HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrophiles Material
mit ausgezeichneter Hydrophilie und Eignung für lebende Körper
und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung und insbesondere
auf ein hydrophiles Material, das in Gasaustauschmembranen für
künstliche Lungen, Ultrafiltern oder permeablen Membranen für
künstliche Nieren, Membranen zur Plasmatrennung, Membranen zur
Trennung von Blutbestandteilen und porösen Membranen, die bei
ihrer Verwendung mit Flüssigkeit, Blut und Zellen solcher
künstlicher innerer Organe, wie künstliche Lebern und
künstliche Bauchspeicheldrüsen, Vorrichtungen zur äußeren
Kreislaufbehandlung und Vorrichtungen zur Zellzüchtung, in
Berührung kommen, und Verfahren zu ihrer Herstellung.
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Im Stand der Technik werden verschiedene poröse Membranen
zum Gasaustausch, zur Ultrafiltration und zur Dialyse zum
Zwecke des Austausch und der Entfernung von Materialien auf
den Gebieten der Medizin, der Medikamente, der
Lebensmittelindustrien, der Feinwerktechnik-Industrien und
wissenschaftlicher Experimente verwendet.
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Wenn eine poröse Membran in einem wäßrigen Lösungsmittel,
wie eine wäßrige Lösung oder Blut verwendet wird, wird eine
hydrophile poröse Membran verwendet, oder es wird eine
hydrophobe poröse Membran verwendet, nachdem diese einer Behandiung
zur Verleihung von Hydrophilie unterzogen wurde. Als
hydrophile poröse Membran wird eine poröse Membran eines
Cellulosederivats, speziell Celluloseacetat, verwendet.
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Als Membranen, die durch Verleihung von Hydrophilie an
eine hydrophobe poröse Membran hergestellt wurden, offenbaren
die Japanischen Patentoffenlegungen 54-153872 und 61-42304
Membranen, die durch Eintauchen eines hydrophoben, porösen
Membransubstrats in ein organisches Lösungsmittel oder einen
Alkohol, gefolgt von einer Wassersubstitution, hergestellt
wurden, und Membranen, die durch Bedecken einer hydrophoben
Polymermembran mit einem oberflächenaktiven Mittel oder einem
hydrophilen Polymermaterial hergestellt wurden. US 4 432 875
offenbart poröse Membranen, die durch Eintauchen oder Gießen
eines hydrophoben Polymers in eine Lösung eines
oberflächenaktiven Mittels, das sowohl hydrophobe und hydrophile Gruppen
aufweist, gefolgt von einer Wärmebehandlung des resultierenden
Produkts, hergestellt wurden. Ferner wurde ein Verfahren
vorgeschlagen, in dem ein hydrophobes, poröses Membransubstrat
mit einem hydrophilen Monomer bedeckt wird und dann einer
Brückenbildungsbehandlung mit einem Elektronenstrahl oder
Gammastrahlen unterzogen wird, sowie ein Verfahren, bei dem
wie in der Japanischen Patentoffenlegung 62-262705
(entsprechend der EP-A-0 249 513) offenbart ein hydrophiles
Kunststoffmaterial mittels optischer Pfropfpolymerisation oder
plasmainitiierter Pfropfpolymerisation an eine
Membranoberfläche gebunden wird.
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Als poröse Membranen, die für lebende Körper geeignet
sind, insbesondere diejenigen, die als Material für die
medizinischen Behandlung mit Bestandteilen des lebenden Körpers
oder mit Zellen in Berührung kommen, wurden hydrophobe, poröse
Membranen aus Polyethylen und Polypropylen, die als künstliche
Lungen und Plasmatrennvorrichtungen verwendet wurden,
hydrophile Membranen aus Materialien auf Cellulose- und
Polyvinylalkoholbasis, und Membranen solcher Polymermaterialien wie
Polymethylmethacrylat, Polyacrylnitril und Polysulfon
entwickelt.
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Die aus Cellulose oder Cellulosederivaten bestehende
hydrophile, poröse Membran unterliegt jedoch einem durch das
Wasser oder durch ein ähnliches, verwendetes Lösungsmittel
verursachten Aufquellen. Daher wird, wenn diese poröse Membran
in eine Apparatur eingebaut ist, der Fließweg der Apparatur
mit dem Aufquellen der Membran für eine Blockierung anfällig.
In solch einem Fall kann kein ausreichendes Leistungsverhalten
der Membran erreicht werden. Ferner wird in dem Fall, bei dem
eine hydrophile poröse Membran, bestehend aus einem Material
auf Cellulose- oder Polyvinylalkoholbasis, als Membran für
medizinische Behandlungen verwendet wird, die in Berührung mit
Blut kommt, wegen der Hydroxidgruppe in dem Molekül ein sehr
aktives Verstärkungssystem erhalten. Es induziert auch
Leukopenie. In dem Verfahren, bei dem die Oberflächen einer
hydrophoben porösen Membran mit einem hydrophilen Material bedeckt
sind, ist es, obwohl es einfach ist, manchmal unmöglich eine
permanente Hydrophilie zur Verfügung zu stellen, oder das
Deckmaterial neigt dazu gelöst oder abgetrennt zu werden.
