WO2002087750A1 - Verfahren zur herstellung von gecoateten nanopartikeln - Google Patents

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WO2002087750A1
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Peter Guggenbichler
Andreas Hirsch
Erhard Guenther
Markus Kamieth
Thomas Roeder
Juergen Schmidt
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Peter Guggenbichler
Andreas Hirsch
Erhard Guenther
Markus Kamieth
Thomas Roeder
Juergen Schmidt
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    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives

Definitions

  • the invention relates to nanoparticles which have an antimicrobial or bacteriostatic effect, a compound which contains these nanoparticles and workpieces produced from the compound.
  • the invention further relates to a method for producing the nanoparticles, a method for producing the compound containing the nanoparticles and the use of the nanoparticles as an antimicrobial or bacteriostatic agent.
  • Plastics have the advantage that they can be easily shaped into any shape, are inexpensive to manufacture and, if necessary, can also have increased flexibility or permeability for, for example, gases, liquids or ions. Many of these items are made for single use and then discarded. After their manufacture, the objects are sterilized, for example by gassing with ethylene oxide, and then packaged sterile. If necessary, the package is torn open and the item can be removed sterile. With prolonged use, for example as a drainage tube for draining tissue fluids after operations or as a splint, which is inserted into the ureter, for example, colonization can occur, which represents a risk of infection for the patient.
  • Efforts are therefore made to design such objects in such a way that even after prolonged use, sterility or at least a considerable reduction in the number of bacteria is ensured.
  • the germicidal (antimicrobial) effect of metal ions has been known for a long time.
  • handrails or handles made of brass are not colonized by germs and are therefore particularly suitable for use, for example, in public buildings.
  • Another metal that also has a germicidal effect is silver. Silver does not cause any negative reactions in the human body even after prolonged contact in low doses.
  • Plastics store silver compounds in order to keep the plastic objects germ-free over a longer period of time.
  • the production of such plastics encounters difficulties because the silver salts are easily reduced and one
  • Plastic objects easily in the equipment used for the production or on the surface and inside of the plastic objects and lead to discoloration.
  • the silver concentration in the plastic objects is usually low and fluctuates within a production series. This makes it difficult to produce plastic objects that, under physiological conditions, reproducibly release a sufficient amount of silver ions over a longer period of time in order to reliably ensure a germicidal effect.
  • EP 0 655 002 B1 describes a process for producing a plastic part that cannot be colonized by germs and / or fungi.
  • the plastic is first pretreated with a swelling agent and the swollen plastic obtained is treated with a solution of a water-insoluble compound which contains a bactericidal and / or fungicidal metal.
  • Various metal salts are proposed, with silver salts being preferred.
  • Materials especially plastics, can be incorporated to give the materials a germicidal effect.
  • This agent should also be such that the material releases a sufficient amount of metal ions for a long time, especially under physiological conditions.
  • nanoparticles comprising a support and a coating surrounding the support which contains functional groups which act as proton donors or as electron donors, metal ions being bound by at least some of the functional groups.
  • Nanoparticles are spherical, rod-shaped or platelet-shaped particles that generally have a diameter of at most 500 ⁇ m along their longest dimension. They can be easily incorporated into various materials as dry powder or in the form of a suspension, with the invention being primarily based on incorporation into plastics.
  • the nanoparticles according to the invention have a multilayer structure, the carrier forming a core with high mechanical stability, which is surrounded by a coating. Through the functional groups of the coating, metal ions are reversibly bound and can be released from the nanoparticle again by liquids, such as body fluids.
  • the metal ions can be bound in any way per se, provided that the metal ions can be detached again by liquids.
  • the metal ions can be bound ionically by the coating having anionic groups which have a sufficiently strong binding action on the metal ions.
  • Carboxyl groups or hydroxyl groups are suitable, for example.
  • binding of the metal ions in the form of a complex is possible. This is particularly advantageous if chelate-like functional groups are provided in the coating.
  • the carrier can be used to produce nanoparticles with a defined particle size, which, for example, are free-flowing and can be easily incorporated into plastic materials. It was found that although the nanoparticles in the Polymer matrix of the plastic are included, yet metal ions from the
  • Nanoparticles can be released into the environment. Probably part of the
  • Nanoparticles on or near the surface of a workpiece made from the plastic compound and releases metal ions into the environment. Furthermore, plastics can swell under physiological conditions, so that metal ions can also be supplied to the surface from deeper areas of the plastic compound.
  • a large variety of compounds can be used as the coating, with particular preference being given to polymers which have a good binding action for metal ions.
  • the mechanical properties of the polymer used for the coating are of minor importance, since the carrier ensures a mechanical strength of the nanoparticles.
  • the coating must have a sufficient binding effect for metal ions.
  • Compounds which have functional groups which can bind metal ions are therefore particularly suitable for the coating.
  • the groups can be provided at any point on the molecular structure.
  • Functional groups which are selected from a group which is formed from -COOH, -COO-, -CON-, -CONH-, -CONH 2 , -SH, -SOH, -SO 2 H, -SO 3 are particularly suitable H, -S-, -SO-, -SO 2 -, -NH 2 , -NOH, -NO 2 H, -NH-, -NO-, -OH, -O-, -SiOH, -Si (OH) 2 , -Si (OH) 3 , -SiO-, -Si (O-) 2 , -Si (O-) 3 , -PH-, -PH 2 -, -PO-, -POH-,
  • Examples of compounds with such functional groups are polyacrylic acid, polyacrylamide and copolymers of acrylic acid and acrylic acid amide, phosphates, ethylenediaminetetraacetate, ethoxylates, propoxylates, N-vinylpyrrolidone, etc.
  • the compounds from which the coating is formed can be selected from a large number of compounds. Monomers with a molecular weight of up to approx. 300 g / mol, oligomers with a molecular weight of 300 to 3000 g / mol or polymers with higher molecular weights can be used.
  • the coating is particularly suitably formed by a polymer which has a molecular weight of 100 to 10 7 , preferably 500 to 10 7 g / mol.
  • Such polymers can be drawn onto a carrier and form a sufficiently stable connection to the surface of the carrier. This means that there is no danger that the coating will come loose from the wearer after a long period of use.
  • the nanoparticle shows sufficient mechanical resistance so that it can be worked into a polymer matrix using an extruder, for example.
  • nitrogen-containing polymers such as polyalkylene polyamines
  • the amino group can be contained in the chain of the polymer, e.g. as a secondary amine group, as well as in a side chain. With the lone pair of electrons, the amino group has a binding site for the metal ion, so that the metal ion is bound sufficiently strongly in the coating.
  • An exemplary polyalkylene polyamine is polyvinylamine.
  • polyalkylene polyimines One class of nitrogen-containing polymers that are particularly suitable as coatings are polyalkylene polyimines.
  • Polyalkyleneimines such as polyethyleneimine, have poor mechanical properties and are therefore not suitable for the production of articles for medical needs.
  • the polyimines are applied to a suitable carrier material, which in the sense of the invention itself forms a nanoparticle, an easily manageable material is formed which can be processed to a composite with plastics.
  • the polyalkylene polyimine preferably has a structure of the formula I.
  • R, R 2 , R 3 , R independently of one another are: -H, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 5 to 20 carbon atoms or an aralkyl group having 6 to 20 carbon atoms;
  • a and B can be arranged in any order
  • R 5 , R 6 independently of one another H, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms;
  • R 7 , R 8 R 5 , R 6 , OR 5 , OR 6 ;
  • n an integer between 0 and 10;
  • n an integer between 0 and 10;
  • o an integer between 0 and 1000;
  • x an integer between 0 and 10 7 ;
  • y an integer between 0 and 10 7 ;
  • R 9 , R 10 -H, - (A m B n ) 0 -C.
  • the structure of the end group E results from the production of the polyimines.
  • E is a hydrogen. If the polyalkylene polyimine has further structural units of Fo ⁇ nel II,
  • branching points are formed in the polyalkylene polyimine.
  • the polymer chain is then continued via both nitrogen binding sites, which are denoted by * in formula II.
  • Polyalkylene polyimines of different degrees of branching and different molecular weights can be used.
  • the proportion of secondary nitrogen atoms (2 ° N) is a measure of the degree of branching.
  • Polyethyleneimines with a content of secondary nitrogen atoms of 20 to 60% are preferred.
  • the polyalkylene polyamines can be modified by reaction with reactive compounds.
  • Compounds which contain reactive groups such as carboxyl groups, glycidyl groups, epoxy groups, isocyanato groups, aldehyde groups, halogens or activated double bonds, are suitable.
  • the polyalkylene polyamines used as coatings can also be crosslinked. All known crosslinkers can be considered. Examples include halogen-containing crosslinkers such as (poly) alkylene polyhalides, especially 1,2-dichloroethane, and in particular epichlorohydrin and its reaction products with polyalkylene glycols (polyalkylene glycol bisglycidyl ether), especially ethylene glycols.
  • halogen-containing crosslinkers such as (poly) alkylene polyhalides, especially 1,2-dichloroethane, and in particular epichlorohydrin and its reaction products with polyalkylene glycols (polyalkylene glycol bisglycidyl ether), especially ethylene glycols.
  • bifunctional, halogen-free crosslinkers are, for example, the substances described in DE-A 196 07 641: alkylene carbonate, urea; monoethylenically unsaturated carboxylic acids, at least dibasic saturated carboxylic acids or polycarboxylic acids and their esters, amides and anhydrides; Reaction products of polyether diamines, alkylenediamines, polyalkylene polyamines, (poly) alkylene glycols and their mixtures with monoethylenically unsaturated carboxylic acids, esters, amides and anhydrides, the reaction products containing at least two ethylenically unsaturated double bonds, carboxamide, carboxyl or ester groups as functional groups; and reaction products of dicarboxylic acid esters with ethyleneimine containing at least two aziridino groups.
  • a weight ratio of carrier to coating of 1000: 1 to 1:10, preferably 10: 1 to 1: 1, is usually selected for the nanoparticles according to the invention.
  • the carrier is preferably formed from an inorganic material.
  • the inorganic material gives the nanoparticle sufficient strength and chemical resistance.
  • particles of this type can also be produced with a very large surface area, as a result of which the area available for receiving metal ions can be enlarged.
  • the amount of metal ions absorbed by the coating can thus advantageously be increased.
  • the metal ion can also be more easily detached from the coating material, as a result of which the available amount of metal ions can be increased.
  • the inorganic material is preferably selected from a group which is formed from Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Cr, Cu, Co, Rh, Ru, Ti, Sn, Al and their oxides.
  • the carrier can be produced by known processes, for example by reducing the corresponding metal salts or by a sol-gel process by hydrolysis of organic esters of the metal acids, as a result of which metal oxide nanoparticles are obtained.
  • the average particle size of the metal oxide particles or metal particles is generally 10 to 500 nm, preferably 20 to 100 nm.
  • SiO 2 is preferably used as the inorganic material.
  • Silica gel is available on the market in a suitable grain size.
  • SiO 2 which has been generated in situ is particularly preferably used. This means that the SiO 2 is produced in the presence of a compound which forms the coating by alkaline hydrolysis of tetraalkoxysilanes. Such a method is described in DE 198 21 665 AI. This produces an SiO 2 with a very large surface area, which is particularly suitable for loading with a polymer.
  • the particle size of the SiO 2 particles is influenced by the molecular weight of the preparation by the sol-gel process in the presence of the polyamine and can therefore be directed in the desired direction.
  • the molecular weight of polyethylene polyimine is approximately 2000 g / mol
  • SiO 2 primary particle sizes of approximately 200 to 500 nm are obtained
  • a molecular weight of the polyethyleneimine of approximately 2,000,000 SiO 2 primary particle sizes generally ranges from 10 to 50 nm result.
  • sufficient concentrations of metal ions can be achieved for a germicidal effect.
  • the nanoparticles according to the invention can contain any metal ions or metals bound to them.
  • the bound metal ions are advantageously antimicrobial metal ions.
  • the metal ion is preferably selected from a group which is formed from silver, copper, gold, zinc and cerium ions, with Ag (I) ions being particularly preferred.
  • the nanoparticle preferably has a diameter of 1 to 1000 nm, preferably 1 to 500 nm, along its longest dimension.
  • the nanoparticle preferably has a proportion of metal ions, calculated as metal, of 0.02 to 5%, preferably 0.1 to 3%, based on the weight.
  • the nanoparticles according to the invention can be very easily incorporated into plastics, which thereby have germicidal properties.
