WO2007054232A1 - Method of coating surfaces with hydrogels, and hydrogel-coated polymer substrates - Google Patents

Method of coating surfaces with hydrogels, and hydrogel-coated polymer substrates Download PDF

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WO2007054232A1
WO2007054232A1 PCT/EP2006/010503 EP2006010503W WO2007054232A1 WO 2007054232 A1 WO2007054232 A1 WO 2007054232A1 EP 2006010503 W EP2006010503 W EP 2006010503W WO 2007054232 A1 WO2007054232 A1 WO 2007054232A1
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hydrogel
forming polymer
polymer
coating
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PCT/EP2006/010503
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Stefan DRÖSCHEL
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Fresenius Medical Care Deutschland Gmbh
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    • A61L31/08Materials for coatings
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    • A61L29/08Materials for coatings
    • A61L29/085Macromolecular materials

Definitions

  • the present invention relates to methods for coating surfaces with hydrogels, hydrogel-coated polymer substrates, and medical products comprising such polymeric substrates.
  • Hydrogel coatings are used to improve the biocompatibility of surfaces that are brought into contact with body fluids, particularly blood. Such hydrogel coatings are intended here to reduce the occupancy of the surfaces with cells and protein, which lead to the activation of the body's own defense systems against foreign materials or promote blood clotting. In addition, such hydrogel coatings are applied to polymeric substrates to increase lubricity and improve wettability for aqueous solutions.
  • hydrogels used for this purpose are polyethylene glycol (PEG) and polyvinylpyrrolidone (PVP), which are already incorporated in the preparation of corresponding medical products in the matrix of the respective polymer substrates.
  • PEG polyethylene glycol
  • PVP polyvinylpyrrolidone
  • the polymer substrates are made of polymers that are immiscible in molten or dissolved form with hydrogel-forming compounds. In this case, the substrate surfaces are usually subsequently coated with hydrogels.
  • hydrogel coatings can be bonded to polymer substrates via interlayers.
  • an isocyanate coating can first be formed on the polymer substrate surface, onto which polyvinylpyrrolidone is subsequently applied.
  • the PVP layer is fixed by heating.
  • interpenetrating polymer networks are known in order to bind polyvinylpyrrolidone hydrogels to surfaces (see WO 00/02937).
  • WO 2004/026356 describes a process for the immobilization of hydrogels on polymer substrates, in which the applied hydrogel layer is fixed on polymer surfaces with a vitamin starter and irradiation with UV light.
  • a disadvantage of this method is that hydrogel coatings can not be immobilized on surfaces which are not accessible to UV light. Therefore, it is difficult to form coatings on inner surfaces of hoses or connectors.
  • hydrogel coatings should be able to be produced inexpensively and on a large scale on surfaces.
  • claims 24 and 25 provide a solution to the underlying problem.
  • hydrogel-forming polymer is immobilized by thermal treatment under inert gas at a temperature in the range of 50-180 ° C on a surface, it is not readily predictable way to provide methods for coating surfaces with hydrogels, comprising the steps of applying to a surface a composition containing at least one hydrogel-forming polymer and forming on the surface a hydrogel coating capable of producing hydrogel coatings even in inaccessible areas of surfaces.
  • a number of other advantages can be achieved by the method according to the invention. These include:
  • the processes of the invention produce hydrogel coatings without the need to use or form harmful substances.
  • Hydrogel coatings according to the invention have a high adhesive strength on many substrates. Accordingly, these coatings are very stable on surfaces and release no harmful materials.
  • surfaces are coated with hydrogels.
  • any surface of a substrate can be coated on which the hydrogel coatings according to the invention have sufficient adhesive strength.
  • polymer substrates are coated.
  • polymer substrates it is possible to use any polymers or copolymers commonly used in particular in medical technology.
  • the polymers contained in the polymer substrate can be processed thermoplastically.
  • such polymers have a weight average molecular weight in the range of 5,000-1,000,000, preferably 10,000-500,000 g / mole.
  • polymers include, but are not limited to, vinyl polymers such as polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl ethers; Polyolefins, for example, polyethylene, polypropylene and polybutylene; Polycarbonates, polyurethanes, polyesters, polyamides, polystyrenes, thermoplastic elastomers and polysiloxanes.
  • vinyl polymers such as polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl ethers
  • Polyolefins for example, polyethylene, polypropylene and polybutylene
  • Polycarbonates polyurethanes, polyesters, polyamides, polystyrenes, thermoplastic elastomers and polysiloxanes.
  • polyolefins in the context of the present invention refers to polymers which consist essentially of carbon and hydrogen. These are generally selected from ⁇ -olefins, especially ethylene, propylene and butylene, for example Butadiene and isoprene, and / or aromatic hydrocarbons, for example styrene. In addition to these hydrocarbons, polyolefins may have small amounts, for example up to 10% by weight, preferably at most 5% by weight and more preferably at most 1% by weight, based on the weight of the polyolefin, of units other than those set forth above Monomers are derived, consisting of carbon and hydrogen.
  • Thermoplastic elastomers are known in the art. These include modified polyolefin elastomers (TPE-O), in particular polypropylene elastomers such as ethylene / propylene terpolymer / propylene (PP-EPDM), crosslinked ethylene / propylene terpolymer / propylene (PP-X / EPDM), nitrile Butadiene rubber / polypropylene (PP-NBR); crosslinked polyolefin elastomers (TPE-V); Elastomers based on polyetherester or polyesterester (TPE-E), polyetherurethane elastomer and / or polyesterurethane elastomer (TPE-U); Polyetheramide elastomer (TPE-A) and / or styrene elastomer (TPE-S), in particular styrene-butadiene-styrene copolymers (SBS), sty
  • copolymers are polymers comprising two, three or more different monomer units, with preferred monomer units being derived from the monomers from which the polymers illustrated above are derived.
  • Preferred copolymers include polymers which in addition to vinylic monomers additionally comprise ⁇ -olefins, for example ethylene-vinyl acetate copolymers. Furthermore, these include polyolefin copolymers, for example ethylene-propylene copolymers, and also copolymers which have styrene, ethylene and / or butylene units.
  • the polymer substrate to be coated may be a medical product or a part thereof. These include, in particular, dialyzers, tubes and tube systems, catheters, stents, urethra, filters, blood bags, apheresis sets and connectors.
  • a composition containing at least one hydrogel-forming polymer is applied to a substrate surface.
  • the hydrogel-forming polymer can be applied to the substrate in the form of a suspension, dispersion, emulsion or solution.
  • the composition comprises at least one hydrogel-forming polymer.
  • Hydrogels are well known in the art and described for example in Roempp Chemielexikon. In general, this term refers to water-containing gels based on hydrophilic but water-insoluble polymers. Accordingly, all polymers which can be used to form these hydrogels can be used to prepare the hydrogel coatings according to the invention. These include, in particular, polymers based on polyalkylene glycol, polyvinyl alcohol, polyethyleneimine, polyvinylamine, poly (meth) acrylic acids and / or poly (meth) acrylates. Preference is given to using polymers based on polyvinylpyrrolidone, polyalkylene glycol, polyvinyl alcohol and / or polyethyleneimine.
  • polymers based on polyvinylpyrrolidone are particularly preferably used for the preparation of the hydrogel coating according to the invention.
  • the hydrogel-forming polymer may comprise at least 90 weight percent polyvinylpyrrolidone, based on the weight of the hydrogel-forming polymer.
  • Polymers based on polyvinylpyrrolidone include polyvinylpyrrolidione, copolymers comprising vinylpyrrolidone units and derivatives of these polymers.
  • Preferred copolymers based on polyvinylpyrrolidone comprise at least 50% by weight, more preferably at least 75% by weight, of units derived from vinylpyrrolidone.
  • these polyvinylpyrrolidione copolymers include units which derived from vinyl esters or vinyl ethers, for example vinyl acetate, methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, butyl vinyl ether and isobutyl vinyl ether.
  • Derivatives of polymers based on polyvinylpyrrolidone include units derived from polyvinylpyrrolidone and polyvinylpyrrolidone copolymers, respectively.
  • derivatives which are capable of modifying or modulating physiological reactions include compounds which may affect blood clotting or immune system functions.
  • polyvinylpyrrolidone derivatives for example, oligosaccharide-substituted PVP polymers and peptide-substituted PVP polymers can be cited.
  • An example of this is PVP-heparin complexes, as described, for example, in US Pat. No. 4,239,664, to which reference is explicitly made here.
  • the derivatives of polyvinylpyrrolidone further include polymers obtainable by polymerization of Vinylpyrrolidonderivaten.
