DE2645730A1 - Verfahren zur verkapselung von chemisch-aktiven substanzen - Google Patents

Verfahren zur verkapselung von chemisch-aktiven substanzen

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DE2645730A1 DE19762645730 DE2645730A DE2645730A1 DE 2645730 A1 DE2645730 A1 DE 2645730A1 DE 19762645730 DE19762645730 DE 19762645730 DE 2645730 A DE2645730 A DE 2645730A DE 2645730 A1 DE2645730 A1 DE 2645730A1
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Description

DAMON CORPORATION
115 Fourth Avenue
Needham Heights
Massachusetts
USA
Verfahren zur Verkapselung von chemisch-aktiven Substanzen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Verkapselung chemisch-aktiver Substanzen und insbesondere auf die Verkapselung labiler biologischer Substanzen, wie z.B. Hemoglobin oder Enzyme, in einer semipermeablen Membrane aus welcher das
eingekapselte Material nicht entweichen kann, in welches jedoch
kleinere Moleküle eindringen und mit dem eingekapselten Material
reagieren können wobei die Reaktionsprodukte aus der semipermeablen Membrane entweichen können. Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Kontrolle der Porengrösse der semipermeablen Membranen der Kapseln.
Verkapselungsverfahren wurden in den letzten Jahren weitgehend
untersucht und eingesetzt. Es wurde, mit welchselndem Erfolg,
versucht biologisch aktive Substanzen wie Hemoglobin, Kohlensäureanhydrase, Urease, Asparginase, Laktatdehydrogenase (LDH), Glutamatoxaloacetattransaminase (GOT), chemisch aktive Verbindungen wie Ionenaustauschharze und aktivierte Kohle, und verschiedene andere
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-r-e
Enzyme und chemisch aktive Substanzen einzukapseln. Mikrokapseln dieser Art werden mit grossem Erfolg schon in künstlichen Nieren und in fixierten Enzymsystemen und weiteren Gebieten eingesetzt. Die US Patentschrift Nr. 3 522 345 von Thomas M.S. Chang, beschreibt, z.B., nicht thrombogenische Mikrokapseln in welche Enzyme oder Entgiftungsmittel eingekapselt werden können. Eingesetzt in ausserhalb des Körpers liegenden Vorrichtungen kann so dem durch diese Vorrichtung geleiteten Blutstrom Sauerstoff, Medikamente, enzymatische Substanzen und ähnliche in den gewünschten Mengen zugeführt werden.
In der Literaturstelle Artificial Cells, von Thomas M.S. Chang, (Charles C. Thomas, Publisher, Springfield Illinois 1972) wird ein Verfahren zur Verkapselung biologisch aktiver Materialien in semipermeablen Membranen beschrieben. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird das zu verkapselnde Material und ein Monomer in Wasser gelöst und eine Emulsion, mit dem Wasser als diskontinuierliche Phase, gebildet. Bei der Lösung in der kontinuierlichen Phase der Emulsion eines zweiten Monomers welches mit dem ersten Monomer eine Polymerisationsreaktion eingehen kann wird eine Polymerisation an den Zwischenschichten der zwei Phasen erhalten und eine Membrane um die kolloidalen Tröpfchen der Lösung (Wasser) gebildet.
Dieses Verfahren weist verschiedene Nachteile auf sodass es nicht weitgehend eingesetzt werden kann. Da viele biologisch-aktive Substanzen, wie z.B. die Enzyme, sehr labil sind widerstehen diese oft den ziemlich harten Reaktionsbedingungen, welche für die Polymerisation erforderlich sind, nicht so dass eine ziemlich niedrige Ausbeute an einsatzfähigem eingekapseltem Material erhalten wird. Selbst eine Verkapselung von relativ widerstandsfähigen Enzymen, wie z.B. Urease, führt nur zu Ausbeuten von höchstens 35 bis 40%. In den verschiedenen Stufen des Verfahrens wird ein Grossteil des einzukapselnden Materials denaturiert. Die US Patentschrift 3 522 346 beschäftigt sich mit Mikrokapseln deren Permeabilität eingestellt werden kann. Das in dieser Patentschrift beschriebene Verfahren beschreibt die Verkapselung wässriger Zusammensetzungen in Membranen wobei die Grosse, Dicke und die Permeabilität dieser Membranen eingestellt werden kann.
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26A5730
Tröpfchen einer wässrigen Zusammensetzung werden in einem organischen Lösungsmittel, in welchem sie unlöslich sind, dispergiert und eine in dem organischen Lösungsmittel lösüLche Verbindung, welche mit einer Verbindung der hydrophilen Zusammensetzung eine Reaktion eingehen kann, wird der Dispersion zugesetzt wobei, durch Polymerisation oder Kondensation an der Oberfläche der Tröpfchen, eine makromolekulare Membrane entsteht. Gemäss dem Verfahren wird dem organischen Lösungsmittel ein Kunststoff, ein Kondensationsprodukt, oder eine Komponente derselben zugesetzt und die Membrane um die Tröpfchen durch Reaktion des Kunststoffes, des Kondensationsproduktes oder der Komponente derselben mit einer Komponente der dispergierten Tröpfchen, welche ein Fällmittel, ein Kondensations- oder Polymerisationskatalysator, oder eine Verbindung des Endkondensationsproduktes sein kann gebildet. Die Porengrösse der Kapselmembrane ist abhängig von der Membranzusammensetzung, der Dicke der Membrane und wird in Abhängigkeit des Einsatzgebietes der herzustellenden Kapsel ausgewählt. Durch eine geeignete Auswahl der Verfahrensbedingungen kann die Porengrösse eingestellt werden. Die zur Herstellung von starken und dennoch selektiv permeabler Membranen notwendigen Reaktionsbedingungen können rur schwer kontrolliert werden und sind in einigen Fällen unbekannt. Durch das Verfahren der Erfindung werden oft Kapselmembranen erhalten welche nicht gleichmässig ausgebildet sind und eine unerwünschte Porosität aufweisen so dass viele der so hergestellten Kapseln nicht in der gewünschten Form eingesetzt werden können.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zur Verkapselung einer Anzahl chemisch-labiler Substanzen, wie z.B. Enzyme oder labilem biologischem Material, im aktiven Zustand mit verbesserter Ausbeute. Durch das Verfahren der Erfindung sollen starke semipermeable Membranen um eine grosse Anzahl labiler biologischer Materialien hergestellt werden können. Durch das Verfahren der Erfindung werden Kapseln erhalten welche gleichförmige Membranenstärken aufweisen, so dass eine einheitliche Semipermeabilität erhalten wird. Die Porengrösse der durch das Verfahren der Erfindung hergestellten Membranen ist so bemessen, dass das eingekapselte Material nicht aus dem Innern der Kapsel entweichen jedoch mit Verbindungen aus der Kapselumgebung reagie-
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ren kann.
Gemäss dem Verfahren der Erfindung können verschiedene Verfahrensbedingungen und Kunststoffsysteme eingesetzt werden. Die Verfahrensbedingungen können so ausgewählt werden, dass die gewünschten Kapselmembranen, in Abhängigkeit von dem erwünschten Einsatzgebiet hergestellt werden.