  • the invention therefore also relates to a compound comprising a polymer matrix in which the above-described nanoparticles are embedded.
  • the compound is a material that can be processed into a large number of articles and whose properties can be varied over a wide range by modifying the polymer matrix accordingly.
  • the polymer matrix is formed from a thermoplastic or a thermosetting plastic.
  • the thermoplastic is preferably selected from a group which is formed from polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyurethane, polyester, polyamide and silicones.
  • the thermoplastics can be used both individually and in a mixture with one another.
  • thermosetting plastic is preferably selected from a group which is formed from urea-formaldehyde resins, melamine-formaldehyde resins, urea-glyoxal resins. These plastics can be used both individually and in combination with one another.
  • the compound according to the invention can also contain other customary additives, such as plasticizers, fillers or pigments.
  • Another object of the invention is a method for producing the nanoparticles described above. For this purpose, a carrier is coated with a coating which contains functional groups which act as proton donors or electron donors, with the result that a coated carrier is obtained. The coated carrier is then with
  • the carrier is suspended in a solvent, the coating is dissolved in the solvent and the carrier is coated with the coating.
  • the carrier can be suspended in a solvent and the coating can also be dissolved separately in the solvent.
  • the suspension and the solution are then combined to coat the support. It is also possible to first dissolve the coating in the solvent and then add the carrier to the solution.
  • the carrier is produced in situ in the presence of the dissolved coating.
  • the carrier can be produced by alkaline hydrolysis of the esters of the corresponding metal acids.
  • the coating can already be present as a polymer. However, it is also possible to add monomers to the coating and to generate the coating during the coating by polymerizing the monomers. A corresponding manufacturing process is described in DE 198 21 665 AI. Loading of the coated carrier is generally carried out by placing the coated carrier in a solution of the metal ion in a suitable solvent and then loading the coated carrier with the metal ions while stirring at a suitable temperature and pH.
  • the metal ions can also be added while the support is being coated with the coating.
  • the solvents are suitably selected from a group formed from
  • Alcohols Water, alcohols and their mixtures.
  • alcohols are methanol,
  • Suitable for ethanol or propanol can be from
  • the coated carrier can also be loaded in a two-phase system.
  • the coated carrier is suspended in a first solvent, and the metal ions are dissolved in a second solvent which is essentially immiscible with the first solvent, so that a two-phase system is formed.
  • the metal ions are transferred from the second solvent to the first solvent.
  • the nanoparticles according to the invention can be used to produce compounds which have advantageous properties, such as a germicidal effect.
  • the invention therefore also relates to a process for the preparation of the compound described above.
  • the nanoparticles described above are introduced into a plastic.
  • the thermoplastics or thermosetting plastics mentioned further above can be used as plastics, for example.
  • the nanoparticles can be incorporated into thermoplastic materials by known methods.
  • mechanical incorporation of the nanoparticles in the thermoplastics is suitable. This can be done, for example, in a kneader, an extruder, or a roller mill. Suitable methods of compounding are known to the person skilled in the art.
  • the nanoparticles can be reacted into the plastic, for example, by copolymerization during resin condensation.
  • a suspension of the nanoparticles is produced in a solvent, the suspension with the Plastic, which can optionally be diluted with the solvent, is combined to obtain a mixture from which the solvent is subsequently removed.
  • the solvent is chosen depending on the plastic used. In order to achieve a uniform distribution of the nanoparticles in the plastic, the plastic should be soluble in the solvent. After a mixture has been created in which the nanoparticles are suspended in a solution of the plastic, the solvent is removed by customary methods. In general, the solvent is distilled off, it being possible to work under reduced pressure because of the lower temperature load.
  • the nanoparticles are suspended under the action of ultrasound. A very finely divided suspension is obtained, and the nanoparticles settle out of the suspension more slowly within the polymer mixture, so that a homogeneous distribution of the nanoparticles in the plastic is ensured.
  • the nanoparticles settle out of the suspension following gravity. If a workpiece is produced, for example by pouring a suspension of nanoparticles, plastic and solvent into a mold and then removing the solvent, a workpiece is usually created with an irregular distribution of the nanoparticles. While the bottom of the mold is densely populated with nanoparticles, the opposite, upper surface is almost free of nanoparticles. The solvent must therefore be removed so quickly that the nanoparticles have essentially not yet settled. The removal of the solvent is therefore advantageously carried out in such a way that a first part of the solvent is quickly removed from the mixture to an extent that the viscosity of the mixture is increased to such an extent that the nanoparticles essentially no longer sink. The remaining solvent is then removed. This can be done at a much slower speed. Rapid removal of the solvent can be done, for example, in a hot air stream or by distillation under reduced pressure respectively. During the rapid removal of the solvent, exposure to
  • the nanoparticles are kept in suspension, so that a uniform distribution of the nanoparticles in the
  • Workpiece becomes irregular, for example due to bubbles or cracks.
  • the thermal load on the plastic is still low within these temperature ranges.
  • Metal ions can have a catalytic effect and cause bonds in the polymer to cleave. This leads to decomposition of the polymer. Furthermore, some of the metals, such as silver ions, are also easily reduced to the metal, which can likewise lead to decomposition of the polymer and to the deposition of the metals and thus to discoloration of the plastic. If the specified temperatures are not exceeded, such processes do not occur to any appreciable extent.
  • the compound is produced by first introducing a coated carrier, which is obtained by coating a carrier with a coating which contains functional groups which act as proton donors or as electron donors, into a polymer matrix , the polymer matrix with the introduced coated carrier is optionally formed into a shape, and the coated carrier is then loaded with metal ions.
  • the coated carrier is thus introduced into the polymer matrix in the unloaded state, ie without metal ions being initially incorporated into the coating.
  • Polymer matrix in which nanoparticles have been introduced that are already loaded with metal ions.
  • the material can be processed much easier, for example extruded, since there are no difficulties with discoloration due to thermal
  • the finished workpiece can then be loaded with metal ions.
  • the coated ones embedded in the polymer matrix can be any coating substances embedded in the polymer matrix.
  • Carrier particles still absorb a sufficient amount of metal ions so that a germicidal effect can be achieved over a long period.
  • the invention therefore also relates to a workpiece consisting of the compound according to the invention described above.
  • the workpieces have a germicidal effect and can therefore advantageously be produced in the form of articles for medical use, such as hoses or linings for lines or other cavities, which have to be kept sterile over a long period of time and in which there is a risk of contamination Germination is given.
  • Another object of the invention is the use of the nanoparticles described above as an antimicrobial or bacteriostatic agent.
  • Fig.l Measurement curves in which the change in the pH of a silver salt solution (y-axis) with absorption of the silver ions on a) pure polyethyleneimine, b) mod. SiO 2 with approx. 35% polyethyleneimine and c) mod. SiO 2 with approx. 26% polyethyleneimine is plotted against the amount of added silver ions in [mg] (x-axis);
  • Fig. 2 Measurement curves in which the pH value (y-axis) and the measured amount of free silver ions in [mg] (y'-axis) are plotted against the added amount of silver ions in [mg] (x-axis) which is added to a suspension of coated nanoparticles;
  • Axis shows the addition of IM HNO 3 in [ml]
  • the y-axis shows the concentration of released silver ions in [mg]
  • the y '-axis shows the concentration of released silver ions in percent by mass [%].
  • Fig. 4 Temperature gravimetric curves of the silver-free sample (a) and a curve after silver detachment (b). The following applies with respect to curve a: Level 1: -27.0570%), -1.2436 mg; left limit: 113.84 ° C, right limit 596.32 ° C and with respect to curve b: level 2: -18.9534%, -1.4161 mg; left limit: 80.24 ° C, right limit:
  • the nanoparticles were produced analogously to the process described in DE 198 21 665 AI.
  • a mixture of 89 g of aqueous ammonia (25% by weight), 571.2 g of water and 571.2 g of aqueous ethanol (96% by weight) is heated to 50 ° C. with stirring. First 121.44 g of tetraethoxysilane (98%) and then a mixture heated to 40 ° C. 13.38 g of aqueous polyethyleneimine solution (22.2% by weight) and 311.04 g of ethanol were quickly added. The suspension is stirred at 50 ° C for 5 hours.
  • the nanoparticles modified with polyethyleneimine are filtered off and washed several times with water. Drying takes place in a drying cabinet at 80 ° C for several days.
  • a mixture of 89 g of aqueous ammonia (25% by weight), 571.2 g of water and 571.2 g of aqueous ethanol (96% by weight) is heated to 50 ° C. with stirring.
  • a mixture of 13.38 g aqueous polyethyleneimine solution (22.2% by weight) and 311.04 g ethanol heated to 40 ° C. is added.
  • 121.44 g of tetraethoxysilane (98%) are added with stirring.
  • the suspension is stirred at 50 ° C for 5 hours.
  • the SiO 2 nanoparticles modified with polyethyleneimine are filtered off and washed several times with water. Drying takes place in a drying cabinet at 80 ° C for several days.
  • a mixture of 89 g of aqueous ammonia (25% by weight), 571.2 g of water and 571.2 g of aqueous ethanol (96% by weight) is heated to 50 ° C. with stirring.
  • a mixture of 13.38 g aqueous polyethyleneimine solution (22.2% by weight) and 311.04 g ethanol heated to 40 ° C. is added.
  • 121.44 g Si (OEt) 4 (98%) is added over 8 hours.
  • the suspension is stirred at 50 ° C. overnight. After filtration, it is washed several times with water. Drying takes place in a drying cabinet at 80 ° C for several days.
  • a mixture of 22.25 g of aqueous ammonia (25% by weight), 142.8 g of water and 142.8 g of aqueous ethanol (96% by weight) is heated to 50 ° C. with stirring. Then 30.36 g of tetraethoxysilane (98%) are added. 12.43 g carboxymethylated polyimine (Lupasol ® anhydrous, BASF AG, Ludwigshafen, Germany) are added g with water to 24.91 and 77.76 g ethanol were added. This forms an emulsion. This is quickly added to the ammoniacal solution of the tetraethoxysilane. The suspension is stirred for 5 hours at 50 ° C and then cooled to room temperature.
  • Example 4 The precipitate is filtered off and washed several times with water. Drying takes place in a drying cabinet at 80 ° C for several days. A white, free-flowing powder was obtained. Compared to the powder obtained in Example 1, the powder obtained in Example 4 is significantly finer and softer.
  • a mixture of 22.25 g of aqueous ammonia (25% by weight), 142.8 g of water and 142.8 g of aqueous ethanol (96% by weight) are heated to 70 ° C. with stirring. Then 30.36 g of tetraethoxysilane (98%) are added. 11.84 g of a melted polyimine, which is amidated with 60 mol% lauric acid, are made up to 53.82 g with water at 70 ° C. and 77.76 g of ethanol at 70 ° C. are added, an emulsion being formed. This is quickly added to the ammoniacal solution of the tetraethoxysilane.
  • the suspension is stirred for 5 hours at 70 ° C and then cooled to room temperature.
  • the precipitate is filtered off and washed several times with hot water at 60 ° C. Drying takes place over several days at 50 ° C in the drying cabinet and then overnight with the help of P 2 O 5 on the oil pump.
  • modified silicon dioxide nanoparticles starting from silica gel (0.04 - 0.063 mm) with a coating made of polyethyleneimine, which is amidated with 15 mol% stearic acid.
  • a mixture of 22.25 g of aqueous ammonia (25% by weight), 142.8 g of water and 142.8 g of aqueous ethanol (96% by weight) is heated to 40 ° C. with stirring. After adding
  • silica gel (0.04 to 0.063 mm) becomes a 40 ° C. warm emulsion of 3.34 g of a melted polyimine which is amidated with 15 mol% stearic acid in 11.89 g
  • a white, free-flowing powder was obtained, which consists of spherical particles.
  • Curve (a) shows the change in pH for pure polyethyleneimine
  • curve (b) shows the course for SiO 2 nanoparticles which are coated with about 35% by weight of polyethyleneimine
  • curve (c) shows the course for SiO 2 -Particles that are coated with about 26 wt .-% polyethyleneimine.
  • the coated nanoparticles with the higher proportion of polyethyleneimine show a higher pH at the start of the measurement than the nanoparticles with a lower proportion of polyethyleneimine (curve (c)).
  • the pH value asymptotically approaches a higher pH value with a higher polyethyleneimine content than with nanoparticles with a lower polyethyleneimine content.
  • silver is also coordinated, but the pH hardly drops.
