DE60021729T2

DE60021729T2 - Photosensibilisatoren enthaltende antimikrobielle zusammensetzung, gegenstände und verfahren zur verwendung

Info

Publication number: DE60021729T2
Application number: DE60021729T
Authority: DE
Inventors: J. John STOFKO; D. Kevin LANDGREBE; A. Sheila TESCH; C. John LOPERFIDO; J. David HASTINGS; J. Thomas PACKARD; T. Matthew SCHOLZ; K. Linda OLSON; Kaveh Pournoor; R. Monserrat LALONDE
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 2000-01-04
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2020-01-05
Also published as: US6420455B1; JP4643094B2; AU2719300A; KR20020015054A; DE60021729D1; KR100576090B1; JP2003503527A; EP1203052A1; EP1203052B1; WO2000078854A1

Description

Diese Erfindung betrifft das Gebiet der Mikrobiologie und beschreibt insbesondere antimikrobielle Zusammensetzungen, insbesondere antimikrobielle Zusammensetzungen, durch welche polymere Filme, Beschichtungen oder Formgegenstände mit verlängerter antimikrobieller Aktivität, insbesondere sowohl im Licht als auch im Dunkeln erhalten werden.
Die Möglichkeit der Gegenwart von pathogenen Bakterien und Viren in biologischen Flüssigkeiten wie Speichel, Tränen, Blut und Gewebeflüssigkeit ist als Möglichkeit der Übertragung derartiger Mikroorganismen auf die Oberfläche von medizinischen Geräten (und umgekehrt) von erheblichem Interesse. Deshalb sind Verfahren zum Minimieren der Übertragung von Pathogenen im Haus und in Krankenhäusern sowie in Tagespflegeheimen wichtig.
Mikroorganismen (z.B. Viren, Bakterien, Pilze) können durch eine Anzahl an physikalischen und chemischen Methoden abgetötet oder unbeweglich gemacht werden. Physikalische Verfahren schließen Wärme und Strahlung ein. Es gibt eine Anzahl von Chemikalien, die zum Einschränken von Viren-, Pilz- und Bakterienwachstum verwendet wurden. Beispiele schließen Alkohole (gewöhnlich 70 Vol.-%iger wässriger Ethyl- oder Isopropylalkohol), Phenol (Carbolsäure) und Phenolderivate wie Hexachlorophen, Formaldehyd, Glutaraldehyd, Ethylenoxid, Ether, Detergenzien, Chlorhexidingluconat, Schwermetalle wie Silber, Kupfer und Quecksilber, organische Verbindungen von Quecksilber wie Mercurochrom, Oxidationsmittel wie Wasserstoffperoxid, Iod, Hypochlorid und Chlor ein. Eine Anzahl von antiviralen Mitteln, einschließlich Amantadin, Nucleosidanaloga wie AZT, Aciclovir, Ganciclovir und Vidarabin ist ebenso bekannt.
Antibiotika wie Bacitracin, die Cephalosporine, Cycloserin, die Penicilline, Vancomycin, Chloramphenicol, die Erythromycine, die Tetracycline, die Sulfonamide und die Aminoglycoside (wie Streptomycin, Neomycin und Gentamycin) wurden traditionell als Chemikalien definiert, die durch Bakterien abtötende Mikroorganismen hergestellt werden. Antibiotika zeigen keine Wirkung auf Viren.
Derartige Behandlungsverfahren sind weder dauerhaft noch kontinuierlich, wodurch wiederholte Behandlungen nötig sind. Zusammensetzungen, die dazu vorgesehen sind, Oberflächen oder Flüssigkeiten eine kontinuierliche antimikrobielle, selbstdesinfizierende Eigenschaft zu verleihen, wurden offenbart, wobei der Hauptteil davon zum Verleihen von gesteuerter Freisetzung des antimikrobiellen Mittels die kovalente Anlagerung einer antimikrobiellen Einheit an ein Polymer oder eines Gemischs eines antimikrobiellen Mittels mit einem Polymer beinhaltet.
Im Algemeinen erfordern bekannte Zusammensetzungen, die zum Verleihen von kontinuierlicher antimikrobieller, selbstdesinfizierender Aktivität vorgesehen sind, einen innigen Kontakt des antimikrobiellen Mittels oder der antimikrobiellen Einheit mit einem bestimmten Bakterium, Pilz oder Virus. Da zwangsläufig insbesondere Oberflächen verschmutzt werden, wodurch möglicherweise der innige Kontakt eines antimikrobiellen Mittels oder der antimikrobiellen Einheit mit der kontaminierenden Mikrobe verhindert wird, wäre es von möglichem Nutzen, ein Verfahren zum weitgehenden Verleihen von kontinuierlicher antimikrobieller, selbstdesinfizierender Aktivität vorzuweisen. Ein derartiges Verfahren wurde von Dahl et al., Photochemistry and Photobiology, 46, 3, 345–352 (1987), offenbart, wobei E. coli von einer Oberfläche um etwa 0,65 mm abgetrennt wurde, wobei die Oberfläche Bengal-Rosa einschloss. Das Verfahren beinhaltete das Bestrahlen des Bengal-Rosa unter Verwendung von sichtbarem Licht. Die weitgehende antimikrobielle Aktivität wurde der Diffusion von toxischem Einfachsauerstoff durch Luft zu den Bakterien zugeschrieben. Es ist bekannt, dass der Einfachsauerstoff selbst durch Bestrahlung von Bengal-Rosa und anderen so genannten Dreifach-Sensibilatoren gebildet wird.
Einfachsauerstoff wird zur Verwendung beim Abtöten von Mikroorganismen in Neutrophilen und Makrophagen gebildet. Superoxiddismutasen, Katalasen und Peroxidasen sind Abwehrmittel gegen Spezies aus radikalischem und reduziertem Sauerstoff, jedoch gegen Einfachsauerstoff unwirksam. Wenige Mikroorganismen wie Cercospora sind selbst gegenüber Einfachsauerstoff resistent, und grampositive Bakterien werden im Allgemeinen durch Einfachsauerstoff leichter abgetötet als gramnegative Bakterien. Umhüllte Viren werden durch Einfachsauerstoff leichter inaktiviert als nicht umhüllte Viren. Es ist bemerkenswert, dass kein einziger dokumentierter Fall von erworbener Resistenz eines Bakteriums, Pilzes oder Virus gegenüber Einfachsauerstoff bekannt ist.
Der „photodynamische Effekt" ist der Begriff, der zum Beschreiben der Zerstörung von Zellen und Mikroben durch Dreifach-Sensibilatoren in Gegenwart von Licht verwendet wird. Es wird angenommen, dass unter Bedingungen, unter welchen die Sauerstoffkonzentration hoch ist und keine Reduktionsmittel vorliegen, Einfachsauerstoff das Zerstörungsmittel ist. Dabei handelt es sich um den vorwiegenden Mechanismus (den so genannten Mechanismus des Typs II) für die Zellzerstörung in Fällen, in welchen der Photosensibilisator in die Zelle nicht eintreten kann. Es ist bekannt, dass der Mechanismus des Typs II das vorwiegende Mittel für Phototoxizität gegen E. Coli für die Xanthen-Farbstoffe wie z.B. Bengal-Rosa ist, das durch Bestrahlung reaktive Sauerstoffspezies bildet, wobei es sich bei 80% davon um Einfachsauerstoff und bei 20% davon um radikale Superoxidanionen handelt.
Für Photosensibilisatoren, die durch die flüssige zweischichtige Membran in das innere der Zelle, wo Reduktionsmittelkonzentrationen wie NADPH und Glutathionin hoch sind, durchpassieren können, wurde der so genannte Mechanismus des Typs I als der zur Zellzerstörung führende vorwiegende Mechanismus bestimmt. Der Mechanismus beinhaltet letztendlich die Bildung eines freiradikalischen und Wasserstoffperoxid-, Hydroxyl-radikalischen und Superoxid-radikalischen Anions des Photosensibilisators.
Einige Versuche richteten sich auf die Verwendung einer Kombination aus Licht und Dreifach-Sensibilatoren (z.B. Phthalocyanin, Porphyrin, Hypericin und Bengal-Rosa) zum Abtöten von Bakterien und Pilzen und zum Inaktivieren von Viren. Zum Beispiel wurde die Photoinaktivierung des Grippevirus durch Bengal-Rosa und Licht von Lenard et al., Photochemistry and Photobiology 58, 527–531 (1993), offenbart. Auch offenbart die Internationale Patentanmeldung Nr. WO 94/02022 verbesserte keimtötende Zusammensetzungen unter Verwendung von Bengal-Rosa beim photodynamischen Abtöten von Mikroorganismen auf Oberflächen.
Wie vorstehend angegeben war die chemische Anlagerung (z.B. kovalent oder ionisch) von Photosensibilisatoren an oder das physikalische Mischen von Photosensibilisatoren mit Polymeren für den Fachmann dieses Gebiets von bemerkenswerten Interesse. Das Einbringen von Farbstoffen wie Xanthen-Farbstoffen wie Bengal-Rosa in Polymermatrizen wurde z.B. in der US-Patentschrift Nr. 5,830,526 (Wilson et al.) beschrieben, die einen Gewebe- oder Vliesstoff beschreibt, der durch ein kationisches oder anionisches Bindemittel wie ein wasserlösliches Polymer oder Carrageenan an einen nicht-auslaufbaren, lichtaktivierten Farbstoff gebunden ist. Durch Bestrahlung mit gewöhnlichem Licht bildet der Farbstoff Einfachsauerstoff, der Mikroorganismen und Viren abtötet. Wie in Beispiel 4 der US-Patentschrift Nr. 5,830,526 wird im Dunkeln keine antimikrobakterielle Aktivität für die Bindemittel aufweisenden Zusammensetzungen beobachtet, und wie Vergleichsbeispiel 1 zeigt (nachstehend), laufen die Farbstoffe ohne Verwendung eines Bindemittels aus dem Substrat mit einem derartig hohen Grad aus, dass die Zusammensetzungen Gegenstände, mit welchen sie in Kontakt kommen, färben. Die Japanische Patentanmeldung Nr. 5-39004 offenbart die Ionenbindung von Bengal-Rosa an einen positiv geladenen Polymerträger und das Abtöten von Mikroben in Gegenwart von Sauerstoff und Licht. Bezman et al., Photochemistry and Photobiology, 28, 325–329 (1978), offenbaren die photodynamische Inaktivierung von E. Coli durch auf Polystyrolperlen immobilisiertes Bengal-Rosa. Es wird angenommen, dass im Dunkeln jedoch keines dieser Beispiele für polymergebundene Photosensibilisatoren wie Bengal-Rosa antimikrobielle Aktivität aufweisen würde.
