DE60223589T2 - Verfahren zum modifizieren der oberfläche von biomedizinischen gegenständen - Google Patents

Verfahren zum modifizieren der oberfläche von biomedizinischen gegenständen Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modifikation der Oberfläche eines anorganischen oder organischen Bulkmaterials, wie Kontaktlinsen oder andere biomedizinische Artikel durch zumindest partielle Beschichtung der Oberflächen solcher Materialien mit einem hydrophilen Polymer.
  • Viele Vorrichtungen, die in biomedizinischen Anwendungen verwendet werden, erfordern, dass der Grundkörper der Vorrichtung eine Eigenschaft hat, während die Oberfläche der Vorrichtung eine andere Eigenschaft hat. Beispielsweise können Kontaktlinsen eine hohe Sauerstoffpermeabilität durch die Linsenmasse aufweisen, um eine gute Gesundheit der Kornea aufrechtzuerhalten. Jedoch sind Materialien, die eine ausnehmend hohe Sauerstoffpermeabilität aufweisen (beispielsweise Polysiloxane) typischerweise hydrophob und haften am Auge, wenn sie unbehandelt oder nicht Oberflächen-modifiziert sind. Daher weist eine Kontaktlinse im allgemeinen ein Grundkörpermaterial auf, das hoch sauerstoffpermeabel und hydrophob ist und eine Oberfläche, die behandelt oder beschichtet wurde, um die hydrophilen Eigenschaften zu erhöhen. Diese hydrophile Oberfläche erlaubt es der Linse, sich auf dem Auge relativ frei zu bewegen, ohne dass überschüssige Mengen an Tränenlipid und Protein anhaften.
  • Es wurde eine Vielzahl an unterschiedlichen Prozessierungsarten zur Herstellung hydrophiler polymerer Beschichtungen auf einem hydrophoben Substrat im Stand der Technik beschrieben.
  • Die EP 1 095 711 A beschreibt ein Beschichtungsverfahren, das umfasst
    • (a) Bereitstellung eines Bulkmaterials mit reaktiven Gruppen an der Oberfläche,
    • (b) Kovalente Bindung der Polymerisationsinitiatorreste an die reaktiven Gruppen an der Bulkmaterialoberfläche,
    • (c) Pfropfpolymerisation eines reaktiven Monomers auf die modifizierte Oberfläche,
    • (d) Umsetzung der reaktiven Gruppen auf dem in Schritt (c) gebildetem Polymer mit einem Polymerisationsinitiator, und
    • (e) Pfropfpolymerisation eines Monomers auf das durch den Initiator modifizierte Polymer.
  • Ein ähnliches Verfahren ist im Dokument EP 1 095 966 A beschrieben.
  • Die WO 99 57 581 A beschreibt, dass zuerst die Artikeloberfläche mit kovalent gebundenen Photoinitiatormolekülen ausgestattet wird, die modifizierte Oberfläche mit einer Schicht eines polymerisierbaren Makromonomers beschichtet wird und sie dann einer Hitze- oder Bestrahlungsbehandlung unterzogen wird, wobei das Makromonomer unter Bildung der neuen Artikeloberfläche pfropfpolymerisiert wird. Die kovalente Bindung der Photoinitiatormoleküle an die Artikeloberfläche wird erzeugt, indem zuerst die Artikeloberfläche einer Plasmabehandlung unterzogen wird und hiermit die Oberfläche mit funktionellen Gruppen ausstattet wird und dann diese funktionellen Gruppen mit co-reaktiven Gruppen eines funtionellen Photoinitiators umsetzt werden.
  • Eine Plasmabehandlung erfordert eine beträchtliche Investition in die Ausstattung und ist daher schwer in einem automatisierten Produktionsprozess zu integrieren. Beispielsweise erfordert eine Plasmabehandlung, dass der zu behandelnde Artikel vor der Exposition gegenüber dem Plasma trocken ist. Daher muss ein polymerer Artikel, wie eine Kontaktlinse, die aus einer vorherigen Hydratation oder Extraktion nass ist, vorher getrocknet werden, was Zeit in den gesamten Linsenproduktionsprozess einbringt, wie auch zusätzliche Kosten verursacht, ein Trocknungsequipment zu erhalten.
  • Daher ist es sehr erwünscht, den Oberflächenfunktionalisierungsschritt des in WO 99 57 581 A beschriebenen Verfahrens so zu modifizieren, dass die Plasmabehandlung vermieden wird und durch eine Technik ersetzt wird, die leicht mit einer Standardausstattung auszuführen ist und die so für einen automatisierten Produktionsprozess zugänglicher ist.
  • Die WO 99 35 520 A beschreibt eine biomedizinische Vorrichtung, die ein Kernmaterial mit einer im wesentlichen ungeladenen Oberfläche und eine hydrophile Oberflächenbeschichtung umfasst, welche zumindest einen Bilayer an polyionischen Materialien umfasst.
  • Die WO 01 92 924 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials, das folgende Schritte umfasst
    • (i) Bereitstellung eines anorganischen oder organischen Bulkmaterials,
    • (ii) Aufbringung eines Bilayers an Polyelektrolyten mit funktionellen Gruppen auf der Bulkmaterialoberfläche, wobei der Bilayer an Polyelektrolyten auf der Bulkmaterialoberfläche absorbiert wird,
    • (iii) Umsetzung der funktionellen Gruppen auf dem Bilayer mit einem co-reaktiven Photoinitiator,
    • (iv) Aufbringung einer Beschichtung aus einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten hydrophilen Monomeren auf die Bulkmaterialoberfläche, und
    • (v) Thermische Polymerisation der durch die Schritte (ii) bis (iv) erhaltenen Beschichtung oder durch Bestrahlung.
  • Das Verfahren der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der Beschreibung der WO 01 92 924 A dadurch, dass es vorgefertigte polyionische Materialien verwendet, die kovalent gebundene Photoinitiatormoleküle aufweisen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft daher in einem Aspekt ein Verfahren zur Beschichtung einer Materialoberfläche, das die folgenden Schritte umfasst:
    • (a) Bereitstellung eines anorganischen oder organischen Bulkmaterials,
    • (b) Bereitstellung eines oder mehrerer polyionischer Materialien, wovon wenigstens eines kovalent gebundene Initiatorreste für eine Radikalpolymerisation umfasst,
    • (c) Auftragung des polyionischen Materials der Stufe (b) auf das Bulkmaterial der Stufe (a) unter Bildung einer hydrophilen Schicht auf der Bulkmaterialoberfläche und
    • (d) Pfropfpolymerisation eines hydrophilen Monomers oder Makromonomers auf das polyionische Material.
  • Beispiele für geeignete Bulkmaterialien sind Quartz, Keramik, Silicatmineralien, Silicagele, Metalloxide, Kohlenstoffmaterialien, wie Graphit oder Glaskohlenstoff, natürliche oder synthetische organische Polymere oder Laminate, Verbundwerkstoffe oder Mischungen dieser Materialien, insbesondere natürliche oder synthetische, organische Polymere oder modifizierte Biopolymere, die in einer großen Vielzahl bekannt sind. Einige Beispiele für Polymere sind Polyadditions- und Polykondensationspolymere (Polyurethane, Epoxidharze, Polyether, Polyester, Polyamide und Polyimide), Vinylpolymere (Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyacrylamide, Polymethacrylamide, Polystyrol, Polyethylen und halogenierte Derivate hiervon, Polyvinylacetat und Polyacrylonitril) oder Elastomere (Silicone, Polybutadien und Polyisopren).
  • Eine bevorzugte Gruppe an zu beschichtenden Materialien sind die, welche herkömmlich zur Herstellung von biomedizinischen Vorrichtungen verwendet werden, beispielsweise Kontaktlinsen, insbesondere Kontaktlinsen zum längeren Tragen, die an sich nicht hydrophil sind. Solche Materialien sind dem Fachmann bekannt und können beispielsweise Polysiloxane, Perfluoralkylpolyether, fluorierte Poly(meth)acrylate oder äquivalent fluorierte Polymere, die beispielsweise von anderen polymerisierbaren Carbonsäuren, Polyalkyl(meth)acrylaten oder äquivalenten Alkylesterpolymeren abgeleitet sind, welche von anderen polymerisierbaren Carbonsäuren abgeleitet sind, oder fluorierte Polyolefine, wie fluoriertes Ethylen oder Propylen, beispielsweise Tetrafluorethylen, vorzugsweise in Kombination mit spezifischen Dioxolen, wie Perfluor-2,2-dimethyl-1,3-dioxol umfassen. Beispiele für geeignete Bulkmaterialien sind beispielsweise Materialien wie Lotrafilcon A, Neofocon, Pasifocon, Telefocon, Silafocon, Fluorsilfocon, Paflufocon, Silafocon, Elastofilcon, Fluorfocon oder Teflon AF, wie Teflon AF 1600 oder Teflon AF 2400, die Copolymere aus etwa 63 bis 73 Molprozent an Perfluor-2,2-dimethyl-1,3-dioxol und etwa 37 bis 27 Molprozent an Tetrafluorethylen oder aus etwa 80 bis 90 Molprozent Perfluor-2,2-dimethyl-1,3-dioxol und etwa 20 bis 10 Molprozent an Tetrafluorethylen sind.
  • Eine weitere Gruppe an bevorzugten zu beschichtenden Materialien sind amphiphile, segmentierte Copolymere, die zumindest ein hydrophobes Segment und zumindest ein hydrophiles Segment aufweisen, die über eine Bindung oder ein Brückenglied miteinander verbunden sind. Beispiele sind Siliconhydrogele, wie sie beispielsweise in WO 96/31792 A und WO 97/49740 A beschrieben sind.
  • Eine besonders bevorzugte Gruppe an Substratmaterialien umfasst organische Polymere, die ausgewählt sind aus Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polyacrylamiden, Poly(N,N-dimethylacrylamiden), Polymethacrylamiden, Polyvinylacetaten, Polysiloxanen, Perfluoralkylpolyethern, fluorierten Polyacrylaten oder -methacrylaten und amphiphil segmentierten Copolymeren, die zumindest ein hydrophobes Segment umfassen, beispielsweise ein Polysiloxan oder Perfluoralkylpolyethersegment oder ein gemischtes Polysiloxan/Perfluoralkylpolyethersegment und zumindest ein hydrophiles Segment, beispielsweise ein Polyoxazolin, Poly(2-hydroxyethylmethacrylat), Polyacrylamid, Poly(N,N-dimethylacrylamid), Polyvinylpyrrolidonpolyacryl- oder -polymethacrylsäuresegment oder ein copolymeres Gemisch aus zwei oder mehreren der zugrunde liegenden Monomeren.
  • Das zu beschichtende Material kann auch jedes Blut-kontaktierende Material sein, das herkömmlich zur Herstellung von Nierendialysemembranen, Blutlagerungsbeuteln, Schrittmacherhalterungen oder Vaskulärtransplantaten verwendet wird. Beispielsweise kann das auf der Oberfläche zu mofizierende Material ein Polyurethan, Polydimethylsiloxan, Polytetrafluorethylen, Polyvinylchlorid, Dacron® oder Silastic® Polymer sein oder ein Verbundwerkstoff, der hieraus hergestellt wird.
  • Darüberhinaus kann das zu beschichtende Material auch ein anorganisches oder metallisches Grundmaterial ohne geeignete reaktive Gruppen sein, beispielsweise Keramik, Quartz oder Metalle, wie Silizium oder Gold oder andere polymere oder nicht-polymere Substrate. Als Beispiele für implantierbare biomedizinische Anwendungen sind Keramiken sehr brauchbar. Zusätzlich dürften beispielsweise für Biosensoranwendungen hydrophil beschichtete Grundmaterialien unspezifische Bindungseffekte verringern, falls die Struktur der Beschichtung gut kontrolliert ist. Biosensoren können eine spezifische Kohlenhydratbeschichtung auf Gold, Quartz oder anderen nicht-polymeren Substraten erfordern.
  • Die Form des zu beschichtenden Materials kann innerhalb breiter Grenzen variieren. Beispiele sind Partikel, Granula, Kapseln, Fasern, Röhren, Filme oder Membranen, vorzugsweise Gussformen aller Arten, wie ophthalmologische Gussformen, beispielsweise Intraokularlinsen, künstliche Cornea oder insbesondere Kontaktlinsen.
  • Geeignete Substanzen, die unter Bildung der polymeren Schicht gemäß Schritt (c) der vorliegenden Erfindung verendet werden können, umfassen verschiedene polyionische Materialien, die reaktive funktionelle Gruppen aufweisen, wobei an einigen hiervon Initiatorreste für die radikalische Polymerisation kovalent gebunden sind. Das Verhältnis an freien reaktiven funktionellen Gruppen zu funktionellen Gruppen, die an Initiatorreste zur radikalischen Polymerisation gebunden sind, kann innerhalb weiter Grenzen variieren, beispielsweise von 10:1 bis 200:1.
  • Eine polymere Schicht gemäß Schritt (c) kann ein einzelnes Polymer, ein erstes und ein zweites ionisches Polymer mit entgegengesetzten Ladungen oder unterschiedliche Polymere umfassen, die gleiche oder unterschiedliche Ladungen aufweisen. Diese polymeren Schichten können auch polyionische Materialien umfassen, denen kovalent gebundene Initiatormoleküle zur radikalischen Polymerisation fehlen.
  • Die polyionischen Materialien, an die Initiatormoleküle zur radikalischen Polymerisation kovalent zur Verwendung in Schritt (b) gebunden sind, umfassen polyanionische und/oder polykationische Polymere. Beispiele für geeignete anionische Materialien umfassen beispielsweise ein synthetisches Polymer, ein Biopolymer oder ein modifiziertes Polymer, das Carboxy-, Sulfo-, Sulfato-, Phosphono- oder Phosphatogruppen oder Gemische hiervon oder ein Salz hiervon umfasst, beispielsweise ein biomedizinisch annehmbares Salz und speziell ein ophthalmologisch annehmbares Salz hiervon, wenn das zu beschichtende Substrat eine ophthalmologische Vorrichtung ist.
  • Beispiele für synthetische anionische Materialen sind: Eine lineare Polyacrylsäure (PAA), eine verzweigte Polyacrylsäure, beispielsweise vom Typ Carbophil oder Carbopol von Goodrich Corp., eine Polymethacrylsäure (PMA), eine Polyacrylsäure oder ein Polymethacrylsäurecopolymer, beispielsweise ein Copolymer aus Acryl- oder Methacrylsäure und einem weiteren Vinylmonomer, beispielsweise Acrylamid, N,N-Dimethylacrylamid oder N-Vinylpyrrolidon, ein Maleinsäure- oder Fumarsäurecopolymer, eine Polystyrolsulfonsäure (PSS), eine Polyamidosäure, beispielsweise ein Carboxy-terminiertes Polymer eines Diamins und einer Di- oder Polycarbonsäure, beispielsweise Carboxy-terminierte Starbust® PAMAM Dendrimere (Aldrich), eine Poly(2-acrylamido-2-methylpropansulfonsäure) (Poly-AMPS) oder ein Alkylenpolyphosphat, Alkylenpolyphosphonat, Kohlenhydratpolyphosphonat oder Kohlenhydratpolyphosphonat, beispielsweise Teichonsäure.