Durch das Verfahren der Erfindung kann z.B. Hemoglobin in hoher Konzentration in einer für Sauerstoff, Kohlenstoffdioxyd und andere kleine Moleküle durchlässigaiMembrane eingekapselt werden·
Das Verfahren der Erfindung erlaubt auch eine Einstellung der Porengrösse der Kapselmembranen. Hierdurch ist es möglich Membranen herzustellen welche für Moleküle in einem gegebenen Bereich durchlässig bzw. nicht durchlässig sind.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird Bezug genommen auf die nachfolgende Beschreibung und Beispiele.
Im allgemeinen ist die Erfindung durch ein Zweistufenpolymerisationsverfahren gekennzeichnet. Für dieses Verfahren werden wenigstens zwei polymerisationsfahige Monomere eingesetzt, wobei eines der Monomere in einem hydrophoben Lösungsmittel und das zweite Monomer in einem hydrophilen Lösungsmittel oder Wasser löslich sein muss. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine hydrophile Lösung, vorzugsweise mit Wasser, durch Auflösen des einzukapselnden Materials in Wasser zusammen mit einem ersten Monomer hergestellt. Da viele Monomerlösungen ein pH aufweisen bei welchem viele labile biologische Substanzen denaturiert werden, muss die Monomerlösung oft auf einen pH-Bereich zwischen 5 und abgepuffert werden bevor das labile biologische Material zugesetzt wird. Alsdann wird ein hydrophobes organisches Lösungsmittel mit den folgenden Eigenschaften:
- das zur Polymerisation benötigte zweite Monomer sollte in dem organischen, hydrophoben Lösungsmittel eine hohe Löslichkeit aufweisen;
- das hydrophobe organische Lösungsmittel sollte mit Bezug auf das erste Monomer eine leichte Affinität aufweisen;
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— durch Zusammenbringen des hydrophoben Lösungsmittels und des hydrophilen Lösungsmittels soll eine gute Emulsion erhalten werden,
mit der hydrophilen Lösung vermischt und eine Emulsion wird ausgebildet in welcher das hydrophile Lösungsmittel die diskontinuierliche Phase bildet. Die Emulgierung kann durch gut bekannte Verfahren, insbesondere mit Hilfe von Emulsionsmitteln, durchgeführt werden. Die Grosse der ausgebildeten Tröpfchen bestimmt die Grosse der gebildeten Mikrokapseln.
Nachdem die gewünschte Tröpfchengrösse eingestellt ist wird das zweite Monomer der Emulsion zugesetzt und eine Polymerisation, Kondensation, oder Polyaddition an der Zwischenschicht des Zweiphasensystems erhalten. Da das erste Monomer, welches in der diskontinuierlichen Phase gelöst vorliegt, auch in der kontinuierlichen, hydrophoben, organischen Phase leicht löslich ist, wird eine geringe Diffusion in die kontinuierliche Phase erhalten. Die Mikrokapselmembrane wird durch die Polymerisation an der Zwischenschicht gebildet. Die sich bildende Membrane verhindert eine weitere Diffusion des ersten Monomers in die kontinuierliche Phase wobei die Membraneigenschaften sehr stark von den willkürlichen Begegnungen zwischen den Monomeren abhängt.
Die so ausgebildeten Membranen sind makroporös. Geeignete, semipermeable Membranen können hierbei nur unter aussergewöhnlichen Bedingungen, welche schwer zu kontrollieren sind, erhalten werden. Es wird angenommen, dass diese unerwünschten Eigenschaften von Defekten in der Membrane herrühren welche zu makroporösen Löchern durch die Membrane bei der Abbrechung der Reaktion und dem Waschen der Kapseln führen. In der Vergangenheit wurde versucht die Polymerisation, Kondensation oder Polyaddition so lange durchzuführen bis diese Fehlstellen in der Membrane geschlossen waren um dadurch eine Makroporosität zu vermeiden. Hierdurch wurden jedoch auch die kleineren Poren verschlossen. Kapseln mit befriedigenden Eigenschaften werden somit nur in einem sehr engen Bereich erhalten in welchem die grossen Defekte in der Membrane schon geschlossen sind, die kleineren Poren jedoch noch offen sind.
Es wurde gefunden, dass durch Abtrennung dieser Kapseln aus
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der kontinuierlichen Phase, Wiederaufschlämmung der Kapseln in einer, von der ersten verschiedenen, hydrophilen Flüssigkeit, in welcher die Löslichkeit des ersten Monomers viel geringer ist, und Zusammenbringung dieser Aufschlämmung mit dem zweiten Monomer die gleiche Polymerisationsreaktion erhalten wird, wobei diese Polymerisation jedoch viel langsamer verläuft und dies auch nur an einer viel kleineren Zwischenschicht um die Spalten in der Kapselmembrane. Hierdurch werden die makroporösen Defekte in der Kapselwand verschlossen wobei die Porengrösse erniedrigt und die Membranen verstärkt werden.
Es wird angenommen, dass diese zweite Polymerisationsreaktion selektiv an den grösseren Poren, durch welche das erste Monomer leichter und näher an die kontinuierliche Phase diffundiert, stattfindet. Es wird desweiteren angenommen, dass diese Verschliessung der grösseren Poren keine nennenswerte Verdickung der Kapselwände bedingt. Die Verwendung des ersten hydrophilen Lösungsmittels in der zweiten Polymerisationsstufe würde zu einer Verdickung der Wandstärke führen wobei gleichzeitig eine Erniedrigung der Permeabilität der Membrane erhalten würde.
Es wurde gefunden, dass diese Zweistufenpolymerisation im Zusammenhang mit einer grossen Anzahl bekannter Verkapselungsverfahren zur Herstellung semipermeabler Kapseln und zur Einstellung der Porengrösse verwendet werden kann.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Zweistufenpolymerisation ist es möglich ein zweites Monomer einzusetzen welches, in bekannten Verfahren, das einzukapselnde labile biologische Material sehr schnell denaturieren würde. Die Denaturierung kann durch eine Einstellung der relativen Konzentration der gelösten Stoffe in der kontinuierlichen und diskontinuierlichen Phase vermieden werden wobei die Konzentration des zweiten Monomers in der kontinuierlichen Phase unterhalb des Optimalwertes gehalten wird und die gelösten Stoffe in der diskontinuierlichen Phase in einer hohen Konzentration vorliegen. Hierdurch wird die Diffusion des zweiten Monomers in die diskontinuierliche Phase vermieden und somit die Gefahr einer Denaturierung des labilen biologischen Materials erniedrigt. Es wird jedoch eine makroporöse, schlecht ausgebildete, unbefriedigende Kapselmembrane erhalten.
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In der zweiten Polymerisationsstufe kann nun die Konzenttation des zweiten Monomers in der kontinuierlichen Phase erhöht werden, da das eingekapselte Material durch die Kapselmembrane geschützt ist. ,Die,Kapselmembrane kann somit verstärkt und eine Semi— permeabilität der Kapsel kann erhalten werden.
Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das zweite Monomer der Emulsion in der ersten Polymerisationsstufe nach und.nach in regelmässigen Zeitabständen während der Polymerisationsdauer zugesetzt. Durch dieses Verfahren kann die Konzentration des zweiten Monomers an der Zwischenschicht bei einem konstanteren optimalen Wert bei der Ausbildung der ersten Membrane gehalten werden wodurch eine Diffusion des zweiten Monomers in die diskontinuierliche Phase vermieden und die Ausbeute an einsatzfähigem labilen biologischen Material erhöht wird. Dieses Verfahren kann auch vorteilhaft" in Systemen eingesetzt werden in welchen die Hydrolyse des ausgewählten zweiten Monomers mit der Polymerisationsreaktion wetteifert.
Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung wird als erstes Monomer ein Diamin und als zweites Monomer ein zweisäuriges Halid eingesetzt wobei als hydrophobes Lösungsmittel eine Lösung aus 80% .Cyclohexan und 20% Chloroform und, in der zweiten Stufe, reines Cyclohexan verwendet wird. Das Diamin ist in Cyclohexan .unlöslich und nur leicht löslich in Chloroform.
Bei der Verkapselung von Hemoglobin wurde gefunden, dass durch Dehydrierung der roten Blutkörperchen in einer hypertonischen salzigen Lösung eine Hemoglobinlosung mit einer Konzentration von bis zu 30 g pro dl hergestellt werden kann. Die hohe Salzkonzentration verhindert auch eine Diffusion von Wasser molekeln in die kontinuierliche Phase, in welcher sie mit den Molekeln des zweiten Monomers reagieren würden. Es ist bekannt, dass viele labile biologische Materialien in einer stark sauren oder basischen Umgebung schnell denaturieren so dass bei dem Verkapselungsverfahren der pH der Umgebung des einzukapselnden Materials in einem Bereich von wenigstens 5 bis 9 gehalten werden muss. Falls Diamin als erstes Monomer eingesetzt wird, wird ein annehmbarer pH-Wert durch Durchblasen von CO- durch die Diaminlösung vor dem Zusatz des labilen biologischen Materials
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erhalten. Die Diaminlösung welche normalerweise ein pH um 11,5 aufweist wird in ein Diamincarbonat mit einem typischen pH-Wert von ungefähr 8,6 bis 8,7 umgewandelt. Gesättigt mit CO „ und unter 100%igem CO„ Gas aufbewahrt kann eine solche Lösung auf ein pH von ungefähr 8,4 gebracht werden.
In der Vergangenheit wurde das schwache NaHCO3-Na2CO- Puffersystem, i.e. die Salze einer starken Base und einer schwachen Säure, eingesetzt wohingegen in der -vorliegenden Erfindung die schwache Säure selbst eingesetzt wird. In der Vergangenheit wurde somit eine abgepufferte Diamin-Hemolysatlösung mit einem pH von ungefähr 11 erhalten.
Ein Vorteil des Verfahrens zur Immobilisation von biologisch und/ oder chemisch aktiver Materialien zur Herstellung von festen oder pseudo-festen Reaktoren besteht darin, dass die Materialien eingeschlossen werden ohne dass ein Wettstreit mit Verunreinigungen für zu verfugungstehende Bindungsstellen entsteht. Somit können sehr aktive Kapseln von relativ unreinen Materialien hergestellt werden. Zusätzlich hierzu sind die aktiven Materialien vor einem Angriff durch Mikroorganismen, welche oft eine Inaktivierung solcher Komponenten bewirken, geschützt.
Die vorliegende Erfindung beschreibt somit eine neue Variante des gut bekannten Verfahrens zur Mikroverkapselung, d.h. die Zwischenschichtpolymerisation. Zwei in einander nicht lösliche Lösungsmittel werden ausgewählt wobei ein Lösungsmittel hydrophob, das zweite Lösungsmittel hydrophil oder, vorzugsweise, Wasser sein soll. Das einzukapselnde Material und ein erstes Monomer werden in Wasser gelöst, die zwei Lösungsmittel werden vermischt und die Mischung emulgiert wobei das hydrophobe Lösungsmittel die kontinuierliche Phase bildet. Die Grosse der kolloidalen Tröpfchen bestimmt die Grosse der herzustellenden Mikrokapseln. Die Emulgierung kann durch gut bekannte Verfahren wie z.B. mit einer Mischpumpe durchgeführt werden. Im allgemeinen wird ein Emulsionsmittel zugesetzt um eine bessere und stabilere Emulsion zu erhalten. Unabhängig von dem eingesetzten Verfahren werden jeweils Tröpfchen verschiedener Grössenordnung in einem gegebenen Bereich erhalten und ein Filter kann eingesetzt werden um zu grosse Kapseln auszuscheiden um somit einen gleichmässigeren
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Kapseldurchmesser zu erhalten. Solche Verfahren sind näher in der oben erwähnten Literaturstelle von Thomas M.S. Chang, Artificial Cells, Kapitel 2 beschrieben.
Nachdem Tröpfchen der gewünschten Grosse ausgebildet wurden wird das zweite Monomer, welches mit dem ersten Monomer eine Polykondensation oder eine Polyadditxonsreaktion zu einem Kunststoff eingehen kann, in die Aufschlämmung eingeführt. Eine Polymerisation findet an der Zwischenschicht des Zweiphasensystems statt. Natürlich müssen die Monomere und Lösungsmittel so ausgewählt werden dass eine genügende Löslichkeit gewährleistet wird.
Um eine möglichst hohe Ausbeute an einsatzfähigem eingekapseltem biologischem Material zu erhalten müssen die Reaktionsbedingungen sorgsam geregelt werden um eine wesentliche Denaturierung während der Polymerisation zu vermeiden. Es wurde gefunden, dass der kritischste Faktor, welcher die Ausbeute an einsatzfähigem, eingekapseltem Material beeinflusst, der pH der diskontinuierlichen Phase ist. Um eine Denaturierung des labilen Materials zu vermeiden muss der pH während der gesamten Verfahrensdauer auf einen Bereich zwischen 5 und 9 eingestellt werden. Als Lösungsmittel müssen solche eingesetzt werden in welchem das labile Material löslich ist durch welches das labile Material jedoch nicht schnell denaturiert wird. Die Auswahl des geeigneten Lösungsmittels kann leicht von einem Fachmann vorgenommen werden. Um eine gute Dispersion und Trennung zu erhalten sollten die zwei Lösungsmittel geringfügig verschiedene Dichten aufweisen.
Polymerisatxonsreaktionen welche unter, für die chemisch aktive Substanz, ungünstigen pH-Bedingungen durchgeführt werden sollten für dieses Material nicht eingesetzt werden. Es wird jedoch daraufhingewiesen, dass viele Monomere welche in einfacher Lösung einen, das labile biologische Material denaturierenden, pH aufweisen zu dem oben angegebenen pH-Bereich abgepuffert werden können ohne dabei Einbussen an Reaktionsfreudigkeit zu erleiden. Andere Monomere können ohne Puffer, in Abhängigkeit ihres natürlichen pH-Wertes und des einzukapselnden Materials eingesetzt werden. Für stark alkaline Monomere wird ein Durchblasen von CO „ Gas durch die Lösung zur Einstellung des pH-Wertes bevorzugt.
