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1. ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldungen
Nr. 60/315,043 und 60/315,044, die beide am 28.08.2001 eingereicht
worden sind und auf deren Inhalt hierin Bezug genommen wird.
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2. FELD DER
ERFINDUNG
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Diese
Anmeldung ist zum Teil auf mit mehreren Schichten beschichtete Substrate,
bevorzugt auf Substrate aus porösen
Polymeren, wobei die Beschichtung aus mindestens zwei Schichten
besteht, und auf deren Herstellungsmethoden gerichtet.
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3. HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Poröse Materialien,
einschließlich
Metall, Keramik, Glas und Polymermaterialien wurden zunehmend in
einer Vielzahl von Anwendungen, wie zum Beispiel Filtration, Belüftung, Aufsaugen
und Implantation und von anderen biomedizinischen Vorrichtungen
verwendet. Zum Beispiel können
poröse
Polymermaterialien in medizinischen Vorrichtungen verwendet werden,
die als Blutgefäßersatz,
als synthetische Linsen und Linsen innerhalb des Auges, als Elektroden,
als Katheter und als Vorrichtungen außerhalb des Körpers, wie
zum Beispiel solche, die mit dem Körper verbunden sind, um bei
einer Operation oder Dialyse zu helfen, dienen. Poröse Polymermaterialien
können
auch als Filter für
die Trennung von Blut in seine Komponenten, Blutzellen und Plasma,
als Mikrofilter für
das Entfernen von Mikroorganismen aus Blut und als Beschichtungen
für Linsen in
der Ophthalmologie, um einen Endothelialschaden nach einer Implantation
zu verhindern, verwendet werden. Poröse Materialien wurden auch
in Vorrichtungen für
die Diagnostik, wie zum Beispiel als Lateral Flow-Vorrichtungen,
Flow Through-Vorrichtungen und anderen Immunoassayvorrichtungen
verwendet.
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Es
ist oft nötig,
die Oberflächeneigenschaften
von porösem
Material zu modifizieren, da die Anwendung von porösen Materialien
oft durch ihren Mangel an einer chemisch funktionellen Gruppe und/oder
durch ihre hydrophoben Eigenschaften, die sich nachteilig auf Anwendungen,
wie zum Beispiel Flüssigfiltration,
Extraktion, Trennung und Immobilisierung von kleinen Molekülen, Polymeren
oder großen
Biomolekülen
auswirken, limitiert ist. Beispielsweise denaturieren Proteine oft,
wenn sie in Kontakt mit hydrophoben Materialien kommen, und hydrophobe
poröse
Materialien können
keine wässrigen
Lösungen
aufsaugen. Kontaktlinsen, Implantate und ähnliche Vorrichtungen, die
im engen Kontakt mit dem Körper
stehen, müssen
hydrophile Oberflächen
aufweisen, die biologisch kompatibel sind.
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Es
wurden Versuche unternommen, poröse
Materialien zu modifizieren, allerdings mit gemischtem Erfolg. Zum
Beispiel beschreibt US-Patent Nr. 4,250,029 ein Verfahren zur Herstellung
einer ionischen Abstoßungsmembran
durch Beschichten verschieden geladener Polyelektrolyte auf einer
Membran mit einer neutralen Polymerschicht zwischen zwei Elektrolyten.
Allerdings ist das Patent nur auf dünne Ionenabstoßungsmembrane
gerichtet.
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US-Patent
Nr. 4,619,897 offenbart dass die physikalischen und/oder chemischen
Eigenschaften einer Kunststoffoberfläche verändert werden können, indem
man ein unterschiedliches Material darauf anbringt oder bindet.
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US-Patent
Nr. 4,845,132 offenbart ein Verfahren, das Plasma und hydrophile
Monomere verwendet, um eine hydrophile poröse Membran herzustellen. Allerdings
ist der erhaltene Polymerfilm, der auf diese Weise abgeschieden
wurde, nicht stabil; und hydrophile Monomere oder Polymere neigen
dazu, auszulaugen.
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US-Patent
Nr. 5,540,837 offenbart ein Verfahren zur Herstellung permanenter
hydrophiler Fluorpolymere, indem ein geladener Polyelektrolyt-Komplex
auf das Fluorpolymer aufgetragen wird. Die Anwendung dieses Patents
ist jedoch auf eine fluorierte Polymermembran beschränkt, und
die Adhäsion
zwischen dem Polyelektrolytkomplex und dem fluorierten Polymersubstrat
ist mäßig aufgrund
der nicht vorhandenen starken Wechselwirkungen zwischen dem Polyelektrolytkomplex
und der fluorierten Membran.
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US-Patent
Nr. 5,695,640 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines hydrophilen
porösen
Gegenstands, indem ein poröser
Gegenstand mit einer Mischung aus Polyamid und einer methanolischen
Calciumchloridlösung
behandelt wird. Die Stabilität
der mittels diesem Verfahren erhaltenen Hydrophilie ist allerdings mäßig.
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US-Patent
Nr. 5,700,559; 5,807,636 und 5,837,377 offenbart ein Verfahren zur
Modifizierung von Polymeroberflächen
mit Plasma und sequenzieller Behandlung mit PEI-Lösung, um
hydrophile Kunststoffoberflächen
bereitzustellen. Dieses Verfahren kann angeblich relativ stabile
hydrophile Kunststoffe bereitstellen. Allerdings verschlechtert
sich die Aufsaugrate des Kunststoffs während der Lagerung.
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US-Patent
Nr. 5,856,246 offenbart ein Verfahren zur Modifzierung der Oberfläche von
Materialien, wobei ein wasserlösliches
Polykation und ein langkettiges Tensid oder Alkyl-substituiertes
Polyanion verwendet wurden, um Fasern, Textilien, Polymer und Membran
dauerhaft hydrophob oder oleophob auszurüsten. Das darin offenbarte
Verfahren ist allerdings nur für
geladene Materialien geeignet und nicht für neutrale Polymere, wie zum
Beispiel Polyolefine.
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US-Patent
Nr. 5,914,182 und 5,916,585 offenbaren ein Verfahren zur Verbesserung
der Bindungseigenschaften des Biomaterials einer porösen Membran
durch Behandlung der porösen
Membran mit einer Polymertensidlösung.
Das polymere Tensid bindet an das Trägermaterial über hydrophobe
Wechselwirkungen. Die erste Schicht wird dann durch ein chemisches
Reagenz vernetzt. Eine zweite hydrophile Schicht wird auf die Membran
aufgebracht, indem die Membran in eine hydrophile Polymerlösung getaucht
wird. Diese hydrophile Polymerbeschichtung kann angeblich das Binden
von Biomolekül
verbessern und bildet kovalente Bindungen zu der ersten Schicht.
Dieses Verfahren funktioniert allerdings nur auf ultradünnen Membranen.
Die Bindung zwischen dem Polymertensid und dem Membranträger ist
allerdings schwach, da die Bindungskraft auf hydrophober Wechselwirkung
basiert. Zusätzlich
ist das Vernetzungsreagenz Glutaldehyd, das dabei verwendet wird,
in hohem Maße
toxisch.
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US-Patent
Nr. 6,020,175 offenbart ein Verfahren zur Herstellung funktioneller
dünner
Filme aus mehreren Schichten (wie zum Beispiel Protein und Farbstoff)
auf feste Träger,
indem geladene feste Substrate in eine vermischte Polymerionen-funktionelle
Moleküllösung mit
einer netto entgegengesetzten elektrischen Ladung getaucht werden.
Dieser Schritt kann wiederholt werden, um einen Film mit mehreren
Schichten herzustellen. Das Patent ist auf feste nicht-poröse Materialien
gerichtet.
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US-Patent
Nr. 6,060,410 offenbart ein Verfahren zur Beschichtung eines hydrophoben
Polymersubstrats mit einem nicht-stöchiometrischen Polyelektrolytkomplex
in Lösung.
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Es
besteht also immer noch ein Bedarf an Materialien, besonders an
porösen
Materialien, mit steuerbaren und stabilen Aufsaugraten, geringen
Auslaugraten und/oder funktionellen Gruppen, die das Anwendungspotenzial
der Materialien für
die Bereiche Filtration, Separation, Diagnostik und medizinische
Vorrichtungen verbessern. Genauer gesagt, besteht ein Bedarf poröse Polymermaterialien
mit steuerbaren Aufsaugraten, biomolekularen Bindungsmöglichkeiten,
chemischen Reaktivitäten
und ionischen Selektions-Möglichkeiten
bereitzustellen.
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4. ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt mit mehreren Schichten beschichtete
Materialien und Herstellungsverfahren solcher Materialien bereit.
Spezifische Verfahren nutzen eine Lösungsbehandlung mit sequenzieller
Polyelektrolytlösung
aus. Die erfindungsgemäßen Materialien
können
in einer Vielzahl von Anwendungen, wie Filter, Filme, Lateral Flow-Membrane,
konjugierte Auflagen, Extraktionsmaterialien und Blutseparationsmaterialien
verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Materialien können wirtschaftlich
und/oder konsistent hergestellt werden und können eine oder mehrere der
folgenden Eigenschaften aufweisen: permanente Hydrophilie oder Hydrophobie;
hohe Dichte an funktionellen Gruppen; begrenztes Ausbleichen; starke
und/oder spezifische Bindungsmöglichkeit
an eine Vielzahl von Reagenzien, wie zum Beispiel Proteine und andere
Biomoleküle;
steuerbare und/oder engere Verteilung von Porositäten; steuerbare
und weitreichende Aufsaugraten; flexible Festigkeiten für verschiedene
Anwendungen.
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In
einem Punkt stellt die vorliegende Erfindung ein mit mehreren Schichten
beschichtetes Material, umfassend ein Substrat, eine erste Schicht
und eine zweite Schicht, bereit. Das Substrat umfasst ein gesintertes
poröses
Polymermaterial; die erste Schicht umfasst Moleküle, die an die Oberfläche des
Substrats über kovalente
Bindungen und elektrostatische Wechselwirkungen gebunden sind; die
zweite Schicht umfasst Moleküle,
die an die erste Schicht über
kovalente Bindungen und elektrostatische Wechselwirkungen gebunden sind.
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In
einer besonderen Ausführungsform
besteht das Polymermaterial aus Polyolefin, Polyester, Polyurethan,
Polycarbonat, Polyetheretherketon, Poly(phenylenoxid), Polyethersulfon
oder Nylon. In einer anderen spezifischen Ausführungsform ist das Polyolefin
Ethylenvinylacetat, Ethylenmethylacrylat, Polyethylen, Polypropylen,
Ethylen-Propylengummi,
Ethylen-propylen-dien-Gummis, Poly(1-buten), Polystyrol, Poly(2-buten), Poly(1-penten),
Poly(2-penten), Poly(3-methyl-1-penten), Poly(4-methyl-1-penten), 1,2-Poly-1,3-butadien, 1,4-Poly-1,3-butadien;
Polyisopren, Polychloropren, Poly(vinylacetat), Poly(vinylidenchlorid),
Poly(vinylidenfluorid), Poly(tetrafluorethylen) oder ein Mischung
davon.
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In
einer Ausführungsform
werden die Moleküle
der ersten Schicht und der zweiten Schicht des mit mehreren Schichten
beschichteten Materials unabhängig
voneinander ausgewählt
aus Polyelektrolyt, Tensid, neutralem Polymer, kleinen Molekülen, Biomolekülen, oder
aus einer Kombination davon.
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Spezifische
Polyelektrolyte beinhalten Phosphate, Polyethylenimide, Polyvinylimidazolin,
quaternisierte Polyacrylamide, Polyvinylpyridine, Polyvinylpyrrolidon,
Polyvinylamine, Polyallylamine, Chitosane, Polylysine, Polyacrylattrialkylammoniumsalzester,
Cellulose, Polyacrylsäure,
Polymethylacrylsäure,
Polystyrolschwefelsäure,
Polyvinylsulfonsäure,
Polytoluolschwefelsäure,
Poly(methylvinylether-alt-maleinsäure), Polyglutaminsäure, Tenside,
Dextransulfate, Hyaluronsäure,
Heparin, Alginsäure,
Adipinsäure,
chemische Farbstoffe, Proteine, Enzyme, Nukleinsäuren, Peptide und Salze, Ester
und Copolymere davon, sind aber nicht darauf beschränkt.
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Spezifische
neutrale Polymere beinhalten Isocyanat-terminiertes Polymer, Epoxy-terminiertes Polymer
oder Hydroxylsuccimid-terminiertes Polymer, sind aber nicht darauf
beschränkt.
Spezifischere Beispiele für
ein neutrales Polymer beinhalten Polyurethan, Poly(ethylenglycol)
und Polysiloxan.
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Spezifische
kleine Moleküle
beinhalten Natriumdodecylsulfonat, Dodecyltrimethylammoniumbromid, Phosphat,
Sulfonat, Bronat, Sulfonat, Farbstoff, Lipid, Metallion oder fluorhaltiges
Tensid, sind aber nicht darauf beschränkt.
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Spezifische
Biomoleküle
beinhalten Proteine, Enzyme, Lipide, Hormone, Peptide, Nukleinsäuren, Oligonukleinsäuren, DNA,
RNA, Zucker oder Polysaccharide, sind aber nicht darauf beschränkt.
