ES2275872T3 - Procedimiento de reduccion de la propension a la adsorcion de moleculas o de celulas biologicas sobre una superficie. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de reducción de una tendencia a la adsorción de moléculas o de células biológicas resultantes de soluciones o suspensiones sobre una superficie de material en contacto con una solución o suspensión, en el cual se utiliza como material un material de soporte orgánico o inorgánico con una superficie modificada y en el cual la modificación de la superficie se realiza por polimerización fotoquímica por implantación in situ de monómeros sobre la superficie del material de soporte, y en el cual el monómero es seleccionado, en función de una carga electroestática y/o de una polaridad y/o de una estructura espacial de la molécula a rechazar o de la célula a rechazar, de manera que resulte una afinidad reducida del material modificado con respecto a la molécula o la célula, caracterizado por el hecho que la polimerización fotoquímica por implantación in situ se realiza en presencia de un fotoiniciador que genera, después de la excitación luminosa, los radicales a nivel de la superficiedel material de soporte por abstracción de hidrógeno.

Description

Procedimiento de reducción de la propensión a la adsorción de moléculas o de células biológicas sobre una superficie de material.

La invención se refiere a un procedimiento para la reducción de una tendencia a la adsorción de moléculas o células biológicas de soluciones o de suspensiones en una superficie de material en contacto con la solución o suspensión según la reivindicación 1 así como utilizaciones del procedimiento según las reivindicaciones 11 a 15.

La contaminación de superficies sólidas en contacto con medios acuosos por formación de una biopelícula es un problema conocido como "incrustaciones". Así, por ejemplo en los barcos se origina el crecimiento de algas en los cascos y, en caso de implantes médicos, se producen sedimentaciones descontroladas en las superficies del implante en contacto con los fluidos corporales (también denominado incrustación biológica o corrosión biológica). También en procesos de filtración técnicos a través de membranas se observan -frecuentemente causadas por las sedimentaciones de proteínas- incrustaciones de la superficie de la membrana (la llamada incrustación de membranas), lo cual puede dar lugar a obstrucciones de los poros de la membrana. En el caso de las incrustaciones de proteínas en las membranas se pueden reducir las causas de formación de una biopelícula a dos procesos esenciales. Por un lado tiene lugar una agregación de proteínas en la superficie interfacial de la membrana/solución o en la solución, seguido por una sedimentación de los agregados en la superficie de la membrana. Por otro lado se produce una adsorción de proteínas no específica de proteínas agregadas en la superficie. A consecuencia de ello se puede producir a largo plazo al asentamiento de microorganismos o estructuras mas complicadas (como por ejemplo en cascos de barcos).

Se discuten diferentes factores influyentes en el grado de incrustaciones de proteína, es decir la estructura de la proteína en solución, las condiciones del proceso o la naturaleza química y física de la superficie, y se desarrollan estrategias para la reducción de incrustaciones de proteína. No obstante existe una comprensión insuficiente sobre la naturaleza de las interacciones, que conducen a las incrustaciones de proteína. Por lo tanto actualmente las razones para evitar las incrustaciones suelen ser empíricas y contienen frecuentemente una modificación química hidrofilizante o hidrofobizante de las superficies.

Se conoce un procedimiento según el concepto principal de la reivindicación 1 de la US-A-5468390 y US-A-5736051.

La invención se basa en la tarea de proveer un procedimiento nuevo para la reducción de la tendencia a la adsorción de diferentes materiales con respecto a moléculas y/o células biológicas. Por consiguiente deben proveerse objetos con una superficie de material que contrarreste las incrustaciones, donde el procedimiento debe presentar un amplio margen de variación en cuanto a la naturaleza química, física o estructural de la molécula concreta o de la célula, para considerar tantos campos de aplicación como sea posible. En especial el procedimiento debe ser adecuado para la utilización en la industria alimenticia, de la medicina, de la biotecnología, de la depuración de aguas residuales y/o de la construcción naval.

Esta tarea es solucionada mediante un procedimiento con las características citadas en la reivindicación 1, así como a través de sus utilizaciones según las reivindicaciones 11 a 15.

