DE60319272T2

DE60319272T2 - Verwendung biologisches hemmmaterials zur hemmung von lebenden zellen

Info

Publication number: DE60319272T2
Application number: DE60319272T
Authority: DE
Inventors: Per Moeller; Erik-Ole Jensen; Lisbeth Rischel Hilbert
Original assignee: Danmarks Tekniskie Universitet
Current assignee: Alfa Laval Corporate AB
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2023-11-20
Also published as: AU2003281971B2; NO20053015L; DE60319272D1; EP1575550A1; NZ539925A; ATE386502T1; EP1575550B1; WO2004045577A1; NO330629B1; CA2506591A1; US8062650B2; CA2506591C; DK1575550T3; US20060003019A1; AU2003281971A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines biologisch hemmenden Materials zum Hemmen von lebenden Zellen, das ein Anodenmaterial und ein Kathodenmaterial einschließt, wobei sowohl das Anodenmaterial als auch das Kathodenmaterial ein positives galvanisches Potential aufweisen und wobei das Potential des Kathodenmaterials stärker positiv ist als das Potential des Anodenmaterials. Aufgrund dieser Potentialdifferenz wird das biologisch hemmende Material als ein galvanisches Element in Kontakt mit einem Elektrolyt fungieren.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Eine gute Hygiene ist auf dem Gebiet der Nahrungsmittelherstellung ein wesentlicher Faktor. Es wurden viele Ressourcen in die Reinigung und die Desinfektion der Ausrüstung investiert, um die Haltbarkeit der Produkte zu verbessern. Zusätzlich hat sich in den letzten Jahren die Aufmerksamkeit auf das Risiko einer Kontaminierung der Nahrungsmittelprodukte mit pathogenen Bakterien fokussiert.
Dementsprechend gibt es einen zunehmenden Bedarf an Verbesserungen auf dem Gebiet einer guten Hygiene, nicht nur in Bezug auf die Reinigung, sondern auch in Bezug auf ein geeignetes Design der Maschinen, die für die Herstellung verwendet werden.
Seit 1. Januar 1995 hat die EU vorgeschrieben, dass die Maschinen für die Verarbeitung von Nahrungsmittelprodukten gestaltet sein müssen, um eine gute Hygiene und ein effizientes Reinigungsverfahren zu fördern, was eine optimale Nahrungsmittelproduktsicherheit gewährleistet. Dementsprechend existiert ein eindeutiger Bedarf an einem systematischen Optimieren des Hygiene-Designs der Maschinen bei der Verarbeitung von Nahrungsmittelprodukten.
Eine optimale Reinigung einer geschlossenen Verfahrensausrüstung wird erhalten, indem gewährleistet wird, dass die Reinigungsfluide bei einer ausreichend hohen Fließgeschwindigkeit zirkulieren, die einen turbulenten Fluss durch die gesamte Verfahrensausrüstung bereitstellt. Tote Bereiche, die eine sehr niedrige Fließgeschwindigkeit involvieren, sollten somit durch das geeignete Ausrüstungsdesign vermieden werden.
Trotz der oben angegebenen Bemühungen kann es schwierig sein, vollständig Bereiche in der Verfahrensausrüstung zu vermeiden, bei denen kleine Reste an Nahrungsmittelprodukten an die Wände der Ausrüstung anhaften oder sich in kleinen Taschen akkumulieren, und dadurch Wachstumsbedingungen für unerwünschte und oft pathogene Mikroorganismen bereitstellen. Da diese Mikroorganismen sehr schnell in den zu verarbeitenden Nahrungsmittelprodukten in der Verfahrensausrüstung wachsen, können solche kleinen Rückstände sehr schnell einen ernsthaften Einfluss auf sowohl die Gesundheit als auch auf die Kosten aufweisen.
Derzeit werden Versuche unternommen, Materialien zu entwickeln, bei denen eine verminderte Tendenz vorliegt, einen Biofilm zu bilden. Beispiele sind Materialien mit einer verminderten Adhäsion gegenüber Protein und Fett und Mikroorganismen. Allerdings ist es unwahrscheinlich, dass solch eine Lösung verhindert, dass sich Nahrungsmittelreste und Mikroorganismen in kleinen Taschen und Rissen akkumulieren. Dementsprechend liegt ein Bedarf an einem Material mit inhärenten antimikrobiellen Eigenschaften vor.
US 5 843 186 (Chrisl) offenbart eine intraokulare Kunststofflinse (IOL) mit einer antibakteriellen Aktivität auf Basis eines iontophoretischen Effekts. Zumindest ein Bereich der Linse ist aus einem iontophoretischen Kompositmaterial hergestellt, das zwei Komponenten, wie Silber und Platin, mit unterschiedlichen galvanischen Potentialen, dispergiert in einer leitenden Polymermatrix, einschließt. Der iontophoretische Effekt wird erhalten, wenn die Linse in ein Auge implantiert wird. Hier penetrieren Salzkörperfluide in die Polymermatrix und bilden zwischen den beiden eingebetteten Komponenten ein galvanisches Element, was bewirkt, dass sich die Ionen einer Komponente auflösen, wonach die Ionen aus der Matrix heraus und in die umgebende Körperflüssigkeit migrieren können, wodurch sie einen antibakteriellen Effekt aufweisen. Um den Körper gegen einen Schaden zu schützen, sind die galvanischen Elemente per se von einem direkten Körperkontakt in der umgebenden Polymermatrix, starken elektrischen Feldstärken, die gegebenenfalls benachbart zu den galvanischen Elementen erzeugt werden, isoliert.
Aufgrund der Verwendung dieses bekannten Okularimplantats in Kontakt mit dem Auge wird der antibakterielle Effekt davon eingestellt, um zu gewährleisten, dass der Körper nicht an einem akuten oder akkumulierten Schaden leidet. Es ist auch wichtig, dass eine Akkumulation der antibakteriellen Ionen für eine kurze oder lange Zeitdauer vermieden wird.
Allerdings ist es unwahrscheinlich, dass ein antibakterieller Effekt auf Basis des iontophoretischen Prinzips, wie es durch US 5 843 188 (Chrisl) vorgeschlagen wird, und zur Verwendung in einem Implantat angepasst wird, solchen antimikrobiellen oder anderen cyclocidalen Verwendungen Genüge leistet, wenn der gewünschte Effekt signifikant stärker sein muss als bisher bekannt. Zusätzlich führt eine Intensivierung des Effekts der Freisetzung einer erhöhten Menge an antimikrobiellen Ionen zu einer erhöhten Menge an Ionen-Rückständen in der Lösung oder in den getöteten Mikroorganismenzellen, was in vielen Situationen, wie im Zusammenhang mit der Verarbeitung von Nahrungsmittelprodukten nicht toleriert werden kann.
US-A-5 295 979 (POURREZAEI KAMBIZ ET AL.) offenbart einen Harnkatheter, der mit einem oligodynamischen Metall, ausgestattet mit einer Beschichtung aus einem edleren Metall, zur Erzeugung einer iontophoretischen galvanischen Kupplung, beschichtet ist, die antimikrobielle Ionen an das Lumen befördert.