  • the binding of the silver ions takes place with elimination of a proton, while with free polyethyleneimine the degree of metal ion binding can be controlled by the pH value.
  • 0.4 ml of 0.1 M AgNO 3 are rapidly added to 236.4 mg of silicon dioxide nanoparticles modified with polyethyleneimine in 50 ml of water and 5 ml of 2 M KNO 3 (ISA).
  • the pH and the amount of free silver ions are initially registered every 5 s, later at intervals of 30 s, 60 s, 120 s and 300 s. The measurement is continued for approx. 8 hours.
  • the pH value and the silver ion concentration are plotted against time and the two measurement curves, pH value and silver ion concentration are plotted against one another on a dual analog recorder.
  • test solution from Example 11 50 ml of test solution from Example 11 are mixed with 3 ml of an indicator solution containing Fe 3+ and diluted to about 100 ml with water. Titrate with 0.1 M NBUSCN standard solution while stirring until a weak red color remains. 1 ml ammonium thiocyanate solution (0.1 M) corresponds to 10.7868 mg Ag.
  • the course of the curve shows an initialization phase of up to approx. 0.8 ml IM HNO 3 , in which the silver ion concentration increases only slightly. This is followed by a steep increase in the concentration of free silver ions, which briefly flattens between 4 and 6 ml and then rises again and reaches a maximum end value. The flattening of the curve indicates a buffer system.
  • This suspension is added to 10 g of base polymer, which consists of a solution of 100 g of polyurethane in 700 g of DMF. After homogenization by mechanical stirring, the suspension is poured into a mold previously heated to 50 ° C. The main part of the solvent is evaporated off with a hot air dryer until the viscosity of the mass has risen significantly and it has solidified into a honey-like, hardly flowable mass. The mold is transferred to a drying cabinet, where it is dried for a further 5 days at 50 ° C. Remaining DMF is removed in a high vacuum over several days.
  • base polymer which consists of a solution of 100 g of polyurethane in 700 g of DMF.
  • a strand of polyurethane was produced analogously to Example 15, but with the addition of coated nanoparticles which had not yet been loaded with silver ions.
  • 300 mg of the polyurethane strand are placed in a two-necked flask in 50 ml of silver nitrate solution and stirred.
  • the silver nitrate solution is obtained in the following manner.
  • a stock solution is first prepared by adding 788.4 mg AgNO 3 and 20 ml 0.1 M HNO to 250 ml with distilled water. With this Stock solution is made a dilution 1 by adding 50 ml of the stock solution and 5 ml
  • Dilution 1 is a dilution 2 made by adding 5 ml of dilution 1 and 5 ml
  • the silver nitrate solution has an Ag + concentration of approx. 50 mg / 1.
  • the Ag + ions remaining in the solution are determined in the dark. Immediately after contact of the
  • the electron drift is checked by again producing several standard solutions from the stock solution and comparing the standard values with the measured values.
  • the curve obtained is shown in FIG. 1.
  • the decrease in the free silver ions in the solution over a period of 24 h can clearly be seen.
  • the amount of silver taken up can be determined quantitatively at 0.2% by weight, based on the polyurethane test specimen. No silver precipitation or precipitation of silver salts was observed.
  • the material to be examined was 60 min. incubated with Staphyloccocus Epidermidis 0-47 at 37 ° C. The samples are then transferred to a nutrient-poor environment in which the more or less vital daughter cells are now released. Then complete medium, ie nutrient-rich substrate, is added and the number of vital cells and the rate of proliferation are measured. This is done by recording the turbidity, which is measured by measuring the optical density at 578 nm can be tracked. If this increases, ie if growth occurs, this is shown by an increasing curve, if there is no cloudiness, the graph remains on the baseline.
  • coated silicon dioxide nanoparticles loaded with silver were tested in accordance with the general working instructions given above.
  • FIG. 2a shows the growth curve when using SiO 2 nanoparticles coated with polyethyleneimine, which were loaded with 2.5% by weight of silver ions (calculated as metal). An increase in the number of bacteria could not be measured in any of the experiments, whereas in the control experiment to which no nanoparticles were added, a clear increase in the growth curve was found.
  • Example 14 the polyurethane films produced in Example 14 were tested for their germicidal effect.
  • the test films for the bioassay were placed in a high vacuum for several days.
  • the growth curves are shown in FIG. 3.
  • Row 1 shows the results obtained with a pure polyurethane film.
  • Series 2 shows the results for a polyurethane film with silver-containing coated silicon dioxide nanoparticles (0.32% by weight> Ag).
  • Row 3 shows the results for a polyurethane film with silver-containing coated silicon dioxide nanoparticles (0.53% by weight Ag).
  • Row 4 shows the results obtained with a polyurethane film into which silver-free coated silicon dioxide nanoparticles were incorporated.
  • the tests show that the silver-containing coated silicon dioxide nanoparticles also have sufficient effectiveness against organisms in a polyurethane matrix.
  • the antimicrobial activity of the polyurethane strand obtained in Example 16 was checked.
  • the strand was first stirred in distilled water for 8 h, then rinsed several times with water and again treated twice with water for 2 h each.
  • the growth curves obtained with the bioassay are shown in FIG. 4.
  • Row 1 shows the Results obtained with the polyurethane strand subsequently coated with silver ions.
  • Row 2 shows the results for a strand that was coated with metallic silver. While in the strand covered with silver ions the slowing down of the
  • Polyurethane strand (row 1) coated with silver ions must be taken into account.
  • a strand of polyurethane was used, which comprised a larger amount of silver ions.
  • the polyurethane strand was treated as described in Example 16 with a silver ion solution which contained 45.76 mg Ag + in 50 ml.
  • the results of the bioassay are shown in Figure 4b.
  • Row 1 shows the polyurethane strand subsequently coated with silver ions, while row 2 shows a comparable strand based on metallic silver.
  • Row 1 clearly shows a bactericidal effect, while row 2 shows only a slight bacteriostatic effect. This result clearly shows that an excellent effectiveness can be achieved with a higher subsequent silver coating.

Abstract

Die Erfindung betrifft Nanopartikel, die einen Träger und ein aus einem Polymermaterial bestehendes Coating aufweisen. Das Polymermaterial enthält funktionelle Gruppen, an die reversibel Metallionen gebunden sind. Die Nanopartikel lassen sich in Kunststoffe einarbeiten und aus den so erhaltenen Compounds können Werkstücke hergestellt werden, die insbesondere für medizinische Anwendungen geeignet sind. Die Werkstücke, beispielsweise Drainageschläuche oder Innenauskleidungen von medizinischen Geräten, geben beim Kontakt mit Körperflüssigkeiten geringe Mengen an Metallionen ab, die antimikrobiell oder bakteriostatisch wirken. Auch bei längerer Anwendung lässt sich daher ein eindringen von Krankheitserregern wirksam unterdrücken.

Description

Verfahren zur Herstellung von gecoateten Nanopartikeln
Die Erfindung betrifft Nanopartikel, welche eine antimikrobielle oder bakteriostatische Wirkung aufweisen, ein Compound, der diese Nanopartikel enthält sowie aus dem Compound hergestellte Werkstücke. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Nanopartikel, ein Verfahren zur Herstellung des die Nanopartikel enthaltenden Compounds sowie die Verwendung der Nanopartikel als antimikrobielles oder bakteriostatisches Agens.
Für den medizinischen Bedarf kommen eine Vielzahl von Artikeln zum Einsatz, welche aus Kunststoff hergestellt sind. Kunststoffe haben den Vorteil, dass sie sich leicht in beliebige Gestalt formen lassen, günstig herzustellen sind und bei Bedarf auch eine erhöhte Flexibilität oder Permeabilität für z.B. Gase, Flüssigkeiten oder Ionen aufweisen können. Viele dieser Gegenstände werden für den einmaligen Gebrauch hergestellt und anschließend verworfen. Die Gegenstände werden nach ihrer Herstellung z.B. durch Begasen mit Ethylenoxid sterilisiert und anschließend steril verpackt. Bei Bedarf wird die Packung aufgerissen und der Gegenstand kann steril entnommen werden. Bei längerem Gebrauch, z.B. als Drainageschlauch zum Abführen von Gewebsflüssigkeiten nach Operationen oder als Schiene, die beispielsweise in den Harnleiter eingelegt wird, kann allerdings eine Besiedlung mit Keimen erfolgen, welche ein Infektionsrisiko für den Patienten darstellt. Man ist daher bemüht, derartige Gegenstände so auszugestalten, dass auch bei längerem Gebrauch eine Keimfreiheit oder zumindest eine erhebliche Reduktion der Keimzahl gewährleistet ist. Die keimabtötende (antimikrobielle) Wirkung von Metallionen ist seit langem bekannt. So werden beispielsweise Haltestangen oder Griffe aus Messing nicht von Keimen besiedelt und eignen sich daher besonders für eine Verwendung beispielsweise in öffentlichen Gebäuden. Ein anderes Metall, das ebenfalls eine keimabtötende Wirkung aufweist, ist Silber. Silber ruft im menschlichen Körper auch bei längerem Kontakt in geringen Dosen keine negativen Reaktionen hervor. Man hat daher versucht, in die
Kunststoffe Silberverbindungen einzulagern, um damit die Kunststoffgegenstände über einen längeren Zeitraum keimfrei halten zu können. Die Herstellung derartiger Kunststoffe stößt jedoch auf Schwierigkeiten, da die Silbersalze leicht reduziert werden und einen
Silberspiegel ausbilden. Die Silbersalze lassen sich daher nur schwer gleichmäßig im
Kunststoff verteilen und scheiden sich bereits während der Herstellung der
Kunststoffgegenstände leicht in den zur Herstellung verwendeten Apparaturen bzw. auf der Oberfläche und im Inneren der Kunststoffgegenstände ab und führen zu Verfärbungen. Die Silberkonzentration in den Kunststoffgegenständen ist meist gering und schwankt innerhalb einer Produktionsreihe. Damit lassen sich nur schwer Kunststoffgegenstände herstellen, die unter physiologischen Bedingungen reproduzierbar über einen längeren Zeitraum eine ausreichende Menge an Silberionen abgeben, um zuverlässig eine keimabtötende Wirkung zu gewährleisten.
In der EP 0 655 002 Bl wird ein Verfahren zur Herstellung eines nicht von Keimen und/oder Pilzen besiedelbaren Kunststoffteils beschrieben. Dazu wird der Kunststoff zunächst mit einem Quellungsmittel vorbehandelt und der erhaltene gequollene Kunststoff mit einer Lösung aus einer in Wasser unlöslichen Verbindung, die ein bakterizides und/oder fungizides Metall enthält, behandelt. Es werden verschiedene Metallsalze vorgeschlagen, wobei Silbersalze bevorzugt sind.
Obwohl in dieser Schrift eine keimabtötende Wirkung beschrieben wird, besteht noch ein erheblicher Raum für Entwicklungen, durch welche die Herstellung derartiger Kunststoffe vereinfacht wird. Insbesondere sollten die Schwierigkeiten überwunden werden, die durch die leichte Reduzierbarkeit von Silbersalzen verursacht werden. Ferner sollen die aus derartigen Kunststoffen hergestellten Werkstücke über einen längeren Zeitraum insbesondere unter physiologischen Bedingungen eine ausreichende Menge an Silberionen abgeben können, um eine keimabtötende Wirkung entfalten zu können. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Mittel zur Verfügung zu stellen, das einfach in
Werkstoffe, insbesondere Kunststoffe, eingearbeitet werden kann, um den Werkstoffen eine keimabtötende Wirkung zu verleihen. Dieses Mittel sollte ferner so beschaffen sein, dass der Werkstoff über längere Zeit insbesondere unter physiologischen Bedingungen eine für eine Keimabtötung ausreichende Menge an Metallionen abgibt.
Die Aufgabe wird gelöst durch Nanopartikel, umfassend einen Träger und ein den Träger umgebendes Coating, welches funktionelle Gruppen enthält, die als Protonendonor oder als Elektronendonor wirken, wobei von zumindest einem Teil der funktionellen Gruppen Metallionen gebunden sind.