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Es wurde gefunden, dass eine stärkere Kapselmembrane mit weniger Fehlstellen durch einen minimalen Polymerisationsgrad durch das Zweistufenverfahren hergestellt werden kann. Die in einem Einstufenverfahren hergestellten Kapselmembranen sind oft makroporös, uneinheitlich, insbesondere in der Stärke und Dicke. Falls jedoch die Polymerisation an der Zwischenschicht des Emulsionssystems durch Entfernung der kontinuierlichen Phase abgebrochen und die Kapseln im frischen Lösungsmittel, in welchem das erste Monomer eine niedrigere Löslichkeit aufweist, aufgeschlämmt werden führt ein Zusatz des zweiten Monomers zu einer Nachpolymerisation wodurch die Membrane verstärkt und die grösseren Poren der Membrane verschlossen werden so dass die makroporösen Eigenschaften verschwinden. Durch das Verfahren werden somit semi-permeable Membranen einer hohen Qualität erhalten.
Durch die Zweistufenpolymerisation kann auch die Stärke, Dicke und Porosität der Membranen eingestellt werden. Falls das hydrophobe Lösungsmittel der kontinuierlichen Phase der Emulsion so ausgewählt wird dass das erste Monomer eine leichte Löslichkeit in diesem Lösungsmittel aufweist diffundiert Monomer aus den Tröpfchen leicht in die kontinuierliche Phase. Hierdurch wird eine relativ dicke Zwischenschicht zwischen den Phasen und somit eine gleichermassen dicke, normalerweise poröse Membrane beim Kontakt der zwei Monomeren erhalten. Bei einer grösseren Löslichkeit des ersten Monomers in der kontinuierlichen Phase wird eine Membrane mit ausgeprägteren makroporösen Eigenschaften erhalten. Falls das erste Lösungsmittel jedoch in der kontinuierlichen hydrophoben Phase weniger löslich ist wird eine scharfe Trennschicht zwischen den Phasen erhalten und dieser Trennschicht entspricht eine dünne, dichte und normalerweise mikroporöse Membrane. Bei der Wiederaufschlämmung der ausgebildeten Kapseln wird ein, mit Bezug auf das in der ersten Polymerisationsstufe als diskontinuierliche Phase eingesetzte Lösungsmittel, verschiedenes Lösungsmittel mit einer, mit Bezug auf das erste Monomer, verschiedenen Löslichkeit eingesetzt. Falls in der ersten Polymerisationsstufe eine makroporöse Membrane ausgebildet wird, wird in der zweiten Polymerisationsstufe ein Lösungsmittel eingesetzt in welchem das erste Monomer im wesentlichen unlöslich ist. Hierdurch wird eine Verstärkung der Membranen erhalten. Es wird
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angenommen, dass bei der zweiten Polymerisationsstufe die zwei Reaktionspartner nur an den schwachen Stellen oder Fehlstellen der ausgebildeten Membrane, i.e. an welchem eine Diffusion des ersten Monomers in das Lösungsmittel der kontinuierlichen Phase erhalten wird, in Kontakt kommen. Somit wird an diesen Fehlstellen zusätzlicher Kunststoff ausgebildet welcher die grösseren Poren verstopft. Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Konzentration der Monomeren in den respektiven Lösungsmitteln eingestellt werden.Falls, z.B. , das zweite Monomer in der hydrophoben, kontinuierlichen Phase der Emulsion dazu neigt das einzukapselnde Material zu denaturieren, kann das erste Monomer in der diskontinuierlichen Phase in hoher Konzentration mit Bezug auf das zweite Monomer in einer Grössenordnung von 100:1, eingesetzt werden um eine Wanderung des denaturierenden Monomers in die Tröpfchen während der ersten Polymerisatiorsstuf e zu vermeiden. Durch dieses Verfahren werden oft sehr poröse Mikrokapseln erhalten. In der zweiten Polymerisationsstufe kann jedoch die Konzentration des zweiten Monomers ohne nachteilige Beeinflussung des einzukapselnden Material erhöht werden und, falls ein geeignetes Lösungsmittel eingesetzt wird, können die Kapselwände verstärkt und mikroporöse Eigenschaften durch Verstopfung der grösseren Poren mit einer dünnen Membrane, wie oben beschrieben, erhalten werden.
Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung wurde gefunden, dass die Konzentration des eingekapselten Hemoglobins wesentlich erhöht werden kann falls die roten Blutkörperchen zur Herstellung des Hemoglobinhemolysates sorgsam mit einer hypertonischen Salzlösung gewaschen werden. Die relative hohe Salzkonzentration in der wässrigen, diskontinuierlichen Phase der Emulsion wird die Polymerisation an der Zwischenschicht des ersten Monomers durch die Beeinflussung der Löslichkeit von Wasser in der organischen Phase, welche das zweite Monomer welches normalerweise im Kontakt mit Wasser schnell zersetzt wird enthält, erleichtert. Man nimmt an, dass die Reaktionsprodukte einer Hydrolyse des zweiten Monomers zu Fehlstellen in der Membrane beitragen falls sie nicht vor der zweiten Polymerisationsstufe abgetrennt werden.
Durch die folgenden Beispiele soll die Erfindung näher erläutert
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nicht aber beschränkt werden.
Beispiel 1
Rote Blutkörperchen aus Blutkonserven dessen Aufbewahrungszeit abgelaufen war wurden aus dem Blut abgetrennt und zweimal in der zweifachen Volumenmenge einer hypertonischen Salzlösung (1/5 g/dl) durch Zentrifugation in einer gekühlten Zentrifuge bei 2800 xg während 5 Minuten gewaschen. Die hypertonische Salzlösung wurde eingesetzt um Wasser aus den Zellen zu entfernen um somit die höchstmögliche Konzentration an Hemoglobin nach dem Lösen der Zellen zu erhalten. Um eine dichtere Zellenpackung zu erhalten wurden die Zellen ein drittes Mal während 15 Minuten bei 2800 xg zentrifugiert. Eine möglichst grosse Menge der Salzlösung wurde aus den dichtgepackten Zellen entfernt welche alsdann durch starkes Schütteln mit 1 ml wasserfreiem Aether pro 10 ml gepackter Zellen gelöst wurden. Die Mischung wurde während 20 Minuten bei 1000 xg zentrifugiert und die Zellenbruchstücke und das Aether, welche an die Oberfläche aufsteigen, entfernt. Die Hemoglobxnkonzentration wurde durch Messung der Absorption von 10 ml des Hemolysates in einer 4,O ml isotonen Salzlösung bei einer Wellenlänge von 540 um festgestellt. Die so erhaltenen Werte der Hemolysatlösungen bewegten sich zwischen 0,7 und 0,8 welches einer Konzentration von 28 bis 32 g/dl entspricht. Hemoglobinkonzentrationen oberhalb von 30 g/dl kristallisierten und ein Niederschlag wurde bei der Aufbewahrung bei Kühlschranktemperatur von 4°C erhalten. Das unter Kühlung aufbewahrte Hemolysat konnte wenigstens während einer Woche verwendet werden.
