DE2924232A1

DE2924232A1 - Verfahren zur herstellung von nicht-thrombogenen glasoberflaechen

Info

Publication number: DE2924232A1
Application number: DE19792924232
Authority: DE
Inventors: Paolo Ferruti
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-06-16
Filing date: 1979-06-15
Publication date: 1979-12-20
Also published as: ES481609A0; NO792009L; ES8206404A1; IT7824638A0; BE877025A; GB2023022A; IT1098337B; DK250879A; JPS5510487A; SE7905270L; FI791925A; FR2434127A1; LU81387A1; NL7904683A

Description

PATENTANWÄLTE J. RBITSTÖTTER W. KINZEBACH

PROF. DR. DR. DIPL. ING. DR. PHIL. DIPL. CHEM.

W. BUNTE (ΐ958-ΐ97β) K. P. HÖLLER

DR. ING. DR. RER. NAT. DIPL. CHBM.

TBLEFONl (OBO) 37ΘΒ83 TELEX: B2I0208 ISAR D

BAUERSTRASSB 22. 80OO MÜNCHEN

München, 15. Juni 1979 M/20

Paolo Ferruti V.Ie Cassiodoro 24, Mailand/Italien

Rolando Barbucci Via E.De Nicola 5,Torre de! Greco

(Napoli) Italien

Luciano Provenzale P.zza dei Servili 2, Rom/Italien

Filippo Con ti Via A.Govoni 43, Rom/Italien

Giuseppe Delfini Via Magni 30, Rom/Italien

Giorgio Segre Via F.Reina 37, Mailand/Italien

Verfahren zur Herstellung von nicht-thrombogenen Glasoberflächen

POSTANSCHRIFTI POSTFACH 780. D-80OO MÜNCHEN

90 9 851/0907 ORIGINAL IN§££§f§8

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von nicht-thrombogenen Glasoberflächen sowie nicht-thrombo· gene Glasgegenstände, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind. ;

Eines der größten Hindernisse bei der Verwendung von nicht physiologischen Materialien auf dem biomedizinischen Gebiet ist die thrombogene Wirkung, die auftritt, wenn derartige Materialien mit Blut in Berührung kommen. Dies trifft insbesondere auf Glasbehälter zu, die zur Aufbewahrung von Blut oder Plasma für Transfusionen verwendet werden.

In derartigen Fällen werden Antikoagulantien zugesetzt, um die schnelle Koagulation des Blutes, hervorgerufen durch die Berührung mit der Glasoberfläche, zu verhindern. Dieses Verfahren weist jedoch Nachteile und Risiken auf, da die im Blut oder Plasma anwesenden Antikoagulantien einen zusätzlichen Risikofaktor bei wiederholten oder umfangreichen Transfusionen darstellen, und darüber hinaus die Lagerstabilität des Blutes zu begrenzen scheinen.

Da Glas im Hinblick auf seine mechanischen Eigenschaften, seine Nicht-Toxizität, seine Verarbeitbarkeit, seine geringen Kosten und seine Transparenz ein mehr oder weniger ideales Material ist, würde ein Verfahren, das seine thrombogene Natur beseitigt, offensichtlich einen großen Fortschritt auf dem Gebiete der Biotechnologie sein, da das Glas dann nicht nur zur Herstellung von Blut-oder Plasmabehältern, sondern auch als Bestandteil von künstlichen Prothesen oder medizinisch-chirurgischen Schutzeinrichtungen geeignet wäre. Ein derartiges Verfahren ist nun gefunden worden und stellt den Gegenstand der vorliegenden Erfindung dar.

9 P '3 351/0907 ORIGINAL INSPECTED .«sof.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß man die Oberfläche des Glases durch chemische Aufpfropfung von Polymerketten, die in der Lage sind, mit Heparin einen Komplex zu bilden und damit Heparin auf Dauer fixieren können, modifiziert. Auf diese Weise wird auf den Glasoberflächen eine stabile Heparinschicht ausgebildet, die die Koagulation des Blutes, das mit den behandelten Oberflächen in Berührung kommt, verhindert, wobei jedoch keine Fremdstoffe in das Blut gelangen, die seine Eigenschaften verändern könnten. Darüber hinaus verändert die erfindungsgemäße chemische Modifizierung der Glasoberfläche weder die mechanischen Eigenschaften des Glases noch solche Eigenschaften, die, wie bereits oben angedeutet, seine Verwendung auf dem medizinischen Gebiet so wünschenswert machen.

Die Glasgegenstände können nach den bekannten Formungsverfahren hergestellt werden, bevor sie der Heparinisierungsbehandlung unterworfen werden, und sie können daher in jeder gewünschten Form hergestellt werden.

Darüber hinaus werden für das neue Verfahren keine speziellen Gläser benötigt, sondern es kann jedes beliebige Glas verwendet werden, sofern es Si enthält.

Es kann insbesondere bei Gegenständen aus reinem Siliciumdioxid, wie z. B. Quarzglas oder ähnlichem, angewendet werden.

Das neue Verfahren besteht im wesentlichen darin, Polyamid-Amino Polymere, die mit Heparin stabile Komplexe bilden können, chemisch durch Ausbildung molekularer Brücken an die Glasoberflächen zu binden.

