DE10120802A1 - Process for the production of coated nanoparticles - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Nanopartikel, welche eine antimikrobielle oder bakteriostatische Wirkung aufweisen, ein Compound, der diese Nanopartikel enthält sowie aus dem Compound hergestellte Werkstücke. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Nanopartikel, ein Verfahren zur Herstellung des die Nanopartikel enthaltenden Compounds sowie die Verwendung der Nanopartikel als antimikrobielles oder bakteriostatisches Agens.The invention relates to nanoparticles which are antimicrobial or bacteriostatic Have an effect, a compound that contains these nanoparticles and from which Compound manufactured workpieces. The invention further relates to a method for Production of the nanoparticles, a process for the production of the nanoparticles containing compounds and the use of nanoparticles as an antimicrobial or bacteriostatic agent.
Für den medizinischen Bedarf kommen eine Vielzahl von Artikeln zum Einsatz, welche aus Kunststoff hergestellt sind. Kunststoffe haben den Vorteil, dass sie sich leicht in beliebige Gestalt formen lassen, günstig herzustellen sind und bei Bedarf auch eine erhöhte Flexibilität oder Permeabilität für z. B. Gase, Flüssigkeiten oder Ionen aufweisen können. Viele dieser Gegenstände werden für den einmaligen Gebrauch hergestellt und anschließend verworfen. Die Gegenstände werden nach ihrer Herstellung z. B. durch Begasen mit Ethylenoxid sterilisiert und anschließend steril verpackt. Bei Bedarf wird die Packung aufgerissen und der Gegenstand kann steril entnommen werden. Bei längerem Gebrauch, z. B. als Drainageschlauch zum Abführen von Gewebsflüssigkeiten nach Operationen oder als Schiene, die beispielsweise in den Harnleiter eingelegt wird, kann allerdings eine Besiedlung mit Keimen erfolgen, welche ein Infektionsrisiko für den Patienten darstellt. Man ist daher bemüht, derartige Gegenstände so auszugestalten, dass auch bei längerem Gebrauch eine Keimfreiheit oder zumindest eine erhebliche Reduktion der Keimzahl gewährleistet ist. Die keimabtötende Wirkung von Metallionen ist seit langem bekannt. So werden beispielsweise Haltestangen oder Griffe aus Messing nicht von Keimen besiedelt und eignen sich daher besonders für eine Verwendung beispielsweise in öffentlichen Gebäuden. Ein anderes Metall, das ebenfalls eine keimabtötende Wirkung aufweist, ist Silber. Silber ruft im menschlichen Körper auch bei längerem Kontakt in geringen Dosen keine negativen Reaktionen hervor. Man hat daher versucht, in die Kunststoffe Silberverbindungen einzulagern, um damit die Kunststoffgegenstände über einen längeren Zeitraum keimfrei halten zu können. Die Herstellung derartiger Kunststoffe stößt jedoch auf Schwierigkeiten, da die Silbersalze leicht reduziert werden und einen Silberspiegel ausbilden. Die Silbersalze lassen sich daher nur schwer gleichmäßig im Kunststoff verteilen und scheiden sich bereits während der Herstellung der Kunststoffgegenstände leicht in den zur Herstellung verwendeten Apparaturen bzw. auf der Oberfläche und im Inneren der Kunststoffgegenstände ab und führen zu Verfärbungen. Die Silberkonzentration in den Kunststoffgegenständen ist meist gering und schwankt innerhalb einer Produktionsreihe. Damit lassen sich nur schwer Kunststoffgegenstände herstellen, die unter physiologischen Bedingungen reproduzierbar über einen längeren Zeitraum eine ausreichende Menge an Silberionen abgeben, um zuverlässig eine keimabtötende Wirkung zu gewährleisten.A variety of articles are used for medical needs are made of plastic. Plastics have the advantage that they are easy to put in let any shape shape, are inexpensive to manufacture and if necessary also an increased Flexibility or permeability for e.g. B. may have gases, liquids or ions. Many of these items are made for single use and then discarded. The objects are z. B. by Fumigation sterilized with ethylene oxide and then packaged sterile. If necessary, the The package is torn open and the item can be removed sterile. For a long time Use, e.g. B. after as a drainage hose for draining tissue fluids Operations or as a splint, which is inserted into the ureter, for example However, there is a colonization with germs, which pose an infection risk for the Represents patient. It is therefore endeavored to design such objects in such a way that A sterility or at least a considerable reduction even with prolonged use the number of bacteria is guaranteed. The germicidal effect of metal ions has been around known for a long time. For example, handrails or handles made of brass are not made by Germs colonized and are therefore particularly suitable for use, for example, in public buildings. Another metal that also has a germicidal effect is silver. Silver calls in the human body even after prolonged contact low doses do not produce any negative reactions. One has therefore tried to Plastics silver compounds to store, so that the plastic objects over to be able to keep a germ free for a longer period. The production of such plastics encounters difficulties, however, because the silver salts are easily reduced and one Train the silver mirror. The silver salts are therefore difficult to evenly Plastic distributes and separates during the manufacture of the Plastic objects easily in the equipment used to manufacture or on from the surface and inside of the plastic objects and lead to discoloration. The silver concentration in the plastic objects is usually low and fluctuates within a production line. This makes it difficult to plastic objects produce the reproducible under physiological conditions over a longer period Period of time to release a sufficient amount of silver ions to reliably a ensure germicidal effect.
In der EP 0 655 002 B1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines nicht von Keimen und/oder Pilzen besiedelbaren Kunststoffteils beschrieben. Dazu wird der Kunststoff zunächst mit einem Quellungsmittel vorbehandelt und der erhaltene gequollene Kunststoff mit einer Lösung aus einer in Wasser unlöslichen Verbindung, die ein bakterizides und/oder fungizides Metall enthält, behandelt. Es werden verschiedene Metallsalze vorgeschlagen, wobei Silbersalze bevorzugt sind.EP 0 655 002 B1 describes a method for producing a non-germ and / or fungi populated plastic part described. This is the plastic first pretreated with a swelling agent and the swollen plastic obtained with a solution of a water-insoluble compound that is a bactericidal and / or contains fungicidal metal. There are different metal salts proposed, with silver salts being preferred.
Obwohl in dieser Schrift eine keimabtötende Wirkung beschrieben wird, besteht noch ein erheblicher Raum für Entwicklungen, durch welche die Herstellung derartiger Kunststoffe vereinfacht wird. Insbesondere sollten die Schwierigkeiten überwunden werden, die durch die leichte Reduzierbarkeit von Silbersalzen verursacht werden. Ferner sollen die aus derartigen Kunststoffen hergestellten Werkstücke über einen längeren Zeitraum insbesondere unter physiologischen Bedingungen eine ausreichende Menge an Silberionen abgeben können, um eine keimabtötende Wirkung entfalten zu können.Although a germicidal effect is described in this document, there is still one considerable space for developments through which the manufacture of such plastics is simplified. In particular, the difficulties caused by the easy reducibility caused by silver salts. Furthermore, the should Workpieces made of such plastics over a longer period of time a sufficient amount of silver ions, especially under physiological conditions can give up in order to develop a germicidal effect.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Mittel zur Verfügung zu stellen, das einfach in Werkstoffe, insbesondere Kunststoffe, eingearbeitet werden kann, um den Werkstoffen eine keimabtötende Wirkung zu verleihen. Dieses Mittel sollte ferner so beschaffen sein, dass der Werkstoff über längere Zeit insbesondere unter physiologischen Bedingungen eine für eine Keimabtötung ausreichende Menge an Metallionen abgibt.The object of the invention is therefore to provide a means that is easy in Materials, especially plastics, can be incorporated to the materials to give a germicidal effect. This means should also be such that the material lasts for a long time, especially under physiological conditions releases a sufficient amount of metal ions to kill germs.
Die Aufgabe wird gelöst durch Nanopartikel, umfassend einen Träger und ein den Träger umgebendes Coating, welches funktionelle Gruppen enthält, die als Protonendonor oder als Elektronendonor wirken, wobei von zumindest einem Teil der funktionellen Gruppen Metallionen gebunden sind.The object is achieved by nanoparticles comprising a carrier and a carrier surrounding coating, which contains functional groups that act as proton donor or Electron donors act, whereby at least part of the functional groups Metal ions are bound.
Nanopartikel sind sphärische, stäbchen- oder plättchenförmige Partikel, die entlang ihrer längsten Ausdehnung im Allgemeinen einen Durchmesser von höchstens 500 µm aufweisen. Sie lassen sich als trockenes Pulver oder in Form einer Suspension einfach in verschiedene Werkstoffe einarbeiten, wobei für die Erfindung eine Einarbeitung in Kunststoffe im Vordergrund steht. Die erfindungsgemäßen Nanopartikel weisen einen mehrschichtigen Aufbau auf, wobei der Träger einen Kern mit hoher mechanischer Stabilität bildet, der von einem Coating umgeben ist. Durch die funktionellen Gruppen des Coatings werden Metallionen reversibel gebunden und können von Flüssigkeiten, wie Körperflüssigkeiten, wieder aus dem Nanopartikel herausgelöst werden. Die Bindung der Metallionen kann an sich in beliebiger Weise erfolgen, sofern eine erneute Ablösung der Metallionen durch Flüssigkeiten möglich ist. So können die Metallionen beispielsweise ionisch gebunden werden, indem das Coating anionische Gruppen aufweist, die eine ausreichend starke Bindungswirkung auf die Metallionen ausüben. Geeignet hierfür sind beispielsweise Carboxylgruppen oder Hydroxylgruppen. Ferner ist z. B. eine Bindung der Metallionen in Form eines Komplexes möglich. Besonders vorteilhaft geschieht dies, wenn im Coating chelatartige funktionelle Gruppen vorgesehen sind.Nanoparticles are spherical, rod-like or platelet-shaped particles that run along their longest extension generally a diameter of at most 500 microns exhibit. They can simply be put in as dry powder or in the form of a suspension Incorporate different materials, incorporating in for the invention The focus is on plastics. The nanoparticles according to the invention have one multilayer structure, the carrier having a core with high mechanical Stability forms, which is surrounded by a coating. Through the functional groups of the Coatings are reversibly bound to metal ions and can be removed from liquids such as Body fluids, from which nanoparticles are released. Binding the Metal ions can be done in any way per se, provided that the Metal ions through liquids is possible. For example, the metal ions be bound ionically by the coating having anionic groups which have a have a sufficiently strong binding effect on the metal ions. Are suitable for this for example carboxyl groups or hydroxyl groups. Furthermore, e.g. B. a binding of Metal ions possible in the form of a complex. This happens particularly advantageously when chelate-like functional groups are provided in the coating.
Durch den Träger können Nanopartikel mit einer definierten Teilchengröße hergestellt werden, die beispielsweise rieselfähig sind und sich leicht in Kunststoffmaterialien einarbeiten lassen. Es wurde dabei gefunden, dass obwohl die Nanopartikel in der Polymermatrix des Kunststoffs eingeschlossen sind, dennoch Metallionen aus den Nanopartikeln in die Umgebung abgegeben werden können. Vermutlich liegt ein Teil der Nanopartikel an oder nahe der Oberfläche eines aus dem Kunststoffcompound hergestellten Werkstücks vor und gibt Metallionen an die Umgebung ab. Ferner können Kunststoffe unter physiologischen Bedingungen quellen, sodass auch aus tieferen Bereichen des Kunststoffcompounds Metallionen an die Oberfläche nachgeliefert werden. Als Coating lassen sich eine große Vielzahl von Verbindungen verwenden, wobei insbesondere Polymere bevorzugt sind, die eine gute Bindungswirkung für Metallionen aufweisen. Dabei sind die mechanischen Eigenschaften des für das Coating verwendeten Polymeren von untergeordneter Bedeutung, da eine mechanische Festigkeit der Nanopartikel durch den Träger gewährleistet ist.Nanoparticles with a defined particle size can be produced by the carrier be, for example, free-flowing and easily in plastic materials have it incorporated. It was found that although the nanoparticles in the Polymer matrix of the plastic are included, yet metal ions from the Nanoparticles can be released into the environment. Probably part of the Nanoparticles on or near the surface of a plastic compound manufactured workpiece and releases metal ions to the environment. Can also Plastics swell under physiological conditions, so that they also deeper Areas of the plastic compound metal ions are supplied to the surface. A large variety of compounds can be used as a coating, whereby in particular polymers are preferred which have a good binding action for metal ions exhibit. The mechanical properties are those used for the coating Polymers of minor importance because of the mechanical strength of the Nanoparticles is guaranteed by the carrier.
