WO2003045461A1 - Surface-modified textile product and a corresponding method for surface modification - Google Patents

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WO2003045461A1
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textile product
product according
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pvdf
spacer molecules
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PCT/DE2002/004291
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French (fr)
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Boris Obolenski
Uwe Klinge
Bernd Klosterhalfen
Stefan Schneemelcher
Bernhard Hartwig HÖCKER
Doris Klee
Zahida Ademovic
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Feg Textiltechnik Forschungs- Und Entwicklungsgesellschaft Mbh
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    • A61L2300/406Antibiotics

Definitions

  • the invention relates to a textile product with surface modification and a corresponding method for surface modification.
  • EP-A-0 809 997 proposes to subject an implant to a surface modification in which a matrix is arranged on a polymer and in which biomolecules, in particular proteins and collagens, by covalent bonding in the outer region of the Matrix be immobilized. This is based on the idea that a high level of biomolecules on the surface should enable tissue cells to attach quickly and thereby prevent inflammation.
  • a method is also known from DE-C-196 04 173 in which medical objects to be used extracorporeally or intracorporeally are first provided with a polymer layer and then with a further layer of immobilized biomolecules.
  • the likelihood of complication-free integration of an implant to be used can be increased enormously, however, if an implant is effectively provided with medicinal substances as a preventive measure to combat any infections that may arise.
  • an accumulation of tissue cells as well as an accumulation of proteins on the surface of the matrix prevents any active substances that may be provided from reaching the inflamed area from the matrix.
  • the invention is based on the object of developing a textile product which, when used as an implant, has a hitherto unknown, very high biocompatibility
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the textile properties of PVDF are stable within a temperature range of -20 ° C to +150 ° C.
  • the friction resistance of PVDF is on the level of the polyamides and thus considerably exceeds that of the polyester PVDF also shows a high resistance to many organic acids and mineral acids as well as towards ahphatic and aromatic hydrocarbons, alcohols and halogenated solvents.
  • the inflammatory foreign body reaction of human tissue is also significantly reduced
  • active ingredients can be directly integrated into the implant, which are continuously released after the implant is inserted with such a current that biochemical processes can be specifically prevented and / or required in the tissue area adjacent to the implant is that the implant or the active ingredient contained and delivered can not only exert its effect within the implant or on its surface, but rather the effect penetrates the surrounding tissue to a certain extent
  • the matrix arranged on the substrate has a free surface, in particular a surface that is free of bound proteins.
  • the release of active substances is much more effective with a free implant surface than with previously known surface-treated implants.
  • the drug-release matrix according to the invention has spacer molecules which are connected to the substrate, at least some of the spacer molecules being designed as a hydrogel layer.
  • Spacer molecules are understood in the context of this application to mean matrix-generating or voluminous molecular forms, in particular molecular chains.
  • the spacer molecules then form the matrix on the surface of the substrate.
  • the spacer molecules determine the spatial extent of the drug release matrix as well as its density and strength.
  • An embodiment as a hydrogel layer with the absorption of body fluid can produce a very dense matrix. This prevents biomolecules from accessing the substrate surface. An adsorptive binding of the biomolecules is effectively and simply prevented, while the bulk properties of the PVDF substrate remain unchanged.
  • the spacer molecules are covalently bound to the substrate. Since a covalent bond has a very high strength, such a bond of the matrix to the substrate enables a high level of reliability and durability even under mechanical stress.
  • the spacer molecules can advantageously be polyethylene glycols, dialdehydes, diisocyanates and / or dicarboxylic acid chlorides.
  • glutardialdehyde can be used as the dialdehyde, hexamethyl diisocyanate as the diisocyanate and EDC or DDC as the dicarboxylic acid chloride;
  • methoxy-PEG-aldehydes, PEG-dialdehydes, polyethyleneimines, modified starch, modified dextrans and / or hydrogel-complex polyethyleneimines or polyethylene glycols (PEI / PEG) can be used to design a hydrogel layer.
  • polyethylene glycols Due to their toxicity and solubility in aqueous and organic solvents, polyethylene glycols have found a wide range of applications. PEG are characterized by extremely low interactions with proteins and show a high resistance to bacterial attack. The protein absorption on the substrate surface can be suppressed in this way. The graft density of the PEG at the interface is of immense importance. A very high PEG graft density can be achieved by functionalizing the surface with polyethyleneimine-poly (ethylene oxide) (PEI-PEO) hydrogen complexes the.
  • PEI-PEO polyethyleneimine-poly hydrogen complexes the.
  • the outer PEI-PEO coating offers additional advantages in terms of the biocompatibility of the implant.
  • the hydrogel layer allows slow and long-term release of an active ingredient from the matrix, which means that the implant remains resistant to infections over a longer period of time.
  • the spacer molecules are designed entirely as a hydrogel layer.
  • Such a structure of the drug release matrix can be produced very reliably, it being particularly advantageous if the hydrogel layer is covalently bound to the substrate.
  • the hydrogel layer contains vinyl monomers, in particular acrylic acid or polyacrylic acid. If these substances are present in the hydrogel layer, it is highly hydrophilic and thus contributes to preventing protein adsorption on the substrate.
  • the acrylic acid or polyacrylic acid has a concentration of 10 "8 to 5 * 10 " 7 , preferably 2 * 10 '8 to 4 * 10 "8 mol COOH / cm 2 .
  • the pH of the drug release matrix be higher than the pKa of the PVDF substrate. Specifically, a threshold of around 4 can be assumed here. This ratio facilitates the storage of active substances in the matrix.
  • the hydrogel layer can also contain macromonomers, in particular polyethylene glycol methacrylates (PEGMA), polyethylene glycols (PEGs), polyethyleneimines, modified starch, modified dextrans and / or hydrogel-complex polyethyleneimines / polyethylene glycols (PEI / PEG).
  • PEG polyethylene glycol methacrylates
  • PEGs polyethylene glycols
  • PEGs polyethyleneimines
  • modified starch modified dextrans and / or hydrogel-complex polyethyleneimines / polyethylene glycols
  • PEI / PEG hydrogel-complex polyethyleneimines / polyethylene glycols
  • vinyl monomers with a reactive residue such as glycidyl methacrylate (GMA)
  • GMA glycidyl methacrylate
  • a methacrylate with poly (oxyethylene) chain lengths of 4 to 100 can be present as the macromonomer.
  • the drug-release matrix or the matrix consisting of the hydrogel layer and the spacer molecules advantageously has a thickness of 0.1 to 1 ⁇ m, preferably 0.5 to 1 ⁇ m. Tests have shown that these values are very suitable.
  • the hydrogel layer is loaded directly with active ingredients. This ensures uniform release of the active ingredients over a long period of time. In addition, there are also practical reasons for this, especially if the hydrogel layer makes up a large part of the drug-release matrix. It is particularly preferred if the active substances are adsorptively deposited in the drug release matrix. In particular on PVDF substrates which are grafted with poly (acrylic acid) chains (PAAc-PVDF), it is advisable to realize the release of active substances by means of an adsorptive storage.
  • PAAc-PVDF poly (acrylic acid) chains
  • the active ingredients can include an antibiotic, preferably the cationically charged gentamycin.
  • active ingredients with cationic groups are highly suitable for use in the textile product according to the invention, since the cationic action facilitates adsorptive incorporation into the drug release matrix.
  • a release of the active ingredient is achieved in a desired quantity. It has been found in medical experiments that it is sufficient if an active level of 0.5 ⁇ g / ml to 1000 ⁇ g / ml gentamycin is calibrated in the immediate vicinity of the implant. For economic reasons, it is proposed that an active level of 0.5 ⁇ g / ml to 100 ⁇ g / ml be achieved.
  • the textile product according to the invention can preferably be present as a knitted fabric, a knitted fabric, a woven fabric, a mesh, a scrim, a thread or, in particular, directly as at least part of an implant.
  • the biocompatible effect is largely independent of the specific constructive design of the implant that will ultimately be used. Rather, the advantages described are already achieved by surface modification of the materials mentioned or similar when used as an implant.
  • the task described also solves the method for surface modification of a textile polymer, in which a protein-free drug release matrix is generated on a PVDF substrate.
  • a PVDF substrate is plasma-activated, since the spacer molecules can thereby be bound particularly well to the PVDF substrate.
  • radicals can be generated on the PVDF substrate by inert gas, which radicals react after ventilation with atmospheric oxygen to form peroxy radicals and finally to hydroperoxides, which subsequently react with Thermal and / or photochemical cleavage form free radicals, via which monomers are graft-copolymerized.
  • the hydroperoxides formed after ventilation of the plasma system act as initiators of the radical graft copolymers due to their radicals. on.
  • the graft copolymerization is a method which is advantageous for the hydrophilization and functionalization of surfaces and the associated possibility of increasing the biocompatibility.
  • UV-induced cleavage can also be carried out using an excimer lamp for photochemical cleavage.
  • excimer lamps allow the emission of incoherent narrow-band UV radiation.
  • the textile product can preferably be washed extensively with water or an aqueous solution.
  • monomers produced in the gas phase as chemical spacers by means of chemical vapor deposition polymerization processes are polymerized by cooling at reduced temperature and these polymerized monomers in the form of a polymer matrix be bound to the PVDF substrate.
  • the temperatures or pressures required to prepare the monomers are between 500 and 1000 ° C. and less than 500 Pa.
  • the monomers are polymerized at temperatures below 120 ° C.
  • the monomers to be polymerized can advantageously 4-amino [2,2] -paracyclophane (amino-pcp), 4-hydroxymethyl- [2,2] -paracyclophane (hydroxymethyl-pcp), 4-carboxyl- [2,2] - Paracyclophane (car-boxyl-pcp) and / or [2,2] -paracyclophane-4,5,12,13-tetracarboxylic acid dianhydride (anhydride-pcp).
  • the good insulating properties and chemical resistance of poly-p-xylylenes to practically all solvents can also be used advantageously for numerous applications.
  • Objects coated with poly-2-chloro-p-xylylene have received FDA approval for various applications such as catheters or pacemakers. A toxic or carcinogenic effect of poly-p-xylylene is not known.
  • the monomers to be grafted vinyl monomers in particular acrylic acid (Aac), and / or macromonomers, in particular include special polyethylene glycol methacrylates (PEGMA) to form a highly hydrophilic hydrogel layer.
  • acrylic acid acrylic acid
  • PEGMA polyethylene glycol methacrylates
  • a multilayer textile product a band replacement, an esophagus replacement, an intestinal replacement, a catheter, a membrane or a vascular prosthesis will be produced.
  • a knitted fabric, a knitted fabric, a woven fabric, a braid, a scrim, a thread or in particular at least part of an implant can preferably be produced using the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows schematically the molecular structure of a surface modified according to the invention
  • FIG. 2 shows the results of crystallinity studies in a diagram
  • FIG. 3 shows basic measurement values in a table
  • FIG. 4 shows measured values for the release of gentamycin as a function of the loading concentration and the incubation time
  • FIG. 5 shows, in a further diagram, results of an experiment for loading with gentamycin as a function of the loading concentration and the pre-swelling and
  • the modified surface shown in FIG. 1 represents the invention schematically.
  • a matrix of polyacrylic acid 2a, 2b, 2c is arranged on a PVDF substrate 1 and covalently bound to the substrate 1.
  • the cationic gentamycin G is adsorptively attached to the anionic COO " groups.
  • Gentamycin G is found within the entire matrix 2a, 2b, 2c.
  • the outer openings 3a, 3b, which lie between the polyacrylic acid 2a, 2b, 2c, are free of proteins.
  • FIG. 2 shows DSC thermograms of PVDF filament blue (curve profile 10) and PVDF filament green (curve 11).
  • the heat flow in W / g is plotted on an axis 12 above the temperature in ° C, as it resulted from the crystallinity tests on PVDF filaments.
  • Line 20 contains data for curve 10 (blue) and line 21 data for curve 11 (green).