Die bei dem neuen Verfahren verwendeten Polyamid-Amino-Polymere sind zum Teil bekannte und zum Teil neue Polymere. Sie werden

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ORlGiNAL INSPECTED

alle hergestellt durch Polyaddition von disekundären Diaminen oder primären Monoaminen und bis-Acrylamiden und können durch die folgende allgemeine Formel dargestellt werden:

A-CH₉-CH₉-CO-N-R-N-CO-CH₉-Ch₉-A-

R₁ R₁

in welcher R und R₁ gerade oder verzweigte Alkylreste mit ; 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeuten oder zusammen mit den bei- ! den Stickstoffatomen, an die sie gebunden sind, einen hetero- ! cyclischen Ring bilden, der durch Alkylreste mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen substituiert sein kann;

A einen Aminorest der Formel:

a) -N-R¹ -N-

R" R"

in der R¹ und R" Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeuten oder zusammen mit den Stickstoffatomen, an die sie gebunden sind, einen heterocyclischen Ring

bilden, der durch einen oder mehrere Alkylreste mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen substituiert sein kann oder

b) - N -

RHI

in welcher R"¹ einen geraden oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet, der durch Amino-Carboxyl-, Alkoxysilan- oder Aminoalkoxysilanreste substituiert sein kann, bedeutet.

Die Polymeren, die aus monomeren Einheiten bestehen, die abgeleitet sind von primären Monoaminen der Formel H₂N-R"¹, in welcher R"¹ einen Alkylalkoxysilan- oder einen Aminoalkoxy-

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OFMGINAL INSPECTED

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silanrest bedeutet, sind neue Polymere.

Die anderen Polymere sind bekannt (siehe F. Danusso, P. Ferruti "Polymer", Band 11, Seite 88 bis 113 (1970)).

Heparin ist ein bekanntes Mucopolysaccharid, das aus äquimolaren Mengen an Glucuronsäure und Glucosamin besteht und eine hohe Anzahl Sulfonsäure- und Aminosulfonsäuregruppen aufweist:

CH₂OSO"

COOH

— 0

NHSO

Die hohe Anzahl der SuIfonsäurereste verleiht ihm den Charakter eines Polyanions mit einer hohen negativen Ladung. Dies erklärt auch seine Fähigkeit, stabile Komplexe mit den zuvor genannten Polyamid-Amino-Polymeren zu bilden (M. Marchisio, P. Ferruti et al. European Journal of Pharmacology, 12 (1970)236 bis 242).

Die Hauptaufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, chemisch stabile molekulare Brücken zwischen den Glasoberflächen und den Polyamid-Amino-Polymeren zu schaffen, um die Heparinisierung der Oberfläche der Glasgegenstände zu ermöglichen. Dies kann durch verschiedene Verfahren, die im Hinblick auf die Ergebnisse alle gleichwertig sind, erreicht werden. Die einzelnen Verfahren werden nachstehend beschrieben:

1) Die Glasoberfläche wird, vorzugsweise nach einer Behandlung mit Lösungen von starken Säuren, wie z.B. Königswasser, konzentrierte Salzsäure, konzentrierte Schwefelsäure oder

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konzentrierte Salpetersäure, mit einem Chlorierungsmittel, wie z.B. Thionylchlorid, PCl₅, POCl₃, Sulfurylchlorid oder dergleichen, behandelt.

Auf diese Weise wird die Chlorierung der Glasoberfläche erreicht, durch Austauschen der an das Silicium gebundenen Hydroxylgruppen durch Chlor. Die Gegenstände werden dann abermals in der Hitze mit einem Polyalkohol behandelt, der mit den Oberflächenchloratomen reagiert, und so mono- oder polyhydroxy!ierte Kohlenwasserstoffketten auf die Oberfläche aufpfropft. Für diese Stufe des Verfahrens geeignete Polyalkohole sind Glykole mit 2 bis 11 Kohlenstoffatomen, Glycerin, Pentaerythrit, Mannit oder dergleichen.

Es wird dann schließlich mit einem Überschuß an Säurechloriden, von z.B. Dicarbonsäuren, Polycarbonsäuren, Disulfonsäuren oder Polysulfonsäuren, behandelt, die mit den polyhydroxy!ierten Ketten unter Ausbildung von Esterbindungen reagieren und somit Ketten mit endständigen -COCl oder -SO₂Cl -Gruppen eingeführt werden, die weiter mit einem Polyamid-amin mit endständigen Aminogruppen umgesetzt werden können und stabil durch kovalente Amidbindunger gebunden werden.

Die Temperatur, das Lösungsmittel und die Reaktionszeit, die in jeder der genannten Verfahrensstufen verwendet werden, hängen offensichtlich von dem speziell ausgewählten Reagens ab (Chlorierungsmittel, Polyalkohol, Säurechlorid, Polyamid - Amin), und sind für die einzelnen Produkte charakteristisch. Die Polyamid - Amine werden durch Umsetzung in Lösung von Monomermischungen hergestellt, ausgewählt aus den folgenden Gruppen:

90!851/0907_{ORIGlNAUNSpECTED}

I) disekundäre Diamine der allgemeinen Formel HN - R¹ - NH ,

R" R" ;

ι in welcher R¹ und R" Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoff-j

atomen sind oder zusammen mit den Stickstoffatomen_s j an die sie gebunden sind, einen heterocyclischen Ring bilden, der durch einen oder mehrere Alkylreste mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen substituiert sein kann,

primäre Monoamine der allgemeinen Formel H₂N-R"', in welcher R"' einen geraden oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeutet, der mit Amino-; Carboxyl-, Alkyl-, Alkoxysilan- oder Aminoalkoxysilanresten substituiert sein kann;

II) bis-Acrylamide der allgemeinen Formel

CH₂ = CH - CO - N - R - N - CO - CH = CH₂

R₁ R₂

in welcher R, R₁ und R₂ gerade oder verzweigte Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen sind oder zusammen mit den beiden Stickstoffatomen, an die sie gebunden sind, einen heterocyclischen Ring bilden, der mit einem oder zwei Alkylresten mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen substituiert sein kann.