Das Coating muss eine ausreichende Bindungswirkung für Metallionen aufweisen. Für das Coating besonders geeignet sind daher Verbindungen, die funktionelle Gruppen aufweisen, welche Metallionen binden können. Die Gruppen können dabei an sich an beliebiger Stelle des Molekülgerüsts vorgesehen sein. Besonders geeignet sind funktionelle Gruppen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die gebildet ist aus -COOH, -COO-, -CON-, -CONH-, -CONH2, -SH, -SOH, -SO2H, -SO3H, -S-, -SO-, -SO2-, -NH2, -NOH, -NO2H, -NH-, -NO-, -OH, -O-, -SiOH, -Si(OH)2, -Si(OH)3, -SiO-, -Si(O-)2, -Si(O-)3, -PH-, -PH2-, -PO-, -POH-, -POH2, -PO2-, -PO2H-, -PO2H2, -PO3-, -PO3H-, -PO3H2, -PO4-, -PO4H, -PO4H2.The coating must have a sufficient binding effect for metal ions. Compounds which have functional groups which can bind metal ions are therefore particularly suitable for the coating. The groups can be provided at any point on the molecular structure. Functional groups which are selected from a group which is formed from -COOH, -COO-, -CON-, -CONH-, -CONH 2 , -SH, -SOH, -SO 2 H, -SO 3 are particularly suitable H, -S-, -SO-, -SO 2 -, -NH 2 , -NOH, -NO 2 H, -NH-, -NO-, -OH, -O-, -SiOH, -Si (OH) 2 , -Si (OH) 3 , -SiO-, -Si (O-) 2 , -Si (O-) 3 , -PH-, -PH 2 -, -PO-, -POH-, -POH 2 , -PO 2 -, -PO 2 H-, -PO 2 H 2 , -PO 3 -, -PO 3 H-, -PO 3 H 2 , -PO 4 -, -PO 4 H, -PO 4 H 2 .
Beispiele für Verbindungen mit derartigen funktionellen Gruppen sind Polyacrylsäure, Polyacrylamid sowie Copolymerisate aus Acrylsäure und Acrylsäureamid, Phosphate, Ethylendiamintetraacetat, Ethoxylate, Propoxylate, N-Vinylpyrrolidon usw.Examples of compounds with such functional groups are polyacrylic acid, Polyacrylamide and copolymers of acrylic acid and acrylic acid amide, phosphates, Ethylenediaminetetraacetate, ethoxylates, propoxylates, N-vinylpyrrolidone, etc.
Die Verbindungen, aus denen das Coating gebildet wird, können aus einer Vielzahl von Verbindungen ausgewählt werden. Eingesetzt werden können Monomere mit einem Molekülgewicht bis ca. 300 g/mol, Oligomere mit einem Molekülgewicht von 300 bis 3000 g/mol oder auch Polymere mit höheren Molekülgewichten. Besonders geeignet wird das Coating von einem Polymeren gebildet, das ein Molekülgewicht von 100 bis 107, vorzugsweise 500 bis 107 g/mol aufweist. Derartige Polymere lassen sich auf einen Träger aufziehen und bilden eine ausreichend stabile Verbindung zur Oberfläche des Trägers aus. Damit besteht keine Gefahr, dass sich das Coating bei längerem Gebrauch wieder vom Träger ablöst. Ferner zeigt das Nanopartikel eine ausreichende mechanische Beständigkeit, sodass es sich beispielsweise mit einem Extruder in eine Polymermatrix einarbeiten läßt.The compounds from which the coating is formed can be selected from a large number of compounds. Monomers with a molecular weight of up to approx. 300 g / mol, oligomers with a molecular weight of 300 to 3000 g / mol or polymers with higher molecular weights can be used. The coating is particularly suitably formed by a polymer which has a molecular weight of 100 to 10 7 , preferably 500 to 10 7 g / mol. Such polymers can be drawn onto a carrier and form a sufficiently stable connection to the surface of the carrier. This means that there is no danger that the coating will come loose from the wearer after a long period of use. Furthermore, the nanoparticle shows sufficient mechanical resistance so that it can be worked into a polymer matrix using an extruder, for example.
Eine gute Haftung zum Träger sowie eine gute Bindungswirkung zeigen beispielsweise stickstoffhaltige Polymere, wie Polyalkylenpolyamine. Die Aminogruppe kann dabei sowohl in der Kette des Polymeren enthalten sein, z. B. als sekundäre Amingruppe, wie auch in einer Seitenkette. Die Aminogruppe besitzt mit dem freien Elektronenpaar eine Bindungsstelle für das Metallion, sodass das Metallion ausreichend stark im Coating gebunden wird. Ein beispielhaftes Polyalkylenpolyamin ist Polyvinylamin.Good adhesion to the carrier and a good binding effect, for example, show nitrogen-containing polymers, such as polyalkylene polyamines. The amino group can both be included in the chain of the polymer, e.g. B. as a secondary amine group, such as also in a side chain. The amino group has one with the lone pair of electrons Binding point for the metal ion, so that the metal ion is sufficiently strong in the coating is bound. An exemplary polyalkylene polyamine is polyvinylamine.
Eine Klasse von stickstoffhaltigen Polymeren, welche als Coating besonders geeignet sind, sind Polyalkylenpolyimine. Polyalkylenimine, wie Polyethylenimin, weisen zwar schlechte mechanische Eigenschaften auf und sind daher für die Herstellung von Artikeln für den medizinischen Bedarf nicht geeignet. Werden die Polyimine jedoch auf ein geeignetes Trägermaterial, das im Sinne der Erfindung selbst ein Nanopartikel bildet, aufgebracht, entsteht ein leicht handhabbarer Werkstoff, der mit Kunststoffen zu einem Composit verarbeitet werden kann.A class of nitrogen-containing polymers, which are particularly suitable as coatings, are polyalkylene polyimines. Polyalkyleneimines, such as polyethyleneimine, have bad ones mechanical properties and are therefore for the production of articles for the not suitable for medical needs. However, the polyimines are suitable Carrier material, which itself forms a nanoparticle in the sense of the invention, applied, an easy-to-use material is created that forms a composite with plastics can be processed.
Das Polyalkylenpolyimin weist bevorzugt eine Struktur der Formel I auf.
The polyalkylene polyimine preferably has a structure of the formula I.
wobei R1, R2, R3, R4 unabhängig voneinander bedeuten:
-H, eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, eine Arylgruppe mit 5
bis 20 Kohlenstoffatomen oder eine Aralkylgruppe mit 6 bis 20
Kohlenstoffatomen;
A, B unabhängig voneinander:
-(CR5R6)-, -C(O)-O-, -C(O)-, -C(O)-N(R5)-, -S-, -S(O)-, -S(O)2-, -N(R5)-, -O-,
-Si(R7R8)-O-, -P(R5)-, -P(O)-, -P(OH)-, -P(O)2-, -P(O)(OH)-, -P(O)(OH)-O-,
-O-P(O)2-O-,
wobei A und B in beliebiger Reihenfolge angeordnet sein können;
C: -H, -CH3, -COOH, -CONH2, -SH, -SOH, -SO2H, -SO3H, -NH2, -NHOH, -OH,
-SiH2OH, -SiH(OH)2, -Si(OH)3, -PH2, -P(O)H2, -PH(O)OH, -P(O)(OH)2, -O-,
P(O)(OH)2;
R5, R6: unabhängig voneinander H, eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen;
R7, R8: R5, R6, OR5, OR6;
m: eine ganze Zahl zwischen 0 und 10;
n: eine ganze Zahl zwischen 0 und 10;
o: eine ganze Zahl zwischen 0 und 1000;
x: eine ganze Zahl zwischen 0 und 107;
y: eine ganze Zahl zwischen 0 und 107;
wobei x + y ≧ 1;
E: eine übliche Endgruppe;
R9, R10: -H, -(AmBn)o-C.
where R 1 , R 2 , R 3 , R 4 are independently:
-H, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 5 to 20 carbon atoms or an aralkyl group having 6 to 20 carbon atoms;
A, B independently of one another:
- (CR 5 R 6 ) -, -C (O) -O-, -C (O) -, -C (O) -N (R 5 ) -, -S-, -S (O) -, - S (O) 2 -, -N (R 5 ) -, -O-, -Si (R 7 R 8 ) -O-, -P (R 5 ) -, -P (O) -, -P (OH ) -, -P (O) 2 -, -P (O) (OH) -, -P (O) (OH) -O-, -OP (O) 2 -O-,
where A and B can be arranged in any order;
C: -H, -CH 3 , -COOH, -CONH 2 , -SH, -SOH, -SO 2 H, -SO 3 H, -NH 2 , -NHOH, -OH, -SiH 2 OH, -SiH ( OH) 2 , -Si (OH) 3 , -PH 2 , -P (O) H 2 , -PH (O) OH, -P (O) (OH) 2 , -O-, P (O) (OH ) 2 ;
R 5 , R 6 : independently of one another H, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms;
R 7 , R 8 : R 5 , R 6 , OR 5 , OR 6 ;
m: an integer between 0 and 10;
n: an integer between 0 and 10;
o: an integer between 0 and 1000;
x: an integer between 0 and 10 7 ;
y: an integer between 0 and 10 7 ;
where x + y ≧ 1;
E: a common end group;
R 9 , R 10 : -H, - (A m B n ) o -C.
Die Struktur der Endgruppe E ergibt sich aus der Herstellung der Polyimine. Im Algemeinen ist E ein Wasserstoff.The structure of the end group E results from the production of the polyimines. in the In general, E is a hydrogen.
Weist das Polyalkylenpolyimin weiter Struktureinheiten der Formel II auf,
If the polyalkylene polyimine has further structural units of the formula II,
in der R1 und R2 die in Anspruch 6 angegebene Bedeutung aufweisen und z eine ganze Zahl zwischen 0 und 107 ist, entstehen Verzweigungsstellen im Polyalkylenpolyimin. Die Polymerkette wird dann über beide Bindungsstellen des Stickstoffs, die in Formel II mit * bezeichnet sind, fortgeführt. Es können Polyalkylenpolyimine verschiedener Verzweigungsgrade und verschiedener Molekulargewichte zum Einsatz kommen. Der Anteil an sekundären Stickstoffatomen (2°N) ist hierbei ein Maß für den Grad der Verzweigung. Es eignen sich z. B. unverzweigte Polyethylenimine mit 2°N = 99% über (teilweise) verzweigte Polyethylenimine bis hin zu Polyethyleniminen mit dendrimeren Strukturen mit 2°N = 0. Bevorzugt sind Polyethylenimine mit einem Gehalt an sekundären Stickstoffatomen von 20 bis 60%.in which R 1 and R 2 have the meaning given in claim 6 and z is an integer between 0 and 10 7 , branching points are formed in the polyalkylene polyimine. The polymer chain is then continued via both nitrogen binding sites, which are denoted by * in formula II. Polyalkylene polyimines of different degrees of branching and different molecular weights can be used. The proportion of secondary nitrogen atoms (2 ° N) is a measure of the degree of branching. There are z. B. unbranched polyethyleneimines with 2 ° N = 99% via (partially) branched polyethyleneimines up to polyethyleneimines with dendrimeric structures with 2 ° N = 0. Preferred are polyethyleneimines with a content of secondary nitrogen atoms of 20 to 60%.
