WO2019008192A1 - Bioresorbierbare oberflächenbeschichtung zur degradationsverzögerung - Google Patents

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acid
electrolyte
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    • A61L2420/02—Methods for coating medical devices

Definitions

  • the present invention relates to a biodegradable surface coating for inhibiting arrosion / corrosion or degradation of solid materials for medical applications and their integration into cell assemblies.
  • the anti-proliferative substances used for this purpose are cytotoxic and may themselves cause unwanted tissue reactions, such as neoartheriosclerosis.
  • Another disadvantage of the known polymer coatings is that in order to maintain the full area of the coating and its integrity, a layer structure is required which has a certain minimum thickness, which is between 5 and 150 ⁇ . It also leads to surface irregularities, which in turn can lead to an increased adhesion of platelets and to a proliferation increase of adherent cells. It has been shown that with thin polymer coatings coating gaps remain, so that coating thicknesses must be selected, which are generally more than 10 ⁇ . Together with the resulting surface roughness this in turn leads to a deterioration of the applicability of vascular implants.
  • Medical implants are also made of metal alloys or polymers that are partially or completely degraded at the site of implantation over time. It has been found that a delay of the degradation is advantageous in a large number of applications. This applies, for example, to magnesium-based stents in which, without inhibition of degradation, after only a few days loss of support function occurs due to fractures of individual arroded struts. Therefore, hydrophobic alloys as well as degradable polymer coatings have been proposed, thereby extending the time to instability of such a stent. However, it has been shown that the achievable time delay of the degradation is not sufficient and such coated stents are very difficult to demonstrate in a vessel. Furthermore, an increased frequency of thrombosis formation has been reported. Therefore, there is a great need for a surface coating with improved corrosion protection at the same time low layer thickness, which does not require activation of inflammatory processes.
  • a surface coating of medical implants may be desirable if, for example, improved wound healing can be achieved or the biocompatibility can be improved or the implant can or must also be protected against degradation and corrosive changes. Furthermore, surface coatings are used to release drugs locally. According to the state of the art, different coating systems for medical technology are used for these different tasks
  • hydrophilic degradation products can be layers containing water by diffusive Processes that are driven by an electrical gradient or a diffusion gradient penetrate, thereby entering an adjacent water phase.
  • water permeability is or can be reduced to a relevant extent.
  • hydrophilic compounds are used to ensure high biocompatibility and degradability of the coating substances.
  • polymeric coatings are therefore predominantly hydrophilic and absorb water.
  • Another problem is to prevent passage of water and degradation products through surface coating without causing activation of clotting factors or adherent cells and / or having high long-term stability and / or eliminated by a diffusive dissolution and dissolution process ie without a monocytic degradation, can be metabolized by attaching cells or eliminated via a lymphatic transport system.
  • the object of the invention is to provide a surface coating which on the one hand is biocompatible, biodegradable and flexible, and on the other hand impermeable to water.
  • another object is to provide a surface coating with which medical products can be provided with very low layer thicknesses and is also biocompatible, biodegradable, flexible and impermeable to water.
  • the object of such a coating is that it delays or prevents arrosion / corrosion and / or degradation of the coated material.
  • the present object is achieved by providing a surface coating comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating is made anhydrous.
  • the present invention relates to the provision of a surface coating for medical devices, in particular blood-contacting medical devices, comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating is made anhydrous.
  • One embodiment of the present invention relates to a surface coating comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating is anhydrous.
  • Another aspect of the present invention is a medical product coated with a surface coating according to the invention.
  • An embodiment of the invention is directed to a medical product having a surface coating comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating is applied anhydrous. It has been shown that an effective delay or inhibition of corrosion / corrosion or degradation processes of the coated materials, in particular by efficient isolation of the material against penetration of water molecules and / or ions, is determined. It was found that, especially in an aqueous medium with dissolved electrolytes, such an efficient insulation, which also requires electrical insulation and is characterized by the electrical surface resistance, is suitable for this purpose.
  • Isolating or “isolation” as used herein means that mass transfer in both directions is not possible for a given time interval.
  • the term “insulating” or “isolation” includes the penetration of water molecules and / or ions, i. the reduction of the permeability of water molecules and / or ions or the complete impermeability of water molecules and / or ions.
  • the term may include electrical isolation.
  • a reduction or complete elimination of water permeability may be recognized by a delay / inhibition of corrosion / corrosion of water-erodible or corrodible materials such as iron or magnesium. Therefore, the extent of the corrosion / corrosion delay can be used to quantify the water impermeability.
  • the reduction in water impermeability as referred to herein is at least> 90%, more preferably> 95%, and more preferably> 98 ° to an uncoated surface upon incorporation of the material in an aqueous medium such as physiological solutions such as PBS or NaCl the duration of at least 4 weeks.
  • Electrode isolation means the reduction or complete elimination of galvanic voltage or current flow.
  • Reduction is when the galvanic voltage or current flow is at least 95%, more preferably 98% - calculated the difference between coated and uncoated metallic surface - is reduced.
  • the electrical insulation can be characterized by the surface electrical resistance.
  • the contact of cells with a foreign material causes an immunological reaction that has a proinflammatory effect.
  • an immunological reaction that has a proinflammatory effect.
  • a tissue trauma As a tissue trauma was triggered, there is a synergistic amplification of the immunological reaction.
  • a pH shift or a high ion concentration or a shift in the osmolality of the tissue fluid surrounding the implant cause a potentiation of the immunological reaction.
  • compounds are released that cause one or more of the aforementioned local effects, eg. By the release of hydrogen ions or lactic acid.
  • Such an immunological reaction does not occur, or only to a minor extent, if there is no inflammatory reaction in the tissue section in which the foreign material decomposes.
  • the electrostatically bound nitrile fatty acids due to their strong hydrophobicity, exhibit a significantly lower detachment behavior of surfaces when stored in an aqueous medium compared to the non-nitrated corresponding fatty acids, there is no long-term stability in an aqueous medium. This can lead, in particular in the case of degradable materials, in which coating with nitrofatty acids is not sufficiently long, to the fact that proinflammatory processes occur due to an already occurring degradation, which then nevertheless leads to undesired tissue reactions.
  • a biocompatible and biodegradable surface coating for medical or medical grade solid materials can be provided to reduce or inhibit the immunostimulatory / proinflammatory and / or proliferative stimulus of the material surface of the solid material over a period of time that is physiologic healing / healing of concomitant / underlying injury / trauma to the tissue association in which the solid material resides goes beyond.
  • an immunological reaction of the tissue or body fluid adjacent to a medical or medical material coated according to the present invention which exceeds a physiological response can be prevented.
  • Another embodiment of the present invention is a surface coating for corrosion and / or degradation delay, comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating is made anhydrous.
  • a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for corrosion and / or degradation retardation of solid materials comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating is made anhydrous.
  • the surface coating is biodegradable and insulating and / or self-healing.
  • the surface coatings of the invention preferably have a water contact angle of> 80 ° or> 80 °, more preferably> 90 ° or> 90 °, more preferably> 100 ° or> 100 °, more preferably> 1 10 ° or> 1 10 °, more preferably > 120 ° or> 120 °, more preferably> 130 ° or> 130 °, more preferably> 140 ° or> 140 °, even more preferably> 150 ° or> 150 °,> 160 ° or> 160 ° and most preferably> 170 ° or> 170 °.
  • Water contact angle is usually measured at a standard pressure of 1, 013 bar and standard temperature of 25 ° C.
  • Another aspect of the present invention is an anhydrous composition for corrosion and / or degradation retardation comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte for use in medicine in the form of a coating.
  • anhydrous corrosion and / or degradation retardant composition comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte for use in the treatment of arteries, in particular arterial stenoses, in the form of a coating.
  • One measure of the permeability of a barrier layer by water molecules is, inter alia, the ion conductivity / electron conductivity, or the electrical resistance of such a coating, which is also referred to below as insulation resistance or surface resistance. Therefore, the completeness of the insulation achieved by a coating was determined by determining the ionic conductivity of a coated metallic substrate in an electrolyte bath (0.9% NaCl and 0.5% NaSO 4 ).
  • An indirect indication of penetration of water molecules through a barrier, or corrosion / erosion may be leakage of ions or degradation products (eg, hydrogen ions) from the coated material into an aqueous medium into which the coated materials to verify long-term stability be inserted.
  • the change in the electrical conductivity of the aqueous medium in which the substrates are inserted can be used as a summation measurement parameter.
  • polyelectrolytes are suitable for surface coating since, when dissolved in an aqueous medium, they can be applied very easily to surfaces having an opposite charge with a high resistance when used together with them Be brought in contact.
  • the aqueous polyelectrolyte systems known from the prior art are of low or medium viscosity, so that they can nevertheless be detached from surfaces in an aqueous medium by a shear flow. Therefore, according to the prior art, multiple layers of coating are applied with polyelectrolytes which are applied in alternating sequence with opposite signs of their charge groups. Such coatings can not be prepared anhydrous, so they do not prevent degradation of the substrate they cover.
  • the substances previously used for the coating have a high water solubility and at the same time are not soluble in organic solvents, at least alone. Furthermore, the said substances already contain water because of their high water affinity. Furthermore, the said substances are viscous in pure form and therefore unsuitable for a thin application.
  • biocompatible compounds known for a prior art surface coating are applied in the form of aqueous solutions.
  • coating substances that were dissolved in an aqueous system it has been shown that even a short water exposure is sufficient to initiate superficial degradation in degradable materials / implants.
  • the z. B. leads to the formation of free ions or hydroxides, even after drying, with production of an anhydrous surface, corrosion / degradation even after application of a largely water-impermeable layer, it comes in these areas significantly earlier and faster to further corrosion / erosion, as is the case with coated surfaces where there is no such surface activation by water contact.
  • nitro group-bearing carboxylic acids can be used for the surface coating of medical materials / implants.
  • nitro-group-bearing fatty acids nitrofatty acids
  • fatty acids can be deposited from an organic solvent phase on surfaces.
  • very thin layers e.g. in the form of monolayers. In this case, closed layers which have a marked surface hydrophobicity with a water contact angle of 60 ° to 90 ° can be produced.
  • single- or multi-layer coatings with fatty acids are not sufficient to prevent the passage of water molecules through such a coating with fatty acids.
  • the surface coating according to the invention is therefore preferably biodegradable.
  • a preferred embodiment of the present invention is therefore directed to a surface coating comprising at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating is prepared anhydrous and bioresorbable.
  • Another aspect of the present invention is directed to a method of making surface coatings comprising the following steps:
  • Preference is given to a method for suppressing the release of proinflammatory and proliferation-promoting corrosion / corrosion products from medical implants.
  • Preferred is a method of providing reservoir formation in a coating composition with carboxylic acids / nitrocarboxylic acids which enable cell homing to surfaces of medical implants and wound care materials coated therewith.
  • Preferred is a method in which by a degradation delay of a medical device, which is surrounded by a body fluid or at least in an area adjacent to such and / or by a Degradation delay of the coating with carboxylic acids / nitrocarboxylic acids, a proliferation of fibroblasts, endothelial cells, epithelial cells or leukocytes is reduced or prevented.
  • a surface coating is preferred for reducing or avoiding restenosis and / or thrombosis after implantation of a vascular implant.
  • a preferred embodiment is directed to a surface coating according to the invention, wherein the surface coating comprises a carboxylic acid layer comprising the at least one carboxylic acid and an electrolyte layer comprising the at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising the at least one hydrophobic cationic electrolyte and / or the at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating is made anhydrous.
  • a further preferred embodiment is directed to a surface coating according to the invention, the surface coating comprising a carboxylic acid layer comprising the at least one carboxylic acid and an electrolyte layer comprising the at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising the at least one hydrophobic cationic electrolyte and / or or the at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating is made anhydrous, wherein the carboxylic acid layer is on the electrolyte layer.
  • the surface of the solid material from step a) is preferably wetted with at least one hydrophobic cationic electrolyte or at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte ,
  • a process according to the invention with a step c) drying of the surface after step b) is preferred.
  • Preference is furthermore given to a process according to the invention comprising a step d) water-free wetting of the surface from step c) with at least one carboxylic acid.
  • a method according to the invention preferably contains step e) rinsing and drying of the surface from step d). In order to remove solvents, they are dried in step c). In particular, it is meant that an organic solvent is completely removed from the coating. Drying may be at elevated or reduced temperatures.
  • Another aspect of the present invention is directed to a method of making surface coatings, comprising the following steps:
  • step b) waterless wetting of the surface of the solid material from step a) with at least one hydrophobic cationic electrolyte or at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte,
  • step d) waterless wetting of the surface from step c) with at least one carboxylic acid
  • a preferred embodiment of the present invention relates to a process for producing a surface coating, comprising the following steps: a) providing a solid material having a cleaned and / or hydrophobicized material surface,
  • step b) waterless wetting of the surface of the solid material from step a) with at least one hydrophobic cationic electrolyte or at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte,
  • step d) waterless wetting of the surface from step c) with at least one carboxylic acid
  • a preferred embodiment of the present invention relates to a process for producing a surface coating comprising the following steps: a) providing a solid material having a cleaned and / or hydrophobicized material surface, b) waterless wetting of the surface of the solid material with at least one hydrophobic cationic electrolyte or at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte,
  • the processes according to the invention are preferably directed to processes for producing a hydrophobic, biodegradable, biocompatible and insulating surface coating, in particular preferably for corrosion and / or degradation delay of solid materials. It is therefore preferred if in step f) a biodegradable, biocompatible surface coating with hydrophobic surface properties is obtained.
  • Another aspect of the present invention is directed to a process for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for corrosion and / or degradation retardation of solid materials.
  • Another aspect of the present invention is directed to a process for producing surface coating for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for corrosion and / or degradation retardation of solid materials comprising the following steps:
  • a layer comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte or at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least A hydrophobic cationic polyelectrolyte will hereinafter be referred to as "electrolyte layer.”
  • electrolyte layer A layer comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte or at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least A hydrophobic cationic polyelectrolyte will hereinafter be referred to as "electrolyte layer.”
  • Polyelectrolytelayer refers to a layer comprising at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte.
  • Another aspect of the present invention is directed to a surface coating obtainable or obtained by a process according to the invention.
  • a hydrophobic, biocompatible, biodegradable and / or insulating surface coating is preferred.
  • One embodiment of the present invention is directed to a surface coating obtainable or obtained by a process for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for corrosion and / or degradation retardation of solid materials comprising the following steps:
  • step a) a solid material comprising a cleaned and / or hydrophobized material surface is preferably provided.
  • Another aspect of the present invention is a medical product having a surface coating obtainable or obtained by a method of the invention. It is preferably a hydrophobic, biodegradable, biocompatible and insulating surface coating.
  • Hydrophilic cationic polyelectrolytes are widely used in the prior art, for example as flocculants in water treatment or as stabilizers in suspensions of aqueous media.
  • hydrophobic cationic electrolytes are less common. They are for example in Building material systems, such as used in cement. Positive charge groups are provided predominantly by quaternized nitrogen compounds. But other charge carriers are suitable, such as imines, azanes, triazanes, tetrazanes, nitrones.
  • DE10124387A1 discloses methods with which hydrophilic cationic polyelectrolytes can be hydrophobically functionalized.
  • a prerequisite for achieving an anti-erosion / corrosion-resistant coating and insulating the coated material according to the coating methods of the present invention is that a cationic electrolyte or polyelectrolyte of an anhydrous phase and high adhesion force is deposited on a material surface. Since a covalent combination of the compounds to be used for the surface coating is not desired in order to allow good biodegradability and to ensure the lowest possible requirement for the involvement of cellular degradation processes, it is also the object of the invention to provide an insulating layer structure by hydrophobic attraction forces this stability offers.
  • hydrophobic cationic polyelectrolytes can be applied anhydrously on surfaces of different materials to a closed film.
  • the preferably physiosorptively applied hydrophobic cationic polyelectrolytes have a high binding stability and virtually do not dissolve in an aqueous medium.
  • a multilayer structure of hydrophobic cationic polyelectrolytes also failed to achieve electrical isolation of the coated material so that water molecules could pass through a coating of hydrophobic cationic polyelectrolytes and result in corrosion / corrosion of the coated material. Therefore, hydrophobic cationic polyelectrolytes having different ratios of charge-carrying linkage moieties and carbon chain lengths were investigated. It was found that as the charge groups decreased and / or the carbon chain lengths increased, as well as the degree of branching, although hydrophobicity increased, isolation of a surface coated therewith could not be ensured.
  • an electrical insulation could be achieved by applying a self-assembling layer of fatty acids from an anhydrous mixed solution to an electrolyte layer applied anhydrous. It has also been found that electrical insulation is not achieved when coating with the same or similar compounds, but using a mixed solution containing water. This applies to both the application of the electrolyte layer (hydrophobic cationic electrolytes and / or hydrophobic cationic polyelectrolytes), as well as for the application of the carboxylic acids.
  • Preferred is a method according to the invention described herein for producing a biodegradable surface coating for inhibiting / delaying erosion / corrosion or degradation of solid materials comprising a single- or multi-layered construction comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte and a carboxylic acid, carried out by means of an anhydrous application.
  • the surface layer preferably consists of a layer containing at least one hydrophobic cationic electrolyte or at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte and also at least one carboxylic acid.
  • a preferred embodiment of the present invention is a process for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for corrosion and / or degradation retardation of solid materials comprising the following steps:
  • a single-layer or multi-layered layer structure consists of at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte and the at least one carboxylic acid, and wherein the layer application takes place in each case anhydrous.
  • a surface coating for inhibiting / delaying erosion / corrosion or degradation of solid materials is obtainable or obtained by a method of the invention described herein, wherein a single or multi-layered layer structure of at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte and a carboxylic acid by means of an anhydrous application, preferably.
  • the surface coating comprises or consists of at least one carboxylic acid for the corrosion and / or degradation delay of solid materials; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein a single- or multi-layered layer structure consists of a layer comprising or consisting of the at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte and a layer comprising or consisting of the at least one carboxylic acid, and wherein the layer application is carried out in each case anhydrous.
  • liquid carboxylic acids of different chain lengths could be applied directly by known methods, such as the micropipetting method or a spray-coating, which also has a surface hydrophobicity with water contact angles of>of> 80 ° or> 80 °, more preferably> 90 ° or> 90 °, more preferably> 100 ° or> 100 °, more preferably> 1 10 ° or> 1 10 °, more preferably> 120 ° or> 120 °, further preferably> 130 ° or> 130 °, more preferably> 140 ° or> 140 °, even more preferably> 150 ° or> 150 °,> 160 ° or> 160 ° and most preferably> 170 ° or> 170 ° , Even such applied carboxylic acid compounds could be removed in part by rinsing with an ethanolic solution again.
  • a high occupancy rate (per unit area) and occupancy stability of carboxylic acids could be achieved by depositing fatty acids having a chain length of> 5 onto anhydrous hydrophobic cationic polyelectrolyte layers using organic solvents using an anhydrous surface coating process become.
  • Occupancy stability is reported as a time-dependent release of carboxylic acids when placed in an aqueous medium at a temperature of 37 ° C. Those skilled in the art will appreciate that occupancy stability is considered relative to other coatings.
  • the process for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for corrosion and / or degradation retardation of solid materials comprises the following steps:
  • the completeness of the coverage could be determined by an increase in the surface hydrophobicity, which was determined, for example, by water contact angle measurements and the electrical resistance of the surface coating.
  • the measurable surface hydrophobicity did not increase further from a chain length of saturated and unbranched carboxylic acids of 14, at the same time the achievable surface resistance increased with increasing chain length and degree of branching and the proportion of unsaturated carboxylic acids with unsaturated double bond in ice. Configuration.
  • Surface coatings prepared according to the invention have water contact angles of> 80 ° or> 80 °, more preferably> 90 ° or> 90 °, more preferably> 100 ° or> 100 °, more preferably> 1 10 ° or> 1 10 °, more preferably> 120 ° or> 120 °, more preferably> 130 ° or> 130 °, more preferably> 140 ° or> 140 °, even more preferably> 150 ° or> 150 °,> 160 ° or> 160 ° and most preferably> 170 ° or> 170 °.
  • a 3-layer construction more preferably a 2-layer structure and more preferably a l-layer structure. If the most complete and long-lasting degradation delay and electrical insulation are in the foreground of the application, it may be advantageous to ensure the highest possible layer structure, which is achieved by a multi-layer coating order. Therefore, in such an application, preferably a 4-ply, more preferably a 6-ply, more preferably an 8-ply, and still further preferably to form a 10-layer layer structure.
  • the number of layers is not limited, so even more layers can be applied.
  • a coating according to the invention improves the degradation stability in several respects: on the one hand, the binding of carboxylic acids and in particular of nitro fatty acids to the surface of the coating is markedly increased, and thus the time to detachment, which leads to a change in physics chemical (loss of hydrophobicity) and biological properties leads to significantly prolonged occupancy of the carboxylic acid on a native material surface.
  • the coating accomplishes a significant delay in exposing the native material surface to an aqueous medium or biological system / organism. Consequently, this also significantly delays potential corrosion / corrosion of the material surface. However, the biological reaction to the material surface and / or the corrosion / corrosion product is also delayed.
  • the degradation processes which are usually initiated or maintained by contact with water, are delayed and the function of the coated material, which as a rule has mechanical tasks, is maintained over a relatively long period of time. Therefore, a degradation stability increase in various fields is desired and usable.
  • Preferred is a process for producing a biodegradable surface coating for inhibiting / delaying erosion / corrosion or degradation of solid materials, wherein a single or multi-layered layer structure of a hydrophobic cationic polyelectrolyte and a carboxylic acid preferably contains at least one nitrofatty acid or a mixture comprising or consisting of at least nitrofatty acids and at least one non-nitrated fatty acids by means of an anhydrous application takes place.
  • the at least one carboxylic acid is preferably a fatty acid, more preferably a nitrated carboxylic acid, and most preferably a nitrated carboxylic acid wherein the carboxylic acids have a carbon chain length of 6 to 24 from 8 to 22, more preferably from 10 to 20, more preferably from 12 to 20, and most preferably from 14 to 18.
  • the process for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for corrosion and / or degradation retardation of solid materials comprises the following steps:
  • the process for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for corrosion and / or degradation delay of solid materials comprises the following steps:
  • the method for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for the corrosion and / or degradation delay of solid materials comprises the following steps:
  • step d) water-free wetting of the surface with at least one carboxylic acid, wherein the carboxylic acids in step d) are mixtures of nitrated and non-nitrated fatty acids having a carbon chain length of 6 to 24,
  • the method for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for corrosion and / or degradation retardation of solid materials comprises the following steps:
  • carboxylic acid is a nitrofatty acid or a mixture comprising or consisting of at least one nitrofatty acid and at least one non-nitrated fatty acid, wherein the fatty acid has a carbon chain length of 6 to 24 having,
  • the prevention / delaying of erosion / corrosion or degradation of solid materials according to the invention can be produced by a respective simple and preferably monolayer coating with a hydrophobic cationic electrolyte layer and a fatty acid according to the invention, which have each been applied anhydrous.
  • a layer structure has a layer thickness which is ⁇ 50 ⁇ m, more preferably ⁇ 10 ⁇ m, more preferably ⁇ 1 ⁇ m, even more preferably ⁇ 50 nm and most preferably ⁇ 20 nm is.
  • a multi-layered layer structure with a hydrophobic cationic electrolyte in combination with one of the fatty acids according to the invention further increases the insulation resistance. Therefore, a multi-layered layer structure with a hydrophobic cationic polyelectrolyte is a preferred method.
  • a final coating with at least one nitrofatty acid or a mixture comprising or consisting of at least one nitrofatty acid and at least one non-nitrated fatty acid which has been applied anhydrous is particularly preferred.
  • the final coating comprises or consists of at least one nitrofatty acid which has been applied anhydrous.
  • the finished surface coating according to the invention preferably has a total height of its layer structure, which is between 5 nm and 50 ⁇ , more preferably between 10nm and 45 ⁇ , more preferably between 10nm and 40 ⁇ , 10nm and 35 ⁇ , more preferably between 10nm and 30 ⁇ , more preferably between 10nm and 25 ⁇ , more preferably between 15nm and 20 ⁇ , even more preferably between 15nm and 15 ⁇ and more preferably between 20nm and 10 ⁇ .
  • Cationic polyelectrolytes have extensive documentation on cytotoxic effects (Kafil V, Omidi Y. Cytotoxic Impacts of Linear and Branched Polyethyleneimines Nanostructures in A431 Cells Biolmpacts: Bl. 201 1; 1 (1): 23-30).
  • the cytotoxicity increases, for example, with the degree of branching of polyethyleneimine.
  • a surface coating according to the invention described herein is also obtainable or obtainable by a process according to the invention described here which prevents or delays the erosion / corrosion or degradation of solid materials and is also suitable for preventing cytotoxic effects in the event of a degradation of the coating.
  • templates which had been stored in an aqueous medium over the same period of time and had no coating were completely or partially dissolved, and those which had been coated only with a hydrophobic cationic polyelectrolyte showed significant substance defects or had a partial dissolution (magnesium alloy). on.
  • the surfaces coated according to the invention retained their hydrophobic surface properties unchanged over a period of at least 3 weeks during which they were placed in an aqueous solution at 37 ° C., recognizable by the fact that the water contact angle did not fall more than 10 ° with respect to the initial measurement.
  • a preferred embodiment of the underlying invention is directed to a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for corrosion and / or degradation retardation of solid materials comprising the following steps:
  • a single- or multi-layered layer structure of at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte and a final coating with nitrofatty acid or a mixture of nitrofatty acids and non-nitrated fatty acids by means a water-free application takes place, whereby a water-resistant heatnhydrophobleiter with a water contact angle of> 80 ° or> 80 °, more preferably> 90 ° or> 90 °, more preferably> 100 ° or> 100 °, more preferably> 1 10 ° or> 1 10 °, more preferably> 120 ° or> 120 °, more preferably> 130 ° or> 130 °, more preferably> 140 ° or> 140 °, even more preferably> 150 ° or> 150 °,> 160 ° or> 160 ° and most preferably> 1
  • a preferred embodiment of the present invention is a surface coating for corrosion and / or degradation retardation of solid materials comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein a single or multilayered layer structure of at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte and a final coating with nitrofatty acid or a mixture of nitrofatty acids and non-nitrated fatty acids by means of an anhydrous application, wherein the surface coating is water resistant and a water contact angle of> 80 ° or> 80 °, more preferably > 90 ° or> 90 °, more
  • coatings prepared according to the invention anhydrous it was found that degradation starts at the earliest after 4 weeks under the selected experimental conditions.
  • surface hydrophobicity achieved was comparable (water contact angle> 90 °)
  • the electrical isolation achieved was 2-3 orders of magnitude less when the coatings were coated with hydrophilic cationic polyelectrolytes and under non-anhydrous conditions.
  • the solid materials provided in step a) preferably have a purified or hydrophobized or a cleaned and hydrophobized material surface.
  • a preferred embodiment of the present invention is a process for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for corrosion and / or degradation retardation of solid materials comprising the following steps:
  • the result summary showed that achieving a surface hydrophobicity with a water contact angle of> 80 ° or> 80 °, more preferably> 90 ° or> 90 °, more preferably> 100 ° or> 100 °, more preferably> 1 10 ° or> 1 10 °, more preferably> 120 ° or> 120 °, more preferably> 130 ° or> 130 °, more preferably> 140 ° or> 140 °, even more preferably> 150 ° or> 150 °,> 160 ° or> 160 ° and most preferably> 170 ° or> 170 ° and an electrical insulation resistance of> 200 ohms / cm 2 , preferably of> 300 ohms / cm 2 , more preferably of> 400 ohms / cm 2 , more preferably of> 500 ohms / cm 2, and most preferably> 1, 000 ohms / cm 2. by the coating structure according to the invention reliably prevents corrosion / erosion of the coated material.
  • surface coating for corrosion and / or degradation delay of solid materials comprising or consisting of at least one carboxylic acid and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating is prepared anhydrous, and wherein a surface hydrophobicity with a water contact angle of> 90 ° and electrical insulation resistance of 500 ohms / cm 2 is achieved.
  • nitrated fatty acids by means of an anhydrous application, whereby a surface hydrophobicity with a water contact angle of> 80, more preferably of> 90 °, preferably of> 100 °, more preferably of> 1 10 ° C and most preferably of> 120 ° and electrical insulation resistance > 200 ohms / cm 2 , preferably> 300 ohms / cm 2 , more preferably> 400 ohms / cm 2 , more preferably> 500 ohms / cm 2 and most preferably> 1000 ohms / cm 2 .
  • a surface coating for corrosion and degradation delay of solid materials available or obtained by the just mentioned method.
  • a surface coating for corrosion and / or degradation delay of solid materials comprising or consisting of at least one carboxylic acid and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein a single-layer or multi-layer layer construction of a hydrophobic cationic polyelectrolyte and a final coating with nitrofatty acid or a mixture of nitrofatty acids and non-nitrated fatty acids by means of an anhydrous application, wherein the surface coating is prepared anhydrous, and wherein the surface coating has a surface hydrophobicity with a water contact angle of > 80 °, more preferably> 90 °, more preferably> 100 °, even more preferably> 10 ° and most preferably> 120 ° and an electrical insulation resistance of> 200 ohms / cm 2 , preferably of> 300
  • the surface coatings according to the invention are further distinguished, on account of the physiosorptive assembly, by a degradation occurring spontaneously under physiological conditions.
  • a physiologically degradable / resorbable surface coating for corrosion / degradation delay can be provided by the methods of the invention.
  • nitrofatty acids cause a significant increase in the coherence of a coating with fatty acids.
  • the highest long-term stability which ensured freedom from degradation over a period of 8 weeks, was when anhydrous deposition of nitro fatty acids (C 18: 1) on a hydrophobic cationic polyelectrolyte anhydrously applied to a degradable material.
  • a surface coating is available or preferred by the method just described.
  • a surface coating according to the invention described herein is preferred if it has a degradation of at least 8 weeks.
  • scaffolds made of a magnesium alloy with a coating system of dopamine, hydrophobicized polyethyleneimine (25 kDa) and nitroolic acid in which anhydrous deposition of the compounds was carried out, fixed in a vessel model using a balloon catheter and the degradation under flow conditions by sequential image analysis and the determination determined by magnesium in the flow medium.
  • the duration of detectable corrosion onset was increased by 560% or by 250%.
  • the duration until the complete release of the scaffold was extended by 840% and 510%, respectively.
  • a similar delay in onset and complete resolution could also be demonstrated for scaffolds from PLLA when using a coating system hydrophobized PEI (5kDa, highly branched) and nitrooleic acid (C18: 1, also called nitrooleic acid).
  • the resistance to degradation in an aqueous medium and the electrical insulation achieved could also be documented, for example, in metal surfaces coated according to the invention, such as, for example, steel alloys. In this case, the detection was carried out by means of a continuous determination of the electrical insulation resistance of the coating in an electrolyte bath and the measurement of the conductivity of the solution.
  • the aqueous media contained, among other things, acids or bases, enzymes or proteins in various concentrations, at room temperature and temperatures of up to 45 ° C.
  • an alkyl silane followed by an anhydrous application of hydrophobic (K ow 1, 3) polyalkylene polyamine (MW 8,000 Da) followed by anhydrous deposition of non-nitrated or nitrated fatty acids ( C14 - C20).
  • a sole coating with the alkylsilane, followed by the hydrophobic cationic polyelectrolyte achieved only a small increase in the electrical insulation resistance (0.8 ohms). Furthermore, there was an increase in the conductivity of the storage solutions after 3 + 1-2 days.
  • the high and stable insulation resistance is also explained by a complete or almost complete freedom from defects of inventively coated material surfaces. Since even with a high-resistance insulation resistance small insulation gaps can exist, which cause a leakage current and thus can be the starting point of erosive / corrosive processes, a test for a flawlessness is also required. This takes place, for example, in an electrolyte bath with the application of a DC voltage between the aqueous medium and the electrical connection to the test specimen. The metallic test materials were bonded by solder to a platinum wire provided with an insulating resin coating to the junction. During the test, a 40V DC voltage was applied between the electrolyte bath and the electrical material connection.
  • stainless steel platelets (10 cm 2 ) were coated by means of spay-coating with a polyurethane and a PLLA polymer, with a layer height of 20 and ⁇ ⁇ .
  • stainless steel platelets with the inventive method for example compound 1, 3 and 7 according to Example 2, by 1 to 3 times application and coating with nitrool or Nitrolinolenic acid and the native fatty acids coated.
  • defect sites existed at a frequency of 5 +/- 3 per cm 2 with a small layer thickness, and at a high layer thickness, this was 3 +/- 2 per cm 2 .
  • defect sites were after a single-layer coating with a hydrophobic cationic polyelectrolyte and a fatty acid with a C chain length of> 5, as well as a surface water contact angle of> 80 ° or. > 80 ° at a frequency between 1 and 2 +/- 1 per cm 2 before and when using a multi-layered layer structure of the hydrophobic cationic polyelectrolytes virtually no defect sites were present.
  • a surface coating is preferably preferably biodegradable obtainable by a method according to the invention with defect-free insulation of a material surface. Accordingly, a particularly preferred
  • a surface coating according to the invention described herein which is free or nearly free of insulation defects and has a surface contact angle of> 80 ° or> 80 ° is preferred.
  • a surface coating according to the invention described herein wherein a single or multilayer coating of a hydrophobic cationic polyelectrolyte and a final coating with at least one nitrofatty acid or a mixture of at least one nitrofatty acids and at least one non-nitrated fatty acids, wherein the surface coating is free or is approximately free of insulation defects and a surface water contact angle of> 80 ° or> 80 °, more preferably from> 90 ° or> 90 °, preferably from> 100 ° or> 100 °, more preferably from> 1 10 ° or> 1 10 ° and most preferably from> 120 ° or> 120 °.
  • a preferred embodiment of the present invention is a surface coating for corrosion and / or degradation retardation of solid materials comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating is prepared anhydrous, and wherein the surface coating is free or nearly free of insulation defects and has a surface contact angle of> 80 °.
  • a method described herein for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for corrosion and / or degradation of solid materials wherein the surface coating is free or nearly free of insulation defects and has a surface contact angle of> 80 °.
  • a surface coating is preferably obtainable or obtained by the process just described.
  • a preferred embodiment of the present invention is a process for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for corrosion and / or degradation retardation of solid materials comprising the following steps:
  • the surface coating is free or nearly free of insulation defects and has a surface contact angle of> 80 ° or> 80 °.
  • a process according to the invention for producing a biodegradable surface coating for inhibiting / delaying erosion / corrosion or degradation of solid materials comprising a single or multi-layered layer of a hydrophobic cationic polyelectrolyte and a final coating with nitrofatty acid or a mixture of nitrofatty acids and Non-nitrated fatty acids by means of a water-free application, which is free or nearly free of insulation defects and a surface water contact angle of> 80 ° or> 80 °.
  • a surface coating is available or obtained by the method just described. Nearly free of insulation defects means that there are ⁇ 2 +/- 1 defects per cm 2 .
  • a coating composition according to the invention consisting of anhydrous hydrophobic polyelectrolytes and fatty acids, compared to a coating which was carried out only with non-nitrated or nitrated fatty acids, glass slides were coated accordingly and then fibroblasts for 12 weeks cultured. Cultures were analyzed at intervals of 14 days for the vitality and structural changes of adherent cells. It was found that in a coating which was done only with non-nitrated fatty acids, there was a strong proliferation of adherent cells, which made it impossible to continue the cultivation after 4 weeks. When coated with nitrooleic acid, there was a low proliferation rate of adherent cells within the first 4 weeks.
  • the proliferation rate increased and cell multilayers formed.
  • nitroolic acid as the final carboxylic acid layer
  • the long-term course there was only a sporadic formation, with a completely closed cell occupancy.
  • the cells also differed morphologically: While the cells were predominantly configured in cell cultures in which there was a polygonal / dendritic proliferation tendency, cells adhering to / proliferating on a surface according to the invention had a spindle-shaped to rounded morphology. At the respective times of investigation, the cells were detached from the overlay by the addition of trypsin and the surface properties of the exposed coating areas were investigated.
  • a confocal laser microscopy was carried out after staining with a hydrophobic chromophore. It was found that the hydrophobic surface properties that were present after all coatings were no longer present, this being the case with a coating with non-nitrated fatty acids after 2 weeks, with coatings with nitrated fatty acids after 4 weeks and with a layer structure according to the invention Use of nitrofatty acid as outer boundary layer after 10 weeks was the case. In cells grown on a coating of non-nitrated fatty acids, intracellular vacuoles and structural features of proliferating cells were found. In cells grown on a coating with nitrooleic acid, such structural features did not exist until week 4 and were significantly weaker pronounced.
  • a layer structure according to the invention has a considerably longer deposit on a surface to which cells adhere than is the case with a coating with carboxylic acids and is degraded in the course of time without triggering a recognizable tissue reaction.
  • a method according to the invention described herein for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for the corrosion and / or degradation delay of solid materials is preferred, wherein a delayed biodegradation of the layer structure takes place without cell activation.
  • fatty acids are also completely metabolized by cells, which likewise does not increase inflammatory processes.
  • the layer structure according to the invention for preventing / delaying the erosion / corrosion or degradation of materials which come into contact with living cells or physiological media is thus biodegradable and biocompatible, with simultaneous absence of pro-inflammatory effects during biodegradation.
  • a layer structure according to the invention may contain substances which reduce or prevent inflammatory processes or cell proliferation.
  • the biodegradable layer structure according to the invention also ensures the release of biologically active compounds for immunomodulation in adjacent cells / tissues.
  • hydrophilic and lipophilic compounds which had been incorporated into a layer structure of hydrophobic cationic polyelectrolytes, could diffuse out of it and be detected in adjacent cell layers.
  • the release kinetics in particular by the number of charge groups of the hydrophobic cationic polyelectrolytes, and their molecular weight and degree of branching, as well as a multi-layer layer structure can be controlled with a hydrophobic anionic polyelectrolyte. It could be shown that releasability of compounds which have been incorporated into a hydrophobic polyelectrolytic layer structure is possible without a degradation of the layer structure. At the same time, the insulating properties of the coating according to the invention can be maintained. Thus, by the purely electrostatic cohesion of the coating components, a release of compounds and a degradation of the coating structure can run independently of each other in time.
  • step b) at least one supportive compound, at least one active compound or a mixture containing at least one supportive compound and at least one active compound is used for wetting the surface of step a), the at least one supportive compound, at least one active compound or the mixture containing at least one supportive compound and at least one active compound being introduced into the hydrophobic electrolyte layer in such a way These are diffused before the biodegradation of the layer structure, from this or released.
  • a surface coating is available or obtained by the method just described.
  • At least one supportive and / or at least one active compound can be admixed with the at least one hydrophobic cationic electrolyte and / or at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte and applied together with them.
  • the at least one hydrophobic cationic electrolyte and / or at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte and / or at least one anionic electrolyte and / or anionic polyelectrolyte may be admixed with at least one supportive and / or at least one active compound and applied together with them.
  • a preferred embodiment is therefore a process for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for the corrosion and / or degradation delay of solid materials comprising the following steps:
  • the surface coating further contains at least one supportive compound, at least one active compound or a mixture containing at least one supportive compound and at least one active compound, preferably the at least one supportive compound, at least one active compound or the mixture containing at least one supportive compound and at least one active compound introduced into the hydrophobic electrolyte layer such that they are diffused or released from the layer structure before the biodegradation of the layer structure.
  • the coating according to the invention is characterized by its low construction height. With imaging analytical methods, such as scanning electron microscopy, these are not displayed. By means of spectral analytical methods a proof can be led. Thus, a layer structure of the coating according to the invention between 5 and 15 nm could be found by means of EDX.
  • An indirect detection method is confocal laser microscopy, in which the adherence of chromophores to a substrate can be determined at a lateral resolution of 200 nm. As a result, completeness of a flat coating can be determined. It was found that the surfaces produced according to the invention were coated defect-free. There was also freedom from defects in anhydrous coatings with non-nitrated fatty acids after being placed in an aqueous medium after 4 weeks. Nonetheless, the absence of defects in coatings made with nitrated fatty acids was significantly prolonged at 8 weeks.
  • an anhydrous nitro-fatty acid coating on anhydrous hydrophobic cationic polyelectrolytes is a particularly preferred method for obtaining biocompatible degradable material / implant surfaces having hydrophobic surface properties.
  • the influence of the C chain length of the fatty acids was moderate. Proliferation of the cells corresponded to that achieved with the hydrophobic cationic polyelectrolyte surface coatings, with a significantly lower rate of cell death. In contrast, the adhesion of cells to surfaces produced according to the invention was in which nitrofatty acids were used, significantly increased. However, the proliferation rate was significantly lower compared to a coating with non-nitrated fatty acids. Also lower was the number of dead cells.
  • a coating composition consisting of an anhydrous applied layer of hydrophobic cationic polyelectrolytes, followed by an anhydrous application of fatty acids, is a particularly preferred embodiment for obtaining a biocompatible surface for adherence of cells.
  • Particularly preferred is the use of nitrofatty acids for the production of a biocompatible surface for adherence and for a controlled growth of cells on foreign surfaces.
  • Preferred is a process for producing a biodegradable surface coating for inhibiting / delaying erosion / corrosion or degradation of solid materials, comprising a single or multi-layered sandwich of hydrophobic cationic polyelectrolyte and a final coating of nitrofatty acid or a mixture of nitrofatty acids and non-nitrated ones Fatty acids by means of an anhydrous application takes place, whereby an adherence of cells is made possible with a confluent planar tissue finish.
  • a clear difference in cell growth on such coated surfaces was when a non-nitrated or a nitrated fatty acid was used.
  • nitrofatty acids were used, stimulation with cytokines resulted in a closed single-layered cell structure, which did not proliferate any further.
  • non-nitrated fatty acids were used, multilayer formation and uncontrolled cell proliferation occurred. Therefore, a coating according to the invention using nitrofatty acids is a particularly preferred application for the formation of a monolayer flat cell combination.
  • the surface properties of materials coated according to the invention enable a good cell adhesion, but only with the use of nitrofatty acids does a closed and no proliferating cell combination occur.
  • Such a coating also allows the formation of an extracellular matrix, in the context of which there is also a degradation of the coating compounds.
  • a significantly delayed degradation of degradable materials can be established by a coating method according to the invention. If a closed cell layer has already formed, a degradation of metal alloys or organic polymers proceeds without a relevant activation of the cells covering the degradation process and at a low rate of progress. It has been found that the beneficial biological effects, both on the degradation / corrosion delay, and on the stability of the hydrophobic surface in an aqueous medium, as well as the electrical insulation achieved with the coating, are determined.
  • a surface coating according to the invention described herein for the corrosion and / or degradation delay of solid materials is preferred, whereby complete or approximately complete adhesion / aggregation of coagulation factors and / or thrombocytes is achieved.
  • a process for producing a biodegradable surface coating for inhibiting / delaying erosion / corrosion or degradation of solid materials wherein a single or multi-layered layer structure of a hydrophobic cationic polyelectrolyte and a final coating with nitrofatty acid or a mixture of nitrofatty acids and not Nitrated fatty acids by means of a water-free application, whereby a complete or almost complete adhesion / aggregation of coagulation factors and / or platelets is achieved.
  • an electrical insulation and hydrophobing (water contact angle> 90 °) of a copper and a zinc element in which an inventive application of an alkylsilane, followed by a coating with a hydrophobic cationic polyelectrolyte and a subsequent deposition of nitroerucic acid was carried out, can be achieved (> 1, 000 ohms / cm 2 ).
  • the elements were connected to a voltmeter via a port external to the water bath and were stored in an electrolytic bath for 4 weeks. In the course there was no formation of a tension between the metal elements.
  • Preferred is a process for producing a biodegradable surface coating to prevent / delay arrosion / corrosion or degradation of solid materials, thereby achieving electrical insulation.
  • Preference is furthermore given to a process for producing a biodegradable surface coating for preventing / delaying erosion / corrosion or degradation of solid materials, in which a single-layer or multi-layer layer structure consisting of a hydrophobic cationic polyelectrolyte and a final coating with nitrofatty acid or a mixture of nitrofatty acids and non-fatty acids. nitrated fatty acids by means of a water-free application takes place, whereby an electrical insulation is achieved.
  • the surface to be coated is first rendered hydrophobic in order, in particular in the case of strongly hydrophilic surfaces, such as glass, to increase the bonding stability to the hydrophobic cationic polyelectrolytes to be applied subsequently.
  • this is done by methods of the prior art, such as by covalently or adsorptively bound, mostly amphiphilic compounds.
  • a silanization, z. B. with an alkyl silane take place.
  • biogenic compounds such as dopamine may be physiosorptively adhered to a surface.
  • the compounds used for the initial hydrophobization are preferably dissolved in an organic solvent and separated from the solvent phase on the surface to be coated.
  • the loading layer is applied directly to the hydrophobing layer.
  • This is likewise preferably anhydrous, for example from a solvent phase.
  • a hydrophobing is particularly preferred when the material surface is hydrophilic. Therefore, it is preferable to perform surface hydrophobing of a material surface when the water contact angle at the material surface is ⁇ 40 °, more preferably ⁇ 30 °, and more preferably ⁇ 20 °.
  • Preferred is a process for producing a biodegradable surface coating for inhibiting / delaying erosion / corrosion or degradation of solid materials, comprising a single or multi-layered sandwich of hydrophobic cationic polyelectrolyte and a final coating of nitrofatty acid or a mixture of nitrofatty acids and non-nitrated ones Fatty acids by means of a water-free application takes place, the material surface is first rendered hydrophobic.
  • step a) preferably the processes according to the invention described herein after step a) comprise a step a2) cleaning, hydrophobing or cleaning and hydrophobicizing the surface of the solid material.
  • the process for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for corrosion and / or degradation retardation of solid materials comprises the following steps:
  • inventive processes described herein preferably comprise after step a) a step a2) cleaning, hydrophobing or cleaning and hydrophobing the surface of the solid material when the water contact angle at the material surface ⁇ 40 °, more preferably ⁇ 30 ° and more preferably ⁇ 20 ° is.
  • the application of one or more loading layer (s) with supportive and / or active compounds by firstly an anhydrous surface coating is carried out with hydrophobic cationic polyelectrolytes and then one or more compounds are applied thereto.
  • An application of a mixture of one or more hydrophobic cationic polyelectrolytes together with an active and / or supportive compound can also be configured in a preferred embodiment.
  • a layer structure which contains compounds to be released can also be effected by means of an alternating layer-wise deposition of hydrophobic cationic polyelectrolytes and release compounds. In one embodiment, such a layered construction is effected by an alternating application of hydrophobic cationic and hydrophobic anionic polyelectrolytes.
  • hydrophobic compounds are used for this purpose, either directly or after applying a hydrophobing (for example with dopamine or an alkylsilane) on a surface to be coated and / or after application of a hydrophobic cationic or anionic polyelectrolyte and alternately with a hydrophobic cationic and / or anionic polyelectrolytes, followed by deposition of fatty acids.
  • a hydrophobing for example with dopamine or an alkylsilane
  • a hydrophobic cationic or anionic polyelectrolyte alternately with a hydrophobic cationic and / or anionic polyelectrolytes
  • the deposition of nitrofatty acids is preferred.
  • the compounds to be introduced into the layer structure are preferably hydrophobic and can be dissolved in an organic solvent and applied to the substrate surface from the solvent phase using known techniques, such as dip-coating or spray-coating.
  • the compounds to be delivered are dissolved or suspended in one of the hydrophobic cationic or anionic polyelectrolytes and applied together with these on the surface by one of the methods described herein.
  • the coating takes place according to the layer-by-layer process technology.
  • free fatty acids which are present dissolved in an anhydrous medium are used for solubilizing compounds to be applied. This is particularly preferred if a controlled release of supportive and / or active compounds is to take place with the layer structure according to the invention.
  • biodegradable surface coating according to the invention obtainable or obtained according to one described herein Controllable release method of supportive compounds and / or active compounds.
  • the last coating layer which prior to a deposition of fatty acids on a compound-loaded surface, completely or predominantly consists of a hydrophobic cationic electrolyte and / or hydrophobic cationic polyelectrolyte.
  • Particularly preferred is the deposition of nitrofatty acids as the final layer of an inventive layer structure for the release of compounds.
  • the surface is wetted anhydrously with at least one hydrophobic anionic electrolyte and / or at least one hydrophobic anionic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic anionic electrolyte and at least one hydrophobic anionic polyelectrolyte.
  • this wetting can take place directly or indirectly on the surface of the solid material. Indirect means that the wetting is carried out on an already applied layer.
  • the steps b) to c) between the steps c) and d) can be performed twice or more times.
  • the steps b2) to c2) between the steps c) and d) can be performed twice or more times.
  • a preferred embodiment of the present invention is a process for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for corrosion and / or degradation retardation of solid materials comprising the following steps: a) providing a solid material,
  • steps b) to c2) are carried out twice or more times.
  • step b2) at least one supportive, at least one active compound or a mixture containing at least one supportive and at least one active compound is further used for wetting the surface.
  • an inventive layer structure with supportive and / or active compounds causes in particular hydrophobic compounds to be dissolved out of the layer structure and released into a surrounding medium. It was particularly surprising that many of the hydrophobic but also hydrophilic compounds could be very well dissolved and formulated in an anhydrous solution of hydrophobic polyelectrolytes, so that in this way a well-adhering application of the compounds was made possible. Surprisingly, it has been found that the solubility of many supportive and active compounds can be significantly improved by the addition of nitro fatty acids in organic solvents. This has been true, for example, of active compounds such as paclitaxel and everolimus, as well as supportive compounds such as cholesterol or carotenoids.
  • nitrofatty acids were also superior to non-nitrated fatty acid in a complete solution of compounds, when the melting point of the corresponding nitrated fatty acid was significantly higher than that of the non-nitrated fatty acid.
  • the formulations prepared with nitrofatty acids could be Apply very evenly in ultra-thin layers and were then no longer removed by aqueous or alcoholic solutions.
  • the compounds / active substances included herein which have been formulated with nitro fatty acids correlated the release kinetics of the compounds / active ingredients with the used concentration of the nitrofatty acid.
  • a coating method of uptake of compounds / actives with adjustable and controllable diffusive release of these compounds / agents can be provided.
  • a preferred embodiment of the underlying invention therefore comprises methods for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for corrosion and / or degradation delay of solid materials comprising the following steps:
  • d1) dissolving at least one supportive and / or at least one active compound in at least one carboxylic acid, preferably in at least one nitrofatty acid or a mixture comprising or consisting of at least one nitrofatty acid and / or at least one non-nitrated fatty acid,
  • a release system of a surface coating for supportive and / or active compounds is preferred, in which the diffusive release kinetics is set by a quantitative ratio between the compound to be liberated and a nitrofatty acid used for solution / solubilization.
  • the period of electrical insulation and / or prevention or delay of an erosion / degradation of a According to the invention coated material surface can be further extended by nitrofatty acids in one or more layers, consisting of hydrophobic cationic polyelectrolytes, simultaneously with these or separately from each other in / on a layer or layers in the layer structure on / be applied.
  • hydrophobic cationic polyelectrolytes are mixed with nitrofatty acids. This is anhydrous and preferably in an organic solvent such as dichloromethane or pentane. The compound mixture is then applied in the solvent phase. After drying, the process can be repeated as often as desired.
  • the last application layer is made with a hydrophobic cationic polyelectrolyte in which no nitrofatty acids are present.
  • the final (outermost) layer is then applied by deposition of nitrated and / or non-nitrated fatty acids.
  • the “final layer” or outermost layer refers to the layer last applied, starting from the surface to be coated thus being the outermost layer or last layer
  • the surface coating as the outermost layer comprises carboxylic acid, preferably fatty acids, more preferably nitrated Fatty acids and further preferably a mixture comprising or consisting of nitrated fatty acids and carboxylic acids.
  • nitrofatty acids which had been used together with one of the compounds and the hydrophobic cationic polyelectrolyte for layer buildup, diffuse and adhere to the surface of the layer system, as nitrofatty acids subsequently form on the surfaces of a corresponding coating structure the final external surface covering was done exclusively with non-nitrated fatty acids could be detected.
  • a method can be provided wherein diffusion of the incorporated nitro fatty acids to the coating surface occurs by incorporation of nitrofatty acids into a layered structure with a hydrophobic cationic polyelectrolyte.
  • a reservoir for mobile or mobilizable nitrofatty acids can be prepared by introducing them alone or together with hydrophobic cationic polyelectrolytes in a coating composition, so that a redistribution of the nitrofatty acids can take place via diffusive processes or concentration gradients.
  • This is particularly advantageous since it allows defects in the outer layer, consisting of fatty acids, to be compensated for by nitrofatty acids diffusing to the surface.
  • This can be a quasi self-healing hydrophobic surface coating can be provided.
  • the fatty acids used for reservoir formation may also contain non-nitrated carboxylic acids.
  • self-healing or "quasi-self-healing” as used herein means the ability of a coating comprising a plurality of layers to re-balance defects in the outermost layer by compounds from an inner layer by diffusion.
  • a preferred embodiment of the present invention is directed to a surface coating wherein the surface coating is self-healing. Therefore, the object of the invention is also directed to processes for the prolonation of the provision of carboxylic acids / nitrocarboxylic acids on the coated material surface. As a result, both the degradation of the coating itself, as well as the degradation / erosion of the coated material can be further delayed. In addition, this also results in a facilitated transport of compounds from the coating structure to the coating surface and their delivery to a surrounding medium, as well as a provision of supportive compounds that counteract or prevent Biofilmentstehung. Thus, the methods are also directed to a reservoir formation, in particular for carboxylic acids and nitrocarboxylic acids, within the coating structure according to the invention.
  • a mixture containing at least one carboxylic acid is preferably at least one fatty acid which is nitrated and / or non-nitrated and at least one hydrophobic cationic electrolyte, at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture of at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte is used.
  • the process for producing a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating for corrosion and / or degradation retardation of solid materials comprises the following steps:
  • step b) fatty acids are mixed with the hydrophobic cationic electrolytes and / or hydrophobic cationic polyelectrolytes and applied and / or applied separately in sequential order to produce a reservoir formation for fatty acids and / or to solve supportive and / or active connections and to integrate them into the layer structure.
  • step b) fatty acids are mixed with the hydrophobic cationic electrolytes and / or hydrophobic cationic polyelectrolytes and applied and / or applied separately in sequential order to produce a reservoir formation for fatty acids and / or supportive and / or active compounds to solve and integrate into the layer structure and this process step 2 or more times repeated and / or combined with other process steps.
  • a process for producing a biodegradable surface coating for preventing / delaying erosion / corrosion or degradation of solid materials in which a single-layer or multi-layer layer construction consists of a hydrophobic cationic and / or hydrophobic cationic polyelectrolyte and a final coating with carboxylic acid, preferably with at least a nitrofatty acid or a mixture of at least one nitrofatty acid and at least one non-nitrated fatty acid, by means of a water-free application and a reservoir formation for carboxylic acids in the layer structure is obtained by the one or more carboxylic acids together with and / or on a layer of a hydrophobic cationic polyelectrolyte is / are introduced.
  • Particularly preferred for a reservoir formation is the use of at least one nitrofatty acid.
  • the coating steps are chosen such that a reservoir formation of the carboxylic acids used is accomplished.
  • a further layer sequence of the said layers can take place.
  • a fatty acid to be applied together with the at least one hydrophobic cationic electrolyte and / or hydrophobic cationic polyelectrolyte and above this to comprise a further layer comprising the at least one carboxylic acid or at least one further carboxylic acid.
  • nitroolic acid which has been mixed anhydrously with a low molecular weight polyelectrolyte and dissolved in polyethylene glycol for better spreadability, can be incorporated homogeneously into the melt of polypropylene during an extrusion process and subsequently dried in the extruded product (eg thread material). is present. After the extrusion nitrofatty acids were detected at the surface. After intensive cleaning of the surfaces with organic solvents and no longer possible detection of nitrofatty acids on the cleaned surfaces, nitrofatty acids could be detected again on the surface after 2 days.
  • a reservoir for mobile nitrofatty acids can be prepared which can be incorporated onto and / or into organic polymers and allows diffusion of the nitro fatty acids from the organic polymers. It has also been shown that this reservoir formation can be used for carboxylic acids in order to prevent biofilm formation since the carboxylic acids present on the material surface and in particular the nitrocarboxylic acids have an antibacterial effect.
  • carboxylic acids and in particular nitrofatty acids
  • a hydrophobic cationic polyelectrolyte into / onto a starting material, such as PP or PU, which is subsequently formed by forming (thermally or mechanically) into a solid material , continue to remain mobile / diffusible and reach the surface of the material by means of diffusion, where they arrange themselves.
  • incorporation of a hydrophobic cationic electrolyte and / or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture thereof containing a carboxylic acid into / on a / is effected
  • Starting material / starting compound which are transformed / formed by forming and / or polymerizing to a solid piece of material, wherein the introduced carboxylic acids / nitrocarboxylic acids remain mobile / diffusible within the solid material.
  • a surface coating having a multilayered layer structure of a hydrophobic cationic electrolyte and / or hydrophobic cationic polyelectrolyte and a final layer comprising or consisting of at least one carboxylic acid, preferably at least one nitrofatty acid or a mixture of at least one nitrofatty acid and / or at least one non-nitrated Fatty acid, wherein the application or layer formation takes place in each case anhydrous.
  • Carboxylic acids which have been applied as a surface coating on a medical device may diffuse into a body fluid or e.g. in vascular grafts or ingested or metabolized by cells, decreasing the number of carboxylic acids over time.
  • a surface coating containing a carboxylic acid reservoir the carboxylic acids herein contained can be replenished to / have been minimized on the outermost layer.
  • the amount of carboxylic acids on the surface of a coating can be controlled or metered.
  • hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte alternating with a mixture of a hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte and at least one carboxylic acid.
  • the hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic Polyelectrolyte and the mixture of a hydrophobic cationic electrolyte or a hydrophobic cationic polyelectrolyte and the at least one carboxylic acid each in a solvent having different polarity, such as. As methanol and pentane, dissolved.
  • hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or the mixture of a hydrophobic cationic electrolyte or alternatively a hydrophobic cationic polyelectrolyte and the at least one carboxylic acid can be deposited as a first layer on a surface to be coated.
  • another layer structure is carried out in an alternating manner, but it is also possible a layer structure in which first several layers of a hydrophobic cationic electrolyte or a hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture of a hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte and the at least one carboxylic acid are applied , This may be advantageous in particular when introducing active or supportive compounds.
  • the carboxylic acid can in principle be applied in concentrated form, but for a single-layer layer structure a solution in an organic solvent is preferred.
  • Preferred organic solvents which are used in process step b3) are alcohols.
  • drying takes place. If a further coating is desired, a further coating cycle is carried out with a mixture of a hydrophobic cationic electrolyte or a hydrophobic cationic polyelectrolyte and at least one carboxylic acid, the mixture preferably being present in an apolar solvent.
  • a hydrophobic cationic electrolyte or a hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture of a hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte is used for wetting the surface of the solid material and then in step c) Drying takes place and subsequently, in step b3), a wetting of the surface, obtainable after step c), takes place with a nitrated and / or non-nitrated carboxylic acid.
  • carboxylic acids including nitrofatty acids, which have been introduced for the purpose of reservoir formation as an intermediate layer alone or together with an active or supportive compound, over time, very likely due to a diffusion gradient, to the surface of the Coating
  • a fatty acid has been applied either in the form of one of the aforementioned mixtures or as a single layer, that over time these fatty acids are present on the coating surface.
  • a final coating of a coating which is carried out with a hydrophobic cationic electrolyte or a hydrophobic cationic polyelectrolyte, with the at least one carboxylic acid according to step d) can be dispensed with, provided that at least one carboxylic acid has been introduced in the course of the coating structure is.
  • the embodiment of step d) according to the invention is advantageous.
  • step d) is a hydrophobic cationic electrolyte or a hydrophobic cationic polyelectrolyte and a mixture of a hydrophobic cationic electrolyte or a hydrophobic cationic polyelectrolyte without the addition of a carboxylic acid.
  • hydrophobic cationic electrolyte or a hydrophobic cationic polyelectrolyte and mixtures of these tend to form clusters on surfaces. This tendency is more pronounced on hydrophilic surfaces.
  • the clustering can lead to map-like configured shrinkage phenomena of the coating, which can cause defects in the coating. This is the case in particular when using high molecular weight polyelectrolytes and high concentrations of these. It has been found that such cluster formation can be counteracted by various measures.
  • the surface to be coated can first be rendered hydrophobic. Further, a low concentration and a multi-layer deposition of a hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte may be made.
  • An alternating coating with a hydrophobic cationic electrolyte or a hydrophobic cationic polyelectrolyte with a mixture of a hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte and at least one carboxylic acid also requires a more uniform surface distribution. Furthermore, however, a subsequent spreading of clustered compounds can also be effected. For this purpose, methods of the prior art can be used. It could be shown that spreading is possible by treatment with an oxygen or argon plasma. An improvement of the spread can i.a. be recognized that the scattering is significantly reduced in a repeated water contact angle measurement. But also by means of an electro-chemical determination of defects whose number is reduced. However, spreading can also be carried out by a thermal treatment which takes place after drying and by an ultrasound treatment which takes place after application.
  • a surface coating according to the invention has an antimicrobial effect. So it was found that bacteria are very common The cause of an infectious deposit of implants (biofilm) are, despite direct exposure to the coated material surfaces, neither adhering nor growing thereupon, as long as there were no indications of an incipient degradation of the coating. Long-term repeat studies have found that nitrofatty acid coatings provide significantly longer freedom from bacterial colonization than coatings that use the corresponding native fatty acid.
  • a surface coating with a long-term antimicrobial effect is preferred.
  • Preferred is a surface coating in which a long-term anti-microbial effect is achieved by carboxylic acids / nitrocarboxylic acids within the coating that can diffuse to the material surface.
  • the embodiments of the method according to the invention make it possible to shield a material from an aqueous medium in a very simple and cost-effective manner.
  • an initialization of corrosive processes by a water contact can be completely prevented even during the application.
  • With the insertable connections can be a long lasting Sealing of surfaces that is biodegradable, can be ensured, and by selecting suitable and biodegradable compounds of hydrophobic cationic polyelectrolytes and carboxylic acids, the time of dissolution of the surface coating can be controlled. This degradation does not lead to unwanted cell / tissue reactions.
  • the non-covalent layer structure allows the greatest possible flexibility between the connections or the layers with each other, so that it is possible even with a geometric change of the coated material or its areal extent that the compounds used for the coating of the changed shape or the changed dimensions of space defect-free to adjust.
  • the surfaces coated according to the invention allow a very good adherence of cells and are therefore suitable for cell homing.
  • the use of nitrofatty acids causes a controlled growth of adherent cells and allows the formation of a flat confluent cell / tissue network.
  • surface coatings according to the invention using nitrofatty acids are also very suitable for applications such.
  • a multilayered layer structure with hydrophobic polyelectrolytes is also possible which involves the introduction of further compounds such as, for example, hormones, antioxidants or medicaments
  • water-free mixtures of hydrophobic cationic polyelectrolytes and nitrofatty acids can be used to produce reservoir systems which enable a diffusive distribution and release of nitrofatty acids, and which can be prepared by the choice of suitable hydrophobic cationic and / or anionic polyelectrolytes Both in a superficial layer structure or in polymer structures can thus, with the inventive method also a controllable release system for Verbindun gen / agents / nitrofatty acids are provided from surface coatings.
  • This reservoir formation can be used, in particular, for loading with antimicrobially active carboxylic acids / nitrocarboxylic acids in order to ensure a long-lasting replenishment of carboxylic acids / nitrocarboxylic acids diffused out of the surface layer, thereby enabling long-lasting protection against biofilm formation.
  • a surface coating of the invention described herein is obtainable or obtained by a method of the invention for use in cell homing and for confluent cell growth.
  • “Anhydrous” means that the applied at least one hydrophobic cationic electrolyte and / or at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte or at least one nitrofatty acid or at least one non-nitrated fatty acid or a mixture of the at least one nitrofatty acid or at least one non-nitrated fatty acid and their If, for example, a solution of the hydrophobic cationic polyelectrolyte is prepared with a solvent, the solution is anhydrous if at most 1000 ppm of water is present in the solution.
  • corrosion refers to one or more subsequent and / or parallel processes in which, due to hydrolysis and / or oxidation, they increase a dissolution of atoms / ions and / or molecules and / or particles from a composite material comes and / or atoms / ions and / or compounds are changed by a physico-chemical / chemical reaction as a result of contact with an aqueous medium Reaction and / or degradation products which are present in the form of a loose composite and / or diffuse into a surrounding medium, for example the oxidation of iron with the formation of iron ions and iron oxides or the hydrolytic cleavage of lactic acid polymer chains to release lactic acid molecules or the hydrolytic release of magnesium ions from a metal lattice structure with liberation of
  • the corrosion, corrosion and degradation products are those elements, ions or Compounds that are formed or released during an erosion, corrosion or degradation process.
  • K ow as used herein is meant the distribution quotient of a compound between an octanol and a water phase in a non-ionized state.
  • the ow or P value refers only to one species of a substance:
  • e o l is the concentration of the species / substance in the octanol-rich
  • s-c TM is the concentration of the species / substance in the water-rich phase.
  • resorbable or “degradable” or “biodegradable” or “biodegradable” or biodegradable” or biodegradable refer to the fact that the human or an animal organism is able to dissolve the surface coating or the solid material within a certain period of time, so that Atoms, ions or molecules are present, which are dissolved in the blood or other body fluids and can be metabolized and / or excreted.
  • Degradation stability can be arbitrarily designed by the methods disclosed herein. In the absolute sense, a Degardations practic is achieved over a set period.
  • the term "freedom from degradation” as defined herein means that there is no change in at least 2 of the following properties over a defined period of time: surface hydrophobicity, adhesion behavior of living cells, adhesion behavior of plasmatic blood components, leaching of corrosion / corrosion products of the coated material a surrounding aqueous medium, electrical insulation, mechanical integrity / stability of the coated material.
  • the properties are tested by placing the coated material in a suitable aqueous medium for the period to be tested.
  • An electrical insulation is present at an electrical resistance of> 200 ohm / cm 2 , preferably of> 300 ohm / cm 2 , more preferably of> 400 ohm / cm 2 , more preferably > 500 ohms / cm 2 , even more preferably> 1000 ohms / cm 2 , even more preferably> 1100 ohms / cm 2 , even more preferably> 1200 ohms / cm 2 , even more preferably> 1300 ohms / cm 2 , even more preferably> 1400 ohms / cm 2 , even more preferably> 1500 ohms / cm 2 , even more preferably> 1600 ohms / cm 2 , even more preferably> 1 800 ohms / cm 2 more preferably> 1900 ohms / cm 2 , even more
  • the change in the abovementioned properties is preferably ⁇ 10%, more preferably ⁇ 5%, more preferably ⁇ 3% and more preferably ⁇ 1%, based on the starting state before application or the test investigation.
  • a freedom of degradation preferably exists over a period of 4 weeks, more preferably 8 weeks, and even more preferably 12 weeks.
  • the degradation stability also causes a degradation delay, which can be quantified using the aforementioned parameters.
  • a delay of the surface coating itself is meant. This refers to the loss / release of carboxylic acids / nitrocarboxylic acids as compared to a single surface coverage on a material.
  • the term “retardation delay” also refers to the corrosion / corrosion of the coated material which occurs with a time delay over a sole coating with a carboxylic acid / nitrocarboxylic acid., A time delay of more than 14 days, more preferably> 30 days, more preferably > 45 days, and even more preferably> 60 days, compared to a sole surface coating with the corresponding fatty acid / nitric acid.
  • the terms “medical device” or “medical device” are used herein as generic terms that include any implants, natural and artificial grafts, suture and bandage materials, as well as parts of medical devices such as catheters.