  • the lines Hl denote values for a first heating up and the line H2 measurement values for a second heating up.
  • Column 22 shows the values for the melting peak, while column 23 contains measurements for the crystallization peak.
  • the value in column 24 indicates the degree of crystallinity with the associated melting temperature T m and mass-related energy difference ⁇ H m , while T 0 and ⁇ H 0 represent the respective values during crystallization.
  • FIG. 4 The diagram shows the influence of the gentamycin concentration in the loading solution on the subsequent release of the active substance from the matrix examined.
  • the abscissa 30 shows the incubation time in serum at 37 ° C. in minutes, while the ordinate shows the release of gentamycin normalized to 25 mg of the matrix in micrograms per milliliter.
  • the measuring points on the curves 31, 32, 33, 34 represent measured values which resulted after a loading concentration of 10 mg, 1 mg, 0.25 mg or 0.5 mg / ml.
  • a loading concentration of 0.5 mg / ml gentamycin was used for the measured values marked with triangles on curves 42 and 45, the measured values represented by solid triangles on curve 45 on a loading solution of 0.5 mg / ml gentamycin in PBS (unswollen ) are based, while the measured values on curve 42 were caused by twelve hours of swelling in Aqua bidest.
  • the parameters on which the measured values shown by the filled-in IC circles on curve 46 are based differ from those that led to curve 45 only in the loading concentration, because curve 46 contains a loading solution with a concentration of 0.25 mg / ml gentamycin in PBS (not swollen).
  • Diagram 50 in FIG. 6 shows measurement results for the release of gentamycin, the amount of gentamycin being normalized to 25 mg of the matrix, given in micrograms per milliliter, on which ordinate 51 is plotted.
  • the abscissa 52 represents the incubation time in serum at 37 ° C. in minutes.
  • the measured values on the curve 53 result from a loading concentration of 0.5 mg / ml, the measured values on the curve 54 from a concentration of 0.25 mg / ml. It should be noted here that the curves 53, 54 were each placed along the lowest measured values (numbered 55a, b for example), while significantly higher measured values (numbered 56a, b for example) have resulted. Medical examinations have shown that a release of 20 ⁇ g / ml is definitely therapeutically sufficient.
  • the tests show that the technically and economically optimal loading concentration of the PVDF networks with gentamycin is 0.25 mg / ml.
  • the PVDF networks grafted with polyacrylic acid should be loaded from PBS buffer in the non-pre-swollen state. In this way, release amounts are achieved which ensure a therapeutically sufficient amount.
  • a magnetic stirrer with heating plate for acrylic acid distillation, a magnetic stirrer with heating plate, a heating hood with temperature control device, a round bottom flask, a Vigreux column, a Claisen still with a Liebig cooler and vacuum connection, a thermometer, a Schlenk flask with nitrogen connection and a vacuum system with HV pump with cold trap and nitrogen connection are used.
  • the chemicals used are acrylic acid with stabilizer (2-hydroxyethyl metacrelate, 99%), 4-methoxyphenol (hydroquinone monomethyl ether) with 1 g / 1 acrylic acid, ultra-pure nitrogen 5.0 and liquid nitrogen to cool the cold trap.
  • the cold trap is first cooled with the liquid nitrogen. After connecting the cooling water system, 800 ml of acrylic acid and 800 mg of hydroclünone are added to the template and the stirring magnet is added. After setting a vacuum of at least 6 * 10 "2 mbar in the system, the system is purged with nitrogen so that it can be distilled under an inert gas atmosphere.
  • the template is slowly heated to 80 ° C.
  • the mixture is constantly stirred so that the distillation takes place evenly and can be monitored optically. Since the distillation requires a temperature of 80 ⁇ 5 ° C, it is first heated to 65 ° C and then heated further in steps of 2 ° C. From the start of the distillation, the temperature reached is kept constant, a temperature window of ⁇ 5 ° C being permitted.
  • the first 10 ml of the distillate is discarded in order to rule out any expected deviations during the start of the process.
  • the usable distillate obtained is stored under nitrogen at a maximum of 4 ° C in the refrigerator.
  • a heating element for thermal graft copolymerization, a heating element, a round bottom flask, teflon stones, a Soxhlet, a reflux condenser, a tripod plate, a tripod rod, solid clamps and a circulating air drying cabinet are used on devices. M-Hexane and ethanol are used as solvents. To extract the nets, they are placed in the Soxhlet so that they are free on all sides. The solvent is then added to the round bottom flask with a hexane to ethanol ratio of 79 to 21 w / w. After an extraction period of approx. 48 hours, the nets are dried in the drying cabinet at approx. 30 ° C for twelve hours.
  • the distilled acrylic acid is thawed and a 20% acrylic acid solution with H 2 0 is prepared. Then a quartz glass tube or another suitable container with a screw cap is attached to the stand with a clamp and the acrylic acid solution is added to the container. After careful degassing with nitrogen, the sample rack with the nets is added. The vessel is now tightly closed and hung in a water bath, which is then heated to 90 ° C and stirred. This process is continued until the solution becomes viscous.
  • the mesh films are then washed briefly once and five times within four hours with distilled H 2 O. It is then washed several times with distilled H 2 O over a period of one day. Finally, the foils are dried for about three hours at 30 ° C and then stored dry.
  • a PVDF substrate is applied to a pulsed microwave plasma (pulse duration 1600 ⁇ s, period duration 2000 ⁇ s) of 1.5 to 2 kW power with argon (flow rate 5 1 / h) as plasma gas under pressure of 10 exposed to 15 Pa and varying the treatment time from 15 to 300 seconds.
  • the PVDF substrate is further processed after an air exposure of 20 to 150 minutes.
  • the graft copolymerization of the argon plasma-treated PVDF substrate is carried out in each case under a nitrogen atmosphere. Since the OO binding energy in hydroperoxides is low at 150 kJ / mol, it is possible to split hydroperoxides by adding appropriate amounts of energy. Temperatures of 50 to 100 ° C are sufficient to achieve such a split.
  • Graft copolymerization is initiated by thermal hydroperoxide cleavage at 90 ° C.
  • a UN-induced cleavage can also be carried out.
  • excimer lamps enable the emission of incoherent narrow-band UN radiation.
  • a xenon chloride emitter with an emission maximum of 308 is used. The energy of these photons is around 400 kJ / mol.
  • PVDF-PAAc radical-induced graft copolymerization of acrylic acid
  • Acrylic acid (AAc) provides a hydrophilic, carboxyl group-containing surface on PVDF substrate.
  • the thermal plasma-induced graft copolymerization of acrylic acid is carried out using a monomer concentration of 5 to 50%, preferably approx. 25%, in deionized water (v / v), preferably 20 to 30% (v / v), and a polymerization time of 15 to 90, preferably 30 to 60. minutes at 90 ° C thermally or by a 2.5 to 5 minute irradiation with UV light.
  • homopolymer that is not covalently bound to the PVDF substrate is removed by extensive washing with water or an aqueous solution.
  • the modified surface obtained in this way is highly hydrophilic and has a high concentration of carboxyl groups. Now it can be used in particular for loading with antibiotics.
  • the surface-bound carboxyl groups are treated for 20 minutes with an aqueous EDC / NHS solution (0.2 M / 0.1 M) for activation.
  • the surfaces are then rinsed briefly with deionized water and incubated for several hours in a solution of 1 mg / ml GRGDS peptide in 0.1 M sodium hydrogen carbonate buffer (pH 8.4).
  • the unbound peptide is removed by repeated intensive rinsing with deionized water.
  • Example 5 A PVDF substrate is coated by means of plasma activation. The graft copolymerization of acrylic acid and the subsequent activation take place as described above.
  • a hydrogel complex is immobilized.
  • the activated PVDF-PAAc substrate is immersed in a PEI solution (1 mg / ml) for 1 hour at room temperature.
  • the PVDF substrate in a buffer solution (NaHPO4 / Na0H pH 6.4) at 11% K 2 S0 ", 1 mg ml PEG- (aldehyde) 2 (MW 3400), 3 mg / ml NaCNBEL, as Incubating agent incubated for 8-12 h at 30 to 60 ° C (best results: 8h, 60 ° C) and then washed with water.
  • the sample is mixed with an RGD peptide solution (1 mg / ml in phosphate buffer, reducing agent NaCNBH4) at room temperature for 2 hours.
  • the plasma-induced graft copolymerization of a methacrylate by means of plasma activation can be carried out using a monomer concentration of 5 to 50% (v / v), preferably 20 to 30% (v / v) in a water / methanol mixture and a polymerization time of 1 to 4 hours , preferably 2 to 3 hours, at 90 ° C thermally or by 10 minutes to 30 minutes of exposure to UV light.
  • the free carboxyl or hydroxyl groups of the material surface generated by means of plasma graft polymerization are activated.
  • activating agents for the carboxyl groups e.g.
  • EDC [1- (3-dimethylaminopropyl) -3-20 ethyl carbodiimide hydrochloride] or DDC [1,2-dicyclohexyl carbodiimide] and for the hydroxyl groups e.g. Diisocyanate such as hexamethyl diisocyanate or 2,2,2-trifluoroethanesulfon chloride (tresyl chloride) can be used.
  • a PVDF surface modified with glycidyl methacrylate can be used without prior activation.

Abstract

The aim of the invention is to provide a textile product used in medical practice for producing implants, which is highly biocompatible and to simultaneously prevent any potential inflammation from occurring in and around the implant. This is achieved by a textile product, in which a protein-free drug-release matrix is provided on a PVDF substrate. The invention also relates to a method for producing a product of this type.

Description

Textiles Erzeugnis mit Oberflächenmodifikation und entsprechendes Verfahren zur Oberflächenmodifi- kationTextile product with surface modification and corresponding method for surface modification
Die Erfindung betrifft ein textiles Erzeugnis mit Oberflächenmodifikation und ein entsprechendes Verfahren zur Oberflächenmodifikation.The invention relates to a textile product with surface modification and a corresponding method for surface modification.
In der Medizin, insbesondere in der Chirurgie, stellt sich häufig die Aufgabe, textile Implantate in menschliche oder tierische Körper einzusetzen. Entscheidend für eine erfolgreiche Integration eines Implantats in ein Gewebe ist dabei nicht nur seine mechanische Kompatibilität. Vielmehr ergibt sich der größte Teil von postoperativen Komplikationen in Zusammenhang mit Implantaten im Entstehen von Entzündungen. Erfahrungsgemäß sind diese Entzündungen nur schwer zu bekämpfen, so dass ein Austausch eines eingesetzten Implantats verbunden mit einer erneuten Operation, oft nicht zu vermeiden ist.In medicine, especially in surgery, the task is often to insert textile implants into human or animal bodies. It is not only the mechanical compatibility that is decisive for the successful integration of an implant into a tissue. Rather, most of the postoperative complications associated with implants result from inflammation. Experience has shown that these inflammations are difficult to combat, so that an exchange of an inserted implant combined with a new operation can often not be avoided.
Um solchen Entzündungen vorzubeugen, wird in der EP-A-0 809 997 vorgeschlagen, ein Implantat einer Oberflächenmodifikation zu unterziehen, bei der eine Matrix auf einem Polymer angeordnet wird und bei der Biomoleküle, insbesondere Proteine und Kollagene, durch kovalente Bindung im äußeren Bereich der Matrix immobilisiert werden. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass ein hohes Aufkommen an Biomolekülen an der Oberfläche eine schnelle Anlagerung von Gewebezellen ermöglichen soll und hierdurch Entzündungen verhindert werden sollen.In order to prevent such inflammation, EP-A-0 809 997 proposes to subject an implant to a surface modification in which a matrix is arranged on a polymer and in which biomolecules, in particular proteins and collagens, by covalent bonding in the outer region of the Matrix be immobilized. This is based on the idea that a high level of biomolecules on the surface should enable tissue cells to attach quickly and thereby prevent inflammation.
