DE4403016A1 - Microbicidal plastic articles partic. for medical use - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft weiterverarbeitungsfähige Kunststoffe insbesondere für die Herstellung von Gegenständen für den medizinischen Bedarf, die einen antimikrobiell wirksamen Ge halt an Metallen oder Metallverbindungen aufweisen.The invention relates to plastics which can be processed especially for the production of objects for the medical need that have an antimicrobial Ge hold metal or metal compounds.
Hierunter sind insbesondere solche Metalle bzw. deren Ver bindungen zu verstehen, deren oligodynamische Wirkung be kannt ist, wie z. B. Silber, Kupfer und Gold, aber auch an dere Schwermetalle wie z. B. Zink und auch Lanthanide, die auf Bakterien oder/und Pilze im erfindungsgemäß gewünschten Sinn einwirken, d. h. sie abtöten, deren Vermehrung oder auch deren Haftvermögen am oder Einnistungsvermögen im Kunststoff verhindern oder zumindest stark vermindern.These include, in particular, such metals or their ver understand bonds, their oligodynamic effect be is known, such as B. silver, copper and gold, but also on their heavy metals such. B. zinc and also lanthanides, the on bacteria and / or fungi in the desired according to the invention Act meaning, d. H. kill them, their multiplication or too their adherence to or implantation in the plastic prevent or at least greatly reduce.
Derartige Vorprodukte oder Fertigteile aus derartigen Kunst stoffen sind nach dem heutigen Stand der Marktlage zwar noch nicht allgemein erhältlich, nach dem Stand der Technik aber durchaus funktionsfähig herstellbar. Such preliminary products or finished parts from such art According to the current state of the market, substances are still not generally available, but according to the state of the art quite functional.
Ein Grund, daß die Markteinführung noch nicht in nennenswer tem Umfang erfolgt ist, dürfte die Frage des Aufwandes und damit der Kosten für die Herstellung derartiger Kunststoffe sein.One reason that the market launch is not yet significant tem scope has occurred, the question of effort and hence the cost of manufacturing such plastics his.
Das betrifft einerseits die Kosten der für den angestrebten Zweck notwendigen Mengen des Metalles bzw. der Metallverbin dungen, insbesondere von Silber, wenn diese Substanzen in pulvriger Form in den Kunststoff eingearbeitet werden sol len, wobei als untere Wirksamkeitsgrenze immer wieder die Größenordnung von 1 Gewichts-% des Kunststoffes genannt wird, größere Anteile aber stets als noch wirkungsvoller an gegeben werden. In diesem Zusammenhang sei auf die Patent veröffentlichungen US-A-4 054 139, WO-A-84/01721; EP-A- 0 190 504, DE-A-37 25 728, EP-A-0 251 783 und DE-A-39 42 112 verwiesen.On the one hand, this affects the cost of the target Purpose necessary amounts of the metal or the metal compound applications, especially of silver, if these substances in powdery form should be worked into the plastic len, whereby the lower effectiveness limit always Of the order of 1% by weight of the plastic will always consider larger shares to be even more effective are given. In this context, the patent publications US-A-4 054 139, WO-A-84/01721; EP-A- 0 190 504, DE-A-37 25 728, EP-A-0 251 783 and DE-A-39 42 112 referred.
Das betrifft andererseits die Kosten für das letztlich doch recht aufwendige und dementsprechend zweckmäßigerweise nur für ausgewählte Fälle anzuwendende, nasse Verfahren der Be handlung der Kunststoffe z. B. gemäß DE-C-42 26 810, gemäß welchem sehr geringe Mengen der Wirksubstanz ausreichend sind.On the other hand, that affects the cost of that quite complex and accordingly only expedient Wet methods of loading to be used for selected cases action of plastics z. B. according to DE-C-42 26 810, according to which very small amounts of the active substance is sufficient are.
Eine andere Möglichkeit, die hohen Materialkosten für die antimikrobielle Ausrüstung von Gegenständen zu vermeiden, besteht darin, nicht den Kunststoff im ganzen antimikrobiell auszurüsten, sondern die aus diesem Kunststoff hergestellten Gegenstände nachträglich mit Wirksubstanzen zu beschichten.Another way of paying for the high material costs to avoid antimicrobial treatment of objects, is not antimicrobial on the whole of the plastic equip, but the made of this plastic Subsequent coating of objects with active substances.