  • Beispiele für anionische Biopolymere oder modifizierte Biopolymere sind: Hyaluronsäure, Glycosaminoglycane, wie Heparin oder Chondroitinsulfat, Fucoidan, Polyasparaginsäure, Polyglutaminsäure, Carboxymethylcellulose, Carboxymethyldextrane, Alginate, Pektine, Gellan, Carboxyalkylchitine, Chitosan, Carboxymethylchitosane und sulfatierte Polysaccharide.
  • Ein bevorzugtes anionisches Polymer ist eine lineare oder verzweigte Polyacrylsäure oder ein Acrylsäurecopolymer. Ein bevorzugteres anionisches Polymer ist eine lineare oder verzweigte Polyacrylsäure. Eine verzweigte Polyacrylsäure wird in diesem Zusammenhang so verstanden, dass sie eine Polyacrylsäure meint, die durch die Polymerisierung von Acrylsäure in Gegenwart von geeigneten (geringen) Mengen einer Di- oder Polyvinylverbindung erhältlich ist.
  • Ein geeignetes kationisches Polymer ist beispielsweise ein synthetisches Polymer, Biopolymer oder modifiziertes Biopolymer, das primäre oder sekundäre Aminogruppen oder ein geeignetes Salz hiervon aufweist, vorzugsweise ein ophthalmologisch annehmbares Salz hiervon, beispielsweise ein Hydrohalogenid, wie ein Hydrochlorid hiervon.
  • Beispiele für synthetische kationische Polymere sind
    • (i) Ein Polyallylamin (PAH) Homo- oder Copolymer, das optional Modifikationseinheiten umfasst,
    • (ii) Ein Polyethylenimin (PEI),
    • (iii) Ein Polyvinylaminhomo- oder -copolymer, das optional Modifikationseinheiten umfasst,
    • (iv) Ein Poly(vinylbenzyltri-C1-C4-alkylammoniumsalz), beispielsweise ein Polyvinylbenzyltrimethylammoniumchlorid,
    • (v) Ein Polymer eines aliphatischen oder araliphatischen Dihalogenids und eines aliphatischen N,N,N',N'-Tetra-C1-C4-alkylalkylendiamins, beispielsweise ein Polymer aus (a) Propylen-1,3-dichlorid oder -dibromid oder p-Xyloldichlorid oder -dibromid und (b) N,N,N',N'-Tetramethyl-1,4-tetramethylendiamin,
    • (vi) Ein Polyvinylpyridin oder Polyvinylpyridiniumsalzhomo- oder -copolymer,
    • (vii) Ein Poly-N,N-diallyl-N,N-di-C1-C4-alkylammoniumhalogenid, das Einheiten der folgenden Formel umfasst
      Figure 00050001
      worin R2 und R2' jeweils unabhängig für C1-C4 Alkyl, insbesondere Methyl stehen und An– beispielsweise für ein Halogenidanion, wie ein Chloridanion steht,
    • (viii) Ein Homo- oder Copolymer eines quarternisierten Di-C1-C4-alkylaminoethylacrylats oder -methacrylats, beispielsweise eines Poly-2-hydroxy-3-methacryloylpropyltri-C1-C2-alkylammoniumsalzhomopolymers, wie ein Poly-2-hydroxy-3-methacryloylpropyltrimethylammoniumchlorid oder ein quarternisiertes Poly-2-dimethylaminoethylmethacrylat oder ein quarternisiertes Polyvinylpyrrolidon-co-2-dimethylaminoethylmethacrylat,
    • (ix) Polyquad®, wie dies beispielsweise in EP 0 456 467 A beschrieben ist, oder
    • (x) Ein Polyaminoamid (PAMAM), beispielsweise ein lineares PAMAM oder ein PAMAM Dendrimer, wie ein aminoterminiertes Starbust® PAMAM Dendrimer (Aldrich).
  • Geeignete Modifikationseinheiten der Polyallylamins (i) sind beispielsweise aus WO 00 31 150 A bekannt.
  • Das Molekulargewicht der anionischen und kationischen Polymere, die in Schritt (b) verwendet werden, kann innerhalb breiter Bereiche variieren in Abhängigkeit von den gewünschten Charakteristiken, wie Adhäsion auf dem Bulkmaterial, Beschichtungsdicke und dergleichen. Im allgemeinen hat sich ein mittleres Molekulargewicht von etwa 5 000 bis etwa 5 000 000, vorzugsweise 10 000 bis 1 000 000, bevorzugter 15 000 bis 500 000, noch bevorzugter 20 000 bis 200 000 und insbesondere 40 000 bis 150 000 als wertvoll sowohl für anionische als auch kationische Polymere herausgestellt, die in Schritt (b) verwendet werden.
  • Beispiele für kationische Biopolymere oder modifizierte Biopolymere, die zur Herstellung von polyionischen Materialien verwendet werden können, welche kovalent gebundene Initiatorreste für eine radikalische Polymerisation gemäß Schritt b) enthalten, umfassen: Basische Peptide, Proteine oder Glucoproteine, beispielsweise ein Poly-ε-lysin, Albumin oder Kollagen, aminoalkylierte Polysaccharide, wie ein Chitosan oder Aminodextrane.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform eines anionischen Materials, das kovalent gebundene Initiatormoleküle zur radikalischen Polymerisation umfasst, ist ein Derivat einer Polyacrylsäure, die Strukturelemente der folgenden Formel umfasst
    Figure 00060001
    worin
    PI für den Rest eines Photoinitiators steht,
    die Summe von (g + h) eine ganze Zahl von 15 bis 10 000 ist und
    das Verhältnis von g:h 200:1 bis 10:1 beträgt.
  • Bevorzugt ist ein Verhältnis von g:h von 40:1 bis 20:1.
  • Weitere bevorzugte anionische Materialien zur Verwendung in Schritt b) sind Hyaluronsäurederivate, die Struktureinheiten der folgenden Formel umfassen
    Figure 00060002
    worin
    PI für den Rest eines Photoinitiators steht,
    die Summe von (g + h) eine ganze Zahl von 15 bis 25 000 ist und
    das Verhältnis von g:h 200:1 bis 10:1 beträgt.
  • Bevorzugt ist ein Verhältnis von g : h von 40:1 bis 10:1.
  • Ein bevorzugtes kationisches Material zur Verwendung in Schritt b) ist ein Polyethyleniminderivat, das Struktureinheiten der folgenden Formel umfasst
    Figure 00060003
    worin
    PI1 für den Rest eines Photoinitiators steht,
    die Summe von (g + h) eine ganze Zahl von 10 bis 10 000 ist und worin
    das Verhältnis von g:h 200:1 bis 10:1 beträgt.
  • Bevorzugt ist ein Verhältnis von g:h von 40:1 bis 20:1.
  • Ein bevorzugtes kationisches Material zur Verwendung in Schritt b) ist ein Polyallylaminderivat, das Struktureinheiten der folgenden Formel umfasst
    Figure 00070001
    worin
    PI1 für den Rest eines Photoinitiators steht,
    die Summe von (g + h) eine ganze Zahl von 15 bis 1 000 ist und
    das Verhältnis von g:h 200:1 bis 10:1 beträgt.
  • Bevorzugt ist ein Verhältnis von g:h von 40:1 bis 20:1.
  • Funktionalisierte Photoinitiatoren, die zur Bindung an reaktive funktionelle Gruppen polyionischer Materialien geeignet sind, sind bekannt und beispielsweise beschrieben in WO 86 05 778 A , EP 063232981 und EP 0 800 511 61 .
  • Geeignete Photoinitiatorreste PI für polyionische Materialien der Formel (3) und (4) sind beispielsweise Photoinitiatorreste PI1 der Formel
    Figure 00070002
    polyionische Materialien der Formel (1) und (2), und Photoinitiatorreste PI2 der folgenden Formel
    Figure 00070003
    worin Z für bivalentes -O-, -NH- oder -NR12- steht, Z1 für -O-, -O-(O)C-, -C(O)-O- oder -O-C(O)-O- steht, R3 für H, C1-C12-Alkyl, C1-C12-Alkoxy oder N-C1-C12-Alkylamino steht, R4 und R5 jeweils unabhängig voneinander für H, lineares oder verzweigtes C1-C8-Alkyl, C1-C8-Hydroxyalkyl oder C6-C10-Aryl stehen, oder die Gruppen R4-(O)b1- und R4-(O)b2- zusammen für -(CH2)c- stehen, worin c für 3 bis 5 steht, oder die Gruppen R4-(O)b1-, R4-(O)b2- und R5-(O)b3- zusammen für einen Rest der folgenden Formel stehen
    Figure 00080001
    R2 für eine direkte Bindung oder für lineares oder verzweigtes C1-C8-Alkylen steht, das unsubstituiert oder substituiert ist durch -OH und/oder das ununterbrochen oder unterbrochen ist durch eine oder mehrere Gruppen -O-, -O-C(O)- oder -O-C(O)-O-, R1 für verzweigtes C3-C18-Alkylen, unsubstituiertes oder durch C1-C4-Alkyl oder C1-C4-Alkoxy substituiertes C6-C10-Arylen, unsubstituiertes oder durch C1-C4-Alkyl oder C1-C4-Alkoxy substituiertes C7-C18-Aralkylen, unsubstituiertes oder durch C1-C4-Alkyl oder C1-C4-Alkoxy substituiertes C3-C8-Cycloalkylen, unsubstituiertes oder durch C1-C4-Alkyl oder C1-C4-Alkoxy substituiertes C3-C8-Cycloalkylen-CyH2y- oder unsubstituiertes oder durch C1-C4-Alkyl oder C1-C4-Alkoxy substituiertes -CyH2y-(C3-C8-Cycloalkylen)-CyH2y- steht, worin y für 1 bis 6 steht, R6 unabhängig die gleichen Definitionen wie R1 hat oder für lineares C3-C18-Alkylen steht, R12 für lineares oder verzweigtes C1-C6-Alkyl steht, das weiter substituiert sein kann beispielsweise durch Hydroxy, T für bivalentes -O-, -NH-, -S-, C1-C8-Alkylen oder den Rest
    Figure 00080002
    steht, Z2 für eine direkte Bindung oder -O-(CH2)d- oder -(OCH2CH2)d- steht, worin für 1 bis 6 steht und die terminale Gruppe CH2 hiervon jeweils an das benachbarte T in der Formel (3c) gebunden ist, R8 für lineares oder verzweigtes C1-C8-Alkyl, C2-C8-Alkenyl oder C6-C10-Aryl-C1-C8-alkyl steht, R9 unabhängig von R8 die gleichen Definitionen wie R8 hat oder für C6-C10-Aryl steht oder R8 und R9 zusammen für -(CH2)e- stehen, worin e für 2 bis 6 steht, R10 und R11 jeweils unabhängig voneinander für lineares oder verzweigtes C1-C8-Alkyl stehen kann, das durch C1-C4-Alkoxy substituiert sein kann, oder für C6-C10-Aryl-C1-C8-alkyl oder C2-C8-Alkenyl, oder R10 und R11 zusammen für -(CH2)f1-Z3-(CH2)f2- stehen, worin Z3 für eine direkte Bindung -O-, -S- oder -NR7- steht, und R7 für H oder C1-C8-Alkyl steht und f1 und f2 jeweils unabhängig voneinander für 2 bis 4 stehen, R13 und R13' jeweils unabhängig voneinander für H, C1-C8-Alkyl, C3-C8-Cycloalkyl, Benzyl oder Phenyl stehen und a, a1, b1, b2 und b3 jeweils unabhängig voneinander für 0 oder 1 stehen, mit den Maßgaben, dass b1 und b2 jeweils für 0 stehen, wenn R15 für H steht, dass die Summe aus (b1 + b2 + b3) nicht mehr als 2 beträgt und dass a für 0 steht, wenn R12 für eine direkte Bindung steht.
  • Einige Beispiele für Photoinitiatoren, die speziell für die kovalente Bindung an das polyionische Material bevorzugt sind, sind Isocyanat-tragende Verbindungen der Formel
    Figure 00080003
    Figure 00090001
    OCN-CH2-C(CH3)2-CH2-CH(CH3)-CH2-CH2-NH-C(O)-O-R22 (5d3),worin R22 für einen der folgenden Reste steht
    Figure 00090002
  • Die Photoinitiatorgruppen der polyionischen Materialien von Schritt b) sind kovalent an reaktive Gruppen des erforderlichen Polymers unter Verwendung eines Photoinitiators mit einer co-reaktiven, funktionellen Gruppe gebunden.
  • Die kovalente Kupplung der funktionellen Gruppen des polyionischen Materials mit co-reaktiven Gruppen eines Photoinitiators sind in der Technik gut bekannt und können ausgeführt werden, wie dies in den Lehrbüchern der organischen Chemie beschrieben ist.
  • Beispielsweise kann die Umsetzung von Amino- oder Hydroxygruppen eines polyionischen Materials mit Isocyanat- oder Isothiocyanatgruppen eines Photoinitiators in einem organischen Lösemittel ausgeführt werden, wie beispielsweise Petrolether, Methylcyclohexan, Toluol, Acetonitril, Chloroform, Methylenchlorid und dergleichen und einem Ether, beispielsweise Diethylether, Tetrahydrofuran, Dioxan oder ein polareres Lösemittel, wie DMSO, DMA, N-Methylpyrrolidon bei einer Temperatur von 0 bis 100°C, vorzugsweise 0 bis 50°C und insbesondere vorzugsweise bei Raumtemperatur, optional in Gegenwart eines Katalysators, beispielsweise eines tertiären Amins, wie Triethylamin oder Tri-n-butylamin, 1,4-Diazabicyclooctan oder einer Zinnverbindung, wie Dibutylzinndilaurat oder Zinndioctanoat. Es ist vorteilhaft, die obigen Reaktionen unter einer inerten Atmosphäre auszuführen, beispielsweise unter einer Stickstoff- oder Argonatmosphäre.