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In
einer weiteren spezifischen Ausführungsform
des mit mehreren Schichten beschichteten erfindungsgemäßen Materials
umfasst die erste Schicht Moleküle
von Polyethylenimid und die zweite Schicht umfasst Moleküle von einer
Poly(acrylsäure),
einem Copolymer, das Poly(acrylsäure)
enthält,
oder ein Tensid, wie zum Beispiel ein fluoriertes Tensid. Alternativ
umfasst die erste Schicht Moleküle
von Polyallylammoniumchlorid und die zweite Schicht umfasst Moleküle von Polyvinylsulfat.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist das Substrat weiterhin mit einer oder mehreren zusätzlichen Schichten
beschichtet, die an die zweite oder eine der zusätzlichen Schichten über kovalente
Bindungen, elektrostatische Wechselwirkungen oder Kombinationen
davon, gebunden sind. Zum Beispiel kann das Substrat mit drei Schichten
beschichtet sein, wobei die erste Schicht Moleküle von Polyethylenimid, die
zweite Schicht Moleküle
von einem Polyallylamin und die dritte Schicht Moleküle von Polyethylenimid,
Polyvinylamin, oder ein Tensid umfassen.
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Ein
anderer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung
eines mit mehreren Schichten beschichteten Materials bereit. Das
Verfahren umfasst Aufbringen einer ersten Schicht Moleküle auf eine Oberfläche eines
Substrats über
kovalente Bindungen, elektrostatische Wechselwirkungen oder Kombinationen
davon; und Aufbringen einer zweiten Schicht Moleküle auf die
erste Schicht über
kovalente Bindungen, elektrostatische Wechselwirkungen oder Kombinationen
davon.
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In
einer spezifischen Ausführungsform
umfasst das Verfahren ferner die Aktivierung der Oberfläche des
Substrats, wofür
zum Beispiel chemische Behandlung, Plasmaentladung, Coronaentladung,
Elektronenstrahl und Kombinationen davon verwendet werden, aber
nicht darauf beschränkt
sind. Spezifische Materialien, die als Substrat für das Verfahren
verwendet werden können,
beinhalten Metalle, Legierungen, keramische Materialien, Gläser, Kohlenstoff,
Silicium und Polymere, sind aber nicht darauf beschränkt. Das
Substrat kann fest oder porös
sein. Ein spezifisches Material für ein Substrat ist ein gesintertes
poröses
Polymer.
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Spezifische
Polymere, die als Substrat für
das Verfahren verwendet werden können,
beinhalten Polyolefin, Polyester, Polyurethan, Polycarbonat, Polyetheretherketon,
Polyphenylenoxid, Polyethersulfon und Nylon, sind aber nicht darauf
beschränkt.
Spezifische Beispiele für
ein Polyolefin beinhalten Ethylenvinylacetat, Ethylenmethylacrylat,
Polyethylen, Polypropylen, Ethylen-Propylen-Gummi, Ethylen-Propylen-Dien-Gummis, Poly(1-buten),
Polystyrol, Poly(2-buten), Poly(1-penten), Poly(2-penten), Poly(3-methyl-1-penten),
Poly(4-methyl-1-penten), 1,2-Poly-1,3-butadien, 1,4-Poly-1,3-butadien;
Polyisopren, Polychloropren, Polyvinylacetat, Polyvinylidenchlorid,
Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen und Mischungen davon,
sind aber nicht darauf beschränkt.
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In
einer weiteren spezifischen Ausführungsform
des Verfahrens sind die Moleküle
der ersten Schicht und der zweiten Schicht unabhängig voneinander Polyelektrolyte,
Tenside, neutrale Polymere, kleine Moleküle, Biomoleküle und Kombinationen
davon. In einer weiteren Ausführungsform
umfasst das Verfahren weiterhin Aufbringen einer oder mehrerer zusätzlicher
Schichten von Molekülen
auf die zweite oder die zusätzliche Schicht über kovalente
Bindungen, elektrostatische Wechselwirkungen oder Kombinationen
davon.
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5. KURZE BESCHREIBUNG
DER ABBILDUNGEN
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Um
die spezifischen neuen Aspekte der Erfindung besser zu verstehen,
kann auf die unten beschriebenen Abbildungen Bezug genommen werden:
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1 stellt
ein prinzipielles Schema von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung
mit einer Beschichtung aus zwei Schichten bereit, wobei die Moleküle, aus
denen die Beschichtung besteht, durch Kreise gekennzeichnet sind;
Kreise ohne ein „+" oder ein „=" kennzeichnen ein
neutrales Molekül,
Kreise mit einem „+" kennzeichnen ein
kationisches Molekül
oder ein Molekül
mit einem kationischen Teil, und Kreise mit einem „=" kennzeichnen ein
anionisches Molekül
oder ein Molekül
mit einem anionischen Teil;
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2 stellt
die Aufsaugraten für
poröse
Materialien, die mit verschiedenen Polyelektrolyten behandelt worden
sind, dar;
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3 stellt
die Auslaugmengen für
unterschiedlich gewaschene, mit PEI/PAA-behandelte poröse Materialien dar;
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4 stellt
die Auslaugmengen für
ein mit PEI/PAA-behandeltes poröses
Material in PBS und reinem Wasser dar;
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5 stellt
die Menge an gebundenem IgG dar, bei unterschiedlichen pH-Werten
für verschieden
behandelte poröse
Materialien (bei 0,01 M PBS);
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6 stellt
die Menge an gebundenem IgG bei unterschiedlicher Ionenstärke für unterschiedlich
behandelte poröse
Materialien dar;
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7 stellt
die Menge an gebundenem IgG auf unterschiedlichen mit PEI/PAA-behandelten porösen Materialien
dar; und
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8 stellt
die Menge an gebundenem IgG auf porösen Materialien dar, die mit
unterschiedlichen Polyelektrolyten behandelt wurden.
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6. DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Die
Erfindung ist zum Teil auf Materialien mit Beschichtungen aus mehreren
Schichten gerichtet und besonders auf poröse Materialien mit Beschichtungen
aus mehreren Schichten. Die Erfindung ist weiterhin auf Verfahren
zur Herstellung solcher Materialien und auf Verfahren zur Modifizierung
der Oberflächeneigenschaften
poröser
und fester Materialien gerichtet. Die spezifischen erfindungsgemäßen Materialien
sind haltbar, haben steuerbare Aufsaugeigenschaften und einzigartige
physikalische und chemische Oberflächeneigenschaften. Die erfindungsgemäßen Materialien
können
als Filter, Filme, Lateral Flow-Membrane, konjugierte Auflagen,
Extraktionsmaterialien und Blutseparationsmaterialien verwendet
werden. Die Anwendungen der vorliegenden erfindungsgemäßen Materialien
beinhalten daher Filtrations- und Extraktionsvorrichtungen, Chromatographievorrichtungen,
wie zum Beispiel Dünnschichtchromatographievorrichtungen,
Lateral Flow-Vorrichtungen, Flow Through-Vorrichtungen, Vorrichtungen zum schnelle
Durchmustern, Matrix in der kombinatorischen Chemie, Mikroströmungsvorrichtungen
und Zellkulturmaterialien, sind aber nicht darauf beschränkt.
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Die
spezifischen erfindungsgemäßen Materialien
können
wirtschaftlich und/oder konsistent hergestellt werden und können eine
oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen: permanente Hydrophilie
oder Hydrophobie; hohe Dichte an funktionellen Gruppen; begrenztes
Auslaugen; starke und/oder spezifische Bindungsmöglichkeit an eine Vielzahl
von Reagenzien, wie zum Beispiel Proteinen und anderen Biomolekülen; steuerbare
und/oder engere Verteilung von Porositäten; steuerbare und weitreichende
Aufsaugraten; flexible Stärke
für verschiedene
Anwendungen.
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Die
erfindungsgemäßen Materialien
können
als Folien oder Membranen unterschiedlicher Dicke und Formen hergestellt
werden. In einer spezifischen Ausführungsform reicht die Dicke
des Materials von etwa 1 μm
bis etwa 10 mm. In einer weiteren Ausführungsform reicht die Dicke
von etwa 1 μm
bis etwa 1 mm. Stärker bevorzugt
reicht die Dicke von etwa 10 μm
bis zu etwa 500 μm.
Die erfindungsgemäßen Materialien
können auch
in verschiedenen Formen gemäß der spezifischen
Vorrichtung und dem gewünschten
Assay hergestellt werden.
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In
einer weiteren spezifischen Ausführungsform
hat das erfindungsgemäße Material
eine geringe Oberflächenspannung,
zum Beispiel weniger als etwa 50 Dynes/cm, typischerweise weniger
als etwa 40 Dynes/cm. In anderen spezifischen Ausführungsformen
umfasst das Material Benetzungsmittel oder die Oberfläche ist aktiviert
und anschließend
mit einer oder mehreren Schichten eines Polyelektrolyts, Tensids,
neutralen Polymers, kleinen Moleküls, Biomoleküls oder
einer Kombination davon beschichtet. An der Oberfläche von bevorzugten
erfindungsgemäßen Materialien
befinden sich funktionelle Gruppen, die verwendet werden können, um
andere Moleküle
(wie z.B. Zielmoleküle)
auf der Oberfläche
kovalent und elektrostatisch zu binden. Beispiele von Zielmolekülen beinhalten
Enzyme, Proteine, Zellen, Nukleinsäuren, Peptide, Liganden, DNA
und RNA, sind aber nicht darauf beschränkt.
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Das
Material umfasst ein poröses
Substrat mit mindestens einer Oberfläche, die mit einer Beschichtung
aus mehreren Schichten beschichtet ist. Jede Schicht der Beschichtung
aus mehreren Schichten kann neutral (wie z.B. in 1A gezeigt)
sein oder kann lokalisierte und/oder netto-kationische oder -anionische
Ladungen (wie z.B. in 1B, 1C, 1D, 1E und 1F gezeigt) enthalten. Die Schichten können an
der Oberfläche des
Substrats und an jeder anderen über
kovalente und elektrostatische Wechselwirkungen haften. Zum Beispiel
können
Moleküle,
die die Schicht bilden, die in direktem Kontakt mit dem Substrat
(erste Schicht) stehen, kovalent an dessen Oberfläche gebunden
sein und Moleküle,
die die zweite Oberfläche
(zweite Schicht) bilden, können über elektrostatische
Wechselwirkungen an die erste Oberfläche gebunden sein (z.B. in 1B gezeigt).
Weitere Möglichkeiten
beinhalten eine erste Schicht, die über elektrostatische Wechselwirkungen und
eine zweite Schicht, die kovalent gebunden sind; eine erste Schicht,
die kovalent gebunden und eine zweite Schicht, die kovalent gebunden
ist; eine erste Schicht, die über
elektrostatische Wechselwirkungen und eine zweite Schicht, die über elektrostatische
Wechselwirkungen gebunden ist; und eine erste und eine zweite Schicht,
die jeweils gemischt kovalent und über elektrostatische Wechselwirkungen
gebunden sind. Da die Moleküle,
die jeweils eine Schicht bilden, an das unten liegende Material über vielfache
kovalente und/oder elektrostatische Wechselwirkungen binden können, weisen
typische erfindungsgemäße Materialien
hochstabile Beschichtungen auf, die beständig sind, gegen Ablösen und/oder
Dissoziation.
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6.1. MATERIALIEN
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Erfindungsgemäße Materialien,
die ein Substrat und eine Beschichtung aus mehreren Schichten umfassen,
können
unter Verwendung der hier beschriebenen Verfahren aus Materialien,
wie sie im Folgenden erörtert
werden, jedoch nicht darauf beschränkt sind, hergestellt werden.
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6.1.1. Substrate
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Substrate,
die verwendet werden können,
um erfindungsgemäße Materialien
bereitzustellen, können fest
oder porös
sein und können
in einer beliebigen Vielzahl von Formen und Gestalt vorkommen. Substrate können zum
Beispiel Blöcke,
Filme, Formteile, Röhren,
Fasern und Folien sein. Bevorzugte poröse Substrate haben eine durchschnittliche
Porengröße von etwa
0,001 μm
bis etwa 1000 μm,
stärker
bevorzugt von ungefähr
0,01 μm
bis etwa 500 μm,
und am stärksten
bevorzugt von etwa 0,1 μm
bis etwa 200 μm.
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Feste
und poröse
Substrate können
aus einer Vielzahl von Materialien, wie zum Beispiel Metallen (z.B. Cu,
Ag, Au, Al, Zn und Fe); Legierungen; Gläser, Keramiken; Ruß; Quarz;
Silicium; und polymeren Materialien oder Kunststoffen hergestellt
werden, sind aber nicht darauf beschränkt. Der Ausdruck „poröse Materialien" oder „poröses Substrat", wie er hier benutzt
wird, bezieht sich auf ein Material oder ein Substrat, das eine
Oberfläche
mit einer oder mehreren Poren aufweist oder mit einer Oberfläche, die
uneben, gewellt oder nicht glatt oder flach ist, wie zum Beispiel
ein gewebtes, vliesartiges, komprimiertes, perforiertes oder geätztes Material oder
Substrat.
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Ein
spezifisches Substrat der vorliegenden Erfindung ist ein gesintertes
poröses
polymeres oder Kunstsoff-Material. Poröse polymere Materialien können üblicherweise
aus einer Vielzahl von thermoplastischen und duroplastischen Materialien
hergestellt werden, unter Verwendung von dem Fachmann bekannten Verfahren,
wie zum Beispiel Sintern und Gießen, wobei es keine Beschränkung hinsichtlich
des Verfahrens gibt. Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die porösen
polymeren Materialien mittels eines Sinterprozesses, wie er hierin
beschrieben wird, hergestellt. Daher sind geeignete Polymere für das Substrat
solche, die gesintert werden können,
um Folien oder membranartige poröse
Materialien zu bilden. Beispiele für geeignete thermoplastische
oder duroplastische Materialien beinhalten Polyolefine, Nylon, Polycarbonate,
Nitrocellulose, Fiberglas und Polyethersulfone, sind aber nicht
darauf beschränkt.
