EP1392785A1 - System zur freisetzung von aktivstoffen und wirkstoffen - Google Patents
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- EP1392785A1 EP1392785A1 EP02743098A EP02743098A EP1392785A1 EP 1392785 A1 EP1392785 A1 EP 1392785A1 EP 02743098 A EP02743098 A EP 02743098A EP 02743098 A EP02743098 A EP 02743098A EP 1392785 A1 EP1392785 A1 EP 1392785A1
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Definitions
- the present invention relates to a system for releasing active substances or active substances, in particular from surfaces.
- the present invention relates to a mass containing active substance and / or active substance, in particular for the production of films, layers and / or coatings on surfaces, and a process for their production and their use.
- active substances or active substances such as fragrances, essential oils, perfume oils and care oils, dyes or pharmaceutically active substances, which are used in cosmetic and / or pharmaceutical products or in detergents and cleaning agents, often lose during storage or directly during use their activity.
- Sensitive substances are often enclosed in capsules of various sizes, adsorbed on suitable carrier materials or chemically modified. The release can then be activated with the aid of a suitable mechanism, for example mechanically by shearing, or can take place diffusively directly from the matrix material.
- Systems are therefore sought that are suitable as encapsulation, transport or presentation vehicles - often synonymously also referred to as “delivery systems” or “carrier systems”.
- the object of the present invention is therefore to provide a new carrier system for active substances and / or active substances, which in particular enables a controlled release of these substances.
- Another object of the present invention is to provide a system with a depot and release function for active substances and active substances, in particular on surfaces.
- the object of the present invention is in particular the development of a coating for the depot maintenance and / or controlled release of active substances or active substances, such as, for example, colorants and fragrances, care oils, vitamins, enzymes, antibacterially active substances or other active substances.
- active substances or active substances such as, for example, colorants and fragrances, care oils, vitamins, enzymes, antibacterially active substances or other active substances.
- the present invention thus relates to a process for the preparation of a mass containing active substance and / or active substance, which is particularly suitable for the production of films, coatings, layers and / or coatings, a sol / gel process being carried out in the presence of at least one Carried active substance and / or active substance carries out.
- Sol / gel processes per se are readily familiar to the person skilled in the art (see, for example, Römpp-Lexikon Chemie, 9th edition, volume 5, page 4140, keyword “sol-gel process” and literature cited therein; CJ Brinker, GW Scheerer, "Sol-Gel-Science: The physics and chemistry of sol-gel processing", Academic Press, San Diego, 1998).
- the term "sol-gel process” or “sol-gel process” means a process in which glasses or ceramic compositions are finally obtained from initially soluble compounds via the intermediate stage of a gel.
- sol / gel processes have not yet been used to generate depot or release systems for active substances. It is thanks to the applicant that it has found that sol / gel processes are suitable for generating systems of the type mentioned above.
- a sol / gel process is therefore carried out in the presence of a suitable sol / gel precursor (sol / gel precursor) and a carrier molecule loaded with at least one active substance and / or active substance, ie in other words the gel formation is started achieved by a suitable sol / gel precursor in the presence of a carrier molecule loaded with at least one active substance and / or active substance.
- the carrier molecule loaded with at least one active substance and / or active substance is embedded in a preferably porous sol / gel matrix (gel matrix) formed in the sol / gel process.
- the sol / gel precursor must therefore lead to gel formation in a sol / gel process, in particular under hydrolysis conditions (for example acid hydrolysis, for example with hydrochloric acid) with subsequent polycondensation reaction.
- Sol / gel precursors suitable according to the invention i. H. Starting compounds capable of gel formation are known per se to the person skilled in the art.
- Sol / gel precursors which can be used according to the invention are, for example, compounds of silicon, boron, aluminum, titanium, zirconium, vanadium etc. which are capable of gel formation.
- suitable silicon / boron and / or are preferred as sol / gel precursors
- Aluminum compounds, in particular organosilicon, organoboron and / or organoaluminium compounds, are used.
- Sol / gel precursors suitable according to the invention are in particular selected from the group of di-, tri- and / or tetrafunctional silicic acid, boric acid and aluminum esters, in particular alkoxysilanes (alkyl orthosilicates), and their precursors.
- sol / gel precursors suitable according to the invention are alkoxysilanes of the general formula
- X represents hydrogen or a radical -OR 3 ,
- R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently of the other, denote an organic radical, in particular a linear or branched alkyl radical, preferably (-C-d 2 ) alkyl.
- Compounds which are particularly preferred according to the invention are the silicic acid esters tetramethyl orthosilicate (TMOS) and tetraethyl orthosilicate (TEOS).
- sol / gel precursors suitable according to the invention are described, for example, in German patent application 100 21 165.9 of Henkel KGaA dated April 29, 2000 with the designation "system for the release of active substances", the disclosure of which is hereby fully incorporated by reference.
- organosilanes such as.
- the sol / gel process is carried out with the aforementioned sol / gel precursors in a manner known per se to the person skilled in the art, namely generally by hydrolysis of these compounds, in particular in the presence of acids, bases or other catalysts such as, for. B. fluorides, with subsequent polycondensation reaction. Acid hydrolysis is preferred according to the invention.
- the sol / gel process i. H. the gelling (in particular hydrolysis with subsequent polycondensation) is then generally followed by removal of the solvent or dispersion medium which may be present. Generally this is done by heat treatment.
- the heat treatment which can optionally be carried out under reduced pressure or vacuum, can in particular be carried out at temperatures from approximately 20 ° C. to approximately 100 ° C. or more.
- the heat treatment is carried out in particular for a period of about 1 hour to about 24 hours or more.
- the sol / gel process and heat treatment can, for example, also merge continuously.
- the heat treatment not only removes any solvent that may be present, but also the preferably porous gel matrix (sol / gel matrix) - by further chemical conversion - into a preferably porous glass matrix (sol / gel glass matrix), in which the Carrier molecules loaded with active substance and / or active substance are embedded.
- a matrix based on polysilicic acids, silicates, borates and / or aluminates is formed.
- the active substance- and / or active substance-containing mass produced according to the invention and obtainable by the sol / gel process can be applied in films, coatings, layers and / or coatings to the surface of a suitable carrier material, so that coated surfaces are then formed after the heat treatment , as explained below.
- Surface carrier materials suitable according to the invention, to which the coating composition produced according to the invention can be applied are, for example, glasses and ceramics of all kinds; inorganic oxides such as aluminum oxide, silicon dioxide, magnesium oxide, boron oxide, titanium oxide, etc .; silica gels; Cellulose products of all kinds; Plastic products of all kinds; Fabrics, fabrics, fleeces, knitted fabrics and felts of all kinds; Metals and metal alloys of all kinds; and other, preferably inert carriers and carrier materials as well as macro- and mesoporous carriers. Spherical carrier particles of the aforementioned materials are also suitable as carriers.
- the present invention thus relates to a process for producing a mass containing active substance and / or active substance, in particular for producing films, layers and / or coatings, which comprises the following process steps:
- step (b) preparation of a homogeneous mixture of the carrier molecule loaded in step (a) with a suitable sol / gel precursor, optionally in the presence of a suitable solvent or dispersant; (c) carrying out a sol / gel process in the mixture prepared in step (b), so that a preferably porous sol / gel matrix is formed in which the carrier molecules loaded with active substance and / or active substance are embedded;
- step (d) optionally heat treatment of the sol / gel matrix produced in step (c), so that any solvent or dispersion medium present is removed and a preferably porous sol / gel glass matrix, preferably based on polysilicic acids, silicates, borates and / or Aluminates is formed, in which the active substance and / or active substance-loaded carrier molecules are embedded.