Eine Hexandiamincarbonatlösung wurde durch Durchblasen von Kohlenstoff dioxyd in eine 3 M Lösung von 1,6 Hexandiamin (Eastman Kodak Co.) erhalten. Hierzu wurde Kohlenstoffdioxyd so lange eingeblasen bis ein pH von 8,5 erhalten wurde. Für die Einstellung des pH wurden ungefähr 15 g C0_ pro 100 ml Lösung benötigt.
4,4'-Diamino-biphenyl-2f2I-disulfonsäure (DBDSA) Technisch Eastman Kodak Co.) wurde durch Zusatz von ungefähr 50 g DBDSA in 800 ml deionisiertem Wasser mit 50 ml 6 M NaOH gereinigt. Die Lösung wurde filtriert um vorhandene Feststoffe zu entfernen uiddas DBDSA durch Zusatz von 70 ml 50 Volumen prozentiger HCl
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ausgefällt. Nachdem sich die ausgebildeten Kristalle abgesetzt hatten wurde möglichst viel der purpurnen Flüssigkeit dekantiert und weitere 500 ml 10 volumenprozentiger HCl wurden zugesetzt. Die Kristalle wurden in einem Buchner Trichter gesammelt und 3x mit deionisiertem Wasser, sowie 2x mit Aceton gewaschen und getrocknet. Weisse oder blass rosa Kristalle wurden erhalten welche in einer braunen Flasche zum Schutz gegen Lichteinfluss aufbewahrt wurden. Diese Verbindung wurde zur Herstellung eines Membran mischpolymerisates mit negativer Ladung zur Vermeidung von Zusammenballungen eingesetzt.
10 ml der Hemolysatlösung mit 30 g /dl Hemoglobin wurde mit 10 ml einer 3M Hexandiamxncarbonatlosung welche 2,88 g DBDSA enthielt vermischt. Diese zwei Monomere bildeten die ersten Reaktionspartner gemäss diesem Beispiel. Die wässrige Lösung wurde in 125 ml gekühlte, hydrophobe, organische Flüssigkeit bestehend aus 100 ml einer Mischung aus 20% Chloroform und 80% Cyclohexan und 25 ml eines Emulsionsmittels SPAN-85 (Sorbitan Trioleat) gegeben.
Die Mischung wurde in einer vorgekühlten Mischpumpe während 1 bis 2 Minuten emulgiert.
Terephthaloylchlorid, das zweite Monomer, musste gereinigt werden. Heisses (fast kochendes) Cyclohexan wurde mit Terephthaloylchlorid ·(Eastman Kodak Co.) gesättigt und die Lösung schnell filtriert. Die klare Flüssigkeit wurde zur Abkühlung und Kristallisation in einen geschlossenen Behälter gegeben. Die Kristalle wurden unter mögXchst sorgfältigem Ausschluss der Atmosphäre gesammelt und unter Vakuum getrocknet da diese Verbindung mit atmosphärischer Feuchtigkeit reagiert. Die Grundlösung von Terephthaloylchlorid wurde durch Auflösen von 10,15 g des gereinigten Terephthaloylchlorides in 95 ml einer Mischung aus 20 Volumenprozent CHCl- und 80 Volumen% C6H.„ hergestellt. Eine 0,5M Lösung wurde erhalten. Die Lösung sollte in einem dicht verschlossenen Behälter aufbewahrt werden und ist wenigstens während einem Monat, bis zur Ausbildung eines Niederschlages, einsatzfähig.
3ml der 0,5 M Terephthaloylchloridlösung in einer Mischung aus
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20 Volumen% Chloroform und 80 Volumen% Cyclohexan wurden bei niedriger Mischgeschwindigkeit in die Emulsion eingeführt. Das Konzentrationsverhältnis von Diamin zu zweisäurigem Halid betrug 128:1. Abweichungen von diesem Verhältnis sind jedoch möglich. Nach 3 Minuten war die erste Polymerisationsreaktion beendet und die Aufschlämmung wurde während 15 bis 20 Sekunden bei 400 bis 500 xg zentrifugiert. Die über dem erhaltenen Produkt stehende, organische Flüssigkeit wurde abgesaugt.
Die Kapseln wurden in einer zweiten Flüssigkeit bestehend aus 100 ml Cyclohexan und 10 ml Sorbitan Trioleat aufgeschlämmt. Unter langsamer Vermischung wurden 7 ml einer 0,5 M Terephthaloylchloridlösung in einer Mischung aus 20% Chloroform und 80% Cyclohexan zugesetzt. Diese hydrophobe Flüssigkeit enthielt nur ungefähr 1,0 bis 1,5% Chloroform wohingegen in der ersten Stufe 20% Chloroform vorlagen. Der reduzierte Chloroformgehalt erniedrigt die Löslichkeit des Diamins in dem hydrophoben Lösungsmittel so dass eine dünnere Membrane über den grösseren Poren der Kapseln ausgebildet wurde. Das Diamin-zu zweisäurigem Halidkonzentrationsverhaltnis betrug 50:1. Die Mischung wurde während 3 Minuten gerührt. Die Reaktion wurde durch Zusatz von 30 mg 50%igem Tween 20 ^=* (Sorbitanmonolaurat), abgepuffert zu einem neutralen pH, mit 0,3M NaHCO- abgebrochen.
Es wird daraufhingewiesen, dass die Hemoglobin-Enzym-Hemolysatlösung zu keinem Zeitpunkt der Polymerisationsreaktion einem pH unter 5 bzw. über 9 ausgesetzt war. Eine Hexandiaminlösung hat ein natürliches pH von 11,5 und ein pH von ungefähr 11 in Mischung mit Hemoglobin. Durch Einblasen von C0„ wird eine Ausbildung von H3CO- und Hexandiaminkarbonat erhalten. Das C0_ fungiert hierbei als Puffer und wird mit Bezug auf Natriumsalze oder schwache Säuren bevorzugt. Vor der Abpufferung hatte das Sorbitanmonolaurat ein pH von ungefähr 4,5. In einer sauren Umgebung würden Hemoglobin und die Enzyme schnell denaturieren. Dies kann durch Abpufferung des Sorbitanmonolaurats zu einem pH um 7 vermieden werden. Durch die Verwendung von Sorbitanmonolaurat wird die Eingabe der Mikrokapseln in ein wässriges Medium, wie z.B. in eine Salzlösung,erleichtert (cf. Artificial Cells, Kapitel 2). In dieser Stufe neigt Sorbitanmonolaurat dazu langsam mit
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Terephthaloylchlorid zu reagieren wodurch ein klebriger Kunststoffüberzug erhalten und gezackte Mikrokapseln ausgebildet werden. Eine Verbesserung kann durch Entfernen einer wesentlichen Menge des Lösungsmittels durch Zentrifugation gefolgt durch Zusatz von Tween 20 ^ und Abtrennung erhalten werden.