Im Allgemeinen verwenden Dreifach-Sensibilisatorfarbstoffzusammensetzungen, die zum Verleihen von kontinuierlicher antimikrobieller, selbstdesinfizierender Aktivität vorgesehen sind, den Farbstoff in Kombination mit Licht, wodurch die Anwendungen dieser Zusammensetzungen auf diejenigen stark beschränkt ist, mit welchen eine Bestrahlung möglich ist. Folglich könnte beispielsweise eine Bodenappretur, die eine der vorstehend erörterten photodynamischen Zusammensetzungen aufweist, einem Boden tagsüber, oder während der Boden auf andere Weise mit sichtbarem Licht bestrahlt wird, antimikrobielle Aktivität verleihen, dem Boden jedoch in Dunkelzeiten keine antimikrobielle Aktivität verleihen. Einige Farbstoffe jedoch wie Methylenblau und halogenierte Xanthen-Farbstoffe wie Bengal-Rosa besitzen von Licht unabhängige (im Dunkeln) cytotoxische Aktivität und sind folglich wirksame antimikrobielle Mittel im Dunkeln sowie im Licht. Siehe z.B. Smith et al., Soil.Sci., 58, 47 (1944), Heitz et al., Light-Activated Pesticides, ACS Symp. Ser. 339, 1–21 (1987), und Tseng et al., Investigative Ophthalmology & Visual Science, 35, 3295–3307 (1994).
Während der Mechanismus von mikrobizider Aktivität im Dunkeln von Photosensibilisatoren unbekannt ist, ist es klar, dass ein inniger Kontakt des Photosensibilisators mit dem Mikroorganismus nötig ist. Dies steht auf Grund der Beteiligung von diffusionsfähigem Einfachsauerstoff im Gegensatz zu dem Mechanismus des Typs II von antimikrobieller Aktivität von Photosensibilisatoren im Licht, für welchen der innige Kontakt des Photosensibilisators mit dem Mikroorganismus nicht nötig ist. Ehemals wurden Zusammensetzungen, die einen innigen Kontakt des Photosensibilisators und der Mikrobe gewähren, der unbedingt entweder eine direkte Aufbringung des Photosensibilisators in Lösungsmittel (wässrig oder organisch) oder das Auslaufen des Photosensibilisators aus der Zusammensetzung erfordert, auf Grund der Entfärbung von Haut und Gegenständen, die mit dem auslaufenden Farbstoff in direktem physikalischen Kontakt kommen, vermieden.
US-A-5,830,526 offenbart ein Substrat wie einen Gewebe- oder Vliesstoff, der an einen nicht aktivierten Farbstoff allein oder in Kombination mit zusätzlichen herkömmlichen antimikrobiellen und/oder antiviralen Mitteln gebunden ist. Das Substrat wird mit einem lichtaktivierten, nicht auslaufbaren Farbstoff mit antimikrobiellen und/oder anitviralen Eigenschaften, die dem Substrat verliehen werden können, imprägniert. Ein kationisches oder anionisches wasserlösliches Polymer bindet den Farbstoff an das Substrat. Durch Bestrahlung mit gewöhnlichem Licht bildet der Farbstoff Einfachsauerstoff.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer antimikrobiellen Oberfläche, wobei das Verfahren das Kombinieren von einem oder mehreren Polymeren mit einem oder mehreren Photosensibilisatoren aufweist, um eine Oberfläche zu bilden, die eine gehärtete Polymerzusammensetzung aufweist, die ein oder mehrere Polymere und einen oder mehrere nicht-kovalent und nicht-ionisch gebundene Photosensibilisatoren, wobei mindestens einer davon ein Xanthen-Photosensibilisator ist, in einer solchen Menge aufweist, dass die gehärtete Polymerzusammensetzung im Licht (d.h. Raumlicht) und im Dunkeln (d.h. iin weitgehender Abwesenheit von Licht) antimikrobielle Aktivität (d.h. die Fähigkeit, die Gegenwart eines Mikroorganismus einzuschränken) besitzt und weißes Testpapier, das mit einer Lösung von 95 Vol.-% Ethanol/5 Vol.-% Wasser gesättigt ist und mit der den einen oder die mehreren Photosensibilisatoren aufweisenden gehärteten Polymerzusammensetzung unter einem Druck von 50 Gramm/cm² für eine Dauer von 5 Minuten in Kontakt gesetzt wird, nicht sichtbar färbt; und dass der ΔE-Wert zwischen einem Kontrollbereich des Testpapiers und einem mit der gehärteten Polymerzusammensetzung in Kontakt gebrachten Bereich nicht größer als 2,0 ist, wobei der Xanthen-Photosensibilisator die folgende Formel aufweist:
wobei die negativen elektrischen Ladungen unabhängig mit den Kationen Na⁺, K⁺, Li⁺, H⁺ oder substituiertes Ammonium ausgeglichen sind; jeder Rest A unabhängig Wasserstoff, Chlor, Brom oder Iod darstellt; und jeder Rest B unabhängig Wasserstoff, Chlor, Brom oder Iod darstellt, und wobei der Photosensibilisator in der gehärteten Polymerzusammensetzung in einer Menge von 0,01 Gew.-% bis 10 Gew.-%, basierend auf dem trockenen Polymergewicht, vorliegt.
Des Weiteren stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Einschränken der Gegenwart eines Mikroorganismus bereit, wobei das Verfahren das Inkontaktbringen des Mikroorganismus mit der vorstehend beschriebenen gehärteten Polymerzusammensetzung aufweist.
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung einen Gegenstand, der die vorstehend beschriebene gehärtete Polymerzusammensetzung aufweist. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung einen Kontaktlinsenbehälter oder ein Stethoskop, der/das die vorstehend beschriebene gehärtete Polymerzusammensetzung aufweist.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung beschreibt Zusammensetzungen, die zum Beschichten einer breiten Vielzahl von Oberflächen verwendet werden können oder eine breite Vielzahl an selbsttragenden Polymerfilmen oder Gegenständen mit einer Vielzahl von Formen bilden. Die Zusammensetzungen schleißen ein oder mehrere Polymere und einen oder mehrere Photosensibilisatoren ein. Nach dem Formen des gewünschten Gegenstands (z.B. eines Films) oder der Beschichtung aus der Zusammensetzung, lässt man dies härten (z.B. aushärten), um gehärtete Polymerzusammensetzungen zu bilden. Diese gehärteten Polymerzusammensetzungen weisen im Licht sowie im Dunkeln antimikrobielle Aktivität auf. Weiterhin färben (d.h. entfärben) sie nicht sichtbar Haut oder Gegenstände, die mit der erhaltenen gehärteten Polymerzusammensetzung in Kontakt kommen.
Bemerkenswerterweise können derartige gehärtete Polymerzusammensetzungen und die diese beinhaltenden Gegenstände gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung derart hergestellt werden, dass Haut oder Gegenstände, die während der Verwendung mit ihnen in Kontakt kommen, nicht sichtbar färben, da der Photosensibilisator in der gehärteten Zusammensetzung vorliegt. Die Verwendungsbedingungen variieren abhängig von dem Gegenstand und seiner Anwendung. Dies ist dem Fachmann klar.
Derartige gehärtete Polymerzusammensetzungen und die diese beinhaltenden Gegenstände können gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, die auf Grund des Photosensibilisators ein Stück weißes Testpapier, das mit einer Lösung von 95 Vol.-% Ethanol/5 Vol.-% Wasser gesättigt ist und mit der gehärteten Polymerzusammensetzung unter einem Druck von 50 Gramm/cm² für eine Dauer von 5 Minuten in Kontakt gesetzt wird, nicht sichtbar färbt. Der ΔE-Wert unter Verwendung eines Kontrollbereichs des Testpapiers und mit der gehärteten Polymerzusammensetzung in Kontakt gebrachten eines Bereichs ist nicht größer als 2,0.
Mindestens einer der Photosensibilisatoren in den gehärteten Polymerzusammensetzungen (und in den sie beinhaltenden Gegenständen) weist die folgende Formel auf
wobei die negativen elektrischen Ladungen unabhängig mit den Kationen Na⁺, K⁺, Li⁺, H⁺ oder substituiertes Ammonium ausgeglichen sind, jeder Rest A unabhängig Wasserstoff, Chlor, Brom oder Iod darstellt und jeder Rest B unabhängig Wasserstoff, Chlor, Brom oder Iod darstellt. Bevorzugte Beispiele für derartige Photosensibilisatoren schließen diejenigen, ausgewählt aus der Gruppe von Bengal-Rosa, Erythrosin, Eosin-Gelb, Fluorescein, und Gemische davon ein.
Die wie vorstehend beschriebene gehärtete Polymerzusammensetzung kann z.B. in Form einer Beschichtung, eines selbsttragenden Films oder eines Formgegenstands vorliegen. Sie kann einen Teil eines Operationstuches, einer Operationsgesichtsmaske, einer vorchirurgischen Patientenvorbereitung, IV-Vorbereitung Handwäsche, einer Dentalapplikation, eines Kosmetikapplikators, eines Schwamms, einer Kontaktlinse, eines Kontaktlinsenbehälters, eines Katheters, eines Krankenhauskittels, eines Operationshandschuhs, eines Stethoskops oder einer Apparaturbedeckung wie einer Keyboardbedeckung oder einer Sichtschalterbedeckung bilden. Zudem können auch im Freien befindliche Oberflächen die in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Photosensibilisatoren beinhalten. Insbesondere schließen im Freien befindliche Oberflächen, auf welchen Mikroorganismuswachstum problematisch und die Einbringung der Photosensibilisatorzusammensetzungen von Nutzen sein kann, Dachmaterialien wie Schindeln, Holzbalken, Dachfliesen und dergleichen; Zement und Zementblock; Anstriche oder Farben für Holz und andere Oberflächen; Straßenmarkierungen und dergleichen ein.
Folglich beschreibt die vorliegende Erfindung einen Gegenstand, der eine wie vorstehend beschriebene gehärtete Polymerzusammensetzung aufweist.
Bei einem besonders bevorzugten Gegenstand handelt es sich um einen Kontaktlinsenbehälter, der eine wie vorstehend beschriebene gehärtete Polymerzusammensetzung aufweist. Bei einem anderen Gegenstand handelt es sich um ein Stethoskop, das eine wie vorstehend beschriebene gehärtete Polymerzusammensetzung aufweist. Die gehärtete Polymerzusammensetzung besitzt antimikrobielle Aktivität im Licht und im Dunkeln und färbt weißes Testpapier, das mit einer Lösung von 95 Vol.-% Ethanol/5 Vol.-% Wasser gesättigt ist und mit der den einen oder die mehreren Photosensibilisatoren aufweisenden gehärteten Polymerzusammensetzung unter einem Druck von 50 Gramm/cm² für eine Dauer von 5 Minuten in Kontakt gebracht wird, nicht sichtbar.
Die vorliegende Erfindung stellt auch Verfahren zum Bereitstellen einer wie vorstehend definierten antimikrobiellen Oberfläche bereit. Vorzugsweise ist das Polymer ein Polymer, bei welchen es sich nicht um Cellulose handelt. Die Photosensibilisatoren sind nicht durch kovalente Wechselwirkungen an das Polymer gebunden. Das Polymer, bei welchen es sich nicht um Cellulose handelt, ist vorzugsweise ein Nicht-Additionspolymer.