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Beispiele
für geeignete
Polyolefine entsprechend der vorliegenden Erfindung beinhalten Ethylenvinylacetat
(EVA); Ethylenmethylacrylat (EMA), sind aber nicht darauf beschränkt. Weiterhin
Polyethylene, wie zum Beispiel Polyethylen niederer Dichte (LDPE),
lineares Polyethylen niederer Dichte (LLDPE), Polyethylen hoher Dichte
(HDPE) und Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE),
sind aber nicht darauf beschränkt.
Polypropylene; Ethylen-Propylen-Gummis; Ethylen-Propylen-Dien-Gummis; Polystyrol;
Poly(1-buten); Poly(2-buten); Poly(1-penten); Poly(2-penten); Poly
(3-methyl-1-penten); Poly(4-methyl-1-penten); 1,2-Poly-1,3-butadien;
1,4-Poly-1,3-butadien;
Polyisopren; Polychloropren; Polyvinylacetat; Polyvinylidenchlorid;
Polyvinylidenfluorid; Polytetrafluorethylen und Mischungen und Derivate
davon.
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Spezifische
EVA-Materialien beinhalten solche aus der Microthene MU®- und
Microthene FE®-Serie, hergestellt
von Equistar, Houston, Texas, zum Beispiel Microthene MU 763-00
(9% Vinylacetat) und Microthene FE 532-00 (9% Vinylacetat), sind
aber nicht darauf beschränkt.
Spezifische EMA-Materialien beinhalten solche aus der Optema TC®-Serie,
hergestellt von Exxon Chemical Company, Baton Rouge, Louisiana,
wie zum Beispiel Optema TC-110 (21,5% Methylacrylat), sind aber
nicht darauf beschränkt.
Spezifische Materialien aus Polyethylen beinhalten solche aus der
Exact®-Serie,
hergestellt von Exxon Chemical Company, wie zum Beispiel Exact SLX-9090, Exact 3024,
Exact, 3030, Exact 3033, Exact 4011, Exact 4041, Exact SLP-9053,
Exact SLP-9072 und Exact SLP-9095, sind aber nicht darauf beschränkt. Spezifische
Beispiele für
LDPE beinhalten solche aus der 20-er Serie, hergestellt von DuPont
Chemical Company, Wilmington, Delaware, zum Beispiel die 20-er Serie
20, 20-er Serie 20-6064, 20-er Serie 2005, 20-Serie 2010 und 20-er
Serie 2020T, sind aber nicht darauf beschränkt. Spezifische Beispiele
für LLDPE
beinhalten solche aus der Exact®-Serie, hergestellt von
Exxon Chemical Company, wie zum Beispiel Exact 3022 und Exact 4006,
sind aber nicht darauf beschränkt.
Spezifische Beispiele für
HDPE beinhalten solche aus der Escorene HX®-Serie,
hergestellt von Exxon Chemical Company, wie zum Beispiel Escorene
HX-0358, sind aber nicht darauf beschränkt.
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Ultrahochmolekulare
Polyethylene beinhalten UHMWPE mit einem Molekulargewicht größer als 1.000.000,
sind aber nicht darauf beschränkt.
Typischerweise weist UHMWPE keine messbare Fließrate unter normalen Testverfahren
auf. Vergleiche U.S.-Patent Nr. 3,954,927. Ultrahochmolekulares
Polyethylen tendiert auch dazu gegenüber anderen Polyethylenen verbesserte
mechanische Eigenschaften zu haben, nämlich Abrasionsbeständigkeit,
Schlagfähigkeit
und Zähigkeit,
wobei die mechanischen Eigenschaften nicht darauf beschränkt sind.
Polyethylene mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1.000.000
oder höher,
wie sie in der mit UHMWPE bezeichneten Klasse enthalten sind, weisen
typischerweise eine intrinsische Viskosität im Bereich von etwa 8 oder
mehr auf. Spezifische Beispiele von UHMWPE beinhalten Hostalen GUR®,
verkauft von Ticona Inc., League City, Texas, sind allerdings nicht
darauf beschränkt.
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Polypropylene
beinhalten die Polyfort®-Serie, hergestellt durch
A Shulman Co., Akron, Ohio, wie zum Beispiel FPP 2320E, 2321E, 2322E,
2345E, PP2130 und PP2258, sind aber nicht darauf beschränkt; die Acctuf®-Serie,
hergestellt von BP Amoco Corporation, Atlanta, Georgia, wie zum
Beispiel Acctuf 3045, Amoco 6014 und Amoco 6015; die Aristech®-Serie,
hergestellt von Aristech Chemical Corp., Pittsburgh, PA, wie zum Beispiel
D-007-2, LP-230-S und TI-4007-A; die Borealis®-Serie,
hergestellt von BASF Thermoplastic Materials, Saint Paul, Minnesota,
wie zum Beispiel BA101E, BA110E, BA122B, BA204E, BA202E und BA124B;
die Polypro®-Serie,
hergestellt von Chisso America Inc., Schaumburg, Illinois, wie zum
Beispiel F1177 und F3020; die Noblen®-Serie, hergestellt
von Mitsubishi Petrochemical Co. Ltd., Tokyo, Japan, wie zum Beispiel
MA8; die Astryn®-Serie,
hergestellt von Montell USA Inc., Wilmington, Delaware, wie zum
Beispiel 68F4-4 und PD451; die Moplen®-Serie,
hergestellt von Montell USA Inc., wie zum Beispiel D 50S, D 60P
und D78PJ; und die Pro-Fax®-Serie, hergestellt von
Montell USA Inc., wie zum Beispiel 6723, 6823 und 6824.
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Ein
spezifisches erfindungsgemäßes Substratmaterial
ist ein gesintertes poröses
Polymermaterial, dessen Oberfläche
aktiviert und/oder mit einem oder mehreren Schichten von einer Vielzahl
von Materialien beschichtet werden kann. Abhängig vom Herstellungsprozess
kann ein poröses
Polymermaterial also regelmäßige Anordnungen
von Kanälen
und Poren mit zufälligem
und/oder wohldefiniertem Durchmesser und/oder unterschiedlichen
Formen und Größen enthalten.
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Aus
praktischem Grund ist der Ausdruck „Pore" ein künstlicher Ausdruck, der verschiedene
Bedeutungen haben kann. Gemäß der vorliegenden
Erfindung können die
durchschnittlichen Größen, Formen
und die Porenanzahl in dem Material bestimmt werden, indem ein Querschnitt
des Materials zur Hilfe genommen wird. Für den Zweck dieser Erfindung
werden Löcher
und Furchen im Querschnitt als Poren erachtet. Und, während die
Größen und
Formen solcher Poren nur zweidimensional bestimmt werden können anhand
des Querschnitts, wird die Information über ihre dritte Dimension (z.B.
ihrer Tiefe) über
einen zweiten Querschnitt bestimmt, der orthogonal zum ersten verläuft. Die
durchschnittliche Porengröße, das
Porenvolumen und/oder die Oberfläche
können
von Messungen, die mittels eines Quecksilberintrusionsporisometers
erhalten wurden, abgeleitet werden. Für den Zweck dieser Erfindung
werden die Porengrößen typischerweise
auf ihren durchschnittlichen Durchmesser bezogen, auch wenn die
Poren selbst nicht notwendigerweise sphärisch sind.
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Das
jeweilige Verfahren, das verwendet wird, um die Poren oder Kanäle eines
porösen
Polymermaterials zu formen und die resultierende Porosität (z.B.
die durchschnittliche Porengröße und Porendichte)
des porösen
Materials kann entsprechend der angestrebten Anwendung, für die die
fertige Membran benutzt wird, variieren. Die angestrebte Porosität der Matrix
kann auch durch das Polymermaterial selbst beeinflusst werden, da
die Porosität
auf verschiedene Weisen die physikalischen Eigenschaften (z.B. die
Zugfestigkeit und die Haltbarkeit) verschiedener Materialien beeinflussen
kann.
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Ein
spezifisches poröses
erfindungsgemäßes Polymermaterial
weist eine durchschnittliche Porengröße von etwa 0,1 μm bis etwa
200 μm,
stärker
bevorzugt von etwa 1 μm
bis etwa 50 μm
und von etwa 1 μm
bis etwa 20 μm
auf. Für
den Zweck der Erfindung kann die Porengröße und die Porendichte zum
Beispiel mittels eines Quecksilberporosimeters, Rasterelektronenmikroskopie
oder Rasterkraftmikroskopie gemessen werden.
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Obwohl
das poröse
erfindungsgemäße Polymermaterial
aus den oben genannten Materialien hergestellt werden kann, können auch
viele andere Materialien die kommerziell erhältlich sind, auch für diese
Zwecke verwendet werden. Geeignete Substrate können von Porex Technologies,
Fairburn, GA, bezogen werden.
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6.1.2. Beschichtungen
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Die
erfindungsgemäßen Beschichtungen
aus mehreren Schichten umfassen wenigstens zwei Schichten, wobei
die erste davon kovalent und elektrostatisch an die Oberfläche des
Substrats gebunden ist und die zweite davon kovalent und elektrostatisch
an die erste Schicht gebunden ist. Unter Verwendung der hierin offenbarten,
sowie dem Fachmann bekannten Verfahren und Materialien, können auch
auf die zweite Schicht und jede andere Schicht zusätzliche
Schichten gebunden werden (z.B. kovalent und/oder elektrostatisch).
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Das
Substrat der vorliegenden Erfindung kann mit einer Beschichtung
aus einer oder mehreren Schichten beschichtet werden, um ein Material
für die
Verwendung in einer breiten Vielzahl von Anwendungen geeignet zu
machen, wie zum Beispiel zum Nachweis von Analyten. In einer spezifischen
Ausführungsform wird,
wie bereits erwähnt,
die Oberfläche
eines gesinterten porösen
Substrats aus Kunststoff aktiviert, bevor es beschichtet wird.
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Beispiele
für die
Materialien, die als erste Schicht, zweite Schicht oder weitere
zusätzliche
Schichten verwendet werden können,
beinhalten geladene Polymere oder Polyelektrolyte, Tenside, neutrale
Polymere, kleine Moleküle,
Biomoleküle
und Kombinationen davon, sind aber nicht darauf beschränkt. Einige
der geladenen Polymere enthalten eine netto-kationische oder -anionische
Ladung oder lokalisierte kationische oder anionische Ladungen (wie
z.B. Zwitterionen) oder können
Netto- oder lokalisierte Ladungen bereitstellen, wenn sie auf dem
Substrat und/oder Schicht(en), die das Substrat beschichten, gebunden
oder abgeschieden sind. Zum Beispiel können die Schichten aus organischen
oder anorganischen Salzen gebildet werden.
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Organische
Materialien, die benutzt werden können, um erfindungsgemäße Beschichtungen
zu bilden, beinhalten organische Polymere, Monomere und Biomoleküle, sind
aber nicht darauf beschränkt.
Bevorzugte organische Materialien enthalten netto- und/oder lokalisierte
kationische oder anionische Ladungen. Organische Materialien, die
bevorzugt für
die direkte Bindung an die Oberfläche eines Substrats sind, sind
Polymere, wie zum Beispiel Homo- und Copolymere (z.B. statistische,
gepropfte und Block-Copolymere), sind aber nicht darauf beschränkt.
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Polymere,
die für
die Beschichtung in der vorliegenden Erfindung verwendet werden,
haben ein Molekulargewicht von etwa 1,00 bis etwa 5 Millionen, bevorzugt
von etwa 10.000 bis etwa 2 Millionen.
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Spezifische
Beispiele für
Materialien, aus denen die erste, zweite und zusätzlichen Schichten gebildet werden
können,
sind Materialien, die eine netto-kationische oder -anionische Ladung
oder lokalisierte kationische oder anionische Ladungen (wie z.B.
Zwitterionen) enthalten oder die Netto- oder lokalisierte Ladungen bereitstellen
können,
wenn sie auf das Substrat und/oder auf die Schicht(en), die das
Substrat beschichten, gebunden oder abgeschieden werden. Zum Beispiel
können
die Schichten aus organischen oder anorganischen Salzen gebildet
werden.
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Materialien,
die für
eine direkte Bindung an die Oberfläche des Substrats verwendet
werden können, beinhalten
Polymere, wie zum Beispiel Homo- und Copolymere (wie z.B. statistische,
gepropfte und Block-Copolymere), sind aber nicht darauf beschränkt. Polymere,
die über
die Beschichtung in der vorliegenden Verbindung verwendet werden,
weisen ein Molekulargewicht von etwa 1,00 bis 5 Millionen, bevorzugt
von etwa 10.000 bis etwa 2 Millionen auf.
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In
einer spezifischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhalten Materialien für die erste Schicht
und die zweite Schicht unabhängig
voneinander ein oder mehrere Tenside, Phosphat, Polyethylenimid (PEI),
Polyvinylimidazolin, quaternisiertes Polyacrylamid, Polyvinylpyridin,
Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylamine, Polyallylamine, Chitosan, Polylysin,
Poly(acrylattrialkylammoniumsalzester), Cellulose, Polyacrylsäure (PAA),
Polymethylacrylsäure,
Polystyrolschwefelsäure,
Polyvinylsulfonsäure,
Polytoluolschwefelsäure,
Poly(methylvinylether-alt-maleinsäure), Polyglutaminsäure, Dextransulfat,
Hyaluronsäure,
Heparin, Alginsäure, Adipinsäure, chemischen
Farbstoff, Protein, Enzym, Nukleinsäure, Peptid oder ein Salz oder
Ester davon. Stärker
bevorzugt beinhalten Materialien für die erste Schicht ein Polyethylenimid,
Polyvinylpyrrolidon oder Kombinationen davon.