US 4 886 505 (Haynes et al.) offenbart eine Vorrichtung, wie einen Katheter, die in den Körper eingeführt wird. Auf den Oberflächen ist diese Vorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Metall derart beschichtet, dass ein galvanischer Effekt bereitgestellt wird, wenn die Vorrichtung mit einem Elektrolyt, wie einem Körperfluid, kontaktiert wird. Es wird vorgeschlagen, dass die beiden Metalle auf der Oberfläche des Katheters in Form sehr dünner Filme einer Dicke von etwa 5 bis 500 nm angeordnet werden, wobei sich entweder ein Metall oberhalb des anderen Metalls derart befindet, dass Abschnitte mit einem Typ eines Metallfilms bedeckt sind, während andere Abschnitte mit dem zweiten Typ des Metallfilms bedeckt sind, wobei ein Schalter zwischen den beiden Typen gekoppelt ist, mit dem Ergebnis, dass der galvanische Effekt gemäß dem Bedarf an- und ausgeschaltet werden kann.
In einer Ausführungsform ist der Katheter mit zwei Metallfilmen, einer über den anderen, beschichtet und produziert einen galvanischen Effekt, der in relativ signifikanten Potentialdifferenzen pro Abstand, nämlich hohen elektrischen Feldstärken, in einem Bereich, der Organismen gegenüber unzugänglich ist, resultiert, d. h., der Bereich einer Kontaktoberfläche zwischen den beiden Filmen. Somit basiert der antimikrobielle Effekt auf Metallionen, die in der Kontaktschicht trotz der Tatsache, dass sie durch das Kathodenmaterial angezogen werden, freigesetzt werden.
In einer anderen Ausführungsform ist in etwa die Hälfte der Oberfläche des Katheters durch einen Typ eines Metallfilms bedeckt, während der verbleibende Abschnitt der Oberfläche durch den zweiten Typ des Metallfilms, abgesehen von einem nicht bedeckten Zwischenabschnitt, bedeckt ist, wodurch ein Schalter angeordnet wird. Hier ist der galvanische Effekt in der Tat wirksam, wenn er in direktem Kontakt mit den umgebenden Körperflüssigkeiten steht, aber die relativ signifikanten Potentialdifferenzen pro Abstand, nämlich die hohen elektrischen Feldstärken, wirken nur auf die Grenzfläche zwischen den beiden Metallfilmen, wohingegen die Potentialdifferenz pro Abstand und dementsprechend die elektrische Feldstärke in den Abschnitten signifikant schwächer ist, die einen hohen Abstand zu der Grenzfläche aufweisen. Gemäß der Veröffentlichung basiert der antimikrobielle Effekt offensichtlich auch auf freigesetzte Metallionen.
Dementsprechend kann das Prinzip, das in US 4 886 505 (Haynes et al.) vorgeschlagen wird, nicht in Situationen verwendet werden, bei denen ein starker galvanischer Effekt mit hohen elektrischen Feldstärken entlang der gesamten Oberfläche ohne Involvieren einer signifikanten Freisetzung an Metallionen benötigt wird.
Somit liegt immer noch ein Bedarf an Materialien vor, die in der Lage sind, wirksam lebende Zellen entlang der gesamten Oberfläche des Materials auf solch eine Weise zu hemmen, dass keine Bereiche oder Domänen mit einem unzureichenden antimikrobiellen Effekt vorliegen, an denen unerwünschte Mikroorganismen überleben können. Solche Materialien werden unter anderem in der Nahrungsmittelindustrie benötigt, bei der verbleibende lebende Mikroorganismen in der Herstellungsausrüstung, während der Lagerung und während dem Transport ernsthafte Probleme, wie ein schnelles Verderben des Produkts und krankheitsverursachende Effekte bei dem Verbraucher hervorrufen. Diese Probleme sind besonders ernsthaft, wenn die verarbeiteten Nahrungsmittelprodukte Nährstoffmedien für die betreffenden Mikroorganismen sind und konsequent das Wachstum der Mikroorganismen fördern können. Solche Nahrungsmittelprodukte sind beispielsweise Milchprodukte, Fleisch- und Fischprodukte, Jus, Saft, Limonade, Bier, Wein oder alkoholfreie Getränke.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass es möglich ist, einen besonders starken zellhemmenden Effekt auf ein Material zu erhalten, das ein Anodenmaterial und ein Kathodenmaterial einschließt, wobei das Anodenmaterial und das Kathodenmaterial ein galvanisches Element in Kontakt mit einem Elektrolyt bilden, mit der Maßgabe, dass ein oder mehrere Oberflächen des Materials derart ausgestaltet sind, dass jeder Ort an der Oberfläche in einem kurzen Abstand zu sowohl des benachbarten Anodenmaterials als auch des benachbarten Kathodenmaterials beabstandet ist.
Somit betrifft die Erfindung die Verwendung eines biologisch hemmenden Materials, das ein Anodenmaterial und ein Kathodenmaterial einschließt, wobei sowohl das Anodenmaterial als auch das Kathodenmaterial ein positives galvanisches Potential aufweisen, und wobei das Potential des Kathodenmaterials stärker positiv ist als das Potential des Anodenmaterials, wobei das Material dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Oberfläche mit getrennten (diskreten) Bereichen des Anodenmaterials und Kathodenmaterials einschließt, wobei der Abstand zwischen jedem Punkt auf der aktiven Oberfläche und sowohl des benachbarten Kathodenmaterials als auch des benachbarten Anodenmaterials 200 μm nicht übersteigt, zum Hemmen lebender Zellen.
Die besondere Ausgestaltung der Oberfläche des Materials gewährleistet, dass jeder Punkt an der Oberfläche in einem sehr kurzen Abstand von der benachbarten Kathode und Anode angeordnet ist. Als Ergebnis werden relativ starke Potentialdifferenzen pro Distanz, nämlich hohe elektrische Feldstärken, erhalten. Dies ist im Vergleich zu der oben angegebenen Ausführungsform, die in US 4 886 505 (Haynes et al.) beschrieben ist, eine deutliche Verbesserung. In der Ausführungsform sind die Metalloberfläche in zwei Hälften aufgeteilt. Dies bedeutet, dass es nur möglich ist, solch hohe Feldstärken, benachbart zu der Grenzfläche, in unmittelbarer Nachbarschaft von beiden der zwei verschiedenen Materialien zu erhalten, auch wenn die elektrische Feldstärke signifikant geringer ist, wenn der Abstand zu der Grenzfläche erhöht wird. Dementsprechend werden die starken elektrischen Feldstärken in der Intraokularlinse gemäß US 5 843 186 (Christ) innerhalb der Polymermatrix bei einem Abstand von den zu steuernden Mikroorganismen erzeugt.
Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das Anodenmaterial – welches aus Silber hergestellt sein kann – sich nicht während den galvanischen Verfahren auflöst, und somit es nicht signifikante Mengen an Ag⁺-Ionen an den Elektrolyt freisetzt. Vielmehr ist die Konzentration an Ag⁺-Ionen sehr gering und basiert auf einem Gleichgewicht und es findet keine erzwungene Auflösung statt. Auf diese Weise kann das hemmende Material bei der Verarbeitung von Produkten oder Materialien verwendet werden, bei denen die Anwesenheit von Silberionen unerwünscht ist.
Das Ausmaß der Anwendbarkeit der Erfindung wird aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich. Es sollte allerdings verstanden werden, dass die detaillierte Beschreibung und die speziellen Beispiele nur eingeschlossen sind, um bevorzugte Ausführungsformen zu veranschaulichen, und dass verschiedene Abänderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs dem Fachmann auf Basis der detaillierten Beschreibung ersichtlich sein werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie oben angegeben, weist das hemmende Material eine Oberfläche mit abgetrennten Bereichen der zwei Elektrodenmaterialien auf.
Diese Bereiche sind auf der aktiven Oberfläche derart verteilt, dass die Abstände zwischen jedem Punkt der Oberfläche und des benachbarten Kathodenmaterials und zwischen jedem Punkt und des benachbarten Anodenmaterials 200 μm nicht überschreiten. Diese Abstände sind vorzugsweise kürzer als 100 μm und typischerweise beträchtlich kürzer.
Ein Material, das diesen Anforderungen entspricht, kann ausgehend von einem Material mit einer Oberfläche eines der Elektrodenmaterialien, gefolgt von einem unvollständigen Beschichtungsverfahren mit dem anderen Elektrodenmaterial hergestellt werden. Auf diese Weise wird eine unvollständige Bedeckung mit dem zweiten Material erhalten.
Eine Vielzahl an Beschichtungsverfahren sind dem Fachmann zum Anwenden dünner Metallbeschichtungen auf einer Oberfläche verfügbar. Dies wird auch als ein Plattieren bezeichnet. Dem Fachmann ist es bekannt, eine Metallbeschichtung mittels geeigneter Auswahl an Verfahrensparametern, wie Bearbeitungszeit, Konzentration, Temperatur usw., herzustellen, wobei die Metallbeschichtung die betreffende Substratoberfläche vollständig in einer gewünschten Schichtdicke und ohne "Auslassungen" oder "Löcher" bedeckt, d. h., Bereiche mit keiner oder nur einer Teilbedeckung der Beschichtung.
Anstatt der oben angegebenen Kenntnis des Fachmanns zu folgen, können die Verfahrensparameter derart gewählt werden, dass eine Beschichtung mit einer unvollständigen Bedeckung erhalten wird. Somit kann das Beschichtungsverfahren mit einer verminderten Verarbeitungszeit, einer verringerten Temperatur, einer verminderten Konzentration an aktiven Substanzen, einer verminderten Stromdichte der elektrolytischen Verfahren usw. mit dem Ergebnis durchgeführt werden, dass eine unvollständige Beschichtung mit Auslassungen erhalten wird, wobei das darunter liegende Material nicht bedeckt ist, oder wobei die Beschichtung in Form von separaten (diskreten) Clustern, die auf dem darunter liegenden Material verteilt sind, erscheint.
Somit kann die aktive Oberfläche des biologisch hemmenden Materials aus getrennten Bereichen in Form von Clustern eines Kathodenmaterials zusammengesetzt sein, das sich entlang eines kontinuierlichen Bereichs eines Anodenmaterials verteilt, oder als getrennte Bereiche in Form von Auslassungen, wobei das Kathodenmaterial unbedeckt ist und in einem kontinuierlichen Bereich eines Anodenmaterials verteilt ist.
Es ist auch möglich, dass die aktive Oberfläche des biologisch hemmenden Materials aus getrennten Bereichen in Form von Clustern eines Anodenmaterials verteilt entlang eines kontinuierlichen Bereichs eines Kathodenmaterials oder getrennten Bereichen in Form von Auslassungen zusammengesetzt sein kann, wobei das Anodenmaterial unbedeckt ist und in einem kontinuierlichen Bereich eines Kathodenmaterials verteilt ist.
Theoretisch gesprochen, können die zwei Elektrodenmaterialien in irgendeinem Muster entlang der Oberfläche lediglich bereitgestellt werden, dass der notwendige kurze Abstand zu beiden Elektrodenmaterialien von jedem Punkt der Oberfläche anwendbar ist, um eine ausreichend hohe elektrische Feldstärke und dementsprechend eine ausreichend starke biologische Hemmung irgendwo auf oder in der unmittelbaren Nachbarschaft der Oberfläche zu gewährleisten.
Sowohl das Anodenmaterial als auch das Kathodenmaterial weisen positive galvanische Potentiale (bezüglich SHE) auf, und das Potential des Kathodenmaterials ist stärker positiv als das Potential des Anodenmaterials. Als ein Ergebnis wird ein galvanisches Element durch Kontakt des hemmenden Materials mit einem Elektrolyt erzeugt.
Das galvanische Potential einer dieser Materialien M bedeutet das Standardpotential ε_M der Reaktion. Mⁿ⁺ + ne^– → M
Das Standardpotential von sowohl des Anodenmaterials Ma als auch des Kathodenmaterials Mk muss positiv sein und erfüllt die Beziehung ε_Mk > ε_Ma > 0 worin ε_Mk das Standardpotential des Kathodenmaterials Mk darstellt, und ε_Ma das Standarpotential des Anodenmaterials Ma darstellt.
Das Anodenmaterial Ma muss ein positives Standardpotential, vorzugsweise ein Standardpotential von zumindest 0,10 V bezüglich der Standardwasserstoffelektrode (SHE) aufweisen, stärker bevorzugt zumindest 0,30 V bezüglich SHE, noch stärker bevorzugt zumindest 0,50 V bezüglich SHE und insbesondere bevorzugt zumindest 0,75 V bezüglich SHE. Beispiele an geeigneten Anodenmaterialien sind beispielsweise Au und Ag, wobei Ag bevorzugt ist.
Das Kathodenmaterial Mk muss ein Standardpotential aufweisen, dass das Potential eines Anodenmaterials übersteigt (im aktuellen Fall), vorzugsweise zumindest um 0,05 V, stärker bevorzugt zumindest um 0,10 V, noch stärker bevorzugt zumindest um 0,25 V und am stärksten bevorzugt zumindest um 0,40 V.
Beispiele an geeigneten Kathodenmaterialien in Kombination mit Ag als Anodenmaterial sind Graphit, Au, Pd, Pt, Ru, Ir und Rh, wovon insbesondere Pd bevorzugt ist. Wenn das Anodenmaterial Au ist, ist es möglich, Ru, Ir oder Oxide davon als Kathodenmaterial zu verwenden.
Weitere Kathodenmaterialien, wie elektroaktive Keramiken, die als elektrochemisch edel erscheinen, sind auch in der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Ein Beispiel ist Mangandioxid, das durch ein elektrochemisches Verfahren hergestellt werden kann, wobei das Material auf der Anode bei einem geeigneten Anodenpotential abgeschieden wird.