  • the medical products which also include cosmetic or partially cosmetic and partially medical implants, are preferably medical devices, more preferably implants that are temporarily or permanently introduced into the organism and medical articles that come into contact with cells / tissues, such as Wound materials, suture materials, wound and body cavity closure systems, biological grafts, artificial grafts, biological implants, artificial implants, artificial blood vessels, natural blood vessels, blood conductors, blood pumps, dialyzers, dialysis machines, vascular prostheses, vascular supports, heart valves, artificial hearts, vascular clamps, autologous implants, Bone implants, intraocular lenses, shunts, dental implants, infusion tubes, medical cuffs, bandages, medical clamps, pumps, pacemakers, laboratory gloves, medical scissors, medical cutlery, needles, cannulas, endoprostheses
  • the surface coatings according to the invention are thus suitable for all medical devices or medical devices that come into contact with cells / tissues / organs temporarily or permanently and that this contact can lead to irritation of the coming in contact cells / tissues / organs that are undesirable Reaction (as described below or on page 8 above) of said structures leads. This includes medical or cosmetic procedures that have similar properties.
  • the medical instruments, implant and wound materials referred to herein are all made of solid materials whose surfaces are in at least part of a temporary and / or permanent contact with cells / tissues / fluids of a human or animal body / organism or also with ex vivo tissue associations or contact individual cells or can contact.
  • the solid materials are preferably a medical device, particularly a medical device that may come into contact with cells, tissues, biological fluids, or a combination of at least two of them.
  • another aspect of the present invention is a medical product having a coating comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the coating is prepared anhydrous.
  • another aspect of the underlying invention is a medical product having a hydrophobic, biodegradable, and insulating surface coating obtainable by a method of the invention described herein.
  • the medical products can be implants, in particular long-term or short-term implants. It is also possible to equip permanent long-term implants with a surface coating according to the invention.
  • Co / Ni Stainless steel alloys are provided with a surface coating according to the invention. This avoids the diffusion of allergenic components, especially nickel, and thus an allergic reaction. Even in the case of permanent long-term implants in which a bioresorbable surface coating does not last the entire life of said implant, it is important to prevent additional exposure to allergy-causing substances in the first weeks after implantation in addition to the inflammatory influences.
  • the solid materials herein may be hard or soft, solid or flexible and deformable. This does not include materials that are liquid, gelatinous or pasty. These include, but are not limited to:
  • Soft tissue implants such as silicone implants, joint implants, cartilage implants, natural or artificial (eg Dacron) tissue implants and grafts, autogenous tissue implants, intraocular lenses, surgical adhesion barriers, nerve regeneration channels, birth control devices, shunts, tissue scaffolds such as pericardial tissue, tissue-based matrices, dental devices and dental implants, drug infusion tubes, Cuffs, drainage devices (eg for eye, lung, abdominal, urinary, oral) tubes (endotracheal, tracheostomy) and tubes (also for extracorporeal circulation), surgical nets, ligatures, sutures, staples, Wires, pins, nails and screws, masking material, foams, pedicles, films, implantable electrical stimulators, pumps, ports, reservoirs, injection catheters or stimulation or sensing electrodes / probes, wound coatings, sutures, membranes, rings or sleeves, surgical instruments such as scalpels , Lancets , Scissors, tweezers or hooks, clinical gloves, hypodermic needle
  • Vascular implants including scaffolds, stents and flow diverts, as well as coils.
  • osteosynthetic materials materials for osteosynthesis
  • catheters including infusion cannulas
  • wound dressings or wound dressings foams, absorbers, gauze, bandages.
  • Sutures such as sutures, filaments, clips, wires and the like.
  • orthopedic prostheses dental implants, fixators and drains.
  • a particularly preferred embodiment of the present invention relates to a method according to the invention, wherein the solid material is preferably arterial stents, in particular stents.
  • a further embodiment of the present invention is thus an arterial stent with a surface coating according to the invention, which is preferably biodegradable, obtainable by a method according to the invention described herein.
  • a further embodiment of the present invention is thus an arterial stent with a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating, obtainable by a method according to the invention described herein.
  • a further embodiment of the present invention is thus a stent having a surface coating according to the invention preferably biodegradable obtainable by a method according to the invention described herein.
  • a further embodiment of the present invention is thus a stent with a hydrophobic, biodegradable and insulating surface coating obtainable by a method according to the invention described herein.
  • a further preferred embodiment is directed to an arterial stent having a surface coating comprising at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or a hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating is made anhydrous.
  • a further preferred embodiment is directed to a stent having a surface coating comprising at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or a hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating is made anhydrous.
  • one embodiment of the underlying invention is directed to a medical product having a coating comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the coating is prepared anhydrous, wherein the medical product is a soft tissue implant, such as silicone implants, joint implants, cartilage implants, natural or artificial (eg Dacron) tissue implants and grafts and vascular prostheses, autogenous tissue implants, intraocular lenses, surgical adhesion barriers, nerve regeneration channels, birth control devices, shunts, tissue scaffolds such as pericardial tissue, tissue-based matrices, dental devices and dental implants, Drug infusion tubes, cuffs, drainage devices (eg for eye, lung, abdominal, urinary, jaw) tubes (endotracheal, tracheostomy) and tubes
  • Sutures such as sutures, filaments, clips, wires and the like or orthopedic prostheses, dental implants, fixators and drains.
  • vascular implants in particular a stent in the sense of a vascular support and a so-called scaffold, which is generally bioresorbable.
  • this also includes so-called flow diverter and implantable sleeves.
  • substrate materials are used interchangeably herein and refer to the material / material that is to be surface-coated.
  • the materials are materials used in medical products, most preferably materials used for medical instruments, implant and wound materials. These may be inorganic or organic as well as composite materials.
  • the inorganic materials may be, for example, metals or metal alloys, sintered silicon, zirconium, aluminum compounds, as well as light metals such as aluminum, including their oxide forms.
  • a further development of stent materials are cobalt-chromium alloys, such as L605.
  • This alloy consists of cobalt (base), chromium (19-21%), tungsten (14- 16%), nickel (9-1%), iron (max 3%) and manganese (1-2%) , and too small proportions of silicon (max 0.4%), carbon (0.05-0.15%) and sulfur (max 0.03%).
  • the DIN designation of the alloy is CoCr20W15Ni, and Co-20Cr-15W-10NL
  • magnesium alloys Such an alloy is known, for example, under the name Resoloy.
  • the inorganic compounds include silicon-based materials, such as silicone.
  • the organic materials are carbon-based compounds which are in the form of natural polymers such as cellulose or latex or in the form of synthetic polymers such as polyurethane, polypropylene, acrylates, polyamides or polyesters.
  • the preferred materials can be durable and non-susceptible to corrosion, easily degradable and self-dissolving.
  • the solid material is a corrodible and / or degradable material.
  • a medical product according to the invention with a coating according to the invention, wherein the medical product consists of a corrodible and / or degradable material.
  • the corrodible and / or degradable materials include, but are not limited to, polymers such as PLLA (poly-L-lactide) and polycarbonates of iodinated desaminotyrosyl tyrosine ethyl ester units.
  • Biodegradable polymers can be classified in
  • natural polysaccharides eg starch, cellulose, chitin, chitosan, hyaluronone, pectin
  • naturally occurring proteins eg fibrin, gelatin, collagen, laminin and fibronectin
  • synthetic polymers eg Poly (vinyl alcohol), poly (ethylene oxide), poly (vinyl pyrrolidone)
  • semisynthetic e.g., chemically modified natural polymers such as chitosan
  • the materials may be solid or flexible or soft as long as it is a solid material. The outer shape is irrelevant, as long as it is possible to ensure a coating that is closed on all sides using one of the disclosed coating methods. The materials can not be soaked or absorbent. Absorbent tissues and membranes can also be used.
  • Polyelectrolytes are polymers which carry many ionic or ionizable groups. Depending on the nature of the ionizable groups, they may be present as polybase or polycation and as polyacid or polyanion. Cationic polyelectrolytes are thus polymers which carry ionic or ionizable groups, ie be present either as polybase or polycation.
  • electrolytes are compounds which carry one or more ionic or ionizable groups and, depending on the nature of the ionizable groups, are present as base or cation.
  • the hydrophobic cationic electrolytes and polyelectrolytes according to the invention are characterized by one or more cationic charge groups which are ionizable or by one or more basic groups which are ionizable, a carbon compound which contains no or only a very small proportion ( ⁇ 2% by weight). has hydrophilic groups (eg, OH groups) and has a Kow of> 0.3 or> 0.3.
  • a polyelectrolyte carries at least two cationic charge groups or at least two basic groups which are ionizable and preferably a carbon-containing quaternary nitrogen compound.
  • At most 90% of the nitrogens are quaternary nitrogens, more preferably at most 80% of the nitrogens, further preferably at most 70%, further preferably at most 60%, further preferably at most 50%, even more preferably at most 40%, even more preferably at most 30%, even more preferably at most 20%, even more preferably at most 10%, and most preferably at most 5%.
  • a Kow of> 0.4 or> 0.4 more preferably a Kow of> 0.5 or> 0.5, more preferably of> 0.5 or> 0.5, more preferably of> 0.6 or> 0.5, more preferably> 0.7 or> 0.7, more preferably> 0.8 or> 0.8, even more preferably> 0.9 or> 0.9, even more preferably 1 , 0 or> 1, 0, even more preferably> 1, 5 or> 1, 5, even more preferably> 2.0 or or> 2.0, even more preferably> 2.5 or> 2.5 even more preferably> 3.0 or> 3.0, even more preferably> 3.5 or> 3.5, even more preferably> 4.0 or> 4.0, even more preferably> 5, 0 or> 5.0, even more preferably> 6.0 or>, 6.0 even more preferably from 7.0 or> 7.0, even more preferably from 8.0 or> 8.0 and most preferably from > 9.0 or> 9.0.
  • a further embodiment of the present invention directed to a process for producing surface coating, comprising the following steps:
  • One embodiment of the present invention relates to a surface coating comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating is anhydrous wherein the hydrophobic cationic electrolyte or the hydrophobic cationic polyelectrolyte bears at least two cationic charge groups or at least two basic groups and is a carbon-containing quaternary nitrogen compound, wherein the hydrophobic cationic electrolyte or the hydrophobic cationic polyelectrolyte has been rendered hydrophobic by addition of a carboxylic acid / nitrocarboxylic acid.
  • the at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte is rendered hydrophobic by adding a carboxylic acid / nitrocarboxylic acid.
  • One embodiment of the present invention relates to a surface coating comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating is prepared anhydrous, wherein the hydrophobic cationic electrolyte or the hydrophobic cationic polyelectrolyte at least two cationic charge groups or at least two carries basic groups and is a carbon-containing quaternary nitrogen compound.
  • hydrocarbon compounds which have an unbranched or branched carbon chain. It is also possible that there is more than one branch.
  • the molecular weight may be between 200 and 500,000 Da, more preferably between 1,000 and 250,000 Da, and more preferably between 5,000 and 125,000 Da.
  • the consistency can be firm to liquid.
  • solid or highly viscous cationic polyelectrolytes they can be dissolved in an organic solvent.
  • the cationic groups may be present on one or more nitrogen atoms which are terminal or linkage of a compound. It is also possible for 2 or more nitrogen atoms together or else together with other elements to provide positive charge groups.
  • the hydrophobic cationic electrolyte or the hydrophobic cationic polyelectrolyte is a carbon-containing compound having a molecular weight between 200 and 500,000 Da, which is at least two carries cationic charge groups or at least two basic groups which are ionizable and which has a Kow of> 0.3.
  • hydrophobic cationic electrolyte or at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte wherein the hydrophobic cationic electrolyte or the hydrophobic cationic polyelectrolyte comprises a carbon-containing compound having a molecular weight of between 200 and 500,000 Da which carries at least two cationic charge groups or at least two basic groups which are ionizable and which has a Kow of> 0.3
  • another embodiment of the present invention relates to a surface coating comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating is made anhydrous, wherein the hydrophobic cationic electrolyte or the hydrophobic cationic polyelectrolyte comprises a carbon-containing compound having a molecular weight between 200 and 500,000 Da which carries at least two cationic charge groups or at least two basic groups which are ionizable and which has a Kow of> 0.3.
  • Nitrogen compounds which provide a cationic charge group or can be converted into cationic charge groups can be, for example, the following groups: amines, amides, ammonium, imines, azanes, triazines, tetrazanes, nitrones, guanidine, amidine, pyrrolidine, piperidine, piperazine, morpholine , N-heteroaromatics, such as imidazole, pyrazole, pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, Isoquinoline, quinoline, benzimidazole, purine, thiazole or oxazole.
  • groups such as imidazole, pyrazole, pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, Isoquinoline, quinoline, benzimidazole, purine, thiazole or oxazole.
  • the cationic charge group consists of a quaternized nitrogen compound.
  • the organic polycation furthermore preferably has quaternary cationic groups, preferably quaternary amines selected from the group consisting of or consisting of ammonium, guanidinium, amidinium, imidazolium, pyrrolidinium, pyrazinium, piperidinium, pyrimidinium, pyridazinium pyrazolium , Isoquinolinium, quinolinium, purinium, benzimidazolium, thiazolinium, oxazolinium, phosphonium and sulfonium ions.
  • heterocyclic aromatics or aliphatic heterocycles may also carry additional amine groups.
  • hydrophobic cationic electrolyte or the hydrophobic cationic polyelectrolyte carries at least two cationic charge groups or at least two basic groups selected from the list consisting of or ammonium, guanidinium, amidinium, imidazolium, pyrrolidinium, pyrazinium, piperidinium, pyrimidinium, pyridazinium, pyrazolium, isoquinolinium , Quinolinium, purinium, benzimidazolium, thiazolinium, oxazolinium, phosphonium and sulfonium.
  • One embodiment of the present invention relates to a surface coating comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, the hydrophobic cationic electrolyte or the hydrophobic cationic polyelectrolyte bearing at least two cationic charge groups or at least two basic groups selected from the list comprising or consisting of ammonium, guanidinium, amidinium, imidazolium, pyrrolidinium, pyrazinium, piperidinium, pyrimidinium, pyridazinium, Pyrazolium, isoquinolinium, quinolinium, purinium, benzimidazolium, thiazolinium, oxazolinium, phosphonium and sulfonium.
  • hydrophobic cationic electrolytes and polyelectrolytes may also be condensation or polymerization products of hydrophobic carbon compounds and compounds having cationic charge groups or hydrophilic cationic electrolytes which are covalently linked to hydrophobic carbon compounds or covalently bonded to each other and to one another by polymerization. Furthermore, they may be hydrophilic cationic polyelectrolytes, which are rendered hydrophobic with hydrophobic compounds (see also the procedures hereafter).
  • the cationic groups are very well suited to bind to hydrophobic groups. As a result, the number of charge carriers decreases and the hydrophobicity is increased. It has been found that the saturation of the cationic groups, respectively the increase of the hydrophobicity, are accompanied by an increase of the degradation stability. This also applies to a saturation of the cationic groups by carboxylic acids which are bound electrostatically. It is believed that cationic groups that do not have hydrophobic shielding promote water ingress / penetration that occurs during degardation.
  • cationic electrolytes and polyelectrolytes are preferred in which there is a hydrophobic shielding of the cationic groups by means of electrostatically bonded carboxylic acids and / or covalently bonded hydrophobic radicals, preferably> 50%, more preferably> 75%, more preferably> 90% and most preferably> 98% of the cationic groups.
  • the hydrophobic cationic polyelectrolytes may be composed of amino acids. Suitable are homologous organic polycations, such as polylysine, polyarginine, polyornithine, polyhistidine or heterologous polycations with two or more different amino acids, wherein at least one amino acid into a positively charged charge group, preferably via a nitrogen unit.
  • the polyamino acids are rendered hydrophobic.
  • an amino acid is copolymerized with an amino acid selected from the group consisting of phenylalanine, lysine, arginine, histidine, ornithine or a mixture of at least two of these amino acids.
  • the said amino acids can be previously hydrophobed or the resulting copolymer is rendered hydrophobic.
  • the monomeric amino acids can be protected from polymerization.
  • a protective group for the functionality to be protected preference is given to using fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc), tert-butyloxycarbonyl (Boc), benzyloxycarbonyl (Cbz, Z) or acetyl groups, more preferably triphenylmethyl (Trt), benzyloxymethyl (Born), benzyl -, phenyl, dinitrophenyl (Dnp), toluenesulfony-1 (Tos), mesitylenesulfonyl (Mts), acetamidomethyl (Acm), tert-Butylmercapto phenomenon (tBum) used.
  • the protecting groups can also be used frequently to produce the desired hydrophobic character of the polyelectrolytes. It has been found that arginine in its protected form already has the desired hydrophobic character of the hydrophobic cationic electrolyte. Particularly preferred is e.g. an arylsulfonyl protecting group. It is also possible via the protecting groups to introduce the desired carbon chain lengths as disclosed herein prior to polymerization. It would also be conceivable to polymerize monomeric amino acid with protective groups having different carbon chain lengths. Alternatively, it would also be possible to deprotect the protected polyamino acid only partially.
  • One embodiment of the present invention relates to a surface coating comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating anhydrous, wherein the hydrophobic cationic electrolyte or the hydrophobic cationic polyelectrolyte comprises a polymer and / or copolymer comprising or consisting of at least one amino acid phenylalanine, lysine, arginine, histidine and / or ornithine.
  • One embodiment of the present invention relates to a surface coating comprising or consisting of at least one carboxylic acid; and at least one hydrophobic cationic electrolyte or hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte, wherein the surface coating is prepared anhydrous, wherein the hydrophobic cationic electrolyte or the hydrophobic cationic polyelectrolyte polyphenylalanine, polylysine, polyarginine, polyornithine , Polyhistidine or a compound containing or consisting of the amino acids lysine, arginine, histidine, phenylalanine and / or ornithine.
  • one embodiment of the present invention is directed to a method of making surface coatings comprising the following steps:
  • polymers are obtained by first functionalizing the monomers with a reactive group which preferably reacts with the carboxyl group, such as N-carboxyanhydrides (NCA).
  • NCA N-carboxyanhydrides
  • further functional groups of the compounds which interfere with a polymerization reaction are to be protected by known processes.
  • these Compounds becomes a suitable concentration ratio in a solvent phase, such as. B. THF, prepared and initiated a reaction activation, for example by adding a reaction-promoting solvent or a nucleophile such as an amine.
  • reaction activation is understood to mean the initiation of the reaction or the initiation of the polymerization.
  • the polymerization reaction can be terminated by known processes.
  • the polymerization products can be fractionated according to their molecular weight, as required.For compounds containing protective groups of cationic functional groups, these are If, therefore, functional groups which can be converted into a cationic group should carry a protective group, these are removed in a further step If the obtainable hydrophobic cationic polypeptides have the specification according to the invention, they can be prepared analogously to the described surface deposition methods native or hydrophobized material surfaces are deposited.
  • Prior art polycationic compounds that do not have the requisite hydrophobicity can be made by coupling them with non-polar and / or poorly polar compounds. Such methods are known in the art.
  • a hydrophobic modification of cationic electrolytes takes place according to one of the following methods or according to a method of the prior art.
  • the hydrogen atoms of primary and secondary amino groups be in part by linear or branched alkyl, alkenyl, alkynyl, hydroxyalkyl or alkylcarboxyl radicals having from 6 to 24 carbon atoms, preferably from 8 to 24 carbon atoms, preferably from 10 to 22 carbon atoms, preferably with 12 to 20 carbon atoms, even more preferably with 14 to 18 carbon atoms in the alkyl radical, which may carry further substituents such as alkyl, alkene, alkyne, hydroxy groups, amino groups, halogens, sulfide groups or carboxyl groups.
  • the reaction is carried out with linear or branched carboxylic acids having 10 to 22 carbon atoms, preferably having 14 to 20 carbon atoms, more preferably 12 to 20 carbon atoms, even more preferably having 14 to 18 carbon atoms in the alkyl or alkylene radical, such as Capric, undecanoic, lauric, tridecanoic, myristic, pentadecanoic, palmitic, margaric, stearic, nonadecanoic, arachidic, behenic, palmitoleic, oleic, linoleic, linolenic, arachidonic and mixtures thereof, preferably stearic, palmitic and oleic acids, or Anhydrides of said carboxylic acids and / or linear or branched Alkyl halides having 10 to 22 carbon atoms, preferably having 12 to 20 carbon atoms, even more preferably having 14 to 18 carbon atoms, such as tetradecyl chloride,
  • the degree of hydrophobing (the degree of modification) is preferably 0.1 wt .-% to 100 wt .-%, more preferably 0.2 wt .-% to 80 wt .-%, more preferably 0.3 wt .-% to 60 wt .-%, further preferably 0.4 to 50% by weight, more preferably 0.5 to 40% by weight, more preferably 0.6 to 30% by weight, further preferably 0.7 to 20% by weight, further preferably 0 , 9 to 10 wt .-% and particularly preferably 1 to 7 wt .-% of the above hydrophobing units, based on the weight of the finished product.
  • the at least one hydrophobic cationic electrolyte and / or hydrophobic cationic polyelectrolyte is hydrophobicized.
  • hydrophobing are compounds having epoxy groups.
  • epoxy groups e.g. Epoxyethane, epoxypropane, epoxybutane, epoxypentane, epoxyhexane, epoxyheptane, epoxyoctane, epoxynonane or epoxydecane
  • the H atom of the amino group is replaced by the carbon of the epoxide building block.
  • lipophilic polyalkylenepolyamines are also preferred. These compounds can be obtained according to the prior art, for example by alcohol amination, in the aliphatic amino alcohols with one another or aliphatic diamines or polyamines with aliphatic diols or polyols with elimination of water in the presence of a homogeneous catalyst. At least one of the starting materials is an alkyl or alkylene group containing five or more carbon atoms.
  • the hydrophobicity achievable therewith can be established, whereby a different dissolution behavior in organic solvents having a different polarity can be produced.
  • This can be used in a particularly advantageous manner to allow a multiple application of hydrophobic cationic electrolytes and polyelectrolytes, which are dissolved in organic solvents of different polarity, thereby avoiding an arrival and / or replacement of an already made order of the compounds.
  • a carboxylic acid / nitrocarboxylic acid can be applied to a coating with a hydrophobic cationic electrolyte or polyelectrolyte, without a relevant dissolution of the order by dissolving them in methanol or acetone and applying the solution to the material surface (eg by spray coating or micropippetting method ) or the material is introduced into an appropriate solution (eg dipp-coating). Therefore, in a preferred embodiment of the coating according to the invention, an application of hydrophobic cationic electrolytes or polyelectrolytes takes place have different hydrophobicity or solution behavior in organic solvents wherein the order of these compounds is carried out alternately on a material surface.
  • hydrophobic cationic electrolyte or polyelectrolyte it is preferable to first carry out a deposition of a hydrophobic cationic electrolyte or polyelectrolyte and, after drying, to deposit a deposition of a hydrophobic cationic electrolyte or polyelectrolyte with a lower or higher hydrophobicity and using a different organic solvent on the material surface.
  • the one and / or both of the hydrophobic cationic electrolytes or polyelectrolytes may be present in the form of a mixture with one or more carboxylic acids / nitrocarboxylic acids. It is further preferred according to the invention and preferred to carry out a separation of carboxylic acids / nitrocarboxylic acids between the abovementioned coating steps, which is preferably present dissolved in a polar organic solvent.
  • Suitable quaternizing agents are alkylating agents such as alkyl halides, methyl chloride, methyl bromide, methyl iodide, ethyl chloride, ethyl bromide, ethyl iodide, propyl chloride, propyl bromide, propylidoid, butyl chloride, butyl bromide, butyl iodide, pentyl chloride, pentyl bromide, pentyl iodide, hexyl chloride, hexyl bromide, hexyl iodide, heptyl chloride, heptyl bromide, heptyl iodide, octyl chloride , octyl bromide, octyl chloride , octyl bromide, octyl chloride , octyl bromide, o
  • hydrophobic polyalkyleneimines are understood as meaning polymers of homologs of ethyleneimine (aziridine) or of a 2-substituted-2-oxazoline monomer, such as propylene imine (2-methylaziridine), 1- or 2-butyleneimine (2-ethylaziridine or 2,3-dimethylaziridine) ,
  • polystyrene resin may be homopolymers of the abovementioned alkyleneimines or a said oxazoline monomer or its higher homologs and the graft polymers of polyamidoamines or polyvinylamines with ethyleneimine or a 2-substituted-2-oxazoline monomer or its higher homologs.
  • Polyalkylenenimines may be modified by reaction with alkylene oxides such as ethylene oxide, propylene oxide or butylene oxide, dialkyl carbonates such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate, alkylene carbonates such as ethylene carbonate or propylene carbonate, or C 1 -C 6 carboxylic acids.
  • hydrophobic polyethyleneimines are particularly preferred. These may be homopolymers of ethyleneimine (aziridine) or a 2-substituted 2-oxazoline monomer or its higher homologs, as well as the graft polymers of polyamidoamines or polyvinylamines with ethyleneimine or a 2-substituted 2-oxazoline monomer or its higher homologues.
  • the polyethyleneimines can be uncrosslinked or crosslinked, quaternized and / or modified by reaction with alkylene oxides, dialkyl or alkylene carbonates or C 1 - to C 6 -carboxylic acids.
  • the amines are only partially modified with the dialkyl or Alkylencarbonaten or d- to Ce carboxylic acids.
  • diisocyanates such as hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate and
  • Diphenylmethane diisocyanate dihaloalkanes such as 1, 2-dichloroethane, 1, 3-trichloropropane, 1, 4-dichlorobutane and 1, 6-dichlorohexane, diepoxides such as oligo- and Polyethylenglycolbisepoxide, epihalohydrins such as epichlorohydrin, bischlorohydrin ethers of alkylene glycols and polyalkylene glycols with 2 bis 100 ethylene oxide and / or propylene oxide units, alkylene carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate and bischloroformates such as 2,2-Dimethylpropylenbischloroformiat.
  • dihaloalkanes such as 1, 2-dichloroethane, 1, 3-trichloropropane, 1, 4-dichlorobutane and 1, 6-dichlorohexane
  • diepoxides such as oligo- and Poly
  • Hydrophobic polyethyleneimines can also consist of polymers which have been prepared from ethyleneimine units and polyamidoamines by grafting. Grafted polyamidoamines are known, for example, from US Pat. No. 4,144,123 or DE-B-2,434,816.
  • Hydrophobic polyalkylenepolyamines are compounds containing at least 3 basic nitrogen atoms in the molecule, for example diethylenetriamine, dipropylenetriamine, triethylenetetramine, tripropylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, N- (2-aminoethyl) -1, 3-propanediamine and N, N'-bis (3 - aminopropyl) ethylenediamine. These compounds can also be adjusted by copolymerization or grafting to the hydrophobicity of the invention.
  • hydrophobic polyvinylamines which are homopolymers or copolymers of N-vinylcarboxamides which are at least partially saponified.
  • the polyvinylamines can be present in uncrosslinked or crosslinked form, quaternized and / or modified by reaction with alkylene oxides, dialkyl or alkylene carbonates or C 1 - to C 6 -carboxylic acids.
  • hydrophobic cationic polyelectrolytes may be compounds prepared from the following monomer subunits: 2-aminoethyl acrylate, 2-aminoethyl methacrylate, dimethylaminoethyl acrylate (DMAEA), dimethylaminopropyl acrylate, propenoic acid 2- (dimethylamino) propyl ester, dimethylaminobutyl acrylate, diethylaminoethyl acrylate, diethylaminopropyl acrylate Propenoic acid 2- (diethylamino) propyl ester, diethylaminobutyl acrylate, dipropylaminoethyl acrylate, dipropylaminopropyl acrylate, 2-propenoic acid 2- (dipropylamino) propyl ester, dipropylaminobutyl acrylate, 2- (morpholin-4-yl) ethyl acrylate, 2- (di
  • DMAEM Dimethylaminoethyl methacrylate
  • 2- (dimethylamino) propyl methacrylate dimethylaminobutyl methacrylate, diethylaminoethyl methacrylate, diethylaminopropyl methacrylate, 2- (diethylamino) propyl methacrylate, diethylaminobutyl methacrylate, dipropylaminoethyl methacrylate, dipropylaminopropyl methacrylate, 2- (dipropylamino) propyl methacrylate, dipropylaminobutyl methacrylate, methacrylic acid.
  • cetylacetyl (imidazol-4-ylmethyl) polyethyleneimine is preferred.
  • Other compounds which are suitable for the preparation of hydrophobic cationic polyelectrolytes are, for example, compounds with primary, secondary and tertiary amines, such as.
  • hydrophobic compounds of polyamidoamine PAMAM
  • polyethylenimine PEI
  • polypropylenimine PPI
  • hydrophobized polyamidoamine PAMAM
  • hydrophobized polyethylenimine PEI
  • hydrophobized polypropylenimine PEI
  • hydrophobized polymers and / or copolymers containing or consisting of arginine Particularly preferred are hydrophobic compounds of polyamidoamine (PAMAM), polyethylenimine (PEI) and polypropylenimine (PPI), which are preferably modified as described herein.
  • hydrophobic cationic polyelectrolyte such as from polyamines, for example.
  • Polyethyleneimine (PEI) or polyamino acids are preferably at least 25%, more preferably at least 30%, even more preferably at least 40% of the aminoprotons of the starting material by linear or branched alkyl alkenyl, alkynyl , Hydroxyalkyl or alkylcarboxyl radicals preferably having at least 6 carbon atoms, preferably having at least 8 carbon atoms, more preferably having at least 10 carbon atoms, even more preferably having at least 12 carbon atoms, even more preferably having at least 14 carbon atoms and even more preferably having at least 16 carbon atoms.
  • PEI Polyethyleneimine
  • polyamino acids are preferably at least 25%, more preferably at least 30%, even more preferably at least 40% of the aminoprotons of the starting material by linear or branched alkyl alkenyl, alkynyl , Hydroxyalkyl or alkylcar
  • hydrophobization is preferably understood as meaning the degree of alkylation.
  • the degree of alkylation is preferably the ratio of the alkylating reagent used to the number of primary amines and / or secondary and / or tertiary amines more preferably the ratio of the alkylating reagent used to the number of primary amines and / or secondary and most preferably the ratio of alkylating reagent used Number of primary amines.
  • An alkylation level is particularly preferably 1-100%, preferably 10-100%, more preferably 20-100%, more preferably 30-100%, more preferably 40-100%, still more preferably 50-100%, even more preferably from 60 to 100%, more preferably from 70 to 100%, even more preferably from 80 to 100%, and still more preferably from 90 to 100%.
  • the at least one polyelectrolyte is particularly preferably selected from the group consisting of polybenzylamine, polyvinylpyrrolidine, polyvinylpiperidine, polyvinylimidazole, polyvinylpyridine, polyvinylamine, polyvinylguanidine, polyvinylamidine, polyallylamine, polyallylguanidine, diallyl, polydiallyldimethylammonium salt (PDADMA salt), hexadimethrine bromide (polybrene), poly [bis (2-chloroethyl) ether-a / M, 3-bis [3- (dimethylamino) propyl] urea] and copolymers of the aforementioned polymers, wherein the polyelectrolytes are preferably hydrophobicized.
  • active compound or “supportive compound” is meant molecular compounds having a known effect in biological Have systems or can cause an effect on biological systems.
  • the active compounds meant herein are preferably molecular compounds known as medicinal agents.
  • the preferred supportive compounds are, for example, those compounds which regulate a release of the active compounds and / or have an influence on their stability or exert an influence on the degradation of the coating and / or have biological effects.
  • a formulation can also be carried out with a carboxylic acid and a suitable substance, such as an active ingredient or a supportive compound, admixed to one of the hydrophobic cationic polyelectrolytes or deposited on a coating carried out.
  • a suitable substance such as an active ingredient or a supportive compound
  • such compounds can also be electrostatically bound to hydrophobic anionic electrolytes / polyelectrolytes and deposited together with them on a layer of a hydrophobic cationic polyelectrolyte or deposited together with them during the deposition process.
  • the active compound is preferably an antiproliferative, antiinflammatory, antimigrative, antiinflammatory, antiangiogenic, cytostatic, cytotoxic, antirestenotic, antineoplastic, antibacterial and / or antimycotic active ingredient.
  • sulfur-containing amino acids such as cystine and salts, hydrates, solvates, enantiomers, racemates, enantiomer mixtures, diastereomer mixtures; Metabolites, prodrugs and mixtures of the aforementioned active ingredients.
  • Preferred active compounds are, for example, heparin, aspirin, ramipril, trapidil, batroxobin, corticoids, such as dexamethasone or 17-.beta.-estradiol, m-TOR inhibitors, such as rapamycin (sirolimus, everolimus, tarcolimus, zotarolimus, biolimus), taxols, such as paclitaxel ,
  • Preferred supportive compounds are, for example, cholesterol, angiopeptin, VEGF, PEG, collagen, hyaluronic acid and its derivatives, antioxidants, vitamins, such as calciferol or carotenoids.
  • nitrofatty acids as described herein.
  • Carboxylic acids are organic compounds that carry one or more carboxyl groups. A distinction is made between aliphatic, aromatic and heterocyclic carboxylic acids. Aliphatic forms of carboxylic acids, also called alkanoic acids, are fatty acids and are further listed in the following paragraph.
  • fatty acids are aliphatic carbon chains having a carboxylic acid group.
  • the carbon atoms can be linked with single bonds (saturated fatty acids) or with double bond bridges (unsaturated fatty acids), these double bonds may be in an egg or trans configuration.
  • saturated fatty acids saturated fatty acids
  • double bond bridges unsaturated fatty acids
  • fatty acids such compounds having more than 4 consecutive carbon atoms adjacent to the carboxyl group are referred to as fatty acids.
  • linear saturated fatty acids examples include nonanecarboxylic acid (capric acid), dodecanoic acid (lauric acid), tetradecanoic acid (myristic acid), hexadecanoic acid (palmitic acid), octadecanoic acid (stearic acid), n-eicosanoic acid (arachidic acid) and n-docosanoic acid (behenic acid).
  • Examples of mono-olefin fatty acids are myristoleic acid, palmetoleic acid, petroselinic acid, oleic acid, elaidic acid, dicelic acid and erucic acid.
  • Examples of polyolefin fatty acids are linoleic acid, linolenic acid, punicic acid, arachidonic acid and nervonic acid.
  • Fatty acids may also carry functional groups, such as. As the vernolic acid, ricinoleic acid and lactobacillic acid.
  • the functional groups herein also include terminal carbon cyclic radicals.
  • fatty acids used herein, the following compounds are exemplified: hexanoic acid, octanoic acid, decanoic acid, dodecanoic acid, tetradecanoic acid, hexadecanoic acid, heptadecanoic acid, octadecanoic acid, eicosanoic acid, docosanoic acid, tetracosanoic acid, cis-9-tetradecenoic acid, cis-9-hexadecenoic acid cis-6-octadecenoic acid, cis-9-octadecenoic acid, cis-1-octadecenoic acid, cis-9-eicosenoic acid, cis-1-eicosenoic acid, cis-13-docosenoic acid, cis-15-tetracenoic acid, t9-octadecenoi
  • Eicosatrienoic acid 9c1 1t13t-eleostearic acid, 8t10t12c-calendulic acid, 9c1 1t13c-catalpinic acid, 4,7,9,1,1,13,16,19-docosaheptadecanoic acid, taxoleinic acid, pinolenic acid, sciadonic acid, 6-octadecanoic acid, tl 1 -ctadecene-9- acid, 9-octadecanoic acid, 6-octadecene-9-enoic acid, t10-heptadecene-8-acetic acid, 9-octadecene-12-acetic acid, t7, t1 1-octadecadiene-9-amino acid, t8, t10-octadecadiene-12-acetic acid , 5,8,1 1, 14-eicosatetraic acid, retinoic acid, isopalmitic acid
  • nitrocarboxylic acids which can be used according to the invention, which are also referred to herein synonymously as nitro-fatty acids or "nitrated fatty acids", contain at least one carboxylic acid unit and one C-NO 2 unit (bond between carbon and nitrogen), and preferably correspond to the general formula X:
  • the compound contains at least one nitro (-NO 2) group attached to one of the carbon atoms of the carbon chain.
  • the nitro group represented by the general formula (X) has no specific position and may be bonded to any of the carbon atoms (a to co) of the alkyl chain, ie, the carbon atom chain. Most preferred is when the nitro group or groups are / is attached to a vinyl unit of the unsaturated alkyl chain of an unsaturated carboxylic acid. That is, the nitro group (s) is most preferably attached to a double bond in the unsaturated alkyl chain of the unsaturated carboxylic acid.
  • the carbon atom chain which may be referred to as an alkyl chain, may contain more than one nitro group.
  • the carbon atom chain may also contain double bonds and / or triple bonds and may be linear or branched and contain further substituents defined as substituents S1 to S20.
  • the term "alkyl chain” not only refers to linear and saturated alkyl groups, but also refers to mono-unsaturated, polyunsaturated, branched and further substituted alkyl groups or alkenyl groups or alkynyl groups. Preferred are the mono-, di- and poly-unsaturated carbon atom chains of the unsaturated carboxylic acids (including unsaturated carboxylic acid esters).
  • the carbon atom chain refers to an alkyl chain to which is bonded at least one nitro group consisting of 1 to 40 carbon atoms, which alkyl chain may contain one or more double and / or one or more triple bonds and may be cydic and / or by one or more nitro groups and / or one or more substituents S1 - S20 may be substituted.
  • alkyl is unclear, due to the fact that an alkyl group is saturated and contains no double or triple bonds, the following definition is provided: the term
  • Carbon atom chain refers to an alkyl chain or alkenyl chain or alkynyl chain to which is bonded at least one nitro group consisting of 1 to 40 carbon atoms, which alkyl chain may be cydic and may be substituted by one or more nitro groups and / or one or more substituents S1 - S20, the alkenyl chain contains one or more double bonds and may be cydic and substituted by one or more nitro groups and / or one or more substituents S1 - S20 and the alkynyl chain contains one or more triple bonds and may be cydic and one or more nitro groups and / or one or more substituents S1 - S20.
  • the term "may be substituted by one or more nitro groups” is understood to mean that one or more nitro groups may be present on the carbon atom chain in addition to the one nitro group necessarily required and explicitly mentioned and designated in the general formula (X ).
  • the term "carbon atom chain” refers to an alkyl chain which is saturated or which may contain one or more double bonds and / or triple bonds or refers to an alkyl chain (only saturated carbon atom chains are meant), alkenyl chain or alkynyl chain having at least one nitro group which is the nitro group which is explicitly drawn and mentioned in the general formula (X).
  • the carbon atom chain preferably contains 1 to 10, more preferably 1 to 5 double bonds or vinyl radicals.
  • the carbon atom chain consists of 1 to 40 carbon atoms, preferably 2 to 30 carbon atoms and more preferably 4 to 24 carbon atoms, which alkyl chain may contain one or more double and / or one or more triple bonds and / or may be substituted by one or more nitro groups and / or one or more substituents S1-S20.
  • nitrocarboxylic acids are unsaturated nitrocarboxylic acids. According to the invention, it is possible to use both cis and trans isomers and (depending on the substituents which can produce chiral centers) enantiomers, diastereomers and their racemates.
  • the nitro group can be attached to any position of the carbon chain.
  • Preferred unsaturated nitrocarboxylic acids are: nitro-cis-9-tetradecenoic acid (nitromyristoleic acid), nitro-cis-9-hexadecenoic acid (nitropalmitoleic acid), nitro-cis-6-hexadecenoic acid (nitrosalpenoic acid), nitro-cis-6 (nitropetrosuloic acid), nitro-cis -9- octadecenoic acid (nitrooleic acid), nitro-trans-9-octadecenoic acid, trans-9-nitro-9-octadecenoic acid, trans-10-nitro-9-octadecenoic acid, cis-9-nitro-9-octadecenoic acid, cis-10 Nitro-9-octadecenoyl, trans -10-nitro-8-octadecenoic acid, trans-9-nitro-10-octadecenoic acid, cis-10-nitro-8-octade
  • nitrofatty acids of oleic acid Particularly preferred are the nitrofatty acids of oleic acid. Particular preference is given to nitro-cis-9-octadecenoic acid, nitro-trans-9-octadecenoic acid or a mixture of these or trans-9-nitro-9-octadecenoic acid, cis-9-nitro-9-octadecenoic acid, cis-9-nitro -10-octadecenoic acid, and trans-9-nitro-10-octadecenoic acid or mixtures of these.
  • nitrocarboxylic acids with saturated alkyl chains are: nitrocarboxylic acid (nitrocapric acid), nitrodecanoic acid (nitromyrinic acid), nitrotetradecanoic acid (nitromycetic acid), nitrohexadecenoic acid (nitropalmitic acid), nitroheptadecanoic acid (nitromargaric acid), nitrooctadecanoic acid (nitrostearic acid), nitroic acid (nitroreacylic acid), nitrotocosenoic acid ( Nitrobesterklare), Nitrotetracosanklare (Nitrolignocerklare).
  • saturated nitrocarboxylic acids can contain 1, 2, 3, 4, 5 or 6 further nitro groups and can contain one or more of the abovementioned substituents S1-S20.
  • unsaturated nitrocarboxylic acids are preferred and, furthermore, unsaturated nitrocarboxylic acids containing one or two nitro groups are preferred.
  • the concentration of the at least one nitro carboxylic acid and other active ingredients, if present, is preferably in the range from 0001 to 500 mg per cm 2, preferably from 0:01 - 500 mg per cm 2, preferably 0.1 - 500 mg per cm 2, preferably 1 - 500 mg per cm 2, more preferably from 0001 to 450 mg per cm 2, more preferably 0:01 - 450 mg per cm 2, more preferably 0.1 - 450 mg per cm 2, more preferably 1 - 450 mg per cm 2, more preferably from 0001 to 400 mg per cm 2, more preferably 0:01 - 400 mg per cm 2, more preferably 0.1 - 400 mg per cm 2, more preferably 1 - 400 mg per cm 2, more preferably from 0001 to 300 mg per cm 2, more preferably 0:01 - 300 mg per cm 2, more preferably 0.1 - 300 mg per cm 2, more preferably 1 - 300 mg per cm 2, more preferably from 0001 to 200 mg per cm 2, more preferably 0:01 - 200 mg per cm 2, more preferably 0.1
  • the object of this method step is to provide a material surface in a form in which it can be coated with the method according to the invention.
  • the material may be metal or a metal alloy, a plastic, an inorganic compound such as ceramic or porcelain or an enamel, or a synthetic polymer such as PLA or a biopolymer such as cellulose. These can be resistant to completely dissolvable materials.
  • the material can be closed or open-pored or textured, with a smooth to rough surface. Also composites are suitable.
  • the surfaces may be absorbent or not soakable. There may be surface properties that vary between hydrophilic oleophobic to lipophilic oleophilic. Preference is given to metals and metal alloys and polymers. Particularly preferred are materials that are easily corrodible and / or biodegradable. Also preferred are smooth surfaces that are hydrophobic and / or lipophilic.
  • cleaning agents are, for example, organic solvents, such as alcohols, acetone or chloroform, furthermore acids, such as, for example, H 2 SO 4 , and also alkalis, such as NaOH or oxidizing agents, such as H 2 O 2 .
  • the duration of the exposure and the cleaning process are material-dependent and can be determined by a person skilled in the art.
  • the cleaning result can be checked by analytical methods such as electron microscopy.
  • hydrophobing is known to the person skilled in the art and generally refers to the change of the interaction of a substance or material with water, whereby the affinity of the substance or of the material for water is lowered
  • the surface of the material is preferably carried out until a water contact angle of> 40 °, preferably of> 60 °, more preferably of> 70 ° and most preferably> 85 °.
  • a surface hydrophobicization according to the invention is achieved when a water contact angle of> 60 ° is present. According to the invention, the hydrophobization takes place in that the surfaces do not come into contact with water.
  • a covalent surface hydrophobing can be carried out, for example, by silicon compounds which carry, for example, alkane or alkyl compounds, and can condense with OH groups done. This can be anhydrous from a solvent phase, for. As t-butanol or diacetone alcohol, take place.
  • organosilanes such as n-octadecyltrimethoxysilane C21 H52O3S1 (ODTMS) or - n-octadecyltriethoxysilane C2 4 H 6 O3Si (ODTES), and bivalent silanes, such as bis [3- (triethoxysilyl) propyl] tetrasulfide (BTES) and bis (trimethoxysilylpropyl) or aminosilanes such as 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), but also halogenated silanes such as perfluorodecyltrichlorosilanes.
  • BTES bis [3- (triethoxysilyl) propyl] tetrasulfide
  • APTES 3-aminopropyltriethoxysilane
  • halogenated silanes such as perfluorodecyltrichlorosilanes
  • the silanization solution for example, 2-10% of the silane with 5% triethylamine in dried toluene.
  • the incubation of the samples takes place, for example, for 2.5 hours in pre-silanized glass vessels at 75.degree.
  • the vessels are kept in motion with a sample shaker at a low number of revolutions.
  • the samples are removed and rinsed several times with toluene to remove only weakly adhering silane molecules. Thereafter, the samples are dried with compressed air or in a stream of nitrogen and stored for 1.5 hours at 135 ° C in an oven.
  • hydrophobing compounds which have an affinity for OH groups. Further preferred are compounds that are metabolized and / or excreted from the human organism and have low toxicity. Dopamine and polydopamine are preferred.
  • the application may be anhydrous, e.g. from a solution in methanol.
  • parylene C, D, N or F which is preferably applied over the entire surface by means of a gas deposition process.
  • hydrophobing consists of a coating with halogenated organic or inorganic compounds, wherein the preferred halogens are fluorine, chlorine and bromine. Examples are PTFE or chlorinated paraffins. Such coatings can also be deposited via a gas phase or applied in the form of a melt.
  • the order of the compounds for hydrophobing is preferably carried out under protective gas conditions and under the respectively suitable and adapted to the material to be coated temperatures.
  • Deposition of hydrophobing compounds can also be accomplished by physico-chemical deposition techniques. Known methods are an ALD, PVD or CVD method.
  • the processes for hydrophobization are carried out monolayer coatings.
  • the successful hydrophobing can be carried out by known analytical methods, such as the water contact angle measurement. Preference is given to a hydrophobing which requires a water contact angle of> 60 °, more preferably of> 70 ° and particularly preferably of> 85 °.
  • the hydrophobic cationic electrolytes and polyelectrolytes of the invention are carbon-based compounds having one or more positive charge groups. Preferred are compounds having a molecular weight between 200 and 500,000, more preferred are those having a molecular weight of between 1,000 and 100,000 Da, and more preferably between 2,000 and 50,000 Da. According to the invention, both unbranched and singly or multiply branched hydrophobic cationic electrolytes and polyelectrolytes. Branched and multi-branched hydrophobic cationic polyelectrolytes are preferred. Mixtures of hydrophobic cationic electrolytes and polyelectrolytes with different C chain length and / or degree of branching can also be used.
  • a hydrophobic property of the hydrophobic cationic electrolytes and polyelectrolytes to be used according to the invention is preferred. This can be recognized, for example, from the fact that after application to a surface, the hydrophobic cationic electrolytes or polyelectrolytes can not be redissolved with an aqueous medium. Furthermore, they impart hydrophobic properties after drying the material surface, which can be determined by means of water contact angle measurements. The hydrophobicity produced thereby causes a water contact angle when measured at 20 ° C.
  • hydrophobic cationic electrolytes and polyelectrolytes have a K ow of> 0.3, more preferably of> 0.8 and even more preferably of> 1. Hydrophobic does not mean that the hydrophobic cationic electrolytes and polyelectrolytes can not be dissolved in one part in an aqueous medium.
  • the mixed solution may consist of one or more organic solvents.
  • Preferred solvents are: volatile alcohols, such as ethanol, methanol, isopropyl alcohol, but also low-volatility alcohols, such as polyethylene glycol or wax alcohols or polyethers, furthermore chlorinated hydrocarbons, such as dichloromethane, volatile alkane, alkene or alkyne compounds in aliphatic or cyclic form , as Heptane or cyclohexane or benzenes.
  • apolar organic solvents such as toluene or THF. In principle, all nonpolar solvents are suitable.
  • alkanes including their constitutional isomers and their cyclic form pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, or dodecane, benzene, toluene, xylenes, trimethylbenzene, ethers, halogenated solvents or alcohols.
  • cyclopentane n-pentane, cyclohexane, n-hexane, 2-methylpentane, 3-methylpentane, 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane, cycloheptane, n-heptane, 2- Methylhexane, 3-methylhexane, 2,2-dimethylpentane, 2,3-dimethylpentane, 3,3-dimethylpentane, 2,4-dimethylpentane, 3-ethylpentane, 2,3,3-trimethylbutane, cyclooctane, cyclooctene, such as trans- Cyclooctene or cis-cycloctene, n-octane, 2-methylheptane, 3-methylheptane, 4-methylheptane, 2,2-dimethylhexane, 2,3-dimethyl
  • the solvents are volatile solvents.
  • Volatile solvents are solvents having a boiling point of at most 200 ° C, preferably at most 190 ° C, more preferably at most 180 ° C, more preferably at most 170 ° C, more preferably at most 160 ° C, more preferably at most 150 ° C, more preferably at most 140 ° C, more preferably at most 130 ° C, more preferably at most 120 ° C, more preferably at most 1 10 ° C, more preferably at most 100 ° C, more preferably at most 90 ° C, more preferably at most 80 ° C, more preferably at most 70 ° C, more preferably at most 60 ° C, and most preferably at most 50 ° C at room temperature and normal pressure.
  • solvents are n-pentane, cyclopentane, n-hexane, cyclohexane, n-heptane, n-octane, isooctane (2,2,4-trimethylpentane), ethanol, propane-1-ol, propan-2-ol , Butane-1 -ol, butan-2-ol, tert-butanol, pentane-1-ol, pentan-2-ol, pentan-3-ol, 2-methyl-2-butanol, hexane-1-ol, toluene , 1, 2-dimethylbenzene, 1, 3-dimethylbenzene, 1, 4-dimethylbenzene, THF (tetrahydrofuran), 2-methyltetrahydrofuran, MTBE (2-mehoxy-2-methylpropane) or TBME (tert-butylmethyl ether), tert-amyl ether ,
  • the most preferred solvents are pentane, iso-octane (2,2,4-trimethylpentane), toluene, THF (tetrahydrofuran), MTBE (2-methoxy-2-methylpropane) and TBME (tert-butyl methyl ether), ethanol, propane-1 -ol, propan-2-ol, DMSO, DCM (dichloromethane) or chloroform (trichloromethane).
  • the usable solvents can also be combined with each other.
  • the surface coating according to the invention preferably has a (generally) homogeneous layer thickness of 5 nm to 50 ⁇ m, more preferably of 10 nm and 25 ⁇ m and more preferably from 20 nm to 10 ⁇ m, and most preferably from 30 nm to 1 ⁇ m.
  • 2- or multi-layer coatings are carried out with hydrophobic cationic electrolytes and polyelectrolytes.
  • drying is carried out as described above.
  • the coating process is then carried out with the identical hydrophobic cationic electrolyte and polyelectrolyte as before and / or with another hydrophobic cationic electrolyte and polyelectrolyte under the same or changed process conditions.
  • hydrophobic cationic electrolytes and polyelectrolytes are multi-layered, comprising a hydrophobic cationic electrolyte or at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture comprising at least one hydrophobic cationic electrolyte and at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte and in an alternative coating step Mixture of a carboxylic acid and a hydrophobic cationic electrolyte or at least one hydrophobic cationic polyelectrolyte or a mixture of the like consecutively or alternately applied to the material surface.
  • the material surfaces are subjected to drying after each coating application.
  • steps b) and c) can be repeated two or more times consecutively after step c) and before step d).
  • the method according to the invention for producing a surface coating comprises the following steps:
  • a two-layered or multi-layered layer structure with hydrophobic cationic electrolytes and polyelectrolytes is prepared by alternately coating with hydrophobic cationic electrolytes and / or polyelectrolytes and hydrophobic anionic electrolytes and / or polyelectrolytes. It is preferred if the last layer of a hydrophobic electrolyte and / or polyelectrolyte is a hydrophobic cationic electrolyte and / or polyelectrolyte.
  • one or more hydrophobic cationic electrolytes and / or polyelectrolytes are mixed with one or more carboxylic acids, including nitrofatty acids. This is preferably carried out in a solvent phase in which the compounds are dissolved anhydrous. After complete mixing and preferably under clear solution, the mixture containing one or more hydrophobic cationic electrolytes and / or polyelectrolyte (s) and carboxylic acids may be applied. In principle, all nonpolar solvents are suitable.
  • alkanes including their constitutional isomers and their cyclic form pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, or dodecane, benzene, toluene, xylenes, trimethylbenzene, ethers, halogenated solvents or alcohols.
  • cyclopentane n-pentane, cyclohexane, n-hexane, 2-methylpentane, 3-methylpentane, 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane, cycloheptane, n-heptane, 2 Methylhexane, 3-methylhexane, 2,2-dimethylpentane, 2,3-dimethylpentane, 3,3-dimethylpentane, 2,4-dimethylpentane, 3-ethylpentane, 2,3,3-trimethylbutane, cyclooctane, cyclooctene, such as trans Cyclooctene or cis -cycloctene, n-octane, 2-methylheptane, 3-methylheptane, 4-methylheptane, 2,2-dimethylhexane, 2,3-dimethyl
  • Thymethylheptane 2,2,5-trimethylheptane, 2,2,6-trimethylheptane, 2,3,3-
  • Thymethylheptane 2,3,4-trimethylheptane, 2,3,5-trimethylheptane, 2,3,6-
  • Thymethylheptane 3,4,4-trimethylheptane, 3,4,5-trimethylheptane, 2,2,3,3-
  • the solvents are volatile solvents.
  • Volatile solvents are solvents having a boiling point of preferably at most 140 ° C, more preferably at most 130 ° C, further preferably at most 120 ° C, more preferably at most 1 10 ° C, more preferably at most 100 ° C, more preferably at most 90 ° C, more preferably at most 80 ° C, more preferably at most 70 ° C, more preferably at most 60 ° C, and most preferably at most 50 ° C at room temperature and normal pressure.
  • solvents are n-pentane, cyclopentane, n-hexane, cyclohexane, n-heptane, n-octane, iso-octane (2,2,4-trimethylpentane), ethanol, propane 1-ol, propan-2-ol, butan-1-ol, butan-2-ol, tert-butanol, pentan-1-ol, pentan-2-ol, pentan-3-ol, 2-methyl-2 butanol, hexane-1-ol, toluene, 1, 2-dimethylbenzene, 1, 3-dimethylbenzene, 1, 4-dimethylbenzene, THF (tetrahydrofuran), 2-methyltetrahydrofuran, MTBE (2-mehoxy-2-methylpropane) or TBME (tert-butyl methyl ether), tert-amyl ether, DCM (dichlor
  • the most preferred solvents are pentane, isooctane (2,2,4-trimethylpentane), toluene, THF (tetrahydrofuran), MTBE (2-methoxy-2-methylpropane) or TBME (tert-butyl methyl ether), DCM (dichloromethane) or Chloroform (trichloromethane).
  • the application of one or a mixture of a plurality of hydrophobic cationic electrolytes and / or polyelectrolytes or a mixture with one or more carboxylic acids may be carried out by methods known in the art. Preference is given to a dip-coating in which the substrate to be coated is placed in a bath of the hydrophobic cationic electrolytes and / or polyelectrolytes and optionally carboxylic acids or immersed in a holding device in this. Preference is given to exposure over 10 seconds to 24 hours, more preferably between 20 seconds and 10 hours and more preferably between 30 seconds and 5 hours. Further preferred wetting methods are, for example, a spray coating or a spin coating.
  • the order procedure can be repeated or combined with another.
  • the completeness of the coating can be tested by prior art techniques, such as ellipsometry or confocal laser microscopy.
  • step b) material surfaces are freed in step c) of herein / hereby / adhering residues of solvents.
  • steps of the prior art can be used. Preference is given to vacuum drying, which preferably takes place over a period of 10 minutes to 24 hours, more preferably between 20 minutes and 10 hours. The drying was successful when no residues of the solvents used can be detected by analytical methods, otherwise the drying period is to be extended.
  • the resulting coated material is stored in an anhydrous atmosphere until the next treatment step. Preferably, the storage is in a vacuum or in an inert gas.
  • the application of one or more different carboxylic acid (s) is preferably carried out under protective gas conditions using prior art methods.
  • the one or more carboxylic acid (s) are completely dissolved in a suitable solvent.
  • a suitable solvent Preference is given, for example, to low-polar solvents, such as methanol or acetone.
  • the materials to be coated are then preferably coated with a dipping process. This is preferably carried out over a period of 1 minute and 24 hours, more preferably between 2 minutes and 1 hour and even more preferably between 3 and 10 minutes.
  • the temperature at which this takes place can be chosen freely, preferably a temperature between 5 ° and 50 ° C., more preferably between 10 ° and 30 ° C.
  • electrical contact is made with the preferably metallic coated material and a voltage is applied between the material to be coated and the coating solution or coating device.
  • a voltage is applied between the material to be coated and the coating solution or coating device.
  • an electrostatic charge of the surface is made.
  • the positively charged cationic compounds of the coated hydrophobic cationic polyelectrolytes under these conditions are preferably wetted in a bath with the dissolved carboxylic acids.
  • the electrostatically bound carboxylic acids are preferably present as a monolayer with a longitudinal axis of the carboxylic acid aligned perpendicular to the substrate plane.
  • the applied layer preferably has a height which corresponds to a molecular length of the coating-related carboxylic acid.
  • the carboxylic acids are applied in more than one layer.
  • the 2nd, 4th, 6th, etc. coating can be carried out with carboxylic acids from an aqueous medium.
  • the 3rd, 5th, 7th, etc. coating layer is then made of an anhydrous solvent phase.
  • the application of the second and further layers can be carried out by the methods described herein.
  • the successful surface coating can be done with prior art methods.
  • the determination of the water contact angle is preferred.
  • a successful coating is when the HPC> 80 °, more preferably> 90 °, more preferably> 100 °, more preferably> 1 10 ° and even more preferably> 120 °.
  • the data refer to a measurement at 20 ° C and normal pressure conditions.
  • the anhydrous wetting of the surface with at least one carboxylic acid is carried out using an organic solvent such as ethanol, methanol or acetone.
  • step e) The material surfaces coated with carboxylic acid in step d) are removed in this process step by adsorptively adhering carboxylic acids which are not electrostatically associated with the cationic electrolytes or polyelectrolytes.
  • the coated materials are preferably inserted or rinsed in a bath.
  • this is done with an alcoholic solution, preferably a mixture of water and methanol, further preferred are nonpolar organic solvents, such as ethyl acetate or acetone.
  • the rinsing or washing step can be repeated. Subsequently, a careful removal of solvent residues, which is preferably carried out by a vacuum drying.
  • the surfaces produced according to the invention are hydrophobic and have a water contact angle of> 80 ° or> 80 °, more preferably> 90 ° or> 90 °, more preferably> 100 ° or> 100 °, more preferably> 1 10 ° or> 1 10 ° and most preferably> 120 ° or> 120 °.
  • the surfaces have degradation stability in an aqueous medium at 37 ° C over 4 weeks, with a change in the water contact angle of ⁇ 10 ° during this period. Furthermore, contact with living cells with the surfaces coated according to the invention results in adhesion and the adhering cells have a significantly lower proliferation rate with respect to the adherent cell on a native (uncoated) material surface, with a low rate of apoptosis or necrosis.
  • a surface coating according to the invention can be applied to all solid medical instruments, implants and wound materials.
  • a surface coating according to the invention is particularly suitable for those implants whose structuring materials have decomposed in the course of time, dissolve and or dismantled or dissolved.
  • the time to onset of degradation / corrosion may be significantly delayed.
  • degradable materials retain their shape and functional properties for longer.
  • coatings according to the invention are suitable for suppressing corrosion processes and thereby eliminating a detachment of degardation products.
  • a surface coating according to the invention is particularly suitable for controlling active ingredients and / or supportive compounds and indicating them to the surrounding tissue over a relatively long period of time. This may be particularly advantageous, for example, in very extensive wound areas or wounds with a high inflammatory activity, such as combustion.
  • a coating of wound care materials is advantageous.
  • the coating process is particularly suitable for binding hydrophobic compounds and release them in a controlled manner. Therefore, a coating method according to the invention is also particularly suitable for the local release of hydrophobic active substances for reducing or suppressing a reunification of the vessels, in particular taxols and rapamycin as well as their derivatives.
  • a method according to the invention is suitable for forming tissue structures on artificial moldings or for producing endothelized vessel structures.
  • a coating according to the invention on implants is particularly advantageous when a rapid adhesion of cells is desired, such as in ophthalmic lenses.
  • a coating according to the invention is suitable for inhibiting the attachment of coagulation factors and platelets, as for example in catheters of venous ports or blood tubing systems as well as vascular implants.
  • FIG. 1 shows Table 1 containing the numerical results from Example 1.
  • FIG. 2 shows Table 2 containing the numerical results from Example 3.
  • FIG. 3 shows Table 3 containing the numerical results from Example 9 Examples
  • the content of phosphorus, calcium, magnesium and iron in the water phases was determined by ICP OES (iCAP 7400, Thermo-Fisher, Scientific, Germany). Values in ppm (or in mg / kg).
  • Water contact angle measurements were made with an automated contact angle meter (DAS 30, Krüss, Germany). The measurements were made by the sessile drop method, after a second contact time, at 20 ° C.
  • a surgical mesh made of PLLA (M1), a vascular scaffold (Resoloy, MeKo, Germany) (M2) and a template of osteosynthesis material (316L stainless steel) (M3) were used.
  • the pieces of material were connected at least 2 places with a platinum wire, which was attached by solder or thermomodulation. These had the task of fixing the pieces of material during the coating procedure, so that there was no contact of the material surfaces to a support surface in a container.
  • measurements were made of the insulation resistance of the coated material surfaces (M2 and M3).
  • the materials were cleaned in DCM in an ultrasonic bath for 20 minutes. This was followed by drying in a nitrogen stream and subsequent storage in an inert atmosphere.
  • the M2 preparations were placed in methanol in which L-dopamine was dissolved at a concentration of 10% by weight over 6 hours. Then rinse with THF and dry in vacuo.
  • the M3 preparations were pretreated with an oxygen plasma and then with toluene in the ODTMS (n-octadecyltrimethoxysilane C21 H52O3S1) was dissolved in a concentration of 5% by weight, stored for 6 hours. Ansch manend rinsing the material with ethanol and drying at 120 ° C for 3 hours.
  • the prepared substrates were further treated according to the following series of coatings: 1 a) oleic acid, 1 b) nitroolic acid with 25vol% ethanol additive, 2a) polyethyleneimine (MW 20,000 Da) with 25 vol% methanol addition, 2b) polyalkylenepolyamine (MW 50,000 Da) with 20 vol% - Addition of toluene.
  • the surface wetting was carried out by immersion in the solutions at 25 ° C for 3 hours. Then rinse the surfaces with ethanol. Thereafter, drying in a vacuum drying oven for 10 hours.
  • Substrates obtained from the coating steps 2a) and 2b) were coated with oleic acid in the 3a series of coating and in the 3b series with nitroolic acid by immersing them in the solutions as in the experimental series 1, followed by rinsing and drying ,
  • the substrates of the individual test series were immersed to determine the electrical insulation resistance in a 0.9% NaCl solution so far that the connection points to the platinum electrodes above the water surface remained, the determination was carried out under a 12V DC voltage. Subsequently, completely immerse the substrates in the solution and leave for 4 weeks. The determination of the electrical insulation resistance was repeated at intervals of 1 week under the identical conditions. Finally drying of the substrate surfaces.
  • the substrate surfaces were examined by SEM, EDX and confocal laser microscopy. For carrying out confocal laser microscopy, the surfaces were immersed in a solution containing Sudan for one hour and then rinsed with an ethanolic solution. Furthermore, the water contact angles (HPC) were determined before and after a coating and after the long-term examination. Results:
  • the insulation resistance to the untreated surface was increased by 26 +/- 16 ohms and 62 +/- 14 ohms, respectively.
  • the insulation resistances were between 400 to 480 and 500 to 620 ohms, whereby the resistances were higher by 80 to 120 ohms when using nitrofatty acids.
  • the insulation resistance for the coating 3a was. by 36 to 68 ohms lower than at the time of manufacture (to), while in coatings according to 3b. There was a reduction of the insulation resistance, which was less than 10% of the achieved at the time tO insulation resistance. It was for the coatings according to 3a. and 3b.
  • hydrophobic cationic electrolytes For the preparation of hydrophobic cationic electrolytes, the following compounds were used: Polyethyleneimine or poly (2-aminoethyl methacrylate) in each case reacted with 1-iodododecane.
  • Compound 1 Reaction of PEI with 1-aldodecane to PEI-C12 (100%)
  • the commercially available PEI has an average molar mass of 10,000 g / mol.
  • the molar mass of the monomer unit is 43.07 g / mol (empirical formula C2H 5 N2). This gives an estimate of the number of monomer units per PEI molecule (232.18 monomer units per PEI molecule). per PEI Mo tekiu
  • the PEI has a composition of 33.8% primary (RNH 2 ), 40.5% secondary (R 2 NH) and 25.7% tertiary amino groups (R3N).
  • the degree of alkylation is based on the amount of primary amino groups present.
  • reaction is carried out analogously to the preparation of compound 1, using 2.03 ml (8.25 mmol) of 1-alddecane.
  • the product PEI-C12 (50%) is obtained in a yield of 67%.
  • a hydrophobic treatment was carried out in coating step B1 by immersing the preparations in a solution of toluene with ODTMS (5% by weight) contained therein for 6 hours and then drying at 110 ° C. in a drying oven for 4 hours.
  • the preparations stored as in Example 1 were immersed in ethanol with 50% by weight dissolved PEI (MW 25,000 Da, highly branched) over 3 hours.
  • coating step B3 wetting with compound 1 according to Example 2 (PEI-C12 (100%)) was carried out as a 5% strength solution in pentane. Then rinse the preparations with ethanol and dry in a vacuum oven at 60 ° C for 12 hours.
  • the coating steps B2a or B3a and B2b or B3b was an occupancy of the preparations with oleic acid and nitroolic acid, as described in Example 1.
  • the coated substrates were immersed in a serial bath of an aqueous solution with one of the following additives in series of experiments performed at each coating step: V1) Type I collagen (50 g / ml) in sodium bicarbonate buffer for 20 minutes , V2) platelet-rich blood plasma for 24 hours, and V3) PBS with a pH of 7.4 for 4 weeks.
  • Platelet occupancy + little to no; ++ light; +++ middle occupancy; ++++ strong occupancy.
  • Magnesium alloy (M1) and Teflon (M2) wafers were treated by the following coating method: 1. 2. Submerge in a 1: 1 (wt%) mixture of THF and hydrophobized PEI (100,000Da weakly branched, hydrophobing prepared according to instructions for compound 7 according to Example 2) for 6 hours, then rinsing with Methanol and 2 repetitions of the procedure after drying for 24 hours at 60 ° C, 3. spray coating with a. Oleic acid or b. Nitrooleic acid diluted to 10% by volume with diethyl ether. Then rinse the surfaces with ethanol and dry in a vacuum oven at 40 ° C for 24 hours. For quality control, a HPC measurement is performed. Native as well as after 3a.
  • the influenceability of the degradation stability of the coating according to the invention was investigated.
  • the effect of reservoir formation for carboxylic acids introduced into the coating was investigated by subjecting D1 to a 1-layer coating of A) PEI 25,000Da with a degree of alkylation of 50% with a C12 alkyl radical (hydrophobed with a C12 alkyl radical) or with B) PEI 25,000D, at which degree of alkylation of 90% of 90% according to Example 2 was present.
  • the solution was in a mixture of pentane.
  • a two-layer coating development was investigated, in which in series D2) first a single-layer application of the hydrophobic cationic polyelectrolyte was carried out and after drying a coating with the respective carboxylic acid, analogous to the test series D1 c and D1 d was carried out and in the test series D3 a reverse order of D2 coating took place.
  • the water contact angles determined after coating with one of the hydrophobic cationic polyelectrolytes A) or B) were between 65 and 72 ° for D1 a, and between 85 and 96 ° for D1 b and D1 c, D3 and D3b.
  • the contact angle was 82 to 90 ° and for D2b 92 to 98 °.
  • the water contact angle first decreased by more than 5% at D1 a at time t14.
