DE69529344T2

DE69529344T2 - Hydrophilierung von hydrophoben polymeren

Info

Publication number: DE69529344T2
Application number: DE69529344T
Authority: DE
Inventors: Klas Allmer
Original assignee: Gyros AB
Current assignee: Gyros Patent AB
Priority date: 1994-04-20
Filing date: 1995-04-13
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2015-04-14
Also published as: DK0793685T3; AU2354695A; DE69529344D1; JP3471807B2; EP0793685B1; EP0793685A1; ATE230771T1; US5773488A; JPH09512294A; SE9401327D0; WO1995029203A1; ES2190452T3

Description

Wasserunlösliche Matrizen wurden äußerst erfolgreich zum Kuppeln von Reagenzien, welche in der Analyse von Biochemikalien verwendet werden sollen, oder in der Festphasensynthese, welche Biosubstanzen einschließt, eingesetzt. Die Matrizen wurden ebenso als Trägerphasen in der Chromatographie verwendet, beispielsweise in der Ionenaustausch-Chromatographie, sowie als Trägerschichten in Verbindung mit Flüssigkeits-Absorptionsmitteln, wie beispielsweise Windeln und Monatsbinden. Synthetische Matrizen sind oftmals hydrophob, was in einer hohen nichtspezifischen Adsorption resultiert, wobei solche Matrizen wasserabstoßend, Protein-denaturierend und schwer derivatisierbar sind. Dementsprechend besteht ein allgemeiner Bedarf an der Fähigkeit, hydrophobe Oberflächen/¬ Matrizen zu hydrophilieren.
Das Hydrophilieren ist im Stand der Technik bekannt. Oxidationstechniken, wie Säurebäder, Flammen- und Corona-Behandlungen, werden oftmals in industriellen Anwendungen verwendet (z. B. im Falle von Folien, Flakons, Flaschen etc.). Alternative Techniken sind zum Erhalt von kontrollierten bzw. regulierten Oberflächenstrukturen bekannt, wie die Plasmapolymerisation (H. Yasuda, "Plasma Polymerization", Academic Press Inc. (1985)), das Pfropfen mit Hilfe von Elektronenstrahlung (F. Yamamoto et al., "J. Pol. Sci. Polymer Chemistry Edition" 16 (1978), 1897-1907) oder Gammastrahlung (F. Yamamoto et al., "J. Pol. Sci. Polymer Chemistry Edition" 16 (1978), 1883-1895) sowie das photoinitiierte Pfropfen (S. Tazuke et al., "ACS Symposium Series" 121 (1980) 217-241). Die Elektronen- und Gammastrahlungs-Pfropfverfahren erfordern einen großen Investitionsaufwand sowie das Vorsehen von umfassenden Sicherheitsvorkehrungen. Die photoinitlierten Pfropf- und Plasmapolymerisationsverfahren sind wahrscheinlich für das technische Gebiet der Anmelderin (siehe oben) besser geeignet.
In dem Fall von photoinitiiertem Pfropfen auf Kunststoffoberflächen wird oftmals ein Initiator verwendet, welcher durch UV-Licht, normalerweise durch langwelliges Licht (300-400 nm), aktiviert wird. Dieses führt zur Wasserstoffabstraktion und der Bildung von aktiven Zentren in der Form von oberflächengebundenen freien Radikalen. Wenn ungesättigte Monomere in dem System vorliegen, wird die Pfropfpolymerisation von der Polymeroberfläche aus gestartet bzw. initiiert. Die Funktionalität der Oberfläche kann in Abhängigkeit der Art der zugesetzten Mo¬ nomere variieren. Die Technik wurde früher zum Einführen von hydrophilen Schichten angewendet, welche im wesentlichen aus Polyethylenglykol und Heparin bestehen (K. Allmér. Thesis, Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm, Schweden (1988)).

