DE3013357C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer bioverträglichen Poren-Membran definierter Trennschärfe (Ausschlußgrenze).

Bei Poren-Membranen, die beispielsweise im Kontakt mit Blut stehen, kann sich durch Proteinadsorption eine Schicht aufbauen, die die Poren der Membran verengt und dadurch die Ausschlußgrenze verändert und die Trennleistung herabsetzt wenn nicht gänzlich aufhebt. Solche Effekte können z. B. bei Plasmaseparationsmembranen auf­ treten oder auch bei Sensoren, die in die Blutbahn implantiert werden, wie beispielsweise bei Glukosesensoren. Im letzteren Fall wird durch eine solche Ablagerung der Meßwert verfälscht, was zu erheblichen Fehldosierungen bei einer Therapie führen kann.

Man hat deshalb versucht, Membranen aus solchen polymeren Stoffen her­ zustellen, die infolge ihrer geringen Oberflächenspannung (z. B. Fluorkohlenstoff) eine geringe Wechselwirkung mit anderen Mate­ rialien zeigen sollen oder die aufgrund ihrer hohen Hydrophili­ tät eine besonders wasserähnliche Oberfläche aufweisen sollen. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß alle diese Membranen nach einer gewissen Kontaktzeit mit Blut eine Proteinschicht aufwei­ sen, die die Membranfunktion in der geschilderten Weise nachteilig beein­ trächtigen.

Obwohl also solche Membranen als "bioverträglich" bezeichnet werden, weil sie auf den menschlichen oder tierischen Körper als Ganzes keine schädlichen Auswirkungen zeigen, so können doch im mikroskopischen Be­ reich ungünstige Effekte auftreten, wie z. B. durch Adsorption und/oder Veränderung der Proteine. Erwünscht wäre deshalb eine erhöhte Biover­ träglichkeit, die auch eine gute Verträglichkeit gegenüber Proteinen und anderen Bestandteilen von Körperflüssigkeiten einschließt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Poren-Membran erhöhter Bioverträglichkeit zu schaffen, die im Kontakt mit Körperfluiden, ins­ besondere Blut, diese nicht schädigt und durch Ablagerung oder Adsorption aus diesen auch nicht in ihrer Funktion beeinträchtigt wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch das in den Patentansprüchen genannte Verfahren erfolgreich gelöst. Durch dieses Verfahren wird es nämlich möglich, Poren-Membranen herzustellen, die gegenüber Proteinen und anderen Bestandteilen von Blut oder anderen Körperfluiden so gut verträglich sind, daß ent­ weder keine Adsorption stattfindet oder allenfalls eine reversible, nicht zur Denaturierung und Schichtbildung führende. Nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren hergestellte Poren-Membranen behalten deshalb auch nach längerem Kontakt mit solchen Fluiden ihre Ausschlußgrenze bzw. Trennschärfe und ihre Trennleistung bei und sind deshalb in vorzüg­ lichem Maße geeignet, für die obengenannten Zwecke eingesetzt zu werden.

Als besonders geeigneter Kohlenstoff hat sich eine Kohlenstoffmodifikation erwiesen, die dem isotropen Kohlenstoff nach Art des "LTI-Kohlenstoffs" (vgl. J. C. Bokros et. al. Chemistry and Physics of Carbon, Vol. 9, 1972, S. 104-106) ähnlich ist.

Außerdem ist durch das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet, daß auch die übrigen durch den Begriff "Bioverträglichkeit" beschriebenen Anforderungen erfüllt sind, wie z. B. Nicht-Toxizität, Nicht-Pyrogenität, Nicht-Konzeroge­ nität, Athrombogenität u. ä.

Bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Membranen wird auf die Membran eine Schicht aufgebracht, die aus einer besonders blutver­ träglichen Kohlenstoffmodifikation besteht, die vorzugsweise durch Kathodenzerstäuben oder auch durch Ionenstrahl­ zerstäuben hergestellt werden kann. Unter gewissen Umständen können auch andere physikalische Beschichtungsverfahren wie Elektronenstrahl­ bedampfen oder Ionenplattieren zur Herstellung solcher Schichten ein­ gesetzt werden, doch hat sich gezeigt, daß sich bei den beiden zuerst genannten Verfahren die gewünschte Schichtstruktur, eine im Größenbe­ reich der Proteinmoleküle isotrope, mikrokristalline Struktur (Kri­ stallitgröße 1 bis 3 nm), durch geeignete Wahl der Beschichtungspa­ rameter besonders zuverlässig einstellen bzw. reproduzieren läßt, wobei die Kohlenstoffschicht besonders gut auf der Membran haftet.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich auch eine Kohlenstoffbe­ schichtung auf der Innenseite der vorhandenen Poren erreichen. Dabei verengt sich der Porendurchmesser bei der richtig gewählten Dicke der Kohlenstoffschicht auf den jeweils gewünschten Wert (Fig. 2). Bei den Membranen kann es sich sowohl um asymmetrische als auch um symmetrische Membranen handeln. Die asymmetrische Membran besteht aus einer dünnen, etwa 0,1 bis 1 µm dicken aktiven (d. h. der den Trennvorgang bewirkenden) Schicht, der sogenannten Haut, und einer grob porösen Unterstruktur (Stützgerüst). Im Gegensatz dazu ist bei der symmetrischen Membran die aktive Schicht im allgemeinen dicker, so daß ein Stützgerüst entfällt (Fig. 1). Es können entweder beide Seiten (d. h. im Falle der asymmetrischen Membranen sowohl die aktive Schicht als auch das Stützgerüst) mit Kohlen­ stoff beschichtet werden oder auch nur eine, nämlich die dem Körperfluid zugewandte Seite. Die Membran kann in bekannter Weise aus z. B. synthetischem Material (z. B. Polypropylen) oder abgewandelten Naturstoffen (insbesondere Cellulose) nach einem bekannten Verfahren hergestellt sein. Beide Sorten von Membranen können nachträglich mit einer dünnen Kohlenstoffschicht beschichtet werden die je nach dem gewünschten Porendurchmesser Dicken zwischen einigen und einigen hundert Nanometer annehmen kann.

Es ist auch möglich, bei Verwendung einer noch nicht mit Poren versehenen Membran nach deren Beschichtung mit Kohlenstoff durchgehende Poren durch Ionen- oder Kernstrahlenbeschuß (z. B. Schwerionen, Alphateilchen, Neutronen) und nachfolgendes Ätzen nach einem an sich bekannten Verfahren mit de­ finiertem Durchmesser (zwischen 20 nm und 10 µm) herzustellen (siehe Fig. 3), je nach Einfluß der Ätzung in der Kohlenstoffschicht und in der Haut (Fig. 2).

Schließlich ist es möglich, die Kohlenstoffschicht zunächst auf einem geeigneten Trägermaterial mit absichtlich geringer Haft­ fähigkeit (Wahl der Vorbehandlung und Depositionsparameter und des Trägermaterials) zu deponieren und nach dort erfolgtem Ionenbe­ schuß und Nachätzen nach einem im Prinzip in der deutschen Patent­ anmeldung P 29 51 566.0 (Bauser, Birkner, Hellwig, Schindler, FhG- Bearbeitungs-Nr. 79/12 721-IGB Dez. 1979 angemeldet) beschriebenen Verfahren auf eine Stützmembran aus einem anderen polymeren Material zu übertragen, wobei die größeren Poren der Stützmembran nach einem der bekannten Verfahren hergestellt werden. Dieses Verfahren der Übertragung findet dann Anwendung, wenn das für das Nachätzen der mit den Teilchenstrahlen beschossenen Kohlenstoffschicht verwendete Ätzmittel die Stützmembran zu stark angreifen würde. Als Trägerma­ terial eignet sich besonders Polyfluorethylenpropylen bei Verwen­ dung fluor- oder chlorhaltiger Ätzmittel.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen einer bioverträglichen Poren­ membran definierter Trennschärfe (Ausschlußgrenze), die im Kontakt mit Blut oder anderen Körperfluiden diese nicht schädigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Porenmembran mit bioverträglichem isotropen Kohlenstoff, der dem isotropen Kohlenstoff nach Art des LTI-Kohlen­ stoffs ähnlich ist, nach einem an sich bekannten Ver­ fahren, z. B. Kathodenzerstäuben und/oder Ionenstrahl­ zerstäuben und/oder Ionenplattieren und/oder Elektronen­ strahlverdampfen aufgebracht wird.

2. Verfahren zum Herstellen einer bioverträglichen Porenmembran definierter Trennschärfe (Ausschlußgrenze), dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Teil der Membran ganz aus bioverträglichem isotropen Kohlenstoff hergestellt wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran erst perforiert und dann mit dem Kohlenstoff be­ schichtet wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran nach einem bekannten Verfahren, z. B. durch Ionen- oder Kernstrahlenbeschuß mit nachfolgendem Ätzen, mit definierten Poren versehen und anschließend mit dem Kohlenstoff derart be­ schichtet wird, daß die Poren auf einen gewünschten Durchmesser verengt werden.

5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran erst mit dem Kohlenstoff beschichtet und danach per­ foriert wird.

6. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff zuerst auf ein Trägermaterial, z. B. eine Poly­ fluorethylenpropylen-Folie, z. B. durch Kathodenzerstäuben auf­ gebracht wird, danach zur Perforierung durch Teilchenstrahl beschossen und zur Erzielung des gewünschten Porendurchmessers geätzt wird, und daß die Kohlenstoffschicht dann nach dem Prinzip eines bekannten Verfahrens (deutsche Patentanmeldung P 29 51 566.0) auf eine Stützmembran übertragen wird.