  • Example 1 Surface hydrophobing with dopamine (as in Example 1), 2. 4-layer application of a mixture of compound 4 (PEI-C12 (50%)) according to Example 2) branched with the dye Nile-red (0.1% by weight) or a Mixture of Nile-red together with nitroolic acid 0.2% by weight, in each case dissolved in pentane, which were applied at a temperature of 40 ° C. by means of a spray-coating process, vacuum drying between the coatings at 60 ° C. for 12 hours , 3. The final layer was a separation of nitroolic acid from a methanol phase. Then rinse with methanol and dry the preparations.
  • PEI-C12 50%)
  • the cell lysate was shaken out with hexane and then the content of Nile-red in the solvent phase was determined spectroscopically.
  • the platelet surfaces were cleaned after removal of the cells with an ethanolic solution in an ultrasonic bath and then dried. This was followed by water contact angle measurements.
  • the contact angles were between 104 and 100 °: In test series 1, there was no change in color over the course of 10 days, which indicates a hydrolysis, thus the coated substrates were electrically isolated defect-free. The subsequently determined contact angles were virtually unchanged.
  • the fibroblasts grown on the coated platelets had a reddish color, and cytoplasmic light microscopy revealed numerous red fluorescent vesicles. After conversion of the hydrophobic compounds into the solvent phase, Nile-red could be detected here.
  • the vesicles were larger and the Nil-red content in the cell lysate was higher when coated with a mixture of Nile Red and nitrofatty acid than when the dye alone was added to the hydrophobic cationic polyelectrolyte.
  • the contact angles, which were determined after detachment of the cells were between 1 10 ° and 1 15 ° after 4 weeks and between 85 ° and 99 ° after 8 weeks.
  • a release of hydrophobic compounds, which have been introduced in a layer structure, consisting of hydrophobic cationic polyelectrolyte, which is / can be controlled by a solution mediation with nitrofatty acids. The release can take place independently of the degradation of the coating.
  • Coatings were made using the following arrangements, using hydrophobic cationic electrolytes and polyelectrolytes of Example 2 (corresponding test number): 1) PEI-C8, 90% degree of alkylation (prepared according to Example 2, compound 6), 1 time application of 5% solution (pentane), 2) PEI-C12, degree of alkylation 50% (compound 5), 2 times a 5% solution, the compound for the first coating in the test series a) oleic acid and in the series b) nitroolic acid in an amount in which the molar mass ratio between cationic groups and carboxyl groups was 1: 1.5; 3) PEI-C12 (compound 2), degree of alkylation 90%, 4 times, 5.
  • PEI-C8 degree of alkylation 80% (compound 7), the compound being mixed in the test series a) oleic acid and in series b) nitroolic acid was, in an amount in which the molar mass ratio between cationic groups and carboxyl groups 1: 1, 2 was present; 4.
  • PEI-C12 degree of alkylation 90% (compound 2), wherein the substances were applied in total 6 times in turn.
  • the materials were each coated only with oleic acid (K1) or nitrooleic acid (K2). Further, as a reference sample, pieces of material without a surface treatment were similarly examined (Ref).
  • the coatings / wetting were carried out in each case by means of dip-coating for a period of 3 to 5 minutes. Subsequently, the materials were rinsed with ethanol. For each series of experiments or each test period 5 pieces of material were examined. These were individually placed in a water bath with a buffer solution (citrate / sodium carbonate, pH 7.4) for a duration of 2 (t2), 4 (t4) 6 (t6) and 8 (T8) weeks. In addition, 5 scaffolds each were mounted on a balloon catheter and hereby expanded in a silicone tube to the nominal diameter, so that the expanded scaffold remained tightly in the silicone tube, which was then filled with the buffer solution without air and with this at a flow rate of 6 liters / hour for 2 weeks was perfused.
  • a buffer solution citrate / sodium carbonate, pH 7.4
  • Sequential image recording of the expanded scaffold was performed, allowing visual analysis for arcing / fracturing of scaffold struts.
  • a daily determination of the magnesium content the solutions were replaced every 3 days.
  • the conductivity and the pH were continuously measured. The pieces of material were examined at the end of each experiment by light and scanning electron microscopy. The suture was tested for tensile strength at 7 and 14 days.
  • the reference samples showed a steadily increasing concentration of magnesium in the storage medium after just a few hours.
  • K1 the increase was delayed by 14 hours and in K2 by 26 hours and had a lower slope steepness.
  • the onset of measurable magnesium leaching was (for a) / b)): 72/95; 152/206 and 325/478 hours.
  • the respective steepness of slope was lower than that of K1 and K2 and the increase in steepness of the coatings 1) - 3) among each other was lower with increasing test number.
  • a coating was used, with PEI-C12 with an alkylation degree of 60% according to Example 2 (compound 4) .
  • the application was carried out by means of a micropipetting method After drying, a methanolic solution of a) oleic acid or b) nitroolic acid was subsequently applied by the same procedure, in a volume amount corresponding to one application of the respective carboxylic acid in a ratio of 2: 1 of the molar concentration of the carboxyl groups to that of the cationic groups of the applied polyelectrolyte corresponded.
  • This coating sequence was repeated 4 times.
  • the coating sequence was completed with a coating of the carboxylic acid, each previously added to the compound. This was followed by extensive rinsing of the material surfaces with an ethanolic solution. Then dry the materials, which were then stored sterile.
  • a bacterial culture (Staphylococcus aureus and Escheria coli) was set. Samples of the batch were diluted, so that about 1 000 pathogens / ml were available. The coated pieces of material and uncoated reference samples were placed therein for 12 hours. Subsequently, the pieces of material were rinsed with sterile NaCl solution and placed in sterile NaCl solution for 6 Leave hours. This process was repeated 3 times. This was followed by cell fixation and staining of the material surfaces. The storage solutions were analyzed for the presence of cells by means of a cell analyzer (Coulter Counter, Z1, Beckman, Germany) and the number of cells was determined.
  • a cell analyzer Coulter Counter, Z1, Beckman, Germany
  • VK indwelling cannulas
  • PTFE tubing flow model in which a human blood serum was circulated for 5 hours.
  • the serum was then tested for thrombin-antithombin complex (TAT) content.
  • TAT thrombin-antithombin complex
  • the CVs were then rinsed with NaCl solution and placed again in the same flow model in which a diluted platelet concentrate was then circulated for 5 hours. Then rinsing off the CVs, which were then subjected to fluorescence staining. Fluorescence microscopy quantified adherent platelets. The experiments were also carried out with uncoated VK (VK ref).
  • the reference samples had extensive bacterial lawns on all surfaces.
  • cells (bacteria) in a number of> 200 / ml were present at all times.
  • no adherent bacteria could be detected.
  • cells (bacteria) in the first storage solution There were no cells in the following storage fluids.
  • PEI Polyethyleneimine
  • PEI 25kD, average degree of branching with an alkylation of 90% of the cationic groups, 3. PEI 75kD low degree of branching with an alkylation of 80% of the cationic groups,
  • PEI 25kD, average degree of branching with an alkylation of 50% of cationic groups containing nitrooleic acid in a ratio of molar concentrations of carboxyl groups to non-alkylated cationic groups of 2: 1.
  • Each half of the samples was stored in different containers containing a PBS solution at 35 ° C, which was agitated lightly continuously.
  • the samples were taken once a day from one of the containers, which were dried in a stream of nitrogen. Thereafter, contact angle measurement (20 ° C) at predefined locations of the samples. Then re-insert into the buffer solution of the container. On the following day, the samples of the second container were taken and analyzed in an identical manner. The experiment was carried out over 80 days. The time (day) at which the initial contact angle was determined to be> 5% to 10% ( ⁇ 5),> 10 to 20% ( ⁇ 10),> 20-50% ( ⁇ 20) and> 50% was determined. ( ⁇ 50) had decreased in more than half of the samples tested.
  • Surgical mesh made of polyurethane (PU) and polylactate (PLA) was used for the study.
  • 5 ⁇ 5 mm pieces of solid and porous materials were cleaned and then coated with the compound 1 according to Example 2, according to the method B according to Example 9 with a 4-time application.
  • carboxylic acid on the one hand linolenic acid (LA) and on the other hand nitrolinolenic acid (NLA) was used.
  • pieces of material were coated with nitrolinolenic acid without prior application of a hydrophobic cationic polyelectrolyte by means of dip-coating (Ref-NFA).
  • the materials were stored for 4 weeks in a NaCl solution. After re-drying, the pieces of material were fixed in a Teflon vessel at 2 places in a drooping position.
  • the sample vessels were filled with the following solutions: 1. 0.9% NaCl solution, 2. human albumin 2% by weight, 3. human albumin 2% by weight with the addition of fibronectin or laminin, 4. human plasma.
  • the preparations were left here for 12 hours and then gently rinsed with a NaCl solution.
  • a sample set was examined for the protein adsorption by means of an immunofluorescence method and the degree of coverage quantified.
  • the cell geometry was assessed by light microscopy. It showed that cells adhering to the Ref-NLA samples had a flattened shape after 36 hours, provided that the material consisted of PU and had a predominantly dendritic shape in PLA materials. Cells adhering to Ref-NLA samples that had been conditioned with albumin or serum were predominantly dendritic in shape and exclusively dendritic in shape when conditioned with fibronectin or elastin. For samples coated with the hydrophobic cationic polyelectrolyte along with LA, the adherent cells had a globular shape except after incubation with laminin or fibronectin (here flattened to dentitic forms were present). For samples coated with the hydrophobic cationic polyelectrolyte along with NLA, there was a spherical cell shape at all times.
  • the TGF- ⁇ concentration in the respective storage medium in the Ref-NLA samples generally correlated with the number of adherent fibroblasts. However, significantly higher levels were recorded when PLA material was used or incubated with fibronectin or laminin.
  • the TGF- ⁇ levels measured on the samples coated with the hydrophobic cationic polyelectrolyte along with LA were significantly below those measured on the Ref-NLA samples at all times. The highest values were measured on samples which had been incubated with fibronectin or laminin.
  • TGF- ⁇ levels were significantly lower than for the samples coated with the hydrophobic cationic polyelectrolyte along with LA TGF- ⁇ concentration versus the other experimental conditions when the samples were incubated with fibronectin or laminin.
  • the preparations are stored in a PBS solution at 25 ° C for 3 weeks. After that, abundant rinsing and drying of the preparations. Two sets of preparations were placed individually in microreaction tubes and incubated with human serum for 1 hour at 37 ° C. Two more sets were incubated with a NaCl solution. After removal from the incubation solutions, one set of the samples was placed in a NaCl solution for 5 minutes and then rinsed off with it. Then, remove and flush the samples from the incubation solutions, which were then placed in separate reaction vessels. Human mononuclear cells obtained from healthy individuals' blood were suspended in a nutrient medium and added to the reaction vessels. There was an incubation for 3 days under standard culture conditions. Subsequently, the supernatant was analyzed for the content of IL-1 beta, IL-6, IL-8, and chemoattractant protein-1 (MCP-1).
  • MCP-1 chemoattractant protein-1
  • the reference samples showed extensive protein adsorption. With the preparations 2-4 no adherent proteins could be proven. A basically identical result was found for the detection of fibrinogen. Detection of monocyte-adhesion complexes C5b-9 succeeded only in the reference samples.
  • a 1 mm diameter thread material was extruded from a polypropylene granulate (Mat. 1). Further, the granules were further mechanically crushed and a coarse powder was obtained. It was mixed with a hydrophobic cationic electrolyte (Compound 1, according to Example 2) and 13-nitro-cis-13-docosenoic acid (nitro-erucic acid, NE). The order was carried out with continuous mixing 2 times. After evaporation of the solvent phase, a yellow-brown granules had formed, 3% by weight of the compound mixture had been introduced into the polypropylene starting material. A thread of the same kind was then extruded (Mat. 2). Furthermore, threads of Mat.1 were surface-coated with hydrophobic cationic polyelectrolytes: Compound 1 according to Example 2, Compound 2 according to Example 2. This thread material is referred to as Mat. -3.
  • the thread materials were stored after drying in an inert gas atmosphere.
  • the threads were in a flat-bottomed culture vessel, on whose base plate a clamping device made of PTFE was attached, which allowed a fixation at the thread ends and tension of the threads, so that they in an extended form and without touching the bottom of the container, submitted.
  • Human umbilical venous endothelial cells (HUVEC), human vascular smooth muscle cells (SMC) and mouse fibroblasts (MF) were cultured and suspended in a nutrient medium (FCS 5%).
  • FCS 5% a nutrient medium
  • the culture vessels were each with one of the cell suspensions, so that the filaments were completely covered even during the agitation of the medium, which was carried out during the further cultivation, which was carried out under standard cultivation conditions.
  • the studies were carried out in a 6-fold parallel experimental setup over the duration of 2 (T2), 4 (t4), 6 (t6) and 8 weeks (t8).
  • the extracted threads were gently rinsed and incubated with methylene blue for incident light in situ microscopy, and also with calcein AM and a propidium iodide solution. This was followed by fluorescence microscopy. Furthermore, filaments were subjected to scanning electron microscopy. In one set of samples, the preparations were placed in a trypsin solution and finally in an ultrasonic bath. Then REM.
  • hydrophobic cationic polyelectrolytes were prepared according to Example 2 with the following experimental numbers:
  • Solvent mixtures having a 5 and 10% concentration of the respective compounds or compound mixtures were used.
  • A) Dipping coating carried out by immersing the sample in the solvent mixture for 10 to 60 seconds
  • the contact angles of the starting material were 12 ° for S 1 and 42 ° for E.
  • To the coatings were the contact angle between 82 and 98 °.
  • Reaction 2 Reaction of PEI-C12 (100% or 80%) and PEI-C8 (80%) from Example 2 with oleic acid.
  • the solution must be concentrated to such an extent that it can be transferred by means of a pipette into a 50 mL centrifuge tube.
  • the residual solvent is carefully removed in vacuo.
  • the viscous mass is washed three times with methanol to remove excess oleic acid.
  • the remaining methanol is first in vacuo for 12 h at RT and then for 12 h at 70 ° C. In this case, a tough amber-colored mass is obtained.
  • PEI-C8 (80%) is well soluble in THF but poorly soluble in pentane.
  • PEI-C12 (100%) is very soluble in pentane.
  • an occupancy of a material surface with PEI 25 kD / average degree of separation
  • 80% alkylation was carried out with a C-8 alkane, which dissolved well in THF but poorly in pentane and as 5 % solution by means of dip coating over 30 min.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine biodegradierbare Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien für medizintechnische Anwendungen und deren Integration in Zellverbände.

Description

Bioresorbierbare Oberflächenbeschichtung zur Degradationsverzögerung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine biodegradierbare Oberflächenbeschichtung zur UnterbindungA/erzogerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien für medizintechnische Anwendungen und deren Integration in Zellverbände.
Stand der Technik
Gewebe und Formteile aus anorganischen oder organischen Verbindungen werden sehr häufig als Medizinprodukte bzw. medizinische Implantate in Form einer Stütz- und Haltevorrichtung eingesetzt. Aufgrund der guten mechanischen Eigenschaften werden hierfür überwiegend metallische Legierungen eingesetzt. Metallische Legierungen haben allerdings den Nachteil, dass es bei einem Kontakt mit einem wässrigen Medium zu einer Herauslösung von Metallionen oder von Metallpartikeln kommen kann. Ferner kommt es zu einem elektrischen Oberflächenpotential, das zu einer Interferenz mit lebenden Zellen führen kann. So ist bekannt, dass es durch die Ablösung von Partikeln von Gefäßstützen (Stents), zu einer vermehrten Entzündungsreaktion der Gefäßwand kommt, wodurch es zu einer Erhöhung der Wiedereinengungsrate der behandelten Gefäßbereiche kommt (Köster R, Vieluf D, Kiehn M, Sommerauer M, Kähler J, Baldus S, Meinertz T. Nick molybdenum contact allergies in patients with coronary in-stent restenosis. Lancet. 2000;356:1895-1897). Ferner liegen Berichte über eine mögliche Kanzerogenität herausgelöster Metallpartikel vor (Kasprzak KS, Sunderman FW, Jr, Salnikow K. Nickel carcinogenesis. Mutat Res. 2003;533:67-97). Ferner kann es durch ein elektrisches Oberflächenpotential zu einer Aktivierung des Gerinnungssystems kommen, wodurch es beispielsweise bei Stents zu thrombotischen Verschlüssen kommen kann, die lebensbedrohlich sind. Daher wurden viele Verfahren entwickelt, um die Korrosion von Oberflächen metallischer Implantatoberflächen zu passivieren und/oder beschichten.
Oberflächenbeschichtungen mit harten unflexiblen Beschichtungsmaterialien, wie beispielsweise Biokeramiken (TiN, TiCN, AI2O3, SiC, BN oder SiN ) haben sich bei einer Verwendung auf Implantaten, die bei ihrer Einbringung verformt werden, wie dies bei Stents der Fall ist, als nicht geeignet dargestellt, da es zu Frakturen der Beschichtung kommt (Sella C, Martin JC, Lecoeur, Le Chanu A, Harmand MF, Naji A, Davidas JP. Biocompatibility and corrosion resistance in biological media of hard ceramic coatings sputter deposited on metal implants. Mater Sei Eng A. 1991 ;139:49-57). Deshalb werden Implantate mit resorbierbaren oder nicht- resorbierbaren Polymeren beschichtet. Nachteilig ist dabei, dass alle bisher vorgestellten Polymere einen inflammatorischen Prozess durch ihre Anwesenheit und/oder den Abbau von Polymerstrukturen verstärken können (Effect of Stent coating alone on in vitro vascular smooth muscle cell proliferation and apoptosis. Antonio Curcio, Daniele Torella, Giovanni Cuda, Carmela Coppola, Maria Concetta Faniello, Francesco Achille, Viviana G. Russo, Massimo Chiariello, Ciro Indolfi. American Journal of Physiology - Heart and Circulatory Physiology Published 1 March 2004 Vol. 286). Daher ist es beispielsweise bei einer Polymerbeschichtung eines Stents erforderlich, eine antiproliferative Verbindung in die Beschichtung einzubringen, um einer ansonsten erhöhten Wahrscheinlichkeit für das Entstehen einer erneuten Wiedereinengung vorzubeugen. Andererseits sind die hierfür eingesetzten anti-proliferativen Substanzen, wie m-TOR-lnhibitoren und Paclitaxel, zytotoxisch und können selbst unerwünschte Gewebereaktionen bedingen, wie beispielsweise eine Neoartheriosklerose. Ein anderer Nachteil der bekannten Polymerbeschichtungen ist, dass zur Wahrung der Vollflächigkeit der Beschichtung und deren Integrität ein Schichtaufbau erforderlich ist, der eine gewisse Minimumdicke hat, die zwischen 5 und 150μηη beträgt. Ferner kommt es zu Oberflächenunregelmäßigkeiten, die wiederum zu einer vermehrten Anhaftung von Thrombozyten sowie zu einer Proliferationssteigerung von adhärierenden Zellen führen kann. Es konnte gezeigt werden, dass bei dünnen Polymerbeschichtungen Beschichtungslücken verbleiben, sodass Beschichtungsdicken gewählt werden müssen, die im Allgemeinen mehr als 10μηη betragen. Zusammen mit der sich hierdurch ergebenden Oberflächenrauhigkeit führt dies wiederum zu einer Verschlechterung der Einbringbarkeit von vaskulären Implantaten.
Medizinische Implantate werden auch aus Metalllegierungen oder Polymeren hergestellt, die am Implantationsort über die Zeit teilweise oder vollständig degradiert werden. Es hat sich gezeigt, dass in einer Vielzahl von Anwendungen eine Verzögerung der Degradation vorteilhaft ist. Dies trifft beispielsweise auf Magnesiumbasierte Stents zu, bei denen es ohne eine Hemmung der Degradation bereits nach wenigen Tagen zu einem Verlust der Stützfunktion durch Frakturierungen einzelner arrodierter Streben kommt. Daher wurden hydrophobe Legierungen sowie degradierbare Polymerbeschichtungen vorgeschlagen, wodurch die Zeitdauer bis zum Erreichen einer Instabilität eines solchen Stents verlängert wurde. Es hat sich gezeigt, dass die erreichbare zeitliche Verzögerung der Degradation allerdings nicht ausreicht und derartig beschichtete Stents sich nur sehr schwer in einem Gefäß vorführen lassen. Ferner wurde über eine vermehrte Häufigkeit der Thrombosebildung berichtet. Daher besteht ein großer Bedarf an einer Oberflächenbeschichtung mit verbessertem Korrosionsschutz bei gleichzeitig geringer Schichtdicke, die keine Aktivierung entzündlicher Prozesse bedingt.
Eine Oberflächenbeschichtung von medizinischen Implantaten kann erwünscht sein, wenn beispielsweise hierdurch eine verbesserte Wundheilung erreicht werden kann oder die Biokompatibilität verbessert wird oder auch das Implantat vor einem Abbau sowie von korrosiven Veränderungen geschützt werden kann oder muss. Ferner werden Oberflächenbeschichtungen eingesetzt, um Wirkstoffe lokal freizusetzen. Nach dem Stand der Technik werden für diese verschiedenen Aufgabestellungen unterschiedliche Beschichtungssysteme für medizintechnische
Materialien/Implantate verwandt. Dabei besteht für die meisten Beschichtungsanwendungen keine Notwendigkeit, dass diese dauerhaft und abriebfest sein muss. Vielmehr ist es gewünscht, dass sich diese Beschichtungen teilweise oder vollständig über einen bestimmten zeitlichen Verlauf auflösen oder abgebaut werden. Hierzu werden fast ausschließlich organische Verbindungen verwandt, die über eine ausreichende Biokompatibilität verfügen. Gleichwohl ist die lokale Bioverträglichkeit bei Anfall einer großen Stoffmenge abgebauter/freigesetzter Verbindungen des Beschichtungssystems oft nicht gegeben, sodass immun- stimulatorische Effekte im Rahmen der Degradation resultieren.
Eine Korrosion von Metallen bzw. Metalllegierungen oder eine Degradation von Organopolymeren, wie PLLA oder PGLA, wird bereits durch einen kurzen Kontakt mit Wasser eingeleitet. Insbesondere die gleichzeitige Anwesenheit von Elektrolyten beschleunigt dabei die Korrosionsvorgänge. Prinzipiell Gleiches gilt auch für viele Metalllegierungen. Daher ist es vorteilhaft, eine wasserundurchlässige Barriere an der Oberfläche eines medizintechnischen Materials und insbesondere von Implantaten bereitzustellen, um die Korrosion bzw. Degradation des Implantats zu reduzieren oder zu verhindern. Wasserundurchlässige Oberflächenversieglungen für technische Anwendungen sind im Stand der Technik bekannt. Derartige Beschichtungen sind allerdings nicht verwendbar für medizinische Instrumente und Implantate, da sie nicht biokompatibel sind und/oder eine Schichtaufbauhöhe benötigen, die für die meisten Implantate nicht verwandt werden kann. Durch eine hydrolytische Korrosion von Metallen oder Arrosion von Organopolymeren werden Verbindungen, wie beispielsweise Metallionen und Metalloxide oder Milchsäure oder auch Wasserstoff freigesetzt, die, wenn sie durch eine Beschichtung gelangen, zu einer Aktivierung zellulärer oder plasmatischer Systeme führen, dies kann bereits durch kleinste Mengen an Degradationsprodukten erfolgen. Derartige hydrophile Degradationsprodukte können Schichten, die Wasser enthalten, durch diffusive Prozesse, die über einen elektrischen Gradienten oder einen Diffusionsgradienten getrieben werden, durchdringen, wodurch sie in eine angrenzende Wasserphase eintreten. Für biokompatible Beschichtungen aus dem Stand der Technik ist nicht bekannt, dass die Wasserdurchlässigkeit in einem relevanten Maß reduziert wird oder werden kann. Vielmehr werden vorzugsweise hydrophile Verbindungen eingesetzt, um eine hohe Biokompatibilität und Degradierbarkeit der Beschichtungssubstanzen zu gewährleisten. Insbesondere polymere Beschichtungen sind daher überwiegend hydrophil und nehmen Wasser auf. Durch einen hohen Schichtaufbau und einem hohen Vernetzungsgrad von Polymeren kann zwar die Wasserdurchlässigkeit reduziert werden, derartige Schichtdicken von Polymeren führen aber bekannter Weise zu starken zellulären Reaktionen, durch einen monozytären Abbau und die entstehenden Degradationsprodukte der Polymere.
Somit ist ein weiteres Problem, einen Durchtritt von Wasser und Degradationsprodukten durch eine Oberflächenbeschichtung zu verhindern, ohne dass diese eine Aktivierung von Gerinnungsfaktoren oder anhaftenden Zellen auslöst und/oder zudem eine hohe Langzeitstabilität aufweist und/oder durch einen diffusiven Ab- und Auflösungsprozess eliminiert werden können, d.h. ohne einen monozytären Abbau, von anlagernden Zellen verstoffwechselt werden oder über ein lymphatisches Transportsystem eliminiert werden können.
Im Stand der Technik sind keine Oberflächenbeschichtung bekannt, die zum einen eine ausreichend große Isolation gegen eine Durchdringung von Wassermolekülen aufweist (wasserundurchlässig sind), und eine hohe Einbringbarkeit in vaskuläre Systeme ermöglicht und flexibel ist, und zusätzlich biokompatibel und biodegradier ist.
Daher ist die Aufgabe der Erfindung eine Oberflächenbeschichtung bereitzustellen, die einerseits biokompatibel, biodegradierbar und flexibel ist, und zum anderen wasserundurchlässig ist. Zudem besteht eine weitere Aufgabe in der Bereitstellung einer Oberflächenbeschichtung mit denen medizinische Produkte mit sehr geringen Schichtdicken ausgestattet werden können und zudem biokompatibel, biodegradierbar, flexibel und wasserundurchlässig ist. Darüber hinaus ist die Aufgabe einer solchen Beschichtung, dass sie eine Arrosion/Korrosion und/oder Degradation des beschichteten Materials verzögert oder verhindert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die technische Lehre der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung, den Figuren sowie den Beispielen.
Beschreibung
Die vorliegende Aufgabe wird gelöst durch die Bereitstellung einer Oberflächenbeschichtung umfassend oder bestehend aus mindestens einer Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei hergestellt ist.
Anders ausgedrückt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Bereitstellung einer Oberflächenbeschichtung für Medizinprodukte, insbesondere blutkontaktierende Medizinprodukte, umfassend oder bestehend aus mindestens einer Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei hergestellt ist.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Oberflächenbeschichtung umfassend oder bestehend aus mindestens einer Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein medizinisches Produkt beschichtet mit einer erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform ist gerichtet auf ein medizinisches Produkt mit einer Oberflächenbeschichtung umfassend oder bestehend aus mindestens einer Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei aufgetragen ist. Es konnte gezeigt werden, dass eine effektive Verzögerung oder Unterbindung von Arrosions-/Korrosions- oder Degradationsprozessen der beschichteten Materialien, insbesondere durch eine effiziente Isolierung des Materials gegen eine Durchdringung von Wassermolekülen und/oder Ionen determiniert wird. Dabei zeigte sich, dass insbesondere in einem wässrigen Medium mit gelösten Elektrolyten, eine derartig effiziente Isolierung, die auch eine elektrische Isolierung bedingt und durch den elektrischen Oberflächenwiderstand charakterisiert wird, hierzu geeignet ist.
„Isolierend" oder „Isolierung", wie hierin verwendet, bedeutet, dass ein Stoffaustausch in beide Richtungen für ein bestimmtes Zeitintervall nicht möglich ist. Der Begriff „isolierend" oder „Isolierung" umfasst die Durchdringung von Wassermolekülen und/oder Ionen, d.h. die Reduktion der Durchlässigkeit von Wassermolekülen und/oder Ionen oder die vollständige Undurchlässigkeit von Wassermolekülen und/oder Ionen. Weiterhin kann der Begriff die elektrische Isolierung beinhalten. Eine Reduktion oder vollständige Unterbindung einer Wasserdurchlässigkeit kann beispielsweise an einer Verzögerung/Unterbindung einer Arrosion/Korrosion von in Wasser arrodier- oder korrodierbaren Materialien, wie Eisen oder Magnesium, erkannt werden. Daher kann das Ausmaß der Arrosions- /Korrosionsverzögerung zur Quantifizierung der Wasserundurchlässigkeit herangezogen werden. Die hierin gemeinte Reduktion der Wasserundurchlässigkeit beträgt mindestens > 90%, mehr bevorzugt > 95% und weiter bevorzugt > 98° gegenüber einer nicht beschichteten Oberfläche, bei eine Einlage des Materials in ein wässriges Medium, wie beispielsweise physiologische Lösungen, wie PBS oder NaCI, über die Dauer von mindestens 4 Wochen.
An metallischen Oberflächen entsteht bei einer Einlage in ein wässriges Medium eine galvanischen Spannung bzw. ein Stromfluss. „Elektrische Isolierung", wie hierin verwendet, bedeutet, die Reduktion oder vollständige Vermeidung einer galvanischen Spannung bzw. eines Stromflusses. Eine„Reduktion" liegt vor, wenn die galvanische Spannung bzw. ein Stromfluss um mindestens 95% mehr bevorzugt 98% - berechnet auf die Differenz zwischen beschichteter und unbeschichteter metallischer Oberfläche - reduziert wird. Die elektrische Isolierung kann durch den elektrischen Oberflächenwiderstand charakterisiert werden.
Aus der Degradationsreduktion, die sowohl die erfindungsgemäße Beschichtung selbst betrifft, als auch Arrosions- und Korrosionsprozesse des beschichteten Materials, ergeben sich weitere vorteilhafte Effekte. Der Kontakt von Zellen mit einem Fremdmaterial bedingt eine immunologische Reaktion, die einen proinflammatorischen Effekt hat. Im Falle einer solchen Kontaktaktivierung in einem Bereich, in dem bereits eine immunologische Reaktion, z. B. durch ein Gewebetrauma, ausgelöst wurde, kommt es zu einer synergistischen Amplifikation der immunologischen Reaktion. Dies trifft beispielsweise zu auf die Implantation von Gefäßstützen bei der Behandlung von Koronararterienläsionen oder für die Implantation eines chirurgischen Netzes bei der Behandlung einer infizierten Hernie. Dabei können weitere Faktoren vorliegen, die proinflammatorische Effekte haben. Beispielsweise eine pH-Verschiebung oder eine hohe lonenkonzentration oder eine Verschiebung der Osmolalität der Gewebeflüssigkeit, die das Implantat umgibt, eine Potenzierung der immunologischen Reaktion bedingen. Bei der Korrosion und Degradation von Implantatmaterialien, werden Verbindungen freigesetzt, die eine oder mehrere der vorgenannten lokalen Effekte bedingen, z. B. durch die Freisetzung von Wasserstoffionen oder Milchsäure. Eine solche immunologische Reaktion tritt nicht oder nur in einem geringen Ausmaß auf, wenn sich in dem Gewebeabschnitt, in dem sich das Fremdmaterial zersetzt, keine inflammatorische Reaktion vorliegt. Es konnte bereits gezeigt werden, dass Zellen, die in Kontakt mit einer Fremdoberfläche kommen die mit Nitrofettsäuren beschichtet worden ist, ein gegenüber der native Fremdoberfläche besseres Zellhoming aufweisen, also häufiger und stärker adhärieren und es gleichzeitig nicht zu einer Proliferationssteigerung kommt, was sich darin ausdrückt, dass im Vergleich zu einer nativen Fremdoberfläche, es nur zu einem einlagigen Zellbesatz kommt und nicht zu einer Multilagenausbildung. Nachteilig ist bei einem Auftrag von Nitrofettsäuren auf eine solide Oberfläche, dass in der Regel nur eine Monolage der Verbindungen aufgebracht werden kann. Die elektrostatisch angebundenen Nitrofettsäuren zeigen aufgrund ihrer starken Hydrophobizität zwar ein deutlich geringeres Ablösungsverhalten von Oberflächen, wenn diese in einem wässrigen Medium gelagert werden, im Vergleich zur den nicht nitrierten korrespondierenden Fettsäuren, gleichwohl ist eine Langzeitstabilität in einem wässrigen Medium nicht gegeben. Dies kann insbesondere bei degradierbaren Materialien, bei denen eine Beschichtung mit Nitrofettsäuren nicht ausreichend lange vorliegt, dazu führen, dass proinflammatorische Prozesse durch eine bereits einsetzenden Degradation auftreten, die dann gleichwohl zu ungewünschten Gewebereaktionen führen. Daher ist es auch eine Aufgabe der Erfindung, sowohl die Arrosions-/Korrosionsprozesse des beschichteten Materials möglichst lange zu unterbinden und gleichzeitig eine oberflächliche Belegung mit Nitrofettsäuren zu gewährleisten, die bis zum Abschluss immunologischer Reaktionen in dem Gewebeabschnitt der Implantation oder In- Kontaktbringung beständig bleibt, bzw. bei einer vorzeitigen Ablösung durch nachrückende Nitrofettsäuren eine vollständige Oberflächenbelegung mit Nitrofettsäuren erhalten bleibt. Es konnte gezeigt werden, dass dies durch Verwendung einer erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung möglich ist. Dabei konnte dokumentiert werden, dass die proinflammatorischen Reaktionen, die beispielsweise durch die hydrolytisch entstehenden Säuregruppen bei der Degradation von Polylactid-Polymeren, auftreten, durch eine Beschichtung einer solchen Materialoberflächen für eine ausreichend lange Periode vollständig ausbleiben. Dies ist insbesondere bedingt durch die in dieser Zeit vollständige Verhinderung einer Degradation des Implantatmaterials. Somit kann zum ersten Mal eine biokompatible und biodegradierbare Oberflächenbeschichtung für medizinische oder medizintechnische solide Materialien bereitgestellt werden, mit der immunstimulatorische/proinflammatorische und/oder proliferative Stimulie der Materialoberfläche des soliden Materials über einen Zeitraum reduziert oder unterbunden werden, der über die Dauer einer physiologischen Einheilung/Abheilung einer begleitenden/zugrundeliegenden Verletzung/Traumatisierung des Gewebeverbandes, in dem sich das solide Material befindet, hinausgeht. Somit kann eine immunologische Reaktion des an ein erfindungsgemäß beschichteten medizinischen oder medizintechnischen Materials angrenzenden Gewebes oder Körperflüssigkeit, die über eine physiologische Reaktion hinausgeht, verhindert werden.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung, umfassend oder bestehend aus mindestens einer Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei hergestellt ist.
Anders formuliert: Eine hydrophobe, biodegradierbare und isolierende Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien, umfassend oder bestehend aus mindestens einer Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei hergestellt ist. Vorzugsweise ist die Oberflächenbeschichtung biodegradierbar und isolierend und/oder selbstheilend.
Die erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungen besitzen vorzugsweise einen Wasserkontaktwinkel von >80° oder >80°, mehr bevorzugt >90° oder >90°, weiter bevorzugt >100° oder >100°, weiter bevorzugt >1 10° oder >1 10°, weiter bevorzugt >120° oder >120°, weiter bevorzugt >130° oder >130°, weiter bevorzugt >140° oder >140°, noch weiter bevorzugt >150° oder >150°, >160° oder >160° und meisten bevorzugt > 170° oder >170°. Gemessen wird Wasserkontaktwinkel wird in der Regel bei einem Standarddruck von 1 ,013 bar sowie Standardtemperatur von 25°C.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine wasserfreie Zusammensetzung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung umfassend oder bestehend aus mindestens einer Carbonsäure; und mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch, umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt zur Verwendung in der Medizin in Form einer Beschichtung.
Des Weiteren ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung eine wasserfreie Zusammensetzung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung, umfassend oder bestehend aus mindestens einer Carbonsäure; und mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch, umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt zur Verwendung in der Behandlung von Arterien, insbesondere arteriellen Stenosen, in Form einer Beschichtung.
Als ein Maß für die Durchdringbarkeit einer Sperrschicht durch Wassermoleküle dient u. a. die lonenleitfähigkeit/Elektronenleitfähigkeit, bzw. der elektrische Widerstand einer solchen Beschichtung, der im Folgenden auch als Isolationswiderstand oder Oberflächenwiderstand bezeichnet wird. Daher wurde die Vollständigkeit der Isolierung, die durch eine Beschichtung erreicht wurde, durch eine Bestimmung der lonenleitfähigkeit eines beschichteten metallischen Substrates in einem Elektrolytbad (0,9% NaCI sowie 0,5% NaSO4) ermittelt. Ein indirekter Hinweis auf eine Durchdringung von Wassermolekülen durch eine Sperrschicht, bzw. eine Korrosion/Arrosion, kann ein Austritt von Ionen bzw. Degradationsprodukten (z.B. Wasserstoffionen) aus dem beschichteten Material in ein wässriges Medium sein, in das die beschichteten Materialien zur Überprüfung der Langzeitstabilität eingelegt werden. Als Summations-Messparameter kann dabei beispielsweise die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit des wässrigen Mediums, in dem die Substrate eingelegt sind, benutzt werden.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Polyelektrolyte zur Oberflächenbeschichtung geeignet sind, da sie sich in gelöster Form in einem wässrigen Medium sehr leicht auf Oberflächen, die eine entgegengesetzte Ladung aufweisen, mit einer hohen Beständigkeit aufbringen lassen, wenn sie mit diesen in Kontakt gebracht werden. Allerdings sind die aus dem Stand der Technik bekannten wässrigen Polyelektrolytsysteme von geringer oder mittlerer Viskosität, sodass sie sich gleichwohl in einem wässrigen Medium durch eine Scherströmung von Oberflächen wieder ablösen lassen. Daher werden nach dem Stand der Technik mehrfach Beschichtungslagen mit Polyelektrolyten, die in abwechselnder Abfolge mit entgegengesetzten Vorzeichen ihrer Ladungsgruppen aufgetragen werden, aufgebracht. Derartige Beschichtungen lassen sich nicht wasserfrei herstellen, sodass sie eine Degradation des Substrates, welches sie bedecken, nicht verhindern. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass die bislang für die Beschichtung eingesetzten Substanzen eine hohe Wasserlöslichkeit aufwiesen und zeitgleich in organischen Lösungsmitteln zumindest alleine nicht löslich sind. Weiterhin enthalten die besagten Substanzen aufgrund ihrer hohen Wasseraffinität bereits Wasser. Des Weiteren sind die besagten Substanzen in reiner Form viskos und für eine dünne Auftragung daher ungeeignet.
Weiterhin problematisch ist, dass biokompatible Verbindungen, die für eine Oberflächenbeschichtung aus dem Stand der Technik bekannt sind, in Form wässriger Lösungen aufgetragen werden. Bei Verwendung von Beschichtungssubstanzen, die in einem wässrigen System gelöst vorlagen, hat sich gezeigt, dass bereits eine kurze Wasserexposition ausreicht, um bei degradierbaren Materialien/Implantaten eine oberflächliche Degradation einzuleiten. Es konnte gezeigt werden, dass sich nach einer Initiierung einer Wasser-vermittelten Degradation/Arrosion, die z. B. zur Ausbildung von freien Ionen oder Hydroxiden führt, auch nach einer Trocknung, mit Herstellung einer wasserfreien Oberfläche, eine Korrosion/Degradation auch nach Auftrag einer weitestgehend wasserundurchlässigen Schicht, es in diesen Bereichen deutlich früher und rascher zu einer weiteren Korrosion/Arrosion kommt, als dies bei beschichteten Oberflächen der Fall ist, bei denen keine derartige Oberflächenaktivierung durch einen Wasserkontakt erfolgt ist. So kommt es insbesondere bei Vorliegen von Ionen, die sich an der Grenzfläche zwischen Material und der Beschichtung befinden, zu osmotischen Effekten, die sich durch eine dünnlagige Sperrschicht kaum unterbinden lassen und zu einer Hydratation der Grenzschicht (unterhalb der Beschichtung) führt. Wassermoleküle können bei einem ausreichenden Dampfdruck auch einen flächigen Verbund, der beispielsweise aus Polymeren, die miteinander kovalent gebunden sind, durchdringen.
Daher sind Beschichtungssysteme, bei denen die zu beschichtenden Oberflächen mit Wasser in Kontakt kommen und/oder die Beschichtungsverbindungen eine Wasserhülle aufweisen, insbesondere zur Beschichtung von degradierbaren Implantaten, nicht geeignet. Daher sind im Stand der Technik keine Oberflächenbeschichtungen für medizintechnische Materialien bekannt, die zum einen eine ausreichend große Isolation gegen eine Durchdringung von Wassermolekülen bzw. von Ionen gewährleisten und zum anderen mit einen möglichst dünnen und flexiblen Schichtaufbau, der im Bereich von < Ι ΟΌμιτι liegt, herstellbar sind und die zusätzlich biokompatibel und biodegradierbar sind.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Nitrogruppen-tragende Carbonsäuren zur Oberflächenbeschichtung von medizinischen Materialien/Implantaten eingesetzt werden können. Für Oberflächenbeschichtungen mit Nitrogruppen-tragenden Fettsäuren (Nitrofettsäuren) wurde ferner festgestellt, dass hierdurch eine Passivierung von angelagerten Zellen bewirkt werden kann. Es ist ferner bekannt, dass sich Fettsäuren aus einer organischen Lösungsmittelphase auf Oberflächen abscheiden lassen. In vorteilhafter Weise lassen sich hierdurch auch sehr dünne Schichten, z.B. in Form von Monolagen, herstellen. Dabei können geschlossene Schichten, die eine deutliche Oberflächenhydrophobizität mit einem Wasserkontaktwinkel von 60° bis 90° aufweisen, hergestellt werden. Es konnte allerdings gezeigt werden, dass ein- oder mehrlagige Beschichtungen mit Fettsäuren nicht ausreichen, um das Hindurchtreten von Wassermolekülen durch eine solche Beschichtung mit Fettsäuren zu verhindern. Es konnte gezeigt werden, dass sich hierdurch auch keine elektrische Isolation erreichen lässt. Durch eine Diffusion von Wassermolekülen durch eine Monolage nicht-nitrierter sowie nitrierter Fettsäuren, kommt es zu einer Hydratation im Bereich der Carboxylgruppen der Fettsäuremoleküle. Es ist bekannt, dass bei einer elektrostatischen Anbindung der Carboxylgruppe von Carbonsäuren an einer Metalloberfläche, es durch eine Hydratation der Carboxylgruppen zu einer säure-katalytischen Beschleunigung von Arrosions-/Korrosionsprozessen kommt. Dies ist insbesondere bei degradierbaren Materialien, wie beispielsweise Magnesiumlegierungen oder Milchsäurederivaten, der Fall. Im Stand der Technik sind biodegradierbare Endoprothesen bekannt, die solange im Körper verbleiben sollen, bis die zu behandelnde Position im Körper verheilt ist. Allerdings zersetzen sich die bislang bekannten biodegradierbaren Endoprothesen unter physiologischen Bedingungen vor der Ausheilung der zu behandelnden Position im Körper. Daher können insbesondere Endoprothesen bestehend aus einer degradierbaren Legierung oder einem Polymer mit einer Carbonsäurebeschichtung den besagten Anforderungen nicht gerecht werden.
Überraschender Weise wurde gefunden, dass sich ultra-dünne, wasserundurchlässige Oberflächenbeschichtungen, die wasserfrei und ohne Arrosion/Degradation der Oberflächen auf diese aufgebracht werden, herstellen lassen und diese eine sehr gute Biokompatibilität aufweisen sowie im Verlauf vollständig und ohne eine Zellaktivierung metabolisiert werden. Es wurde gefunden, dass ein Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer hydrophoben Carbonsäure, der unter den erfindungsgemäßen Auftragsbedingungen erfolgt, diese vorteilhaften Effekte ermöglicht. Ferner werden hierdurch sehr vorteilhafte biologische Effekte ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung ist daher vorzugsweise biodegradierbar. Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist daher gerichtet auf eine Oberflächenbeschichtung, umfassend mindestens eine Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei hergestellt und bioresorbierbar ist.
Daher ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung gerichtet auf ein Verfahren zur Herstellung Oberflächenbeschichtung umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche, und
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Unterbindung einer Freisetzung proinflammatorischer und proliferationsfördernder Arrosions-/Korrosionsprodukte aus medizinischen Implantaten.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem durch eine Reservoirbildung in einem Beschichtungsaufbau Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren bereitgestellt werden, die ein Zellhoming auf Oberflächen von hiermit beschichteten medizinischen Implantaten und Wundversorgungsmaterialien ermöglichen.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem durch eine Degradationsverzögerung eines Medizinproduktes, das von einer Körperflüssigkeit umgeben ist oder mindestens in einem Bereich an eine solche angrenzt und/oder durch eine Degradationsverzögerung der Besch ichtung mit Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren, eine Proliferation von Fibroblasten, Endothelzellen, Epithelzellen oder Leukozyten reduziert oder verhindert wird.
Bevorzugt ist eine Oberflachenbeschichtung zur Reduktion oder Vermeidung einer Restenose und /oder Thrombose nach Implantation eines vaskulären Implantats.
Ein bevorzugte Ausführungsform ist gerichtet auf eine erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung, wobei die Oberflächenbeschichtung eine Carbonsäureschicht, umfassend die mindestens eine Carbonsäure und eine Elektrolytschicht, umfassend den mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend den mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und/oder den mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, enthält, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei hergestellt ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist gerichtet auf eine erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung, wobei die Oberflächenbeschichtung eine Carbonsäureschicht,, umfassend die mindestens eine Carbonsäure und eine Elektrolytschicht, umfassend den mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend den mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und/oder den mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, enthält, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei hergestellt ist, wobei sich die Carbonsäureschicht auf der Elektrolytschicht befindet.
Bevorzugt wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren in Schritt b) die Oberfläche des soliden Materials aus Schritt a) wasserfrei mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch, umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, benetzt. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren mit einem Schritt c) Trocknen der Oberfläche nach Schritt b). Weiterhin bevorzugt wird ein erfindungsgemäßes Verfahren mit einem Schritt d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche aus Schritt c) mit mindestens einer Carbonsäure. Des Weiteren bevorzugt enthält ein erfindungsgemäßes Verfahren Schritt e) Spülen und Trocknen der Oberfläche aus Schritt d). Um Lösungsmittel zur entfernen werden in Schritt c) getrocknet. Insbesondere ist hierunter gemeint, dass ein organisches Lösungsmittel vollständig aus der Beschichtung entfernt wird. Das Trocknen kann bei erhöhten oder erniedrigten Temperaturen erfolgen.
Daher ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung gerichtet auf ein Verfahren zur Herstellung Oberflächenbeschichtung, umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials aus Schritt a) mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch, umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche nach Schritt b),
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche aus Schritt c) mit mindestens einer Carbonsäure,
e) Spülen und Trocknen der Oberfläche aus Schritt d),
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenbeschichtung, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellung eines soliden Materials mit einer gereinigten und/oder hydrophobierten Materialoberfläche,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials aus Schritt a) mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch, umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche nach Schritt b),
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche aus Schritt c) mit mindestens einer Carbonsäure,
e) Spülen und Trocknen der Oberfläche aus Schritt d), und
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenbeschichtung umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellung eines soliden Materials mit einer gereinigten und/oder hydrophobierten Materialoberfläche, b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche, und
f) Erhalt der Oberflächeneigenschaften.
Die erfindungsgemäßen Verfahren sind vorzugsweise auf Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren, biokompatiblen und isolierenden Oberflächenbeschichtung, insbesondere bevorzugt zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien, gerichtet. Es ist daher bevorzugt, wenn in Schritt f) eine biodegradiere, biokompatible Oberflächenbeschichtung mit hydrophoben Oberflächeneigenschaften erhalten wird. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien.
Daher ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung gerichtet auf ein Verfahren zur Herstellung Oberflächenbeschichtung zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosionsund/oder Degradationsverzögerung solider Materialien umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche, und
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
Eine Schicht umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wird im nachfolgenden auch als „Elektrolytschicht" bezeichnet. „Polyelektrolytschicht", wie hierin verwendet, bezieht sich auf eine Schicht umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist gerichtet auf eine Oberflächenbeschichtung erhältlich oder erhalten nach einem erfindungsgemäßen Verfahren. Bevorzugt ist eine hydrophobe, biokompatible, biodegradierbare und/oder isolierende Oberflächenbeschichtung.
Ein Ausführungsform der zugrundeliegenden Erfindung ist gerichtet auf eine Oberflächenbeschichtung erhältlich oder erhalten nach einem Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche, und
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
In Schritt a) wird vorzugsweise ein solides Material aufweisend eine gereinigte und/oder hydrophobisierte Materialoberfläche bereitgestellt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein medizinisches Produkt mit einer Oberflächenbeschichtung, erhältlich oder erhalten nach einem erfindungsgemäßen Verfahren. Bevorzugt handelt es sich um eine hydrophobe, biodegradierbare, biokompatible und isolierende Oberflächenbeschichtung.
Hydrophile kationische Polyelektrolyte werden im Stand der Technik vielseitig eingesetzt, beispielsweise als Flockulierungsmittel bei der Wasseraufbereitung oder als Stabilisatoren in Suspensionen wässriger Medien. Hingegen sind hydrophobe kationische Elektrolyte wenig gebräuchlich. Sie werden beispielsweise in Baustoffsystemen, wie beispielsweise in Zement, eingesetzt. Positive Ladungsgruppen werden dabei überwiegend durch quarternisierte Stickstoffverbindungen bereitgestellt. Aber auch andere Ladungsträger sind geeignet, wie beispielsweise Imine, Azane, Triazane, Tetrazane, Nitrone. In der DE10124387A1 werden Methoden offenbart, mit denen sich hydrophile kationischen Polyelektrolyte hydrophob funktionalisieren lassen.
Wie im Weiteren dargestellt, ist eine Voraussetzung für das Erreichen einer arrosions-/korrosionsfreien Beschichtung und einer Isolierung des beschichteten Materials gemäß der erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren, dass ein kationischer Elektrolyt oder Polyelektrolyt aus einer wasserfreien Phase und mit hoher Adhäsionskraft auf einer Materialoberfläche abgeschieden wird. Da ein kovalenter Zusammenschluss der zur Oberflächenbeschichtung einzusetzenden Verbindungen nicht gewünscht ist, um eine gute Biodegradierbarkeit zu ermöglichen und um eine möglichst geringe Erfordernis für die Beteiligung zellulärer Abbauprozesse zu gewährleisten, ist es auch die Aufgabe der Erfindung, einen isolierenden Schichtaufbau bereitzustellen, der durch hydrophobe Anziehungskräfte diese Stabilität bietet.
Es wurde nun gefunden, dass hydrophobe kationische Polyelektrolyte wasserfrei auf Oberflächen verschiedener Materialien zu einem geschlossenen Film aufgebracht werden können. Die vorzugsweise physiosorptiv aufgebrachten hydrophoben kationischen Polyelektrolyte weisen dabei eine hohe Bindungsstabilität auf und lösen sich in einem wässrigen Medium praktisch nicht ab. Allerdings konnte auch durch einen mehrschichtigen Aufbau von hydrophoben kationischen Polyelektrolyten keine elektrische Isolation des beschichteten Materials erreicht werden, sodass Wassermoleküle eine Beschichtung aus hydrophoben kationischen Polyelektrolyten passieren und zu einer Arrosion/Korrosion des beschichteten Materials führen können. Daher wurden hydrophobe kationische Polyelektrolyte mit unterschiedlichen Verhältnissen aus ladungsgruppentragenden Verbindungsanteilen und Kohlenstoffkettenlängen untersucht. Es wurde gefunden, dass mit Abnahme der Ladungsgruppen und/oder Zunahme der Kohlenstoffkettenlängen sowie dem Verzweigungsgrad, die Hydrophobie zwar zunahm, eine Isolierung einer hiermit beschichteten Oberfläche aber nicht gewährleistet werden konnte.
Überraschenderweise konnte eine elektrische Isolierung dadurch erreicht werden, indem auf eine wasserfrei aufgetragene Elektrolytschicht eine selbst-assemblierende Schicht aus Fettsäuren aus einem wasserfreien Lösungsgemisch aufgetragen wird. Es wurde ferner festgestellt, dass die elektrische Isolierung nicht erreicht wird, wenn die Beschichtung mit den gleichen oder ähnlichen Verbindungen erfolgt, aber unter Verwendung eines Lösungsgemisches, welches Wasser enthält. Dies gilt sowohl für die Auftragung der Elektrolytschicht (hydrophoben kationischen Elektrolyten und/oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyte), als auch für die Auftragung der Carbonsäuren. Bevorzugt ist ein hierin beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflachenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch, umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer Carbonsäure, mittels einer wasserfreien Auftragung erfolgt. Vorzugsweise besteht in einem einlagigen Schichtaufbau die Oberflächenschicht aus einer Schicht enthaltend mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch, umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und zudem aus mindestens einer Carbonsäure.
Daher ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche,
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung, und
wobei ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch, umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und der mindestens einen Carbonsäure vorliegt, und wobei die Schichtauftragung jeweils wasserfrei erfolgt. Ferner ist eine Oberflachenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien erhältlich oder erhalten nach einem hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer Carbonsäure mittels einer wasserfreien Auftragung erfolgt, bevorzugt.
Bevorzugt ist weiterhin eine hierin beschriebene erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien, wobei ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer Carbonsäure mittels einer wasserfreien Auftragung erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst oder besteht die Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien mindestens eine Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch, umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einer Schicht, umfassend oder bestehend aus der mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch, umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer Schicht, umfassend oder bestehend aus der mindestens einen Carbonsäure, vorliegt, und wobei die Schichtauftragung jeweils wasserfrei erfolgt.
Es wurde festgestellt, dass eine Belegung der wasserfrei hergestellten Elektrolytschicht mit anionischen Verbindungen, die in einem wässrigen Medium in dissoziierter Form vorlagen, möglich ist, es aber hierbei zu einem Eintrag von Wasser in den Schichtaufbau kommt, sodass eine elektrische Isolierung der Beschichtung hiermit nicht möglich ist. Außerdem ließen sich adhärierte Verbindungen leicht durch ein wässriges Spülmedium wieder ablösen. Auf wasserfrei aufgebrachten hydrophoben kationischen Polyelektrolyten ließen sich flüssige Carbonsäuren unterschiedlicher Kettenlängen unmittelbar mit bekannten Verfahren, wie der Mikropipettier-Methode oder einem Spray-coating, auftragen, wodurch ebenfalls eine Oberflächenhydrophobizität mit Wasserkontaktwinkeln von > von >80° oder >80°, mehr bevorzugt >90° oder >90°, weiter bevorzugt >100° oder >100°, weiter bevorzugt >1 10° oder >1 10°, weiter bevorzugt >120° oder >120°, weiter bevorzugt >130° oder >130°, weiter bevorzugt >140° oder >140°, noch weiter bevorzugt >150° oder >150°, >160° oder >160° und meisten bevorzugt > 170° oder >170°, erreicht wurden. Auch derartig aufgebrachte Carboxylsäureverbindungen ließen sich zum Teil durch Spülen mit einer ethanolischen Lösung wieder entfernen. Überraschenderweise konnte eine hohe Belegungsrate (pro Fläche bzw. Einheitsfläche) und Belegungsstabilität von Carbonsäuren dadurch hergestellt werden, indem mittels eines wasserfreien Oberflächenbelegungsverfahrens, Fettsäuren, die eine Kettenlänge von > 5 aufwiesen, auf wasserfrei abgeschiedene hydrophobe kationische Polyelektrolytschichten, unter Verwendung von organischen Lösungsmitteln, abgeschieden werden. Die Belegungsstabilität wird als zeitabhängige Ablösung von Carbonsäuren bei einer Einlage in ein wässriges Medium bei einer Temperatur von 37°C angegeben. Dem Fachmann ist klar, dass die Belegungsstabilität relativ zu anderen Beschichtungen betrachtet wird.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels,
e) Spülen und Trocknen der Oberfläche,
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
Die Vollständigkeit der Belegung ließ sich dabei durch eine Erhöhung der Oberflächenhydrophobizität, welche bestimmt wurde z.B. durch Wasserkontaktwinkelmessungen sowie den elektrischen Widerstand der Oberflächenbeschichtung, ermitteln. Allerdings nahm die messbare Oberflächenhydrophobie ab einer Kettenlänge gesättigter und nicht verzweigter Carbonsäuren von 14 nicht weiter zu, gleichzeitig nahm der erreichbare Oberflächenwiderstand mit zunehmender Kettenlänge und Verzweigungsgrad sowie dem Anteil ungesättigter Carbonsäuren mit ungesättigter Doppelbindung in eis- Konfiguration ab. Überraschenderweise wurde ein deutlich größerer elektrischer Oberflächenwiderstand einer derartigen wasserfeien Oberflächenbeschichtung erreicht, wenn nach einer wasserfreien Aufbringung eines hydrophoben kationischen Polyelektrolyts eine Nitrofettsäure oder ein Gemisch von nicht-nitrierten Carbonsäuren mit einer Nitrofettsäure wasserfrei aufgetragen wurden. Von derart beschichteten Oberflächen ließen sich keine oder keine relevanten Mengen an nitrierten und/oder nicht nitrierten Fettsäuren durch wässrige oder alkoholische Lösungen ablösen, erkennbar durch einen vor und nach einem Abspülprozess unveränderten oder nahezu unveränderten (+/- 10%) Wasserkontaktwinkel sowie einem unveränderten oder nahezu unveränderten elektrischen Oberflächenwiderstand (+/- 10%) dieser Oberflächenbeschichtungen. Erfindungsgemäß hergestellte Oberflächenbeschichtungen weisen Wasserkontaktwinkel von >80° oder >80°, mehr bevorzugt >90° oder >90°, weiter bevorzugt >100° oder >100°, weiter bevorzugt >1 10° oder >1 10°, weiter bevorzugt >120° oder >120°, weiter bevorzugt >130° oder >130°, weiter bevorzugt >140° oder >140°, noch weiter bevorzugt >150° oder >150°, >160° oder >160° und meisten bevorzugt > 170° oder >170° auf.
Es wurde gefunden, dass ein mehrlagiger Schichtaufbau, der durch eine wiederhohle Durchführung der Schritte b) und c) vor Schritt d) erfolgt, die Degradationsstabilität erhöht. Ferner wird auch die Anzahl an Fehlstellen, die zu einer elektrischen Leitfähigkeit führen, durch eine mehrfache Beschichtung reduziert. Eine Mehrfachbeschichtung erhöht die Herstellungskosten und führt zu einem höheren Schichtaufbau, was bei bestimmten Materialien nicht erwünscht und auch nicht erforderlich ist, da bereits eine ausreichende Stabilisierung der aufgetragenen Fettsäuren, bzw. Nitrofettsäuren, gegen eine vorzeitige Ablösung, durch eine einlagige Auftragung gewährleistet wird. Andererseits ist dafür Sorge zu tragen, dass eine vollflächige Belegung erfolgt, sodass, in Anhängigkeit von der Materialoberfläche es vorteilhaft sein kann, eine Mehrfachbeschichtung vorzunehmen. Daher ist bei einer Anwendung, bei der eine verzögerte Degradation einer Oberflächenbelegung mit Carbonsäuren und insbesondere mit Nitrofettsäuren im Vordergrund steht, bevorzugt, einen 3-lagigen Schichtaufbau, mehr bevorzugt einen 2-fachen Schichtaufbau und weiter bevorzugt einenl -lagigen Schichtaufbau durchzuführen. Sofern eine möglichst vollständige und lang anhaltende Degradationsverzögerung und elektrische Isolierung im Vordergrund der Anwendung steht, kann es vorteilhaft sein, einen möglichst hohen Schichtaufbau zu gewährleisten, was durch einen mehrlagigen Beschichtungsauftrag erreicht wird. Daher ist bei einem solchen Anwendungsfall bevorzugt einen 4-lagigen, mehr bevorzugt einen 6-lagigen, weiter bevorzugt einen 8-lagigen und noch weiter bevorzugt einen 10-lagigen Schichtaufbau auszubilden. Die Anzahl der Schichten ist allerdings nicht begrenzt, sodass auch noch darüber hinaus weitere Schichten aufgetragen werden können.
Somit wird durch eine erfindungsgemäße Beschichtung in mehrfacher Hinsicht eine VerbesserungA/erlangerung der Degradationsstabilität erzielt: zum einen wird die Anbindung von Carbonsäuren und insbesondere von Nitrofettsäuren an der Oberfläche der Beschichtung deutlich erhöht und damit die Dauer bis zu einer Ablösung, die zu einer Veränderung der physiko-chemischen (Verlust der Hydrophobie) und biologischen Eigenschaften führt, signifikant gegenüber einer Belegung der Carbonsäure auf einer nativen Materialoberfläche verlängert. Zum anderen bewerkstelligt die Beschichtung eine signifikante Verzögerung einer Exposition der nativen Materialoberfläche gegenüber einem wässrigen Medium oder einem biologischen System/Organismus. Folglich wird hierdurch auch eine mögliche Arrosion/Korrosion der Materialoberfläche signifikant verzögert. Es wird aber auch die biologische Reaktion auf die Materialoberfläche und/oder die Arrosions- /Korrosionsproduke verzögert. Ferner werden bei resorbierbaren Materialien die Degradationsprozesse, die in der Regel durch einen Kontakt mit Wasser initiiert oder unterhalten werden, verzögert und die Funktion des beschichteten Materials, die in der Regel mechanische Aufgaben hat, über einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten. Daher ist eine Degradationsstabilitätserhöhung in verschiedenen Bereichen gewünscht und einsetzbar.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer Carbonsäure vorzugsweise mindestens eine Nitrofettsäure oder einem Gemisch, umfassend oder bestehend aus mindestens Nitrofettsäuren und mindestens einer nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer wasserfreien Auftragung erfolgt.
In den hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der besagten Oberflächenbeschichtung sowie der hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungen ist die mindestens eine Carbonsäure bevorzugt eine Fettsäure, weiter bevorzugt eine nitrierte Carbonsäure und am bevorzugtesten eine nitrierte Carbonsäure, wobei die Carbonsäuren eine Kohlenstoffkettenlänge von 6 bis 24, weiter bevorzugt von 8 bis 22, mehr bevorzugt von 10 - 20, mehr bevorzugt von 12 bis 20 und am bevorzugtesten vom 14 bis 18 aufweisen. In einer bevorzugt Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflachenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Fettsäure mit einer Kohlenstoff-Kettenlänge von 6 bis 24 handelt,
e) Spülen und Trocknen der Oberfläche,
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, wobei es sich bei der Carbonsäure um eine Nitrofettsäure mit einer Kohlenstoff-Kettenlänge von 6 bis 24 handelt,
e) Spülen und Trocknen der Oberfläche,
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials, b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, wobei es sich bei den Carbonsäuren in Schritt d) um Gemische aus nitrierten und nicht nitrierten Fettsäuren mit einer Kohlenstoff-Kettenlänge von 6 bis 24 handelt,
e) Spülen und Trocknen der Oberfläche,
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
In einer bevorzugt Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, wobei es sich bei der Carbonsäure um eine Nitrofettsäure oder ein Gemisch umfassend oder bestehend aus mindestens einer Nitrofettsäure und mindestens eine nicht-nitrierte Fettsäure handelt, wobei die Fettsäure eine Kohlenstoff-Kettenlänge von 6 bis 24 aufweist,
e) Spülen und Trocknen der Oberfläche,
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
Es konnte gezeigt werden, dass die erfindungsgemäße Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien sich durch eine jeweils einfache und vorzugsweise monolagige Beschichtung mit einer hydrophoben kationischen Elektrolytschicht und einer erfindungsgemäßen Fettsäure, die jeweils wasserfrei aufgebracht worden sind, hergestellt werden kann. Ein solcher Schichtaufbau hat eine Schichtdicke, die <50μηη, weiter bevorzugt < 10μηη, weiter bevorzugt <1 μηη, noch weiter bevorzugt <50nm und am meisten bevorzugt <20nm ist. Zwar kann hiermit bereits eine elektrische Isolation erreicht werden, bei Anlegung einer hohen Spannung kann es gleichwohl zu einem Leckstrom kommen. Es wurde gefunden, dass ein mehrlagiger Schichtaufbau mit einem hydrohoben kationischen Elektrolyt in Verbindung mit einer der erfindungsgemäßen Fettsäuren die Isolationsbeständigkeit weiter erhöht. Daher ist ein mehrlagiger Schichtaufbau mit einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt ein bevorzugtes Verfahren. Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien sowie eine hierin beschriebene erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung, bei der ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer abschließenden Beschichtung mit oder bestehend aus mindestens einer nicht- nitrierten Fettsäure oder mindestens einer Nitrofettsäure oder einem Gemisch umfassend oder bestehend aus mindestens einer Nitrofettsäure und mindestens einer nicht-nitrierten Fettsäure mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt. Besonders bevorzugt ist eine abschließende Beschichtung mit mindestens einer Nitrofettsäure oder einem Gemisch umfassend oder bestehend aus mindestens einer Nitrofettsäure und mindestens einer nicht-nitrierten Fettsäure, die wasserfrei aufgetragen wurde. Am bevorzugtesten umfasst oder besteht die abschließende Beschichtung aus mindestens einer Nitrofettsäure, die wasserfrei aufgetragen wurde.
Die fertiggestellte erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung hat vorzugsweise eine Gesamthöhe ihres Schichtaufbaus, die zwischen 5 nm und 50 μιτι beträgt, mehr bevorzugt zwischen 10nm und 45μηη, mehr bevorzugt zwischen 10nm und 40μηη, 10nm und 35μηη, mehr bevorzugt zwischen 10nm und 30μηη, mehr bevorzugt zwischen 10nm und 25μηη, mehr bevorzugt zwischen 15nm und 20 μιτι, noch mehr bevorzugt zwischen 15nm und 15μηη und weiter bevorzugt zwischen 20nm und 10μηη.
Bevorzugt ist ein hierin beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien sowie die eine hierin beschriebene erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung, bei dem ein einlagiger oder mehrlagiger Schichtaufbau aus mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch, umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer abschließenden Beschichtung mit Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus Nitrofettsäuren und nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt und bei dem die Gesamthöhe des Schichtaufbaus zwischen 5 nm und 50μηη beträgt. Weiter bevorzugt ist eine hydrophobe, biodegradierbare und isolierende Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien erhältlich oder erhalten nach dem soeben beschriebenen Verfahren.
Für kationische Polyelektrolyte liegt eine umfangreiche Dokumentation über zytotoxische Effekte vor (Kafil V, Omidi Y. Cytotoxic Impacts of Linear and Branched Polyethylenimine Nanostructures in A431 Cells. Biolmpacts : Bl. 201 1 ;1 (1 ):23-30). Dabei nimmt die Zytotoxizität beispielsweise mit dem Verzweigungsgrad von Polyethylenimin zu. Überraschenderweise ergaben sich bei der Degradation der erfindungsgemäßen Beschichtung keine Anzeichen für zytotoxische oder immunologische Effekte bei Zellen, die an derartig beschichteten Oberflächen adhärierten.
Auch wenn dies nicht sicher belegt werden konnte, so muss angenommen werden, dass durch die mit dem erfindungsgemäßen Schichtaufbau erreichte stark verzögerte Degradation und/oder durch die insgesamt nur geringe Menge an zu metabolisierenden Verbindungen und/oder durch eine Aufnahme/einen Einbau der erfindungsgemäß eingesetzten Verbindungen in die ausgebildete extrazelluläre Matrix oder die zelluläre Strukturen, es nicht zu den für hydrophile kationische Polyelektrolyte bekannten zytotoxischen Effekten kommt.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien sowie eine hierin beschrieben erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung, bei dem ein ein-oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer abschließenden Beschichtung mit Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus Nitrofettsäuren und nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt, wodurch zytotoxische Effekte bei einer Degradation der Beschichtung ausbleiben. Bevorzugt ist daher auch eine hierin beschriebene erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung, erhältlich oder erhalten nach einem hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren, die die Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien unterbindet oder verzögert, und zudem geeignet ist zytotoxische Effekte bei einer Degradation der Beschichtung zu verhindern.
Bei erfindungsgemäß hergestellten Oberflächenbeschichtungen von Templaten, die aus korrosionssensitiven Materialien bestehen, wie beispielsweise Eisen oder Kupfer, konnte im Anschluss an eine erfindungsgemäße Beschichtung kein Durchtritt von Hydrolyse-/Oxidationsprodukten durch die Beschichtung nachgewiesen werden, während es zur Entstehung und einem Durchtritt von Hydrolyse- /Oxidationsprodukten bei/durch Beschichtungen derartiger Materialien kam, die mittels wässriger Lösungssysteme erfolgt waren, in welchen hydrophile kationische Polyelektrolyte oder Carbonsäuren gelöst vorlagen.