Von der der Erfindung gewährte Vorteile und Ziele der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Hydrophilieren von Kunststoffoberflächen mit Hilfe eines photoinitiierten Pfropfverfahrens zur Verfügung. Das Verfahren ist leichter als die früher verwendeten Verfahren durchzuführen und ist dazu in der Lage, der angewendeten bzw. applizierten Schicht vergleichbare oder verbesserte Eigenschaften zu verleihen. Das Verfahren ist in erster Linie dazu vorgesehen, um hydrophobe Oberflächen mit einer Dextranschicht zu versehen.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte:
(i) Inkontaktbringen einer hydrophoben polymeren Kunststoffoberfläche mit einer Flüssigkeit, in welcher aufgelöst sind
(a) ein Wasserstoff-abziehender Photoinitiator, welcher mittels UV-Licht aktiviert wird, und
(b) ein hydrophiles Polymer, welches Alkengruppen einschließt, unter der Vorraussetzung, dass die Kunststoffoberfläche ein hydrophobes Polymer mit einer Mehrzahl von Wasserstoffatomen aufweist, welche an sp³-hybridisierte Kohlenstoffatome (gesättigt) gebunden sind, und welche durch den Initiator abgezogen bzw. abstrahiert werden können, wenn der Initiator aktiviert wird, und anschließend
(ii) Aussetzen der Mischung gegenüber UV-Licht mit einer Wellenlänge, welche den Photoinitiator aktiviert.
Das Verfahren ist einzigartig, weil das hydrophile Polymer kovalent auf die Kunststoffoberfläche in ein und demselben Schritt gebunden wird. Dieses wird ermöglicht durch die Anwesenheit der Alkengruppen in dem hydrophilen Polymer. Mit ein und demselben Schritt ist gemeint, dass kein Wechsel bzw. keine Ände¬ rung in den Reaktionsbedingungen notwendig ist zwischen der Aktivierung und der Bindung der Alkengruppen auf das hydrophobe Polymer. Ein essentieller Faktor zum Erreichen einer hochqualitativen Hydrophilierung und Beibehalt der ursprünglichen Eigenschaften des Kunststoffs liegt darin, dass der Photoinitiator nicht in nennenswertem Ausmaß in den Kunststoff eindringen darf.
Die Oberfläche (die Matrix), welche hydrophiliert werden soll, kann unterschiedliche physikalische bzw. körperliche Formen aufweisen. Sie kann die Form von Porensystemen, wie in porösen Körpern (Monolithen oder Teilchen) oder Membranen, Diaphragmen, vorgesehen für Chromatographie-Verfahren, Wasserabsorption etc. aufweisen. Die inneren Oberflächen von Gefäßen, Schläuchen etc. können ebenso mittels der vorliegenden Erfindung beschichtet werden, insbesondere wenn diese Gefäße oder Schläuche mit Biomolekülen in Kontakt kommen, ohne dass die Biomoleküle denaturiert oder unerwünscht auf der Oberfläche adsorbiert werden. Die Oberfläche kann ebenso ein Teil des Matrixkörpers sein, dessen Inneres aus einem vollständig unterschiedlichen Material, beispielsweise aus Glas oder Holz, hergestellt ist.
Die fraglichen hydrophoben Polymere sind normalerweise synthetisch. Die sp³- hybridisierten Kohlenstoffatome liegen oftmals als ein Teil einer Alkyl-/Alkylen- Gruppe vor, welche wiederum in der Polymerkette eingeschlossen ist. Beispiele sind Vinylpolymere (Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polybutadien, etc.) oder hydrophobe Polyester, Polyether, Polyamide, worin die Estergruppe, Ethergruppe und Amidgruppe Teil der Polymerkette sind. Die sp³-hybridisierten Kohlenstoffatomen können ebenso in Gruppen vorliegen, welche aus der Polymerkette herauszeigen. Vorstehend Genanntes schließt nicht die Verwendung von hydrophoben Polymeren aus, welche an andere Typen von Kohlenstoffatomen wasserstoffgebunden sind, beispielsweise aromatisch gebundener Wasserstoff, Aldehydwasserstoffe etc. Es ist nicht der primäre Zweck der vorliegenden Erfindung, dass all diese Typen an Wasserstoffen an der Pfropfreaktion teilnehmen, obwohl es unmöglich ist auszuschließen, dass die Bedingungen derartig variiert werden können, dass sie daran teilhaben.
Das hydrophobe Polymer sollte in der Flüssigkeit, in der der Photoinitiator und das hydrophile Polymer gelöst sind, nicht löslich sein.