Jedoch funktionieren aber alle physikalischen Verfahren (wie z. B. Bedampfung, Kathodenzerstäubung, plasmaunterstützte Be dampfung, Ionenplattierung, Ionenimplatation) und auch die chemischen Verfahren (z. B. stromlose Galvanisierung, reakti ves Bedampfen, reaktive Kathodenzerstäubung, CVD, PACVD) so, daß damit nur die der jeweiligen Quelle der aufzubringenden Wirksubstanz zugewandten Flächen oder, z. B. im Fall von plasmaunterstützen Verfahren, zumindest jeweils nur die der Umgebung offen zugewandten Flächen beschichtet werden. Die für medizinische Anwendungen meist besonders wichtigen In nenflächen von Gegenständen, z. B. die Innenseite von Kathe tern sind für die Anwendung dieser vorgenannten Verfahren aber unzugänglich und bleiben daher unbeschichtet.However, all physical processes (such as e.g. B. Evaporation, sputtering, plasma-assisted loading vaporization, ion plating, ion implantation) and also the chemical processes (e.g. electroless plating, reactive ves vapor deposition, reactive sputtering, CVD, PACVD) so, that only that of the respective source of the to be applied Active substance facing surfaces or, for. B. in the case of Plasma-supported processes, at least only those of the Areas openly facing the surrounding area must be coated. The for medical applications usually particularly important nenflächen of objects, for. B. the inside of Kathe tern are for the application of these procedures but inaccessible and therefore remain uncoated.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit die Bereit stellung von oligodynamisch wirksamen Kunststoffkörpern, welche die vorstehenden Nachteile nicht aufweisen, d. h. ein fach herstellbar sind, nur eine geringe Menge des oligodyna mischen Metalls bzw. dessen Verbindung(en) benötigen und an allen, auch unzugänglichen Oberflächen gleich wirksam sind.The object of the present invention is therefore ready position of oligodynamically effective plastic bodies, which do not have the above disadvantages, i. H. a can only be produced with a small amount of oligodyna mix metal or its compound (s) and need all, even inaccessible surfaces are equally effective.
Gelöst wird diese Aufgabe durch Kunststoffkörper mit einem Gehalt an einem oder mehreren oligodynamisch wirksamen Me tallen oder Metallverbindungen als Wirkstoff, die dadurch gekennzeichnet sind, daß der Wirkstoff in Form von diskreten Teilchen im Kunststoff eingebettet ist, wobei die Wirkstoff menge nicht mehr als 0,5 Gew.-% bezogen auf das Gesamtge wicht des Kunststoffkörpers beträgt und das Maximum der Teilchengrößenverteilung des Wirkstoffs unterhalb von 500 nm liegt.This task is solved by plastic bodies with a Content of one or more oligodynamically active Me tallen or metal compounds as an active ingredient are characterized in that the active ingredient in the form of discrete Particle is embedded in the plastic, being the active ingredient amount not more than 0.5% by weight based on the total amount weight of the plastic body and the maximum of Particle size distribution of the active substance below 500 nm lies.
Gut hantierbare Wirkstoffe jeglicher Art in Pulverform wer den nur mit Kornfeinheiten bis in den Mikrometerbereich herge stellt und angeboten. Die damit erreichte, spezifische Ober fläche beträgt beispielsweise für das feinste handelsübliche Silberpulver mit einer Nenn-Korngröße von 2-3,5 µm, das natürlich auch einen gewissen, verfahrensbedingt unvermeid lichen Anteil von gröberen und von Sub-Mikrometer-Partikeln auf weist, nach der Angabe des Herstellers etwa 0,5 bis 1 m²/g. Andere, häufig verwendete und auch billigere Silberpulver haben noch gröbere Partikel und dementsprechend geringere spezifische Oberflächen. Well-handled active ingredients of all kinds in powder form only with finenesses down to the micrometer range provides and offered. The specific waiter achieved with it area is, for example, for the finest commercially available Silver powder with a nominal grain size of 2-3.5 µm, that of course, a certain one, inevitable due to the process share of coarser and sub-micrometer particles indicates, according to the manufacturer, about 0.5 to 1 m² / g. Other, often used and also cheaper silver powder have even coarser particles and accordingly smaller ones specific surfaces.