Nanopartikel sind sphärische, Stäbchen- oder plättchenformige Partikel, die entlang ihrer längsten Ausdehnung im Allgemeinen einen Durchmesser von höchstens 500 μm aufweisen. Sie lassen sich als trockenes Pulver oder in Form einer Suspension einfach in verschiedene Werkstoffe einarbeiten, wobei für die Erfindung eine Einarbeitung in Kunststoffe im Vordergrund steht. Die erfindungsgemäßen Nanopartikel weisen einen mehrschichtigen Aufbau auf, wobei der Träger einen Kern mit hoher mechanischer Stabilität bildet, der von einem Coating umgeben ist. Durch die funktionellen Gruppen des Coatings werden Metallionen reversibel gebunden und können von Flüssigkeiten, wie Körperflüssigkeiten, wieder aus dem Nanopartikel herausgelöst werden. Die Bindung der Metallionen kann an sich in beliebiger Weise erfolgen, sofern eine erneute Ablösung der Metallionen durch Flüssigkeiten möglich ist. So können die Metallionen beispielsweise ionisch gebunden werden, indem das Coating anionische Gruppen aufweist, die eine ausreichend starke Bindungswirkung auf die Metallionen ausüben. Geeignet hierfür sind beispielsweise Carboxylgruppen oder Hydroxylgruppen. Ferner ist z.B. eine Bindung der Metallionen in Form eines Komplexes möglich. Besonders vorteilhaft geschieht dies, wenn im Coating chelatartige funktionelle Gruppen vorgesehen sind.
Durch den Träger können Nanopartikel mit einer definierten Teilchengröße hergestellt werden, die beispielsweise rieselfahig sind und sich leicht in Kunststoffmaterialien einarbeiten lassen. Es wurde dabei gefunden, dass obwohl die Nanopartikel in der Polymermatrix des Kunststoffs eingeschlossen sind, dennoch Metallionen aus den
Nanopartikeln in die Umgebung abgegeben werden können. Vermutlich liegt ein Teil der
Nanopartikel an oder nahe der Oberfläche eines aus dem Kunststoffcompound hergestellten Werkstücks vor und gibt Metallionen an die Umgebung ab. Ferner können Kunststoffe unter physiologischen Bedingungen quellen, sodass auch aus tieferen Bereichen des Kunststoffcompounds Metallionen an die Oberfläche nachgeliefert werden. Als Coating lassen sich eine große Vielzahl von Verbindungen verwenden, wobei insbesondere Polymere bevorzugt sind, die eine gute Bindungswirkung für Metallionen aufweisen. Dabei sind die mechanischen Eigenschaften des für das Coating verwendeten Polymeren von untergeordneter Bedeutung, da eine mechanische Festigkeit der Nanopartikel durch den Träger gewährleistet ist.
Das Coating muss eine ausreichende Bindungswirkung für Metallionen aufweisen. Für das Coating besonders geeignet sind daher Verbindungen, die funktionelle Gruppen aufweisen, welche Metallionen binden können. Die Gruppen können dabei an sich an beliebiger Stelle des Molekülgerüsts vorgesehen sein. Besonders geeignet sind funktionelle Gruppen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die gebildet ist aus -COOH, -COO-, -CON-, -CONH-, -CONH2, -SH, -SOH, -SO2H, -SO3H, -S-, -SO-, -SO2-, -NH2, -NOH, -NO2H, -NH-, -NO-, -OH, -O-, -SiOH, -Si(OH)2, -Si(OH)3, -SiO-, -Si(O-)2, -Si(O-)3, -PH-, -PH2-, -PO-, -POH-, -POH2, -PO2-, -PO2H-, -PO2H2, -PO3-, -PO3H-, -PO3H2, -PO4-, -PO4H, -PO4H2.
Beispiele für Verbindungen mit derartigen funktionellen Gruppen sind Polyacrylsäure, Polyacrylamid sowie Copolymerisate aus Acrylsäure und Acrylsäureamid, Phosphate, Ethylendiamintetraacetat, Ethoxylate, Propoxylate, N-Vinylpyrrolidon usw.
Die Verbindungen, aus denen das Coating gebildet wird, können aus einer Vielzahl von Verbindungen ausgewählt werden. Eingesetzt werden können Monomere mit einem Molekülgewicht bis ca. 300 g/mol, Oligomere mit einem Molekülgewicht von 300 bis 3000 g/mol oder auch Polymere mit höheren Molekülgewichten. Besonders geeignet wird das Coating von einem Polymeren gebildet, das ein Molekülgewicht von 100 bis 107, vorzugsweise 500 bis 107 g/mol aufweist. Derartige Polymere lassen sich auf einen Träger aufziehen und bilden eine ausreichend stabile Verbindung zur Oberfläche des Trägers aus. Damit besteht keine Gefahr, dass sich das Coating bei längerem Gebrauch wieder vom Träger ablöst. Ferner zeigt das Nanopartikel eine ausreichende mechanische Beständigkeit, sodass es sich beispielsweise mit einem Extruder in eine Polymermatrix einarbeiten läßt.
Eine gute Haftung zum Träger sowie eine gute Bindungswirkung zeigen beispielsweise stickstoffhaltige Polymere, wie Polyalkylenpolyamine. Die Aminogruppe kann dabei sowohl in der Kette des Polymeren enthalten sein, z.B. als sekundäre Amingruppe, wie auch in einer Seitenkette. Die Aminogruppe besitzt mit dem freien Elektronenpaar eine Bindungsstelle für das Metallion, sodass das Metallion ausreichend stark im Coating gebunden wird. Ein beispielhaftes Polyalkylenpolyamin ist Polyvinylamin.
Eine Klasse von stickstoffhaltigen Polymeren, welche als Coating besonders geeignet sind, sind Polyalkylenpolyimine. Polyalkylenimine, wie Polyethylenimin, weisen zwar schlechte mechanische Eigenschaften auf und sind daher für die Herstellung von Artikeln für den medizinischen Bedarf nicht geeignet. Werden die Polyimine jedoch auf ein geeignetes Trägermaterial, das im Sinne der Erfindung selbst ein Nanopartikel bildet, aufgebracht, entsteht ein leicht handhabbarer Werkstoff, der mit Kunststoffen zu einem Composit verarbeitet werden kann.
Das Polyalkylenpolyimin weist bevorzugt eine Struktur der Formel I auf.
Figure imgf000007_0001
Formel I
wobei R , R2, R3, R unabhängig voneinander bedeuten: -H, eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, eine Arylgruppe mit 5 bis 20 Kohlenstoffatomen oder eine Aralkylgruppe mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen;
A, B unabhängig voneinander:
-(CR5R6)-, -C(O)-O-, -C(O)-, -C(O)-N(R5)-, -S-, -S(O)-, -S(O)2-, -N(R5)-, -O-,
-Si(R7R8)-O-, -P(R5)-, -P(O)-, -P(OH)-, -P(O)2-, -P(O)(OH)-, -P(O)(OH)-O-, -O-P(O)2-O-,
wobei A und B in beliebiger Reihenfolge angeordnet sein können;
C: -H, -CH3, -COOH, -CONH2, -SH, -SOH, -SO2H, -SO3H, -NH2, -NHOH, -OH, -SiH2OH, -SiH(OH)2, -Si(OH)3, -PH2, -P(O)H2, -PH(O)OH, -P(O)(OH)2, -O-
P(O)(OH)2;
R5, R6: unabhängig voneinander H, eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen;
R7, R8: R5, R6, OR5, OR6;
m: eine ganze Zahl zwischen 0 und 10;
n: eine ganze Zahl zwischen 0 und 10;
o: eine ganze Zahl zwischen 0 und 1000;
x: eine ganze Zahl zwischen 0 und 107;
y: eine ganze Zahl zwischen 0 und 107;
wobei x + y ≥ 1;
E: eine übliche Endgruppe;
R9, R10: -H, -(AmBn)0-C.
Die Struktur der Endgruppe E ergibt sich aus der Herstellung der Polyimine. Im Allgemeinen ist E ein Wasserstoff. Weist das Polyalkylenpolyimin weiter Struktureinheiten der Foπnel II auf,
Figure imgf000009_0001
Formel II
in der R1 und R2 die in Anspruch 6 angegebene Bedeutung aufweisen und z eine ganze Zahl zwischen 0 und 107 ist, entstehen Verzweigungsstellen im Polyalkylenpolyimin. Die Polymerkette wird dann über beide Bindungsstellen des Stickstoffs, die in Formel II mit * bezeichnet sind, fortgeführt. Es können Polyalkylenpolyimine verschiedener Verzweigungsgrade und verschiedener Molekulargewichte zum Einsatz kommen. Der Anteil an sekundären Stickstoffatomen (2°N) ist hierbei ein Maß für den Grad der Verzweigung. Es eignen sich z.B. unverzweigte Polyethylenimine mit 2°N = 99 % über (teilweise) verzweigte Polyethylenimine bis hin zu Polyethyleniminen mit dendrimeren Strukturen mit 2°N = 0. Bevorzugt sind Polyethylenimine mit einem Gehalt an sekundären Stickstoffatomen von 20 bis 60 %.
Die Polyalkylenpolyamine können durch Umsetzung mit reaktiven Verbindungen modifiziert werden. Geeignet sind Verbindungen, die reaktive Gruppen, wie Carboxylgruppen, Glycidylgruppen, Epoxidgruppen, Isocyanatogruppen, Aldehydgruppen, Halogene oder aktivierte Doppelbindungen enthalten.
Die als Coating eingesetzten Polyalkylenpolyamine können auch vernetzt sein. Es kommen dabei alle bekannten Vernetzer in Betracht. Beispielhaft seien halogenhaltige Vernetzer wie (Poly)Alkylenpolyhalogenide, vor allem 1,2-Dichlorethan, und insbesondere Epichlorhydrin sowie seine Umsetzungsprodukte mit Polyalkylenglykolen (Polyalkylenglykolbisglycidether), insbesondere Ethylenglykolen, genannt. Weitere geeignete bifunktionelle, halogenfreie Vernetzer sind z.B. die in der DE-A 196 07 641 beschriebenen Substanzen: Alkylencarbonat, Harnstoff; monoethylenisch ungesättigte Carbonsäuren, mindestens zweibasische gesättigte Carbonsäuren oder Polycarbonsäuren und deren Ester, Amide und Anhydride; Umsetzungsprodukte von Polyetherdiaminen, Alkylendiaminen, Polyalkylenpolyaminen, (Poly)Alkylenglykolen und deren Gemische mit monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren, Estern, Amiden und Anhydriden, wobei die Umsetzungsprodukte mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen, Carbonsäureamid-, Carboxyl- oder Estergruppen als funktionelle Gruppen enthalten; sowie mindestens zwei Aziridinogruppen enthaltende Umsetzungsprodukte von Dicarbonsäureestern mit Ethylenimin.
Üblicherweise wird bei den erfindungsgemäßen Nanopartikeln ein Gewichtsverhältnis von Träger zu Coating von 1000:1 bis 1:10, vorzugsweise 10:1 bis 1:1, gewählt.
Der Träger wird vorzugsweise aus einem anorganischen Material gebildet. Durch das anorganische Material erhält das Nanopartikel eine ausreichende Festigkeit und eine ausreichende chemische Beständigkeit. Außerdem lassen sich derartige Teilchen auch mit einer sehr großen Oberfläche erzeugen, wodurch die zur Aufnahme von Metallionen zur Verfügung stehende Fläche vergrößert werden kann. Damit läßt sich vorteilhaft die Menge den vom Coating aufgenommenen Metallionen vergrößern. Ferner läßt sich bei der späteren Anwendung, beispielsweise in einen Artikel für den medizinischen Bedarf, das Metallion auch wieder leichter aus dem Coatingmaterial ablösen, wodurch die zur Verfügung stehende Menge an Metallionen erhöht werden kann.
Das anorganische Material wird bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, die gebildet ist aus Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Cr, Cu, Co, Rh, Ru, Ti, Sn, AI sowie deren Oxide. Der Träger läßt sich nach bekannten Verfahren herstellen, beispielsweise durch Reduktion der entsprechenden Metallsalze oder nach einem Sol-Gel-Verfahren durch Hydrolyse organischer Ester der Metallsäuren, wodurch Metalloxidnanoteilchen erhalten werden. Die mittlere Teilchengröße der Metalloxidpartikel bzw. Metallpartikel liegt in der Regel bei 10 bis 500 nm, vorzugsweise bei 20 bis 100 nm.
Bevorzugt wird als anorganisches Material SiO2 verwendet. Kieselgel wird in einer geeigneten Korngröße auf dem Markt zur Verfügung gestellt.