Für die Zwecke dieser Erfindung Schließen die Begriffe „die Gegenwart eines Mikroorganismus einschränkend" oder „antimikrobielle Aktivität" das Einschränken der Gegenwart mindestens eines Virus, mindestens eines Bakteriums, mindestens eines Pilzes oder eine Kombination davon ein. Das Einschränken der Gegenwart eines Mikroorganismus schließt das Einschränken des Wachstums eines Mikroorganismus ein. Dieser Begriff schließt auch das Hemmen, Inaktivieren, Abtöten oder Verhindern der Replikation oder Reduzieren der Anzahl eines Mikroorganismus ein. Verschiedene Begriffe können für verschiedene Mikroorganismen verwendet werden.
Die Begriffe „die Gegenwart eines Virus einschränkend", „Inaktivieren eines Virus" und „virizide Aktivität" bedeuten wie hier verwendet eine Reduktion der Menge eines Virus, das in einer mit der gehärteten Polymerzusammensetzung in Kontakt gebrachten Probe vorliegt. Vorzugsweise bedeuten die Begriffe eine mindestens 50%ige Reduktion der Menge mindestens einer Virusspezies, die auf einer Oberfläche der gehärteten Polymerzusammensetzung in Bezug auf dasselbe gehärtete Polymer ohne den einen oder die mehreren Photosensibilisatoren unter denselben Bedingungen unter Verwendung des wie in nachstehendem Beispiel 5 beschriebenen Testverfahrens nachgewiesen wird. Stärker bevorzugt stellen die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eine mindestens 75%ige Reduktion der Menge mindestens einer Virusspezies, noch stärker bevorzugt eine mindestens 90%ige Reduktion und am meisten bevorzugt eine mindestens 99%ige Reduktion mindestens einer Virusspezies bereit.
Der Begriff „die Gegenwart eines Pilzes oder eines Bakteriums einschränkend" bedeutet wie hier verwendet Verfahren, die die Verwendung von in dieser Erfindung beschriebenen gehärteten Polymerzusammensetzungen zum Hemmen, Abtöten oder Verhindern der Replikation oder Reduzieren der Anzahl von auf einer Oberfläche der gehärteten Polymerzusammensetzungen vorliegenden Bakterien oder Pilzen. Vorzugsweise bedeutet der Begriff eine mindestens 40%ige Reduktion (wie z.B. durch die Wachstumshemmung oder Abtötung nachgewiesen) der Menge mindestens einer Spezies eines Pilzes oder Bakteriums, die auf einer Oberfläche der gehärteten Polymerzusammensetzung in Bezug auf dasselbe gehärtete Polymer ohne den einen oder der mehreren Photosensibilisatoren unter denselben Bedingungen unter Verwendung der in nachstehendem Beispiel 6 beschriebenen Testverfahrens nachgewiesen wird. Zum Beispiel ist das Wachstum von Bakterien oder Pilzen durch die Polymerzusammensetzungen eingeschränkt, wenn aus der gehärteten Polymerzusammensetzung ausgeschnittene Scheiben vorzugsweise mindestens 40 oder mehr der auf ihr abgelagerten Bakterien oder Pilze im Licht sowie im Dunkeln abtöten, wie es durch Abwaschen der ursprünglichen Bakterien oder Pilze, den Versuch, Kolonien auf einer Agaroberfläche wachsen zu lassen und Beobachten einer Reduktion der Anzahl an Kolonien, die im Vergleich mit dem ursprünglichen Impfgut und einer den einen oder die mehreren Photosensibilisatoren nicht einschließenden Kontrolle nachgewiesen wird. Stärker bevorzugt stellen die Zusammensetzungen eine mindestens 75%ige Reduktion, noch stärker bevorzugt eine mindestens 90%ige Reduktion und besonders bevorzugt eine mindestens 99%ige Reduktion der Menge mindestens einer Spezies eines Pilzes oder Bakteriums bereit, die auf einer Oberfläche der gehärteten Polymerzusammensetzung in Bezug auf dasselbe gehärtete Polymer ohne den einen oder die mehreren Photosensibilisatoren unter denselben Bedingungen unter Verwendung des in nachstehendem Beispiel 6 beschriebenen Testverfahren nachgewiesen wird.
Der Begriff „Inkontaktbringen" schließt wie in den Verfahren dieser Erfindung verwendet entweder einen physikalischen Kontakt der Polymerzusammensetzungen mit einem Virus, einem Bakterium oder einem Pilz oder das Aussetzen ohne direkten physikalischen Kontakt eines Virus, eines Bakteriums oder eines Pilzes den gehärteten Polymerzusammensetzungen ein. Ohne den Umfang der Erfindung einschränken zu wollen, können viele der Photosensibilisatoren im Licht diffusionsfähige Substanzen wie Einfachsauerstoff bilden, der dem Virus, Bakterium oder Pilz eine antimikrobielle Wirkung verleihen kann. Deshalb ist der direkte physikalische Kontakt nicht unbedingt nötig.
Der Begriff „bakteriostatisch" bedeutet hier die Eigenschaft des Hemmens von Bakteriumwachstum, jedoch nicht unbedingt des Abtötens von Bakterien. Der Begriff „bakterizid" bedeutet das Abtöten von Bakterien. Der Begriff „fungistatisch" bedeutet die Hemmung der Replikation eines Pilzes, während der Begriff „fungizid" das Abtöten des Pilzes bedeutet. Folglich können die Polymerzusammensetzungen entweder bakterizid oder bakteriostatisch oder fungizid oder fungistatisch sein. Verfahren zum Einschränken der Gegenwart eines Bakteriums und eines Pilzes schließen „zide" (d.h. abtötende) Aktivität ein.
Der Ausdruck „färbt Haut oder Gegenstände nicht sichtbar" bedeutet wie hier verwendet, dass ein Kontakt der gehärteten Polymerzusammensetzung mit Haut oder einer anderen Oberfläche eines Gegenstands während der herkömmlichen Verwendung keine sichtbare Farbänderung der Haut oder des Gegenstands auf Grund des Photosensibilisators verursacht. Dies bedeutet nicht unbedingt, dass die Polymerzusammensetzung selbst nicht gefärbt ist, sondern eher, dass die gehärtete Polymerzusammensetzung keine maßgebliche Photosensibilisatormenge auf Haut oder einen anderen Gegenstand überträgt. Die Menge an Färbung (d.h. übertragener Farbe) kann als ΔE(delta E)-Wert bezeichnet werden. „ΔE" wird gemäß der zum Bestimmen des Farbunterschieds von zwei Materialien verwendeten Farbunterschiedsformel von CIE 1976, wie ΔE = [(L₁ – L₂)² + (a*₁ – a*₂)² + (b*₁ – b*₂)²]^1/2, berechnet, wobei L₁ – L₂ der Helligkeitsunterschied zwischen den beiden Materialien ist, a*₁ – a*₂ der Unterschied im Rot-Grün- Lichtansprechverhalten der beiden Materialien ist und b*₁ – b*₂ der Unterschied im Blau-Gelb-Lichtansprechverhalten der beiden Materialien ist, das unter Verwendung von verschiedenen im Handel erhältlichen Geräten wie z.B. der Farbunterschiedmessvorrichtung von Hunter, wie beschrieben von Judd und Wyszecki in Color in Business, Science and Industry, zweite Ausgabe, veröffentlicht von John Wiley and Sons, Inc., New York, Seite 295–296 gemessen werden kann.
Eine „wirksame Menge" eines oder mehrerer der Photosensibilisatoren bedeutet eine Menge des Photosensibilisators als Gewichtsprozentgehalt des trockenen Polymergewichts, das zum Einschränken der Gegenwart mindestens eines Virus, eines Bakteriums oder eines Pilzes ausreichend ist.
Eine „gehärtete Polymerzusammensetzung" ist eine Kombination aus mindestens einem gehärteten Polymer und mindestens einem Photosensibilisator. Ein „gehärtetes Polymer" kann durch Verfestigen eines flüssigen Polymers, Vernetzen oder sonstiges Aushärten eines Polymers, um es unlöslich zu machen, durch Extrudieren oder Formen eines Polymers usw. erzielt werden. Es bedeutet nicht unbedingt, dass das Polymer hart und unflexibel ist, sondern eher, dass das Polymer ausgehärtet oder auf andere Weise verfestigt wird. Tatsächlich kann in bestimmten Anwendungen wie Beschichtungen auf flexible oder formbare Substrate eine flexible „gehärtete" Polymerzusammensetzung bevorzugt sein. Weiterhin kann ein „gehärtetes" Polymer je nach Polymertyp aus Polymervorläufern abgekühlt und verfestigt (wie für eine Thermoplastik) oder ausgehärtet (d.h. polymerisiert und/oder vernetzt) werden.
1 ist eine Perspektivansicht eines Kontaktlinsenbehälters.
2 ist eine Vorderansicht eines Stethoskops.
Die vorliegende Erfindung beschreibt Zusammensetzungen, die ein oder mehrere Polymere und einen oder mehrere Photosensibilisatoren einschließen. Die gehärteten Polymerzusammensetzungen besitzen antimikrobielle Aktivität im Licht sowie im Dunkeln. Des Weiteren färben (verfärben) diese Zusammensetzungen (falls sie gehärtet sind) Haut oder Gegenstände, die mit den Zusammensetzungen in Kontakt kommen, durch die Übertragung des Photosensibilisators nicht sichtbar. Typischerweise können die gehärteten Polymerzusammensetzungen, wie gewünscht, in Form einer Beschichtung, eines selbsttragenden Films oder eines anderen Formgegenstands verwendet werden.
Es wurde gefunden, dass, während viele der beschriebenen Polymerzusammensetzungen beim Lagern im Licht gegen Ausbleichen vor dem Aushärten sehr instabil sind, die erhaltenen gehärteten Polymerzusammensetzungen beim Lagern im Licht eine ausgezeichnete Festigkeit gegen Ausbleichen aufweisen. Des Weiteren ist eine eine gehärtete Polymerzusammensetzung einschließende Oberfläche vorzugsweise und vorteilhafterweise im Wesentlichen selbstdesinfizierend (d.h. antimikrobiell), was vorzugsweise sowohl im Licht als auch im Dunkeln stattfindet. Das heißt, sie kann die Gegenwart von Mikroorganismen sowohl im Licht als auch im Dunkeln abtöten, inaktivieren oder auf andere Weise einschränken. Es wird angenommen, dass dies auf Grund der im Allgemeinen ausgezeichneten Stabilität der Photosensibilisatoren in einer gehärteten Polymermatrix auf Grund der lichtunabhängigen Aktivität der ausgewählten Photosensibilisatoren möglich ist. Der Weiteren wird angenommen, dass diese lichtunabhängige Aktivität der Photosensibilisatoren daraus resultiert, dass eine geringe Menge des Photosensibilisators aus der Polymermatrix ausläuft. Auch wird angenommen, dass diese Aktivität im Licht und im Dunkeln auf Grund dessen möglich ist, dass das Polymer und der Photosensibilisator im Gegensatz einer kovalenten oder ionischen Bindung aneinander physikalisch miteinander vermischt werden.