- the mixture produced in step (b) and / or the sol / gel matrix produced in step (c) can be processed or applied to form films, coatings, layers and / or coatings.
- the mixture produced in step (b) and / or the sol / gel matrix produced in step (c) can be applied to a preferably inert carrier surface, preferably as a film, coating, layer and / or coating;
- a preferably inert carrier surface preferably as a film, coating, layer and / or coating
- Layer thicknesses of 100 nm to 10 mm, in particular 1,000 nm to 2 mm, are preferred.
- the carrier surface coated with the carrier molecules loaded with active substance and / or active substance can be subjected to a heat treatment, so that any solvent or dispersion medium present is removed and one with a preferably porous sol / gel-glass matrix, preferably based on silicates, polysilicic acids, borates and / or aluminates, results in a coated support surface, the sol / gel-glass matrix containing the active substance- and / or active substance-loaded carrier molecules in stored form, preferably in a homogeneous distribution ; in other words, the heat treatment causes the gel matrix initially produced by the sol / gel process - also referred to synonymously in the present application as "sol / gel matrix" - into a glass matrix - synonymously also in the present application as "sol / gel glass matrix” designated - converted.
- the sol process is carried out in the presence of a carrier molecule loaded with at least one active substance and / or active substance.
- the carrier molecule is a molecule or a compound with molecular cavities, cavities, pores, channels, pockets or the like, which can accommodate the respective active substance and / or active substance molecules.
- the carrier molecule or the carrier compound must have sufficiently large molecular cavities, cavities, pores, channels, pockets or the like in order to take up the respective active substance and / or active substance molecules, ie to store, include, complex, etc.
- Cavities with diameters of about 200 to about 1,500 pm, in particular about 300 to about 1,400 pm, preferably about 400 to about 1,350 pm, are required.
- the molecular cavities, cavities, pores, channels, pockets or the like of the carrier molecules contain polar groups, for example are hydrophilic or hydrophobic, depending on the type and nature of the active substance and / or active substance molecule to be included.
- the carrier molecule is preferably an organic carrier molecule.
- carrier molecules suitable according to the invention are all molecules, in particular organic in nature, with molecular cavities, cavities, pores, channels, pockets or the like which are sufficiently large to accommodate the respective active substance and / or active substance molecules, i.e. H. store, enclose, complex, etc.
- the carrier molecule can be selected from the group of cyclodextrins (cycloamyloses, cycloglucans) and calixarenes, optionally in modified and / or activated form, as well as their derivatives and mixtures. If cyclodextrins according to the invention as carrier molecules used, these can be selected from the group of ⁇ -, ⁇ - and ⁇ -cyclodextrins, optionally in modified or activated form, and their derivatives. Examples of functionalized or modified cyclodextrins include, for example, alkyl and / or hydroxyalkyl and / or amino group-substituted cyclodextrins.
- the concentration ratio of active substance or active substance to carrier molecule can vary within wide limits and can reach, for example, up to 1: 1 (molar), ie. H. one active substance or active substance molecule per carrier molecule.
- the concentration of the carrier molecule loaded with active substance and / or active substance (eg cyclodextrin-active substance complex) in the starting solution or dispersion for the sol / gel process can likewise be in wide ranges vary and, for example, 0.1 to 99 wt .-%, in particular 5 to 25 wt .-%, based on the starting solution or dispersion
- the concentration of sol / gel precursor in the starting solution or dispersion can likewise vary within wide ranges and for example 20 to 80% by weight, in particular 30 to 60% by weight, be.
- the sol / gel process itself can be carried out in wide temperature ranges, in particular at 0 to 100 ° C., preferably 20 to 80 ° C., particularly preferably 40 to 60 ° C.
- the reaction time can be about 1 hour to about 2 days, preferably 2 hours. It is preferably carried out at low or acidic pH values, in particular at pH values below 7, in particular from 0 to 3, preferably 1, 7 to 2.
- a typical representation of organic-inorganic hybrid layers according to the invention by means of the sol / gel process looks as follows:
- the representation of suitable coating solutions or dispersions is carried out by mixing a suitable sol / gel precursor, such as, for. B. a tetraalkoxysilane or tetraalkyl orthosilicate of the formula Si (OR) 4 such as TMOS or TEOS, with a suitable hydrolysis agent (e.g. hydrochloric acid HCI) and with the complexed or embedded active substance and / or active substance in an organic carrier molecule.
- a suitable sol / gel precursor such as, for. B. a tetraalkoxysilane or tetraalkyl orthosilicate of the formula Si (OR) 4 such as TMOS or TEOS
- a suitable hydrolysis agent e.g. hydrochloric acid HCI
- complex carrier molecules substances with molecular cavities, such as.
- cyclodextrins or calixarenes
- the complexing molecule suitable for each active ingredient must be chosen based on the size of the molecular cavity.
- the coating solution is then, for example, on a solid support, e.g. B. a glass plate, applied. After heat treatment at, for example, approximately 60 ° C. for 24 hours and, if appropriate, under the action of a vacuum, a solid film containing the active ingredient is produced.
- the incorporation of molecular complexes from carrier molecules such as. As cyclodextrins, and coordinated active substance and / or active substance molecules sufficient to achieve a controlled release of the active substances from the coatings.
- the release is then only determined by the complexation constant for the active ingredient and / or active ingredient in the carrier molecule (e.g. cyclodextrin or calixarene) and the rate of diffusion of the active ingredient through the coating material (e.g. silicate).
- the release therefore requires either a porosity of the material and / or a certain solubility of the active substance in the material so that access to the surface of the coating and thus release can take place. This is usually the case.
- any active substances and / or active substances can be used as active substances and / or active substances with which the carrier molecules are loaded.
- those active substances and / or active substances are preferred which are essentially inert under the reaction conditions of the sol / gel process or which are essentially not converted.
- the active substance or active substance is at least partially soluble in the gel and / or glass matrix.
- the active substance and / or active substance can be selected from the group of fragrances; Oils such as essential oils, perfume oils, care oils, fragrance oils and silicone oils; antibacterial, antiviral or fungicidal active substances; disinfectant and antimicrobial substances; deodorants; Anti-oxidants; pharmaceutically active substances; biologically active substances and biogenic active substances; Vitamins and vitamin complexes; Enzymes and enzymatic systems such as amylases, cellulases, lipases and proteases; cosmetically active substances such as ingredients for cosmetics and personal care products; substances active in washing and cleaning, such as all kinds of surfactants, inorganic and organic acids active in washing and / or cleaning, Soil repellent and soil release agents, oxidants and bleaching agents such as in particular hypochlorites and peroxides, bleach activators, builders and cobuilders, anti-redeposition additives, graying and discoloration inhibitors, active substances for color protection, substances and additives for laundry care, optical brighteners, pH inhibitors, foam inhibitors Adjust
- the process according to the invention leads to the production of masses containing active substance and / or active substance, which are particularly suitable for the production of films, coatings, layers and / or coatings on support surfaces of all kinds.
- the method according to the invention therefore likewise represents a method for producing carrier surfaces with a protective function and / or depot retention of active substances and / or active substances and thus also a method for the protection and / or depot retention of active substances and / or active substances, in particular on carrier surfaces Carrier surfaces coated in this way have a controlled release function for active substances and / or active substances.
- the present invention also relates to the active substance- and / or active substance-containing compositions, in particular for the production of films, coatings, layers and / or coatings which can be obtained by the process according to the invention, and the films, coatings, layers and / or coatings produced therefrom ,
- films, coatings, layers and / or coatings which comprise a preferably porous sol / gel glass matrix, in particular based on polysilicic acids, silicates, borates and / or aluminates, with - preferably being homogeneously distributed over the matrix - Carrier molecules are embedded, in the molecular cavities, cavities, pores, channels or the like active substance and / or active substance molecules are embedded and / or complexed.