  • the vinylpyrrolidone derivatives include, in particular, substituted vinylpyrrolidone monomers which have in particular one or more alkyl substituents.
  • Preferred alkyl substituents may have 1 to 10, more preferably 1 to 6, and most preferably 1 to 4 carbon atoms. These include in particular methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl and tert-butyl groups.
  • the alkyl substitution can be provided both on the side chain and on the pyrrolidone ring.
  • Polymers based on polyalkylene glycol include, for example, polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol and / or copolymers comprising ethylene glycol and / or propylene glycol units. Furthermore, it also covers derivatives of these polymers, which are capable of modifying or modulating physiological reactions. In particular, this includes compounds which may affect blood clotting or immune system functions, as set forth above with respect to PVP.
  • PEG polyethylene glycol
  • polypropylene glycol and / or copolymers comprising ethylene glycol and / or propylene glycol units.
  • derivatives of these polymers which are capable of modifying or modulating physiological reactions. In particular, this includes compounds which may affect blood clotting or immune system functions, as set forth above with respect to PVP.
  • the molecular weight of the hydrogel-forming polymers can vary widely.
  • the hydrogel-forming polymers have a weight average molecular weight in the range of 1,000-10,000,000 g / mol, more preferably 10,000-1,500,000, and most preferably 100,000 g / mol to 13,000,000 g / mol.
  • the poly- Dispersity of the hydrogel-forming polymer Mw / Mn is preferably in the range of 1-10, more preferably 1.5-5, without this being a limitation.
  • the weight average molecular weight Mw and the number average molecular weight Mn can be determined by gel permeation chromatography (GPC).
  • Polymers based on polyvinylpyrrolidone preferably have a K value of at least 15.
  • the K value is in the range of 25-150, more preferably 90-120.
  • Preferred polymers based on polyvinylpyrrolidone have a weight-average molecular weight of 250,000 g / mol (K60), 85,000 (K80) or 1,000,000 (K90).
  • the K value is a measure of the molecular weight and is described, for example, in H. Fikentscher, Cellulose-Chemie 13 (1932), pages 58 to 64 and 71 to 74, and Roempp Chemielexikon, 10th edition.
  • the K value of the polymers can be adjusted, for example, via the amount of initiator, the temperature and the pH within the polymerization conditions.
  • hydrogel-forming polymers can be obtained commercially in many cases, their preparation and commercial suppliers being widely used in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 5th Ed. are presented on CD-ROM.
  • the hydrogel-forming polymer concentrations used in the hydrogel-forming composition are not specifically limited. However, the concentration should be high enough to ensure complete coating of the desired substrate surface.
  • the viscosity of the hydrogel-forming composition should be suitable for the coating method to be used. The exact concentration can be chosen accordingly by a person skilled in the art.
  • the concentration of hydrogel-forming polymer is in the range of 0.5-50 wt%, more preferably 0.1-10 wt%, and most preferably about 1 wt%.
  • the composition may preferably consist of 90.0 to 99.9% by weight of solvent and 0.1% by weight to 10.0% by weight of hydrogel-forming polymer.
  • the composition is in the form of a solution.
  • solution in this context means that the composition is essentially a homogeneous phase that has no visible inhomogeneities.
  • a harmless compound is understood as meaning a substance with an LD50 (rat)> 500 mg / kg, more preferably> 950 mg / kg and particularly preferably> 2,000 mg / kg.
  • the solvent is a safe alcohol, especially ethanol and / or isopropanol.
  • the solvent preferably has a boiling point at atmospheric pressure (1 bar) of at most 100 ° C., more preferably at most 80 ° C.
  • the solvent is preferably selected according to the substrate surface to achieve a homogeneous distribution of hydrogel-forming polymer.
  • a composition comprising at least one hydrogel-forming polymer is applied to a surface.
  • This can be done by any method known to those skilled in the art. These include, in particular, spray coatings, dip coatings, roller application and flood coatings.
  • the composition is applied to a substrate by dip coating.
  • the resulting solvent-containing layer is dried.
  • the drying is carried out using an inert gas stream, in particular a nitrogen stream.
  • the drying temperature depends on the nature of the solvent, wherein the drying is preferably carried out at temperatures in the range of 80 ° C to 120 ° C.
  • the immobilization of the hydrogel-forming polymer is carried out according to the invention by thermal treatment under inert gas at a temperature in the range of 50 ° C to 180 ° C, preferably 80 ° C to 150 ° C and most preferably 80 ° C to 120 ° C.
  • immobilization means that after this treatment, the hydrogel coating is not water-soluble, so that a hydrogel layer can be detected after treatment with water.
  • the detection of a hydrogel layer can be carried out in a known manner.
  • the friction of substrates that have a hydrogel coating decreases upon contact with water.
  • some hydrogels lead to complex formation, which can be detected by dyes.
  • the thermal treatment is carried out under inert gas.
  • any gas can be used which has no adverse effect on the immobilization of the hydrogel-forming polymer.
  • An inert gas, nitrogen and / or water vapor is preferably used as the inert gas.
  • the gas atmosphere in the immobilization treatment comprises at most 1% by volume, more preferably at most 0.5% by volume and most preferably at most 0.1% by volume of oxygen.
  • An inert gas, nitrogen and / or water vapor is preferably used as the inert gas.
  • nitrogen and / or steam is preferably used.
  • the gas atmosphere in this case preferably comprises at least 99% by volume of noble gas, nitrogen and / or water vapor.
  • the immobilization of the hydrogel-forming polymer is carried out at a pressure in the range of 0.5-3 bar, more preferably 0.8-2.5 bar and most preferably in the range of atmospheric pressure (0.95 bar to 1.05 bar ).
  • the period of immobilization treatment is not specifically limited. In general, the immobilization process is used for a time sufficient to obtain a strong, water-insoluble hydrogel coating. The exact period of time can be selected accordingly by a specialist. In general, this period is in the range of 10-60 min, without this being a restriction.
  • the thickness of the hydrogel coating is not particularly limited.
  • the hydrogel coating preferably has a thickness in the range from 10 ⁇ m to 50 ⁇ m in the swollen state.
  • hydrogel coatings do not release any such substances.
  • Harmful substances are compounds with an LD-50 (rat) of ⁇ 2,000 mg / kg, preferably ⁇ 950 mg / kg and most preferably ⁇ 500 mg / kg.
  • solvents such as dimethylformamide are among the substances of health concern.
  • a flexible 20m-long plastic tubing is wound on a drum and rinsed at room temperature with a 1% PVP-K90 solution while rotating the drum to complete wetting of the inner surface. After this flushing process, the tubing is stored in a heated room with further rotation so that the coated surfaces dry. Subsequently, a laminar flow of nitrogen is passed through the tube at near atmospheric pressure. It is maintained at a temperature of 120 ° C for a period of 30 minutes. It has proved to be advantageous, after the annealing process under nitrogen, to follow a rinsing process in order to extract non-immobilized PVP.
  • the treated tube is rinsed with 70 ° C hot distilled water for 30 min and then treated with an acid Dragendorff see solution. Under these conditions, soluble PVP moieties should elute from the surface layer. Even browning over the entire coated surface indicates an existing PVP layer compared to the rinse cycle immobilized with isopropanol. The proof with the Dragendorff see solution can also take place before the rinsing process. The browning that occurs then remains stable during a subsequent rinsing process.
  • FIG. 1 shows a characteristic inner surface of the tube, which comes about through the polymer used and the extrusion process. It can be seen on a smooth surface raised, isolated from each other tips.
  • FIGS. 2 and 3 clearly show that an unspulled hose and a flushed hose have a smooth surface compared to the untreated hose. This is an indication that the raised peaks were covered with the added PVP layer and thus are no longer visible. Since the images were taken after the rinsing process, immobilization of the PVP layer is evidently proven.

Abstract

The present invention relates to methods of coating surfaces with hydrogels, comprising the steps of applying a composition comprising at least one hydrogel-forming polymer to a surface and forming a hydrogel coating on the surface, the hydrogel-forming polymer being immobilized on the surface by thermal treatment under inert gas at a temperature in the range from 50 to 180°C and a pressure of more than 1 bar. The present invention further relates to polymer substrates which have a hydrogel coating obtainable by the present method.