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Wird ferner die Eignung der porösen, in der medizinischen
Behandlung eingesetzten Membran gegenüber Blut betrachtet, so
adsorbiert eine Membran, die aus einem hydrophoben
Polymermaterial, wie Polyethylen und Polypropylen, besteht, größere
Mengen an Plasmaprotein, wie Fibrinogen, obwohl die
Aktivierung des Verstärkungssystems gering ist. Mittlererweile wurde
berichtet, daß eine Membran, deren Oberflächen hydrophil sind
und einen hohen Wassergehalt aufweisen, und an die weniger
Plasmaprotein und Blutzellbestandteile haften bleiben, einen
extremen Verlust an Blutplättchen bewirkt, wenn es längere
Zeit mit dem Blut, in oder außerhalb eines lebenden Körpers,
in Berührung steht.
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Ferner wird berichtet, zum Beispiel im Journal of
Biomedical Materials Research, Band 20, 919 - 927, 1986, daß
auf der Substratoberfläche anwesende Blockcopolymere, in einem
Zustand getrennter hydrophiler und hydrophober Phasen, eine
ausgezeichnete Eignung gegenüber Blut zeigen. Solche
Blockcopolymere können durch Beschichten der Substratoberflächen mit
einem Polymermaterial, das aus hydrophilen und hydrophoben
Makromolekülketten besteht, erhalten werden. Mittels dieses
Verfahrens ist es jedoch schwierig, selbst feine und hoch
hydrophobe innere Porenoberflächen der porösen
Polypropylenmembran gleichmäßig mit dem Blockcopolymer zu bedecken. Ferner
neigt die Blockcopolymer-Deckschicht dazu, abgetrennt zu
werden und weist eine schwache mechanische Festigkeit auf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung kam aufgrund der vorstehenden Probleme
zustande und es ist ihre Aufgabe, ein hydrophiles Material,
das eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität und eine
ausgezeichnete Eignung für lebende Körper aufweist, bei dem keine
Trennung eines gelösten Materials oder einer Deckschicht
auftritt und das eine ausgezeichnete Sicherheit aufweist, und
ein Verfahren zu seiner Herstellung zur Verfügung zu stellen.
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Um diese Aufgabe der Erfindung zu lösen, wird ein
hydrophiles Material zur Verfügung gestellt, in dem ein
Blockcopolymer ein Material (X) mit einer hydrophilen Polymerkette
und ein Material (Y) mit einer hydrophoben Polymerkette
enthält, und/oder diese Materialen (X) und (Y) als Pfropfkette
mit den Oberflächen des Substrates (z) eines Polymermaterials
verknüpft sind.
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Ferner wird erfindungsgemäß eine hydrophile poröse
Membran zur Verfügung gestellt, in der das Substrat (Z) eine
poröse Membran ist, und das Blockcopolymer und/oder die
Materialien (X) und (Y) als Pfropfketten mit mindestens einem
Teil der Oberflächen des porösen Membransubstrats (Z) und
seiner inneren Porenoberflächen verknüpft sind. Die poröse
Membran als das Substrat (Z) besteht geeigneterweise aus einem
hydrophoben Polymermaterial mit einer
Schwellenoberflächenspannung von 5 x 10-4 N/cm (50 dyn/cm) oder weniger oder mit
einem Wasserabsorptionsfaktor von 1,0% oder weniger. Es ist
auch günstig, wenn der Blasenpunkt 1,96 x 10&sup4; bis 1,96 x 10&sup6;
Pa (0,2 bis 20,0 kgf/cm²), die Dicke der Membran 20 bis 300 um
und die Porosität 20 bis 80% beträgt. Ferner ist das
Polymermaterial, das die poröse Membran aufbaut, geeigneterweise ein
hydrophobes Polymermaterial, hauptsächlich zusammengesetzt aus
Polypropylen.
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Ferner weist das erfindungsgemäße Material eine Eignung
als Material für lebende Körper auf.
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Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung
eines hydrophilen Materials zur. Verfügung gestellt, umfassend
einen ersten Schritt der Unterwerfung von mindestens einem
Teil der Oberflächen eines Membransubstrats (Z) eines
Polymermaterials einer Plasmabehandlung unter Erzeugung eines
Polymerradikals an den erwähnten Oberflächen, eines zweiten
Schritts der Veranlassung einer Pfropfpolymerisation mit dem
Polymerradikal als Ausgangspunkt der Polymerisation durch
Zufuhr eines hydrophilen Monomers (X) in gasförmiger Phase zu
dem Substrat (Z) und eines dritten Schritts der Veranlassung
einer Pfropfpolymerisation, auf dem zweiten Schritt folgend,
mit dem an dem Wachstumspunkt des hydrophilen Monomers (X)
anwesenden Polymerradikal und/oder dem Radikal auf den
Oberflächen des Substrats (Z) als Ausgangspunkt einer
Polymerisation durch Zufuhr eines hydrophoben Monomers (Y) in
gasphörmiger Phase zu dem Substrat (Z). Erfindungsgemäß wird
ferner ein Verfahren der Herstellung eines hydrophilen
Materials zur Verfügung gestellt, in dem die vorstehend
angeführten zweiten und dritten Schritte abwechselnd in der
erwähnten Reihenfolge, nachfolgend auf den dritten Schritt,
durchgeführt werden.