Besonders bevorzugt wird SiO2 verwendet, das in situ erzeugt worden ist. Darunter wird verstanden, dass das SiO2 in Gegenwart einer Verbindung, welche das Coating ausbildet, durch alkalische Hydrolyse von Tetraalkoxysilanen erzeugt wird. Ein derartiges Verfahren ist in der DE 198 21 665 AI beschrieben. Es wird dabei ein SiO2 mit einer sehr großen Oberfläche erzeugt, die sich besonders gut für eine Beladung mit einem Polymeren eignet. Die Teilchengröße der SiO2-Partikel wird bei der Herstellung nach dem Sol-Gel- Verfahren in Gegenwart des Polyamins durch dessen Molekülgewicht beeinflußt und kann daher in die jeweils gewünschte Richtung gelenkt werden. Beträgt das Molekulargewicht von Polyethylenpolyimin z.B. ungefähr 2000 g/mol, so ergeben sich in der Regel SiO2- Primärteilchengrößen von etwa 200 bis 500 nm, während bei einem Molekülgewicht des Polyethylenimins von ca. 2.000.000 SiO2-Primärteilchengrößen von im Allgemeinen 10 bis 50 nm resultieren. Insbesondere mit Nanopartikeln, die einen Träger aufweisen, der in situ erzeugt worden ist, können für eine keimabtötende Wirkung ausreichende Konzentrationen an Metallionen verwirklicht werden.
Die erfindungsgemäßen Nanopartikel können an sich beliebige Metallionen bzw. Metalle gebunden enthalten. Für eine Anwendung in Partikeln für den medizinischen Bedarf sind jedoch vorteilhaft die gebundenen Metallionen antimikrobiell wirksame Metallionen. Das Metallion wird dabei bevorzugt aus einer Gruppe ausgewählt, die gebildet ist aus Silber-, Kupfer-, Gold-, Zink- und Cerionen, wobei Ag (I)-Ionen besonders bevorzugt sind.
Um eine ausreichende Verteilung in der Polymermatrix zu erreichen, weist das Nanopartikel vorzugsweise entlang seiner längsten Ausdehnung einen Durchmesser von 1 bis 1000 nm, vorzugsweise 1 bis 500 nm auf. Um eine ausreichende keimabtötende Wirkung zu erreichen, weist das Nanopartikel bezogen auf das Gewicht vorzugsweise einen Anteil an Metallionen, berechnet als Metall, von 0,02 bis 5 %, vorzugsweise 0,1 bis 3 %, auf.
Wie bereits erwähnt, lassen sich die erfindungsgemäßen Nanopartikel sehr gut in Kunststoffe einarbeiten, welche dadurch keimabtötende Eigenschaften erhalten. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Compound, umfassend eine Polymermatrix, in welcher die oben beschriebenen Nanopartikel eingebettet sind. Mit dem Compound steht ein Material zur Verfügung, das sich zu einer Vielzahl von Artikeln verarbeiten lässt und dessen Eigenschaften sich über einen weiten Bereich variieren lassen, indem die Polymermatrix entsprechend modifiziert wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Polymermatrix aus einem thermoplastischen Kunststoff oder einem duroplastischen Kunststoff gebildet.
Der thermoplastische Kunststoff wird dabei vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, die gebildet ist aus Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyurethan, Polyester, Polyamid, und Siliconen. Die thermoplastischen Kunststoffe können dabei sowohl einzeln als auch im Gemisch miteinander verwendet werden.
Der duroplastische Kunststoff wird bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, die gebildet ist aus Harnstoff-Formaldehydharzen, Melamin-Formaldehydharzen, Harnstoff- Glyoxalharzen. Diese Kunststoffe lassen sich sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander verwenden.
Neben den genannten Verbindungen kann der erfindungsgemäße Compound auch weitere übliche Zuschlagstoffe enthalten, wie Weichmacher, Füllstoffe oder Pigmente. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Nanopartikel. Dazu wird ein Träger mit einem Coating beschichtet, welches funktionelle Gruppen enthält, die als Protonendonoren oder Elektronendonoren wirken, unter Erhalt eines gecoateten Trägers. Der gecoatete Träger wird anschließend mit
Metallionen beladen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Träger in einem Lösungsmittel suspendiert, das Coating in dem Lösungsmittel gelöst und der Träger mit dem Coating beschichtet. Es können verschiedene Variationen dieses Verfahrens durchgeführt werden. So kann beispielsweise der Träger in einem Lösungsmittel suspendiert werden und das Coating getrennt davon ebenfalls im Lösungsmittel gelöst werden. Die Suspension und die Lösung werden dann zum Beschichten des Trägers zusammengegeben. Ebenso ist es möglich, zunächst das Coating im Lösungsmittel zu lösen und dann den Träger zur Lösung zuzugeben.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Träger in situ in Gegenwart des gelösten Coatings erzeugt. Wie bereits oben erwähnt, kann der Träger durch alkalische Hydrolyse der Ester der entsprechenden Metallsäuren erzeugt werden. Das Coating kann bereits als Polymer vorliegen. Es ist aber auch möglich, Monomere des Coatings zuzugeben und das Coating während des Beschichtens durch Polymerisation der Monomeren zu erzeugen. Ein entsprechendes Herstellverfahren ist in der DE 198 21 665 AI beschrieben. Die Beladung des gecoateten Trägers wird im Allgemeinen so durchgeführt, dass der gecoatete Träger in eine Lösung des Metallions in einem geeigneten Lösungsmittel gegeben wird und dann unter Rühren bei einer geeigneten Temperatur und einem geeigneten pH die Beladung des gecoateten Trägers mit den Metallionen erfolgt.
Nach einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens können die Metallionen aber auch bereits zugegeben werden, während der Träger mit dem Coating beschichtet wird. Die Lösungsmittel werden geeignet ausgewählt aus einer Gruppe, die gebildet ist aus
Wasser, Alkoholen und deren Gemischen. Als Alkohole sind beispielsweise Methanol,
Ethanol oder Propanol geeignet. Geeignete Mischungsverhältnisse lassen sich vom
Fachmann leicht durch entsprechende Vorversuche ermitteln.
Die Beladung des gecoateten Trägers kann auch in einem Zweiphasensystem erfolgen. Dabei wird der gecoatete Träger in einem ersten Lösungsmittel suspendiert, sowie die Metallionen in einem zweiten Lösungsmittel gelöst, das mit dem ersten Lösungsmittel im Wesentlichen nicht mischbar ist, sodass sich ein zweiphasiges System ausbildet. Zum Beladen des gecoateten Trägers werden die Metallionen vom zweiten Lösungsmittel in das erste Lösungsmittel überführt.
Wie bereits weiter oben ausgeführt, lassen sich mit den erfindungsgemäßen Nanopartikeln Compounds herstellen, die vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, wie eine keimabtötende Wirkung. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Compounds. Dabei werden die oben beschriebenen Nanopartikel in einen Kunststoff eingebracht. Als Kunststoffe können beispielsweise die weiter oben erwähnten thermoplastischen Kunststoffe oder duroplastischen Kunststoffe verwendet werden.
In thermoplastische Kunststoffe lassen sich die Nanoteilchen nach bekannten Verfahren einarbeiten. Geeignet ist beispielsweise eine mechanische Einarbeitung der Nanoteilchen in den Thermoplasten. Dies kann beispielsweise in einem Kneter, einem Extruder, oder einem Walzenstuhl erfolgen. Geeignete Verfahren der Compoundierung sind dem Fachmann bekannt.
Im Fall der duroplastischen Kunststoffe können die Nanoteilchen beispielsweise durch Copolymerisation während der Harzkondensation in den Kunststoff einreagiert werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Suspension der Nanopartikel in einem Lösungsmittel erzeugt, die Suspension mit dem Kunststoff, welcher gegebenenfalls mit dem Lösungsmittel verdünnt sein kann, vereinigt unter Erhalt einer Mischung, aus der anschließend das Lösungsmittel entfernt wird.
Das Lösungsmittel wird in Abhängigkeit vom verwendeten Kunststoff gewählt. Um eine gleichmäßige Verteilung der Nanopartikel im Kunststoff zu erreichen, sollte der Kunststoff im Lösungsmittel löslich sein. Nachdem eine Mischung erzeugt wurde, in der die Nanopartikel in einer Lösung des Kunststoffs suspendiert sind, wird das Lösungsmittel nach üblichen Verfahren entfernt. Im Allgemeinen wird das Lösungsmittel abdestilliert, wobei wegen der geringeren Temperaturbelastung auch unter vermindertem Druck gearbeitet werden kann.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden die Nanopartikel unter Einwirkung von Ultraschall suspendiert. Es wird eine sehr fein verteilte Suspension erhalten, und die Nanopartikel setzen sich innerhalb der Polymermischung langsamer aus der Suspension ab, sodass eine homogene Verteilung der Nanopartikel im Kunststoff gewährleistet ist.
Die Nanopartikel setzen sich der Schwerkraft folgend aus der Suspension ab. Wird ein Werkstück hergestellt, indem beispielsweise eine Suspension aus Nanopartikeln, Kunststoff und Lösungsmittel in eine Form gegossen und anschließend das Lösungsmittel entfernt wird, entsteht meist ein Werkstück mit einer unregelmäßigen Verteilung der Nanopartikel. Während die in der Form unten liegende Seite dicht mit Nanopartikeln besetzt ist, ist die entgegengesetzte, obere Fläche nahezu frei von Nanopartikeln. Die Entfernung des Lösungsmittels muss also so rasch erfolgen, dass sich die Nanopartikel im Wesentlichen noch nicht abgesetzt haben. Bei der Entfernung des Lösungsmittels wird daher vorteilhaft in der Weise vorgegangen, dass rasch ein erster Teil des Lösungsmittels aus der Mischung entfernt wird, in einem Ausmaß, dass die Viskosität der Mischung soweit erhöht wird, dass die Nanopartikel im Wesentlichen nicht mehr absinken. Anschließend wird das restliche Lösungsmittel entfernt. Dies kann mit wesentlich geringerer Geschwindigkeit erfolgen. Eine rasche Entfernung des Lösungsmittels kann beispielsweise im Warmluftstrom oder durch Destillation unter vermindertem Druck erfolgen. Während der raschen Entfernung des Lösungsmittels kann die Einwirkung von
Ultraschall auf die Suspension fortgesetzt werden, um die Nanopartikel weiter in der
Schwebe zu halten. Durch die erhöhte Viskosität der Mischung werden die Nanopartikel im Schwebezustand gehalten, sodass eine gleichmäßige Verteilung der Nanopartikel im
Werkstoff erreicht werden kann. Hat sich die Viskosität der Mischung aus Kunststoff,
Lösungsmittel und Nanopartikeln soweit erhöht, dass die Nanopartikel im Wesentlichen nicht mehr absinken, kann die Geschwindigkeit, mit der das Lösungsmittel entfernt wird, deutlich herabgesetzt werden. Dadurch wird vermieden, dass die Oberfläche des
Werkstücks beispielsweise durch Blasen- oder Rißbildung unregelmäßig wird.
Vorteilhaft wird beim Verdampfen des Lösungsmittels eine Temperatur von höchstens 80°C, vorzugsweise höchstens 50°C, nicht überschritten. Innerhalb dieser Temperaturbereiche ist die thermische Belastung des Kunststoffs noch gering. Metallionen können eine katalytische Wirkung aufweisen und eine Spaltung von Bindungen im Polymeren bewirken. Dies führt zu einer Zersetzung des Polymeren. Ferner werden auch einige der Metalle, wie beispielsweise Silberionen, leicht zum Metall reduziert, was ebenfalls zu einer Zersetzung des Polymeren sowie zur Ablagerung der Metalle und damit zu einer Verfärbung des Kunststoffs führen kann. Werden die angegebenen Temperaturen nicht überschritten, treten derartige Prozesse nicht in nennenswertem Umfang auf.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Compound hergestellt, indem zunächst ein gecoateter Träger, der erhalten wird, indem ein Träger mit einem Coating beschichtet wird, welches funktionelle Gruppen enthält, die als Protonendonoren oder als Elektronendonoren wirken, in eine Polymermatrix eingebracht wird, die Polymermatrix mit dem eingebrachten gecoateten Träger gegebenenfalls zu einer Form geformt wird, und der gecoatete Träger anschließend mit Metallionen beladen wird.