  • Falls das polyionische Material eine Carboxygruppe umfasst, kann die Umsetzung der Carboxygruppe mit einer Amino- oder Hydoxygruppe eines funktionalisierten Photoinitiators oder umgekehrt die Umsetzung einer Amino- oder Hydroxygruppe des polyionischen Materials mit einem Carboxyfunktionalisierten Polymerisationsinitiator unter den Bedingungen ausgeführt werden, die für eine Ester- oder Amidbildung herkömmlich sind, beispielsweise in einem polaren Lösemittel bei einer Temperatur von etwa Raumtemperatur bis etwa 100°C. Es ist ferner bevorzugt, die Veresterung- oder Amidierungsreaktion in Gegenwart eines Aktivierungsmittels auszuführen, beispielsweise N-Ethyl-N'-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimid (EDC), N-Hydroxysuccinimid (NHS), Sulfo-N-hydroxysuccinimid oder N,N'-Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) oder in Gegenwart eines o-Benzotriazoluroniumsalzes, wie o-(Benzotriazol-1-yl)-N,N,N,N-tetramethyluroniumhexafluorphosphat. Am bevorzugtesten wird die Carboxygruppe 12 vorher in eine aktivierte Estergruppe unter Verwendung der oben erwähnten Aktivierungsmittel umgewandelt und der aktivierte Ester wird dann weiter mit den Hydroxy- oder vorzugsweise Aminogruppen umgesetzt.
  • Die Anwendung der polyionischen Materialien gemäß Schritt (b) kann gemäß an sich bekannter Verfahren ausgeführt werden. Beispielsweise wird das Bulkmaterial in eine Lösung des anionischen und kationischen Polymers getaucht oder es werden jeweils eine oder mehrere Schichten des anionischen und kationischen Polymers nacheinander auf der modifizierten Bulkmaterialoberfläche abgelagert, beispielsweise durch Tauchen, Sprühen, Drucken, Verteilen, Gießen, Rollen, Rotationsbeschichtung oder Vakuumdampfablagerung, wobei Sprühen oder insbesondere Tauchen bevorzugt sind. Nach der Ablagerung des ionischen Polymers kann das Bulkmaterial vor der Ablagerung des nächsten ionischen Polymers mit entgegengesetzten Ladungen gewaschen oder getrocknet werden. Jedoch ist es bevorzugt, einen Wasch- oder Trocknungsschritt zwischen der Anbindung des ersten und zweiten ionischen Polymers wegzulassen.
  • Ein bevorzugtes Tauchverfahren umfasst die Schritte (i) Auftragen einer Beschichtung eines ersten ionischen Polymers, beispielsweise eines kationischen oder vorzugsweise eines anionischen Polymers auf das Bulkmaterial durch Tauchen des Bulkmaterials in eine Lösung des ersten ionischen Polymers, (ii) optional Waschen des Bulkmaterials durch Tauchen in einer Waschlösung, (iii) optional Trocknung des Bulkmaterials und (iv) Anwendung einer Beschichtung eines zweiten ionischen Polymers mit Ladungen, die zu denen des ersten ionischen Polymers entgegengesetzt sind, beispielsweise eines anionischen oder vorzugsweise eines kationischen Polymers auf das Bulkmaterial durch Tauchen des Bulkmaterials in eine Lösung des zweiten ionischen Polymers. Ein bevorzugteres Tauchverfahren umfasst die Schritte der Auftragung einer Beschichtung des ersten und zweiten ionischen Polymers durch Tauchen des Bulkmaterials nacheinander jeweils in eine Lösung des ersten und zweiten ionischen Polymers ohne einen Wasch- oder Trocknungsschritt dazwischen. Ein weiteres Tauchverfahren umfasst das Tauchen des Bulkmaterials in eine Lösung, die sowohl das anionische als auch kationische Polymer umfasst.
  • In den oben erwähnten Verfahren umfasst zumindest eines der ionischen Polymere, beispielsweise das kationische oder das anionische oder beide einen kovalent gebundenen Photoinitiator.
  • Die Tauchlösungen des anionischen und kationischen Polymers umfassen im allgemeinen das entsprechende Polymer verdünnt in einem oder mehreren unterschiedlichen Lösemitteln. Geeignete Lösemittel sind beispielsweise Wasser oder eine wässrige Lösung, die ein wassermischbares organisches Lösemittel, beispielsweise ein C1-C4 Alkanol, wie Methanol oder Ethanol umfasst, wobei das bevorzugte Lösemittel reines Wasser ist. Die wässrigen Lösungen des kationischen oder anionischen Polymers haben jeweils vorteilhafterweise einen leicht sauren pH Wert, beispielsweise einen pH von etwa 2 bis etwa 5 und vorzugsweise von etwa 2,5 bis etwa 4,5. Die Konzentration der Tauchlösungen kann innerhalb breiter Grenzen in Abhängigkeit von beispielsweise dem im einzelnen beteiligten ionischen Polymer variieren. Jedoch ist es im allgemeinen bevorzugt, relativ verdünnte Lösungen der ionischen Polymere zu formulieren. Eine bevorzugte anionische oder kationische Polymerkonzentration beträgt etwa 0,0001 bis etwa 0,25 Gewichtsprozent, bevorzugter 0,0005 bis 0,15 Gewichtsprozent und insbesondere 0,001 bis 0,1 Gewichtsprozent relativ zum Gesamtgewicht der Lösung.
  • Eine geeignete Waschlösung ist, falls eine verwendet wird, eine wässrige Lösung, insbesondere eine wässrige Lösung, die bei einem pH von etwa 2 bis etwa 7, bevorzugter 2 bis 5 und noch bevorzugter 2,5 bis 4,5 gepuffert ist.
  • Partielle Trocknung oder die Entfernung von überschüssiger Waschlösung von der Oberfläche zwischen den Lösungsanwendungen, kann, falls dies anwendbar ist, durch eine Vielzahl an Mitteln ereicht werden, die in der Technik bekannt sind. Während das Bulkmaterial partiell getrocknet wird, indem man die Linse nur eine bestimmte Zeit an der Luftatmosphäre lässt, ist es bevorzugt, die Trocknung durch einen milden Luftstrom auf die Oberfläche zu beschleunigen. Die Flussrate kann als Funktion der Stärke des zu trocknenden Materials und der mechanischen Fixierung des Materials getrocknet werden. Es sollte erwähnt werden, dass es nicht erforderlich ist, das Bulkmaterial vollständig zu trocknen.
  • Der „partielle Trocknungsschritt" bezieht sich, wie er hierin verwendet wird, auf die Entfernung von Lösungströpfchen, die an der Linsenoberfläche hängen, anstatt auf eine Trocknung der Linse. Daher ist es bevorzugt, nur in einem Ausmaß zu trocknen, dass jeder Wasser- oder Lösungsfilm von der Oberfläche entfernt wird.
  • Hydrophile, ethylenisch ungesättigte Makromonomere zur Pfropfpolymerisierung aus der Bulkmaterialoberfläche gemäß Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens sind beispielsweise aus WO 99 57 581 A bekannt. Ein geeignetes Makromonomer ist beispielsweise eines der Formel
    Figure 00110001
    worin R32 für Wasserstoff, C1-C6-Alkyl oder einen Rest -COOR' steht,
    R, R' und R32' jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C1-C6-Alkyl stehen,
    A für eine direkte Bindung oder einen Rest der folgenden Formeln steht -C(O)-(A1)n-X- (7a) oder -(A2)m-NH-C(O)-X- (7b) oder -(A2)m-X-C(O)- (7c) oder -C(O)-NH-C(O)-X- (7d) oder -C(O)-X1-(Alk*)-X-C(O)- (7e), oder A und R32 zusammen mit der benachbarten Doppelbindung für einen Rest der folgenden Formel stehen
    Figure 00120001
    A1 für -O-C2-C12-Alkylen steht, das unsubstituiert oder substituiert ist durch Hydroxy, oder für -O-C2-C12-Alkylen-NH-C(O)- oder -O-C2-C12-Alkylen-O-C(O)-NH-R33-NH-C(O)- oder -NH-(Alk*)-C(O)- steht, worin (Alk*) für C1-C6-Alkylen steht, und R33 für lineares oder verzweigtes C1-C18-Alkylen oder unsubstituiertes oder durch C1-C4-Alkyl oder C1-C4-Alkoxy substituiertes C6-C10-Arylen, C7-C18-Aralkylen, C6-C10-Arylen-C1-C2-alkylen-C6-C10-arylen, C3-C8-Cycloalkylen, C3-C8-Cycloalkylen-C1-C6-alkylen, C3-C8-Cycloalkylen-C1-C2-alkylen-C3-C8-cycloalkylen oder C1-C6-Alkylen-C3-C8-cycloalkylen-C1-C6-alkylen steht, A2 für C1-C8-Alkylen, Phenylen oder Benzylen steht,
    m und n jeweils unabhängig voneinander für 0 oder 1 stehen,
    X, X1 und X' jeweils unabhängig voneinander für eine bivalente Gruppe -O- oder -NR''- stehen, worin R'' für Wasserstoff oder C1-C6-Alkyl steht,
    (Alk*) für C2-C12-Alkylen steht, und
    (Oligomer) die folgenden Bedeutungen hat
    • (i) den Rest eines Telomers der Formel
      Figure 00120002
      worin (Alk) für C2-C12-Alkylen steht, Q für eine monovalente Gruppe steht, die als ein Polymerisationskettenreaktionsterminator geeignet ist, p und q jeweils unabhängig voneinander für 0 bis 350 stehen, worin die Summe aus (p + q) für 2 bis 350 steht, und B und B' unabhängig voneinander für einen 1,2-Ethylenrest stehen, der ableitbar ist von einem copolymerisierbaren Vinylmonomer durch Ersatz der Vinyldoppelbindung durch eine Einfachbindung, wobei wenigstens einer der Reste B und B' durch einen hydrophilen Substituenten substituiert ist, oder
    • (ii) den Rest eines Oligomers der Formel
      Figure 00120003
      worin R19 für Wasserstoff oder unsubstituiertes oder durch Hydroxy substituiertes C1-C12-Alkyl steht, u für 2 bis 250 steht und Q' für einen Rest eines Polymerisationsinitiators steht, oder
    • (iii) den Rest der Formel
      Figure 00120004
      worin R19, X und u wie oben definiert sind, oder
    • (iv) den Rest eines Oligomers der Formel
      Figure 00130001
      worin R20 und R20' jeweils unabhängig für C1-C4-Alkyl stehen, An– für ein Anion steht, v für 2 bis 250 steht und Q'' für eine monovalente Gruppe steht, die als ein Polymerisationskettenreaktionsterminator geeignet ist, oder
    • (v) den Rest eines Oligopeptids der folgenden Formeln -(CHR21-C(O)-NH)t-CHR21-COOH (8d) oder -CHR21-(NH-C(O)-CHR21)t-NH2 (8d')worin R21 für Wasserstoff oder C1-C4-Alkyl steht, das unsubstituiert oder substituiert ist durch Hydroxy, Carboxy, Carbamoyl, Amino, Phenyl, o-, m- oder p-Hydroxyphenyl, Imidazolyl, Indolyl oder einen Rest -NH-C(=NH)-NH2 steht und t für 2 bis 250 steht, oder den Rest eines Oligopeptids, der auf Prolin oder Hydroxyprolin basiert, oder
    • (vi) den Rest eines Polyalkylenoxids der folgenden Formel -(Alk**-O)z-[CH2-CH2-O]r-[CH2-CH(CH3)-O]s-R34 (8e)worin R34 für Wasserstoff oder C1-C24-Alkyl steht, (Alk**) für C2-C4-Alkylen steht, z für 0 oder 1 steht, r und s jeweils unabhängig für 0 bis 250 stehen und die Summe aus (r + s) für 2 bis 250 steht, oder
    • (vii) den Rest eines Oligosaccharids, mit den Maßgaben, dass A keine direkte Bindung ist, falls (Oligomer) ein Rest der Formel (8a) ist, A ein Rest der Formeln (7a), (7b) oder (7d) ist oder A und R32 zusammen mit der benachbarten Doppelbindung für einen Rest der Formel (7f) stehen, falls (Oligomer) ein Rest der Formeln (8b), (8c), (8d) oder (8e) ist, oder der Rest eines Oligosaccharids ist, A eine direkte Bindung ist, falls (Oligomer) ein Rest der Formel (8b') ist, und A ein Rest der Formeln (7c) oder (7e) ist, falls (Oligomer) ein Rest der Formel (8d') ist.
  • Die folgenden Bevorzugungen treffen auf die Variablen zu, die in der Definition des Makromonomers der Formel (6) enthalten sind:
    R' steht vorzugsweise für Wasserstoff oder C1-C4 Alkyl, bevorzugter Wasserstoff oder C1-C2 Alkyl und besonders bevorzugt für Wasserstoff.
    R32 steht vorzugsweise für Wasserstoff, Methyl oder Carboxyl und besonders bevorzugt für Wasserstoff.
    R steht vorzugsweise für Wasserstoff oder Methyl.
    X steht vorzugsweise für eine bivalente Gruppe -O- oder -NH-. X steht besonders bevorzugt für die Gruppe -NH-, falls (Oligomer) für einen Rest der Formel (8a), (c) oder (d) steht und steht besonders bevorzugt für die Gruppe -O-, falls (Oligomer) für einen Rest der Formel (8b) oder (8e) steht oder steht vorzugsweise für einen Rest eines Oligosaccharids. X' steht vorzugsweise für -O- oder -NH- und bevorzugter -NH-. X1 steht vorzugsweise für -O- oder -NH-.
  • Der Rest R33 hat eine symmetrische oder vorzugsweise eine asymmetrische Struktur. R33 steht vorzugsweise für lineares oder verzweigtes C6-C10 Alkylen, Cycloalkylen-Methylen oder Cychexylen-Methylen-Cyclohexylen, das jeweils unsubstituiert oder im Cyclohexylrest mit 1 bis 3 Gruppen substituiert ist oder Phenylen oder Phenylen-Methylen-Phenylen jeweils unsubstituiert oder im Phenylring durch Methyl substituiert sind. Der bivalente Rest R33 leitet sich vorzugsweise von einem Diisocyanat und vor allem von einem Diisocyanat ab, das aus der Gruppe Isophorondiisocyanat (IPDI), Toluylen-2,4-diisocyanat (TDI) 4,4'-Methylenbiscyclohexylisocyanat, 1,6-Diisocyanat-2,2,4-trimethyl-n-hexan (TMDI), Methylenbisphenylisocyanat, Methylenbiscyclohexyl-4-isocyanat und Hexamethylendiisocyanat (HMDI) ausgewählt ist.