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In dem erfindungsgemäßen hydrophilen Material sind das
Material (X) mit der hydrophilen Polymerkette und das Material
(Y) mit der hydrophoben Polymerkette in dem Blockpolymer in
getrennten Phasen auf der Substratoberfläche anwesend, so daß
es eine ausgezeichnete Eignung für lebende Körper, wie eine
Eignung für Blut und Beständigkeit gegenüber Krankheiten,
aufweist.
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Ferner ist bei der porösen Membran, gebildet mit dem
erfindungsgemäßen hydrophilen Material, das Blockcopolymer an
das poröse Membransubstrat als Pfropfkette chemisch gebunden,
weshalb es möglich ist, eine Schicht herzustellen, die aus den
getrennten hydrophilen und hydrophoben Phasen besteht, die
selbst auf der inneren Porenoberfläche der porösen Membran
gleichmäßig und dünn sind, was bislang mittels des
Beschichtungsverfahrens vom Stand der Technik unmöglich war. So weist
die Membran eine Eignung für lebende Körper und eine Affinität
für Zellen auf und ist frei vom Trennungsphänomen an der
Grenzfläche zwischen dem porösen Membransubstrat und der
Blockcopolymerschicht. Folgerichtig wird das Blockcopolymer
niemals in das Blut oder den lebenden Körper gelöst oder
abgetrennt werden, und somit kann eine sehr sichere Membran
als Material für medizinische Behandlungen zur Verfügung
gestellt werden. Diesel Membran ist nützlich als
Plasmatrennmembran, Membran zur Trennung von Blutbestandteilen, Membran
zum Gasaustausch in künstlichen Lungen, Membran für künstliche
Nieren, Membran für künstliche Lebern, Membran für künstliche
5Bauschspeicheldrüsen, als verschiedene andere Membranen für
eine äußere Kreislaufbehandlung und auch als Membran für die
Zellzüchtung, Bioreaktor und DDS als auch als Carrier dieser
Membranen. Ferner, da die entgegengesetzten Enden der
Polymerkette des Materials (X) mit der hydrophilen Polymerkette durch
die hydrophoben Polymerketten des Materials (Y) mit der
hydrophoben Polymerkette (Z) und dem Polymersubstrat (Z)
begrenzt sind, wird das auf das Aufquellens durch die
Wasserabsorption zurückzuführende Ausflußvolumen (volume of
discharge) aufgrund der Anwesenheit der wasserlöslichen
Polymerkette verringert, verglichen mit der hydrophilen porösen
Membran, bei der eine wasserlösliche Polymerkette an die
innere Porenoberfläche gebunden ist, und dementsprechend
nehmen das Volumen und der Durchmesser der inneren Poren zu
und fördern ein Leistungsverhalten wie die Durchdringung.
Ferner, da das aus der porösen Membran aufgebaute
Polymersubstrat (Z) aus einem hydrophoben Polymermaterial mit einer
Schwellenoberflächenspannung von 5 x 10&supmin;&sup4; N/cm (50 dyn/cm)
oder weniger oder mit einem Wasserabsorptionsfaktor von 1,0%
oder weniger, einem Blasenpunkt von 1,96 x 10&sup4; bis 1,96 x 10&sup6;
Pa (0,2 bis 20,0 kgf/cm²), einer Membrandicke von 20 bis 300
um und einer Porosität von 20 bis 80% besteht, wird das
Aufquellen der Membran mit Feuchtigkeit beseitigt und eine
ausgezeichnete Dimensionsstabilität sichergestellt. Ferner, da
das Polymersubstrat (Z) ein hydrophobes Polymermaterial ist,
hauptsächlich zusammengesetzt aus Polypropylen, kann einfach
ein Polymeradikal gebildet werden, das für eine
Pfropfpolymerisation geeignet ist, wodurch eine einfache Steuerung
der Bedingungen für die Synthese in einem Zustand, bestehend
aus getrennten Phasen, gestattet wird. Da das
erfindungsgemäße, für lebende Körper geeignete Material ferner aus dem
hydrophilen Material besteht, weist es für lebende Körper eine
ausgezeichnete Eignung auf.
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Da das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines
hydrophilen Materials und einer hydrophilen porösen Membran
daraus ferner eines ist, bei dem durch Unterwerfung der
Substratoberflächen einer Plasmabehandlung ein Polymerradikal
auf den Substratoberflächen gebildet wird, ist es möglich,
eine wirksame Oberflächenbehandlung zu erzielen. Ferner kommt
die Polymerisationsreaktion weder durch die Verwendung eines
Polymerisationsinitiators noch irgendeines Katalysators
zustande, und auch das Wachstum der Pfropfkette erfolgt durch
Zufuhr hydrophiler und hydrophober Polymermonomerer in der
gasförmigen Phase. So ist es möglich, auf dem Substrat eine
Schichtstruktur in einem hochstabilen, getrennten
Phasenzustand zu erhalten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine schematische, vergrößerte Schnittansicht,
die die Struktur eines Schnitts des erfindungsgemäßen
hydrophilen Materials zeigt, und
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Fig. 2 ist ein Spektraldiagramm, das die
Infrarot-Absorptionsspektren verschiedener experimenteller Beispiele
von porösen Membranen als das erfindungsgemäße hydrophile
Material und Kontrastbeispiele zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
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Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht, die ein
Beispiel des erfindungsgemäßen hydrophilen Materials zeigt.