Nach dieser Ausführungsform des Verfahrens wird also der gecoatete Träger im unbeladenen Zustand, d.h. ohne dass zunächst Metallionen in das Coating eingelagert wurden, in die Polymermatrix eingebracht. Dies hat den Vorteil, dass die Polymermatrix mit dem gecoateten Träger eine wesentlich höhere Temperaturstabilität aufweist als eine
Polymermatrix, in der Nanopartikel eingebracht wurden, die bereits mit Metallionen beladen sind. Der Werkstoff läßt sich dadurch wesentlich einfacher verarbeiten, beispielsweise extrudieren, da keine Schwierigkeiten mit Verfärbungen durch thermische
Belastung, beispielsweise während des Extrudierens, beobachtet werden. Das fertiggestellte Werkstück kann dann anschließend mit Metallionen beladen werden.
Überraschenderweise können die in die Polymermatrix eingelagerten gecoateten
Trägerpartikel noch eine ausreichende Menge an Metallionen aufnehmen, sodass über längere Zeit eine keimabtötende Wirkung erreicht werden kann.
Wie bereits weiter oben ausgeführt, können aus dem erfindungsgemäßen Compound Werkstücke mit vorteilhaften Eigenschaften hergestellt werden. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Werkstück, bestehend aus dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Compound. Die Werkstücke weisen eine keimabtötende Wirkung auf und lassen sich daher vorteilhaft in Form von Artikeln für den medizinischen Bedarf herstellen, wie beispielsweise Schläuche oder Auskleidungen von Leitungen oder sonstigen Hohlräumen, welche über einen längeren Zeitraum steril gehalten werden müssen und bei denen die Gefahr einer Kontamination mit Keimen gegeben ist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der oben beschriebenen Nanopartikel als antimikrobielles oder bakteriostatisches Agens.
Die Erfindung wird anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig.l: Messkurven, in denen die Änderung des pH- Wertes einer Silbersalzlösung (y- Achse) bei Absorption der Silberionen an a) reines Polyethylenimin, b) mod. SiO2 mit ca. 35% Polyethylenimin und c) mod. SiO2 mit ca. 26% Polyethylenimin gegen die Menge an zugegebenen Silberionen in [mg] (x-Achse) aufgetragen ist; Fig.2: Messkurven, in welchen der pH- Wert (y- Achse) und die gemessene Menge an freien Silberionen in [mg] (y'- Achse) gegen die zugegebene Menge an Silberionen in [mg] (x-Achse) aufgetragen ist, die zu einer Suspension von gecoateten Nanopartikeln zugegeben wird;
Fig.3: eine Messkurve der Silberionenfreisetzung bei sukzessiver HNO3-Zugabe; Die x-
Achse zeigt die Zugabe von IM HNO3 in [ml], die y- Achse die Konzentration an freigesetzten Silberionen in [mg] und die y' -Achse die Konzentration an freigesetzten Silberionen in Massenprozent [%]. Der maximale Wert für y beträgt y=45,845 mg.
Fig. 4: Temperaturgravimetrie-Kurven der silberfreien Probe (a) und eine Kurve nach Silberablösung (b). Hierbei gilt bezüglich Kurve a: Stufe 1: -27,0570%), -1,2436 mg; linke Grenze: 113,84°C, rechte Grenze 596,32°C und bezüglich Kurve b: Stufe 2: -18,9534%, -1,4161 mg; linke Grenze: 80,24°C, rechte Grenze:
221,68°C; Stufe 3: -15,8133%, -1,1815 mg; linke Grenze: 222,35°C, rechte Grenze: 509,43°C.
Beispiel 1
Darstellung von mit Polyethylenimin modifizierten Siliciumdioxidnanopartikeln nach dem Sol-Gel- Verfahren.
Die Herstellung der Nanopartikel erfolgte analog dem in der DE 198 21 665 AI beschriebenen Verfahren.
Eine Mischung aus 89 g wässrigem Ammoniak (25 Gew.-%), 571,2 g Wasser und 571,2 g wässrigem Ethanol (96 Gew.-%) wird unter Rühren auf 50°C erhitzt. Es werden zuerst 121,44 g Tetraethoxysilan (98 %) und anschließend eine auf 40°C erwärmte Mischung aus 13,38 g wässriger Polyethyleniminlösung (22,2 Gew.-%) und 311,04 g Ethanol schnell zugegeben. Die Suspension wird 5 Stunden bei 50°C gerührt.
Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden die mit Polyethylenimin modifizierten Nanopartikel abfiltriert und mehrmals mit Wasser gewaschen. Die Trocknung erfolgt über mehrere Tage bei 80°C im Trockenschrank.
Es wurde ein weißes, rieselfahiges Pulver erhalten.
Beispiel 2
Darstellung von mit Polyethylenimin modifizierten Siliciumdioxidnanopartikeln nach einer Variation des Sol-Gel- Verfahrens.
Eine Mischung aus 89 g wässrigem Ammoniak (25 Gew.-%), 571,2 g Wasser und 571,2 g wässrigem Ethanol (96 Gew.-%) wird unter Rühren auf 50°C erhitzt. Hierzu wird eine auf 40°C erwärmte Mischung aus 13,38 g wässriger Polyethyleniminlösung (22,2 Gew.-%) und 311,04 g Ethanol zugegeben. Unter Rühren werden 121,44 g Tetraethoxysilan (98 %) zugegeben. Die Suspension wird 5 Stunden bei 50°C gerührt.
Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden die mit Polyethylenimin modifizierten SiO2-Nanopartikel abfiltriert und mit Wasser mehrmals gewaschen. Die Trocknung erfolgt über mehrere Tage bei 80°C im Trockenschrank.
Es wurde ein weißes, rieselfähiges Pulver erhalten, das einen im Vergleich zu dem in Beispiel 1 erhaltenen Pulver höheren Gehalt an Polymer aufweist. Beispiel 3
Darstellung von mit Polyethylenimin modifizierten Siliciumdioxidnanopartikehi.
Eine Mischung aus 89 g wässrigem Ammoniak (25 Gew.-%), 571,2 g Wasser und 571,2 g wässrigem Ethanol (96 Gew.-%) wird unter Rühren auf 50°C erhitzt. Hierzu wird eine auf 40°C erwärmte Mischung aus 13,38 g wässriger Polyethyleniminlösung (22,2 Gew.-%) und 311,04 g Ethanol zugegeben. Nach Homogenisierung wird während 8 Stunden 121,44 g Si(OEt)4 (98%) zugegeben. Die Suspension wird über Nacht bei 50°C gerührt. Nach der Filtration wird mit Wasser mehrmals gewaschen. Die Trocknung erfolgt über mehrere Tage bei 80°C im Trockenschrank.
Es wurde ein weißes, rieselfähiges Pulver erhalten.
Beispiel 4
Darstellung modifizierter Siliciumdioxidnanopartikel.
Eine Mischung aus 22,25 g wässrigem Ammoniak (25 Gew.-%), 142,8 g Wasser und 142,8 g wässrigem Ethanol (96 Gew.-%) wird unter Rühren auf 50°C erhitzt. Dann werden 30,36 g Tetraethoxysilan (98 %) zugegeben. 12,43 g carboxymethyliertes Polyimin (Lupasol® wasserfrei, BASF AG, Ludwigshafen) werden mit Wasser auf 24,91 g ergänzt und 77,76 g Ethanol zugegeben. Hierbei bildet sich eine Emulsion. Diese wird rasch zur ammoniakalischen Lösung des Tetraethoxysilans gegeben. Die Suspension wird für 5 Stunden bei 50°C gerührt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Der Niederschlag wird abfiltriert und mehrmals mit Wasser gewaschen. Die Trocknung erfolgt über mehrere Tage bei 80°C im Trockenschrank. Es wurde ein weißes, rieselfähiges Pulver erhalten. Im Vergleich zu dem in Beispiel 1 erhaltenen Pulver ist das in Beispiel 4 erhaltene Pulver deutlich feiner und weicher.
Beispiel 5
Darstellung modifizierter Siliciumdioxidnanopartikel mit einem Coating aus Polyethylenimin, welches mit 60 Mol.-% Laurinsäure amidiert ist.
Eine Mischung aus 22,25 g wässrigem Ammoniak (25 Gew.-%), 142,8 g Wasser und 142,8 g wässrigem Ethanol (96 Gew.-%) werden unter Rühren auf 70°C erhitzt. Dann werden 30,36 g Tetraethoxysilan (98 %) zugegeben. 11,84 g eines aufgeschmolzenen Polyimins, welches mit 60 Mol.-% Laurinsäure amidiert ist, werden mit 70°C warmen Wasser auf 53,82 g ergänzt und 77,76 g 70°C warmes Ethanol zugegeben, wobei eine Emulsion entsteht. Diese wird rasch zur ammoniakalischen Lösung des Tetraethoxysilans gegeben. Die Suspension wird für 5 Stunden bei 70°C gerührt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Der Niederschlag wird abfiltriert und mit 60°C heißem Wasser mehrmals gewaschen. Die Trocknung erfolgt über mehrere Tage bei 50°C im Trockenschrank und anschließend noch über Nacht mit Hilfe von P2O5 an der Ölpumpe.
Es wurde ein leicht gelbes, rieselfähiges Pulver erhalten.
Beispiel 6
Darstellung modifizierter Siliciumdioxidnanopartikel ausgehend von Kieselgel (0,04 — 0,063 mm) mit einem Coating aus Polyethylenimin, welches mit 15 Mol.-% Stearinsäure amidiert ist. Eine Mischung aus 22,25 g wässrigem Ammoniak (25 Gew.-%), 142,8 g Wasser und 142,8 g wässrigem Ethanol (96 Gew.-%) wird unter Rühren auf 40°C erhitzt. Nach Zugabe von
8,96 g Kieselgel (0,04 bis 0,063 mm) wird eine 40°C warme Emulsion von 3,34 g eines aufgeschmolzenen Polyimins, welches mit 15 Mol.-% Stearinsäure amidiert ist in 11,89 g
Wasser und 77,54 g Ethanol hinzugefügt. Die Suspension wird für 5 Stunden bei 40°C gerührt. Anschließend wird der Niederschlag abfiltriert, mit warmen Wasser gewaschen und an der Ölpumpe bei Raumtemperatur getrocknet.
Es wurde ein weißes, rieselfähiges Pulver erhalten, das aus kugelartigen Partikeln besteht.
Der Polyethyleniminanteil auf den Siliciumdioxidnanopartikeln wurde jeweils thermogravimetrisch ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1 Thermogravimetrisch ermittelter Polyethyleniminanteil auf den
Siliciumdioxidnanopartikeln
Figure imgf000022_0001
Beispiel 7
Belegung der mit Polyethylenimin modifizierten Siliciumdioxidnanopartikel mit Silberionen. 45,03 g der mit Polyethylenimin gecoateten Siliciumdioxidnanopartikel werden fein zerrieben und unter Stickstoff in 750 ml Wasser suspendiert. Zu dieser Lösung werden 25 ml einer Lösung von 5,948 g AgNO3 in 50 ml Wasser gegeben. Die Suspension wird für 5
Stunden gerührt und dann der Niederschlag über einen Büchnertrichter abfiltriert. Der
Rückstand wird mit destilliertem Wasser solange gewaschen, bis ein Silbernachweis mit
Cl_ negativ verläuft. Die Trocknung erfolgt unter reduziertem Druck bei 50°C im
Trockenschrank.
Beispiel 8
Bestimmung der Änderung des pH- Wertes während der Bindung von Silberionen an das Polymere.
2 g der mit Polyethylenimin gecoateten Siliciumdioxidnanopartikel werden in 200 ml Wasser und 5 ml 0,1 M NaNO3 als Leitelektrolyt für eine konstante Ionenstärke (ISA) suspendiert. Dazu wird in 200 μl Schritten eine hochverdünnte wässrige Silbernitratlösung (0,05 Mol/1) zugegeben. Der pH- Wert wird alle 120 s registriert und gegen die Silbermenge aufgetragen. Zur Messung des Kurvenverlaufs von reinem Polyethylenimin wurden 912,3 mg wasserfreies Polyimin in 200 ml Wasser gelöst und analog untersucht. Die Ergebnisse sind in Fig. 1 dargestellt. Dabei zeigt Kurve (a) die Änderung des pH- Wertes für reines Polyethylenimin, Kurve (b) den Verlauf für SiO2-Nanopartikel, die mit ca. 35 Gew.-% Polyethylenimin belegt sind und Kurve (c) den Verlauf für SiO2-Partikel, die mit ca. 26 Gew.-% Polyethylenimin belegt sind.