Da die Polyaddition praktisch quantitativ verläuft, ist es, um Polymere mit endständigen Aminogruppen zu erhalten, notwendig, Monomerenmischungen herzustellen, die einen molaren Oberschuß an Amin enthalten. Bevorzugte Lösungsmittel sind Wasser oder niedrige Alkohole und allgemein protische Lösungsmittel. Entsprechend den zu polymerisierenden Mischungen und insbesondere entsprechend dem verwendeten Amin liegen die Temperaturen zwi-

9 0 98J1 /09Q.7 ORIGINAL ^W

sehen 15 und 60⁰C und die Reaktionszeiten zwischen einigen wenigen Stunden und einigen Tagen.

Das dieser Ausführungsform entsprechende Verfahren kann beispielsweise durch die folgenden Reaktionsstufen dargestellt werden, bei denen der Klarheit wegen spezielle Reagentien verwendet werden:

Si-OH + SOCl₂ —■> Si-Cl + HOCH₂ - CH₂ - OH

Glasoberfläche

Si-O CH₂-CH₂-OH +

Si-OCH₉CH₉O-CO-CcH.-COCl+HN-CH₉CH₉-N-CH₉-CH₉Co-N N-COCH₉CH₉^..

., CC O 4 ι C C ι C C \ f C C ,

CH₃ CH₃

Si-OCH₂CH₂O-CO-C₆H₄-CO-N-CH₂CH₂-N-CH₂CH₂CO-N N-COCH₂CH₂

\ CH₃ CH₃ ^⁷

2) Die Glasoberfläche wird vorzugsweise nach einer Behandlung mit Lösungen starker Säuren, bei Raumtemperatur mit einer Lösung des w-Aminoalkyl-trial koxysilans der allgemeinen Formel (RO)₃Si-(CH₂) -NH₂ oder der allgemeinen Formel (ROKSi(CH₉) -NH(CH₉) -NH₉, in welchen R einen Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeutet und η = 1 bis 3 ist,

behandelt.

3 Oi) 351/0907

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Nach einer, von der verwendeten Süanverbindung abhängigen Reaktionszeit von 2 bis 6 Stunden wird das überschüssige Reagens entfernt und die Glasoberflächen, auf denen die Amino silanreste aufgepfropft worden sind, werden mit der Lösung eines Säurechlorids behandelt, wobei das Säurechlorid unter den Gruppen ausgewählt wird, die im vorangegangenen Absatz 1 beschrieben worden sind.

Auf diese Weise halten die auf das Glas aufgepfropften Ketten endständige Säurechloridgruppen, die während der nachfolgenden heißen Behandlung mit einer Lösung von Polyamid-Aminen mit endständigen Aminogruppen, wie sie oben beschrieben worden sind, mit den genannten Aminogruppen reagieren und so die Polymerketten durch Aminbindungen stabil binden.

Das dieser Ausführungsform entsprechende chemische Aufpfropf verfahren für das Glas kann durch die folgenden Reaktionsschritte dargestellt werden, wobei der Klarheit wegen spezie' Ie Reagentien verwendet werden:

Si-OH Si-O

ι \

Si-OH+(C₉H_cO)_QSiCH₉CH₀CHJW₉—> Si-O — SiCH-CH_oCH₉NH₉+C10C-(CH₉)₉-C0Cl-

i C O O CCCC , • CCCC CC

Si-OH Si-O

Glasoberfläche

Si-O.

\ X

Si-O — SiCH₉CH₉CH₉NH-OC(CH₉)₉COCl+HN-CH₉-CH₉-N-CH₉CH₉CO(CH₉)₉COCH₉-CH,-,

> s CaC CC. ι CC₁CC CC CC

Si-O ' ^CH3 ^CH3

Si-O

Si-O — SiCH₂CH₂CH₂NH0C(CH₂)₂-C0-N-CH₂-CH₂-N-CH₂-CH₂C0(CH₂)₂C0-CH₂-CH₂-

Si-O 3 3

!NSPECTBD

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3) Die Glasoberfläche wird vorzugsweise nach einer Behandlung mit einer Lösung einer starken Säure bei Raumtemperatur mit der Lösung einer wie in dem vorangegangenen Absatz 2 beschriebenen Aminosilanverbindung behandelt. Nach einer Reaktionszeit von einigen wenigen Stunden wird das überschüssige Reagens entfernt und die chemisch modifizierte Glasoberf1äch die endständige Aminogruppen aufweist, wird mit einem Polyam Amin behandelt, das endständige aktivierte Vinylgruppen aufweist.

Ein derartiges Polyamid-Amin wird unter genau denselben Bedingungenhergestellt, wie es in Absatz 1)beschrieben worden ist, jedoch wird hier ein molarer Überschuß an bis-Acryl amid verwendet, so daß diese Monomeren die endständigen Einheiten darstellen und auf diese Weise endständige aktivierte Vinylgruppen erhalten werden.

Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch die folgenden Reaktionsschritte dargestellt werden, wobei der Einfachheit halber spezielle Reagentien angegeben werden:

Si-OH Si-O

Si-OH + (C₉H₁-O)₀SiCH₉CH₀CH₀NH₀ —» Si-O — SiCH₀CH₀CH₀NH₉

j COO CCCC γ ^y CCCC.