- thicknesses are used for the films, coatings, layers, coatings or the like of 100 nm to 10 mm, in particular 1,000 nm to 2 mm, preferred.
- the present invention also relates to surfaces, in particular surfaces of inert carrier materials, to which films, coatings, layers, coatings or the like of the aforementioned type are applied. As described above, these are in particular surfaces with a protective and / or depot function for active substances and / or active substances or with a controlled release function for active substances and / or active substances.
- the method according to the invention offers a number of advantages. To name just a few, the following are mentioned by way of example:
- the method according to the invention enables the production of coatings with a depot function for the controlled release of active substances or active substances.
- these spontaneously form self-assembled aggregates in the surface coating, in particular silicate coating, which control the release properties.
- the release kinetics can be controlled via the size and geometry of the self-organized aggregation structures.
- Another advantage of the present invention is the fact that the coatings, layers, coatings, films and the like can be produced directly from solution.
- inorganic-organic hybrid depot systems are formed which are suitable for the particularly controlled release of active substances or active substances from surfaces, in particular in the form of coatings, layers, coatings, Films etc., so that they can be used in numerous fields of application.
- Other advantages of the present invention will be readily apparent to those skilled in the art upon reading the description.
- the present invention is illustrated using the following exemplary embodiments, which, however, are in no way intended to limit the invention.
- Coatings were made on glass substrates by pouring a solution from the recipes given below. The coatings were allowed to react in a drying cabinet at 60 ° C for 24 hours. Thereafter, solid coatings were obtained, from which the active ingredient was released with a great delay.
- a solution of 10 g of hydroxypropyl-substituted ⁇ -cyclodextrin loaded with orange oil is mixed with 10 g of water and 27.5 g of TEOS and brought to a pH of 1.7 with HCl.
- a solution of 10 g of phenol-loaded methyl-substituted ⁇ -cyclodextrin is mixed with 10 g of water and 27.5 g of TEOS and brought to a pH of 1.7 with HCl.
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer aktivstoff- oder wirkstoffhaltigen Masse, die sich insbesondere zur Herstellung von Filmen, Überzügen, Schichten oder Beschichtungen eignet, beschrieben, bei dem ein Sol/Gel-Prozess in Gegenwart eines geeigneten Sol/Gel-Precursors und eines mit mindestens einem Aktivstoff bzw. Wirkstoff beladenen Trägermoleküls durchgeführt wird. Ausgehend von der auf diese Weise hergestellten Masse lassen sich Filme, Überzüge, Schichten oder Beschichtungen mit Schutz- und Depotfunktion und kontrollierter Freisetzungsfunktion für Aktivstoffe und Wirkstoffe herstellen.
Description
System zur Freisetzung von Aktivstoffen und Wirkstoffen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Freisetzung von Aktivstoffen bzw. Wirkstoffen insbesondere aus Oberflächen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine aktivstoff- und/oder wirkstoffhaltige Masse, insbesondere zur Herstellung von Filmen, Schichten und/oder Beschichtungen auf Oberflächen, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung.
Viele Substanzen, die in kosmetischen Produkten oder Wasch- und Reinigungsmitteln vorteilhafte Effekte erzielen könnten, besitzen oftmals eine zur kommerziellen Verwendung nicht ausreichende Stabilität oder verursachen störende Wechselwirkungen mit anderen Produktbestandteilen. So verlieren beispielsweise Aktivstoffe oder Wirksubstanzen wie Duftstoffe, etherische Öle, Parfümöle und Pflegeöle, Farbstoffe oder pharmazeutisch aktive Wirkstoffe, die in kosmetischen und/oder pharmazeutischen Produkten oder in Wasch- und Reinigungsmitteln eingesetzt werden, häufig schon bei der Lagerung oder aber direkt bei der Anwendung ihre Aktivität.
Daher ist es von Interesse, solche Substanzen mit Hilfe geeigneter Trägermaterialien zu immobilisieren und zu stabilisieren, was durch Einschluß, Kom- plexierung oder Adsorption erfolgen kann. Oft ist man auch an einer kontrollierten Freisetzung von Wirkstoffen über einen längeren Zeitraum interessiert. Ebenso häufig ist es von Interesse, störende Inhaltsstoffe aus Prozessen oder Anwendungen zu entfernen.
Aus diesem Grunde werden Aktiv- oder Wirksubstanzen wie Duftstoffe, Pflegeöle und antibakterielle Wirkstoffe den Produkten in räumlich abgegrenzter, geschützter Form zugesetzt. Häufig werden empfindliche Substanzen in Kapseln verschiedener Größen eingeschlossen, auf geeigneten Trägermaterialien adsorbiert oder chemisch modifiziert. Die Freisetzung kann dann mit Hilfe eines geeigneten Mechanismus aktiviert werden, beispielsweise mechanisch durch Scherung, oder diffusiv direkt aus dem Matrixmaterial erfolgen.
Daher werden Systeme gesucht, die sich als Verkapselungs-, Transport- oder Darreichungsvehikel - oft synonym auch als "Delivery-Systeme" oder "Carrier- Systeme" bezeichnet - eignen.
Es existieren bereits zahlreiche kommerzielle Delivery-Systeme, die auf porösen Polymerpartikeln oder Liposomen basieren (z. B. Mikrosponges® von der Firma Advanced Polymer Systems oder aber Nanotopes® von der Firma Ciba-Geigy, siehe hierzu B. Herzog, K. Sommer, W. Baschong, J. Röding "Nanotopes™; Surfactant Resistant Carrier System" in SÖFW-Journal, 124. Jahrgang 10/98, Seiten 614 bis 623).
Der Nachteil dieser herkömmlichen Systeme besteht darin, daß sie keine definierten Porengrößen aufweisen und somit die Adsorptions- und Freisetzungskinetik der eingeschlossenen Wirkstoffe nicht kontrolliert erfolgt. Liposome besitzen außerdem eine für viele Anwendungen ungenügende Stabilität.
Im Hinblick auf die Vielfalt von Aktivstoffen und Wirkstoffen, die auf den unterschiedlichsten Gebieten eingesetzt und somit dosiert werden sollen, besteht ein ständiger Bedarf, weitere Freisetzungssysteme zu entwickeln.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit die Bereitstellung eines neuen Trägersystems für Aktivstoffe und/oder Wirkstoffe, welches insbesondere eine kontrollierte Freisetzung dieser Stoffe ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein System mit Depot- und Freisetzungsfunktion für Aktivstoffe und Wirkstoffe, insbesondere auf Oberflächen, zur Verfügung zu stellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist insbesondere auch die Entwicklung einer Beschichtung zur Depothaltung und/oder kontrollierten Freisetzung von Aktivstoffen bzw. Wirkstoffen, wie beispielsweise Färb- und Duftstoffen, Pflegeölen, Vitaminen, Enzymen, antibakteriell wirksamen Substanzen oder anderen Wirkstoffen.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß aktivstoff- oder Wirkstoff beladene Trägermoleküle in einer Sol/Gel-(Glas-)Matrix Aktivstoffe bzw. Wirkstoffe bindet und diese Stoffe kontrolliert freisetzt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung einer aktivstoff- und/oder wirkstoffhaltigen Masse, die sich insbesondere zur Herstellung von Filmen, Überzügen, Schichten und/oder Beschichtungen eignet, wobei man einen Sol/Gel-Prozeß in Gegenwart eines mit mindestens einem Aktivstoff und/oder Wirkstoff beladenen Trägermoleküls durchführt.