Según la invención el procedimiento prevé utilizar como material un material de soporte orgánico u inorgánico con una superficie modificada, en el cual la modificación de la superficie se realiza por polimerización in situ de monómeros en la superficie, seleccionados en función de una naturaleza, especialmente de una naturaleza química, física y/o estérica de la molécula o de la célula. Puesto que la polimerización efectuada in situ directamente sobre la superficie del material permite una modificación de las superficies por enlace covalente de monómeros de las más diversas características, se ofrece un material antiincrustación según la invención diseñado individualmente para la respectiva problemática de incrustaciones con una superficie con tendencia reducida a la adsorción. La modificación antiincrustación químicamente covalente tiene además la ventaja de tener una estabilidad larga e ininterrumpida. Por consiguiente el procedimiento es idóneo también para la utilización para aplicaciones a largo plazo, p.ej. para la modificación de cascos de barco según la invención. Resulta una formación de biopelícula y por lo tanto también un crecimiento de algas muy retardado en este caso. Para aplicaciones en membranas se obtiene una vida generalmente aumentada junto con un rendimiento inalterado de las membranas.

Los monómeros utilizados determinan las propiedades de antiincrustación del material. La selección del monómero ocurre en este caso en función de una carga electroestática y/o de una polaridad y/o de una estructura espacial de la molécula a rechazar o de la célula a rechazar, especialmente su superficie exterior, es decir, de tal manera que la superficie de material modificada presente la menor afinidad posible con la molécula o la célula. Especialmente se selecciona por ejemplo un monómero con una carga electroestática del mismo signo y/o una polaridad de una intensidad comparable a la molécula o la célula. Por ejemplo se proveen superficies de material hidrofilizadas para impedir una adsorción de proteínas, es decir superficies modificadas con un monómero polar, en las cuales se impide en gran parte el paso primario, la adsorción no específica de proteínas solubles en agua y por consiguiente dotadas de una superficie de molécula hidrófila exterior. Para el logro de la hidrofilización contra las incrustaciones de proteína se producen preferiblemente superficies aniónicas o catiónicas o también multifuncionales y para ello se seleccionan los monómeros adecuados. También se usan monómeros tensioactivos.

Como resultado se puede reducir de manera intencionada la tendencia a la adsorción de superficies de material con respecto a una multitud de determinadas moléculas (o grupos de sustancias) y/o células, para impedir el desarrollo de incrustaciones. En especial, la selección del monómero puede realizarse de tal manera que el material obtenga una tendencia reducida a la adsorción de proteínas, péptidos, peptoides, peptidomiméticos, enzimas, anticuerpos, vacunas, ácidos nucleicos, en particular ADN, ARN o plásmidos, hidratos de carbono, glucanos, sustancias húmicas y/o derivados de las sustancias previamente citadas y/o de otras moléculas orgánicas y/o partículas pequeñas. Igualmente puede lograrse una tendencia reducida a la adsorción de células micróbicas, en especial de bacterias, hongos, virus, células sanguíneas, células tisulares y/o similares seleccionando adecuadamente los
monómeros.

El monómero seleccionado según los criterios arriba indicados debe estar dotado además de un grupo apto para la polimerización y ser capaz de reaccionar con el material de soporte, por ejemplo de un ligamiento doble, que permita un enlace covalente con la superficie de material eventualmente pretratada. La modificación se realiza mediante una polimerización fotoquímica por implantación in situ. El monómero puede ser elegido especialmente del siguiente grupo: metilmetacrilato, metilacrilato, hidroxietilmetacrilato, polietilenglicolmonometacrilato de diferente longitud de cadena (M = 200, 400, 526, 1000,...), N-isopropilacrilamida, dietilacrilamida, ácido metacrílico, ácido acrílico, ácido acrilamidopropanosulfónico, derivados de ácido carbónico con grupos aptos para la polimerización, derivados de ácido sulfónico con grupos aptos para la polimerización, derivados de ácido fosfórico con grupos aptos para la polimerización, ácido estirolsulfonico, ácido estirolfosfórico; derivados de amonio, de sulfonio y de fosfonio aptos para la polimerización; monómeros bi- y polifuncionales; derivados aptos para la polimerización a base de poliimidas, de heparina, monómeros fluorados aptos para la polimerización; monómeros a base de aminoácidos, hidratos de carbono, acrilamida, detergentes aptos para la polimerización, alquilos de diferente longitud de cadena con grupos aptos para la polimerización, hexilmetacrilato, tert-butilmetacrilato. Naturalmente pueden emplearse también otros monómeros optimizados como material de soporte del polímero así como la sustancia a desalentar la adsorción. También puede pensarse en la utilización de mezclas de monómeros, consistentes en dos o varios monómeros seleccionados, dentro del marco de la presente invención.