  • Bevorzugte Bedeutungen für A1 sind unsubstituiertes oder hydroxysubstituiertes -O-C2-C8-Alkylen oder ein Rest -O-C1-C6-Alkylen-NH-C(O)- und insbesondere -O-(CH2)2-4- -O-CH2-CH(OH)-CH2- oder ein Rest -O-(CH2)2-4-NH-C(O)-. Eine bevorzugte Bedeutung von A1 ist der Rest -O-(CH2)2-NH-C(O)-.
  • A2 steht vorzugsweise für C1-C6 Alkylen, Phenylen oder Benzylen, bevorzugter C1-C4 Alkylen und noch bevorzugter C1-C2 Alkylen.
  • n steht für eine ganze Zahl von 0 oder vorzugsweise 1. m steht vorzugsweise für die ganze Zahl 1.
  • R32' steht vorzugsweise für Wasserstoff oder Methyl und insbesondere vorzugsweise Wasserstoff. Falls (Oligomer) für einen Rest der Formel (8a), (8b), (8c), (8d) oder (8e) steht oder für den Rest eines Oligosaccharids, dann steht A vorzugsweise für einen Rest der Formel (7a) oder (7b) und besonders bevorzugt für einen Rest der Formel (7a), worin die oben angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen für die hierin enthaltenen Variablen zutreffen.
  • Eine bevorzugte Gruppe an hydrophilen Makromonomeren gemäß der Erfindung umfasst Verbindungen der obigen Formel (6), worin R für Wasserstoff oder Methyl steht, R32 für Wasserstoff, Methyl oder Carboxyl steht, R32' für Wasserstoff steht, A für einen Rest der Formel (7a) oder (7b) steht und (Oligomer) für einen Rest der Formel (6a), (8b), (8c), (8d) oder (8e) oder für den Rest eines Oligosaccharids steht. Eine noch bevorzugtere Gruppe an hydrophilen Makromonomeren umfasst Verbindungen der obigen Formel (4), worin R für Wasserstoff oder Methyl steht, R32 und R32' jeweils für Wasserstoff stehen, A für einen Rest der Formel (7a) steht und (Oligomer) für einen Rest der Formel (8a) steht. Eine weitere Gruppe der bevorzugteren Makromonomeren umfasst Verbindungen der Formel (6), worin A für einen Rest der Formel (7e) oben steht und (Oligomer) für einen Rest der Formel (8a) steht.
  • (Alk*) steht vorzugsweise für Methylen, Ethylen oder 1,1-Dimethylmethylen, insbesondere einen Rest -CH2- oder -C(CH3)2-.
  • (alk) und (alk*) stehen jeweils unabhängig vorzugsweise für C2-C8 Alkylen, bevorzugter C2-C6 Alkylen, noch bevorzugter C2-C4 Alkylen und besonders bevorzugt 1,2-Ethylen. Die Alkylenreste (alk) und (alk*) können verzweigte oder vorzugsweise lineare Alkylenreste sein.
  • Q steht beispielsweise für Wasserstoff.
  • Die Summe aus (p + q) steht vorzugsweise für eine ganze Zahl von 2 bis 150, bevorzugter 5 bis 100, noch bevorzugter von 5 bis 75 und besonders bevorzugt von 10 bis 50. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht q für 0 und p steht für eine ganze Zahl von 2 bis 250, vorzugsweise 2 bis 150, bevorzugter 5 bis 100, noch bevorzugter 5 bis 75 und besonders bevorzugt 10 bis 50.
  • Geeignete hydrophile Substituenten der Reste B oder B' sind jene, die in WO 99 57 581 A auf den Seiten 16 bis 24 beschrieben sind.
  • Eine Gruppe an bevorzugten nicht-ionischen Substituenten von B oder B' umfasst C1-C2 Alkyl, das unsubstituiert oder durch –OH oder -NR23R23' substituiert ist, worin R23 und R23' jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C1-C2 Alkyl stehen, einen Rest –COOY, worin Y für C1-C4 Alkyl steht, C2-C4 Alkyl, das durch -OH oder -NR23R23' substituiert ist, worin R23 und R23' jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C1-C2 Alkyl stehen oder Y für einen Rest -C2-C4 Alkylen-NH-C(O)-O-G steht, worin -O-G der Rest eines Saccharids ist, einen Rest -C(O)-NY1Y2, worin Y1 und Y2 jeweils unabhängig voneinander stehen für Wasserstoff oder C1-C6 Alkyl, das unsubstituiert oder durch Hydroxy substituiert ist oder Y1 und Y2 zusammen mit dem benachbarten N-Atom einen heterocyclischen sechsgliedrigen Ring bilden, der kein weiteres Heteroatom oder ein weiteres N- oder O-Atom aufweist, einen Rest -OY3, worin Y3 für Wasserstoff oder C1-C4 Alkyl steht, das unsubstituiert oder durch -NH2 oder -N(C1-C2 Alkyl)2 substituiert ist oder eine Gruppe -C(O)C1-C2 Alkyl oder einen fünf- oder sechsgliedrigen heteroaromatischen oder heteroaliphatischen Rest mit einem N-Atom und zusätzlich keinem weiteren Heteroatom oder einem zusätzlichen N-, O- oder S-Heteroatom oder einem fünf- bis siebengliedrigen Lactam.
  • Eine Gruppe an bevorzugteren nicht-ionischen Substituenten von B oder B' umfasst einen Rest -COOY, worin Y für C1-C2 Alkyl oder C2-C3 Alkyl steht, das durch Hydroxy, Amino, oder N,N-Di-C1-C2 Alkylamino substituiert ist oder einen Rest -C2-C4 Alkylen-NH-C(O)-O-G, worin -O-G für den Rest der Trehalose steht, einen Rest -CO-NY1Y2, worin Y1 und Y2 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C1-C4 Alkyl stehen, das unsubstituiert oder durch Hydroxy substituiert ist, Y1 und Y2 zusammen mit dem benachbarten N-Atom einen N-C1-C2 Alkylpiperazino oder -morpholinoring bilden oder einen heterocyclischen Rest der aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus N-Pyrrolidonyl, 2- oder 4-Pyridinyl, 2-Methylpyridin-5-yl, 2-, 3- oder 4-Hydroxypyridinyl, N-ε-Caprolactamyl, N-Imidazolyl, 2-Methylimidazol-1-yl, N-Morpholinyl und 4-N-Methylpiperazin-1-yl.
  • Eine besonders bevorzugte Gruppe an nicht ionischen Substituenten an B oder B' umfasst die Rest
    Figure 00150001
    -CONH-(CH2)2-OH, -COO-(CH2)2-N(CH3)2 und -COO(CH2)2-4-NHC(O)-O-G, worin -O-G für den Trehaloserest steht.
  • Besonders bevorzugte anionische Substituenten von B oder B' sind –COOH, -SO3H, o-, m- oder p-Sulfophenyl, o-, m- oder p-Sulfomethylphenyl oder ein Rest -CONY5Y6, worin Y5 für C2-C4 Alkyl steht, das durch Sulfo substituiert ist und Y6 für Wasserstoff steht.
  • Ein bevorzugter kationischer Substituent von B oder B' ist ein Rest -C(O)OY7, worin Y7 für C2-C4 Alkyl steht, das mit -N(C1-C2 Alkyl)3 +An– substituiert ist und ferner durch Hydroxy substituiert ist und An für ein Anion steht, beispielsweise den Rest -C(O)O-CH2-CH(OH)-CH2-N(CH3)3 +An–.
  • Eine bevorzugte Gruppe an zwitterionischen Substituenten -R24-Zw entspricht der Formel -C(O)O(alk''')-N(R32)2 +-(alk')-An– oder -C(O)O-(alk'')-O-PO2 –-(O)0-1-(alk''')-N(R23)3 + worin R23 für Wasserstoff oder C1-C6 Alkyl steht, An– für eine anionische Gruppe -COO–, -SO3 –, -OSO3 – oder -OPO3H–, vorzugsweise -COO– oder -SO3 – und vor allem -SO3 –, alk' für C1-C12 Alkylen steht, (alk'') für C2-C24 Alkylen steht, das unsubstituiert oder substituiert ist durch einen Rest -OY8, Y8 für Wasserstoff oder den Arylrest einer Carbonsäure steht und (alk''') für C2-C8 Alkylen steht.
  • (alk') steht vorzugsweise für C2-C8 Alkylen, bevorzugter C2-C6 Alkylen und vor allem C2-C4 Alkylen. (alk'') steht vorzugsweise für C2-C12 Alkylen, bevorzugter C2-C6 Alkylen und besonders bevorzugt C2-C3 Alkylen, das jeweils unsubstituiert oder substituiert ist durch Hydroxy oder durch einen Rest -OY8. (alk''') steht vorzugsweise für C2-C4 Alkylen und bevorzugter C2-C3 Alkylen. R23 steht für Wasserstoff oder C1-C4 Alkyl, bevorzugter Methyl oder Ethyl und besonders bevorzugt Methyl. Ein bevorzugter zwitterionischer Substituent von B oder B' hat die folgende Formel -C(O)O-CH2-CH(OY8)-CH2-O-PO2 –(CH2)2-N(CH3)3 + worin Y8 für Wasserstoff oder den Acylrest einer höheren Fettsäure steht.
  • B steht beispielsweise für einen Rest der Formel
    Figure 00160001
    worin R25 für Wasserstoff oder C1-C4 Alkyl, vorzugsweise Wasserstoff oder Methyl steht, R26 für einen hydrophilen Substituenten steht, worin die oben angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen angewendet werden, R27 für C1-C4 Alkyl, Phenyl oder einen Rest -C(O)OY9 steht, worin Y9 für Wasserstoff oder unsubstituiertes oder hydroxysubstituiertes C1-C4 Alkyl steht und R28 für einen Rest -C(O)Y9' oder -CH2-C(O)OY9' steht, worin Y9 unabhängig die Bedeutung von Y9 hat.
  • R27 steht vorzugsweise für C1-C2 Alkyl, Phenyl oder eine Gruppe -C(O)OY9. R28 steht vorzugsweise für eine Gruppe -C(O)OY9' oder -CH2-C(O)OY9', worin Y9 und Y9' jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff, C1-C2 Alkyl oder Hydroxy-C1-C2-alkyl stehen. Besonders bevorzugte -CHR27-CHR28-Einheiten gemäß der Erfindung sind jene, worin R27 für Methyl oder eine Gruppe -C(O)OY9 steht und R28 für eine Gruppe -C(O)OY9' oder -CH2-C(O)OY9' steht, worin Y9 und Y9' jeweils für Wasserstoff, C1-C2 Alkyl oder Hydroxy-C1-C2-alkyl stehen.
  • B' kann unabhängig eine oben für B angegebenen Bedeutungen aufweisen.
  • Falls (Oligomer) für einen Rest der Formel (6a) steht, steht der Rest -(alk)-S-[B]p-[B']q-Q vorzugsweise für einen Rest der folgenden Formel
    Figure 00160002
    noch bevorzugter der Formel
    Figure 00160003
    worin für R25, R26, p und q die obigen Bedeutungen und Bevorzugungen zutreffen, für R25' unabhängig die Bedeutungen und Bevorzugungen zutreffen, die vorher für R25 angegeben wurden und für R26' unabhängig die Bedeutungen und Bevorzugungen zutreffen, die vorher für R26 angegeben wurden.
  • Eine bevorzugte Gruppe an geeigneten hydrophilen Makromonomeren zur Verwendung in Schritt (d) der Erfindung umfasst Verbindungen der Formel
    Figure 00170001
    worin R für Wasserstoff oder Methyl steht, A1 für -O-(CH2)2-4-, -O-CH2-CH(OH)-CH2- oder einen Rest -O-(CH2)2-4-NH-C(O)- steht, X für -O- oder -NH- steht, (alk) für C2-C4 Alkylen steht, Q für eine monovalente Gruppe steht, die geeignet ist, als Polymerisationskettenreaktionsterminator zu wirken, p für eine ganze Zahl von 5 bis 50 steht, R25 und R25' jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Methyl stehen und für R26 und R26' jeweils unabhängig die oben angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen zutreffen.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft hydrophile Makromonomere der folgenden Formel
    Figure 00170002
    worin für R, R25, R26, Q, (alk) und p die oben angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen zutreffen. Eine besonders bevorzugte Gruppe an hydrophilen Makromonomeren sind Verbindungen der obigen Formel (4b), worin R für Wasserstoff oder Methyl steht, (alk) für C2-C4 Alkylen steht, R25 für Wasserstoff oder Methyl steht, p für eine ganze Zahl von 5 bis 50 steht, Q wie vorher definiert ist und für R26 die oben angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen zutreffen, wobei R26 dieser Ausführungsform insbesondere für einen Rest der folgenden Formel steht
    Figure 00170003
  • Falls (Oligomer) für einen Rest (ii) der Formel (6b) steht, steht Q' in Formel (6b) beispielsweise für C1-C12 Alkyl, Phenyl oder Benzyl, vorzugsweise C1-C2 Alkyl oder Benzyl und insbesondere Methyl. R19 steht vorzugsweise für unsubstituiertes oder hydroxysubstituiertes C1-C4 Alkyl und insbesondere Methyl. u steht vorzugsweise für eine ganze Zahl von 2 bis 150, bevorzugter 5 bis 100, noch bevorzugter 5 bis 75 und besonders bevorzugt 10 bis 50.
  • Falls (Oligomer) für einen Rest der Formel (8b') steht, finden die oben angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen auf die Variablen R19 und u Anwendung, die hierin enthalten sind. X steht in Formel (8b') vorzugsweise für Hydroxy oder Amino.
  • Falls (Oligomer) für einen Rest (iv) der Formel (6c) steht, stehen R20 und R20' jeweils vorzugsweise für Ethyl oder insbesondere Methyl, v steht vorzugsweise für eine ganze Zahl von 2 bis 150, bevorzugter 5 bis 100, noch bevorzugter 5 bis 75 und besonders bevorzugt 10 bis 50, Q'' steht beispielsweise für Wasserstoff und An– ist wie vorher definiert.
  • Falls (oligomer) für einen Oligopeptidrest (v) der Formel (8d) oder (8d') steht, steht R21 beispielsweise für Wasserstoff, Methyl, Hydroxymethyl, Carboxymethyl, 1-Hydroxyethyl, 2-Carboxyethyl, Isopropyl, n-, sek- oder iso-Butyl, 4-Amino-n-butyl, Benzyl, p-Hydroxybenzyl, Imidazolylmethyl, Indolylmethyl oder einen Rest -(CH2)3-NH-C(=NH)-NH2. t steht vorzugsweise für eine ganze Zahl von 2 bis 150, bevorzugter 5 bis 100, noch bevorzugter 5 bis 75 und besonders bevorzugt 10 bis 50.