Das Hemoglobin odär die Enzyme können nicht aus solchen Mikrokapseln entweichen. Gleichgewichtshalbwertszeiten (t k) für Lösungen verschiedener Molekulargewichte sind in der Tabelle I wiedergegeben.
Tabelle I
Durchlässigkeit von Mikrokapseln - Gleichgewichtshalbwertszeiten
Substanz Molekulargewicht t \ + SEM (Sekunden)
Glycerol - 92 1,75 + 0,1
Diacetonalkohol 116 2,5 +0,2
Glukose 180 4,9+0,1
Sukrose 342 10,6+0,2
Trisa 121 2,8 +0,1
Bicine 163 6,1 +0,3
CAPSC 221 8,0 +0,5
Pipesd 302 13,0 +0,5
Tris-(hydroxymethyl)-aminomethan , pH 8 bN,N-bis-(2-hydroxyäthyl)-glycin , pH 8 cCyclohexylaminopropan-sulfonsäure, pH 8 Piperazin-N-N'-bis-(2-äthan-sulfonsäure), pH 8
Die Aktivität von 4 Enzymen, i.e. Laktatdehydrogenase (LDH), Glutamatoxaloacetattransaminase (GOT), Urease, und y -Glukuronidase wurde vor und nach der Einkapselung gemessen. LDH und GOT wurden in dem Hemolysat der roten Blutkörperchen gefunden. Urease und fb -Glukuronidase wurdem dem Hemolysat in Form von lyophilisierten, teilweise gereinigten, auf dem Markt erhältlichen Enzymen zugesetzt. Die Resultate der Vergleiche für LDH, GOT und Urease sind in der Tabelle II aufgeführt. Die Aktivität wurde in internationalen Einheiten (IU) pro Liter unter den Versuchsbedingungen g eme s s en.
Die Ausbeuten für ß> -Glukuronidase lagen gleichmässig über 50%.
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Tabelle II
Enzym Aktivität (IU/1) + SEM Aktivität (%)
LDH 4120 + 90
GOT 1200 +80
Urease 234000 + 8000
aDie Enzymaktivität der Mikrokapseln dividiert durch die Enzy m aktivität des Hemolysates welches zur Herstellung der Mikrokapseln eingesetzt wird. (% Ausbeute) (SEM= durchschnittliche Messtreuung)
Die Tabelle III stellt einen Vergleich der prozentualen Sauerstoff-Sättigung einer zur Herstellung der Mikrokapseln mit eingekapseltem Hemoglobin verwendeten Hemolysatlösung bei verschiedenen Sauerstoffdrucken dar.
Tabelle III
Sauerstoffdruck %uale Sättigung
Hemolysat eingekapseltes
Hemoglobin Hemoglobin
5 7% 5%
10 21% 10%
15 46% 20%
20 62% 32%
25 74% 45%
30 82% 58%
35 89% 68%
40 92% 74%
50 97% 83%
60 99% 89%
70 99%+ 92%
80 99%+ 94%
90 99%+ 96%
100 - 99%+ 97%
110 99%+ 98%
120 99%+ 99%
Die Tabelle IV zeigt den Einfluss verschiedener Säurehalidmengen in der diskontinuierlichen Phase auf die Porosität der Mikro-
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kapseln welche in einer Versuchsreihe hergestellt wurden. Die Porosität der Kapseln wurde indirekt gemessen wobei festgestellt wurde ob eingekapseltes Material durch die Membrane entweichen konnte. Wie aus der Tabelle hervorgeht ist die Konzentration des zweiten Monomers in jeder Polymerisationsstufe für eine gute Kapselausbildung sehr wichtig. Fachleute werden keine Schwierigkeiten haben die optimalen Konzentrationsverhältnisse, welche in verschiedenen Polymersystemen eingesetzt werden müssen, festzustellen. Die Kapseln der Tabelle IV wurden durch die oben beschriebenen Verfahren hergestellt wobei jedoch die Emulgation in SPAN 85 allein durchgeführt wurde bevor die organische Lösungsmittelmischung eingebracht wurde. Die Resultate weiterer Varianten des Verfahrens ergaben qualitativ ähnliche Resultate.
Tabelle IV
Mikrokapseln hergestellt mit 10 ML Hemolysat und verschiedenen Mengen an 0,5 M Terephthaloylchlorid.
Erste Reaktion Zweite Reaktion Kapselzustan
Terephthaloyl Terephthaloyl
chlorid chlorid
1 2 ml 4 ml sehr leckend
2 2 ml 8 ml sehr leckend
3 3 ml 7 ml kein Leck
4 3 ml 7 ml kein Leck
5 4 ml 7 ml kein Leck
6 4,5 ml 7,5 ml leckend
7 4,5 ml 7,5 ml leckend
8 5 ml 8 ml sehr leckend
9 5,5 mi 8 ml sehr leckend
Die aus dem organischen Lösungsmittel nach der ersten Reaktion abgetrennten Mikrokapseln waren rot, ain Beweis dass wenig oder keine Denaturierung erhalten worden war, die Mikrokapseln leckten jedoch und waren schlecht geformt. Durch eine Erhöhung der Terephthaloylchloridkonzentration unter diesen Bedingungen wurden braune Mikrokapseln erhalten, d.h. das Hemoglobin war denaturiert, auch diese Kapseln leckten. Eine Erhöhung der Reaktionszeit der ersten Reaktion auf 5 Minuten hatte keinen wesentlichen Einfluss auf die Mikrokapseln. Eine Erhöhung der Reaktionszeit
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in der zweiten Reaktionsstufe auf 4 Minuten ergab jedoch braune Mikrokapseln, i.e. eine Denaturierung von Hemoglobin. Eine Erniedrigung der Reaktionszeit in der ersten oder zweiten Stufe um eine Minute führte zu leckenden Mikrokapseln. Kleine Aethanolmengen welche oft als Stabilisator für das Chloroform eingesetzt werden, können dazu führen dass die optimalen Volumina neu eingestellt werden müssen. Um eine Wiederholung der Verfahren bei gleichen Resultaten und eine verlässigere Kapselbildung zu erhalten sollte das Aethanol entfernt werden. Das gemäss der Tabelle IV eingesetzte Chloroform enthielt einiges Aethanol. Falls reines Chloroform ohne Aethanolgehalt eingesetzt wird liegt das optimale Reaktionsvolumen in der zweiten Stufe um 3 bis 4 ml anstatt 7 ml. Eine Erniedrigung der eingesetzten Tween 20 Menge in der Abbruchstufe führte zu einer schlechten Trennung der Mikrokapseln von dem organischen Lösungsmittel. Mikrokapseln welche längere Zeit in Tween 20 ^ verblieben ( > \ Stunde ) wurden braun. Mikrokapseln welche in ungepufferter Salzlösung bei einem pH von 5,5 aufbewahrt wurden, v/urden nach einigen Tagen braun wohingegen Mikrokapseln, welche in einer auf pH 7,4 abgepufferten Salzlösung aufbewahrt wurden, während Monaten eine rote Farbe aufwiesen.