El material de soporte puede comprender los más diferentes materiales, preferiblemente aquellos que resistan a los procedimientos de limpieza usuales en la industria. Los materiales polímeros especialmente bien adecuados representan materiales polímeros orgánicos, especialmente polisulfón, poliétersulfona, poliolefina, por ejemplo polietileno o polipropileno, poliamida, poliéster, policarbonato, poliacrilnitrilo, polivinilidenfluoruro, politetrafluoretileno, poliacrilato, poliacrilamida, celulosa, amilosa, agarosa, o sus derivados, con diferentes morfologías. Sobre estos materiales se puede realizar generalmente la polimerización in situ de un monómero idóneo sin otro tratamiento previo de la superficie del material.

Como material de soporte sirven sin embargo igualmente los polímeros inorgánicos, en especial metal, cristal, silicato, cerámica o similares. Puesto que dichos materiales son frecuentemente inaccesibles a la modificación con el monómero, las superficies pueden ser pretratadas eventualmente químicamente antes de la modificación o pueden ser recubiertas con un material polímero orgánico, para establecer un grupo funcional apto para reaccionar con el monómero sobre la superficie de material. Por ejemplo se pueden pretratar cristales o cerámicas por silanización con un silano idóneo de una manera conocida.

El material puede ser reforzado también exteriormente o interiormente por un soporte inerte complementario o partículas, fibras o redes de polímero, cristal o metal, según es conocido por ejemplo en las membranas de cerámica con soporte reforzado. Según cada objetivo se pueden seleccionar unos materiales de base de este espectro u otros materiales para la fabricación de materiales antiincrustación modificados. Para membranas antiincrustación, por ejemplo para la filtración de cerveza, se eligen como material preferiblemente membranas planas de poliétersulfona (PES) o polisulfón (PSU).

El procedimiento según la presente invención puede emplearse ventajosamente para la fabricación o modificación de los más diferentes objetos de estructura porosa o no porosa que se hallen en contacto con la solución o con la suspensión. Especialmente ventajoso puede ser la utilización del procedimiento para la opresión de las incrustaciones en caso de membranas porosas empleadas para la filtración o diálisis de la solución o suspensión, que son modificadas correspondientemente según la invención. En especial se trata en este caso ventajosamente de membranas de ultrafiltración o de microfiltración, en particular de un material polímero orgánico, con una estructura porosa simétrica o asimétrica y un tamaño de poros del orden entre nm y \mum. Pueden modificarse y usarse, según la invención, además también materiales porosos, en especial materiales sinterizados como por ejemplo membranas cerámicas, o materiales no porosos, en especial películas, láminas, tubos flexibles, conductos, materiales de diálisis, contenedores, catéteres, agujas de infusión, drenajes, implantes médicos, reactores o similares.

La amplia gama de monómeros aplicables sobre superficies de material permite la utilización del procedimiento de antiincrustación según la invención en una multitud de campos de aplicación.

El procedimiento, especialmente bajo la utilización de membranas modificadas en superficies según la invención, puede emplearse con especial ventaja en la tecnología alimenticia en procesos de filtración, particularmente en caso de filtración de clarificación o esterilización de alimentos líquidos o bebidas, en especial de cerveza, vino, productos lácteos o zumos de fruta.