Sol/Gel-Verfahren an sich sind dem Fachmann ohne weiteres geläufig (siehe beispielsweise Römpp-Lexikon Chemie, 9. Auflage, Band 5, Seite 4140, Stichwort "Sol-Gel-Prozeß" und dort referierte Literatur; C. J. Brinker, G. W. Scheerer, "Sol- Gel-Science: The physics and chemistry of sol-gel processing", Academic Press, San Diego, 1998). Unter dem Begriff "Sol-Gel-Prozeß" oder "Sol-Gel-Verfahren" versteht man ein Verfahren, bei dem aus zunächst löslichen Verbindungen über die Zwischenstufe eines Gels schließlich Gläser oder keramische Massen erhalten werden.
Bislang wurden Sol/Gel-Verfahren aber noch nicht eingesetzt, um Depot- bzw. Freisetzungssysteme für Wirkstoffe und Aktivstoffe zu erzeugen. Es ist das Verdienst der Anmelderin, herausgefunden zu haben, daß sich Sol/Gel-Verfahren dazu eignen, Systeme der zuvor genannten Art zu generieren.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also ein Sol/Gel-Prozeß in Gegenwart eines geeigneten Sol/Gel-Precursors (Sol/Gel-Vorläufers) und eines mit mindestens einem Aktivstoff und/oder Wirkstoff beladenen Trägermoleküls durchgeführt, d. h. mit anderen Worten wird die Gelbildung ausgehend von einem geeigneten Sol/Gel-Precursor in Gegenwart eines mit mindestens einem Aktivstoff und/oder Wirkstoff beladenen Trägermoleküls erreicht. Hierdurch wird das mit mindestens einem Aktivstoff und/oder Wirkstoff beladene Trägermolekül in eine bei dem Sol/Gel-Prozeß gebildete, vorzugsweise poröse Sol/Gel-Matrix (Gelmatrix) eingelagert.
Der Sol/Gel-Precursor muß also in einem Sol/Gel-Prozeß insbesondere unter Hydrolysebedingungen (z. B. saure Hydrolyse, beispielsweise mit Salzsäure) mit anschließender Polykondensationsreaktion zur Gelbildung führen.
Erfindungsgemäß geeignete Sol/Gel-Precursor, d. h. zur Gelbildung befähigte Ausgangsverbindungen, sind dem Fachmann an sich bekannt. Erfindungsgemäß verwendbare Sol/Gel-Precursor sind beispielsweise zur Gelbildung befähigte Verbindungen des Siliciums, des Bors, des Aluminiums, des Titans, des Zirkoniums, des Vanadiums etc. Erfindungsgemäß bevorzugt werden als Sol/Gel- Precursor geeignete Silicium-, Bor- und/oder Aluminiumverbindungen, insbesondere Organosilicium-, Organobor- und/oder Organoaluminiumverbin- dungen, eingesetzt.
Erfindungsgemäß geeignete Sol/Gel-Precursor sind insbesondere ausgewählt aus der Gruppe von di-, tri- und/oder tetrafunktionellen Kieselsäure-, Borsäure- und Alumoestern, insbesondere Alkoxysilanen (Alkylorthosilikaten), sowie deren Vorstufen.
Ein Beispiel für erfindungsgemäß geeignete Sol/Gel-Precursor sind Alkoxysilane der allgemeinen Formel
(R10) (R2O) Si (X) (X')
wobei
• X Wasserstoff oder einen Rest -OR3 darstellt,
• X' Wasserstoff oder einen Rest -OR4 darstellt und
• R1, R2, R3 und R4, jeweils unabhängig voneinander, einen organischen Rest, insbesondere einen linearen oder verzweigten Alkylrest, vorzugsweise (Cι-d2)- Alkyl, bezeichnen.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugte Verbindungen sind die Kieselsäureester Tetramethylorthosilikat (TMOS) und Tetraethylorthosilikat (TEOS).
Weitere erfindungsgemäß geeignete Sol/Gel-Precursor sind beispielsweise beschrieben in der deutschen Patentanmeldung 100 21 165.9 der Henkel KGaA vom 29. April 2000 mit der Bezeichnung "System für die Freisetzung von Wirkstoffen", deren Offenbarung hiermit im vollen Umfang durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Hierbei handelt es sich um verschiedene hydrolysierbare Organosilane, wie z. B. Alkylsilane, Alkoxysilane, Alkylalkoxysilane und Organoalkoxysilane, wobei als Reste neben den Alkyl- und Alkoxygruppen auch andere organische Gruppen (z. B. Allylgruppen, Aminoalkylgruppen, Hydroxyalkylgruppen etc.) an das Silicium gebunden sein können.
Der Sol/Gel-Prozeß wird mit den zuvor genannten Sol/Gel-Precursorn in der dem Fachmann an sich bekannten Art und Weise durchgeführt, nämlich im allgemeinen durch Hydrolyse dieser Verbindungen, insbesondere in Gegenwart von Säuren, Basen oder sonstigen Katalysatoren wie z. B. Fluoriden, mit sich anschließender Polykondensationsreaktion. Erfindungsgemäß bevorzugt ist die saure Hydrolyse.
Dem Sol/Gel-Prozeß, d. h. der Vergelung (insbesondere Hydrolyse mit nachfolgender Polykondensation), schließt sich dann im allgemeinen eine Entfernung des gegebenenfalls vorhandenen Lösungs- oder Dispersionsmittels an. Im allgemeinen erfolgt dies durch eine Wärmebehandlung. Die Wärmebehandlung, die gegebenenfalls unter reduzierten Druck bzw. Vakuum durchgeführt werden kann, kann insbesondere bei Temperaturen von etwa 20 °C bis etwa 100 °C oder mehr durchgeführt werden. Die Wärmebehandlung erfolgt insbesondere für eine Dauer von etwa 1 Stunde bis etwa 24 Stunden oder mehr. Sol/Gel-Prozeß und Wärmebehandlung können beispielsweise auch kontinuierlich ineinander übergehen.
Durch die Wärmebehandlung wird nicht nur gegebenenfalls vorhandenes Lösungsmittel entfernt, sondern auch die vorzugsweise poröse Gelmatrix (Sol/Gel-Matrix) - durch weitere chemische Umsetzung - in eine vorzugsweise poröse Glasmatrix (Sol/Gel-Glasmatrix) umgewandelt, in welche dann die
aktivstoff- und/oder wirkstoffbeladenen Trägermoleküle eingelagert sind. Im Fall der Verwendung von Silicium-, Bor- und/oder Aluminiumverbindungen als Sol/Gel- Precursor entsteht eine Matrix auf Basis von Polykieselsäuren, Silikaten, Boraten und/oder Aluminaten.
Vor der Wärmebehandlung kann die erfindungsgemäß hergestellte, durch Sol/Gel-Prozeß erhältliche aktivstoff- und/oder wirkstoffhaltige Masse in Filmen, Überzügen, Schichten und/oder Beschichtungen auf die Oberfläche eines geeigneten Trägermaterials aufgetragen werden, so daß nach der Wärmebehandlung dann beschichtete Oberflächen entstehen, wie im folgenden noch ausgeführt. Hierbei werden Schichtdicken von 100 nm bis 10 mm, insbesondere 1.000 nm bis 2 mm, bevorzugt.
Erfindungsgemäß geeignete Oberflächenträgermaterialien, auf welche die erfindungsgemäß hergestellte Beschichtungsmasse aufgebracht werden kann, sind beispielsweise Gläser und Keramiken aller Art; anorganische Oxide wie Aluminiumoxide, Siliciumdioxide, Magnesiumoxide, Boroxide, Titanoxide etc.; Kieselgele; Celluloseprodukte aller Art; Kunststoffprodukte aller Art; Gewebe, Stoffe, Vliese, Gewirke und Filze aller Art; Metalle und Metallegierungen aller Art; und andere, vorzugsweise inerte Träger und Trägermaterialien sowie makro- und mesoporöse Träger. Als Träger ebenfalls geeignet sind auch sphärische Trägerpartikel der zuvor genannten Materialien.
