DE60218187T2 - Mit mehreren schichten überzogene poröse materialien und herstellungsverfahren dafür - Google Patents

Mit mehreren schichten überzogene poröse materialien und herstellungsverfahren dafür Download PDF

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Description

  • 1. ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
  • 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.
  • 2. FELD DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 3. HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • US-Patent Nr. 6,060,410 offenbart ein Verfahren zur Beschichtung eines hydrophoben Polymersubstrats mit einem nicht-stöchiometrischen Polyelektrolytkomplex in Lösung.
  • 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.
  • 4. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Spezifische kleine Moleküle beinhalten Natriumdodecylsulfonat, Dodecyltrimethylammoniumbromid, Phosphat, Sulfonat, Bronat, Sulfonat, Farbstoff, Lipid, Metallion oder fluorhaltiges Tensid, sind aber nicht darauf beschränkt.
  • Spezifische Biomoleküle beinhalten Proteine, Enzyme, Lipide, Hormone, Peptide, Nukleinsäuren, Oligonukleinsäuren, DNA, RNA, Zucker oder Polysaccharide, sind aber nicht darauf beschränkt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 5. KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
  • Um die spezifischen neuen Aspekte der Erfindung besser zu verstehen, kann auf die unten beschriebenen Abbildungen Bezug genommen werden:
  • 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;
  • 2 stellt die Aufsaugraten für poröse Materialien, die mit verschiedenen Polyelektrolyten behandelt worden sind, dar;
  • 3 stellt die Auslaugmengen für unterschiedlich gewaschene, mit PEI/PAA-behandelte poröse Materialien dar;
  • 4 stellt die Auslaugmengen für ein mit PEI/PAA-behandeltes poröses Material in PBS und reinem Wasser dar;
  • 5 stellt die Menge an gebundenem IgG dar, bei unterschiedlichen pH-Werten für verschieden behandelte poröse Materialien (bei 0,01 M PBS);
  • 6 stellt die Menge an gebundenem IgG bei unterschiedlicher Ionenstärke für unterschiedlich behandelte poröse Materialien dar;
  • 7 stellt die Menge an gebundenem IgG auf unterschiedlichen mit PEI/PAA-behandelten porösen Materialien dar; und
  • 8 stellt die Menge an gebundenem IgG auf porösen Materialien dar, die mit unterschiedlichen Polyelektrolyten behandelt wurden.
  • 6. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 6.1. MATERIALIEN
  • 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.
  • 6.1.1. Substrate
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 6.1.2. Beschichtungen
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 6.2. VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DER MATERIALIEN
  • 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.
  • 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.
  • 6.2.1. Sintern
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 6.2.2. Oberflächenaktivierung
  • Um die Oberfläche einiger Substrate zu beschichten, ist es bevorzugt, die Oberfläche zu aktivieren, bevor die Beschichtung aufgebracht wird.
  • 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.
  • 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.
  • 6.2.3. Beschichtung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Fluoralkylgruppen, wie zum Beispiel Perfluoralkylgruppen, können an poröse Materialien gebunden werden, indem geladene poröse Materialien mit Fluoralkylmolekülen, die entgegengesetzte Ladungen enthalten, behandelt werden.
  • 6.3. EIGENSCHAFTEN UND UNTERSUCHUNG DER MATERIALIEN
  • 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.
  • 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
    Figure 00280001
  • 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.
    Figure 00290001
  • 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.*
    Figure 00300001
    • * 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
    Figure 00480001
  • 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
    Figure 00500001
  • 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.
  • 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.
  • 7.33. BEISPIEL 33: PROTEINBINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (24)

  1. Ein mit mehreren Schichten beschichtetes Material, umfassend ein Substrat, eine erste Schicht und eine zweite Schicht, wobei: das Substrat ein gesintertes poröses Polymermaterial umfasst, das eine durchschnittliche Porengröße von etwa 0,1 μm bis etwa 200 μm aufweist; die erste Schicht Polyelektrolytmoleküle umfasst, die an einer Oberfläche des Substrats über kovalente Bindungen und elektrostatische Wechselwirkungen gebunden sind; und die zweite Schicht Polyelektrolytmoleküle umfasst, die an die erste Schicht über kovalente Bindungen und elektrostatische Wechselwirkungen gebunden sind.