Geeignete Photoinitiatoren, welche zum Abziehen bzw. Abstrahieren von aliphatisch gebundenen Wasserstoffatomen in der Lage sind, umschließen normalerweise eine Basisstruktur, worin eine Carbonylgruppe direkt an zwei aromatische Ringe, wie in Benzophenon (= Benzophenonstrukturen, welche Benzonaphthone, Thioxanthone etc. zusätzlich zu Benzophenonen einschließen), gebunden ist. Der Initiator sollte eine relativ starke UV-Absorption aufweisen (&epsi; > 10 Liter/Mol/cm, welches in einigen Fällen größer 100 Liter/Mol/cm sein kann) in dem Wellenlängenbereich von 300-400 nm. Die Benzophenonstruktur ist per se hydrophob, was bedeutet, dass nicht-substituierte Verbindungen in bevorzugten Lösungsmitteln (Flüssigkeiten), welche im Gegensatz dazu hydrophil sind, unlöslich/kaum löslich sind. Dementsprechend sind bevorzugte Initiatoren Benzophenon-Strukturen, substituiert mit ein oder mehreren hydrophilen Gruppen, enthaltend
(a) Ionengruppen oder ionisierbare Gruppen, wie Carboxy-(-COOH-COO&supmin;), Sulfat-(-OSO&sub3;-), Sulfonat (-SO&sub3;-), Phosphat-(-OPO&sub3;²&supmin;), Phosphonat- (-PO&sub3;²&supmin;), primäre, sekundäre, tertiäre oder quaternären Amino- (-N&spplus;(R&sub1;,R&sub2;,R&sub3;)), zwitterionische Gruppen oder
(b) neutrale hydrophile Gruppen, beispielsweise Hydroxy (HO-), wie in Kohlenhydraten, Amido (R&sub1;-CONR&sub2;), Polyethoxy (R&sub1;-(OCH&sub2;CH&sub2;)nO-) etc. R&sub1;&submin;&sub3; ist Wasserstoff oder ein niederes Alkyl, wie C&sub1;&submin;&sub6;-Alkyl, oder Aryl, und n ist eine ganze Zahl > 0.
In der Mehrzahl der betroffenen Fälle bindet die freie Valenz in den Gruppen entweder direkt an den aromatischen Kohlenstoff in der Benzophenon-Struktur oder an das primäre, sekundäre oder tertiäre Kohlenstoffatom, welches in einer Kohlenwasserstoffkette enthalten ist, welche wiederum an die Benzophenon-Struktur bindet.
Damit eine Verbindung mit einer substituierten Benzophenon-Struktur als ein Photoinitiator fungiert, sollten die substituierenden Gruppen nur bei Wellenlängen absorbieren, welche von dem Wellenlängenbereich, bei dem die Aktivierung stattfindet, ausreichend getrennt ist; d. h. in der Mehrzahl der Fälle sollten sie nicht langwelliges Licht in dem Bereich von 300-400 nm absorbieren.
Relevante Photoinitiatoren sollten in demselben Lösungsmittel löslich sein, welches zum Lösen des hydrophilen Polymers verwendet wird.
Der am meisten bevorzugte Photoinitiator ist vorliegend 4-Benzoylbenzyltrimethylammoniumchlorid (Quantacure® BTC), welches ein Beispiel einer Verbindung mit einer substituierten Benzophenonstruktur darstellt, worin eine hydrophile Gruppe (quaternäres Amino) an einen aromatischen Kohlenstoff durch eine Kohlenwasserstoffkette (-CH&sub2;-) bindet.
Das hydrophile Polymer umschließt in jedem Fall ein oder mehrere Alkengruppen (CH&sub2;=CH-), worin ein oder mehrere Wasserstoffe gegen eine Kohlenwasserstoffstruktur substituiert sein können und worin die vakante bzw. freie Valenz an das Polymer bindet, möglicherweise über eine Brücke (-B-). An dem Prioritätsdatum des vorliegenden Dokuments wurden die besten Ergebnisse mit hydrophilen Polymeren erhalten, in denen die Alkengruppe in Form einer Allylgruppe eingefügt war. Eine alternative Konfiguration umschließt eine Carbonylgruppe, welche direkt an die Alkengruppe gebunden ist. Die Carbonylgruppe kann ein Teil einer Estergruppe oder einer Amidgruppe sein.
Die Brücke (-B-) kann eine reine Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sein, wie Methylen (-CH&sub2;-), oder kann eine geeignete funktionelle Gruppe, wie Carbonyl (-CO-), einschließen. Die Brücke (-B-) bindet über deren eine freie Valenz an die freie Valenz der Alkengruppe und über die andere freie Valenz an das hydrophile Polymer, normalerweise über einen Ethersauerstoff oder einen Estersauerstoff oder einen Aminostickstoff oder ein Amin oder einen Amidostickstoff. Die Brücke (-B-), welche am Prioritätsdatum bevorzugt war, war Methylen (-CH&sub2;-), welche an das hydrophile Polymer über einen Ethersauerstoff bindet.