Gemäß einer Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung somit ein Verfahren zur Herstellung einer aktivstoff- und/oder wirkstoffhaltigen Masse, insbesondere zur Herstellung von Filmen, Schichten und/oder Beschichtungen, welches die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:
(a) Beladung eines geeigneten Trägermoleküls mit mindestens einem Aktivstoff und/oder Wirkstoff;
(b) Herstellung einer homogenen Mischung des in Schritt (a) beladenen Trägermoleküls mit einem geeigneten Sol/Gel-Precursor, gegebenenfalls in Gegenwart eines geeigneten Lösungs- oder Dispersionsmittels;
(c) Durchführung eines Sol/Gel-Prozesses in der in Schritt (b) hergestellten Mischung, so daß eine vorzugsweise poröse Sol/Gel-Matrix entsteht, in welche die aktivstoff- und/oder wirkstoffbeladenen Trägermoleküle eingelagert sind;
(d) gegebenenfalls Wärmebehandlung der in Schritt (c) hergestellten Sol/ Gel- Matrix, so daß gegebenenfalls vorhandenes Lösungs- oder Dispersionsmittel entfernt wird und eine vorzugsweise poröse Sol/Gel-Glasmatrix, vorzugsweise auf Basis von Polykieselsäuren, Silikaten, Boraten und/oder Aluminaten, gebildet wird, in welche die aktivstoff- und/oder wirkstoffbeladenen Trägermoleküle eingelagert sind.
Dabei kann die in Schritt (b) hergestellte Mischung oder/und die in Schritt (c) erzeugte Sol/Gel-Matrix zu Filmen, Überzügen, Schichten und/oder Beschichtungen verarbeitet oder aufgetragen werden. Beispielsweise kann die in Schritt (b) hergestellte Mischung oder/und die in Schritt (c) erzeugte Sol/Gel- Matrix auf eine vorzugsweise inerte Trägeroberfläche aufgebracht werden, vorzugsweise als Film, Überzug, Schicht und/oder Beschichtung; hinsichtlich der Beispiele für erfindungsgemäß geeignete Trägeroberflächen kann auf obige Ausführungen verwiesen werden. Hierbei werden Schichtdicken von 100 nm bis 10 mm, insbesondere 1.000 nm bis 2 mm, bevorzugt. Wie zuvor beschrieben, kann die mit der die aktivstoff- und/oder wirkstoffbeladenen Trägermoleküle in eingelagerter Form enthaltenden, vorzugsweise porösen Sol/Gel-Matrix beschichtete Trägeroberfläche einer Wärmebehandlung unterzogen werden, so daß gegebenenfalls vorhandenes Lösungs- oder Dispersionsmittel entfernt wird und eine mit einer vorzugsweise porösen Sol/Gel-Glasmatrix, vorzugsweise auf Basis von Silikaten, Polykieselsäuren, Boraten und/oder Aluminaten, beschichtete Trägeroberfläche resultiert, wobei die Sol/Gel-Glasmatrix die aktivstoff- und/oder wirkstoffbeladenen Trägermoleküle in eingelagerter Form, vorzugsweise in homogener Verteilung, enthält; mit anderen Worten wird durch die Wärmebehandlung die durch Sol/Gel-Prozeß zunächst hergestellte Gelmatrix - in der vorliegenden Anmeldung synonym auch "Sol/Gel-Matrix" bezeichnet - in eine Glasmatrix - in der vorliegenden Anmeldung synonym auch "Sol/Gel-Glasmatrix" bezeichnet - umgewandelt.
Wie zuvor beschrieben, wird erfindungsgemäß der Sol/Prozeß in Gegenwart eines mit mindestens einem Aktivstoff und/oder Wirkstoff beladenen Trägermoleküls durchgeführt. Bei dem Trägermolekül handelt es sich um ein Molekül bzw. eine Verbindung mit molekularen Kavitäten, Hohlräumen, Poren, Kanälen, Taschen oder dergleichen, welche die jeweiligen Aktivstoff- und/oder Wirkstoffmoleküle aufnehmen können. Mit anderen Worten muß das Trägermolekül bzw. die Trägerverbindung ausreichend große molekulare Kavitäten, Hohlräume, Poren, Kanäle, Taschen oder dergleichen aufweisen, um die jeweiligen Aktivstoff- und/oder Wirkstoffmoleküle aufzunehmen, d. h. einzulagern, einzuschließen, zu komplexieren etc. Hierzu sind im allgemeinen Kavitäten mit Durchmessern von etwa 200 bis etwa 1.500 pm, insbesondere etwa 300 bis etwa 1.400 pm, vorzugsweise etwa 400 bis etwa 1.350 pm, erforderlich.
Des weiteren kann es für bestimmte Ausführungen vorteilhaft sein, wenn die molekularen Kavitäten, Hohlräume, Poren, Kanäle, Taschen oder dergleichen der Trägermoleküle polare Gruppen enthalten, beispielsweise hydrophil oder hydrophob sind, je nach Art und Natur des einzuschließenden Aktivstoff- und/oder Wirkstoffmoleküls. Vorzugsweise ist das Trägermolekül ein organisches Trägermolekül.
Beispiele für erfindungsgemäß geeignete Trägermoleküle sind alle Moleküle, insbesondere organischer Natur, mit molekularen Kavitäten, Hohlräumen, Poren, Kanälen, Taschen oder dergleichen, die ausreichend groß sind, um die jeweiligen Aktivstoff- und/oder Wirkstoffmoleküle aufzunehmen, d. h. einzulagern, einzuschließen, zu komplexieren etc., so z. B. Verbindungen, die mit den einzulagernden Aktivstoff- und/oder Wirkstoffmolekülen Clathrate oder Käfigeinschlußverbindungen bilden, oder Verbindungen, die mit den einzulagernden Aktivstoff- und/oder Wirkstoffmolekülen Komplexe, wie z. B. Chelatkomplexe, bilden usw. und die mit der Sol/Gel-(Glas-)Matrix kompatibel sind, d. h. sich molekulardispers oder molekular organisiert einbauen lassen.
Insbesondere kann das Trägermolekül ausgewählt sein aus der Gruppe von Cyclodextrinen (Cycloamylosen, Cycloglucanen) und Calixarenen, gegebenenfalls in jeweils modifizierter und/oder aktivierter Form, sowie deren Derivaten und Mischungen. Wenn als Trägermoleküle erfindungsgemäß Cyclodextrine
verwendet werden, können diese ausgewählt sein aus der Gruppe von α-, ß- und γ-Cyclodextrinen, gegebenenfalls in modifizierter bzw. aktivierter Form, sowie deren Derivaten. Als Beispiel für funktionalisierte bzw. modifizierte Cyclodextrine lassen sich beispielsweise alkyl- und/oder hydroxyalkyl- und/oder aminogruppensubstituierte Cyclodextrine nennen.
Im folgenden sind in der nachstehenden Tabelle die Eigenschaften von erfindungsgemäß als Trägermolekül verwendbaren Cyclodextrinen angegeben:
Die Beladung der Trägermoleküle mit Aktivstoffen und/oder Wirkstoffen ist dem Fachmann an sich geläufig und kann erfindungsgemäß mit allen aus dem Stand der Technik bekannten Methoden erfolgen.
Dabei kann das Konzentrationsverhältnis von Aktivstoff bzw. Wirkstoff zu Trägermolekül (z. B. Cyclodextrine) in weiten Grenzen variieren und beispielsweise bis zu 1 : 1 (molar) erreichen, d. h. ein Aktivstoff- oder Wirkstoffmolekül pro Trägermolekül betragen.