En el ejemplo de la filtración de cerveza debe describirse detalladamente la ventaja de la presente invención. La cerveza es sometida habitualmente a una filtración (clarificación) para el logro de un sabor impecable y de una luminosidad fina. Por lo tanto se eliminan en varias etapas de filtración los causantes de turbidez, como compuestos de tanino-albúmina, resinas de lúpulo, células de levadura y demás bacterias presentes perjudiciales para la cerveza. Junto a la óptica y análisis sensorial se mejora la solidez de la cerveza. Durante todo el proceso de filtración deben evitarse las diferencias de presión y de temperatura, para que el dióxido de carbono disuelto en la cerveza no forme espuma. La filtración de cerveza es subdividida en tres fases, clarificación previa, estabilización de la cerveza y filtración fina o eliminación de microorganismos. En la última etapa de filtración mencionada se utilizan en general preferiblemente membranas de ultrafiltración de poliétersulfona (PES) con una anchura de poro de 0,45 \mum. Esta fase de filtración se ve afectada convencionalmente en particular por los procesos de incrustación, donde las incrustaciones aparecen en forma de un bloqueo del filtro no específico de sustancias auxiliares, como por ejemplo de tierra diatomácea, polivinilpolipirrolidona (PVPP) y \beta-glucanos, sobre la superficie de la membrana. En principio, la tendencia de los \beta-glucanos a formar gel en especial por los altos esfuerzos de cizallamiento es responsable de la aparición de problemas de filtración y la formación de enturbiamientos durante el almacenamiento. Las consecuencias son corta vida útil de las membranas empleadas, bajos índices de flujo y rendimientos más bajos del filtro. Según el estado de la técnica aparecen así obstrucciones en un tiempo relativamente breve en caso de un gran flujo tangencial de la cerveza sobre el medio de filtraje. Sólo con un flujo reducido de aproximadamente 1 a 3 hl/m^{2} se logran actualmente resultados utilizables con tiempos de permanencia del filtro aceptables.

Una membrana de ultrafiltración modificada en su superficie según la invención por otro lado está en la posición de reducir el proceso de incrustaciones durante la filtración de cerveza en caso de un flujo tangencial más alto sobre la superficie de la membrana. Esto da lugar a que el ciclo de depuración pueda ser reducido y de que la vida de la membrana aumente. La formación de gel de los \beta-glucanos efectivamente no puede impedirse completamente, sin embargo pueden minimizarse las sedimentaciones en la superficie de la membrana causadas por las capas de gel, debido al reducido comportamiento de afinidad y de adsorción de la membrana funcionalizada. Una ventaja del uso de una membrana modificada según la invención es que se puede lograr un aumento de vida (tiempo de permanencia) de la membrana de al menos un 30%. Además el procedimiento permite unos rendimientos de filtro de aproximadamente un 50% más alto respecto a las instalaciones actuales. Finalmente se necesita aproximadamente un 20% menos de agua de proceso para la recirculación con una reducción esencial de los ciclos de limpieza y por consiguiente se puede ahorrar. Además pueden minimizarse gastos de personal, de mantenimiento, de energía y de control de
contaminación.

Otra aplicación preferida del procedimiento de antiincrustación según la invención consiste en la técnica médica, en la cual el material modificado en su superficie es utilizado para objetos que se hallan en contacto prolongado con pacientes, especialmente con tejidos o fluidos corporales de todo tipo. Por lo tanto entra en consideración especialmente la utilización para agujas de infusión, cánulas, catéteres, implantes y similares.

Además pueden aplicarse materiales de antiincrustación correspondientemente modificados en la biotecnología o en la industria farmacéutica, donde puede utilizarse material especialmente para objetos destinados a la filtración de líquidos, al enriquecimiento de sustancias resultantes de líquidos, al desalado, a la filtración en profundidad, en aplicaciones de flujo transversal o similares.

Finalmente pueden emplearse los materiales de antiincrustación según la invención para objetos en contacto con agua. Especialmente pueden proveerse cascos de metal de barcos (recubiertos de plástico) con una modificación antiincrustación, que contrarreste un asentamiento de microorganismos y estructuras complejas. Igualmente puede emplearse el procedimiento en la depuración de aguas residuales, especialmente para la depuración de aguas residuales comunales, de aguas residuales resultantes de procesos técnicos industriales o de aguas residuales de instalaciones médicas, donde se utilice el material con la superficie modificada según la invención también en este caso para objetos en contacto prolongado con el agua, especialmente para filtros o recipientes.