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Das dargestellte hydrophile Material wird durch Verbinden der
Oberflächen eines Polymermembransubstrates (Z) mit einem
Blockcopolymer erhalten, das ein Material (X) mit einer
hydrophilen Polymerkette und ein Material (Y) mit einer
hydrophoben Polymerkette als Pfropfkette enthält, so daß die
Materialien (X) und (Y) in einer resultierenden Schicht in
getrennten Phasen auftreten. In der Zeichnung wird das
Polymermembransubstrat mit 1, der Bereich des Materials (X)
mit der hydrophilen Kette mit 2, der Bereich des Materials (Y)
mit der hydrophoben Kette mit 3 und ein Grenzflächenbereich,
der hauptsächlich aus einem Pfropfpolymer zwischen dem
Polymermembransubstrat
1 und dem Material (X) mit der hydrophilen
Polymerkette besteht mit 4 bezeichnet.
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In der mit dem erfindungsgemäßen hydrophilen Material
gebildeten porösen Membran sind das Blockcopolymer, das das
Material (X) mit der hydrophilen Polymerkette und das Material
(Y) mit der hydrophoben Polymerkette und/oder die Materialien
(X) und (Y) als Pfropfkette an mindestens einen Teil der
Membranoberflächen und an die Oberflächen der inneren Poren
der porösen Membran als dem Polymersubstrat (Z) gebunden, ohne
daß irgendeine Verbrückungsreaktion, basierend auf irgendeinem
Verknüpfungsmittel oder Lichtstrahlen oder Bestrahlungen,
angewandt wird. Bezüglich des Materials (X) mit der hydrophilen
Polymerkette gibt es keine besondere Einschränkung, solange es
eine Polymerkette mit hoher Affinität zu Wasser aufweist oder
diese in Wasser löslich ist, es weist aber geeigneterweise
eine Schwellenoberflächenspannung von 5 x 10&supmin;&sup4; N/cm (50
dyn/cm) oder mehr oder einen Wasserabsorptionsfaktor von 1%
oder mehr auf. Beispiele für das Material (X) sind hydrophile
Polymermaterialien, die auf Acryl- oder Methacrylderivaten
beruhen, wie Polyhydroxyethylacrylat und
Polydimethylaminomethylmethacrylat, Polyether, die Vinylmonomere in dem Molekül
enthalten, wie Polyethylenglycol und Polypropylenglycol, und
hydrophile Polymermaterialien, basierend auf Acrylamid und
Methacrylamidderivaten, wie Polyacrylamid, Polydiacetonamid
und Poly-N-methylacrylamid.
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Bezüglich des Materials (Y) mit der hydrophoben
Polymerkette gibt es keine besonderen Einschränkungen, solange seine
Schwellenoberflächenspannung oder sein Wasserabsorptionsfaktor
kleiner als die/der des Materials (X) mit der hydrophilen
Polymerkette ist. Beispiele für das Material (Y) sind
Polystyrol, Polyethylmethacrylat, Polybutylacrylat,
Polymethylmethacrylat, Polyvinylidenchlorid und Polytetrafluorethylen.
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In der erfindungsgemäßen hydrophilen porösen Membran
sollte das Blockcopolymer oder die Pfropfkette chemisch an die
Oberflächen des porösen Membransubstrats gebunden und nicht
durch Beschichtung oder ähnliches aufgebracht sein. Oder aber,
es ist möglich, daß ein hydrophiles Polymermaterial an
Materialoberflächen unter Verwendung solch eines
Verbrückungsmittels
wie eines multifunktionellen Monomers gebunden wird
oder daß es an poröse Membransubstratoberflächen unter solch
einer Polymerisationsbedingung gebunden wird, daß viele
Brückenbindungen auf der Pfropfkette erzeugt werden, d.h.
Pfropfreaktion oder Bestrahlung der Pfropfkette oder des
Monomers und/oder des Polymermaterials als schließlicher
Pfropfkette mit einem Elektronenstrahl, Gammastrahlen,
ultravioletten Strahlen, und ähnliches. Ferner ist mit dem Begriff
erfindungsgemäße "hydrophile poröse Membran" eine Membran
gemeint, die Oberflächen aufweist, die hydrophiler sind, d.h.
mit einer größeren freien Energie als bei dem Polymersubstrat
(Z).