In Übereinstimmung mit einer sehr geringen bis nicht mehr messbaren Leitfähigkeit von metallischen Oberflächen, die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet worden waren, konnte auch keine Arrosion/Korrosion einer beschichtetem 316L Stahllegierung, einer Magnesium-Legierung und einer Kupfer- Legierung nach 3 Wochen Lagerungszeit in einem wässrigen Medium bei 37°C festgestellt werden. Bei gleichartigen Versuchen mit Templaten, die aus degradierbaren Bio-Polymeren, wie z. B. einem Poly-L-Milchsäurepolymer oder Poly- Glycolsäurepolymer bestanden, wurden keine hydrolytischen Degradationsprodukte in dem wässrigen Aufbewahrungsmedium detektiert. Bei allen elektronenmikroskopischen Untersuchungen, die bei erfindungsgemäß beschichteten Templaten erfolgten, wurden keine Substanzdefekte der Oberflächen detektiert, die durch eine hydrolytische Arrosion/Degradation bedingt waren. Hingegen waren Template, die über den gleichen Zeitraum in einem wässrigen Medium gelagert worden waren und keine Beschichtung hatten, vollständig oder teilweise aufgelöst und solche, die nur mit einem hydrophoben kationische Polyelektrolyt beschichtet worden waren, zeigten deutliche Substanzdefekte oder wiesen eine partielle Auflösung (Magnesiumlegierung) auf.
Die erfindungsgemäß beschichteten Oberflächen behielten ihre hydrophoben Oberflächeneigenschaften über einen Zeitraum von mindestens 3 Wochen, währenddessen sie in einer wässrigen Lösung bei 37°C eingelegt waren, unverändert bei, erkenntlich dadurch, dass der Wasserkontaktwinkel nicht mehr als 10° gegenüber der Ausgangsmessung absank. Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien bzw. zur Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch, umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer abschließenden Beschichtung mit Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus Nitrofettsäuren und nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt, wodurch eine in Wasser beständige Oberflächenhydrophobisierung mit einem Wasserkontaktwinkel von >80° oder >80°, mehr bevorzugt >90° oder >90°, weiter bevorzugt >100° oder >100°, weiter bevorzugt >1 10° oder >1 10°, weiter bevorzugt >120° oder >120°, weiter bevorzugt >130° oder >130°, weiter bevorzugt >140° oder >140°, noch weiter bevorzugt >150° oder >150°, >160° oder >160° und meisten bevorzugt > 170° oder >170°, erreicht wird, d.h. die Oberflachenbeschichtung besitzt eine in Wasser beständige Oberflächenhydrophobisierung mit einem Wasserkontaktwinkel von >80° oder >80°, mehr bevorzugt >90° oder >90°, weiter bevorzugt >100° oder >100°, weiter bevorzugt >1 10° oder >1 10°, weiter bevorzugt >120° oder >120°, weiter bevorzugt >130° oder >130°, weiter bevorzugt >140° oder >140°, noch weiter bevorzugt >150° oder >150°, >160° oder >160° und meisten bevorzugt > 170° oder >170°..
Eine bevorzugte Ausführungsform der zugrundeliegenden Erfindung ist gerichtet auf eine hydrophobe, biodegradierbare und isolierende Oberflachenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche,
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung,
wobei ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch, umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer abschließenden Beschichtung mit Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus Nitrofettsäuren und nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt, wodurch eine in Wasser beständige Oberflächenhydrophobisierung mit einem Wasserkontaktwinkel von >80° oder >80°, mehr bevorzugt >90° oder >90°, weiter bevorzugt >100° oder >100°, weiter bevorzugt >1 10° oder >1 10°, weiter bevorzugt >120° oder >120°, weiter bevorzugt >130° oder >130°, weiter bevorzugt >140° oder >140°, noch weiter bevorzugt >150° oder >150°, >160° oder >160° und meisten bevorzugt > 170° oder >170° erreicht wird, d.h. die Oberflächenbeschichtung besitzt eine in Wasser beständige Oberflächenhydrophobisierung mit einem Wasserkontaktwinkel von >80° oder >80°, mehr bevorzugt >90° oder >90°, weiter bevorzugt >100° oder >100°, weiter bevorzugt >1 10° oder >1 10°, weiter bevorzugt >120° oder >120°, weiter bevorzugt >130° oder >130°, weiter bevorzugt >140° oder >140°, noch weiter bevorzugt >150° oder >150°, >160° oder >160° und meisten bevorzugt > 170° oder >170°.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Oberflachenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien umfassend oder bestehend aus mindestens eine Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer abschließenden Beschichtung mit Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus Nitrofettsauren und nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt, wobei die Oberflächenbeschichtung Wasserbeständig ist und einen Wasserkontaktwinkel von >80° oder >80°, mehr bevorzugt >90° oder >90°, weiter bevorzugt >100° oder >100°, weiter bevorzugt >1 10° oder >1 10°, weiter bevorzugt >120° oder >120°, weiter bevorzugt >130° oder >130°, weiter bevorzugt >140° oder >140°, noch weiter bevorzugt >150° oder >150°, >160° oder >160° und meisten bevorzugt > 170° oder >170°aufweist.
In weiteren Langzeituntersuchungen wurden überraschende Effekte bei der Degradation der Beschichtungen festgestellt. Bei erfindungsgemäß wasserfrei hergestellten Oberflächenbeschichtungen, die mit Nitrofettsäuren erfolgt waren, war der Degradationsbeginn erheblich verzögert gegenüber einer Oberflächenbelegung, die mit nicht-nitrierten Fettsäuren wasserfrei hergestellt worden waren. Hierauf hatten die Art und die Strukturmerkmale der hydrophoben kationischen Polyelektrolyte, auf die die Fettsäuren aufgetragen wurden, keinen Einfluss. Gleichwohl war eine derartige Langzeitstabilität bei einer Oberflächenbeschichtung mit wasserfrei aufgetragenen nicht-nitrierten oder nitrierten Fettsäuren, bei der zuvor keine Belegung der Oberfläche mit einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt erfolgt war, nicht gegeben, eine Degradation setzte hier nach 2 - 3 Wochen ein und verlief sehr viel rascher, als dies bei nach einer erfindungsgemäßen Beschichtung der Fall war. Für erfindungsgemäß wasserfrei hergestellte Beschichtungen wurde festgestellt, dass unter den gewählten Versuchsbedingungen eine Degradation frühestens nach 4 Wochen beginnt. In vergleichenden Untersuchungen zu Oberflächenbeschichtungen, bei denen keine initiale Oberflächenhydrophobierung erfolgt ist und/oder hydrophile kationische Polyelektrolyte aus einem wässrigen Medium aufgetragen wurden und hierauf nitrierte oder nicht-nitrierte Fettsäuren wasserfrei oder in einem wässrigen Medium abgeschieden wurden, zeigte sich, dass die bei diesen Verfahren erreichte Oberflächenhydrophobizität zwar vergleichbar war (Wasserkontaktwinkel > 90°), aber die hierbei erreichte elektrische Isolierung um 2 bis 3 Zehnerpotenzen geringer war, wenn die Beschichtungen mit hydrophilen kationischen Polyelektrolyten und unter nicht wasserfreien Bedingungen aufgetragen worden waren. Es wurde gefunden, dass nach einer Beschichtung mit hydrophilen kationischen Polyelektrolyten, die Degradation bereits nach 1 - 2 Wochen erfolgte und sich sehr rasch fortsetzte, sodass bereits nach wenigen Tagen in einem Wasserbad die beschichtete Materialoberfläche praktisch vollständig frei vorlag. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, konnte eine wasserfreie Beschichtung von Oberflächen mit hydrophilen kationischen Polyelektrolyten nicht hergestellt werden. Bei einer alleinigen Beschichtung von Metalloberflächen mit hydrophilen kationischen Polyelektrolyten kam es zu keiner Erhöhung des elektrischen Oberflächenwiderstands, vielmehr war der Isolationswiderstand sogar verringert.
Wie zuvor dargelegt, ist die Bereitstellung einer Materialoberfläche, die keine ionischen oder osmotisch-aktiven Verbindungen oder Auflagerungen, die Wasser aufgenommen haben, für die Erzielung der gewünschten Materialoberflächeneigenschaften von großer Bedeutung. Ferner konnte gezeigt werden, dass die Adhäsionskraft und die Ausbreitung der erfindungsgemäßen Elektrolyt- bzw. Polyelektrolytschicht auf einer hydrophilen Materialoberfläche, durch eine zuvorige Hydrophobierung, die gemäß dem Stand der Technik erfolgen kann, gesteigert bzw. verbessert werden kann. Daher weisen die in Schritt a) bereitgestellten soliden Materialien in den hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise eine gereinigte oder hydrophobierte oder eine gereinigte und hydrophobierte Materialoberfläche auf.
Mithin ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials aufweisend eine gereinigte oder hydrophobierte oder eine gereinigte und hydrophobierte Materialoberfläche, b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch, umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche, und
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
Die Ergebniszusammenschau zeigte, dass das Erreichen einer Oberflächenhydrophobizität mit einem Wasserkontaktwinkel von von >80° oder >80°, mehr bevorzugt >90° oder >90°, weiter bevorzugt >100° oder >100°, weiter bevorzugt >1 10° oder >1 10°, weiter bevorzugt >120° oder >120°, weiter bevorzugt >130° oder >130°, weiter bevorzugt >140° oder >140°, noch weiter bevorzugt >150° oder >150°, >160° oder >160° und meisten bevorzugt > 170° oder >170°und eines elektrischen Isolationswiderstandes von >200 Ohm/cm2, bevorzugt von >300 Ohm/cm2, mehr bevorzugt von >400 Ohm/cm2, weiter bevorzugt von >500 Ohm/cm2 und am bevorzugtesten von >1 .000 Ohm/cm2.durch den erfindungsgemäßen Beschichtungsaufbau eine Korrosion/Arrosion des beschichteten Materials zuverlässig verhindert.
Bevorzugt ist ein hierin beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien, wobei die Oberflächenbeschichtung eine Oberflächenhydrophobizität mit einem Wasserkontaktwinkel von >80° oder >80°, mehr bevorzugt >90° oder >90°, weiter bevorzugt >100° oder >100°, weiter bevorzugt >1 10° oder >1 10°, weiter bevorzugt >120° oder >120°, weiter bevorzugt >130° oder >130°, weiter bevorzugt >140° oder >140°, noch weiter bevorzugt >150° oder >150°, >160° oder >160° und meisten bevorzugt > 170° oder >170°, und elektrischen Isolationswiderstandes von >200 Ohm/cm2, bevorzugt von >300 Ohm/cm2, mehr bevorzugt von >400 Ohm/cm2, weiter bevorzugt von >500 Ohm/cm2 und am bevorzugtesten von >1 .000 Ohm/cm2, aufweist. Ebenso bevorzugt ist eine Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und Degradationsverzögerung von soliden Materialien erhältlich oder erhalten nach dem soeben genannten Verfahren.
Weiterhin bevorzugt ist Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien umfassend oder bestehend aus mindestens eine Carbonsäure und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Oberflachenbeschichtung wasserfrei hergestellt wird, und wobei eine Oberflächenhydrophobizität mit einem Wasserkontaktwinkel von >90° und elektrischen Isolationswiderstandes von 500 Ohm/cm2 erreicht wird.
Weiterhin bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflachenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer abschließenden Beschichtung mit Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus Nitrofettsäuren und nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt, wodurch eine Oberflächenhydrophobizität mit einem Wasserkontaktwinkel von >80, mehr bevorzugt von >90°, bevorzugt von >100°, mehr bevorzugt von >1 10°C und am bevorzugtesten von >120° und elektrischen Isolationswiderstandes von >200 Ohm/cm2, bevorzugt von >300 Ohm/cm2, mehr bevorzugt von >400 Ohm/cm2, weiter bevorzugt von >500 Ohm/cm2 und am bevorzugtesten von >1000 Ohm/cm2.erreicht wird. Ebenso bevorzugt ist eine Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und Degradationsverzögerung von soliden Materialien erhältlich oder erhalten nach dem soeben genannten Verfahren.
Weiterhin bevorzugt ist eine Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien umfassend oder bestehend aus mindestens eine Carbonsäure und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer abschließenden Beschichtung mit Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus Nitrofettsäuren und nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei hergestellt wird, und wobei die Oberflächenbeschichtung eine Oberflächenhydrophobizität mit einem Wasserkontaktwinkel von >80°, mehr bevorzugt von >90° mehr bevorzugt von >100°, noch mehr bevorzugt von >1 10° und am bevorzugtesten von >120° und einen elektrischen Isolationswiderstand von >200 Ohm/cm2, bevorzugt von >300 Ohm/cm2, mehr bevorzugt von >400 Ohm/cm weiter bevorzugt von >500 Ohm/cm2 und am bevorzugtesten von >1 .000 Ohm/cm2 hat. Die erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungen zeichnen sich ferner, aufgrund der physiosorptiven Assemblierung, durch eine unter physiologischen Bedingungen spontan stattfindende Degradation aus. Somit kann mit den erfindungsgemäßen Verfahren eine physiologisch degradierbare/resorbierbare Oberflächenbeschichtung zur Korrosions-/Degradationsverzögerung bereitgestellt werden.
Es wurde dann festgestellt, dass der Degradationsbeginn von erfindungsgemäß wasserfrei hergestellten Oberflächenbeschichtungen zwar im Wesentlichen durch die Verwendung einer nitrierten oder nicht-nitrierten Fettsäure abhängt, hingegen die Degradationsgeschwindigkeit aber im Wesentlichen von der Hydrophobizität und dem Molekulargewicht des wasserfrei aufgetragenen kationischen Polyelektrolyts determiniert wird. Eine erheblich Verlängerung der Degradationszeit der Gesamtbeschichtung ist insbesondere bei Verwendung von hydrophoben kationischen Polyelektrolyten gegeben, die einen Kow von >0,3 aufweisen. Ferner waren hydrophobe kationische Polyelektrolyte, die unverzweigt oder nur gering verzweigt waren und deren Molekulargewicht >10.000 Da betrug, mit einer stark verzögerten Degradationsrate verbunden. Eine solche Bedingung lag auch bei einem Molekulargewicht der hydrophoben kationischen Polyelektrolyte von 5.000 Da vor, wenn diese stark verzweigt waren. Die Degradationsgeschwindigkeit hing gleichwohl auch davon ab, ob die erfindungsgemäß hergestellten Oberflächenbeschichtungen mit einer nitrierten oder nicht-nitrierten Fettsäure wasserfrei beschichtet worden waren und bei den nicht nitrierten Fettsäuren von deren Eigenschaften ab, während ein solcher Effekt bei den nitrierten Fettsäuren nicht zu erkennen war. Bei nicht nitrierten Fettsäuren lag eine Degradationsverzögerung insbesondere bei Verwendung von linearen Fettsäuren mit einer C-Kettenlänge von >5 vor, mit einem Optimum, das bei einer C-Kettenlänge von 14 bis 18 lag. Durch Zugabe von ungesättigten Fettsäuren nahm die Degradationsverzögerung ab, gleichwohl konnte auch bei einem Mischungsverhältnis von 50 Gew% zwischen C16:0 und C18:1 - Fettsäuren eine Degradationsverzögerung, die über einen Zeitraum von 4 Wochen anhielt, erreicht werden. Eine deutliche Steigerung der Langzeitstabilität gegenüber anderen Fettsäuren konnte dann für Nitrofettsäuren mit einer C-Kettenlänge zwischen 12 und 20 dokumentiert werden. So konnte beispielsweise bei alleiniger Verwendung von Nitro-Ölsäure eine Verdopplung des erkennbaren Degradationsbeginns gegenüber einer wasserfreien Beschichtung mit Ölsäure erreicht werden. Aber auch bei Mischungen von nitrierten und nicht-nitrierten Fettsäuren kam es gegenüber der ausschließlichen Verwendung von nicht-nitrierten Fettsäuren zu einer signifikanten Verlängerung der Degradationszeit. Korrespondierend konnte die Bestehensdauer der erreichten Oberflächenhydrophobizität durch die Verwendung von Nitrofettsäuren gegenüber der Verwendung von nicht-nitrierten Fettsäuren gleicher C-Kettenlänge signifikant verlängert werden. Die Wasserkontaktwinkel, die bei derartig beschichteten Templaten nach einer 8 wöchigen Einlage in ein wässriges Medium gemessen wurden, betrugen noch > 90° bei einem Mischungsverhältnis mit nicht-nitrierten Fettsäuren das > 0,25:1 . Daher bedingen Nitrofettsäuren eine deutliche Steigerung der Kohärenz einer Beschichtung mit Fettsäuren. Gleichwohl lag die höchste Langzeitstabilität, die eine Degradationsfreiheit über einen Zeitraum von 8 Wochen gewährleistete vor, wenn eine wasserfreie Abscheidung von Nitrofettsäuren (C 18:1 ) auf einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, der wasserfrei auf einem degradierbaren Material aufgebracht worden war, erfolgt war.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien und einer Degradationsfreiheit der Beschichtung für 8 Wochen, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer abschließenden Beschichtung mit mindestens einer Nitrofettsäure oder einer nicht-nitrierten Fettsäure oder einem Gemisch aus mindestens einer Nitrofettsäuren und mindestens einer nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt. Zudem ist eine Oberflächenbeschichtung erhältlich oder erhalten nach dem soeben beschriebenen Verfahren bevorzugt.
Mithin ist eine hierin beschriebene erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung bevorzugt, wenn diese eine Degradationsfreiheit von mindestens 8 Wochen aufweist.
In guter Übereinstimmung mit der durch die erfindungsgemäßen Beschichtungen erzielten Isolation von Materialoberflächen konnte in Langzeit- Korrosionsuntersuchungen eine Verhinderung bzw. Verzögerung der Degradation der beschichteten Materialien gegenüber unbeschichteten Materialien dokumentiert werden. So wurden beispielsweise Scaffolds aus einer Magnesium-Legierung mit einem Beschichtungssystem aus Dopamin, hydrophobierten Polyethylenimin (25kDa) sowie Nitroölsäure, bei dem eine wasserfreie Abscheidung der Verbindungen erfolgt war, in einem Gefäßmodell mittels Ballonkatheter fixiert und die Degradation unter Durchflussbedingungen per sequentieller Bildanalyse und der Bestimmung von Magnesium im Durchflussmedium bestimmt. Gegenüber unbeschichteten Scaffolds sowie gegenüber solchen, die nur mit PEI beschichtet worden waren, kam es zu einer Verlängerung der Dauer des detektierbaren Korrosionsbeginns um 560% bzw. um 250 %. Ferner wurde auch die Dauer bis zur vollständigen Auflösung des Scaffold um 840% bzw. 510% verlängert. Eine ähnliche Verzögerung des Auslösungsbeginns und der vollständigen Auflösung konnte auch für Scaffolds aus PLLA gezeigt werden, wenn diese mit einem Beschichtungssystem aus hydrophobierten PEI (5kDa, hoch verzweigt) und Nitroölsäure (C18:1 ; auch Nitrooleinsäure genannt) beschichtet waren. Die Beständigkeit gegen eine Degradation in einem wässrigen Medium sowie die erreichte elektrische Isolation konnte beispielsweise auch bei erfindungsgemäß beschichteten Metalloberflächen, wie beispielsweise Stahllegierungen, dokumentiert werden. Dabei erfolgte der Nachweis mittels einer kontinuierlichen Bestimmung des elektrischen Isolationswiderstands der Beschichtung in einem Elektrolytbad sowie der Messung der Leitfähigkeit der Lösung. Dabei enthielten die wässrigen Medien u.a. Säuren oder Basen, Enzyme oder Proteine in verschiedenen Konzentrationen, bei Raumtemperatur und Temperaturen von bis zu 45°C. Für die Versuche bei metallischen Materialien mit einer hydrophilen Oberfläche erfolgte zunächst die Aufbringung eines Alkylsilans, gefolgt von einem wasserfreien Auftrag von hydrophobem (Kow 1 ,3) Polyalkylenpolyamin (MW 8.000 Da) und anschließender wasserfreien Abscheidung von nicht-nitrierten bzw. nitrierten Fettsäuren (C14 - C20). Durch eine alleinige Beschichtung mit dem Alkylsilan, gefolgt von dem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wurde nur eine geringe Erhöhung des elektrischen Isolationswiderstands erzielt (0,8 Ohm). Ferner kam es nach 3 +1-2 Tagen zu einem Anstieg der Leitfähigkeit der Aufbewahrungslösungen. Eine wesentliche Verzögerung des Degradationsbeginns (Änderung der Leitfähigkeit um 5%) bzw. einem Defekt der Isolation (Isolationswiderstandsabfall um 100Ohm/cm2), kam es nach 42 +/- 1 1 Tagen bei einer Beschichtung mit nicht-nitrierten Fettsäuren und nach 63 +/- 9 Tagen bei Beschichtungen mit Nitrofettsäuren.
Der hohe und beständige Isolationswiderstand erklärt sich auch durch eine vollständige oder annähernd vollständige Defektfreiheit von erfindungsgemäß beschichteten Materialoberflächen. Da auch bei einem hochohmigen Isolationswiderstand kleine Isolationslücken bestehen können, die einen Leckstrom verursachen und somit Ausgangsort errosiver/korrosiver Prozesse sein können, ist auch eine Prüfung auf eine flächige Fehlerfreiheit durchzuführen. Dies erfolgt beispielsweise in einem Elektrolytbad unter Anlage einer Gleichspannung zwischen dem wässrigen Medium und der elektrischen Verbindung zum Prüfkörper. Die metallischen Prüfmaterialien wurden durch Lot mit einem Platindraht verbunden, der bis zur Anschlussstelle mit einer isolierenden Kunstharzbeschichtung versehen war. Während der Prüfung wurde zwischen dem Elektrolytbad und dem elektrischen Materialanschluss eine 40V Gleichspannung angelegt.
Für die vergleichende Untersuchung wurden zum einen Edelstahlplättchen (10cm2) mittels Spay-coating mit einem Polyurethan- und einem PLLA-Polymer beschichtet, mit einer Schichthöhe von 20 und Ι ΟΟμιτι. Zum anderen wurden Edelstahlplättchen mit den erfindungsgemäßen Verfahren, beispielsweise Verbindung 1 , 3 und 7 gemäß Beispiel 2, mittels 1 bis 3-maliger Auftragung und Beschichtung mit Nitroölsäure oder Nitrolinolensäure sowie den native Fettsäuren beschichtet. Bei den Polymerbeschichtungen bestanden bei geringer Schichtdicke Defektstellen in einer Häufigkeit von 5 +/- 3 pro cm2, bei einer hohen Schichtdicke lag diese bei 3 +/- 2 pro cm2. Im Gegensatz hierzu lagen Defektstellen nach einer einlagigen Beschichtung mit einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer Fettsäure mit einer C- Kettenlänge von > 5, sowie Vorliegen eines Oberflächen-Wasserkontaktwinkels von > 80°bzw. >80° in einer Häufigkeit zwischen 1 und 2 +/- 1 pro cm2 vor und bei Verwendung eines mehrlagigen Schichtaufbaus der hydrophoben kationischen Polyelektrolyte waren praktisch keine Defektstellen vorhanden. Bei ansonsten gleichartigen Beschichtungen, bei denen Nitrofettsäuren mit einer C-Kettenlänge von 12 bis 20 verwandt wurden, waren sowohl bei einer einlagigen als auch einer mehrlagigen Beschichtung mit hydrophoben kationischen Polyelektrolyten keine Defektstellen detektierbar. Somit erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsart eine vorzugsweise defektstellefreie Oberflächenbeschichtung bei einer Schichtaufbauhöhe von 15nm bis 10μηη.
Bevorzugt ist demnach eine Oberflächenbeschichtung vorzugsweise biodegradierbar erhältlich nach einem erfindungsgemäßen Verfahren mit defektfreier Isolation einer Materialoberfläche. Besonders bevorzugt ist demnach eine
Oberflächenbeschichtung vorzugsweise biodegradierbar erhältlich nach einem erfindungsgemäßen Verfahren mit elektrischer Isolation einer Materialoberfläche.
Bevorzugt ist daher eine hierin beschriebene erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung, die frei oder annähernd frei von Isolationsfehlstellen und einen Oberflächenkontaktwinkel von >80° oder >80° aufweist.
Insbesondere bevorzugt ist daher eine hierin beschriebene erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung, wobei ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer abschließenden Beschichtung mit mindestens einer Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus mindestens einer Nitrofettsäuren und mindestens einer nicht-nitrierten Fettsäuren, wobei die Oberflächenbeschichtung frei oder annähernd frei ist von Isolationsfehlstellen und einen Oberflächenwasserkontaktwinkel von > 80° oder >80°, mehr bevorzugt von >90° oder >90°, bevorzugt von >100°oder >100°, mehr bevorzugt von >1 10° oder >1 10°und am bevorzugtesten von >120° oder >120°auf aufweist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien, umfassend oder bestehend aus mindestens eine Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Oberflachenbeschichtung wasserfrei hergestellt wird, und wobei die Oberflachenbeschichtung frei oder annähernd frei von Isolationsfehlstellen ist und einen Oberflächenkontaktwinkel von >80° aufweist.
Weiterhin bevorzugt ist ein hierin beschriebenes Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflachenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien, wobei die Oberflachenbeschichtung frei oder annähernd frei von Isolationsfehlstellen ist und einen Oberflächenkontaktwinkel von >80° aufweist. Bevorzugt ist zudem eine Oberflächenbeschichtung erhältlich oder erhalten nach dem soeben beschrieben Verfahren.
Daher ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche,
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung, und
wobei die Oberflächenbeschichtung frei oder annähernd frei von Isolationsfehlstellen ist und einen Oberflächenkontaktwinkel von >80° oder >80° aufweist.
Bevorzugt ist ein hierin beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer abschließenden Beschichtung mit Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus Nitrofettsäuren und nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt, die frei oder annähernd frei ist von Isolationsfehlstellen und einen Oberflächenwasserkontaktwinkel von > 80° oder >80°aufweist. Bevorzugt ist auch eine Oberflächenbeschichtung erhältlich oder erhalten nach dem soeben beschriebenen Verfahren. Annährend frei von Isolationsfehlstellen bedeutet, dass < 2 +/- 1 Fehlstellen pro cm2 vorliegen.
Weitere vorteilhafte Effekte ergeben sich aus der Abbaukinetik der erfindungsgemäßen Beschichtungen.
Zur Untersuchung unterschiedlicher biologischer Effekte, die sich durch einen erfindungsgemäßen Beschichtungsaufbau, bestehend aus wasserfrei aufgebrachten hydrophoben Polyelektrolyten und Fettsäuren, gegenüber einer Beschichtung, die nur mit nicht-nitrierten oder nitrierten Fettsäuren erfolgt ist, ergeben, wurden Glasobjektträger entsprechend beschichtet und hierauf Fibroblasten für 12 Wochen kultiviert. Es wurden im Abstand von 14 Tagen Kulturen hinsichtlich der Vitalität und Strukturveränderungen adhärierender Zellen analysiert. Es zeigte sich, dass es bei einer Beschichtung, die nur mit nicht-nitrierten Fettsäuren erfolgt war, zu einer starken Proliferation adhärierender Zellen kam, die eine Fortsetzung der Kultivierung nach 4 Wochen unmöglich machte. Bei einer Beschichtung mit Nitroölsäure bestand eine geringe Proliferationsrate adhärierender Zellen innerhalb der ersten 4 Wochen. Im weiteren Verlauf stieg die Proliferationsrate an und es bildeten sich Zell- Multilagen. Im Gegensatz hierzu bestand zwar ein rascherer konfluenter Zusammenschluss adhärierender Zellen auf einer erfindungsgemäßen Beschichtung mit Nitroölsäure als abschließende Carbonsäureschicht, im Langzeitverlauf kam es aber nur vereinzelt zu einer Mehrlagenbildung, bei einer vollständig geschlossenen Zellbelegung. Auch morphologisch unterschieden sich die Zellen: Während bei Zellkulturen, bei denen eine polygonal/dentritisch starke Proliferationstendenz bestand, die Zellen überwiegend konfiguriert waren, wiesen Zellen, die auf einer erfindungsgemäßen Oberfläche adhärierten/proliferierten eine spindelförmige bis abgerundete Morphologie auf. Zu den jeweiligen Untersuchungszeitpunkten wurden die Zellen durch Hinzugabe von Trypsin von der Auflage abgelöst und die Oberflächeneigenschaften der freigelegten Beschichtungsareale untersucht. Ferner erfolgte eine konfokale Lasermikroskopie nach Anfärbung mit einem hydrophoben Chromophor. Es wurde gefunden, dass die hydrophoben Oberflächeneigenschaften, die nach allen Beschichtungen vorgelegen hatten, im Verlauf nicht mehr vorlagen, wobei dies bei einer Beschichtung mit nicht-nitrierten Fettsäuren nach 2 Wochen, bei Beschichtungen mit nitrierten Fettsäuren nach 4 Wochen und bei einem erfindungsgemäßen Schichtaufbau unter Verwendung von Nitrofettsäure als äußere Grenzschicht nach 10 Wochen der Fall war. Bei Zellen, die auf einer Beschichtung mit nicht-nitrierten Fettsäuren gewachsen waren, stellten sich intrazelluläre Vakuolen und Strukturmerkmale proliferierender Zellen dar. Bei Zellen, die auf einer Beschichtung mit Nitroölsäure gewachsen waren, bestanden derartige Strukturmerkmale erst in der 4. Woche und waren deutlich schwächer ausgeprägt. Bei Zellen, die auf der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung gewachsen waren, ergaben sich zu keinem Zeitpunkt derartige Strukturmerkmale. Damit konnte gezeigt werden, dass ein erfindungsgemäßer Schichtaufbau erheblich länger Bestand auf einer Oberfläche, auf der Zellen anhaften, hat, als dies mit einer Beschichtung mit Carbonsäuren der Fall ist und im Verlauf degradiert wird, ohne eine erkennbare Gewebereaktion auszulösen.
Bevorzugt ist ein hierin beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien, wobei eine verzögerte Biodegradation des Schichtaufbaus ohne eine Zellaktivierung stattfindet. Weiterhin bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer abschließenden Beschichtung mit Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus Nitrofettsäuren und nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt, bei dem eine verzögerte Biodegradation des Schichtaufbaus ohne eine Zellaktivierung stattfindet.
Hieraus ergibt sich, dass eine Biodegradation der erfindungsgemäßen Beschichtungen im Verlauf erfolgt, die in der Folge eine Degradation von resorbierbaren Materialien ermöglicht. Vorteilhat ist dabei, dass durch die zeitliche Verzögerung einer Degradierung des beschichteten Materials, sich bereits ein solider Zellverband an/um dieses Material gebildet hat und inflammatorische Prozesse, die beispielsweise im Rahmen der Einbringung oder während des Einwachsens eines Implantats stattfinden, bereits beendet sind, sodass eine Amplifizierung einer inflammatorischen Gewebereaktion durch Degradations-/Korrosionsprodukte nicht stattfindet. Ferner hat sich gezeigt, dass die Verbindungen, die zum erfindungsgemäßen Schichtaufbau eingesetzt worden sind, während ihrer Degradation keinen erkennbaren pro-inflammatorischen Effekt bedingen. So konnte insbesondere für mehrlagig aufgebrachte hydrophobe kationische Elektrolyte kein Hinweis auf eine erhöhte Absterberate von Zellen, die auf derartigen Beschichtungen sesshaft waren oder hierauf wuchsen, festgestellt werden. Es zeigte sich eine Beziehung zwischen dem Vorliegen einer extrazellulären Matrix, die sich im Verlauf als Zwischenschicht ausbildete und einem konfluenten, vorzugsweise einlagigen Zellverband, der sich auf einer Beschichtung ausbildete. Aufgrund der Affinität kationischer Elektrolyte zu Proteinen kann angenommen werden, dass die im Rahmen einer Degradation der Beschichtung freigesetzten bzw. freisetzbaren hydrophoben kationischen Elektrolyte in eine sich ausbildende extrazelluläre Matrix eingebaut werden, bzw. sich mit dieser verbinden und Bestandteil dieser werden, ohne eine immunologische Reaktion auszulösen. Gleiches kann auch für nicht- nitrifizierte und nitrifizierte Fettsäuren angenommen werden. Derartige Fettsäuren werden aber auch von Zellen vollständig metabolisiert, wodurch ebenfalls keine Steigerung inflammatorischer Prozesse stattfindet. Der erfindungsgemäße Schichtaufbau zur Verhinderung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation von Materialien, die in Kontakt mit lebenden Zellen oder physiologischen Medien kommen, ist damit biodegradierbar und biokompatibel, bei gleichzeitiger Abwesenheit pro-inflammatorischer Effekte während der Biodegradation. Somit ist es im Gegensatz zur Verwendung von degradierbaren Polymeren, die zur Degradationsverzögerung von degradierbaren Materialien nach dem Stand der Technik eingesetzt werden, nicht erforderlich, die sich durch den Polymerabbau ergebenden proinflammatorischen Effekte, durch die gleichzeitige Freisetzung antiinflammatorischer Substanzen zu unterbinden. Auf der anderen Seite kann in einer Ausführungsform ein erfindungsgemäßer Schichtaufbau Substanzen enthalten, die inflammatorische Prozesse bzw. eine Zellproliferation reduzieren oder unterbinden. Dies ist dann sinnvoll, wenn eine Abgabe dieser Verbindungen in einen angrenzenden Zell/Gewebeverband noch vor der Degradation der erfindungsgemäßen Beschichtung stattfinden soll, z.B. um die pathophysiologischen Vorgänge zu beeinflussen, die durch ein Trauma oder die zugrundeliegenden immunologischen Prozesse vorliegenden. Daher gewährleistet der erfindungsgemäße biodegradierbare Schichtaufbau auch die Freisetzung biologisch aktiver Verbindungen zur Immunmodulation in angrenzenden Zellen/Geweben. So konnte gezeigt werden, dass sowohl hydrophile als auch lipophile Verbindungen, die in einen Schichtaufbau hydrophober kationischer Polyelektrolyte eingebracht worden waren, aus diesem heraus diffundieren und in angrenzenden Zellschichten detektiert werden konnten. Es konnte ferner gezeigt werden, dass sich die Freisetzungskinetik, insbesondere durch die Anzahl der Ladungsgruppen der hydrophoben kationischen Polyelektrolyte, sowie deren Molekulargewicht und dem Verzweigungsgrad, sowie einen Mehrlagen-Schichtaufbau mit einem hydrophoben anionischen Polyelektrolyt steuern lässt. Dabei konnte gezeigt werden, dass eine Freisetzbarkeit von Verbindungen, die in einen hydrophoben polyelektrolytischen Schichtaufbau eingebracht worden sind, ohne eine Degradation des Schichtaufbaus möglich ist. Gleichzeitig können die isolierenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Beschichtung beibehalten werden. Somit können durch den rein elektrostatischen Zusammenhalt der Beschichtungskomponenten, eine Freisetzung von Verbindungen und eine Degradation des Beschichtungsaufbaus zeitlich voneinander unabhängig ablaufen. Bevorzugt ist daher ein hierin beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflachenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien, wobei in Schritt b) weiterhin mindestens eine supportive Verbindung, mindestens eine aktive Verbindungen oder ein Gemisch enthaltend mindestens eine supportive Verbindung und mindestens eine aktive Verbindung zum Benetzen der Oberfläche aus Schritt a) verwendet wird, vorzugsweise ist dabei die mindestens eine supportive Verbindung, mindestens eine aktive Verbindung oder das Gemisch enthaltend mindestens eine supportive Verbindung und mindestens eine aktive Verbindung derart in die hydrophobe Elektrolytschicht eingebracht, sodass diese vor der Biodegradation des Schichtaufbaus, aus diesem diffundieren bzw. freigesetzt werden. Ebenso ist eine Oberflachenbeschichtung erhältlich oder erhalten nach dem soeben beschriebenen Verfahren bevorzugt.
Dem mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und/oder mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt kann mindestens eine supportive und/oder mindestens eine aktive Verbindung zugemischt und zusammen mit diesen aufgetragen werden.
Der mindestens einen hydrophobe kationische Elektrolyt und/oder mindestens hydrophobe kationische Polyelektrolyt und/oder mindestens eine anionische Elektrolyt und/oder anionische Polelektrolyt kann mindestens eine supportive und/oder mindestens eine aktive Verbindung zugemischt und zusammen mit diesen aufgetragen werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist daher ein Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und weiterhin mit mindestens einer supportiven Verbindung, mindestens einer aktiven Verbindung oder einen Gemisch enthaltend mindestens eine supportive Verbindung und mindestens eine aktive Verbindung,
c) Trocknen der Oberfläche, d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche, und
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
Weiterhin bevorzugt ist eine hierin beschriebene erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung, wobei die Oberflächenbeschichtung weiterhin mindestens eine supportive Verbindung, mindestens einer aktiven Verbindung oder ein Gemisch enthaltend mindestens eine supportive Verbindung und mindestens eine aktive Verbindung enthält, vorzugsweise ist die mindestens eine supportive Verbindung, mindestens eine aktive Verbindung oder das Gemisch enthaltend mindestens eine supportive Verbindung und mindestens eine aktive Verbindung derart in die hydrophobe Elektrolytschicht eingebracht, dass diese vor der Biodegradation des Schichtaufbaus, aus diesem diffundieren bzw. freigesetzt werden.
Weiterhin bevorzugt ist daher ein Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer abschließenden Beschichtung mit Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus Nitrofettsäuren und nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt und bei dem aktive und/oder supportive Verbindungen in die hydrophobe Elektrolytschicht vorzugsweise hydrophobe Polyelektrolytschicht eingebracht werden, und diese, noch vor der Biodegradation des Schichtaufbaus, aus diesem diffundieren/freigesetzt werden.
Der bei der Biodegradation einer erfindungsgemäßen Beschichtung stattfindende Einbau oder Zusammenschluss von degradierten Bestandteilen in/mit extrazellulären Matrixproteinen und/oder deren zelluläre Inkorporation, ermöglicht aber auch die Herstellung von flächigen Gewebeverbänden auf artifiziellen Materialstrukturen. Derartige Eigenschaften von biodegradierbaren Beschichtungen von Implantatmaterialien sind aus dem Stand der Technik nicht bekannt.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Elektrolyten und/oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer abschließenden Beschichtung mit mindestens einer Carbonsäure vorzugsweise mit mindestens einer Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus mindestens Nitrofettsäuren und mindestens einer nicht- nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt und die bei der Biodegradation freigesetzten Verbindungen in eine extrazelluläre Matrix eingebaut oder hierin aufgenommen werden und/oder von Zellen aufgenommen und/oder metabolisiert werden.
Die erfindungsgemäße Beschichtung zeichnet sich durch ihre geringe Aufbauhöhe aus. Mit bildgebenden analytischen Verfahren, wie der Rasterelektronenmikroskopie, sind diese nicht darstellbar. Mittels spektralanalytischer Verfahren kann ein Nachweis geführt werden. So konnte mittels EDX ein Schichtaufbau der erfindungsgemäßen Beschichtung zwischen 5 und 15nm gefunden werden. Eine indirekte Nachweismethode stellt die Konfokale Lasermikroskopie dar, bei der die Adhärenz von Chromophoren an einem Substrat bei einer lateralen Auflösung von 200 nm ermittelt werden kann. Hierdurch kann Vollständigkeit einer flächigen Beschichtung ermittelt werden. Es wurde gefunden, dass die erfindungsgemäß hergestellten Oberflächen defektfrei beschichtet waren. Eine Defektfreiheit bestand auch noch bei wasserfreien Beschichtungen mit nicht-nitrierten Fettsäuren nach einer Einlage in ein wässriges Medium nach 4 Wochen. Gleichwohl war die Defektfreiheit bei Beschichtungen, die mit nitrierten Fettsäuren erfolgt war, mit 8 Wochen signifikant verlängert.
Daher ist eine wasserfreie Beschichtung mit Nitro-Fettsäuren auf wasserfrei abgeschiedene hydrophobe kationische Polyelektrolyte ein besonders bevorzugtes Verfahren zum Erhalt biokompatibler degradierbarer Material/Implantatoberflächen mit hydrophoben Oberflächeneigenschaften.
Überraschenderweise ergaben sich große Unterschiede in den biologischen Effekten, die bei Zellversuchen mit Templaten, die mit verschiedenen Oberflächenbeschichtungen versehen worden waren, durchgeführt wurden. Hierzu wurden Versuche mit Fibroblasten und humanen Endothelzellen auf beschichteten planaren Präparaten durchgeführt. Es wurde eine gute Adhäsion von Zellen auf wasserfrei abgeschiedenen hydrophoben kationischen Polyelektrolytbeschichtungen gefunden. Gegenüber der unbehandelten Präparatoberfläche war aber die Proliferationsrate beider Zelllinien bei einem Wachstum auf einer Beschichtung mit hydrophoben kationischen Polyelektrolyten deutlich gesteigert. Außerdem war die Zahl toter Zellen nach 2 Tagen auf den so beschichteten Oberflächen deutlich höher. Oberflächen, die mit hydrophoben kationischen Polyelektrolyten und hierauf aufgebrachten nicht-nitrierten Fettsäuren beschichtet worden waren, wiesen eine moderate Anhaftungsrate der beiden Zelllinien auf. Der Einfluss der C-Kettenlänge der Fettsäuren war dabei moderat. Die Proliferation der Zellen entsprach der, die mit den hydrophoben kationischen Polyelektrolyt-Oberflächen-beschichtungen erreicht worden war, bei einer deutlich geringeren Absterberate der Zellen. Im Gegensatz hierzu war die Anhaftung von Zellen auf erfindungsgemäß hergestellten Oberflächen, bei denen Nitrofettsäuren verwandt worden waren, deutlich gesteigert. Gleichwohl war die Proliferationsrate im Vergleich zu einer Beschichtung mit nicht-nitrierten Fettsäuren signifikant niedriger. Ebenfalls niedriger war auch die Anzahl toter Zellen. Es konnte ferner gezeigt werden, dass bei einem Schichtaufbau, bestehend aus einem wasserfrei aufgetragenen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, gefolgt von einer wasserfrei adsorbierten monolagigen Schicht aus Nitroölsäure, nach 2 Wochen vollflächig ein monolagiger Belag von Endothelzellen vorlag, die im weiteren Verlauf nicht weiter proliferierten. Ein solches Ergebnis konnte bei einem gleichartigen Schichtaufbau mit nicht-nitrierten Fettsäuren nicht erreicht werden, da die Zellen weiter proliferierten.
Daher ist ein Beschichtungsaufbau, bestehend aus einer wasserfrei aufgetragenen Schicht von hydrophoben kationischen Polyelektrolyten, gefolgt von einem wasserfreien Auftrag von Fettsäuren, eine besonders bevorzugte Ausführungsform zum Erhalt einer biokompatiblen Oberfläche zur Adhärenz von Zellen. Besonders bevorzugt ist dabei die Verwendung von Nitrofettsäuren für die Herstellung einer biokompatiblen Oberfläche zur Adhärenz und zu einem kontrollierten Wachstum von Zellen auf Fremdoberflächen.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer abschließenden Beschichtung mit Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus Nitrofettsäuren und nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt, wodurch eine Adhärenz von Zellen mit einem konfluenten flächigen Gewebeschluss ermöglicht wird.
In weiteren Zellkulturuntersuchungen konnte gezeigt werden, dass bei Anwesenheit von Zytokinen, die unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen zu einer Zellproliferation führen, eine Proliferation von Fibroblasten sowie Endothelzellen, die auf einer erfindungsgemäß beschichteten Materialoberfläche adhärierten, erheblich geringer war, als dies bei einer Beschichtung der Fall ist, bei der ein nicht wasserfreier Auftrag des hydrophoben kationische Polyelektrolyts und/oder der Fettsäuren erfolgt war oder ein hydrophiler kationischer Polyelektrolyt verwandt worden war. Bei einem erfindungsgemäßen wasserfreien Auftrag eines hydrophoben kationischen Polyelektrolyts und von Fettsäuren stellte sich ein deutlicher Unterschied beim Zellwachstum auf derartig beschichteten Oberflächen dar, wenn eine nicht-nitrierte oder eine nitrierte Fettsäure eingesetzt wurde. Unter Verwendung von Nitrofettsäuren kam es auch unter Stimulation mit Zytokinen zu einem geschlossenen einlagigen Zellverband, der nicht weiter proliferierte. Hingegen kam es bei Verwendung von nicht-nitrierten Fettsäuren zu einer Mehrlagenbildung und einer unkontrollierten Zellproliferation. Daher ist eine erfindungsgemäße Beschichtung unter Verwendung von Nitrofettsäuren eine besonders bevorzugte Anwendung zur Ausbildung eines monolagigen flächigen Zellzusammenschlusses. Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyten und einer abschließenden Beschichtung mit Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus Nitrofettsäuren und nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasser-freien Auftragung erfolgt, wodurch die Ausbildung eines monolagigen vollflächigen Zellverbandes von Endothelzellen ermöglicht wird.
In weiteren Zelluntersuchungen, bei denen das Kulturmedium Blutserum enthielt, wurde gefunden, dass sich im Verlauf von 4 Wochen eine extrazelluläre Matrix zwischen einer erfindungsgemäßen beschichteten Oberfläche und der angrenzenden Zellschicht ausbildete, bei Verwendung von Nitrofettsäuren, die auf hydrophobe kationische Elektrolyte aufgetragen worden waren. Dies war nicht der Fall, wenn bei den beschichteten Materialien kein ausreichender Schutz vor einer Korrosion/Arrosion bestand und Korrosions-/Arrosionsprodukte die Beschichtung durchdringen konnten. Nach einer Kulturdauer von 10 Wochen auf einer mit Nitrofettsäuren erfindungsgemäß beschichteten Materialoberfläche, konnte keine präparative Trennung der extrazellulären Matrix und Verbindungen der Beschichtung bewerkstelligt werden, wobei auch ein Nachweis der zur Beschichtung eingesetzten Substanzen nicht gelang, sodass angenommen werden muss, dass diese zu Bestandteilen der extrazellulären Matrix geworden sind und/oder degradiert und metabolisiert worden sind oder in das wässrige Nährmedium diffundiert sind. Zu diesem Zeitpunkt wurde dann eine Arrosion/Korrosion der Templatmaterialien gefunden, wenn diese aus einer Magnesiumlegierung oder PLA bestanden. In weitergehenden Untersuchungen wurde gefunden, dass, wenn sich eine extrazelluläre Matrix zwischen einer erfindungsgemäß beschichteten Oberfläche eines degradierbaren Materials und einer nicht proliferierenden Zellschicht ausgebildet hat, es im weiteren Verlauf zu einer fortschreitenden Auflösung, beispielsweise der Magnesium-Legierung und den Milchsäurepolymer kommt und dies zu keiner Phänotyp-Änderung der adhärierenden Zellen führt.
Somit konnte gezeigt werden, dass mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung initiale Arrosions-/Korrosionsprozesse verhindert werden, die ansonsten bei einem Kontakt mit Wasser bei arrodierbaren/korrosions-empfindlichen Materialien auftreten und zu lokal verbleibenden Korrosionsprodukten führen, die nach einer Beschichtung eine Durchdringbarkeit dieser Produkte und/oder Wasser begünstigen. Es konnte weiter gezeigt werden, dass mit den erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren sehr stabile Oberflächenbeschichtungen herstellbar sind, die in einem wässrigen Medium innerhalb von 4 Wochen einen hohen Zusammenhalt aufweisen und ein Durchdringen von Wasser unterbinden, wodurch die Oberflächen hydrophob bleiben und eine gute elektrische Isolation aufweisen. Hydrophob bedeutet in diesem Zusammenhang einen Wasserkontaktwinkel von > 80° oder >80°. Daher erfolgt über einen Zeitraum von 4 Wochen keine Arrosion/Korrosion degradierbarer Materialien, die erfindungsgemäß beschichtet sind. Gleichzeitig ermöglichen die Oberflächeneigenschaften erfindungsgemäß beschichteter Materialien eine gute Zellanhaftung, wobei es allerdings nur unter Verwendung von Nitrofettsäuren zu einem geschlossenen und nicht weiter proliferierenden Zellverbund kommt. Eine derartige Beschichtung ermöglicht auch die Ausbildung einer extrazellulären Matrix, in deren Rahmen es auch eine Degradation der Beschichtungsverbindungen kommt. Ferner kann ein erheblich verzögerter Abbau abbaubarer Materialien durch ein erfindungsgemäßes Beschichtungsverfahren eingerichtet werden. Sofern sich bereits eine geschlossene Zellschicht ausgebildet hat, schreitet eine Degradation von Metalllegierungen oder organischen Polymeren ohne eine relevante Aktivierung der den Abbauprozess überdeckenden Zellen und in einer geringen Fortschrittgeschwindigkeit voran. Es wurde gefunden, dass die vorteilhaften biologischen Effekte, sowohl auf die Degradations-/Korrosionsverzögerung, als auch durch die Stabilität der hydrophoben Oberfläche in einem wässrigen Medium sowie durch die elektrische Isolierung, die mit der Beschichtung erreicht wird, determiniert sind.
Diese Oberflächeneigenschaften von erfindungsgemäß beschichteten Materialien haben weitere überaus vorteilhafte Effekte. So konnte beispielsweise gezeigt werden, dass es praktisch zu keiner Aktivierung des menschlichen Gerinnungssystems bei einem Kontakt mit einer erfindungsgemäß beschichteten Oberfläche kommt. Hierzu wurden unter Strömungsbedingungen Versuche mit Gerinnungsfaktoren und Vollblut durchgeführt. Es zeigte sich auch nach einer Exposition über 2 Tage keine relevante Anheftung von Gerinnungsfaktoren und/oder Thrombozyten auf den exponierten Oberflächen. Hingegen waren Oberflächen, die nur mit kationischen Polyelektrolyten oder nur mit Fettsäuren beschichtet worden waren, deutlich mit Blutbestandteilen belegt. Bei degradierbaren beschichteten Materialien war der Belegungsgrad mit Blutbestandteilen auch mit der lonendurchlässigkeit der Beschichtung verbunden. Daher ist eine Verhinderung der Entstehung und/oder des Durchtritts von Korrosions-/Arrosionsprodukten von degradierbaren Materialien besonders bevorzugt, um eine Anhaftung/Aggregation von Gerinnungsfaktoren und/oder Thrombozyten zu reduzieren oder vollständig durch die Herstellung einer erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung zu unterbinden.
Bevorzugt ist eine hierin beschriebene erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien, wobei eine vollständige oder annähernd vollständige Anhaftung/Aggregation von Gerinnungsfaktoren und/oder Thrombozyten erreicht wird.
Weiterhin bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien, wobei eine vollständige oder annähernd vollständige Anhaftung/Aggregation von Gerinnungsfaktoren und/oder Thrombozyten erreicht wird.
Des Weiteren bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer abschließenden Beschichtung mit Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus Nitrofettsäuren und nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasser-freien Auftragung erfolgt, wodurch eine vollständige oder annähernd vollständige Anhaftung/Aggregation von Gerinnungsfaktoren und/oder Thrombozyten erreicht wird.
Weiterhin wurde gefunden, dass die elektrische Isolierung von metallischen Oberflächen auch dafür genutzt werden kann, um die Entstehung einer galvanischen Spannung, bzw. eines Stromflusses zu unterbinden. So konnte eine elektrische Isolierung und Hydrophobierung (Wasserkontaktwinkel > 90°) eines Kupfer- und eines Zink-Elementes, bei dem eine erfindungsgemäße Aufbringung eines Alkylsilans, gefolgt von einer Beschichtung mit einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyten und einer anschließenden Abscheidung von Nitroerucasäure erfolgt war, erreicht werden (>1 .000 Ohm/cm2). Die Elemente waren an ein Spannungsmessgerät über einen außerhalb des Wasserbades befindlichen Anschluss verbunden und wurden 4 Wochen in einem Elektrolytbad gelagert. Im Verlauf kam es zu keiner Ausbildung einer Spannung zwischen den Metallelementen.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien, wodurch eine elektrische Isolierung erreicht wird. Weiterhin bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyten und einer abschließenden Beschichtung mit Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus Nitrofettsäuren und nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt, wodurch eine elektrische Isolierung erreicht wird.
In einer Ausführungsform wird die zu beschichtende Oberfläche zunächst hydrophobiert, um insbesondere bei stark hydrophilen Oberflächen, wie z.B. Glas, die Bindungsstabilität zu den subsequent aufzubringenden hydrophoben kationischen Polyelektrolyten zu erhöhen. In einer Ausführungsform erfolgt dies mit Verfahren aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise durch kovalent oder adsorptiv gebundene, zumeist amphiphile, Verbindungen. So kann hierfür in einer Ausführungsart eine Silanisierung, z. B. mit einem Alkylsilan, erfolgen. In anderen Ausführungsformen können beispielsweise biogene Verbindungen, wie Dopamin, physiosorptiv auf eine Oberfläche adhäriert werden. Dabei werden die zur initialen Hydrophobierung eingesetzten Verbindungen vorzugsweise in einem organischen Lösungsmittel gelöst und aus der Lösungsmittelphase auf der zu beschichtenden Oberfläche abgeschieden. Dies kann mit bekannten Verfahren wie einem Dip-coating oder einem Spray-coating erfolgen. Es sind aber auch andere Formen der Oberflächenbelegung, die wasserfrei erfolgen können, denkbar, wie beispielsweise Abscheidungsverfahren aus eine Gas- oder Dampfphase, was mit Verfahren wie der ALD oder CVD durchgeführt werden kann. Bevorzugt ist die Aufbringung einer Monolage. Die Aufbringung einer Hydrophobierungsschicht kann die Adhärenz von hydrophoben kationischen Polyelektrolyten erhöhen und gleichzeitig zu einer Verbesserung der elektrischen Isolation bei einem kombinierten Schichtaufbau führen. Andererseits können mit einer Hydrophobierungsschicht auch Verbindungen mit positiven und/oder negativen Ladungsgruppen aufgebracht werden, um beispielsweise weitere Verbindungen mit entgegengesetzten Ladungsgruppen, vorzugsweise aus einer wasserfreien Lösung, zu binden. Dies kann insbesondere dann besonders vorteilhaft sein, wenn in den Schichtaufbau Verbindungen eingebracht werden sollen, die erst stark verzögert und infolge eines/einer Abbaus/Degradation der Beschichtung freigesetzt werden sollen. In diesem Fall wird die Beladungsschicht unmittelbar auf die Hydrophobierungsschicht aufgebracht. Dies erfolgt ebenso vorzugsweise wasserfrei, beispielsweise aus einer Lösungsmittelphase. Eine Hydrophobierung ist dann besonders bevorzugt, wenn die Materialoberfläche hydrophil ist. Daher ist es bevorzugt eine Oberflächenhydrophobierung einer Materialoberfläche vorzunehmen, wenn der Wasserkontaktwinkel an der Materialoberfläche < 40°, weiter bevorzugt < 30° und weiter bevorzugt < 20° beträgt.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und einer abschließenden Beschichtung mit Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus Nitrofettsäuren und nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt, wobei die Materialoberfläche zunächst hydrophobiert wird.
Daher umfassen die hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise nach dem Schritt a) einen Schritt a2) Reinigung, Hydrophobierung oder Reinigung und Hydrophobierung der Oberfläche des soliden Materials.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials;
a2)Reinigung, Hydrophobierung oder Reinigung und Hydrophobisierung der Oberfläche des soliden Materials;
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche,
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
Demnach umfassen die hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise nach dem Schritt a) einen Schritt a2) Reinigung, Hydrophobierung oder Reinigung und Hydrophobierung der Oberfläche des soliden Materials, wenn der Wasserkontaktwinkel an der Materialoberfläche < 40°, weiter bevorzugt < 30° und weiter bevorzugt < 20° beträgt.
In einer anderen Ausführungsart erfolgt die Aufbringung einer oder mehrerer Beladungsschicht(en) mit supportiven und/oder aktiven Verbindungen, indem zunächst eine wasserfreie Oberflächenbelegung mit hydrophoben kationischen Polyelektrolyten erfolgt und dann eine oder mehrere Verbindung hierauf aufgebracht wird/werden. Auch eine Aufbringung einer Mischung aus einem oder mehreren hydrophoben kationischen Polyelektrolyten zusammen mit einer aktiven und/oder supportiven Verbindung kann in einer bevorzugten Ausführungsform ausgestaltet werden. Ferner kann ein Schichtaufbau, der freizusetzende Verbindungen beinhaltet, auch mittels einer alternierenden schichtweisen Abscheidung von hydrophoben kationischen Polyelektrolyten und Freisetzungsverbindungen erfolgen. In einer Ausführungsform erfolgt ein derartiger schichtweiser Aufbau durch eine alternierende Auftragung von hydrophoben kationischen und hydrophoben anionischen Polyelektrolyten.
Es wurde weiterhin gefunden, dass sich mit einem erfindungsgemäßen Schichtaufbau auch kontrollierbare Freisetzungssysteme für organische oder anorganische Verbindungen einrichten lassen. In einer Ausführungsform werden hierzu hydrophobe Verbindungen verwendet, indem diese entweder unmittelbar oder nach Aufbringung einer Hydrophobierung (beispielsweise mit Dopamin oder einem Alkylsilan) auf eine zu beschichtende Oberfläche und/oder nach einer erfindungsgemäßen Aufbringung eines hydrophoben kationischen oder anionischen Polyelektrolyten sowie im alternierenden Wechsel mit einem hydrophoben kationischen und/oder anionischen Polyelektrolyten aufgebracht werden, gefolgt von einer Abscheidung von Fettsäuren. Dabei ist die Abscheidung von Nitrofettsäuren bevorzugt. Die in den Schichtaufbau einzubringenden Verbindungen sind vorzugsweise hydrophob und lassen sich in einem organischen Lösungsmittel lösen und aus der Lösungsmittelphase mit bekannten Techniken, wie einem Dip-coating oder einem Spray-coating auf die Substratoberfläche aufbringen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, werden die auszubringenden Verbindungen in einem der hydrophoben kationischen oder anionischen Polyelektrolyten gelöst oder suspendiert und zusammen mit diesen auf der Oberfläche mit einer der hierin beschriebenen Verfahren aufgebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Beschichtung nach der Layer-by-Layer-Verfahrenstechnik. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform werden freie Fettsäuren, die in einem wasserfreien Medium gelöst vorliegen, zur Lösungsvermittlung von aufzutragenden Verbindungen eingesetzt. Dies ist insbesondere dann bevorzugt, wenn mit dem erfindungsgemäßen Schichtaufbau auch eine kontrollierbare Freisetzung von supportiven und/oder aktiven Verbindungen erfolgen soll.
Bevorzugt ist weiterhin eine erfindungsgemäße biodegradierbare Oberflächenbeschichtung, erhältlich oder erhalten nach einem hierin beschriebenen Verfahren mit kontrollierbarer Freisetzung von supportiven Verbindungen und/oder aktiven Verbindungen.
Bevorzugt ist, wenn die letzte Beschichtungsschicht, die vor einer Abscheidung von Fettsäuren auf eine mit Verbindungen beladene Oberfläche, vollständig oder überwiegend aus einem hydrophoben kationischen Elektrolyt und/oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt besteht. Besonders bevorzugt ist die Abscheidung von Nitrofettsäuren als abschließende Schicht eines erfinderischen Schichtaufbaus zur Abgabe von Verbindungen.
Bevorzugt wird in einem hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren in einem weiteren Schritt die Oberfläche wasserfrei mit mindestens einem hydrophoben anionischen Elektrolyt und/oder mindestens einen hydrophoben anionischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben anionischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben anionischen Polyelektrolyt benetzt. Diese Benetzung kann grundsätzlich unmittelbar oder mittelbar auf der Oberfläche des soliden Materials erfolgen. Mittelbar bedeutet dabei, dass die Benetzung auf einer bereits aufgebrachten Schicht ausgeführt wird.
Die Schritte b) bis c) zwischen den Schritten c) und d) können zweifach oder mehrfach durchgeführt werden.
Bevorzugt ist ein hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren, wobei zwischen den Schritten c) und d) die folgenden Schritte b2) und c2) ausgeführt werden:
b2) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einem hydrophoben anionischen Elektrolyt und/oder mindestens einen hydrophoben anionischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben anionischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben anionischen Polyelektrolyt;
c2) Trocknen der Oberfläche.
Die Schritte b2) bis c2) zwischen den Schritten c) und d) können zweifach oder mehrfach durchgeführt werden.
Daher ist bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
b2) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einem hydrophoben anionischen Elektrolyt und/oder mindestens einen hydrophoben anionischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben anionischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben anionischen Polyelektrolyt;
c2) Trocknen der Oberfläche;
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche, und
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung,
vorzugsweise werden die Schritte b) bis c2) zweifach oder mehrfach durchgeführt.
Bevorzugt ist weiterhin ein hierin beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren, wobei in Schritt b2) weiterhin mindestens eine supportive, mindestens eine aktive Verbindungen oder ein Gemisch enthaltend mindestens eine supportive und mindestens eine aktive Verbindung zum Benetzen der Oberfläche verwendet wird.
Überraschenderweise bewirkt ein erfindungsgemäßer Schichtaufbau mit supportiven und/oder aktiven Verbindungen, dass insbesondere hydrophobe Verbindungen aus dem Schichtaufbau herausgelöst und in ein umgebendes Medium abgegeben werden. Dabei war insbesondere überraschend, dass sich viele der hydrophoben aber auch hydrophile Verbindungen sehr gut in einer wasserfreien Lösung hydrophober Polyelektrolyte lösen und formulieren ließen, sodass hierdurch ein gut haftender Auftrag der Verbindungen ermöglicht wurde. Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich die Löslichkeit vieler supportiver und aktiver Verbindungen durch die Hinzugabe von Nitrofettsäuren in organischen Lösungsmitteln deutlich verbessern ließ. Dies traf beispielsweise für aktive Verbindungen, wie Paclitaxel und Everolimus zu sowie für supportive Verbindungen, wie Cholesterin oder Carotinoide.
Überraschenderweise waren Nitrofettsäuren nicht-nitrierten Fettsäure bei einer vollständigen Lösung von Verbindungen auch überlegen, wenn der Schmelzpunkt der korrespondierenden nitrierten Fettsäure deutlich höher war, als der der nicht- nitrierten Fettsäure. Die mit Nitrofettsäuren hergestellten Formulierungen ließen sich sehr gleichmäßig in ultra-dünnen Schichten auftragen und waren anschließend durch wässrige oder alkoholische Lösungen nicht mehr zu entfernen. Bei einem erfindungsgemäßen Schichtaufbau, bei den hierin eingeschlossenen Verbindungen/Wirkstoffen, die mit Nitrofettsäuren formuliert worden waren korrelierte die Freisetzungskinetik der Verbindungen/Wirkstoffe mit der eingesetzten Konzentration der Nitrofettsäure. Die Freisetzungskinetik war ferner von der Konzentration der Nitrofettsäuren, die zur Solubilisierung der Verbindungen/Wirkstoffe eingesetzt worden waren, sowie von der Anzahl der Schichten hydrophober kationischer und/oder anionischer Polyelektrolyte abhängig. Überraschenderweise kam es trotz der Freisetzung der Verbindungen/Wirkstoffe aus dem Schichtaufbau nicht zu einer relevanten Änderung der physikalischen Eigenschaften der Beschichtung: es bestand weiterhin eine Oberflächenhydrophobizität mit einem Kontaktwinkel von > 80°, wenn mehr als die Hälfte der Verbindungen/Wirkstoffe an ein umgebendes Medium abgegeben worden waren. Auch die elektrische Leitfähigkeit änderte sich nicht. Es muss angenommen werden, dass zumindest ein Teil der Nitrofettsäuren, die zur Lösungsvermittlung in den Schichtaufbau eingebracht worden waren, sich bei der Freisetzung der solubilisierten Verbindungen/Wirkstoffe in die äußere Schicht, bestehenden aus Fettsäuren oder Nitrofettsäuren, eingefügt haben. Somit kann in einer Ausführungsform ein Beschichtungsverfahren zur Aufnahme von Verbindungen/Wirkstoffen, mit einstellbarer und kontrollierbarer diffusiver Freisetzung dieser Verbindungen/Wirkstoffen bereitgestellt werden.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyten und einer abschließenden Beschichtung mit Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus Nitrofettsäuren und nicht-nitrierten Fettsäuren mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt und gleichzeitig supportive und/oder aktive Verbindungen in/auf eine oder mehrere Schichten des hydrophoben kationischen Polyelektrolyten ein- /aufgebracht werden, wodurch eine diffusive Freisetzung der Verbindungen ermöglicht wird.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem hydrophile und/oder lipophile supportive und/oder aktive Verbindungen mit mindestens einer Carbonsäure vorzugsweise mit mindestens einer Nitrofettsäure oder einem Gemisch, umfassend oder bestehend aus mindestens einer Nitrofettsäure und mindestens einer nicht nitrierten Fettsäure, gemischt und hierdurch gelöst werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der zugrundeliegenden Erfindung umfasst daher Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
d1 )Lösen mindestens einer supportiven und/oder mindestens einer aktiven Verbindungen in mindestens einer Carbonsäure vorzugsweise in mindestens einer Nitrofettsäuren oder einem Gemisch umfassend oder bestehend aus mindestens einer Nitrofettsäure und/oder mindestens einer nicht nitrierten Fettsäure,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit der Lösung aus Schritt d1 ), e) Spülen und Trocknen der Oberfläche,
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem hydrophile und/oder lipophile supportive und/oder aktive Verbindungen, die mit Nitrofettsäuren in gelöster Form vorliegen, als eine Schicht auf eine Beschichtung mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt aufgebracht und/oder mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt als Beschichtungsschicht auf ein Material aufgebracht werden.
Bevorzugt ist ein Freisetzungssystem einer Oberflächenbeschichtung für supportive und/oder aktive Verbindungen, bei dem die diffusive Freisetzungskinetik durch ein Mengenverhältnis zwischen der freizusetzenden Verbindung und einer zur Lösung/Lösungsvermittlung eingesetzten Nitrofettsäure eingestellt wird.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass die Zeitspanne einer elektrischen Isolation und/oder Verhinderung oder Verzögerung einer Arrosion/Degradation einer erfindungsgemäß beschichteten Materialoberfläche sich dadurch weiter verlängern lässt, indem Nitrofettsauren in eine oder mehrere Schichten, bestehend aus hydrophoben kationischen Polyelektrolyten, gleichzeitig mit diesen oder separat voneinander in/auf eine Schicht oder schichtweise in den Schichtaufbau ein- /aufgebracht werden. In einer Ausführungsform werden hydrophobe kationische Polyelektrolyte mit Nitrofettsauren gemischt. Dies erfolgt wasserfrei und bevorzugt in einem organischen Lösungsmittel, wie beispielsweise Dichlormethan oder Pentan. Das Verbindungsgemisch wird dann in der Lösungsmittelphase aufgetragen. Nach Trocknung kann der Vorgang beliebig oft wiederholt werden. Es bilden sich auch bei Verwendung von hydrophoben kationische Polyelektrolyten mit einem Molekulargewicht von < 5 kDa sehr stabile und mit Wasser oder einem Alkohol nicht ablösbare Beschichtungen aus. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die letzte Auftragungsschicht mit einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyten vorgenommen, in dem keine Nitrofettsauren vorliegen. Die finale (äußerste) Schicht wird dann durch eine Abscheidung von nitrierten und/oder nicht nitrierten Fettsäuren aufgetragen. Die „finale Schicht" bzw. äußerste Schicht, wie hierin definiert, bezeichnet die zuletzt aufgetragene Schicht. Ausgehend von der zu beschichtenden Oberfläche ist somit die äußerste bzw. letzte Schicht. Vorzugsweise beinhaltet die Oberflächenbeschichtung als äußerste Schicht Carbonsäure, bevorzugt Fettsäuren, mehr bevorzugt nitrierte Fettsäuren und weiterhin bevorzugt ein Gemisch umfassend oder bestehend aus nitrierten Fettsäuren und Carbonsäuren.