El material adecuado para la realización del procedimiento según la invención, con tendencia de adsorción reducida de moléculas o células biológicas de soluciones o suspensiones se fabrica por modificación de las superficies del material de soporte a través de la polimerización in situ de monómeros seleccionados en la superficie, por una polimerización heterogénea por implantación fotoiniciada bajo la producción de polímeros de implantación covalentes ligados sobre la superficie del material a partir de monómeros idóneos. El procedimiento se efectúa de una manera especialmente ventajosa y severa en la selección de superficies con respecto al material de soporte, es decir con la formación de radicales, que queda severamente limitado a la superficie del material y descarta un deterioro del material. El procedimiento se caracteriza además por un grosor de capa distribuido uniformemente sobre toda la superficie. Los materiales de antiincrustación pueden obtenerse por lo tanto según un procedimiento que consiste esencialmente en las siguientes etapas:

i)

El material de soporte es recubierto primero por su superficie con un fotoiniciador idóneo, que puede producir radicales después de la excitación luminosa sobre la superficie de soporte, preferiblemente por la abstracción de hidrógeno y por ello sin degradación de los polímeros de la matriz del material de soporte.

ii)

El material de soporte recubierto es posteriormente expuesto a la luz de una longitud de onda apropiada (por ejemplo del orden ultravioleta) en presencia de un monómero funcional seleccionado o de una mezcla de monómeros, por lo cual se forma una capa funcional consistente en polímeros de implantación funcionales no reticulados entre sí y anclados de manera covalente en el material de soporte. La exposición a la luz se realiza preferiblemente de manera selectiva, de modo que sólo sea excitado el fotoiniciador.

iii)

Los monómeros no transformados, el fotoiniciador así como los homolímeros o copolímeros solubles o productos derivados de fotoiniciadores son extraídos finalmente del material de soporte.

También es posible una activación/iniciación secuencial de la polimerización por implantación, efectuando primero la exposición a la luz del material de soporte recubierto con el fotoiniciador según la fase i) en presencia de oxígeno o con una exposición posterior a oxígeno bajo formación de peróxidos del material de soporte e iniciando luego la reacción con el monómero térmico. También pueden aplicarse otras reacciones iniciadas químicamente de manera heterogénea para la iniciación de una polimerización por implantación.

Como fotoiniciador sirven especialmente la benzofenona y derivados de cetona estructurales afines. El recubrimiento con el fotoiniciador en la fase i) puede realizarse a partir de una solución de un no disolvente para el polímero de matriz por medio de recubrimiento por inmersión o impregnación; pero eventualmente puede realizarse también sin una etapa complementaria del proceso directamente por la copolimerización de implantación descrita en la fase ii), adsorbiendo el fotoiniciador de una mezcla de iniciador, un monómero o una mezcla de monómeros y eventualmente un disolvente en la superficie de soporte.

En el material de soporte prefijado con la correspondiente estructura homogénea o porosa y con ello con una superficie específica más pequeña o mayor, se pueden ajustar en amplios márgenes, mediante las condiciones de polimerización de implantación (recubrimiento del fotoiniciador, concentración de monómeros, tiempo de exposición a la luz), el grado de funcionalización y por ello la carga por superficie. En la elección de condiciones apropiadas (absorción de luz del fotoiniciador y del material de soporte) son posibles las funcionalizaciones uniformes de capas gruesas porosas.

La fotomodificación preferiblemente adoptada permite una funcionalización reproducible y uniforme de grandes materiales polímeros orgánicos o inorgánicos continuos en un procedimiento instantáneo y efectivo.

Otras configuraciones ventajosas de la invención son objeto de las demás reivindicaciones secundarias.

A continuación se describe detalladamente la invención en ejemplos de realización por medio de figuras, que muestran:

Figura 1 la adsorción de BSA en membranas PES modificadas con HEMA, en función del grado de implantación;

Figura 2 el flujo relativo a través de las membranas PES modificadas con PEG400 y no modificadas, en función del volumen impuesto;

Figura 3 comparación de la potencia de filtro de BSA en membranas PES modificadas con PEG400MA y no modificadas de diferente tamaño de poros y

Figura 4 comparación de la potencia de filtro de membranas de cerámica modificadas de manera aniónica y catiónica y no modificadas, en función del tiempo de filtración.