Auch aus der DE-C-196 04 173 ist ein Verfahren bekannt, bei dem extrakorporal oder intrakorporal zu verwendende medizinische Gegenstände zunächst mit einer Polymerschicht und anschließend mit einer weiteren Schicht immobilisierter Biomoleküle versehen werden.A method is also known from DE-C-196 04 173 in which medical objects to be used extracorporeally or intracorporeally are first provided with a polymer layer and then with a further layer of immobilized biomolecules.
Die Wahrscheinliclikeit einer komplikationslosen Integration eines einzusetzenden Implantats kann jedoch enorm gesteigert werden, wenn ein Implantat vorbeugend zur Bekämpfung von eventuell entstehenden Infektionen effektiv mit medizinischen Wirkstoffen versehen ist. Leider verhindert eine zu schnelle Anlagerung von Gewebezellen ebenso wie eine Anhäufung von Proteinen an der Matrixoberfläche, dass eventuell vorgesehene Wirkstoffe aus der Matrix heraus an die entzündete Stelle gelangen können. Der Erfindung hegt nun die Aufgabe zugrunde, ein textiles Erzeugnis zu entwickeln, welches bei einer Verwendung als Implantat eine bisher unbekannte, sehr hohe Biokompabilitat hatThe likelihood of complication-free integration of an implant to be used can be increased enormously, however, if an implant is effectively provided with medicinal substances as a preventive measure to combat any infections that may arise. Unfortunately, too rapid an accumulation of tissue cells as well as an accumulation of proteins on the surface of the matrix prevents any active substances that may be provided from reaching the inflamed area from the matrix. The invention is based on the object of developing a textile product which, when used as an implant, has a hitherto unknown, very high biocompatibility
Diese Aufgabe losen emThis task solve em
textiles Erzeugnis mit Oberflachenmodifikation, bei dem auf einem PVDF-Substrat eine prote- mfreie Drug-Release-Matπx angeordnet ist, und eintextile product with surface modification, in which a protein-free drug-release matrix is arranged on a PVDF substrate, and one
Verfahren zur Oberflachenmodifikation eines textilen Polymers, bei welchem auf einem PVDF- Substrat eine proteinfreie Drug-Release-Matπx erzeugt wirdProcess for the surface modification of a textile polymer, in which a protein-free drug-release matrix is produced on a PVDF substrate
Zunächst ist Polyvinylidenfluoπd (PVDF) eine Stoffklasse mit sehr vorteilhaften biologischen Eigenschaften für einen Einsatz als Implantat Insbesondere als Alternative zu den ebenfalls in der Chirurgie zugelassenen Werkstoffen Polyester und Polypropylen ist PVDF zu bevorzugen Im direkten Vergleich mit Polyester hat es eine deutlich bessere Hydrolysebestandigkeit Und wahrend Polypropylen mit fortschreitender Zeit an Flexibilität einbüßt und der Stoff verhärtet, tritt dieses Phänomen beim PVDF nicht auf Von PVDF sind keine Alterungsprozesse bekanntFirst of all, polyvinylidene fluoride (PVDF) is a class of substances with very advantageous biological properties for use as an implant. Especially as an alternative to the materials polyester and polypropylene, which are also approved in surgery, PVDF is to be preferred. In direct comparison with polyester, it has a significantly better resistance to hydrolysis as time loses flexibility and the material hardens, this phenomenon does not occur with PVDF. No aging processes are known from PVDF
Zudem sind die textilen Eigenschaften von PVDF innerhalb eines Temperaturspektrums von -20 °C bis +150 °C stabil Die Reibfestigkeit von PVDF liegt auf dem Niveau der Polyamide und übersteigt damit betrachtlich diejemge der Polyester PVDF zeigt außerdem eine hohe Beständigkeit gegenüber vielen organischen Sauren und Mineralsauren sowie gegenüber ahphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, Alkoholen und halogemerten Losungsmitteln Im Vergleich zu Polypropylen ist außerdem die entzündliche Fremdkorperreaktion des menschlichen Gewebes deutlich reduziertIn addition, the textile properties of PVDF are stable within a temperature range of -20 ° C to +150 ° C. The friction resistance of PVDF is on the level of the polyamides and thus considerably exceeds that of the polyester PVDF also shows a high resistance to many organic acids and mineral acids as well as towards ahphatic and aromatic hydrocarbons, alcohols and halogenated solvents. In comparison to polypropylene, the inflammatory foreign body reaction of human tissue is also significantly reduced
Durch die Anordnung einer Drug-Release-Matnx können direkt Wirkstoffe in das Implantat integriert werden, die nach dem Einsetzen des Implantats kontinuierlich mit einem solchen Strom abgegeben werden, dass im an das Implantat grenzenden Gewebebereich biochemische Prozesse gezielt verhindert und/oder gefordert werden können Entscheidend ist hierbei, dass das Implantat bzw der enthaltene und abgegebene Wirkstoff seine Wirkung nicht nur innerhalb des Implantats bzw an dessen Oberflache entfalten kann, sondern vielmehr die Wirkung das umgebende Gewebe in einem gewissen Maß penet- πertBy arranging a drug-release matnx, active ingredients can be directly integrated into the implant, which are continuously released after the implant is inserted with such a current that biochemical processes can be specifically prevented and / or required in the tissue area adjacent to the implant is that the implant or the active ingredient contained and delivered can not only exert its effect within the implant or on its surface, but rather the effect penetrates the surrounding tissue to a certain extent
Hierbei ist es von großer Bedeutung, dass - unter Abkehr von der gangigen Oberflachenmodifϊkation von Implantatwerkstoffen - die auf dem Substrat angeordnete Matrix eine freie Oberflache hat, also insbesondere eine Oberflache, die frei von gebundenen Eiweißen ist In aufwendigen Testreihen hat sich herausgestellt, dass die Freisetzung von Wirkstoffen bei einer freien Implantatoberfläche deutlich effektiver vonstatten geht als bei vorbekannten oberflächenbehandelten Implantaten.It is of great importance that - with the departure from the common surface modification of implant materials - the matrix arranged on the substrate has a free surface, in particular a surface that is free of bound proteins. In complex test series, emphasized that the release of active substances is much more effective with a free implant surface than with previously known surface-treated implants.
Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass auch für das Beladen der Matrix mit medizinischen Wirkstoffen eine freie Matrixoberfläche hervorragende Ergebnisse ermöglicht.In addition, it has been shown that a free matrix surface also enables excellent results for loading the matrix with medicinal active ingredients.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Drug-Release-Matrix Spacermoleküle aufweist, die mit dem Substrat verbunden sind, wobei zumindest ein Teil der Spacermoleküle als Hydrogelschicht ausgebildet ist. Unter Spacermolekülen werden im Rahmen dieser Anmeldung Matrixerzeugende beziehungsweise voluminöse Molekülformen verstanden, insbesondere Molekülketten. Die Spacermoleküle bilden dann die Matrix auf der Oberfläche des Substrats. Insofern bestimmen die Spacermoleküle das räumliche Ausmaß der Drug-Release-Matrix sowie ihre Dichte und Festigkeit. Dabei kann eine Ausgestaltung als Hydrogelschicht unter Aufnahme von Körperflüssigkeit eine sehr dichte Matrix erzeugen. Hierdurch wird Biomolekülen ein Zugang zur Substratoberfläche verwehrt. Eine adsorptive Bindung der Biomoleküle wird wirkungsvoll und mit einfachen Mitteln verhindert, wobei die Bulk-Eigenschaften des PVDF-Substrats unverändert bleiben.It is advantageous here if the drug-release matrix according to the invention has spacer molecules which are connected to the substrate, at least some of the spacer molecules being designed as a hydrogel layer. Spacer molecules are understood in the context of this application to mean matrix-generating or voluminous molecular forms, in particular molecular chains. The spacer molecules then form the matrix on the surface of the substrate. In this respect, the spacer molecules determine the spatial extent of the drug release matrix as well as its density and strength. An embodiment as a hydrogel layer with the absorption of body fluid can produce a very dense matrix. This prevents biomolecules from accessing the substrate surface. An adsorptive binding of the biomolecules is effectively and simply prevented, while the bulk properties of the PVDF substrate remain unchanged.
Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die Spacermoleküle kovalent an das Substrat gebunden sind. Da eine kovalente Bindung eine sehr hohe Festigkeit aufweist, ermöglicht eine solche Bindung der Matrix an das Substrat auf einfache Weise eine hohe Zuverlässigkeit und Beständigkeit auch bei mechanischer Belastung.It is particularly preferred here if the spacer molecules are covalently bound to the substrate. Since a covalent bond has a very high strength, such a bond of the matrix to the substrate enables a high level of reliability and durability even under mechanical stress.
Dabei können die Spacermoleküle vorteilhaft Polyethylenglycole, Dialdehyde, Diisocyanate und/oder Dicarbonsäurechloride sein. Insbesondere können als Dialdehyd Glutardialdehyd, als Diisocyanat He- xamethyldiisocyanat und als Dicarbonsäurechlorid EDC oder DDC verwendet werden; für die Ausgestaltung einer Hydrogelschicht können beispielsweise methoxy-PEG-Aldehyde, PEG-Dialdehyde, Polyethylenimine, modifizierte Stärke, modifizierte Dextrane und/oder hydrogelkomplexe Polyethylenimine oder Polyethylenglycole (PEI/PEG) verwendet werden.The spacer molecules can advantageously be polyethylene glycols, dialdehydes, diisocyanates and / or dicarboxylic acid chlorides. In particular, glutardialdehyde can be used as the dialdehyde, hexamethyl diisocyanate as the diisocyanate and EDC or DDC as the dicarboxylic acid chloride; For example, methoxy-PEG-aldehydes, PEG-dialdehydes, polyethyleneimines, modified starch, modified dextrans and / or hydrogel-complex polyethyleneimines or polyethylene glycols (PEI / PEG) can be used to design a hydrogel layer.
Polyethylenglycole haben aufgrund ihrer Atoxizität und Löslichkeit in wässrigen und organischen Sol- ventien eine große Anwendungsbreite gefunden. PEG zeichnen sich durch äußerst geringe Wechselwirkungen mit Proteinen aus und zeigen eine hohe Resistenz gegen bakteriellen Befall. So kann die Protei- nabsorbtion an der Substratoberfläche unterdrückt werden. Dabei ist die Pfropfdichte des PEGs an der Grenzfläche von immenser Bedeutung. Eine sehr hohe PEG-Pfropfdichte kann durch Funktionalisierung der Oberfläche mit Polyethylenimin- Poly(ethylenoxid) (PEI-PEO)-Hydrogenkomplexen erreicht wer- den. Die äußere PEI-PEO-Beschichtung bietet zusätzliche Vorteile bei der Biokompatibilität des Implantats. So erlaubt die Hydrogelschicht eine langsame und langfristige Freisetzung eines Wirkstoff aus der Matrix, wodurch das Implantat über einen längeren Zeitraum resistent gegenüber Infektionen bleibt.Due to their toxicity and solubility in aqueous and organic solvents, polyethylene glycols have found a wide range of applications. PEG are characterized by extremely low interactions with proteins and show a high resistance to bacterial attack. The protein absorption on the substrate surface can be suppressed in this way. The graft density of the PEG at the interface is of immense importance. A very high PEG graft density can be achieved by functionalizing the surface with polyethyleneimine-poly (ethylene oxide) (PEI-PEO) hydrogen complexes the. The outer PEI-PEO coating offers additional advantages in terms of the biocompatibility of the implant. The hydrogel layer allows slow and long-term release of an active ingredient from the matrix, which means that the implant remains resistant to infections over a longer period of time.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform sind die Spacermoleküle vollständig als Hydrogelschicht ausgebildet. Ein solcher Aufbau der Drug-Release-Matrix ist sehr zuverlässig herzustellen, wobei es dann insbesondere von Vorteil ist, wenn die Hydrogelschicht kovalent an das Substrat gebunden ist.In a preferred embodiment, the spacer molecules are designed entirely as a hydrogel layer. Such a structure of the drug release matrix can be produced very reliably, it being particularly advantageous if the hydrogel layer is covalently bound to the substrate.