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Die erfindungsgemäße hydrophile poröse Membran weist eine
Pfropfkette mit einer Basisstruktur mit hydrophoben (Z),
hydrophilen (X) und hydrophoben (Y)-Phasen, in der angegebenen
Reihenfolge, auf. Die erfindungsgemäße Membran wird durch die
Veranlassung eines Wachstums der Propfkette durch Veranlassung
eines Kontakts eines Monomers in gasförmiger Phase mit dem
Polymersubstrat (Z) erhalten. Hauptsächlich weist es eine
Pfropfkette auf, die aus einem Blockcopolymer mit hydrophilen
(X) und hydrophoben (Y) Phasen besteht. Die Erfindung deckt
jedoch auch eine Struktur ab, bei der die Pfropfkette durch
ein Blockcopolymer aufgebaut ist, mit abwechselnd gebundenen
hydrophilen (X) und hydrophoben (Y) Phasen, zum Beispiel in
der Reihenfolge (X)-(Y)-(X) oder (X)-(Y)-(X)-(Y). Ferner wird
eine Struktur abgedeckt, bei der hydrophile (X) und hydrophobe
(Y) Pfropfketten in einem gemischten Zustand an die
Substratoberflächen gebunden sind.
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Ferner weist in der erfindungsgemäßen, hydrophilen,
porösen Membran ein hydrophobes Polymermaterial, das die
poröse Membran als Polymersubstrat aufbaut, eine
Schwellenoberflächenspannung von 5 x 10&supmin;&sup4; N/cm (50 dyn/cm) oder weniger
oder einen Wasserabsorptionsfaktor von 1,0% auf. Es ist auch
bevorzugt, daß der Blasenpunkt 1,96 x 10&sup4; bis 1,96 x 10&sup6; Pa
(0,2 bis 20,0 kgf/cm²), die Membrandicke 20 bis 300 µm und die
Porosität 20 bis 80% beträgt. Mit Blasenpunkt ist ein Wert
gemeint, der durch eine Messung erhalten wird, die mittels eines
in ASTM F-316 vorgeschriebenen Verfahrens und mit
Ispropylalkohol
(IPA) als Lösungsmittel ausgeführt wurde. Porosität
meint einen Prozentwert des Verhältnisses von Porenvolumen zu
Gesamtvolumen der Membran.
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Das Polymersubstrat (Z) besteht bevorzugt aus einem
hydrophoben Polymermaterial, das hauptsächlich aus
Polypropylen zusammengesetzt ist.
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Das erfindungsgemäße hydrophile Material kann durch
Erzeugung eines Polymerradikals auf den Oberflächen des
Polymersubstrats (Z), mittels Unterwerfung des Substrats einer
Tieftemperatur-Plasmabehandlung, erhalten werden, wobei
anschließend durch Zufuhr des hydrophilen Monomers (X) in
gasförmiger Phase zu den Substratoberflächen unter einem
reduzierten Druck von 13,3 bis 1,33 x 10&sup4; Pa (0,1 bis 10² mm Hg)
eine Pfropfpolymerisation auf den Substratoberflächen
veranlaßt wird, mit dem Polymerradikal als Ausgangspunkt der
Polymerisation, wobei der größte Teil des nicht-umgesetzten
hydrophilen Monomers (X) durch Verringerung des Drucks
entfernt wird und wobei anschließend durch Zufuhr des hydrophoben
Monomers (Y) in gasförmiger Phase unter einem reduzierten
Druck von 13,3 bis 1,33 x 10&sup4; Pa (0,1 bis 10² Torr) und mit
dem an dem Wachstumspunkt der hydrophilen Polymerkette (X)
anwesenden Polymerradikal und/oder dem Polymerradikal auf den
Oberflächen des Substrats (Z), als Ausgangspunkt der
Polymerisation, eine Pfropfpolymerisation veranlaßt wird.
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Die hydrophilen und hydrophoben Monomere (X) und (Y)
sollten für eine radikalische Polymerisation geeignet sein.
Beispiele für das hydrophile Monomer (X) sind:
2-Hydroxyethylmethacrylat, N-Vinylpyrrolidonmethacrylat,
N-Methylacrylamid, N, N-Dimethylacrylamid und Dimethylaminoethylmethacrylat.
Beispiele für das hydrophobe Monomer (Y) sind Monomere auf
Acrylat- und Methacrylatbasis, wie Methylmethacrylat,
Ethylmethacrylat, Butylacrylat, Styrol, Ethylentetrafluorid und
Perfluormethacrylat und auch Derivate von Acrylamid und
Methacrylamid.
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Die erfindungsgemäße poröse Membran kann durch Anwendung
des Verfahrens der Herstellung des hydrophilen Materials auf
die Oberflächen der porösen Membran als Polymersubstrat (Z)
erhalten werden.
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Die auf diese Weise erhaltene hydrophile poröse Membran
weist das Blockcopolymer mit den hydrophoben und hydrophilen
Ketten als Pfropfkette auf den Membranoberflächen auf, und die
Bildung einer Schicht, in der getrennte hydrophile und
hydrophobe Phasen in einem gemischten Zustand auftreten, gestattet
es, daß eine hohe Eignung für Blut und lebende Körper erhalten
wird. Die Zelloberfläche eines lebenden Körpers weist
hydrophile und hydrophobe Bereiche in einem gemischte Zustand auf.
Deshalb nimmt die Eignung der Oberfläche von Geräten für
medizinische Behandlungen mit einer Struktur zu, in der zwei
verschiedene Arten von Bereichen in einem gemischten Zustand
anwesend sind. Mit einem einzigen hydrophoben Bereich ist die
Viskosität in Bezug auf das Globulin oder ein ähnliches
Protein unerwünscht hoch. Andererseits ist die Viskosität mit
einem einzigen hydrophilen Bereich zu gering.