Si-OH Si-O^

Glasoberfläche *

Si-O

Si-O — SiCH₂CH₂CH₂NH₂+CH₂=CH-C0N NCO-CH₂CH₂N-CH₂-CH₂-N

Si-O^ ^CH3 ^CH3

i i _o

—^ Si-O — SiCH₂CH₂CH₂NH-CH₂-CH₂-CON

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■*?<?■■? ■"" ί ORIGINAL INSPECTED

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4) Es wird ein Polyamid-Amin der eingangs beschriebenen Art hergestellt, das Heparin dauerhaft fixieren kann und das wenigstens zum Teil aus Ami ηoein hei ten des Typs - N - bell·"

steht, wobei R"¹ ein Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen ist, der mit einem Alkylalkoxysilanrest oder einem Aminoalkylalkoxysilanrest der oben beschriebenen Art substituiert ist.

Die Polymerisation wird in Lösung, vorzugsweise in proti- j sehen Lösungsmitteln, durchgeführt, unter Verwendung von Monpmermischungen, die aus 50 Mol-% bis-Acrylamiden und 50 Mol-% Aminen zusammengesetzt sind, wobei die Amine, wie bereits oben angeqeben,teilweise oder ganz aus primären Aminen, die Alkoxysilangruppen aufweisen, bestehen.

Es wurde gefunden, daß die Aminosilanverbindung in diesen Mischungen als das oben beschriebene andere primäre Amin agiert und man erhält ein Polyadditionsprodukt mit den bis-Acrylamiden, in dem ein Wasserstoffatom der Vinylgruppe der bis-Acrylamide ersetzt wird.

Die Reaktionstemperatur liegt zwischen 15 und 60⁰C und die Reaktionszeit beträgt einige Stunden.

Die auf diese Weise erhaltenen neuen Polymere reagieren mit der Glasoberfläche, die vorzugsweise vorher mit starken Säuren behandelt worden ist, und werden durch Si-0-Brücken stabil auf den Glasoberflächen aufgepfropft.

Diese Ausführungsform des chemischen Modifizierungsverfahrens der Glasoberfläche kann schematisch durch folgende Reaktion dargestellt werden:

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M/20 176 -17'-

Si-OH CH₂CH₂CO-(CH₂J_n-CO-CH₂CH₂-N "*

Si-OH + (C₂H₅O)₂SiCH₂CH₂CH₂ N ^CH3

Si-OH CH₉CH₉CO-(CH,J_n-CO-CH₉CH₉-N —

) ru

Glasoberfläche ^Lli3

Die Aufpfropfungsreaktion wird unter Verwendung einer Polymerlösung bei einer Temperatur zwischen 15 und 50⁰C, Vorzugs weise in einem protischen Lösungsmittel, wie Wasser oder Alkohol, durchgeführt.

Wie eingangs schon erwähnt wurde, betrifft der Oberflächenmodifizierungsprozeß nur die Si-OH-Gruppen und kann mit jeder Art Glasgegenständen,insbesondere mit Gegenständen aus herkömmlichem Glas, durchgeführt werden.

Die Glasgegenstände, die einer der oben beschriebenen Oberflächenbehandlungen unterworfen worden sind, werden dann der Heparinisierungsbehandlung unterzogen, indem man sie einige Stunden in verdünnte Heparinlösungen eintaucht. Vorzugsweise wird eine Lösung verwendet, die 2 bis 3 % Heparin (Natriumsalz) in einer 1:1-Mischun-g von Wasser und Äthylalkohol, die 2 bis Essigsäure enthält. Die optimale Behandlungszeit

beträgt etwa 5 Stunden.

Anschließend ist die Glasoberfläche mit einer Schicht chemisch fixiertem Heparin überzogen und ist daher dauerhaft nichtthrombogen.

Die erfindungsgemäßen chemischen Glasmodifizierungsstufen können anhand der ESCA-Spektroskopie verfolgt werden, die ein empfindliches Oberflächenanalysenverfahren darstellt für die äußersten Schichten von Feststoffen, deren Stärke 20 bis 30 nicht übersteigen.

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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und zur leichteren Nacharbeitbarkeit der verschiedenen Ausführungs- ; formen werden anschließend einige die Erfindung nicht beschränkende Beispiele beschrieben.

Beispiel 1_

20 Teststücke herkömmlichen Glases mit Abmessungen (cm) von 2 χ 1 χ 0,05 werden 15 Minuten lang in Königswasser getaucht, anschließend einige Male mit destilliertem Wasser gewaschen und schließlich bei 40⁰C und einem Druck von 0,1 mm Hg getrock net.

Die ESCA-Analyse dieser Teststücke ergab für die Bestandteile des Glases charakteristische Peaks: Si (1330 und 1382 eV); 0 (952 eV); Ca (^1135 eV); Na (412 und 985 eV).

Die Teststücke werden dann 2 Stunden lang in 50 ml unter Rückfluß gehaltenes Thionylchlorid eingetaucht, anschließend aus ^! dem Thionylchlorid entfernt, getrocknet und einige Male mit Chloroform und wasserfreiem Äther gewaschen.

Die ESCA-Analyse ergab an dieser Stelle durch Auftreten eines klaren Peaks bei 1285 eV, daß Chlor auf die Oberfläche des Glases eingeführt worden ist. Zusätzlich wurde eine Spur S eingeführt, was einen schwachen Peak bei 1316 eV ergibt.

Nach der Analyse werden die Teststücke in 10 ml wasserfreies Glycerin, gelöst in 50 ml Chloroform, eingetaucht und 2 Stunden lang erhitzt. Sie werden dann mit Chloroform gewaschen, im Vakuum getrocknet und anschließend in eine Lösung eingetaucht, die 10 % Isophthaloylchlorid in wasserfreiem Chlorofort und einige Tropfen Pyridin enthält. Die Lösung wird weitere

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2 Stunden auf 70⁰C erhitzt. Anschließend werden die Teststücke entfernt und ausgiebig mit Chloroform gewaschen.