Die Hydrophilie des hydrophilen Polymers ist normalerweise mit der Anwesenheit einer Vielzahl von Hydroxy-(HO-) und/oder Aminogruppen (NH&sub2;-) auf dem Polymer verbunden, worin ein oder mehrere Wasserstoffe mit niederem Alkylen (C&sub1;&submin;&sub6;- Alkyl) substituiert sein können. Die Anwesenheit von HO- und/oder Amino-Gruppen (NH&sub2;-) ermöglicht eine Derivatisierung, welche leicht erreicht werden kann, nachdem das hydrophile Polymer auf die Oberfläche gepfropft worden ist. Geeignete Polymere weisen oftmals Kohlenhydratstrukturen auf, wie in Dextran, Pullulan, Cellulose, Amylose etc. Andere potentiell verwendbare Polymere sind Polyvinylalkohol und Polyvinylether ([CH-CHOR]n, worin n eine ganze Zahl darstellt und R eine Alkengruppe (normalerweise C&sub1;&submin;&sub1;&sub0; und möglicherweise eine Etherstruktur, Thioetherstruktur, Aminostruktur oder irgendeine andere stabile Struktur einschließend) darstellt, an welche eine Hydroxygruppe oder Aminogruppe gebunden ist). Die Polymere können ebenso Ionenaustauschende Gruppen, hydrophobe Gruppen, Gruppen, welche eine biospezifische Affinität aufweisen, etc. einschließen.
Der Begriff "hydrophiles Polymer" umschließt, dass das Polymer, welches für das Hydrophilierungsverfahren verwendet wird, Gruppen enthalten kann (primär Ester), welche in OH-Gruppen über eine Hydrolyse umgewandelt werden können.
Die betroffenen hydrophilen Polymere sollten in dem verwendeten Lösungsmittel löslich sein.
Das Lösungsmittel (Flüssigkeit), worin der Photoinitiator und das hydrophile Polymer gelöst werden, ist hauptsächlich Wasser oder Mischungen, welche aus Wasser und/oder wassermischbaren Lösungsmitteln (Flüssigkeiten) besteht. Wie aus dem vorstehend Angeführten ersichtlich sein wird, besteht das primäre Prinzip darin, dass das Lösungsmittel den Photoinitiator und das hydrophile Polymer löst, allerdings nicht das hydrophobe Polymer. In dem Fall der bevorzugten Ausführungsformen wird das Lösungsmittel derartig ausgesucht, dass der Photoinitiator-Aufteilungs-Koeffizient (photoinitiator partition coefficient) für die Verteilung zwischen dem Lösungsmittel und dem hydrophoben Polymer hauptsächlich die Verteilung in der Lösungsmittelphase (Flüssigkeitsphase) bevorzugt. Wenn es erwünscht ist, die "inneren" Eigenschaften des ursprünglichen Kunststoffs (Transparenz, mechanische Festigkeit, Stabilität etc.) aufrecht zu erhalten, sollten Lösungsmittel- und Photoinitiator-Kombinationen, welche die Absorption des Photoinitiators in dem hydrophoben Polymer bevorzugen, vermieden werden.
Der Photoinitiator wird durch Bestrahlen mit einer Lampe aktiviert, welche das Licht emittiert, das erforderlich ist, damit der Photoinitiator Licht der Wellenlänge absorbiert, um aktiviert zu werden. Normalerweise langwelliges UV-Licht (bevorzugt 300-400 nm). Licht kürzerer Wellenlängen (< 300 nm) erfordert höhere Anforderungen an die Wahl des Kunststoffs und die Richtung der Strahlung, da in vielen Kunststoffen eine deutliche Absorption bei solch kurzen Wellenlängen auftritt. Während der Pfropfreaktion wird die Temperatur bei einem Niveau gehalten, bei dem die vorstehend genannten Lösungsbedingungen beibehalten werden, Dementsprechend ist kaltes UV-Licht bevorzugt, unter anderen Dingen.
Hohe Pfropfreaktionsausbeuten erfordern, dass die Wasserstoffabstraktion selektiv auf die äußere Oberfläche des hydrophoben Polymers gerichtet ist. Dieses kann erreicht werden, wenn der Photoinitiator/das Lösungsmittel derartig ausgewählt sind, dass der Photoinitiator nicht in jedem denkbaren Ausmaß auf dem hydrophoben Polymer verteilt ist, in Kombination mit einem transparenten hydrophoben Polymer, und durch Bestrahlen in einer Richtung durch das hydrophobe Polymer auf die Lösung, welche den Photoinitiator und das hydrophile Polymer enthält.
Das hydrophile Polymer kann in einer bekannten Weise entweder vor oder nach der Pfropfreaktion derivatisiert werden, so dass es geladene Gruppen [-COO-, -NR&sub3;&spplus;, -PO&sub3;H²&supmin; (Phosphonat) und -OPO&sub3;³&supmin; (Phosphat), -SO&sub3;²&supmin; (Sulfonat), worin freie Valenzen an primäre, sekundäre, tertiäre oder aromatische Kohlenstoffatome binden], hydrophobe Gruppen, Gruppen welche eine biospezifische Affinität aufweisen (beispielsweise Biotin, Streptavidin, Antigen/Hapten, Antikörper) etc. enthält.
Die Ausführungsformen, welche am Prioritätsdatum am meisten bevorzugt waren, stellten jene dar, welche die besten Ergebnisse in dem experimentellen Abschnitt lieferten.

