird in Umlauf gebracht mit Hilfe einer peristaltischen Pumpe, die auf eine Fördermenge von 15 ml/min eingestellt ist, um eine laminare Strömung sicherzustellen (Re = 10). Im Gegensatz zu der turbulenten Strömung begünstigt die laminare Strömung nicht die Einwirkungen Oberfläche-Mikroorganismen. Ferner hängt die bakterielle Haftung in diesem Fall nicht von den Strömungsbedingungen, sondern von den Eigenschaften der Oberflächen selbst und der Suspensionsflüssigkeit ab.
Die Haftung der Mikroorganismen an der Oberfläche des Glases wird mit Hilfe eines Mikroskops verfolgt (Leica Objektiv, 10-fach). Alle 10 Minuten wird ein Bild aufgenommen. Über eine EDV-Analyse dieses letzten lässt sich der prozentuale Anteil der Abdeckung jedes Bilds bestimmen und auf diese Weise eine Kurve anfertigen, die den prozentualen Anteil der Abdeckung der Oberfläche durch die Bakterien in Abhängigkeit von der Kontaktzeit darstellt.
Die Haftungsversuche unter dynamischen Bedingungen wurden mit der 22 Stunden alten Kultur U3 durchgeführt.
Es lässt sich feststellen, dass der Abdeckungsanteil konstante Werte:

– von 35 % in 30 Stunden bei dem „nackten" Glas;
– von 15 % in 20 Stunden bei dem TiO2-Glas erreicht.

Folglich haften die Bakterien auf dem TiO₂-Glas weniger gut.
Andererseits wird in den Beispielen in dem Dokument WO 03/087002 , welches das gleiche TiO₂-Glas (mesoporöse Schicht) verwendet, aufgezeigt, dass dieses selbst bei geringer UV-Strahlung wie beispielsweise im Innern eines Gebäudes oder eines Transportfahrzeugs eine photokatalytische Aktivität aufweist. Man darf annehmen, dass diese photokatalytische Aktivität nicht ohne Auswirkungen auf die Bakterien selbst bleibt, um deren viel geringeren Abdeckungsgrad zu erklären.
Außerdem wird das TiO₂-Glas wiederum bei selbst geringer UV-Strahlung saugfähiger. Der Umlauf von Wasser kann somit die insbesondere abgestorbenen bakteriellen Zellen von der Oberfläche des TiO₂-Glases auf effizientere Weise lösen als von der Oberfläche des „nackten" Glases.
Somit weist dieses Beispiel die selbstreinigende Eigenschaft des TiO₂-Glases gegenüber den getesteten Bakterien nach.
Diese Schicht bietet sich somit für Anwendungen zur zumindest teilweisen Zerstörung oder zur Hemmung der Entwicklung von Mikroorganismen, insbesondere in Innenräumen, an.

Claims

Substrat enthaltend zumindest eine photokatalytische Zusammensetzung, die unter den Bedingungen der Beleuchtung eines Innenraums von Gebäuden oder Transportfahrzeugen aktiv ist, dafür vorgesehen, Mikroorganismen, die mit ihm in Berührung kommen, zu neutralisieren.
Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die photokatalytische Zusammensetzung TiO₂ enthält, das über einen Zeitraum, der ausreichend lang ist, um es in die Lage zu versetzen, Photonen des sichtbaren Lichts zu absorbieren, in einer Atmosphäre aus Stickstoff oder aus Stickstoff und zumindest einem Reduktionsgas einer thermischen Behandlung unterzogen wird.
Substrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es in intensiver Verbindung eine erste photokatalytische Zusammensetzung und eine zweite Zusammensetzung enthält, die einen Energiesprung zwischen dem oberen Bereich ihres Valenzbands und dem unteren Bereich ihres Leitungsbands aufweist, der einer Wellenlänge im Bereich des sichtbaren Lichts entspricht.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese photokatalytische Zusammensetzung in eine mesoporöse Struktur eingebettet ist.
Substrat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass funktionelle Wirkstoffe wie Mikrobizide in den Poren dieser Struktur enthalten sind.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass photokatalytische Zusammensetzung TiO₂ enthält, das N-dotiert und/oder S-dotiert oder zumindest mit einem Metallion dotiert ist.
Substrat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das N-dotierte TiO₂ auf flüssigem Wege ausgehend von zumindest einem Ti enthaltenden Vorläufer im Beisein von mindestens einer Zusammensetzung mit Ammonium-Funktion, dann durch thermische Behandlung erhalten ist.
Substrat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mit V, Cr, Mn, Mo, In, Sn, Fe, Ce, Co, Cu, Nd, Zn, W, Nb, Ta, Bi, Ni, Ru in einer molaren Konzentration von 0,5 bis 10% dotierte TiO₂ durch Kopräzipitation einer Zusammensetzung aus Titan, wie beispielsweise einem Alkyoxid und einem Metallsalz, gefolgt von einer thermischen Behandlung erhalten ist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese photokatalytische Zusammensetzung, oder zumindest ein Teil der Beschichtung, die sie aufnimmt, mit einem Edelmetall in Form einer dünnen Schicht vom Typ Pt, Rh, Ag, Pd bedeckt sind.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, auf der Basis von Glas oder Polymer(en), insbesondere transparent, oder keramisches Substrat oder glaskeramisches Substrat in architektonischem Material vom Typ Fassadenputz, Betonplatten oder Betonpflaster, architektonischer Beton, Beton mit Natursteinzusätzen, Mauerziegel, Dachziegel, Material mit zementärer Zusammensetzung, Terrakotta, Schiefer, Stein, metallische Oberfläche, oder faseriges Substrat auf der Basis von Glas vom Typ Isolier-Mineralwolle, oder Verstärkungsglasfaser, Gewebe, Material zur Beschichtung von Gebäudewänden wie beispielsweise Tapeten, oder auf der Basis von Holz oder Farbe.
Substrat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Flachglas, insbesondere Kalk-Natron-Flachglas, ist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese photokatalytische Zusammensetzung in einer Schicht mit einer Dicke zwischen 5 nm und 1 μm enthalten ist.
Verwendung eines Substrats nach einem Ansprüche 1 bis 12 wie Innenfläche eines gemeinschaftlich genutzten Gebäudes wie beispielsweise ein Krankenhaus oder eines Einfamilienhauses oder einer Wohnung, von Möbeln, oder des Innenraums eines beliebigen Fahrzeugs für den Transport auf dem Landweg, dem Wasser oder in der Luft, einschließlich als Bekleidung oder jedes beliebigen, vom Insassen getragenen Zubehörs.
Verwendung eines Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 12 wie selbstreinigende Verglasung, insbesondere Antibeschlag, Antischmutz und Antikondens, insbesondere für das Gebäude vom Typ Mehrfachverglasung, Doppelverglasung, Verglasung für Transportfahrzeuge vom Typ Windschutzscheibe, Heckfenster, Fahrzeugseitenverglasung, Verglasung für Zug, Flugzeug, Schiff, Nutzverglasung wie beispielsweise Aquarium, Vitrine, Treibhaus, Inneneinrichtung – Ablage, Duschkabine – Stadtmöbel, Spiegel, Anzeigesystembildschirm vom Typ Computer, Fernseher, Telefon, elektrisch steuerbare Verglasung wie beispielsweise elektrochrome Verglasung, mit Flüssigkristallverglasung, elektrolumineszierende Verglasung, photovoltaische Verglasung, Lampe.
Verwendung eines Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 12 bei der Filtrierung von Flüssigkeiten oder Gasen, Belüftungs- und/oder Klimatisierungsvorrichtungen, Belüftungskanäle, Wasserleitungen.