  • Falls (Oligomer) für einen Polyoxyalkylenrest (vi) der Formel (8e) steht, steht R34 vorzugsweise für Wasserstoff oder C1-C18 Alkyl, bevorzugter Wasserstoff oder C1-C12 Alkyl, noch bevorzugter Wasserstoff, Methyl oder Ethyl und besonders bevorzugt Wasserstoff oder Methyl. (alk'') steht vorzugsweise für einen C2-C3 Alkylenrest. z steht vorzugsweise für 0. r und s stehen jeweils unabhängig vorzugsweise für eine ganze Zahl von 0 bis 100, worin die Summe von (r + s) 5 bis 100 beträgt. r und s stehen jeweils unabhängig bevorzugter für eine ganze Zahl von 0 bis 50, worin die Summe aus (r + s) 8 bis 50 beträgt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Polyoxyalkylenreste (Oligomer) steht r für eine ganze Zahl von 8 bis 50 und insbesondere 9 bis 25 und steht für 0.
  • (Oligomer) kann als Rest eines Oligosaccharids (vii) beispielsweise ein Di- oder Polysaccharid einschließlich Kohlenhydrat-enthaltenden Fragmenten von einem Biopolymer sein. Beispiele sind Reste eines Oligomers von Cyclodextrin, Trehalose, Cellobiose, Maltotriose, Maltohexaose, Chitohexaose oder einer Stärke, Hyaluronsäure, desacytelierter Hyaluronsäure, Chitosan, Agarose, Chitin 50, Amylose, Glucan, Heparin, Xylan, Pectin, Galactan, Glycosaminoglycan, Mucin, Dextran, aminiertem Dextran, Cellulose, Hydroxyalkylcellulose oder Carboxyalkylcellulose, jeweils mit einem mittleren Molekulargewicht beispielsweise von bis zu 25 000 Da, vorzugsweise bis zu 10 000 Da. Vorzugsweise ist das Oligosaccharid gemäß (vii) der Rest eines Cyclodextrins mit einem Maximum an 8 Zuckereinheiten.
  • Die Formeln (8a), (8a') oder (8e) sollen als statistische Beschreibung der jeweiligen Oligomerreste verstanden werden, dass heißt die Orientierung der Monomere und der Sequenz der Monomere (im Fall von Copolymeren) ist durch die Formen in keiner Weise fixiert. Die Anordnung von B und B' in Formel (6a) oder der Ethylenoxid- und Propylenoxideinheiten in Formel (6e) kann daher in jedem Fall zufällig oder blockweise sein.
  • Das mittlere Molekulargewicht des hydrophilen Makromonomers zur Verwendung in Schritt (d) hängt prinzipiell von den gewünschten Eigenschaften ab und beträgt beispielsweise 300 bis 25 000 Da, vorzugsweise 300 bis 12 000 Da, bevorzugter 300 bis 8000 Da, noch bevorzugter 300 bis 5 000 Da und besonders bevorzugt 500 bis 4 000 Da.
  • Die Makromonomere der Formel (6) können durch an sich in der Technik bekannte Verfahren hergestellt werden, wie dies beispielsweise in WO 99 57 581 A beschrieben ist.
  • Die Makromonomere der Formel (6) können auf die durch den Initiator modifizierte Bulkmaterialoberfläche aufgebracht und hier gemäß an sich bekannter Verfahren polymerisiert werden. Beispielsweise wird das Bulkmaterial in eine Lösung des Makromonomers getaucht oder eine Schicht des Makromonomers wird zuerst auf die Bulkmaterialoberfläche abgelagert, beispielsweise durch Tauchen, Sprühen, Verteilen, Klingenbeschichtung, Gießen, Rollen, Rotationsbeschichtung oder Vakuumdampfablagerung.
  • Die Polymerisation des Makromonomers auf der Bulkmaterialoberfläche kann dann initiiert werden, beispielsweise thermisch durch die Wirkung von Hitze oder vorzugsweise durch Bestrahlung, insbesondere durch UV Bestrahlung. Geeignete Lichtquellen zur Bestrahlung sind dem Fachmann bekannt und umfassen beispielsweise Quecksilberlampen, Hochdruckquecksilberlampen, Xenonlampen, Lichtbogenlampen oder Sonnenlicht. Die Zeitperiode der Bestrahlung kann beispielsweise von den geeigneten Eigenschaften des entstehenden Verbundmaterials resultieren, liegt aber gewöhnlich im Bereich von bis zu 30 Minuten, vorzugsweise 10 Sekunden bis 10 Minuten und besonders bevorzugt von 0,5 bis 5 Minuten. Es ist vorteilhaft, die Bestrahlung in einer Atmosphäre eines Inertgases auszuführen. Nach der Polymerisation können alle nicht kovalent gebundenen Polymere, Oligomere oder nicht reagierte gebildete Makromonomere entfernt werden, beispielsweise durch die Behandlung mit geeigneten Lösemitteln.
  • Durch den oben beschriebenen Beschichtungsprozess können die Makromonomere auf die Bulkmaterialoberfläche unter Bildung einer Beschichtung mit einer sogenannten Flaschenbürstenstruktur (BBT) aufgebracht werden, die sich aus gebundenen „haarigen" Ketten zusammensetzt. Solche BBT Strukturen umfassen in einer Ausführungsform ein langes hydrophiles oder hydrophobes Rückgrad, das relativ dicht gepackte vergleichsweise kurze hydrophile Seitenketten trägt (primäre Flaschenbürsten genannt). Eine weitere Ausführungsform betrifft sekundäre Flaschenbürsten, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die hydrophilen Seitenketten selbst dicht gepackte hydrophile „sekundäre" Seitenketten tragen. Polymere Beschichtungen der primären und sekundären BBT Strukturen ahmen in einem gewissen Maß hoch wasserrückhaltende Strukturen nach, die im menschlichen Körper vorkommen, beispielsweise im Knorpel oder Mukosagewebe.
  • Die Beschichtungsdicke der Makromonomere hängt prinzipiell von den gewünschten Eigenschaften ab. Sie kann beispielsweise 0,001 bis 1 000 μm, vorzugsweise 0,01 bis 500 μm, bevorzugter 0,01 bis 100 μm, noch bevorzugter 0,05 bis 50 μm, speziell bevorzugt 0,1 bis 5 μm und besonders bevorzugt 0,1 bis 1 μm betragen.
  • Beispiel A-1 (Synthese eines Photoinitiators mit einer reaktiven Aminogruppe)
  • Ein 1000 ml Dreihalsrundbodenkolben wird mit einer Lösung aus 224,26 g (1 Mol) an 4-(2-Hydroxyethoxy)phenyl-2-hydroxy-2-propylketon (Darocure® 2959) in 400 ml THF befüllt und 114,55 g (1 Mol) Methansulfonylchlorid werden zur Lösung bei Raumtemperatur gegeben. Nach dem Kühlen auf 2°C werden 101,2 g (1 Mol) Triethylamin (TEA) und 200 ml THF zur Lösung über einen Zeitraum von 30 Minuten unter Rühren gegeben. Es wird eine leicht exotherme Reaktion beobachtet. Das Reaktionsgemisch wird dann durch ein G3 Glasfrittenfilter filtriert und das TEA Hydrochlorid wird zweimal mit THF auf dem Filter gewaschen. Das Filtrat wird bei 60°C/200 mbar mittels eines Rotationsverdampfers eingedampft. Das entstehende gelbe Öl wird in 800 ml an CH2Cl2 gelöst. Die organische Phase wird einmal mit 400 ml entionisiertem Wasser, zweimal mit 400 ml angesäuertem Wasser (pH ~1) und schließlich mit 400 ml entionisiertem Wasser gewaschen. Die organische Phase wird über MgSO4 getrocknet, filtriert und bis zu einem konstanten Gewicht durch Eindampfung des CH2Cl2 unter verringertem Druck in einem Rotationsverdampfer unter Bildung des rohen 4-(2-Mesyloxyethoxy)phenyl-2-hydroxy-2-propylketons konzentriert.
  • 10,1 g des getrockneten rohen Mesylats werden in 30 ml CH2Cl2 gelöst. Nach der Zugabe von zusätzlichen 50 g Ethanolamin wird das Gemisch auf 80°C erhitzt und bei dieser Temperatur für 1 h gerührt. Das nicht reagierte Ethanolamin wird unter verringertem Druck abdestilliert und das Produkt wird in 100 ml an 2 N HCl gelöst. Nach 20 Minuten Rühren wird das Reaktionsgemisch zweimal mit CH2Cl2 extrahiert. Die wässrige Phase wird mit 15% wässriger NaOH Lösung auf pH 11 eingestellt und mit CH2Cl2 (3 × 100 ml) extrahiert. Die vereinigten CH2Cl2 Phasen werden über MgSO4 getrocknet und im Vakuum konzentriert. Eine Kristallisation des Rückstands aus Wasser (90°C → 4°C) ergibt 2-Hydroxy-2-methyl-1-[4-[2-hydroxyethylamino)ethoxy]phenyl]-1-propanon. Das Produkt wird abfiltriert, getrocknet und durch 1H NMR Spektroskopie analysiert.
  • Beispiel A-2 (Synthese eines Photoinitiators mit einer reaktiven Estergruppe)
  • Die Carbonsäure 11 (f = 1) wird wie in EP 0 281 941 A2 (Beispiel 5, Seite 18) beschrieben hergestellt. Die Säure 11 (v = 1) wird in den entsprechenden N-Hydroxysuccinimidylester 12
    Figure 00200001
    unter Verwendung der festen, geträgerten EDAC (Ethyldimethylaminopropylcarbodiimid) Methodik umgewandelt, die von Adamczyk, Fishpaugh und Mattingly in Tetrahedron Letters, Band 36, Nr. 46, Seiten 8345-8346, 1995 beschrieben ist.
  • Beispiel B-1 (Synthese von Polyacrylsäure mit anhängenden Photoinitiatorgruppen)
  • Zu einer Lösung aus 28,8 g an 25% wässriger Polyacrylsäure („PAA", Polysciences Nr. 03326), die mit 500 ml entionisiertem Wasser verdünnt ist, werden 1,9 g (0,01 Mol) an 1-[3-(Dimethylamino)-propyl]-3-ethylcarbodiimidhydrochlorid (Sigma Aldrich Nr. 161462) gelöst in 5 ml entionisiertem Wasser, 2,1 g (0,01 mol) N-Hydroxysulfosuccinimid-Natriumsalz („Sulfo-NHS", Fluka Nr. 56485) gelöst in 5 ml entionisiertem Wasser und 2,67 g (0,01 mol) des Photoinitiators aus Beispiel A-1 gegeben. Das Reaktionsgemisch wird durch die Zugabe von wässriger 1 N NaOH Lösung auf pH 9 eingestellt und bei RT über Nacht gerührt. Anschließend wird der pH durch die Zugabe von 1 N HCl auf 7 eingestellt. Das Produkt wird durch Umkehrosmose mittels einer Millipore Kartusche mit einer Ausschlussgrenze bei 1000 Da gereinigt und dann unter Bildung von 6,5 g des festen Produkts gefriergetrocknet. 1H NMR (300 MHz, D2O) δ 7,00–7,10 (d, 2H), 8,15–8,25 (d, 2H) (aromatische Protonen der Photoinitiatoren an PAA gebunden).
  • Beispiel B-2 (Synthese von Polyallylamin mit anhängenden Photoinitiatorgruppen)
  • Zu einer Lösung aus 447 mg (1 mmol) des durch die Additionsreaktion von Isophorondiisocyanat und 4-(2-Hydroxyethoxy)phenyl-2-hydroxypropylketon (Darocure® 2959) (Synthese siehe EP 0 632 329 A ) hergestellten Photoinitiators in 5 ml Acetonitril werden 41,75 g einer wässrigen 4,8% Lösung an Polyallylamin (96,2% Amino, 3,8% Hydrochlorid) gegeben. Nach dem Beobachten einer leichten Trübung werden zusätzliche 20 ml Acetonitril zum Reaktionsgemisch gegeben. Das Reaktionsgemisch wird bei RT für 1 h gerührt und es werden weitere 10 ml Acetonitril zugegeben. Nach dieser Reaktionszeit zeigt die IR Spektroskopie keine Anzeichen an nicht reagiertem Diisocyanat aus dem Photoinitiator (O=C=N- bei 2280 cm–1). Die leicht trübe Lösung wird unter Bildung einer klaren Lösung auf pH 4,4 eingestellt und anschließend durch Umkehrosmose mittels einer Millipore Kartusche mit einem Aus schluss bei 1000 Da gereinigt und unter Bildung von 2,5 g eines festen, weißen Produkts gefriergetrocknet. 1H NMR (300 MHz, D2O) δ 7,00–7,10 (d, 2H), 8,15–8,25 (d, 2H), (aromatische Protonen der Photoinitiatoren an PAA gebunden).
  • Beispiel B-3 (Synthese von Hyalorunsäure mit anhängenden Photoinitiatorgruppen)
  • Zu einer gerührten Lösung aus 4 g Hyaluronsäure (Denki Kagaku Kogyo, Mn ~1,2 × 106 Da), gelöst in 800 ml entionisiertem Wasser werden anschließend wässrige Lösungen an 1-[3-(Dimethylamino)-propyl]-3-ethylcarbodiimidhydrochlorid (Sigma-Aldrich Nr. 161462, 0,19 g in 5 ml Wasser) und N-Hydroxysulfosuccinimid-Natriumsalz („Sulfo-NHS", Fluka Nr. 56485, 0,14 g in 5 ml Wasser) gegeben. Eine Lösung aus 120 mg des in Beispiel A-1 beschriebenen Photoinitiators in 10 ml Wasser wird zum Reaktionsgemisch gegeben. Anschließend wird das Reaktionsgemisch mit 1 N NaOH auf pH 9 eingestellt und bei RT über Nacht gerührt. Nach dieser Reaktionszeit wird der pH durch die Zugabe von 1 N HCl auf 7 eingestellt. Das Gemisch wird durch Umkehrosmose mittels einer Millipore Kartusche mit einem Ausschluss bei 1000 Da gereinigt und unter Bildung von 4,1 g eines weißen Produkts lyophilisiert, das eine Photoinitiatorgruppe an etwa 3% der Zuckerreste der Hauptpolymerkette gebunden aufweist, wie dies im 1H NMR Spektrum gezeigt ist. Chemische 1H Verschiebungen der aromatischen Protonen der an die Hyaluronsäure gebundenen Photoinitiatoren: δ 7,00–7,10 (d, 2H), 8,15–8,25 (d, 2H).