Experimenteller Abschnitt

Allgemeines:

Polystyrol-Mikrotiterplatten (Dynatech Microelisa, ohne Weichmacher) und Polyvinylchlorid-Mikrotiterplatten (PVC, Costar Serocluster Vinylplatte) wurden jeweils in den Experimenten verwendet. Die Platten wurden oberhalb einer UV- Lampe angebracht, welche Licht bei einer Wellenlänge emittierte, die den verwendeten Photoinitiator aktivierte. Die Vertiefungen wurden anschließend mit einer Lösung gefüllt, enthaltend Photoinitiator und Allyl-derivatisiertes Polymer oder Acryl-derivatisiertes Polymer, woraufhin die Platten 1 bis 10 Minuten lang bestrahlt wurden und mit destilliertem Wasser und Ethanol gewaschen wurden und schließlich einen Kalendertag lang (50ºC) getrocknet wurden, bevor sie analysiert wurden.
Unbehandelte Proben repräsentierten Kontrollsysteme.
Die durch Bestrahlen von unten erhaltenen Vorteile liegen darin, dass das Licht hauptsächlich von dem Initiator absorbiert wird, welcher sich in der Nähe der Matrixoberfläche befindet. Dieses bevorzugt die Abstraktion des Wasserstoffs von dem Matrixpolymer, was wiederum erfordert, dass die Mikrotiterplatte in dem Wellenlängenbereich, in dem der Initiator absorbiert (340-360 nm in dem Fall von Benzophenon) transparent ist. Beide der verwendeten Mikrotiterplatten (PVC und Polystyrol) erfüllten dieses Erfordernis.

Pfropfen mit Allyldextran/Benzophenon:

Leider unterscheiden sich Benzophenon und Allyldextran hinsichtlich ihrer Löslichkeit weitgehend. Dextran ist löslich in Wasser, wohingegen Benzophenon in weniger polaren Lösungsmitteln, wie Aceton und Ethanol, löslich ist. Es war möglich, dieses Problem zu umgehen, wenn 2 g Allyldextran (1,39 mmol Allyl pro g trockenes Gel bzw. Trockengel und Mw 40.000) in 60 ml heißem Glycerin gelöst wurden und wenn diese Lösung mit 1,82 g Benzophenon, gelöst in 25 ml Ethanol, gemischt wurde. Die erhaltene Lösung wurde in den Mikrotitervertiefungen verteilt, welche anschließend bestrahlt wurden. Die Vertiefungen wurden anschließend mit warmem Wasser gewaschen, um nicht umgesetztes Allyldextran zu entfernen. Die Oberflächen wurden leicht pulvrig. Die hydrophilen Schichten/Oberflächen, welche erhalten wurden, wurden mit photoakustischer Kontaktwinkelspektroskopie, (PAS) und ESCA analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 unten angegeben.
Diskussion: Nach dem Pfropfen war das ESCA-Spektrum einem entsprechenden Spektrum für eine unbehandelte PVC-Oberfläche sehr ähnlich und zeigte eine leicht hydrophilere Oberfläche mit einem leicht höheren Sauerstoffgehalt an. Es wurde gefunden, dass Allyldextran an die PVC-Oberfläche mit geringer Wirksamkeit gebunden wurde. IR-PAS zeigte, dass die Probe Hydroxyl enthielt, obwohl nicht so viel, als wenn das Pfropfen mit Glycidylmethacrylat (GMA, Ergebnis nicht gezeigt) bewirkt wurde. IR-PAS zeigte drei hervorstechende Peaks bei 1658 cm&supmin;¹. 1278 cm&supmin;¹ und 702 cm&supmin;¹ welche von der Anwesenheit einer Vielzahl von ungesättigten Verbindungen (Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen), welche im großen Ausmaß wahrscheinlich in Nebenreaktionen gebildet wurden (Zersetzung von PVC mittels Eliminierung von HCl), herrührten und zu einem geringeren Ausmaß von nicht-reagierten Allylgruppen stammten. Der Grad an Ungesättigtheiten war viel geringer, wenn mit GMA gepfropft wurde (Ergebnis nicht gezeigt). Die Zersetzung von PVC beruht auf Radikalen, weiche innerhalb der Matrix gebildet wurden, abgespalten durch ein Chlorradikal anstelle einer Bindung an Allyldextran. Das Chlorradikal setzt das Zersetzungsverfahren durch Abstrahieren bzw. Abzie¬ hen von Wasserstoff fort, welches wiederum neue Doppelbindungen vorsehen kann. Das Verfahren wird durch die relativ geringe Löslichkeit von Benzophenon in dem Lösungsmittel begünstigt. Oberflächenpfropfen ist ebenso unerwünscht, weil in der Matrix gelöstes Benzophenon den größeren Teil des UV-Lichts absorbiert, bevor die Phasengrenzfläche zwischen der Flüssigkeit und dem hydrophoben Polymer erreicht wird. Um ein hoch qualitatives Ergebnis zu erreichen, sollte der Initiator in der Zwischenphase und nicht in dem Polymer verfügbar sein.

Pfropfen mit Allyldextran mit 4-Benzoylbenzyltrimethylammoniumchlorid (Quantacure® BTC) als Initiator:

Allyldextran derselben Qualität wie in dem vorstehenden Experiment wurde verwendet. Der Quantacure® BTC-Initiator war in Wasser löslich, was bedeutete, dass die Verbindung zusammen mit Allyldextran in Wasser gelöst werden konnte. Die verwendete UV-Lampe (UVP-UV-Transilluminator, 366 nm, 5 mw/cm²) emittierte kaltes Licht, wodurch ermöglicht wurde, dass ein Erwärmen vermieden werden konnte.
Verfahren: Es wurden 2,5 g Allyldextran und 1,81 Quantacure® BTC in 25 ml Wasser gelöst, woraufhin Stickstoffgas durch die Lösung geleitet wurde. Es wurden 0,1 ml der Lösung in eine jede der Vertiefungen der vier zentralen Reihen in den entsprechenden Mikrotiterplatten gegeben und von unten in einer Stickstoffgasatmosphäre 5 Minuten lang bestrahlt. Sobald das Pfropfen vollständig war, wurde die Platte wiederholt mit destilliertem Wasser und Ethanol gewaschen und einen Kalendertag lang bei 50ºC getrocknet, woraufhin die Platte in derselben Weise, wie es vorstehend beschrieben wurde, analysiert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 unten dargestellt.
Diskussion: Das Pfropfen aus einer wässrigen Lösung ergab eine sichtbare Hydrogel-Haut von Dextran, welche mit heißem Wasser nicht abgewaschen werden konnte. Nach dem Pfropfen waren die Vertiefungen in der Mikrotiterplatte weiterhin klar und vollständig transparent bzw. durchsichtig. Wenn ein Wassertropfen auf die Oberfläche aufgetragen wurde, lag er zuerst oben auf der Oberfläche, drang allerdings anschließend in die Oberfläche ein und verteilte sich in der Schicht. Sowohl der steigende (advancing) Kontaktwinkel als auch der Rückzugsrandwinkel bzw. Kontraktionsberührungswinkel (receding) ist in Tabelle 2 dargestellt. Ein hoher Kontaktwinkel zeigt eine hohe Oberflächenhydrophobie an. Im vorliegenden Fall ist es möglich, dass Allylgruppen und ändere Kohlenwasserstoffstrukturen in der Verbindungsschicht gegen die Luft ausgerichtet wur¬ den. Wenn ein Wassertropfen auf die Oberfläche aufgebracht wurde, wurde die Oberfläche restrukturiert und wurde hydrophil, was wiederum in der Absorption von Wasser resultiere. Der Rückzugsrandwinkel bzw. Kontraktionsberührungswinkel ist ein Maß für die Hydrophilie anschließend zu der Restrukturierung gegenüber Wasser in der Verbindungsschicht.
PAS-IR zeigte einen deutlichen Hydroxylpeak von gepfropftem Dextran. Drei Peaks von zersetztem PVC wurden ebenso in dem Fall von PVC-Mikrotiterplatten beobachtet. Das Pfropfen auf Polystyrol ergab einen geringfügig niedrigeren Hydroxylpeak als jenen, welcher mit PVC erhalten wurde. Keine Zersetzung wurde im Fall von Polystyrol beobachtet.
Die von ESCA erhaltenen Daten zeigten, dass die Oberfläche von beiden Kunststoffen mit Allyldextran zu 100% beschichtet wurden. Es konnte kein Chlorsignal beobachtet werden im Fall der PVC-Probe. Das Sauerstoff/Kohlenstoff-Verhältnis von gepfropftem Polystyrol lag in der Nähe des theoretischen Werts für Allyldextran, wohingegen die PVC-Probe einen geringfügig niedrigeren Wert zeigte. Es ist wahrscheinlich, dass die Kohlenwasserstoffverbindungen auf der Oberfläche verblieben. Ein detailliertes Spektrum, welches durch die ESCA-Analyse erhalten wurde, zeigte einen Peak (Kohlenstoff-Kohlenstoff) für nicht gepfropftes Polystyrol. Nach dem Pfropfen wurde das Spektrum von Etherbindungen sowie einem relativ deutlichen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Peak (wahrscheinlich von Allylgruppen) dominiert.
Zusammen genommen funktionierte das Pfropfen mit einem wasserlöslichen Initiator sehr gut, insbesondere wenn das Polymer Allylgruppen aufwies. Es ist äußerst wahrscheinlich, dass ein stark beeinflussender Faktor die Wasserlöslichkeit von Quantacure® BTC ist, was die Diffusion in den Kunststoff schwierig werden lässt. Kaltes UV-Licht erleichterte das Handhabungsverfahren. Weil das System nicht optimiert war, ist es wahrscheinlich, dass die Reaktionszeiten deutlich verkürzt werden können. Obwohl das Pfropfverfahren unter einer Stickstoffgasatmosphäre durchgeführt wurde, kann dieses von Nachteil sein. Es ist möglich, dass das Verfahren in Anwesenheit von Sauerstoff wirksamer durchgeführt werden kann, da es bekannt ist, dass Allylether-Polituren und -Lacke Luft benötigen, um zu erhärten.

Pfropfen von Acryldextran mit Hilfe von 4-Benzoylbenzyltrimethylammoniumchlorid (Quantacure® BTC) auf Mikrotiterplatten aus jeweils PVC und Polystyrol.

Das angewendete Verfahren war dasselbe, wie es oben im Hinblick auf Allyldextran beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass die Pfropflösung durch Lösen von 0,72 g Quantacure® BTC und 1 g Acryldextran in 10 ml Wasser hergestellt wurde. Das Acryldextran schloss im Mittel eine Acrylgruppe auf jede achte Monosaccharideinheit ein.
Ergebnis und Diskussion: Eine visuelle Betrachtung ergab, dass die aufgetragene Schicht nicht derselben hohen Qualität genügte wie jene, welche unter Verwendung von Allyldextran erhalten wurde. Die Kontaktwinkel-Messungen zeigten ein Pfropfen auf beiden Materialtypen (steigender Kontaktwinkel 70º (PVC) und 61º(Polystyrol); Rückzugsrandwinkel 30º (PVC) und 15º (Polystyrol)). Das Polystyrolmaterial wurde ebenso mit ESCA analysiert, wobei sich eine dünnere Schicht zeigte als bei dem Bewirken des Pfropfens mit Allyldextran. Kein messbares Pfropfen konnte mit IR-PAS beobachtet werden.