Die gecoateten Nanopartikel mit dem höheren Polyethyleniminanteil (Kurve (b)), zeigen zu Beginn der Messung einen höheren pH- Wert als die Nanopartikel mit einem niedrigeren Polyethyleniminanteil (Kurve (c)). Der pH-Wert nähert sich bei höherem Polyethyleniminanteil auch asymptotisch einem höheren pH- Wert an, als bei den Nanopartikeln mit einem niedrigeren Polyethyleniminanteil. Bei reinem Polyethylenimin (Kurve (a)), wird zwar auch Silber koordiniert, der pH- Wert nimmt jedoch kaum ab. Bei den gecoateten Nanopartikeln erfolgt die Bindung der Silberionen also unter Abspaltung eines Protons, während bei freiem Polyethylenimin sich der Grad der Metallionenbindung durch den pH- Wert steuern lässt.
Beispiel 9
Bestimmung des pH- Wertes und der Menge an freien Silberionen.
253,9 mg der mit Polyethylenimin modifizierten Siliciumdioxidnanopartikeln werden in 50 ml Wasser und 5 ml 2 M KNO3 (ISA) suspendiert. Zur Detektion von Silber wird eine silbersensitive Elektrode verwendet. Alle 300 s wird jeweils nach Aufnahme der Messwerte 50 μl einer 0,1 M AgNO3-Lösung zugegeben. Der pH- Wert und die Menge der freien Silberionen werden gegen die Menge der zugegebenen Menge an Silberionen aufgetragen. Die Kurven sind in Fig. 2 dargestellt.
Beispiel 10
Messung der Gleichgewichtseinstellung zwischen H1"- und Ag -Ionen.
Zu 236,4 mg mit Polyethylenimin modifizierten Siliciumdioxidnanopartikeln in 50 ml Wasser und 5 ml 2 M KNO3 (ISA) werden 0,4 ml 0,1 M AgNO3 rasch zugegeben. Der pH- Wert und die Menge der freien Silberionen werden anfangs alle 5 s registriert, später in Abständen von 30 s, 60 s, 120 s und 300 s. Die Messung wird ca. 8 Stunden fortgesetzt. Der pH- Wert und die Silberionenkonzentration werden gegen die Zeit aufgetragen und beide Messkurven, pH- Wert und Silberionenkonzentration auf einem Dualanalogschreiber gegeneinander aufgetragen.
Beispiel 11
Herstellung von Ag-Lösungen (Prüflösungen) durch Entfernung von Ag+ aus den mit Polyethylenimin gecoateten modifizierten Siliciumdioxidnanopartikeln.
4 g der mit Silberionen beladenen Siliciumdioxidnanopartikel werden unter Stickstoff in 50 ml Wasser aufgenommen. Hierzu werden 20 ml verdünnte HNO3 gegeben. Die Suspension wird 2 Stunden gerührt. Nach Filtration über einen Büchnertrichter wird mit ca. 20 ml Wasser nachgewaschen. Das Filtrat wird in einen 250 ml-Messkolben quantitativ überführt und mit Wasser zu Marke ergänzt (Prüflösung).
Beispiel 11.1
Bestimmung des Silbers nach Vollhard.
50 ml Prüflösung aus Beispiel 11 werden mit 3 ml einer Fe3+-haltigen Indikatorlösung versetzt und mit Wasser auf etwa 100 ml verdünnt. Mit 0,1 M NBUSCN-Maßlösung wird unter Rühren bis zum Verbleib einer schwachen Rotfärbung titriert. 1 ml Ammoniumthiocyanatlösung (0,1 M) entspricht 10,7868 mg Ag.
Beispiel 11.2
Bestimmung des Silbers mit einer silbersensitiven Elektrode.
50 ml der silberhaltigen Prüflösung aus Beispiel 11 werden mit 5 ml 2 M KNO3 (ISA) versetzt und vermessen.
Die in den Beispielen 11.1 und 11.2 gemessenen Werte sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
Figure imgf000025_0001
Beispiel 12
Silberbestimmung bei sukzessiver Zugabe von Säure. 2 g der mit Silberionen beladenen Siliciumdioxidnanopartikel werden in 50 ml Wasser und 5 ml 2 M KNO3 (ISA) aufgenommen. In 0,2 ml-Schritten wird 1 M HNO3 bzw. verdünnte HBF4 (0,8 M) zugegeben. Mit einer silbersensitiven Elektrode wird die Menge der freien Silberionen aufgezeichnet und gegen die zugegebene Menge an HNO3 aufgetragen. Der Vorgang wird fortgesetzt bis sich bei erneuter HNO3-Zugabe keine Veränderung des Messwerts ergibt. Die Messkurve ist in Fig. 3 dargestellt.
Der Kurvernverlauf lässt eine Initialisierungsphase bis ca. 0,8 ml IM HNO3 erkennen, in welcher die Silberionenkonzentration nur unwesentlich ansteigt. Hierauf erfolgt ein steiler Anstieg der Konzentration an freien Silberionen, welcher zwischen 4 und 6 ml kurzzeitig abflacht und anschließend erneut ansteigt und einen maximalen Endwert erreicht. Die Abflachung des Kurvenverlaufs deutet auf ein Puffersystem hin.
Beispiel 13
Untersuchung möglicher chemischer Veränderungen des Polyethylenimins nach der Silberadsorption.
4 g der mit Silberionen beladenen Siliciumdioxidnanopartikel werden in 50 ml Wasser mit 5 ml abgerauchter 65 %-iger HNO3 versetzt und unter Stickstoff für 2 Stunden gerührt. Der Filterrückstand wird abfiltriert, bei 50°C getrocknet und thermogravimetrisch untersucht. Das Ergebnis wird mit den silberfreien Analogen, d.h. dem unbeladenen gecoateten Träger verglichen. Die Messkurven sind in Fig. 4 dargestellt. Kurve (a) zeigt die Kurve für silberfreie modifizierte SiO -Nanopartikel und Kurve (b) die Kurve für SiO2-Nanopartikel, welche zunächst mit Silberionen belegt wurden, wobei anschließend das Silber wieder entfernt wurde.
Beispiel 14
Herstellung von Polyurethanfilmen. 150 mg mit Silberionen beladene gecoatete Siliciumdioxidnanopartikel werden in 2 ml
DMF gegeben und unter Eiskühlung mit Ultraschall behandelt bis nur noch extrem feine
Partikel vorhanden sind. Diese Suspension wird zu 10 g Basispolymer gegeben, welches aus einer Lösung von 100 g Polyurethan in 700 g DMF besteht. Nach Homogenisierung durch mechanisches Rühren wird die Suspension in eine vorher auf 50°C temperierte Form gegossen. Mit einem Heißluftfön wird der Hauptteil des Lösungsmittels abgedampft, bis die Viskosität der Masse deutlich angestiegen ist und sie sich zu einer honigartigen, kaum mehr fließfähigen Masse verfestigt hat. Die Form wird in einen Trockenschrank überführt, wo für weitere 5 Tage bei 50°C getrocknet wird. Verbleibendes DMF wird über mehrere Tage im Hochvakuum entfernt.
Beispiel 15
Herstellung eines Polyurethanstrangs am Mikro-Compounder.
2,025 g Polyurethan werden innerhalb von 90 s den Extrudierschnecken zugeführt. Die Gerätetemperatur beträgt 220 °C, die Umdrehungsgeschwindigkeit der Extrudierschnecken 100 U/min. Anschließend erfolgt die Zugabe von 0,45 g der mit Silberionen beladenen gecoateten Siliciumdioxidnanopartikel sowie von weiteren 2,025 g Polyurethan. Der Polyurethanstrang wird auf ein Aluminiumblech abgelassen und auf Raumtemperatur abgekühlt. Es wurde ein brauner bis schwarzer Polyurethanstrang erhalten.
Beispiel 16
Nachträgliche Belegung eines Polyurethanstrangs, welcher silberfreie mit Polyethylenimin gecoatete Siliciumdioxidnanopartikel enthält.
Analog Beispiel 15 wurde ein Polyurethanstrang hergestellt, wobei jedoch gecoatete Nanopartikel zugegeben wurden, die noch nicht mit Silberionen beladen worden waren. 300 mg des Polyurethanstrangs werden in einem Zweihalskolben in 50 ml Silbernitratlösung eingelegt und gerührt. Die Silbernitratlösung wird auf die folgende Weise erhalten. Zunächst wird eine Stammlösung hergestellt, indem 788,4 mg AgNO3 und 20 ml 0,1 M HNO mit destilliertem Wasser auf 250 ml ergänzt werden. Mit dieser Stammlösung wird eine Verdünnung 1 hergestellt, indem 50 ml der Stammlösung und 5 ml
2 M KNO3 (ISA) mit destilliertem Wasser auf 100 ml ergänzt werden. Mit der
Verdünnung 1 wird eine Verdünnung 2 hergestellt, indem 5 ml aus Verdünnung 1 und 5 ml
2 M KNO3 (ISA) mit destilliertem Wasser auf 100 ml verdünnt werden. Die als Verdünnung 2 erhaltene Silberlösung wird für die Belegung des PU-Strangs verwendet.
Die Silbernitratlösung hat dabei eine Ag+-Konzentration von ca. 50 mg/1. Die Bestimmung der in der Lösung verbleibenden Ag+-Ionen erfolgt im Dunkeln. Sofort nach Kontakt des
Silbernitratstandards mit dem Polyurethanstrang werden die Elektroden in die Lösung eingetaucht, der Glaskolben weitestgehend dicht verschlossen und alle 20 min ein Messwert registriert. Die Konzentration der freien Silberionen wird gegen die Zeit aufgetragen.
Nach Beendigung der Messung wird die Elektronendrift kontrolliert, indem man erneut mehrere Standardlösungen aus der Stammlösung herstellt und die Standardwerte mit den Messwerten vergleicht. Die erhaltene Kurve ist in Figur 1 dargestellt. Man erkennt deutlich die Abnahme der freien Silberionen in der Lösung während 24 h. Quantitativ kann die aufgenommene Silbermenge zu 0,2 Gew.-%>, bezogen auf den Polyurethanprobekörper, bestimmt werden. Ein Silberniederschlag oder eine Ausfällung von Silbersalzen konnte nicht beobachtet werden.
Beispiel 17
Biologische Tests
Allgemeine Arbeitsvorschrift
Das zu untersuchende Material wurde 60 min. mit Staphyloccocus Epidermidis 0-47 bei 37°C inkubiert. Anschließend werden die Proben in ein nährstoffarmes Milieu überführt, in welches nun die mehr oder weniger vitalen Tochterzellen abgegeben werden. Anschließend wird Vollmedium, d.h. nährstoffreiches Substrat, zugeführt und die Zahl der vitalen Zellen bzw. die Proliferationsgeschwindigkeit gemessen. Dies geschieht durch Aufzeichnung der Trübung, welche durch Messung der optischen Dichte bei 578 nm verfolgt werden kann. Nimmt diese zu, d.h. tritt Wachstum ein, zeigt sich dies durch eine ansteigende Kurve, bleibt eine Trübung aus, so verharrt der Graph auf der Basislinie.
In einer ersten Versuchsreihe wurden gemäß der oben angegebenen allgemeinen Arbeitsvorschrift die mit Silber beladenen gecoateten Siliciumdioxidnanopartikel getestet.
Für jede Probe wurde eine Vierfachbestimmung durchgeführt. Die Wachstumskurven sind in Figur 2 dargestellt. Fig. 2a zeigt dabei die Wachstumskurve bei Verwendung von mit Polyethylenimin gecoateten SiO2-Nanopartikeln, die mit 2,5 Gew.-% Silberionen (berechnet als Metall) beladen waren. In keiner der Versuche konnte eine Zunahme der Bakterienzahl gemessen werden, während im Kontrollversuch, dem keine Nanopartikel beigegeben waren, eine deutliche Zunahme der Wachstumskurve festgestellt werden konnte.