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Da die vorstehend erwähnte hydrophile poröse Membran
ferner von jeder Verbrückungsreaktion mit einem
Verbrückungsmittel oder von Bestrahlung frei ist, weist die durch
Pfropfpolymerisation erhaltene Polymerkette energiemäßig eine
stabile Struktur auf. Wenn notwendig kann der Phasentrennzustand
des Blockpolymers durch Behandlung der Membranoberflächen mit
einem für die Pfropfkette guten Lösungsmittel gesteuert
werden. Ferner gestattet die vorstehende poröse Membran durch
eine geeignete Auswahl der Molekulargewichte der Materialien
(X) und (Y) in den entsprechenden hydrophilen und hydrophoben
Ketten Veränderungen des Grads der Hydrophilie oder
Hydrophobie oder eine Steuerung des Zustands der Ansammlung von
Ketten, der erhalten werden soll. Solch eine Steuerung des
Phasentrennzustands kann mit einem Blendomer nicht erhalten
werden. Deshalb weisen die Oberflächen der erfindungsgemäßen
hydrophilen porösen Membran eine zufriedenstellende Eignung
für lebende Körper auf, die mit irgendeinem Homopolymer oder
Zufallspolymer nicht beobachtet wird.
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Da das Blockcopolymer ferner als Pfropfpolymer chemisch
man die poröse Membran gebunden ist, im Gegensatz zu den
Beschichtungsverfahren vom Stand der Technik, gibt es keine
Möglichkeit der Trennung der Grenzfläche zwischen dem Substrat
und der Blockcopolymerschicht. Als Ergebnis gibt es die
Möglichkeit
der Auflösung oder Abtrennung des Blockcopolymers im
oder in das Blut oder den lebenden Körper nicht, und es ist
möglich, eine sehr sichere Membran zur Verfügung zu stellen.
Da die Membran ferner durch eine Bindung der Pfropfkette an
die Substratoberflächen mittels der Zufuhr eines Monomers in
der gasförmigen Phase erhalten wird, ist es möglich, einen
dünnen Oberflächenbereich in einem einheitlichen
Phasentrennzustand zu erhalten. So ist die erfindungsgemäße, hydrophile,
poröse Membran auf Katheter verschiedener Form, medizinische
Behandlungen, künstliche Organe, wie künstliche Knochen und
Venen, künstliche innere Organe, Gegenstände für eine
verlängerte medizinische Behandlung, und ähnliches anwendbar, das
bislang als mit Schwierigkeiten behaftet angesehen wurde. Da
das Polymersubstrat (Z) der Membran ferner aus einem
hydrophoben Polymermaterial besteht, erfolgt kein Aufquellen der
Membran durch Wasserabsorption und sie weist eine
ausgezeichnete Dimensionsstabilität auf. Ferner weist sie wegen des
dreidimensionalen Blockpolymers mit hydrophoben (Z),
hydrophilen (X) und hydrophoben (Y) Phasen, in der genannten
Reihenfolge, eine Eignung für lebende Körper auf.
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Da in der erfindungsgemäßen, hydrophilen, porösen Membran
die entgegengesetzten Enden der hydrophilen Polymerkette durch
die hydrophoben Polymerketten begrenzt werden, wird das
Verdrängungsvolumen im Vergleich zu der hydrophilen porösen
Membran, bei der nur eine hydrophile Polymerkette
pfropfpolymerisiert ist, verringert und das Porenvolumen und der
Porendurchmesser der Membran entsprechend vergrößert, so daß
eine große Wasserpermeabilität bereitgestellt wird. Ferner
erzeugt dort, wo das poröse Substrat aus einem Polymermaterial
mit Kohlenstoff der Klasse drei im Molekül besteht, wie
Polypropylen, das Monomer ein Polymerradikal, wodurch eine
einfache Steuerung der Synthesebedingungen einer hydrophilen,
porösen Membran mit einer Oberfläche in einem Zustand mit
getrennten Phasen gestattet wird.
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Ferner können, um die Eignung der erfindungsgemäßen,
hydrophilen, porösen Membran für lebende Körper und Blut zu
verbessern, oder um eine spezielle Funktion, wie eine
selektive Absorptionseigenschaft, eine simulierte Antwort bzw.
Reaktion, katalytische Aktivität und verlängerte Freisetzung,
zur Verfügung zu stellen, physiologische Materialien oder
funktionelle Polymermaterialien an die hydrophile oder
hydrophobe Polymerkette gebunden werden. In diesem Fall kann die
erfindungsgemäße, hydrophile, poröse Membran eine
ausgezeichnete Membran sein.