Kupplung von Streptavidin an hydrophilierte Oberflächen

Mit Allyldextran gepfropfte Platten wurden gemäß dem oben Beschriebenen In einen Behälter gegeben, welcher mit einem Deckel und einem magnetischen Rührer ausgestattet war. Es wurden 50 g Bromcyan und 2,5 Liter Wasser zugesetzt. Der Behälter wurde in ein Eisbad abgesenkt, und die Temperatur wurde auf 5ºC durch Einfüllen von Eis in den Behälter erniedrigt. Die Temperatur wurde bei diesem niedrigen Niveau während der Aktivierung mit Bromcyan gehalten. Es wurde mit 2 M NaOH titriert, bis die Lösung einen pH von 11,3 aufwies. Die fortgesetzte Zugabe einer Base und kräftiges Rühren ist erforderlich, um einen konstanten pH innerhalb des Behälters aufrecht zu erhalten. Nach der Aktivierung wurden die Platten herausgezogen und mit eiskalten wässrigen Lösungen gewaschen, enthaltend 0,25 M Citronensäure (21), 5 mM Citronensäure (21) und schließlich mit eiskaltem destillierten Wasser (41). Jede der aktivierten Vertiefungen wurde anschließend mit 100 ul wässriger Lösung behandelt, enthaltend 0,7 mg/ml Streptavidin, 0,065 g/ml NaCl und 0,02 g/ml NaHCO&sub3;. Die Mikrotitervertiefungen konnten anschließend zur Aufnahme von blotinylierten Substanzen verwendet werden. Tabelle 1 Tabelle 2
1) Kontaktwinkel (Grad), gemessen mit Wasser mit einem Goniometer. Die linke Spalte zeigt steigende Kontaktwinkel und die rechte Spalte zeigt Rückzugsrandwinkel:
2) Photoakustische Spektroskopie, gemessen bei 3400 cm&supmin;¹ gegenüber C-H- Streckung bei 2900 cm&supmin;¹ als innerer Standard.
3) Aus ESCA; die Ergebnisse innerhalb der Klammern sind theoretische Werte einer zu 100% gepfropften Oberfläche.
4) Unbehandelte Kontrollproben.

Claims

1. Verfahren zum Hydrophilieren einer hydrophoben Kunststoffoberfläche, welche ein hydrophobes Polymer beinhaltet, das Wasserstoffatome besitzt, die an sp³-hybridisierte Kohlenstoffatome binden, dadurch charakterisiert, dass:

(i) die Kunststoffoberfläche mit einer Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird, in welcher aufgelöst sind

(a) ein Wasserstoff-abziehender UV-Initiator, und

(b) ein hydrophiles Polymer, welches eine oder mehrere Alkengruppen besitzt, und

(ii) die Lösung mit UV-Licht, welches den Initiator aktiviert, bestrahlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch charakterisiert, dass die Alkengruppe in einer Allylgruppe enthalten ist (CH&sub2;=CH-CH&sub2;-).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch charakterisiert, dass eine Carbonylgruppe direkt an die Alkengruppe gebunden ist.

4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1-3, dadurch charakterisiert, dass das hydrophobe Polymer Polystyrol ist, das wahlweise vernetzt ist.

5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1-3, dadurch charakterisiert, dass das hydrophobe Polymer Polyvinylchlorid ist.

6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1-5, dadurch charakterisiert, dass die Flüssigkeit Wasser ist, oder eine Mischung aus Wasser und einem wassermischbarem organischen Lösungsmittel.

7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1-6, dadurch charakterisiert, dass der Initiator eine Benzophenonstruktur besitzt.

8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1-7, dadurch charakterisiert, dass das hydrophile Polymer OH-Gruppen oder Gruppen, die in OH-Gruppen mittels Hydrolyse umgewandelt werden können, beinhaltet.

9. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1-8, dadurch charakterisiert, dass die Flüssigkeit hauptsächlich Wasser umfasst; und dass das hydrophile Polymer ein wasserlösliches Polymer ist.

10. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1-9, dadurch charakterisiert, dass der Initiator eine Benzophenonstruktur besitzt, in Kombination mit einer hydrophilen Gruppe, welche z. B. eine Hydroxygruppe oder eine ionische Gruppe oder eine ionisierbare Gruppe enthält.

11. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1-10, dadurch charakterisiert, dass das Polymer eine Polysaccharidstruktur besitzt, wie etwa Dextran.

12. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch charakterisiert, dass die Carbonylgruppe Teil einer Estergruppe oder einer Amidgruppe ist.