Getrennt hiervon wurde ein Polyamid-Amin hergestellt durch Copolymerisierung von 1,4-bis-Acryloylpiperazin und N ,N ' -Dimethyläthylendiamin in einer wäßrigen Lösung in einem molaren Amin:Amid-Verhältnis von 1:0,985. Nach dem Rühren wurde die homogene wäßrige Lösung 2 Tage lang unter einer Inertgasatmosphäre bei 18 bis 20⁰C stehengelassen. Die viskose Lösung wurde dann in Aceton gegossen und der gummiartige Niederschlag getrennt, mit Aceton gewaschen und 1 bis 3 Stunden bei Raumtemperatur unter Aceton stehengelassen.

Das Polymer wird auf diese Weise in ein kristallines Pulver überführt, welches dann durch Filtrieren und Trocknen gewonnen wird.

Die aus der Reaktion mit Isophthaloylchlorid erhaltenen Teststücke werden in eine 10 %-ige Lösung des Polyamid-Amins in wasserfreiem Chloroform untergetaucht und die gesamte Mischung wird 2 Stunden lang auf 70⁰C erhitzt. Nach dem Abkühlen werden die Teststücke entfernt, mit Chloroform, Wasser und Äthylalkohol gewaschen und im Vakuum getrocknet.

Die an dieser Stelle durchgeführte ESCA-Analyse ergibt die folgenden Oberflächeη Veränderungen:

a) die Intensität der SiI iciumpeaks ist nur noch halb so groß, was die Anwesenheit einer die Oberfläche bedeckenden Schich anzei gt;

b) es tritt ein deutlicher Stickstoffpeak bei etwa 1085 eV auf was die Aufpfr'opfung des Polyamid-Amins auf die Oberfläche anzeigt.

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Schließlich werden die Teststücke 6 Stunden lang in eine 2 %-ige Heparinlösung in einer H₂0:Äthylalkohol:Essigsäure-Mischung im Verhältnis von 50:50:3 eingetaucht. Die Testsfücke werden dann mit Wasser und Alkohol gewaschen und in einem Ofen bei 40⁰C unter einem Druck von 0,1 mm Hg getrocknet. Die ESCA-Analyse führte zu folgenden Ergebnissen:

a) die Intensität des SiIiciumpeaks hat weiter abgenommen, was eine weitere Schicht auf der Glasoberfläche anzeigt;

b) der Stickstoffpeak ist stärker geworden und seine Form hat sich geändert, was darauf zurückzuführen ist, daß zu dem Polyamidamin-Stickstoffpeak der Heparinstickstoffpeak hinzugekommen ist; bei 1316 eV tritt ein für Heparin charakteristji scher S-Peak auf.

Die Abfolge der ermittelten ESCA-Analysedaten zeigt zweifellos die chemische Fixierung des Polyamid-Amins auf der Glasoberfläche über zu Beginn der Reaktion ausgebildete molekulare Brücken und anschließend die Fixierung des Heparins, welches durch die Polyamid-Amin-Ketten eingeschlossen wird.

Das eben beschriebene Verfahren wurde unter Verwendung der folgenden Gruppen von Reagentien genau wiederholt:

SOCl₂, Äthylenglykol, Bernsteinsäurechlorid, Polyamid-Amin, erhalten durch Copolymerisierung einer Mischung von Ν,Ν'-Diiso propyläthylendiamin und 1,4-bis-Acryloylpiperazin τη einem molaren Verhältnis von 1:0,985

PCl₅, Butylenglykol, Isophthaloylchlorid , Polyamid-Amiη , erhalten durch Copolymerisierung einer Mischung von Kthylamin und 1 ,4-bis-Acryloylmethylpiperazin in einem molaren Verhältni« von 1:0,985

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, Pentaerythrit, Glutarsäurechlorid, Polyamid-Amin, j erhalten durch Copolymerisierung einer Mischung von Methyl- , amin und einem bis-Acrylamid der Formel: j

CH₂ = Ch-CO-N-CH₂-CH₂-N-CO-CH = CH₂ ^C2^H5 ^C2^H5

in einem molaren Verhältnis von 1:0,950.

Beispiel

20 Teststücke herkömmlichen Glases, die denen des vorangegangenen Beispiels entsprachen, wurden 20 Minuten in konzentrierte Salzsäure eingetaucht, anschließend mehrmals mit destilliertem Wasser gewaschen und schließlich bei 40⁰C und einem Druck von 0,1 mm Hg getrocknet. Die Teststücke wurden dann in 50 ml einer 10 %-igen Lösung von f-Aminopropyltriäthoxysilan in Methanol eingetaucht und 6 Stunden bei Zimmertemperatur stehengelassen. Anschließend wurden sie mit Methanol gewaschen, bei 20⁰C und einem Druck von 0,1 mm Hg getrocknet und dann 3 Stunden unter Rückfluß mit 50 ml einer 10 %-igen Lösung von Isophthaloylchlorid in wasserfreiem Chloroform behandelt. Die Stücke wurden dann entfernt, mit wasserfreiem Äther gewaschen und 6 Stunden unter Rückfluß mit 50 ml einer 10 %-igen Lösung eines Polyamid-amins in Chloroform behandelt. Das verwendete Polyamid-Amin wurde erhalten durch Copolymerisierung von Mischung von 1,4-bis-Acryloylpiperazin (48 Mol-%), as-N,N-Dimethyläthylendiamin (26 Mol-%) und Glycerin (26 MoI-*

Die Mischung wurde 5 Stunden bei Zimmertemperatur aufbewahrt und anschließend wurde das Polymer abfiltriert und in Chloroform gelöst.