Sowohl das Anodenmaterial als auch des Kathodenmaterial basieren auf den relevanten Metallen in der metallischen Form mit der Oxidationsstufe 0, wobei das erfindungsgemäße Material gewöhnlich durch Anwendung des Kathodenmaterials und/oder des Anodenmaterials auf ein Substrat mittels eines oder mehrerer herkömmlicher Galvanisierungs- oder Abscheidungsverfahren (einschließlich Elektroplattieren, CVD, PVD, Dickfilm-Techniken und Thermalsprühverfahren) hergestellt wird. Allerdings kann das Anoden- und/oder das Kathodenmaterial des aktiven Materials vollständig oder teilweise in eine Metallverbindung umgewandelt werden, wobei das Metall eine positive Oxidationsstufe, beispielsweise in Form eines Oxidsalzes oder Sulfids, aufweist.
Die Umwandlung in ein Metall mit einer positiven Oxidationsstufe kann während der Herstellung des Materials als ein Ergebnis der angewandten Galvanisierungsverfahren durch eine nachfolgende Behandlung oder während den Anwendungsbedingungen stattfinden. Allerdings ist die Form des Metalls mit der positiven Oxidationsstufe durch die betreffende Metallverbindung eingeschränkt, da sie während der Anwendungsbedingungen derart in Wasser kaum löslich ist, dass Metallionen nicht in toxischen Mengen an den umgebenden Elektrolyt abgegeben werden.
Unabhängig von der Frage einer Metallform oder einer Metallverbindung ist es bei der Bewertung der Anwendbarkeit der Elektrodenmaterialien essentiell, dass zwischen den Potentialen der Formen, bei denen die Metalle während der Anwendungsbedingungen vorhanden sind, eine ausreichende Potentialdifferenz gewährleistet wird.
Eine detaillierte Information über elektrochemische Potentiale kann unter Verwendung von E/pH-Diagrammen auf Basis von relevanten thermodynamischen Daten aus der Literatur studiert werden.
Die zuvor vorgeschlagenen antimikrobiellen Materialien, die auf einem galvanischen Effekt basieren, sind ausgestaltet, um einen iontophoretischen Effekt bereitzustellen, wobei das Anodenmaterial ein Metall ist, das in antimikrobielle Metallionen umgewandelt wird, die an dem umgebenden Elektrolyt freigesetzt werden. Allerdings impliziert die Verwendung der Anodenmaterialien mit einem positiven elektrochemischen Potential, dass die Konzentration der freigesetzten Metallionen gering ist, und dass die zellhemmenden Effekte gering sind. Solch ein geringer Effekt kann für ein Implantat ausreichend sein, bei dem der Effekt das Immunsystem des Körpers unterstützt. Allerdings ist solch ein geringer Effekt nicht ausreichend, wenn er im Zusammenhang mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wobei sich die Ausführungsform mit einer sehr effizienten Steuerung der Mikroorganismen im Zusammenhang mit beispielsweise der Nahrungsmittelherstellung, Wasserbehandlung, wie der Steuerung von Legionella sowohl in öffentlichen Bädern als auch in Swimmingpools, oder das Schützen von Trinkwasser in beispielsweise Eiswürfelmaschinen, beschäftigt.
Das hemmende Material weist eine besondere Ausgestaltung auf, die eine hohe elektrische Feldstärke entlang der gesamten Oberfläche, die mit einem zellhemmenden Effekt bereitgestellt wird, gewährleistet. Zusätzlich wird ein Material mit sowohl einer guten Leitfähigkeit als auch katalytischen Eigenschaften als Anodenmaterial gewählt.
Eine Probe des biologisch hemmenden Materials wurde mittels einer Rastertechnik, die eine Vibrationselektrode, nämlich eine Rastervibrationselektrodentechnik, SVET, einschließt, untersucht. Die Probe wird in eine 10 mM-Lösung NaCl bei Raumtemperatur für bis zu 24 Stunden eingetaucht, und lokale positive und negative Ströme wurden auf der Oberfläche gemessen. Die Intensität dieser Ströme verblieb während der gesamten Prüfung auf dem gleichen Level, was bestätigt, dass das biologisch hemmende Material einen elektrischen/katalytischen Effekt aufweist.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass solch eine Kombination eine Struktur hoher Feldstärken gewährleistet, und dass die elektrischen und katalytischen Eigenschaften des Anodenmaterials einen zellhemmenden Effekt bereitstellen, der signifikant stärker ist als der Effekt, der freigesetzten Anodenmetallionen in der Flüssigkeit, die als Elektrolyt fungiert, zugeschrieben werden kann.
Ohne an eine spezielle Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass ein katalytisches Oxidationsverfahren stattfindet, wobei kleine Mengen an Metalloxid in Metall und Sauerstoff umgewandelt werden, die lebende Zellen beeinflussen. Somit, wenn die Anodenoberfläche in Kontakt mit einer Zelle kommt, die per se ein oxidierbares Material darstellt, und darüber hinaus als ein Elektrolyt fungiert, wird diese Zelle einer Oxidation unterzogen, wobei die Reaktion an der Anode optional ist: 2 Ma_xO_y → 2x Ma + y O₂
Es wird angenommen, dass Sauerstoff in statu nascendi an der Anodenoberfläche erzeugt wird, wenn ein oxidierbarer Elektrolyt wie eine lebende Zelle in Kontakt mit der Anodenoberfläche kommt.
Die Kathode weist ein stärker positives Potential als die Anode auf, und an der Kathode schreitet die oben angegebene Reaktion in entgegengesetzter Richtung voran, was zu einer oxidativen Regeneration der Oberfläche führt: 2x Ma + y O₂ → 2Ma_xO_y
Die besondere Struktur des hemmenden Materials impliziert, dass die elektrische Feldstärke überall auf der zellhemmenden Oberfläche ausreichend hoch ist. Zusätzlich zu der Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anode wird die elektrische Feldstärke durch die geometrischen Bedingungen, einschließlich des Abstands zwischen den Elektroden, bestimmt.
Die Struktur wird durch ein Elektrodenmaterial gekennzeichnet, dass geeignet in kleinen isolierten Bereichen, entweder in Form von Mikroclustern auf der Oberfläche des zweiten Elektrodenmaterials oder in Form von Mikroauslassungen in der Oberfläche des zweiten Elektrodenmaterials geeignet verteilt sind, wobei die benachbarten Mikrocluster oder Mikroauslassungen geeignet, ohne einen zu langen gegenseitigen Abstand, beabstandet sind.
Der Abstand zwischen diesen Mikrobereichen sollte 400 μm auf solch eine Weise nicht überschreiten, dass der Abstand von jedem Punkt auf der aktiven Oberfläche sowohl zu dem benachbarten Kathodenmaterial als auch zu dem benachbarten Anodenmaterial 200 μm nicht übersteigt. Der Abstand zwischen den Mikrobereichen ist vorzugsweise kleiner als 150 μm, besonders bevorzugt kleiner als 75 μm.