Description

Verfahren zum Beschichten von Oberflächen mit Hydrogelen und mit Hydrogelbeschichtungen versehene Polymersubstrate Process for coating surfaces with hydrogels and polymer substrates provided with hydrogel coatings
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Beschichten von Oberflächen mit Hydrogelen, mit Hydrogelen beschichtete Polymersubstrate sowie medizinische Produkte, die derartige Polymersubstrate umfassen.The present invention relates to methods for coating surfaces with hydrogels, hydrogel-coated polymer substrates, and medical products comprising such polymeric substrates.
Hydrogelbeschichtungen werden zur Verbesserung der Biokompatibilität von Oberflächen eingesetzt, die in Kontakt mit Körperflüssigkeiten, insbesondere Blut, gebracht werden. Derartige Hydrogelbeschichtungen sollen hierbei die Belegung der Oberflächen mit Zellen und Protein vermindern, die zur Aktivierung körpereigener Abwehrsysteme gegen Fremdmaterialien führen bzw. die Blutgerinnung fördern. Darüber hinaus werden derartige Hydrogelbeschichtungen zur Erhöhung der Gleitfähigkeit und Verbesserung der Benetzbarkeit für wässrige Lösungen auf polymere Substrate aufgebracht.Hydrogel coatings are used to improve the biocompatibility of surfaces that are brought into contact with body fluids, particularly blood. Such hydrogel coatings are intended here to reduce the occupancy of the surfaces with cells and protein, which lead to the activation of the body's own defense systems against foreign materials or promote blood clotting. In addition, such hydrogel coatings are applied to polymeric substrates to increase lubricity and improve wettability for aqueous solutions.
Bekannte Beispiele für die hierfür verwendeten Hydrogele sind Polyethylenglykol (PEG) sowie Polyvinylpyrrolidon (PVP), die bereits bei der Herstellung entsprechender medizinischer Produkte in die Matrix der jeweiligen Polymersubstrate eingelagert werden. Vielfach sind jedoch die Polymersubstrate aus Polymeren hergestellt, die in geschmolzener oder gelöster Form mit Hydrogel-bildenden Verbindungen nicht mischbar sind. In diesem Fall werden die Substratoberflächen üblicherweise nachträglich mit Hydrogelen beschichtet.Known examples of the hydrogels used for this purpose are polyethylene glycol (PEG) and polyvinylpyrrolidone (PVP), which are already incorporated in the preparation of corresponding medical products in the matrix of the respective polymer substrates. In many cases, however, the polymer substrates are made of polymers that are immiscible in molten or dissolved form with hydrogel-forming compounds. In this case, the substrate surfaces are usually subsequently coated with hydrogels.
Zur Immobilisierung derartiger Hydrogele an das zu behandelnde Substrat sind verschiedene Verfahren bekannt. Beispielsweise werden kurzwellige elektromagnetische Strahlen, insbesondere Gammastrahlen eingesetzt, um eine Fixierung der Hydrogele zu erzielen. Hierbei werden jedoch im Allgemeinen reaktive Zwischenprodukte in dem Polymersubstrat erzeugt. Ferner können sich die optischen und mechanischen Eigenschaften der Polymersubstrate nachteilig verändern.Various methods are known for immobilizing such hydrogels on the substrate to be treated. For example, short-wave electromagnetic radiation, in particular gamma rays are used to achieve a fixation of the hydrogels. However, this generally produces reactive intermediates in the polymer substrate. Furthermore, the optical and mechanical properties of the polymer substrates may change adversely.
Des Weiteren sind chemische Immobilisierungsverfahren bekannt. Hierbei werden im Allgemeinen wenig reaktive Substratmaterialien durch reaktive Reagenzien, wie beispielswei- se Chlorsulfonsäure aktiviert, um anschließend Hydrogele auf der zu beschichtenden Oberfläche zu binden. Hierbei ergeben sich insbesondere produktionstechnische Probleme mit aggressiven bzw. toxischen Reagenzien. Insbesondere im Fall von Polyvinylpyrrolidon erweist es sich als schwierig, ein entsprechendes Hydrogel auf Polymersubstratoberflächen, beispielsweise Polypropylen (PP) oder Polyvinylchlorid (PVC) zu binden.Furthermore, chemical immobilization methods are known. In general, less reactive substrate materials are formed by reactive reagents, such as Activated se chlorosulfonic acid to subsequently bind hydrogels on the surface to be coated. This results in particular production problems with aggressive or toxic reagents. Especially in the case of polyvinylpyrrolidone, it proves difficult to bind a corresponding hydrogel to polymer substrate surfaces, for example polypropylene (PP) or polyvinyl chloride (PVC).
Des Weiteren können Hydrogelbeschichtungen über Zwischenschichten auf Polymersubstrate gebunden werden. So kann beispielsweise gemäß der Lehre der Druckschrift US 4,585,666 zunächst eine Isocyanatbeschichtung auf der Polymersubstratoberfläche gebildet werden, auf die anschließend Polyvinylpyrrolidon aufgebracht wird. Die PVP-Schicht wird hierbei durch Erhitzen fixiert.Furthermore, hydrogel coatings can be bonded to polymer substrates via interlayers. For example, according to the teaching of document US Pat. No. 4,585,666, an isocyanate coating can first be formed on the polymer substrate surface, onto which polyvinylpyrrolidone is subsequently applied. The PVP layer is fixed by heating.
Des Weiteren sind interpenetrierende Polymernetzwerke (IPN) bekannt, um Polyvinylpyr- rolidon-Hydrogele auf Oberflächen zu binden (vgl. WO 00/02937).Furthermore, interpenetrating polymer networks (IPN) are known in order to bind polyvinylpyrrolidone hydrogels to surfaces (see WO 00/02937).
Die zuvor dargelegten Verfahren sind jedoch aufwendig. Darüber hinaus werden vielfach gesundheitsbedenkliche Stoffe eingesetzt, so dass diese Verfahren mit Nachteilen behaftet sind.The methods set out above, however, are expensive. In addition, harmful substances are often used, so that these methods have disadvantages.
Des Weiteren wird in US 4,589,873 ein Verfahren zum Beschichten von Polymersubstraten mit Hydrogelen beschrieben. Hierbei wird beispielsweise Polyvinylpyrrolidon in Di- methylformamid (DMF) gelöst und auf das Polymersubstrat aufgetragen. Anschließend wird das Lösungsmittel unter Erhitzen verdampft. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass Temperaturen vorzugsweise im Bereich von 150°C bis 250°C liegt. Dies führt zu einem hohen Energieverbrauch, wobei viele Substrate bei diesen Temperatur nicht formstabil sind. Des Weiteren ist die Haftfestigkeit der Hydrogelbeschichtung verbesserungsbedürftig.Furthermore, a method for coating polymer substrates with hydrogels is described in US Pat. No. 4,589,873. In this case, for example, polyvinylpyrrolidone is dissolved in dimethylformamide (DMF) and applied to the polymer substrate. Subsequently, the solvent is evaporated with heating. A disadvantage of this method is that temperatures are preferably in the range of 150 ° C to 250 ° C. This leads to high energy consumption, with many substrates not being dimensionally stable at this temperature. Furthermore, the adhesion of the hydrogel coating is in need of improvement.
Darüber hinaus wird in WO 2004/026356 ein Verfahren zur Immobilisierung von Hydrogelen auf Polymersubstraten beschrieben, bei dem die aufgebrachte Hydrogelschicht mit einem Vitaminstarter und Bestrahlen mit UV-Licht auf Polymeroberflächen fixiert wird. Nachteilig an dieser Methode ist jedoch, dass Hydrogelbeschichtungen auf Oberflächen, die dem UV-Licht nicht zugänglich sind, nicht immobilisiert werden können. Daher ist es schwierig, Beschichtungen an inneren Oberflächen von Schläuchen oder Konnektoren zu bilden.In addition, WO 2004/026356 describes a process for the immobilization of hydrogels on polymer substrates, in which the applied hydrogel layer is fixed on polymer surfaces with a vitamin starter and irradiation with UV light. A disadvantage of this method, however, is that hydrogel coatings can not be immobilized on surfaces which are not accessible to UV light. Therefore, it is difficult to form coatings on inner surfaces of hoses or connectors.
In Anbetracht des Standes der Technik ist es nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Hydrogelbschichtungen auf unzugänglichen Stellen von polymeren Formteiloberflächen zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, O- berflächen mit Hydrogelbeschichtungen zu versehen, die keine gesundheitsbedenklichen Materialien umfassen.In view of the prior art, it is an object of the present invention to provide hydrogel coatings in inaccessible locations of polymeric molding surfaces. Furthermore, it was an object of the present invention to provide O berflächen with hydrogel coatings, which include no harmful materials.