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Beispiele
für Polymere
oder Copolymere, die kationische Ladungen enthalten, beinhalten
solche, die quaternäre
Stickstoffgruppen und Phosphorgruppen enthalten und Polymere, die
primäre
und sekundäre Amingruppen
enthalten. Diese Polymere können
in Lösung
in einem bestimmten pH-Bereich geladen sein. Bevorzugte Beispiele
enthalten Tenside, Polyethylenimid (PEI), Polyvinylimidazolin, quaternäres Polyacrylamid, Polyvinylpyridin,
Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylamine, Polyallylamine, Chitosan, Polylysin,
Poly(acrylattrialkylammoniumsalzester), Cellulose und Salze davon,
sind aber nicht darauf beschränkt.
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Beispiele
für Polymere
oder Copolymere, die anionische Ladungen tragen, beinhalten Polyacrylsäure (PAA)
und desen Natriumsalz, Polymethylacrylsäure und dessen Natriumsalz,
Poly(styrolschwefelsäure)
(PSSA) und dessen Natriumsalz, Cellulosen, die sulfonierte oder
Carbonsäure-Gruppen
enthalten, Polyvinylsulfonsäure,
Polytoluolschwefelsäure,
Poly(methylvinylether-alt-maleinsäure) und Ester, Polyglutaminsäure) Dextransulfat,
Hyaluronsäure,
Heparin, Alginsäure,
Adipinsäure,
Natriumcarboxymethylcellulose (CMC), anionisch geladene polymere
Tenside und Moleküle
mit einer Phosphatgruppe, sind aber nicht darauf beschränkt.
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Polymere
und Copolymere, die sowohl kationische als auch eine anionische
Gruppe tragen, können auch
verwendet werden, um erfindungsgemäße Materialien bereitzustellen.
Zum Beispiel können
etwa ein bis etwa 99 Prozent der Wiederholungseinheiten eines Polymers
kationische Gruppen tragen, bevorzugt etwa 20 bis 80 Prozent. Amphotere
Polymere (d.h. Polymere, in denen etwa 50 Prozent der Wiederholungseinheiten kationische
Gruppen enthalten und etwa 50 Prozent anionische Gruppen enthalten)
können
auch verwendet werden. Polymere und Copolymere können unterschiedliche Ladungsdichten
aufweisen (d.h. das Verhältnis zwischen
der Ladung und der Anzahl der Wiederholungseinheiten). Zum Beispiel
können
Polymere mt Ladungsdichten von etwa einem bis 100 Prozent, bevorzugt
von etwa 20 bis etwa 100 Prozent, verwendet werden.
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Neutrale
Polymere können
auch verwendet werden, um die Beschichtungen aus mehreren Schichten gemäß der Erfindung
zu bilden, besonders Polymere, die geeignet sind, um kovalente Bindungen
mit den Komponenten anderer Schichten oder mit der Oberfläche des
Substrats unter Bedingungen zu bilden, wie sie hier beschrieben
sind. Beispiele solcher neutraler Polymere beinhalten Isocyanat-terminierte
Polymere beinhaltend Polyurethane und Polyethylenglycol (PEG); Epoxy-terminierte
Polymere, beinhaltend PEG und Polysiloxane und hydroxylsuccimid-terminierte
Polymere, sind aber nicht darauf beschränkt.
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Kleine
Moleküle
können
auch verwendet werden, um Schichten und Beschichtungen gemäß der Erfindung
bereitzustellen. Spezifische kleine Moleküle, die von der vorliegenden
Erfindung umfasst sind, haben ein Molekulargewicht von etwa 10 bis
etwa 10.000. Stärker
bevorzugt reicht das Molekulargewicht der kleinen Moleküle von etwa
50 bis etwa 2.000 und von etwa 50 bis etwa 1.000. Bevorzugte kleine
Moleküle
sind geladen. Beispiele solcher kleinen Moleküle beinhalten Tensid, wie zum
Beispiel Zonyltensid (DuPont), SURFYNOL (Air product), FLUORAD (3M),
Natriumdodecylsulfonat (SDS), Dodecyltrimethylammoniumbromid (DTAB),
Phosphate, Sulfonate, Bronate, Sulfonate, Farbstoffe, Lipide und
Metallionen, sind aber nicht darauf beschränkt. Kleine Moleküle beinhalten
auch andere spezifische Tenside, wie zum Beispiel kationische Tenside,
anionische Tenside, amphotere Tenside und fluorierte Tenside.
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Erfindungsgemäße Beschichtungen
können
auch aus Biomolekülen
hergestellt werden. Bevorzugte Biomoleküle beinhalten Netto- oder lokalisierte
Ladungen. Beispiele von Biomolekülen
enthalten Proteine, Enzyme, Lipide, Hormone, Peptide, Nukleinsäuren, Oligonukleinsäuren, DNA,
RNA, Zucker und Polysaccharide, sind aber nicht darauf beschränkt. Beispiele
von Proteinen beinhalten Immunoglobuline G (IgGs) und Albumine,
wie zum Beispiel bovines Albuminserum (BSA) und humanes Albuminserum,
sind aber nicht darauf beschränkt.
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6.2. VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG
DER MATERIALIEN
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Erfindungsgemäße Materialien
können
vollständig
hergestellt werden unter Verwendung der hier beschriebenen Verfahren.
In einem spezifischen Verfahren wird die Oberfläche eines Substrats aktiviert,
indem dem Fachmann bekannte chemische Behandlungs-, Plasma-, Elektronenstrahl
(e-Strahl)- und/oder Coronaentladungsverfahren verwendet werden.
Diese Aktivierung verändert
die Oberfläche
durch Spalten chemischer Bindungen, was die Bildung von hydrophilen
und/oder chemisch aktiven Gruppen, wie zum Beispiel Hydroxy-, Amin-
und Carboxylgruppen, aber nicht darauf beschränkt, erlaubt. Natürlich werden
die jeweiligen Gruppen, die gebildet werden, abhängen von der chemischen Zusammensetzung
der Oberfläche
des Substrats, und den Verfahren und den Bedingungen, die zu dessen
Aktivierung verwendet wurden. Die Aktivierung einer Oberfläche eines
hydrophoben Kunststoffs stellt oft eine hydrophile elektrisch geladene
Oberfläche
bereit.
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Von
den verschiedenen Verfahren, die benutzt werden können, um
eine Oberfläche
eines Substrats zu aktivieren, sind die Plasmabehandlung und die
Coronaentladung für
die Aktivierung von Kunststoffen und insbesonders für die Aktivierung
von porösen
Kunststoffen bevorzugt. Plasma, das verwendet werden kann, um negativ
geladene poröse
Kunststoffoberflächen
bereitzustellen, beinhalten Argonplasma, Sauerstoffplasma, Stickstoffplasma,
Methanolplasma, Ethylenoxidplasma und Acetonplasma, ist aber nicht
darauf beschränkt.
Plasma, das verwendet werden kann, um positiv geladene Oberflächen bereitzustellen,
beinhaltet Ammoniak und Ethylendiamin, ist aber nicht darauf beschränkt. Abhängig von
der Zusammensetzung des Substrats, dessen Größe und dem jeweilig verwendeten
Plasma variiert die Zeit, die benötigt wird, um die gewünschte Oberfläche zu erhalten.
Typische Zeiten können
von etwa 1 Minute bis etwa 1 Stunde variieren. Aus dem gleichen
Grund variiert die Leistung, die notwendig ist, um das gewünschte Plasma
zu erhalten, typischerweise von etwa 50 W bis etwa 1000 W.
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6.2.1. Sintern
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Eine
spezifische Ausführungsform
dieser Erfindung verwendet poröse
Substrate aus Kunststoff, die durch Sintern hergestellt werden.
Viele geeignete Sinterverfahren zur Herstellung von porösem Polymer
können
verwendet werden, um gesintertes poröses Polymermaterial gemäß der vorliegenden
Erfindung zu bilden. Sintern ist ein Verfahren, bei dem einzelne
Partikel, wie zum Beispiel Polymerpartikel, durch Hitze zusammengeschmolzen
werden. Polymerpartikel können
zum Beispiel zuerst in eine Form oder in andere Gefäße oder Substrate
gepackt werden. Die Partikel werden dann auf eine Temperatur erhitzt,
bei der gewöhnlich
nur die äußere Oberfläche oder
Schale der Partikel schmilzt. Die Partikel werden dann bei dieser
Temperatur zusammengeschmolzen und auf eine tiefere Temperatur abgekühlt, zum
Beispiel Raumtemperatur, wobei sich das gesinterte Produkt bildet.
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In
einer spezifischen Ausführungsform
werden die Polymerpartikel durch Unterwasserpelletierung hergestellt,
wie es z.B. in U.S.-Patentanmeldung Nr. 09/447,654 von Yao et al.,
eingereicht am 23. November 1999, offenbart ist, auf deren Inhalt
hiermit Bezug genommen wird.
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Gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird zuerst eine Mischung, die Polymermaterial umfasst (wie z.B.
Polymerpartikel, wie sie in Abschnitt 6.1 beschrieben wurden) und
andere optionale Materialien (wie z.B. Benetzungsreagenzien und
Tenside), gebildet. Die Materialien sind bevorzugt in Pulverform
und werden vermischt, um eine gleichmäßige Verteilung innerhalb der
Mischung zu gewährleisten.
Die Mischung wird dann auf die Sintertemperatur des Materials aufgeheizt,
optional unter Druck, um ein gesintertes poröses Polymermaterial bereitzustellen.
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Der
Fachmann ist sich bewusst, dass die durchschnittliche Porengröße des porösen Polymermaterials zumindest
zum Teil von der durchschnittlichen Partikelgröße des Polymermaterials, der
Sintertemperatur und dem Druck, falls einer auf die Mischung während des
Sinterns ausgeübt
wurde, abhängt.
Wenn Partikel der anderen optionalen Materialien, falls sie zugegen
sind, kleiner als die durchschnittliche Porengröße des porösen Materials sind, werden
sie innerhalb der Poren des Materials während des Sinterverfahrens
eingeschlossen und können
an die Wände
dieser Poren binden. Wenn Partikel der anderen optionalen Materialien,
falls sie zugegen sind, größer als
die durchschnittliche Porengröße des porösen Materials
sind, werden sie innerhalb des porösen Materials als Einschlüsse inkorporiert.
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Das
Sintern kann auf einem festen Träger
oder innerhalb einer Form ausgeführt
werden, um ein Endprodukt zu erhalten, das in Stücke der gewünschten Form geschnitten werden
kann. Die Verwendung von Formen ist bevorzugt, wenn die gewünschte Form
des selbstverklebenden Mediums komplex ist.
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6.2.2. Oberflächenaktivierung
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Um
die Oberfläche
einiger Substrate zu beschichten, ist es bevorzugt, die Oberfläche zu aktivieren, bevor
die Beschichtung aufgebracht wird.
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Die
Oberfläche
eines Substrats kann durch eine oder mehrere Verfahren, wie sie
im Fachbereich bekannt sind, aktiviert werden, wie zum Beispiel
durch chemische Behandlung, Plasmaentladung, Elektronenstrahlen
(e-Strahl)-Entladung und Coronaentladung, sind aber nicht darauf
beschränkt.
Diese Aktivierung verändert
die Oberfläche
des Substrats zum Beispiel durch die Spaltung chemischer Bindungen,
was die Bildung hydrophiler und/oder chemisch aktiver Gruppen erlaubt,
wie zum Beispiel Hydroxy- und Carbonsäuregruppen, sind aber nicht
darauf beschränkt.
Der durchschnittliche Fachmann versteht, dass die speziellen funktionellen Gruppen,
die sich bilden, abhängig
sind von der chemischen Zusammensetzung der Substratoberfläche und den
Verfahren und den Bedingungen, die bei der Aktivierung verwendet
wurden. Häufig
stellt die Aktivierung einer hydrophoben Oberfläche eines Kunststoffs gewöhnlich eine
hydrophile elektrisch geladene Oberfläche bereit.
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Von
den verschiedenen Verfahren, die verwendet werden können, um
die Oberfläche
eines Polymermaterials zu aktivieren, sind die Plasmabehandlung
und die Coronaentladung für
die Aktivierung des erfindungsgemäßen Substrats besonders geeignet.
Plasma, das verwendet werden kann, um negativ geladene poröse Oberflächen aus
Kunststoff bereitzustellen, beinhalten Argonplasma, Sauerstoffplasma,
Stickstoffplasma, Methanolplasma, Ethylenoxidplasma und Acetonplasma,
ist aber nicht darauf beschränkt.
Plasma, das verwendet werden kann, um positiv geladene Oberflächen bereitzustellen,
beinhaltet Ammoniak und Ethylendiamin, ist aber nicht darauf beschränkt. Abhängig von
der Zusammensetzung des Substrats, dessen Größe und dem jeweilig verwendeten
Plasma, variiert die Zeit, die notwendig ist, um die gewünschte Oberfläche zu erhalten.
Typische Zeiten können
von etwa 1 Minute bis etwa einer Stunde variieren. In der gleichen
Weise kann die Leistung, die notwendig ist, um das gewünschte Plasma
zu erhalten, von etwa 50 W bis etwa 1000 W variieren.