Unabhängig hiervon ist es von Vorteil, wenn die Hydrogelschicht Vinylmonomere, insbesondere Acryl- säure oder Polyacrylsäure, beinhaltet. Bei Vorliegen dieser Stoffe in der Hydrogelschicht ist diese hochhydrophil und trägt so zu einer Hinderung der Proteinadsorption an das Substrat bei.Regardless of this, it is advantageous if the hydrogel layer contains vinyl monomers, in particular acrylic acid or polyacrylic acid. If these substances are present in the hydrogel layer, it is highly hydrophilic and thus contributes to preventing protein adsorption on the substrate.
Hierbei hat es sich bei umfangreichen Versuchen gezeigt, dass sehr gute Ergebnisse erzielt werden, wenn die Acrylsäure oder Polyacrylsäure eine Konzentration von 10"8 bis 5 * 10"7, vorzugsweise von 2 * 10'8 bis 4 * 10"8 mol COOH/cm2. hat.Extensive tests have shown that very good results are achieved if the acrylic acid or polyacrylic acid has a concentration of 10 "8 to 5 * 10 " 7 , preferably 2 * 10 '8 to 4 * 10 "8 mol COOH / cm 2 .
Dabei ist es anzustreben, dass der pH- Wert der Drug-Release-Matrix höher ist als der pKa-Wert des PVDF-Substrats. Konkret ist hier von einem Schwellenwert von etwa 4 auszugehen. Dieses Verhältnis erleichtert das Einlagern von Wirkstoffen in die Matrix.It is desirable that the pH of the drug release matrix be higher than the pKa of the PVDF substrate. Specifically, a threshold of around 4 can be assumed here. This ratio facilitates the storage of active substances in the matrix.
Erfmdungsgemäß kann die Hydrogelschicht auch Macromonomere, insbesondere Polyethylenglycolme- tacrylate (PEGMA), Polyethylenglycole (PEGs), Polyethylenimine, modifizierte Stärke, modifizierte Dextrane und/oder hydrogelkomplexe Polyethylenimine/Polyethylenglycole (PEI/PEG) beinhalten. Auch hierdurch wird die Hydrogelschicht hochhydrophil. Vinylmonomere mit einem reaktiven Rest, wie beispielsweise Glycidylmethacrylat (GMA) werden eingesetzt, um die Epoxidfimktionen des Monomers zur Immobilisierung zu verwenden. Dabei kann als Makromonomer beispielsweise ein Methacrylat mit Po- ly(oxyethylen)kettenlängen von 4 bis 100 vorliegen.According to the invention, the hydrogel layer can also contain macromonomers, in particular polyethylene glycol methacrylates (PEGMA), polyethylene glycols (PEGs), polyethyleneimines, modified starch, modified dextrans and / or hydrogel-complex polyethyleneimines / polyethylene glycols (PEI / PEG). This also makes the hydrogel layer highly hydrophilic. Vinyl monomers with a reactive residue, such as glycidyl methacrylate (GMA), are used to use the epoxy functions of the monomer for immobilization. For example, a methacrylate with poly (oxyethylene) chain lengths of 4 to 100 can be present as the macromonomer.
Dabei hat die Drug-Release-Matrix oder die aus der Hydrogelschicht und den Spacermolekülen bestehende Matrix vorteilhaft eine Dicke von 0, 1 bis 1 μm, vorzugsweise von 0,5 bis 1 μm. Diese Werte haben sich in Versuchen als sehr geeignet herausgestellt.The drug-release matrix or the matrix consisting of the hydrogel layer and the spacer molecules advantageously has a thickness of 0.1 to 1 μm, preferably 0.5 to 1 μm. Tests have shown that these values are very suitable.
Unabhängig hiervon ist es von Vorteil, wenn unmittelbar die Hydrogelschicht mit Wirkstoffen beladen ist. Hierdurch wird eine gleichmäßige Abgabe der Wirkstoffe über einen großen Zeitraum gewährleistet. Zusätzlich sprechen hierfür auch praktische Gründe bei der Herstellung, insbesondere dann, wenn die Hydrogelschicht einen Großteil der Drug-Release-Matrix ausmacht. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Wirkstoffe adsorptiv in der Drug-Release-Matrix angelagert sind. Insbesondere auf PVDF-Substraten, die mit Poly(Acrylsäure)-Ketten (PAAc-PVDF) gepfropft sind, bietet es sich an, die Freisetzung von Wirkstoffen über eine adsorptiv bewirkte Einlagerung zu realisieren.Regardless of this, it is advantageous if the hydrogel layer is loaded directly with active ingredients. This ensures uniform release of the active ingredients over a long period of time. In addition, there are also practical reasons for this, especially if the hydrogel layer makes up a large part of the drug-release matrix. It is particularly preferred if the active substances are adsorptively deposited in the drug release matrix. In particular on PVDF substrates which are grafted with poly (acrylic acid) chains (PAAc-PVDF), it is advisable to realize the release of active substances by means of an adsorptive storage.
Um einer Entstehung von Entzündungen besonders zuverlässig vorbeugen zu können, können die Wirkstoffe ein Antibiotikum, vorzugsweise das kationisch geladene Gentamycin, beinhalten. Generell weisen jedoch Wirkstoffe mit kationischen Gruppen eine hohe Eignung zur Verwendung im erfindungsgemäßen textilen Erzeugnis auf, da die kationische Wirkung eine adsorptive Einlagerung in die Drug- Release-Matrix erleichtert.In order to be able to prevent inflammation in a particularly reliable manner, the active ingredients can include an antibiotic, preferably the cationically charged gentamycin. In general, however, active ingredients with cationic groups are highly suitable for use in the textile product according to the invention, since the cationic action facilitates adsorptive incorporation into the drug release matrix.
Außerdem wird hierdurch eine Abgabe des Wirkstoffs in einer angestrebten Quantität erzielt. So hat sich bei medizinischen Versuchen herausgestellt, dass es ausreicht, wenn in der direkten Umgebung des Implantats ein Wirkspiegel von 0,5 μg/ml bis 1000 μg/ml Gentamycin eπeicht wird. Aus wirtschaftlichen Gründen wird vorgeschlagen, dass ein Wirkspiegel von 0,5 μg/ml bis 100 μg/ml erreicht wird.In addition, a release of the active ingredient is achieved in a desired quantity. It has been found in medical experiments that it is sufficient if an active level of 0.5 μg / ml to 1000 μg / ml gentamycin is calibrated in the immediate vicinity of the implant. For economic reasons, it is proposed that an active level of 0.5 μg / ml to 100 μg / ml be achieved.
Dabei kann das erfindungsgemäße textile Erzeugnis vorzugsweise als ein Gewirk, ein Gestrick, ein Gewebe, ein Geflecht, ein Gelege, ein Faden oder insbesondere direkt als zumindest ein Teil eines Implantats vorliegen. Die biokompatible Wirkung ist weitgehend unabhängig von der konkreten konstruktiven Gestaltung des schließlich einzusetzenden Implantats. Vielmehr werden die beschriebenen Vorteile bereits durch die Oberflächenmodifikation der genannten oder ähnlicher Werkstoffe bei einer Verwendung als Implantat erzielt.The textile product according to the invention can preferably be present as a knitted fabric, a knitted fabric, a woven fabric, a mesh, a scrim, a thread or, in particular, directly as at least part of an implant. The biocompatible effect is largely independent of the specific constructive design of the implant that will ultimately be used. Rather, the advantages described are already achieved by surface modification of the materials mentioned or similar when used as an implant.
Aus diesem Grund löst die beschriebene Aufgabe auch das Verfahren zur Oberflächenmodifikation eines textilen Polymers, bei dem auf einem PVDF-Substrat eine proteinfreie Drug-Release-Matrix erzeugt wird. Hierbei ist es jedoch von Vorteil, wenn das PVDF-Substrat plasmaaktiviert wird, da hierdurch die Spacermoleküle besonders gut an das PVDF-Substrat gebunden werden können.For this reason, the task described also solves the method for surface modification of a textile polymer, in which a protein-free drug release matrix is generated on a PVDF substrate. In this case, however, it is advantageous if the PVDF substrate is plasma-activated, since the spacer molecules can thereby be bound particularly well to the PVDF substrate.
Insbesondere können vorteilhaft zur Erzeugung und Bindung der Spacermoleküle auf das PVDF- Substrat bei einer Plasmazündung mit mikro- oder radiowelleninduzierten Niederdruckplasmen durch Inertgas Radikale auf dem PVDF-Substrat erzeugt werden, welche nach Belüftung mit Luftsauerstoff zu Peroxyradikalen und schließlich zu Hydroperoxiden abreagieren, die anschließend durch thermische und/oder fotochemische Spaltung freie Radikale bilden, über welche Monomere pfropfcopolymerisiert werden. Dabei wirken bei diesem Plasmaaktivierungsverfahren die nach der Belüftung der Plasmaanlage entstandenen Hydroperoxide durch ihre Radikale als Initiatoren der radikalischen Pfropfcopolymerisati- on. Somit ist die Pfropfcopolymerisation eine für die Hydrophilierung und die Funktionalisierung von Oberflächen und die damit verbundene Möglichkeit zur Steigerung der Biokompatibilität vorteilhafte Methode.In particular, in order to generate and bind the spacer molecules to the PVDF substrate in the case of a plasma ignition with micro- or radio wave-induced low-pressure plasmas, radicals can be generated on the PVDF substrate by inert gas, which radicals react after ventilation with atmospheric oxygen to form peroxy radicals and finally to hydroperoxides, which subsequently react with Thermal and / or photochemical cleavage form free radicals, via which monomers are graft-copolymerized. In this plasma activation process, the hydroperoxides formed after ventilation of the plasma system act as initiators of the radical graft copolymers due to their radicals. on. Thus, the graft copolymerization is a method which is advantageous for the hydrophilization and functionalization of surfaces and the associated possibility of increasing the biocompatibility.
Alternativ hierzu wäre es beispielsweise möglich, zur Erzeugung und Bindung der Spacermoleküle auf das PVDF-Substrat bei einer Plasmazündung unter Atmosphärendruck durch Inertgas Radikale auf dem PVDF-Substrat zu erzeugen. Unabhängig von der Auswahl der Plasmaaktivierung kann jedoch vorteilhaft als Plasmagas Argon und/oder N2 verwendet werden.As an alternative to this, it would be possible, for example, to generate radicals on the PVDF substrate by inert gas in order to generate and bind the spacer molecules to the PVDF substrate during plasma ignition under atmospheric pressure. Irrespective of the selection of the plasma activation, argon and / or N 2 can advantageously be used as the plasma gas.
Auch kann erfindungsgemäß zur photochemischen Spaltung eine UV-induzierte Spaltung mittels eines Excimerstrahlers vorgenommen werden. Im Gegensatz zu Quecksilber-Hochdruck- und Niederdrucklampen ermöglichen Excimerstrahler die Emission inkohärenter schmalbandiger UV-Strahlung.According to the invention, UV-induced cleavage can also be carried out using an excimer lamp for photochemical cleavage. In contrast to high-pressure and low-pressure mercury lamps, excimer lamps allow the emission of incoherent narrow-band UV radiation.
Im Anschluss an die Pfropfcopolymerisation können überschüssige, nicht-kovalent gebundene Homopo- lymere entfernt werden. Hierfür kann das textile Erzeugnis bevorzugt mit Wasser oder einer wässrigen Lösung ausführlich gewaschen werden.After the graft copolymerization, excess, non-covalently bound homopolymers can be removed. For this purpose, the textile product can preferably be washed extensively with water or an aqueous solution.