Die Polyalkylenpolyamine können durch Umsetzung mit reaktiven Verbindungen modifiziert werden. Geeignet sind Verbindungen, die reaktive Gruppen, wie Carboxylgruppen, Glycidylgruppen, Epoxidgruppen, Isocyanatogruppen, Aldehydgruppen, Halogene oder aktivierte Doppelbindungen enthalten.The polyalkylene polyamines can be reacted with reactive compounds be modified. Compounds containing reactive groups, such as Carboxyl groups, glycidyl groups, epoxy groups, isocyanato groups, aldehyde groups, Contain halogens or activated double bonds.
Die als Coating eingesetzten Polyalkylenpolyamine können auch vernetzt sein. Es kommen dabei alle bekannten Vernetzer in Betracht. Beispielhaft seien halogenhaltige Vernetzer wie (Poly)Alkylenpolyhalogenide, vor allem 1,2-Dichlorethan, und insbesondere Epichlorhydrin sowie seine Umsetzungsprodukte mit Polyalkylenglykolen (Polyalkylenglykolbisglycidether), insbesondere Ethylenglykolen, genannt.The polyalkylene polyamines used as coatings can also be crosslinked. Coming all known crosslinkers are taken into account. Halogen-containing crosslinkers are an example such as (poly) alkylene polyhalides, especially 1,2-dichloroethane, and in particular Epichlorohydrin and its reaction products with polyalkylene glycols (Polyalkylene glycol bisglycidyl ether), especially ethylene glycols.
Weitere geeignete bifunktionelle, halogenfreie Vernetzer sind z. B. die in der DE-A 196 07 641 beschriebenen Substanzen: Alkylencarbonat, Harnstoff; monoethylenisch ungesättigte Carbonsäuren, mindestens zweibasische gesättigte Carbonsäuren oder Polycarbonsäuren und deren Ester, Amide und Anhydride; Umsetzungsprodukte von Polyetherdiaminen, Alkylendiaminen, Polyalkylenpolyaminen, (Poly)Alkylenglykolen und deren Gemische mit monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren, Estern, Amiden und Anhydriden, wobei die Umsetzungsprodukte mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen, Carbonsäureamid-, Carboxyl- oder Estergruppen als funktionelle Gruppen enthalten; sowie mindestens zwei Aziridinogruppen enthaltende Umsetzungsprodukte von Dicarbonsäureestern mit Ethylenimin.Other suitable bifunctional, halogen-free crosslinkers are e.g. B. in DE-A 196 07 641 Substances described: alkylene carbonate, urea; monoethylenically unsaturated Carboxylic acids, at least dibasic saturated carboxylic acids or polycarboxylic acids and their esters, amides and anhydrides; Reaction products of polyether diamines, Alkylenediamines, polyalkylene polyamines, (poly) alkylene glycols and mixtures thereof with monoethylenically unsaturated carboxylic acids, esters, amides and anhydrides, where the reaction products have at least two ethylenically unsaturated double bonds, Contain carboxamide, carboxyl or ester groups as functional groups; such as reaction products of at least two aziridino groups Dicarboxylic acid esters with ethyleneimine.
Üblicherweise wird bei den erfindungsgemäßen Nanopartikeln ein Gewichtsverhältnis von Träger zu Coating von 1000 : 1 bis 1 : 10, vorzugsweise 10 : 1 bis 1 : 1, gewählt.In the nanoparticles according to the invention, a weight ratio of Carrier for coating from 1000: 1 to 1:10, preferably 10: 1 to 1: 1, selected.
Der Träger wird vorzugsweise aus einem anorganischen Material gebildet. Durch das anorganische Material erhält das Nanopartikel eine ausreichende Festigkeit und eine ausreichende chemische Beständigkeit. Außerdem lassen sich derartige Teilchen auch mit einer sehr großen Oberfläche erzeugen, wodurch die zur Aufnahme von Metallionen zur Verfügung stehende Fläche vergrößert werden kann. Damit läßt sich vorteilhaft die Menge den vom Coating aufgenommenen Metallionen vergrößern. Ferner läßt sich bei der späteren Anwendung, beispielsweise in einen Artikel für den medizinischen Bedarf, das Metallion auch wieder leichter aus dem Coatingmaterial ablösen, wodurch die zur Verfügung stehende Menge an Metallionen erhöht werden kann.The carrier is preferably formed from an inorganic material. By the the nanoparticle receives sufficient strength and an inorganic material adequate chemical resistance. Such particles can also be used with produce a very large surface area, which is used to absorb metal ions Available area can be enlarged. This allows the amount to be advantageous increase the metal ions absorbed by the coating. Furthermore, the later application, for example in an article for medical needs, the It is also easier to detach the metal ion from the coating material, which means that the Available amount of metal ions can be increased.
Das anorganische Material wird bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, die gebildet ist aus Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Cr, Cu, Co, Rh, Ru, Ti, Sn, Al sowie deren Oxide. Der Träger läßt sich nach bekannten Verfahren herstellen, beispielsweise durch Reduktion der entsprechenden Metallsalze oder nach einem Sol-Gel-Verfahren durch Hydrolyse organischer Ester der Metallsäuren, wodurch Metalloxidnanoteilchen erhalten werden. Die mittlere Teilchengröße der Metalloxidpartikel bzw. Metallpartikel liegt in der Regel bei 10 bis 500 nm, vorzugsweise bei 20 bis 100 nm.The inorganic material is preferably selected from a group that is formed from Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Cr, Cu, Co, Rh, Ru, Ti, Sn, Al and their oxides. The carrier leaves produce by known methods, for example by reducing the corresponding metal salts or by a sol-gel process by hydrolysis organic esters of metal acids, whereby metal oxide nanoparticles are obtained. The average particle size of the metal oxide particles or metal particles is generally 10 up to 500 nm, preferably at 20 to 100 nm.
Bevorzugt wird als anorganisches Material SiO2 verwendet. Kieselgel wird in einer geeigneten Korngröße auf dem Markt zur Verfügung gestellt.SiO 2 is preferably used as the inorganic material. Silica gel is available on the market in a suitable grain size.
Besonders bevorzugt wird SiO2 verwendet, das in situ erzeugt worden ist. Darunter wird verstanden, dass das SiO2 in Gegenwart einer Verbindung, welche das Coating ausbildet, durch alkalische Hydrolyse von Tetraalkoxysilanen erzeugt wird. Ein derartiges Verfahren ist in der DE 198 21 665 A1 beschrieben. Es wird dabei ein SiO2 mit einer sehr großen Oberfläche erzeugt, die sich besonders gut für eine Beladung mit einem Polymeren eignet. Die Teilchengröße der SiO2-Partikel wird bei der Herstellung nach dem Sol-Gel-Verfahren in Gegenwart des Polyamins durch dessen Molekülgewicht beeinflußt und kann daher in die jeweils gewünschte Richtung gelenkt werden. Beträgt das Molekulargewicht von Polyethylenpolyimin z. B. ungefähr 2000 g/mol, so ergeben sich in der Regel SiO2- Primärteilchengrößen von etwa 200 bis 500 nm, während bei einem Molekülgewicht des Polyethylenimins von ca. 2.000.000 SiO2-Primärteilchengrößen von im Allgemeinen 10 bis 50 nm resultieren. Insbesondere mit Nanopartikeln, die einen Träger aufweisen, der in situ erzeugt worden ist, können für eine keimabtötende Wirkung ausreichende Konzentrationen an Metallionen verwirklicht werden.SiO 2 which has been generated in situ is particularly preferably used. This means that the SiO 2 is produced in the presence of a compound which forms the coating by alkaline hydrolysis of tetraalkoxysilanes. Such a method is described in DE 198 21 665 A1. This produces an SiO 2 with a very large surface area, which is particularly suitable for loading with a polymer. The particle size of the SiO 2 particles is influenced by the molecular weight of the preparation by the sol-gel process in the presence of the polyamine and can therefore be directed in the desired direction. Is the molecular weight of polyethylene polyimine z. B. about 2000 g / mol, there are usually SiO 2 primary particle sizes of about 200 to 500 nm, while with a molecular weight of the polyethyleneimine of about 2,000,000 SiO 2 primary particle sizes of generally 10 to 50 nm result. In particular with nanoparticles that have a carrier that has been generated in situ, sufficient concentrations of metal ions can be achieved for a germicidal effect.
Die erfindungsgemäßen Nanopartikel können an sich beliebige Metallionen bzw. Metalle gebunden enthalten. Für eine Anwendung in Partikeln für den medizinischen Bedarf sind jedoch vorteilhaft die gebundenen Metallionen antimikrobiell wirksame Metallionen. Das Metallion wird dabei bevorzugt aus einer Gruppe ausgewählt, die gebildet ist aus Silber-, Kupfer-, Gold-, Zink- oder Cerionen, wobei Ag(I)-Ionen besonders bevorzugt sind. The nanoparticles according to the invention can be any metal ions or metals bound included. For use in particles for medical needs however, the bound metal ions advantageously have antimicrobial metal ions. The Metal ion is preferably selected from a group which is formed from silver, Copper, gold, zinc or cerium ions, with Ag (I) ions being particularly preferred.
Um eine ausreichende Verteilung in der Polymermatrix zu erreichen, weist das Nanopartikel vorzugsweise entlang seiner längsten Ausdehnung einen Durchmesser von 1 bis 1000 nm, vorzugsweise 1 bis 500 nm auf.In order to achieve a sufficient distribution in the polymer matrix, this shows Nanoparticles preferably have a diameter of 1 along their longest dimension to 1000 nm, preferably 1 to 500 nm.
Um eine ausreichende keimabtötende Wirkung zu erreichen, weist das Nanopartikel bezogen auf das Gewicht vorzugsweise einen Anteil an Metallionen, berechnet als Metall, von 0,02 bis 5%, vorzugsweise 0,1 bis 3%, auf.In order to achieve a sufficient germicidal effect, the nanoparticle exhibits based on the weight, preferably a proportion of metal ions, calculated as metal, from 0.02 to 5%, preferably 0.1 to 3%.
Wie bereits erwähnt, lassen sich die erfindungsgemäßen Nanopartikel sehr gut in Kunststoffe einarbeiten, welche dadurch keimabtötende Eigenschaften erhalten. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Compound, umfassend eine Polymermatrix, in welcher die oben beschriebenen Nanopartikel eingebettet sind. Mit dem Compound steht ein Material zur Verfügung, das sich zu einer Vielzahl von Artikeln verarbeiten lässt und dessen Eigenschaften sich über einen weiten Bereich variieren lassen, indem die Polymermatrix entsprechend modifiziert wird.As already mentioned, the nanoparticles according to the invention can be very easily in Incorporate plastics, which thereby get germicidal properties. The invention therefore also relates to a compound comprising a polymer matrix, in which the nanoparticles described above are embedded. With the compound stands a material is available that can be processed into a variety of articles and whose properties can be varied over a wide range by the Polymer matrix is modified accordingly.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Polymermatrix aus einem thermoplastischen Kunststoff oder einem duroplastischen Kunststoff gebildet.According to a preferred embodiment, the polymer matrix is made from a thermoplastic or a thermosetting plastic.
Der thermoplastische Kunststoff wird dabei vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, die gebildet ist aus Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyurethan, Polyester, Polyamid, und Siliconen. Die thermoplastischen Kunststoffe können dabei sowohl einzeln als auch im Gemisch miteinander verwendet werden.The thermoplastic is preferably selected from a group which is made of polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyurethane, polyester, Polyamide, and silicones. The thermoplastics can be both individually as well as used in a mixture with each other.
Der duroplastische Kunststoff wird bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, die gebildet ist aus Harnstoff-Formaldehydharzen, Melamin-Formaldehydherzen, Harnstoff- Glyoxalharzen. Diese Kunststoffe lassen sich sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander verwenden. The thermosetting plastic is preferably selected from a group that is formed from urea-formaldehyde resins, melamine-formaldehyde hearts, urea Glyoxalharzen. These plastics can be used individually or in combination use with each other.