Obwohl angenommen wird, dass der Photosensibilisator aus der Polymermatrix etwas ausläuft, reicht dies bemerkenswerterweise zum sichtbaren Färben der Haut oder von Gegenständen, die mit den gehärteten Polymerzusammensetzungen während der üblichen Verwendung in Kontakt kommen, nicht ausreicht. Wie hier verwendet bedeutet „übliche Verwendung" die typische Verwendung eines die gehärteten Polymerzusammensetzungen einschließenden Gegenstands. Zum Beispiel schließt die übliche und typische Verwendung eines Stethoskops, das eine mit einer Polymerzusammensetzung beschichtete oder daraus hergestellte Polymermembran einschließt, das Anlegen der Membran an Haut oder Kleidung und deren Abwischen mit einem alkoholgesättigten Tuch bei Raumtemperatur ein. Unter derartigen Bedingungen werden die Haut, die Kleidung und der Stoff durch den Photosensibilisator nicht verfärbt.
Vorzugsweise ist der ΔE-Wert der Haut oder des Gegenstands, mit welchen die gehärtete Polymerzusammensetzungen in Kontakt kommen, auf Grund des Photosensibilisators nicht größer als 2,0. Ein Unterschied in der Farbe zweier Materialien mit einem ΔE-Wert von nicht größer als 2,0 wird insbesondere als für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar betrachtet. Der Färbungsgrad kann durch Inkontaktbringen einer einen Photosensibilisator enthaltenden gehärteten Polymerzusammensetzung mit einem Stück weißes Papier, das mit einer Lösung von 95 Vol.-% Ethanol/5 Vol.-% Wasser gesättigt ist (Hammermill Laserprint paper, Artikel #00460–4, ein Produkt von International Paper, Memphis, TN), unter einem Druck von 50 Gramm/cm² für eine Dauer von 5 Minuten und dann Messen der La*b*-Werte bestimmt werden. In diesen Test werden die La*b*-Werte für einen Kontrollbereich des Papiers sowie für den mit der Polymerzusammensetzung in Kontakt gebrachten Bereich des Papiers unter Verwendung eines D65-Leuchtkörpers und eines Kolorimeters des Typs Colortron II (LightSource, San Rafael, CA), gemessen und die ΔE-Werte aus den La*b*-Daten berechnet. Ein ΔE-Wert von nicht größer als 2,0 bezeichnet eine Polymerzusammensetzung, die mit ihr in Kontakt kommende Gegenstände auf Grund des Photosensibilisators nicht färbt.
Bemerkenswerterweise werden sowohl DNA- als auch RNA-Viren (einschließlich RNA-Retroviren) inaktiviert und das Wachstum von gramnegativen Bakterien, grampositiven Bakterien und Pilzen unter Verwendung der Polymerzusammensetzungen eingeschränkt. Es gibt eine Vielzahl von Viren, die unter Verwendung der Verfahren dieser Erfindung inaktiviert werden können. Die Viren schließen Viren mit Einzel- oder Doppelstrangnukleinsäuregenomen, DNA- oder RNA-Viren und einschließlich umhüllte sowie einige nicht umhüllte Viren ein. Bevorzugte Viren, die unter Verwendung der Polymerzusammensetzungen inaktiviert werden können, sind umhüllte Viren. Die Beispiele (nachstehend) stellen spezifische beispielhafte Verfahren zum Bestimmen dessen, ob eine bestimmte Virus-, Pilz- oder Bakterienspezies durch die Polymerzusammensetzungen gehemmt wurde, bereit. Der Fachmann kann im Hinblick auf das Fachgebiet der Mikrobiologie ohne übermäßige Versuchsanordnung bestimmen, ob eine bestimmte Verbindung die Gegenwart eines Virus, eines Bakteriums oder eines Pilzes gemäß der Erfindung einschränkt.
Viren, die negative Einzelstrang-RNA-Genome aufweisen, schließen Orthomyxoviridae, Rhabdoviridae, Paramyxoviridae, Bunyaviridae und Filoviridae ein. Dies sind umhüllte Viren. Orthomyxoviridae schließen die Grippeviren A, B und C ein. Rhabdoviridae schließen Tollwutviren und vesikuläre Stomatitisviren ein. Paramyxoviridae schließen Grippeviren von Säugern (einschließlich Mumpsviren) und Pneumoviren (wie Respiratory-Syncytial-Viren des Menschen und des Rinds) ein. Bunyaviridae schließen Hantavirus, das das koreanische hemorrhagische Fieber und das Hantavirus-Pulmonar-Syndrom verursacht, ein. Filoviridae schließen Marburg-Virus und Ebolavirus ein.
Viren, die positive Einzelstrang-RNA-Genome aufweisen, schließen Picornaviridae (nicht-umhüllt), Retroviridae und Togaviridae ein. Picornaviridae schließen Polioviren, Coxsackieviren, Hepatitis-A-Viren und Rhinoviren ein. Retroviridae schließen z.B. das Humanimmunodefizienzvirus (HIV), das Simianimmunodefizienzvirus (SIV) und das infektiöse Pferde-Anämievirus (ELAV) ein. Togaviridae schließen das Semiliki-Forest-Virus, das Gelbfiebervirus, Denguevirus, das Zeckenvirus und das Rötelvirus ein. Parvovirus (nicht-umhüllt) ist das einzige Virus mit einem Einzelstrang-negativsens-DNA-Genom. Dieses Virus infiziert vorwiegend Katzen und Hunde.
Alle anderen DAN-Viren sind doppelstrangig. Doppelstrang-Viren schließen Papovaviridae, Adenoviridae, Herpesviridae, Poxviridae und Hepadnaviridae ein. Mit Ausnahme von Herpesviridae sind diese Viren nicht-umhüllte Viren. Papovaviridae schließen Warzen und Tumore verursachende Papillomaviren ein. Adenoviridae schließen Mastadenovirus und eine Vielzahl an Viren, die den Atemwegstrakt infizieren können, ein. Herpesviridae schließen Herpessimplex 1 und 2, Varicella-Zoster-Virus, Cytomegalovirus, Epstein-Barr-Virus, humanes Herpesvirus 6, Antikörper, von welchen es nun bekannt ist, dass sie für Multiple Sklerose verantwortlich sind, und humanes Herpesvirus 7 ein. Poxviridae schließen Variola und andere Pox-erzeugende Viren ein. Hepadnaviridae schließen humanes Hepatitis-B-Virus ein.
Durch die Polymerzusammensetzungen wird das Wachstum einer Vielzahl an Bakterien. Diese schließen Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa und Escherichia coli ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Andere Bakterien, die auf Wachstumshemmung in Gegenwart der Polymerzusammensetzungen getestet werden können, schließen andere Spezies von Staphylococcus, Enterococcus, Streptococcus, Corynebacterium, Listeria, Neisseria und Enterobacteriaceae (das die Gattung Escherichia, Salmonella und Shigella einschließt) ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Die Coliformen sind gramnegative Stämme, im Allgemeinen in der Familie Enterobacteriaceae. Einige Coliformen besiedeln den Darmtrakt von Menschen und anderen Tieren. Einige Coliformen sind mit Krankheit verbunden. Oberflächen und Flüssigkeiten, die mit diesen Bakterien kontaminiert werden, können den Polymerzusammensetzungen ausgesetzt werden, um ihr pathogenes Leistungsvermögen einzuschränken.
Es gibt einige pathogene Pilzspezies, die Candida albicans einschließen, der eine als Soor bekannte Hefeinfektion der Mundhöhle und eine als Vulvovaginitis bekannte Infektion des weiblichen Fortpflanzungstraktes verursacht. Candida albicans wird als eine Infektion und pathogene Folgekrankheiten verursachendes Mittel zunehmend häufiger. Der Fachmann der Mikrobiologie erkennt, dass verschiedene Pilze auf ihre Empfindlichkeit gegen die in dieser Erfindung beschriebenen Verbindungen getestet werden können.
In Zusammenhang mit photodynamischer Abtötung (und Inaktivierung) von Organismen ist ein Photosensibilisator eine Chemikalie, die Licht absorbiert und die Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies wie Einfachsauerstoff bewirkt. Geeignete Photosensibilisatoren der vorliegenden Erfindung sind diejenigen, die sowohl im Licht als auch im Dunkeln mikrobizide Aktivität aufweisen. Wie hier verwendet, bedeutet „Aktivität im Licht" die Einschränkung der Gegenwart von Mikroorganismen, wenn der Photosensibilisator Licht wie demjenigen von einer direkten Lichtquelle oder von Umgebungslicht ausgesetzt wird. Wie hier verwendet, bedeutet „Aktivität im Dunkeln" die Einschränkung der Gegenwart von Mikroorganismen, wenn der Photosensibilisator im Dunkeln vorliegt (d.h., wenn im Wesentlichen kein sichtbares Licht vorliegt).
Geeignete Photosensibilisatoren können an ein Polymer der Zusammensetzungen kovalent gebunden sein, obwohl die Photosensibilisatoren vorzugsweise nicht kovalent gebunden sind. Beispiels für Klassen derartiger Photosensibilisatoren schließen die Xanthen-Farbstoffe, die Triphenylmethin-Farbstoffe und die Oxazin-Farbstoffe ein. Mindestens einer der Photosensibilisatoren ist ein Xanthen-Farbstoff der folgenden Formel:
wobei die negativen elektrischen Ladungen unabhängig mit den Kationen Na⁺, K⁺, Li⁺, H⁺ oder substituiertes Ammonium ausgeglichen sind; jeder Rest A unabhängig Wasserstoff, Chlor, Brom oder Iod darstellt und jeder Rest B unabhängig Wasserstoff, Chlor, Brom oder Iod darstellt.
Die in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Xanthen-Photosensibilisatoren können von einem Chemikalienlieferanten erworben oder gemäß dem Fachmann der organischen Synthese bekannten Verfahren hergestellt werden. Beispiele für Xanthen-Photosensibilisatoren, die erworben werden können, schleißen Bengal-Rosa, wobei in der vorstehenden Formel A = I und B = Cl; Erythrosin, wobei A = I und B = H; Phyloxin B, wobei A = Br und B = Cl; Eosin-Gelb, wobei A = Br und B = H, und Fluorescein, wobei A = H und B = H, ein.
Die in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Polymere können von einem Chemikalienlieferanten erworben oder gemäß dem Fachmann der Polymersynthese bekannten Verfahren hergestellt werden. Ein Vielzahl an Polymeren kann in der Erfindung verwendet werden. Das Polymer ist vorzugsweise derart ausgewählt, dass es einem Angriff von Einfachsauerstoff standhält. Sie können thermoplastische Harze oder duroplastische Harze (z.B. aushärtbare Harze) sein. Sie können den Photosensibilisator abhängig vom gewünschten Ergebnis kovalent binden oder nicht. Die Erfindung ist nicht unbedingt durch die Polymerklasse beschränkt.