Zum Erzeugen der Drug-Release-Matrix ist es jedoch generell bevorzugt, wenn als Spacermoleküle mittels Chemical-Vapour-Deposition-Polymerisationsverfahren (CVD-Polymerisationsverfahren) in der Gasphase erzeugte Monomere durch Abkühlung bei reduzierter Temperatur polymerisiert werden und diese polymerisierten Monomere in Form einer Polymermatrix an das PVDF-Substrat gebunden werden. Je nach den verwendeten Ausgangsverbindungen liegen die zur Herstellung der Monomere benötigten Temperaturen bzw. Drücke zwischen 500 und 1000 °C und kleiner 500 Pa. Bei Temperaturen kleiner 120 °C werden die Monomere polymerisiert.To produce the drug release matrix, however, it is generally preferred if monomers produced in the gas phase as chemical spacers by means of chemical vapor deposition polymerization processes (CVD polymerization processes) are polymerized by cooling at reduced temperature and these polymerized monomers in the form of a polymer matrix be bound to the PVDF substrate. Depending on the starting compounds used, the temperatures or pressures required to prepare the monomers are between 500 and 1000 ° C. and less than 500 Pa. The monomers are polymerized at temperatures below 120 ° C.
Die zu polymerisierenden Monomere können hierbei vorteilhaft 4-amino [2,2]-paracyclophan (amino- pcp), 4-hydroxymethyl-[2,2]-paracyclophan (hydroxymethyl-pcp), 4-carboxyl-[2,2]-paracyclophan (car- boxyl-pcp) und/oder [2,2]-Paracyclophan-4,5,12,13-tetracarbonsäuredianhydrid (anhydrid-pcp) aufweisen. Aber auch die guten isolatorischen Eigenschaften und die chemische Resistenz von Poly-p- xylylenen gegen praktisch alle Lösungsmittel können vorteilhaft für zahlreiche Anwendungen genutzt werden. Poly-2-chlor-p-xylylen-beschichtete Gegenstände haben für verschiedene Applikationen wie Katheter oder Herzschrittmacher eine FDA-Zulassung erhalten. Eine toxische oder kanzerogene Wirkung der Poly-p-xylylene ist nicht bekannt.The monomers to be polymerized can advantageously 4-amino [2,2] -paracyclophane (amino-pcp), 4-hydroxymethyl- [2,2] -paracyclophane (hydroxymethyl-pcp), 4-carboxyl- [2,2] - Paracyclophane (car-boxyl-pcp) and / or [2,2] -paracyclophane-4,5,12,13-tetracarboxylic acid dianhydride (anhydride-pcp). However, the good insulating properties and chemical resistance of poly-p-xylylenes to practically all solvents can also be used advantageously for numerous applications. Objects coated with poly-2-chloro-p-xylylene have received FDA approval for various applications such as catheters or pacemakers. A toxic or carcinogenic effect of poly-p-xylylene is not known.
Aus den bei der Beschreibung des Implantats erläuterten Gründen ist es von Vorteil, wenn die zu pfropfenden Monomere Vinylmonomere, insbesondere Acrylsäure (Aac), und/oder Macromonomere, insbe- sondere Polyethylenglycolmetacrylate (PEGMA), zur Bildung einer hochhydrophilen Hydrogelschicht beinhalten.For the reasons explained in the description of the implant, it is advantageous if the monomers to be grafted vinyl monomers, in particular acrylic acid (Aac), and / or macromonomers, in particular include special polyethylene glycol methacrylates (PEGMA) to form a highly hydrophilic hydrogel layer.
Dabei ist es alternativ und kumulativ von Vorteil, wenn zur Inkorporierung von Gentamycin in die Drug-Release-Matrix eine Lösung mit einer Konzentration von 0,1 bis 10 mg/ml, vorzugsweise zwischen 0.2 und 0,3 mg/ml, Gentamycin verwendet wird. Bei den durchgeführten Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass Beladungskonzentrationen in diesem Wertebereich eine sehr wirkungsvolle Beladung mit dem Wirkstoff gewährleisten, während bei einer weiteren Steigerung der Beladungskonzentration nur unerheblich mehr Gentamycin in der Drug-Release-Matrix inkorporiert wird.It is alternatively and cumulatively advantageous if a solution with a concentration of 0.1 to 10 mg / ml, preferably between 0.2 and 0.3 mg / ml, of gentamycin is used to incorporate gentamycin into the drug-release matrix , The investigations carried out have shown that loading concentrations in this range of values ensure a very effective loading of the active substance, while if the loading concentration is increased further, only insignificantly more gentamycin is incorporated in the drug-release matrix.
Angesichts der vorteilhaften Eignung eines in der beschriebenen Weise oberflächenmodifizierten textilen Erzeugnisses für eine intrakorporale Verwendung ist es von besonderem Vorteil, wenn mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein mehrschichtiges Textilerzeugnis, ein Bandersatz, ein Oesophaguser- satz, ein Darmersatz, ein Katheter, eine Membran oder eine Gefäßprothese hergestellt wird.In view of the advantageous suitability of a surface-modified textile product for intracorporeal use in the manner described, it is particularly advantageous if, with the method according to the invention, a multilayer textile product, a band replacement, an esophagus replacement, an intestinal replacement, a catheter, a membrane or a vascular prosthesis will be produced.
Dabei kann vorzugsweise ein Gewirk, ein Gestrick, ein Gewebe, ein Geflecht, ein Gelege, ein Faden oder insbesondere zumindest ein Teil eines Implantats mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.A knitted fabric, a knitted fabric, a woven fabric, a braid, a scrim, a thread or in particular at least part of an implant can preferably be produced using the method according to the invention.
Es sei erwähnt, dass sämtliche als vorteilhaft beschriebene, optionale Merkmale auch für sich genommen vorteilhaft und erfinderisch sind, sofern sie sich nicht explizit nur auf vorangegangene Merkmale beziehen.It should be mentioned that all optional features described as advantageous are also advantageous and inventive in themselves, provided that they do not explicitly relate only to previous features.
Im Folgenden wird auf die durchgeführten Untersuchungen näher eingegangen und schließlich das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Beispielen erläutert.The investigations carried out are discussed in more detail below and the method according to the invention is finally explained using examples.
Hierbei wird auf die Zeichnung Bezug genommen. Dort zeigenHere, reference is made to the drawing. Show there
Figur 1 schematisch den molekularen Aufbau einer erfindungsgemäß modifizierten Oberfläche,FIG. 1 shows schematically the molecular structure of a surface modified according to the invention,
Figur 2 in einem Diagramm die Ergebnisse von Kristallinitätsuntersuchungen,FIG. 2 shows the results of crystallinity studies in a diagram,
Figur 3 in einer Tabelle grundlegende Messwerte hierzu,FIG. 3 shows basic measurement values in a table,
Figur 4 in einem Diagramm Messwerte zur Freisetzung von Gentamycin in Abhängigkeit von der Beladungskonzentration und der Inkubationszeit, Figur 5 in einem weiteren Diagramm Ergebnisse eines Versuchs zur Beladung mit Gentamycin in Abhängigkeit der Beladungskonzentration und der Vorquellung undFIG. 4 shows measured values for the release of gentamycin as a function of the loading concentration and the incubation time, FIG. 5 shows, in a further diagram, results of an experiment for loading with gentamycin as a function of the loading concentration and the pre-swelling and
Figur 6 in einem Diagramm Ergebnisse eines Versuchs zur Freisetzung von Gentamycin inFigure 6 in a diagram results of an experiment for the release of gentamycin in
Abhängigkeit von der Beladungskonzentration und der Inkubationszeit.Depends on the loading concentration and the incubation time.
Zur Untersuchung wurde zunächst eine Polyacrylsäure-Beschichtung auf PVDF-Netzen durchgeführt. Anschließend wurde der Einfluss der Plasmabehandlung auf Pfropfcopolymerisation untersucht, woraufhin mit einem Anfärbetest eine Prozesskontrolle durchgeführt wurde. Nach darauf folgenden Kristal- linitätsuntersuchungen wurden dann insbesondere Versuche zur Optimierung der Beladung und der Freisetzungskinetik mit Gentamycin auf zweidimensionalen PVDF-Netzen durchgeführt.For the investigation, a polyacrylic acid coating was first carried out on PVDF nets. The influence of the plasma treatment on graft copolymerization was then examined, whereupon a process control was carried out using a staining test. After the subsequent crystallinity investigations, attempts were then made in particular to optimize the loading and the release kinetics with gentamycin on two-dimensional PVDF networks.
Die in Figur 1 dargestellte modifizierte Oberfläche stellt die Erfindung schematisch dar. Hierbei ist auf einem PVDF-Substrat 1 eine Matrix aus Polyacrylsäure 2a, 2b, 2c angeordnet und an das Substrat 1 kovalent gebunden. An den anionischen COO"-Gruppen ist das kationische Gentamycin G adsorptiv angelagert. Dabei findet sich innerhalb der gesamten Matrix 2a, 2b, 2c das Gentamycin G. Die äußeren Öffnungen 3 a, 3b, die zwischen der Polyacrylsäure 2a, 2b, 2c liegen, sind frei von Proteinen.The modified surface shown in FIG. 1 represents the invention schematically. Here, a matrix of polyacrylic acid 2a, 2b, 2c is arranged on a PVDF substrate 1 and covalently bound to the substrate 1. The cationic gentamycin G is adsorptively attached to the anionic COO " groups. Gentamycin G is found within the entire matrix 2a, 2b, 2c. The outer openings 3a, 3b, which lie between the polyacrylic acid 2a, 2b, 2c, are free of proteins.
Eine Inkorporierung von Gentamycin in die Polyacrylsäure-Matrix wurde mit einer Beladungslösung mit einer Konzentration von 0,1 bis 10 mg/ml Gentamycin und mit einem pH- Wert größer 6 zuverlässig erreicht.Incorporation of gentamycin into the polyacrylic acid matrix was reliably achieved with a loading solution with a concentration of 0.1 to 10 mg / ml gentamycin and with a pH greater than 6.
Das Diagramm in Figur 2 zeigt DSC-Thermogramme von PVDF-Filament-blau (Kurvenverlauf 10) und PVDF-Filament-grün (Kurve 11). Hierbei ist der Wärmefluss in W/g auf einer Achse 12 über der Temperatur in °C aufgetragen, so wie er sich bei den Kristallinitätsuntersuchungen an PVDF-Filamenten ergeben hat. Genauere Angaben zu thermischen Eigenschaften von PVDF-Materialien nach den durchgeführten DSC-Messungen sind in der Tabelle aufgeführt, die in Figur 3 gezeigt wird. Hierbei beinhaltet Zeile 20 Daten zu Kurve 10 (blau) und Zeile 21 Daten zu Kurve 11 (grün). In der weiteren Unterteilung bezeichnen die Zeilen Hl Werte bei einem ersten Aufheizen und die Zeile H2 Messwerte beim zweiten Aufheizen. In Spalte 22 sind die Werte zum Schmelzpeak zusammengestellt, während in Spalte 23 Messwerte zum Kristallisationspeak stehen. Der Wert in Spalte 24 gibt den Kristallinitätsgrad bei jeweils zugehöriger Schmelztemperatur Tm und massenbezogener Energiedifferenz ΔHm an, während T0 und ΔH0 die jeweiligen Werte bei der Kristallisation darstellen.The diagram in FIG. 2 shows DSC thermograms of PVDF filament blue (curve profile 10) and PVDF filament green (curve 11). Here, the heat flow in W / g is plotted on an axis 12 above the temperature in ° C, as it resulted from the crystallinity tests on PVDF filaments. More detailed information on the thermal properties of PVDF materials after the DSC measurements have been carried out is shown in the table which is shown in FIG. 3. Line 20 contains data for curve 10 (blue) and line 21 data for curve 11 (green). In the further subdivision, the lines Hl denote values for a first heating up and the line H2 measurement values for a second heating up. Column 22 shows the values for the melting peak, while column 23 contains measurements for the crystallization peak. The value in column 24 indicates the degree of crystallinity with the associated melting temperature T m and mass-related energy difference ΔH m , while T 0 and ΔH 0 represent the respective values during crystallization.