Noch feinere Zubereitungen als Kolloide können im allgemei nen nur als Sole oder Gele dargestellt werden. Dabei ist der also gegebene Anteil an Schutzkolloid in der weiteren Folge der Verarbeitung und der Anwendung meist mit erheblichen, unerwünschten Nebenwirkungen verbunden. Außerdem sind derar tige kolloidale Zubereitungen oft wenig stabil und zudem häufig verhältnismäßig teuer.In general, even finer preparations than colloids can can only be shown as brine or gels. Here is the So given proportion of protective colloid in the further sequence processing and application usually with considerable, unwanted side effects. They are also derar colloidal preparations are often not very stable and moreover often relatively expensive.
Die erfindungsgemäßen Kunststoffkörper werden deshalb vor zugsweise so hergestellt, daß man den Rohling mittels eines chemischen oder physikalischen Verfahrens mit der bakterizid und/oder fungizid (oligodynamisch) wirksamen Substanz be schichtet, den erhaltenen beschichteten Rohling (Vorprodukt) zerkleinert und/oder einschmilzt, woraus dann nach üblichen Verfahren der gewünschte Kunststoffkörper hergestellt wird.The plastic body according to the invention are therefore before preferably made so that the blank by means of a chemical or physical process using the bactericidal and / or fungicidal (oligodynamically) active substance layers, the coated blank obtained (preliminary product) crushed and / or melted, from which then according to usual Process the desired plastic body is made.
Mit physikalischen, aber auch mit chemischen Verfahren der Beschichtungen von Oberflächen können sehr dünne und, je nach Prozeßführung, feine oder sogar äußerst feinstruktu rierte Gefüge des abgeschiedenen Materials erzielt werden, die der Feinheit kolloidaler Zubereitungsformen entsprechen oder wenigstens nahekommen. Das gilt insbesondere dann, wenn die abgeschiedenen Schichten sehr dünn sind.With physical, but also with chemical processes of Coatings of surfaces can be very thin and, depending after process control, fine or even extremely fine structure structure of the deposited material can be achieved, which correspond to the delicacy of colloidal forms of preparation or at least get close. This applies in particular if the deposited layers are very thin.
Bei solchen Beschichtungen ergibt sich z. B. schon rein rech nerisch aus der äußeren Geometrie bei einer Schichtdicke von 10 nm bereits z. B. für die Abscheidung von Silber ein Min destwert der spezifischen Oberfläche von 19 m²/g. Vorzugs weise beträgt die Schichtdicke 1 bis 50 nm.With such coatings, z. B. already pure nerically from the outer geometry with a layer thickness of 10 nm already z. B. for the deposition of silver a min Minimum surface area of 19 m² / g. Preferential the layer thickness is 1 to 50 nm.
Werden dabei noch zusätzlich jene Oberflächen berücksich tigt, die senkrecht zur Hauptfläche durch noch offen dalie gende Korngrenzen und durch Zerklüftungen der Oberfläche durch Fehler der Gleichmäßigkeit der Abscheidung entstehen, ergibt sich für die spezifische Oberfläche praktisch ein noch größerer Wert. Are those surfaces also taken into account? that is perpendicular to the main surface by still open grain boundaries and fissures on the surface due to errors in the uniformity of the deposition, practically results for the specific surface even greater value.
Vorzugsweise liegt das Maximum der Teilchengrößenverteilung des Wirkstoffs unterhalb von 100 nm, stärker bevorzugt bei 10 nm. Bei dünnen Schichten kann die Korngröße auch kleiner als 1 nm sein.The maximum of the particle size distribution is preferably of the active ingredient below 100 nm, more preferably at 10 nm. With thin layers, the grain size can also be smaller than 1 nm.
Kristalline Materialien (PTFE, manche Polyimide) müssen z. B. durch Mahlen zerkleinert werden; Umschmelzen ist dabei (praktisch) nicht anzuwenden. Sie werden dann durch z. B. (Druck-) Sintern in die gewünschte Form gebracht.Crystalline materials (PTFE, some polyimides) must e.g. B. be crushed by grinding; Melting is included (practically) not applicable. You will then by z. B. (Pressure) sintering brought into the desired shape.
In einer für die Entspiegelung von optischen Gläsern be stimmten Hochvakuum-Anlage wurden ca. 80 cm² große Folien von 0,25 mm Dicke aus Polyurethan mit einer Silberschicht von etwa 10 nm Dicke bedampft. Die Silberschicht zeigte lichtmikroskopisch keinerlei Eigenstruktur, es waren nur die Unebenheiten der Folie als Unebenheiten der Schicht wiederzuerkennen. Die Folien wurden danach zerkleinert und unter Umrühren bei ca. 240°C eingeschmolzen. Daraus wurden durch Heißpressen Prüfkörper (kleine Plättchen) hergestellt.In one for the anti-reflective coating of optical glasses The high vacuum system was about 80 cm² large films 0.25 mm thick made of polyurethane with a silver layer of about 10 nm thick. The silver layer showed no inherent structure under light microscopy, it was just that Bumps in the film as bumps in the layer to recognize. The foils were then crushed and melted while stirring at approx. 240 ° C. From that were manufactured by hot pressing test specimens (small platelets).