Beispiele für geeignete Polymere schließen Additionspolymers, z.B. Acrylat (wie dasjenige, offenbart in der US-Patentschrift Nr. 5,585,407(Patel)), Acryl, Vinyl und Olefinpolymere; Polyacrylate, Polyurethane; regenerierte Cellulose, z.B. Viskoserayon; Celluloseester, z.B. Celluloseacetat; Kondensationspolymere wie Polyester; Polycarbonate; Polyether; Polyamide, Polyharnstoffe und Polyamine sowie Copolymere ein. Bestimmte Siliconelastomere wie diejenigen, die durch Hydrosilylierung und Silankondensationsreaktionen gebildet werden, sowie Epoxyharze können ebenso geeignet sein. Geeignete Polymere können in einer wasser- oder lösungsmittellöslichen festen Form oder als Dispersion oder Emulsion in Wasser oder Lösungsmittel erhalten werden. Beispiele für im Handel erhältliche Polymere schließen STANCE-Bodenappretur (3M Company, St. Paul, MN), VITEL-Polyester (Goodyear Chemicals, Akron, OH) und Polycarbonatharz (Aldrich Chemical, Milwaukee, WI) ein. Vorzugsweise ist das Polymer für bestimmte Ausführungsformen auftragbar, jedoch ist dies kein unbedingtes Erfordernis. Für andere Ausführungsformen ist das Polymer extrudierbar. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen sind Polymere, bei welchen es sich nicht um Cellulose handelt, und Polymere, bei welchen es sich um keine Additionspolymere handelt, auf Grund der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen mit in vielen olefinischen Additionspolymeren vorliegenden Allylwasserstoffen und des Polymerabbaus, der aus einer Reaktion mit Einfachsauerstoff resultieren kann, noch stärker bevorzugt.
Die Konzentration des Photosensibilisators als Prozentgehalt des trockenen Polymergewichts, die Lichtquelle, Intensität oder das Bestrahlungsmaß, die Spektraleigenschaften der Lichtquelle und die Dauer der Bestrahlung können die Leistungsfähigkeit der Polymerzusammensetzungen beeinflussen. Dem Fachmann ist klar, dass die Konzentration, die Lichtintensität und dergleichen im Hinblick auf diese Beschreibung ohne übermäßige Versuchsanordnung optimiert werden können. Verfahren sind in den Beispielen für bevorzugte Techniken und Formate zum Optimieren der wachstumshemmenden Eigenschaften dieser Polymerzusammensetzungen bereitgestellt. Andere Testanordnungen können durch den Fachmann insbesondere im Hinblick auf die durch die Beispiele bereitgestellten Richtlinien und im Hinblick auf die chemischen Laborteststandards und Handbücher leicht gebildet werden. Die Konzentration des Xanthen-Photosensibilisators als Prozentgehalt des trockenen Polymergewichts (angegeben als Gewichtsprozent oder Gew.-%) beträgt bei Zugabe des Photosensibilisators 0,01 Gew.-% bis 10 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Die Konzentration für einige der gehärteten Polymerzusammensetzungen wird durch eine wie hier beschriebene Spülung reduziert.
In bestimmten Ausführungsformen kann die antimikrobielle Polymerzusammensetzung in einem geeigneten Lösungsmittel wie einen organischen Lösungsmittel oder Wasser gelöst und durch eine Anzahl von Verfahren auf eine Oberfläche aufgebracht werden. Alternativ dazu kann die Zusammensetzung in Form einer Dispersion in Wasser oder Lösungsmittel vorliegen oder als 100% Feststoffe als Heißschmelze oder reaktives System aufgetragen werden. Derartige Verfahren schließen z.B. das Aufwischen der Zusammensetzung auf eine Oberfläche mit einem Tuch oder Schwamm, Gießen der Zusammensetzung auf eine Oberfläche und deren Verteilen mit einem Schrubber, einem Spatel, einem Schwamm oder einem Tuch, Verteilen der Zusammensetzung durch Austreiben als Aerosol aus einem geeignetem unter Druck gesetzten Behälter und Bereitstellen der Zusammensetzung in ausreichenden Konzentrationen auf einem Tuch oder einem anderen absorbierenden Träger und Verpacken der vorbefeuchteten Träger zur einmaligen Verwendung ein. Die Zusammensetzung wird vorzugsweise mit einer Dicke zum Bilden eines Restfilms von etwa 0,01 Millimeter (mm) bis etwa 5 mm aufgetragen.
Gehärtete antimikrobielle Polymerzusammensetzungen können auch durch Aufbringen eines Photosensibilisators auf ein vorgehärtetes Polymer hergestellt werden. Zum Beispiel offenbart die US-Patentschrift Nr. 5,340,614 die Imprägnierung von Polymeren mit Photosensibilisatoren wie Bengal-Rosa unter Verwendung von superkritischem Kohlendioxid. Ein derartiges Aufbringungsverfahren führt zu einem physikalischen Gemisch aus dem Polymer und dem Photosensibilisator.
Freistehende Filme und Gegenstände, die die Polymerzusammensetzungen aufweisen, können durch eine Vielzahl an Techniken, einschließlich Extrusion und Spritzguss hergestellt werden. Derartige Techniken sind dem Fachmann bekannt. Typischerweise wird die Polymerzusammensetzung nach dem Härten (z.B. Trocknen oder Aushärten) des Polymers mit Wasser, vorzugsweise einem konstant aufgefrischten Wasserstrom (wobei es sich, falls gewünscht, um Leitungswasser handeln kann) bei einer Temperatur von mindestens 50 °C und typischerweise nicht mehr als 80 °C für eine Zeitdauer, die zum Entfernen von überschüssigem Farbstoff, der Flecken übertragen kann, ausreichend ist, gewaschen. Zum Beispiel kann im Labor der Spülschritt so wenig wie 2 Stunden und typischerweise nicht mehr als 24 Stunden bis zur Fertigstellung dauern. Färbt das ursprüngliche gehärtete Polymer weißes Papier, das, wie vorstehend beschrieben, mit 95:5 Ethanol:Wasser im Volumen gesättigt ist nicht, muss die Polymerzusammensetzung nicht gewaschen werden.
Die Bestrahlung mit Licht, falls Licht vorliegt, kann eine Bestrahlung mit einer direkten Lichtquelle oder mit Umgebungslicht sein. Vorzugsweise werden die Polymerzusammensetzungen, falls eine Lichtbestrahlung erwünscht ist, mit Licht mit einer Wellenlänge von mindestens 200 Nanometern (nm) und weniger als 900 nm bestrahlt. Stärker bevorzugt weist das Licht eine Wellenlänge von mindestens 400 nm und weniger als 850 nm auf. Günstige und ausreichende Lichtquellen sind diejenigen, die typischerweise für die Neonbeleuchtung von Laboren und Büros verwendet werden, sowie Lichtquellen von emittierenden Dioden (LED), weiß glühende Quellen, Sonnenlicht und Laser. Reflektiertes Licht von beliebigen dieser Quellen kann ebenso geeignet sein. Die einzelnen Polymerzusammensetzungen können mit einer bestimmten Wellenlänge von Licht optimal aktiviert werden. Ohne den Umfang dieser Erfindung beschränken zu wollen, überlagert der spektrale Output der Lichtquelle gern das wie in der Polymerzusammensetzung gemessene Absorptionsspektrum des Photosensibilisators der Polymerzusammensetzung. In einer Ausführungsform werden die Polymerzusammensetzungen einer Bestrahlung von mindestens 270 μW/cm² für eine Dauer von etwa 5 Minuten bestrahlt, jedoch ist es dem Fachmann leicht klar, dass hellere Lichtquellen Reduktionen in der Beleuchtungszeitdauer gewähren.
Die Lichtbestrahlung kann, falls gewünscht, mit einer kontinuierlichen, pulsierenden oder periodischen Bestrahlung mit Licht stattfinden. Der Fachmann erkennt, dass die optimale Aktivierung von der Lichtintensität und -dauer abhängt, jedoch ein Bereich an Intensitäten und Dauern der Lichtbestrahlung zum Aktivieren der auf Licht ansprechenden Polymerzusammensetzungen verwendet werden kann.
Die in der vorliegenden Erfindung beschriebenen antimikrobiellen Polymerzusammensetzungen können zum Herstellen von Beschichtungen, selbsttragenden (d.h. freistehenden) Filmen und anderen Formgegenständen in einer breiten Vielfalt an Gegenständen, insbesondere medizinischen Geräten zum Bekämpfen von durch eine breite Vielzahl an Mikroorganismen verbreiteten Krankheiten verwendet werden. Zum Beispiel können Beschichtungen aus den antimikrobiellen Polymerzusammensetzungen auf harten Oberflächen, die im Haus, in Krankenhäusern, Schulen und am Arbeitsplatz wie auf glasierten und unglasierten Fliesen, Spiegeln, Porzellan, Keramiken, Metallen, Glas, Holz und harten Kunststoffen wie Polystyrolen, Vinylen, Acrylen, Polyestern und dergleichen zu finden sind, verwendet werden. Ob in Form von Beschichtungen, Filmen oder Gegenständen mit anderen Formen, schließen Beispiele für solche Gegenstände Operationstücher, Dental applikationen, Dentalapparaturen, Kosmetikapplikatoren, Schwämme, Knotaktlinsen, Kontaktlinsenbehälter, intravenöse Katheter, Harntraktkatheter, Krankenhauskittel, Krankenhaushandschuhe, Stethoskope, Computerkeyboardabdeckungen, Tresenoberflächen, Schneidtische, Toilettensitze, Telefone, Böden, Lattenroste, Wände, Türen, Türknöpfe, Lichtschalter und -abdeckungen, Waschbeckengriffe und dergleichen ein. Im freien befindliche Oberflächen, in welchen Mikroorganismuswachstum problematisch sein kann oder wo das Einbringen der Photosensibilisatorzusammensetzungen nützlich wäre, schließen Dachmaterialien wie Dachschindeln, Holzbalken, Dachziegeln und dergleichen; Zement und Zementblock; Anstriche und Farben für Holz und andere Oberflächen; Straßenmarkierungen und dergleichen ein. Antimikrobielle Mittel ohne Photosensibilisator, einschließlich Antibiotika, Trichlosan usw., können diesen Zusammensetzungen ebenso zugesetzt werden.
Ein besonders bevorzugter Gegenstand ist ein Kontaktlinsenbehälter, der eine gehärtete Polymerzusammensetzung mit einem oder mehreren Polymeren und einem oder mehreren wie vorstehend beschriebenen Photosensibilisatoren darin einschließt. Die gehärtete Polymerzusammensetzung, wie hier beschrieben, besitzt antimikrobielle Aktivität. Der Behälter selbst oder ein Teil davon kann aus der Polymerzusammensetzung geformt sein. Alternativ dazu kann der Behälter ein z.B. aus der Polymerzusammensetzung geformtes Pellet darin einschließen. Ein Beispiel für einen Kontaktlinsenbehälter ist in 1 dargestellt und detaillierter in der US-Patentschrift Nr. 5,452,792 (Zautke et al.) beschrieben. Kurz gesagt, wird in Bezug auf 1 ein Kontaktlinsenbehälter 100 typischerweise aus einem geformten Kunststoffmaterial hergestellt. Der Kontaktlinsenbehälter 100 schließt einen Boden 105 mit einem flachen länglichen Teil 110 und einem geformten mit Gewinde versehenen Behälterpaar 115 und 120 ein. Die Behälter 115 und 120 sind mit Gewinde versehen und weisen eine im Allgemeinen zylinderförmige Gestalt auf, wobei sie eine Innenkonstruktion mit einer glatten, kugelförmigen Orientierung aufweisen, um zu verhindern, dass die gewöhnlich in einem flüssigen Desinfektionsmittel gelagerten Kontaktlinsen zerkratzt werden, wenn sie in die Behälter 115 und 120 gegeben oder aus ihnen entnommen werden.