Die Größe der individuellen Mikrobereiche sollte nicht 50 μm, vorzugsweise nicht 15 μm, besonders bevorzugt nicht weniger als 10 μm, überschreiten.
Das Flächenverhältnis der Kathodenfläche zu der Anodenfläche auf der aktiven Oberfläche ist nicht besonders kritisch und kann beispielsweise im Bereich von 0,01:1 bis 1:0,01, bevorzugt im Bereich von 0,05:1 bis 1:0,05, wie im Bereich von 0,15:1 bis 1:0,15, liegen.
Das biologisch hemmende Material weist einen hemmenden Effekt auf lebende Zellen, einschließlich Zellen von sowohl eukaryotischen als auch prokaryotischen Organismen, auf. Durch den Ausdruck "biologisch hemmender Effekt" wird hier eine Verminderung oder Verzögerung des Zellwachstums wie auch ein Abtöten der Zellen innerhalb einer Desinfizierung oder Sterilisierung verstanden.
Somit wird das biologisch hemmende Material innerhalb der Nahrungsmittelindustrie, wie beim Sterilisieren oder Verzögern des Wachstums von Mikroorganismen, in Flüssignahrungsmittelprodukten, wie Milchprodukten, Eiscreme, Saft, Limonade, Jus, Bier und alkoholfreien Getränken, wie auch bei der Steuerung der Bildung eines Biofilms an den Oberflächen von Produkten und bei der Ausrüstung bei beispielsweise Molkereien, Schlachtereien, innerhalb der Fischindustrie, bei der Herstellung von Fertigmahlzeiten, Marmelade und Konfitüre verwendet.
Das Material ist ferner innerhalb der pharmazeutischen Industrie zum Lösen von hygienischen Problemen anwendbar.
Das Material ist auch zum Beschränken des Zellwachstums in Wassersystemen, wie für die Hemmung von Legionella in Heißwasserrohren, wie auch für die Hemmung des Bakteriumwachstums in Klimaanlagen, geeignet.
Die aktive Oberfläche des biologisch hemmenden Materials resultiert von dem zweiten Elektrodenmaterial, das auf einer Basis eines ersten Elektrodenmaterials durch ein unvollständiges Abscheidungsverfahren derart aufgetragen wird, dass das zweite Elektrodenmaterial nur teilweise das erste Elektrodenmaterial in Form von entweder Mikroclustern bedeckt oder Mikroauslassungen involviert, die das erste Elektrodenmaterial unbedeckt lassen.
Im Prinzip kann das erfindungsgemäße Material auf Basis eines Substrats des ersten Elektrodenmaterials hergestellt sein, aber gewöhnlich basiert es auf einem Substrat aus Metall, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, Polymer oder Keramiken, bereitgestellt mit einer Beschichtung des Elektrodenmaterials. Solch eine Beschichtung kann durch ein herkömmliches Plattierungsverfahren, wie ein elektrolytisches oder autokatalytisches, nämliches chemisches Plattieren, mittels Dampfabscheiden oder Abscheiden durch Sputtern aufgetragen werden.
Das zweite Elektrodenmaterial kann auf das erste Elektrodenmaterial durch eine elektrolytische oder chemische Abscheidung, durch eine Dampfabscheidung oder Abscheiden mittels Sputtern zu solch einem beschränkten Ausmaß aufgetragen werden, dass die Oberfläche des ersten Elektrodenmaterials nur teilweise mit kleinen Clustern oder in solch einer Weise bedeckt ist, dass freie Stellen oder Öffnungen noch auftreten, nämlich Auslassungen in der Schicht des zweiten Elektrodenmaterials.
Das biologisch hemmende Material kann auch auf Keramiken oder Polymeren mit einer großen aktiven Oberfläche, beschichtet mit Anoden- und Kathodenmaterial, basieren, und das bei der Verwendung in Kontakt mit einem dünnen flüssigen Film auf die gleiche Weise wie ein Ionenaustauscher kommt. Es sind auch Filter oder Siebe möglich, wobei die Oberfläche des Filters oder der Siebdrähte mit dem biologisch hemmenden Material beschichtet sind. Darüberhinaus kann das biologisch hemmende Material gemäß der Erfindung in Form von Teilchen, beschichtet mit Anoden- und Kathodenmaterial, vorliegen. Solche Teilchen können beispielsweise als ein aktiver Füllstoff in Beschichtungsmaterialien, wie Lacke, verwendet werden.
Wie oben angegeben, kann das biologisch hemmende Material mittels zahlreicher oder per se herkömmlicher Plattierungs- oder Abscheideverfahren, einschließlich chemischer elektrochemischer Verfahren, PVD (physikalische Dampfabscheidung), CVD (chemische Dampfabscheidung), Dickfilm-Techniken und Thermalsprühverfahren hergestellt werden.
Chemische elektrochemische Verfahren: Die Silberbeschichtung (Anodenmaterial) kann auf elektrisch leitende Materialien (Metall oder Polymere) durch ein Elektroplattierverfahren oder ein elektrofreies Verfahren (z. B. autokatalytisch) aufgetragen werden, wobei die Anodenmaterialien in einem ersten Schritt abgeschieden werden, gefolgt von dem Kathodenmaterial, das als eine nicht-kohärente Beschichtung (getrennt) oberhalb des Anodenmaterials abgeschieden wird. Die Abscheidungen des Kathodenmaterials können durch ein Innenaustausch-Plattierverfahren auf Basis von Metallionen oder Metallionen-Komplexen durchgeführt werden, die ein höheres elektrochemisches Potential als die kohärente Beschichtung (in diesem Fall Silber) aufweisen. Die chemische Abscheidung des Kathodenmaterials ist diffusionsgesteuert.
Als Alternative kann das Verfahren derart durchgeführt werden, dass die Kathodenoberflächen in die Anode als Teilchen oder Phasen integriert sind. Somit kann Palladium in einer kohärente Silbermatrix dispergiert werden. Solche Verfahren können durch alternierende Behandlung der Oberfläche mit Silber und Palladium, abgeschieden durch chemische und elektrochemische Verfahren, wie oben beschrieben, durchgeführt werden. Insbesondere können Verfahrenstechniken, die auf Kräuselungsbeschichtung und Rolle-zu-Rolle-Plattieren basieren, geeignete Techniken sein.
Alternierende Abscheidung in einem Einschrittverfahren, basierend auf Pulsplattierungstechniken, ist eine weitere Möglichkeit. Ein anderes Verfahren zum Integrieren des Kathodenmaterials in das Anodenmaterial, wie oben beschrieben, ist ein Dispersionsplattieren, wobei die Teilchen des Kathodenmaterials in einer Matrix kontinuierlich unter den elektrolytischen oder den elektrofreien Abscheidungsverfahren koabgeschieden werden.