Darüber hinaus war es mithin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Hydrogelbeschichtungen auf Formteilen zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Haftfestigkeit auf den Oberflächen aufweist.Moreover, it was therefore an object of the present invention to provide hydrogel coatings on moldings, which has a high adhesive strength on the surfaces.
Des Weiteren sollten die Hydrogelbeschichtungen kostengünstig und großtechnisch auf Oberflächen erzeugt werden können.Furthermore, the hydrogel coatings should be able to be produced inexpensively and on a large scale on surfaces.
Gelöst werden diese sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch Verfahren zum Beschichten von Oberflächen mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1. Zweckmäßige Abwandlungen der erfindungsgemäßen Verfahren werden in den auf Anspruch 1 bezogenen Ansprüchen unter Schutz gestellt.These and other objects which are not explicitly mentioned, but which are readily derivable or deducible from the contexts discussed hereinbelow, are solved by methods for coating surfaces having all the features of claim 1. Advantageous modifications of the inventive methods are to those claimed in claim 1 Claims under protection.
Hinsichtlich der mit Hydrogelbeschichtungen versehenen Polymersubstrate liefern die Ansprüche 24 und 25 eine Lösung der zugrunde liegenden Aufgabe.With respect to the polymer substrates provided with hydrogel coatings, claims 24 and 25 provide a solution to the underlying problem.
Dadurch, dass das Hydrogel-bildende Polymer durch thermische Behandlung unter Inertgas bei einer Temperatur im Bereich von 50-180°C auf eine Oberfläche immobilisiert wird, gelingt es auf nicht ohne weiteres vorhersehbare Weise Verfahren zum Beschichten von Oberflächen mit Hydrogelen zur Verfügung zu stellen, umfassend die Schritte Aufbringen einer Zusammensetzung, die mindestens ein Hydrogel-bildendes Poymer enthält, auf einer Oberfläche und Bildung einer Hydrogelbeschichtung auf der Oberfläche, mit denen Hydrogelbeschichtungen auch an unzugänglichen Stellen von Oberflächen hergestellt werden können. Zusätzlich lassen sich durch die erfindungsgemäßen Verfahren eine Reihe weiterer Vorteile erzielen. Hierzu gehören u.a.:The fact that the hydrogel-forming polymer is immobilized by thermal treatment under inert gas at a temperature in the range of 50-180 ° C on a surface, it is not readily predictable way to provide methods for coating surfaces with hydrogels, comprising the steps of applying to a surface a composition containing at least one hydrogel-forming polymer and forming on the surface a hydrogel coating capable of producing hydrogel coatings even in inaccessible areas of surfaces. In addition, a number of other advantages can be achieved by the method according to the invention. These include:
Die erfindungsgemäßen Verfahren können leicht und kostengünstig durchgeführt werden.The processes according to the invention can be carried out easily and inexpensively.
Die erfindungsgemäßen Verfahren erzeugen Hydrogelbeschichtungen, ohne dass gesundheitsbedenkliche Substanzen eingesetzt oder gebildet werden müssen.The processes of the invention produce hydrogel coatings without the need to use or form harmful substances.
Erfindungsgemäße Hydrogelbeschichtungen weisen eine hohe Haftfestigkeit auf vielen Substraten auf. Dementsprechend sind diese Beschichtungen auf Oberflächen sehr stabil und setzen keine gesundheitsbedenklichen Materialien frei.Hydrogel coatings according to the invention have a high adhesive strength on many substrates. Accordingly, these coatings are very stable on surfaces and release no harmful materials.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden Oberflächen mit Hydrogelen beschichtet. Hierbei kann jede Oberfläche eines Substrates beschichtet werden, auf dem die erfindungsgemäßen Hydrogelbeschichtungen eine ausreichende Haftfestigkeit aufweisen. Vorzugsweise werden Polymersubstrate beschichtet.According to the method of the present invention, surfaces are coated with hydrogels. In this case, any surface of a substrate can be coated on which the hydrogel coatings according to the invention have sufficient adhesive strength. Preferably, polymer substrates are coated.
Als Polymersubstrate können jegliche, insbesondere in der Medizintechnik üblicherweise verwendete Polymere bzw. Copolymere eingesetzt werden.As polymer substrates, it is possible to use any polymers or copolymers commonly used in particular in medical technology.
Vorzugsweise können die in dem Polymersubstrat enthaltenen Polymere thermoplastisch verarbeitet werden.Preferably, the polymers contained in the polymer substrate can be processed thermoplastically.
Im Allgemeinen weisen derartige Polymere ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts im Bereich von 5.000-1.000.000, bevorzugt 10.000-500.000 g/mol auf.In general, such polymers have a weight average molecular weight in the range of 5,000-1,000,000, preferably 10,000-500,000 g / mole.
Zu diesen Polymeren gehören unter anderem Vinylpolymere, beispielsweise Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyvinylether; Polyolefine, beispielsweise Polyethylen, Polypropylen und Polybutylen; Polycarbonate, Polyurethane, Polyester, Polyamide, Polystyrole, thermoplastische Elastomere und Polysiloxane.These polymers include, but are not limited to, vinyl polymers such as polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl ethers; Polyolefins, for example, polyethylene, polypropylene and polybutylene; Polycarbonates, polyurethanes, polyesters, polyamides, polystyrenes, thermoplastic elastomers and polysiloxanes.
Der Begriff Polyolefine bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung Polymeren, die im Wesentlichen aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Diese werden im Allgemeinen aus α-Olefine, insbesondere Ethylen, Propylen und Butylen, Dienen, beispielsweise Butadien und Isopren, und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Styrol hergestellt. Neben diesen Kohlenwasserstoffen können Polyolefine geringe Mengen, beispielsweise bis zu 10 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 5 Gew.-% und besonders bevorzugt höchstens 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polyolefms, Einheiten aufweisen, die nicht von den zuvor dargelegten Monomeren abgeleitet sind, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen.The term polyolefins in the context of the present invention refers to polymers which consist essentially of carbon and hydrogen. These are generally selected from α-olefins, especially ethylene, propylene and butylene, for example Butadiene and isoprene, and / or aromatic hydrocarbons, for example styrene. In addition to these hydrocarbons, polyolefins may have small amounts, for example up to 10% by weight, preferably at most 5% by weight and more preferably at most 1% by weight, based on the weight of the polyolefin, of units other than those set forth above Monomers are derived, consisting of carbon and hydrogen.
Thermoplastische Elastomere sind in der Fachwelt bekannt. Hierzu gehören unter anderem modifizierte Polyolefin-Elastomere (TPE-O) insbesondere Polypropylen-Elastomere, wie Ethylen/Propylen-Terpolymer / Propylen (PP-EPDM), vernetztes Ethylen/Propylen- Terpolymer / Propylen (PP-X/EPDM), Nitril-Butadien-Kautschuk / Polypropylen (PP- NBR); vernetzte Polyolefin-Elastomere (TPE-V); Elastomere auf Basis von Polyetherester oder Polyesterester (TPE-E), Polyetherurethan-Elastomer und/oder Polyesterurethan- Elastomer (TPE-U); Polyetheramid-Elastomer (TPE-A) und/oder Styrol-Elastomer (TPE- S), insbesondere Styrol-Butadien-Styrol-Copolymere (SBS), Styrol-Ethylen-Butylen- Styrol-Copolymere (SEBS), Styrol-Ethylen-Propylen-Styrol-Copolymere (SEPS), Styrol- Isopren-Styrol-Copolymere (SIS).Thermoplastic elastomers are known in the art. These include modified polyolefin elastomers (TPE-O), in particular polypropylene elastomers such as ethylene / propylene terpolymer / propylene (PP-EPDM), crosslinked ethylene / propylene terpolymer / propylene (PP-X / EPDM), nitrile Butadiene rubber / polypropylene (PP-NBR); crosslinked polyolefin elastomers (TPE-V); Elastomers based on polyetherester or polyesterester (TPE-E), polyetherurethane elastomer and / or polyesterurethane elastomer (TPE-U); Polyetheramide elastomer (TPE-A) and / or styrene elastomer (TPE-S), in particular styrene-butadiene-styrene copolymers (SBS), styrene-ethylene-butylene-styrene copolymers (SEBS), styrene-ethylene-propylene Styrene copolymers (SEPS), styrene-isoprene-styrene copolymers (SIS).