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Ejemplo 1

Modificación de membranas PES/PSU con fotoimplantación Preparación y preextracción de los materiales PES/PSU

Se extrajeron cuidadosamente membranas cortadas (por ejemplo DIN A4) de poliétersulfona (PES) o polisulfón (PSU) aproximadamente durante 1 hora en metanol a 40°C. Después del secado de las membranas éstas se pesaron.

Carga con fotoiniciador

Una concentración definida de una solución de fotoiniciador (por ejemplo 0,15 M de benzofenona (BP) en metanol) fue comprobada primero por ejemplo fotométricamente y eventualmente corregida. Antes de la carga se filtra la solución. La membrana se mete durante 10 minutos en un recipiente adecuado con la solución de iniciador. Una vez retirada, la membrana es secada y la cantidad adsorbida en fotoiniciador es determinada gravimétricamente por diferenciación. A continuación se mete la membrana en una solución preparada y desgasificada del monómero. El tiempo de remanencia es de 30 minutos, con lo cual se inicia un flujo de nitrógeno ligero.

Fotoimplante

El recipiente de reacción con la membrana recubierta con la solución de monómeros es expuesto, con un filtro adecuado según el fotoiniciador utilizado, según lo prefijado (en función del grado de implantación deseado), a la dosis de radiación necesitada. Una vez finalizada la radiación, hay un tiempo de postreacción de 15 minutos seguido de una transferencia a la postextracción.

Postextracción

Las membranas modificadas fotoquímicamente según el procedimiento arriba citado son extraídas primero con agua desionizada a 50°C. Luego las membranas son extraídas en suficiente metanol a 40°C. La extracción se repite durante tanto tiempo hasta que no haya mas restos del fotoiniciador en la membrana.

Las membranas obtenidas según el procedimiento general son apropiadas especialmente para la filtración de cerveza, según se puede deducir claramente de los siguientes ejemplos de exámenes de afinidad de membranas PES de diferente tamaño de poros modificadas en sus superficies con respecto al asentamiento de albúmina de suero bovino (BSA).

Ejemplo 2

Tendencia a la adsorción de BSA en membranas PES modificadas con HEMA

Las membranas PES son modificadas conforme a la norma general según el ejemplo 1 con el monómero hidroxietilmetacrilato (HEMA). Por lo tanto se ajustan diversos grados de implantación en el orden de 0 a 0,8 mg/cm^{2} variando la dosis de radiación durante la fotoimplantación. A continuación, las membranas modificadas con HEMA se ponen en contacto con una solución acuosa de una concentración al 1% de albúmina de suero bovino (BSA) durante dos horas, para la determinación de la adsorción no específica. La detección del grado de carga de las membranas con BSA se realiza sucesivamente por criterio de diferenciación de las membranas secadas antes y después de la incubación de BSA. Según se deduce de la figura 1, la carga de BSA de las membranas disminuye aproximadamente de manera lineal según aumenta el grado de implantación de HEMA. Por lo tanto con un grado de implantación de 0,7 mg/cm^{2} se logra una reducción de la carga de BSA en aproximadamente 60 a 70% con respecto a membranas no modificadas.

Ejemplo 3

Tendencia a la adsorción de BSA en membranas PES modificadas con PEG400

Se modificaron membranas de PES (3 x 3 cm) de diferente tamaño de poros, [0.45 \mum (PES 4F), 0.50 \mum (PES 5F), 0.55 \mum (PES 6F)] conforme a la norma general según el ejemplo 1 con el monómero polietilenglicol 400 (PEG400) con la obtención de un grado de implantación del orden de 35 a 46 mg/g.

El índice de flujo de las membranas modificadas con PEG400 es determinado entonces según el rendimiento de diferentes volúmenes de una solución al 1% de BSA en tampón en comparación con una membrana de PES no modificada. Las membranas son tendidas cada una en una célula de filtración (Amicon 8010) y se determina el tiempo de paso preciso para cada vez 1 ml de solución con 1.5 bar de sobrepresión con ayuda de una medida. Según se deduce claramente de la figura 2, el índice de flujo de la membrana modificada disminuye lentamente y de manera significante con respecto a la membrana no modificada con un paso acumulativo de la solución proteica.