Um die gewünschten Prozesse der Wirkstoffabgabe durch eine Drug-Release-Matrix technisch wie wirtschaftlich optimieren zu können, wurden Untersuchungen zur Optimierung der Beladungskonzentration und Untersuchungen zur Abhängigkeit von der Vorquellung vorgenommen. Ergebnisse zur erstgenannten Untersuchung sind im in Figur 4 gezeigten Diagramm dargestellt. Das Diagramm zeigt den Einfluss der Gentamycinkonzentration in der Beladungslösung auf die spätere Freisetzung des Wirkstoffs aus der untersuchten Matrix. Hierbei ist auf der Abszisse 30 die Inkubationszeit in Serum bei 37 °C in Minuten aufgetragen, während auf der Ordinate die Freisetzung von Gentamycin auf 25 mg der Matrix normiert in Mikrogramm pro Milliliter aufgetragen ist. Die Messpunkte auf den Kurven 31, 32, 33, 34 repräsentieren hierbei Messwerte, die sich nach einer Beladungskonzentration von 10 mg, 1 mg, 0,25 mg bzw. 0.5 mg/ml ergeben haben.In order to technically and economically optimize the desired processes of drug delivery through a drug release matrix, studies were carried out to optimize the loading concentration and studies on the dependence on the pre-swelling. Results of the first-mentioned investigation are shown in the diagram shown in FIG. 4. The diagram shows the influence of the gentamycin concentration in the loading solution on the subsequent release of the active substance from the matrix examined. The abscissa 30 shows the incubation time in serum at 37 ° C. in minutes, while the ordinate shows the release of gentamycin normalized to 25 mg of the matrix in micrograms per milliliter. The measuring points on the curves 31, 32, 33, 34 represent measured values which resulted after a loading concentration of 10 mg, 1 mg, 0.25 mg or 0.5 mg / ml.
Ergebnisse eines weiteren Versuchs zum Einfluss der Beladungskonzentration und der Vorquellung sind im Diagramm 40 in Figur 5 dargestellt. Hier ist die Differenz zur Ausgangsmenge von Gentamycin vor der Beladung in Mikrogramm auf der Ordinate 41, welche die Inkubationszeit in Stunden darstellt, aufgetragen. Der Beladungsversuch wurde bei 24 °C durchgeführt und die Proben wurden geschüttelt. Dabei zeigen im Diagramm 40 die Messpunkte auf den Kurven 42, 43, 44, 45, 46 Messwerte, die sich bei unterschiedlichen Parametern eingestellt haben. Hierbei wurde für die mit Dreiecken gekennzeichneten Messwerte auf den Kurven 42 und 45 eine Beladungskonzentration von 0,5 mg/ml Gentamycin verwendet, wobei die durch ausgefüllte Dreiecke repräsentierten Messwerte auf der Kurve 45 auf einer Beladungslösung von 0.5 mg/ml Gentamycin in PBS (ungequollen) basieren, während die auf der Kurve 42 liegenden Messwerte durch zwölf Stunden langes Quellen in Aqua bidest hervorgerufen wurden. Die den durch ausgefüllte ICreise auf der Kurve 46 gezeigten Messwerten zugrundeliegenden Parameter unterscheiden sich von denjenigen, die zur Kurve 45 geführt haben, nur in der Beladungskonzentration, denn der Kurve 46 liegt eine Beladungslösung mit einer Konzentration von 0,25 mg/ml Gentamycin in PBS (nicht gequollen) zugrunde. Die Parameterkombinationen, die zu den Messwerten der Kurve 44 (0,25 mg/ml Gentamycin in PBS, 12 Stunden quellen in Aqua bidest bei 22 °C) bzw. 43 (0,25 mg/ml Gentamycin in H20, nicht gequollen) geführt haben, sind zur Beladung mit Gentamycin offenbar ebenso schlecht geeignet wie die Parameterkombination, die zu den Messwerten auf der Kurve 42 geführt hat.Results of a further experiment on the influence of the loading concentration and the pre-swelling are shown in diagram 40 in FIG. 5. The difference from the starting amount of gentamycin before loading in micrograms is plotted on ordinate 41, which represents the incubation time in hours. The loading test was carried out at 24 ° C and the samples were shaken. In diagram 40, the measurement points on curves 42, 43, 44, 45, 46 show measurement values that have been set for different parameters. A loading concentration of 0.5 mg / ml gentamycin was used for the measured values marked with triangles on curves 42 and 45, the measured values represented by solid triangles on curve 45 on a loading solution of 0.5 mg / ml gentamycin in PBS (unswollen ) are based, while the measured values on curve 42 were caused by twelve hours of swelling in Aqua bidest. The parameters on which the measured values shown by the filled-in IC circles on curve 46 are based differ from those that led to curve 45 only in the loading concentration, because curve 46 contains a loading solution with a concentration of 0.25 mg / ml gentamycin in PBS (not swollen). The parameter combinations that did not swell to the measured values of curve 44 (0.25 mg / ml gentamycin in PBS, 12 hours swelling in aqua bidest at 22 ° C) or 43 (0.25 mg / ml gentamycin in H 2 0) ) are apparently just as unsuitable for loading with gentamycin as the parameter combination that led to the measured values on curve 42.
Das Diagramm 50 in Figur 6 zeigt Messergebnisse zur Freisetzung von Gentamycin, wobei die Menge Gentamycin auf 25 mg der Matrix normiert, in Mikrogramm pro Milliliter angegeben, auf der Ordinate 51 aufgetragen ist. Die Abszisse 52 stellt die Inkubationszeit in Serum bei 37 °C in Minuten dar. Die Messwerte auf der Kurve 53 ergeben sich hierbei nach einer Beladungskonzentration von 0,5 mg/ml, die Messwerte auf der Kurve 54 aus einer Konzentration von 0,25 mg/ml. Hierbei ist anzumerken, dass die Kurven 53, 54 jeweils entlang der niedrigsten gemessenen Werte (exemplarisch beziffert mit 55a, b) gelegt wurden, während sich jeweils noch deutlich höhere Messwerte (exemplarisch beziffert mit 56a, b) ergeben haben. Bei medizinischen Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass eine Freisetzung von 20 μg /ml auf jeden Fall therapeutisch ausreichend ist.Diagram 50 in FIG. 6 shows measurement results for the release of gentamycin, the amount of gentamycin being normalized to 25 mg of the matrix, given in micrograms per milliliter, on which ordinate 51 is plotted. The abscissa 52 represents the incubation time in serum at 37 ° C. in minutes. The measured values on the curve 53 result from a loading concentration of 0.5 mg / ml, the measured values on the curve 54 from a concentration of 0.25 mg / ml. It should be noted here that the curves 53, 54 were each placed along the lowest measured values (numbered 55a, b for example), while significantly higher measured values (numbered 56a, b for example) have resulted. Medical examinations have shown that a release of 20 μg / ml is definitely therapeutically sufficient.
Aus den Versuchen ergibt sich somit zum Einen, dass eine technisch wie wirtschaftlich optimale Beladungskonzentration der PVDF-Netze mit Gentamycin bei 0,25 mg/ml liegt. Außerdem sollte die Beladung der mit Poly-acrylsäure gepfropften PVDF-Netze im nicht vorgequollenen Zustand aus PBS-Puffer erfolgen. Hierdurch werden Freisetzungsmengen erreicht, die eine therapeutisch ausreichende Menge sicherstellen.On the one hand, the tests show that the technically and economically optimal loading concentration of the PVDF networks with gentamycin is 0.25 mg / ml. In addition, the PVDF networks grafted with polyacrylic acid should be loaded from PBS buffer in the non-pre-swollen state. In this way, release amounts are achieved which ensure a therapeutically sufficient amount.
Im Folgenden werden konkrete Verfahrensbeispiele zur Erfindung angegeben.Specific process examples for the invention are given below.
Verfahren zur AcrylsäuredestillationProcess for acrylic acid distillation
Zur Acrylsäuredestillation werden ein Magnetrührer mit Heizplatte, eine Heizhaube mit Temperaturregelgerät, ein Rundkolben, eine Vigreuxkolonne, eine Destillierbrücke nach Claisen mit Liebigkühler und Vakuumanschluss, ein Schliffthermometer, ein Schlenkkolben mit Stickstoffanschluss und eine Vakuumanlage mit HV-Pumpe mit Kühlfalle und Stickstoffanschluss verwendet.For acrylic acid distillation, a magnetic stirrer with heating plate, a heating hood with temperature control device, a round bottom flask, a Vigreux column, a Claisen still with a Liebig cooler and vacuum connection, a thermometer, a Schlenk flask with nitrogen connection and a vacuum system with HV pump with cold trap and nitrogen connection are used.
An Chemikalien werden Acrylsäure mit Stabilisator (2-Hydroxyethylmetacrelate, 99 %), 4- Methoxyphenol (Hydrochinonmonomethylether) mit 1 g/1 Acrylsäure, Reinst-Stickstoff 5.0 und flüssiger Stickstoff zum Kühlen der Kühlfalle verwendet.The chemicals used are acrylic acid with stabilizer (2-hydroxyethyl metacrelate, 99%), 4-methoxyphenol (hydroquinone monomethyl ether) with 1 g / 1 acrylic acid, ultra-pure nitrogen 5.0 and liquid nitrogen to cool the cold trap.
Dabei wird zunächst die Kühlfalle mit dem flüssigen Stickstoff gekühlt. Nach Anschluss des Kühlwassersystems werden 800 ml Acrylsäure und 800 mg Hydroclünon in die Vorlage gegeben und der Rührmagnet hinzugegeben. Nach Einstellen eines Vakuums von mindestens 6 * 10"2 mbar in der Anlage wird diese mit Stickstoff luftfrei gespült, damit unter Schutzgasatmosphäre destilliert werden kann.The cold trap is first cooled with the liquid nitrogen. After connecting the cooling water system, 800 ml of acrylic acid and 800 mg of hydroclünone are added to the template and the stirring magnet is added. After setting a vacuum of at least 6 * 10 "2 mbar in the system, the system is purged with nitrogen so that it can be distilled under an inert gas atmosphere.
Nach diesen Vorbereitungshandlungen wird die Vorlage langsam auf 80 °C erwärmt. Dabei wird permanent gerührt, so dass die Destillation gleichmäßig und auch optisch überwachbar stattfindet. Da die Destillation eine Temperatur von 80 ± 5 °C erfordert, wird zunächst nur auf 65 °C erwärmt und danach in Schritten von jeweils 2 °C weiter erhitzt. Ab dem Beginn der Destillation wird die erreichte Temperatur konstant gehalten, wobei ein Temperaturfenster von ± 5 °C zugelassen wird.After these preparatory steps, the template is slowly heated to 80 ° C. The mixture is constantly stirred so that the distillation takes place evenly and can be monitored optically. Since the distillation requires a temperature of 80 ± 5 ° C, it is first heated to 65 ° C and then heated further in steps of 2 ° C. From the start of the distillation, the temperature reached is kept constant, a temperature window of ± 5 ° C being permitted.