Die zuvor dargestellten Polymere können auch als Gemisch (blends) von zwei oder mehr der zuvor dargelegten Polymere eingesetzt werden. Darüber hinaus können die Substrate auch Copolymere umfassen. Copolymere sind insbesondere Polymere, die zwei, drei oder mehr unterschiedliche Monomereinheiten umfassen, wobei bevorzugte Monomereinheiten von den Monomeren abgeleitet sind, aus denen die zuvor dargestellten Polymere abgeleitet sind.The polymers described above can also be used as a mixture (blends) of two or more of the polymers set forth above. In addition, the substrates may also comprise copolymers. In particular, copolymers are polymers comprising two, three or more different monomer units, with preferred monomer units being derived from the monomers from which the polymers illustrated above are derived.
Zu den bevorzugten Copolymere gehören Polymere, die neben vinylischen Monomeren zusätzlich α-Olefine umfassen, beispielsweise Ethylenvinylacetat-Copolymere. Des Weiteren zählen hierzu Polyolefmcopolymere, beispielsweise Ethylenpropylencopolymere, sowie Copolymere, die Styrol-, Ethylen- und/oder Butylen-Einheiten aufweisen.Preferred copolymers include polymers which in addition to vinylic monomers additionally comprise α-olefins, for example ethylene-vinyl acetate copolymers. Furthermore, these include polyolefin copolymers, for example ethylene-propylene copolymers, and also copolymers which have styrene, ethylene and / or butylene units.
Die zur Herstellung von Polymersubstraten einsetzbaren Homopolymere und Copolymere sowie Verfahren zu deren Herstellung sind unter anderem in Roempp Chemie Lexikon, 10 Auflage sowie Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 5th Ed. auf CD-ROM mit weiteren Hinweisen ausführlich beschrieben. Das zu beschichtende Polymersubstrat kann insbesondere ein medizinisches Produkt oder ein Teil hiervon darstellen. Hierzu gehören insbesondere Dialysatoren, Schläuche und Schlauchsysteme, Katheter, Stents, Urether, Filter, Blutbeutel, Apherese-Sets sowie Kon- nektoren.The homopolymers and copolymers which can be used for the production of polymer substrates and processes for their preparation are described inter alia in Roempp Chemie Lexikon, 10th Edition and Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 5th Ed. detailed on CD-ROM with further information. In particular, the polymer substrate to be coated may be a medical product or a part thereof. These include, in particular, dialyzers, tubes and tube systems, catheters, stents, urethra, filters, blood bags, apheresis sets and connectors.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Zusammensetzung, die mindestens ein Hydrogel-bildendes Polymer enthält auf eine Substratoberfläche aufgebracht. Hierbei kann das Hydrogel-bildende Polymer in Form einer Suspension, Dispersion, Emulsion oder Lösung auf das Substrat aufgebracht werden.According to the present invention, a composition containing at least one hydrogel-forming polymer is applied to a substrate surface. In this case, the hydrogel-forming polymer can be applied to the substrate in the form of a suspension, dispersion, emulsion or solution.
Erfindungsgemäß umfasst die Zusammensetzung mindestens ein Hydrogel-bildendes Polymer. Hydrogele sind in der Fachwelt weithin bekannt und beispielsweise im Roempp Chemielexikon beschrieben. Im Allgemeinen bezeichnet man hierunter Wasser enthaltende Gele auf Basis hydrophiler aber wasserunlöslicher Polymere. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hydrogelbeschichtungen können dementsprechend sämtliche Polymere eingesetzt werden, die zur Bildung dieser Hydrogele eingesetzt werden können. Hierzu gehören insbesondere Polymere auf Basis von Polyalkylenglykol, Polyvinylalkohol, Po- lyethylenimin, Polyvinylamin, Poly(meth)acrylsäuren und/oder Poly(meth)acrylaten. Bevorzugt werden Polymere auf Basis von Polyvinylpyrrolidon, Polyalkylenglykol, Polyvinylalkohol und/oder Polyethylenimin eingesetzt.According to the invention, the composition comprises at least one hydrogel-forming polymer. Hydrogels are well known in the art and described for example in Roempp Chemielexikon. In general, this term refers to water-containing gels based on hydrophilic but water-insoluble polymers. Accordingly, all polymers which can be used to form these hydrogels can be used to prepare the hydrogel coatings according to the invention. These include, in particular, polymers based on polyalkylene glycol, polyvinyl alcohol, polyethyleneimine, polyvinylamine, poly (meth) acrylic acids and / or poly (meth) acrylates. Preference is given to using polymers based on polyvinylpyrrolidone, polyalkylene glycol, polyvinyl alcohol and / or polyethyleneimine.
Besonders bevorzugt werden zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hydrogelbeschich- tung Polymere auf Basis von Polyvinylpyrrolidon verwendet. Vorzugsweise kann das Hydrogel-bildende Polymer mindestens 90 Gew.-% Polyvinylpyrrolidon umfassen, bezogen auf das Gewicht des Hydrogel-bildenden Polymers.Polymers based on polyvinylpyrrolidone are particularly preferably used for the preparation of the hydrogel coating according to the invention. Preferably, the hydrogel-forming polymer may comprise at least 90 weight percent polyvinylpyrrolidone, based on the weight of the hydrogel-forming polymer.
Polymere auf Basis von Polyvinylpyrrolidon schließen Polyvinylpyrroldion, Copolymere umfassend Vinylpyrrolidoneinheiten und Derivate dieser Polymere ein.Polymers based on polyvinylpyrrolidone include polyvinylpyrrolidione, copolymers comprising vinylpyrrolidone units and derivatives of these polymers.
Bevorzugte Copolymere auf Basis von Poylvinylpyrrolidon umfassen wenigstens 50 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 75 Gew.-% Einheiten, die von Vinylpyrrolidon abgeleitet sind. Bevorzugt umfassen diese Polyvinylpyrroldion-Copolymere Einheiten, die von Vinylestern oder Vinylethern abgeleitet sind, bspw. Vinylacetat, Methylvinylether, Ethylvinylether, Butylvinylether und Isobutylvinylether.Preferred copolymers based on polyvinylpyrrolidone comprise at least 50% by weight, more preferably at least 75% by weight, of units derived from vinylpyrrolidone. Preferably, these polyvinylpyrrolidione copolymers include units which derived from vinyl esters or vinyl ethers, for example vinyl acetate, methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, butyl vinyl ether and isobutyl vinyl ether.
Derivate von Polymeren auf Basis von Polyvinylpyrrolidon umfassen Einheiten, die von Polyvinylpyrrolidon bzw. Polyvinylpyrrolidon-Copolymeren abgeleitet sind. Insbesondere können hierbei Derivate eingesetzt werden, die befähigt sind, physiologische Reaktionen zu verändern oder zu modulieren. Die schließt insbesondere Verbindungen ein, welche die Blutgerinnung oder Funktionen des Immunsystems beeinflussen können.Derivatives of polymers based on polyvinylpyrrolidone include units derived from polyvinylpyrrolidone and polyvinylpyrrolidone copolymers, respectively. In particular, it is possible to use derivatives which are capable of modifying or modulating physiological reactions. In particular, this includes compounds which may affect blood clotting or immune system functions.
Als solche Polyvinylpyrrolidonderivate können bspw. Oligosaccharid-substituierte PVP- Polymere und Peptid-substituierte PVP-Polymere angeführt werden. Ein Beispiel hierfür sind PVP-Heparin-Komplexe, wie beispielsweise in US-A-4,239,664 beschrieben, auf die hier explizit Bezug genommen wird.As such polyvinylpyrrolidone derivatives, for example, oligosaccharide-substituted PVP polymers and peptide-substituted PVP polymers can be cited. An example of this is PVP-heparin complexes, as described, for example, in US Pat. No. 4,239,664, to which reference is explicitly made here.
Zu den Derivaten des Polyvinylpyrrolidons gehören weiterhin Polymere, die durch Polymerisation von Vinylpyrrolidonderivaten erhältlich sind. Zu den Vinylpyrrolidonderivaten zählen insbesondere substituierte Vinylpyrrolidon-Monomere, die insbesondere ein oder mehrere Alkylsubstituenten aufweisen. Bevorzugte Alkylsubstituenten können 1 bis 10, besonders bevorzugt 1 bis 6 und ganz besonders bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatome aufweisen. Hierzu gehören insbesondere Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl, n-Butyl und tert.-Butyl-Gruppen. Die Alkylsubstitution kann dabei sowohl an der Seitenkette als auch am Pyrrolidonring vorgesehen sein.The derivatives of polyvinylpyrrolidone further include polymers obtainable by polymerization of Vinylpyrrolidonderivaten. The vinylpyrrolidone derivatives include, in particular, substituted vinylpyrrolidone monomers which have in particular one or more alkyl substituents. Preferred alkyl substituents may have 1 to 10, more preferably 1 to 6, and most preferably 1 to 4 carbon atoms. These include in particular methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl and tert-butyl groups. The alkyl substitution can be provided both on the side chain and on the pyrrolidone ring.