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Da ferner in dem Verfahren der Herstellung einer
erfindungsgemäßen, hydrophilen, porösen Membran durch Unterwerfung
des Substrats einer Tieftemperatur-Plasmabehandlung ein
Polymerradikal auf dem Polymersubstrat (Z) erzeugt wird, im
Gegensatz zu einer Behandlung mit Gammastrahlen oder einer
hochpermeablen Strahlung, wodurch die Hauptmenge weniger stark
beinflußt wird, ist es möglich, eine wirkungsvolle Behandlung
der Oberfläche zu erzielen. Da das Verfahren ferner aus einem
Syntheseverfahren eines sauberen und trockenen Prozesses der
Veranlassung von Wachstum einer Pfropfkette besteht, die das
Material (X) mit einer hydrophilen Polymerkette und das
Material (Y) mit einer hydrophoben Polymerkette enthält, ohne
Verwendung irgendeines Polymerisationsinitiators oder
Katalysators für die Polymerisationsreaktion, sondern durch Zufuhr
eines Monomers in der gasförmigen Phase, ist es möglich eine
äußerst sichere, hydrophile, poröse Membran zu erhalten. Da
ferner kein Lösungsmittel verwendet wird, wird nur schwerlich
solch eine Wirkung wie eine Kettenübertragungs-Gelwirkung
erzeugt, und es kann wirkungsvoll eine Membran mit einem
gewünschten Zustand der Phasentrennung synthetisiert werden.
BEISPIELE
Beispiele 1 bis 3 und Kontrastbeispiel 1
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Eine poröse Membran, bestehend aus Polypropylen und mit
einer Länge von 230 mm, einer Breite von 130 mm, einer Dicke
von 130 µm und einem Porendurchmesser von 0,6 µm wurde als
Substrat verwendet und einer Tieftemperatur-Plasmabehandlung
unter den Bedingungen eines Argondrucks von 13,3 Pa (0,1
Torr), 80 W und 20 Sekunden unterzogen. Dann wurde der Druck
auf 1,33 Pa (0,01 Torr) oder weniger reduziert und es wurde
anschließend durch Zufuhr von N,N-Dimethylacrylamid
(nachstehend wird als DMAA darauf Bezug genommen) als hydrophiles
Monomer unter einem Druck von 106,7 Pa (0,8 Torr) 3 Minuten
lang das Fortschreiten der Pfropfpolymerisation in gasförmiger
Phase veranlaßt. Danach wurde nicht-umgesetztes DMAA 5 Minuten
lang durch Druckminderung entfernt und anschließend wurde eine
Pfropfkette aus n-Butylacrylat (nachstehend wird als BA darauf
Bezug genommen) durch Zufuhr von BA, als hydrophobes Monomer,
zu den Oberflächen, an die Poly-DMMA durch
Pfropfpolymerisation gebunden worden war, unter einem Druck von 1067 Pa (8
Torr) und bei 25 ºC gezüchtet. In den Beispielen 1 bis 3 wurde
die Zeit für die Pfropfpolymerisation des BA auf 30 Sekunden,
beziehungsweise auf eine Minute, beziehungsweise auf zwei
Minuten festgesetzt, wodurch jeweils drei verschiedene hydroffi
phile poröse Membranen mit Oberflächen mit verschiedenen
Poly-BA-Kettenlängen synthetisiert wurden.
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In Kontrastbeispiel 1 wurde eine Pfropfpolymerisation nur
durch Zufuhr von DMAA und ohne Pfropfpolymerisaftion mit n-BA
durchgeführt.
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Die hydrophile poröse Membran mit dem Blockcopolymer aus
Poly-DMAA und Poly-BA als Pfropfkette wurde dann mit Methanol
und Dimethylformamid gewaschen und einer Prüfung der
Extraktstoffe, einer Prüfung der haemolytischen Toxizität, einer
Prüfung der akuten Toxizität, einer intrakutanen
Reaktionsprüfung, einer Wärmeerzeugungsprüfung und einer
Transplantationsprüfung unterzogen, die den
Lösung-Verabreichung-Kunststoffgefäß-Standards der PHARMACOPOEIA von Japan entsprachen.
Sie bestanden all diese Prüfungen.
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Fig. 2 zeigt die Ergebnisse der Oberflächenanalyse des
Oberflächenbereichs der hydrophilen, porösen Membranen der
Beispiele 1 bis 3 unter Verwendung eines
Infrarot-Absorptionsspektrums FT-IR-ATR ("Modell FTS 40", hergestellt von Japan
Biorad Co., Ltd.). Mit A wurde die Absorption des Poly-DMAA,
vom C=O herrührend, bezeichnet und mit B wurde die Absorption
des Poly-BA, vom C=O herrührend, bezeichnet. Mit der Zunahme
der Dauer der Umsetzung mit dem BA wurde die Absorption B im
Vergleich zur Absorption A stärker, was die Zunahme des
Anteils an Poly-BA anzeigte.
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Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Oberflächenanalysen
der hydrophilen, porösen Membranen in den Beispielen 1 bis 3,
erhalten mittels eines Elektronenmikroskops vom Rastertyp
(ESCA, "Modell JSM-840", von Nippon Denshi). Es wurde
beobachtet, daß die Stickstoffmenge auf der Oberfläche,
zurückzuführen auf das Poly-DMAA, mit zunehmender Zeitdauer der
Reaktion mit dem BA abnahm.
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Aus dem vorstehenden wird verständlich, das die
erfindungsgemäße, hydrophile, poröse Membran sowohl hydrophile und
hydrophobe Polymerketten auf der Membranoberfläche aufweist
und zur Steuerung der Struktur des mikroskopischen Zustands
der Phasentrennung in einem breiten Bereich durch Auswahl der
Reaktionsbedingungen geeignet ist.