  2. Das Material nach Anspruch 1, wobei das Polymermaterial ein Polyolefin, Polyester, Polyurethan, Polycarbonat, Polyetheretherketon, Poly(phenylenoxid), Poly(ethersulfon) oder Nylon ist.
  3. Das Material nach Anspruch 2, wobei das Polyolefin Ethylenvinylacetat, Ethylenmethylacrylat, Polyethylen, Polypropylen, Ethylen-Propylengummi, Ethylen-Propylen-Diengummis, 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) ist oder Mischungen davon.
  4. Das Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Polyelektrolytmoleküle der ersten Schicht und der zweiten Schicht gleich oder unterschiedlich sein können und unabhängig voneinander Moleküle von Polyethylenimin, Poly(vinylimidazolin), quaternisiertes Polyacrylamid, Polyvinylpyridin, Poly(vinylpyrrolidon), Polyvinylamin, Polyallylamin, Chitosan, Polylysin, Poly(acrylattrialkylammoniumsalzester), Cellulose, Poly(acrylsäure), Polymethylacrylsäure, Poly(styrolsulfonsäure), Poly(vinylsulfonsäure), Poly(toluolsulfonsäure), Poly(methylvinylether-alt-Maleinsäure), Poly(glutaminsäure), Tensid, Dextransulfat, Hyaluronsäure, Heparin, Alginsäure, chemischer Farbstoff, Protein, Enzym, Nukleinsäure, Peptid oder ein Salz, Ester und/oder ein Copolymer davon ist.
  5. Das Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Schicht Moleküle von Polyethylenimin umfasst und die zweite Schicht Moleküle von Poly(acrylsäure), ein Copolymer, das Poly(acrylsäure) enthält, oder ein Tensid umfasst.
  6. Das Material nach Anspruch 5, wobei die zweite Schicht ein fluoriertes Tensid umfasst.
  7. Das Material nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Schicht Moleküle von Polyallylammoniumchlorid umfasst und die zweite Schicht Moleküle von Polyvinylsulfat umfasst.
  8. Das Material nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Substrat weiterhin mit einer oder mehreren zusätzlichen Schichten beschichtet worden ist, die an die zweite oder eine der zusätzlichen Schichten über kovalente Bindungen, elektrostatischen Wechselwirkungen oder Kombinationen davon gebunden sind.
  9. Das Material nach Anspruch 8, wobei das Substrat mit drei Schichten beschichtet ist, wobei die erste Schicht Moleküle von Polyethylenimin umfasst, die zweite Schicht Moleküle von einem Polyallylamin umfasst, und die dritte Schicht Moleküle von Polyethylenimin, Polyvinylamin oder ein Tensid umfasst.
  10. Das Material nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die durchschnittliche Porengröße des gesinterten porösen Polymermaterials von etwa 1 μm bis etwa 50 μm reicht.
  11. Das Material mit mehreren Schichten nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei es weiterhin eine oder mehrere zusätzliche Schichten von Molekülen umfasst, die an die zweite Schicht oder an eine oder mehrere zusätzliche Schichten über kovalente Bindungen, elektrostatische Wechselwirkungen oder Kombinationen davon gebunden sind.
  12. Das Material mit mehreren Schichten nach Anspruch 11, wobei die eine oder mehrere zusätzliche Schichten Moleküle von Polyethylenimin, Poly(vinylimidazolin), quaternisiertem Polyacrylamid, Polyvinylpyridin, Poly(vinyipyrrolidon), Polyvinylamin, Polyallylamin, Chitosan, Polylysin, Poly(acrylattrialkylammoniumsalzester), Cellulose, Poly(acrylsäure), Polymethylacrylsäure, Poly(styrolsulfonsäure), Poly(vinylsulfonsäure), Poly(toluolsulfonsäure), Poly(methylvinylether-alt-Maleinsäure), Poly(glutaminsäure), Tensid, Dextransulfat, Hyaluronsäure, Heparin, Alginsäure, chemischen Farbstoff, Protein, Enzym, Nukleinsäure, Peptid oder ein Salz, Ester und/oder ein Copolymer davon umfasst.
  13. Das mit mehreren Schichten beschichtete Material nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Polyelektrolytmoleküle der ersten Schicht und der zweiten Schicht gleich oder verschieden voneinander sein können und unabhängig voneinander Moleküle von Polyethylenimin, Poly(acrylsäure) oder einem Copolymer, das Poly(acrylsäure) umfasst, sind, wobei das beschichtete Material eine Aufsaugrate in deionisiertem Wasser hat, die langsamer als 30 Sekunden/4 cm ist.