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6.2.3. Beschichtung
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Das
Substrat der vorliegenden Erfindung, ob nun Oberflächen-aktiviert
oder nicht, kann mit verschiedenen Materialien beschichtet werden.
Wenn das Substrat ein gesintertes poröses Polymermaterial ist, kann das
Substrat bereits feste Benetzungsreagenzien enthalten, die während des
Herstellungs-/Sinterverfahrens zugegeben werden. Benetzungsreagenzien,
die geeignet sind für
die Verwendung in der vorliegenden Erfindung beinhalten Tenside
und hydrophile Polymere, sind aber nicht darauf beschränkt.
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Benetzungsreagenzien
können
auch auf die Oberfläche
des Substrats durch Beschichtungsverfahren mittels Lösung, wie
zum Beispiel Tauchen, Sprühen
und/oder Spülen
beschichtet werden, sind aber nicht darauf beschränkt.
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Das
Beschichtungsverfahren beinhaltet besonders das Tauchen bzw. Tränken des
Substrats in die Lösung.
Wie der durchschnittliche Fachmann weiß, hängt die Art und die Länge für den Beschichtungsprozess vom
spezifischen Material und von dem Benetzungsreagenz, das involviert
ist, ab. Typischerweise ist zum Beispiel das Tränken für die Dauer von etwa 0,5 bis
etwa 50 Minuten ausreichend, um eine Beschichtung bereitzustellen.
In bestimmten Fällen
reicht eine Beschichtungsdauer von etwa 2 bis etwa 20 Minuten oder
von etwa 2 bis etwa 10 Minuten aus. Nach dem Beschichten kann das
Material getrocknet und/oder gespült werden, nachdem es, wenn
gewünscht,
nochmal beschichtet werden kann.
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In
einer spezifischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein gesintertes poröses Polymermaterial,
das als Substrat verwendet wird, mit einem Polyelektrolyt, einem
Tensid, einem neutralen Polymer, einem kleinen Molekül, einem
Biomolekül
oder Kombinationen davon beschichtet. Stärker bevorzugt ist das Polymermaterial
Oberflächen-aktiviert,
bevor es beschichtet wird.
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Die
aktivierte Oberfläche
des Substrats wird mit einer Lösung
des Materials/der Materialien, aus denen die erste Schicht auf der
Oberfläche
des Substrats gebildet wird, in Kontakt gebracht. Besonders geeignete Lösungen sind
Lösungen
von kationischen oder anionischen Polymeren. Die Lösungen können wässrig sein, es
können
aber auch organische Lösungsmittel
verwendet werden. Spezifische Beispiele sind Lösungen von Wasser, Ethanol,
Isopropanol und Mischungen davon. Der Kontakt zwischen dem aktivierten
Substrat und der Lösung
wird für
eine ausreichende Zeit und bei einer ausreichenden Temperatur aufrecht
erhalten, damit sich eine erste Schicht auf der Substratoberfläche bildet.
Bevorzugt werden Schichten durch die Bildung von kovalenten Bindungen
und elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen den funktionellen
Gruppen auf der Substratoberfläche
und Molekülen
in Lösung
gebildet.
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Die
Wechselwirkungen zwischen den funktionellen Gruppen auf der Substratoberfläche und
den Molekülen
in der Lösung
können über die
Art des Lösungsmittels,
das verwendet wird, über
die Temperatur, den pH-Wert und die Zugabe von Kupplungsreagenzien
(z.B. DCC und EDC) eingestellt werden. Zum Beispiel bewirken ein
hoher pH-Wert und eine hohe Konzentration von Kupplungsreagenz die
Bildung einer kovalenten Bindung zwischen dem Substrat und der ersten
Schicht der Beschichtung.
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Nachdem
das erhaltene beschichtete Substrat aus der Lösung entfernt wird, wird es
zum Beispiel mit deionisiertem Wasser in einem Ultraschallbad gewaschen.
Typische Waschzeiten variieren abhängig vom Lösungsmittel und dem Material/den
Materialien, die verwendet worden sind, um die erste Schicht zu
bilden, betragen aber häufig
etwa 10 Minuten oder weniger. Das gewaschene, mit einer Schicht
beschichtete Substrat kann optional getrocknet werden (z.B. bei
erhöhter
Temperatur). Eine erhöhte
Temperatur fördert
die Bildung von kovalenten Bindungen.
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Das
mit einer Schicht beschichtete Substrat wird als nächstes mit
einer zweiten Lösung
in Kontakt gebracht. Dabei besteht die zweite Lösung bevorzugt aus Molekülen, die
eine entgegengesetzte Ladung gegenüber denen aufweisen, die die
erste Schicht bilden, so dass die zweite Schicht an die erste über elektrostatische
Wechselwirkungen bindet. Die erste Schicht kann jedoch auch aus
Molekülen
gebildet werden, die funktionelle Gruppen haben, die – mit oder
ohne Aktivierung – mit
den funktionellen Gruppen der Moleküle reagieren können, die
verwendet werden um die zweite Schicht zu bilden. Nachdem das erhaltene,
mit zwei Schichten beschichtete Substrat aus der zweiten Lösung entfernt
worden ist, wird es bevorzugt gewaschen und getrocknet (z.B. bei
einer erhöhten
Temperatur).
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Spezifische
Beispiele von Lösungen,
aus denen die erste und die zweite Schicht gebildet werden kann,
beinhalten Polyelektrolytlösungen
einer Konzentration von etwa 10 ppm bis etwa 100.000 ppm, sind aber
nicht darauf beschränkt.
Ein durchschnittlicher Fachmann wird es einzuschätzen wissen, dass die Konzentration
der jeweiligen Lösung
abhängt
von dem Molekulargewicht des Polymers, der Ladungsdichte und der
Art der Moleküle,
aus denen eine gegebene Schicht hergestellt werden soll. Lösungen von
Molekülen
mit höherem
Molekulargewicht erfordern im Allgemeinen niedrigere Konzentrationen
als die Lösungen
aus Molekülen
mit niedrigerem Molekulargewicht. In ähnlicher Weise fordern Polymere
mit hoher ionischer Dichte typischerweise geringere Konzentrationen
in der Lösung.
Im Allgemeinen zeigen Biomoleküle
eine hohe Immobilisierung auf einer Oberfläche mit entgegengesetzten elektrischen
Ladungen, vor allem dann, wenn das Medium eine geringe Ionenstärke aufweist.
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Die
elektrostatische Wechselwirkung ist eine der wichtigsten Wechselwirkungen
zwischen unterschiedlich geladenen Polyelektrolyten, besonders während der
Komplexbildung. Verschiedene Polyelektrolyte können auch kovalente Bindungen
zwischen ihren funktionellen Gruppen bilden. Zum Beispiel kann die
Aminogruppe in PEI eine Amidbindung mit der Carbonsäuregruppe
in PAA bilden. Auch die Bildung, Stärke und Haltbarkeit der kovalenten
Bindungen hängt
von der Art des Lösungsmittels,
der Temperatur, dem pH-Wert und den Kupplungsreagenzien ab. Auch
das Verhältnis
von PEI und PAA und dem Kupplungsreagenz hat einen Einfluss auf
den Prozentsatz der kovalenten Bindungen, die gebildet werden. Kupplungsreagenzien,
wie zum Beispiel Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) und 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimid
(EDC) können
verwendet werden, um solche Reaktionen zu fördern.
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Beispiele
solcher verschiedener Beschichtungsmöglichkeiten beinhalten elektrostatische
Wechselwirkungen zwischen Substrat und erster Schicht und kovalente
Bindung zwischen erster Schicht und zweiter Schicht; kovalente Bindung
zwischen Substrat und erster Schicht und kovalente Bindung zwischen
erster Schicht und zweiter Schicht; elektrostatische Wechselwirkungen
zwischen Substrat und erster Schicht und elektrostatische Wechselwirkungen
zwischen erster Schicht und zweiter Schicht; und gemischt sowohl
kovalente Bindung als auch elektrostatische Wechselwirkungen für beide
Beschichtungen. Da die Moleküle,
die jede Schicht bilden, zu dem Material darunter über mehrere
kovalente und elektrostatische Wechselwirkungen binden können, weisen
die typischen erfindungsgemäßen Materialien
hochstabile Beschichtungen auf, die gegenüber Ablösen und/oder Abtrennen beständig sind.
Darüber
hinaus führt
die hohe Stabilität
der erfindungsgemäßen Beschichtung
aus mehreren Schichten zu einer geringeren Löslichkeit der Beschichtungen
und damit werden Beschichtungen mit geringem Auslaugen bereitgestellt.
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In
einer spezifischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei das Substrat Oberflächen-aktiviert
ist und ferner zwei sequenziell aufgetragene Schichten enthält, umfasst
die erste Schicht die Moleküle
von Polyethylenimid (PEI) und die zweite Schicht umfasst Moleküle von Polyacrylsäure, ein
Polymer enthaltend Polyacrylsäure
oder ein Tensid, wie zum Beispiel ein fluorhaltiges Tensid. Alternativ
dazu umfasst die erste Schicht Moleküle von Polyallylammoniumchlorid
und die zweite Schicht umfasst Moleküle von Polyvinylsulfat. Spezifische
Tenside beinhalten kationische Tenside, anionische Tenside, amphotere
Tenside und fluorhaltige Tenside, sind aber nicht darauf beschränkt. Das
Verfahren, eine Oberfläche
optional zu aktivieren und sie mit einer Lösung einer oder mehrerer Verbindungen
unter Bedingungen in Kontakt zu bringen, die ausreichen, damit sich
eine Schicht auf der Oberfläche
bildet, kann wiederholt werden, um Beschichtungen mit mehr als zwei
Schichten zu erhalten. Daher können
Mehrschichten-Beschichtungen verschiedener Dicken, Dichte und Einheitlichkeit
an die Oberfläche
verschiedener Substrate gebunden werden.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist zum Beispiel das Substrat, zum Beispiel gesintertes poröses Polymermaterial,
Oberflächen-aktiviert
und enthält
ferner zwei sequenziell aufgetragene Schichten. Das Material ist
ferner mit einer oder mehreren zusätzlichen Schichten beschichtet,
die an die zweite oder die zusätzliche
Schicht über
kovalente Bindungen, elektrostatische Wechselwirkungen oder Kombinationen
davon gebunden sind. In einer spezifischen Ausführungsform, wobei ein Polymermaterial
mit drei Schichten beschichtet worden ist, umfasst die erste Schicht
Moleküle
von Polyethylenimid, die zweite Schicht umfasst Moleküle einer
Polyacrylsäure
und die dritte Schicht umfasst Moleküle von Polyethylenimid, Polyvinylamin
oder ein Tensid.
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Die
Herstellung des erfindungsgemäßen Materials
erfordert oft die Bildung von funktionellen Gruppen auf der Oberfläche eines
Substrats. Der Nutzen vieler Materialien der Erfindung kann jedoch
auch von der Anzahl und der Art der chemischen Gruppen auf der Oberfläche der
Endprodukte abhängen.
Die erfindungsgemäßen Verfahren
können
Substrate mit einer Vielzahl von chemisch reaktiven funktionellen Gruppen
bereitstellen. Beispielsweise beinhalten funktionelle Gruppen, die
auf die Oberflächen
von Substraten aus Kunststoff (z.B. poröser Kunststoff) eingeführt werden
können,
Aminogruppen (einschließlich
primärer,
sekundärer
und tertiärer
Amine), die positiv bei neutralem pH-Wert geladen werden können. Amino-funktionalisierte
poröse Materialien
können
hergestellt werden durch die Beschichtung von PEI oder anderen Aminogruppen-haltigen Polyelektrolyten
auf porösen
Materialien; vorheriges Aktivieren der Materialien mit Plasma, Elektronenstrahl oder
Coronaschein und anschließendes
Behandeln von porösem
Material in Lösung
mit Amino-haltigen Polyelektrolyten, wie zum Beispiel PEI und anderen
Amino-haltigen positiv geladenen Polyelektrolyten; oder Behandlung
poröser
Materialien, die bereits mit negativ geladenen Polyelektrolyten,
wie zum Beispiel PAA, beschichtet sind, in Lösung mit Amino-haltigen positiv
geladenen Elektrolyten.
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Carbonsäure-Gruppen
können
auf poröse
Materialien durch Behandlung positiv geladener poröser Materialien
mit PAA oder anderen Carbonsäure-haltigen
Polyelektrolytlösungen
eingeführt
werden. Typischerweise sind positiv geladene Materialien entweder
mit einem positiv geladenen Polyelektrolyt behandelt worden oder
wurden in Ammoniaklösung
oder durch Ammoniakplasma aktivert.
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Funktionelle
Schwefelsäuregruppen
können
auf poröse
Materialien durch Behandlung positiv geladener poröser Materialien
mit PSSA oder anderen Schwefelsäure-haltigen
Polyelektrolytlösungen
eingeführt werden.
Typischerweise sind positiv geladene Materialien entweder mit einem
positiv geladenen Polyelektrolyten behandelt worden oder sind in
Ammoniaklösung
oder mit Ammoniakplasma aktiviert worden.
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Poly(ethylenglycol)
(PEG)-Moleküle
können
auf geladene poröse
Materialien durch Behandlung geladener poröser Materialien mit PEG-Molekülen, die
funktionelle Gruppen mit entgegengesetzten Ladungen enthalten, beschichtet
werden. Zum Beispiel kann ein PEG-Molekül mit einer funktionellen Carbonsäuregruppe auf
ein poröses
Material, das mit PEI beschichtet ist, aufgetragen werden.