Die ersten 10 ml des Destillats werden verworfen, um zu erwartende Abweichungen während des Prozessanlaufs auszuschließen. Das gewonnene verwendungsfähige Destillat wird unter Stickstoff bei maximal 4 °C im Kühlschrank gelagert. Thermische Pfropfcopolymerisisation von PVDF-NetzenThe first 10 ml of the distillate is discarded in order to rule out any expected deviations during the start of the process. The usable distillate obtained is stored under nitrogen at a maximum of 4 ° C in the refrigerator. Thermal graft copolymerization of PVDF nets
Zur thermischen Pfropfcopolymerisisation werden an Geräten ein Heizpilz, ein Rundkolben, Teflonsiedesteine, ein Soxhlet, ein Rückflusskühler, eine Stativplatte, ein Stativstab, Massivklemmen und ein Umlufttrockenschrank verwendet. Als Lösungsmittel kommen m-Hexan sowie Ethanol zum Einsatz. Zum Extrahieren der Netze werden diese so in das Soxhlet gegeben, dass sie zu allen Seiten frei sind. Das Lösungsmittel wird nun in den Rundkolben mit einem Verhältnis Hexan zu Ethanol von 79 zu 21 w/w gegeben. Nach einer Extraktionsdauer von ca. 48 Stunden werden die Netze im Trockenschrank bei ca. 30 °C für zwölf Stunden getrocknet.For thermal graft copolymerization, a heating element, a round bottom flask, teflon stones, a Soxhlet, a reflux condenser, a tripod plate, a tripod rod, solid clamps and a circulating air drying cabinet are used on devices. M-Hexane and ethanol are used as solvents. To extract the nets, they are placed in the Soxhlet so that they are free on all sides. The solvent is then added to the round bottom flask with a hexane to ethanol ratio of 79 to 21 w / w. After an extraction period of approx. 48 hours, the nets are dried in the drying cabinet at approx. 30 ° C for twelve hours.
Nachdem die Netze 180 Sekunden lang mit Argon plasmaaktiviert worden sind, werden diese innerhalb von 30 Minuten weiterverarbeitet.After the nets have been plasma activated with argon for 180 seconds, they are processed within 30 minutes.
Zur Vorbereitung hiervon wird die destillierte Acrylsäure aufgetaut und eine 20 %-ige Acrylsäurelösung mit H20 hergestellt. Dann wird ein Quarzglasrohr oder ein anderes geeignetes Gefäß mit Schraubver- schluss an dem Stativ mit einer Klemme befestigt und die Acrylsäurelösung in das Gefäß hineingegeben. Nach einer sorgfältigen Entgasung mit Stickstoff wird der Probenständer mit den Netzen zugegeben. Das Gefäß wird nun dicht verschlossen und in ein Wasserbad gehängt, welches anschließend auf 90 °C erhitzt und gerührt wird. Dieses Verfahren wird so lange durchgeführt, bis die Lösung viskos wird.To prepare this, the distilled acrylic acid is thawed and a 20% acrylic acid solution with H 2 0 is prepared. Then a quartz glass tube or another suitable container with a screw cap is attached to the stand with a clamp and the acrylic acid solution is added to the container. After careful degassing with nitrogen, the sample rack with the nets is added. The vessel is now tightly closed and hung in a water bath, which is then heated to 90 ° C and stirred. This process is continued until the solution becomes viscous.
Anschließend werden die Netzfolien einmal kurz und fünfmal innerhalb von vier Stunden mit destilliertem H20 gewaschen. Anschließend wird über die Dauer von einem Tag mehrmals mit destilliertem H20 gewaschen. Schließlich werden die Folien für ca. drei Stunden bei 30 °C getrocknet und anschließend trocken gelagert.The mesh films are then washed briefly once and five times within four hours with distilled H 2 O. It is then washed several times with distilled H 2 O over a period of one day. Finally, the foils are dried for about three hours at 30 ° C and then stored dry.
Beispiel 3Example 3
Unter Anwendung der Plasmaaktivierung wird zur Pfropfcopolymerisation von PVDF-Substrat ein PVDF-Substrat einem gepulstem Mikrowellenplasma (Pulsdauer 1600 μs, Periodendauer 2000 μs) von 1,5 bis 2 kW Leistung mit Argon (Durchflussrate 5 1/h) als Plasmagas unter Druck von 10 bis 15 Pa und unter Variation der Behandlungszeit von 15 bis 300 Sekunden ausgesetzt. Die weitere Verarbeitung des PVDF-Substrats erfolgt nach einer Luftexposition von 20 bis 150 Minuten. Die Pfropfcopolymerisation des argonplasmabehandelten PVDF-Substrats wird jeweils unter Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Da die O-O-Bindungsenergie in Hydroperoxiden mit 150 kJ/mol niedrig ist, ist eine Spaltung von Hydroperoxiden durch Zufuhr entsprechender Energiemengen möglich. Temperaturen von 50 bis 100 °C reichen aus, um eine solche Spaltung zu erreichen. Die Initiierung der Pfropfcopolymerisation erfolgt durch eine thermische Hydroperoxidspaltung bei 90 °C.Using plasma activation, for the graft copolymerization of PVDF substrate, a PVDF substrate is applied to a pulsed microwave plasma (pulse duration 1600 μs, period duration 2000 μs) of 1.5 to 2 kW power with argon (flow rate 5 1 / h) as plasma gas under pressure of 10 exposed to 15 Pa and varying the treatment time from 15 to 300 seconds. The PVDF substrate is further processed after an air exposure of 20 to 150 minutes. The graft copolymerization of the argon plasma-treated PVDF substrate is carried out in each case under a nitrogen atmosphere. Since the OO binding energy in hydroperoxides is low at 150 kJ / mol, it is possible to split hydroperoxides by adding appropriate amounts of energy. Temperatures of 50 to 100 ° C are sufficient to achieve such a split. Graft copolymerization is initiated by thermal hydroperoxide cleavage at 90 ° C.
Alternativ hierzu kann auch eine UN-induzierte Spaltung vorgenommen werden. Im Gegensatz zu Quecksilber-Hochdrucklampen und Quecksilber-Niederdrucklampen ermöglichen Excimerstrahler die Emission inkohärenter schmalbandiger UN-Strahlung. Es wird ein Xenonchloridstrahler eingesetzt, dessen Emissionsmaximum bei 308 liegt. Die Energie dieser Photonen liegt bei etwa 400 kJ/mol.Alternatively, a UN-induced cleavage can also be carried out. In contrast to high-pressure mercury lamps and low-pressure mercury lamps, excimer lamps enable the emission of incoherent narrow-band UN radiation. A xenon chloride emitter with an emission maximum of 308 is used. The energy of these photons is around 400 kJ / mol.
Beispiel 4Example 4
Nach einer Plasmaaktivierung wird zur Beschichtung einer PVDF-Oberfläche diese in einem ersten Schritt durch eine radikalisch induzierte Pfropfcopolymerisation von Acrylsäure funktionalisiert (PVDF- PAAc).After plasma activation, the coating of a PVDF surface is functionalized in a first step by a radical-induced graft copolymerization of acrylic acid (PVDF-PAAc).
Die Acrylsäure (AAc) sorgt auf PVDF-Substrat für eine hydrophile, carboxylgruppenhaltige Oberfläche. Die Durchführung der thermisch plasmainduzierten Pfropfcopolymerisation der Acrylsäure erfolgt unter Verwendung einer Monomerkonzentration von 5 bis 50 %, vorzugsweise ca. 25%, in entionisiertem Wasser (v/v), bevorzugt 20 bis 30 % (v/v), und einer Polymerisationsdauer von 15 bis 90, bevorzugt 30 bis 60. Minuten bei 90 °C thermisch oder durch eine 2,5- bis 5-minütige Bestrahlung mit UV-Licht. Nach Abbruch der Polymerisation wird nicht kovalent an das PVDF-Substrat gebundenes Homopolymer durch ausführliches Waschen mit Wasser oder einer wässrigen Lösung entfernt.Acrylic acid (AAc) provides a hydrophilic, carboxyl group-containing surface on PVDF substrate. The thermal plasma-induced graft copolymerization of acrylic acid is carried out using a monomer concentration of 5 to 50%, preferably approx. 25%, in deionized water (v / v), preferably 20 to 30% (v / v), and a polymerization time of 15 to 90, preferably 30 to 60. minutes at 90 ° C thermally or by a 2.5 to 5 minute irradiation with UV light. After the termination of the polymerization, homopolymer that is not covalently bound to the PVDF substrate is removed by extensive washing with water or an aqueous solution.
Die auf diese Weise erhaltene modifizierte Oberfläche ist hochhydrophil und besitzt eine hohe Konzentration an Carboxylgruppen. Nun kann sie insbesondere für die Beladung mit Antibiotikum genutzt werden.The modified surface obtained in this way is highly hydrophilic and has a high concentration of carboxyl groups. Now it can be used in particular for loading with antibiotics.
Die oberflächengebundenen Carboxylgruppen werden zur Aktivierung 20 Minuten mit einer wässrigen EDC/NHS-Lösung (0.2 M / 0, 1 M) behandelt. Anschließend werden die Oberflächen kurz mit deionisiertem Wasser gespült und für mehrere Stunden in einer Lösung von 1 mg/ml GRGDS-Peptid in 0,1 M Natriumhydrogencarbonat-Puffer (pH 8,4) inkubiert. Die Entfernung ungebundenen Peptids erfolgt durch mehrfaches intensives Spülen mit deionisiertem Wasser.The surface-bound carboxyl groups are treated for 20 minutes with an aqueous EDC / NHS solution (0.2 M / 0.1 M) for activation. The surfaces are then rinsed briefly with deionized water and incubated for several hours in a solution of 1 mg / ml GRGDS peptide in 0.1 M sodium hydrogen carbonate buffer (pH 8.4). The unbound peptide is removed by repeated intensive rinsing with deionized water.
Beispiel 5 Mittels Plasmaaktivierung wird ein PVDF-Substrat beschichtet. Die Pfropfcopolymerisation von Acrylsäure und die anschließende Aktivierung erfolgen wie vorhergehend beschrieben.Example 5 A PVDF substrate is coated by means of plasma activation. The graft copolymerization of acrylic acid and the subsequent activation take place as described above.
Um nun die ungewollte Proteinadsorption zu verhindern, wird ein Hydrogelkomplex immobilisiert. Dazu wird das aktivierte PVDF-PAAc-Substrat in eine PEI-Lösung (1 mg/ml) für 1 Stunde bei Raumtemperatur eingetaucht. Danach wird das PVDF-Substrat in einer Puffer-Lösung (NaHPO4/Na0H pH 6,4) bei 11%-igem K2S0„, 1 mg ml PEG-(aldehyd)2 (MW 3400), 3mg/ml NaCNBEL, als Reduktionsmittel 8-12 h bei 30 bis 60°C (beste Ergebnisse: 8h, 60°C) inkubiert und anschließend mit Wasser gewaschen. Dann wird die Probe für 2 Stunden mit einer RGD-Peptid Lösung (1 mg/ml in Phosphatpuffer, Reduktionsmittel NaCNBH4) bei Raumtemperatur versetzt.In order to prevent the unwanted protein adsorption, a hydrogel complex is immobilized. For this purpose, the activated PVDF-PAAc substrate is immersed in a PEI solution (1 mg / ml) for 1 hour at room temperature. Then the PVDF substrate in a buffer solution (NaHPO4 / Na0H pH 6.4) at 11% K 2 S0 ", 1 mg ml PEG- (aldehyde) 2 (MW 3400), 3 mg / ml NaCNBEL, as Incubating agent incubated for 8-12 h at 30 to 60 ° C (best results: 8h, 60 ° C) and then washed with water. Then the sample is mixed with an RGD peptide solution (1 mg / ml in phosphate buffer, reducing agent NaCNBH4) at room temperature for 2 hours.