Polymere auf Basis von Polyalkylenglykol umfassen bspw. Polyethylenglykol (PEG), Po- lypropylenglykol und/oder Copolymere, die Ethylenglykol und/oder Propylenglykolein- heiten umfassen. Des Weiteren sind hiervon auch Derivate dieser Polymere erfasst, die befähigt sind, physiologische Reaktionen zu verändern oder zu modulieren. Die schließt insbesondere Verbindungen ein, welche die Blutgerinnung oder Funktionen des Immunsystems beeinflussen können, wie dies zuvor im Hinblick auf PVP dargelegt wurde.Polymers based on polyalkylene glycol include, for example, polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol and / or copolymers comprising ethylene glycol and / or propylene glycol units. Furthermore, it also covers derivatives of these polymers, which are capable of modifying or modulating physiological reactions. In particular, this includes compounds which may affect blood clotting or immune system functions, as set forth above with respect to PVP.
Das Molekulargewicht der Hydrogel-bildenden Polymere kann in weiten Bereichen variieren. Bevorzugt weisen die Hydrogel-bildenden Polymere ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts im Bereich von 1.000-10.000.000 g/mol, besonders bevorzugt 10.000- 1.500.000 und ganz besonders bevorzugt 100000 g/mol bis 1300000 g/mol auf. Die PoIy- dispersität des Hydrogel-bildenden Polymers Mw/Mn liegt vorzugsweise im Bereich von 1-10, besonders bevorzugt 1,5-5, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts Mw sowie das Zahlenmittel des Molekulargewichts Mn kann durch Gelpermeationschromatographie (GPC) bestimmt werden.The molecular weight of the hydrogel-forming polymers can vary widely. Preferably, the hydrogel-forming polymers have a weight average molecular weight in the range of 1,000-10,000,000 g / mol, more preferably 10,000-1,500,000, and most preferably 100,000 g / mol to 13,000,000 g / mol. The poly- Dispersity of the hydrogel-forming polymer Mw / Mn is preferably in the range of 1-10, more preferably 1.5-5, without this being a limitation. The weight average molecular weight Mw and the number average molecular weight Mn can be determined by gel permeation chromatography (GPC).
Polymere auf Basis von Polyvinylpyrrolidon weisen vorzugsweise einen K- Wert von mindestens 15 auf. Bevorzugt liegt der K- Wert im Bereich von 25-150, besonders bevorzugt 90-120. Bevorzugte Polymere auf Basis von Polyvinylpyrrolidon weisen ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 250000 g/mol (K60), 850000 (K80) oder 1000000 (K90) auf. Der K- Wert ist ein Maß für das Molekulargewicht und bspw. in H. Fikentscher, Cellu- lose-Chemie 13 (1932), Seiten 58 bis 64 und 71 bis 74, sowie Roempp Chemielexikon, 10. Auflage beschrieben. Der K- Wert der Polymeren kann bspw. über Startermenge, Temperatur und pH- Wert im Rahmen der Polymerisationsbedingungen eingestellt werden.Polymers based on polyvinylpyrrolidone preferably have a K value of at least 15. Preferably, the K value is in the range of 25-150, more preferably 90-120. Preferred polymers based on polyvinylpyrrolidone have a weight-average molecular weight of 250,000 g / mol (K60), 85,000 (K80) or 1,000,000 (K90). The K value is a measure of the molecular weight and is described, for example, in H. Fikentscher, Cellulose-Chemie 13 (1932), pages 58 to 64 and 71 to 74, and Roempp Chemielexikon, 10th edition. The K value of the polymers can be adjusted, for example, via the amount of initiator, the temperature and the pH within the polymerization conditions.
Die Hydrogel-bildenden Polymere können vielfach kommerziell erhalten werden, wobei deren Herstellung sowie kommerzielle Anbieter vielfach in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 5th Ed. auf CD-ROM dargelegt sind.The hydrogel-forming polymers can be obtained commercially in many cases, their preparation and commercial suppliers being widely used in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 5th Ed. are presented on CD-ROM.
Die in der Hydrogel-bildenden Zusammensetzung eingesetzten Konzentrationen an Hydrogel-bildendem Polymer unterliegt keiner spezifischen Beschränkung. Die Konzentration sollte jedoch hoch genug sein, um eine vollständige Beschichtung der gewünschten Substratoberfläche zu gewährleisten. Die Viskosität der Hydrogel-bildenden Zusammensetzung sollte für das anzuwendende Beschichtungsverfahren entsprechend geeignet sein. Die genaue Konzentration kann hierbei von einem Fachmann entsprechend gewählt werden. Vorzugsweise liegt die Konzentration an Hydrogel-bildendem Polymer im Bereich von 0,5-50 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1-10 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt etwa 1 Gew.-%.The hydrogel-forming polymer concentrations used in the hydrogel-forming composition are not specifically limited. However, the concentration should be high enough to ensure complete coating of the desired substrate surface. The viscosity of the hydrogel-forming composition should be suitable for the coating method to be used. The exact concentration can be chosen accordingly by a person skilled in the art. Preferably, the concentration of hydrogel-forming polymer is in the range of 0.5-50 wt%, more preferably 0.1-10 wt%, and most preferably about 1 wt%.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Zusammensetzung bevorzugt aus 90,0 bis 99,9 Gew.-% Lösungsmittel und 0,1 Gew.-% bis 10,0 Gew.-% Hydrogel-bildendem Polymer bestehen. Bevorzugt liegt die Zusammensetzung in Form einer Lösung vor. Der Begriff Lösung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Zusammensetzung im Wesentlichen eine homogene Phase darstellt, die keine sichtbaren Inhomogenitäten aufweist.According to a particular aspect of the present invention, the composition may preferably consist of 90.0 to 99.9% by weight of solvent and 0.1% by weight to 10.0% by weight of hydrogel-forming polymer. Preferably, the composition is in the form of a solution. The term solution in this context means that the composition is essentially a homogeneous phase that has no visible inhomogeneities.
Als Lösungsmittel, die in der Zusammensetzung enthalten sein können, sind insbesondere Verbindungen bevorzugt, die gesundheitlich unbedenklich sind. Unter einer gesundheitlich unbedenklichen Verbindung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Substanz mit einem LD50 (Ratte) > 500mg/kg, günstiger > 950 mg/kg und besonders bevorzugt > 2.000 mg/kg verstanden. Vorzugsweise ist das Lösungsmittel ein gesundheitlich unbedenklicher Alkohol, insbesondere Ethanol und/oder Isopropanol.As solvents which may be contained in the composition, in particular compounds are preferred which are safe for health. In the context of the present invention, a harmless compound is understood as meaning a substance with an LD50 (rat)> 500 mg / kg, more preferably> 950 mg / kg and particularly preferably> 2,000 mg / kg. Preferably, the solvent is a safe alcohol, especially ethanol and / or isopropanol.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Lösungsmittel vorzugsweise eine Siedetemperatur bei Normaldruck (1 bar) von höchstens 100°C, besonders bevorzugt höchstens 80°C auf.According to a particular aspect of the present invention, the solvent preferably has a boiling point at atmospheric pressure (1 bar) of at most 100 ° C., more preferably at most 80 ° C.
Das Lösungsmittel wird vorzugsweise entsprechend der Substratoberfläche ausgewählt, um eine homogene Verteilung von Hydrogel-bildendem Polymer zu erzielen.The solvent is preferably selected according to the substrate surface to achieve a homogeneous distribution of hydrogel-forming polymer.
Erfindungsgemäß wird eine Zusammensetzung, die mindestens ein Hydrogel-bildendes Polymer umfasst, auf einer Oberfläche aufgebracht. Dies kann durch jedes dem Fachmann bekannte Verfahren erfolgen. Hierzu gehören insbesondere Sprühbeschichtungen, Tauch- beschichtungen, Walzenauftrag und Flutbeschichtungen. Besonders bevorzugt wird die Zusammensetzung durch Tauchbeschichtung auf ein Substrat aufgetragen.According to the invention, a composition comprising at least one hydrogel-forming polymer is applied to a surface. This can be done by any method known to those skilled in the art. These include, in particular, spray coatings, dip coatings, roller application and flood coatings. Particularly preferably, the composition is applied to a substrate by dip coating.