Neben den genannten Verbindungen kann der erfindungsgemäße Compound auch weitere übliche Zuschlagstoffe enthalten, wie Weichmacher, Füllstoffe oder Pigmente.In addition to the compounds mentioned, the compound according to the invention can also be used Contain conventional additives, such as plasticizers, fillers or pigments.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Nanopartikel. Dazu wird ein Träger mit einem Coating beschichtet, welches funktionelle Gruppen enthält, die als Protonendonoren oder Elektronendonoren wirken, unter Erhalt eines gecoateten Trägers. Der gecoatete Träger wird anschließend mit Metallionen beladen.Another object of the invention is a method for producing the above described nanoparticles. For this purpose, a carrier is coated with a coating which contains functional groups that act as proton donors or electron donors, while receiving a coated carrier. The coated carrier is then with Load metal ions.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Träger in einem Lösungsmittel suspendiert, das Coating in dem Lösungsmittel gelöst und der Träger mit dem Coating beschichtet. Es können verschiedene Variationen dieses Verfahrens durchgeführt werden. So kann beispielsweise der Träger in einem Lösungsmittel suspendiert werden und das Coating getrennt davon ebenfalls im Lösungsmittel gelöst werden. Die Suspension und die Lösung werden dann zum Beschichten des Trägers zusammengegeben. Ebenso ist es möglich, zunächst das Coating im Lösungsmittel zu lösen und dann den Träger zur Lösung zuzugeben.According to a preferred embodiment, the carrier is in a solvent suspended, the coating dissolved in the solvent and the carrier with the coating coated. Different variations of this method can be carried out. For example, the carrier can be suspended in a solvent and that Coating can also be dissolved separately in the solvent. The suspension and the Solution are then combined to coat the support. It is the same possible to first dissolve the coating in the solvent and then the carrier to the solution admit.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Träger in situ in Gegenwart des gelösten Coatings erzeugt. Wie bereits oben erwähnt, kann der Träger durch alkalische Hydrolyse der Ester der entsprechenden Metallsäuren erzeugt werden. Das Coating kann bereits als Polymer vorliegen. Es ist aber auch möglich, Monomere des Coatings zuzugeben und das Coating während des Beschichtens durch Polymerisation der Monomeren zu erzeugen. Ein entsprechendes Herstellverfahren ist in der DE 198 21 665 A1 beschrieben. Die Beladung des gecoateten Trägers wird im Allgemeinen so durchgeführt, dass der gecoatete Träger in eine Lösung des Metallions in einem geeigneten Lösungsmittel gegeben wird und dann unter Rühren bei einer geeigneten Temperatur und einem geeigneten pH die Beladung des gecoateten Trägers mit den Metallionen erfolgt. According to a particularly preferred embodiment, the carrier is in situ in the presence of the dissolved coating. As mentioned above, the carrier can be alkaline Hydrolysis of the esters of the corresponding metal acids are generated. The coating can already exist as a polymer. But it is also possible to coat monomers add and the coating during the coating by polymerizing the To produce monomers. A corresponding manufacturing process is in DE 198 21 665 A1 described. The loading of the coated carrier is generally so performed that the coated carrier in a solution of the metal ion in a suitable Is given solvent and then with stirring at a suitable temperature and at a suitable pH, the coated carrier is loaded with the metal ions.
Nach einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens können die Metallionen aber auch bereits zugegeben werden, während der Träger mit dem Coating beschichtet wird.According to a special embodiment of the method, the metal ions can can also be added while the support is being coated with the coating.
Die Lösungsmittel werden geeignet ausgewählt aus einer Gruppe, die gebildet ist aus Wasser, Alkoholen und deren Gemischen. Als Alkohole sind beispielsweise Methanol, Ethanol oder Propanol geeignet. Geeignete Mischungsverhältnisse lassen sich vom Fachmann leicht durch entsprechende Vorversuche ermitteln.The solvents are suitably selected from a group formed from Water, alcohols and their mixtures. Examples of alcohols are methanol, Suitable for ethanol or propanol. Suitable mixing ratios can be from Easily determine a specialist through appropriate preliminary tests.
Die Beladung des gecoateten Trägers kann auch in einem Zweiphasensystem erfolgen. Dabei wird der gecoatete Träger in einem ersten Lösungsmittel suspendiert, sowie die Metallionen in einem zweiten Lösungsmittel gelöst, das mit dem ersten Lösungsmittel im Wesentlichen nicht mischbar ist, sodass sich ein zweiphasiges System ausbildet. Zum Beladen des gecoateten Trägers werden die Metallionen vom zweiten Lösungsmittel in das erste Lösungsmittel überführt.The coated carrier can also be loaded in a two-phase system. The coated carrier is suspended in a first solvent, as is the Metal ions dissolved in a second solvent, which in the first solvent Is essentially immiscible, so that a two-phase system is formed. To the The coated ions are loaded from the second solvent into the coated carrier first solvent transferred.
Wie bereits weiter oben ausgeführt, lassen sich mit den erfindungsgemäßen Nanopartikeln Compounds herstellen, die vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, wie eine keimabtötende Wirkung. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Compounds. Dabei werden die oben beschriebenen Nanopartikel in einen Kunststoff eingebracht. Als Kunststoffe können beispielsweise die weiter oben erwähnten thermoplastischen Kunststoffe oder duroplastischen Kunststoffe verwendet werden.As already explained above, the nanoparticles according to the invention can be used Produce compounds that have beneficial properties, such as a germicide Effect. The invention therefore also relates to a method for producing the above described compounds. The nanoparticles described above are divided into one Plastic introduced. As plastics, for example, those mentioned above can be used thermoplastics or thermosetting plastics can be used.
In thermoplastische Kunststoffe lassen sich die Nanoteilchen nach bekannten Verfahren einarbeiten. Geeignet ist beispielsweise eine mechanische Einarbeitung der Nanoteilchen in den Thermoplasten. Dies kann beispielsweise in einem Kneter, einem Extruder, oder einem Walzenstuhl erfolgen. Geeignete Verfahren der Compoundierung sind dem Fachmann bekannt. The nanoparticles can be made into thermoplastics by known methods incorporated. For example, mechanical incorporation of the nanoparticles is suitable in the thermoplastics. This can be done, for example, in a kneader, an extruder, or a roller mill. Suitable methods of compounding are Known specialist.
Im Fall der duroplastischen Kunststoffe können die Nanoteilchen beispielsweise durch Copolymerisation während der Harzkondensation in den Kunststoff einreagiert werden.In the case of thermosetting plastics, the nanoparticles can, for example, by Copolymerization can be reacted into the plastic during resin condensation.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Suspension der Nanopartikel in einem Lösungsmittel erzeugt, die Suspension mit dem Kunststoff, welcher gegebenenfalls mit dem Lösungsmittel verdünnt sein kann, vereinigt unter Erhalt einer Mischung, aus der anschließend das Lösungsmittel entfernt wird.According to a further embodiment of the method according to the invention, a Suspension of the nanoparticles generated in a solvent, the suspension with the Plastic, which can optionally be diluted with the solvent, combined to obtain a mixture from which the solvent is then removed.
Das Lösungsmittel wird in Abhängigkeit vom verwendeten Kunststoff gewählt. Um eine gleichmäßige Verteilung der Nanopartikel im Kunststoff zu erreichen, sollte der Kunststoff im Lösungsmittel löslich sein. Nachdem eine Mischung erzeugt wurde, in der die Nanopartikel in einer Lösung des Kunststoffs suspendiert sind, wird das Lösungsmittel nach üblichen Verfahren entfernt. Im Allgemeinen wird das Lösungsmittel abdestilliert, wobei wegen der geringeren Temperaturbelastung auch unter vermindertem Druck gearbeitet werden kann.The solvent is chosen depending on the plastic used. To one To achieve even distribution of the nanoparticles in the plastic, the plastic should be soluble in the solvent. After creating a mix in which the Nanoparticles are suspended in a solution of the plastic, the solvent removed by usual methods. Generally the solvent is distilled off due to the lower temperature load even under reduced pressure can be worked.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden die Nanopartikel unter Einwirkung von Ultraschall suspendiert. Es wird eine sehr fein verteilte Suspension erhalten, und die Nanopartikel setzen sich innerhalb der Polymermischung langsamer aus der Suspension ab, sodass eine homogene Verteilung der Nanopartikel im Kunststoff gewährleistet ist.According to a particularly advantageous embodiment, the nanoparticles are under Exposure to ultrasound suspended. It becomes a very finely divided suspension obtained, and the nanoparticles expose themselves more slowly within the polymer mixture the suspension, so that a homogeneous distribution of the nanoparticles in the plastic is guaranteed.
Die Nanopartikel setzen sich der Schwerkraft folgend aus der Suspension ab. Wird ein Werkstück hergestellt, indem beispielsweise eine Suspension aus Nanopartikeln, Kunststoff und Lösungsmittel in eine Form gegossen und anschließend das Lösungsmittel entfernt wird, entsteht meist ein Werkstück mit einer unregelmäßigen Verteilung der Nanopartikel. Während die in der Form unten liegende Seite dicht mit Nanopartikeln besetzt ist, ist die entgegengesetzte, obere Fläche nahezu frei von Nanopartikeln. Die Entfernung des Lösungsmittels muss also so rasch erfolgen, dass sich die Nanopartikel im Wesentlichen noch nicht abgesetzt haben. Bei der Entfernung des Lösungsmittels wird daher vorteilhaft in der Weise vorgegangen, dass rasch ein erster Teil des Lösungsmittels aus der Mischung entfernt wird, in einem Ausmaß, dass die Viskosität der Mischung soweit erhöht wird, dass die Nanopartikel im Wesentlichen nicht mehr absinken. Anschließend wird das restliche Lösungsmittel entfernt. Dies kann mit wesentlich geringerer Geschwindigkeit erfolgen. Eine rasche Entfernung des Lösungsmittels kann beispielsweise im Warmluftstrom oder durch Destillation unter vermindertem Druck erfolgen. Während der raschen Entfernung des Lösungsmittels kann die Einwirkung von Ultraschall auf die Suspension fortgesetzt werden, um die Nanopartikel weiter in der Schwebe zu halten. Durch die erhöhte Viskosität der Mischung werden die Nanopartikel im Schwebezustand gehalten, sodass eine gleichmäßige Verteilung der Nanopartikel im Werkstoff erreicht werden kann. Hat sich die Viskosität der Mischung aus Kunststoff, Lösungsmittel und Nanopartikeln soweit erhöht, dass die Nanopartikel im Wesentlichen nicht mehr absinken, kann die Geschwindigkeit, mit der das Lösungsmittel entfernt wird, deutlich herabgesetzt werden. Dadurch wird vermieden, dass die Oberfläche des Werkstücks beispielsweise durch Blasen- oder Rißbildung unregelmäßig wird.The nanoparticles settle out of the suspension following gravity. Becomes a Workpiece produced by, for example, a suspension of nanoparticles, Plastic and solvent poured into a mold and then the solvent is usually removed, a workpiece with an irregular distribution of the Nanoparticles. While the side in the mold below is tight with nanoparticles is occupied, the opposite, upper surface is almost free of nanoparticles. The The solvent must therefore be removed so quickly that the nanoparticles in the Have not yet sold essentially. When removing the solvent therefore advantageously proceeded in such a way that a first part of the solvent quickly is removed from the mixture to an extent that the viscosity of the mixture is increased to such an extent that the nanoparticles essentially no longer sink. The remaining solvent is then removed. This can be essential slower speed. Rapid removal of the solvent can for example in a hot air stream or by distillation under reduced pressure respectively. During the rapid removal of the solvent, exposure to Ultrasound on the suspension continued to further the nanoparticles To stay in balance. Due to the increased viscosity of the mixture, the nanoparticles kept in suspension so that an even distribution of the nanoparticles in the Material can be achieved. Has the viscosity of the mixture of plastic Solvents and nanoparticles increased to such an extent that the nanoparticles essentially no longer decrease, the rate at which the solvent is removed be significantly reduced. This will prevent the surface of the Workpiece becomes irregular, for example due to bubbles or cracks.