  • Beispiel B-4 (Synthese von Polyethylenimin mit anhängenden Photoinitiatorgruppen)
  • Ein 100 ml Dreihalsrundbodenkolben, der mit einem Thermometer, einem Rührer und einem Kühler ausgestattet ist, wird mit 5,508 g einer wässrigen 50% Lösung aus Polyethylenimin Fluka Nr. 03880) und 50 ml entionisiertem Wasser befüllt. Zur gerührten Lösung werden langsam 0,8 g (0,003 mol) Photoinitiator mit einer aktiven Estergruppe gegeben (Beispiel A-2, Formel 12). Das Reaktionsgemisch wird für 1 h bei 80°C gerührt. Anschließend wird das Gemisch auf RT gekühlt, durch reverse Osmose mittels einer Millipore Kartusche mit einem Ausschluss bei 1000 Da gereinigt und unter Bildung von 5,5 g eines festen Produkts gefriergetrocknet. 1H NMR (300 MHz, D2O) δ 7,00–7,10 (d, 2H), 8,15 – 8,25 (d, 2H) (aromatische Protonen der Photoinitiatoren an PAA gebunden).
  • Beispiel C-1 (Herstellung von Oberflächen-funktionalisierten Linsen durch Ablagerung eines PAA Polymers, das anhängende Photoinitiatorgruppen trägt)
    • a) Eine wässrige etwa 0,001 M Lösung einer Polyacrylsäure mit anhängenden Photoinitiatorgruppen wird durch Lösen von 0,058 g der Polyacrylsäure mit anhängenden Photoinitiatorgruppen von Beispiel B-1 in 200 ml ultrareinem Wasser in einen Becher gegeben, wobei der pH der Lösung durch die Zugabe von 1 N HCl auf 2,5 eingestellt wird und die Lösung durch ein qualitatives Filterpapier filtriert wird.
    • b) Eine etwa 0,001 M Polyallylaminhydrochloridlösung („PAH", Aldrich Nr. 28.322-3) wird durch die Zugabe von 0,093 g PAH (fest) in einen kleinen Becher hergestellt, wobei in ultrareinem (UP) Wasser gelöst wird und ein Transfer in einen größeren Becher mit einem Endvolumen von 1000 ml wässriger Lösung erfolgt. Die Zugabe von 1 N HCl stellt den pH auf 4,5 ein. Die Lösung wird dann durch Filterpapier filtriert.
    • c) Gequollene, unbeschichtete Lotrafilcon A Linsen (Polysiloxan/Perfluoralkylpolyethercopolymer) in Isopropanol werden einzeln in die Lösung a) für weitere 5 Minuten getaucht. Die Linsen werden aus der Lösung a) entfernt und direkt in die Lösung b) für 5 Minuten getaucht. Die Linsen werden dann aus der Lösung b) entfernt und erneut direkt in die Lösung a) für weitere 5 Minuten getaucht. Es wird kein Wasserwaschschritt zwischen den Tauchvorgängen ausgeführt. Danach werden die Linsen in UP Wasser freigesetzt und bei 4°C zur weiteren Verwendung gelagert.
  • Beispiel C-2 (Herstellung von Oberflächen-funktionalisierten Linsen durch Ablagerung von Polymeren, die anhängende Photoinitiatorgruppen tragen)
    • a) Eine wässrige etwa 0,001 M Lösung einer Polyacrylsäure mit anhängenden Photoinitiatorgruppen wird durch Zugabe von 0,058 g der Polyacrylsäure mit anhängenden Photoinitiatorgruppen von Beispiel B-1 zu 200 ml ultrareinem Wasser in einen Becher gegeben. Anschließend wird der pH der Lösung durch die Zugabe von 1 N HCl auf 2,5 eingestellt und die Lösung wird mittels qualitativem Filterpapier filtriert.
    • b) Eine wässrige 0,001 M Lösung eines Polyallylamins mit anhängenden Photoinitiatorgruppen wird durch Zugabe von 0,019 g des Polyallylamins mit den anhängenden Photoinitiatorgruppen aus Beispiel B-2 in einen kleinen Becher gegeben, wobei in ultrareinem (UP) Wasser gelöst wird und ein Transfer in einen größeren Becher mit einem Endvolumen an 200 ml wässriger Lösung erfolgt. Der pH wird dann auf 4,5 eingestellt, wie dies durch ein pH Meter gemessen wird. Die Lösung wird dann mittels qualitativem Filterpapier filtriert.
    • c) Gequollene, unbeschichtete Lotrafilcon A Linsen in Isopropanol werden einzeln in die Lösung a) für 5 Minuten getaucht. Die Linsen werden aus der Lösung a) entfernt und direkt in die Lösung b) für 5 Minuten getaucht. Es wird kein Wasserwaschschritt zwischen den Tauchvorgängen ausgeführt. Danach werden die Linsen in UP Wasser freigesetzt und bei 4°C zur weiteren Verwendung gelagert.
  • Beispiel C-3 (Herstellung von Oberflächen-funktionalisierten Linsen durch Ablagerung von Polymeren, die anhängende Photoinitiatorgruppen tragen)
    • a) Eine wässrige etwa 0,001 M Lösung einer Polyacrylsäure mit anhängenden Photoinitiatorgruppen wird durch Lösen von 0,289 g der Polyacrylsäure mit anhängenden Photoinitiatorgruppen von Beispiel B-1 in 1000 ml ultrareinem Wasser in einen Becher gegeben. Dann wird der pH der Lösung durch die Zugabe von 1 N HCl auf 2,5 eingestellt und die Lösung wird durch ein qualitatives Filterpapier filtriert.
    • b) Eine wässrige etwa 0,001 M Polyallylaminlösung mit anhängenden Photoinitiatorgruppen wird durch die Zugabe von 0,1 g des Polyallylamins mit anhängenden Photoinitiatorgruppen von Beispiel B-2 in einem kleinen Becher hergestellt, wobei in ultrareinem (UP) Wasser gelöst wird und ein Transfer in einen größeren Becher mit einem Endvolumen von 1000 ml wässriger Lösung erfolgt. Der pH wird dann durch die Zugabe von 1 N HCl auf pH 4,5 eingestellt, wie dies mit einem pH Meter gemessen wird. Die Lösung wird dann durch Filterpapier filtriert.
    • c) Gequollene, unbeschichtete Lotrafilcon A Linsen in Isopropanol (IPA) werden einzeln in die Lösung a) für 5 Minuten getaucht. Die Linsen werden aus der Lösung a) entfernt und direkt in die Lösung b) für weitere 5 Minuten getaucht. Die Linsen werden dann aus der Lösung b) entfernt und erneut direkt in die Lösung a) für weitere 5 Minuten getaucht. Danach werden die Linsen aus der Lösung a) entnommen und direkt in die Lösung b) für weitere 5 Minuten getaucht. Es wird kein Wasserwaschschritt zwischen den vier Tauchvorgängen ausgeführt. Danach werden die Linsen in UP Wasser freigesetzt und bei 4°C zur weiteren Verwendung gelagert.
  • Beispiel C-4 (Herstellung von Oberflächen-funktionalisierten Linsen durch Ablagerung von Polymeren, die anhängende Photoinitiatorgruppen tragen)
    • a) Eine wässrige etwa 0,01% Lösung einer Hyaluronsäure mit anhängenden Photoinitiatorgruppen wird durch Zugabe von 0,1 g der Hyaluronsäure mit anhängenden Photoinitiatorgruppen von Beispiel B-3 zu 200 ml Wasser in einen Becher gegeben. Nach der vollständigen Lösung (über Nacht) wird der pH der Lösung durch die Zugabe von 1 N HCl auf 4,5 eingestellt und die Lösung wird durch ein Filterpapier filtriert.
    • b) 100 ml einer etwa 0,01% Lösung an Polyethylenimin mit anhängenden Photoinitiatorgruppen werden durch die Zugabe von 0,01 g des Polyethylenimins mit anhängenden Photoinitiatorgruppen von Beispiel B-4 in 200 ml ultrareinem Wasser hergestellt. Der pH wird dann durch die Zugabe von 1 N HCl auf pH 3,5 eingestellt, wie dies mit einem pH Meter gemessen wird. Die Lösung wird dann unter Verwendung eines qualitativen Filterpapiers filtriert.
    • c) Gequollene, unbeschichtete Lotrafilcon A Linsen in Isopropanol (IPA) werden einzeln in die Lösung a) für 10 Minuten getaucht. Die Linsen werden aus der Lösung a) entfernt, mit ultrareinem Wasser gewaschen und in die Lösung b) für weitere 10 Minuten getaucht. Danach werden die Linsen in UP Wasser freigesetzt und bei 4°C zur weiteren Verwendung gelagert.
  • Beispiel D-1 (Synthese eines Acrylamidtelomers mit Mn ~1880)
  • Ein 2000 ml Rundbodenkolben wird mit einer Lösung aus 142,1 g (2 Mol) Acrylamid (Fluka Nr. 01696) in 700 ml entionisiertem Wasser gefüllt und auf –5°C gekühlt. Die gefrorene Lösung wird auf 50 mbar evakuiert und nach dem Erwärmen auf RT mit Stickstoffgas befüllt. Dieser Gefrier-Auftauprozess wird dreimal wiederholt.
  • 1,1 g (4 mmol) an α,α'-Azodiisobutylamidindihydrochlorid (Fluka 11633) und 17,5 g (0,154 mol) Cysteaminhydrochlorid (Fluka 30080) werden zur gekühlten Lösung unter einer Stickstoffatmosphäre gegeben. Die klare und leicht gelbe Lösung wird mit wenigen Tropfen Chlorwasserstoffsäure (32%) auf pH 3 angesäuert.
  • Die Lösung wird mit einem konstanten Argonstrom auf 5°C gekühlt und langsam in einen „Durchflussreaktor" eingeführt, der mit einem 2000 ml Dreihalsrundbodenkolben, einem Rückflusskühler, einem Thermometer, einem Magnetrührer und einem 30 cm Liebigkühler ausgestattet ist, der mit Glaswolle gefüllt ist. Der Liebigkühler wird auf 70°C erhitzt und der Kolben wird auf 60°C erhitzt. Die gekühlte Lösung wird langsam durch den Liebigkühler in den gerührten Kolben unter Verwendung der Chroma tographiepumpe Büchi 681 getropft. Dies dauert 1 h 40 min. Während dieser Zeit wird die Temperatur im Kolben auf 58–65°C gehalten. Nach der vollständigen Zugabe wird die Lösung für 2 Stunden bei 60°C gerührt.
  • Nach dem Kühlen auf RT wird NaOH zur klaren und leicht gelblichen Lösung gegeben, bis der pH 10,5 erreicht. Das Produkt wird durch Umkehrosmose mittels Millipore Kartusche mit einem Ausschluss bei 1000 Da gereinigt und gefriergetrocknet. Man erhält ein hellweißes, festes Produkt (87% Ausbeute). Die Konzentration der Aminogruppen wird über eine Titration der funktionellen Gruppen bestimmt (0,53 mÄqu/g), was einem Mn ~1880 Da entspricht.
  • Beispiel D-2 (Synthese eines Acrylamidtelomers mit Mn ~1350)
  • Ein 1000 ml Rundbodenkolben wird mit einer Lösung aus 99,5 g (1,46 mol) Acrylamid, 1,27 g (4,68 mmol) α,α'-Azodiisobutyramiddihydrochlorid und 15,9 g (0,14 mol) Cysteaminhydrochlorid in 300 ml Wasser befüllt. Die klare und leicht gelbliche Lösung wird mit wenigen Tropfen Chlorwasserstoffsäure (32%) auf pH 3 angesäuert. Die gerührte saure Lösung wird auf 50 mbar evakuiert und mit Argon gefüllt. Dies wird dreimal wiederholt. Mit einem konstanten Argonstrom wird die Lösung in einen 500 ml Tropftrichter gegossen, der in einen „Durchflussreaktor" eingeführt wird, der mit einem 1000 ml Dreihalsrundbodenkolben, einem Rückflusskühler, einem Thermometer, einem Magnetrührer und einem 30 cm Liebigkühler ausgestattet ist, der mit Glaswolle gefüllt ist. Der gesamte Apparat wird konstant mit Argon gespült. Der Tropftrichter wird auf den Liebigkühler aufgesetzt, welcher auf 65°C erhitzt wird. Der Kolben wird auf 60°C erhitzt. Die Lösung wird langsam durch den Liebigkühler in den gerührten Kolben getropft. Dies dauert 2 h. Während dieser Zeit wird die Temperatur im Kolben auf 58–65°C gehalten. Nach der vollständigen Zugabe wird die Lösung für 2 Stunden bei 60°C gerührt. Es wird Natriumhydroxidlösung (30%) zur klaren und leicht gelblichen Lösung gegeben, bis der pH 10 erreicht. Das Produkt wird durch eine Umkehrosmose mittels einer Millipore Kartusche mit einem Ausschluss bei 1000 Da gereinigt und dann für 18 Stunden gefriergetrocknet. Man erhält ein hellweißes Produkt mit 77% Ausbeute. Die Konzentration der Aminogruppen wird über eine Titration der funktionellen Gruppen bestimmt (0,70 mÄqu/g), was sehr gut mit dem Schwefelwert der Elementaranalyse (0,73 mÄqu./g) übereinstimmt. Mn ~1350 Da.
  • Beispiel D-3 (Synthese eines N,N-Dimethylacrylamidtelomers mit Mn ~1850)
  • Ein 2000 ml Rundbodenkolben wird mit einer Lösung aus 198,2 g (2 mol) Acrylamid, 2,72 g (10 mmol) α,α'-Azodiisobutyramiddihydrochlorid und 24,8 g (0,22 mol) Cysteaminhydrochlorid in 600 ml Wasser befüllt. Die klare und leicht gelbliche Lösung wird mit wenigen Tropfen Chlorwasserstoffsäure (32%) auf pH 3 angesäuert. Die gerührte saure Lösung wird auf 50 mbar evakuiert und mit Argon gefüllt. Dies wird dreimal wiederholt. Mit einem konstantem Argonstrom wird die Lösung in einen 1000 ml Tropftrichter gegossen, der in einen „Durchflussreaktor" eingeführt wird, der mit einem 1000 ml Dreihalsrundbodenkolben, einem Rückflusskühler, einem Thermometer, einem Magnetrührer und einem 30 cm Liebigkühler ausgestattet ist, der mit Glaswolle gefüllt ist. Der gesamte Apparat wird konstant mit Argon gespült. Der Tropftrichter wird auf den Liebigkühler aufgesetzt, welcher auf 60°C erhitzt wird. Der Kolben wird ebenfalls auf 60°C erhitzt. Die Lösung wird langsam durch den Liebigkühler in den gerührten Kolben getropft. Dies dauert 2,5 h. Während dieser Zeit wird die Temperatur im Kolben auf 58–65°C gehalten. Nach der vollständigen Zugabe wird die Lösung für 2 Stunden bei 60°C gerührt. Es wird Natriumhydro xidlösung (30%) zur klaren und leicht gelblichen Lösung gegeben, bis der pH 10 erreicht. Das Produkt wird durch eine Umkehrosmose mittels einer Millipore Kartusche mit einem Ausschluss bei 1000 Da gereinigt und dann gefriergetrocknet. Man erhält ein hellweißes festes Produkt mit 75% Ausbeute. Die Konzentration der Aminogruppen wird über eine Titration der funktionellen Gruppen bestimmt (0,54 mÄqu/g). Mn ~1850 Da.