PVD (physikalische Dampfabscheidung): Techniken, wie PVD, bei denen ein periodisches Sputtern der Kathoden- und Anodenmaterialien oder Elektronenstrahlverdampfung von zumindest zwei Quellen an Materialien (Kathoden- und Anodenmaterialien) auftritt, werden auch als ein attraktives Verfahren für die Herstellung der Beschichtungen betrachtet. Insbesondere für Beschichtungen auf Keramiken und Polymeren mit einer "kurzen Lebensdauer" für die Anwendung (Dicke im Bereich von 100 nm). Diese Technik kann insbesondere für entsorgbare Waren geeignet sein.
CVD (chemische Dampfabscheidung): Prozeßverfahren, basierend auf der Abscheidung von metallhaltigen Gasen, die sich auf der Oberfläche durch thermische und/oder Plasmaaktivierung zersetzen. Solche Gase, die flüchtiges Ag und ein Edelmaterial enthalten, können zusammen oder nacheinander abgeschieden werden.
Dickfilm-Techniken: Anodische und kathodische Materialien werden auf die Oberfläche mittels eines Sprüh- oder eines Lackverfahrens aufgetragen und später durch Wärmebehandlung "gehärtet" oder gesintert. Die Verfahren schließen auch Verfahren ein, bei denen eine thermische Abscheidung von Metallverbindungen, wie Ag₂O oder [Pt(NH₃)₄]Cl₂, durchgeführt wird.
Thermisches Sprühen einer geeigneten Mischung eines Kathoden- und Anodenmaterials auf die Oberfläche. Thermisches Sprühen umfasst zahlreiche Verfahren, wie Plasmasprühen, Lichtbogensprühen, Flammensprühen usw.
Der wachstumshemmende Effekt des biologisch hemmenden Materials wurde gegen Shewanella putrefaciens (Fischfäulnisbakterium), Escherichia coli und Bacillus cereus demonstriert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen biologisch hemmenden Materials,
1A zeigt eine vergrößerte Detailansicht von 1,
2 ist eine schematische Vergleichsansicht des Prinzips, was in US 4 886 505 beschrieben wird, und
3 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen biologisch hemmenden Materials.
1 veranschaulicht eine Wand aus rostfreiem Stahl 2 in einer Vorrichtung, wie beispielsweise eine Vorrichtung zur Verarbeitung eines Molkereiprodukts, wie eine Pasteurisiervorrichtung, und diese Wand ist an der Innenseite mit einer kontinuierlichen Schicht eines Anodenmaterials 4 von beispielsweise Silber beschichtet. Eine Vielzahl an Clustern 6 des Kathodenmaterials, wie Palladium, wird auf das Anodenmaterial angebracht. Wenn die Innenseite mit einem Elektrolyt 8 in Kontakt steht, wird eine Potentialdifferenz Δ_p zwischen dem Potential p_A des Anodenmaterials 4 und dem Potential p_K des Kathodenmaterials 6 erzeugt. Ein Bakterium 10, das nahe an das hemmende Material kommt, wird einer hohen elektrischen Feldstärke E = Δp_B/L_B unterzogen, wobei Δp_B die Potentialdifferenz entlang der Länge L_B des Bakteriums ist. Wenn angenommen wird, dass die Anwesenheit der Bakterien die Feldleitung nicht signifikant verändert, vgl. die gepunktete Linien ist, ist der Weg L_B der Feldleitung durch die Bakterien von beträchtlicher Größe, d. h., das Verhältnis L_B/L_T ist relativ hoch, wohingegen L_T der Gesamtlänge der betreffenden Feldleitung, vgl. 1A, entspricht. Eine gleichförmige Feldstärke entlang jeder Feldleitung weist den Effekt auf, dass die Bakterien einer Potentialdifferenz Δp_B = Δpx (L_B/L_T) unterzogen werden, d. h. einem relativ hohen Potential, wenn das Verhältnis L_B/L_T hoch ist.
2 zeigt zum Vergleich eine schematische Ansicht des Prinzips, das in US 4 886 505 (Haynes et al.) beschrieben ist, wobei ein Gegenstand 102 auf eine Hälfte der Oberfläche mit einem Anodenmaterial 104 beschichtet ist, und auf der andern Hälfte der Oberfläche mit einem Kathodenmaterial 106 beschichtet ist. Die Funktion dieses Prinzips wird durch einen elektrischen Kontakt 116 zwischen dem Anodenmaterial 104 und dem Kathodenmaterial 106 an deren Grenzfläche 112 eingeschränkt. Ein Bakterium 110 in der Grenzfläche 112 zwischen dem Anodenmaterial 104 und dem Kathodenmaterial 106 wird eine hohen Potentialdifferenz Δp_B ähnlich der Potentialdifferenz im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen hemmenden Material unterzogen, wobei das Verhältnis L_B/L_T hier auch hoch ist. Im Vergleich dazu wird ein Bakterium 114, das in einem Abstand von der Grenzfläche 114 angeordnet ist, einer signifikant schwächeren Potentialdifferenz Δp_B unterzogen, da das Verhältnis L_B/L_T beträchtlich niedriger ist.
Wie in 1 stellt 3 eine Wand aus rostfreiem Stahl 202 in einer Vorrichtung dar, die auf der Innenseite mit einer kontinuierlichen Schicht eines Anodenmaterials 204 aus beispielsweise Silber beschichtet ist. Es wird eine unvollständige Beschichtung des Kathodenmaterials 206 aus beispielsweise Palladium auf das Anodenmaterial 204 aufgebracht. Diese unvollständige Beschichtung hinterlässt Öffnungen, nämlich Auslassungen 212, bei denen das Anodenmaterial 204 unbedeckt ist. Ein Kontakt zwischen der Innenseite und dem Elektrolyt 208 erzeugt eine Potentialdifferenz Δp zwischen dem Potential p_A des Anodenmaterials 204 und des Potentials p_K des Kathodenmaterials 206. Ein Bakterium 210, das zu dem hemmenden Material benachbart ist, wird einer starken elektrischen Feldstärke auf die gleiche Weise, wie im Zusammenhang mit 1 erklärt, unterzogen.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das Material die gleiche Ausgestaltung, die in 1 gezeigt ist, aufweisen, aber mit dem Kathodenmaterial als kontinuierliche Schicht 4 und dem Anodenmaterial, aufgespreizt als Cluster 6 auf der Oberfläche des Kathodenmaterials. Auf die gleiche Weise kann eine weitere Ausführungsform die gleiche Ausgestaltung wie in 3 aufweisen, aber mit dem Kathodenmaterial als kontinuierliche Schicht 204, die mit einer unvollständigen Beschichtung 206 des Anodenmaterials bedeckt ist.
BEISPIEL 1
Vorbehandlung
Eine Platte aus technischem Silber (99,75%) von 20 × 1,0 × 1 mm wird bei Raumtemperatur (20 bis 25°C) durch eine elektrolytische Entfettung (kathodisch) bei 10 A/dm² für 10 Minuten entfettet und anschließend in destilliertem Wasser gespült. Mögliche Oxide und Alkalirückstände werden durch Abbeizen mit trockener Säure und mechanischer Bewegung für 1 Minute, gefolgt von einem Spülen mit destilliertem Wasser, entfernt, wobei die trockene Säure ein kommerzielles Feststoffprodukt, basierend auf Natriumbifluorid, ist.