Vorteilhaft wird beim Verdampfen des Lösungsmittels eine Temperatur von höchstens 80°C, vorzugsweise höchstens 50°C, nicht überschritten. Innerhalb dieser Temperaturbereiche ist die thermische Belastung des Kunststoffs noch gering. Metallionen können eine katalytische Wirkung aufweisen und eine Spaltung von Bindungen im Polymeren bewirken. Dies führt zu einer Zersetzung des Polymeren. Ferner werden auch einige der Metalle, wie beispielsweise Silberionen, leicht zum Metall reduziert, was ebenfalls zu einer Zersetzung des Polymeren sowie zur Ablagerung der Metalle und damit zu einer Verfärbung des Kunststoffs führen kann. Werden die angegebenen Temperaturen nicht überschritten, treten derartige Prozesse nicht in nennenswertem Umfang auf.A temperature of at most is advantageous when the solvent is evaporated 80 ° C, preferably at most 50 ° C, not exceeded. Within this Temperature ranges, the thermal load on the plastic is still low. metal ions can have a catalytic effect and cleavage of bonds in the Effect polymers. This leads to decomposition of the polymer. Furthermore, too some of the metals, such as silver ions, are slightly reduced to what metal also to decompose the polymer and to deposit the metals and thus can lead to discoloration of the plastic. Are the specified temperatures not exceeded, such processes do not occur to any significant extent.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Compound hergestellt, indem zunächst ein gecoateter Träger, der erhalten wird, indem ein Träger mit einem Coating beschichtet wird, welches funktionelle Gruppen enthält, die als Protonendonoren oder als Elektronendonoren wirken, in eine Polymermatrix eingebracht wird, die Polymermatrix mit dem eingebrachten gecoateten Träger gegebenenfalls zu einer Form geformt wird, und der gecoatete Träger anschließend mit Metallionen beladen wird.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention the compound is produced by first of all a coated carrier which is obtained by coating a support with a coating which contains functional groups contains, which act as proton donors or as electron donors, in a Polymer matrix is introduced, the polymer matrix with the introduced coated If necessary, the carrier is formed into a shape, and the coated carrier is subsequently formed is loaded with metal ions.
Nach dieser Ausführungsform des Verfahrens wird also der gecoatete Träger im unbeladenen Zustand, d. h. ohne dass zunächst Metallionen in das Coating eingelagert wurden, in die Polymermatrix eingebracht. Dies hat den Vorteil, dass die Polymermatrix mit dem gecoateten Träger eine wesentlich höhere Temperaturstabilität aufweist als eine Polymermatrix, in der Nanopartikel eingebracht wurden, die bereits mit Metallionen beladen sind. Der Werkstoff läßt sich dadurch wesentlich einfacher verarbeiten, beispielsweise extrudieren, da keine Schwierigkeiten mit Verfärbungen durch thermische Belastung, beispielsweise während des Extrudierens, beobachtet werden. Das fertiggestellte Werkstück kann dann anschließend mit Metallionen beladen werden. Überraschenderweise können die in die Polymermatrix eingelagerten gecoateten Trägerpartikel noch eine ausreichende Menge an Metallionen aufnehmen, sodass über längere Zeit eine keimabtötende Wirkung erreicht werden kann.According to this embodiment of the method, the coated carrier is in unloaded condition, d. H. without first storing metal ions in the coating were introduced into the polymer matrix. This has the advantage that the polymer matrix with the coated carrier has a much higher temperature stability than one Polymer matrix in which nanoparticles have been introduced that already contain metal ions are loaded. This makes the material much easier to process, extrude, for example, since there are no problems with thermal discoloration Stress, for example during extrusion, can be observed. The The finished workpiece can then be loaded with metal ions. Surprisingly, the coated ones embedded in the polymer matrix can Carrier particles still absorb a sufficient amount of metal ions so that over a long-term germicidal effect can be achieved.
Wie bereits weiter oben ausgeführt, können aus dem erfindungsgemäßen Compound Werkstücke mit vorteilhaften Eigenschaften hergestellt werden. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Werkstück, bestehend aus dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Compound. Die Werkstücke weisen eine keimabtötende Wirkung auf und lassen sich daher vorteilhaft in Form von Artikeln für den medizinischen Bedarf herstellen, wie beispielsweise Schläuche oder Auskleidungen von Leitungen oder sonstigen Hohlräumen, welche über einen längeren Zeitraum steril gehalten werden müssen und bei denen die Gefahr einer Kontamination mit Keimen gegeben ist.As already explained above, from the compound according to the invention Workpieces with advantageous properties can be produced. Subject of the invention is therefore also a workpiece consisting of the invention described above Compound. The workpieces have a germicidal effect and can therefore be produce advantageously in the form of articles for medical needs, such as for example hoses or linings of lines or other cavities, which must be kept sterile over a longer period of time and for which the There is a risk of contamination with germs.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der oben beschriebenen Nanopartikel als antimikrobielles oder bakteriostatisches Agens. Another object of the invention is the use of those described above Nanoparticles as an antimicrobial or bacteriostatic agent.
Die Erfindung wird anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigtThe invention is illustrated by examples and with reference to the accompanying Figures explained in more detail. It shows
Fig. 1 eine Messkurve, in der die Änderung des pH-Wertes einer Silbersalzlösung bei Absorption der Silberionen an gecoatete Nanopartikel gegen die Menge an zugegebenen Silberionen aufgetragen ist; . Figure 1 shows a measurement curve, in which the change of the pH value is applied a silver salt solution in the absorption of the silver ions to coated nanoparticles versus the amount of added silver ions;
Fig. 2 eine Messkurve, in welcher der pH-Wert und die Menge an freien Silberionen gegen die Menge an Silberionen aufgetragen ist, die zu einer Suspension von gecoateten Nanopartikeln zugegeben wird; Fig. 2 is a plot, in which the pH value and the amount of free silver ions is plotted against the amount of silver ions which is added to a suspension of coated nanoparticles;
Fig. 3 eine Messkurve der Silberionenfreisetzung bei sukzessiver HNO3-Zugabe; Fig. 3 is a plot of silver ion release at successive HNO 3 addition;
Fig. 4 Temperaturgravimetrie-Kurven der silberfreien Probe (a) und einer Kurve nach Silberablösung (b). Fig. 4 temperature gravimetry curves of the silver-free sample (a) and a curve after silver detachment (b).
Die Herstellung der Nanopartikel erfolgte analog dem in der DE 198 21 665 A1 beschriebenen Verfahren.The nanoparticles were produced analogously to that in DE 198 21 665 A1 described method.
Eine Mischung aus 89 g wässrigem Ammoniak (25 Gew.-%), 571,2 g Wasser und 571,2 g wässrigem Ethanol (96 Gew.-%) werden unter Rühren auf 50°C erhitzt. Es werden zuerst 121,44 g Tetraethoxysilan (98%) und anschließend eine auf 40°C erwärmte Mischung aus 13,38 g wässriger Polyethyleniminlösung (22,2 Gew.-%) und 311,04 g Ethanol schnell zugegeben. Die Suspension wird 5 Stunden bei 50°C gerührt.A mixture of 89 g aqueous ammonia (25% by weight), 571.2 g water and 571.2 g aqueous ethanol (96% by weight) are heated to 50 ° C. with stirring. It'll be first 121.44 g of tetraethoxysilane (98%) and then a mixture heated to 40 ° C. 13.38 g aqueous polyethyleneimine solution (22.2% by weight) and 311.04 g ethanol quickly added. The suspension is stirred at 50 ° C for 5 hours.
Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden die mit Polyethylenimin modifizierten Nanopartikel abfiltriert und mehrmals mit Wasser gewaschen. Die Trocknung erfolgt über mehrere Tage bei 80°C im Trockenschrank.After cooling to room temperature, the modified with polyethyleneimine The nanoparticles are filtered off and washed several times with water. The drying takes place over several days at 80 ° C in a drying cabinet.
Es wurde ein weißes, rieselfähiges Pulver erhalten.A white, free-flowing powder was obtained.
Eine Mischung aus 89 g wässrigem Ammoniak (25 Gew.-%), 571,2 g Wasser und 571,2 g wässrigem Ethanol (96 Gew.-%) werden unter Rühren auf 50°C erhitzt. Hierzu wird eine auf 40°C erwärmte Mischung aus 13,38 g wässriger Polyethyleniminlösung (22,2 Gew.-%) und 311,04 g Ethanol zugegeben. Unter Rühren werden 121,44 g Tetraethoxysilan (98%) zugegeben. Die Suspension wird 5 Stunden bei 50°C gerührt.A mixture of 89 g aqueous ammonia (25% by weight), 571.2 g water and 571.2 g aqueous ethanol (96% by weight) are heated to 50 ° C. with stirring. For this, a mixture of 13.38 g of aqueous polyethyleneimine solution (22.2% by weight) heated to 40 ° C. and 311.04 g of ethanol were added. 121.44 g of tetraethoxysilane (98%) added. The suspension is stirred at 50 ° C for 5 hours.
Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden die mit Polyethylenimin modifizierten SiO2-Nanopartikel abfiltriert und mit Wasser mehrmals gewaschen. Die Trocknung erfolgt über mehrere Tage bei 80°C im Trockenschrank.After cooling to room temperature, the SiO 2 nanoparticles modified with polyethyleneimine are filtered off and washed several times with water. Drying takes place in a drying cabinet at 80 ° C for several days.
Es wurde ein weißes, rieselfähiges Pulver erhalten, das einen im Vergleich zu dem in Beispiel 1 erhaltenen Pulver höheren Gehalt an Polymer aufweist. A white, free-flowing powder was obtained, which compared to that in Example 1 obtained powder has higher polymer content.
Eine Mischung aus 89 g wässrigem Ammoniak (25 Gew.-%), 571,2 g Wasser und 571,2 g wässrigem Ethanol (96 Gew.-%) werden unter Rühren auf 50°C erhitzt. Hierzu wird eine auf 40°C erwärmte Mischung aus 13,38 g wässriger Polyethyleniminlösung (22,2 Gew.-%) und 311,04 g Ethanol zugegeben. Nach Homogenisierung wird während 8 Stunden 121,44 g Si(OEt)4 (98%) zugegeben. Die Suspension wird über Nacht bei 50°C gerührt. Nach der Filtration wird mit Wasser mehrmals gewaschen. Die Trocknung erfolgt über mehrere Tage bei 80°C im Trockenschrank.A mixture of 89 g of aqueous ammonia (25% by weight), 571.2 g of water and 571.2 g of aqueous ethanol (96% by weight) are heated to 50 ° C. with stirring. For this purpose, a mixture of 13.38 g aqueous polyethyleneimine solution (22.2% by weight) and 311.04 g ethanol heated to 40 ° C. is added. After homogenization, 121.44 g Si (OEt) 4 (98%) is added over 8 hours. The suspension is stirred at 50 ° C. overnight. After filtration, it is washed several times with water. Drying takes place in a drying cabinet at 80 ° C for several days.
Es wurde ein weißes, rieselfähiges Pulver erhalten.A white, free-flowing powder was obtained.