Vorzugsweise wird nach dem Aufbringen der Zusammensetzung die erhaltene, Lösungsmittel umfassende Schicht getrocknet. Vorzugsweise erfolgt die Trocknung unter Verwendung von einem Inertgas-Strom, insbesondere einem Stickstoffstrom. Die Trocknungstemperatur richtet sich hierbei nach der Art des Lösungsmittels, wobei die Trocknung bevorzugt bei Temperaturen im Bereich von 80°C bis 120°C erfolgt.Preferably, after application of the composition, the resulting solvent-containing layer is dried. Preferably, the drying is carried out using an inert gas stream, in particular a nitrogen stream. The drying temperature depends on the nature of the solvent, wherein the drying is preferably carried out at temperatures in the range of 80 ° C to 120 ° C.
Die Immobilisierung des Hydrogel-bildenden Polymers erfolgt erfindungsgemäß durch thermische Behandlung unter Inertgas bei einer Temperatur im Bereich von 50°C bisl80°C, bevorzugt 80 °C bis 150°C und ganz besonders bevorzugt 80°C bis 120°C. Der Ausdruck „Immobilisierung" bedeutet, dass nach dieser Behandlung die Hydrogelbe- schichtung nicht wasserlöslich ist. So kann nach einer Behandlung mit Wasser eine Hydrogelschicht nachgewiesen werden.The immobilization of the hydrogel-forming polymer is carried out according to the invention by thermal treatment under inert gas at a temperature in the range of 50 ° C to 180 ° C, preferably 80 ° C to 150 ° C and most preferably 80 ° C to 120 ° C. The term "immobilization" means that after this treatment, the hydrogel coating is not water-soluble, so that a hydrogel layer can be detected after treatment with water.
Der Nachweis einer Hydrogelschicht kann auf bekannte Weise erfolgen. Beispielsweise nimmt die Reibung von Substraten, die eine Hydrogelbeschichtung aufweisen bei Kontakt mit Wasser ab. Des Weiteren führen einige Hydrogele zu Komplexbildungen, die durch Farbstoffe nachgewiesen werden können.The detection of a hydrogel layer can be carried out in a known manner. For example, the friction of substrates that have a hydrogel coating decreases upon contact with water. Furthermore, some hydrogels lead to complex formation, which can be detected by dyes.
Die thermische Behandlung erfolgt unter Inertgas. Hierfür kann jedes Gas eingesetzt werden, welches keinen nachteiligen Einfluss auf die Immobilisierung des Hydrogel- bildenden Polymers aufweist. Bevorzugt wird als Inertgas ein Edelgas, Stickstoff und/oder Wasserdampf eingesetzt. Vorzugsweise umfasst die Gasatmosphäre bei der Immobilisierungsbehandlung maximal 1 Vol.-%, besonders bevorzugt höchstens 0,5 Vol.-% und ganz besonders bevorzugt höchstens 0,1 Vol.-% Sauerstoff. Bevorzugt wird als Inertgas ein Edelgas, Stickstoff und/oder Wasserdampf eingesetzt. Aus Kostengründen wird vorzugsweise Stickstoff und/oder Wasserdampf eingesetzt. Die Gasatmosphäre umfasst hierbei bevorzugt mindestens 99 Vol.-% Edelgas, Stickstoff und/oder Wasserdampf.The thermal treatment is carried out under inert gas. For this purpose, any gas can be used which has no adverse effect on the immobilization of the hydrogel-forming polymer. An inert gas, nitrogen and / or water vapor is preferably used as the inert gas. Preferably, the gas atmosphere in the immobilization treatment comprises at most 1% by volume, more preferably at most 0.5% by volume and most preferably at most 0.1% by volume of oxygen. An inert gas, nitrogen and / or water vapor is preferably used as the inert gas. For cost reasons, nitrogen and / or steam is preferably used. The gas atmosphere in this case preferably comprises at least 99% by volume of noble gas, nitrogen and / or water vapor.
Die Anwendung von Druck zur Immobilisierung ist an sich nicht notwendig. Vorzugsweise erfolgt die Immobilisierung des Hydrogel-bildenden Polymers bei einem Druck im Bereich von 0,5-3 bar, besonders bevorzugt 0,8-2,5 bar und ganz besonders bevorzugt im Bereich des Normaldrucks (0,95 bar bis 1,05 bar).The application of pressure for immobilization is not necessary in itself. Preferably, the immobilization of the hydrogel-forming polymer is carried out at a pressure in the range of 0.5-3 bar, more preferably 0.8-2.5 bar and most preferably in the range of atmospheric pressure (0.95 bar to 1.05 bar ).
Die Zeitspanne der Immobilisierungsbehandlung unterliegt keiner spezifischen Beschränkung. Im Allgemeinen wird das Immobilisierungsverfahren für eine Zeit angewendet, die ausreichend ist, um eine haftfeste, wasserunlösliche Hydrogelbeschichtung zu erhalten. Die genaue Zeitspanne kann dabei von einem Fachmann entsprechend gewählt werden. Im Allgemeinen liegt diese Zeitspanne im Bereich von 10-60 min, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.The period of immobilization treatment is not specifically limited. In general, the immobilization process is used for a time sufficient to obtain a strong, water-insoluble hydrogel coating. The exact period of time can be selected accordingly by a specialist. In general, this period is in the range of 10-60 min, without this being a restriction.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, nach dem Temperprozeß unter Stickstoff einen Spülvorgang anzuschließen, um nicht immobilisiertes PVP zu extrahieren. Hierdurch werden besonders biokompatible Beschichtungen erhalten, die eine besonders geringe Reibung nach Kontakt mit Wasser aufweisen.It has proved to be advantageous, after the tempering process under nitrogen, to follow a rinsing process in order to extract non-immobilized PVP. As a result, particularly biocompatible coatings are obtained, which have a particularly low friction after contact with water.
Die Dicke der Hydrogelbeschichtung unterliegt keiner besonderen Begrenzung. Vorzugsweise weist die Hydrogelbeschichtung eine Dicke im Bereich von lOμm bis 50μm in gequollenem Zustand auf.The thickness of the hydrogel coating is not particularly limited. The hydrogel coating preferably has a thickness in the range from 10 μm to 50 μm in the swollen state.
Da bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Hydrogelbeschichtung keine gesundheitlich bedenklichen Stoffe eingesetzt oder gebildet werden, setzen bevorzugte Hydrogelbe- schichtungen keine derartigen Stoffe frei. Gesundheitlich bedenkliche Stoffe sind Verbindungen mit einem LD-50 (Ratte) von < 2.000 mg/kg, bevorzugt ≤ 950 mg/kg und ganz besonders bevorzugt < 500 mg/kg. Zu den gesundheitlich bedenklichen Stoffen gehören insbesondere Lösungsmittel wie Dimethylformamid.Since no substances harmful to health are used or formed during the production of the hydrogel coating according to the invention, preferred hydrogel coatings do not release any such substances. Harmful substances are compounds with an LD-50 (rat) of <2,000 mg / kg, preferably ≤ 950 mg / kg and most preferably <500 mg / kg. In particular, solvents such as dimethylformamide are among the substances of health concern.
Nachfolgend wird zur näheren Erläuterung die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen sollHereinafter, the present invention will be described with reference to an embodiment for further explanation, without this being a limitation
Beispielexample
Ein flexibler Kunststoffschlauch mit einer Länge von 20m wird auf eine Trommel aufgewickelt und bei Raumtemperatur mit einer 1 %igen PVP-K90 Lösung unter Drehen der Trommel durchspült, so dass eine vollständige Benetzung der inneren Oberfläche stattfindet. Nach diesem Spülvorgang wird der Schlauch unter weiterem Drehen in einem beheizten Raum gelagert, so dass die beschichteten Flächen trocknen. Anschließend wird ein laminarer Stickstoffstrom bei nahezu Atmosphärendruck durch den Schlauch geleitet. Es wird eine Temperatur von 120°C für eine Dauer von 30 Minuten eingehalten. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, nach dem Temperprozess unter Stickstoff einen Spülvorgang anzuschließen, um nicht immobilisiertes PVP zu extrahieren.A flexible 20m-long plastic tubing is wound on a drum and rinsed at room temperature with a 1% PVP-K90 solution while rotating the drum to complete wetting of the inner surface. After this flushing process, the tubing is stored in a heated room with further rotation so that the coated surfaces dry. Subsequently, a laminar flow of nitrogen is passed through the tube at near atmospheric pressure. It is maintained at a temperature of 120 ° C for a period of 30 minutes. It has proved to be advantageous, after the annealing process under nitrogen, to follow a rinsing process in order to extract non-immobilized PVP.