Silberplattierung
Die vorbehandelte Platte wird silberschlagplattiert (d. h., es wird ein kurzes anfängliches Silberplattieren vorgegeben) in einem Bad, das 3,75 g/l AgCN (80,5%) und 115 g/l KCN enthält, mit rostfreien Stahlelektroden bei 1 A/dm² für etwa 60 Sekunden unter mechanischer Bewegung. Nach dem Spülen in destilliertem Wasser wird ein technisches Silberplattieren in einem Bad, das 45 g/l AgCN (80,5%), 115 g/l KCN und 15 g/l K₂CO₃ enthält, bei 1 A/dm² für 20 Minuten unter mechanischer Bewegung angewendet. Die Platte wird in destilliertem Wasser gespült und an Heißluft getrocknet. Die Dicke der entstandenen Silberschicht beträgt etwa 15 μm.
Vorratslösung von Palladiumchlorid
Eine Pd-Vorratslösung aus 0,5 g Palladiumchlorid und 4,0 g NaCl pro 1 wässeriger Lösung wird hergestellt. Die Lösung wird geschüttelt, und die Lösung wird über Nacht derart stehengelassen, dass sich die Lösung, die Pd als Na₂[PdCl₄] enthält, komplett auflöst.
Auftragung der unvollständigen Pd-Schicht
An das Silberplattieren schließt sich ein Entfetten der Platte durch ein elektrolytisches Kathodenentfetten in Cyanid für 20 bis 30 Sekunden, ein Spülen, ein Abbeizen für 20 bis 30 Sekunden, mit mechanischer Bewegung und noch ein anderes Spülen an.
Anschließend wird die Platte bearbeitet, indem sie für 3 Minuten in eine wässerige Lösung unter mechanischer Bewegung eingetaucht wird, die 33 Vol.-% einer Pd-Vorratslösung enthält. Die Platte wird in destilliertem Wasser gespült und an Heißluft getrocknet. Solch eine Behandlung führt zu einer Reduktion der PdCl₄ ^–-Ionen in metallisches Palladium gemäß der Reaktion: 2 Ag + PdCl₄ ^– → 2 AgCl + Pd + 2 Cl
BEISPIEL 2
Eine rostfreie Stahlplatte aus 20 × 10 × 1 mm AISI 316-Stahl mit 2B-Finish wird auf herkömmliche Weise mit Wood-Nickel-Schlag (100 g/l NiCl₂ und 100 ml/l HCl 37%) vorbehandelt, und in einem Bad, das 3,75 g/l AgCN (80,5%) und 115 g/l KCN enthält, mit rostfreien Stahlelektroden bei 1 A/dm² für etwa 60 Sekunden unter mechanischer Bewegung silberschlagplattiert. Nach dem Spülen in destilliertem Wasser wird ein technisches Silberplattieren in einem Bad angewandt, das 45 g/l AgCN (80,5%), 115 g/l KCN und 15 g/l K₂CO₃ enthält, bei 1 A/dm² für 20 Minuten unter mechanischer Bewegung. Die Platte wird in destilliertem Wasser gespült und an Heißluft getrocknet. Die entstandene Schicht aus Silber wies eine Dicke von etwa 15 μm auf.
An das Silberplattieren schließt sich eine Entfettung der Oberfläche durch ein elektrolytisches Kathodenentfetten in Cyanid für 20 bis 30 Sekunden, ein Spülen, ein Abbeizen für 20 bis 30 Sekunden, unter mechanischer Bewegung und noch einem anderen Spülen an. Anschließend wird die Platte für 3 Minuten in eine wässerige Lösung, die 33 Vol.-% der Pd-Vorratslösung von Beispiel 1 enthält, unter mechanischer Bewegung eingetaucht. Die Platte wird in destilliertem Wasser gespült und an Heißluft getrocknet.
SEM/EDS-Analyse (Rasterelektronenmikroskopie/Energiedispersive Röntgenstrahlspektrometrie) der auf diese Weise behandelten Oberfläche zeigt, dass 15 bis 25% des Oberflächenbereichs mit Silber/Silberchlorid bedeckt ist, während der verbleibende Oberflächenbereich durch eine Dünnschicht aus Palladium von etwa 0,1 μm bedeckt ist. Die durch Silber/Silberchlorid bedeckten Bereiche weisen ein Ausmaß von 0,1 bis 8 μm auf, und der Abstand zwischen den individuellen Bereichen von Silber/Silberchlorid variiert von 0,4 bis 3 μm.
BEISPIEL 3
Verfahren
Unbehandelte rostfreie Stahlplatten von 20 × 10 × 1 mm (Kontrolle) wurden in einen Behälter gegeben, und Silberplatten, beschichtet mit Silber und Palladium, hergestellt gemäß der Erfindung, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden in einen zweiten Behälter gegeben. Gleiche Mengen an Milch wurden in die beiden Behälter gegeben. Die Temperatur wurde bei 21°C gehalten, und die Milch wurde entlang den Oberflächen der Platten zirkuliert. Escherichia coli K12 wurde zu einem Zelllevel der Stärke 10⁴/ml zugegeben. Probenplatten wurden unmittelbar nach der Zugabe von Escherichia coli entfernt und nachfolgend jede Stunde für die ersten 6 Stunden wie auch 24 Stunden nach dem Start des Experiments. Die Bildung des Biofilms auf den Platten wurde mit Färben und Konfokalmikroskopie auf Protein und Fett und mit Färben auf lebende und tote Bakterien untersucht.
Ergebnisse
Die Konfokalmikroskopie zeigte klar die Anwesenheit des Biofilms auf den Kontrollplatten, bei denen sowohl Proteine, Fett und Bakterien auf der Oberfläche angezeigt wurden. Allerdings waren auf den erfindungsgemäßen Platten weder Protein, Fett noch Bakterien erkennbar, und somit war kein Biofilm auf den erfindungsgemäßen Platten erkennbar.

Ein Zellenzählen der flüssigen Proben von den beiden Behältern ist aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlich: TABELLE

Zeit (Stunden) nach dem Start	Anzahl der Zellen/ml
Zeit (Stunden) nach dem Start	Behälter mit unbehandelten rostfreien Stahlplatten (Kontrolle)	Behälter mit Silber und Palladium beschichteten Platten (erfindungsgemäß)
0	32 × 10⁴	33 × 10⁴
1	29 × 10⁴	34 × 10⁴
2	36 × 10⁴	26 × 10⁴
3	34 × 10⁴	27 × 10⁴
4	49 × 10⁴	39 × 10⁴
5	69 × 10⁴	58 × 10⁴
6	73 × 10⁴	71 × 10⁴
24	10 × 10⁸	79 × 10⁴

Aus der Tabelle ist es klar, dass während der ersten 6 Stunden kein Bakteriumwachstum angezeigt wurde. Nach 24 Stunden wurde ein deutliches Bakteriumwachstum in dem Kontrollbehälter angezeigt, wobei in dem Behälter mit den erfindungsgemäßen Platten kein Bakteriumwachstum detektierbar war.