Es konnte der Nachweis erbracht werden, dass Nitrofettsäuren, die zusammen mit einer der Verbindungen und dem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt zum Schichtaufbau verwandt worden waren, an die Oberfläche des Schichtsystems diffundieren und hier adhärieren, da im Verlauf Nitrofettsäuren an den Oberflächen eines entsprechenden Beschichtungsaufbaus, bei dem die abschließende äußerliche Oberflächenbelegung ausschließlich mit nicht-nitrierten Fettsäuren erfolgt war, nachgewiesen werden konnten. Daher kann in einer Ausführungsform ein Verfahren bereitgestellt werden, bei dem es durch einen Eintrag von Nitrofettsäuren in einen Schichtaufbau mit einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt zu einer Diffusion der eingebrachten Nitrofettsäuren an die Beschichtungsoberfläche kommt. Somit kann ein Reservoir für mobile bzw. mobilisierbare Nitrofettsäuren durch eine Einbringung dieser alleine oder zusammen mit hydrophoben kationischen Polyelektrolyten in einem Beschichtungsaufbau hergestellt werden, sodass eine Umverteilung der Nitrofettsäuren über diffusive Prozesse oder Konzentrationsgradienten erfolgen kann. Dies ist besonders vorteilhaft, da hierdurch Defekte in der äußeren Schicht, bestehend aus Fettsäuren, durch an die Oberfläche diffundierende Nitrofettsäuren wieder ausgeglichen werden können. Damit kann eine quasi selbstheilende hydrophobe Oberflachenbeschichtung bereitgestellt werden. Selbstverständlich können die zur Reservoirbildung eingesetzten Fettsäuren auch nicht-nitrierte Carbonsäuren enthalten. „Selbstheilend" oder„quasi selbstheilend", wie hierin verwendet, bezeichnet somit die Fähigkeit einer Beschichtung, umfassend mehrere Schichten, Defekte in der äußersten Schicht durch Verbindungen aus einer innenliegenden Schicht durch Diffusion wieder auszugleichen.
Gerichtet ist somit eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf eine Oberflächenbeschichtung, wobei die Oberflächenbeschichtung selbstheilend ist. Daher ist die Aufgabe der Erfindung auch gerichtet auf Verfahren zur Prolongation der Bereitstellung von Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren an der beschichteten Materialoberfläche. Hierdurch kann sowohl die Degradation der Beschichtung selbst, als auch die Degradation/Arrosion des beschichteten Materials weiter verzögert werden. Zusätzlich ergibt sich hieraus auch ein erleichterter Transport von Verbindungen aus dem Beschichtungsaufbau an die Beschichtungsoberfläche sowie deren Abgabe an ein umgebendes Medium, als auch eine Bereitstellung von supportiven Verbindungen, die einer Biofilmentstehung entgegenwirken bzw. diese verhindern. Somit sind die Verfahren auch gerichtet auf eine Reservoirbildung, insbesondere für Carbonsäuren und Nitrocarbonsäuren, innerhalb des erfindungsgemäßen Beschichtungsaufbaus.
Bevorzugt ist, in einem hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren, in Schritt b) ein Gemisch enthaltend mindestens eine Carbonsäure vorzugsweise mindestens eine Fettsäure, die nitriert und/oder nicht-nitriert ist und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt, mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch aus mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt eingesetzt wird.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit einem Gemisch enthaltend mindestens eine Fettsäure, die nitriert und/oder nicht- nitriert ist und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyten, mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyten oder ein Gemisch aus mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyten und mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche, und
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren werden in einem der erfindungsgemäßen Verfahren, in Schritt b) Fettsäuren mit den hydrophoben kationischen Elektrolyten und/oder hydrophobe kationische Polyelektrolyten gemischt und aufgetragen und/oder in sequentieller Abfolge separat aufgetragen werden, um eine Reservoirbildung für Fettsäuren herzustellen und/oder supportive und/oder aktive Verbindungen zu lösen und in den Schichtaufbau zu integrieren.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren werden in einem der erfindungsgemäßen Verfahren, in Schritt b) Fettsäuren mit den hydrophoben kationischen Elektrolyten und/oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyten gemischt und aufgetragen und/oder in sequentieller Abfolge separat aufgetragen werden, um eine Reservoirbildung für Fettsäuren herzustellen und/oder supportive und/oder aktive Verbindungen zu lösen und in den Schichtaufbau zu integrieren und dieser Verfahrensschritt 2- oder mehr-fach wiederholt und/oder mit anderen Verfahrensschritten kombiniert.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung einer biodegradierbaren Oberflächenbeschichtung zur Unterbindung/Verzögerung einer Arrosion/Korrosion oder Degradation solider Materialien, bei dem ein ein- oder mehrlagiger Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen und/oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyten und einer abschließenden Beschichtung mit Carbonsäure, vorzugsweise mit mindestens einer Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus mindestens einer Nitrofettsäuren und mindestens einer nicht-nitrierten Fettsäure, mittels einer jeweils wasserfreien Auftragung erfolgt und eine Reservoirbildung für Carbonsäuren in dem Schichtaufbau dadurch erhalten wird, indem die eine oder mehrere Carbonsäuren zusammen mit und/oder auf eine Schicht eines hydrophoben kationischen Polyelektrolyten eingebracht wird/werden. Insbesondere bevorzugt für eine Reservoirbildung ist die Verwendung mindestens einer Nitrofettsäure.
Mithin werden in einem hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren die Beschichtungsschritte derart gewählt, dass eine Reservoirbildung der eingesetzten Carbonsäuren bewerkstelligt wird. Hierzu kann nach der Auftragung der hydrophoben kationischen Schicht und der Schicht aus mindestens einer Carbonsäure eine weitere Schichtabfolge der besagten Schichten erfolgen. Weiterhin ist es möglich, dass eine Fettsäure zusammen mit dem mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyten und/oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt aufgetragen wird und darüber eine weitere Schicht umfassend die mindestens eine Carbonsäure oder mindestens eine weitere Carbonsäure enthält.
Überraschenderweise wurde auch eine Einbringbarkeit von Nitrofettsäuren mit einer Reservoirbildung in organische Polymere gefunden. So konnte gezeigt werden, dass beispielsweise Nitroölsäure, die mit einem niedermolekularen Polyelektrolyten wasserfrei gemischt und zur besseren Verteilbarkeit in Polyethylenglycol gelöst wurde, sich in die Schmelze von Polypropylen während eines Extrusionsvorgangs homogen einarbeiten lässt und anschließend in dem extrudierten Produkt (z. B. Fadenmaterial) vorliegt. Es konnten im Anschluss an die Extrusion Nitrofettsäuren an der Oberfläche nachgewiesen werden. Nach intensiver Reinigung der Oberflächen mit organischen Lösungsmitteln und nicht mehr möglichem Nachweis von Nitrofettsäuren an den gereinigten Oberflächen, ließen sich Nitrofettsäuren nach 2 Tagen wieder an der Oberfläche nachweisen. Somit kann in einer Ausführungsart durch eine wasserfreie Zubereitung eines hydrophoben kationischen Polyelektrolyten mit einer Nitrofettsäure ein Reservoir für mobile Nitrofettsäuren hergestellt werden, das sich auf und/oder in organische Polymere einbringen lässt und eine Diffusion der Nitrofettsäuren aus den organischen Polymeren ermöglicht. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass diese Reservoirbildung für Carbonsäuren genutzt werden kann, um eine Biofilmbildung zu verhindern, da die an der Materialoberfläche befindlichen Carbonsäuren und insbesondere die Nitrocarbonsäuren einen antibakteriellen Effekt aufweisen. Somit konnte auch gezeigt werden, dass Carbonsäuren und insbesondere Nitrofettsäuren, die zusammen mit einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt in/auf ein Ausgangsmaterial, wie beispielsweise PP oder PU, welches anschließend durch eine Umformung (thermisch oder mechanisch) zu einem soliden Material geformt wird, eingebracht werden, weiterhin beweglich/diffusibel bleiben und mittels Diffusion an die Materialoberfläche gelangen, wo sie sich anordnen. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine Einbringung eines hydrophoben kationischen Elektrolyt und/oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyten oder eines Gemisches hiervon, enthaltend eine Carbonsäure, in/auf ein/eine
Ausgangsmaterial/Ausgangsverbindung, das/die durch Umformung und/oder Polymerisation zu einem soliden Materialstück um-/geformt werden, wobei die eingebrachten Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren innerhalb des soliden Materials beweglich/diffusibel bleiben. Bevorzugt ist eine Reservoirbildung in dem soliden Material für Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren, die eine Substitution von abgelösten Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren durch diffusible Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren auf der Materialoberfläche ermöglicht.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Einbringung von Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren in ein solides Material, die während des Herstellungsprozesses erfolgt und die einen diffusiblen Transport der eingebrachten Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren an die Materialoberfläche gewährleistet.
Weiterhin bevorzugt ist eine Oberflächenbeschichtung mit einem mehrlagigen Schichtaufbau aus einem hydrophoben kationischen Elektrolyt und/oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyten und einer abschließenden Schicht umfassend oder bestehend aus mindestens einer Carbonsäure vorzugsweise mindestens einer Nitrofettsäure oder einem Gemisch aus mindestens einer Nitrofettsäure und/oder mindestens einer nicht-nitrierten Fettsäure, wobei die Auftragung bzw. Schichtbildung jeweils wasserfrei erfolgt.
Carbonsäuren, die als Oberflächenbeschichtung auf einem Medizinprodukt aufgetragen worden sind, können in eine Körperflüssigkeit diffundieren oder z.B. bei vaskulären Implantaten abgetragen oder von Zellen aufgenommen oder metabolisiert werden, wodurch die Anzahl an Carbonsäuren im Laufe der Zeit abnimmt. Mittels einer Oberflächenbeschichtung, die ein Carbonsäure-Reservoir enthält, können die hierin enthaltenen Carbonsäuren auf die auf der äußerste Schicht fehlen/minimiert worden sind, nachgeliefert werden. Des Weiteren lässt sich durch die Verwendung eines Carbonsäure-Reservoirs die Menge an Carbonsäuren auf der Oberfläche einer Beschichtung kontrollieren bzw. dosieren.
Es wurde gefunden, dass durch die Mischung eines hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt mit einer Carbonsäure, die eine C-Kettenlänge von >/= 6 Kohlenstoffatomen aufweist, es zu einer deutlichen Erhöhung der Hydrophobizität des Gemisches gegenüber der der Ausgangsverbindung kommt. Dies ist u.a. daran erkenntlich, dass ein zuvor in einem Alkohol löslicher hydrophober kationischer Elektrolyt oder Polyelektrolyt nach Hinzugabe einer Carbonsäure ausfällt. Derartige Gemische lassen sich dann nur noch in apolaren Lösungsmitteln, wie Toluol oder Pentan, lösen. Hierdurch eröffnen sich weitere überaus vorteilhafte Ausführungsformen des Beschichtungsverfahrens. So wurde gefunden, dass sich Mehrfachbeschichtungen sehr effektiv dadurch herstellen lassen, indem Beschichtungen, wie zuvor beschrieben, mit einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt im Wechsel mit einem Gemisch aus einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und mindestens einer Carbonsäure, erfolgt. Dabei sind der hydrophobe kationische Elektrolyt oder hydrophobe kationische Polyelektrolyt und das Gemisch aus einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und der mindestens einen Carbonsäure, in jeweils einem Lösungsmittel mit unterschiedlicher Polarität, wie z. B. Methanol und Pentan, gelöst. Es wurde gefunden, dass im Gegensatz zu einer mehrfachen Abscheidung eines hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, bei dem jeweils das gleiche organische Lösungsmittel verwandt worden ist, ein deutlich höherer Schichtaufbau bei der gleichen Anzahl an Beschichtungszyklen erreicht werden kann, wenn eine Abscheidung eines hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und eines Gemisches aus einem hydrophoben kationischen Elektrolyt und andererseits eines hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und mindestens einer Carbonsäure, die jeweils in Lösungsmitteln unterschiedlicher Polarität gelöst vorliegen, alternierend erfolgt ist. Es wird angenommen, dass bei Verwendung eines identischen organischen Lösungsmittels, es bei einem weiteren Beschichtungszyclus zu einer zumindest partiellen An- und Ablösung von bereits aufgebrachten Verbindungen kommt. Dies ist nicht der Fall, wenn die Abscheidung aus einem Lösungsmittelgemisch unterschiedlicher Polarität erfolgt.
Bevorzugt ist ein Verfahren insbesondere gemäß Beispiel 2 bei dem ein hydrophober kationischer Elektrolyt oder ein hydrophober kationischer Polyelektrolyt sowie ein Gemisch aus einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und mindestens einer Carbonsäure bereitgestellt wird und der Verfahrensschritt b) mit einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder alternativ oder in wechselnder Abfolge ein Gemisch aus einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und mindestens einer Carbonsäure verwandt wird.
Dabei ist die Reihenfolge der Aufbringung prinzipiell beliebig, sodass der hydrophobe kationische Elektrolyt oder hydrophobe kationische Polyelektrolyt oder das Gemisch aus einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder alternativ einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und der mindestens einer Carbonsäure, als erste Lage auf einer zu beschichtenden Oberfläche abgeschieden werden können. Vorzugsweise erfolgt ein weiterer Schichtaufbau in alternierender Weise, es ist aber auch ein Schichtaufbau möglich, bei dem zunächst mehrere Lagen eines hydrophoben kationischen Elektrolyt oder eines hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder eines Gemischs aus einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und der mindestens einem Carbonsäure aufgetragen werden. Dies kann insbesondere bei der Einbringung von aktiven oder supportiven Verbindungen vorteilhaft sein. Es wurde weiterhin gefunden, dass eine Abscheidung von Carbonsäuren, inclusive von Nitrofettsäuren, auf eine Beschichtung, die mit einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt erfolgt ist, die Stabilität gegenüber einer Anlösung und Abtragung des hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt von der Oberfläche durch die In-Kontaktbringung der Oberfläche mit einem apolaren Lösungsmittel behindert. Daher erfolgt in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, im Anschluss an eine Abscheidung eines hydrophoben kationischen Elektrolyt oder eines hydrophoben kationischen Polyelektrolyt im Verfahrensschritt b) sowie Trocknung im Verfahrensschritt c), eine Abscheidung mindestens einer Carbonsäure, dies schließt Nitrofettsäuren ein, im Verfahrensschritt b3). Die Carbonsäure kann prinzipiell in konzentrierter Form aufgetragen werden, für einen einlagigen Schichtaufbau ist allerdings eine Lösung in einem organischen Lösungsmittel bevorzugt. Bevorzugte organische Lösungsmittel, die im Verfahrensschritt b3) eingesetzt werden sind Alkohole. Im Anschluss an den Verfahrensschritt b3) erfolgt eine Trocknung. Sofern eine weitere Beschichtung gewünscht ist, erfolgt ein weiterer Beschichtungszyclus mit einem Gemisch aus einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und mindestens einer Carbonsäure, wobei das Gemisch vorzugsweise in einem apolaren Lösungsmittel vorliegt.
Bevorzugt ist ein Verfahren insbesondere gemäß Beispiel 2 bei dem im Verfahrensschritt b) ein hydrophober kationischer Elektrolyt oder ein hydrophober kationischer Polyelektrolyt oder ein Gemisch aus einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt zur Benetzung der Oberfläche des soliden Material verwandt wird und anschließend im Schritt c) eine Trocknung erfolgt sowie hieran anschließend im Schritt b3) eine Benetzung der Oberfläche, erhältlich nach Schritt c) mit einer nitrieren und/oder nicht-nitrierten Carbonsäure erfolgt.
In Übereinstimmung mit den zuvor dargelegten Beobachtungen, dass Carbonsäuren, unter Einschluss von Nitrofettsäuren, die zum Zwecke einer Reservoirbildung als Zwischenschicht alleine oder zusammen mit einer aktiven oder supportiven Verbindung eingebracht worden sind, im zeitlichen Verlauf, sehr wahrscheinlich infolge eines Diffusionsgradienten, an die Oberfläche der Beschichtung diffundieren, konnte für einen Schichtaufbau, bei dem eine Fettsäure entweder in Form eines der vorgenannten Gemische oder als einzelne Schicht aufgebracht worden ist, gefunden werden, dass im zeitlichen Verlauf diese Fettsäuren an der Beschichtungsoberfläche vorliegen. Somit kann prinzipiell auf eine abschließende Belegung einer Beschichtung, die mit einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder eines hydrophoben kationischen Polyelektrolyt erfolgt ist, mit der mindestens einen Carbonsäure gemäß Schritt d) verzichtet werden, sofern in diese mindestens eine Carbonsäure im Rahmen des erfolgten Beschichtungsaufbaus eingebracht worden ist. Um eine unmittelbare Bereitstellung der mindestens einen Carbonsäure, dies betrifft insbesondere Nitrofettsäuren, an der Oberfläche der Beschichtung zu garantieren, ist allerdings die erfindungsgemäße Ausführung des Schritts d) vorteilhaft. Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn als letzte Schicht vor Ausführung des Schritt d) ein hydrophober kationischer Elektrolyt oder ein hydrophober kationischer Polyelektrolyt sowie ein Gemisch aus einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt ohne einen Zusatz einer Carbonsäure aufgetragen wird.
Es wurde weiterhin gefunden, dass der hydrophobe kationische Elektrolyt oder ein hydrophober kationischer Polyelektrolyt sowie Gemische aus diesen auf Oberflächen zu einer Clusterbildung neigen. Diese Tendenz tritt auf hydrophilen Oberflächen verstärkt auf. Die Clusterbildung kann zu landkartenartig konfigurierten Schrumpfungsphänomenen der Beschichtung führen, wodurch Fehlstellen in der Beschichtung entstehen können. Dies ist insbesondere bei der Verwendung hochmolekularer Polyelektrolyte und hohen Konzentrationen dieser der Fall. Es wurde gefunden, dass einer solchen Clusterbildung durch verschiedene Maßnahmen entgegengewirkt werden kann. So kann zum einen die zu beschichtende Oberfläche zunächst hydrophobiert werden. Ferner kann eine niedrige Konzentration und eine mehrlagige Aufbringung eines hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt vorgenommen werden. Auch eine alternierende Beschichtung mit einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt mit einem Gemisch aus einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und mindestens einer Carbonsäure bedingt eine gleichmäßigere Oberflächenverteilung. Ferner kann aber auch eine nachträgliche Spreitung geclusterter Verbindungen bewirkt werden. Hierzu können Verfahren aus dem Stand der Technik verwandt werden. Es konnte gezeigt werden, dass mittels einer Behandlung mit einem Sauerstoff- oder Argonplasma eine Spreitung möglich ist. Eine Verbesserung der Spreitung kann u.a. daran erkannt werden, dass die Streuung bei einer wiederholten Wasserkontaktwinkelmessung deutlich verringert wird. Aber auch mittels einer elektro-chemischen Bestimmung von Fehlstellen, deren Anzahl reduziert wird. Eine Spreitung kann aber auch durch eine thermische Behandlung, die im Anschluss an eine Trocknung erfolgt sowie durch eine Ultraschallbehandlung, die im Anschluss an eine Aufbringung erfolgt, vorgenommen werden.
Überraschenderweise weist eine erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung einen antimikrobiellen Effekt auf. So wurde gefunden, dass Bakterien, die sehr häufig ursächlich sind für die Entstehung eines infektiösen Belages von Implantaten (Biofilm) sind, trotz einer unmittelbaren Exposition gegenüber den beschichteten Materialoberflächen, hierauf weder anhafteten, noch hierauf wuchsen, solange keine Hinweise auf eine beginnende Degradation der Beschichtung vorlagen. Bei Wiederholungsuntersuchungen über einen längeren Zeitraum wurde gefunden, dass Beschichtungen mit einer Nitrofettsäure eine deutlich längere Freiheit einer bakteriellen Besiedelung gewährleisten, als Beschichtungen, bei denen die korrespondierende native Fettsäure verwandt wurde. Es konnte ferner dokumentiert werden, dass es durch eine Einbringung von Carbonsäuren in eine Beschichtungsschicht, bestehend aus einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder Polyelektrolyt, zu einer Reservoirbildung für diese Fettsäure kommt, wodurch diese sich durch die Beschichtungsschichten verteilen und sich an der Oberfläche der Beschichtung anordnen können. Damit kann eine Nachbesetzung einer oberflächlichen kationischen Bindungsstelle des kationischen Elektrolyten, die durch eine Lösung einer Carbonsäure und Diffusion in ein umgebendes Mediums frei wird, erfolgen. Da gezeigt werden konnte, dass Nitrofettsäuren eine deutlich größere antibakterielle Wirkung entfalten, als die korrespondierende native Fettsäure. Es kann somit eine Oberflächenbeschichtung bereitgestellt werden, bei der antimikrobiell wirksame Carbonsäuren und insbesondere von Nitrocarbonsäuren bereitgestellt werden, die in Form eines Reservoirs in die Beschichtung eingebracht werden und hierdurch eine verlängerte Freiheit vor einer Biofilm-Entstehung gewährleistet wird.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Oberflächenbeschichtung, bei dem eine Reservoirausbildung für antimikrobiell wirksame Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren während des Herstellungsprozesses ausgebildet wird.
Bevorzugt ist eine Oberflächenbeschichtung mit einer antimikrobiellen Langzeitwirkung.
Bevorzugt ist eine Oberflächenbeschichtung, die eine anti-mikrobielle Langzeitwirkung hat.
Bevorzugt ist eine Oberflächenbeschichtung bei der eine anti-mikrobielle Langzeitwirkung durch innerhalb der Beschichtung befindliche Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren, die an die Materialoberfläche diffundieren können, erreicht wird.
Mit den Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich auf sehr einfache Weise und kostengünstig eine Abschirmung eines Materials gegenüber einem wässrigen Medium vornehmen. Dabei kann auch schon bei der Aufbringung eine Initialisierung korrosiver Prozesse durch einen Wasserkontakt vollständig verhindert werden. Mit den einsetzbaren Verbindungen kann eine langlebige Versiegelung von Oberflächen, die biologisch abbaubar ist, gewährleistet werden, wobei durch die Auswahl geeigneter und biodegradierbarer Verbindungen der hydrophoben kationischen Polyelektrolyte sowie der Carbonsäuren, der Zeitpunkt einer Auflösung der Oberflächenbeschichtung gesteuert werden kann. Dabei führt dieser Abbau nicht zu unerwünschten Zell-/Gewebereaktionen. Dies ist auch bedingt durch die geringe Aufbauhöhe der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung, die auch eine verbesserte Vorbringbarkeit (infolge eines geringeren Reibungswiderstands an der Oberfläche), insbesondere von vaskulären Implantaten im Gefäßsystem bedingt. Der nicht-kovalente Schichtaufbau ermöglicht eine größtmögliche Flexibilität zwischen den Verbindungen bzw. den Schichten untereinander, sodass es auch bei einer geometrischen Änderung des beschichteten Materials oder dessen flächige Ausdehnung möglich ist, dass die zur Beschichtung eingesetzten Verbindungen sich der geänderten Form oder des veränderten Raummaßes defektfrei anpassen. Die erfindungsgemäß beschichteten Oberflächen ermöglichen eine sehr gute Adhärenz von Zellen und sind daher für ein Zell-Homing geeignet. Dabei bedingt die Verwendung von Nitrofettsäuren ein kontrolliertes Wachstum von adhärierenden Zellen und ermöglicht die Ausbildung eines flächigen konfluenten Zell/Gewebeverbands. Daher sind erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtungen unter Verwendung von Nitrofettsäuren auch sehr geeignet für Anwendungen z. B. im Bereich des „tissue-ingenering" oder der Endothelisierung endovaskulärer Implantate oder zur Endothelisierung von Oberflächen in der plastischen Chirurgie. Ferner ist auch ein mehrlagiger Schichtaufbau mit hydrophoben Polyelektrolyten möglich, der die Einbringung von weiteren Verbindungen, wie beispielsweise Hormonen, Antioxidantien oder Medikamenten ermöglicht, die über die Auswahl geeigneter hydrophober kationischer und/oder anionischer Polyelektrolyte elektrostatisch angebunden und damit kontrolliert diffusiv freigesetzt werden können. Ferner lassen sich mit wasserfrei hergestellten Gemischen aus hydrophoben kationischen Polyelektrolyten und Nitrofettsäuren Reservoirsysteme herstellen, die eine diffusive Verteilung und Abgabe von Nitrofettsäuren ermöglicht und sowohl in einen oberflächlichen Schichtaufbau oder in Polymerstrukturen eingebracht werden können. Somit kann mit den erfindungsgemäßen Verfahren auch ein kontrollierbares Freisetzungssystem für Verbindungen/Wirkstoffen/Nitrofettsäuren aus Oberflächenbeschichtungen bereitgestellt werden. Diese Reservoirbildung kann insbesondere für eine Beladung mit antimikrobiell wirksamen Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren benutzt werden, um eine langanhaltende Nachbesetzung von aus der Oberflächenschicht herausdiffundierte Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren zu gewährleisten, wodurch ein lang anhaltender Schutz vor einer Biofilmentstehung ermöglicht wird. Somit ist eine hierin beschriebene erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung erhältlich oder wird erhalten, nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, zur Verwendung beim Zellhoming und für ein konfluentes Zellwachstum.
Definitionen:
Wasserfrei
„Wasserfrei" bedeutet, dass der aufzutragende mindestens eine hydrophobe kationische Elektrolyt und/oder mindestens eine hydrophobe kationische Polyelektrolyt oder die mindestens eine Nitrofettsäure oder mindestens eine nicht- nitrierte Fettsäure oder ein Gemisch aus der mindestens einen Nitrofettsäure oder mindestens eine nicht-nitrierte Fettsäure sowie deren Lösungen höchstens eine Gesamtwassermenge von höchstens 1000ppm aufweist. Wird bspw. eine Lösung des hydrophoben kationischen Polyelektrolyten mit einem Lösungsmittel hergestellt, so ist die Lösung wasserfrei, wenn höchstens 1000ppm Wasser in der Lösung vorhanden ist.
Bevorzugt ist eine Gesamtwassermenge von höchstens 750ppm, mehr bevorzugt von höchstens 500ppm, mehr bevorzugt von höchstens 250 ppm, mehr bevorzugt von höchstens 150 ppm, mehr bevorzugt von höchstens 100 ppm, mehr bevorzugt von höchstens 90ppm, mehr bevorzugt ist von höchstens 80ppm, mehr bevorzugt von höchstens 70 ppm, mehr bevorzugt von höchstens 60 ppm, mehr bevorzugt von höchstens 50 ppm, mehr bevorzugt von höchstens 40 ppm, mehr bevorzugt von höchstens 30 ppm, mehr bevorzugt von höchstens 20 ppm und am bevorzugtesten von höchstens 10 ppm.
Arrosion/Korrosion/Degradation
Die Begriffe „Arrosion", „Korrosion" und „Degradation", die hierin auch synonym verwendet werden, beziehen sich auf einen oder mehrere subsequent und/oder parallel ablaufende(n) Prozesse, bei denen es infolge einer Hydrolyse und/oder einer Oxidation zu einer Herauslösung von Atomen/Ionen und/oder Molekülen und/oder Partikeln aus einem Materialverbund kommt und/oder Atome/Ionen und/oder Verbindungen durch eine physiko-chemische/chemische Reaktion infolge eines Kontakts mit einem wässrigen Medium verändert werden. Als Ergebnis können dabei Reaktions- und/oder Abbauprodukte entstehen, die in Form eines losen Verbundes vorliegen und/oder in ein umgebendes Medium diffundieren. Beispiele hierfür sind die Oxidation von Eisen mit Entstehung von Eisen-Ionen und Eisenoxiden oder die hydrolytische Spaltung von Milchsäurepolymerketten unter Freisetzung von Milchsäuremolekülen oder die hydrolytische Freisetzung von Magnesium-Ionen aus einer Metallgitterstruktur unter Freisetzung von Wasserstoff. Folglich sind die Arrosions-, Korrosions- bzw. Degradationsprodukte diejenigen Elemente, Ionen oder Verbindungen, die bei einem Arrosions-, Korrosions- bzw. Degradationsprozess entstehen bzw. freigesetzt werden.
Unter dem Begriff „Kow", wie hierin verwendet wird, der Verteilungsquotient einer Verbindung zwischen einer Octanol- und einer Wasserphase in einem nicht ionisierten Zustand verstanden.
Der ow- oder P-Wert bezieht sich nur auf eine Spezies einer Substanz:
£,'..
_ p _ 0
« Olli — * — β
Entsprechend der Formel: c»
S-
Wobei: eoldie Konzentration der Spezies/ einer Substanz in der octanolreichen
Phase und
s- c™ die Konzentration der Spezies / einer Substanz in der wasserreichen Phase ist.
Biodegradierbar
Die Begriffe "resorbierbar" oder "degradierbar" oder "bioabbaubar" oder "biologisch abbaubar" oder biodegradierbar bezeichnen den Sachverhalt, dass der menschliche oder ein tierischer Organismus in der Lage ist, die Oberflächenbeschichtung oder das solide Material innerhalb eines gewissen Zeitraums aufzulösen, so dass Atome, Ionen oder Moleküle vorliegen, welche im Blut oder anderen Körperflüssigkeiten gelöst vorliegen und metabolisiert und/oder ausgeschieden werden können.
Degradationsfreiheit
Die Degradationsstabilität kann mit den hierin offenbarten Verfahren beliebig ausgestaltet werden. Im absoluten Sinne wird über einen einstellbaren Zeitraum eine Degardationsfreiheit erreicht. Der Begriff „Degradationsfreiheit", wie hierin definiert, bedeutet, dass es über einen definierten Zeitraum zu keiner Änderung von mindesten 2 der folgenden Eigenschaften kommt: Oberflächenhydrophobizität, Adhäsionsverhalten lebender Zellen, Adhäsionsverhalten von plasmatischen Blutbestandteilen, Herauslösen von Arrosions-/Korrosionsprodukten des beschichteten Materials in ein umgebendes wässriges Medium, elektrische Isolation, mechanische Integrität/Stabilität des beschichteten Materials.
Dabei erfolgt die Testung der Eigenschaften durch eine Einlage des beschichteten Materials in ein geeignetes wässriges Medium über den zu prüfenden Zeitraum. Eine elektrische Isolation liegt vor bei einem elektrischen Widerstand von >200 Ohm/cm2, bevorzugt von >300 Ohm/cm2, mehr bevorzugt von >400 Ohm/cm2, weiter bevorzugt von >500 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1000 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1 100 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1200 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1300 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1400 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1500 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1600 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1 .800 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1900 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >2000 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >2500 Ohm/cm2, und am bevorzugtesten von noch weiter bevorzugt von >3000 Ohm/cm2.
Die Änderung der oben aufgeführten Eigenschaften ist dabei vorzugsweise < 10%, weiter bevorzugt < 5%, weiter bevorzugt < 3% und weiter bevorzugt < 1 % bezogen auf den Ausgangszustand vor der Anwendung bzw. der Testuntersuchung. Dabei besteht eine Degradationsfreiheit vorzugsweise über einen Zeitraum von 4 Wochen, weiter bevorzugt von 8 Wochen und noch weiter bevorzugt von 12 Wochen.
Insofern bedingt die Degradationsstabilität auch eine Degradationsverzögerung, die sich anhand der vorgenannten Parameter quantifizieren lässt. Dabei ist zum einen eine Verzögerung der Oberflachenbeschichtung selbst gemeint. Dies bezieht sich auf den Verlust/Ablösung von Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren im Vergleich zu einer alleinigen Oberflächenbelegung auf einem Material. Der Begriff „Degardationsverzögerung" bezieht sich aber auch auf die Arrosion/Korrosion des beschichteten Materials, die zeitverzögert gegenüber einer alleinigen Beschichtung mit einer Carbonsäure/Nitrocarbonsäure erfolgt. Bevorzugt ist eine zeitliche Verzögerung um mehr als 14 Tage, mehr bevorzugt > 30 Tage, weiter bevorzugt > 45 Tage und noch weiter bevorzugt > 60 Tage, gegenüber einer alleinigen Oberflächenbeschichtung mit der entsprechenden Fettsäure/N itrofettsäure.
Medizinische Instrumente, Implantat- und Wundmaterialien
Die Begriffe "Medizinprodukt" oder "Medizinprodukte" werden hierin als Oberbegriffe verwendet, die jedwede Implantate, natürliche und künstliche Transplantate, Naht- und Verbandsmaterialien, als auch Teile von medizinischen Geräten, wie z.B. Kathetern einbeziehen. Bei den Medizinprodukten, welche auch kosmetische oder teilweise kosmetische und teilweise medizinische Implantate umfassen, handelt es sich vorzugsweise um Medizingeräte, weiter bevorzugt um Implantate, die temporär oder permanent in den Organismus eingebracht werden und medizinische Gegenstände, die in Kontakt mit Zellen/Geweben kommen, wie z. B. Wundmaterialien, Nahtmaterialien, Wund- und Körperhöhlenverschlusssysteme, biologische Transplantate, künstliche Transplantate, biologische Implantate, künstliche Implantate, künstliche Blutgefäße, natürliche Blutgefäße, Blutleiter, Blutpumpen, Dialysatoren, Dialysemaschinen, Gefäßprothesen, Gefäßstützen, Herzklappen, Kunstherzen, Gefäßklemmen, autologe Implantate, Knochenimplantate, intraokulare Linsen, Shunts, Dentalimplantate, Infusionsschläuche, medizinische Manschetten, Binden, medizinische Klemmen, Pumpen, Herzschrittmacher, Laborhandschuhe, medizinische Scheren, medizinisches Besteck, Nadeln, Kanülen, Endoprothesen, Exoprothesen, Skalpelle, Lanzetten, Weichteilimplantate, Brustimplantate, Gesichtsimplantate, Katheter, Führungsdrähte, Ports, Stents, Katheterballons und Katheterballons mit aufgesetztem Stent, sowie Gefäßimplantaten. Die erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungen eignen sich somit für alle Medizinprodukte bzw. Medizingeräte, die mit Zellen/Geweben/Organen temporär oder dauerhaft in Kontakt kommen und es durch diesen Kontakt zu einer Irritation der in Kontakt kommenden Zellen/Geweben/Organen kommen kann, die zu einer unerwünschten Reaktion (wie im folgenden oder oben auf S. 8 beschrieben) besagter Strukturen führt. Dies schließt medizinische oder kosmetische Verfahren, die gleichartige Eigenschaften haben ein.
Die hierin gemeinten medizinischen Instrumente, Implantat- und Wundmaterialien sind alle aus soliden Materialien, deren Oberflächen zumindest zu einem Teil in einen temporären und/oder dauerhaften Kontakt mit Zellen/Geweben/Flüssigkeiten eines menschlichen oder tierischen Köpers/Organismus oder auch mit ex-vivo Gewebeverbänden oder auch einzelnen Zellen in Kontakt treten oder treten können. In den hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich bei den soliden Materialien vorzugsweise um ein medizintechnisches Produkt, insbesondere um ein medizinisches Produkt, das in Kontakt mit Zellen, Gewebe, biologischen Flüssigkeiten oder mit einer Kombinationen aus mindestens 2 von diesen kommen kann.
Weiterhin ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein medizinisches Produkt mit einer Beschichtung umfassend oder bestehend aus mindestens eine Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Beschichtung wasserfrei hergestellt wird.
Somit ist ein weiterer Aspekt der zugrundeliegenden Erfindung ein medizinisches Produkt mit einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung erhältlich nach einem hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren. Bei den medizinischen Produkten kann es sich um Implantate, insbesondere um Langzeit- oder Kurzzeitimplantate handeln. Es können auch permanente Langzeitimplantate mit einer erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung ausgestattet werden. Beispielweise können Co/Ni Edelstahllegierungen mit einer erfindungsgemäßen Oberflachenbeschichtung versehen werden. Hierdurch wird die Diffusion von allergenen Bestandteilen, insbesondere von Nickel und somit eine allergische Reaktion, vermieden. Auch im Falle von permanenten Langzeitimplantaten, bei denen eine bioresorbierbare Oberflachenbeschichtung nicht die gesamte Lebensdauer des besagten Implantats überdauert, ist es wichtig, in den ersten Wochen nach der Implantation neben den inflammatorischen Einflüssen eine zusätzliche Exposition gegenüber allergieauslösenden Stoffe zu verhindern.
Die hierin gemeinten soliden Materialien können hart oder weich, fest oder flexibel sowie verformbar sein. Nicht hierunter fallen Materialien, die flüssig, gelartig oder pastös sind. Hierunter fallen, ohne auf diese beschränkt zu sein:
Weichteil-Implantate, wie Siliconimplantate, Gelenkimplantate, Knorpelimplantate, natürliche oder künstliche (z.B. Dacron) Gewebeimplantate und Transplantate, autogene Gewebeimplantate, Intraokularlinsen, chirurgische Adhäsionsbarrieren, Nervenregenerationskanäle, Geburtenkontrollgeräte, Shunts, Gewebegerüste, wie Perikardgewebe, gewebebasierte Matrices, Dentalgeräte und Zahnimplantate, Arzneimittelinfusionsröhrchen, Manschetten, Drainagevorrichtungen (z. B. für Augen-, Lungen-, Bauch-, Harn-, Kiefer-), Röhrchen (Endotracheal, Tracheostomie) und Schläuche (auch für eine extrakorporale Zirkulation), chirurgische Netze, Ligaturen, Nähte, Klammern, Drähte, Stifte, Nägel und Schrauben, Abdeckmaterial, Schäume, Pedikel, Filme, implantierbare elektrische Stimulatoren, Pumpen, Ports, Reservoirs, Injektionskatheter oder Stimulations- oder Sensingelektroden/Sonden, Wundbeschichtungen, Nahtmaterial, Membranen, Ringe oder Hülsen, chirurgische Instrumente, wie Skalpelle, Lanzetten, Scheren, Pinzetten oder Haken, klinische Handschuhe, Injektionsnadeln, Endoprothesen und Exoprothesen. Vaskuläre Implantate, arterielle Gefäßstützen, inclusive Scaffolds, Stents und Flow-divertes sowie Coils. Ferner osteosynthetische Materialien (Materialien für die Osteosynthese), Katheter (inkl. Infusionskanülen), Wundverbände oder Wundauflagen, Schäume, Absorber, Gaze, Bandagen. Nahtmaterialien, wie Nähte, Filamente, Clips, Drähte und dergleichen. Ferner orthopädische Prothesen, Zahnimplantate, Fixateure und Drainagen. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei es sich bei dem soliden Material bevorzugt um arterielle Gefäßstützen, insbesondere Stents, handelt.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist somit eine arterielle Gefäßstütze mit einer erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung, die vorzugsweise biodegradier ist, erhältlich nach einem hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist somit eine arterielle Gefäßstütze mit einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung, erhältlich nach einem hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist somit ein Stent mit einer erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung vorzugsweise biodegradier erhältlich nach einem hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist somit ein Stent mit einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung erhältlich nach einem hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren.
Eine weiter bevorzugte Ausführungsform ist gerichtet auf eine arterielle Gefäßstütze mit einer Oberflächenbeschichtung, umfassend mindestens eine Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei hergestellt ist.
Eine weiter bevorzugte Ausführungsform ist gerichtet auf einen Stent mit einer Oberflächenbeschichtung, umfassend mindestens eine Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei hergestellt ist.
Daher ist eine Ausführungsform der zugrundeliegenden Erfindung gerichtet auf einen medizinisches Produkt mit einer Beschichtung umfassend oder bestehend aus mindestens eine Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Beschichtung wasserfrei hergestellt wird, wobei das medizinische Produkt ein Weichteil-Implantat, wie Siliconimplantate, Gelenkimplantate, Knorpelimplantate, natürliche oder künstliche (z.B. Dacron) Gewebeimplantate und Transplantate sowie Gefäßprothesen, autogene Gewebeimplantate, Intraokularlinsen, chirurgische Adhäsionsbarrieren, Nervenregenerationskanäle, Geburtenkontrollgeräte, Shunts, Gewebegerüste, wie Perikardgewebe, gewebebasierte Matrices, Dentalgeräte und Zahnimplantate, Arzneimittelinfusionsröhrchen, Manschetten, Drainagevorrichtungen (z. B. für Augen- , Lungen-, Bauch-, Harn-, Kiefer-), Röhrchen (Endotracheal, Tracheostomie) und Schläuche (auch für eine extrakorporale Zirkulation), chirurgische Netze, Ligaturen, Nähte, Klammern, Drähte, Stifte, Nägel und Schrauben, Abdeckmaterial, Schäume, Pedikel, Filme, implantierbare elektrische Stimulatoren, Pumpen, Ports, Reservoirs, Injektionskatheter oder Stimulations- oder Sensingelektroden/Sonden, Wundbeschichtungen, Nahtmaterial, Membranen, Ringe oder Hülsen, chirurgische Instrumente, wie Skalpelle, Lanzetten, Scheren, Pinzetten oder Haken, klinische Handschuhe, Injektionsnadeln, Endoprothesen und Exoprothesen, vaskuläre Implantate, einschließlich Scaffolds, Stents und Flow-divertes sowie Coils, osteosynthetische Materialien (Materialien für die Osteosynthese), Katheter (einschließlich Infusionskanülen), Wundverbände, Schäume, Absorber, Gaze, Bandagen. Nahtmaterialien, wie Nähte, Filamente, Clips, Drähte und dergleichen oder orthopädische Prothesen, Zahnimplantate, Fixateure und Drainagen. Bevorzugt handelt es sich um vaskuläre Implantate insbesondere um einen Stent im Sinne einer Gefäßstütze sowie eines sogenannten Scaffold, der in der Regel bioresorbierbar ist. Hierzu gehören allerdings auch sogenannte Flow-Diverter und implantierbare Hülsen.
Substratmaterialien
Die Begriffe„Substratmaterialien",„Materialien",„solide Materialien" und„Template" werden hierin synonym verwendet und beziehen sich auf das Material/Werkstoff das/der mit einer Oberflächenbeschichtung versehen werden soll.
Es können prinzipiell alle aus dem Stand der Technik zur Verfügung stehenden Materialien genutzt werden. Allerdings ist es bevorzugt, wenn es sich bei den Materialien um in medizinischen Produkten eingesetzte Materialien handelt, insbesondere bevorzugt handelt es sich um Materialien, die für medizinische Instrumente, Implantat- und Wundmaterialien, genutzt werden. Dabei kann es sich um anorganische oder organische sowie Kompositmaterialien handeln. Bei den anorganischen Materialien kann es sich beispielsweise um Metalle oder Metalllegierungen, gesinterte Silizium-, Zirkonium-, Aluminium-Verbindungen, sowie auch Leichtmetalle, wie Aluminium, einschließlich ihrer Oxidformen, handeln.
Metalllegierungen, aus denen vaskuläre Implantate, wie z. B. Stents, gefertigt werden, sind beispielsweis 316L-Edelstahl basiert.„316L" ist eine Bezeichnung des American Iron and Steel Institutes (ASI). Diese Legierung wird im europäischen Raum nach EN10088 weiter unterteilt in drei Legierungen: X2CrNiMo17-12-2, X2CrNiMo18-14-3 und X2CrNiMo17-12-3. Sie unterscheiden sich in ihrem Gehalt an Molybdän, der zwischen 2% und 2,5% schwankt. Die Legierung besteht hauptsachlich aus Eisen (Basis), Chrom (18%), Nickel (8%) und Molybdän (2-2,5%). Eine Weiterentwicklung von Stent-Materialien sind Kobalt-Chrom-Legierungen, wie L605. Diese Legierung, besteht aus Kobalt (Basis), Chrom (19-21 %), Wolfram (14- 16%), Nickel (9-1 1 %), Eisen (max. 3%) und Mangan (1 -2%), sowie zu geringen Anteilen aus Silicium (max 0,4%), Kohlenstoff (0,05-0,15%) und Schwefel (max. 0,03%). Die DIN-Bezeichnung der Legierung lautet CoCr20W15Ni, und Co-20Cr- 15W-10NL Ferner besonders bevorzugt sind Magnesiumlegierungen. Eine solche Legierung ist z.B. unter dem Namen Resoloy bekannt.
Ferner gehören zu den anorganischen Verbindungen siliziumbasierte Werkstoffe, wie Silikon. Bei den organischen Materialien handelt es sich um kohlestoffbasierten Verbindungen, die in Form natürlicher Polymere, wie beispielsweise Cellulose oder Latex vorkommen oder in Form synthetischer Polymere, wie beispielweise Polyurethan, Polypropylen, Acrylate, Polyamide oder Polyester, hergestellt werden.
Die bevorzugten Materialien können beständig und nicht korrosionsempfindlich bis hin zu leicht degradierbar und selbstauflösend sein.
In den hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren sowie beschichteten medizinischen Produkten ist es besonders bevorzugt, wenn es sich bei dem soliden Material um ein korrodierbares und/oder degradierbares Material handelt.
Besonders bevorzugt ist weiterhin ein erfindungsgemäßes medizinisches Produkt mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung, wobei das medizinische Produkt aus einem korrodierbaren und/oder degradierbaren Material besteht.
Zu den korrodierbaren und/oder degradierbaren Materialien zählen unter anderem: Polymere, wie PLLA (Poly-L-Lactid) und Polycarbonate aus jodierten Desaminotyrosyl-Tyrosin-Ethylester-Einheiten.
Biodegradierbare Polymere können eingeteilt werden in
(i) natürliche Polysaccharide (z.B. Stärke, Cellulose, Chitin, Chitosan, Hyaluronone, Pectin) und natürlich vorkommende Proteine (z.B. Fibrin, Gelatine, Kollagen, Laminin und Fibronectin) oder Kopplungsprodukte aus natürlichen Materialien mit synthetisch hergestellten Verbindungen, wie synthetische Polymere (z.B. Poly(vinyl alkohol), Poly(ethylenoxid), Poly(vinyl pyrrolidon))
(ii) halbsynthetische (z.B. chemisch modifizierte natürliche Polymere, wie Chitosan), und
(iii) synthetische [z.B. Poly(milchsäure)(PLA), Poly(glycolsäure) (PGA), Poly(milchsäure-co-glycolsäure) (PLGA), Poly(£-caprolacton) (PCL), Poly(dioxanon) (PDO), Poly(anhydrid), Poly(trimethylen carbonat), Poly(ortho ester), Poly(phosphazen), Poly(cyano acrylat) und Poly(hydroxylbutyrat). Die Materialien können fest oder flexibel oder weich sein, solange es sich um ein solides Material handelt. Die äußere Form ist dabei unerheblich, solange sich eine allseits geschlossene Beschichtung mit einem der offenbarten Beschichtungsmethoden gewährleisten lässt. Die Materialien können dabei nicht tränkbar oder saugfähig sein. Es können auch saugfähige Gewebe und Membranen verwendet werden.
Hydrophobe kationische Elektrolyte u. hydrophobe kationische Polyelektrolyte
Polyelektrolyte werden Polymere bezeichnet, die viele ionische oder ionisierbare Gruppen tragen. Je nach Art der ionisierbaren Gruppen können sie als Polybase oder Polykation sowie als Polysäure oder Polyanion vorliegen. Kationische Polyelektrolyte sind somit Polymere, die ionische oder ionisierbare Gruppen tragen, also entweder als Polybase oder Polykation vorliegen.
Als Elektrolyte werden dementsprechend Verbindungen verstanden, die eine oder mehrere ionische oder ionisierbare Gruppen tragen, und je nach Art der ionisierbaren Gruppen als Base oder Kation vorliegen.
Die erfindungsgemäßen hydrophoben kationischen Elektrolyte und Polyelektrolyte sind gekennzeichnet durch eine oder mehr kationische Ladungsgruppen, die ionisierbar sind bzw. durch eine oder mehrere basische Gruppen, die ionisierbar sind, einer Kohlenstoffverbindung, die keine oder nur zu einem sehr geringen Anteil (< 2 Gew%) hydrophile Gruppen (z.B. OH-Gruppen) aufweist und einen Kow von > 0,3 oder >0.3 hat. Ein Polyelektrolyt trägt mindestens zwei kationische Ladungsgruppen bzw. mindestens zwei basische Gruppen, die ionisierbar sind und vorzugsweise eine kohlenstoffenthaltende quarternäre Stickstoffverbindung. Vorzugsweise sind höchstens 90% der Stickstoffe quartäre Stickstoffe, weiter bevorzugt höchstens 80% der Stickstoffe, weiter bevorzugt höchstens 70%, weiter bevorzugt höchstens 60%, weiterhin bevorzugt höchstens 50%, noch weiter bevorzugt höchstens 40%, noch weiter bevorzugt höchstens 30%, noch weiter bevorzugt höchstens 20%, noch weiter bevorzugt höchstens 10% und am bevorzugtesten höchstens 5%. Bevorzugt ist ein Kow von > 0,4 oder >0,4, mehr bevorzugt ein Kow von > 0,5 oder >0,5, mehr bevorzugt von >0,5 oder >0,5, mehr bevorzugt von > 0,6 oder >0,5, mehr bevorzugt von > 0,7 oder >0,7, mehr bevorzugt von > 0,8 oder >0,8, noch mehr bevorzugt von > 0,9 oder >0,9 noch mehr bevorzugt von 1 ,0 oder >1 ,0, noch mehr bevorzugt von >1 ,5 oder >1 ,5, noch mehr bevorzugt von >2,0 oder oder >2,0, noch mehr bevorzugt von >2,5 oder >2,5, noch mehr bevorzugt von >3,0 oder >3,0, noch mehr bevorzugt von >3,5 oder >3,5, noch mehr bevorzugt von >4,0 oder >4,0, noch mehr bevorzugt von >5,0 oder >5,0, noch mehr bevorzugt von >6,0 oder >,6,0 noch mehr bevorzugt von 7,0 oder >7,0, noch mehr bevorzugt von 8,0 oder >8,0 und am bevorzugtesten von > 9,0 oder >9,0. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zur Herstellung einer hydrophoben, biodegradierbaren und isolierenden Oberflächenbeschichtung zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung solider Materialien die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei der hydrophobe Elektrolyt oder kationische Polyelektrolyt einen Kow > 0,3 aufweist.
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche, und
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gerichtet auf ein Verfahren zur Herstellung Oberflächenbeschichtung umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt mindestens zwei kationische Ladungsgruppen oder mindestens zwei basische Gruppen trägt und eine kohlenstoffenthaltende quarternäre Stickstoffverbindung ist, c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche, und
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Oberflächenbeschichtung umfassend oder bestehend aus mindestens einer Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei hergestellt ist, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt mindestens zwei kationische Ladungsgruppen oder mindestens zwei basische Gruppen trägt und eine kohlenstoffenthaltende quarternäre Stickstoffverbindung ist, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt durch Zugabe einer Carbonsäure/Nitrocarbonsäure hydrophobiert wurde.
Vorzugsweise ist die mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt durch Zugabe einer Carbonsäure/Nitrocarbonsäure hydrophobiert.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Oberflächenbeschichtung umfassend oder bestehend aus mindestens einer Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei hergestellt ist, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt mindestens zwei kationische Ladungsgruppen oder mindestens zwei basische Gruppen trägt und eine kohlenstoffenthaltende quarternäre Stickstoffverbindung ist.
Dabei kann es sich um Kohlenwasserstoffverbindungen handeln, die eine unverzweigte oder verzweigte Kohlenstoffkette aufweisen. Möglich ist es auch, dass mehr als eine Verzweigung vorliegt. Das Molekulargewicht kann zwischen 200 und 500.000 Da liegen, mehr bevorzugt zwischen 1 .000 und 250.000 Da und weiter bevorzugt zwischen 5.000 und 125.000 Da. Die Konsistenz kann fest bis flüssig sein. Im Falle fester oder hoch-visköser kationischer Polyelektrolyte, können diese in einem organischen Lösungsmittel gelöst werden. Die kationischen Gruppen können dabei vorliegen an einem und/oder mehreren Stickstoffatomen, die endständig oder Bindeglied einer Verbindung sind. Dabei können auch 2 oder mehr Stickstoffatome zusammen oder auch mit anderen Elementen zusammen positive Ladungsgruppen bereitstellen.
Bevorzugt handelt es sich bei dem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder dem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt um eine kohlenstoffenthaltende Verbindung mit einem Molekulargewicht zwischen 200 und 500.000 Da, welcher mindestens zwei kationische Ladungsgruppen oder mindestens zwei basische Gruppen trägt, die ionisierbar sind und der einen Kow von > 0,3 aufweist.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren zur Herstellung Oberflachenbeschichtung umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt eine kohlenstoffenthaltende Verbindung mit einem Molekulargewicht von zwischen 200 und 500.000 Da ist, welche mindestens zwei kationische Ladungsgruppen oder mindestens zwei basische Gruppen trägt, die ionisierbar sind und die einen Kow von > 0,3 aufweist,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche, und
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
Daher bezieht sich eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf eine Oberflächenbeschichtung umfassend oder bestehend aus mindestens einer Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei hergestellt ist, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt eine kohlenstoffenthaltende Verbindung mit einem Molekulargewicht zwischen 200 und 500.000 Da ist, welche mindestens zwei kationische Ladungsgruppen oder mindestens zwei basische Gruppen trägt, die ionisierbar sind und die einen Kow von > 0,3 aufweist.
Stickstoffverbindungen, die eine kationische Ladungsgruppe bereitstellen, bzw. in kationische Ladungsgruppen umgewandelt werden können, können beispielsweise folgende Gruppen sein: Amine, Amide, Ammonium, Imine, Azane, Triazane, Tetrazane, Nitrone, Guanidin, Amidin, Pyrrolidin, Piperidin, Piperazin, Morpholin, N- Heteroaromaten, wie Imidazol, Pyrazol, Pyridin, Pyrazin, Pyrimidin, Pyridazin, Isochinolin, Chinolin, Benzimidazol, Purin, Thiazol oder Oxazol. Dabei ist bevorzugt, wenn die kationische Ladungsgruppe aus einer quarternisierten Stickstoffverbindung besteht. Weiterhin bevorzugt weist das organische Polykation quarternäre kationische Gruppen auf, bevorzugt quarternäre Amine ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Ammonium-, Guanidinium-, Amidinium-, Imidazolium-, Pyrrolidinium-, Pyrazinium-, Piperidinium-, Pyrimidinium-, Pyridazinium- Pyrazolium-, Isochinolinium-, Chinolinium-, Purinium-, Benzimidazolium-, Thiazolinium-, Oxazolinium-, Phosphonium- und Sulfoniumionen auf.
Besonders bevorzugt sind quarternisierte Stickstoffatome, bzw. Verbindungen mit quarternisierten Stickstoffatomen als kationische Ladungsgruppenträger.
Die heterocyclischen Aromaten oder aliphatischen Heterocyclen können zudem weitere Amingruppen tragen.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren zur Herstellung Oberflächenbeschichtung umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche,
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung, und
wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt mindestens zwei kationische Ladungsgruppen oder mindestens zwei basische Gruppen trägt, ausgewählt aus der Liste umfassend oder bestehend aus Ammonium, Guanidinium, Amidinium, Imidazolium, Pyrrolidinium, Pyrazinium, Piperidinium, Pyrimidinium, Pyridazinium, Pyrazolium, Isochinolinium, Chinolinium, Purinium, Benzimidazolium, Thiazolinium, Oxazolinium, Phosphonium und Sulfonium.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Oberflächenbeschichtung umfassend oder bestehend aus mindestens einer Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt mindestens zwei kationische Ladungsgruppen oder mindestens zwei basische Gruppen trägt, ausgewählt aus der Liste umfassend oder bestehend aus Ammonium, Guanidinium, Amidinium, Imidazolium, Pyrrolidinium, Pyrazinium, Piperidinium, Pyrimidinium, Pyridazinium, Pyrazolium, Isochinolinium, Chinolinium, Purinium, Benzimidazolium, Thiazolinium, Oxazolinium, Phosphonium und Sulfonium.
Die hydrophoben kationischen Elektrolyte und Polyelektrolyte können auch Kondensations- oder Polymerisationsprodukte aus hydrophoben Kohlenstoff- Verbindungen und Verbindungen mit kationischen Ladungsgruppen oder hydrophilen kationischen Elektrolyten sein, die mit hydrophoben Kohlenstoffverbindungen kovalent verbunden werden oder mit diesen sowie untereinander durch Polymerisation miteinander kovalent gebunden werden. Ferner kann es sich um hydrophile kationische Polyelektrolyte handelt, die mit hydrophoben Verbindungen hydrophobiert werden (siehe auch Verfahren hierzu im Folgenden).
Es wurde gefunden, dass sich die kationischen Gruppen sehr gut eignen, um hieran hydrophobe Gruppen zu binden. Dadurch nimmt die Anzahl der Ladungsträger ab und die Hydrophobizität wird gesteigert. Es wurde gefunden, dass die Absättigung der kationischen Gruppen, respektive die Erhöhung der Hydrophobizität, mit einer Erhöhung der Degradationsstabilität einhergehen. Dies trifft auch für eine Absättigung der kationischen Gruppen durch Carbonsäuren, die elektrostatisch gebunden werden, zu. Es wird angenommen, dass kationische Gruppen, die keine hydrophobe Abschirmung aufweisen, einen Wassereintritt/Durchtritt, der bei der Degardation erfolgt, begünstigen. Daher sind kationische Elektrolyte und Polyelektrolyte bevorzugt, bei denen eine hydrophobe Abschirmung der kationischen Gruppen mittels elektrostatisch gebundener Carbonsäuren und/oder kovalent gebundener hydrophober Reste, vorliegt, vorzugsweise bei > 50%, weiter bevorzugt > 75%, weiter bevorzugt bei > 90% und am meisten bevorzugt bei > 98% der kationischen Gruppen.
Bevorzugt ist ein Verfahren bei dem hydrophobe kationische Elektrolyte und/oder hydrophobe kationische Polyelektrolyte hergestellt und zur Oberflächenbeschichtung verwandt werden, bei denen > 50% der kationischen Gruppen durch hydrophobe Reste ersetzt werden.
Die hydrophoben kationischen Polyelektrolyte können aus Aminosäuren zusammengesetzt sein. In Betracht kommen homologe organische Polykationen, wie Polylysin, Polyarginin, Polyornithin, Polyhistidin oder heterologe Polykationen mit zwei oder mehr unterschiedlichen Aminosäuren, wobei mindestens eine Aminosäure in eine positiv geladen Ladungsgruppe vorzugsweise über eine Stickstoffeinheit umgewandelt werden kann. Vorzugsweise werden die Polyaminosäuren hydrophobiert. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Aminosäure mit einer Aminosäure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Phenylalanin, Lysin, Arginin, Histidin, Ornithin oder einem Gemisch aus mindestens zwei von diesen Aminosäuren copolymerisiert. Die besagten Aminosäuren können vorher hydrophobiert werden oder das entstehende Copolymer wird hydrophobiert.
Die monomeren Aminosäuren können vor der Polymerisierung geschützt werden. Als Schutzgruppe für die zu schützende Funktionalität werden bevorzugt Fluorenylmethoxycarbonyl- (Fmoc), tert-Butyloxycarbonyl- (Boc), Benzyloxycarbonyl- (Cbz, Z) oder Acetylgruppen verwendet, weiter bevorzugt werden Triphenylmethyl- (Trt), Benzyloxymethyl- (Born), Benzyl-, Phenyl-, Dinitrophenyl- (Dnp), Toluolsulfony-I (Tos), Mesitylensulfonyl- (Mts), Acetamidomethyl- (Acm), tert-Butylmercaptogruppen (tBum) eingesetzt. Im Stand der Technik sind Verfahren bekannt, mit denen sich die Schutzgruppen im Anschluss an eine erfolgte Polymerisation wieder entfernen lassen. Allerdings können die Schutzgruppen auch häufig verwendet werden, um die gewünschten hydrophoben Charakter der Polyelektrolyten herzustellen. Es hat sich herausgestellt, dass Arginin in seiner geschützten Form bereits den gewünschten hydrophoben Charakter des hydrophoben kationischen Elektrolyten aufweist. Besonders bevorzugt ist z.B. eine Arylsulfonyl-Schutzgruppe. Es ist auch möglich über die Schutzgruppen die gewünschten Kohlenstoffkettenlängen wie hierein offenbart vor der Polymerisierung einzuführen. Denkbar wäre es auch monomere Aminosäure mit Schutzgruppen mit unterschiedlichen Kohlenstoffkettenlängen zu polymerisieren. Alternativ wäre es auch möglich die geschützten Polyaminosäure lediglich partiell zu entschützen.
In einer bevorzugten Ausführungsart wird eine Copolymerisation mit Phenylalanin, Benzylglutamat oder mit einem Gemisch umfassend oder bestehend aus Phenylalanin und Benzylglutamat, zusammen mit einer Aminosäure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lysin, Arginin, Histidin oder einem Gemisch aus mindestens zwei von diesen Aminosäuren.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Oberflächenbeschichtung umfassend oder bestehend aus mindestens einer Carbonsäure; und mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei hergestellt ist, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt ein Polymer und/oder Copolymer umfassend oder bestehend aus mindestens einer Aminosäure Phenylalanin, Lysin, Arginin, Histidin und/oder Ornithin.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Oberflächenbeschichtung umfassend oder bestehend aus mindestens einer Carbonsäure; und mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei hergestellt ist, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt Polyphenylalanin, Polylysin, Polyarginin, Polyornithin, Polyhistidin oder eine Verbindung enthaltend oder bestehend aus den Aminosäuren Lysin, Arginin, Histidin, Phenylalanin und/oder Ornithin ist.
Daher ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gerichtet auf ein Verfahren zur Herstellung Oberflächenbeschichtung umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt Phenylalanin, Polylysin, Polyarginin, Polyornithin, Polyhistidin oder eine Verbindung enthaltend oder bestehend aus den Aminosäuren Phenylalanin, Lysin, Arginin, Histidin und/oder Ornithin ist,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche, und
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
Vorzugsweise werden Polymere dadurch erhalten, indem die Monomere zunächst mit einer reaktionsfähigen Gruppe, die vorzugsweise mit der Carboxylgruppe reagiert, wie beispielsweise N-Carboxyanhydriden (NCA), funktionalisiert werden. Dabei sind weitere funktionelle Gruppen der Verbindungen, die eine Polymerisationsreaktion stören, durch bekannte Verfahren zu schützen. Mit diesen Verbindungen wird ein geeignetes Konzentrationsverhältnis in einer Lösungsmittelphase, wie z. B. THF, hergestellt und eine Reaktionsaktivierung, z.B. durch Hinzugabe eines reaktionsfördernden Lösungsmittels oder einem Nukleophil, wie einem Amin, eingeleitet bzw. initiiert. Unter„Reaktionsaktivierung" ist in diesem Zusammenhang die Reaktionsinitiierung bzw. die Initiierung der Polymerisation zu verstehen. Die Polymerisationsreaktion lässt sich mit bekannten Verfahren terminieren. Die Polymerisationsprodukte können bedarfsweise nach ihrem Molekulargewicht fraktioniert werden. Bei Verbindungen, die Schutzgruppen kationischer funktioneller Gruppen enthalten, sind diese abzutrennen. Sofern also funktionelle Gruppen, die in eine kationische Gruppe umgewandelt werden können, eine Schutzgruppe tragen sollten, werden diese in einem weiteren Schritt entfernt. Sofern die erhaltbaren hydrophoben kationischen Polypeptide die erfindungsgemäße Spezifikation aufweisen, können Sie in analoger Weise zu den beschriebenen Oberflächenabscheidungsverfahren auf native oder hydrophobierte Materialoberflächen abgeschieden werden.
Es lassen sich polykationische Verbindungen aus dem Stand der Technik, die nicht die hierin erforderliche Hydrophobizität aufweisen, dadurch herstellen, indem diese mit nicht und/oder wenig polaren Verbindungen gekoppelt werden. Derartige Verfahren sind im Stand der Technik bekannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine hydrophobe Modifizierung von kationischen Elektrolyten gemäß einem der nachfolgenden Verfahren oder nach einem Verfahren aus dem Stand der Technik.
Zur Hydrophobierung ist es bevorzugt, die Wasserstoffatome von primären und sekundären Aminogruppen teilweise durch lineare oder verzweigte Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Hydroxyalkyl- oder Alkylcarboxylreste mit 6 bis 24 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 8 bis 24 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 10 bis 22 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen, noch mehr bevorzugt mit 14 bis 18 Kohlenstoffatomen im Alkylrest, die weitere Substituenten wie Alkyl, Alken, Alkin, Hydroxygruppen, Aminogruppen, Halogene, Sulfidgruppen oder Carboxylgruppen, tragen können, zu ersetzen.
Bevorzugt erfolgt dabei die Umsetzung mit linearen oder verzweigten Carbonsäuren mit 10 bis 22 C-Atomen, vorzugsweise mit 14 bis 20 Kohlenstoffatomen, noch mehr bevorzugt 12 bis 20 Kohlenstoffatomen, noch mehr bevorzugt mit 14 bis 18 C- Atomen im Alkyl- oder Alkylenrest, wie Caprinsäure, Undecansäure, Laurinsäure, Tridecansäure, Myristinsäure, Pentadecansäure, Palmitinsäure, Margarinsäure, Stearinsäure, Nonadecansäure, Arachinsäure, Behensäure, Palmitoleinsäure, Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure, Arachidonsäure und deren Gemischen, bevorzugt Stearinsäure, Palmitinsäure und Ölsäure, oder der Säurechloride, Ester oder Anhydride der genannten Carbonsäuren und/oder linearen oder verzweigten Alkylhalogeniden mit 10 bis 22 C-Atomen, vorzugsweise mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen, noch mehr bevorzugt mit 14 bis 18 Kohlenstoffatomen, wie Tetradecylchlorid, Hexadecylchlorid, Octadecylchlorid und deren Gemischen und/oder
Alkylepoxiden mit 10 bis 22 C-Atomen, vorzugsweise mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen, noch mehr bevorzugt mit 14 bis 18 Kohlenstoffatomen, wie Hexadecenyloxid und Octadecenyloxid und deren Gemischen und/oder - Alkylketten-Dimeren mit 10 bis 22 C-Atomen, vorzugsweise mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen, noch mehr bevorzugt mit 14 bis 18 Kohlenstoffatomen im Alkylrest, wie Lauryl ketten-, Palmitylketten-, Stearyl ketten- und Oleylketten-Dimeren und deren Gemischen und/oder - cyclischen Dicarbonsäureanhydriden, insbesondere alkylsubstiuierte Bernsteinsäureanhydride mit 10 bis 22 C-Atomen, vorzugsweise mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen, noch mehr bevorzugt mit 14 bis 18 Kohlenstoffatomen im Alkylrest, wie Dodecenylbernsteinsäureanhydrid, Tetradecylbernsteinsäureanhydrid, Hexadecenylbernsteinsäureanhydrid und deren Gemischen und/oder Alkylisocyanaten mit 10 bis 22 C-Atomen, vorzugsweise 14 bis 18 C-Atomen im Alkylrest, wie Tetradecylisocyanat, Hexadecylisocyanat, Octadecylisocyanat und deren Gemischen und/oder Chlorameisensäureestern von Fettalkoholen mit 10 bis 22 C-Atomen, vorzugsweise mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen, noch mehr bevorzugt mit 14 bis 18 Kohlenstoffatomen.
Dabei beträgt der Hydrophobierungsgrad (der Modifizierungsgrad) vorzugsweise 0.1 Gew.-% bis 100 Gew.-%, weiter bevorzugt 0.2 Gew.-% bis 80 Gew.-%, weiter bevorzugt 0.3 Gew.-% bis 60 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,4 bis 50 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,5 bis 40 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,6 bis 30 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,7 bis 20 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,9 bis 10 Gew.-% und besonders bevorzugt 1 bis 7 Gew.-% der oben genannten Hydrophobierungsbausteine, bezogen auf das Gewicht des fertigen Produkts.
Vorzugsweise ist der mindestens eine hydrophoben kationischen Elektrolyte und/oder hydrophobe kationische Polyelektrolyt hydrophobiert.
Ferner bevorzugt für eine Hydrophobierung sind Verbindungen mit Epoxy-Gruppen. Bei einer Reaktion primärer Aminogruppen mit Epoxy-Gruppen, wie z.B. Epoxyethan, Epoxypropan, Epoxybutan, Epoxypentan, Epoxyhexan, Epoxyheptan, Epoxyoctan, Epoxynonan oder Epoxydecan), wird das H-Atom der Aminogruppe durch den Kohlenstoff des Epoxid-Bausteins ersetzt.