Bei einem anderen Gegenstand handelt es sich um ein Stethoskop, das eine wie vorstehend beschriebene gehärtete Polymerzusammensetzung mit einem oder mehreren Polymeren und einem oder mehreren Photosensibilisatoren einschließt. Die gehärtete Polymerzusammensetzung besitzt, wie hier beschrieben, antimikrobielle Aktivität. Das Stethoskop schließt z.B. eine Polymermembran ein, die mit der Polymerzusammensetzung der vorliegenden Erfindung beschichtet sein kann. Alternativ dazu kann die Polymermembran selbst und/oder können andere Teile des Stethoskops (z.B. das Schlauchmaterial, die Ohrstöpsel) aus der Polymerzusammensetzung geformt sein. Ein Beispiel für ein Stethoskop ist in 2 dargestellt und detaillierter in der US-Patentschrift Nr. 4,440,258 (Packard) beschrieben. Kurz gesagt, weist der Stethoskopkopf 10 in Bezug auf 2 ein Körperelement 11 auf, das in Form einer Polymermembran vorliegen kann. Der Stethoskopkopf 10 ist an einem Kopfhörer angebracht, das ein längliches flexibles Schlauchgebilde 12 einschließt, das zwei Luftleitungen 13 enthält, die nebeneinander einen Hauptteil des Wegs entlang zwischen dem Stethoskopkopf 10 und den Ohrschläuchen 14 verlaufen. Im unteren Ende des am Stethoskopkopf 10 angebrachten flexiblen Schlauchgebildes 12 vereinigen sich die Durchgänge 13 zu einem einzelnen Durchgang 13a, der derart angepasst ist, dass der an das hintere Anschlussstück 15 des Stethoskopkopfes 10 gekoppelt werden kann. Das obere Ende des flexiblen Schlauchgebildes 12 gabelt sich in die Kopplungsarme 16, wobei jeder davon an einen der Ohrschläuche 14 angebracht ist und einen der Ohrstöpsel 18 enthält. Die Ohrschläuche 14 sind durch Schlauchgebilde 17 aneinander befestigt, das eine Feder (nicht dargestellt) einschließt.
BEISPIELE
Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden des Weiteren durch die folgenden Beispiele veranschaulicht, jedoch sollten die in diesen Beispielen genannt jeweiligen Materialien und Mengen davon sowie andere Bedingungen und Details nicht als übermäßige Beschränkung dieser Erfindung betrachtet werden.
I. Herstellung der Polymerzusammensetzungen
Reagenzien zur Herstellung der Polymerzusammensetzungen wurden, wenn nicht anders angegeben, von Aldrich (Milwaukee, WI) erhalten.
Beispiel 1
Herstellung einer ein Polycarbonat und einen Farbstoff aufweisenden Polymerzusammensetzung
Polycarbonatharz (10 Gramm (g), Aldrich Kat.-Nr. 18,162–5) wurde zur herstellung einer Lösung mit einem Gesamtvolumen von 100 Millilitern (ml) durch Mischen über Nacht (etwa 16 Stunden) bei Raumtemperatur (etwa 25 °C) unter Verwendung einer Kugelwalze in ausreichendem Dichlormethan gelöst. Zu 10 Gramm dieser Lösung wurde ein Farbstoff wie z.B. das Dinatriumsalz von Bengal-Rosa (10 Milligramm (mg) für eine 1%ige Lösung; 5 mg für eine 0,5%ige Lösung; 2,5 mg für eine 0,25%ige Lösung) gegeben, wonach das Mischen für eine Dauer von zusätzlichen 8 Stunden fortgesetzt wurde. Die Polymerzusammensetzung wurde dann durch Eintauchen der Oberfläche oder des Gegenstands in die Polymerzusammensetzung und dann Trocknen zuerst bei 60 °C für eine Dauer von 1 Stunde, Waschen der beschichteten Oberfläche oder des beschichteten Gegenstands mit Wasserstrom bei 50 °C für eine Dauer von 2 Stunden und dann Trocknen in einem Umluftofen bei 100 °C für eine Dauer von 12 Stunden auf verschiedene Oberflächen und Gegenstände aufgebracht. Die beschichteten Oberflächen und Gegenstände wurden dann wie nachstehend beschrieben auf mikrobiziode Aktivität getestet.
Beispiel 2
Herstellung einer einen Polyester und einen Farbstoff aufweisenden Polymerzusammensetzung
VITEL-Polyesterharz (10 g, Goodyear Chemicals, Akron, OH) wurde zur Herstellung einer Lösung mit einem Gesamtvolumen von 100 ml durch Mischen über Nacht bei Raumtemperatur unter Verwendung einer Kugelwalze in ausreichendem Dichlormethan gelöst. Zu 10 Gramm dieser Lösung wurde ein Farbstoff wie z.B. das Dinatriumsalz von Bengal-Rosa (10 mg für eine 1%ige Lösung; 5 mg für eine 0,5%ige Lösung; 2,5 ml für eine 0,25%ige Lösung) gegeben, wonach das Mischen für eine Dauer von zusätzlichen 8 Stunden fortgesetzt wurde. Die Polymerzusammensetzung wurde dann durch Eintauchen der Oberfläche oder des Gegenstands in die Polymerzusammensetzung und dann Trocknen zuerst bei 60 °C für eine Dauer von 1 Stunde, Waschen der beschichteten Oberfläche oder des beschichteten Gegenstands mit Wasserstrom bei 50 °C für eine Dauer von 2 Stunden und dann Trocknen in einem Umluftofen bei 100 °C für eine Dauer von 12 Stunden auf verschiedene Oberflächen und Gegenstände aufgebracht. Die beschichteten Oberflächen und Gegenstände wurden dann wie nachstehend beschrieben auf mikrobzide Aktivität getestet.
Beispiel 3
Herstellung einer ein Polyacrylat und einen Farbstoff aufweisenden Polymerzusammensetzung
Zu STANCE-Bodenappretur (50 g, 3M Company, St. Paul, MN), aufweisend eine Styrol-Acrylat-Copolymeremulsion mit 18% Feststoffen in Wasser, wurde ein fester Farbstoff wie z.B. Bengal-Rosa-Dinatriumsalz (1,8 mg für eine 0,02%ige Farbstofflösung auf der Basis von Polymerfeststoffen; 0,9 mg für eine 0,01%ige Farbstofflösung auf der Basis von Polymerfarbstoffen) gegeben und die Lösung auf eine Bodenfliese durch Eintauchen und dann Trocknen ohne Waschen bei 25 °C für eine Dauer von 30 Minuten aufgebracht.
II. Mikrobizides Testen
Reagenzien das mikrobizides Testen der Polymerzusammensetzungen wurden, wenn nicht anders angegeben, von Aldrich (Milwaukee, WI) erhalten.
Beispiel 4
Testen von mikrobizider Aktivität von Bengal-Rosa, Toluidin-Blau-O, Kristall-Violett und Methylen-Blau gegen Bakterien und Pilze
Bengal-Rosa, Toluidin-Blau-O, Kristall-Violett und Methylen-Blau wurden jeweils in Wasser gelöst, um einige Milliliter einer Lösung zu erhalten, die eine Endkonzentration von 10 mg/ml aufwies. Das verwendete Verfahren zum Testen auf antibakterielle und antipilzliche Aktivität lautet wie folgt.
Bakterien- oder Pilzstamm wurde auf Trypticase-Soy-Broth(TSB)-Agar (Becton Dickinson, Cockeysville, MD) aufgestrichen und bei 37 °C über Nacht inkubiert, wobei nach dieser Zeit einige Kolonien auf Phosphat gepufferte Kochsalzlösung (PBS) überführt wurden, um, wie bestimmt durch Vergleichen der Trübheit mit McFarland-Standards, eine Lösung mit einer Endkonzentration von 10⁶ Bakterien/ml oder Pilzen/ml zu erhalten. Anschließend wurde der Bakterien- oder Pilzrasen durch dreifaches Abstreichen einer Trypticase-Soy-Broth-Agarplatte (hergestellt unter Verwendung von TSB und Agar gemäß den Etikettanweisungen) hergestellt. Dann wurden Papierfilterscheiben mit einem Durchmesser von 6 mm in eine der Farbstofflösungen getaucht, zum Entfernen von überschüssiger Lösung geblotted und wieder auf die Agarplatten gegeben. Jede Platte wurde dann entweder im Dunkeln (Kontrolle) gehalten oder für eine Dauer von 15 Minuten mit Raumlicht oder über Nacht mit Raumlicht vor der Inkubation bei 37 °C für eine Dauer von 24 Stunden bestrahlt.
Die Platten wurden aus dem Inkubator entfernt und auf die behandelten Filterscheiben mit 6 mm umgebende klare Bereiche betrachtet, was für eine Verhinderung von Bakterienwachstum hinweisend ist. Der Durchmesser jedes klaren Bereichs wurde gemessen und aufgezeichnet und mit Kontrollen verglichen. Die Ergebnisse für diesen Versuch sind nachstehend in Tabelle 1 erörtert.
Die Ergebnisse in Tabelle 1 geben an, dass alle vier Photosensibilisatoren antimikrobielle Aktivität im Dunkeln sowie im Licht gegen einige getestete Mikroorganismen aufwiesen.
Beispiel 5
Testen von Polymerzusammensetzungen auf virizide Aktivität gegen den humanen Immunodefizienzvirus 1 (HIV-1)
Dieser Test kann durch das Southern-Research-Institut, Frederick, Maryland, gemäß dem folgenden Verfahren durchgeführt werden. RF-Virus und MT2-Zellen werden von NIAID AIDS-Research und Reference Reagent Program erhalten.
Konzentrierter HIV/RF-Stamm (0,1 ml) wird auf eine in einer Mulde einer 24-Mulden-Platte positionierte Scheibe mit 6 mm der Polymerzusammensetzung gegeben. Man lässt die Platte im Dunkeln oder unter gewöhnlicher Neonbeleuchtung auf dem Labortisch für eine Dauer von 30 Minuten stehen. Eine nicht umgesetzte Kontrolle wird für jede getestete Konzentration gefahren. Als nächstes werden Serienverdünnungen von den Muldenproben hergestellt und zum Beimpfen von MT2-Zellen mit 10⁴-Zellen/Mulde verwendet. Die Platten werden bei 37 °C, 5 Co₂ für eine Dauer von 7 Tagen inkubiert. Die Ergebnisse sind als Log-Reduktion im Virustiter angegeben.
Beispiel 6
Testen von Polycarbonatzusammensetzungen auf antibakterielle Aktivität gegen Staphylococcus aureus und Messung von ΔE
LITTMANN-Stethoskop-Diaphragmen (unbedruckt, keine Löcher im Umfang, 3M Company, St. Paul, MN) wurden mit Polycarbonatharz wie vorstehend in Beispiel 1 beschrieben behandelt. Die Messung von ΔE wurde durch Inkontaktbringen des Stethoskop-Diaphragmas mit einem Stück weißen Testpapiers, das mit 95 vol.-% Ethanol/5 Vol.-% Wasser-Lösung gesättigt war (Hammermill Laserprint paper, item #00460–4, ein Produkt von International Paper, Memphis, TN), unter einem Druck von 50 g/cm² für eine Dauer von 5 Minuten und dann Messen der La*b*-Werte durchgeführt. Die La*b*-Werte wurden für einen Kontrollbereich jedes Papiers sowie für den mit der Polymerzusammensetzung in Kontakt gebrachten Bereich des Papiers unter Verwendung einer D65-Leuchtquelle und eines Kolorimeters des Typs Colortron II (LightSource, San Rafael, CA) gemessen und die ΔE-Werte aus den L*a*b*-Daten berechnet. Ein ΔE-Wert von nicht größer als etwa 2,0 bezeichnet eine Polymerzusammensetzung, die damit in Kontakt kommende Gegenstände nicht färbt.