  • Beispiel E-1 (Herstellung von IEM-funktionalisierter Acrylamidtelomerlösung)
  • 7,5 g des Acrylamidtelomers mit einer Aminoendgruppe (Amintitration = 0,70 mÄqu./g), die durch Beispiel D-2 hergestellt wurden, werden in 50 ml HPLC Wasser gelöst. Dann wird Argon für einen Zeitraum von etwa 30 Minuten durch die Lösung geblasen. Das Gemisch wird dann zur äquimolaren Menge (0,81 g) des Isocyanatoethylmethacrylats (IEM, Isocyanattitration = 6,45 mÄqu./g) unter Rühren gegeben. Das gesamte Gemisch wird dann unter Argonstrom für 12 Stunden gerührt. Nach der Zugabe von 0,8 g an NaCl zur Lösung und 10 Minuten Rühren wird das Gemisch durch 0,45 μm Teflonfilter filtriert, zur Entfernung des Sauerstoffs durch wiederholte (3×) Evakuierung und Spülung mit Argon entgast und zur Photoaufbringung verwendet.
  • Beispiel E-2 (Herstellung von IEM-funktionalisierter N,N-Dimethylacrylamidtelomerlösung)
  • 5 g des N,N-Dimethacrylamidtelomers mit einer Aminoendgruppe (Amintitration = 0,53 mÄqu./g), die durch Beispiel D-3 hergestellt wurden, werden in 100 ml HPLC Wasser gelöst. Dann wird Argon für einen Zeitraum von etwa 30 Minuten durch die Lösunggeblasen. Das Gemisch wird dann zur äquimolaren Menge (0,41 g) des Isocyanatoethylmethacrylats (IEM, Isocyanattitration = 6,45 mÄqu./g) unter Rühren gegeben. Das gesamte Gemisch wird dann unter Argonstrom für 12 Stunden gerührt. Nach der Zugabe von 1,0 g an NaCl zur Lösung und 10 Minuten Rühren wird das Gemisch durch 0,45 μm Teflonfilter filtriert, zur Entfernung des Sauerstoffs mit Stickstoff entgast und zur Photoaufbringung verwendet.
  • Beispiel E-3 (Herstellung von IEM-funktionalisierter N,N-Dimethylacrylamidtelomerlösung)
  • 15 g des N,N-Dimethacrylamidtelomers mit einer Aminoendgruppe (Amintitration = 0,53 mÄqu/g), die durch Beispiel D-3 hergestellt wurden, werden in 100 ml HPLC Wasser gelöst. Dann wird Argon für einen Zeitraum von etwa 30 Minuten durch die Lösung geblasen. Das Gemisch wird dann zur äquimolaren Menge (1,23 g) des Isocyanatoethylmethacrylats (IEM, Isocyanattitration = 6,45 mÄqu./g) unter Rühren gegeben. Das gesamte Gemisch wird dann unter Argonstrom für 12 Stunden gerührt. Nach der Zugabe von 1,0 g an NaCl zur Lösung und 10 Minuten Rühren wird das Gemisch durch 0,45 μm Teflonfilter filtriert, zur Entfernung des Sauerstoffs mit Stickstoff entgast und zur Photoaufbringung verwendet.
  • Beispiel E-4 (Herstellung von IEM-funktionalisierter Acrylamidtelomerlösung)
  • 7,5 g des Acrylamidtelomers mit einer Aminoendgruppe (Amintitration = 0,53 mÄqu./g), die durch Beispiel D-1 hergestellt wurden, werden in 40 ml HPLC Wasser gelöst. Dann wird Argon für einen Zeitraum von etwa 30 Minuten durch die Lösung geblasen. Das Gemisch wird dann zur äquimolaren Menge (0,61 g) des Isocyanatoethylmethacrylats (IEM, Isocyanattitration = 6,45 mÄqu./g) unter Rühren gegeben. Das gesamte Gemisch wird dann unter Argonstrom für 12 Stunden gerührt. Nach der Zugabe von 0,8 g an NaCl zur Lösung und 10 Minuten Rühren wird das Gemisch durch 0,45 μm Teflonfilter filtriert, zur Entfernung des Sauerstoffs durch wiederholte (3×) Evakuierung und Spülung mit Argon entgast und zur Photoaufbringung verwendet.
  • Beispiel E-5 (Herstellung von IEM-funktionalisierter Acrylamidtelomerlösung)
  • 6,45 g des Acrylamidtelomers mit einer Aminoendgruppe (Amintitration = 0,53 mÄqu./g), die durch Beispiel D-1 hergestellt wurden, werden in 65 ml HPLC Wasser gelöst. Dann wird Argon für einen Zeitraum von etwa 30 Minuten durchgeblasen. Das Gemisch wird dann zur äquimolaren Menge (0,053 g) des Isocyanatoethylmethacrylats (IEM, Isocyanattitration = 6,45 mÄqu./g) unter Rühren gegeben. Das gesamte Gemisch wird dann unter Argonstrom für 12 Stunden gerührt. Nach der Zugabe von 1,3 g an NaCl zur Lösung und 10 Minuten Rühren wird das Gemisch durch 0,45 μm Teflonfilter filtriert, zur Entfernung des Sauerstoffs durch wiederholte (3×) Evakuierung und Spülung mit Argon entgast und zur Photoaufbringung verwendet.
  • Beispiel F-1 (Photoaufbringung von IEM-funktionalisierten Acrylamidtelomeren auf eine Kontaktlinsenoberfläche)
  • 1 ml der IEM-funktionalisierten Acrylamidtelomerlösung aus Beispiel E1 wird in eine kleine Petrischale mit einem Volumen von etwa 2 ml eingebracht. Die Linse aus Beispiel C-1, die kovalent gebundene Photoinitiatormoleküle auf ihrer Oberfläche trägt, wird dann in die Lösung gegeben und es werden weitere 0,5 ml entgaste Lösung auf die Linse gegeben, um die gesamte Linse mit der Lösung zu bedecken. Nach 10 Minuten wird die Petrischale mit der Linse in der Lösung 3,34 mW/cm2 ultraviolettem Licht für einen Zeitraum von 2 Minuten ausgesetzt.
  • Die modifizierte Linse wird dann aus der Lösung entfernt, zweimal mit destilliertem Wasser gewaschen, kontinuierlich in ultrareinem Wasser für 16 Stunden extrahiert und durch AFM, ATR-FTIR und Kontaktwinkelmessungen analysiert.
  • Wasser/Luft Kontaktwinkel der modifizierten Linsen sind 0° adv., 0° rec., 0° Hysterese. Zum Vergleich sind die Kontaktwinkel der nicht-modifizierten Linsen 101° adv., 64° rec., 37° Hysterese. Die Linse hält für über 1 Minute eine kontinuierliche Wasserschicht auf der Linse.
  • Beispiel F-2 (Photoaufbringung von IEM-funktionalisierten Acrylamidtelomeren auf die Kontaktlinsenoberfläche)
  • Zwei Linsen aus Beispiel C-1 werden gemäß Beispiel F-1 beschichtet, aber anstelle von 2 Minuten Expositionszeit, werden 3 Minuten Expositionszeit zur Photoaufbringung verwendet.
  • Die Wasser/Luft Kontaktwinkel auf den modifizierten Linsen sind 33° adv., 26° rec., 7° Hysterese.
  • Beispiel F-3 (Photoaufbringung von IEM-funktionalisierten N,N-Dimethylacrylamidtelomeren auf eine Kontaktlinsenoberfläche)
  • 1 ml der IEM-funktionalisierten N,N-Dimethylacrylamidtelomerlösung aus Beispiel E-2 wird in eine kleine Petrischale mit einem Volumen von etwa 2 ml in einer Handschuhbox eingebracht. Die Linse aus Beispiel C-3, die kovalent gebundene Photoinitiatormoleküle auf ihrer Oberfläche trägt, wird dann in die Lösung gegeben und es werden weitere 0,5 ml entgaste Lösung auf die Linse gegeben, um die gesamte Linse mit der Lösung zu bedecken. Nach 10 Minuten wird die Petrischale mit der Linse in der Lösung 14,5 mW/cm2 ultraviolettem Licht für einen Zeitraum von 1,5 Minuten ausgesetzt.
  • Die modifizierte Linse wird dann umgedreht und die Exposition wird durch die Anwendung von 14,5 mW/cm2 UV Licht für weitere 1,5 Minuten wiederholt.
  • Die modifizierte Linse wird dann aus der Lösung entfernt, zweimal mit destilliertem Wasser gewaschen, kontinuierlich in ultrareinem Wasser für 16 Stunden extrahiert und durch AFM, ATR-FTIR und Kontaktwinkelmessungen analysiert.
  • Wasser/Luft Kontaktwinkel der modifizierten Linsen sind 11° adv., 3° rec., 8° Hysterese. Zum Vergleich sind die Kontaktwinkel der nicht-modifizierten Linsen 101° adv., 64° rec., 37° Hysterese.
  • Beispiel F-4 (Photoaufbringung von IEM-funktionalisierten Acrylamidtelomeren auf eine Kontaktlinsenoberfläche unter Umgebungsbedingungen)
  • In einer Laminar-Flow Bank wird 1 ml der IEM-funktionalisierten Acrylamidtelomerlösung aus Beispiel E-4 in eine kleine Petrischale mit einem Volumen von etwa 2 ml eingebracht. Die Linse aus Beispiel C-1, die kovalent gebundene Photoinitiatormoleküle auf ihrer Oberfläche trägt, wird dann in die Lösung gegeben und es werden weitere 0,5 ml entgaste Lösung auf die Linse gegeben, um die gesamte Linse mit der Lösung zu bedecken. Nach 10 Minuten wird die Petrischale mit der Linse in der Lösung 3,34 mW/cm2 ultraviolettem Licht (MACAM-UV Lampe) für einen Zeitraum von 2 Minuten ausgesetzt. Die modifizierte Linse wird dann aus der Lösung entfernt, zweimal mit destilliertem Wasser gewaschen, kontinuierlich in ultrareinem Wasser für 16 Stunden extrahiert und durch AFM, ATR-FTIR und Kontaktwinkelmessungen analysiert.
  • Die Dicke der Beschichtung liegt im Bereich von 100 bis 200 nm, wie dies durch AFM bestimmt wird. Wasser/Luft Kontaktwinkel der modifizierten Linsen sind 0° adv., 0° rec., 0° Hysterese. Zum Vergleich sind die Kontaktwinkel der nicht-modifizierten Linsen 101° adv., 64° rec., 37° Hysterese. Die Linse hält für über 1 Minute einen kontinuierlichen Wasserfilm auf der Oberfläche.
  • Beispiel F-5 (Photoaufbringung von IEM-funktionalisierten Acrylamidtelomeren auf eine Kontaktlinsenoberfläche)
  • Zwei Linsen aus Beispiel C-1 werden gemäß Beispiel F-4 beschichtet, aber anstelle von 2 Minuten Expositionszeit, werden 1,5 Minuten Expositionszeit zur Photoaufbringung mit einer UV Energie von 2,4 mW/cm2 verwendet.
  • Die Wasser/Luft Kontaktwinkel auf den modifizierten Linsen sind 0° adv., 0° rec., 0° Hysterese.
  • Beispiel F-6 (Photoaufbringung von IEM-funktionalisierten Acrylamidtelomeren auf eine Kontaktlinsenoberfläche)
  • 1 ml der IEM-funktionalisierten Acrylamidtelomerlösung aus Beispiel E-5 wird in eine kleine Petrischale mit einem Volumen von etwa 2,5 ml in einer Handschuhbox eingebracht. Die Linse aus Beispiel C-4, die kovalent gebundene Photoinitiatormoleküle auf ihrer Oberfläche trägt, wird dann in die Lösung gegeben und es werden weitere 1,0 ml entgaste Lösung auf die Linse gegeben, um die gesamte Linse mit der Lösung zu bedecken. Nach 10 Minuten wird die Petrischale mit der Linse in der Lösung 14,5 mW/cm2 ultraviolettem Licht für einen Zeitraum von etwa 3 Minuten ausgesetzt.
  • Die modifizierte Linse wird dann aus der Lösung entfernt, zweimal mit destilliertem Wasser gewaschen, kontinuierlich in ultrareinem Wasser für 16 Stunden extrahiert und durch ATR-FTIR und Kontaktwinkelmessungen analysiert.
  • Wasser/Luft Kontaktwinkel der modifizierten Linsen sind 33° adv., 10° rec., 23° Hysterese. Zum Vergleich sind die Kontaktwinkel der nicht-modifizierten Linsen 101° adv., 64° rec., 37° Hysterese.
  • Beispiel F-7 (Photoaufbringung von IEM-funktionalisierten Acrylamidtelomeren auf eine Kontaktlinsenoberfläche)
  • 1 ml der IEM-funktionalisierten Acrylamidtelomerlösung aus Beispiel E-5 wird in eine kleine Petrischale mit einem Volumen von etwa 2,5 ml in einer Handschuhbox eingebracht. Die Linse aus Beispiel C-2, die kovalent gebundene Photoinitiatormoleküle auf ihrer Oberfläche trägt, wird dann in die Lösung gegeben und es werden weitere 1 ml entgaste Lösung auf die Linse gegeben, um die gesamte Linse mit der Lösung zu bedecken. Nach 10 Minuten wird die Petrischale mit der Linse in der Lösung 14,5 mW/cm2 ultraviolettem Licht für einen Zeitraum von etwa 7 Minuten ausgesetzt.
  • Die modifizierte Linse wird dann aus der Lösung entfernt, zweimal mit destilliertem Wasser gewaschen, kontinuierlich in ultrareinem Wasser für 16 Stunden extrahiert und durch ATR-FTIR und Kontaktwinkelmessungen analysiert.