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Auch
Biomoleküle
können
auf Substrate dieser Erfindung aufgetragen werden. Zum Beispiel
kann Biotin, was ein kleines Biomolekül darstellt, das spezifisch
an Avidin und Streptavidin binden kann, auf poröse Materialien eingeführt werden,
indem geladene poröse
Materialien mit Biotinderivaten, die entgegengesetzt geladene Ladungen
enthalten verglichen mit den porösen
Materialien, behandelt werden.
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Viele
Polysaccharide enthalten elektrische Ladungen und können gute
Matritzen für
Zellwachstum und Zellzüchtung
darstellen. Diese geladenen Polysaccharide, wie zum Beispiel Heparin,
Chitosan und CMC, können
auf die porösen
Materialien eingeführt
werden, indem die entgegengesetzt geladenen porösen Materialien mit den Polysacchariden
behandelt werden.
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Fluoralkylgruppen,
wie zum Beispiel Perfluoralkylgruppen, können an poröse Materialien gebunden werden,
indem geladene poröse
Materialien mit Fluoralkylmolekülen,
die entgegengesetzte Ladungen enthalten, behandelt werden.
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6.3. EIGENSCHAFTEN UND
UNTERSUCHUNG DER MATERIALIEN
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung umfasst ein Substrat und mindestens zwei Polymerschichten
als Beschichtung, wobei eines der Polymere eine kationische Ladung
enthält
und das andere Polymer eine anionische Ladung enthält. Zum
Beispiel PEI und PAA, PEI und PSSA. Ohne durch die Theorie beschränkt zu werden,
wird angenommen, dass die Anhaftung der zweiten entgegengesetzt
geladenen Schicht an die erste eine Beschichtung bereitstellen kann,
die wesentlich stabiler aufgrund ihrer großen Anzahl an elektrostatischen
Wechselwirkungen zwischen den zwei Schichten und der geringen Löslichkeit
des Materials ist als die erste Schicht allein.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst auch Materialien mit Beschichtungen
aus mehreren Schichten aus drei oder mehr Schichten, die an die
Substratoberfläche
(von bevorzugt einem porösen
Substrat aus Kunststoff) angebunden sind. Solche Mehrschichten-Komplexe können zum
Beispiel durch die wiederholte Applikation von Verbindungen entgegengesetzter
elektrischer Ladungen aufgebaut werden. Beispiele für solche
Komplexe umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: PEI/PAA/PEI/PAA/...,
PEI/PAA/Polyallylamid/Polystyrolsulfonat/..., PEI/Protein/PAA/Protein/...,
und PEI/Biomolekül/PAA/Biomolekül/... (wobei „..." die mögliche Anwesenheit
von zusätzlichen
Schichten andeutet).
-
Abhängig von
der Verwendung, für
die das jeweilige Material eingesetzt wird, kann eine breite Variation
von kleinen und großen
Molekülen
verwendet werden, um die erfindungsgemäßen Beschichtungsschichten bereitzustellen.
Unterschiedliche Effekte mehrerer Klassen solcher Moleküle werden
untenstehend erörtert.
-
6.3.1. Metallionen
-
Kleine
metallische und organische Ionen können innerhalb der Matrix,
die durch eine geladene Polymer-basierende erste Schicht bereitgestellt
wird, immobilisiert werden. Viele Metallionen können mit PEI oder PAA komplexieren
und einige Ionen (besonders hoch geladene) können innerhalb der Schichten
der erfindungsgemäßen Materialien
immobilisiert werden: Beispiele solcher Komplexe beinhalten, sind
aber nicht darauf beschränkt:
PEI/PAA/Metallion/PEI/... und PEI/anionische Ionen/PEI/....
-
Da
die meisten Polyelektrolyte hervorragend Schwermetallionen koordinieren,
können
die erfindungsgemäßen Materialien
kationische oder anionische Polymerschichten beinhalten, zwischen
denen Schwermetallionen gefangen sind. Anorganische Ionen können auch
verwendet werden, um unterschiedliche Polyelektrolytschichten auf
den porösen
Materialien zu verbrücken.
Beispiele beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt: PEI/native
Ladungsionen/PEI/Negatives Ladungsion/PEI und PEI/PAA/Positive Ladungsionen/PAA/Positive
Ladungsionen. Tabelle 1 zeigt den Effekt, den Kupferionen auf die
Farbe von porösen
Kunststoff-basierten erfindungsgemäßen Materialien haben können:
-
Tabelle
1: Immobilisierung von Kupferionen auf porösen Kunststoffen
-
6.3.2. Farbstoffmoleküle
-
Kleine
Moleküle,
die inkorporiert werden oder verwendet werden, um eine oder mehrere
Beschichtungsschichten zu bilden, beinhalten organische und anorganische
Farbstoffe, besonders Farbstoffe mit elektrischen Ladungen. Solche
Farbstoffe können verwendet
werden, um Materialien bereitzustellen, die nützlich sind als Indikatoren
für chemische
Reaktionen, pH- und andere Umgebungsbedingungen.
-
Die
meisten Farbstoffmoleküle
sind geladene Moleküle
und weisen starke Wechselwirkungen mit den Polyelektrolyten auf.
Farbstoffmoleküle
können
auf poröse
Materialien durch Polyelektrolytbeschichtung immobilisiert werden.
Der immobilisierte Farbstoff kann poröses Material mit gewünschter
Farbe und optischer Eigenschaft bereitstellen. Die Farbänderung
von immobilisiertem Farbstoff auf porösen Material stellt eine mögliche Anwendung
für die
Verwendung porösen
Materials als Sensoren bereit.
-
Tabelle
2: Rf-Werte für
Farbstoffe auf unterschiedlich behandelten porösen Kunststoffen.
-
6.3.3. Tenside
-
Kleine
geladene organische Tenside können
auch in erfindungsgemäßen Materialien
inkorporiert werden und können
verwendet werden, um oleophobe poröse Materialien bereitzustellen
und um die Aufsaugraten von porösen
Materialien in verschiedenen Lösungsmitteln
zu steuern. Die Kombination aus Tensiden und geladenen Polymeren
kann zu stabilen oleophoben Oberflächen führen, die geringes Auslaugen
aufweisen.
-
Kleines
molekulares Tensid mit negativen Ladungen kann auf mit positiven
Polyelektrolyten beschichteten porösen Kunststoff immobilisiert
werden, wie zum Beispiel mit PEI beschichtete poröse Materialien.
Ein kleines molekulares Tensid mit positiven Ladungen kann auf einen
mit negativen Polyelektrolyten beschichteten porösen Kunststoff immobilisiert
werden, wie zum Beispiel mit PAA beschichtete poröse Materialien.
-
Ein
amphoteres kleines molekulares Tensid kann auf mit sämtlichen
Arten von Polyelektrolyt, nämlich negative,
positive Polyelektrolyte und Polyelektrolyt-Komplexe, beschichteten
porösen
Materialien immobilisiert werden. Tabelle
3: Aufsaugraten für
mit Zonyltensid behandelte poröse
Kunststoffe.*
- * Die Zahlen bedeuten Sekunden/4
cm. „Nein" zeigt an, dass ein
Aufsaugen nicht beobachtet wurde.
-
6.3.4. Biologische Moleküle
-
Biologische
Moleküle
(„Biomoleküle") können auch
verwendet werden, um eine oder mehrere Beschichtungsschichten auf
festen und porösen
Substraten zu bilden, wodurch Materialien bereitgestellt werden, die
für Anwendungen
nützlich
sind, wie zum Beispiel affinitätsbindende
Assays, PCR-Substrate und Arzneimittel-Freisetzungsvorrichtungen, sind aber
nicht darauf beschränkt.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung beinhalten Biomoleküle Proteine,
Enzyme, Peptide, DNA und RNA, sind aber nicht darauf beschränkt. Bevorzugte Biomoleküle sind
lokal geladene Biomoleküle,
die elektrostatisch an eine erste oder darauf folgende Schicht, die
an einem erfindungsgemäßen Substrat
gebunden ist, angebunden werden kann. Biomoleküle können an der Oberfläche einer
geladenen ersten oder darauf folgenden Schicht adsorbiert werden
(z.B. um die äußerste Schicht
eines erfindungsgemäßen Materials
zu bilden), Biomoleküle
können
direkt an das Substrat gebunden werden, um eine erste Schicht eines
Materials zu bilden oder sie können
eingefangen sein zwischen zwei oder mehreren Schichten. Natürlich hängt es wie
bei jedem der anderen Moleküle,
die verwendet werden können, um
erfindungsgemäße Materialien
bereitzustellen, von der beabsichtigten Verwendung des Materials
und des Biomoleküls
selbst (z.B. von dessen Größe, Struktur
und Ladung) ab, wie und wo ein jeweiliges Biomolekül in das
Material inkorporiert wird.
-
Zum
Beispiel können
Biomoleküle
mit negativen Ladungen direkt an die Schichten von positiv geladenen
Oberflächen,
wie zum Beispiel PEI adsorbiert werden und können ferner mit einer anderen
Schicht von Polyelektrolyten, wie zum Beispiel PAA oder PEI, stabilisiert
werden. Negativ geladene Biomoleküle können auch mit PAA in einer
Lösung
vermischt werden, die verwendet wird, um eine erste oder darauf
folgende Beschichtungsschicht auf einem erfindungsgemäßen Substrat
zu bilden. Solche Mischungen können
zur chemischen und physikalischen Stabilität von Biomolekülen (z.B.
Anfälligkeit
für Auslaugen),
die die erfindungsgemäßen Materialien
bilden, beitragen. Auf gleiche Weise können Biomoleküle, die
getrennte kationische und anionische Enden aufweisen, in Komplexe
inkorporiert werden, wie zum Beispiel in PEI/Biomolekül/PAA, sind aber
nicht darauf beschränkt.
-
Mehrere
auf Biomolekülen
basierende Schichten können
auch hergestellt werden gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren.
Beispiele beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt: PEI/negativ
geladenes Biomolekül/PEI/negativ
geladenes Biomolekül/...
und PEI/PAA/positiv geladene Biomoleküle/PAA/positiv geladene Biomoleküle.
-
6.4. ANWENDUNGEN
-
Die
erfindungsgemäßen Materialien
weisen eine breite Variation von Anwendungen auf. Zum Beispiel weisen
spezifische erfindungsgemäße Materialien
stabile und einheitliche Aufsaugraten auf und zeigen ein beschränktes Auslaugen
in reinem Wasser. Solche Materialien können zur Filtration und anderen
Flüssigkeitsförderungsvorrichtungen
verwendet werden. Die Erfindung umfasst ferner oleophob beschichtete
Materialien. Zum Beispiel können
poröse
Kunststoffe gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt werden, die eine erste Beschichtung eines Polyelektrolyt
(z.B. PEI) und eine entgegengesetzt geladene zweite Beschichtung
aus einem ladungsenthaltenden fluorierten Tensid haben. Solche Materialien
können
verwendet werden in Belüftungsvorrichtungen
und anderen Vorrichtungen, die eine Permeation von Luft erlauben,
aber nicht von Flüssigkeit.
-
Die
erfindungsgemäßen Materialien
können
auch verwendet werden, um bei der Förderung, Untersuchung, Extraktion,
Trennung oder Aufreinigung von verschiedenen Molekülen, einschließlich Biomolekülen, zu helfen.
Zum Beispiel ist die Fähigkeit
von Biomolekülen,
an poröse
Kunststoff-basierte PEI/PAA-Materialien zu binden, in hohem Maße abhängig vom
Lösungsmedium
und kann daher verwendet werden, um bestimmte Biomoleküle aus der
Lösung
zu extrahieren. Die Freisetzung von Biomolekülen aus den erfindungsgemäßen Materialien
kann auch gesteuert werden, da sie von den Bedingungen des umgebenden
Lösungsmittels,
wie zum Beispiel pH- und Ionenstärke,
allerdings nicht darauf beschränkt,
abhängen.
Daher können
die erfindungsgemäßen Materialien
für die
Aufreinigung von Biomolekülen,
DNA/RNA-Extraktion,
Bioflüssigkeitsreinigung,
Lateral Flow-Vorrichtungen, Mikrofluidvorrichtungen und Vorrichtungen
für schnelles
Durchmustern verwendet werden.
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Die
erfindungsgemäßen Materialien
können
auch als Filter in einer Vielzahl von Anwendungen, einschließlich medizinischen
Anwendungen, in denen chemisches Auslaugen und Kontaminierung nicht
akzeptabel sind, verwendet werden. Die porösen Kunststoff-basierten PEI/PAA-Materialien
gemäß der Erfindung zeigen
ein beschränktes
Auslaugen in wässriger
Lösung.
Chromatographie ist eine weitere Anwendung, bei der die erfindungsgemäßen Materialien
eingesetzt werden können.
Zum Beispiel können
Materialien verwendet werden, um vorgeschaltete Säulen herzustellen,
die nützlich
sind, um Verunreinigungen und Kontaminationen in HPLC-Geräten und
TLC-Platten zu entfernen. Die Materialien können auch als Ionenaustauschersäulen verwendet
werden. Ein letztes, aber nicht beschränkendes Beispiel für eine Anwendung,
bei der die erfindungsgemäßen Materialien
eingesetzt werden können,
ist eine Anwendung, die leitfähige
poröse
Kunststoffe benötigt.
Solche Kunststoffe können
besonders bei chemischen und Bio-Assay-Technologien verwendet werden.
-
7. BEISPIELE
-
7.1. BEISPIEL 1: HYDROPHILE
OBERFLÄCHE
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit Sauerstoffplasma (EURO PLASMA
CD600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 0,1%-ige oder 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in die jeweilige Konzentration einer 0,1%-igen oder 1%-igen ethanolisch-wässrigen
PAA (Aldrich, 523925, MW 250.000)-Lösung für 10 Minuten getaucht. Die
beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt.