  14. Das mit mehreren Schichten beschichtete Material nach Anspruch 11, wobei die eine oder mehrere zusätzlichen Schichten ein Tensid umfassen, und wobei das beschichtete Material eine Aufsaugrate in deionisiertem Wasser hat, die langsamer als 100 Sekunden/4 cm ist.
  15. Das mit mehreren Schichten beschichtete Material nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die erste Schicht Moleküle von Polyethylenimin umfasst, die zweite Schicht Moleküle eines Tensids umfasst und wobei das beschichtete Material eine Aufsaugrate in deionisiertem Wasser hat, die langsamer ist als 80 Sekunden/4 cm.
  16. Ein Verfahren zur Herstellung eines mit mehreren Schichten beschichteten Materials umfassend: Aufbringen einer ersten Schicht der Polyelektrolytmoleküle auf eine Oberfläche eines Substrats über kovalente Bindungen und elektrostatische Wechselwirkungen, wobei das Substrat ein gesintertes poröses Polymermaterial umfasst, das eine durchschnittliche Porengröße hat, welche von etwa 0,1 μm bis etwa 200 μm reicht; Aufbringen einer zweiten Schicht der Polyelektrolytmoleküle auf die erste Schicht über kovalente Bindungen und elektrostatische Wechselwirkungen.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend Aktivierung der Oberfläche des Substrats.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Aktivierung der Oberfläche durch chemische Behandlung, Plasmaentladung, Coronaentladung, Elektronenstrahl oder Kombinationen daraus geschieht.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Polymer ein Polyolefin, Polyester, Polyurethan, Polycarbonat, Polyetheretherketon, Poly(phenylenoxid), Poly(ethersulfon) oder Nylon ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Polyolefin Ethylenvinylacetat, Ethylenmethylacrylat, Polyethylen, Polypropylen, Ethylen-Propylengummi, Ethylen-Propylen-Diengummis, 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 eine Mischung daraus ist.
  21. Ein Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Polyelektrolytmoleküle der ersten Schicht und der zweiten Schicht gleich oder verschieden voneinander sein können und unabhängig voneinander Moleküle von Polyethylenimin, Poly(vinylimidazolin), quaternisiertem Polyacrylamid, Polyvinylpyridin, Poly(vinylpyrrolidon), Polyvinylamin, Polyallylamin, Chitosan, Polylysin, Poly(acrylattrialkylammoniumsalzester), Cellulose, Poly(acrylsäure), Polymethylacrylsäure, Poly(styrolsulfonsäure), Poly(vinylsulfonsäure), Poly(toluolsulfonsäure), Poly(methylvinylether-alt-Maleinsäure), Poly(glutaminsäure), Tensid, Dextransulfat, Hyaluronsäure, Heparin, Alginsäure, chemischer Farbstoff, Protein, Enzym, Nukleinsäure, Peptid oder ein Salz, Ester und/oder ein Copolymer davon ist.
  22. Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend Aufbringen einer oder mehrerer zusätzlicher Schichten von Molekülen auf die zweite oder die eine oder mehrere zusätzliche Schichten über kovalente Bindungen, elektrostatische Wechselwirkungen oder Kombinationen davon.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, wobei die eine oder mehrere zusätzliche Schichten Moleküle von Polyethylenimin, Poly(vinylimidazolin), quaternisiertem Polyacrylamid, Polyvinylpyridin, Poly(vinylpyrrolidon), Polyvinylamin, Polyallylamin, Chitosan, Polylysin, Poly(acrylattrialkylammoniumsalzester), Cellulose, Poly(acrylsäure), Polymethylacrylsäure, Poly(styrolsulfonsäure), Poly(vinylsulfonsäure), Poly(toluolsulfonsäure), Poly(methylvinylether-alt-Maleinsäure), Poly(glutaminsäure), Tensid, Dextransulfat, Hyaluronsäure, Heparin, Alginsäure, chemischen Farbstoff, Protein, Enzym, Nukleinsäure, Peptid oder ein Salz, Ester und/oder ein Copolymer davon umfassen.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16–23, wobei die durchschnittliche Porengröße des gesinterten porösen Polymermaterials von etwa 1 μm bis etwa 50 μm reicht.
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