In einer weiteren Versuchsreihe wurden die in Beispiel 14 hergestellten Polyurethanfilme auf ihre keimabtötende Wirkung getestet. Um Reste von DMF zu entfernen, wurden die Prüffilme für den Biotest noch für mehrere Tage in ein Hochvakuum eingebracht. Die Wachstumskurven sind in Figur 3 dargestellt. Dabei zeigt Reihe 1 die Ergebnisse, die mit einem reinen Polyurethanfilm erhalten wurden. In Reihe 2 sind die Ergebnisse für eine Polyurethanfilm mit silberhaltigen gecoateten Siliciumdioxidnanopartikeln (0,32 Gew.-%> Ag) dargestellt. Reihe 3 zeigt die Ergebnisse für einen Polyurethanfilm mit silberhaltigen gecoateten Siliciumdioxidnanopartikeln (0,53 Gew.-% Ag). Reihe 4 zeigt die Ergebnisse, die mit einem Polyurethanfilm erhalten wurden, in den silberfreie gecoatete Siliciumdioxidnanopartikel eingearbeitet wurden. Der Figur ist eindeutig zu entnehmen, dass die Polyurethanfilme mit silberhaltigen gecoateten Siliciumdioxidnanopartikeln gute antimikrobielle Eigenschaften besitzen. Die Tests zeigen, dass die silberhaltigen gecoateten Siliciumdioxidnanopartikel auch noch in einer Polyurethanmatrix genügend Wirksamkeit gegenüber Organismen aufbringen. In einem weiteren Versuch wurde die antimikrobielle Wirksamkeit des in Beispiel 16 erhaltenen Polyurethanstrangs überprüft. Um anhaftendes Silbernitrat zu entfernen, wurde der Strang zunächst 8 h in destilliertem Wasser gerührt, anschließend mehrmals mit Wasser gespült und erneut zweimal je 2 h mit Wasser nachbehandelt. Die mit dem Biotest erhaltenen Wachstumskurven sind in Figur 4 dargestellt. Dabei zeigt die Reihe 1 die Ergebnisse, die mit dem nachträglich mit Silberionen belegten Polyurethanstrang erhalten wurden. Reihe 2 zeigt die Ergebnisse für einen Strang, der mit metallischem Silber belegt war. Während bei dem mit Silberionen belegten Strang eine deutliche Verlangsamung des
Bakterienwachstums beobachtet werden konnte, trat bei dem mit einem konventionellen silberhaltigen Polyurethanstrang durchgeführten Test eine deutlich geringere Verzögerung des Bakterienwachstums auf. Bei der Interpretation der Messergebnisse muss insbesondere die sehr niedrige Silberionenkonzentration von 0,22 Gew.-% beim nachträglich mit
Silberionen belegten Polyurethanstrang (Reihe 1) berücksichtigt werden.
In einer weiteren Versuchsreihe wurde ein Polyurethanstrang verwendet, der eine größere Menge an Silberionen umfaßte. Dazu wurde der Polyurethanstrang wie in Beispiel 16 beschrieben mit einer Silberionenlösung behandelt, welche 45,76 mg Ag+ in 50 ml enthielt. Die Ergebnisse des Biotests sind in Figur 4b dargestellt. Reihe 1 zeigt dabei den nachträglich mit Silberionen belegten Polyurethanstrang während in Reihe 2 ein vergleichbarer Strang auf Basis von metallischem Silber dargestellt ist. In Reihe 1 ist eindeutig eine bakterizide Wirkung vorhanden, während in Reihe 2 lediglich eine geringe bakteriostatische Wirkung erkennbar ist. Dieses Ergebnis zeigt eindeutig, dass bei einer höheren nachträglichen Silberbelegung eine hervorragende Wirksamkeit erreicht werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Nanopartikel, umfassend einen Träger und ein den Träger umgebendes Coating, welches funktionelle Gruppen enthält, die als Protonendonor oder als Elektronendonor wirken, wobei von zumindest einem Teil der funktionellen Gruppen Metallionen reversibel gebunden sind.
2. Nanopartikel nach Anspruch 1, wobei die funktionelle Gruppe ausgewählt ist aus einer Gruppe die gebildet ist aus -COOH, -COO-, -CON-, -CONH-, -CONH2, -SH, -SOH, -SO2H, -SO3H, -S-, -SO-, -SO2-, -NH2, -NOH, -NO2H, -NH-, -NO-, -OH, - O-, -SiOH, -Si(OH)2, -Si(OH)3, -SiO-, -Si(O-)2, -Si(O-)3, -PH-, -PH2-, -PO-, -POH-, -POH2, -PO2-, -PO2H-, -PO2H2, -PO3-, -PO3H-, -PO3H2, -PO4-, -PO4H, -PO4H2.
3. Nanopartikel nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Coating von einem Polymeren gebildet wird, das ein Molekülgewicht von 100 bis 107 g/mol, vorzugsweise 500 bis 107 g/mol aufweist.
4. Nanopartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Polymere ein Polyalkylenpolyamin ist.
5. Nanopartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Polymere ein Polyalkylenpolyimin ist.
6. Nanopartikel nach Anspruch 5, wobei das Polyalkylenpolyimin eine Struktur der Formel I aufweist,
Figure imgf000031_0001
Formel I wobei R1, R2, R3, R4 unabhängig voneinander bedeuten:
-H, eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, eine Arylgruppe mit 5 bis 20 Kohlenstoffatomen oder eine Aralkylgruppe mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen;
A, B unabhängig voneinander:
-(CR5R6)-, -C(O)-O-, -C(O , -C(O)-N(R5)-, -S-, -S(O)-, -S(O)2-, - N(R5)-, -O-, -Si(R7R8)-O-, -P(R5)-, -P(O)-, -P(OH)-, -P(O)2-, - P(O)(OH)-, -P(O)(OH)-O-, -O-P(O)2-O-,
wobei A und B in beliebiger Reihenfolge angeordnet sein können;
C: -H, -CH3, -COOH, -CONH2, -SH, -SOH, -SO2H, -SO3H, -NH2, -
NHOH, -OH, -SiH2OH, -SiH(OH)2, -Si(OH)3, -PH2, -P(O)H2, - PH(O)OH, -P(O)(OH)2, -O-P(O)(OH)2;
R , R : unabhängig voneinander H, eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen;
R7, R8: R5, R6, OR5, OR6;
m: eine ganze Zahl zwischen 0 und 10;
n: eine ganze Zahl zwischen 0 und 10;
o: eine ganze Zahl zwischen 0 und 1000; n x: eine ganze Zahl zwischen 0 und 10 ;
y: eine ganze Zahl zwischen 0 und 107;
wobei x + y ≥ 1;
E: eine übliche Endgruppe; R9, R10: -H, -(AmBn)o-C.
7. Nanopartikel nach Anspruch 6, wobei das Polyalkylenpolyimin weiter Struktureinheiten der Formel II umfasst,
Figure imgf000033_0001
Formel II
in der R1 und R2 die in Anspruch 6 angegebene Bedeutung aufweisen und z eine ganze Zahl zwischen 0 und 107 ist.
8. Nanopartikel nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Polyalkylenpolyimin mit einem Vernetzer vernetzt ist.
9. Nanopartikel nach Anspruch 8, wobei der Vernetzer ausgewählt ist aus der Gruppe, die gebildet ist von (Poly)alkylenpolyhalogeniden, (Poly)alkylenglykolbisglycidylethern, Alkylencarbonaten, Harnstoff, monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren, mindestens zweibasischen gesättigten Carbonsäuren oder Poly carbonsäuren sowie deren Ester, Amide und
Anhydride, Umsetzungsprodukten von Polyetherdiaminen, Alkylendiaminen, Polyalkylenpolyaminen, (Poly)alkylenglykolen, und deren Gemische mit monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren, Estern, Amiden und Anhydriden, wobei die Umsetzungsprodukte mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen, Carbonsäureamid-, Carboxyl- oder Estergruppen als funktionelle
Gruppe enthalten, mindestens zwei Aziridinogruppen enthaltende Umsetzungsprodukte von Dicarbonsäureestern mit Ethylenimin.
10. Nanopartikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger aus einem anorganischen Material gebildet ist.
11. Nanopartikel nach Anspruch 10, wobei das anorganische Material ausgewählt ist aus einer Gruppe, die gebildet ist aus Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Cr, Cu, Co, Rh, Ru, Ti, Sn, AI sowie deren Oxiden.
12. Nanopartikel nach Anspruch 10 oder 11, wobei das anorganische Material SiO2 ist.
13. Nanopartikel nach Anspruch 12, wobei das SiO2 in situ erzeugt worden ist.
14. Nanopartikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das gebundene Metallion ein antimikrobiell wirksames Metallion ist.
15. Nanopartikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metallion ausgewählt ist aus einer Gruppe, die gebildet ist aus Silber-, Kupfer-, Gold-, Zink- und Cerionen, besonders bevorzugt ist als Metallion ein Ag(I)-Ion.
16. Nanopartikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Nanopartikel entlang seiner längsten Ausdehnung einen Durchmesser von 10 bis 500 nm, vorzugsweise 20 bis 100 nm aufweist.
17. Nanopartikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Nanopartikel bezogen auf das Gewicht einen Anteil von Metallionen berechnet als Metall von
0,02 bis 5 %, vorzugsweise 0,1 bis 3 % aufweist.
18. Compound, umfassend eine Polymermatrix, in welcher Nanopartikel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 eingebettet sind.
19. Compound nach Anspruch 18, wobei die Polymermatrix aus einem thermoplastischen Kunststoff oder einem duroplastischen Kunststoff gebildet ist.
20. Compound nach Anspruch 18 oder 19, wobei der thermoplastische Kunststoff ausgewählt ist aus einer Gruppe, die gebildet ist aus Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyurethan, Polyester, Polyamid und Siliconen
21. Compound nach Anspruch 18 oder 19, wobei der duroplastische Kunststoff ausgewählt ist aus einer Gruppe, die gebildet ist aus Harnstoff-Formaldehydharzen,
Melamin-Formaldehydharzen, Harnstoff-Glyoxalharzen.
22. Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei ein Träger mit einem Coating beschichtet wird, welches funktionelle Gruppen enthält, die als Protonendonatoren oder Elektronendonatoren wirken unter Erhalt eines gecoateten Trägers, und der gecoatete Träger mit Metallionen beladen wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Träger in einem Lösungsmittel suspendiert wird, das Coating in dem Lösungsmittel gelöst wird und der Träger mit dem Coating beschichtet wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 oder 23, wobei der Träger in situ in Gegenwart des gelösten Coatings erzeugt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die Metallionen während des Beschichtens des Trägers mit dem Coating zugegeben werden.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei das Lösungsmittel ausgewählt ist aus einer Gruppe, die gebildet ist von Wasser, Alkoholen und deren Gemischen.
27. Verfahren nach Anspruch 22, wobei der gecoatete Träger in einem ersten Lösungsmittel suspendiert wird, die Metallionen in einem zweiten Lösungsmittel gelöst werden, das mit dem ersten Lösungsmittel im Wesentlichen nicht mischbar ist, und zum Beladen die Metallionen von dem zweiten Lösungsmittel in das erste Lösungsmittel überführt werden.
28. Verfahren zur Herstellung eines Compounds nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei Nanopartikel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 in einen Kunststoff eingebracht werden.
29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Nanopartikel mechanisch in den Kunststoff eingearbeitet werden.
30. Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Nanopartikel während der Herstellung des Kunststoffs in den Kunststoff einreagiert werden.
31. Verfahren nach Anspruch 28, wobei eine Suspension der Nanopartikel in einem
Lösungsmittel erzeugt wird, die Suspension mit dem Kunststoff, welcher ggf. mit dem Lösungsmittel verdünnt sein kann, vereinigt wird unter Erhalt einer Mischung aus der das Lösungsmittel entfernt wird.
32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Nanopartikel unter Einwirkung von Ultraschall suspendiert werden.
33. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, wobei rasch ein erster Teil des Lösungsmittel aus der Mischung entfernt wird, in einem Ausmaß, dass die Viskosität der Mischung soweit erhöht wird, dass die Nanopartikel im Wesentlichen nicht mehr absinken und anschließend das restliche Lösungsmittel entfernt wird.
34. Verfahren nach einem der Patentansprüche 31 bis 33, wobei während des Verdampfens des Lösungsmittels eine Temperatur von höchstens 80 °C, vorzugsweise höchstens 50 °C nicht überschritten wird.
35. Verfahren zur Herstellung eines Compounds nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei ein gecoateter Träger, der erhalten wird, indem ein Träger mit einem Coating beschichtet wird, welches funktionelle Gruppen enthält, die als Protonendonatoren oder als Elektronendonatoren wirken, in eine Polymermatrix eingebracht wird, die Polymermatrix mit dem eingebrachten gecoateten Träger ggf. zu einer Form geformt wird, und der gecoatete Träger mit Metallionen beladen wird.
36. Werkstück, bestehend aus einem Compound nach einem der Ansprüche 18 bis 21.
37. Verwendung von Nanopartikeln nach einem der Ansprüche 1 bis 17 als antimikrobielles oder bakteriostatisches Agens.
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