Eine Mischung aus 22,25 g wässrigem Ammoniak (25 Gew.-%), 142,8 g Wasser und 142,8 g wässrigem Ethanol (96 Gew.-%) werden unter Rühren auf 50°C erhitzt. Dann werden 30,36 g Tetraethoxysilan (98%) zugegeben. 12,43 g carboxymethyliertes Polyimin (Lupasol® wasserfrei, BASF AG, Ludwigshafen) werden mit Wasser auf 24,91 g ergänzt und 77,76 g Ethanol zugegeben. Hierbei bildet sich eine Emulsion. Diese wird rasch zur ammoniakalischen Lösung des Tetraethoxysilans gegeben. Die Suspension wird für 5 Stunden bei 50°C gerührt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Der Niederschlag wird abfiltriert und mehrmals mit Wasser gewaschen. Die Trocknung erfolgt über mehrere Tage bei 80°C im Trockenschrank. A mixture of 22.25 g aqueous ammonia (25% by weight), 142.8 g water and 142.8 g aqueous ethanol (96% by weight) are heated to 50 ° C. with stirring. Then be 30.36 g tetraethoxysilane (98%) added. 12.43 g carboxymethylated polyimine (Lupasol® anhydrous, BASF AG, Ludwigshafen) are made up to 24.91 g with water and 77.76 g of ethanol were added. This forms an emulsion. This quickly becomes ammoniacal solution of tetraethoxysilane. The suspension is used for 5 Stirred at 50 ° C for hours and then cooled to room temperature. The precipitation will filtered off and washed several times with water. The drying takes several days at 80 ° C in a drying cabinet.
Es wurde ein weißes, rieselfähiges Pulver erhalten. Im Vergleich zu dem in Beispiel 1 erhaltenen Pulver ist das in Beispiel 4 erhaltene Pulver deutlich feiner und weicher.A white, free-flowing powder was obtained. Compared to that in Example 1 The powder obtained is the powder obtained in Example 4 significantly finer and softer.
Eine Mischung aus 22,25 g wässrigem Ammoniak (25 Gew.-%), 142,8 g Wasser und 142,8 g wässrigem Ethanol (96 Gew.-%) werden unter Rühren auf 70°C erhitzt. Dann werden 30,36 g Tetraethoxysilan (98%) zugegeben. 11,84 g eines aufgeschmolzenen Polyimins, welches mit 60 Mol.% Laurinsäure amidiert ist, werden mit 70°C warmen Wasser auf 53,82 g ergänzt und 77,76 g 70°C warmes Ethanol zugegeben, wobei eine Emulsion entsteht. Diese wird rasch zur ammoniakalischen Lösung des Tetraethoxysilans gegeben. Die Suspension wird für 5 Stunden bei 70°C gerührt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Der Niederschlag wird abfiltriert und mit 60°C heißem Wasser mehrmals gewaschen. Die Trocknung erfolgt über mehrere Tage bei 50°C im Trockenschrank und anschließend noch über Nacht mit Hilfe von P2O5 an der Ölpumpe.A mixture of 22.25 g of aqueous ammonia (25% by weight), 142.8 g of water and 142.8 g of aqueous ethanol (96% by weight) are heated to 70 ° C. with stirring. Then 30.36 g of tetraethoxysilane (98%) are added. 11.84 g of a melted polyimine, which is amidated with 60 mol% lauric acid, are made up to 53.82 g with water at 70 ° C. and 77.76 g of ethanol at 70 ° C. are added, an emulsion being formed. This is quickly added to the ammoniacal solution of the tetraethoxysilane. The suspension is stirred for 5 hours at 70 ° C and then cooled to room temperature. The precipitate is filtered off and washed several times with hot water at 60 ° C. Drying takes place over several days at 50 ° C in the drying cabinet and then overnight with the help of P 2 O 5 on the oil pump.
Es wurde ein leicht gelbes, rieselfähiges Pulver erhalten.A slightly yellow, free-flowing powder was obtained.
Eine Mischung aus 22,25 g wässrigem Ammoniak (25 Gew.-%), 142,8 g Wasser und 142,8 g wässrigem Ethanol (96 Gew.-%) werden unter Rühren auf 40°C erhitzt. Nach Zugabe von 8,96 g Kieselgel (0,04 bis 0,063 mm) wird eine 40°C warme Emulsion von 3,34 g eines aufgeschmolzenen Polyimins, welches mit 15 Mol.% Stearinsäure amidiert ist in 11,89 g Wasser und 77,54 g Ethanol hinzugefügt. Die Suspension wird für 5 Stunden bei 40°C gerührt. Anschließend wird der Niederschlag abfiltriert, mit warmen Wasser gewaschen und an der Ölpumpe bei Raumtemperatur getrocknet.A mixture of 22.25 g aqueous ammonia (25% by weight), 142.8 g water and 142.8 g aqueous ethanol (96% by weight) are heated to 40 ° C. with stirring. After encore 8.96 g of silica gel (0.04 to 0.063 mm) becomes a 40 ° C warm emulsion of 3.34 g of a melted polyimine which is amidated with 15 mol.% stearic acid in 11.89 g water and 77.54 g ethanol added. The suspension is left for 5 hours Stirred at 40 ° C. The precipitate is then filtered off with warm water washed and dried on the oil pump at room temperature.
Es wurde ein weißes, rieselfähiges Pulver erhalten, das aus kugelartigen Partikeln besteht.A white, free-flowing powder was obtained, which consists of spherical particles.
Der Polyethyleniminanteil auf den Siliciumdioxidnanopartikeln wurde jeweils thermogravimetrisch ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.The proportion of polyethyleneimine on the silicon dioxide nanoparticles was in each case determined thermogravimetrically. The results are shown in Table 1.
45,03 g der mit Polyethylenimin gecoateten Siliciumdioxidnanopartikel werden fein zerrieben und unter Stickstoff in 750 ml Wasser suspendiert. Zu dieser Lösung werden 25 ml einer Lösung von 5,948 g AgNO3 in 50 ml Wasser gegeben. Die Suspension wird für 5 Stunden gerührt und dann der Niederschlag über einen Büchnertrichter abfiltriert. Der Rückstand wird mit destilliertem Wasser solange gewaschen, bis ein Silbernachweis mit Cl- negativ verläuft. Die Trocknung erfolgt unter reduziertem Druck bei 50°C im Trockenschrank.45.03 g of the silicon dioxide nanoparticles coated with polyethyleneimine are finely ground and suspended in 750 ml of water under nitrogen. 25 ml of a solution of 5.948 g of AgNO 3 in 50 ml of water are added to this solution. The suspension is stirred for 5 hours and then the precipitate is filtered off on a Buchner funnel. The residue is washed with distilled water until silver detection with Cl - is negative. Drying takes place under reduced pressure at 50 ° C in the drying cabinet.
2 g der mit Polyethylenimin gecoateten Siliciumdioxidnanopartikel werden in 200 ml Wasser und 5 ml 0,1 M NaNO3 als Leitelektrolyt für eine konstante Ionenstärke (ISA) suspendiert. Dazu wird in 200 µl Schritten eine hochverdünnte wässrige Silbernitratlösung (0,05 Mol/l) zugegeben. Der pH-Wert wird alle 120 s registriert und gegen die Silbermenge aufgetragen. Zur Messung des Kurvenverlaufs von reinem Polyethylenimin wurden 912,3 mg wasserfreies Polyimin in 200 ml Wasser gelöst und analog untersucht. Die Ergebnisse sind in Fig. 1 dargestellt. Dabei zeigt Kurve (a) die Änderung des pH- Wertes für reines Polyethylenimin, Kurve (b) den Verlauf für SiO2-Nanopartikel, die mit ca. 35 Gew.-% Polyethylenimin belegt sind und Kurve (c) den Verlauf für SiO2-Partikel, die mit ca. 26 Gew.-% Polyethylenimin belegt sind.2 g of the silicon dioxide nanoparticles coated with polyethyleneimine are suspended in 200 ml of water and 5 ml of 0.1 M NaNO 3 as a conducting electrolyte for a constant ionic strength (ISA). For this, a highly diluted aqueous silver nitrate solution (0.05 mol / l) is added in 200 µl steps. The pH value is registered every 120 s and plotted against the amount of silver. To measure the curve shape of pure polyethyleneimine, 912.3 mg of anhydrous polyimine were dissolved in 200 ml of water and examined analogously. The results are shown in Fig. 1. Curve (a) shows the change in pH for pure polyethyleneimine, curve (b) shows the course for SiO 2 nanoparticles which are coated with about 35% by weight of polyethyleneimine, and curve (c) shows the course for SiO 2 -Particles that are coated with about 26 wt .-% polyethyleneimine.
Die gecoateten Nanopartikel mit dem höheren Polyethyleniminanteil (Kurve (b)), zeigen zu Beginn der Messung einen höheren pH-Wert als die Nanopartikel mit einem niedrigeren Polyethyleniminanteil (Kurve (c)). Der pH-Wert nähert sich bei höherem Polyethyleniminanteil auch asymptotisch einem höheren pH-Wert an, als bei den Nanopartikeln mit einem niedrigeren Polyethyleniminanteil. Bei reinem Polyethylenimin (Kurve (a)), wird zwar auch Silber koordiniert, der pH-Wert nimmt jedoch kaum ab. Bei den gecoateten Nanopartikeln erfolgt die Bindung der Silberionen also unter Abspaltung eines Protons, während bei freiem Polyethylenimin sich der Grad der Metallionenbindung durch den p-H-Wert steuern lässt.The coated nanoparticles with the higher polyethyleneimine content (curve (b)) show at the start of the measurement, a higher pH than the nanoparticles with a lower one Polyethyleneimine content (curve (c)). The pH approaches at higher Polyethyleneimine also asymptotically at a higher pH than that of the Nanoparticles with a lower proportion of polyethyleneimine. With pure polyethyleneimine (Curve (a)), silver is also coordinated, but the pH hardly drops. at The coated nanoparticles bind the silver ions with elimination of a proton, while with free polyethyleneimine the degree of metal ion binding can be controlled by the p-H value.
253,9 mg der mit Polyethylenimin modifizierten Siliciumdioxidnanopartikeln werden in 50 ml Wasser und 5 ml 2 M KNO3 (ISA) suspendiert. Zur Detektion von Silber wird eine silbersensitive Elektrode verwendet. Alle 300 s wird jeweils nach Aufnahme der Messwerte 50 µl einer 0,1 M AgNO3-Lösung zugegeben. Der pH-Wert und die Menge der freien Silberionen werden gegen die Menge der zugegebenen Menge an Silberionen aufgetragen. Die Kurven sind in Fig. 2 dargestellt.253.9 mg of the silicon dioxide nanoparticles modified with polyethyleneimine are suspended in 50 ml of water and 5 ml of 2 M KNO 3 (ISA). A silver sensitive electrode is used to detect silver. 50 µl of a 0.1 M AgNO 3 solution is added every 300 s after the measurement values have been recorded. The pH and the amount of free silver ions are plotted against the amount of silver ion added. The curves are shown in Fig. 2.
Zu 236,4 mg mit Polyethylenimin modifizierten Siliciumdioxidnanopartikeln in 50 ml Wasser und 5 ml 2 M KNO3 (ISA) werden 0,4 ml 0,1 M AgNO3 rasch zugegeben. Der pH- Wert und die Menge der freien Silberionen werden anfangs alle 5 s registriert, später in Abständen von 30 s, 60 s, 120 s und 300 s. Die Messung wird ca. 8 Stunden fortgesetzt. Der pH-Wert und die Silberionenkonzentration werden gegen die Zeit aufgetragen und beide Messkurven, pH-Wert und Silberionenkonzentration auf einem Dualanalogschreiber gegeneinander aufgetragen.0.4 ml of 0.1 M AgNO 3 are rapidly added to 236.4 mg of silicon dioxide nanoparticles modified with polyethyleneimine in 50 ml of water and 5 ml of 2 M KNO 3 (ISA). The pH and the amount of free silver ions are initially registered every 5 s, later at intervals of 30 s, 60 s, 120 s and 300 s. The measurement is continued for approx. 8 hours. The pH value and the silver ion concentration are plotted against time and the two measurement curves, pH value and silver ion concentration are plotted against one another on a dual analog recorder.