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ORIGINAL INSPECTED

Die Glasteststücke, die mit dem Polyamid-Amin reagiert hatten, wurden entfernt, mit Chloroform, Wasser und Äthylalkohol gewaschen und anschließend der Heparinisierung unterzogen durch 6-stUndige Behandlung mit einer 2 %-igen Heparinlösung in einer H₂0:Äthylalkohol:Essigsäuremischung in einem Verhältnis von 50:50:3. Anschließend wurden sie gewaschen und getrocknet.

Die stufenweise Oberflächenmodifizierung des Glases wurde anhand der ESCA-Analyse verfolgt und man erhielt die folgenden charakteristischen Daten:

1) Reaktion mit "jT-Aminopropyl triäthoxysilan: Es wurden Si-Peak (1330 und 1382 eV), ein O-Peak (952 eV) und ein N-Peak (1085 eV) erhalten.

2) Reaktion mit Isophthaloylchlorid: Bei 1285 eV trat der Cl-Peak auf, während der N-Peak schwächer geworden war.

3) Reaktion mit Polyamid-Amin: Der Cl-Peak war erheblich schwächer geworden, während der N-Peak wieder stärker gewor den war und sich seine Form geändert hatte.

4) Reaktion mit Heparin: Der N-Peak hatte weiter zugenommen und seine Form verändert und bei 1316 eV war ein starker S-Peak aufgetreten.

Die Analysedaten bestätigen ohne Zweifel, daß eine starke chemische Modifizierung der Glasoberfläche stattgefunden hat, und daß eine Schicht von chemisch gebundenem Heparin auf dem Glas ausgebildet worden ist.

Das eben beschriebene Verfahren wurde mit den folgenden Gruppen von Reagentien genau wiederholt:

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ORIGINAL

- ω-Aminobutyltrimethoxysilan, Isophthaloylchlorid, Polyamid-Amin, erhalten aus einer Mischung eines bis-Acrylamids der Formel:

CH₂=CH-CO-N-CH₂-Ch₂-N-CO-CH=CH₂ (49 Mol-%) CH(CH₃)₂ CH(CH₃)₂

und einem Diamin der Formel:

NH - CH₂ - CH₂ - NH (52 Mol-%) CH₃ CH₃

- Methoxysilan der Formel:

(CH₃O)₃Si-CH₂CH₂CH₂-NH-CH₂CH₂NH₂

Adipinsäurechlorid,-Polyamid-Amin , erhalten aus einer Mischung von bis-Acryloylpiperazin (49 Mol-%) und as-N,N-Dimethylethylendiamin (51 Mol-%).

B e i s ρ i e 1 3

20 Glasteststücke mit gleichen Abmessungen wie in den vorangegangenen Beispielen wurden nach der in Beispiel 2 angegebenen Weise mit f-Aminopropyltriäthoxysilan behandelt. Nach dem Waschen wurden die Teststücke, die an der Oberfläche die <f-Aminopropylsilangruppen enthielten, mit 50 ml einer 10 %-igen Lösung eines Polyamid-Amins, erhalten durch Polyaddition von Ν,Ν'-Dimethyläthylendiamin und 1,4-bis-Acryloylpiperazin in einem molaren Verhältnis von 0,98 zu 1, in einer 1:1-Mischung von Wasser und Äthylalkohol (V:V),behände!t.

Dieses Polyamid-Amin hatte endständige Vinyl gruppen.

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Die Teststücke wurden anschließend 5 Tage bei Zimmertemperatur aufbewahrt, mit Wasser und Äthylalkohol gewaschen und schließlich in der in dem vorangegangenen Beispiel beschriebenen Weise; heparinisiert. ;

Die ESCA-Analyse des Endproduktes ergab genau dieselben charak-! teristischen Peaks die bei dem Endprodukt des vorangegangenen Beispiels gefunden wurden und zeigen somit ohne Zweifel die Aufpfropfung des Polyamid-Amins und die chemische Fixierung des Heparins an.

Das eben, beschriebene Verfahren wurde unter den gleichen Bedingungen und unter Verwendung der folgenden Gruppen von Reagentien wiederholt:

- Y-Aminopropyltrimethoxysilan, Polyamid-Amin, erhalten durch Polyaddition von 1,4-bis-Acryloylpiperazin (52 Mol-%). 2,3-trans-Piperazindicarbonsäure (24 Mol-%) und as-N,N-Dimethyläthylendiamin (24 Mol-%).

- cJ-Aminobutyltriäthoxysilan, Polyamid-Amin, erhalten durch die Polyaddition von 1,4-bis-Acryloylmethylpiperazin (51 Mol und Isopropylamin (49 Mol-%).

- ^"Aminopropyltrimethoxysilan, Polyamid-Amin, erhalten durch die Polyaddition von 1,4-bis-Acryloylpiperazin (51 Mol-%) und n-Butylamin (49 Mol-%).

- Äthoxysilan der Formel

(C₂H₅O)₃ Si-CH₂CH₂CH₂-NH-CH₂CH₂-NH₂,

Polyamid-Amin, erhalten durch die Polyaddition von 1,4-bis-Acryloylpiperazin (51 Mol-%) und Äthylamin (49 Mol-%).