Zum Nachweis der Beschichtung wird der behandelte Schlauch mit 70°C heißem destilliertem Wasser für 30 min gespült und anschließend mit einer sauren Dragendorff sehen Lösung behandelt. Unter diesen Bedingungen sollten lösliche PVP Anteile aus der Oberflächenschicht eluieren. Eine gleichmäßige Braunfärbung über die gesamte beschichtete Oberfläche weist auf eine vorhandene PVP Schicht hin, die gegenüber dem Spülvorgang mit Isopropanol immobilisiert ist. Der Nachweis mit der Dragendorff sehen Lösung kann auch vor dem Spülvorgang stattfinden. Die auftretende Braunfärbung bleibt dann auch während eines darauf folgenden Spülvorgangs stabil.To demonstrate the coating, the treated tube is rinsed with 70 ° C hot distilled water for 30 min and then treated with an acid Dragendorff see solution. Under these conditions, soluble PVP moieties should elute from the surface layer. Even browning over the entire coated surface indicates an existing PVP layer compared to the rinse cycle immobilized with isopropanol. The proof with the Dragendorff see solution can also take place before the rinsing process. The browning that occurs then remains stable during a subsequent rinsing process.
Weitere Hinweise für die erfolgte Beschichtung liefern rasterelektronenmikroskopische (REM) Aufnahmen. Diese wurden an einer unbehandelten Schlauchinnenfläche (Figur 1 ; ,Referenz unbehandelt'), an einer ungespülten Schlauchinnenfläche mit immobilisierter PVP Schicht (Figur 2; , Schlauch ungespült') und an einer gespülten, sterilisierten Schlauchinnenfläche mit immobilisierter PVP Schicht (Figur 3; , Schlauch gespült') vorgenommen. Die Figur 1 zeigt eine charakteristische Schlauchinnenfläche, die durch das verwendete Polymer und den Extrusionsprozess zustande kommt. Man erkennt auf einer glatten Oberfläche erhabene, voneinander isolierte Spitzen. Die Figuren 2 und 3 zeigen deutlich, das ein ungespülter Schlauch und gespülter Schlauch gegenüber dem unbehandelten Schlauch eine glatte Oberfläche aufweisen. Hiermit ist ein Hinweis darauf gegeben, das die erhabenen Spitzen mit der hinzugekommenen PVP Schicht überschichtet wurden und somit nicht mehr sichtbar sind. Da die Aufnahmen nach dem Spülvorgang angefertigt wurden ist offensichtlich eine Immobilisierung der PVP Schicht belegt. Further indications for the coating are provided by scanning electron micrographs (SEM). These were on an untreated inner tube surface (Figure 1, 'reference untreated'), on an unspulled inner surface of the tube with immobilized PVP layer (Figure 2, 'tube unrinsed') and a rinsed, sterilized inner tube surface with immobilized PVP layer (Figure 3,; rinsed ') made. FIG. 1 shows a characteristic inner surface of the tube, which comes about through the polymer used and the extrusion process. It can be seen on a smooth surface raised, isolated from each other tips. FIGS. 2 and 3 clearly show that an unspulled hose and a flushed hose have a smooth surface compared to the untreated hose. This is an indication that the raised peaks were covered with the added PVP layer and thus are no longer visible. Since the images were taken after the rinsing process, immobilization of the PVP layer is evidently proven.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Beschichten von Oberflächen mit Hydrogelen, umfassend die SchritteA method of coating surfaces with hydrogels comprising the steps
Aufbringen einer Zusammensetzung, die mindestens ein Hydrogel-bildendes Polymer enthält, auf einer Oberfläche undApplying a composition containing at least one hydrogel-forming polymer to a surface and
Bildung einer Hydrogel-Beschichtung auf der Oberfläche,Formation of a hydrogel coating on the surface,
dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel-bildende Polymer durch thermische Behandlung unter Inertgas bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 180°C immobilisiert wird.characterized in that the hydrogel-forming polymer is immobilized by thermal treatment under inert gas at a temperature in the range of 50 to 180 ° C.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung, die mindestens ein Hydrogel-bildendes Polymer enthält, eine Lösung ist.A method according to claim 1, characterized in that the composition containing at least one hydrogel-forming polymer is a solution.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung Lösungsmittel umfasst, die gesundheitlich unbedenklich sind.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the composition comprises solvents which are safe for health.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel E- thanol und/oder Isopropanol ist.4. The method according to claim 3, characterized in that the solvent is ethanol and / or isopropanol.
5. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung mindestens ein Lösungsmittel umfasst, welches bei einer Temperatur von höchstens 100°C bei 1 bar siedet.5. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the composition comprises at least one solvent which boils at a temperature of at most 100 ° C at 1 bar.
6. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung aus 90,0 bis 99,9 Gew.-% Lösungsmittel und 0,1 Gew.-% bis 10,0 Gew.-% Hydrogel-bildendem Polymer besteht.6. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the composition consists of 90.0 to 99.9 wt .-% solvent and 0.1 wt .-% to 10.0 wt .-% hydrogel-forming polymer ,
7. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung durch Tauchbeschichtung auf die Oberfläche aufgebracht wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the composition is applied by dip coating on the surface.
8. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eines Polymersubstrats beschichtet wird.8. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the surface of a polymer substrate is coated.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymersubstrat thermoplastisch verarbeitbare Polymere umfasst.9. The method according to claim 8, characterized in that the polymer substrate comprises thermoplastically processable polymers.
10. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel-bildende Polymer ein massengemitteltes Molekulargewicht im Bereich von 100000 bis 1300000 g/mol aufweist.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the hydrogel-forming polymer has a weight average molecular weight in the range of 100000 to 1300000 g / mol.
11. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel-bildende Polymer mindestens ein Polymer auf Basis von Polyvinylpyrrolidon umfasst.11. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the hydrogel-forming polymer comprises at least one polymer based on polyvinylpyrrolidone.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel-bildende Polymer mindestens 90 Gew.-% Polyvinylpyrrolidon umfasst, bezogen auf das Gewicht des Hydrogel-bildenden Polymers.12. The method according to claim 11, characterized in that the hydrogel-forming polymer comprises at least 90 wt .-% polyvinylpyrrolidone, based on the weight of the hydrogel-forming polymer.
13. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen der Zusammensetzung, die mindestens ein Hydrogel-bildendes Polymer enthält, auf der Oberfläche eine Trocknung erfolgt.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that after the application of the composition containing at least one hydrogel-forming polymer, drying takes place on the surface.
14. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas höchstens 1 Vol.-% Sauerstoff umfasst.14. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the inert gas comprises at most 1 vol .-% oxygen.
15. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas mindestens 99 Vol.-% Edelgas, Stickstoff und/oder Wasserdampf umfasst.15. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the inert gas comprises at least 99 vol .-% noble gas, nitrogen and / or water vapor.
16. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Immobilisierung des Hydrogel-bildenden Polymers bei einer Temperatur im Bereich von 80 bis 1500C erfolgt. 16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the immobilization of the hydrogel-forming polymer takes place at a temperature in the range of 80 to 150 0 C.
17. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Immobilisierung des Hydrogel-bildenden Polymers über eine Zeitspanne von 10 bis 60 Minuten durchgeführt wird.17. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the immobilization of the hydrogel-forming polymer is carried out over a period of 10 to 60 minutes.
18. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eines Filters, Schlauchsystems, Blutbeutels, Aphe- rese-Sets und/oder Katheters beschichtet wird.18. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface of a filter, tube system, blood bag, apheresis sets and / or catheter is coated.
19. Polymersubstrat, dessen Oberfläche mindestens teilweise eine Hydrogel- Beschichtung umfasst, die nach einem Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18 erhältlich ist.19. A polymer substrate whose surface at least partially comprises a hydrogel coating which is obtainable by a process according to any one of claims 1 to 18.
20. Polymersubstrat gemäß Anspruch 19, dessen Oberfläche mindestens teilweise eine Hydrogel-Beschichtung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrogel- Beschichtung keine gesundheitlich bedenklichen Stoffe freisetzt.20. Polymer substrate according to claim 19, the surface of which at least partially comprises a hydrogel coating, characterized in that the hydrogel coating does not release harmful substances.
21. Medizinisches Produkt umfassend mindestens ein Polymersubstrat gemäß mindestens einem der Ansprüche 19 bis 20. 21. A medical product comprising at least one polymer substrate according to any one of claims 19 to 20.
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