4 g der mit Silberionen beladenen Siliciumdioxidnanopartikel werden unter Stickstoff in 50 ml Wasser aufgenommen. Hierzu werden 20 ml verdünnte HNO3 gegeben. Die Suspension wird 2 Stunden gerührt. Nach Filtration über einen Büchnertrichter wird mit ca. 20 ml Wasser nachgewaschen. Das Filtrat wird in einen 250 ml-Messkolben quantitativ überführt und mit Wasser zu Marke ergänzt (Prüflösung).4 g of the silicon nanoparticles loaded with silver ions are taken up in 50 ml of water under nitrogen. For this, 20 ml of diluted HNO 3 are added. The suspension is stirred for 2 hours. After filtration through a Buchner funnel, it is washed with about 20 ml of water. The filtrate is transferred quantitatively to a 250 ml volumetric flask and supplemented with water to the mark (test solution).
50 ml Prüflösung aus Beispiel 11 werden mit 3 ml einer Fe3+-haltigen Indikatorlösung versetzt und mit Wasser auf etwa 100 ml verdünnt. Mit 0,1 M NH4SCN-Maßlösung wird unter Rühren bis zum Verbleib einer schwachen Rotfärbung titriert. 1 ml Ammoniumthiocyanatlösung (0,1 M) entspricht 10,7868 mg Ag.50 ml of test solution from Example 11 are mixed with 3 ml of an indicator solution containing Fe 3+ and diluted to about 100 ml with water. Titrate with 0.1 M NH 4 SCN standard solution while stirring until a weak red color remains. 1 ml ammonium thiocyanate solution (0.1 M) corresponds to 10.7868 mg Ag.
50 ml der silberhaltigen Prüflösung aus Beispiel 11 werden mit 5 ml 2 M KNO3 (ISA) versetzt und vermessen.50 ml of the silver-containing test solution from Example 11 are mixed with 5 ml of 2 M KNO 3 (ISA) and measured.
Die in den Beispielen 11.1 und 11.2 gemessenen Werte sind in Tabelle 2 zusammengefasst.The values measured in Examples 11.1 and 11.2 are in Table 2 summarized.
2 g der mit Silberionen beladenen Siliciumdioxidnanopartikel werden in 50 ml Wasser und 5 ml 2 M KNO3 (ISA) aufgenommen. In 0,2 ml-Schritten wird 1 M HNO3 bzw. verdünnte HBF4 (0,8 M) zugegeben. Mit einer silbersensitiven Elektrode wird die Menge der freien Silberionen aufgezeichnet und gegen die zugegebene Menge an HNO3 aufgetragen. Der Vorgang wird fortgesetzt bis sich bei erneuter HNO3-Zugabe keine Veränderung des Messwerts ergibt. Die Messkurve ist in Fig. 3 dargestellt.2 g of the silicon dioxide nanoparticles loaded with silver ions are taken up in 50 ml of water and 5 ml of 2 M KNO 3 (ISA). 1 M HNO 3 or dilute HBF 4 (0.8 M) is added in 0.2 ml steps. The amount of free silver ions is recorded with a silver-sensitive electrode and plotted against the added amount of HNO 3 . The process is continued until there is no change in the measured value when HNO 3 is added again. The measurement curve is shown in FIG. 3.
Der Kurvernverlauf lässt eine Initialisierungsphase bis ca. 0,8 ml 1 M HNO3 erkennen, in welcher die Silberionenkonzentration nur unwesentlich ansteigt. Hierauf erfolgt ein steiler Anstieg der Konzentration an freien Silberionen, welcher zwischen 4 und 6 ml kurzzeitig abflacht und anschließend erneut ansteigt und einen maximalen Endwert erreicht. Die Abflachung des Kurvenverlaufs deutet auf ein Puffersystem hin.The course of the curve shows an initialization phase of up to approx. 0.8 ml 1 M HNO 3 , in which the silver ion concentration increases only slightly. This is followed by a steep increase in the concentration of free silver ions, which briefly flattens between 4 and 6 ml and then rises again and reaches a maximum end value. The flattening of the curve indicates a buffer system.
4 g der mit Silberionen beladenen Siliciumdioxidnanopartikel werden in 50 ml Wasser mit 5 ml abgerauchter 65%-iger HNO3 versetzt und unter Stickstoff für 2 Stunden gerührt. Der Filterrückstand wird abfiltriert, bei 50°C getrocknet und thermogravimetrisch untersucht. Das Ergebnis wird mit den silberfreien Analogen, d. h. dem unbeladenen gecoateten Träger verglichen. Die Messkurven sind in Fig. 4 dargestellt. Kurve (a) zeigt die Kurve für silberfreie modifizierte SiO2-Nanopartikel und Kurve (b) die Kurve für SiO2-Nanopartikel, welche zunächst mit Silberionen belegt wurden, wobei anschließend das Silber wieder entfernt wurde.4 g of the silicon dioxide nanoparticles loaded with silver ions are mixed in 50 ml of water with 5 ml of smoked 65% HNO 3 and stirred under nitrogen for 2 hours. The filter residue is filtered off, dried at 50 ° C and examined thermogravimetrically. The result is compared with the silver-free analogues, ie the unloaded coated carrier. The measurement curves are shown in FIG. 4. Curve (a) shows the curve for silver-free modified SiO 2 nanoparticles and curve (b) the curve for SiO 2 nanoparticles, which were initially coated with silver ions, the silver then being removed again.
150 mg mit Silberionen beladene gecoatete Siliciumdioxidnanopartikel werden in 2 ml DMF gegeben und unter Eiskühlung mit Ultraschall behandelt bis nur noch extrem feine Partikel vorhanden sind. Diese Suspension wird zu 10 g Basispolymer gegeben, welches aus einer Lösung von 100 g Polyurethan in 700 g DMF besteht. Nach Homogenisierung durch mechanisches Rühren wird die Suspension in eine vorher auf 50°C temperierte Form gegossen. Mit einem Heißluftfön wird der Hauptteil des Lösungsmittels abgedampft, bis die Viskosität der Masse deutlich angestiegen ist und sich zu einer honigartigen, kaum mehr fließfähigen Masse verfestigt hat. Die Form wird in einen Trockenschrank überführt, wo für weitere 5 Tage bei 50°C getrocknet wird. Verbleibendes DMF wird über mehrere Tage im Hochvakuum entfernt.150 mg of coated silicon dioxide nanoparticles loaded with silver ions are dissolved in 2 ml Given DMF and treated with ultrasound under ice cooling until only extremely fine Particles are present. This suspension is added to 10 g of base polymer, which consists of a solution of 100 g polyurethane in 700 g DMF. After homogenization by mechanical stirring, the suspension is brought into a form previously heated to 50 ° C cast. The main part of the solvent is evaporated with a hot air dryer until the viscosity of the mass has increased significantly and has become a honey-like, hardly has solidified more flowable mass. The mold is transferred to a drying cabinet where it is dried for a further 5 days at 50 ° C. Remaining DMF is spread over several Days removed in a high vacuum.
2,025 g Polyurethan werden innerhalb von 90 s den Extrudierschnecken zugeführt. Die Gerätetemperatur beträgt 220°C, die Umdrehungsgeschwindigkeit der Extrudierschnecken 100 U/min. Anschließend erfolgt die Zugabe von 0,45 g der mit Silberionen beladenen gecoateten Siliciumdioxidnanopartikel sowie von weiteren 2,025 g Polyurethan. Der Polyurethanstrang wird auf ein Aluminiumblech abgelassen und auf Raumtemperatur abgekühlt. Es wurde ein brauner bis schwarzer Polyurethanstrang erhalten.2.025 g of polyurethane are fed to the extrusion screws within 90 s. The Device temperature is 220 ° C, the speed of rotation of the extrusion screws 100 rpm. Subsequently, 0.45 g of silver ion-loaded is added coated silicon dioxide nanoparticles and a further 2.025 g of polyurethane. The The strand of polyurethane is drained onto an aluminum sheet and to room temperature cooled. A brown to black polyurethane strand was obtained.
Analog Beispiel 15 wurde ein Polyurethanstrang hergestellt, wobei jedoch gecoatete Nanopartikel zugegeben wurden, die noch nicht mit Silberionen beladen worden waren. A strand of polyurethane was produced analogously to Example 15, but coated Nanoparticles were added that had not yet been loaded with silver ions.
300 mg des Polyurethanstrangs werden in einem Zweihalskolben in 50 ml Silbernitratlösung eingelegt und gerührt. Die Silbernitratlösung wird auf die folgende Weise erhalten. Zunächst wird eine Stammlösung hergestellt, indem 788,4 mg AgNO3 und 20 ml 0,1 M HNO3 mit destilliertem Wasser auf 250 ml ergänzt werden. Mit dieser Stammlösung wird eine Verdünnung 1 hergestellt, indem 50 ml der Stammlösung und 5 ml 2 M KNO3 (ISA) mit destilliertem Wasser auf 100 ml ergänzt werden. Mit der Verdünnung 1 wird eine Verdünnung 2 hergestellt, indem 5 ml aus Verdünnung 1 und 5 ml 2 M KNO3 (ISA) mit destilliertem Wasser auf 100 ml verdünnt werden. Die als Verdünnung 2 erhaltene Silberlösung wird für die Belegung des PU-Strangs verwendet. Die Silbernitratlösung hat dabei eine Ag+-Konzentration von ca. 50 mg/l. Die Bestimmung der in der Lösung verbleibenden Ag+-Ionen erfolgt im Dunkeln. Sofort nach Kontakt des Silbernitratstandards mit dem Polyurethanstrang werden die Elektroden in die Lösung eingetaucht, der Glaskolben weitestgehend dicht verschlossen und alle 20 min ein Messwert registriert. Die Konzentration der freien Silberionen wird gegen die Zeit aufgetragen.300 mg of the polyurethane strand are placed in a two-necked flask in 50 ml of silver nitrate solution and stirred. The silver nitrate solution is obtained in the following manner. First, a stock solution is prepared by adding 788.4 mg AgNO 3 and 20 ml 0.1 M HNO 3 to 250 ml with distilled water. A dilution 1 is prepared with this stock solution by adding 50 ml of the stock solution and 5 ml of 2 M KNO 3 (ISA) to 100 ml with distilled water. Dilution 1 is used to prepare a dilution 2 by diluting 5 ml of dilution 1 and 5 ml of 2 M KNO 3 (ISA) to 100 ml with distilled water. The silver solution obtained as dilution 2 is used for the coating of the PU strand. The silver nitrate solution has an Ag + concentration of approx. 50 mg / l. The Ag + ions remaining in the solution are determined in the dark. Immediately after the silver nitrate standard comes into contact with the polyurethane strand, the electrodes are immersed in the solution, the glass bulb is sealed as far as possible and a measurement value is recorded every 20 minutes. The concentration of free silver ions is plotted against time.
Nach Beendigung der Messung wird die Elektronendrift kontrolliert, indem man erneut mehrere Standardlösungen aus der Stammlösung herstellt und die Standardwerte mit den Messwerten vergleicht. Die erhaltene Kurve ist in Fig. 1 dargestellt. Man erkennt deutlich die Abnahme der freien Silberionen in der Lösung während 24 h. Quantitativ kann die aufgenommene Silbermenge zu 0,2 Gew.-%, bezogen auf den Polyurethanprobekörper, bestimmt werden. Ein Silberniederschlag oder eine Ausfüllung von Silbersalzen konnte nicht beobachtet werden.After completion of the measurement, the electron drift is checked by again producing several standard solutions from the stock solution and comparing the standard values with the measured values. The curve obtained is shown in FIG. 1. The decrease in the free silver ions in the solution over a period of 24 h can clearly be seen. The amount of silver taken up can be determined quantitatively at 0.2% by weight, based on the polyurethane test specimen. A silver deposit or a filling of silver salts could not be observed.