Eine Stammlösung von Staphylococcus aureus (ATCC #12601) wurde auf TSB-Agar aufgestrichen, und man ließ dies bei 37 °C über Nacht (etwa 16 Stunden) anwachsen, wobei zu diesem Zeitpunkt Kolonien auf PBs überführt wurden, um eine Lösung mit einer Endkonzentration von 10⁴ Bakterien/ml zu erhalten. Zwanzig Mikroliter dieser Lösung wurden mit 10 ml PBS-Puffer verdünnt, aufgewirbelt und als positive Kontrolle, in nachstehender Tabelle als „Impfgut" bezeichnet, in eine tiefe Agarplatte gestrichen.
Alternativ dazu wurden 20 Mikroliter der Lösung von 10⁴ Bakterien/ml auf ein gefärbtes Diaphragma (wie nachstehend als % Farbstoff, basierend auf Feststoffen der Polyesterlösung angegeben) gegeben und durch Positionieren auf dem Labortisch für eine Dauer von 30 Minuten unter Verwendung von Raumlicht bestrahlt und dann mit 10 ml PBS-Puffer verdünnt, aufgewirbelt und in eine tiefe Agarplatte gestrichen.
Alternativ dazu wurden 20 Mikroliter der Lösung von 10⁴ Bakterien/ml auf eines der gefärbten Diaphragmen (wie nachstehend als % Farbstoff, basierend auf Feststoffen der Polyesterlösung angegeben) gegeben und durch Positionieren auf dem Labortisch für eine Dauer von 30 Minuten unter Verwendung von Raumlicht bestrahlt und dann mit 10 ml PBS-Puffer verdünnt, aufgewirbelt und in eine tiefe Agarplatte gestrichen.
Alle tiefen Agarplatten wurden für eine Dauer von 24 Stunden bei 37 °C inkubiert, wonach die Kolonien gezählt und nachstehend aufgezeichnet wurden.
Alle Mikrobiologietests wurden dreifach durchgeführt. Die Zahlen in Tabelle 2 sind aus diesen drei Durchgängen Mittelwerte.
Die Ergebnisse in Tabelle 2 weisen darauf hin, dass Kristall-Violett und Toluidin-Blau-Polycarbonatzusammensetzungen im Gegensatz zu ihren wässrigen Lösungen das Bakterienwachstum gemäß der vorstehend angegebenen Definition nicht einschränken. Zudem färbte 0,25%iges Bengal-Rosa-Triethylammoniumsalz in Polycarbonat, das nur für eine Dauer von 1 Stunde bei 60 °C getrocknet war, die mit Ethanol gesättigte Papieroberfläche, die es kontaktierte, wie durch den ΔE-Wert von 3,194 nachgewiesen.
Demgegenüber schränken die Polymerzusammensetzungen, die unter Verwendung des Dinatriumsalzes von Bengal-Rosa mit Konzentrationen von 0,25% sowie 1 hergestellt waren, das Bakterienwachstum im Dunkeln sowie im Licht und färbten eine Oberfläche wie durch ΔE-Werte von nicht größer als etwa 2,0 nachgewiesen nicht.
Es ist dem Fachmann leicht klar, dass die vorstehend umrissenen Testverfahren gewähren, dass ohne übermäßige Versuchsanordnung bestimmt werden kann, ob eine bestimmte Photosensibilisatorformulierung in einem bestimmten Polymer beim Einschränken von Mikroorganismenwachstum ohne Färben von Oberflächen nützlich ist.
Beispiel 7
Testen einer Polyesterzusammensetzung auf antibakterielle Aktivität gegen Staphylococcus aureus
LITTMANN-Stethoskop-Diaphragmen wurden mit VITEL-Polyesterharz wie vorstehend in Beispiel 2 beschrieben behandelt und auf deren Fähigkeit zum Einschränken des Wachstums von Staphylococcus aureus getestet. Alle Mikrobiologietests wurden dreifach durchgeführt. Die Zahlen in Tabelle 3 sind aus den drei Durchgängen errechnete Mittelwerte.
Die Ergebnisse in Tabelle 3 weisen darauf hin, dass die Zusammensetzungen aus Bengal-Rosa und Polyester das Bakterienwachsen im Dunkeln sowie im Licht gemäß der vorliegenden Erfindung einschränken.
Beispiel 8
Testen einer Polyacrylatzusammensetzung auf antibakterielle Aktivität gegen Staphylococcus aureus
Bodenfliesen wurden mit STANCE-Bodenappretur wie vorstehend beschrieben behandelt und auf ihre Fähigkeit zum Einschränken des Wachstums von Staphylococcus aureus getestet. Alle Mikrobiologietests wurden dreifach durchgeführt. Die Zahlen in Tabelle 4 sind aus den drei Durchgängen errechnete Mittelwerte, die wurden.
Die Ergebnisse in Tabelle 4 weisen darauf hin, dass die Zusammensetzungen aus Bengal-Rosa und Polyacrylat das Bakterienwachsen im Dunkeln sowie im Licht gemäß der vorliegenden Erfindung einschränken. Im Gegensatz dazu schränken Zusammensetzungen aus Toluidin-Blau und Kristall-Violett das Bakterienwachstum im Licht oder im Dunkeln auch dann nicht ein, wenn ihre wässrigen Lösungen Bakterienwachstum im Licht und im Dunkeln einschränken.
Beispiel 9
Testen von Polycarbonatzusammensetzungen aus Bengal-Rosa und Phloxin B auf antibakterielle Aktivität gegen Staphylococcus aureus
LTTTMANN-Stethoskopdiafragmen wurden mit Phloxin B in Polycarbonatharz wie vorstehend in Beispiel 1 beschrieben behandelt.
Der Stamm Staphylococcus aureus (ATCC #12601 wurde auf TSB-Agar aufgestrichen, und man ließ ihn bei 37 °C über Nacht (etwa 16 Stunden) wachsen, wonach einige Kolonien auf PBS (Puffer) überführt wurden, um eine Lösung mit einer Endkonzentration von 10⁴ Bakterien/ml zu erhalten. Zwanzig Mikroliter dieser Lösung wurden mit 10 ml PBS-Puffer verdünnt, aufgewirbelt und als positive Kontrolle, in nachstehender Tabelle als „Impfgut" bezeichnet, in eine tiefe Agarplatte gestrichen.
Alternativ dazu wurden 20 Mikroliter der Lösung von 10⁴ Bakterien/ml auf ein gefärbtes Diaphragma (nachstehend als % Farbstoff, basierend auf Feststoffen der Polyesterlösung angegeben) gegeben und durch Positionieren auf dem Labortisch für eine Dauer von 10 Minuten unter Verwendung von Raumlicht bestrahlt und dann mit 10 ml PBS-Puffer verdünnt, aufgewirbelt und in eine tiefe Agarplatte gestrichen.
Alternativ dazu wurden 20 Mikroliter der Lösung von 10⁴ Bakterien/ml auf ein gefärbtes Diaphragma (nachstehend als % Farbstoff, basierend auf Feststoffen der Polyesterlösung angegeben) gegeben und für eine Dauer von 10 Minuten ins Dunkle gesetzt und dann mit 10 ml PBS-Puffer verdünnt, aufgewirbelt und in eine tiefe Agarplatte gestrichen.
Alle tiefen Agarplatten wurden für eine Dauer von 24 Stunden bei 37 °C inkubiert, wonach Kolonien gezählt und nachstehend aufgezeichnet wurden.
Alle Tests wurden dreifach durchgeführt. Die Zahlen in Tabelle 5 sind aus den drei Durchgängen errechnete Mittelwerte, die wurden.
Die Ergebnisse in Tabelle 5 weisen darauf hin, dass Polycarbonatzusammensetzungen, die Bengal-Rosa und Phloxin B enthalten, das Bakterienwachstum im Dunkeln sowie im Licht gemäß der vorliegenden Erfindung nach nur 10 Minuten Kontaktzeit mit den Bakterien einschränken.
Beispiel 10
Testen von Polycarbonatzusammensetzungen mit Bengal-Rosa auf antibakterielle Aktivität gegen Staphylococcus aureus
LTTTMANN-Stethoskop-Diafragmen wurden mit Phloxin B in Polycarbonatharz wie vorstehend in Beispiel 1 beschrieben behandelt.
Der Stamm Staphylococcus aureus (ATCC #12601 wurde auf TSB-Agar aufgestrichen, und man ließ ihn bei 37 °C über Nacht wachsen, wonach einige Kolonien auf PBS (Puffer) überführt wurden, um eine Lösung mit einer Endkonzentration von 10⁴ Bakterien/ml zu erhalten. Zwanzig Mikroliter dieser Lösung wurden mit 10 ml PBS-Puffer verdünnt, aufgewirbelt und als positive Kontrolle, in nachstehender Tabelle als „Impfgut" bezeichnet, in eine tiefe Agarplatte gestrichen.
Alternativ dazu wurden 20 Mikroliter der Lösung von 10⁴ Bakterien/ml auf ein gefärbtes Diaphragma (nachstehend als % Farbstoff, basierend auf Feststoffen der Polyesterlösung angegeben) gegeben und durch Positionieren auf dem Labortisch für eine Dauer von 30 Minuten unter Verwendung von Raumlicht bestrahlt und dann mit 10 ml PBS-Puffer verdünnt, aufgewirbelt und in eine tiefe Agarplatte gestrichen.
Alternativ dazu wurden 20 Mikroliter der Lösung von 10⁴ Bakterien/ml auf ein gefärbtes Diaphragma (nachstehend als % Farbstoff, basierend auf Feststoffen der Polyesterlösung angegeben) gegeben und für eine Dauer von 30 Minuten ins Dunkle gesetzt und dann mit 10 ml PBS-Puffer verdünnt, aufgewirbelt und in eine tiefe Agarplatte gestrichen.
Alle tiefen Agarplatten wurden für eine Dauer von 24 Stunden bei 37 °C inkubiert, wonach Kolonien gezählt und nachstehend aufgezeichnet wurden.
Nach neunfachem Durchführen dieses Verfahrens unter Verwendung derselben Scheiben wurde das Verfahren nochmals durchgeführt. Die in nachstehender Tabelle 6 dargestellten Zahlen gelten für die zehnte Probe der Stethoskop-Scheiben. Alle Tests wurden dreifach durchgeführt.
Die Ergebnisse in Tabelle 6 weisen darauf hin, dass Polycarbonatzusammensetzungen mit Bengal-Rosa das Bakterienwachstum im Dunkeln sowie im Licht gemäß der vorliegenden Erfindung sogar nach mehreren Proben einschränken.