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Dann wurde eine Blutplättchen-Adhäsionsprüfung mit der
erfindungsgemäßen, hydrophilen, porösen Membran durchgeführt,
um die Eignung der Membran für lebende Körper zu untersuchen.
Eine Lösung, die 3,8 % Natriumcitrat enthielt, wurde in
Kontakt mit einem Plasma (PRP) gehalten, das reich an
Blutplättchen und aus frischem menschlichen Blut extrahiert worden
war, wobei bei Raumtemperatur 30 Minuten lang das gleiche
Volumen hinzugefügt wurde. Dann wurde das resultierende System
mit physiologischem Salzwasser gewaschen und mit einer Lösung
fixiert, die 2,5% Glutaraldehyd enthielt. Das resultierende
System wurde mit einem Elektronenmikroskop betrachtet (ESCA
"Model JSM-840" von Nippon Denshi). Es wurde gefunden, daß im
wesentlichen keine Haftung von Blutplättchen an die
Oberflächen der erfindungsgemäßen, porösen Membran auftrat und daß
sehr dünne, anhaftende Blutplättchen nicht wesentlich
deformiert wurden. Es wurde klar, daß die Oberflächen der
porösen Membran eine große Affinität zu Zellen und
Bestandteilen des lebenden Körpers aufweisen.
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In Tabelle 1 sind der Blasenpunkt, die Wasserpermeation
und die Plasmatrennung der erfindungsgemäßen, hydrophilen,
porösen Membran aufgelistet. Die Plasmatrennung wurde mit dem
Blut einer Kuh unter Verwendung einer 24-cm² Minimojule und
einer Kriechgeschwindigkeit von 30 sec erhalten. Die
erfindungsgemäße, hydrophile, poröse Membran wies auch ein
ausgezeichnetes Leistungsverhalten als Plasmatrennmembran auf.
Kontrastbeispiel 2
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Wie in den Beispielen 1 bis 3 wurde eine
Blutplättchen-Adhäsionsprüfung mit einer unbehandelten, porösen
Polypropylenmembran durchgeführt. Es wurde gefunden, daß viele
deformierte Blutplättchen an den Membranoberflächen anhafteten und
bis zu 30 % der Oberflächen bedeckten.
Beispiel 4
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Eine poröse Membran wurde unter Verwendung von DMAA als
hydrophilem Monomer und von Styrol als hydrophobem Monomer
mittels des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1
synthetisiert, außer daß die Bedingungen für die
Pfropfpolymerisation verändert wurden, und sie wurde beurteilt. Es wurde
gefunden, daß die erhaltene poröse Membran wie in Beispiel
eine ausgezeichnete Eignung für lebende Körper aufwies. An
diese Membran wurde eine Biegespannung angelegt und sie wurde
in diesem Zustand mit einem Elektronenmikroskop betrachtet,
wobei keine besonderen Veränderungen beobachtet wurden.
Kontrastbeispiel 3
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Die Beschichtung von Oberflächen einer porösen
Polypropylenmembran, die in Beispiel 4 als Substrat verwendet
worden war, mit einem Blockcopolymer, bestehend aus DMAA und
Styrol, wurde versucht, aber es war unmöglich eine dünne und
gleichmäßige Beschichtung zu erhalten. Ferner wurde wie in
Beispiel 4 an die Membran eine Biegespannung angelegt und sie
wurde mittels eines Elektronenmikroskops in diesem Zustand
untersucht. Es wurde dort, wo das Blockcopolymer als
Beschichtung aufgebracht worden war, Sprünge und
Oberflächentrennphänomene beobachtet.
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Beispiele 5 bis 8 Kontrastbeispiel 4
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Es wurden Experimente zur Verringerung der Extraktstoffe,
gefunden in der erfindungsgemäßen, porösen Membran,
durchgeführt. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse. Die Synthese erfolgte
unter den gleichen Bedingungen wie in den Beispielen 1 bis 3,
außer daß n-BA durch EA (Ethylacrylat) ersetzt wurde und daß
die Polymerisationszeit in den Beispielen 5 bis 8 anders
eingestellt wurde. In dem Kontrastbeispiel 4 erfolgte keine
EA-Polymerisation.
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Für die Messung der Extraktstoffe wurde für eine 30
Minuten lange Autoklaven-Extraktion bei 115 ºC zu ungefähr 1 g
der Membran das 100-fache an destilliertem Wasser gegeben.
Dann erfolgte eine UV-Messung in einem Bereich von 350 bis 220
nm, um den maximalen Wert (Delta UV) der Lichtabsorbanz zu
erhalten. Mit diesen Membranen lag der Maximalwert (Delta UV)
bei 220 nm.
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Die Extraktstoffe wurden mittels
Flüssigkeitschromatographie analysiert. Der Hauptbestandteil war Poly-DMAA, der in
Beispiel 8 auf ungefähr ein Achtel, verglichen mit
Kontrastbeispiel 4, verringert wurde.
Tabelle 1
Polymerisationsdauer
Blasenpunkt
Wasserpermeation
plasmatrennung
Beispiel
Kontrastbeispiel
Extraktstoffe