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ORlGlMAL INSPECTED '''"

Beispiel 4

Eine Mischung von 0,1 Mol 1,4-bis-Acryloylpiperazin (hergestellt nach dem Verfahren von Danusso, Ferruti und Ferroni , Chimica e Industrie 49, 271 (1967)), 0,095 Mol N,N¹-Dimethylethylendiamin und 0,005 Mol ^-Aminopropyltriäthoxysilan in 200 ml Methanol wurden 2 Tage lang bei Zimmertemperatur stehengelassen.

Anschließend wurde die sehr viskose Reaktionsmischung in 2 Liter Äther gegossen, das feste Produkt durch Dekantierung abgetrennt, mit Äther gewaschen und bei 20⁰C und einem Druck von 0,1 mm Hg getrocknet. Die Ausbeute betrug 96 %. Die Elementaranalyse ergab die theoretisch berechneten Werte.

20 Glasteststücke, die denen der vorangegangenen Beispiele entsprachen, wurden mit konzentrierter HNO₃ behandelt, mit Wasser gewaschen und dann 24 Stunden mit einer 5 %-igen Lösung eines wie oben beschriebenen Polyamid-Amins in Methanol in Berührung gebracht. Anschließend wurden die Glasteststücke entfernt, mit Methanol und Äthylalkohol gewaschen und in der, in den vorangegangenen Beispielen beschriebenen Weise, heparinisiert.

Die ESCA-Analyse des Endproduktes ergab ähnliche charakteristischen Stickstoff- und Schwefelpeaks, die denen des Endproduktes der vorangegangenen Beispiele entsprachen und somit eine gleiche chemische Modifizierung und Heparinisierung der Glasoberfläche anzeigten.

Das eben beschriebene Verfahren wurde unter den gleichen Bedingungen und unter Verwendung der folgenden Amidaminosilanpolymere wiederholt:

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- 1,4-bis-Acryloylpiperazin, 1 Mol; Methylamin, 0,95 Mol; f-Aminopropyltrimethoxysilan, 0,05 Mol.

- 1,4-bis-Acryloylpiperazin, 1 Mol; as-N,N'-Dimethyläthylendiamin, 0,95 Mol; -f-Aminopropyltriäthoxysilan, 0,05 Mol.

- bis-Acrylamid der Formel:

CH₂ = CH CO N - CH₂ - CH₂ - N CO CH = CH₂ ,1 Mol; C₂H₅ C₂H₅

Hthoxysilan der Formel:

(C₂H₅O)₃ Si-CH₂-CH₂-CH₂-NH-CH₂-CH₂-NH₂, 1 Mol.

- 1,4-bis-Acryloylpiperazin, 1 Mol; n-Propylamin, 0,5 Mol; qT-Aminopropyltriäthoxysilan, 0,5 Mol.

B e i s ρ i e 1

10 Glasteströhrchen von 1 χ 10 cm wurden wie in Beispiel 1 behände!t.

Nach dem Waschen und Trocknen wurden sie mit Blut gefüllt. Nach 1 Stunde zeigte das Blut keinerlei Spuren von Koagulation während das Blut in unbehandelten Glasteströhrchen, die zu Vergleichszwecken verwendet wurden, nach etwa 10 Minuten vollständig koaguliert war.

Der gleiche Versuch wurde unter Verwendung von Gruppen von je 10 Glasteströhrchen von 1 χ 10 cm wiederholt und nach dem Verfanren von Beispiel 2, Beispiel 3 bzw. Beispiel 4 behandelt In keinem Fall zeigte das Blut nach 1 Stunde eine Spur Koagulation.

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ORIGINAL !NS

Beispiel 6

6 Glasröhrchen mit einer Länge von 2 cm, einem äußeren Durchmessen von 1 cm und einem inneren Durchmesser von 0,8 cm wurden nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren behandelt und dann nach dem Verfahren von V.L. Gott und A. Furuse (Federation Proceedings 30, 1679 (1971)) in die vena cava inferior von Versuchshunden eingeführt.

Nach 2 Stunden wurden die Tiere getötet.

In den 6 Röhrchen konnte nicht die geringste Spur eines ! Thrombus festgestellt werden. Unbehandelte Glasröhrchen, die j gleichzeitig verwendet worden sind, waren nach etwa 15 Minuten vollständig verstopft.

Der gleiche Versuch wurde unter Verwendung von Gruppen von

jeweils 6 Hunden wiederholt, um die nach Beispiel 2, Beispiel

bzw. Beispiel 4 behandelten Glasröhrchen zu untersuchen.

Nach 2 Stunden konnte in keinem Fall die Spur eines Thrombus in den Röhrchen festgestellt werden.

710/V.

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Claims

M/20 176 - / -

Patent ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von nicht-thrombogenen Glasoberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Glasoberfläche durch chemische Aufpfropfung von Polyamid-Amino-Ketten über molekulare Brücken, wobei die Polyamid-Amino-Ketten in der Lage sind, mit Heparin einen Komplex zu bilden und dieses auf Dauer fixieren, modifiziert und die auf diese Weise chemisch modifizierte Glasoberfläche mit einer Hepari lösung behandelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über molekulare Brücken aufgepfropften Polyamid-Amino-Ketten aus den folgenden, sich wiederholenden Einheiten bestehen

A-CH₂-CH₂-Co-N-R-N-CO-CH₂-CH₂-A-

R₁ R₁

in welchen

R und R₁ gerade oder verzweigte Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeuten, oder zusammen mit den zwei Stickstoffatomen, an die sie gebunden sind, einen heterocyclischen Ring bilden, der durch einen oder mehrere Alkylreste mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen substituiert sein kann;