  • Wasser/Luft Kontaktwinkel der modifizierten Linsen sind 0° adv., 0° rec., 0° Hysterese. Zum Vergleich sind die Kontaktwinkel der nicht-modifizierten Linsen 101° adv., 64° rec., 37° Hysterese.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Beschichtung einer Materialoberfläche, das die folgenden Stufen umfasst: (a) Bereitstellung eines anorganischen oder organischen Bulkmaterials, (b) Bereitstellung eines oder mehrerer polyionischer Materialien, wovon wenigstens eines kovalent gebundene Initiatorreste für eine Radikalpolymerisation umfasst, (c) Auftragung des polyionischen Materials der Stufe (b) auf das Bulkmaterial der Stufe (a) unter Bildung einer hydrophilen Schicht auf der Bulkmaterialoberfläche und (d) Pfropfpolymerisation eines hydrophilen Monomers oder Makromonomers auf das polyionische Material.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Materialoberfläche die Oberfläche eines biomedizinischen Geräts ist, das ein organisches Bulkmaterial umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Materialoberfläche die Oberfläche von Kontaktlinsen, Intraokularlinsen oder einer künstlichen Cornea ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, worin in der Stufe (b) ein polyionisches Material, das kovalent gebundene Initiatorreste für eine Radikalpolymerisation umfasst, von der Gruppe abgeleitet ist, die besteht aus Polyacrylsäure, Polyethylenimin, Polyallylamin und Hyaluronsäure.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, worin in der Stufe (b) das polyionische Material Struktureinheiten der folgenden Formeln umfasst
    Figure 00290001
    Figure 00300001
    worin das Verhältnis von g:h von 1:10 bis 1:200 reicht, die Summe aus (g + h) von 10 bis 25000 reicht und PI für den Rest eines Photoinitiators steht.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, worin in der Stufe (b) das polyionische Material Struktureinheiten der folgenden Formeln umfasst
    Figure 00300002
    worin das Verhältnis von g:h von 1:10 bis 1:200 reicht, die Summe aus (g + h) von 10 bis 25000 reicht und PI1 für Reste der folgenden Formeln steht
    Figure 00310001
    PI2 für einen Rest der folgenden Formel steht
    Figure 00310002
    worin Z für bivalentes -O-, -NH- oder -NR12- steht, Z1 für -O-, -O-(O)C-, -C(O)-O- oder -O-C(O)-O- steht, R3 für H, C1-C12-Alkyl, C1-C12-Alkoxy oder N-C1-C12-Alkylamino steht, R4 und R5 jeweils unabhängig voneinander für H, lineares oder verzweigtes C1-C8-Alkyl, C1-C8-Hydroxyalkyl oder C6-C10-Aryl stehen, oder die Gruppen R4-(O)b1- und R4-(O)b2- zusammen für -(CH2)c- stehen, worin c für 3 bis 5 steht, oder die Gruppen R4-(O)b1-, R4-(O)b2- und R5-(O)b3- zusammen für einen Rest der folgenden Formel stehen
    Figure 00310003
    R2 für eine direkte Bindung oder für lineares oder verzweigtes C1-C8-Alkylen, das unsubstituiert oder substituiert ist durch -OH und/oder das ununterbrochen oder unterbrochen ist durch eine oder mehrere Gruppen -O-, -O-C(O)- oder -O-C(O)-O-, R1 für verzweigtes C3-C18-Alkylen, unsubstituiertes oder durch C1-C4-Alkyl oder C1-C4-Alkoxy substituiertes C6-C10-Arylen, unsubstituiertes oder durch C1-C4-Alkyl oder C1-C4-Alkoxy substituiertes C7-C18-Aralkylen, unsubstituiertes oder durch C1-C4-Alkyl oder C1-C4-Alkoxy substituiertes C3-C8-Cycloalkylen, unsubstituiertes oder durch C1-C4-Alkyl oder C1-C4-Alkoxy substituiertes C3-C8-Cycloalkylen-CyH2y- oder unsubstituiertes oder durch C1-C4-Alkyl oder C1-C4-Alkoxy substituiertes -CyH2y- (C3-C8-Cycloalkylen)-CyH2y- steht, worin y für 1 bis 6 steht, R6 unabhängig die gleichen Definitionen wie R1 hat oder für lineares C3-C18-Alkylen steht, R12 für lineares oder verzweigtes C1-C6-Alkyl steht, das weiter substituiert sein kann beispielsweise durch Hydroxy, T für bivalentes -O-, -NH-, -S-, C1-C8-Alkylen oder den Rest
    Figure 00320001
    steht, Z2 für eine direkte Bindung oder -O-(CH2)d- oder -(OCH2CH2)d- steht, worin d für 1 bis 6 steht und die terminale Gruppe CH2 hiervon jeweils an das benachbarte T in der Formel (3c) gebunden ist, R8 für lineares oder verzweigtes C1-C8-Alkyl, C2-C8-Alkenyl oder C6-C10-Aryl-C1-C8-alkyl steht, R9 unabhängig von R8 die gleichen Definitionen wie R8 hat oder für C6-C10-Aryl steht oder R8 und R9 zusammen für -(CH2)e- stehen, worin e für 2 bis 6 steht, R10 und R11 jeweils unabhängig voneinander für lineares oder verzweigtes C1-C8-Alkyl, das durch C1-C4-Alkoxy substituiert sein kann, oder für C6-C10-Aryl-C1-C8-alkyl oder C2-C8-Alkenyl stehen kann, oder R10 und R11 zusammen für -(CH2)f1-Z3-(CH2)f2- steht, worin Z3 für eine direkte Bindung -O-, -S- oder -NR7- steht, und R7 für H oder C1-C8-Alkyl steht und f1 und f2 jeweils unabhängig voneinander für 2 bis 4 stehen, R13 und R13' jeweils unabhängig voneinander für H, C1-C8-Alkyl, C3-C8-Cycloalkyl, Benzyl oder Phenyl stehen und a, a1, b1, b2 und b3 jeweils unabhängig voneinander für 0 oder 1 stehen, mit den Maßgaben, dass b1 und b2 jeweils für 0 stehen, wenn R15 für H steht, dass die Summe aus (b1 + b2 + b3) nicht mehr als 2 beträgt und dass a für 0 steht, wenn R12 für eine direkte Bindung steht.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in der Stufe (d) ein Makromonomer der folgenden Formel verwendet wird
    Figure 00320002
    worin R32 für Wasserstoff, C1-C6-Alkyl oder -COOR' steht, R, R' und R32' jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C1-C6-Alkyl stehen, A für eine direkte Bindung oder einen Rest der folgenden Formeln steht -C(O)-(A1)n-X- (7a) oder -(A2)m-NH-C(O)-X- (7b) oder -(A2)m-X-C(O)- (7c) oder -C(O)-NH-C(O)-X- (7d) oder -C(O)-X1-(Alk*)-X-C(O)- (7e) steht, oder A und R32 zusammen mit der benachbarten Doppelbindung für einen Rest der folgenden Formel stehen
    Figure 00320003
    A1 für -O-C2-C12-Alkylen steht, das unsubstituiert oder substituiert ist durch Hydroxy, oder für -O-C2-C12-Alkylen-NH-C(O)- oder -O-C2-C12-Alkylen-O-C(O)-NH-R33-NH-C(O)- oder -NH-(Alk*)-C(O)- steht, worin (Alk*) für C1-C6-Alkylen steht, und R33 für lineares oder verzweigtes C1-C18-Alkylen oder unsubstituiertes oder durch C1-C4-Alkyl oder C1-C4-Alkoxy substituiertes C6-C10-Arylen, C7-C18-Aralkylen, C6-C10-Arylen-C1-C2-alkylen-C6-C10-arylen, C3-C8-Cycloalkylen, C3-C8-Cycloalkylen-C1-C6-alkylen, C3-C8-Cycloalkylen-C1-C2-alkylen-C3-C8-cycloalkylen oder C1-C6-Alkylen-C3-C8-cycloalkylen-C1-C6-alkylen steht, A2 für C1-C8-Alkylen, Phenylen oder Benzylen steht, m und n jeweils unabhängig voneinander für 0 oder 1 stehen, X, X1 und X' jeweils unabhängig voneinander für einen bivalente Gruppe -O- oder -NR''- stehen, worin R'' für Wasserstoff oder C1-C6-Alkyl steht, (Alk*) für C2-C12-Alkylen steht, und (Oligomer) die folgenden Bedeutungen hat (i) den Rest eines Telomers der Formel
    Figure 00330001
    worin (Alk) für C2-C12-Alkylen steht, Q für eine monovalente Gruppe steht, die als ein Polymerisationskettenreaktionsterminator geeignet ist, p und q jeweils unabhängig voneinander für 0 bis 350 stehen, worin die Summe aus (p + q) für 2 bis 350 steht, und B und B' unabhängig voneinander für einen 1,2-Ethylenrest stehen, der ableitbar ist von einem copolymerisierbaren Vinylmonomer durch Ersatz der Vinyldoppelbindung durch eine Einzelbindung, wobei wenigstens einer der Reste B und B' durch einen hydrophilen Substituenten substituiert ist, oder (ii) den Rest eines Oligomers der Formel
    Figure 00330002
    worin R19 für Wasserstoff oder unsubstituiertes oder durch Hydroxy substituiertes C1-C12-Alkyl steht, u für 2 bis 250 steht und Q' für einen Rest eines Polymerisationsinitiators steht, oder (iii) den Rest der Formel
    Figure 00330003
    worin R19, X und u wie oben definiert sind, oder (iv) den Rest eines Oligomers der Formel
    Figure 00330004
    worin R20 und R20' jeweils unabhängig für C1-C4-Alkyl stehen, An– für ein Anion steht, v für 2 bis 250 steht und Q'' für eine monovalente Gruppe steht, die als ein Polymerisationskettenreaktionsterminator geeignet ist, oder (v) den Rest eines Oligopeptids der folgenden Formeln -(CHR21-C(O)-NH)t-CHR21-COOH (8d) oder -CHR21-(NH-C(O)-CHR21)t-NH2 (8d') worin R21 für Wasserstoff oder C1-C4-Alkyl steht, das unsubstituiert oder substituiert ist durch Hydroxy, Carboxy, Carbamoyl, Amino, Phenyl, o-, m- oder p-Hydroxyphenyl, Imidazolyl, Indolyl oder einen Rest -NH-C(=NH)-NH2 steht und t für 2 bis 250 steht, oder den Rest eines Oligopeptids, der auf Prolin oder Hydroxyprolin basiert, oder (vi) den Rest eines Polyalkylenoxids der folgenden Formel -(Alk**-O)z-[CH2-CH2-O]r-[CH2-CH(CH3)-O]s-R34 (8e)worin R34 für Wasserstoff oder C1-C24-Alkyl steht, (Alk**) für C2-C4-Alkylen steht, z für 0 oder 1 steht, r und s jeweils unabhängig für 0 bis 250 stehen und die Summe aus (r + s) für 2 bis 250 steht, oder (vii) den Rest eines Oligosaccharids, mit den Maßgaben, dass A keine direkte Bindung ist, falls (Oligomer) ein Rest der Formel (6a) ist, A ein Rest der Formeln (7a), (7b) oder (7d) ist oder A und R32 zusammen mit der benachbarten Doppelbindung für einen Rest der Formel (7f) stehen, falls (Oligomer) ein Rest der Formeln (8b), (8c), (8d) oder (8e) ist, oder der Rest eines Oligosaccharids ist, A eine direkte Bindung ist, falls (Oligomer) ein Rest der Formel (8b') ist, und A ein Rest der Formeln (7c) oder (7e) ist, falls (Oligomer) ein Rest der Formel (8d') ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, worin R für Wasserstoff oder Methyl steht, R32 und R32' jeweils für Wasserstoff stehen, A für einen Rest der Formel (5a) steht und (Oligomer) für einen Rest der Formel (8a) steht.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, worin (Oligomer) für einen Rest der folgenden Formel steht
    Figure 00340001
    worin (Alk) für C2-C4-Alkylen steht, R25 und R25' jeweils unabhängig für Wasserstoff oder Methyl stehen, Q für eine monovalente Gruppe steht, die als ein Poylmerisationskettenreaktionsterminator geeignet ist, p und q jeweils unabhängig für 0 bis 100 stehen, die Summe aus (p + q) für 5 bis 100 steht, und R26 und R26' jeweils unabhängig für einen Rest -COOY stehen, worin Y für C1-C2-Alkyl, C2-C3-Alkyl, das das durch Hydroxy, Amino oder N,N-Di-C1-C2-alkylamino substituiert ist, oder für einen Rest -C2-C4-Alkylen-NH-C(O)-O-G steht, worin -O-G für den Rest von Trehalose steht, für einen Rest -CO-NY1Y2 stehen, worin Y1 und Y2 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C1-C2-Alkyl stehen, das unsubstituiert oder substituiert ist durch Hydroxy, oder worin Y1 und Y2 zusammen mit dem benachbarten N-Atom einen N-C1-C2-Alkylpiperazinoring oder N-C1-C2-Morpholinoring bilden, oder für einen heterocyclischen Rest stehen, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus N-Pyrrolidonyl, 2- oder 4-Pyridinyl, 2-Methylpyridin-5-yl, 2-, 3- oder 4-Hydroxypyridinyl, N-ε-Caprolactamyl, N-Imidazolyl, 2-Methylimidazol-1-yl, N-Morpholinyl und 4-N-Methylpiperazin-1-yl, für -COOH, -SO3H, o-, m- oder p-Sulfophenyl, o-, m- oder p-Sulfomethylphenyl, für einen Rest -CONY5Y6, worin Y5 für C2-C4-Alkyl steht, das durch Sulfo substituiert ist, und Y6 für Wasserstoff steht, für C1-C4-Alkyl, das substituiert ist durch -NR23R23'R23''+An– worin R23, R23' und R23'' jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C1-C4-Alkyl stehen und An– für ein Anion steht, für einen Rest -C(O)OY7, worin Y7 für C2-C4-Alkyl steht, das substituiert ist durch -NR23R23'R23''+An– und weiter unsubstituiert oder substituiert ist durch Hydroxy, worin R23, R23', R23'' und +An– wie oben definiert sind, und für einen Rest -C(O)O-CH2-CH(OY8)-CH2-O-PO2 –-(CH2)2-N(CH3)3 +, worin Y8 für Wasserstoff oder den Acylrest einer höheren Fettsäure steht.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin in der Stufe (d) ein Makromonomer der folgenden Formel verwendet wird
    Figure 00350001
    worin R für Wasserstoff oder Methyl steht, (Alk) für C2-C4-Alkylen steht, R25 für Wasserstoff oder Methyl steht, p für 5 bis 50 steht, Q für eine monovalente Gruppe steht, die als ein Polymerisationskettenreaktionsterminator geeignet ist, und R26 für die folgenden Reste steht
    Figure 00350002
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