Die behandelte Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.2. BEISPIEL 2: HYDROPHILE
OBERFLÄCHE
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit Coronaentladung (Corotech, Corotreator)
bei 200 Watt für
2 Minuten aktiviert. Die Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate
von 60 Sekunden/4 cm. Die zuvor aktivierte poröse Kunststofffolie wurde in
eine 0,1%-ige oder 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI (BASF, MW 750.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Der Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in die jeweilige Konzentration einer 0,1%-igen oder 1%-igen ethanolisch-wässrigen
PAA (Aldrich, 523925, MW 250.000)-Lösung für 10 Minuten getaucht. Die
beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gewaschen. Der Waschvorgang wurde dreimal wiederholt.
Die behandelte Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.3. BEISPIEL 3: HYDROPHILE
OBERFLÄCHE
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit einem Sauerstoffplasma (EURO
PLASMA, CD 600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
Poly-DL-Aspariginsäure, Natriumsalz
(Sigma, 47789-3, MW 3000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser
in einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten
gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die beschichtete
Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.4. BEISPIEL 4: HYDROPHILE
OBERFLÄCHE
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit einem Sauerstoffplasma (EUROPLASMA,
CD 600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
Poly(styrolsulfonsäure-comaleinsäure), Natriumsalz
(Sigma, 43455-8, MW 20.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser
in einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten
gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte
Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.5. BEISPIEL 5: HYDROPHILE
OBERFLÄCHE
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit einem Sauerstoffplasma (EUROPLASMA,
CD 600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
Polyvinylsulfat, Natriumsalz (Sigma, 27842-4)-Lösung für 10 Minuten getaucht. Die
beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt.
Die behandelte Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.6. BEISPIEL 6: HYDROPHILE
OBERFLÄCHE
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit einem Sauerstoffplasma (EUROPLASMA,
CD 600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 0,01 M PBS-Lösung
mit 0,01% Carboxymethylcellulose, Natriumsalz (Sigma, 41913-1, MW
250.000) für
10 Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser
in einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten
gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte
Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.7. BEISPIEL 7: HYDROPHILE
OBERFLÄCHE
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit einem Sauerstoffplasma (EUROPLASMA,
CD 600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 10%-ige wässrige Essigsäure mit
0,01 Chitosan (Sigma 448 87-7) für
10 Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser
in einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten
gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 0,01 M PBS-Lösung
mit 0,01 Carboxymethylcellulose, Natriumsalz (Sigma, 41913-1, MW
250.000) für
10 Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser
in einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten
gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte
Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.8. BEISPIEL 8: HYDROPHILE
OBERFLÄCHE
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit einem Ammoniakplasma (EUROPLASMA,
CD 600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PAA
(Sigma, MW 250.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
PEI (BASF, MW 750.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser
in einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten
gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte
Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.9. BEISPIEL 9: HYDROPHILE
OBERFLÄCHE
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit einem Sauerstoffplasma (EUROPLASMA,
CD 600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die Folie
wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4 cm. Die
zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige Poly(diallyldimethylammoniumchlorid)
(Sigma, 40903-0, MW 500.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
Poly(vinylsulfat, Natriumsalz) (Sigma, 27842-4)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser in einem
Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten gewaschen. Dieser
Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte Folie wurde
bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.10. BEISPIEL 10: HYDROPHILE
OBERFLÄCHE
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit einem Sauerstoffplasma (EUROPLASMA,
CD 600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige Poly(allylaminhydrochlorid)
(Sigma, 28322-3, MW 15.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
Poly(vinylsulfat, Natriumsalz) (Sigma, 27842-4)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser in einem
Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten gewaschen. Dieser
Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte Folie wurde
bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.11. BEISPIEL 11: MEHRSCHICHTIGE
POSITIV-GELADENE HYDROPHILE OBERFLÄCHE
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit einem Sauerstoffplasma (EURO PLASMA,
CD 600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 0,1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 0,1%-ige ethanolisch-wässrige
PAA (Sigma, MW 250.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser
in einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten
gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Dieses
PAA-beschichtete poröse
Material wurde in eine 0,1%-ige ethanolisch-wässrige PEI (BASF, MW 750.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte Folie
wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.12. BEISPIEL 12: MEHRSCHICHTIGE
NEGATIV-GELADENE HYDROPHILE OBERFLÄCHE
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit einem Sauerstoffplasma (EUROplasma
CD 600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 0,1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 0,1%-ige ethanolisch-wässrige
PAA (Sigma, MW 250.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser
in einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten
gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Dieses
PAA-beschichtete poröse
Material wurde in eine 0,1%-ige ethanolisch-wässrigen PEI (BASF, MW 750.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Diese mit PEI beschichtete
poröse
Kunststofffolie wurde anschließend
in einer 0,1%-ige ethanolisch-wässrige
PAA (Sigma, MW 250.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser
in einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten
gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte
Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.13. BEISPIEL 13: OLEOPHOBE
OBERFLÄCHE
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit einem Sauerstoffplasma (EUROPLASMA,
CD 600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
FSP (DuPont)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser
in einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten
gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte
Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.14. BEISPIEL 14: OLEOPHOBE
OBERFLÄCHE
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit einem Sauerstoffplasma (EUROPLASMA,
CD 600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
Perfluor-1-octansulfonsäure,
Tetraethylammoniumsalz (Sigma, 36528-9)-Lösung für 10 Minuten getaucht. Die
beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt.
Die behandelte Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.15. BEISPIEL 15: HALB-LEITENDER
PORÖSER
KUNSTSTOFF
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit einem Sauerstoffplasma (EUROPLASMA,
CD 600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
Poly(anilinsulfonsäure)
(Sigma, 52328-3, MW 10.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde 100-mal mit Wasser
in einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten
gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte
Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.16. BEISPIEL 16: KOVALENT
GEBUNDENER POLYELEKTROLYTKOMPLEX
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit einem Sauerstoffplasma (EUROplasma
CD600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad (VWR)
bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in die jeweilige Konzentration von 0,1% PAA (Sigma, MW 250.000),
0,2% Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) (Sigma, D8000-2) in DMF-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser in einem
Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten gewaschen. Dieser
Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte Folie wurde
bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.17. BEISPIEL 17: MATERIAL
BESCHICHTET MIT ANIONISCHEN FARBSTOFFMOLEKÜLEN
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit einem Sauerstoffplasma (EUROPLASMA
CD600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad (VWR)
bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 0,1%-ige ethanolisch-wässrige
Lösung
aus anionischen Farbstoffen, wie zum Beispiel aus Ponceau S, Natriumsalz
(Sigma, P3504) für
10 Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser
in einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten
gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte
Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
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7.18. BEISPIEL 18: MATERIALIEN
BESCHICHTET MIT KATIONISCHEN FARBSTOFFMOLEKÜLEN
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit Sauerstoffplasma (EUROPLASMA
CD600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad (VWR)
bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
PAA (Sigma, MW 250.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser in einem
Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten gewaschen. Dieser
Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte Folie wurde
bei Raumtemperatur getrocknet. Die beschichteten porösen Materialien
wurden anschließend
in eine 0,1%-ige ethanolisch-wässrige
Lösung
aus kationischen Farbstoffen, wie zum Beispiel Acridin Orange (Sigma,
A 6014) getaucht. Die beschichtete Folie wurde 100-mal mit Wasser
in einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten
gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte
Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.19. BEISPIEL 19: MIT
POLYETHYLENGLYCOL BESCHICHTETES MATERIAL (IONISCHE WECHSELWIRKUNG)
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit Sauerstoffplasma (EUROPLASMA
CD600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststoffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad (VWR)
bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
PEG-Propion (Shearwater, 2M3T0P01)-Lösung für 10 Minuten getaucht. Die
beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt.
Die behandelte Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.20. BEISPIEL 20: MIT
POLYETHYLENGLYCOL BESCHICHTETES MATERIAL (KOVALENTE WECHSELWIRKUNG)
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit Sauerstoffplasma (EUROPLASMA
CD600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurden in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad (VWR)
bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige PEG-Propiol (Shearwater, 3T3T0F02)-, 1%-ige Dicyclohexylcarbodiimid
(DCC) (Sigma, D8000-2) DMF-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser
in einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten
gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte
Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.21. BEISPIEL 21: MIT
ANIONISCHEM TENSID BESCHICHTETES MATERIAL
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit Sauerstoffplasma (EUROPLASMA
CD600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad (VWR)
bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
Natriumdodecylsulfat (Aldrich, 7 1726F)-Lösung für 10 Minuten getaucht. Die
beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt.
Die behandelte Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.22. BEISPIEL 22: MIT
KATIONISCHEM TENSID BESCHICHTETES MATERIAL
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit Sauerstoffplasma (EUROplasma
CD600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad (VWR) bei
Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolische-wässrige
PAA (Sigma, MW 250.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser in einem
Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten gewaschen. Dieser
Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte Folie wurde
bei Raumtemperatur getrocknet. Anschließend wurden die beschichteten
porösen
Materialien in eine ethanolisch-wässrige Dodecyltrimethylammoniumbromid
(DTAB) (Aldrich, (26876-3))-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser in einem
Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten gewaschen. Dieser
Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte Folie wurde
bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.23. BEISPIEL 23: MIT
BIOTIN BESCHICHTETES MATERIAL
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
30% Porenvolumen), wurde zuvor mit Sauerstoffplasma (EUROPLASMA
CD600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad (VWR)
bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
Sulfo-NHS-LC-LC-Biotin
(Pierce, 21338)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser
in einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten
gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte
Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
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7.24. BEISPIEL 24: MIT
LIPID BESCHICHTETES MATERIAL
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit Sauerstoffplasma (EUROPLASMA
CD600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad (VWR)
bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 0,1%-ige ethanolisch-wässrige
Fumonisin B 1 (Sigma, F 1147)- oder L-Lysophosphatidinsäure (Sigma,
L7260)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser
bei Raumtemperatur für
5 Minuten gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt.
Die behandelte Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
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7.25. BEISPIEL 25: MIT
NUKLEINSÄUREN
BESCHICHTETES MATERIAL
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit einem Sauerstoffplasma (EUROPLASMA
CD600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad (VWR)
bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 0,1%-ige ethanolisch-wässrige
Guanosin-5'-triphosphatnatriumsalz
(Sigma, G8877)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser
für 5 Minuten
gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte
Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
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7.26. BEISPIEL 26: MIT
PROTEIN BESCHICHTETES MATERIAL
-
Eine
poröse
Kunststofffolie, hergestellt von Porex Corporation (Porengröße 7 Mikrometer,
35% Porenvolumen), wurde zuvor mit Sauerstoffplasma (EUROPLASMA,
CD600PC) bei 100 Watt, 120 mm Hg für 5 Minuten aktiviert. Die
Folie wird hydrophil und hat eine Aufsaugrate von 60 Sekunden/4
cm. Die zuvor aktivierte poröse
Kunststofffolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI
(BASF, MW 750.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad (VWR)
bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
PAA-Natriumsalz
(Aldrich, 523925, MW 250.000)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser in
einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten gewaschen. Dieser
Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte Folie wurde
bei Raumtemperatur getrocknet. Das behandelte Stück wurde in 0,1% Goat IgG (Sigma,
I5256) bei Raumtemperatur für
2 Stunden getaucht. Anschließend
wurde das poröse Material
mit deionisiertem Wasser für
1 Minute dreimal gespült.
Das Endprodukt wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.27. BEISPIEL 27: HYDROPHILE
OBERFLÄCHE
FÜR KERAMISCH-PORÖSE MATERIALIEN
-
Eine
poröse
Keramikfolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI (BASF, MW 750.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
PAA (Aldrich, 523925, MW 250.000)-Lösung für 10 Minuten getaucht. Die
beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt.
Die behandelte Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
-
7.28. BEISPIEL 28: HYDROPHILE
OBERFLÄCHE
FÜR METALLISCH-PORÖSE MATERIALIEN
-
Eine
poröse
Metallfolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI (BASF, MW 750.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
PAA (Aldrich, 523925, MW 250.000)-Lösung für 10 Minuten getaucht. Die
beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt.
Die behandelte Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
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7.29. BEISPIEL 29: OLEOPHOBE
KERAMIKMATERIALIEN
-
Eine
poröse
Keramikfolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI (BASF, MW 750.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
FSP (DuPont)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser
in einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten
gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte
Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
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7.30. BEISPIEL 30: OLEOPHOBE
METALLMATERIALIEN
-
Eine
poröse
Metallfolie wurde in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige PEI (BASF, MW 750.000)-Lösung für 10 Minuten
getaucht. Anschließend
wurde die beschichtete Folie mit 100-mal Wasser in einem Ultraschallbad
(VWR) bei Raumtemperatur für
5 Minuten gespült.
Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die gespülte poröse Kunststofffolie
wurde anschließend
in eine 1%-ige ethanolisch-wässrige
FSP (DuPont)-Lösung
für 10
Minuten getaucht. Die beschichtete Folie wurde mit 100-mal Wasser
in einem Ultraschallbad (VWR) bei Raumtemperatur für 5 Minuten
gewaschen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal wiederholt. Die behandelte
Folie wurde bei Raumtemperatur getrocknet.