Beispiel 11
Testen von Bengal-Rosa aufweisenden Polycarbonatzusammensetzungen auf antibakterielle Aktivität gegen Enterococcus faecium
LTTTMANN-Stethoskop-Diafragmen wurden mit Polycarbonatharz wie vorstehend in Beispiel 1 beschrieben behandelt und auf deren Fähigkeit zum Einschränken des Wachstums von Enterococcus faecium (ATCC #49332) gemäß dem in Beispiel 10 beschriebenen Verfahren getestet (außer dass die Stethoskop-Diafragmascheiben vorher nicht erprobt wurden und der Probenorganismus E. faecium war).
Alle Tests wurden dreifach durchgeführt. Die Zahlen in Tabelle 7 sind den drei Durchgängen errechnete Mittelwerte.
Die Ergebnisse in Tabelle 7 weisen darauf hin, dass die Bengal-Rosa enthaltenden Polycarbonatzusammensetzung das Wachstum von E. faecium einschränkt.
Beispiel 12
Testen von Bengal-Rosa enthaltenden Polycarbonat- und Polyesterzusammensetzungen auf antibakterielle Aktivität gegen Pseudomonas aeruginosa
LTTTMANN-Stethoskop-Diafragmen wurden mit Polycarbonatharz oder Polyesterharz wie vorstehend in Beispiel 1 beschrieben behandelt und auf deren Fähigkeit zum Einschränken des Wachstums von Pseudomonas aeruginosa (ATCC #9027) gemäß dem in Beispiel 11 beschriebenen Verfahren getestet (außer dass die Kontaktzeit der Bakterien und des Stethoskop-Diafragma 60 Minuten dauerte und der Probenorganismus P. aeruginosa war.
Alle Tests wurden dreifach durchgeführt. Die Zahlen in Tabelle 8 sind aus den drei Durchgängen errechnete Mittelwerte. Anmerkung: Helles Licht weist darauf hin, dass Proben mit einem Abstand von 6 Zoll von zwei Tageslichtbrinen von Phillips mit 15 W (Bestrahlungsmaß = 1,35 mW/cm²) bestrahlt wurden.
Die Ergebnisse in Tabelle 8 weisen darauf hin, dass die Bengal-Rosa enthaltenden Polymerzusammensetzungen das Wachstum von Pseudomonas aeruginosa im Dunkeln sowie im Licht einschränken. Die Ergebnisse weisen auch darauf hin, dass die Kontrollproben das Wachstum dieses Organismus bei Raumtemperatur sowie bei hellem Licht einschränken.
Beispiel 13
Testen von Bengal-Rosa enthaltenden Polycarbonatzusammensetzung auf antibakterielle Aktivität gegen Serratia marcescens
Lichtdurchlässige Kunststofftablettenschachteln (hergestellt von Flents Co., verwendet als Modelle für Kontaktlinsenbehälter) wurden mit 1% Bengal-Rosa ausfweisendem Polycarbonatharz wie beschrieben in Beispiel 1 behandelt (außer für die Kontrolle) und deren Fähigkeit zum Einschränken des Wachstums von Serratia marcescens (ATCC #14041) durch Inkontaktbringen mit 5 ml Bakterien beladenen PBS-Puffer (5,6 × 10⁵ cfu/ml) und Bestrahlen mit derselben Lichtquelle wie in Beispiel 12 für eine Dauer von 4 Stunden getestet (keine Durchgänge im Dunkeln wurden durchgeführt). Die Probenpufferlösungen wurden dann in tiefe Agarplatten gegeben und dann für eine Dauer von 48 Stunden inkubiert, wonach Kolonien gezählt wurden. Die Zahlen in Tabelle 9 sind aus den drei Durchgängen errechnete Mittelwerte der log-Reduktion von wachstumsfähigen Kolonien.
Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass große Anzahlen an Bakterien unter Verwendung der Verfahren der vorliegenden Erfindung abgetötet werden können.
Tabelle 9
Vergleichsbeispiel
Dieses Vergleichsbeispiel ist ein Duplikat von Beispiel Nr. 4 (ohne Bindemittel) der US-Patentschrift Nr. 5,830,526. Zu 6,94 g deionisiertem Wasser wurde Bengal-Rosa-Dinatriumsalz gegeben. Ein Stück (0,5 g) Vliesmaterial des Typs Walkisoft FG 409L (75 g) wurde mit der Lösung gesättigt und zwischen zwei Glasplatten gepresst, um ein Material zu erhalten, das 0,75 g (150%ige Aufnahme) wog. Dieses Material wurde für eine Dauer von 90 Sekunden bei 150 °C in einem Umluftofen getrocknet. Dann wurde das Material unter einem Druck von 50 g/cm² auf ein Stück weißem Papier, das mit 95 Vol.-% Ethanol/5 Vol.-% Wasserlösung gesättigt war, gegeben. Nach 5 Sekunden wurde das Material von dem Papier entfernt. Ein heller pinkfarbener Fleck wurde beobachtet, was auf das Auslaufen des Farbstoffs von dem Walkisoft-Material unter diesen Bedingungen hinwies. Der Delta E-Wert wurde als 61,1 bestimmt.
Die Ergebnisse dieses Versuchs weisen darauf hin, dass die gefärbten Substrate ohne Bindemittel, die in US-Patentschrift Nr. 5,830,526 untersucht und beschrieben sind, während sie wie im Beispiel beschrieben im Dunkeln Aktivität aufweisen, Gegenstände, mit welchen sie in Kontakt kommen, deutlich färben.
Es ist dem Fachmann klar, dass es das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht, Mikroorganismuswachstum in oder auf Virus-beladenen, Bakterien-beladenen oder Pilz-beladenen Gegenständen oder Oberflächen im Dunkeln sowie im Licht hemmen. Andere Viren, Bakterien und Pilze können gleichermaßen unter Verwendung der Verfahren dieser Erfindung ohne übermäßige Versuchsanordnung getestet werden.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen einer antimikrobiellen Oberfläche, wobei das Verfahren das Kombinieren von einem oder mehreren Polymeren mit einem oder mehreren Photosensibilisatoren umfasst, um eine Oberfläche zu bilden, die eine gehärtete Polymerzusammensetzung umfasst, die ein oder mehrere Polymere und einen oder mehrere nicht-kovalent und nicht-ionisch gebundene Photosensibilisatoren, wobei mindestens einer davon ein Xanthen-Photosensibilisator ist, in einer solchen Menge umfasst, dass die gehärtete Polymerzusammensetzung im Licht und im Dunkeln antimikrobielle Aktivität besitzt und weißes Testpapier, das mit einer Lösung von 95 Vol.-% Ethanol/5 Vol.-% Wasser gesättigt ist und mit der den einen oder die mehreren Photosensibilisatoren umfassenden gehärteten Polymerzusammensetzung unter einem Druck von 50 Gramm/cm² für eine Dauer von 5 Minuten in Kontakt gesetzt wird, nicht sichtbar färbt; und dass der ΔE-Wert zwischen einem Kontrollbereich des Testpapiers und einem mit der gehärteten Polymerzusammensetzung in Kontakt gebrachten Bereich nicht größer als 2,0 ist, wobei der Xanthen-Photosensibilisator die folgende Formel aufweist
wobei die negativen elektrischen Ladungen unabhängig mit den Kationen Na⁺, K⁺, Li⁺, H⁺ oder substituiertes Ammonium ausgeglichen sind; jeder Rest A unabhängig Wasserstoff, Chlor, Brom oder Iod darstellt; und jeder Rest B unabhängig Wasserstoff, Chlor, Brom oder Iod darstellt, und wobei der Photosensibilisator in der gehärteten Polymerzusammensetzung in einer Menge von 0,01 Gew.-% bis 10 Gew.-%, basierend auf dem trockenen Polymergewicht, vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gehärtete Polymerzusammensetzung ein oder mehrere Polymere, bei welchen es sich nicht um Cellulose handelt, und einen oder mehrere nicht-kovalent und nichtionisch gebundene Xanthen-Photosensibilisatoren umfasst.
Verfahren zum Einschränken der Gegenwart eines Mikroorganismus, wobei das Verfahren das Inkontaktbringen des Mikroorganismus mit der gehärteten Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1 umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei die gehärtete Polymerzusammensetzung die Gegenwart von mindestens einer Virusspezies, mindestens einer Bakterienspezies, mindestens einer Pilzspezies oder einer Kombination davon einschränkt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die gehärtete Polymerzusammensetzung eine mindestens 50%ige Reduktion der Menge von mindestens einer auf einer Oberfläche der gehärteten Polymerzusammensetzung nachgewiesenen Virusspezies in Bezug auf dasselbe gehärtete Polymer ohne den einen oder die mehreren Photosensibilisatoren unter denselben Bedingungen zeigt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die gehärtete Polymerzusammensetzung eine mindestens 40%ige Reduktion der Menge von mindestens einer auf einer Oberfläche der gehärteten Polymerzusammensetzung nachgewiesenen Pilz- oder Bakterienspezies in Bezug auf dasselbe gehärtete Polymer ohne den einen oder die mehreren Photosensibilisatoren unter denselben Bedingungen zeigt.
Verfahren zum Einschränken der Gegenwart eines Mikroorganismus, wobei das Verfahren das Inkontaktbringen des Mikroorganismus mit der gehärteten Polymerzusammensetzung nach Anspruch 2 umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, wobei der Photosensibilisator ausgewählt ist aus der Gruppe von Bengal-Rosa, Erythrosin, Eosin-Gelb, Fluorescin und Gemischen davon.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, wobei die gehärtete Polymerzusammensetzung aus einer filmbildenden Zusammensetzung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, wobei die gehärtete Polymerzusammensetzung ferner ein antimikrobielles Mittel, bei welchem es sich um keinen Photosensibilisator handelt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, wobei die gehärtete Polymerzusammensetzung in Form einer Beschichtung, eines selbsttragenden Films oder eines Formgegenstands vorliegt.
Gegenstand, der die gehärtete Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1 umfasst.
Gegenstand nach Anspruch 12, wobei der Photosensibilisator ausgewählt ist aus der Gruppe von Bengal-Rosa, Erythrosin, Eosin-Gelb, Fluorescin und Gemischen davon.
Gegenstand nach Anspruch 12, wobei die gehärtete Polymerzusammensetzung in Form einer Beschichtung, eines selbsttragenden Films oder eines Formgegenstands vorliegt.
Gegenstand nach Anspruch 12, bei welchem es sich um ein Operationstuch, eine Operationsgesichtsmaske, eine Dentalapplikation, einen Kosmetikapplikator, einen Schwamm, eine Kontaktlinse, einen Kontaktlinsenbehälter, einen Katheter, einen Krankenhauskittel, einen Operationshandschuh, ein Stethoskop oder eine Apparaturbedeckung handelt.
Gegenstand nach Anspruch 12, wobei das Polymer ein Polymer ist, bei welchem es sich nicht um Cellulose handelt.
Gegenstand, der die gehärtete Polymerzusammensetzung nach Anspruch 2 umfasst.
Kontaktlinsenbehälter, der die gehärtete Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1 umfasst.
Stethoskop, das die gehärtete Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1 umfasst.