BEISPIEL 4
Eine unvollständige Pd-Schicht wird auf eine silberplattierte rostfreie Stahlplatte mit 20 × 10 × 1 mm, hergestellt wie beschrieben in den Beispielen 1 und 2, auf die gleiche Weise wie beschrieben in Beispiel 1, aufgetragen, aber mit einer Lösung, die 5% einer Pd-Vorratslösung enthält und eine Bearbeitungszeit von 1 Minute involviert.
BEISPIEL 5
Eine unvollständige Pd-Schicht wird auf eine silberplattierte rostfreie Stahlplatte mit 20 × 10 × 1 mm, hergestellt wie beschrieben in den Beispielen 1 und 2, auf die gleiche Weise wie beschrieben in Beispiel 1, aufgetragen, aber mit einer Lösung, die 5% einer Pd-Vorratslösung enthält und eine Bearbeitungszeit von 3 Minuten involviert.
BEISPIEL 6
Es wurde eine unvollständige Pd-Schicht auf eine silberplattierte rostfreie Stahlplatte mit 20 × 10 × 1 mm, wie in den Beispielen 1 und 2 beschrieben, auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, aber mit einer Lösung, die 33% der Pd-Vorratslöung enthält und eine Bearbeitungszeit von 1 Minute involviert.
Die gemäß den Beispielen 3 bis 6 hergestellten Platten wurden mittels SEM/EDS-Analyse untersucht. Diese Analyse zeigte, dass eine erhöhte Konzentration der Pd-Vorratslösung wie auch eine verlängerte Bearbeitungszeit zu einer erhöhten Anwendung an Pd führt. Allerdings zeigten alle Platten noch Oberflächenbereiche mit Silber/Silberchlorid, alternierend mit Bereichen an Pd, und ein bakterienhemmender Effekt wurde auf allen Platten festgestellt.
BEISPIEL 7
Eine Schicht aus Silber und Palladium wird auf Spiraldrähten aus technischem Silber (99,75%) einer Dicke von 0,5 mm auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 beschrieben aufgetragen. Die Spiraldrähte sind für die biologische Hemmung durch Eintauchen in biologisch empfindliche Flüssigkeiten geeignet.
BEISPIEL 8
Ein Spiraldrahtprodukt gemäß Beispiel 7 mit einer aktiven Oberfläche von 160 cm² wurde in einer 3 l-gereinigten Wasseranordnung, außen gelagert, in einem Geflügelgehege von 8 Hennen der Brut Buff Orpington, eingetaucht. Das Reservoir der Wasseranordnung wurde mit 2 l-Leitungswasser gefüllt. Das Wasser in dem Wasserreservoir wurde für einige Tage frisch gehalten, und keine Bildung von biologischem Schlamm wurde auf den Kunststoffoberflächen, abgesehen von den externen Trinknäpfen, beobachtet, wobei das Wasser das Reservoir mit dem Spiraldraht verlassen hatte. Allerdings wurde die Bildung von Schlamm in dem Trinkgefäß im Vergleich zu der herkömmlichen Erzeugung von Schlamm vermindert. Nach 3 Tagen und Nächten verblieb etwa 0,5 l-Wasser, und dieses Wasser wurde zusammen mit dem Schmutz und abgekratztem Kies in die Trinknäpfe der Hennen gesammelt. Nach der Filtration wurde sowohl das Filtrat als auch die Feststoffkiesfraktion bezüglich dem Gehalt an Silber mittels Atomabsorption (AAS) untersucht. Beide Fraktionen offenbarten einen Silbergehalt, der signifikant unter 100 μg/l liegt.
Die oben angegebene Beschreibung der Erfindung zeigt, dass es offensichtlich ist, dass sie auf viele Arten variiert werden kann. Solche Variationen werden nicht als eine Abweichung von dem Umfang der Erfindung betrachtet, und alle solche Modifikationen, die dem Fachmann ersichtlich sind, werden auch als durch den Umfang der beigefügten Ansprüche umfassend betrachtet.

Claims

Die Verwendung eines biologisch hemmenden Materials mit einem Anodenmaterial und einem Kathodenmaterial, wobei sowohl das Anodenmaterial als auch das Kathodenmaterial ein positives galvanisches Potential haben und das Potential des Kathodenmaterials höher ist als das des Anodenmaterials, und wobei das Material eine Oberfläche mit getrennten Bereichen des Anodenmaterials und des Kathodenmaterials aufweist, der Abstand zwischen jedem Punkt der aktiven Fläche und sowohl zu dem benachbarten Kathodenmaterial als auch zu dem benachbarten Anodenmaterial 200 μm nicht übersteigt, um lebende Zellen einschließlich eukaryotische und prokaryotische Zellen außerhalb des menschlichen oder tierischen Körpers zu hemmen.
Die Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von einem beliebigen Punkt auf der Oberfläche zu dem benachbarten Kathodenmaterial als auch zu dem benachbarten Anodenmaterial 100 μm nicht übersteigt.
Die Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenverhältnis in der Ebene der Oberfläche der Bereiche des Kathodenmaterials zu dem Bereich des Anodenmaterials zwischen 0,01:1 und 1:0,01 liegt.
Die Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenverhältnis in der Ebene der Oberfläche der Bereiche des Kathodenmaterials zu dem Bereich des Anodenmaterials zwischen 0,05:1 und 1:0,05 liegt.
Die Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des Materials eines der Elektrodenmaterialien, also entweder des Kathodenmaterials oder des Anodenmaterials, in von einander isolierten Bereichen (6; 212) und über einen kontinuierlichen Bereich (4; 206) des zweiten Elektrodenmaerials verteilt angeordnet ist.
Die Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die größte Dimension der individuellen isolierten Bereiche (6; 212) in der Ebene der Oberfläche kleiner als 15 μm beträgt.
Die Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen benachbarten isolierten Bereichen (6; 212) in der Ebene der Oberfläche kleiner als 10 μm ist.
Die Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anodenmaterial Au oder Ag ist.
Die Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kathodenmaterial aus der Gruppe bestehend aus Graphit, Au, Pd, Ru, Ir oder Rh gewählt ist.
Die Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche des biologischen Hemmmaterials als ein konstruktives Material in Ausrüstungen zur Lebensmittelherstellung oder in Wassersystemen.
Die Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche des biologisch hemmenden Materials für das Bekämpfen von Bildung von Biofilm auf Oberflächen der Produkte und der Ausrüstungen.
Die Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche des biologisch hemmenden Materials in den Ausrüstungen, in der Lebensmittelzubereitungsindustrie, in der pharmazeutischen Industrie, in den Kalt- und Heißwasserrohren und ähnlichen Systemen, in den Klimaanlagensystemen, in den Swimmingpools und/oder in den Trinkwassersystemen, einschließlich Eiswürfelmaschinen, verwendet zu werden.