Eine nähere Untersuchung der gemäss diesem Beispiel hergestellten Kapseln ergab dass sie ein Wandvolumen- zu Kapselvolumenverhältnis um 0,028 aufweisen. Falls t als Wandstärke und D als Durchmesser eingesetzt wird ergibt sich das Wandvolumen- zu Kapselvolumenverhältnis durch folgende Formel:
V Wand ff D2 t
R = ~ = = 6 t/D
Kapsel 77" /6 D
Die Kapseln wiesen eine durchschnittliche Wanddicke (t) von 700 A oder 0,07 Mm und einen durchschnittlichen Durchmesser (D) von 15y^ m auf. Somit ergibt sich für R = 6x0,07/15 oder 0,028. Unter der Voraussetzung dass Nylon eine Dichte von ungefähr 1 aufweist würden 28 mg Nylon benötigt um die festen Membranen pro ml hergestellter Kapseln auszubilden. Die^gesamt vorliegende Diaminmenge, welche aus der eingesetzten Konzentration errechnet werden kann, lag bei 1,1 mM/ml oder 174 mg/ml. Da die Nylonwand aus 46
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Gew.% Diamin besteht würden 12,9 mg Diamin oder ungefähr 7,5 Gew.% insgesamt benötigt um eine feste Nylonwand herzustellen.
Da jedoch das Säurechlorid der die Reaktion beschränkende Faktor darstellt und das Verhältnis Diamin zu Zweisäurechlorid im besten Falle bei 50:1 lag liegt die obere Grenze an hergestelltem Nylon um ungefähr 2,0 Gew.% des totalen Diamingehaltes.
Diese üeberlegungen beweisen, dass die hergestellten Membranen voraussichtlich eine schwammähnliche, offenzellige Struktur aufweisen.
Diese Kapseln waren für Hemoglobin (mw= 68 000) undurchlässig aber durchlässig für Insulin (mw= 12000 ,Gleichgewichtshalbwertszeit 2 bis 3 Minuten). Ein Vergleich der Halbwertszeit für Insulin mit jener niedrigmolekularer Substanzen der Tabelle I ergibt ein nicht lineares Verhältnis. Es wird angenommen, dass dieses Phänomen den sterischen Eigenschaften oder der Ladung der Insulinmolekeln zuzuschreiben ist.
Beispiel 2
Das Verfahren aus Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme dass eine Lösung bestehend aus einem Teil IM 4,4'-Diaminstilben-2,2'-disulfonsäure (Pfaltz und Bauer, Inc.); mit isotonem Phosphatpuffer auf pH 7,4 abgepuffert, plus 10 Teilen 3 M Hexandiamincarbonat mit dem gleichen Hemolysatvolumen vermischt wurde wobei diese Lösung das Diamin-DBDSA in der Hemolysatlösung ersetzte. Die so hergestellten Kapseln wiesen den nach Beispiel 1 hergestellten Kapseln ähnliche Eigenschaften auf.
Beispiel 3
Das Verfahren aus Beispiel 1 wurde mit folgenden Ausnahmen wiederholt. DBDSA wurde nicht in die Hemolysatlösung eingegeben und die Säurechloridmenge welche in beiden Polymerisationsstufen eingesetzt wurde, i.e. 0,35 ml Säurechlorid pro ml Hemolysat-Diaminlösung, wardie gleiche. Das Säurechlorid wurde nicht gleich am Anfang sondern in gleichen Teilen in Zeitabständen von 30 Sekunden nach und nach zugesetzt. Hierdurch wurde die lokale Konzentration des Säurechlorides niedrig gehalten und eine Membrane hoher Qualität wurde erhalten. Die prozentuale Enzymausbeute war ähnlich der aus Beispiel 1.
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Beispiel 4
Kapseln wurden mit Terephthaloylchlorid und Hexandiamin mit 2,5-Diaminobenzinsulfonsäure gemäss dem Verfahren aus Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass 2,5-Diaminobenzinsulfonsäure anstatt von DBDSA in das Hexandiamin eingegeben wurde. Die so hergestellten Kapseln wiesen, den nach Beispiel 1 hergestellen Kapseln; ähnliche Eigenschaften auf.
Beispiel 5
Sebacylchlorid-Hexandiamincarbonatmikrokapseln wurden durch das Verfahren aus Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass Sebacylchlorid anstatt Terephthaloylchlorid eingesetzt wurde und kein DBDSA vorlag. Durch dieses Verfahren wurden Mikrokapseln mit, den nach Beispiel 1 hergestellten Mikrokapsel^ ähnlichen Eigenschaften erhalten.
Beispiel 6
Sebacylchlorid-Lysinkapseln wurden gemäss dem Verfahren aus Beispiel 5 hergestellt mit der Ausnahme, dass entweder 3M Lysin oder eine Lösung bestehend aus gleichen Volumina 3M Hexandiamincarbonat und 3 M Lysin anstatt der Lösung 3M Hexandiamincarbonat eingesetzt wurden. Einige durch dieses Verfahren hergestellte Mikrokapseln leckten und waren unbefriedigend. Andere Mikrokapseln wiesen jedoch befriedigende Eigenschaften ähnlich den Eigenschaften der gemäss dem Verfahren aus Beispiel 1 hergestellten Mikrokapseln auf.
Beispiel 7
1,5 ml Rindalbumin (30%) wurden 1 ml der DBDSA-Hexandiamincarbonatlösung aus Beispiel 1 zusammen mit 0,4 ml 36%iger KCl und 0,1 ml 2,9M Tetraäthylenpentamin (pH vorher mit HCl auf 9,5 eingestellt) zugesetzt. 4,0 ml SPAN 85 ^ und 10 ml des Hexan-Chloroformlösungsmittels aus Beispiel 1 wurden in die Mischung gegeben und in 1-2 Minuten eine Emulsion durch starkes Rühren mit einem Magnetrührer hergestellt. 0,4 ml Terephthaloylchloridlosung (0,5 M in Hexan-Chloroformlösungsmittel aus Beispiel 1) wurde in kleinen Teilen von 0,1 ml in Zeitabständen von 30 Sekunden gefolgt von weiteren Zusätzen von 0,1 ml Teilen in Zeitabständen von 1 Minute über eine Gesamtdauer von 6 Minuten eingegeben. Nach der
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Zentrifugation zur Abtrennung der Kapseln wurde die über den Kapseln stehende Flüssigkeit dekantiert, die Mikrokapseln wurden in Cyclohexan mit 5% SPAN 85 ^ aufgeschlämmt. 0,7 ml Terephthaloylchlorid wurden zugesetzt und die Aufschlämmung während 3 Minuten gerührt. Nach der Phasentrennung durch Zentrifugation wurden die Mikrokapseln einmal in reinem Cyclohexan gewaschen, einer letzten Waschung unterzogen und, wie in Beispiel 1 beschrieben, aufgearbeitet.
Labile biologische Materialien, Enzyme inbegriffen, können, falls gewünscht, in der Albuminlösung gelöst werden. Das Tetraäthylenpentamin trug dazu bei den Kunststoff zu vernetzen wodurch eine starke semi-permeable Membrane mit einer einheitlichen Porengrösse erhalten wurde.