A einen Aminorest bedeutet aus der Gruppe - N - R¹ - N - ,

R" R"

wobei R' und R" Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen sind oder zusammen mit dem Stickstoffatom,an das sie gebunden sind, einen heterocyclischen Ring bilden, der durch ein oder mehrere Alkylreste mit 1 bis 3 Kohlenstoff-

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atomen substituiert sein kann und - N - , wobei R"¹ einen

R"¹

geraden oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet, der durch Amino-, Carboxyl-, Alkoxysilan- oder Aminoalkoxysilan-Reste substituiert sein kann.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die molekularen Brücken zwischen der Glasoberfläche und den Polyamid-Amino-Ketten durch die folgenden Reaktionsschritte gebildet werden:

Behandlung der Glasoberfläche mit einem starken Chlorierungsmittel ;

Umsetzung mit einer polyhydroxy!ierten Verbindung; Umsetzung mit dem Chlorid einer mehrwertigen Säure; und

Umsetzung mit einem Polyamid-Amin mit endständigen Aminogruppen .

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das starke Chlorierungsmittel ausgewählt ist aus der Grupp SOCl₂, PCl₅, POCl₃ und SO₂Cl₂; die polyhydroxy!ierte Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe der Glykole mit 2 bis 11 Kohlenstoffatomen, Glycerin, Pentaerythrit und Mannit; und das Chlorid der mehrwertigen Säure ausgewählt ist aus der Gruppe der Chloride von aliphatischen und aromatischen Dicarbonsäuren, Polycarbonsäuren, Disulfonsäuren und Polysulfonsäuren.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die molekularen Brücken zwischen der Glasoberfläche und den Polyamid-Amino-Ketten durch die folgenden Reaktionsschritte gebildet werden:

Umsetzung mit einercj-Aminoal kyl -al koxysilan-Verbindung;

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ORtGINAL INSPECTED

Umsetzung mit dem Chlorid einer mehrwertigen Säure; und

Umsetzung mit einem Polyamid-Amin mit endständigen Aminogruppen .

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die to-Aminoalkylalkoxysilan-Verbindung die allgemeine Formel (RO)₃Si-(CH₂) -NHR₁ hat, in welcher R einen Al kyl rest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeuteten = 2 bis 4 ist und R. Wasserstoff oder eine Alkylaminokette mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeutet; und das Chlorid der mehrwertigen Säure ausgewählt ist aus der Gruppe der Chloride von aliphatischen und aromatischen Dicarbonsäuren, Polycarbonsäuren, Disulfonsäuren und Polysulfonsäuren.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die molekularen Brücken zwischen der Glasoberfläche und den Polyamid-Amino-Ketten durch Umsetzung mit einer Al koxysilan-Verbindung der Formel (R0)₃Si-(CH₂)_n-NHR.j in welcher R einen Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeutet, η = 2 bis 4 ist und R. Wasserstoff oder eine Alkylaminokette mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeutet, und anschließende Umsetzung mit einem Polyamid-Amin mit endständigen Vinylqruppen gebildet werden.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die molekularen Brücken zwischen der Glasoberfläche und den Polyamid-Amino-Ketten durch Umsetzung des Glases mit Polyamid-Aminen gebildet werden, die monomere Einheiten der Formel - -N - enthalten, in welcher

R¹"

R"¹ einen Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet, welcher durch Alkoxysilan- oder Aminoalkylalkoxysilanreste, die in der Lage sind, direkt mit den Hydroxylgruppen der Glasoberfläche zu reagieren, substituiert ist.

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9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit Heparin durch mehrstündiges Eintauchen bei Zimmertemperatur in eine 2 bis 3 %-ige Heparin!ösung in einer 1:1 V/V Wasser/Sthylalkohol-Mischung, die 2 bis 4 % Essigsäure enthält, durchgeführt wird.

10. Glasqegenstände mit nicht-thromogener Oberfläche, gekennzeichnet durch eine Heparin-Oberflächenschicht, in der das !

Heparin als stabiler Komplex mit auf die Glasoberfläche :

chemisch aufgepfropften Polyamid-Amino-Ketten vorliegt.

11. Polyamid-Amino-Polymere, die über Seitenketten, welche mole kulare Brücken ausbilden, auf Glasoberflächen chemisch aufgepfropft werden können und mit Heparin stabile Komplex bilden können, der allgemeinen Formel

A-CH₉-Ch₉-CO-N-R-N-CO-CH₉-CH -A-2 2 , , 2 2

R₁ R₁

in welcher R und R. lineare oder verzweigte Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeuten oder zusammen mit den beiden Stickstoffatomen, an die sie gebunden sind, einen heterocyclischen Ring ausbilden, der durch Alkylreste mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen substituiert sein kann und A Aminoeinheiten darstellt, die zum Teil oder ganz aus Resten der Formel - N - bestehen, in welcher R"¹ einen

R¹"

Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet, der durch Alkoxysilanreste der Formel (RO)₃Si- oder (RO)₃Si-(CH₂)_n-NH wobei R einen Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet und η = 1 bis 3 ist, substituiert ist.

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12. Polyamid-Amino-Polymere nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß - abgesehen von den Aminoalkoxysilan-Einheiten - die Amino-Einheiten A ausgewählt sind aus der Gruppe:

der Aminoreste der allgemeinen Formel - N - R¹ - N -, in

R" R"

der R¹ und R" Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeuten oder zusammen mit dem Stickstoffatom, an welches sie gebunden sind, einen heterocyclischen Ring bilden, der durch einen oder mehrere Alkylreste mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen substituiert sein kann;

und der Aminoreste der allgemeinen Formel - N - , in

R"¹

welcher R"¹ einen geraden oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet, der durch Amino- oder Carboxylgruppen substituiert sein kann.

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