Las membranas modificadas con PEG400 de diferente tamaño de poros se ponen en contacto con una solución acuosa de albúmina de suero bovino (BSA), análogamente al ejemplo 2, por un tiempo definido y posteriormente se determina la adsorción de BSA en las membranas en comparación con las membranas PES no modificadas. Los resultados se muestran en la figura 3, donde está representada la carga de BSA de las membranas modificadas cada vez en relación con las membranas no modificadas (100%). Se reconoce claramente que la modificación con PEG400 reduce las incrustaciones de proteína en al menos el 80%.

Ejemplo 4

Modificación de membranas cerámicas con fotoimplantación Hidrofobización

Las membranas cerámicas con tejido de soporte de acero inoxidable y con un tamaño de poros de 30 nm son silanizadas, sin otro pretratamiento durante 24 horas al punto de ebullición bajo refrigeración a reflujo, en una solución de 5% de trimetoxipropilsilano en toluol. A continuación se realiza una extracción de las membranas cerámicas con toluol y subsiguiente secado.

Recubrimiento con fotoiniciador

Las membranas cerámicas son sumergidas durante una hora en una solución de 80 mmolar de benzofenona en metanol.

Implantación

Las membranas cerámicas son pasadas de la solución BP a una solución de monómeros de una concentración definida y dejadas reposar durante 15 min. Por lo tanto se utilizan como monómeros el ácido estirolsulfonico (aniónico) o pleximon 760 (2-trimetilamoniometilmetacrilato-cloruro; catiónico). A continuación se realiza una radiación ultravioleta con una dosis definida.

Extracción

Una vez efectuada una fotoimplantación se realiza primero una extracción durante una hora en H_{2}O, luego durante una hora en metanol.

Las membranas cerámicas modificadas de esta manera sirven especialmente para la depuración de aguas residuales comunales o aguas de proceso industriales. Debido a sus poros pequeños este material es adecuado también para el tratamiento de agua potable o para el tratamiento de aguas residuales de instalaciones médicas, puesto que también está en la posición de eliminar virus y bacterias del agua.

Ejemplo 5

Tendencia a la adsorción de BSA en membranas de cerámica modificadas de manera aniónica o catiónica

Las membranas cerámicas modificadas de manera aniónica o catiónica, producidas según el ejemplo 4, son sometidas a mediciones de flujo con una solución de BSA en tampón de acetato (pH 4,75). Para ello se humedecieron las membranas primero con metanol y a continuación se filtró una solución de BSA de una concentración del 1% en un tampón de acetato (pH 4.75) por medio de las membranas.

En la figura 4 están representadas las curvas de flujo de una variante no modificada en comparación con las dos variantes modificadas. En este tipo de aplicación se observa claramente un bloqueo creciente de la membrana por un aplanamiento creciente de la curva. Conforme a ello, una membrana completamente obstruida está caracterizada por una línea horizontal. Se puede ver claramente que las membranas tienen inicialmente aún unos rendimientos de flujo muy similares, pero según va transcurriendo el tiempo de filtración aparecen diferencias obvias. Por lo tanto las muestras modificadas según la invención indican unos rendimientos de flujo respectivamente mejorados en comparación con la membrana no modificada. Las diferencias entre las muestras modificadas se pueden explicar por el sistema de medición utilizado.

Abreviaturas

BP

Benzofenona

BSA

Albúmina de suero bovino

DG

Grado de implantación (degree of grafting)

HEMA

Hidroxietilmetacrilato

HHL

Media semicarga

PES

Poliétersulfona

PEG

Polietilenglicol

Claims (15)