Obschon die obigen Beispiele sich auf Polykondensationssysteme mit Zweisäurehalid und einem Diamin zur Herstellung eines Polyamidkunststoffes oder Mischpolymerisates beschränken ist es doch offensichtlich, dass das in der vorliegenden Erfindung beschriebene Zweistufenverfahren auch in weiteren Verkapselungsverfahren mit anderen Kunststoffsystemen eingesetzt werden kann. Durch eine gute Auswahl der Lösungsmittel, gemäss den oben angegebenen Kriterien mit Bezug auf das erwähnte Kunststoffsystem und die einzukapselnden Materialien, kann der Fachmann ohne Schwierigkeiten Kapselmembranen hoher Qualität aus Polyester, aus einem Polyol und einer Ölsäure (HOOC-R-COOH) oder Zweisäurehalid (ClOC-R-COCl), oder Polyamide, aus einem Diamin (H3N-R-NH2) und einer Disäure, Polyharnstoff aus einem Diamin und einem Diisocyanat, Polycarbonate, aus einem Diol und Säurehalid, Polysulfonamide aus multifuntionellem Sulfonylhalid und einem Diamin, sowie vernetzten Protein, Polyphthalamid und anderen gut bekannten Verbindungen herstellen.
In Verkapselungsverfahren durch Polyaddxtionsreaktionen, wie z.B. in US Patent 3 864 275 von Kan et al beschrieben, kann das Zweistufenverfahren der vorliegenden Erfindung auch Verwendung finden. Die Fachleute werden das oben beschriebene System leicht mit Bezug auf polyfunktionelle Amine und z.B. Epichlorhydrin oder Polyester mit Epoxygruppen abstellen können.
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Claims (30)

-A- Patentansprüche
1. Verfahren zur Verkapselung aktiver chemischer Verbindungen in einer semi-permeablen Membrane welche durch eine Zwischenschicht^,polymerisationsreaktion erhalten wird, gekennzeichnet durch folgende Stufen:
- Lösung des chemisch aktiven Materials in einem ersten Teil eines ersten Lösungsmittels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, hydrophilen Lösungsmitteln und Mischungen derselben;
- Lösung eines ersten Monomers in einem zweiten Teil des ersten Lösungsmittels;
- Einstellung des pH Wertes der Monomerlösung auf einen Wert zwischen 5 und 9;
- Vermischen der ersten und zweiten Losungen in dem ersten Lösungsmittel;
- Vermischen der so erhaltenen Lösung mit einem hydrophoben Lösungsmittel, wobei die chenisch aktive Verbindung nicht denaturiert werden soll, und das zweite Lösungsmittel mit Bezug auf ein zweites Monomer eine hohe und mit Bezug auf das erste Monomer eine niedrige Löslichkeit aufweisen soll;
- Emulgierung der ersten Lösung in dem hydrophoben Lösungsmittel wobei das erste Lösungsmittel und die darin aufgelösten Verbindungen die diskontinuierliche Phase der Emulsion bilden;
- Einbringen eines zweisäurigen Halides als zweites Monomer in die Emulsion wodurch eine Polymerisationsreaktion an der Zwischenschicht der Phasen der Emulsion stattfindet und makroporöse polymere Membranen um die diskontinuierliche Phase ausgebildet werden;
- Abtrennung der Kapseln aus dem hydrophoben Lösungsmittel wodurch die Polymerisationsreaktion beendet wird;
- Wiederaufschlämmung der Kapseln in einer Flüssigkeit welche mit Bezug auf das erste Monomer eine geringere Löslichkeit als das erste Lösungsmittel aufweist;
- Zusatz eines zweiten Teiles des zweiten Monomers zu der Aufschlämmung wobei eine weitere Polymerisation an den Kapselmembranen zur Stärkung dieser Membranen erhalten wird, und Abbrechen der Polymerisationsreaktion.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Monomer ein Polyamin eingesetzt wird.
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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyamin Diamin eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als zweites Monomer ein zweisäuriges Halid eingesetzt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Diamin ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus 1,6-Hexandiamin, Lysin, 4,4'-Diamino-2,2'-biphenyldisulfonsaure, 4,4'-Diamino-stilben-2,2'-disulfonsäure, 2,5-Diaminobenzolsulfonsäure und Mischungen derselben.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als zweisäuriges Halid ein zweisäuriges Chlorid eingesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweisäurige Chlorid ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Sebacylchlorid, Terephthaloylchlorid und Mischungen derselben.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem hydrophoben Lösungsmittel vor der Emulgation ein Emulsionsmittel zugesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Emulsionsmittel Sorbitantrioleat eingesetzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das pH der Diaminlösung durch Durchblasen von C0_ eingestellt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als hydrophobes Lösungsmittel eine Mischung aus Cyclohexan und Chloroform eingesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophobe Mischung aus, auf Volumenbasis, 80% Cyclohexan und 20% Chloroform besteht.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass dem Diaminmonomer vor dem Zusatz des hydrophoben Lösungsmittels ein Polyamin zugesetzt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyamin Tetraathylenpentamxn ist.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der Polyaminlösung auf einen Wert
zu
zwischen 5 und 9, vor dem ZusatzVdem Diaminmonomer, eingestellt
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16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Lösungsmittel Wasser eingesetzt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet,dass das Konzentrationsverhältnis von Polyamin zu zweisäurigem Chlorid in den respektiven Lösungsmitteln um 100:1 liegt.
18. Verfahren nach Anspruch 17/ dadurch gekennzeichnet, dass das Konzentrationsverhältnis von Polyamin zu zweisäurigem Chlorid in den respektiven Lösungsmitteln nach der Wiederaufschlämmung unterhalb 60:1 liegt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Säurechlorid teilweise, in regelmässigen Zeitabständen während der ganzen Dauer der Polymerisation zugesetzt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit bei der Wiederaufschlämmung Cyclohexan eingesetzt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeit ein Emulsionsmittel zugesetzt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisationsreaktion durch Zusatz von Sorbitanmonolaurat in einer hypertonischen, auf pH 7 abgepufferten Lösung abgebrochen wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Emulsion ein polyfunktionnelles Monomer, welches den durch das erste und zweite Monomer gebildeten Kunststoff vernetzen kann, zugesetzt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass als chemisch aktives Material eine labile biologische Substanz eingesetzt wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass als labile biologische Substanz ein Enzym eingesetzt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Enzym ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus LDH, GOT, Urease und jb -Glukuronidase.
27. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass als labile biologische Substanz Hemoglobin eingesetzt wird.
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28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Hemoglobin durch Entfernung von Wasser aus roten Blutkörperchen durch Behandlung dieser Zellen mit einer hypertonischen Salzlösung erhalten wird, wobei die Salzlösung ungefähr 1,5 Gew.% Salz enthält um so Hemoglobinkonzentrationen bis zu 30 g/dl zu erhalten.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschichtpolymerisation eine PoIykondensationsreaktion ist.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschichtpolymerisation eine Polyaddition ist.
DE19762645730 1975-08-20 1976-10-09 Verfahren zur verkapselung von chemisch-aktiven substanzen Withdrawn DE2645730A1 (de)

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