Die Konzentration des mit Aktivstoff und/oder Wirkstoff beladenen Trägermoleküls (z. B. Cyclodextrin-Wirkstoff-Komplex) in der Ausgangslösung oder -dispersion für den Sol/Gel-Prozeß kann ebenfalls in weiten Bereichen
variieren und beispielsweise 0,1 bis 99 Gew.-%, insbesondere 5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die Ausgangslösung oder -dispersion, betragen
Die Konzentration an Sol/Gel-Precursor in der Ausgangslösung oder -dispersion (z. B. Silikatprecursor wie TMOS oder TEOS) kann ebenfalls in weiten Bereichen variieren und beispielsweise 20 bis 80 Gew.-%, insbesondere 30 bis 60 Gew.-%, betragen.
Das Sol/Gel-Verfahren an sich kann in weiten Temperaturbereichen, insbesondere bei 0 bis 100 °C, vorzugsweise 20 bis 80 °C, besonders bevorzugt 40 bis 60 °C, durchgeführt werden. Die Reaktionszeit kann dabei etwa 1 Stunde bis etwa 2 Tage, vorzugsweise 2 Stunden, betragen. Dabei wird vorzugsweise bei niedrigen bzw. sauren pH-Werten gearbeitet, insbesondere bei pH-Werten unterhalb von 7, insbesondere von 0 bis 3, vorzugsweise 1 ,7 bis 2.
Eine typische Darstellung von erfindungsgemäßen organisch-anorganischen Hybridschichten mittels Sol/Gel-Verfahren sieht wie folgt aus: Die Darstellung geeigneter Beschichtungslösungen bzw. -dispersionen erfolgt durch Mischung eines geeigneten Sol/Gel-Precursors, wie z. B. einem Tetraalkoxysilan bzw. Tetraalkylorthosilikat der Formel Si(OR)4 wie TMOS oder TEOS, mit einem geeigneten Hydrolysemittel (z. B. Salzsäure HCI) und mit dem in ein organisches Trägermolekül komplexierten bzw. eingelagerten Aktivstoff und/oder Wirkstoff. Als Komplexträgermoleküle können Substanzen mit molekularen Kavitäten, wie z. B. Cyclodextrine oder Calixarene, Verwendung finden. Es muß jeweils das für jeden Wirkstoff geeignete Komplexierungsmolekül aufgrund der Größe der molekularen Kavität gewählt werden. Die Beschichtungslösung wird dann beispielsweise auf einen festen Träger, z. B. eine Glasplatte, aufgetragen. Nach Behandlung durch Wärme bei beispielsweise ca. 60 °C über 24 Stunden und gegebenenfalls unter Einwirkung von Vakuum wird ein fester, den Wirkstoff enthaltender Film erzeugt.
Prinzipiell ist die Einlagerung von molekularen Komplexen aus Trägermolekülen, wie z. B. Cyclodextrinen, und darauf abgestimmten Aktivstoff- und/oder Wirkstoffmolekülen ausreichend, um eine kontrollierte Freisetzung der Wirkstoffe aus den Beschichtungen zu erreichen. Die Freisetzung ist dann nur bestimmt von
der Komplexierungskonstante für den Aktivstoff und/oder Wirkstoff im Trägermolekül (z. B. Cyclodextrin oder Calixaren) sowie der Diffusionsgeschwindigkeit des Wirkstoffes durch das Beschichtungsmaterial (z. B. Silikat). Notwendig zum Release ist somit entweder eine Porosität des Materials und/oder eine gewisse Löslichkeit des Wirkstoffs im Material, damit ein Zugang zur Oberfläche der Beschichtung und damit die Freisetzung erfolgen kann. Dies ist in der Regel gegeben. Eine zusätzliche Kontrolle wird allerdings dadurch erzeugt, daß bestimmte Trägermoleküle, wie z. B. Cyclodextrine, aufgrund ihrer Amphiphilie eine Selbstorganisation ihrer Anordnung im Beschichtungsmaterial vornehmen. So ordnen sich sowohl die unbeladenen als auch die mit Aktivstoffen und/oder Wirkstoffen beladenen Cyclodextrine, insbesondere bei bestimmten Konzentrationen, zu wurmartigen oder isolierten kugelartigen Poren. Im Falle der wurmartigen Poren kann die Freisetzung der Wirkstoffe durch konsekutive Nachlieferung aus der Kanalstruktur erfolgen, was wiederum von der Komplexbildungskonstante des Wirkstoffs abhängig ist. Im Falle der Kugelporen erfolgt eine batchweise Freisetzung der Wirkstoffe aus der Beschichtung.
Als Aktivstoffe und/oder Wirkstoffe, mit denen die Trägermoleküle beladen werden, können beliebige Aktivstoffe und/oder Wirkstoffe eingesetzt werden. Insbesondere sind solche Aktivstoffe und/oder Wirkstoffe bevorzugt, die unter den Reaktionsbedingungen des Sol/Gel-Verfahrens im wesentlichen inert sind bzw. im wesentlichen nicht umgesetzt werden. Des weiteren kann es für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein, wenn der Aktivstoff oder Wirkstoff in der Gel- und/oder Glasmatrix zumindest teilweise löslich ist.
Beispielsweise kann der Aktivstoff und/oder Wirkstoff ausgewählt sein aus der Gruppe von Duftstoffen; Ölen wie etherischen Ölen, Parfümölen, Pflegeölen, Duftölen und Silikonölen; antibakteriellen, antiviralen oder fungiziden Wirkstoffen; desinfizierend und antimikrobiell wirkenden Substanzen; Desodorantien; Anti- oxidantien; pharmazeutisch aktiven Substanzen; biologisch wirksamen Stoffen und biogenen Wirkstoffen; Vitaminen und Vitaminkomplexen; Enzymen und enzymatischen Systemen wie Amylasen, Cellulasen, Lipasen und Proteasen; kosmetisch aktiven Substanzen wie Inhaltsstoffen für Kosmetika und Körperpflegemittel; wasch- und reinigungsaktiven Substanzen wie Tensiden aller Art, wasch- und/oder reinigungsaktiven anorganischen und organischen Säuren,
Soil-repellent- und Soil-release-Wirkstoffen, Oxidantien und Bleichmitteln wie insbesondere Hypochloriten und Peroxiden, Bleichmittelaktivatoren, Buildem und Cobuildern, Antiredepositionsadditiven, Vergrauungs- und Verfärbungsinhibitoren, Wirksubstanzen zum Farbschutz, Substanzen und Additiven zur Wäschepflege, optischen Aufhellern, Schauminhibitoren, pH-Stellmitteln und pH- Puffersubstanzen; UV-Schutzstoffen, UV-Absorbern, Fluoreszenz- und Phosphoreszenzmitteln; Farbstoffen, Farbstoffzusammensetzungen, Farbpigmenten und anderen färbenden Substanzen wie solvatochromen und Indikatorfarbstoffen; sowie Mischungen der zuvor aufgeführten Verbindungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt zur Herstellung von aktivstoff- und/ oder wirkstoffhaltigen Massen, welche sich insbesondere zur Herstellung von Filmen, Überzügen, Schichten und/oder Beschichtungen auf Trägeroberflächen aller Art eignen. Daher stellt das erfindungsgemäße Verfahren gleichermaßen ein Verfahren zur Herstellung von Trägeroberflächen mit Schutzfunktion und/oder Depothaltung von Aktivstoffen und/oder Wirkstoffen und somit auch ein Verfahren zum Schutz und/oder zur Depothaltung von Aktivstoffen und/oder Wirkstoffen insbesondere auf Trägeroberflächen dar. Die auf diese Weise beschichteten Trägeroberflächen weisen eine kontrollierte Freisetzungsfunktion für Aktivstoffe und/oder Wirkstoffe auf.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch die aktivstoff- und/oder wirkstoffhaltigen Massen, insbesondere zur Herstellung von Filmen, Überzügen, Schichten und/oder Beschichtungen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich sind, sowie die hieraus hergestellten Filme, Überzüge, Schichten und/oder Beschichtungen. Hierbei handelt es sich insbesondere um Filme, Überzüge, Schichten und/oder Beschichtungen, die eine vorzugsweise poröse Sol/Gel-Glasmatrix, insbesondere auf Basis von Polykieselsäuren, Silikaten, Boraten und/oder Aluminaten, umfassen, wobei - über die Matrix vorzugsweise homogen verteilt - Trägermoleküle eingelagert sind, in deren molekulare Kavitäten, Hohlräume, Poren, Kanäle oder dergleichen Aktivstoff- und/oder Wirkstoffmoleküle eingelagert und/oder komplexiert sind. Wie zuvor erwähnt, werden erfindungsgemäß Dicken für die Filme, Überzüge, Schichten, Beschichtungen