Ferner bevorzugt sind lipophile Polyalkylenpolyamine. Diese Verbindungen lassen sich nach dem Stand der Technik beispielsweise durch Alkohol-Aminierung erhalten, bei der aliphatische Aminoalkohole miteinander oder aliphatische Diamine oder Polyamine mit aliphatischen Diolen oder Polyolen unter Wasserabspaltung in Gegenwart eines homogenen Katalysators umgesetzt werden. Dabei ist mindestens eines der Edukte eine Alkyl- oder Alkylengruppe, die fünf oder mehr Kohlenstoffatomen enthält.
Überraschenderweise kann durch die Auswahl der einsetzbaren Hydrophobisierungsmittel und/oder des Alkylierungsgrads der kationischen Zentren eines kationischen Elektrolyt oder Polyelektrolyt mit diesen, die hiermit erreichbare Hydrophobizität eingestellt werden, wodurch sich ein unterschiedliches Lösungsverhalten in organischen Lösungsmitteln, die eine unterschiedliche Polarität aufweisen, herstellen lassen. Dies kann in besonders vorteilhafter Weise dazu benutzt werden, um einen mehrfachen Auftrag von hydrophoben kationischen Elektrolyten und Polyelektrolyten zu ermöglichen, die in organischen Lösungsmitteln unterschiedlicher Polarität gelöst sind, wodurch eine An- und/oder Ablösung eines bereits erfolgten Auftrages der Verbindungen zu vermeiden. Dies ermöglicht beispielsweise, dass bei einer längeren Expositionsdauer einer Oberfläche, bei der bereits eine erfindungsgemäße Beschichtung erfolgt ist, gegenüber einer Lösung, enthaltend hydrophobe kationische Elektrolyte oder Polyelektrolyte, die bereits abgeschiedenen Verbindungen nicht wieder in Lösung gehen. So konnte beispielsweise gezeigt werden, dass eine Belegung einer Materialoberfläche mit PEI (25kD /mittlerer Verzeigungsgrad), bei dem eine 80%ige Alkylierung mit einem C-8 Alkan erfolgt war, welches sich in THF gut aber in Pentan schlecht löste und als 5%ige Lösung mittels Dipp-coating über 30 Min. abgeschieden wurde, möglich war und im Anschluss an eine Trocknung eine 5%ige Lösung von der gleichen Ausgangsverbindung, aber mit einem Alkylierungsgrad von 100% mit dem gleichen Alkylierungsmittel, welche in Pentan gelöst vorlag und wobei dieses Gemisch mittels einer Micropipettiermethode in definierter Menge auf die Materialoberfläche aufgetragen wurde, zeigte sich durch die Bestimmungen des Materialgewichtes welche zum Ausgang sowie nach jedem Beschichtungszeitpunkt erfolgten, dass ein summative(r) Auftrag/Abscheidung der Verbindungen erfolgt war. Ferner kann beispielsweise eine Carbonsäure/Nitrocarbonsäure auf eine Beschichtung mit einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder Polyelektrolyt erfolgen, ohne eine relevante Anlösung des erfolgten Auftrages, indem diese in Methanol oder Acton gelöst und die Lösung auf die Materialoberfläche aufgetragen wird (z.B. durch Spray- Coating oder Micropippetiermethose) oder das Material in eine entsprechende Lösung eingebracht wird (z.B. dipp-coating). Daher erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschichtung ein Auftrag von hydrophoben kationischen Elektrolyten bzw. Polyelektrolyten, die eine unterschiedliche Hydrophobizität bzw. Lösungsverhalten in organischen Lösungsmitteln aufweisen wobei der Auftrag dieser Verbindungen auf eine Materialoberfläche alternierend erfolgt. Dabei ist bevorzugt, zunächst eine Abscheidung eines hydrophoben kationischen Elektrolyt oder Polyelektrolyt vorzunehmen und nach Trocknung eine Abscheidung eines hydrophoben kationischen Elektrolyt oder Polyelektrolyt mit einer geringeren oder höheren Hydrophobie und unter Verwendung eines unterschiedlichen organischen Lösungsmittels auf der Materialoberfläche abzuscheiden. Dabei können der eine und/oder beide der hydrophoben kationischen Elektrolyte bzw. Polyelektrolyte in Form einer Mischung mit einer oder mehrerer Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren vorliegen. Erfindungsgemäß und bevorzugt ist ferner, zwischen den vorgenannten Beschichtungsschritten eine Abscheidung von Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren vorzunehmen, die vorzugsweise in einem polaren organischen Lösungsmittel gelöst vorliegt/vorliegen.
Die kationischen Gruppen der hydrophoben kationischen Polyelektrolyte können entweder in protonierter Form oder in quarternisierter Form vorliegen. Geeignete Quarternisierungsmittel sind Alkylierungsmittel wie Alkylhalogenide, Methylchlorid, Methylbromid, Methyliodid, Ethylchlorid, Ethylbromid, Ethyliodid, Propylchlorid, Propylbromid, Propylidoid, Butylchlorid, Butylbromid, Butyliodid, Pentylchlorid, Pentylbromid, Pentyliodid, Hexylchlorid, Hexylbromid, Hexyliodid, Heptylchlorid, Heptylbromid, Heptyliodid, Octylchlorid, Octylbromid, Octyliodid, Nonylchlorid, Nonylbromid, Nonyliodid, Decylchlorid, Decylbromid, Decyliodid, Undecylchlorid, Undecylbromid, Undecyliodid, Dodecylchlorid, Dodecylbromid, Dodecyliodid, Tridecylchlorid, Tridecylbromid, Tridecyliodid, Tetradecylchlorid, Tetradecylbromid, Tetradecyliodid, Pentadecylchlorid, Pentadecylbromid, Pentadecyliodid, Hexadecylchlorid, Hexadecylbromid, Hexadecyliodid, Octadecylchlorid, Octadecylbromid, Octadecyliodid, Nonadecylchlorid, Nonadecylbromid, Nonadecyliodid, Eicosanylchlorid, Eicosanylbromid, Eicosanyliodid, Heneicosanylchlorid, Heneicosanylbromid, Heneicosanyliodid, Docosanylchlorid, Docosanylbromid, Docosanyliodid, Tricosanylchlorid, Tricosanylbromid, Tricosanyliodid, Tetracosanylchlorid, Tetracosanylbromid, Tetracosanyliodid, Pentacosanylchlorid, Pentacosanylbromid, Pentacosanyliodid, Hexacosanylchlorid, Hexacosanylbromid, Hexacosanyliodid, Heptacosanylchlorid, Heptacosanylbromid, Heptacosanyliodid, Octacosanylchlorid, Octacosanylbromid, Octacosanyliodid sowie die einfach oder mehrfach ungesättigten Derivate der vorgenannten Alkylhalogenide Benzylchlorid, Benzylbromid, oder Benzyliodid, Alkylsulfonate der vorgenannten Alkane sowie deren einfach oder mehr ungesättigte Formen wie Methylsulfonat oder Methyltoluol-4-sulfonat, Dialkylsulfate der vorgenannten Alkane sowie deren einfach oder mehr ungesättigte Formen wie Dimethylsulfat oder Diethylsulfat.
Ferner bevorzugt sind hydrophobe Polyalkylenimine. Hierunter werden Polymerisate von Homologen des Ethylenimins (Aziridin) oder einem 2-substituierten-2-Oxazolin- Monomer, wie Propylenimin (2-Methylaziridin), 1 - oder 2-Butylenimin (2-Ethylaziridin bzw. 2,3-Dimethylaziridin), verstanden.
Diese können Homopolymerisate von den zuvor genannten Alkyleniminen oder einem besagten Oxazolin-Monomer sein oder dessen höherer Homologe sowie die Pfropfpolymerisate von Polyamidoaminen oder Polyvinylaminen mit Ethylenimin oder einem 2-substituierten-2-Oxazolin-Monomer oder dessen höheren Homologen sein. Polyalkylennimine können durch Umsetzung mit Alkylenoxiden, wie Ethylenoxid, Propylenoxid oder Butylenoxid, Dialkylcarbonaten, wie Dimethylcarbonat und Diethylcarbonat, Alkylencarbonaten, wie Ethylencarbonat oder Propylencarbonat, oder d-C6-Carbonsäuren modifiziert sein.
Insbesondere bevorzugt sind hydrophobe Polyethylenimine. Diese können Homopolymerisate von Ethylenimin (Aziridin) oder einem 2-substituierten 2-Oxazolin- Monomer oder dessen höherer Homologe sowie die Pfropfpolymerisate von Polyamidoaminen oder Polyvinylaminen mit Ethylenimin oder einem 2-substituierten 2-Oxazolin-Monomer oder dessen höheren Homologen sein. Die Polyethylenimine können unvernetzt oder vernetzt vorliegen, quarternisiert und/oder durch Umsetzung mit Alkylenoxiden, Dialkyl- oder Alkylencarbonaten oder d- bis Cö-Carbonsäuren modifiziert sein.
Für den Fall, dass es sich um lineare Polyethylenamine handeln sollte, werden die Amine nur teilweise mit den Dialkyl- oder Alkylencarbonaten oder d- bis Ce- Carbonsäuren modifiziert.
Zur Herstellung der Hydrophobizität können bekannte Verfahren zur Co- /Pfropfpolymerisation verwandt werden. Beispiele für Verbindungen mit denen dies erreicht werden kann, sind: Diisocyanate, wie Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Dicyclohexylmethan- 4,4'-diisocyanat und
Diphenylmethandiisocyanat, Dihalogenalkane, wie 1 ,2-Dichlorethan, 1 ,3- Trichlorpropan, 1 ,4-Dichlorbutan und 1 ,6-Dichlorhexan, Diepoxide, wie Oligo- und Polyethylenglycolbisepoxide, Epihalogenhydrine, wie Epichlorhydrin, Bischlorhydrinether von Alkylenglykolen und Polyalkylenglykolen mit 2 bis 100 Ethylenoxid- und/oder Propylenoxideinheiten, Alkylencarbonate, wie Ethylencarbonat und Propylencarbonat und Bischloroformiate wie 2,2- Dimethylpropylenbischloroformiat. Ferner sind im Stand der Technik weitere Hydrophobierungsverfahren bekannt, z. B. für Polyethylenimin in der WO 2004/087226 oder Polyvinylamin in WO 97/42229 und WO 03/099880.
Hydrophobe Polyethylenimine können dabei auch aus Polymeren bestehen, die aus Ethylenimin- Einheiten und Polyamidoaminen durch Pfropfen hergestellt wurden. Gepfropfte Polyamidoamine sind zum Beispiel aus der US-A-4 144 123 oder DE-B- 24 34 816 bekannt.
Hydrophobe Polyalkylenpolyamine sind Verbindungen, die mindestens 3 basische Stickstoffatome im Molekül enthalten, zum Beispiel Diethylentriamin, Dipropylentriamin, Triethylentetramin, Tripropylentetramin, Tetraethylenpentamin, Pentaethylenhexamin, N-(2-Aminoethyl)-1 ,3-propandiamin und N,N'-Bis(3- aminopropyl)ethylendiamin. Auch diese Verbindungen können durch Copolymerisation oder Pfropfung auf die erfindungsgemäße Hydrophobizität eingestellt werden.
Ferner bevorzugt sind hydrophobe Polyvinylamine, die Homo- oder Copolymerisate von N-Vinylcarbonsäureamiden, die zumindest teilweise verseift sind. Die Polyvinylamine können unvernetzt oder vernetzt vorliegen, quarternisiert und/oder durch Umsetzung mit Alkylenoxiden, Dialkyl- oder Alkylencarbonaten oder d- bis Cö-Carbonsäuren modifiziert sein.
Weiterhin kann es sich bei den hydrophoben kationischen Polyelektrolyten um Verbindungen handeln, die aus den folgenden Monomeruntereinheiten hergestellt sind: 2-Aminoethylacrylat, 2-Aminoethylmethaacrlyat, Dimethylaminoethylacrylat (DMAEA), Dimethylaminopropylacrylat, Propensäure-2-(dimethylamino)propylester, Dimethylaminobutylacrylat, Diethylaminoethylacrylat, Diethylaminopropylacrylat, Propensäure-2-(diethylamino)propylester, Diethylaminobutylacrylat, Dipropylaminoethylacrylat, Dipropylaminopropylacrylat, 2-Propensäure-2- (dipropylamino)propylester, Dipropylaminobutylacrylat, 2-(Morpholin-4-yl)ethylacrylat, 2-(Morpholin-4-yl)propylacrylat, Propensäure-2-(morpholin-4-yl)propylester, 2- (Morpholin-4-yl)butylacrylat, 2-(Pyrrolidin-1 -yl)ethylacrylat, 2-(Pyrrolid-1 - yl)propylacrylat, Propensäure-2-(pyrrolidin-1 -yl)propylester,
Dimethylaminoethylmethacrylat (DMAEM), Dimethylaminopropylmethacrylat, Methacrylsäure-2-(dimethylamino)propylester, Dimethylaminobutylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminopropylmethacrylat, Methacrylsäure-2- (diethylamino)propylester, Diethylaminobutylmethacrylat, Dipropylaminoethylmethacrylat, Dipropylaminopropylmethacrylat, Methacrylsäure-2- (dipropylamino)propylester, Dipropylaminobutylmethacrylat, Methacrylsäure-2- (Morpholin-4-yl)ethylester, Methacrylsäure-2-(Morpholin-4-yl)propylester, Methacrylsäure-2-(morpholino)ethylpropylester, Methacrylsäure-2-(Morpholin-4- yl)butylester, Methacrylsäure-2-(pyrrolidin-1 -yl)ethylester, Methacrylsäure-2- (pyrrolidin-1 -yl)propylester, Methacrylsäure-2-(pyrrolidin-1 -yl)ethylester,
Methacrylsäure-2-(pyrrolidin-1 -yl)butylester, Dimethylaminoethylacrylannid, Dimethylaminopropylacrylamid, N-[2-(Dimethylannino)propyl]acrylannid, Dimethylanninobutylacrylannid, Diethylaminoethylacrylannid, Diethylaminopropylacrylamid, N-[2-(Diethylamino)proply]acrylannid, Diethylaminobutylacrylannid, Dipropylaminoethylacrylamid, Dipropylaminopropylacrylamid, N-[2-(dipropylamino)propyl]acrylannid, Dipropylaminobutylacrylannid, N-[2-N-(Morpholin-4-yl)ethyl]acrylannid, N-[2- (Morpholin-4-yl)propyl]acrylannid, N-[2-(morpholin-4-yl)propyl)]acrylannid, N-[2- (Morpholin-4-yl)butyl]acrylannid, N-[2-(Pyrrolidin-1 -yl)ethyl]acrylamid, N-[2-(Pyrrolidin- 1 -yl)propyl]acrylamid, N-[2-(Pyrrolindin-1 -yl)propyl)]acrylamid und/oder N-[2- (Pyrrolidin-1 -yl)butyl]acrylamid. Die Aminoeinheiten können weiterhin alkyliert werden (hydrophobisiert bzw. hydrophobiert) werden. Auch quarternisierte Aminogruppe können hergestellt werden. Bevorzugt ist Dimethylaminoethylacrylat (DMAEA) oder Dimethylaminoethylmethacrylat (DMAEM) sowie deren quarternisierte Form.
Ferner ist Cetylacetyl(imidazol-4-ylmethyl)polyethylenimine bevorzugt.
Weitere Verbindungen, die zur Herstellung hydrophober kationischer Polyelektrolyte geeignet sind, sind beispielsweise Verbindungen mit primären, sekundären und tertiären Aminen, wie z. B. niedere Alkylamine, wie Methylamin, Ethylamin, Propylamin, iso-Propylam, Butylamin, Pentylamin, Hexylamin, Heptylamin, Octylamin, Dimethylamin, Diethylamin, Dipropylamin t-Butylamin, Procain, Ethanolamin, Arylalkylamine, wie Dibenzylamin und N,N-Dibenzylethylendiamin, Heterocyclische Amine umfassend N-Alkylpyrrolidin, wie N-Methylpyrrolidin, N- Ethypyrrolidin, N-Propyl Pyrrolidin, N-Alkylpiperidine, wie N-Methylpiperidin, N- Ethylpiperidin, N-Propylpiperidin, Cycloalkylamine wie Cyclopentylamin, N- Methylpentylamin, N-Ethylcyclopentanamin, Dicyclopentylamin, Cyclohexylamin, N- Methylcyclohexanamin, N-Ethylcyclopentanamin, Dicyclohexylamin oder N- Cyclopentyl-cyclohexanamin.
Besonders bevorzugt sind hydrophobe Verbindungen von Polyamidoamin (PAMAM), Polyethylenimin (PEI) und Polypropyleneimin (PPI). Insbesondere bevorzugt sind hydrophobiertes Polyamidoamin (PAMAM), hydrophobiertes Polyethylenimin (PEI), hydrophobiertes Polypropyleneimin (PPI), sowie hydrophobiertes Polymere und/oder Copolymere enthaltend oder bestehend aus Arginin. Inbesondere bevorzugt sind hydrophobe Verbindungen von Polyamidoamin (PAMAM), Polyethylenimin (PEI) und Polypropyleneimin (PPI), die vorzugsweise, wie hierin beschrieben, modifiziert sind.
Bei der Hydrophobierung der polymeren Vorläufer, d.h. Bildung des hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wie aus Polyaminen bspw. Polyethylenimin (PEI) oder Polyaminosäuren werden bevorzugt mindestens 25%, weiter bevorzugt mindestens 30%, noch weiter bevorzugt mindestens 40% der Aminoprotonen des Ausgangsmaterials durch lineare oder verzweigte Alkyl- Alkenyl-, Alkinyl-, Hydroxyalkyl- oder Alkylcarboxylreste vorzugsweise mit mindestens 6 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise mit mindestens 8 Kohlenstoffatomen, weiterhin bevorzugt mit mindestens 10 Kohlenstoffatomen, noch weiter bevorzugt mit mindestens 12 Kohlenstoffatomen, noch weiter bevorzugt mit mindestens 14 Kohlenstoffatomen und noch weiter bevorzugt mit mindestens 16 Kohlenstoffatomen ersetzt.
Vorzugsweise ist unter Hydrophobierung der Alkylierungsgrad zu verstehen. Dabei ist der Alkylierungsgrad vorzugsweise das Verhältnis des eingesetzten Alkylierungsreagenz zur Anzahl der primären Amine und/oder sekundären und/oder tertiären Amine mehr bevorzugt das Verhältnis des eingesetzten Alkylierungsreagenz zur Anzahl der primären Amine und/oder sekundären und am meisten bevorzugt das Verhältnis des eingesetzten Alkylierungsreagenz zur Anzahl der primären Amine. Besonders bevorzugt ist ein Alkylierungsgrad 1 - 100%, vorzugsweise von 10 - 100%, mehr bevorzugt von 20 - 100%, mehr bevorzugt von 30 - 100%, mehr bevorzugt von 40 - 100%, noch mehr bevorzugt von 50 - 100%, noch mehr bevorzugt von 60 - 100%, noch mehr bevorzugt von 70 - 100%, noch mehr bevorzugt von 80 - 100% und weiterhin bevorzugt von 90- 100%.
Besonders bevorzugt wird das mindestens eine Polyelektrolyt ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Polybenzlyamin, Polyvinylpyrrolidin, Polyvinylpiperidin, Polyvinylimidazol, Polyvinylpyridin, Polyvinylamin, Polyvinylguanidin, Polyvinylamidin, Polyallylamin, Polyallylguanidin, Diallyl, Polydiallyldimethylammoniumsalz (PDADMA-Salz), Hexadimethrinbromid (Polybren), Poly[bis(2-chloroethyl) ether-a/M ,3-bis[3-(dimethylamino)propyl]urea] und Copolymere aus den zuvor genannten Polymeren, wobei die Polyelektrolyten vorzugsweise hydrophobiert sind.
Aktive und supportive Verbindungen
Unter den Begriffen „aktive Verbindung", bzw. „supportive Verbindung" sind molekulare Verbindungen gemeint, die einen bekannten Wirkeffekt in biologischen Systemen aufweisen bzw. einen Effekt auf biologische Systeme hervorrufen können. Dabei handelt es sich bei den hierin gemeinten aktiven Verbindungen bevorzugt um molekulare Verbindungen, die als medizinische Wirkstoffe bekannt sind. Die bevorzugten supportiven Verbindungen sind beispielsweise solche Verbindungen, die eine Freisetzung der aktiven Verbindungen regulieren und/oder einen Einfluss auf deren Beständigkeit haben, bzw. einen Einfluss auf die Degradation der Beschichtung ausüben und/oder biologische Effekte haben.
Prinzipiell können alle Verbindungen, die sich mit einem der erfindungsgemäßen hydrophoben kationische Polyelektrolyte formulieren bzw. verbinden lassen, verwandt werden.
Eine Formulierung kann dabei auch mit einer Carbonsäure erfolgen und eine geeignete Substanz, wie ein aktiver Wirkstoff oder eine supportive Verbindung, einem der hydrophoben kationischen Polyelektrolyte hinzugemischt oder auf eine erfolgte Beschichtung abgeschieden werden.
Derartige Verbindungen können aber auch an hydrophobe anionische Elektrolyte/Polyelektrolyte elektrostatisch gebunden werden und zusammen mit diesen auf einer Schicht eines hydrophoben kationischen Polyelektrolyts abgeschieden werden oder während des Abscheidungsprozesses zusammen mit diesem abgeschieden werden.
Vorzugsweise handelt es sich bei den aktiven Verbindung um einen antiproliferativen, antiinflammatorischen, antimigrativen, antiphlogistischen, antiangiogenen, cytostatischen, cytotoxischen, antirestenotischen, antineoplastischen, antibakteriellen und/oder antimykotischen Wirkstoff.
Als antiproliferative, antiinflammatorische, antimigrative, antiphlogistische, antiangiogene, cytostatische, cytotoxische, antirestenotischen, antineoplastische, antibakterielle und/oder antimykotische Wirkstoffe können bevorzugt eingesetzt werden: Abciximab, Acemetacin, Acetylvismion B, Aclarubicin, Ademetionin, Adriamycin, Aescin, Afromoson, Akagerin, Aldesleukin, Amidoron, Aminoglutethemid, Amsacrin, Anakinra, Anastrozol, Anemonin, Anopterin, Antimykotika, Antithrombotika, Apocymarin, Argatroban, Aristolactam-All, Aristolochsäure, Ascomycin, Asparaginase, Aspirin, Atorvastatin, Auranofin, Azathioprin, Azithromycin, Baccatin, Bafilomycin, Basiliximab, Bendamustin, Benzocain, Berberin, Betulin, Betulinsäure, Bilobol, Bisparthenolidin, Bleomycin, Bombrestatin, Boswellinsäuren und ihre Derivate, Bruceanole A, B und C, Bryophyllin A, Busulfan, Antithrombin, Bivalirudin, Cadherine, Camptothecin, Capecitabin, o- Carbamoylphenoxyessigsäure, Carboplatin, Carmustin, Celecoxib, Cepharantin, Cerivastatin, CETP-Inhibitoren, Chlorambucil, Chloroquinphosphat, Cictoxin, Ciprofloxacin, Cisplatin, Cladribin, Clarithromycin, Colchicin, Concanamycin, Coumadin, C-Type Natriuretic Peptide (CNP), Cudraisoflavon A, Curcumin, Cyclophosphamid, Cyclosporin A, Cytarabin, Dacarbazin, Daclizumab, Dactinomycin, Dapson, Daunorubicin, Diclofenac, 1 ,1 1 -Dimethoxycanthin-6-on, Docetaxel, Doxorubicin, Dunaimycin, Epirubicin, Epothilone A und B, Erythromycin, Estramustin, Etobosid, Everolimus, Filgrastim, Fluroblastin, Fluvastatin, Fludarabin, Fludarabin-5'- dihydrogenphosphat, Fluorouracil, Folimycin, Fosfestrol, Gemcitabin, Ghalakinosid, Ginkgol, Ginkgolsäure, Glykosid 1 a, 4-Hydroxyoxycyclophosphamid, Idarubicin, Ifosfamid, Josamycin, Lapachol, Lomustin, Lovastatin, Melphalan, Midecamycin, Mitoxantron, Nimustin, Pitavastatin, Pravastatin, Procarbazin, Mitomycin, Methotrexat, Mercaptopurin, Thioguanin, Oxaliplatin, Irinotecan, Topotecan, Hydroxycarbamid, Miltefosin, Pentostatin, Pegasparase, Exemestan, Letrozol, Formestan, Mitoxanthrone, Mycophenolatmofetil, ß-Lapachon, Podophyllotoxin, Podophyllsäure-2-ethylhydrazid, Molgramostim (rhuGM-CSF), Peginterferon a-2b, Lanograstim (r-HuG-CSF), Macrogol, Selectin (Cytokinantagonist), Cytokininhibitoren, COX-2-lnhibitor, Angiopeptin, monoklonale Antikörper, die die Muskelzellproliferation hemmen, bFGF-Antagonisten, Probucol, Prostaglandine, 1 - Hydroxy-1 1 -Methoxycanthin-6-on, Scopolectin, NO-Donoren,
Pentaerythrityltetranitrat und Syndnoeimine, S-Nitrosoderivate, Tamoxifen, Staurosporin, ß-Estradiol, a-Estradiol, Estriol, Estron, Ethinylestradiol, Medroxyprogesteron, Estradiolcypionate, Estradiolbenzoate, Tranilast, Kamebakaurin und andere Terpenoide, die in der Krebstherapie eingesetzt werden, Verapamil, Tyrosin-Kinase-Inhibitoren (Tyrphostine), Paditaxel und dessen Derivate, 6-a-Hydroxy-Paclitaxel, Taxotere, Mofebutazon, Lonazolac, Lidocain, Ketoprofen, Mefenaminsäure, Piroxicam, Meloxicam, Penicillamin, Hydroxychloroquin, Natriumaurothiomalat, Oxaceprol, ß-Sitosterin, Myrtecain, Polidocanol, Nonivamid, Levomenthol, Ellipticin, D-24851 (Calbiochem), Colcemid, Cytochalasin A-E, Indanocine, Nocadazole, Bacitracin, Vitronectin-Rezeptor Antagonisten, Azelastin, Guanidylcyclase-Stimulator Gewebsinhibitor der Metallproteinase-1 und 2, freie Nukleinsäuren, Nukleinsäuren in Virenüberträger inkorporiert, DNA- und RNA- Fragmente, Plaminogen-Aktivator lnhibitor-1 , Plasminogen-Aktivator lnhibitor-2, Antisense Oligonucleotide, VEGF-lnhibitoren, IGF-1 , Wirkstoffe aus der Gruppe der Antibiotika, Cefadroxil, Cefazolin, Cefaclor, Cefotixin Tobramycin, Gentamycin, Penicilline, Dicloxacillin, Oxacillin, Sulfonamide, Metronidazol, Enoxoparin, Heparin, Hirudin, PPACK, Protamin, Prourokinase, Streptokinase, Warfarin, Urokinase, Vasodilatoren, Dipyramidol, Trapidil, Nitroprusside, PDGF-Antagonisten, Triazolopyrimidin, Seramin, ACE-Inhibitoren, Captopril, Cilazapril, Lisinopril, Enalapril, Losartan, Thioproteaseinhibitoren, Prostacyclin, Vapiprost, Interferon a, ß und Y, Histaminantagonisten, Serotoninblocker, Apoptoseinhibitoren, Apoptoseregulatoren, Halofuginon, Nifedipin, Paracetamol, Dexpanthenol, Clopidogrel, Acetylsalicylsäurederivate, Streptomycin, Neomycin, Framycetin, Paromomycin, Ribostamycin, Kanamycin, Amikacin, Arbekacin, Bekanamycin, Dibekacin, Spectinomycin, Hygromycin B, Paromomycinsulfat, Netilmicin, Sisomicin, Isepamicin, Verdamicin, Astromicin, Apramycin, Geneticin., Amoxicillin, Ampicillin, Bacampicillin, Pivmecillinam, Flucloxacillin, Mezlocillin, Piperacillin, Azlocillin, Temocillin, Ticarcillin, Amoxicillin, Clavulansäure, Ampicillin, Sulbactam, Piperacillin, Tazobactam, Sulbactam, Cefamandol, Cefotiam, Cefuroxim, Cefmenoxim, Cefodizim, Cefoperazon, Cefotaxim, Ceftazidim, Cefsulodin, Ceftriaxon, Cefepim, Cefpirom, Cefoxitin, Cefotetan, Cefalexin, Cefuroxim Axetil, Cefixim, Cefpodoxim, Ceftibuten, Imipenem, Meropenem, Ertapenem, Doripenem, Aztreonam, Spiramycin, Azithromycin, Telithromycin, Quinopristin, Dalfopristin, Clindamycin, Tetracyclin, Doxycyclin, Minocyclin, Trimethoprim, Sulfamethoxazol, Sulfametrol, Nitrofurantoin, Lomefloxacin, Norfloxacin, Ciprofloxacin, Ofloxacin, Fleroxacin, Levofloxacin, Sparfloxacin, Moxifloxacin, Vancomycin, Teicoplanin, Linezolid, Daptomycin, Rifampicin, Fusidinsäure, Fosfomycin, Trometamol, Chloramphenicol, Metronidazol, Colistin, Mupirocin, Bacitracin, Neomycin, Fluconazol, Itraconazol, Voriconazol, Posaconazol, Amphotericin B, 5- Flucytosin, Caspofungin, Anidulafungin, Tocopherol Tranilast, Molsidomin, Teepolyphenole, Epicatechingallat, Epigallocatechingallat, Leflunomid, Etanercept, Sulfasalazin, Etoposid, Dicloxacyllin, Tetracyclin, Triamcinolon, Mutamycin, Procainimid, Retinolsäure, Quinidin, Disopyrimid, Flecainid, Propafenon, Sotolol, natürliche und synthetisch hergestellte Steroide, Inotodiol, Maquirosid A, Ghalakinosid, Mansonin, Streblosid, Hydrocortison, Betamethason, Dexamethason, nichtsteroidale Substanzen (NSAIDS), Fenoporfen, Ibuprofen, Indomethacin, Naproxen, Phenylbutazon, antivirale Agentien, Acyclovir, Ganciclovir, Zidovudin, Clotrimazol, Flucytosin, Griseofulvin, Ketoconazol, Miconazol, Nystatin, Terbinafin, antiprozoale Agentien, Chloroquin, Mefloquin, Quinin, natürliche Terpenoide, Hippocaesculin, Barringtogenol-C21 -angelat, 14-Dehydroagrostistachin, Agroskerin, Agrostistachin, 17-Hydroxyagrostistachin, Ovatodiolide, 4,7- Oxycycloanisomelsäure, Baccharinoide B1 , B2, B3 und B7, Tubeimosid, Bruceantinoside C, Yadanzioside N, und P, Isodeoxyelephantopin, Tomenphantopin A und B, Coronarin A,B,C und D, Ursolsäure, Hyptatsäure A, Iso-Iridogermanal. Maytenfoliol, Effusantin A, Excisanin A und B, Longikaurin B, Sculponeatin C, Kamebaunin, Leukamenin A und B, 13,18-Dehydro-6-alpha-Senecioyloxychaparrin, Taxamairin A und B, Regenilol, Triptolid, Cymarin, Hydroxyanopterin, Protoanemonin, Cheliburinchlorid, Sinococulin A und B, Dihydronitidin, Nitidinchlorid, 12-beta-Hydroxypregnadien 3,20-dion, Helenalin, Indicin, Indicin-N-oxid, Lasiocarpin, Inotodiol, , Podophyllotoxin, Justicidin A und B, Larreatin, Mallotehn, Mallotochromanol, Isobutyrylmallotochronnanol, Maquirosid A, Marchantin A, Maytansin, Lycoridicin, Margetin, Pancratistatin, Liriodenin, Bispsrthenolidin, Oxoushinsunin, Periplocosid A, Ursolsäure, Deoxypsorospermin, Psycorubin, Ricin A, Sanguinarin, Manwuweizsaure, Methylsorbifolin, Sphatheliachronnen, Stizophyllin, Mansonin, Streblosid, Dihydrousambaraensin, Hydroxyusamba n, Strychnopentamin, Strychnophyllin, Usambahn, Usambarensin, Liriodenin, Oxoushinsunin, Daphnoretin, Lariciresinol, Methoxylariciresinol, Syringaresinol, Sirolimus (Rapamycin) und dessen Derivate wie Biolimus A9, Everolimus, Myolimus, Novolimus, Pimecrolimus, Ridaforolimus, Deoxorapamycin, Tacrolimus FK 506, Temsirolimus und Zotarolimus., Somatostatin, Tacrolimus, Roxithromycin, Troleandomycin, Simvastatin, Rosuvastatin, Vinblastin, Vincristin, Vindesin, Teniposid, Vinorelbin, Tropfosfamid, Treosulfan, Tremozolomid, Thiotepa, Tretinoin, Spiramycin, Umbelliferon, Desacetylvismion A, Vismion A und B,Zeorin. und schwefelhaltige Aminosäuren wie Cystin sowie Salze, Hydrate, Solvate, Enantiomere, Racemate, Enantiomerengemische, Diastereomerengemische; Metaboliten, Prodrugs und Mischungen der vorgenannten Wirkstoffe.
Bevorzugte aktive Verbindungen sind beispielsweise Heparin, ASS, Ramipril, Trapidil, Batroxobin, Corticoide, wie Dexamethason oder 17-ß-Östradiol, m-TOR- Inhibitoren, wie Rapamycin (Sirolimus, Everolimus, Tarcolimus, Zotarolimus, Biolimus), Taxole, wie Paclitaxel.
Bevorzugte supportive Verbindungen sind beispielsweise Cholesterin, Angiopeptin, VEGF, PEG, Kollagen, Hyaluronsäure und ihre Derivate, Antioxidantien, Vitamine, wie Calciferol oder Carotinoide. Ferner Nitrofettsauren, wie hierin beschrieben. Des Weiteren Phospholipide, die Nitrofettsauren, wie hierin beschrieben, als Alkylsubstituent tragen. Dabei können eine oder beide Alkylketten durch eine Nitrofettsäure substituiert sein.
Carbonsäuren
Carbonsäuren sind organische Verbindungen, die eine oder mehrere Carboxylgruppen tragen. Man unterscheidet zwischen aliphatischen, aromatischen und heterocyclischen Carbonsäuren. Aliphatische Formen der Carbonsäuren, auch Alkansäuren genannt, sind Fettsäuren und werden im folgenden Absatz weiter aufgeführt.
Fettsäuren
Im Allgemeinen sind Fettsäuren aliphatische Kohlenstoffketten mit einer Carboxylsäuregruppe. Die Kohlenstoffatome können mit Einfachbindungen (gesättigte Fettsäuren) verknüpft sein oder mit Doppelbindungsbrücken (ungesättigte Fettsäuren), diese Doppelbindungen können in einer eis- oder trans-Konfiguration vorliegen. Gemäß der Definition hierin werden als Fettsäuren derartige Verbindungen, die mehr als 4 konsekutive Kohlenstoffatome neben der Carboxylgruppe aufweisen, als Fettsäuren bezeichnet. Beispiele für lineare gesättigte Fettsäuren sind Nonancarbonsäure (Caprinsäure), Dodecansäure (Laurinsäure), Tetradecansäure (Myristinsäure), Hexadecansäure (Palmitinsäure), Octadecansäure (Stearinsäure), n-Eicosansäure (Arachinsäure) und n- Docosansäure (Behensäure).
Beispiele für mono-olefine Fettsäuren sind Myristoleinsäure, Palmetoleinsäure, Petroselinsäure, Ölsäure, Elaidinsäure, Godeleinsäure und die Erucasäure. Beispiele für polyolefine Fettsäuren sind Linolsäure, Linolensäure, Punicinsäure, Arachidonsäure und Nervonsäure.
Fettsäuren können auch funktionelle Gruppen tragen, wie z. B. die Vernolsäure, Rizinolsäure und die Lactobacillsäure. Zu den funktionellen Gruppen hierin gehören auch endständigen cyklischen Kohlenstoffreste.
Als Beispiele für den hierin verwendeten Begriff "Fettsäuren" sollen beispielweise folgenden Verbindungen aufgeführt werden: Hexansäure, Octansäure, Decansäure, Dodecansäure, Tetradecansäure, Hexadecansäure, Heptadecansäure, Octadecansäure, Eicosansäure, Docosansäure, Tetracosansäure, cis-9- Tetradecensäure, cis-9-Hexadecensäure, cis-6-Octadecensäure, cis-9- Octadecensäure, cis-1 1 -Octadecensäure, cis-9-Eicosensäure, cis-1 1 -Eicosensäure, cis-13-Docosensäure, cis-15-Tetracosensäure, t9-Octadecensäure, t1 1 - Octadecensäure, t3-Hexadecensäure, 9,12-Octadecadiensäure, 6,9,12- Octadecatriensäure, 8,1 1 ,14-Eicosatriensäure, 5,8,1 1 ,14-Eicosatetraensäure, 7,10,13,16-Docosatetraensäure, 4,7,10,13,16-Docosapentaensäure, 9,12,15- Octadecatriensäure, 6,9,12,15-Octadecatetraensäure, 8,1 1 ,14,17-
Eicosatetraensäure, 5,8,1 1 ,14,17-Eicosapentaensäure, 7,10,13,16,19-
Docosapentaensäure, 4,7,10,13,16,19-Docosahexaensäure, 5,8,1 1 -
Eicosatriensäure, 9c1 1t13t-Eleostearinsäure, 8t10t12c-Calendulasäure, 9c1 1t13c- Catalpinsäure, 4,7,9,1 1 ,13,16,19-Docosaheptadecansäure, Taxoleinsäure, Pinolensäure, Sciadonsäure, 6-Octadecinsäure, t1 1 -Octadecen-9-insäure, 9- Octadecinsäure, 6-Octadecen-9-insäure, t10-Heptadecen-8-insäure, 9-Octadecen- 12-insäure, t7,t1 1 -Octadecadien-9-insäure, t8,t10-Octadecadien-12-insäure, 5,8,1 1 ,14-Eicosatetrainsäure, Retinsäure, Isopalmitinsäure, Pristansäure, Phytansäure, 1 1 ,12-Methylen-Octadecansäure, 9,10-Methylen-Hexadecansäure, Coronarinsäure, (R,S)-Liponsäure, (S)-Liponsäure, (R)-Liponsäure, 6,8(methylsulfanyl)-Oktansäure, 4,6-bis(methylsulfanyl)-Hexansäure, 2,4- bis(methylsulfanyl)-Butansäure, 1 ,2-Dithiolan-Carboxylsäure, (R,S)-6,8-Dithian- Oktansäure, (S)-6,8-Dithian-Oktansäure, Taririnsäure, Santalbinsäure, Stearolsäure, 6,9-Octadeceninsäure, Pyrulinsäure, Crepeninsäure, Heisterinsäure, t8,t10- Octadecadien-12-insäure, ETYA, Cerebronsäure, Hydroxynervonsäure, Ricinoleinsäure, Lesquerolinsäure, Brassylinsäure, und Thapsinsäure, Phytinsäure, Sinapinsäure, Zimtsäure, und Trihydroxybenzoesäure.
Nitrocarbonsäuren
Die erfindungsgemäß verwendbaren Nitrocarbonsäuren, die hierin synonym auch als Nitrofettsäuren oder„nitrierte Fettsäuren" bezeichnet werden, enthalten mindestens eine Carbonsäure-Einheit und eine C-NO2-Einheit (Bindung zwischen Kohlenstoff und Stickstoff), und entsprecht vorzugsweise der allgemeinen Formel X:
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In der Formel (X) steht der Rest R * für Wasserstoff.
Wie in der allgemeinen Formel (X) angegeben, enthält die Verbindung mindestens eine Nitro- (-NO2) - Gruppe, die an eines der Kohlenstoffatome der Kohlenstoffkette gebunden ist. Die in der allgemeinen Formel (X) dargestellte Nitrogruppe hat keine spezifische Position, sie kann an irgendeines der Kohlenstoffatome (a bis co) der Alkylkette, d.h. der Kohlenstoffatomkette, gebunden sein. Am meisten bevorzugt ist, wenn die Nitrogruppe oder die Nitrogruppen an eine Vinyleinheit der ungesättigten Alkylkette einer ungesättigten Carbonsäure gebunden ist/sind. Das bedeutet, dass die Nitrogruppe (n) am meisten bevorzugt an einer Doppelbindung in der ungesättigten Alkylkette der ungesättigten Carbonsäure gebunden ist. Es ist jedoch möglich, dass die Kohlenstoffatomkette, die als Alkylkette bezeichnet werden kann, mehr als eine Nitrogruppe enthalten kann. Darüber hinaus kann die Kohlenstoffatomkette auch Doppelbindungen und / oder Dreifachbindungen enthalten und kann linear oder verzweigt sein und weitere Substituenten enthalten, die als Substituenten S1 bis S20 definiert sind. So bezieht sich der Begriff "Alkylkette" nicht nur auf lineare und gesättigte Alkylgruppen, sondern bezieht sich auch auf mono-ungesättigte, mehrfach ungesättigte, verzweigte und weiter substituierte Alkylgruppen oder Alkenylgruppen bzw. Alkinylgruppen. Bevorzugt sind die mono-, di- und poly-ungesättigten Kohlenstoffatomketten der ungesättigten Carbonsäuren (einschließlich ungesättigter Carbonsäureester). Am meisten bevorzugt sind Doppelbindungen in der Kohlenstoffatomkette der Carbonsäure, während Dreifachbindungen und gesättigte Kohlenstoffatomketten der ungesättigten Carbonsäure weniger bevorzugt sind. So bezieht sich die Kohlenstoffatomkette auf eine Alkylkette, an die mindestens eine Nitrogruppe gebunden ist, die aus 1 bis 40 Kohlenstoffatomen besteht, wobei diese Alkylkette eine oder mehrere Doppel- und / oder eine oder mehrere Dreifachbindungen enthalten kann und cydisch sein kann und / oder durch eine oder mehrere Nitrogruppen und / oder einen oder mehrere Substituenten S1 - S20 substituiert sein können. Wenn der Begriff„ Alkyl "unklar ist, aufgrund der Tatsache, dass eine Alkylgruppe gesättigt ist und keine Doppel- oder Dreifachbindungen enthält, wird die folgende Definition bereitgestellt: der Begriff
Kohlenstoffatomkette bezieht sich auf eine Alkylkette oder Alkenylkette oder Alkinylkette, an die mindestens eine Nitrogruppe gebunden ist, die aus 1 bis 40 Kohlenstoffatomen besteht, wobei diese Alkylkette cydisch sein kann und durch eine oder mehrere Nitrogruppen substituiert sein kann und / oder einen oder mehrere Substituenten S1 - S20 enthält, die Alkenylkette eine oder mehrere Doppelbindungen und kann cydisch sein und durch eine oder mehrere Nitrogruppen und / oder einen oder mehrere Substituenten S1 - S20 substituiert sein und die Alkinylkette enthält eine oder mehr Dreifachbindungen und können cydisch sein und durch eine oder mehrere Nitrogruppen und / oder einen oder mehrere Substituenten S1 - S20 substituiert sein. Der Ausdruck "kann durch eine oder mehrere Nitrogruppen substituiert werden", ist so zu verstehen, dass eine oder mehrere Nitrogruppen an der Kohlenstoffatomkette zusätzlich zu der einen Nitrogruppe vorhanden sein können, die notwendigerweise erforderlich und explizit erwähnt und bezeichnet ist in der allgemeinen Formel (X). Der Begriff "Kohlenstoffatomkette" bezieht sich auf eine Alkylkette, die gesättigt ist oder die eine oder mehrere Doppelbindungen und / oder Dreifachbindungen enthalten kann oder sich auf eine Alkylkette bezieht (nur gesättigte Kohlenstoffatomketten sind dabei gemeint), Alkenylkette oder Alkinylkette, an denen mindestens eine Nitrogruppe gebunden ist, die die Nitrogruppe ist, die explizit gezeichnet und in der allgemeinen Formel (X) erwähnt wird. Die Kohlenstoffatomkette enthält vorzugsweise 1 bis 10, besonders bevorzugt 1 bis 5 Doppelbindungen oder Vinylreste. Die Kohlenstoffatomkette besteht aus 1 bis 40 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 2 bis 30 Kohlenstoffatomen und besonders bevorzugt 4 bis 24 Kohlenstoffatomen, wobei diese Alkylkette eine oder mehrere Doppel- und / oder eine oder mehrere Dreifachbindungen enthalten kann und / oder substituiert sein kann durch eine oder mehrere Nitrogruppen und / oder einen oder mehrere Substituenten S1 - S20.
Erfindungsgemäß sind eine bevorzugte Untergruppe von Nitrocarbonsäuren ungesättigte Nitrocarbonsäuren. Erfindungsgemäß können sowohl eis- als auch trans-lsomere sowie (abhängig von den Substituenten, die chirale Zentren erzeugen können) Enantiomere, Diastereomere und deren Racemate eingesetzt werden. Die Nitrogruppe kann an jede mögliche Position der Kohlenstoffkette gebunden werden. Bevorzugte ungesättigte Nitrocarbonsauren sind: Nitro-cis-9-tetradecensäure (Nitromyristoleinsäure), Nitro-cis-9-hexadecensäure (Nitropalmitoleinsäure), Nitro-cis- 6-hexadecensäure (Nitrosalpensäure), Nitro-cis-6 (Nitropetroselinsäure), Nitro-cis-9- octadecensäure (Nitrooleinsäure), Nitro-trans-9-octadecensäure, trans-9-Nitro-9- octadecensäure, trans-10-Nitro-9-octadecensäure, cis-9-Nitro-9-octadecensäure, cis- 10-Nitro-9-octadecenoyl, trans-10-Nitro-8-octadecensäure, trans-9-Nitro-10- octadecensäure, cis-10-Nitro-8-octadecensäure, cis-9-Nitro-10-octadecensäure, 9,10-Dinitro-octadecensäure,Nitro-cis-1 1 -octadecensäure (Nitrovaccensäure), Nitro- cis-9-eicosensäure (Nitrogadolinsäure), Nitro-cis-1 1 -eicosensäure
(Nitrogondonsäure), Nitro-cis-13-docosensäure (Nitroerucinsäure), Nitro-cis-15- tetracosensäure (Nitronervonsäure), Nitro-t9-octadecensäure (Nitroelaidinsäure), Nitro-t1 1 (Nitro-t-Vaccensäure), Nitro-t3-hexadecensäure, Nitro-3,12- octadecadiensäure (Nitrolinoleinsäure), Nitro-6,9,12-octadecatriensäure (Nitro-γ- linolensäure) , Nitro-8,1 1 ,14-eicosatriensäure (Nitrodihomo-y-linolensäure), Nitro- 5,8,1 1 ,14-eicosatriensäure (Nitroarachidonsäure), Nitro-7,10,13,16- docosatetraensäure, Nitro-4,7, 10,13,16-Docosapentaensäure, Nitro-9,12,15- octadecatriensäure (Nitro-a-linolensäure), Nitro-6,9,12,15-octadecatetraensäure (Nitrostearidonsäure), nitro-8,1 1 , 14,17-Eicosatetraensäure, Nitro-5,8,1 1 ,14,17- eicosapentaensäure (nitro-EPA), Nitro-7,10,13,16,19-docosapentaensäure (nitro- DPA), Nitro- 4,7,10,13,16,19-Docosahexeinsäure (Nitro-DHA), Nitro-5,8,1 1 - eicosatriensäure (Nitromad-Säure), Nitro-9c 1 1 t 13t-Eleostearinsäure, Nitro-8t-10t- 12c-calendinsäure (Nitrostellaheptaensäure), Nitrotaxolsäure, Nitropinolensäure, Nitrosciadonsäure, Nitro-6-octadecinsäure (Nitrotarinsäure), Nitrosaxinsäure, Nitrosaxinsäure, Nitropinolsäure, Nitrosacinsäure. Besonders bevorzugt sind die Nitrofettsäuren der Ölsäure. Insbesondere bevorzugt ist Nitro-cis-9-octadecensäure, Nitro-trans-9-octadecensäure oder ein Gemisch aus diesen bzw. trans-9-Nitro-9- octadecensäure, cis-9-Nitro-9-octadecensäure, cis-9-Nitro-10-octadecensäure, und trans-9-Nitro-10-octadecensäure oder Gemische aus diesen.
Beispiele für Nitrocarbonsäuren mit gesättigten Alkylketten sind: Nitrocarbonsäure (Nitrocaprinsäure), Nitrodecansäure (Nitrocaprinsäure), Nitrodecansäure (Nitromyrinsäure), Nitrotetradecansäure (Nitromyrosäure), Nitrohexadecensäure (Nitropalmitinsäure), Nitroheptadecansäure (Nitromargarinsäure), Nitrooctadecansäure (Nitrostearinsäure), Nitrosäure (Nitrorahylsäure), Nitrotocosansäure (Nitrobestersäure), Nitrotetracosansäure (Nitrolignocersäure). Diese und andere gesättigte Nitrocarbonsäuren können 1 , 2, 3, 4, 5 oder 6 weitere Nitrogruppen enthalten und können einen oder mehrere der oben genannten Substituenten S1 -S20 enthalten. Bevorzugt sind jedoch ungesättigte Nitrocarbonsäuren und darüber hinaus sind ungesättigte Nitrocarbonsäuren mit einer oder zwei Nitrogruppen bevorzugt.
Die Konzentration der mindestens einen Nitrocarbonsäure und anderer Wirkstoffe, falls vorhanden, liegt vorzugsweise im Bereich von 0.001 - 500 mg pro cm2, bevorzugt 0.01 - 500 mg pro cm2, bevorzugt 0.1 - 500 mg pro cm2, bevorzugt 1 - 500 mg pro cm2, mehr bevorzugt 0.001 - 450 mg pro cm2, mehr bevorzugt 0.01 - 450 mg pro cm2, mehr bevorzugt 0.1 - 450 mg pro cm2, mehr bevorzugt 1 - 450 mg pro cm2, mehr bevorzugt 0.001 - 400 mg pro cm2, mehr bevorzugt 0.01 - 400 mg pro cm2, mehr bevorzugt 0.1 - 400 mg pro cm2, mehr bevorzugt 1 - 400 mg pro cm2, mehr bevorzugt 0.001 - 300 mg pro cm2, mehr bevorzugt 0.01 - 300 mg pro cm2, mehr bevorzugt 0.1 - 300 mg pro cm2, mehr bevorzugt 1 - 300 mg pro cm2, mehr bevorzugt 0.001 - 200 mg pro cm2, mehr bevorzugt 0.01 - 200 mg pro cm2, mehr bevorzugt 0.1 - 200 mg pro cm2, mehr bevorzugt 1 - 200 mg pro cm2, und weiterhin mehr bevorzugt 10 - 100 mg pro cm2,der vollständig beschichteten Oberfläche des Medizinproduktes vorzugsweise Endoprothese, d.h. die Oberfläche wird unter Berücksichtigung der gesamten Oberfläche berechnet.
Methoden
Verfahren zur Durchführung des Schrittes a):
Aufgabe dieses Verfahrensschrittes ist die Bereitstellung einer Materialoberfläche in einer Form, in der sich diese mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichten lässt. Prinzipiell kann hierfür jedwede Materialoberfläche verwandt werden. So kann es sich bei dem Material beispielsweise um Metall oder eine Metalllegierung, um einen Kunststoff, um eine anorganische Verbindung, wie beispielsweise um Keramik oder Porzellan oder eine Emaillierung oder ein synthetisches Polymer, wie PLA oder ein Biopolymer, wie beispielsweise Cellulose, handeln. Dabei kann es sich um beständige bis hin zu vollständig auflösbaren Materialien handeln. Das Material kann geschlossen oder offenporig bzw. texturiert, mit glatter bis rauer Oberfläche vorliegen. Auch Verbundwerkstoffe sind geeignet. Die Oberflächen können saugfähig oder nicht tränkbar sein. Es können Oberflächeneigenschaften vorliegen, die zwischen hydrophil oleophob bis lipophil oleophil variieren. Bevorzugt sind Metalle und Metalllegierungen sowie Polymere. Besonders bevorzugt sind Materialien, die leicht korrodierbar und/oder biodegradierbar sind. Bevorzugt sind weiterhin glatte Oberflächen, die hydrophob und/oder lipophil sind.
Bevorzugt sind Oberflächen, die vollständig frei sind von abtragbaren Anhaftungen, Arrosions-/Korrosionsprodukten, wie beispielsweise Hydroxiden, und frei sind von osmotisch aktiven Verbindungen, wie Salze oder Zuckerverbindungen. Bevorzugt sind daher Verfahren zur Oberflächenvorbereitung, wie eine Elektropolitur, ein Ultraschallreinigungsbad oder eine Plasmabehandlung. Bevorzugt ist eine intensive Materialoberflächenreinigung mit nicht korrosiven wässrigen und/oder nicht- wässrigen Reinigungsmitteln bzw. Reinigungsschritten, wie beispielsweise H2O2, Aceton, Alkohole, Dichlormethan. Bevorzugt ist eine Oberflächenpassivierung. Diese kann mit Verfahren aus dem Stand der Technik erfolgen, wie beispielsweise einer Erhitzung eines Materials, das beispielsweise aus einem Metall, Silizium, oder Erdalkalimetall besteht. Bevorzugt ist eine Minimierung von oberflächlichen OH- Gruppen. Bevorzugt ist eine zwischenschichtfreie Materialoberfläche. Bevorzugte Reinigungsmittel sind beispielsweise organische Lösungsmittel, wie Alkohole, Aceton oder Chloroform, ferner Säuren, wie beispielsweise H2SO4, ferner Laugen, wie NaOH oder Oxidationsmittel, wie H2O2. Die Dauer der Exposition und das Reinigungsverfahren sind materialabhängig und können vom Fachmann ermittelt werden. Das Reinigungsergebnis lässt sich durch analytische Verfahren, wie der Elektronenmikroskopie überprüfen.
Verfahren zur Durchführung des Schrittes a1 )
Sofern die Materialoberfläche nicht bereits hydrophobe Oberflächeneigenschaften aufweist, kann in dem optionalen Verfahrensschritt a1 ) eine Oberflächenhydrophobierung der Materialoberfläche erfolgen. Der Begriff „Hydrophobierung" ist dem Fachmann bekannt und bezeichnet generell die Veränderung der Wechselwirkung eines Stoffes oder Materials gegenüber Wasser, wobei die Affinität des Stoffes oder des Materials gegenüber Wasser gesenkt wird. Die Hydrophobizität einer Grenzfläche lässt sich vorzugsweise durch deren Wasserkontaktwinkel angeben. Eine Hydrophobierung der Oberfläche des Materials wird vorzugsweise solange durchgeführt, bis ein Wasserkontaktwinkel von >40°, vorzugweise von >60°, mehr bevorzugt von > 70° und am bevorzugtesten >85° beträgt.
Hierzu sind Verfahren aus dem Stand der Technik bekannt. Diese sind vorzugsweise anzuwenden, wenn die zu beschichtende Oberfläche hydrophile Oberflächeneigenschaften aufweist, d.h. bei einem Wasserkontaktwinkel von < 40°. Bei den Hydrophobierungsverfahren können solche, die eine kovalente Anbindung hydrophober Verbindungen ermöglichen und solche, bei denen eine elektrostatische Anbindung von hydrophoben Verbindungen erfolgt, unterschieden werden. Eine erfindungsgemäße Oberflächenhydrophobierung ist erreicht, wenn ein Wasserkontaktwinkel von > 60° vorliegt. Erfindungsgemäß erfolgt die Hydrophobierung, indem die Oberflächen nicht in Kontakt mit Wasser kommen. Eine kovalente Oberflächenhydrophobierung kann beispielsweise durch Siliziumverbindungen, die beispielsweise Alkan oder Alkylverbindungen tragen und mit OH-Gruppen kondensieren können, erfolgen. Dies kann wasserfrei aus einer Lösungsmittelphase, z. B. t-Butanol oder Diacetonalkohol, erfolgen.
Bevorzugt sind Organosilane, wie n-Octadecyltrimethoxysilan C21 H52O3S1 (ODTMS) oder - n-Octadecyltriethoxysilan C24H 6O3Si (ODTES), sowie bivalente Silane, wie Bis[3-(triethoxysilyl)propyl]tetrasulfid (BTES) und Bis(trimethoxysilylpropyl) oder Aminosilane, wie 3-Aminopropyltriethoxysilan (APTES), aber auch halogenierte Silane, wie Perfluorodecyltrichlorosilane.
Zur Herstellung der Silanisierungslösung werden beispielsweise 2-10% des Silans mit 5% Triethylamin in getrocknetes Toluol gegeben. Die Inkubation der Proben erfolgt beispielsweise über 2,5 Stunden in vorsilanisierten Glasgefäßen bei 75°C. Die Gefäße werden dabei mit einem Probenschüttler bei geringer Umdrehungszahl in Bewegung gehalten. Nach der Inkubation werden die Proben entnommen und mehrmals mit Toluol gespült, um nur schwach haftende Silanmoleküle zu entfernen. Danach werden die Proben mit Druckluft oder im Stickstoffstrom getrocknet und für 1 ,5 Stunden bei 135°C in einem Ofen gelagert.
Für die adsorptive Aufbringung einer Hydrophobierung sind Verbindungen bevorzugt, die eine Affinität gegenüber OH-Gruppen aufweisen. Ferner bevorzugt sind Verbindungen, die im menschlichen Organismus metabolisiert und/oder von ihm wieder ausgeschieden werden und eine geringe Toxizität aufweisen. Bevorzugt sind dabei Dopamin und Polydopamin. Die Aufbringung kann dabei wasserfrei erfolgen, z.B. aus einer Lösung in Methanol.
Ferner stehen weitere Verfahren zur Hydrophobierung zur Verfügung, wie beispielsweise eine Beschichtung mit Parylen. Dabei kann es sich um Parylen C, D, N oder F handelt, das vorzugsweise mittels eines Gasabscheidungsverfahrens vollflächig aufgebracht wird.
Eine andere Möglichkeit der Hydrophobierung besteht durch eine Beschichtung mit halogenierten organischen oder anorganischen Verbindungen, dabei sind die bevorzugten Halogene Fluor, Chlor und Brom. Beispiele sind PTFE oder Chlorparaffine. Derartige Beschichtungen lassen sich ebenfalls über eine Gasphase abscheiden oder in Form einer Schmelze aufbringen.
Der Auftrag der Verbindungen zur Hydrophobierung erfolgt vorzugsweise unter Schutzgasbedingungen und unter den jeweils geeigneten und auf das zu beschichtende Material angepassten Temperaturen. Eine Abscheidung hydrophobierender Verbindungen kann auch durch physiko-chemische Abscheidungsverfahren vorgenommen werden. Bekannte Verfahren sind dabei ein ALD, PVD oder CVD-Verfahren. Vorzugsweise werden mit den Verfahren zur Hydrophobierung monolagige Beschichtungen vorgenommen. Die erfolgreiche Hydrophobierung kann mit bekannten analytischen Verfahren, wie der Wasser-Kontaktwinkelmessung erfolgen. Bevorzugt ist eine Hydrophobierung, die einen Wasserkontaktwinkel von > 60°, weiter bevorzugt vor > 70° und besonders bevorzugt von > 85° bedingt.
Verfahren zur Durchführung des Schrittes b)
Die erfindungsgemäßen hydrophoben kationischen Elektrolyte und Polyelektrolyte sind kohlenstoffbasierte Verbindungen, die eine oder mehr positive Ladungsgruppen aufweisen. Bevorzugt sind Verbindungen, die ein Molekulargewicht zwischen 200 und 500.000 aufweisen, weiter bevorzugt sind solche mit einem Molekulargewicht zwischen 1 .000 und 100.000Da und weiter bevorzugt zwischen 2.000 und 50.000Da. Erfindungsgemäß sind sowohl unverzweigte sowie einfach oder mehrfach verzweigte hydrophobe kationische Elektrolyte und Polyelektrolyte. Verzweigte und mehrfach verzweigte hydrophobe kationische Polyelektrolyte sind dabei bevorzugt. Auch Mischungen von hydrophoben kationischen Elektrolyten und Polyelektrolyten mit unterschiedlicher C-Kettenlänge und/oder Verzweigungsgrad können verwandt werden. Bevorzugt ist eine hydrophobe Eigenschaft der erfindungsgemäß zu verwendenden hydrophoben kationischen Elektrolyte und Polyelektrolyte. Diese kann beispielsweise daran erkannt werden, dass sich die hydrophoben kationischen Elektrolyte oder Polyelektrolyte nach einem Auftrag auf eine Oberfläche nicht wieder mit einem wässrigen Medium ablösen lassen. Weiterhin verleihen sie nach Trocknung der materialoberfläche hydrophobe Eigenschaften, welche mittels Wasserkontaktwinkelmessungen ermittelt werden können. Die dabei hergestellte Hydrophobizität bedingt einen Wasserkontaktwinkel bei einer Messung bei 20°C von vorzugsweise > 70° oder >70°, mehr bevorzugt von > 80° oder >80°, weiter bevorzugt von > 90° oder >90°, weiter bevorzugt von > 100° oder >100° und noch weiter bevorzugt von >1 10° oder >1 10° und am bevorzugtesten von >120° oder >120°. Bevorzugte hydrophobe kationische Elektrolyte und Polyelektrolyte weisen einen Kow von > 0,3 auf, weiter bevorzugt von > 0,8 und noch weiter bevorzugt von > 1 auf. Dabei bedeutet hydrophob nicht, dass sich die hydrophoben kationischen Elektrolyte und Polyelektrolyte nicht auch zu einem Teil in einem wässrigen Medium lösen lassen.