1. Procedimiento de reducción de una tendencia a la adsorción de moléculas o de células biológicas resultantes de soluciones o suspensiones sobre una superficie de material en contacto con una solución o suspensión, en el cual se utiliza como material un material de soporte orgánico o inorgánico con una superficie modificada y en el cual la modificación de la superficie se realiza por polimerización fotoquímica por implantación in situ de monómeros sobre la superficie del material de soporte, y en el cual el monómero es seleccionado, en función de una carga electroestática y/o de una polaridad y/o de una estructura espacial de la molécula a rechazar o de la célula a rechazar, de manera que resulte una afinidad reducida del material modificado con respecto a la molécula o la célula, caracterizado por el hecho que la polimerización fotoquímica por implantación in situ se realiza en presencia de un fotoiniciador que genera, después de la excitación luminosa, los radicales a nivel de la superficie del material de soporte por abstracción de hidrógeno.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la selección del monómero se realiza de tal manera que el material obtiene una propensión reducida a la adsorción de proteínas, péptidos, peptoides, peptidomiméticos, enzimas, anticuerpos, vacunas, ácidos nucleicos, en particular ADN, ARN o plásmidos, hidratos de carbono, glucanos, sustancias húmicas y/o sus derivados y/o de otras moléculas orgánicas y/o de pequeñas partículas.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la selección del monómero se realiza de tal manera que el material obtiene una propensión reducida a la adsorción de células microbianas, especialmente de bacterias, hongos, virus, células sanguíneas, células tisulares y/o similares.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el monómero es seleccionado especialmente del grupo comprendiendo metilmetacrilato, metilacrilato, hidroxietilmetacrilato, polietilenglicolmonometacrilato de diferente longitud de cadena, N-isopropilacrilamida, dietilacrilamida, ácido metacrílico, ácido acrílico, ácido acrilamidopropanosulfónico, derivados de ácido carbónico con grupos aptos para la polimerización, derivados de ácido sulfónico con grupos aptos para la polimerización, derivados de ácido fosfórico con grupos aptos para la polimerización, ácido estirolsulfónico, ácido estirolfosfórico; derivados de amonio, de sulfonio y de fosfonio aptos para la polimerización; monómeros bi- y polifuncionales; derivados aptos para la polimerización a base de poliimidas, de heparina; monómeros fluorados aptos para la polimerización, monómeros a base de aminoácidos, hidratos de carbono, acrilamida, detergentes aptos para la polimerización, alquilos de diferente longitud de cadena con grupos aptos para la polimerización, hexilmetacrilato, tert-butilmetacrilato.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que se utiliza como material de soporte un material polímero orgánico, especialmente polisulfón, poliétersulfona, poliolefina como polietileno o polipropileno, poliamida, poliéster, policarbonato, poliacrilnitrilo, polivinilidenfluoruro, politetrafluoretileno, poliacrilato, poliacrilamida; celulosa, amilosa, agarosa o sus derivados.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que se utiliza como material de soporte un polímero inorgánico, especialmente metal, cristal, silicato, cerámica o similares.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que el material de soporte, antes de la modificación de la superficie por polimerización in situ del monómero, es pretratado químicamente o es recubierto de un material polímero orgánico.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el hecho de que el material es empleado para membranas porosas utilizadas para la filtración o diálisis o suspensión de la solución.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que la membrana es una membrana de ultrafiltración o de microfiltración, especialmente de un material polímero orgánico, con una estructura de poros simétrica o asimétrica.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el hecho de que el material es usado para materiales porosos en contacto con la solución o la suspensión, particularmente materiales sinterizados como membranas cerámicas o materiales no porosos, especialmente para películas, láminas, tubos flexibles, conductos, materiales de diálisis, contenedores, catéteres, agujas de infusión, drenajes, implantes médicos, reactores o similares.

11. Utilización de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10 en la tecnología alimenticia para materiales destinados a la filtración, especialmente a la filtración de esterilización o de clarificación de alimentos líquidos o de bebidas, particularmente de cerveza, vino, zumos de fruta o productos lácteos.

12. Utilización de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10 en la técnica médica, en el cual el material es utilizado para objetos en contacto con pacientes, especialmente con tejidos o fluidos corporales de cualquier tipo.

13. Utilización de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10 en la biotecnología o la industria farmacéutica, en el cual el material es utilizado especialmente para objetos destinados a la filtración de líquidos, al enriquecimiento de sustancias resultantes de líquidos, al desalado, a la filtración en profundidad, en aplicaciones de flujo transversal "cross-flow" o similares.

14. Utilización de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10 en la depuración de aguas residuales, especialmente para la depuración de aguas residuales comunales, de aguas residuales resultantes de procesos técnicos industriales o de aguas residuales de instalaciones médicas.

15. Utilización de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10 para objetos en contacto con agua, especialmente cascos de barco.