oder dergleichen von 100 nm bis 10 mm, insbesondere 1.000 nm bis 2 mm, bevorzugt.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch Oberflächen, insbesondere Oberflächen von inerten Trägermaterialien, auf die Filme, Überzüge, Schichten, Beschichtungen oder dergleichen der zuvor genannten Art aufgebracht sind. Wie zuvor beschrieben, handelt es sich hierbei insbesondere um Oberflächen mit Schutz- und/oder Depotfunktion für Aktivstoffe und/oder Wirkstoffe bzw. mit kontrollierter Freisetzungsfunktion für Aktivstoffe und/oder Wirkstoffe.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine Reihe von Vorteilen. Um nur einige zu nennen, seien beispielhaft die folgenden genannt: Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von Beschichtungen mit Depotfunktion für die kontrollierte Freisetzung von Aktivstoffen bzw. Wirkstoffen. Bei der Verwendung beispielsweise von Cyclodextrinen formen diese spontan selbstorganisierte Aggregate in der Oberflächenbeschichtung, insbesondere Silkatbeschichtung, welche die Freisetzungseigenschaften steuern. Durch die Verwendung verschiedener, gegebenenfalls modifizierter Trägermoleküle (z. B. Verwendung verschiedener Cyclodextrine) kann die Freisetzungskinetik über die Größe und Geometrie der selbstorganiserten Aggregationstrukturen kontrolliert werden. Je nach eingelagertem oder eingelagerten Aktivstoffen oder Wirkstoffen sind verschiedenste Wirkungen möglich, so z. B. spezielle Duftwirkung, antibakterielle Wirkung, Reinigungswirkung etc. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, daß die Beschichtungen, Schichten, Überzüge, Filme und dergleichen direkt aus Lösung erzeugbar sind. Im Fall von aktivstoff- bzw. wirkstoffbeladenen organischen Trägermolekülen und anorganischen Sol/Gel-Glasmatrizes entstehen anorganisch-organische Hybrid- Depotsysteme, welche sich zur insbesondere kontrollierten Freisetzung von Aktivstoffen bzw. Wirkstoffen aus Oberflächen eignen, insbesondere in Form von Beschichtungen, Schichten, Überzügen, Filmen etc., so daß sie sich in zahlreichen Anwendungsfeldern einsetzen lassen. Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann beim Lesen der Beschreibung ohne weiteres ersichtlich.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele veranschaulicht, welche die Erfindung jedoch keinesfalls beschränken sollen.
Weitere Ausführungsformen, Ausgestaltungen, Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann beim Lesen der vorliegenden Anmeldung ohne weiteres erkennbar und realisierbar, ohne daß er dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.
Ausführungsbeispiele
Beispiel 1 :
Es wurden Beschichtungen auf Glasträgern durch Vergießen einer Lösung aus den unten angegebenen Rezepturen hergestellt. Die Beschichtungen wurden bei 60 °C 24 Stunden lang im Trockenschrank reagieren gelassen. Danach wurden feste Beschichtungen erhalten, aus denen der Wirkstoff stark verzögert freigesetzt wurde.
a) Darstellung von Beschichtungen mit Duftwirkung
Eine Lösung von 10 g mit Orangenöl beladenem hydroxypropyl- substituiertem ß-Cyclodextrin wird mit 10 g Wasser und 27,5 g TEOS versetzt und mit HCI auf einen pH-Wert von 1,7 gebracht.
Nach Wärmebehandlung unter den zuvor angegebenen Bedingungen wird eine Beschichtung mit wurmartiger Porenstruktur erhalten, die eine langanhaltende Duftwirkung besitzt.
b) Darstellung von Beschichtungen mit antibakterieller Wirkung
Eine Lösung von 10 g mit Phenol beladenem methylsubstituiertem ß-Cyclod- extrin wird mit 10 g Wasser und 27,5 g TEOS versetzt und mit HCI auf einen pH-Wert von 1 ,7 gebracht.
Nach Wärmebehandlung unter den zuvor angegebenen Bedingungen wird eine Beschichtung mit wurmartiger Porenstruktur erhalten, die eine langanhaltende antibakterielle Wirkung besitzt.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung einer aktivstoff- und/oder wirkstoffhaltigen Masse, insbesondere zur Herstellung von Filmen, Überzügen, Schichten und/oder Beschichtungen,
d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t ,
daß man einen Sol/Gel-Prozeß in Gegenwart eines mit mindestens einem Aktivstoff und/oder Wirkstoff beladenen Trägermoleküls durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Sol/Gel-Prozeß in Gegenwart eines geeigneten Sol/Gel-Precursors durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mit mindestens einem Aktivstoff und/oder Wirkstoff beladene Trägermolekül in eine bei dem Sol/Gel-Prozeß gebildete, vorzugsweise poröse Sol/Gel-Matrix eingelagert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich dem Sol/Gel- Prozeß eine Wärmebehandlung anschließt, insbesondere wobei die Wärmebehandlung bei Temperaturen von etwa 20 °C bis etwa 100 °C für eine Dauer von etwa 1 Stunde bis etwa 24 Stunden, gegebenenfalls unter reduziertem Druck, durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei durch die Wärmebehandlung gegebenenfalls vorhandenes Lösungs- oder Dispersionsmittel entfernt wird und eine vorzugsweise poröse Sol/Gel-Glasmatrix entsteht, in welche die aktivstoff- und/oder wirkstoffbeladenen Trägermoleküle eingelagert sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Glasmatrix eine Matrix auf Basis von Polykieselsäuren, Silikaten, Boraten und/oder Aluminaten ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Trägermolekül molekulare Kavitäten, Hohlräume, Poren, Kanäle oder dergleichen aufweist, welche die Aktivstoff- und/oder Wirkstoffmoleküle aufnehmen können.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Trägermolekül vorzugsweise ein organisches Trägermolekül ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Trägermolekül ausgewählt ist aus der Gruppe von Cyclodextrinen und Calixarenen, gegebenenfalls in jeweils modifizierter und/oder aktivierter Form, sowie deren Derivaten und Mischungen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Cyclodextrine ausgewählt sind aus der Gruppe von α-, ß- und γ-Cyclodextrinen, gegebenenfalls in modifizierter und/oder aktivierter Form, sowie deren Derivaten.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Sol/Gel-Precursor eine zur Gelbildung befähigte Verbindung des Siliciums, des Bors, des Aluminiums, des Titans, des Zirkoniums oder des Vanadiums, insbesondere eine Silicium-, Bor- und/oder Aluminiumverbindung, vorzugsweise eine organische Silicium-, Bor- und/oder Aluminiumverbindung, ist, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe von di-, tri- und/oder tetrafunktionellen Kieselsäure-, Borsäure- und Alumoestern, insbesondere Alkoxysilanen (Alkylorthosilikaten).