Zur Aufbringung der hydrophoben kationischen Elektrolyte und Polyelektrolyte ist deren Verteilung in einem Lösungsgemisch bevorzugt. Das Lösungsgemisch kann aus einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln bestehen. Bevorzugte Lösungsmittel sind: leicht flüchtige Alkohole, wie Ethanol, Methanol, Isopropylalkohol, aber auch schwer flüchtige Alkohole, wie Polyethylenglykol oder Wachsalkohole oder Polyether, ferner chlorierten Kohlenwasserstoffe, wie Dichlormethan, flüchtige Alkan-, Alken- oder Alkin-Verbindungen in aliphatischer oder zyklischer Form, wie Heptan oder Cyclohexan oder Benzole. Ferner apolare organische Lösungsmittel, wie Toluol oder THF. Grundsätzlich sind alle unpolaren Lösungsmittel geeignet. Als Lösungsmittel können eingesetzt werden: Folgende Alkane einschließlich ihrer Konstitutionsisomere und ihre cyclische Form Pentan, Hexan, Heptan, Octan, Nonan, Decan, Undecan, oder Dodecan, Benzol, Toluol, Xylole, Trimethylbenzol, Ether, halogenierte Lösungsmittel oder Alkohole eingesetzt werden. Im speziellen kann es sich um die folgenden Lösungsmittelhandlen: Cyclopentan, n-Pentan, Cyclohexan, n-Hexan, 2-Methylpentan, 3-Methylpentan, 2,2.Dimethylbutan, 2,3- Dimethylbutan, Cycloheptan, n-Heptan, 2-Methlyhexan, 3-Methylhexan, 2,2,- Dimethylpentan, 2,3-Dimethylpentan, 3,3,-Dimethylpentan, 2,4-Diemethylpentan, 3- Ethylpentan, 2,3,3-Trimethylbutan, Cyclooctan, Cycloocten wie trans-Cycloocten oder cis-Cyclocten, n-Octan, 2-Methylheptan, 3-Methylheptan, 4-Methylheptan, 2,2- Dimethylhexan, 2,3-Dimethylhexan, 2,4- Dimethylhexan, 2,5-Dimethylhexan, 3,3- Dimethylhexan, 3,4-Dimethylhexan, 2,2,3-Trimethylpentan, 2,2,4-Trimethylpentan, 2,3,3-Trimethylpentan, 2,3,4-Trimethylpentan, 3-Ethylhexan, 3-Ethyl-3-methylpentan, 2,2,3,3-Tetramethylbutan, n-Nonan, 2-Methyloctan, 3-Methyloctan, 4-Methyloctan,
2.2- Dimethylheptan, 2,3-Dimethylheptan, 2,4-Dimethylheptan, 2,5-Dimethylheptan, 2,6-Dimethylheptan, 3,3-Dimethylheptan, 3,4-Dimethylheptan, 3,5-Dimethylheptan, 4,4-Dimethylheptan, 3-Ethylheptan, 4-Ethylheptan, 2,2,3-Trimethylhexan, 2,2,4- Trimethylhexan, 2,2,5-Trimethylhexan, 2,3,3-Trimethylhexan, 2,3,4-Trimethylhexan, 2,3,5-Trimethylhexan, 2,4,4-Trimethylhexan, 3,3,4-Trimethylhexan, 3-Ethyl-2- Methylhexan, 4-Ethyl-2-Methylhexan, 3-Ethyl-3-Methylhexan, 4-Ethyl-3-Methylhexan,
2.2.3.3- Tetramethylpentan, 2,2,3,4-Tetramethylpentan, 2,2,4,4-tetramethylpentan,
2.3.3.4- Tetramethylpentan, 3-Ethyl-2,2-Dimethylpentan, 3-Ethyl-2,3-Dimethylpentan, 3-Ethyl-2,4-Dimethylpentan, 3,3-Diethylpentan, Cyclodecan, n-Decan, 2- Methyl nonan, 3-Methylnonan, 4-Methylnonan, 5-Methylnonan, 2,2-Dimethyloctan,
2.3- Dimethyloctan, 2,4-Dimethyloctan, 2,5-Dimethyloctan, 2,6-Dimethyloctan, 2,7- Dimethyloctan, 3,3-Dimethyloctan, 3,4-Dimethyloctan, 3,5-Dimethyloctan, 3,6- Dimethyloctan, 4,4-Dimethyloctan, 4,5-Dimethyloctan, 2,2,3-Trimethylheptan, 2,2,4- Trimethylheptan, 2,2,5-Trimethylheptan, 2,2,6-Trimethylheptan, 2,3,3- Trimethylheptan, 2,3,4-Trimethylheptan, 2,3,5-Trimethylheptan, 2,3,6- Trimethylheptan, 2,4,4-Trimethylheptan, 2,4,5-Trimethylheptan, 2,4,6- Trimethylheptan, 2,5,5-Trimethylheptan, 3,3,4-Trimethylheptan, 3,3,5- Trimethylheptan, 3,4,4-Trimethylheptan, 3,4,5-Trimethylheptan, 2,2,3,3- Tetramethylhexan, 2,2,3,4-Tetramethylhexan, 2,2,3,5-Tetramethylhexan, 2,2,4,4- Tetramethylhexan, 2,2,4,5-Tetramethylhexan, 2,2,5,5-Tetramethylhexan, 2,3,3,4- Tetramethylhexan, 2,3,3,5-Tetramethylhexan, 2,3,4,4-Tetramethylhexan, 2,3,4,5- Tetramethylhexan, 3,3,4,4-Tetramethylhexan, 2,2,3,3,4-Pentamethylpentan, 2,2,3,4,4-Pentamethylpentan, 3-Ethyloctan, 4-Ethyloctan, 3,3-Diethylhexan, 3,4- Diethylhexan, 3-Ethyl-2-methylheptan, 3-Ethyl-3-methylheptan, 3-Ethyl-4- methylheptan, 3-Ethyl-5-methylheptan, 4-Ethyl-2-methylheptan, 4-Ethyl-3- methylheptan, 4-Ethyl-4-methylheptan, 5-Ethyl-2-methylheptan, 3-Ethyl-2,2- dimethylhexan, 3-Ethyl-2,3-dimethylhexan, 3-Ethyl-2,4-dimethylhexan, 3-Ethyl-2,5- dimethylhexan, 3-Ethyl-3,4-dimethylhexan, 4-Ethyl-2,2-dimethylhexan, 4-Ethyl-2,3- dimethylhexan, 4-Ethyl-2,4-dimethylhexan, 4-Ethyl-3,3-dimethylhexan,3-Ethyl-2,2,3- trimethylpentan, 3-Ethyl-2,2,4-trinnethylpentan, 3-Ethyl-2,3,4-trimethylpentan, 3,3- Diethyl-2-methylpentan, 4-Propylheptan,4-(1 -Methylethyl)heptan, 2-Methyl-3-(1 - methylethyl)-hexan, 2,4-Dimethyl-3-(1 -nnethylethyl)-pentan, n-Undecan, 2- Methyldecan, 3-Methyldecan, 4-Methyldecan, 5-Methyldecan, 2,2-Dimethylnonan, 2,3-Dimethylnonan, 2,4-Dimethylnonan, 2,5-Dimethylnonan, 2,6-Dimethylnonan, 2,7- Dimethylnonan, 2,8-Dimethylnonan, 3,3-Dimethylnonan, 3,4-Dimethylnonan, 3,5- Dimethylnonan, 3,6-Dimethylnonan, 3,7-Dimethylnonan, 4,4-Dimethylnonan, 4,5- Dimethylnonan, 4,6-Dimethylnonan, 5,5-Dimethylnonan, 2,2,3-Trinnethyloctan, 2,2,4- Trimethyloctan, 2,2,5-Trimethyloctan, 2,2,6-Trinnethyloctan, 2,2,7-Trinnethyloctan, 2,3,3-Trimethyloctan, 2,3,4-Trimethyloctan, 2,3,5-Trimethyloctan, 2,3,6- Trimethyloctan, 2,3,7-Trinnethyloctan, 2,4,4-Trimethyloctan, 2,4,5-Trinnethyloctan, 2,4,6-Trimethyloctan, 2,4,7-Trimethyloctan, 2,5,5-Trimethyloctan, 2,5,6- Trimethyloctan, 2,6,6-Trimethyloctan, 3,3,4-Trimethyloctan, 3,3,5-Trimethyloctan, 3,3,6-Trimethyloctan, 3,4,4-Trimethyloctan, 3,4,5-Trimethyloctan, 3,4,6- Trimethyloctan, 3,5,5-Trimethyloctan, 4,4,5-Trimethyloctan, 2,2,3,3- Tetramethylheptan, 2,2,3,4-Tetramethylheptan, 2,2,3,5-Tetramethylheptan, 2,2,3,6- Tetramethylheptan, 2,2,4,4-Tetramethylheptan, 2,2,4,5-Tetramethylheptan, 2,2,4,6- Tetramethylheptan, 2,2,5,5-Tetramethylheptan, 2,2,5,6-Tetramethylheptan, 2,2,6,6- Tetramethylheptan, 2,3,3,4-Tetramethylheptan, 2,3,3,5-Tetramethylheptan, 2,3,3,6- Tetramethylheptan, 2,3,4,4-Tetramethylheptan, 2,3,4,5-Tetramethylheptan, 2,3,4,6- Tetramethylheptan, 2,3,5,5-Tetramethylheptan, 2,3,5,6-Tetramethylheptan, 2,4,4,5- Tetramethylheptan, 2,4,4, 6-Tetramethylheptan, 2,4,5,5-Tetramethylheptan, 3,3,4,4- Tetramethylheptan, 3,3,4,5-Tetramethylheptan, 3,3,5,5-Tetramethylheptan, 3,4,4,5- Tetramethylheptan, 2,2,3,3,4-Pentamethylhexan, 2,2,3,3,5-Pentamethylhexan,
2.2.3.4.4- Pentamethylhexan, 2,2,3,4,5-Pentamethylhexan, 2,2,3,5,5- Pentamethylhexan, 2,2,4,4,5-Pentamethylhexan, 2,3,3,4,4-Pentamethylhexan,
2.3.3.4.5- Pentamethylhexan, 2,2,3,3,4,4-Hexamethylpentan, n-Dodecan, 2- Methylundecan, 3-Methylundecan, 4-Methylundecan, 5-Methylundecan, 6- Methylundecan, 2,2-Dimethyldecan, 2,3-Dimethyldecan, 2,4-Dimethyldecan, 2,5- Dimethyldecan, 2,6-Dimethyldecan, 2,7-Dimethyldecan, 2,8-Dimethyldecan, 2,9- Dimethyldecan, 3,3-Dimethyldecan, 3,4-Dimethyldecan, 3,5-Dimethyldecan, 3,6- Dimethyldecan, 3,7-Dimethyldecan, 3,8-Dimethyldecan, 4,4-Dimethyldecan, 4,5- Dimethyldecan, 4,6-Dimethyldecan, 4,7-Dimethyldecan, 5,5-Dimethyldecan, 5,6- Dimethyldecan, 2,2,3-Thmethylnonan, 2,2,4-Trimethylnonan, 2,2,5-Thmethylnonan,
2.2.6- Thmethylnonan, 2,2,7-Thmethylnonan, 2,2,8-Thmethylnonan, 2,3,3- Thmethylnonan, 2,3,4-Thmethylnonan, 2,3,5-Thmethylnonan, 2,3,6-Thmethylnonan,
2.3.7- Thmethylnonan, 2,3,8-Thmethylnonan, 2,4,4-Thmethylnonan, 2,4,5- Thmethylnonan, 2,4,6-Thmethylnonan, 2,4,7-Thmethylnonan, 2,4,8-Thmethylnonan, 2,5,5-Thmethylnonan, 2,5,6-Thmethylnonan, 2,5,7-Thmethylnonan, 2,5,8- Thmethylnonan, 2,6,6-Thmethylnonan, 2,6,7-Thmethylnonan, 2,7,7-Thmethylnonan,
3.3.4- Trimethylnonan, 3,3,5-Thmethylnonan, 3,3,6-Trimethylnonan, 3,3,7- Thmethylnonan, 3,4,4-Thmethylnonan, 3,4,5-Thmethylnonan, 3,4,6-Thmethylnonan, 3,4,7-Thmethylnonan, 3,5,5-Thmethylnonan, 3,5,6-Thmethylnonan, 3,5,7- Thmethylnonan, 3,6,6-Thmethylnonan, 4,4,5-Thmethylnonan, 4,4,6-Thmethylnonan,
4.5.5- Thmethylnonan, 4,5,6-Thmethylnonan, 2,2,3,3-Tetramethyloctan, 2,2,3,4- Tetramethyloctan, 2,2,3,5-Tetramethyloctan, 2,2,3,6-Tetramethyloctan, 2,2,3,7- Tetramethyloctan, 2,2,4,4-Tetramethyloctan, 2,2,4,5-Tetramethyloctan, 2,2,4,6- Tetramethyloctan, 2,2,4,7-Tetramethyloctan, 2,2,5,5-Tetramethyloctan, 2,2,5,6- Tetramethyloctan, 2,2,5,7-Tetramethyloctan, 2,2,6,6-Tetramethyloctan, 2,2,6,7- Tetramethyloctan, 2,2,7,7-Tetramethyloctan, 2,3,3,4-Tetramethyloctan, 2,3,3,5- Tetramethyloctan, 2,3,3,6-Tetramethyloctan, 2,3,3,7-Tetramethyloctan, 2,3,4,4- Tetramethyloctan, 2,3,4,5-Tetramethyloctan, 2,3,4,6-Tetramethyloctan, 2,3,4,7- Tetramethyloctan, 2,3,5,5-Tetramethyloctan, 2,3,5,6-Tetramethyloctan, 2,3,5,7- Tetramethyloctan, 2,3,6,6-Tetramethyloctan, 2,3,6,7-Tetramethyloctan, 2,4,4,5- Tetramethyloctan, 2,4,4, 6-Tetramethyloctan, 2,4,4, 7-Tetramethyloctan, 2,4,5,5- Tetramethyloctan, 2,4, 5, 6-Tetramethyloctan, 2,4, 5, 7-Tetramethyloctan, 2,4,6,6- Tetramethyloctan, 2, 5,5, 6-Tetramethyloctan, 2, 5, 6, 6-Tetramethyloctan, 3,3,4,4- Tetramethyloctan, 3,3,4,5-Tetramethyloctan, 3, 3,4, 6-Tetramethyloctan, 3,3,5,5- Tetramethyloctan, 3,3,5,6-Tetramethyloctan, 3,3,6,6-Tetramethyloctan, 3,4,4,5- Tetramethyloctan, 3,4,4, 6-Tetramethyloctan, 3,4,5,5-Tetramethyloctan, 3,4,5,6- Tetramethyloctan, 4,4,5,5-Tetramethyloctan, 2,2,3,3,4-Pentamethylheptan, 2,2,3,3,5- Pentamethylheptan, 2,2,3,3,6-Pentamethylheptan, 2,2,3,4,4-Pentamethylheptan, 2,2,3,4,5-Pentamethylheptan, 2,2,3,4,6-Pentamethylheptan, 2,2,3,5,5- Pentamethylheptan, 2,2,3,5,6-Pentamethylheptan, 2,2,3,6,6-Pentamethylheptan,
2.2.4.4.5- Pentamethylheptan, 2,2,4,4,6-Pentamethylheptan, 2,2,4,5,5- Pentamethylheptan, 2,2,4,5,6-Pentamethylheptan, 2,2,4,6,6-Pentamethylheptan,
2.2.5.5.6- Pentamethylheptan, 2,3,3,4,4-Pentamethylheptan, 2,3,3,4,5- Pentamethylheptan, 2,3,3,4,6-Pentamethylheptan, 2,3,3,5,5-Pentamethylheptan, 2,3,3,5,6-Pentamethylheptan, 2,3,4,4,5-Pentamethylheptan, 2,3,4,4,6- Pentamethylheptan, 2,3,4,5,5-Pentamethylheptan, 2,3,4,5,6-Pentamethylheptan, 2,4,4,5,5-Pentamethylheptan, 3,3,4,4,5-Pentamethylheptan, 3,3,4,5,5- Pentamethylheptan, 2,2,3,3,4,4-Hexamethylhexan, 2,2,3,3,4,5-Hexamethylhexan, 2,2,3,3,5,5-Hexamethylhexan, 2,2,3,4,4,5-Hexamethylhexan, 2,2,3,4,5,5- Hexamethylhexan, 2,3,3,4,4,5-Hexamethylhexan, Toluol, ortho-Xylol (1 ,2- Dimethylbenzol), m-Xylol (1 ,3-Dimethylbenzol), p-Xylol (1 ,4-Dimethylbenzol), 1 ,2,3-Trinnethylbenzol, 1 ,2,4-Trimethylbenzol, 1 ,3,5-Trinnethylbenzol, THF (Tetrahydrofuran), Methyltetrahydrofuran wie 2-Methyltetrahydrofuran, 3- Methyltetrahydrofuran, Ethyltetrahydrofuran wie 2-Ethyltetrahydrofuran, 3- Ethyltetrahydrofuran, MTBE (2-Mehoxy-2-methylpropan) bzw. TBME (tert- Butylmethylether), Di-n-Amylether, tert-Amylether, DCM (Dichlormethan) oder Chloroform (Trichlormethan), Ethanol, Propan-1 -ol, Propan-2-ol, Butan-1 -ol, Butan-2- ol, tert-Butanol, Pentan-1 -ol, Pentan-2-ol, Pentan-3-ol, 2-Methyl-2-butanol, Hexan-1 - ol, Hexan-2-ol, Hexan-3-ol, 2-Methyl-2-pentanol, 2-Methyl-3-pentanol, 4-Methyl-2- pentanol, Heptan-1 -ol, Heptan-2-ol, Heptan-3-ol, Heptan-4-ol, 2-Methyl-2-hexanol, Octan-1 -ol, Octan-2-ol, Octan-3-ol, Octan-4-ol, 2-Methyl-2-heptanol, Nonan-1 -ol, Nonan-2-ol, Nonan-3-ol, Nonan-4-ol, Nonan-5-ol, 2-Methyl-2-octanol, Decan-1 -ol, Undecan-1 -ol, Dodecan-1 -ol oder DMSO (Dimethylsulfoxid). Vorzugsweise sind die Lösungsmittel leicht flüchtige Lösungsmittel. Als leicht flüchtige Lösungsmittel gelten Lösungsmittel mit einem Siedepunkt höchstens 200°C, bevorzugt höchstens 190°C, mehr bevorzugt höchstens 180°C, mehr bevorzugt höchstens 170°C, mehr bevorzugt höchstens 160°C, mehr bevorzugt höchstens 150°C, mehr bevorzugt höchstens 140°C, mehr bevorzugt höchstens 130°C, mehr bevorzugt höchstens 120°C, mehr bevorzugt höchstens 1 10°C, mehr bevorzugt höchstens 100°C, mehr bevorzugt höchstens 90°C, mehr bevorzugt höchstens 80°C, mehr bevorzugt höchstens 70°C, mehr bevorzugt höchstens 60°C, und am bevorzugtesten von höchstens 50°C bei Raumtemperatur und Normaldruck.
Besonders bevorzugte Lösungsmittel sind n-Pentan, Cyclopentan, n-Hexan, Cyclohexan, n-Heptan, n-Octan, iso-octan (2,2,4-Trimethylpentan), Ethanol, Propan- 1 -ol, Propan-2-ol, Butan-1 -ol, Butan-2-ol, tert-butanol, Pentan-1 -ol, Pentan-2-ol, Pentan-3-ol, 2-Methyl-2-butanol, Hexan-1 -ol, Toluol, 1 ,2-Dimethylbenzol, 1 ,3- Dimethylbenzol, 1 ,4-Dimethylbenzol, THF (Tetrahydrofuran), 2- Methyltetrahydrofuran, MTBE (2-Mehoxy-2-methylpropan) bzw. TBME (tert- Butylmethylether), tert-Amylether, DMSO, DCM (Dichlormethan) oder Chloroform (Trichlormethan). Die bevorzugtesten Lösungsmittel sind Pentan, iso-octan (2,2,4- Trimethylpentan), Toluol, THF (Tetrahydrofuran), MTBE (2-Mehoxy-2-methylpropan) bzw. TBME (tert-Butylmethylether), Ethanol, Propan-1 -ol, Propan-2-ol, DMSO, DCM (Dichlormethan) oder Chloroform (Trichlormethan).
Die einsetzbaren Lösungsmittel können auch miteinander kombiniert werden. Die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung hat vorzugsweise eine (allseits) homogene Schichtdicke von 5 nm bis 50 μιτι, mehr bevorzugt von 10 nm und 25 μιτι und weiter bevorzugt von 20 nm und 10 μηη und am bevorzugtesten von 30 nm bis 1 im.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsart werden mit hydrophoben kationischen Elektrolyten und Polyelektrolyten 2- oder mehrlagige Beschichtungen vorgenommen. Hierzu wird in einer Ausführungsform im Anschluss an eine Beschichtung eine Trocknung, wie zuvor beschrieben vorgenommen. Der Beschichtungsvorgang wird dann mit dem identischen hydrophoben kationischen Elektrolyt und Polyelektrolyt, wie zuvor und/oder mit einem anderen hydrophoben kationischen Elektrolyt und Polyelektrolyt unter den gleichen oder geänderten Prozessbedingungen durchgeführt.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsart wird mit hydrophoben kationischen Elektrolyten und Polyelektrolyten ein Mehrfach-Schichtaufbau durchgeführt, idem ein hydrophober kationischer Elektrolyt oder mindestens ein hydrophober kationischer Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt und in einem alternativen Beschichtungsschritt ein Gemisch aus einer Carbonsäure und einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch dergleichen konsekutiv oder alternierend auf die Materialfläche aufgetragen werden. Vorzugsweise werden die Materialoberflächen nach jedem Beschichtungsauftrag einer Trocknung unterzogen.
In den erfindungsgemäßen Verfahren können die Schritte b) und c) konsekutiv nach dem Schritt c) und vor dem Schritt d) zwei- oder mehrfach wiederholt werden.
In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenbeschichtung die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche,
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung,
wobei die Schritte b) und c) konsekutiv nach dem Schritt c) und vor dem Schritt d) zwei- oder mehrfach wiederholt werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein 2- oder mehrlagiger Schichtaufbau mit hydrophoben kationischen Elektrolyten und Polyelektrolyten hergestellt, indem alternierend eine Beschichtung mit hydrophoben kationischen Elektrolyten und/oder Polyelektrolyten und hydrophoben anionischen Elektrolyten und/oder Polyelektrolyten erfolgt. Dabei ist es bevorzugt, wenn die letzte Schicht eines hydrophoben Elektrolyten und/oder Polyelektrolyten ein hydrophober kationischer Elektrolyt und/oder Polyelektrolyt ist.
Bevorzugt ist ein Schichtaufbau, der eine gesamte Schichtenaufbauhöhe von 5 nm bis 50 μιτι aufweist, mehr bevorzugt ist diese zwischen 10 nm und 25 μιτι und weiter bevorzugt zwischen 20 nm und 10 μιτι.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden ein oder mehrere hydrophobe kationische Elektrolyte und/oder Polyelektrolyte mit einer oder mehreren Carbonsäure(n), dies umfasst auch Nitrofettsäuren, gemischt. Dies erfolgt vorzugsweise in einer Lösungsmittelphase, in der die Verbindungen wasserfrei gelöst vorliegen. Nach vollständiger Durchmischung und unter vorzugsweise erhaltener klarer Lösung, kann das Gemisch, enthaltend ein oder mehrere hydrophobe(s) kationische(s) Elektrolyte und/oder Polyelektrolyt(e) und Carbonsäuren, aufgetragen werden. Grundsätzlich sind alle unpolaren Lösungsmittel geeignet. Als Lösungsmittel können eingesetzt werden: Folgende Alkane einschließlich ihrer Konstitutionsisomere und ihre cyclische Form Pentan, Hexan, Heptan, Octan, Nonan, Decan, Undecan, oder Dodecan, Benzol, Toluol, Xylole, Trimethylbenzol, Ether, halogenierte Lösungsmittel oder Alkohole eingesetzt werden. Im speziellen kann es sich um die folgenden Lösungsmittelhandlen: Cyclopentan, n-Pentan, Cyclohexan, n-Hexan, 2-Methylpentan, 3-Methyl pentan, 2,2.Dimethylbutan, 2,3- Dimethylbutan, Cycloheptan, n-Heptan, 2-Methlyhexan, 3-Methylhexan, 2,2,- Dimethylpentan, 2,3-Dimethylpentan, 3,3,-Dimethylpentan, 2,4-Diemethylpentan, 3- Ethylpentan, 2,3,3-Trimethylbutan, Cyclooctan, Cycloocten wie trans-Cycloocten oder cis-Cyclocten, n-Octan, 2-Methylheptan, 3-Methylheptan, 4-Methylheptan, 2,2- Dimethylhexan, 2,3-Dimethylhexan, 2,4- Dimethylhexan, 2,5-Dimethylhexan, 3,3- Dimethylhexan, 3,4-Dimethylhexan, 2,2,3-Trimethylpentan, 2,2,4-Trimethylpentan, 2,3,3-Trimethylpentan, 2,3,4-Trimethylpentan, 3-Ethylhexan, 3-Ethyl-3-methylpentan, 2,2,3,3-Tetramethylbutan, n-Nonan, 2-Methyloctan, 3-Methyloctan, 4-Methyloctan, 2,2-Dimethylheptan, 2,3-Dimethylheptan, 2,4-Dimethylheptan, 2,5-Dimethylheptan, 2,6-Dimethylheptan, 3,3-Dimethylheptan, 3,4-Dimethylheptan, 3,5-Dimethylheptan, 4,4-Dimethylheptan, 3-Ethylheptan, 4-Ethylheptan, 2,2,3-Trimethylhexan, 2,2,4- Trimethylhexan, 2,2,5-Trimethylhexan, 2,3,3-Trimethylhexan, 2,3,4-Trimethylhexan, 2,3,5-Trimethylhexan, 2,4,4-Trimethylhexan, 3,3,4-Trimethylhexan, 3-Ethyl-2- Methylhexan, 4-Ethyl-2-Methylhexan, 3-Ethyl-3-Methylhexan, 4-Ethyl-3-Methylhexan, 2,2,3,3-Tetramethylpentan, 2,2,3,4-Tetramethylpentan, 2,2,4,4-tetramethylpentan, 2,3,3,4-Tetramethylpentan, 3-Ethyl-2,2-Dimethylpentan, 3-Ethyl-2,3-Dimethylpentan, 3-Ethyl-2,4-Dimethylpentan, 3,3-Diethylpentan, Cyclodecan, n-Decan, 2- Methylnonan, 3-Methylnonan, 4-Methylnonan, 5-Methylnonan, 2,2-Dimethyloctan, 2,3-Dimethyloctan, 2,4-Dimethyloctan, 2,5-Dimethyloctan, 2,6-Dimethyloctan, 2,7- Dimethyloctan, 3,3-Dimethyloctan, 3,4-Dimethyloctan, 3,5-Dimethyloctan, 3,6- Dimethyloctan, 4,4-Dimethyloctan, 4,5-Dimethyloctan, 2,2,3-Trimethylheptan, 2,2,4-
Thmethylheptan, 2,2,5-Trimethylheptan, 2,2,6-Trimethylheptan, 2,3,3-
Thmethylheptan, 2,3,4-Trimethylheptan, 2,3,5-Trimethylheptan, 2,3,6-
Thmethylheptan, 2.4.4- Trimethylheptan, 2,4,5-Trimethylheptan, 2,4,6-
Thmethylheptan, 2.5.5- Trimethylheptan, 3,3,4-Trimethylheptan, 3,3,5-
Thmethylheptan, 3,4,4-Trimethylheptan, 3,4,5-Trimethylheptan, 2,2,3,3-
Tetramethylhexan, 2.2.3.4- Tetramethylhexan, 2,2,3,5-Tetramethylhexan, 2,2,4,4-
Tetramethylhexan, 2.2.4.5- Tetramethylhexan, 2,2,5,5-Tetramethylhexan, 2,3,3,4-
Tetramethylhexan, 2,3,3,5-Tetramethylhexan, 2,3,4,4-Tetramethylhexan, 2,3,4,5-
Tetramethylhexan, 3,3,4,4-Tetramethylhexan, 2,2,3,3,4-Pentamethylpentan,
2,2,3,4,4-Pentamethylpentan, 3-Ethyloctan, 4-Ethyloctan, 3,3-Diethylhexan, 3,4-
Diethylhexan, 3-Ethyl-2-methylheptan, 3- Ethyl-3-methylheptan, 3-Ethyl-4- methylheptan, 3-Ethyl-5-methylheptan, 4- Ethyl-2-methylheptan, 4-Ethyl-3- methyl heptan , 4-Ethyl-4-methylheptan , 5-Ethyl-2-methylheptan, 3-Ethyl-2,2- dimethylhexan, 3-Ethyl-2,3-dimethylhexan, 3- Ethyl-2,4-dimethylhexan, 3-Ethyl-2,5- dimethylhexan, 3-Ethyl-3,4-dimethylhexan, 4- Ethyl-2,2-dimethylhexan, 4-Ethyl-2,3- dimethylhexan, 4-Ethyl-2,4-dimethylhexan, 4-Ethyl-3,3-dimethylhexan,3-Ethyl-2,2,3- trimethylpentan, 3-Ethyl-2,2,4-trimethylpentan, 3-Ethyl-2,3,4-trimethylpentan, 3,3- Diethyl-2-methylpentan, 4-Propylheptan,4-(1 -Methylethyl)heptan, 2-Methyl-3-(1 - methylethyl)-hexan, 2,4-Dimethyl-3-(1 -methylethyl)-pentan, n-Undecan, 2- Methyldecan, 3-Methyldecan, 4-Methyldecan, 5-Methyldecan, 2,2-Dimethylnonan, 2,3-Dimethylnonan, 2,4-Dimethylnonan, 2,5-Dimethylnonan, 2,6-Dimethylnonan, 2,7- Dimethylnonan, 2,8-Dimethylnonan, 3,3-Dimethylnonan, 3,4-Dimethylnonan, 3,5- Dimethylnonan, 3,6-Dimethylnonan, 3,7-Dimethylnonan, 4,4-Dimethylnonan, 4,5- Dimethylnonan, 4,6-Dimethylnonan, 5,5-Dimethylnonan, 2,2,3-Trimethyloctan, 2,2,4- Trimethyloctan, 2,2,5-Trimethyloctan, 2,2,6-Trimethyloctan, 2,2,7-Trimethyloctan, 2,3,3-Trimethyloctan, 2,3,4-Trimethyloctan, 2,3,5-Trimethyloctan, 2,3,6- Trimethyloctan, 2,3,7-Trimethyloctan, 2,4,4-Trimethyloctan, 2,4,5-Trimethyloctan, 2,4,6-Trimethyloctan, 2,4,7-Trimethyloctan, 2,5,5-Trimethyloctan, 2,5,6- Trimethyloctan, 2,6,6-Trimethyloctan, 3,3,4-Trimethyloctan, 3,3,5-Trimethyloctan, 3,3,6-Trimethyloctan, 3,4,4-Trimethyloctan, 3,4,5-Trimethyloctan, 3,4,6- Trimethyloctan, 3,5,5-Trimethyloctan, 4,4,5-Trimethyloctan, 2,2,3,3- Tetramethylheptan, 2,2,3,4-Tetramethylheptan, 2,2,3,5-Tetramethylheptan, 2,2,3,6- Tetramethylheptan, 2,2,4,4-Tetramethylheptan, 2,2,4,5-Tetramethylheptan, 2,2,4,6- Tetramethylheptan, 2,2,5,5-Tetramethylheptan, 2,2,5,6-Tetramethylheptan, 2,2,6,6- Tetramethylheptan, 2,3,3,4-Tetramethylheptan, 2,3,3,5-Tetramethylheptan, 2,3,3,6- Tetramethylheptan, 2,3,4,4-Tetramethylheptan, 2,3,4,5-Tetramethylheptan, 2,3,4,6- Tetramethylheptan, 2,3,5,5-Tetramethylheptan, 2,3,5,6-Tetramethylheptan, 2,4,4,5- Tetramethylheptan, 2,4,4, 6-Tetramethylheptan, 2,4,5,5-Tetramethylheptan, 3,3,4,4- Tetramethylheptan, 3,3,4,5-Tetramethylheptan, 3,3,5,5-Tetramethylheptan, 3,4,4,5- Tetramethylheptan, 2,2,3,3,4-Pentamethylhexan, 2,2,3,3,5-Pentamethylhexan,
2.2.3.4.4- Pentamethylhexan, 2,2,3,4,5-Pentamethylhexan, 2,2,3,5,5- Pentamethylhexan, 2,2,4,4,5-Pentamethylhexan, 2,3,3,4,4-Pentamethylhexan,
2.3.3.4.5- Pentamethylhexan, 2,2,3,3,4,4-Hexamethylpentan, n-Dodecan, 2- Methylundecan, 3-Methylundecan, 4-Methylundecan, 5-Methylundecan, 6- Methylundecan, 2,2-Dimethyldecan, 2,3-Dimethyldecan, 2,4-Dimethyldecan, 2,5- Dimethyldecan, 2,6-Dimethyldecan, 2,7-Dimethyldecan, 2,8-Dimethyldecan, 2,9- Dimethyldecan, 3,3-Dimethyldecan, 3,4-Dimethyldecan, 3,5-Dimethyldecan, 3,6- Dimethyldecan, 3,7-Dimethyldecan, 3,8-Dimethyldecan, 4,4-Dimethyldecan, 4,5- Dimethyldecan, 4,6-Dimethyldecan, 4,7-Dimethyldecan, 5,5-Dimethyldecan, 5,6- Dimethyldecan, 2,2,3-Trimethylnonan, 2,2,4-Trimethylnonan, 2,2,5-Trimethylnonan,
2.2.6- Trimethylnonan, 2,2,7-Trimethylnonan, 2,2,8-Trimethylnonan, 2,3,3- Trimethylnonan, 2,3,4-Trimethylnonan, 2,3,5-Trimethylnonan, 2,3,6-Trimethylnonan,
2.3.7- Trimethylnonan, 2,3,8-Trimethylnonan, 2,4,4-Trinnethylnonan, 2,4,5- Trimethylnonan, 2,4,6-Trinnethylnonan, 2,4,7-Trimethylnonan, 2,4,8-Trinnethylnonan, 2,5,5-Trinnethylnonan, 2,5,6-Trinnethylnonan, 2,5,7-Trinnethylnonan, 2,5,8- Trimethylnonan, 2,6,6-Trinnethylnonan, 2,6,7-Trinnethylnonan, 2,7,7-Trinnethylnonan,
3.3.4- Trimethylnonan, 3,3,5-Trimethylnonan, 3,3,6-Trinnethylnonan, 3,3,7- Trimethylnonan, 3,4,4-Trimethylnonan, 3,4,5-Trimethylnonan, 3,4,6-Trinnethylnonan, 3,4,7-Trinnethylnonan, 3,5,5-Trinnethylnonan, 3,5,6-Trimethylnonan, 3,5,7- Trimethylnonan, 3,6,6-Trinnethylnonan, 4,4,5-Trinnethylnonan, 4,4,6-Trimethylnonan,
4.5.5- Trinnethylnonan, 4,5,6-Trimethylnonan, 2,2,3,3-Tetramethyloctan, 2,2,3,4- Tetramethyloctan, 2,2,3,5-Tetramethyloctan, 2, 2, 3, 6-Tetramethyloctan, 2,2,3,7-
Tetramethyloctan, 2.2.4.4- Tetramethyloctan, 2,2,4 ,5-Tetra methy locta n , 2,2,4,6- Tetramethyloctan, 2,2,4,7-Tetramethyloctan, 2.2.5.5- Tetramethyloctan, 2,2,5,6- Tetramethyloctan, 2,2,5,7-Tetramethyloctan, 2.2.6.6- Tetramethyloctan, 2,2,6,7- Tetramethyloctan, 2,2,7,7-Tetramethyloctan, 2,3,3,4-Tetramethyloctan, 2,3,3,5- Tetramethyloctan, 2,3,3,6-Tetramethyloctan, 2.3.3.7- Tetramethyloctan, 2,3,4,4- Tetramethyloctan, 2.3.4.5- Tetramethyloctan, 2, 3,4, 6-Tetramethyloctan, 2,3,4,7- Tetramethyloctan, 2.3.5.5- Tetramethyloctan, 2.3.5.6- Tetramethyloctan, 2,3,5,7- Tetramethyloctan, 2.3.6.6- Tetramethyloctan, 2.3.6.7- Tetramethyloctan, 2,4,4,5- Tetramethyloctan, 2,4,4, 6-Tetramethyloctan, 2,4,4, 7-Tetramethyloctan, 2,4,5,5- Tetramethyloctan, 2,4,5,6-Tetramethyloctan, 2,4,5,7-Tetramethyloctan, 2,4,6,6- Tetramethyloctan, 2,5,5,6-Tetramethyloctan, 2,5,6,6-Tetramethyloctan, 3,3,4,4- Tetramethyloctan, 3,3,4,5-Tetramethyloctan, 3,3,4,6-Tetramethyloctan, 3,3,5,5- Tetramethyloctan, 3,3,5,6-Tetramethyloctan, 3,3,6,6-Tetramethyloctan, 3,4,4,5- Tetramethyloctan, 3,4,4, 6-Tetramethyloctan, 3,4,5,5-Tetramethyloctan, 3,4,5,6- Tetramethyloctan, 4,4,5,5-Tetramethyloctan, 2,2,3,3,4-Pentannethylheptan, 2,2,3,3,5- Pentamethylheptan, 2,2,3,3,6-Pentamethylheptan, 2,2,3,4,4-Pentannethylheptan, 2,2,3,4,5-Pentamethylheptan, 2,2,3,4,6-Pentamethylheptan, 2,2,3,5,5-
Pentamethylheptan, 2,2,3,5,6-Pentamethylheptan, 2,2,3,6,6-Pentannethylheptan,
2.2.4.4.5- Pentamethylheptan, 2,2,4,4,6-Pentamethylheptan, 2,2,4,5,5- Pentamethylheptan, 2,2,4,5,6-Pentannethylheptan, 2,2,4,6,6-Pentannethylheptan,
2.2.5.5.6- Pentamethylheptan, 2,3,3,4,4-Pentamethylheptan, 2,3,3,4,5- Pentamethylheptan, 2,3,3,4,6-Pentannethylheptan, 2,3,3,5,5-Pentannethylheptan, 2,3,3,5,6-Pentamethylheptan, 2,3,4,4,5-Pentamethylheptan, 2,3,4,4,6- Pentamethylheptan, 2,3,4,5,5-Pentannethylheptan, 2,3,4,5,6-Pentamethylheptan, 2,4,4,5,5-Pentannethylheptan, 3,3,4,4,5-Pentannethylheptan, 3,3,4,5,5- Pentamethylheptan, 2,2,3,3,4,4-Hexamethylhexan, 2,2,3,3,4,5-Hexamethylhexan, 2,2,3,3,5,5-Hexamethylhexan, 2,2,3,4,4,5-Hexamethylhexan, 2,2,3,4,5,5- Hexamethylhexan, 2,3,3,4,4,5-Hexamethylhexan, Toluol, ortho-Xylol (1 ,2- Dimethylbenzol), m-Xylol (1 ,3-Dimethylbenzol), p-Xylol (1 ,4-Dimethylbenzol), 1 ,2,3-Trimethylbenzol, 1 ,2,4-Trinnethylbenzol, 1 ,3,5-Trinnethylbenzol, THF (Tetrahydrofuran), Methyltetrahydrofuran wie 2-Methyltetrahydrofuran, 3- Methyltetrahydrofuran, Ethyltetrahydrofuran wie 2-Ethyltetrahydrofuran, 3- Ethyltetrahydrofuran, MTBE (2-Mehoxy-2-methylpropan) bzw. TBME (tert- Butylmethylether), Di-n-Amylether, tert-Amylether, DCM (Dichlormethan) oder Chloroform (Trichlormethan), Ethanol, Propan-1 -ol, Propan-2-ol, Butan-1 -ol, Butan-2- ol, tert-Butanol, Pentan-1 -ol, Pentan-2-ol, Pentan-3-ol, 2-Methyl-2-butanol, Hexan-1 - ol, Hexan-2-ol, Hexan-3-ol, 2-Methyl-2-pentanol, 2-Methyl-3-pentanol, 4-Methyl-2- pentanol, Heptan-1 -ol, Heptan-2-ol, Heptan-3-ol, Heptan-4-ol, 2-Methyl-2-hexanol, Octan-1 -ol, Octan-2-ol, Octan-3-ol, Octan-4-ol, 2-Methyl-2-heptanol, Nonan-1 -ol, Nonan-2-ol, Nonan-3-ol, Nonan-4-ol, Nonan-5-ol, 2-Methyl-2-octanol, Decan-1 -ol, Undecan-1 -ol oder Dodecan-1 -ol. Vorzugsweise sind die Lösungsmittel leicht flüchtige Lösungsmittel. Als leicht flüchtige Lösungsmittel gelten Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von vorzugsweise höchstens 140°C, mehr bevorzugt höchstens 130°C, weiter bevorzugt höchstens 120°C, mehr bevorzugt höchstens 1 10°C, mehr bevorzugt höchstens 100°C, mehr bevorzugt höchstens 90°C, mehr bevorzugt höchstens 80°C, mehr bevorzugt höchstens 70°C, mehr bevorzugt höchstens 60°C, und am bevorzugtesten von höchstens 50°C bei Raumtemperatur und Normaldruck. Besonders bevorzugte Lösungsmittel sind n-Pentan, Cyclopentan, n-Hexan, Cyclohexan, n-Heptan, n-Octan, iso-octan (2,2,4-Trimethylpentan), Ethanol, Propan- 1 -ol, Propan-2-ol, Butan-1 -ol, Butan-2-ol, tert-butanol, Pentan-1 -ol, Pentan-2-ol, Pentan-3-ol, 2-Methyl-2-butanol, Hexan-1 -ol, Toluol, 1 ,2-Dimethylbenzol, 1 ,3- Dimethylbenzol, 1 ,4-Dimethylbenzol, THF (Tetrahydrofuran), 2- Methyltetrahydrofuran, MTBE (2-Mehoxy-2-methylpropan) bzw. TBME (tert- Butylmethylether), tert-Amylether, DCM (Dichlormethan) oder Chloroform (Trichlormethan). Die bevorzugtesten Lösungsmittel sind Pentan, iso-octan (2,2,4- Trimethylpentan), Toluol, THF (Tetrahydrofuran), MTBE (2-Mehoxy-2-methylpropan) bzw. TBME (tert-Butylmethylether), DCM (Dichlormethan) oder Chloroform (Trichlormethan).
Die Auftragung des einen oder einer Mischung aus mehreren hydrophoben kationischen Elektrolyten und/oder Polyelektrolyten oder einer Mischung mit einer oder mehreren Carbonsäure(n) kann mit Methoden aus dem Stand der Technik erfolgen. Bevorzugt ist ein Dip-coating, bei dem das zu beschichtende Substrat in ein Bad der hydrophoben kationischen Elektrolyte und/oder Polyelektrolyte und ggf. Carbonsäuren eingelegt oder an einer Haltevorrichtung in dieses eingetaucht wird. Bevorzugt ist eine Exposition über 10 Sekunden bis 24 Stunden, weiter bevorzugt zwischen 20 Sekunden und 10 Stunden und weiter bevorzugt zwischen 30 Sekunden und 5 Stunden. Weitere bevorzugte Benetzungsverfahren sind beispielsweise ein Spray-coating oder ein Spinn-coating.
Bevorzugt ist eine Trocknung im Anschluss an eine Beschichtung. Vorzugsweise erfolgt diese mittels eines Vakuumtrocknungsverfahrens.
Das Auftragsverfahren kann wiederholt oder mit einem anderen kombiniert werden. Die Vollständigkeit der Beschichtung kann mit Verfahren aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise der Elipsometrie oder einer konfokalen Lasermikroskopie, geprüft werden.
Verfahren zur Durchführung des Schritts c)
Die im Verfahrensschritt b) beschichteten Materialoberflächen, werden im Schritt c) von hierin/hieran enthaltenen/anhaftenden Resten von Lösungsmitteln befreit. Hierzu können Verfahren aus dem Stand der Technik verwandt werden. Bevorzugt ist eine Vakuumtrocknung, die vorzugsweise über einen Zeitraum von 10 Minuten bis 24 Stunden, weiter bevorzugt zwischen 20 Minuten und 10 Stunden erfolgt. Die Trocknung war erfolgreich, wenn sich mittels analytischer Verfahren keine Reste der eingesetzten Lösungsmittel mehr nachweisen lassen, andernfalls ist der Trocknungszeitraum zu verlängern. Das erhaltene beschichtete Material wird bis zur Durchführung der nächsten Behandlungsstufe in einer wasserfreien Atmosphäre gelagert. Bevorzugt ist die Lagerung in einem Vakuum oder in einem Inertgas. Verfahren zur Durchführung des Schritts d)
Die Aufbringung von einer oder mehreren unterschiedlichen Carbonsäure(n) erfolgt vorzugsweise unter Schutzgasbedingungen mit Verfahren aus dem Stand der Technik. Hierzu werden die eine oder die mehreren Carbonsäure(n) in einem geeigneten Lösungsmittel vollständig gelöst. Bevorzugt sind beispielsweise wenig polare Lösungsmittel, wie Methanol oder Aceton. Die zu beschichteten Materialien werden dann bevorzugt mit einem Tauchverfahren beschichtet. Dies erfolgt bevorzugt über einen Zeitraum von 1 Minute und 24 Stunden, weiter bevorzugt zwischen 2 Minuten und 1 Stunde und noch weiter bevorzugt zwischen 3 und 10 Minuten. Die Temperatur, bei der dies erfolgt, kann frei gewählt werden, bevorzugt ist eine Temperatur zwischen 5° und 50°C, mehr bevorzugt zwischen 10° und 30°C. In einer Ausführungsart wird ein elektrischer Kontakt mit dem vorzugsweise metallischen beschichteten Material hergestellt und eine Spannung zwischen dem zu beschichtenden Material und der Beschichtungslösung oder der Beschichtungsvorrichtung angelegt. Alternativ wird eine elektrostatische Aufladung der Oberfläche vorgenommen. Die unter diesen Bedingungen positiv geladenen kationischen Verbindungen der beschichteten hydrophoben kationischen Polyelektrolyte werden vorzugsweise in einem Bad mit den gelösten Carbonsäuren benetzt.
Die elektrostatisch gebundenen Carbonsäuren liegen vorzugsweise als Monolage mit einer senkrecht zur Substratebene ausgerichteten Längsachse der Carbonsäure vor. Die aufgebrachte Schicht hat vorzugsweise eine Höhe, die der einer Moleküllänge der zur Beschichtung verwandten Carbonsäure entspricht. In weiter bevorzugten Ausführungsformen werden die Carbonsäuren in mehr als einer Lage aufgebracht. Hierzu kann die 2., 4., 6. usw. Beschichtung mit Carbonsäuren aus einem wässrigen Medium erfolgen. Die 3., 5., 7. usw. Beschichtungslage erfolgt dann aus einer wasserfreien Lösungsmittelphase. Die Aufbringung der 2. sowie weiterer Schichten kann mit den hierin beschriebenen Verfahren erfolgen. Die erfolgreiche Oberflächenbeschichtung kann mit Verfahren aus dem Stand der Technik erfolgen. Bevorzugt ist die Bestimmung des Wasser-Kontaktwinkel. Eine erfolgreiche Beschichtung liegt vor, wenn der WKW >80°, mehr bevorzugt >90°, mehr bevorzugt > 100°, weiter bevorzugt > 1 10° und noch weiter bevorzugt > 120° beträgt. Die Angaben beziehen sich auf eine Messung bei 20°C und Normaldruckbedingungen. Das wasserfreie Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure erfolgt unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels, wie Ehanol, Methanol oder Aceton.
Verfahren zur Durchführung des Schritts e) Die in Schritt d) mit Carbonsäure beschichteten Materialoberflächen werden in diesem Verfahrensschritt von adsorptiv anhaftenden Carbonsäuren, die nicht elektrostatisch mit den kationischen Elektrolyten oder Polyelektrolyten verbunden sind, entfernt. Hierzu werden die beschichteten Materialien vorzugsweise in ein Bad eingelegt oder abgespült. Vorzugsweise erfolgt dies mit einer alkoholischen Lösung, bevorzugt ist ein Gemisch aus Wasser und Methanol, ferner bevorzugt sind unpolare organische Lösungsmittel, wie beispielsweise Essigsäureethylester oder Aceton. Der Spül- bzw. Waschschritt kann wiederholt werden. Anschließend erfolgt eine sorgfältige Entfernung von Lösungsmittelresten, was bevorzugt durch eine Vakuumtrocknung erfolgt.
Verfahren zur Qualitätsprüfung des Schritts f)
Die erfindungsgemäß hergestellten Oberflächen sind hydrophob und weisen einen Wasserkontaktwinkel von >80° oder >80°, mehr bevorzugt >90° oder >90°, weiter bevorzugt >100° oder >100°, weiter bevorzugt >1 10° oder >1 10° und am meisten bevorzugt > 120° oder >120°.
auf. Es liegt ferner eine elektrische Isolation vor mit einem Oberflächenwiderstand von > 200 Ohm/cm2, bevorzugt von >300 Ohm/cm2, mehr bevorzugt von >400 Ohm/cm2, weiter bevorzugt von >500 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1000 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1 100 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1200 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1300 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1400 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1500 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1600 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1 .800 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >1900 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >2000 Ohm/cm2, noch weiter bevorzugt von >2500 Ohm/cm2, und am bevorzugtesten von noch weiter bevorzugt von >3000 Ohm/cm2.. Ferner weisen die Oberflächen eine Degradationsstabilität in einem wässrigen Medium bei 37°C über 4 Wochen auf, mit einer Änderung des Wasserkontaktwinkels von < 10° während dieses Zeitraums. Ferner kommt es bei einem Kontakt mit lebenden Zellen mit den erfindungsgemäß beschichteten Oberflächen zu einer Adhäsion und die adhärierenden Zellen weisen gegenüber adhärierenden Zelle auf einer nativen (unbeschichteten) Materialoberfläche eine deutlich geringere Proliferationsrate auf, mit einer geringen Apoptose- oder Nekrose-Rate.
Anwendungen
Prinzipiell kann eine erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung auf alle soliden medizinischen Instrumenten, Implantaten und Wundmaterialien aufgebracht werden. Eine erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung ist insbesondere für solche Implantate geeignet, deren strukturgebenden Materialien sich im Verlauf zersetzten, auflösen und oder abgebaut bzw. aufgelöst werden sollen. Dies betrifft insbesondere alle resorbierbaren Materialien zu, insbesondere vaskuläre Implantate, wie Scaffolds, ferner chirurgische Netze, Expander, Naht- und Klammermaterialien. Mit einem der hierin offenbarten Verfahren kann der Zeitraum bis zu einem Degradations- /Korrosionsbeginn erheblich verzögert werden. Dadurch behalten degradierbare Materialien länger ihre Form und Funktionseigenschaften. Ferner sind erfindungsgemäße Beschichtungen geeignet, um Korrosionsprozesse zu unterbinden und hierdurch eine Herauslösung von Degardationsprodukten zu eliminieren. Daher sind Anwendungen bei metallischen Implantaten, wie beispielsweise Stents oder Osteosynthesematerialien vorteilhaft. Ferner ist eine erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung besonders geeignet, um aktive Wirkstoffe und/oder supportive Verbindungen kontrolliert und über einen längeren Zeitverlauf an das umgebende Gewebe anzugeben. Dies kann beispielsweise bei sehr ausgedehnten Wundflächen oder Wunden mit einer großen inflammatorischen Aktivität, wie beispielsweise bei einer Verbrennung, besonders vorteilhaft sein. Somit ist insbesondere eine Beschichtung von Wundversorgungsmaterialien vorteilhaft. Dabei eignet sich das Beschichtungsverfahren besonders, um hydrophobe Verbindungen zu binden und kontrolliert abzugeben. Daher ist ein erfindungsgemäßes Beschichtungsverfahren auch insbesondere geeignet, um hydrophobe aktive Substanzen zur Reduktion oder Unterbindung einer Gefäßwiedereinengung, insbesondere Taxole und Rapamycin sowie deren Derivate, lokal freizusetzen. Ferner eignet sich ein erfindungsgemäßes Verfahren, um Gewebestrukturen auf artifiziellen Formteilen auszubilden oder endothelisierte Gefäßstrukturen herzustellen. Ferner ist eine erfindungsgemäße Beschichtung auf Implantaten besonders vorteilhaft, wenn eine rasche Anhaftung von Zellen gewünscht ist, wie beispielsweise bei Augenlinsen. Ferner ist eine erfindungsgemäße Beschichtung geeignet, um eine Anlagerung von Gerinnungsfaktoren und Thrombozyten zu unterbinden, wie beispielsweise bei Kathetern von venösen Ports oder Blutschlauchsystemen sowie vaskulären Implantaten.
Figurenbeschreibung
Figur 1 : zeigt Tabelle 1 enthaltend die numerischen Ergebnisse aus Beispiel 1 .
Figur 2: zeigt Tabelle 2 enthaltend die numerischen Ergebnisse aus Beispiel 3. Figur 3: zeigt Tabelle 3 enthaltend die numerischen Ergebnisse aus Beispiel 9 Beispiele
Messmethoden
Folgende Messmethoden wurden im Rahmen der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendet:
Der Gehalt an Phosphor, Kalzium, Magnesium und Eisen in den Wasserphasen wurde mittels ICP OES (iCAP 7400, Thermo-Fisher, Scientific, Deutschland) bestimmt. Werteangaben in ppm (bzw. in mg/kg).
Alle Beschichtungen erfolgten bei Raumtemperatur (20°C) und Normaldurckbedingungen, sofern nicht anders angegeben.
Wasserkontaktwinkelmessungen erfolgten mit einem automatisierten Kontaktwinkelmessgerät (DAS 30, Krüss, Deutschland). Die Messungen erfolgten nach der sessil Drop-Methode, nachl Sekunde Kontaktzeit, bei 20°C.
Beispiel 1
Untersuchung zur Beschichtbarkeit von Materialien.
Für die Untersuchung wurden Präparate von einem chirurgischen Netzmaterial aus PLLA (M1 ), einem vasculären Scaffold (Resoloy, MeKo, Deutschland) (M2) sowie Template von Osteosynthesematerial (Edelstahl 316L) (M3) verwendet. Die Materialstücke wurden an mindestens 2 Stellen mit einem Platindraht, der durch Lot oder Thermomodulation angebracht wurde, verbunden. Diese hatten die Aufgabe die Materialstücke während der Beschichtungsprozedur zu fixieren, sodass kein Kontakt der Materialoberflächen zu einer Auflagefläche in einem Behältnis bestand. Ferner wurden hierüber Messungen des Isolationswiderstands der beschichteten Materialoberflächen vorgenommen (M2 und M3). Die Materialien wurden in DCM in einem Ultraschallbad über 20 Minuten gereinigt. Anschließend erfolgte eine Trocknung im Stickstoffstrom sowie anschließender Aufbewahrung in einer Inertatmosphere. Die M2-Präparate wurden in Methanol, in der L-Dopamin in einer Konzentration von 10 Gew% gelöst war, über 6 Stunden eingelegt. Anschließend Spülen mit THF und Trocknen im Vakuum. Die M3-Präparate wurden mit einem Sauerstoffplasma vorbehandelt und anschließend mit Toluol in dem ODTMS (n- Octadecyltrimethoxysilan C21 H52O3S1) in einer Konzentration von 5 Gew% gelöst vorlag, für 6 Stunden aufbewahrt. Anschießend Spülen des Materials mit Ethanol und Trocknen bei 120°C über 3 Stunden. Die vorbereiteten Substrate wurden gemäß der folgenden Beschichtungsserien weiter behandelt: 1 a) Ölsäure, 1 b) Nitroölsäure mit 25vol% Ethanolzusatz, 2a) Polyethylenimin (MW 20.000 Da) mit 25Vol% Methanolzusatz, 2b) Polyalkylenpolyamin (MW 50.000 Da) mit 20 Vol%- Toluolzusatz. Die Oberflächenbenetzung erfolgte durch Eintauchen in die Lösungen bei 25°C über 3 Stunden. Anschließend Abspülen der Oberflächen mit Ethanol. Hiernach Trocknung in einem Vakuum-Trockenschrank über 10 Stunden. Substrate, die aus dem Beschichtungsschritt 2a) und 2b) erhalten worden waren, wurden in der Beschichtungsserie 3a mit Ölsäure und in der Serie 3b mit Nitroölsäure beschichtet, indem diese, wie in der Versuchsserie 1 , in die Lösungen eingetaucht und anschließend abgespült und getrocknet wurden.
Die Substrate der einzelnen Versuchsserien wurden zur Bestimmung des elektrischen Isolationswiderstands in eine 0,9%igen NaCI Lösung soweit eingetaucht, dass die Anschlussstellen an die Platinelektroden oberhalb der Wasseroberfläche blieben, die Bestimmung erfolgte unter Anlage eine 12V Gleichspannung. Anschießend vollständiges Eintauchen der Substrate in die Lösung und Belassen hierin für 4 Wochen. Die Bestimmung des elektrischen Isolationswiderstands wurde im Abstand von 1 Woche unter den identischen Bedingungen wiederholt. Abschließend Trocknen der Substratoberflächen. Die Substratoberflächen wurden mittels REM, EDX und konfokaler Lasermikroskopie untersucht. Für die Durchführung er konfokalen Lasermikroskopie wurden die Oberflächen mit einer Lösung enthalten Sudan über eine Stunde eingelegt und anschließend mit einer ethanolischen Lösung abgespült. Ferner wurden die Wasserkontaktwinkel (WKW) vor und nach einer Beschichtung sowie nach der Langzeituntersuchung bestimmt. Ergebnisse:
Bei den Materialien lagen folgende Ausgangs-WKW vor: M1 : 82°, M2: 21 °, M3: 12°. Nach der Hydrophobierung lagen die WKW für M2 bei 95° und für M3 bei 81 °. Die weiteren WKW-Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Bei den Materialpräparaten M3 wurden Isolationswiderstandswerte zwischen 0,1 und 0,8 Ohm bestimmt. Der Isolationswiderstand, der nach einer Hydrophobierung ermittelt wurde, betrug zwischen 0,7 und 1 ,2 Ohm. Nach einer Beschichtung gemäße 1 a und 1 b. erhöhte sich der Isolationswiderstand um 32 +/-14 Ohm bzw. 55 +/- 12 Ohm. Nach den Beschichtungen gemäß 2a und 2b. war der Isolationswiderstand gegenüber der unbehandelten Oberfläche um 26 +/- 16 Ohm bzw. 62 +/- 14 Ohm erhöht. Bei den Materialstücken der Behandlungsserie 3a. bzw. 3b. lagen die Isolationswiderstande zwischen 400 bis 480 und 500 bis 620 Ohm, wobei die Widerstände bei Verwendung von Nitrofettsäuren um 80 bis 120 Ohm höher lagen. Nach 4-wöchiger Aufbewahrung in dem Wasserbad (t4) war der Isolationswiderstand für die Beschichtung 3a. um 36 bis 68 Ohm geringer als zum Herstellungszeitpunkt (tO), während bei Beschichtungen gemäß 3b. eine Reduktion des Isolationswiderstandes vorlag, die weniger als 10% des zum Zeitpunkt tO erreichten Isolationswiderstands betrug. Es wurde für die Beschichtungen gemäß 3a. und 3b. eine Schichtdicke von 18 bis 35 nm ermittelt. In der Elektronenmikroskopie waren alle Oberflächen ohne oberflächliche Substanzdefekte. Zum Zeitpunkt t4 stellte sich ein identisches Ergebnis für die Beschichtungen 3a. und 3b. nach einer Beschichtung gemäß 2b) dar. Hingegen deutliche Substanzdefekte bei den Materialoberflächen nach einer Beschichtung gemäß 1 und 2 sowie geringer nach Beschichtung 2a) darstellten. Mittels konfokaler Laser Mikroskopie konnte eine homogene und defektfreie Verteilung des lipophilen Chromophors auf den Beschichtungen gemäß 3a. und 3.b nach Beschichtung 2b) dargestellt werden. Dies war zum Zeitpunkt t4 auch bei 3b der Fall, während bei 3a. die Signalintensität reduziert war.
Beispiel 2
Synthese hydrophober kationischer Elektrolyte und Polyelektrolyte
Zur Herstellung hydrophober kationische Elektrolyte wurden folgende Verbindungen eingesetzt: Polyethylenimin oder Poly(2-aminoethyl methacrylate) jeweils mit 1 - loddodecan umgesetzt.
Verbindung 1 : Umsetzung von PEI mit 1 -loddodecan zur PEI-C12 (100%)
Alkylierung/Hydrophobisierung (Hydrophobierung) von Polyethylenimin
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2.10 g (0.21 mmol) PEI (verzweigt, M~10.000 g/mol) werden in ein 50 mL Rollrandglas gegeben und mit Hilfe eines Ultraschallbades und gelegentlichem Umrühren in 10 mL Ethanol gelöst. Zur der klaren leicht zähflüssigen Lösung werden unter Rühren 4.06 mL/ 4.88 g (16.5 mmol) 1 -Joddodecan gegeben. Nach 5 Minuten werden zusätzlich 1 .5 g (17.9 mmol) NaHCO3 hinzugegeben und die Suspension für 15 Stunden auf 70 °C erhitzt. Im Anschluss wird die Suspension möglichst vollständig in ein 50 mL Zentrifugenrohr mit 35 mL dest. Wasser überführt. Dabei fällt eine weiße zähe Masse aus. Nach Zentrifugation wird der Überstand abdekantiert und verworfen. Die nun trüb gelbe Masse wird nun in dem Zentrifugenrohr verrieben und im Anschluss werden 35 mL frisches dest. Wasser hinzugegeben. Überschüssige Salze (Natriumiodid (Nal) und Natriumhydrogencarbonat) werden nun im Ultraschallbad extrahiert. Nach erneuter Zentrifugation wird der Überstand verworfen. Dieser Reinigungsschritt wird insgesamt vier Mal wiederholt. Die erhaltende wachsartige hellgelbe Masse wird grob zerbröselt und auf einem Filterpapier an Luft vorgetrocknet und im Anschluss ein 50 mL Zentrifugenrohr überführt. Zum vollständigen Entfernung der Wasserreste wird die Masse zunächst für 20 Stunden bei Raumtemperatur und anschließend für weitere 20 h bei 80 °C im Vakuum getrocknet. Es werden dabei 3.87 g einer klaren gelblichen und klebrigen Masse erhalten (PEI-C12(100%); Ausbeute 79 % bezogen auf das Molekulargewicht des Produktes von 23.263 g/mol). Das Produkt ist eine honig- oder harzartige aber transluminescente Masse.
Das kommerziell erhältliche PEI besitzt eine mittlere Molare Masse von 10.000 g/mol. Die Molare Masse der Monomereinheit ist 43.07 g/mol (Summenformel C2H5N2). Daraus ergibt sich eine Abschätzung der Anzahl der Monomereinheiten pro PEI-Molekül (232.18 Monomereinheiten pro PEI-Molekül). pro PEI Mo tekiu
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Laut Hersteller/ Vertreiber besitzt das PEI eine Zusammensetzung aus 33,8 % primäre (RNH2), 40.5 % sekundäre (R2NH) und 25.7% tertiäre Aminogruppen (R3N). Der Alkylierungsgrad wird auf die vorhandene Menge an primären Aminogruppen bezogen. Eine Beispielrechnung:
2.1 3
2.1 g PEI = — = 0.21 mmol
Das entspricht in etwa 16.5 mmol an primären Aminogruppen:
0.21 mmol * 232.18 * 0.33O = 16. S mmol
Daraus ergibt sich die Menge an Alkylierungsreagenz (Alk) 1 -loddodecan für 2.1 g PEI:
9
PAi = g/"mL
Die eingesetzte Masse an Alkylierungsreagenz und dem definierten Alkylierungsgrad x (1 =100%) ergibt sich:
16,5 mmol ' 296.23 o /mo!
Verbindung 2: Umsetzung von PEI mit 1 -loddodecan zur PEI-C12 (90%)
Die Reaktion wird analog zur Herstellung von Verbindung 1 durchgeführt, wobei 3.65 ml (14.9 mmol) 1 -loddecan eingesetzt werden. Das Produkt PEI-C12(90%) wird in einer Ausbeute von 73% erhalten. Verbindung 3: Umsetzung von PEI mit 1 -loddodecan zur PEI-C12 (80%)
Die Reaktion wird analog zur Herstellung von Verbindung 1 durchgeführt, wobei 3.25 ml (13.2 mmol) 1 -loddecan eingesetzt werden. Das Produkt PEI-C12(80%) wird in einer Ausbeute von 73% erhalten.
Verbindung 4: Umsetzung von PEI mit 1 -loddodecan zur PEI-C12 (60%)
Die Reaktion wird analog zur Herstellung von Verbindung 1 durchgeführt, wobei 2.44 ml (9.9 mmol) 1 -loddecan eingesetzt werden. Das Produkt PEI-C12(60%) wird in einer Ausbeute von 78% erhalten.
Verbindung 5: Umsetzung von PEI mit 1 -loddodecan zur PEI-C12 (50%)
Die Reaktion wird analog zur Herstellung von Verbindung 1 durchgeführt, wobei 2.03 ml (8.25 mmol) 1 -loddecan eingesetzt werden. Das Produkt PEI-C12(50%) wird in einer Ausbeute von 67% erhalten.
Verbindung 6: Umsetzung von PEI mit 1 -loddodecan zur PEI-C8 (90%)
Die Reaktion wird analog zur Herstellung von Verbindung 1 ausgeführt. Es werden 2.68 ml 1 -lodoctan (14.85 mmol, Dichte 1 .33 g/ml; M = 240.13) hinzugegeben. Erhalten werden 76% des Produktes PEI-C8(80%).
Verbindung 7: Umsetzung von PEI mit 1 -loddodecan zur PEI-C8 (80%)
Die Reaktion wird analog zur Herstellung von Verbindung 1 ausgeführt. Es werden 2.38 ml 1 -lodoctan (13.2 mmol, Dichte 1 .33 g/ml; M = 240.13) hinzugegeben. Erhalten werden 76% des Produktes PEI-C8(80%).
Verbindung 8: Umsetzung von Polv(2-aminoethyl methacrylate) mit 1 - loddodecan (entspricht 100% Alkylierung)
2.00 g (0.18 mmol) Poly(2-aminoethyl methacrylate) (M~1 1 .000 g/mol) werden in ein 50 ml_ Rollrandglas gegeben und mit Hilfe eines Ultraschallbades und gelegentlichem Umrühren in 10 mL Ethanol gelöst. Zur der klaren leicht zähflüssigen Lösung werden unter Rühren 3.77 mL/ 4.53 g (15.3 mmol) 1 -Joddodecan gegeben. Nach 5 Minuten werden zusätzlich 1 .35g (16.1 mmol) NaHCO3 hinzugegeben und die Suspension für 15 Stunden auf 70 °C erhitzt. Im Anschluss wird die Suspension möglichst vollständig in ein 50 mL Zentrifugenrohr mit 35 mL dest. Wasser überführt. Dabei fällt eine zähe Masse aus. Nach Zentrifugation wird der Überstand abdekantiert und verworfen. Die nun trüb Masse wird nun in dem Zentrifugenrohr verrieben und im Anschluss werden 35 mL frisches dest. Wasser hinzugegeben. Überschüssige Salze (Nal und NaHCO3 ) werden nun im Ultraschallbad extrahiert. Nach erneuter Zentrifugation wird der Überstand verworfen. Dieser Reinigungsschritt wird insgesamt viermal wiederholt. Die erhaltende wachsartige Masse wird grob zerbröselt und auf einem Filterpapier an Luft vorgetrocknet und im Anschluss ein 50 mL Zentrifugenrohr überführt. Zum vollständigen Entfernung der Wasserreste wird die Masse zunächst für 20 Stunden bei RT und anschließend für weitere 20 h bei 80 °C im Vakuum getrocknet. Es werden dabei 3.43 g einer klaren und klebrigen Masse erhalten (Verbindung 2; Ausbeute 75 % bezogen auf das Molekulargewicht des Produktes von 25.392 g/mol).
Beispiel 3
Untersuchung zum Korrosionsverhalten und zu biologischen Effekten von beschichteten Metallmaterialien.
Es wurden die folgenden Materialstoffe in Form von Plättchen (Substrate) von 1 cm2 nach erfolgter Elektropolitur sowie einer Oberflächereinigung mit Aceton und Toulol im Ultraschallbad untersucht: 1 a nicht rostfreier Stahl, ferner rostfreie Stähle: 2a: 316 L, 2b: Ti6AL4V, ferner Leichtmetalle: 3a: AI2O3.
Es erfolgte im Beschichtungsschritt B1 eine Hydrophobierung, indem die Präparate in eine Lösung aus Toluol mit hierin enthaltenem ODTMS (5 Gew%) über 6 Stunden eingetaucht waren und anschließend bei 1 10°C im Trockenschrank für 4 Stunden getrocknet wurden. Im Beschichtungsschritt B2 wurden die wie in Beispiel 1 gelagerten Präparate in Ethanol mit hierin zu 50 Gew% gelöstem PEI (MW 25.000 Da, stark verzweigt) über 3 Stunden eingetaucht. Im Beschichtungsschritt B3 erfolgte eine Benetzung mit Verbindung 1 gemäß Beispiel 2 (PEI-C12(100%)) als 5%ige Lösung in Pentan. Anschließend Abspülen der Präparate mit Ethanol und Trocknen in einem Vakuum-Trockenschrank bei 60°C über 12 Stunden. In den Beschichtungsschritten B2a bzw. B3a sowie B2b bzw. B3b erfolgte eine Belegung der Präparate mit Ölsäure sowie Nitroölsäure, wie in Beispiel 1 beschrieben.
Die beschichteten Substrate wurden in Versuchsserien, die zu jedem Beschichtungsschritt in parallelen Ansätzen erfolgten, in ein bewegtes Bad einer wässrigen Lösung mit einer der folgenden Zusätze eingetaucht: V1 ) Kollagen Typ I (50 g/ml) in Natrium-hydrogencarbonat-Puffer für 20 Minuten, V2) thrombozyten- reiches Blutplasma für 24 Stunden, sowie V3) PBS mit einem pH von 7,4 für 4 Wochen.
Es erfolgten Kontaktwinkelmessungen nach jedem Beschichtungsschritt sowie Untersuchungen mittels REM sowie Konfokaler Lasermikroskopie (wie in Beispiel 1 ) nach Beendigung der Versuchsserien V1 bis V3. Oberflächen, die mit Zellen und/oder Biomolekülen kontaktiert worden waren, wurden fluoreszenzmikroskopisch nach Inkubation mit spezifischen Fluoreszenzantikörpern untersucht und der jeweilige relative Belegungsgrad sowie die Belegungsintensität ermittelt. Ferner erfolgte eine auflichtmikroskopische Untersuchung zur Analyse der Belegung mit Thrombozyten nach den folgenden Kriterien: Belegungsdichte (gering/mittel/hoch), Aggregatbildung (keine/leichte/deutliche) und Morphologie
(kugelig/verzweigt/ausgebreitet).
Es erfolgte eine Bestimmung des elektrischen Wiederstands nach jedem Beschichtungsschritt sowie nach Abschluss von V3, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Aufbewahrungsmedien nach Abschluss von V3 wurden auf das Vorliegen der Elemente Aluminium, Eisen, Chrom, Kobalt und Nickel sowie Vanadium analysiert.
Ergebnisse:
Die numerischen Ergebnisse für die WKW und die Isolationswiderstände sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Auf den gereinigten Ausgangsmaterialien bestand ein Belegungsgrad für Kollagen zwischen 72% und 85%. Nach dem B1 betrug dieser zwischen 84% und 92%, nach B2 65% bis 75%, nach B3 34% bis 45% sowie nach B2a 15% bis 25%, nach B2b 8% bis 21 %, nach B3a 5% bis 12% und nach B3b 5% bis 10%. Weitere Ergebnisse in Tabelle 3.
Bei den Untersuchungen zur Thrombozytenadhäsion (Tabelle 4) zeigte sich auf den gereinigten Ausgangsmaterialien eine mittlere bis starke Belegung, sowie leichte bis deutliche Aggregate von überwiegend verzweigten Thrombozyten. Nach B1 lagen eine leichte Belegung, eine überwiegend leichte Aggregatbildung und kugelige bis verzweigte Thrombozyten vor. Nach B2 zeigte sich bei dieser Untersuchung ein zu den gereinigten Ausgangsmaterialien vergleichbares Ergebnis. Nach B3 bestand eine leichte Belegung, mit gelegentlichen Aggregaten, bei überwiegend wenig verzweigten Thrombozyten. Nach Beschichtung der Präparate mit Ölsäure zeigte sich eine geringere Belegung mit Thrombozyten, die allerdings noch Aktivierungszeichen aufwiesen. Dies war nach einer Beschichtung mit einem kationischen Polyelektrolyt nur zu einem minimalen Anteil der Fall und lag bei einer zuvorigen Beschichtung mit einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt nicht mehr vor.
In den Elektrolytlösungen der Versuchsserie V3 waren bei Präparaten, die mit den Beschichtungsschritten B1 und B2 beschichtet worden waren, Metallionen bzw. Metalloxide nachweisbar: Eisen bei 1 a und 1 b (+++) sowie 2a und 2 b (+), Aluminium bei 3 a und 3 b (++), Kobalt bei 2a (+), Vanadium bei 2b (+), Nickel bei 2a (+). In den rasterelektronischen Untersuchungen der Substrate der Versuchsserie V3 lagen zahlreiche oberflächliche Substanzdefekte nach den Beschichtungsschritten B1 und B2 vor. Bei B3 waren solche nicht nachweisbar. Tabelle 4 Belegungsgrad für Kollagen und Thrombozyten
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Thrombozytenbelegung: + wenig bis keine; ++ leichte; +++ mittlere Belegung; ++++ starke Belegung.
Beispiel 4
Untersuchung zu biologischen Effekten von Oberflächenbeschichtungen.