Beispiel 6Example 6
Die Durchführung der plasmainduzierten Pfropfcopolymerisation eines Methacrylats mittels Plasmaaktivierung kann unter Verwendung einer Monomerkonzentration von 5 bis 50% (v/v), bevorzugt 20 bis 30% (v/v) in einer Wasser/Methanol-Mischung und einer Polymerisationsdauer von 1 bis 4 Stunden, bevorzugt 2 bis 3 Stunden, bei 90 °C thermisch oder durch 10-minütiges bis 30-minütiges Bestrahlen mit UV-Licht erfolgen. In einem nachfolgenden Schritt werden die mittels Plasmapfropfpolymerisation erzeugten freien Carboxyl- bzw. Hydroxylgruppen der Materialoberfläche aktiviert. Als Aktivierungsmittel für die Carboxylgruppen können z.B. EDC [l-(3-Dimethylaminopropyl)-3-20 ethylcarbodiimidhydrochlorid] oder DDC [1,2-Dicyclohexylcarbodiimid] und für die Hydroxylgruppen z.B. Diisocyanat wie Hexamethyldiiso- cyanat oder 2,2,2- Trifluoroethansulfonchlorid (Tresylchlorid) verwendet werden. Eine mit Glycidylmethacry- lat modifizierte PVDF-Oberfläche kann ohne vorherige Aktivierung eingesetzt werden. The plasma-induced graft copolymerization of a methacrylate by means of plasma activation can be carried out using a monomer concentration of 5 to 50% (v / v), preferably 20 to 30% (v / v) in a water / methanol mixture and a polymerization time of 1 to 4 hours , preferably 2 to 3 hours, at 90 ° C thermally or by 10 minutes to 30 minutes of exposure to UV light. In a subsequent step, the free carboxyl or hydroxyl groups of the material surface generated by means of plasma graft polymerization are activated. As activating agents for the carboxyl groups e.g. EDC [1- (3-dimethylaminopropyl) -3-20 ethyl carbodiimide hydrochloride] or DDC [1,2-dicyclohexyl carbodiimide] and for the hydroxyl groups e.g. Diisocyanate such as hexamethyl diisocyanate or 2,2,2-trifluoroethanesulfon chloride (tresyl chloride) can be used. A PVDF surface modified with glycidyl methacrylate can be used without prior activation.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Textiles Erzeugnis mit Oberflächenmodifikation, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem PVDF-Substrat eine proteinfreie Drug-Release-Matrix angeordnet ist.1. Textile product with surface modification, characterized in that a protein-free drug release matrix is arranged on a PVDF substrate.
2. Textiles Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drug-Release-Matrix Spacermoleküle aufweist, die mit dem Substrat verbunden sind, wobei zumindest ein Teil der Spacermoleküle als Hydrogelschicht ausgebildet ist.2. Textile product according to claim 1, characterized in that the drug release matrix has spacer molecules which are connected to the substrate, at least some of the spacer molecules being designed as a hydrogel layer.
3. Textiles Erzeugnis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spacermoleküle kovalent an das Substrat gebunden sind.3. Textile product according to claim 1 or 2, characterized in that the spacer molecules are covalently bound to the substrate.
4. Textiles Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spacermoleküle Polyethylenglycole, Dialdehyde, Diisocyanate und/oder Dicarbonsäurechlo- ride sind.4. Textile product according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer molecules are polyethylene glycols, dialdehydes, diisocyanates and / or dicarboxylic acid chloride.
5. Textiles Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spacermoleküle freie Carboxyl-, Hydroxyl- und/oder Aminogruppen aufweisen.5. Textile product according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer molecules have free carboxyl, hydroxyl and / or amino groups.
6. Textiles Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spacermoleküle vollständig als Hydrogelschicht ausgebildet sind.6. Textile product according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer molecules are completely formed as a hydrogel layer.
7. Textiles Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrogelschicht kovalent an das Substrat gebunden ist.7. Textile product according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrogel layer is covalently bound to the substrate.
8. Textiles Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrogelschicht Vinylmonomere, insbesondere Acrylsäure oder Polyacrylsäure, beinhaltet.8. Textile product according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrogel layer contains vinyl monomers, in particular acrylic acid or polyacrylic acid.
9. Textiles Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Acrylsäure oder Polyacrylsäure eine Konzentration von 10"8 bis 5 * 10"7, vorzugsweise von 2 * 10"8 bis 4 * 10"8, mol COOH/cm2, hat.9. Textile product according to one of the preceding claims, characterized in that the acrylic acid or polyacrylic acid has a concentration of 10 "8 to 5 * 10 " 7 , preferably 2 * 10 "8 to 4 * 10 " 8 , mol COOH / cm 2 , Has.
10. Textiles Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrogelschicht Macromonomere, insbesondere Polyethylenglycolmetacrylate (PEGMA), Polyethylenglycole (PEGs), Polyethylenimine, modifizierte Stärke, modifizierte Dextrane und/oder hydrogelkomplexe Polyethylenimine/Polyethylenglycole (PEI/PEG) beinhaltet. 10. Textile product according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrogel layer contains macromonomers, in particular polyethylene glycol methacrylates (PEGMA), polyethylene glycols (PEGs), polyethyleneimines, modified starch, modified dextrans and / or hydrogel-complex polyethyleneimines / polyethylene glycols (PEI / PEG).
11. Textiles Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pH- Wert der Drug-Release-Matrix höher ist als der pKa-Wert des PVDF-Substrats.11. Textile product according to one of the preceding claims, characterized in that the pH of the drug release matrix is higher than the pKa of the PVDF substrate.
12. Textiles Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drug-Release-Matrix oder die aus der Hydrogelschicht und den Spacermolekülen bestehende Matrix eine Dicke von 0,1 bis 1 μm, vorzugsweise von 0,5 bis 1 μm, hat.12. Textile product according to one of the preceding claims, characterized in that the drug-release matrix or the matrix consisting of the hydrogel layer and the spacer molecules has a thickness of 0.1 to 1 μm, preferably of 0.5 to 1 μm ,
13. Textiles Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrogelschicht mit Wirkstoffen beladen ist.13. Textile product according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrogel layer is loaded with active ingredients.
14. Textiles Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkstoffe adsorptiv angelagert sind.14. Textile product according to one of the preceding claims, characterized in that the active substances are adsorptively attached.
15. Textiles Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkstoffe ein Antibiotikum, vorzugsweise Gentamycin, beinhalten.15. Textile product according to one of the preceding claims, characterized in that the active ingredients contain an antibiotic, preferably gentamycin.
16. Textiles Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkstoffe kationische Gruppen aufweisen.16. Textile product according to one of the preceding claims, characterized in that the active substances have cationic groups.
17. Textiles Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der direkten Umgebung bei Implantierung ein Wirkspiegel von mehr als 0,5 μg/ml und vorzugsweise weniger als 100 μg/ml Gentamycin erreicht wird.17. Textile product according to one of the preceding claims, characterized in that an active level of more than 0.5 μg / ml and preferably less than 100 μg / ml gentamycin is achieved in the immediate vicinity during implantation.
18. Textiles Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gewirk, ein Gestrick, ein Gewebe, ein Geflecht, ein Gelege, einen Faden oder insbesondere zumindest einen Teil eines Implantats bildet.18. Textile product according to one of the preceding claims, characterized in that it forms a knitted fabric, a knitted fabric, a woven fabric, a mesh, a scrim, a thread or in particular at least part of an implant.
19. Verfahren zur Oberflächenmodifikation eines textilen Polymers, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem PVDF-Substrat eine proteinfreie Drug-Release-Matrix erzeugt wird.19. Process for the surface modification of a textile polymer, characterized in that a protein-free drug-release matrix is produced on a PVDF substrate.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das PVDF-Substrat plasmaaktiviert wird.20. The method according to claim 19, characterized in that the PVDF substrate is plasma activated.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung und Bindung der Spacermoleküle an das PVDF-Substrat bei einer Plasmazündung mit mikro- oder ra- diowelleninduzierten Niederdruckplasmen durch Inertgas Radikale auf dem PVDF-Substrat erzeugt werden, welche nach Belüftung mit Luftsauerstoff zu Peroxyradikalen und schließlich zu Hydroperoxiden abreagieren, die anschließend durch thermische und/oder fotochemische Spaltung freie Radikale bilden, über welche Monomere pfropfcopolymerisiert werden.21. The method according to claim 19 or 20, characterized in that to generate and bind the spacer molecules to the PVDF substrate in a plasma ignition with micro- or radio-wave-induced low-pressure plasmas by inert gas radicals are generated on the PVDF substrate, which after ventilation with Atmospheric oxygen to peroxy radicals and eventually to React hydroperoxides, which then form free radicals by thermal and / or photochemical cleavage, via which monomers are graft-copolymerized.
22. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung und Bindung der Spacermoleküle auf das PVDF-Substrat bei einer Plasmazündung unter Atmosphärendruck durch Inertgas Radikale auf dem PVDF-Substrat erzeugt werden.22. The method according to claim 19 or 20, characterized in that radicals are generated on the PVDF substrate by inert gas for generating and binding the spacer molecules to the PVDF substrate during plasma ignition under atmospheric pressure.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass als Plasmagas Argon und/oder N2 verwendet wird.23. The method according to any one of claims 19 to 22, characterized in that argon and / or N 2 is used as the plasma gas.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur fotochemi- schen Spaltung eine UV-induzierte Spaltung mittels eines Excimerstrahlers vorgenommen wird.24. The method according to any one of claims 19 to 23, characterized in that a UV-induced cleavage is carried out by means of an excimer lamp for photochemical cleavage.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass als Spacermoleküle mittels Chemical-Vapour-Deposition-Polymerisationsverfahren (CVD- Polymerisationsverfahren) in der Gasphase erzeugte Monomere durch Abkühlung bei reduzierter Temperatur polymerisiert werden und diese polymerisierten Monomere in Form einer Polymermatrix an das PVDF-Substrat gebunden werden.25. The method according to any one of claims 19 to 24, characterized in that as spacer molecules by means of chemical vapor deposition polymerization (CVD polymerization) in the gas phase monomers are polymerized by cooling at a reduced temperature and these polymerized monomers in the form of a polymer matrix be bound to the PVDF substrate.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die zu polyme- risierenden Monomere 4-amino [2.2] -paracyclophan (amino-pcp), 4-hydroxymethyl-[2,2]- paracyclophan (hydroxymethyl-pcp), 4-carboxyl-[2,2]-paracyclophan (carboxyl-pcp) und/oder [2,2]-Paracyclophan-4,5.12, 13-tetracarbonsäuredianhydrid (anhydrid-pcp) aufweisen.26. The method according to any one of claims 19 to 25, characterized in that the monomers to be polymerized 4-amino [2.2] -paracyclophane (amino-pcp), 4-hydroxymethyl- [2,2] - paracyclophane (hydroxymethyl-pcp ), 4-carboxyl- [2,2] -paracyclophan (carboxyl-pcp) and / or [2,2] -paracyclophan-4,5.12, 13-tetracarboxylic acid dianhydride (anhydride-pcp).
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die zu pfropfenden Monomere Vinylmonomere, insbesondere Acrylsäure (AAc), und/oder Makromonome- re, insbesondere Polyethylenglykolmethacrylate (PEGMA), zur Bildung einer hochhydrophilen Hydrogelschicht beinhalten.27. The method according to any one of claims 19 to 26, characterized in that the monomers to be grafted contain vinyl monomers, in particular acrylic acid (AAc), and / or macromonomers, in particular polyethylene glycol methacrylates (PEGMA), to form a highly hydrophilic hydrogel layer.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass Spacermoleküle mit einem pH- Wert, der größer ist als der pKa-Wert des PVDF-Substrats, verwendet werden.28. The method according to any one of claims 19 to 27, characterized in that spacer molecules with a pH value which is greater than the pKa value of the PVDF substrate are used.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Drug- Release-Matrix mit Wirkstoffen, insbesondere mit Antibiotika, vorzugsweise mit Gentamycin. adsorptiv beladen wird. 29. The method according to any one of claims 19 to 28, characterized in that the drug-release matrix with active ingredients, in particular with antibiotics, preferably with gentamycin. is loaded adsorptively.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass zur Inkorporierung eine Gentamycinlösung mit einer Konzentration von 0,1 bis 10 mg/ml, vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,3 mg/ml, verwendet wird.30. The method according to any one of claims 19 to 29, characterized in that a gentamycin solution with a concentration of 0.1 to 10 mg / ml, preferably between 0.2 and 0.3 mg / ml, is used for incorporation.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrschichtiges Textilerzeugnis, ein Bandersatz, ein Oesophagusersatz, ein Darmersatz, ein Katheter, eine Membran oder eine Gefäßprothese hergestellt wird. 31. The method according to any one of claims 19 to 30, characterized in that a multi-layer textile product, a band replacement, an esophagus replacement, an intestinal replacement, a catheter, a membrane or a vascular prosthesis is produced.
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