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei das Alkoxysilan eine Verbindung der allgemeinen Formel
(R1O) (R2O) Si (X) (X')
ist, wobei
• X Wasserstoff oder einen Rest -OR3 darstellt, • X' Wasserstoff oder einen Rest -OR4 darstellt und
• R1, R2, R3 und R4, jeweils unabhängig voneinander, einen organischen Rest, insbesondere einen linearen oder verzweigten Alkylrest, vorzugsweise (Cι-Cι2)-Alkyl, bezeichnen.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Kieselsäureester Tetra- methylorthosilikat (TMOS) oder Tetraethylorthosilikat (TEOS) ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Aktivstoff und/oder Wirkstoff ausgewählt ist aus der Gruppe von Duftstoffen; Ölen wie etherischen Ölen, Parfümölen, Pflegeölen, Duftölen und Silikonölen; antibakteriellen, antiviralen oder fungiziden Wirkstoffen; desinfizierend und antimikrobiell wirkenden Substanzen; Desodorantien; Antioxidantien; pharmazeutisch aktiven Substanzen; biologisch wirksamen Stoffen und biogenen Wirkstoffen; Vitaminen und Vitaminkomplexen; Enzymen und enzymatischen Systemen wie Amylasen, Cellulasen, Lipasen und Proteasen; kosmetisch aktiven Substanzen wie Inhaltsstoffen für Kosmetika und Körperpflegemittel; wasch- und reinigungsaktiven Substanzen wie Tensiden aller Art, wasch- und/oder reinigungsaktiven anorganischen und organischen Säuren, Soil-repellent- und Soil-release-Wirkstoffen, Oxidantien und Bleichmitteln wie insbesondere Hypochloriten und Peroxiden, Bleichmittelaktivatoren, Buildern und Cobuildem, Antiredepositionsadditiven, Vergrauungs- und Verfärbungsinhibitoren, Wirksubstanzen zum Farbschutz, Substanzen und Additiven zur Wäschepflege, optischen Aufhellern, Schauminhibitoren, pH-Stellmitteln und pH-Puffersubstanzen; UV- Schutzstoffen, UV-Absorbern, Fluoreszenz- und Phosphoreszenzmitteln; Farbstoffen, Farbstoffzusammensetzungen, Farbpigmenten und anderen färbenden Substanzen wie solvatochromen und Indikatorfarbstoffen; sowie Mischungen der zuvor aufgeführten Verbindungen.
15. Verfahren zur Herstellung einer aktivstoff- und/oder wirkstoffhaltigen Masse, insbesondere zur Herstellung von Filmen, Schichten und/oder Beschichtungen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
(a) Beladung eines geeigneten Trägermoleküls mit mindestens einem Aktivstoff und/oder Wirkstoff;
(b) Herstellung einer homogenen Mischung des in Schritt (a) beladenen Trägermoleküls mit einem geeigneten Sol/Gel-Precursor, gegebenenfalls in Gegenwart eines geeigneten Lösungs- oder Dispersionsmittels;
(c) Durchführung eines Sol/Gel-Prozesses in der in Schritt (b) hergestellten Mischung, so daß eine vorzugsweise poröse Sol/Gel- Matrix entsteht, in welche die aktivstoff- und/oder wirkstoffbeladenen Trägermoleküle eingelagert sind;
(d) gegebenenfalls Wärmebehandlung der in Schritt (c) hergestellten Sol/Gel-Matrix, so daß gegebenenfalls vorhandenes Lösungs- oder Dispersionsmittel entfernt wird und eine vorzugsweise poröse Sol/Gel- Glasmatrix, vorzugsweise auf Basis von Polykieselsäuren, Silikaten, Boraten und/oder Aluminaten, gebildet wird, in welche die aktivstoff- und/oder wirkstoffbeladenen Trägermoleküle eingelagert sind.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die in Schritt (b) hergestellte Mischung oder/und die in Schritt (c) erzeugte Sol/Gel-Matrix zu Filmen, Überzügen, Schichten und/oder Beschichtungen verarbeitet oder aufgetragen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei die in Schritt (b) hergestellte Mischung oder/und die in Schritt (c) erzeugte Sol/Gel-Matrix auf eine vorzugsweise inerte Trägeroberfläche aufgebracht wird, vorzugsweise als Film, Überzug, Schicht und/oder Beschichtung.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die mit der die aktivstoff- und/oder wirkstoffbeladenen Trägermoleküle in eingelagerter Form enthaltenden, vorzugsweise poröse Sol/Gel-Matrix beschichtete Trägeroberfläche einer Wärmebehandlung unterzogen wird, so daß gegebenenfalls vorhandenes Lösungs- oder Dispersionsmittel entfernt wird und eine mit einer vorzugsweise porösen Sol/Gel-Glasmatrix, vorzugsweise auf Basis von Silikaten, Polykieselsäuren, Boraten und/oder Aluminaten, beschichtete Trägeroberfläche resultiert, wobei die Sol/Gel-Glasmatrix die aktivstoff- und/oder wirkstoffbeladenen Trägermoleküle in eingelagerter Form, vorzugsweise homogen über die Matrix verteilt, enthält.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zum Schutz und/oder zur Depothaltung von Aktivstoffen und/oder Wirkstoffen insbesondere auf Trägeroberflächen.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Herstellung von Trägeroberflächen mit Schutzfunktion und/oder Depothaltung von Aktivstoffen und/oder Wirkstoffen.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Herstellung von Trägeroberflächen mit kontrollierter Freisetzungsfunktion für Aktivstoffe und/oder Wirkstoffe.
22. Aktivstoff- und/oder wirkstoffhaltige Masse, insbesondere zur Herstellung von Filmen, Überzügen, Schichten und/oder Beschichtungen, erhältlich nach dem Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 18.
23. Filme, Überzüge, Schichten und/oder Beschichtungen, erhältlich ausgehend von der aktivstoff- und/oder wirkstoffhaltigen Masse nach Anspruch 22.
24. Filme, Überzüge, Schichten und/oder Beschichtungen, die eine vorzugsweise poröse Sol/Gel-Glasmatrix, insbesondere auf Basis von Polykieselsäuren, Silikaten, Boraten und/oder Aluminaten, umfassen, wobei über die Matrix verteilt Trägermoleküle eingelagert sind, in deren molekulare Kavitäten, Hohlräume, Poren, Kanäle oder dergleichen Aktivstoff- und/oder Wirkstoffmoleküle eingelagert und/oder komplexiert sind.
25. Oberflächen, insbesondere Oberflächen von inerten Trägermaterialien, auf die Filme, Überzüge, Schichten und/oder Beschichtungen nach Anspruch 23 oder 24 aufgebracht sind.
26. Oberflächen nach Anspruch 25 mit Schutz- und/oder Depotfunktion für Aktivstoffe und/oder Wirkstoffe und/oder mit kontrollierter Freisetzungsfunktion für Aktivstoffe und/oder Wirkstoffe.
27. Glasmatrix, insbesondere auf Basis von Silikaten, Polykieselsäuren, Boraten und/oder Aluminaten und insbesondere erhältlich durch einen Sol/Gel- Prozeß mit anschließender Wärmebehandlung, wobei die Glasmatrix vorzugsweise porös sein kann und in die Glasmatrix, vorzugsweise in homogener Verteilung, mit mindestens einem Aktivstoff und/oder Wirkstoff beladene Trägermoleküle eingelagert sind.
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