Es wurden Plättchen aus einer Magnesium-Legierung (M1 ) sowie aus Teflon (M2) mit dem folgenden Beschichtungsverfahren behandelt: 1 . Reinigung der Oberflächen mit DCM sowie Cyclohexan, 2. Eintauchen in ein 1 :1 (Gew%) Gemisch aus THF und hydrophobisiertem PEI (100.000Da schwach verzweigt, Hydrophobierung hergestellt gemäß Vorschrift für Verbindung 7 gemäß Beispiel 2) über 6 Stunden, anschließend Abspülen mit Methanol und 2-malige Wiederholung der Prozedur nach Trocknung über 24 Stunden bei 60°C, 3. Spray-Coating mit a. Ölsäure oder b. Nitroölsäure, die mit Diethylether zu 10Vol% verdünnt sind. Anschließend abspülen der Oberflächen mit Ethanol und trocknen im Vakuumofen bei 40°C über 24 Stunden. Zur Qualitätskontrolle erfolgt eine WKW-Messung. Native sowie die nach 3a. und 3b. erhaltenen Plättchen wurden im 45°-Winkel zum Boden in einem Kulturgefäß aufgestellt. In die Kulturgefäße wurden L929 Fibroblasten in einem Nährmedium gegeben und das Kulturgefäß kontinuierlich bewegt. Über einen Zeitraum von 4 Wochen werden alle 7 Tage Plättchen zur lichtmikroskopischen Quantifizierung entnommen. Hierzu wurden die Plättchen zunächst mit einer physiologischen Lösung abgespült und in einem Formalinbad fixiert sowie nach Trocknung angefärbt. Es wurden der Oberflächenbelegungsgrad, die Zellmorphologie sowie das Vorliegen von Mehrfachschichtbildungen beurteilt.
Ergebnisse:
Die mit der Beschichtung erreichten WKW betrugen für 3a zwischen 85° und 91 ° und für b2. 103° bis 1 10°. Auf nativen Oberflächen von M1 kam es zu einer raschen Adhäsion von Zellen, sodass eine max. 30%ige Belegung in den ersten 2 Wochen bestand. Diese nahm im weiteren Verlauf bei progressiver Auflösung des Materials ab. Adhärierende Zellen waren stark verzweigt. Auf nativen Oberflächen von M2 adhärierten praktische keine Zellen. Auf gemäß 3a. beschichteten Oberflächen (M1 und M2) zeigte sich eine über die ersten 2 Wochen zunehmende Anzahl von adhärierenden Zellen mit starker Verzweigung. Nach 3 Wochen war die Belegung vollständig und es bestanden Multilagenbildungen. Diese setzten sich bis zum Abschluss fort, die Zellen hatten weiterhin überwiegend Spindelformen. Auf Oberflächen, die gemäß 3b. beschichtet worden waren, bestand in der ersten Woche eine deutlich höhere Belegungsrate mit adhärierenden Zellen, als die bei der Beschichtung gemäß 3a der Fall war, hier waren ca. 60% der Gesamtfläche bedeckt. Nach 2 Wochen bestand ein flächiger Verband ohne Multilagenbildung mit teils ausgebreiteten und zum Teil abgerundeten Zellen. Auch im weiteren Verlauf kam es nur vereinzelt zu Mehrlagenbildungen, die Zellen hatten überwiegend eine flache Form mit breitbasiger Adhärenz.
Beispiel 5
Untersuchung zur Degradationskontrolle von Beschichtungen.
Es wurde die Beeinflussbarkeit der Degradationsstabilität der erfindungsgemäßen Beschichtung untersucht. Hierzu wurde der Effekt einer Reservoirbildung für Carbonsäuren, die in die Beschichtung eingebracht wurden untersucht, indem in der Versuchsserie D1 in eine 1 -lagige Beschichtung mit A) PEI 25.000Da bei dem ein Alkylierungsgrad von 50% mit einem C12 Alkylrest vorlag (hydrophobiert mit einem C12 Alkylrest) oder mit B) PEI 25.000D, bei dem Alkylierungsgrad von 90% von 90% gemäß Beispiel 2 vorlag. In der Versuchsserie D1 c wurde der Substanz A) und B) jeweils a) Ölsäure in einem molaren Verhältnis der Carboxylgruppe zu nicht alkylierten Stickstoffatomen von 1 ,5: 1 hinzugemischt und in der Versuchsserie D1 d) erfolgte eine gleichartige Hinzumischung von Nitroölsäure. Die Lösung erfolgte in einem Gemisch von Pentan. In der Untersuchungsserie D2 und D3 wurde ein 2-lagiger Schichtausbau untersucht, bei dem in der Serie D2) zuerst ein einlagiger Auftrag des hydrophoben kationischen Polyelektrolyt erfolgte und nach Trocknung eine Beschichtung mit der respektiven Carbonsäure, die analog zu den Versuchsserien D1 c sowie D1 d vorgenommen wurde und in der Versuchsserie D3 eine zu D2 umgekehrte Reihenfolge der Beschichtung erfolgte. Nach Trocknung erfolgte bei allen Beschichtungsserien abschließend eine Belegung mit der jeweils zur Reservoirbildung eingesetzten Carbonsäure, indem diese in einer 5%igen methanolischen Lösung mittels Spraycoating aufgetragen wurden. Anschließend Trocken der Proben. Mit den Beschichtungsverfahren wurden Scheiben bestehend aus Messing (Substrat 1 ) und Eisen (Substrat 2) beschichtet. Die beschichteten Substrate wurde in eine physiologische NaCI Lösung für 8 Wochen eingelegt. Es erfolgte eine kontinuierliche Bestimmung der Leifähigkeit des wässrigen Mediums. Als Referenz wurde bei einer identischen Lösung mit dem gleichen Volumen, ohne eine Substrateinlage sowie einer Lösung mit Einlage eines unbeschichteten Substrates, die Leitfähigkeit monitoriert. In einer ansonsten identischen Untersuchungsserie wurden die wässrigen Lösungen mit Bakterienkulturen (Staphylokokkus aureus sowie Pseudomonas aeroginosa) beimpft. Bei dieser Versuchsserie erfolgte eine mikroskopische Untersuchung nach 2 und nach 4 Wochen. Es wurden die Wasserkontaktwinkel nach Beschichtung (tO), nach 15 Tagen (t15), 30 Tagen (t30), nach 45 Tagen (t45) sowie nach 60 Tagen (t60) bestimmt. Ferner wurden alle 2 Tage die Konzentrationen von Magnesium- oder Eisenionen in der wässrigen Lösung bestimmt.
Ergebnisse:
Die Wasserkontaktwinkel, die nach einer Beschichtung mit einem der hydrophoben kationischen Polyelektroyte A) oder B) bestimmt wurden, lagen bei D1 a zwischen 65 und 72°, bei D1 b und D1 c, D3 und D3b zwischen 85 und 96°. Bei D2 lag der Kontaktwinkel bei 82 bis 90° und bei D2b bei 92 bis 98°. Nach der abschließenden Beschichtung mit einer Carbonsäure nivellierte sich das Kontaktwinkelniveau für Beschichtungen, die mit Ölsäure erfolgt waren (85 bis 90°) sowie solche, die mit Nitroölsäure beschichtet worden waren (96 bis 106°). Bei den Verlaufsuntersuchungen kam es zuerst zu einer Abnahme des Wasserkontaktwinkels um mehr als 5% bei D1 a zu Zeitpunkt t14. Bis zum Zeitpunkt t30 kam es zu keiner signifikanten Änderung der bei den übrigen Proben gemessenen Wasserkontaktwinkel. Zum Zeitpunkt t45 lag eine 5%ige Reduktion des Wasserkontaktwinkel bei den Serien D1 b und D1 c vor. Zum Zeitpunkt t60 lag eine >5%ige Reduktion des Kontaktwinkels bei D2 vor. Ein Anstieg der Leitfähigkeit und die Bestimmbarkeit von Magnesium- oder Eisenionen sowie deren Konzentration waren miteinander korreliert und traten nach einer > 5%igen Reduktion der Wasserkontaktwinkel auf.
Bei den Präparaten, die in einer Bakterienkultur gelagert wurden, war ein Nachweis anhaftende Keime bei D1 a zum Zeitpunkt t14 und t30 möglich. Bei D1 b und D1 c lag eine geringe Besiedelung zum Zeitpunkt t30 vor. Bei allen anderen Präparaten waren keine Auflagerungen/Besiedelung von Bakterien erkennbar. Die Ergebnisse für die Beschichtungssubstanzen A. und B. zeigten keine signifikanten Unterschiede.
Beispiel 6
Untersuchung zum Abgabeverhalten von Verbindungen aus Oberflächenbeschichtungen.
Es wurden 40 elektropolierte Kupferplättchen (2 x 3cm) mit Aceton und Hexan gereinigt und nach dem folgenden Verfahren beschichtet:
1 . Oberflächenhydrophobierung mit Dopamin (wie in Beispiel 1 ), 2. 4-lagiger Auftrag einer Mischung aus Verbindung 4 (PEI-C12 (50%)) gemäß Beispiel 2) verzweigt mit dem Farbstoff Nil-rot (0,1 Gew%) oder einer Mischung von Nil-Rot zusammen mit Nitroölsäure 0,2 Gew%, jeweils gelöst in Pentan, die bei einer Temperatur von 40°C mittels eines Spray-coating Verfahrens aufgetragen wurden, wobei zwischen den Beschichtungen eine Vakuumtrocknung bei 60°C für 12 Stunden erfolgte. 3. Als Abschlussschicht erfolgte eine Abscheidung von Nitroölsäure aus einer Methanolphase. Anschließend Abspülen mit Methanol und Trocknung der Präparate. Bei einem Teil der Präparate (Versuchsserie 1 ) wurde ein elektrischer Kontakt angebracht und mit einer Gleichstromspannungsquelle verbunden. Die Plättchen wurden mit Ausnahme der Kontaktstelle in eine Elektrolytlösung (NaCI) mit Phenolphtalein getaucht und eine Spannung von 12 V zwischen den Plättchen und der Lösung für 10 Tage angelegt. Es erfolgte täglich eine spektroskopische Analyse des Farbspektrums und der Intensität der Lösungen zur Quantifizierung eines Leckstroms. Die andere Hälfte der Plättchen (Versuchsserie 2) wurde in Kulturschalen eingelegt, die mit einem Fibroblasten enthaltenden Medium befüllt wurden. Es erfolgte eine Kultivierung über 4 und 8 Wochen. Anschließend wurden die Zellbeläge mit Trypsin abgelöst und ein Teil fluoreszenzmikroskopisch untersucht und die übrigen Zellen lysiert. Das Zelllysat wurde mit Hexan ausgeschüttelt und anschließend spektroskopisch der Gehalt an Nil-rot in der Lösungsmittelphase ermittelt. Die Plättchenoberflächen wurden nach Entfernung der Zellen mit einer ethanolischen Lösung im Ultraschallbad gereinigt und anschließend getrocknet. Hiernach erfolgten Wasserkontaktwinkelmessungen.
Ergebnisse:
Nach der Oberflächenbeschichtung lagen die Kontaktwinkel zwischen 104 und 100°: In der Versuchsserie 1 ergab sich im Verlauf von 10 Tagen keine Farbänderung, die auf eine Hydrolyse hindeutet, somit waren die beschichteten Substrate defektfrei elektrisch isoliert. Die anschließend bestimmten Kontaktwinkel waren nahezu unverändert. Die auf den beschichteten Plättchen gewachsenen Fibroblasten hatten eine rötliche Farbe, lichtmikroskopisch lagen zytoplasmatisch zahlreiche rot fluoreszierende Vesikel vor. Nach Überführung der hydrophoben Verbindungen in die Lösungsmittelphase konnte hierin Nil-rot nachgewiesen werden. Die Vesikel waren größer und der Gehalt an Nil-rot im Zelllysat war höher, wenn die Beschichtung mit einer Mischung aus Nil-rot und der Nitrofettsäure erfolgt war, als bei der alleinigen Zumischung des Farbstoffs zu dem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt. Die Kontaktwinkel, die nach Ablösen der Zellen bestimmt wurden betrugen nach 4 Wochen zwischen 1 10° und 1 15° und nach 8 Wochen zwischen 85° und 99°. Somit erfolgt eine Freisetzung hydrophober Verbindungen, die in einem Schichtaufbau, bestehend aus hydrophoben kationischen Polyelektrolyt eingebracht worden sind, welche durch eine Lösungsvermittlung mit Nitrofettsäuren gesteigert/gesteuert wird/werden kann. Dabei kann die Freisetzung unabhängig von der Degradation der Beschichtung erfolgen.
Beispiel 7
Untersuchung zur Degradationsverzögerung von bioresorbierbaren Materialien
Für die Untersuchung wurden arterielle Scaffolds (S) aus einer Magnesiumlegierung (MeKo, Deutschland) sowie chirurgisches Nahtmaterial (N) aus PLA (Vicryl rapid, Ethicon, Germany) untersucht. Hierzu wurden die Materialstücke zunächst in einem Ultraschallbad mit Hexan gereinigt. Es erfolgten Beschichtungen mit den folgenden Anordnungen, wobei hydrophobe kationische Elektrolyte und Polyelektrolyte des Beispiels 2 (entsprechende Versuchsnummer) verwandt wurden: 1 ) PEI-C8, 90% Alkylierungsgrad (Hergestellt gemäß Beispiel 2, Verbindung 6), 1 -maliger Auftrag einer 5%ige Lösung (Pentan), 2) PEI-C12, Alkylierungsgrad 50% (Verbindung 5), 2- maliger Auftrag einer 5%igen Lösung, wobei der Verbindung für die erste Beschichtung in der Untersuchungsserie a) Ölsäure und in der Serie b) Nitroölsäure hinzugemischt wurde, in einer Menge, bei der das molare Massenverhältnis zwischen kationischen Gruppen und Carboxylgruppen 1 :1 ,5 betrug; 3) PEI-C12 (Verbindung 2), Alkylierungsgrad 90%, 4-maliger Auftrag, 5. PEI-C8, Alkylierungsgrad 80% (Verbindung 7), wobei der Verbindung in der Untersuchungsserie a) Ölsäure und in der Serie b) Nitroölsäure hinzugemischt wurde, in einer Menge, bei der das molare Massenverhältnis zwischen kationischen Gruppen und Carboxylgruppen 1 :1 ,2 vorlag; 4. PEI-C12, Alkylierungsgrad 90% (Verbindung 2), wobei die Substanzen im Wechsel insgesamt 6-mal aufgetragen wurden. Abschließend wurden die Materialien mit a) Ölsäure oder b) Nitroölsäure, die jeweils in eine Methanolischen Lösung vorlagen, beschichtet.
Zur Kontrolle wurden die Materialien jeweils nur mit Ölsäure (K1 ) oder Nitroölsäure (K2) beschichtet. Ferner wurden als Referenzprobe Materialstücke ohne eine Oberflächenbehandlung in gleicher weise untersucht (Ref).
Die Beschichtungen/Benetzungen erfolgten jeweils mittels dip-coating für eine Dauer von 3 bis 5 Minuten. Im Anschluss wurden die Materialien mit Ethanol abgespült. Für jede Versuchsreihe bzw. jede Versuchsdauer wurden 5 Materialstücke untersucht. Diese wurden jeweils einzeln in ein Wasserbad mit einer Pufferlösung (Citrat/NatriumCarbonat, pH 7,4) für die Dauer von 2 (t2), 4 (t4) 6 (t6) und 8 (T8) Wochen eingelegt. Ferner wurden jeweils 5 Scaffolds auf einen Ballonkatheter montiert und hiermit in einem Siliconschlauch auf den Nominaldurchmesser expandiert, sodass das expandierte Scaffold festsitzend im Siliconschlauch verblieb, der sodann mit der Pufferlösung luftfrei gefüllt wurde und mit dieser bei einer Flussrate von 6 Liter/Stunde für 2 Wochen perfundiert wurde. Es erfolgte eine sequentielle Bildaufzeichnung des expandierten Scaffolds, die eine visuelle Analyse auf eine Arrosion/Frakturierung von Streben des Scaffolds erlaubte. Bei den Lösungen in denen die Scaffolds eingelegt wurden, erfolgte täglich eine Bestimmung des Magnesiumgehaltes, die Lösungen wurden alle 3 Tage ausgewechselt. In den Lösungen enthaltend das Fadenmaterial wurde kontinuierlich die Leitfähigkeit und der pH gemessen. Die Materialstücke wurden zum jeweiligen Versuchsende Licht- und Rasterelektronenmikroskopisch untersucht. Das Nahtmaterial wurde auf die Zugfestigkeit nach 7 und 14 Tagen geprüft.
Ergebnisse:
Bei S kam es bei den Referenzproben bereits nach wenigen Stunden zu einem stetig ansteigender Konzentration an Magnesium im Aufbewahrungsmedium. Bei K1 wurde der Anstieg um 14 Stunden und bei K2 um 26 Stunden verzögert und hatte eine jeweils geringere Anstiegssteilheit. Bei den Beschichtungen 1 ), 2) und 3) lag der Beginn einer messbaren Herauslösung von Magnesium bei (jeweils für a)/b)): 72/95; 152/206 sowie 325/478 Stunden. Die jeweilige Anstiegssteilheit war geringer als die von K1 und K2 und die Anstiegssteilheit bei den Beschichtungen 1 ) - 3) untereinander war mit aufsteigenden Versuchsnummer geringer. In der Bildanalyse der expandierten Scaffolds wurde sowohl eine erhebliche Verzögerung gegenüber der Referenzprobe bis zum Auftreten von Strebenfrakturierungen gefunden: K1 + 2Tage, K2 + 4 Tage, 1 a) + 6 Tage, 1 b) +8 Tage, 2a) + 12 Tage, 2b) + 16 Tage, 3a) + 18 Tage, 3b) + 23 Tage. Auch das weiteren Degradationsverhalten verlief mit aussteigender Versuchsnummer stärker verzögert ab sowie die Dauer bis zur vollständigen Auflösung bzw. Abtragung. Bei N kam es bei der Referenzprobe nach 5 Stunden zu einem Anstieg der Leitfähigkeit und nach 12 Stunden zu einem pH- Schift. Im Vergleich hierzu kam es zu einer solchen Veränderung bei den beschichteten Proben nach: K1 12/21 , K2 19/28, 1 a) 27/33, 1 b) 39/47, 2 a) 41/52, 2 b) 51/60, 3 a) 70/81 und 3 b) 104/121 Stunden. Die Reißfestigkeit war im Vergleich zur Referenzprobe nur minimal höher bei K1 und K2, aber deutlich höher nach 7 Tagen bei den Beschichtungen 1 - 3 (jeweils a)/b): + 120/140%, 180/201 % bzw. 350/400%. Die Referenzfäden hatten nach 14 Tagen bereits keine Zugfestigkeit, während diese bei den Proben mit den Beschichtungen 1 - 3 sich nur gering von der Zugfestigkeit zum Zeitpunkt t7 unterschied.
Beispiel 8
Untersuchung zur Reservoirbildung von Verbindungen zur Biofilmsupression
Es wurden die distalen Enden (8cm inklusive des Ballons) von Blasenkathetern (Uromed, Deutschland) (BK) sowie der Schaft von venösen Verweilkanülen (Braunüle, BBraun, Deutschland (VK) untersucht. Hierzu erfolgte eine Beschichtung, mit PEI-C12 mit einem Alkylierungsgrad von 60% gemäß Beispiel 2 (Verbindung 4). Der Auftrag erfolgte mittels Mikropipettiermethode. Nach Trocknung wurde im Anschluss mit dem gleichen Verfahren eine methanolische Lösung von a) Ölsäure oder b) Nitroölsäure aufgegeben, in einer Volumenmenge, die einem Auftrag der jeweiligen Carbonsäure in einem Verhältnis von 2:1 der molaren Konzentration der Carboxylgruppen zu der der kationischer Gruppen des aufgetragenen Polyelektrolyts entsprach. Diese Beschichtungssequenz wurde 4-mal wiederholt. Die Beschichtungssequenz wurde mit einer Beschichtung der Carbonsäure abgeschlossen, die jeweils zuvor der Verbindung hinzugegeben worden war. Hiernach erfolgte eine ausgiebige Abspülung der Materialoberflächen mit einer ethanolischen Lösung. Anschließend trocknen der Materialien, die dann steril gelagert wurden.
Ferner wurde die Einbringbarkeit und Reservoirbildung von Carbonsäuren in extrudierbare Kunststoffe untersucht. Hierzu wurde ein Polypropylenpulver mit einem Toluol-Lösungsgemisch enthalten 5Gew% PEI-C6 mit einem Alkylierungsgrad von 50% und a) Ölsäure oder b) Nitroölsäure in einer Menge, die dem molaren Konzentrationsverhältnis zwischen Carboxylgruppen und kationischen Gruppen von 2:1 entsprach, getränkt, unter kontinuierlicher Mischung in einem Vakuumverdampfer. Das entstandene Granulat wurde mittels einer Extrodiervorrichtung zu dünnen Fäden umgeformt. Es wurden jeweils 10cm des Fadenmaterials (FM) für die Versuche eingesetzt.
In einem Nährmedium wurde eine Bakterienkultur (Staphylokokkus aureus und Escheria coli) angesetzt. Proben des Ansatzes wurden verdünnt, sodass ca. 1 .000 Erreger/ml vorlagen. Die beschichteten Materialstücke sowie unbeschichtete Referenzproben wurden für 12 Stunden hierin eingelegt. Anschließend wurden die Materialstücke mit steriler NaCI-Lösung abgespült und in steriler NaCI-Lösung für 6 Stunden belassen. Dieser Vorgang wurde 3-mal wiederholt. Anschließend erfolgte eine Zell-Fixierung und Färbung der Materialoberflächen. Die Aufbewahrungslösungen wurden auf das Vorhandensein von Zellen mittels eines Zellanalyzers (Coulter Counter, Z1 , Beckman, Germany) analysiert und die Zellzahl bestimmt.
Die VK (Verweilkanülen) wurden ferner in ein Schlauch-Strömungsmodell aus PTFE eingebracht, in dem ein humanes Blutserum über 5 Stunden zirkuliert wurde. Das Serum wurde im Anschluss auf den Gehalt an Thrombin-Antithombin-Komplex (TAT) untersucht. Es wird die relative Veränderung, zu dem zum Ausgangszeitpunkt gemessenen Wert, bestimmt.
Die VK wurden im Anschluss mit NaCI-Lösung abgespült und in dem gleichen Strömungsmodell erneut platziert, in dem dann ein verdünntes Thrombozytenkonzentrat über die Dauer von 5 Stunden zirkuliert wurde. Anschließend erneutes Abspülen der VK, die dann einer Fluoreszenzfärbung unterzogen wurden. Mittels Fluoreszenzmikroskopie erfolgte eine Quantifizierung adhärierender Thrombozyten. Die Versuche wurden auch mit unbeschichteten VK (VK-Ref) durchgeführt.
Ergebnisse:
Bei den Referenzproben lagen ausgedehnte Bakterienrasen auf allen Oberflächen vor. Im den Aufbewahrungsflüssigkeiten waren zu allen Zeitpunkten Zellen (Bakterien) in einer Anzahl von > 200/ml vorhanden. Bei allen beschichteten Proben konnten keine adhärierenden Bakterien nachgewiesen werden. Vereinzelt lagen in der ersten Aufbewahrungslösung Zellen (Bakterien) vor. In den nachfolgenden Aufbewahrungsflüssigkeiten lagen keine Zellen vor.
Bei VK-Ref kam es zu einem moderaten Anstieg des TAT um 230 bis 280%. Ferner lag ein inhomogener Belag an Thrombozyten, der ca. 50% der Gesamtfläche einnahm, vor. Bei den beschichteten VK betrug die Erhöhung des TAT um 130- 160%. Es wurden keine Thrombozytenanhaftungen gefunden.
Beispiel 9
Untersuchung zum Degradationsverhalten einer Beschichtung mit hydrophoben kationischen Polvelektrolvten
Die Ablösbarkeit bzw. die Degradierbarkeit der reinen Beschichtung in Abhängigkeit von der Aufbringung und den Eigenschaften der ausgewählten Verbindungen wurde anhand von Beschichtungen von gereinigten Silizium-Plättchen untersucht. Hierzu wurden die folgenden kationischen Verbindungen ausgewählt:
1 . Polyethylenimin (PEI) 25 kD, mittlerer Verzweigungsgrad
2. PEI, 25kD, mittlerer Verzweigungsgrad mit einer Alkylierung von 90% der kationischen Gruppen, 3. PEI 75kD geringer Verzweigungsgrad mit einer Alkylierung von 80% der kationischen Gruppen,
4. PEI, 25kD, mittlerer Verzweigungsgrad mit einer Alkylierung von 50% der kationischen Gruppen^enthaltend Nitroölsäure in einem Mengenverhältnis der molaren Konzentrationen der Carboxylgruppen zu den nicht alkylierten kationischen Gruppen von 2:1 .
Die Beschichtung der Materialoberflächen erfolgte mittels der folgenden Verfahrensausführungen:
A) Eintauchen in eine 5 Gew%ige Lösung der jeweiligen Verbindungen (bei Verbindung 1 erfolgte die Lösung in Ethanol) mit Pentan für 10 Minuten, anschließend trocknen; anschließend Eintauchen in eine 5 Gew%ige Lösung von Nitroölsäure in Methanol für 3 Minuten, hiernach Trocknen der Probe.
B) wie A) anschließend erneutes Eintauchen in die Lösung enthaltend gelösten kationischen Polyelektrolyt (ggf. mit Nitroölsäure), hiernach Trocknen der Probe, anschließend trocknen; anschließend Eintauchen in eine 5 Gew%ige Lösung von Nitroölsäure in Methanol für 3 Minuten, hiernach Trocknen der Probe.
C) Eintauchen in eine 5 Gew%ige Lösung der jeweiligen Verbindungen (bei Verbindung 1 erfolgte die Lösung in Ethanol) mit Pentan für 10 Minuten, Anschließend Trocknen; anschließend wiederholter Auftrag der Lösung mittels Spinn-coating, hiernach Trocknung und Wiederholung des Spinn-coating Auftrages, anschließend trocknen; anschließend Eintauchen in eine 5 Gew%ige Lösung von Nitroölsäure in Methanol für 3 Minuten.
Für jede Beschichtungsserie wurden 10 Proben angefertigt.
Je die Hälfte der Proben wurde in unterschiedlichen Behältnissen enthaltend eine PBS-Lösung bei 35°C aufbewahrt, die kontinuierlich leicht agitiert wurde. 1 -mal pro Tag erfolgte die Entnahme der Proben aus einem der Behältnisse, die im Stickstoffstrom getrocknet wurden. Hiernach Kontaktwinkelmessung (20°C) an vordefinierten Stellen der Proben. Anschließend erneute Einlage in die Pufferlösung des Behältnisses. Am Folgetag wurden die Proben des jeweils 2. Behältnisses auf identische weise entnommen und analysiert. Die Versuchsdurchführung erfolgte über 80 Tage. Es wurde der Zeitpunkt (Tag) ermittelt, bei dem der initial vorliegende Kontaktwinkel um > 5% bis 10% (Δ5), um > 10 bis 20% (Δ10), um > 20-50% (Δ20) sowie um > 50 % (Δ50) bei mehr als der Hälfte der jeweils untersuchten Proben abgesunken war.
Ergebnisse (Numerische Werte sind in Tabelle 3 aufgeführt):
Mit den unterschiedlichen Beschichtungen mit Verbindung 1 wurden Wasserkontaktwinkel zwischen 75 und 84° erhalten. Die Kontaktwinkel, die für die übrigen Beschichtungen erzielt wurden, lagen zwischen 85 und 95°. Die Beschichtungen mit Verbindung 1 zeigen bereits nach kurzer Zeit eine erhebliche Streuung der Kontaktwinkelmesswerte und es kam rasch zu einem Verlust der Hydrophobizität. Bei Verwendung der hydrophoben kationischen Verbindungen zeigte sich nur eine geringe Streuung der Kontaktwinkelwerte, die erst nach Unterschreiten eines Kontaktwinkels von 50° stark variierte. In Abhängigkeit von der Schichtdicke und dem Eintrag von Nitroölsäure in einen Schichtaufbau, blieben die Kontaktwinkel unverändert in einem Bereich, der über 80° lag.
Beispiel 10
Untersuchung zum Biofouling und Zelladhäsionsverhalten
Für die Untersuchung wurde chirurgisches Netzmaterial aus Polyurethan (PU) sowie Polylactat (PLA) verwandt. Dabei wurden 5x5 mm große Stücke der soliden und porösen Materialien gereinigt und anschließend mit der Verbindung 1 gemäß Beispiel 2, nach dem Verfahren B gemäß Beispiel 9 mit einem 4-maligen Auftrag beschichtet. Als Carbonsäure wurde zum einen Linolensäure (LA) und zum anderen Nitrolinolensäure (NLA) verwandt. Zusätzlich wurden Materialstücke mit Nitrolinolensäure ohne zuvorigen Auftrag eines hydrophoben kationischen Polyelektrolyts mittels Dip-coating beschichtet (Ref-NFA).
Nach Trocknung wurden die Materialien für die Dauer von 4 Wochen in einer NaCI- Lösung gelagert. Nach erneutem Trocknen wurden die Materialstücke in einem Teflongefäß an 2 Stellen in einer herunterhängenden Position fixiert. In parallelen Ansätzen wurde die Probengefäße mit den folgenden Lösungen befüllt: 1 . 0,9%ige NaCI-Lösung, 2. Humanalbumin 2 Gew%, 3. Humanalbumin 2 Gew% mit Zusatz von Fibronectin oder Laminin, 4. Humanplasma. Die Präparate wurden hierin für 12 Stunden belassen und anschließend mit einer NaCI-Lösung vorsichtig abgespült. Es wurde ein Probenset auf die erfolgte Proteinadsorption mittels einer Immunfluoreszenzmethode untersucht und der Belegungsgrad quantifiziert. Ein weiteres Probenset wurde für Zellkulturuntersuchungen verwandt, wobei die Materialstücke in einer Kulturschale platziert und eine Suspension, bestehend aus 1 % FCS und kultivierten Fibroblasten, aufgeträufelt, bis die Schale vollständig gefüllt war. Die verschlossenen Kulturschalen wurden dann so gekippt, dass die Fläche der Filme in einer vertikalen Position zur Horizontalen ausgerichtet war. Die Gefäße wurden bei 37°C kontinuierlich auf einer Schüttelplatte langsam bewegt, ferner wurde ein kontinuierlicher Gasaustauch gewährleistet. Die Inkubation erfolgte über 24, 48 und 96 Stunden. Anschließend wurden die Folien mit einer NaCI-Lösung vorsichtig abgespült und in ein Fixationsbad gelegt. Anschließend histologische Färbung und lichtmikroskopische Evaluation der anhaftenden Zellen. Ferner wurde die Aufbewahrungsflüssigkeit auf die Konzentration von TGF-ß analysiert.
Ergebnisse:
Bei Ref-NFA bestand eine homogene Belegung der Materialoberfläche mit Albumin bei den Versuchsserien 2-4. Dabei war die Belegung stärker ausgeprägt, wenn Fibronectin oder Laminin in der wässrigen Lösung vorgelegen hatten. Die Filme, die mit LA beschichtet waren wiesen eine gering niedrigere Oberflächenbelegung auf, während die Materialoberflächen, die mit NLA beschichtet worden waren, praktisch keine Oberflächenbelegung mit Albumin, Fibronectin oder Laminin aufwiesen. Bei der lichtoptischen Analyse der der an den Materialoberflächen adhärierenden Zellen, wurde unterschieden, ob Zellen auf der zum Zeitpunkt der Hinzugabe der Zellsuspension nach oben (Auftragsseite) oder nach unten ausgerichteten Seite vorlagen, um abschätzen zu können, ob eine Zellanhaftung unmittelbar bei dem Auftrag erfolgt ist und/oder eine Adhäsion aus der agitierten Zellsuspension erfolgt war. Nach einer zuvorigen Inkubation mit einer NaCI-Lösung, waren bei den Ref- NFA-Proben nach 24 Stunden nur wenige Fibroblasten adhärierend, die auf der Auftragsseite vorlagen. Die Anzahl nahm nach 36 und 92 jeweils zu, wobei sich Zellkolonien auf der Auftragungsseite ausgebildet hatten. Dabei bestand ein signifikanter Unterschied zwischen den Materialien: bei PLA war die Zellzahl fast doppelt so hoch als bei PU. Auf den Oberflächen der Präparate, die mit dem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt zusammen mit LA beschichtet worden waren, lagen nach 24 Stunden auf der Auftragsseite Kolonien mit Fibroblasten vor, die nach 36 Stunden teilweise und nach 92 praktisch vollständig konfluiert waren. Auf den Unterseiten waren nur wenige Fibroblasten adhärent. Auf den Präparaten, die mit dem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt zusammen mit NLA beschichtet waren, bestand bereits nach 24 Stunden eine fast vollständige Belegung sowohl der Auftragsseite, als auch der Unterseite mit Fibroblasten. Bei den Proben, die mit Albumin oder Blutplasma inkubiert worden waren, lag bei den Ref-NLA-Proben ein dichter Besatz mit Fibroblasten bereits bei 36 Stunden vor, der ausgeprägter auf der Auftragsseite war. Nach 92 Stunden waren auf der Auftragsseite flächig Multilagen vorhanden, die sich z. T. spontan von der Auflage lösten. Bei den Ref-NLA-Proben, bei denen eine Inkubation mit Laminin oder Fibronectin erfolgt war, lag ein dichter Belag mit Fibrobalsten, die z. T. Multilagen ausbildeten, bereits nach 36 Stunden vor. Nach 92 Stunden bestand ein hoher Schichtaufbau der adhärierenden Zellen auf beiden Seiten. Präparate, die dem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt zusammen mit NLA beschichtet worden waren und in Albumin oder Blutserum inkubiert wurden, wiesen gegenüber den Präparaten Ref-NFA eine höhere Belegungsrate adhärierender Zellen nach 36 Stunden auf, ferner kam es nach 92 Stunden auch zu Multilagenausbildungen. Nach einer Inkubation mit Laminin oder Fibronectin kam es zwar zu einer früheren Vervollständigung der Belegung mit Fibroblasten, als bei den Proben Ref-LA, es bildeten sich aber deutlich weniger Multilagen aus und es kam auch nicht zu spontanen Ablösungen von Zellverbänden. Die Zelldichte war auf beiden Seiten etwa gleich. Bei den Proben, die mit dem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt zusammen mit NLA beschichtet worden waren und in Albumin oder Serum inkubiert wurden, lag bereits nach 24 Stunden ein gleichmäßiger Besatz von Fibroblasten, der auf beiden Seiten der Präparate gleich verteilt war, vor. Im weiteren Verlauf kam es nur gelegentlich zu einer Multilagenausbildung. Es lösten sich keine Zellverbände ab. Bei den NLA-Proben, die mit Laminin oder Fibronektin inkubiert worden waren. Zeigte sich praktisch kein Unterschied in der Zellularität zu den Präparaten, die nur mit Albumin oder Serum inkubiert worden waren. Insbesondere kam es zu keiner Multilagenformation.
In repräsentativen Abschnitten wurde die Zellgeometrie lichtmikroskopisch beurteilt. Dabei zeigte sich, dass Zellen, die auf den Ref-NLA-Proben adhärierten, nach 36 Stunden eine abgeflachte Gestalt hatten, sofern das Material aus PU bestand und eine überwiegend dentritische Gestalt bei PLA-Materialien aufwiesen. Zellen, die auf Ref-NLA-Proben adhärierten, welche mit Albumin oder Serum konditioniert worden waren, wiesen überwiegend eine dentritische Gestalt auf und ausschließlich dentritische Gestalt, wenn eine Konditionierung mit Fibronectin oder Elastin erfolgt war. Bei Proben die, die dem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt zusammen mit LA beschichtet worden waren, hatten die adhärierenden Zellen außer nach einer Inkubation mit Laminin oder Fibronectin (hier lagen abgeflachte bis dentitische Formen vor) eine kugelige Gestalt. Bei Proben, die mit dem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt zusammen mit NLA beschichtet worden waren, lag zu allen Zeitpunkten eine kugelige Zellform vor.
Die TGF-ß-Konzentration in dem jeweiligen Aufbewahrungsmedium bei den Ref- NLA-Proben korrelierte im Allgemeinen mit der Anzahl adhärierender Fibroblasten. Es wurden allerdings deutlich höhere Werte registriert, wenn es sich um PLA- Material handelte oder eine Inkubation mit Fibronectin oder Laminin erfolgt war. Die TGF-ß-Konzentrationen, die bei den mit dem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt zusammen mit LA beschichteten Proben gemessen wurden, lagen zu jedem Zeitpunkt deutlich unter denen, die bei den Ref-NLA-Proben gemessen wurden. Die höchsten Werte wurden bei Proben, bei denen eine Inkubation mit Fibronectin oder Laminin erfolgt war, gemessen. Bei den Proben, die mit dem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt zusammen mit NLA beschichtet waren, waren die TGF-ß-Konzentrationen signifikant geringer, als bei den Proben, die mit dem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt zusammen mit LA beschichtet worden waren Es kam auch zu keinem Anstieg der TGF-ß-Konzentration gegenüber den anderen Versuchsbedingungen, wenn die Proben mit Fibronectin oder Laminin inkubiert worden waren. Beispiel 11
Untersuchung zur Beeinflussung der Oberflächen-Kontaktaktivierung durch Implantatmaterial
Es wurden 1 cm große Stücke von texturierte Siliconfolie (PolyTech, Deutschland), welche zur Herstellung von Siliconimplantaten verwandt wird, den folgenden Beschichtungsprozeduren unterzogen: 1 . keine Oberflächenbehandlung (Refferenz), 2. Nitroölsäure; 3. hydrophobes kationisches Polyelektrolyt gemäß Verbindung 1 gemäß Beispiel 2, das konsekutiv 3-mal gemäß der Vorschrift A Beispiel 9 mit a) Ölsäure oder b) Nitroölsäure aufgetragen wird; 4. hydrophobes kationisches Polyelektrolyt gemäß Verbindung 1 , Beispiel 2, das 4-mal gemäß der Vorschrift C Beispiel 9 mit a) Ölsäure oder b) Nitroölsäure aufgetragen wird.
Die Präparate werden in einer PBS-Lösung bei 25°C für 3 Wochen gelagert. Hiernach ergiebiges Abspülen und Trocknen der Präparate. Zwei Sets der Präparate wurden einzeln in Mikroreaktionsgefäßen platziert und mit Humanserum über 1 Stunde bei 37°C inkubiert. Bei zwei weiteren Sets erfolgte eine Inkubation mit einer NaCI-Lösung. Je ein Set der Proben wurde nach Entnahme aus den Inkubationslösungen in eine NaCI-Lösung für 5 Minuten platziert und hiernach mit dieser abgespült. Anschließend Entnahme und abspülten der Proben aus den Inkubationslösungen, die hiernach in separate Reaktionsgefäße gegeben wurden. Humane mononukleäre Zellen, die aus Blut gesunder Personen gewonnen worden waren, wurden in einem Nährmedium suspendiert und mit diesem in die Reaktionsgefäße gegeben. Es erfolgte eine Inkubation über 3 Tage unter Standartkulturbedingungen. Anschließend wurde der Überstand auf den Gehalt an IL-1 beta, IL-6, IL-8, und Chemoattractant-Protein-1 (MCP-1 ) analysiert.
Ein Set der Proben wurde nach Inkubation verwandt, für eine Immunfluoreszenzfärbung zum Nachweis von Fibrinogen und dem Monozyten- Adhäsionskomplex C5b-9. Die Quantifizierung erfolgte mittels einer Fluoreszenzmikroskopie.
Ergebnisse:
Bei den Referenz-Proben kam es zu einer ausgedehnten Proteinadsorption. Bei den Präparaten 2 - 4 konnten keine adhärenten Proteine nachgewiesen werden. Ein prinzipiell gleiches Ergebnis stellte sich für den Nachweis von Fibrinogen dar. Ein Nachweis von Monozyten-Adhäsionskomplexen C5b-9 gelang nur bei den Referenzproben.
Nach Inkubation der Referenzproben, die mit einer NaCI-Lösung und anschließend mit mononucleären Zellen inkubiert worden waren, kam es zu einem deutlichen Anstieg von IL-8 und MCP-1 , sowie zu einem moderaten Anstieg von IL1 -beta und IL 6 in dem Kulturmedium. Bei den Referenzproben, die in Serum inkubiert und dann in der Suspension mit mononukleären Zellen kultiviert wurden, kam es zu einem sehr starken Anstieg der untersuchten Cytokine. Bei den Präparaten 2. - 4., bei denen Ölsäure zur Reservoirbildung sowie zur Oberflächenbeschichtung verwandt worden war und bei denen eine Inkubation mittels einer NaCI-Lösung erfolgt war, kam es praktisch zu keinem Anstieg der gemessenen Cytokine gegenüber der Basismessung. Bei diesen Präparaten kam es allerdings nach einer Inkubation in Serum zu einem moderaten Anstieg von IL 8 und IL6. MCP1 und IL1 -beta waren nur minimal erhöht. Bei den Präparaten, die während des Beschichtungsaufbaus beladen bzw. zur Oberflächenbeschichtung mit Nitroölsäure versehen wurden, kam es zu keinem Zeitpunkt der Versuchsdurchführung zu einer Erhöhung der gemessenen Cytokine, die größer als 10% des Ausgangsniveaus war.
Beispiel 12
Untersuchung zum Adhäsions- und Proliferationsverhalten von Monozyten und Fibroblasten auf chirurgischem Nahtmaterial.
Es wurde ein Fadenmaterial mit einem Durchmesser von 1 mm aus einem Polypropylengranulat extrudiert (Mat. 1 ). Ferner wurde das Granulat weiter mechanisch zerkleinert und ein grobes Pulver erhalten. Es erfolgte eine Mischung mit einem hydrophoben kationischen Elektrolyt (Verbindung 1 , gemäß Beispiel 2) und 13-nitro-cis-13-docosenoic säure (Nitro-Erucasäure, NE). Der Auftrag erfolgte unter kontinuierlicher Durchmischung 2-mal. Nach Verdampfen der Lösungsmittelphase war ein gelb-braunes Granulat entstanden, es waren 3 Gew% des Verbindungsgemisches in das Polypropylenausgangsmaterial eingebracht worden. Es wurde dann ein Faden gleicher Art extrudiert (Mat. 2). Ferner wurden Fäden aus Mat.1 mit hydrophoben kationischen Polyelektrolyten Oberflächenbeschichtet: Verbindung 1 gemäß Beispiel 2, Verbindung 2 gemäß Beispiel 2. Dieses Fadenmaterial wird als Mat. -3 bezeichnet.
Ferner wurden aus einer PTFE-Folie (Materialstärke Ι ΟΌμιτι) in Streifen von 2mm Breite hergestellt, welches wie Mat-YY beschichtet wurde. Es wurden die beschichteten PTFE-Streifen (Mat.- 4) sowie die unbeschichteten PTFE-Streifen (Mat. -5) für die Untersuchungen verwandet.
Die Fadenmaterialien wurden nach der Trocknung in einer Inertgasatmosphäre gelagert. Zur Versuchsdurchführung wurden die Fäden in einem flachbodigen Kulturgefäß, an dessen Bodenplatte eine Einspannvorrichtung aus PTFE angebracht war, die eine Fixierung an den Fadenenden und Spannung der Fäden ermöglichte, sodass diese in gestreckter Form und ohne den Behältnisboden zu berühren, vorlagen.
Humane umbilikale venöse Endothelzellen (HUVEC), humane glatte Gefäßmuskelzellen (SMC) sowie Maus-Fibroblasten (MF) wurden kultivieret und in einem Nährmedium (FCS 5%) suspendiert. Die Kulturgefäße wurden mit jeweils einem der Zellsuspensionen befüllt, sodass die Fäden vollständig auch während der Agitation des Medium, die während der weiteren Kultivierung, die unter Standartkultivierungsbedingungen erfolgte, durchgeführt wurde, bedeckt waren. Die Untersuchungen erfolgten in einer 6-fachen parallelen Versuchsanordnung über die Dauer von 2 (T2), 4 (t4), 6 (t6) und 8 Wochen (t8). Zum jeweiligen Versuchsende, wurden die entnommenen Fäden vorsichtig abgespült und zum einen mit Methylen Blau für eine Auflicht in situ-Mikroskopie, ferner mit Calcein AM- und einer Propidiumiodid- Lösung inkubiert. Anschließend erfolgte eine Fluoreszenzmikroskopie. Ferner wurden Fäden einer Rasterelektronenmikroskopie zugeführt. Bei einem Probensatz wurden die Präparate in eine Trypsinlösung eingelegt und final in ein Ultraschallbad. Anschließend REM.
Ergebnisse:
Auf Mat.-5 wurden zu allen Zeitpunkten nur wenige lebende und überwiegend vereinzelte Zellen gefunden. Die Morphologie der Fibroblasten war dabei polygonal. Auf Mat.- 3 waren bei T2 zahlreiche MF angelagert mit einer polygonalen Gestalt und zu einem geringeren Anteil SMC (< 10% der Gesamtfläche), Endothelzellen adhärierten praktisch nicht. Die Zellzahl nahm über den Untersuchungsverlauf zu und führte zum Zeitpunkt t8 zu einer Gesamtbelegungsfläche der Fibroblasten von ca. 45% der Gesamtoberfläche. Die relative Belegungsrate für SMC bei t8 betrug ca. 20% und die für HUVEC < 10%. Im Gegensatz zu den unbeschichteten Materialien kam es bei den beschichteten Materialien zu einer raschen Belegung mit allen untersuchten Zelllinien. Diese war überwiegend vollständig (> 90% der Gesamtfläche) für HUVEC bei t30 bei Mat.2 - 4, für SMC bei t2 bei Mat.2 und Mat.-3 sowie bei t4 für Mat. -4 und für Fibroblasten bei t14 bei Mat-2 - 4. Die Zellen hatten bei einem vollflächigem Zellverband eine abgeflachte oder abgerundete Form. Im weiteren Verlauf bildeten sich keine Mehrfachlagen der Zellverbände aus. In der Lebend-/Tod-Färbung wurden in gleicher Häufigkeit lebende und tote Zellen zu allen Zeitpunkten auf Mat. 5 gefunden. Auf Mat. -1 betrug das Verhältnis zwischen lebenden und toten Zellen, die auf der Materialoberfläche vorlegen, bis t4 zwischen 15 und 25% für die verschiedenen Zelllinie, im weiteren Verlauf nahm das Verhältnis bis t8 ab und betrug dann zwischen 5 und 15%. Zellen, die auf den Mat. -2 - Mat. -4 adhärierten waren bis t2 nur vereinzelt (< 5% der Zellen) avital, ab diesem Zeitpunkt wurden praktisch nur noch lebende Zellen detektiert. In der REM wiesen die an der Materialoberfläche von Mat.-1 adhärierenden Fibroblasten und SMC eine dentritische oder kugelige Form (insb. bei HUVEC) Form auf. Auf der Oberfläche von Mat. 5 lagen bis t2 nur dentritische Fibroblasten und SMC vor. Im Verlauf kam es zu einer spindelförmigen Zellmorphologie bei ca. 50 - 60 % der Zellen, die übrigen Zellen blieben in dentritischer Gestalt. Im Gegensatz hierzu waren dentritische Zellformen von SMC oder Fibroblasten nur gelegentlich zum Zeitpunkt T2 vorhanden, die Mehrzahl der Zellen hatte eine spindelförmige Gestalt. Ab dem Zeitpunkt t4 waren alle Zellen abgeflacht und wiesen eine flächige Ausbreitung in einem geschlossenen Zellverbund auf. Nach Ablösen der Zellen (keine Beurteilung für Mat.-5) stellte sich bei Mat.-1 zum Zeitpunkt t8 ein grobporiges Kollagennetzwerk mit deutlichen Niveauunterschieden dar. Bei den Mat. 2 - 4 wurde ein feinretikuläres Kollagennetzwerk gefunden das eine sehr gleichmäßige Oberflächenbegrenzung aufwies.
Beispiel 13
Verfahren zur Oberflächenbeschichtung von Implantat-Materialien
Für die Untersuchungen wurde medizinisches planares Siliconmaterial (PolyTech Health, Deutschland) (S), welches zur Herstellung von Weichteilimplantaten verwandt wird, sowie Edelstahl 316 in Form von dünnen Plättchen, verwendet. Alle Materialoberflächen wurden in einem Ultraschallbad mit Methanol sowie Diethylether gereinigt und anschließend getrocknet.
Für die Beschichtungen wurden die folgenden hydrophoben kationischen Polyelektrolyte, die gemäß Beispiel 2 mit den folgenden Versuchsnummern hergestellt wurden:
1 . Verbindung 1 gemäß Bsp. 2, gelöst in Methanol
2. Verbindung 1 gemäß Bsp. 2, gelöst in THF
3. Verbindung 1 gemäß Bsp. 2, gelöst in Toluol
4. Verbindung 1 gemäß Bsp. 2 gelöst in Pentan
5. Verbindung 3 gemäß Bsp. 2, gelöst in Pentan
6. Verbindung 7 gemäß Bsp. 2 gelöst in Pentan
Es wurden Lösungsmittelgemische mit einer 5 und 10%igen Konzentration der jeweiligen Verbindungen oder Verbindungsgemische verwandt.
Die Beschichtungen erfolgten mittels der folgenden Auftragsverfahren:
A) Dipp-Coating, ausgeführt durch ein Eintauchen der Probe in das Lösungsmittelgemisch für 10 bis 60 Sekunden
B) Spray-Costing, ausgeführt durch eine Spray-Vorrichtung, die einen vollflächigen Auftrag von > 50% des eingesetzten Volumens des Lösungsmittelgemisches gewährleistete,
C) Micropipettierungsmethode, ausgeführt mit einer manuellen Pipettierung, die eine > 80igen Auftrag des eingesetzten Lösungsmittelgemisches gewährleistete.
Es erfolgten zur Reservoirausbildung und/oder Durchführung des Verfahrensschrittes d) der Eintrag bzw. Auftrag mit einer oder mehrerer der folgenden Carbonsäuren: a) Ölsäure
b) Stearinsäure
c) Linolsäure d) Nitro-Ölsäure
e) Nitro-Stearinsäure
f) Nitro-Linolsäure
Es erfolgten Oberflächenbeschichtungen gemäß der folgenden Verfahrensvorschriften:
1 . Oberflächenbeschichtung mit den Verbindungen 1 . - 6., die jeweils, unter jeweiliger Verwendung der Auftragsverfahren A) bis C), für eine Beschichtung verwendet werden. Hiernach Trocknen der Materialoberflächen. Anschließend erfolgte für jede der verwandten hydrophoben kationischen Elektrolyte bzw. Polyelektrolyte sowie Auftragsverfahren eine Beschichtung mit einer der Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren a) bis f). Anschließend Abspülen der Präparate mit Ethanol und trocknen der Materialoberflächen.
2. Oberflächenbeschichtung mit den Verbindungen 1 . - 6., die jeweils, unter jeweiliger Verwendung der Auftragsverfahren A) bis C), für eine Beschichtung verwendet werden. Hiernach Trocknen der Materialoberflächen. Anschließend erfolgte mit dem gleichen hydrophoben kationischen Elektrolyte bzw. Polyelektrolyte eine erneute Beauftragung mit dem Auftragsverfahren B) oder C). Hiernach Trocknen der Materialoberflächen. Anschließend erfolgte für jede der verwandten hydrophoben kationischen Elektrolyte bzw. Polyelektrolyte sowie Auftragsverfahren eine Beschichtung mit einer der Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren a) bis f). Anschließend Abspülen der Präparate mit Ethanol und trocknen der Materialoberflächen.
3. Oberflächenbeschichtungen mit den Verbindungen l .und 2., die jeweils, unter jeweiliger Verwendung der Auftragsverfahren A) bis C), für eine Beschichtung verwendet werden. Hiernach Trocknen der Materialoberflächen. Anschließend erfolgte bei den beschichteten Materialstücken jeweils eine weitere Beschichtung mit einer der hydrophoben kationischen Elektrolyte bzw. Polyelektrolyte der Nummern 3. - 6, mit den Auftragsverfahren A) oder C). Hiernach Trocknen der Materialoberflächen. Anschließend erfolgte für jede der verwandten hydrophoben kationischen Elektrolyte bzw. Polyelektrolyte sowie Auftragsverfahren eine Beschichtung mit einer der Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren a) bis f). Anschließend Abspülen der Präparate mit Ethanol und trocknen der Materialoberflächen.
4. Oberflächenbeschichtungen mit den Verbindungen 5. und 6., die jeweils, unter jeweiliger Verwendung der Auftragsverfahren A) bis C), für eine Beschichtung verwendet werden. Hiernach Trocknen der Materialoberflächen. Anschließend erfolgte bei den beschichteten Materialstücken jeweils eine weitere Beschichtung mit einer der hydrophoben kationischen Elektrolyte bzw. Polyelektrolyte der Nummern 1 . und 2., mit den Auftragsverfahren A) oder C). Hiernach Trocknen der Materialoberflächen. Anschließend erfolgte für jede der verwandten hydrophoben kationischen Elektrolyte bzw. Polyelektrolyte sowie Auftragsverfahren eine Beschichtung mit einer der Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren a) bis f). Anschließend Abspülen der Präparate mit Ethanol und trocknen der Materialoberflächen.
5. Oberflächenbeschichtungen mit den Verbindungen 1 . und 2. , die jeweils, unter jeweiliger Verwendung der Auftragsverfahren A) bis C), für eine Beschichtung verwendet werden. Hiernach Trocknen der Materialoberflächen. Anschließend erfolgte für jede der verwandten hydrophoben kationischen Elektrolyte bzw. Polyelektrolyte sowie Auftragsverfahren eine Beschichtung mit einer der Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren a) bis f). Anschließend erfolgte bei den beschichteten Materialstücken jeweils eine weitere Beschichtung mit einer der hydrophoben kationischen Elektrolyte bzw. Polyelektrolyte der Nummern 5. und 6, mit den Auftragsverfahren A) oder C). Hiernach Trocknen der Materialoberflächen. Anschließend erfolgte für jede der verwandten hydrophoben kationischen Elektrolyte bzw. Polyelektrolyte sowie Auftragsverfahren eine Beschichtung mit einer der bereits zuvor eingesetzten Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren a) bis f). Anschließend Abspülen der Präparate mit Ethanol und trocknen der Materialoberflächen.
6. Oberflächenbeschichtungen mit jeweils den Verbindungen 5. und 6., die jeweils mit einer der Carbonsäuren oder Nitrocarbonsäuren gemäß a) bis f) in einem Verhältnis der molaren Konzentrationen der Carboxylsäurereste zu kationischen Gruppen der hydrophoben Polyelektrolyte von 2:1 hinzugegeben und mit diesen gemischt wurden und die Gemische jeweils, unter jeweiliger Verwendung der Auftragsverfahren A) bis C), für eine Beschichtung verwendet werden. Hiernach Trocknen der Materialoberflächen. Anschließend erfolgte bei den beschichteten Materialstücken jeweils eine weitere Beschichtung mit einer der hydrophoben kationischen Elektrolyte bzw. Polyelektrolyte der Nummern 1 . und 2., mit den Auftragsverfahren A) oder C). Hiernach Trocknen der Materialoberflächen. Anschließend erfolgte für jede der verwandten hydrophoben kationischen Elektrolyte bzw. Polyelektrolyte sowie Auftragsverfahren eine Beschichtung mit einer der Carbonsäuren/Nitrocarbonsäuren a) bis f). Anschließend Abspülen der Präparate mit Ethanol und trocknen der Materialoberflächen.
Bei allen Materialoberflächen erfolgten an verschiedenen Stellen wiederholte Wasserkontaktwinkelmessungen. Es erfolgte die Einlage von beschichteten Materialstücken in eine NaCL- oder eine PBS-Lösung über die Dauer von 4 Wochen. Die Lagerung erfolgte bei einer Temperatur von 37°C und leichter Agitation des wässrigen Mediums. Anschließend Entnahme der Materialstücke und ergiebiges Anspülen mit inonen-freiem Wasser. Anschließend Trocknen der Materialproben und Durchführung der Wasserkontaktwinkelmessungen wie zuvor.
Ergebnisse:
Die Kontaktwinkel des Ausgangsmaterials betrugen für S 1 12° und für E 42°. Nach den Beschichtungen betrugen die Kontaktwinkel zwischen 82 und 98°. Im Anschluss an die Einlage in eine wässrige Lösung für 4 Wochen legen die bestimmten Kontaktwinkel in einem Bereich zwischen 85 und 104°. Im unmittelbaren Vergleich der einzelnen Materialoberflächen war es zu keiner Änderung des Kontaktwinkels um > 5% im Verlauf gekommen.
Beispiel 14 Löslichkeitsuntersuchungen
Reaktion 2: Umsetzung von PEI-C12(100% bzw. 80%) und PEI-C8(80%) aus Beispiel 2 mit Ölsäure.
Für die Überführung in die Oleat-Form des erhaltenden Produktes werden 2.1 mL (6.61 mmol) Ölsäure pro Gramm des PEI-C12 eingesetzt (1 g, 43 μιτιοΙ).
Figure imgf000141_0001
3.87 g (0.17 mmol) PEI-C12/OA (M-23.263 g/mol) werden in ein 50 mL Zentrifugenrohr gegeben und mit Hilfe eines Ultraschallbades und gelegentlichem Umrühren in 20 ml_ Toluol gelöst. Zur der hellgelben Lösung werden unter Rühren 8.12 mL/ 7.23 g (25.6 mmol) Ölsäure gelöst in 20 mL Toluol gegeben. Die Lösung wird über Nacht stehen gelassen. Die Lösung wird dabei leicht dunkelgelb. Die Lösung wird in ein 100 mL Rundkolben überführt und die Lösung am Rotationsverdampfer stark eingeengt. Die Lösung muss soweit eingeengt werden, dass sie mit Hilfe einer Pipette in ein 50 mL Zentrifugenrohr überführt werden kann. Das restliche Lösungsmittel wird vorsichtig am Vakuum entfernt. Im Anschluss wird die zähe Masse dreimal mit Methanol gewaschen, um überschüssige Ölsäure zu entfernen. Das restliche Methanol wird im Vakuum zunächst für 12h bei RT und im Anschluss für 12h bei 70 °C. Dabei wird eine zähe bernsteinfarbende Masse erhalten.
Für eine Beschichtung aus Lösung wird die Löslichkeit der Amino-Form (PEI-C12 (80%)) und der Oleat-Form (PEI-Ci 2(80%)/OA), (PEI-Ci2(100%)) und der Oleat-Form (PEI-Ci2(100%)/OA) sowie (PEI-C8(80%)/OA), (PEI-C8(100%)) und der Oleat-Form (PEI-Ci2(100%)/OA) in verschiedenen Lösungsmitteln getestet.
Figure imgf000142_0001
(--) unlöslich; (-) schlecht löslich; (+) mäßig löslich; (++) gut löslich; (+++) sehr gut löslich; NA: nicht verfügbar
Ersichtlich ist, dass PEI-C8(80%) gut in THF aber schlecht in Pentan löslich ist. Hingegen ist PEI-C12(100%) sehr gut in Pentan löslich. So konnte beispielsweise auch gezeigt werden, dass eine Belegung einer Materialoberfläche mit PEI (25kD /mittlerer Verzeigungsgrad), bei dem eine 80%ige Alkylierung mit einem C-8 Alkan erfolgt war, welches sich in THF gut aber in Pentan schlecht löste und als 5%ige Lösung mittels Dipp-coating über 30 Min. abgeschieden wurde, möglich war und im Anschluss an eine Trocknung eine 5%ige Lösung von der gleichen Ausgangsverbindung, aber mit einem Alkylierungsgrad von 100% mit dem gleichen Alkylierungsmittel, welche in Pentan gelöst vorlag und wobei dieses Gemisch mittels einer Micropippetiermethode in definierter Menge auf die Materialoberfläche aufgetragen wurde, zeigte sich durch die Bestimmungen des Materialgewichtes welche zum Ausgang sowie nach jedem Beschichtungszeitpunkt erfolgten, dass ein summative(r) Auftrag/Abscheidung der Verbindungen erfolgt war.

Claims

Patentansprüche
1 . Oberflachenbeschichtung umfassend mindestens eine Carbonsäure; und mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, wobei die Oberflachenbeschichtung wasserfrei hergestellt ist.
2. Oberflachenbeschichtung gemäß Anspruch 1 zur Korrosions- und/oder Degradationsverzögerung, wobei die Oberflächenbeschichtung biodegradierbar und isolierend und/oder selbstheilend ist.
3. Oberflächenbeschichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Oberflächenbeschichtung eine Schichtdicke von 5 nm bis 50 μιτι aufweist.
4. Oberflächenbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt eine kohlenstoffenthaltende Verbindung mit einem Molekulargewicht von zwischen 200 und 500.000 Da ist, welche mindestens zwei kationische Ladungsgruppen oder mindestens zwei basische Gruppen trägt, die ionisierbar sind und einen Kow von > 0,3 aufweist.
5. Oberflächenbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt mindestens zwei kationische Ladungsgruppen oder mindestens zwei basische Gruppen trägt und eine kohlenstoffenthaltende quarternäre Stickstoffverbindung ist, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt hydrophobiert wurde.
6. Oberflächenbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt mindestens zwei kationische Ladungsgruppen oder mindestens zwei basische Gruppen trägt, ausgewählt aus der Liste umfassend oder bestehend aus Ammonium, Guanidinium, Amidinium, Imidazolium, Pyrrolidinium, Pyrazinium, Piperidinium, Pyrimidinium, Pyridazinium, Pyrazolium, Isochinolinium, Chinolinium, Purinium, Benzimidazolium, Thiazolinium, Oxazolinium, Phosphonium und Sulfonium.
7. Oberflachenbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt Polphenylyalanin, Polylysin, Polyarginin, Polyornithin, Polyhistidin oder eine Verbindung enthaltend oder bestehend aus den Aminosäuren Lysin, Arginin, Histidin, Phenylalanin und/oder Ornithin ist, wobei der besagte Elektrolyt oder der besagte kationische Polyelektrolyt hydrophobiert ist..
8. Oberflächenbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die mindestens eine Carbonsäure eine nitrierte Fettsäure ist.
9. Oberflächenbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Oberflächenbeschichtung eine Carbonsäureschicht, umfassend die mindestens eine Carbonsäure und eine Elektrolytschicht umfassend den mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt oder hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder ein Gemisch umfassend den mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und/oder den mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt, enthält, wobei die Oberflächenbeschichtung wasserfrei hergestellt ist.
10. Oberflächenbeschichtung gemäß Anspruch 9, wobei sich die Carbonsäureschicht auf der Elektrolytschicht befindet.
1 1 . Oberflächenbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Wasserkontaktwinkel >80° beträgt.
12. Oberflächenbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei wasserfrei bedeutet, dass das der aufzutragende mindestens eine hydrophobe kationische Elektrolyt und/oder mindestens eine hydrophobe kationische Polyelektrolyt oder die mindestens eine Nitrofettsäure oder mindestens eine nicht-nitrierte Fettsäure oder ein Gemisch aus der mindestens einen Nitrofettsäure oder mindestens eine nicht-nitrierte Fettsäure sowie deren Lösungen höchstens eine Gesamtwassermenge von höchstens 1000ppm aufweist.
13. Medizinisches Produkt mit einer Oberflächenbeschichtung gemäß Anspruch 1 .
14. Medizinisches Produkt gemäß Anspruch 13, wobei das medizinische Produkt eine arterielle Gefäßstütze ist.
15. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenbeschichtung umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellung eines soliden Materials mit einer gereinigten und/oder hydrophobierten Materialoberfläche,
b) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche des soliden Materials mit mindestens einem hydrophoben kationischen Elektrolyt oder mindestens einem hydrophoben kationischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt,
c) Trocknen der Oberfläche,
d) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einer Carbonsäure, e) Spülen und Trocknen der Oberfläche,
f) Erhalt der Oberflächenbeschichtung.
16. Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem in Schritt b) Fettsäuren mit dem mindestens einen hydrophoben kationischen Elektrolyt und/oder dem mindestens einen hydrophoben kationischen Polyelektrolyt gemischt und aufgetragen und/oder in sequentielle Abfolge separat aufgetragen werden, um eine Reservoirbildung für Fettsäuren herzustellen und/oder supportive und/oder aktive Verbindungen zu lösen und in den Schichtaufbau zu integrieren.
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15- 16, wobei es sich bei dem soliden Material des Schritts a) um korrodierbare und/oder degradierbare Materialien handelt.
18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 - 17, wobei das mindestens eine hydrophobe kationische Elektrolyt oder das mindestens eine hydrophobe kationische Polyelektrolyt einen Kow von >0,3 aufweist.
19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 - 18, wobei die Schritte b) und c) konsekutiv nach dem Schritt c) und vor dem Schritt d) zwei- oder mehrfach wiederholt werden.
20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 - 19, wobei zwischen den Schritten c) und d) die folgenden Schritte b2) und c2), ausgeführt werden:
b2) Wasserfreies Benetzen der Oberfläche mit mindestens einem hydrophoben anionischen Elektrolyt und/oder mindestens einen hydrophoben anionischen Polyelektrolyt oder einem Gemisch umfassend mindestens einen hydrophoben anionischen Elektrolyt und mindestens einen hydrophoben anionischen Polyelektrolyt;
c2) Trocknen der Oberfläche.
21 . Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 - 20, bei dem es sich bei den Carbonsäuren in Schritt d) um Fettsäuren mit einer Kohlenstoff-Kettenlänge von 6 bis 24 handelt.
22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 - 21 , bei dem es sich bei den Carbonsäuren in Schritt d) um Nitro-Fettsäuren mit einer Kohlenstoff- Kettenlänge von 6 bis 24 handelt.
23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 - 22, wobei in Schritt b) weiterhin mindestens eine supportive, mindestens eine aktive Verbindungen oder ein Gemisch enthaltend mindestens eine supportive und mindestens eine aktive Verbindung zum Benetzen der Oberfläche aus Schritt a) verwendet wird.
24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 - 23, wobei in Schritt b2) weiterhin mindestens eine supportive, mindestens eine aktive Verbindungen oder ein Gemisch enthaltend mindestens eine supportive und mindestens eine aktive Verbindung zum Benetzen der Oberfläche verwendet wird.
25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 - 24, wobei das solide Material ein arterielles Implantat ist.
26. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 - 25, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt eine kohlenstoffenthaltende Verbindung mit einem Molekulargewicht von zwischen 200 und 500.000 Da ist, welche mindestens zwei kationische Ladungsgruppen oder mindestens zwei basische Gruppen trägt, die ionisierbar sind und einen Kow von > 0,3 aufweist.
27. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 - 26, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt mindestens zwei kationische Ladungsgruppen oder mindestens zwei basische Gruppen trägt und eine kohlenstoffenthaltende quarternäre Stickstoffverbindung ist.
28. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 - 27, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt mindestens zwei kationische Ladungsgruppen oder mindestens zwei basische Gruppen trägt, ausgewählt aus der Liste umfassend oder bestehend aus Ammonium, Guanidinium, Amidinium, Imidazolium, Pyrrolidinium, Pyrazinium, Piperidinium, Pyrimidinium, Pyridazinium, Pyrazolium, Isochinolinium, Chinolinium, Purinium, Benzimidazolium, Thiazolinium, Oxazolinium, Phosphonium und Sulfonium.
29. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 - 28, wobei der hydrophobe kationische Elektrolyt oder der hydrophobe kationische Polyelektrolyt Polyphenylalanin, Polylysin, Polyarginin, Polyornithin, Polyhistidin oder eine Verbindung enthaltend oder bestehend aus den Aminosäuren Phenylalanin, Lysin, Arginin, Histidin und/oder Ornithin ist, wobei der besagte Elektrolyt oder der besagte kationische Polyelektrolyt hydrophobiert ist.
30. Oberflächenbeschichtung, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 - 29, mit defektfreier Isolation einer Materialoberfläche.
31 . Oberflächenbeschichtung, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 - 30, mit kontrollierbarer Freisetzung von supportiven Verbindungen und/oder aktiven Verbindungen.
32. Oberflächenbeschichtung, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 - 31 , zur Verwendung beim Zellhoming und konfluenten Zellwachstum.
33. Medizinisches Produkt mit einer Oberflächenbeschichtung erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 -32.
34. Arterielles Implantat mit einer Oberflächenbeschichtung erhältlich nach einem Verfahren gemäß Anspruch 33.
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