Das zu untersuchende Material wurde 60 min. mit Staphyloccocus Epidermidis O-47 bei 37°C inkubiert. Anschließend werden die Proben in ein nährstoffarmes Milieu überführt, in welches nun die mehr oder weniger vitalen Tochterzellen abgegeben werden. Anschließend wird Vollmedium, d. h. nährstoffreiches Substrat, zugeführt und die Zahl der vitalen Zellen bzw. die Proliferationsgeschwindigkeit gemessen. Dies geschieht durch Aufzeichnung der Trübung, welche durch Messung der optischen Dichte bei 578 nm verfolgt werden kann. Nimmt diese zu, d. h. tritt Wachstum ein, zeigt sich dies durch eine ansteigende Kurve, bleibt eine Trübung aus, so verharrt der Graph auf der Basislinie.The material to be examined was 60 min. with Staphyloccocus Epidermidis O-47 Incubated at 37 ° C. The samples are then transferred to a nutrient-poor environment, in which the more or less vital daughter cells are now released. Subsequently, full medium, i. H. nutrient-rich substrate, fed and the number of vital cells or the rate of proliferation. This happens through Record the turbidity, which is determined by measuring the optical density at 578 nm can be tracked. If this increases, i. H. if growth occurs, this is shown by a rising curve, if there is no cloudiness, the graph remains on the baseline.
In einer ersten Versuchsreihe wurden gemäß der oben angegebenen allgemeinen Arbeitsvorschrift die mit Silber beladenen gecoateten Siliciumdioxidnanopartikel getestet.In a first series of tests were carried out according to the general Working procedure tested the coated silver-coated silicon dioxide nanoparticles.
Für jede Probe wurde eine Vierfachbestimmung durchgeführt. Die Wachstumskurven sind in Fig. 2 dargestellt. Fig. 2a zeigt dabei die Wachstumskurve bei Verwendung von mit Polyethylenimin gecoateten SiO2-Nanopartikeln, die mit 2,5 Gew.-% Silberionen (berechnet als Metall) beladen waren. In keiner der Versuche konnte eine Zunahme der Bakterienzahl gemessen werden, während im Kontrollversuch, dem keine Nanopartikel beigegeben waren, eine deutliche Zunahme der Wachstumskurve festgestellt werden konnte.A quadruple determination was carried out for each sample. The growth curves are shown in Fig. 2. Fig. 2a shows the growth curve when using coated with polyethyleneimine SiO 2 nanoparticles, the (calculated as metal) with 2.5 wt .-% silver ions were loaded. An increase in the number of bacteria could not be measured in any of the experiments, whereas in the control experiment to which no nanoparticles were added, a clear increase in the growth curve was found.
In einer weiteren Versuchsreihe wurden die in Beispiel 14 hergestellten Polyurethanfilme auf ihre keimabtötende Wirkung getestet. Um Reste von DMF zu entfernen, wurden die Prüffilme für den Biotest noch für mehrere Tage in ein Hochvakuum eingebracht. Die Wachstumskurven sind in Fig. 3 dargestellt. Dabei zeigt Reihe 1 die Ergebnisse, die mit einem reinen Polyurethanfilm erhalten wurden. In Reihe 2 sind die Ergebnisse für eine Polyurethanfilm mit silberhaltigen gecoateten Siliciumdioxidnanopartikeln (0,32 Gew.-% Ag) dargestellt. Reihe 3 zeigt die Ergebnisse für einen Polyurethanfilm mit silberhaltigen gecoateten Siliciumdioxidnanopartikeln (0,53 Gew.-% Ag). Reihe 4 zeigt die Ergebnisse, die mit einem Polyurethanfilm erhalten wurden, in den silberfreie gecoatete Siliciumdioxidnanopartikel eingearbeitet wurden. Der Figur ist eindeutig zu entnehmen, dass die Polyurethanfilme mit silberhaltigen gecoateten Siliciumdioxidnanopartikeln gute antimikrobielle Eigenschaften besitzen. Die Tests zeigen, dass die silberhaltigen gecoateten Siliciumdioxidnanopartikel auch noch in einer Polyurethanmatrix genügend Wirksamkeit gegenüber Organismen aufbringen. In a further series of experiments, the polyurethane films produced in Example 14 were tested for their germicidal effect. In order to remove residues of DMF, the test films for the bioassay were placed in a high vacuum for several days. The growth curves are shown in Fig. 3. Row 1 shows the results obtained with a pure polyurethane film. Series 2 shows the results for a polyurethane film with silver-containing coated silicon dioxide nanoparticles (0.32% by weight Ag). Row 3 shows the results for a polyurethane film with silver-containing coated silicon dioxide nanoparticles (0.53% by weight Ag). Row 4 shows the results obtained with a polyurethane film into which silver-free coated silicon dioxide nanoparticles were incorporated. The figure clearly shows that the polyurethane films with silver-containing coated silicon dioxide nanoparticles have good antimicrobial properties. The tests show that the silver-containing coated silicon dioxide nanoparticles also have sufficient effectiveness against organisms in a polyurethane matrix.
In einem weiteren Versuch wurde die antimikrobielle Wirksamkeit des in Beispiel 16 erhaltenen Polyurethanstrangs überprüft. Um anhaftendes Silbernitrat zu entfernen, wurde der Strang zunächst 8 h in destilliertem Wasser gerührt, anschließend mehrmals mit Wasser gespült und erneut zweimal je 2 h mit Wasser nachbehandelt. Die mit dem Biotest erhaltenen Wachstumskurven sind in Fig. 4 dargestellt. Dabei zeigt die Reihe 1 die Ergebnisse, die mit dem nachträglich mit Silberionen belegten Polyurethanstrang erhalten wurden. Reihe 2 zeigt die Ergebnisse für einen Strang, der mit metallischem Silber belegt war. Während bei dem mit Silberionen belegten Strang eine deutliche Verlangsamung des Bakterienwachstums beobachtet werden konnte, trat bei dem mit einem konventionellen silberhaltigen Polyurethanstrang durchgeführten Test eine deutlich geringere Verzögerung des Bakterienwachstums auf. Bei der Interpretation der Messergebnisse muss insbesondere die sehr niedrige Silberionenkonzentration von 0,22 Gew.-% beim nachträglich mit Silberionen belegten Polyurethanstrang (Reihe 1) berücksichtigt werden.In a further experiment, the antimicrobial activity of the polyurethane strand obtained in Example 16 was checked. In order to remove adhering silver nitrate, the strand was first stirred in distilled water for 8 h, then rinsed several times with water and again treated twice with water for 2 h each. The growth curves obtained with the bioassay are shown in FIG. 4. Row 1 shows the results obtained with the polyurethane strand subsequently coated with silver ions. Row 2 shows the results for a strand that was coated with metallic silver. While a significant slowdown in bacterial growth was observed in the strand coated with silver ions, the test carried out with a conventional silver-containing polyurethane strand showed a significantly smaller delay in bacterial growth. When interpreting the measurement results, particular attention must be paid to the very low silver ion concentration of 0.22% by weight for the polyurethane strand (row 1) subsequently coated with silver ions.
In einer weiteren Versuchsreihe wurde ein Polyurethanstrang verwendet, der eine größere Menge an Silberionen umfaßte. Dazu wurde der Polyurethanstrang wie in Beispiel 16 beschrieben mit einer Silberionenlösung behandelt, welche 45,76 mg Ag+ in 50 ml enthielt. Die Ergebnisse des Biotests sind in Fig. 4b dargestellt. Reihe 1 zeigt dabei den nachträglich mit Silberionen belegten Polyurethanstrang während in Reihe 2 ein vergleichbarer Strang auf Basis von metallischem Silber dargestellt ist. In Reihe 1 ist eindeutig eine bakterizide Wirkung vorhanden, während in Reihe 2 lediglich eine geringe bakteriostatische Wirkung erkennbar ist. Dieses Ergebnis zeigt eindeutig, dass bei einer höheren nachträglichen Silberbelegung eine hervorragende Wirksamkeit erreicht werden kann.In a further series of experiments, a strand of polyurethane was used, which comprised a larger amount of silver ions. For this purpose, the polyurethane strand was treated as described in Example 16 with a silver ion solution which contained 45.76 mg Ag + in 50 ml. The results of the bioassay are shown in Fig. 4b. Row 1 shows the polyurethane strand subsequently coated with silver ions, while row 2 shows a comparable strand based on metallic silver. Row 1 clearly shows a bactericidal effect, while row 2 shows only a slight bacteriostatic effect. This result clearly shows that an excellent effectiveness can be achieved with a higher subsequent silver coating.
Claims (37)
wobei R1, R2, R3, R4 unabhängig voneinander bedeuten:
-H, eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, eine Arylgruppe mit 5 bis 20 Kohlenstoffatomen oder eine Aralkylgruppe mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen;
A, B unabhängig voneinander:
-(CR5R6)-, -C(O)-O-, -C(O)-, -C(O)-N(R5)-, -S-, -S(O)-, -S(O)2-, -N(R5)-, -O-, -Si(R7R8)-O-, -P(R5)-, -P(O)-, -P(OH)-, -P(O)2-, -P(O)(OH)-, -P(O)(OH)-O-, -O-P(O)2-O-,
wobei A und B in beliebiger Reihenfolge angeordnet sein können;
C: -H, -CH3, -COOH, -CONH2, -SH, -SOH, -SO2H, -SO3H, -NH2, -NHOH, -OH, -SiH2OH, -SiH(OH)2, -Si(OH)3, -PH2, -P(O)H2, -PH(O)OH, -P(O)(OH)2, -O-P(O)(OH)2;
R5, R6: unabhängig voneinander H, eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen;
R7, R8: R5, R6, OR5, OR6;
m: eine ganze Zahl zwischen 0 und 10;
n: eine ganze Zahl zwischen 0 und 10;
o: eine ganze Zahl zwischen 0 und 1000;
x: eine ganze Zahl zwischen 0 und 107;
y: eine ganze Zahl zwischen 0 und 107;
wobei x + y ≧ 1;
E: eine übliche Endgruppe;
R9, R10: -H, -(AmBn)o-C. 6. The nanoparticle according to claim 5, wherein the polyalkylene polyimine has a structure of the formula I,
where R 1 , R 2 , R 3 , R 4 are independently:
-H, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 5 to 20 carbon atoms or an aralkyl group having 6 to 20 carbon atoms;
A, B independently of one another:
- (CR 5 R 6 ) -, -C (O) -O-, -C (O) -, -C (O) -N (R 5 ) -, -S-, -S (O) -, - S (O) 2 -, -N (R 5 ) -, -O-, -Si (R 7 R 8 ) -O-, -P (R 5 ) -, -P (O) -, -P (OH ) -, -P (O) 2 -, -P (O) (OH) -, -P (O) (OH) -O-, -OP (O) 2 -O-,
where A and B can be arranged in any order;
C: -H, -CH 3 , -COOH, -CONH 2 , -SH, -SOH, -SO 2 H, -SO 3 H, -NH 2 , -NHOH, -OH, -SiH 2 OH, -SiH ( OH) 2 , -Si (OH) 3 , -PH 2 , -P (O) H 2 , -PH (O) OH, -P (O) (OH) 2 , -OP (O) (OH) 2 ;
R 5 , R 6 : independently of one another H, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms;
R 7 , R 8 : R 5 , R 6 , OR 5 , OR 6 ;
m: an integer between 0 and 10;
n: an integer between 0 and 10;
o: an integer between 0 and 1000;
x: an integer between 0 and 10 7 ;
y: an integer between 0 and 10 7 ;
where x + y ≧ 1;
E: a common end group;
R 9 , R 10 : -H, - (A m B n ) o -C.
in der R1 und R2 die in Anspruch 6 angegebene Bedeutung aufweisen und z eine ganze Zahl zwischen 0 und 107 ist.7. The nanoparticle according to claim 6, wherein the polyalkylene polyimine further comprises structural units of the formula II,
in which R 1 and R 2 have the meaning given in claim 6 and z is an integer between 0 and 10 7 .
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