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7.31. BEISPIEL 31: AUFSAUGEIGENSCHAFTEN
-
Die
Hydrophilie von verschiedenen erfindungsgemäßen porösen Materialien kann untersucht
werden, indem ihre Aufsaugrate gemessen wird. Zum Beispiel ist ein
Ende eines Teststücks
(0,5 × 5
cm Streifen) in eine 0,5 cm tiefe Testlösung getaucht. Die Zeit, die
die jeweilige Lösung
benötigt,
um eine bestimmte Länge auf
dem Streifen (z.B. 4 cm) hochzuwandern, kann gemessen werden. Standard-Kontaktwinkelmessungen können verwendet
werden, um die Hydrophobie von Materialien zu bestimmen, die nicht
aufsaugen.
-
Die
Aufsaugrate und -stabilität
für PEI/PAA-System-behandeltes
T3-Material wurde systematisch untersucht. Die Ergebnisse zeigen,
dass die mit dem Plasma/PEI/PAA-System
behandelten T3-Materialien schnellere Aufsaugraten für deionisiertes
Wasser aufweisen als mit Sauerstoffplasma behandelte Plasma/PEI- und
Plasma/PAA-behandeltes
T3-Material. Die wichtigste Verbesserung stammt aus der Stabilität für die Aufsaugrate.
T3-Materialien, die nur mit Plasma behandelt wurden, werden wieder
hydrophob während
der Lagerung bei Raum- oder erhöhter
Temperatur. Die individuelle PEI- oder PAA-Behandlung wird die Aufsaugstabilität von T3-Material
verbessern. Allerdings verringern sie teilweise immer noch die Aufsaugrate
bei erhöhter Temperatur.
Das mit dem PEI/PAA-System behandelte T3-Material zeigt sehr stabile
Aufsaugraten auch unter erhöhter
Temperatur.
-
Tabelle
4: Aufsaugraten für
verschiedene Alterung von porösen
Materialien
-
Zusätzlich zeigt 2 die
Aufsaugraten gemessen in Sekunden/4 cm, für verschiedene Polyelektrolyte,
die mit PEI komplexiert sind. Die Polyelektrolyte, die in 2 verwendet
werden, sind Poly(styrolsulfonsäure-co-maleinsäure) (PSSA-co-MA),
Poly(natrium-4-styrolsulfonat) (PS-4-SS), Poly(styrol-alt-maleinsäure) (PS-alt-MA),
Poly-(vinylalcohol-co-vinylacetat-co-itaconsäure) (PVA-co-VA-co-IA), Poly(methylvinylether-alt-maleinsäuremonoethylester)
(PMVA-alt-MAME), Polyvinylsulfonsäure (PVSA), Poly-(styrol-co-maleinsäure) (PS-co-MA)
und Poly(methylvinylether-alt-maleinsäure) (PMVE-alt-MA).
-
7.32. BEISPIEL 32: BESTÄNDIGKEIT
GEGENÜBER
AUSLAUGEN
-
Auslaugen
ist ein allgemeines Phänomen
für Oberflächen-modifizierte
Materialien und bei Additiven für
poröse
Materialien. Das Auslagen von beschichten Molekülen reduziert die Lebensdauer
einer Filtrationsvorrichtung und beschränkt die Anwendung von porösen Materialien
in dem im hohen Maße
regulierten Bereich von medizinischen Vorrichtungen und im hohen
Maße sensiblen
Bereich der Chromatographie. Das Auslaugen von verschiedenen Molekülen kann
quantitativ mittels einer Vielzahl von analytischen Methoden untersucht
werden. Beispiele für
Methoden, die verwendet werden können,
um ein Auslaugen zu bestimmen, beinhalten die folgenden:
- (i) Polyelektrolyte: Die quantitative Menge,
die aus Polyelektrolyten und anderen Molekülen auslaugt, kann mittels
UV-VIS- und HPLC-Verfahren untersucht werden. Polyelektrolyte, wie
zum Beispiel PEI, können
mit organischen Farbstoffmolekülen,
wie zum Beispiel dem Bradford-Reagenz, Komplexe bilden. Die Menge dieses
neuen Komplexes kann mittels UV-VIS-Spektrophotometer bestimmt werden.
Die Menge an Polyelektrolyten kann auch mittels Gelpermeationschromatographie
(GPC) oder Größenausschlusschromatographie
(SEC) bestimmt werden.
- (ii) Biomoleküle:
Das Auslaugen von Biomolekülen
kann mittels HPLC, Massenspektrometer (MS) bestimmt werden. Es ist
auch möglich,
das Auslaugen der Biomoleküle
mittels UV-VIS zu bestimmen, falls das Biomolekül eine bestimmte chemische
Reaktion katalysiert. Wie zum Beispiel Meerrettich-Peroxidase (HRP)
und eine katalysierte chemische Reaktion mit Tetramethyl-benzidin
(TMB).
- (iii) kleine organische Moleküle und Tenside: Das Auslaugen
von organischen kleinen Molekülen
und Tensiden kann gewöhnlicherweise
mittels HPLC oder UV-VIS bestimmt werden, falls es im UV-VIS-Bereich eine
Adsorption gibt.
- (iv) anorganische Ionen: Mittels UV-VIS und ICP-MS-Verfahren
kann die Menge an ausgelaugten anorganischen Ionen gemessen werden.
-
Um
dauerhaft hydrophile poröse
Kunststoffe zu erhalten, wird gewöhnlich ein Tensid in fester
Form auf den porösen
Kunststoff aufgetragen. Im Allgemeinen können mehr als 50% des aufgetragenen
Tensids von der porösen
Kunststoffmatrix weggewaschen werden. Zum Beispiel wird, wenn ein
poröser
Kunststoff 0,15% Tensid in sich trägt, 0,075% des Tensids in die
Lösung
auslaugen, was den 50% Tensid entspricht.
-
Die
Menge für
das Auslaugen von PEI-, PEI/PAA- und PAA-PEI-Komplexsystem kann
mittels UV-VIS bestimmt werden, indem man sie mit dem Bradford-Reagenz
reagieren lässt.
Diese Methode weist eine Genauigkeit im Sub-ppm-Bereich in wässriger
Lösung
auf. Im Allgemeinen hängt
die ausgelaugte Menge von PEI- und PEI/PAA-Komplex von der Polyelektrolytlösungskonzentration,
der Waschmethode, der Waschlösung,
dem pH- und der Ionenstärke
ab.
-
Für die mit
PEI- und PEI/PAA-Komplex behandelten T3-porösen Materialien ist das Auslaugen
von PEI- und PEI/PAA-Komplex nicht empfindlich gegenüber PEI
oder PAA-Konzentrationen,
wenn die porösen Materialien
gründlich
gewaschen werden.
-
Tabelle
5: Menge an ausgelaugtem PEI in reinem Wasser
-
Eine
sequenzielle PEI/PAA-Behandlung kann das Auslaugen von PEI signifikant
vermindern. Es wurde kein signifikanter Unterschied zwischen der
Auslaugmenge für
1% PEI/1% PAA, 1% PEI/0,1% PAA, 0,1% PEI/1% PAA und 0,1% PEI/0,1%
PAA beobachtet.
-
Das
Auslaugen von PEI/PAA-Komplex hängt
auch von der Waschmethode ab. Eine gründliche Waschstufe nach der
PEI-Applikation und der PAA-Applikation wird die Auslaugmenge signifikant
vermindern. 3 zeigt die Auslaugmengen (in
Mikrogramm/Gramm) von zwei unterschiedlich gewaschenen, mit PEI/PAA-behandelten T3-Materialien.
Probe 1 wurde dreimal im Schall gewaschen, während Probe 2 einmal ohne Schall
gewaschen wurde. Wie dargestellt, zeigte Probe 1 ein signifikant
kleineres Auslaugen als Probe 2.
-
Der
PEI/PAA-Komplex hat eine unterschiedliche Löslichkeit bei unterschiedlichem
pH und unterschiedlicher Ionenstärke.
Unterschiedliche Oberflächen
zeigen unterschiedliches Auslaugen bei unterschiedlichen Waschlösungen.
PEI-beschichteter poröser
Kunststoff zeigt ein höheres
Auslaugen in reinem Wasser als in PBS, mit PEI/PAA-Komplex beschichtete
poröse
Kunststoffe zeigen höheres
Auslaugen in PBS und nur mit PAA beschichtete poröse Kunststoffe
zeigen ein höheres
Auslaugen in reinem Wasser (PBS, 0,01 M, 0,15 M NaCl) (4).
-
Mit
PEI/PAA-behandeltes T3-Material zeigt viel geringeres Auslaugen
in reinem Wasser und PBS-Pufferlösung
als mit Tensid behandeltes T3. Das gesamte Auslaugen von PEI beträgt nur etwa
1–2 Prozent
des gesamten immobilisierten PEIs gegenüber 50% des aufgebrachten Tensids.
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Es
sollte angemerkt werden, dass das Auslaugen von PEI/PAA oft nicht
mehr zu messen ist, wenn die Menge weniger als 0,1 ppm beträgt.
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7.33. BEISPIEL 33: PROTEINBINDUNG
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Das
Anbinden von Proteinen wurde durch Eintauchen unterschiedlich behandelter
poröser
Materialien in eine Proteinlösung,
in der ein Teil der Proteine mit Enzymen oder radioaktiven Isotopen
markiert waren, durchgeführt.
Bei Enyzmen, die mit Proteinen markiert waren, reagiert ein chemisches
Substrat mit dem Enzym und bildet eine neue Chemikalie, die eine
spezifische UV-Adsorptionsbande hat. Die Enzymaktivität und die
Menge auf den porösen
Materialien können
berechnet werden, indem die Absorption der neu gebildeten chemischen
Substanzen bei einer spezifischen Wellenlänge gemessen wird. Bei den
mit radioaktiven Isotopen markierten Proteinen kann die Proteinmenge
auf dem porösen
Material mittels Messung der Strahlungsmenge bestimmt werden.
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Die
Menge an gebundenem IgG wurde mittels Enzym-markierter Goat Anti-Hase
IgG auf unterschiedlich behandelten T3- porösen Materialien untersucht.
Die Ergebnisse zeigten, dass die Menge an IgG, das an die unterschiedlich
behandelten T3-Materialien gebunden ist, bei verschiedenen pH-Werten
unterschiedlich war (0,01 M PBS, 0,15 M NaCl). Die Daten zeigten
an, dass unbehandeltes T3 eine verringerte Menge an gebundenem IgG
bei gestiegenem pH-Wert aufwies, und dass mit Sauerstoffplasma behandeltes
T3 keinen Einfluss des pH-Werts auf die Bindung von IgG zeigte.
Mit PEI behandeltes T3- poröses
Material zeigt die höchste IgG-Bindung
bei pH 7. Sowohl mit PEI/PAA- als auch mit PAA-behandelte T3- poröse Materialien
zeigten eine verringerte IgG-Bindung mit einem pH-Wert-Anstieg.
Mit PEI/PAA-Komplex behandeltes T3-poröses
Material zeigte eine starke pH-Abhängigkeit bei der Fähigkeit,
IgG zu binden, was eine gute Eigenschaft für die Proteinextraktion und
Separation ist. Die Ergebnisse sind in 5 dargestellt,
wobei die Mengen an gebundenem IgG auf der Oberfläche von
unbehandeltem (T3), mit Sauerstoffplasma behandeltem (O2),
mit PEI-behandeltem,
PEI-PAA-behandeltem und mit PAA-behandeltem T3-Material unter verschiedenen
pH-Werten (z.B. 6, 7 und 8) gezeigt sind.
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6 zeigt
die Fähigkeit,
IgG an verschieden behandelte T3- poröse Materialien zu binden (pH
7), bei unterschiedlicher Ionenstärke (deionisiertes Wasser,
0,01 M PBS-Puffer,
0,1 M PBS-Puffer, was umgerechnet einer Ionenstärke von 0, 0,15 bzw. 1,5 entspricht).
Die Ergebnisse zeigen, dass die IgG-Bindung von unbehandeltem T3-porösem Material
und dem mit Sauerstoff behandeltem porösen Material nicht abhängig von
der Ionenstärke
ist. Mit PEI behandeltes T3- poröses
Material zeigte die höchste
IgG-Bindung bei einer Ionenstärke von
0,15. Sowohl mit PEI/PAA als auch mit PAA behandelte T3-Materialien
zeigten eine signifikante Verringerung der IgG-Bindung von Ionenstärke 0 bis
Ionenstärke
0,15. Allerdings bestand ein kleiner Unterschied zwischen der Ionenstärke 0,15
und 1,5. Mit PEI/PAA-Komplex behandeltes T3- poröses Material zeigte eine Abhängigkeit
des IgG-Bindungsvermögens
von der Ionenstärke,
was eine gute Eigenschaft für
Proteinextraktion und -separation ist.
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7 zeigt
die Ergebnisse der Protein (IgG)-Bindung an unterschiedlich behandelten
Materialien. Die Materialien haben eine durchschnittliche Porengröße von 10
Mikrometer und die Bindungsuntersuchungen wurden bei einem pH-Wert
von 7,18 durchgeführt.
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8 zeigt
die Ergebnisse der Protein (IgG)-Bindung an Materialien, die mit
unterschiedlichen Polyelektrolyten behandelt worden sind. Die Materialien
haben eine durchschnittliche Porengröße von 7 Mikrometer und die
Bindungsassays wurden bei einem pH-Wert von 7 durchgeführt.
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Wie
der Fachmann bereits erkennen wird, ist die Erfindung nicht auf
die Details beschränkt,
die oben erörtert
worden sind oder in den beigefügten
Figuren gezeigt werden. Stattdessen wird die Erfindung am besten
unter Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche verstanden.