Der Silbergehalt dieser aus den bedampften Silberfolien her gestellten Prüfkörper wurde nach dem Aufschluß mit Salpeter säure mittels der AAS-Methode zu etwa 350 ppm bestimmt, wo bei allerdings, bedingt durch Unvollkommenheiten der Zube reitung der Proben, erhebliche Streuungen zwischen den (drei) ermittelten Meßwerten hingenommen werden mußten.The silver content of this comes from the steamed silver foils The test specimen was placed after digestion with saltpetre acid determined by the AAS method to about 350 ppm where however, due to imperfections in the accessories preparation of the samples, considerable scatter between the (three) measured values had to be accepted.
Größenordnungsmäßig liegt dieses Ergebnis bei nur 1/30 von jenen Werten, wie sie für die wirkungsvolle Verwendung von Silberpulver im Stand der Technik als mindestens nötig ange geben werden.In terms of magnitude, this result is only 1/30 of those values that are necessary for the effective use of Silver powder in the prior art as at least necessary will give.
Diese Prüfkörper zeigten sich als antimikrobiell gegen die Besiedelung mit dem Bakterium Staphylokokkus epidermidis voll wirksam. Diese Untersuchung wurde gemäß dem in DE-C-42 26 810 beschriebenen Verfahren durchgeführt. These test specimens were shown to be antimicrobial against the Colonization with the Staphylococcus epidermidis bacterium fully effective. This test was carried out according to the procedure described in DE-C-42 26 810 described procedures performed.
Aus diesem Ergebnis ist ableitbar, daß Kunststoffe mit einem an sich geringen, aber feinst dispergiertem Gehalt von Me tallpartikeln (oder auch Partikeln aus Metallverbindungen) mit dementsprechend großer spezifischer, aktiver Oberfläche in der Wirkung gleichzusetzen sind mit Kunststoffen, die einen wesentlich höheren, aber weniger fein dispergierten Gehalt an Metallen (oder auch Metallverbindungen) mit dementsprechend kleinerer spezifischer, aktiver Oberfläche aufweisen.From this result it can be deduced that plastics with a low but finely dispersed content of Me tallparticles (or also particles from metal compounds) with a correspondingly large specific, active surface in effect are equivalent to plastics that a much higher, but less finely dispersed Content of metals (or metal compounds) with accordingly, smaller specific, active surface exhibit.
Da unbestreitbar aber der für die Langzeitwirkung maßgebli che Vorrat von diesen Wirksubstanzen bei gröberen Partikeln größer ist, kann es als weiterer Vorteil von nach dem vor stehend genannten Verfahren hergestellten Kunststoffen ange führt werden, daß diese Kunststoffe für besonders kritische Anwendungsfälle durch geeignete Prozeßführung bei der Her stellung der Schicht von Metall (oder von Metallverbindun gen) mit Partikeln ausgerüstet werden können, deren Größe für eine optimale Langzeitwirkung von vorneherein beein flußbar ist.As indisputable, however, the one that is decisive for long-term effects The supply of these active substances for coarser particles Larger, it can be a further benefit from before plastics produced leads that these plastics for particularly critical Use cases through suitable process control at Her Position of the layer of metal (or metal compound gen) can be equipped with particles, their size for an optimal long-term effect from the outset is flowable.
Diese Beschichtung kann, wie im Experiment erprobt, auf Fo lien erfolgen, die dann wieder zerkleinert und weiterverar beitet werden können. Sie kann natürlich aber auch grund sätzlich genau so gut auf Fasern oder, im Prinzip jeden falls, auf Granulat, mit demselben Ergebnis der Herstellung der gewünschten Endkonzentration des Wirkstoffes im Kunst stoff aufgebracht werden.As tested in the experiment, this coating can be applied to Fo lien, which are then shredded and processed further can be processed. Of course, it can also be reason just as good on fibers or, in principle, everyone if, on granules, with the same result of manufacture the desired final concentration of the active ingredient in art fabric are applied.
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