DE102007021104A1

DE102007021104A1 - Antimikrobiell wirkende Lage und Verwendung dieser Lage

Info

Publication number: DE102007021104A1
Application number: DE102007021104A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Rühle; Dirk W PD. Dr. Schubert; Jürgen Henke; Achim Gruber; Judith Dr. Haller; Thomas Dr. Schindler; Wolfgang Siefert; Matthias Dr. Fahland
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2006-05-03
Filing date: 2007-05-03
Publication date: 2007-11-08

Abstract

Eine Lage, umfassend ein Trägermedium, wobei dem Trägermedium zumindest ein antimikrobiell wirkender Stoff zugeordnet ist, ist im Hinblick auf die Aufgabe, eine Lage anzugeben, welche eine hohe Reaktivität des antimikrobiell wirkenden Stoffes zeigt, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff kolloidal und/oder nanoskalig vorliegt. Des Weiteren ist eine Verwendung der Lage als Reinigungstuch beschrieben.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Lage, umfassend ein Trägermedium, wobei dem Trägermedium zumindest ein antimikrobiell wirkender Stoff zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung einer Lage als Reinigungstuch.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Lagen und Reinigungsartikel bekannt, welche ein Trägermedium umfassen, dem ein antimikrobiell wirkender Stoff zugeordnet ist. Dabei wirkt ein antimikrobiell wirkender Stoff antibakteriell, antiviral, antimykotisch und/oder gegen Sporen.
Die bekannten Lagen bzw. Reinigungsartikel weisen jedoch im Hinblick auf die Reaktionsfähigkeit des antibakteriell und/oder antimikrobiell wirkenden Stoffes erhebliche Nachteile auf.
Die bekannten Beladungen mit antimikrobiell wirkenden Stoffen verhindern eine schnelle Verfügbarkeit des antimikrobiell wirkenden Stoffes, da dessen Moleküle häufig nicht schnell genug mobilisierbar sind. Dies hängt damit zusammen, dass die Moleküle des Stoffes in einer Bulk-Phase vorliegen und durch umliegende Moleküle abgeschirmt werden. Dieses Problem tritt insbesondere dann auf, wenn Beschichtungen eine kritische Dicke und flächige Ausdehnung überschreiten.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lage der eingangs genannten Art anzugeben, welche sich durch eine hohe Reaktivität des antimikrobiell wirkenden Stoffes auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach liegt der antimikrobiell wirkende Stoff kolloidal und/oder nanoskalig vor.
Unter nanoskaligen Strukturen versteht man Bereiche jeglicher Morphologie, die zumindest in einer Raumrichtung Dimensionen im Nanometerbereich aufweisen.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass ein kolloidal und/oder nanoskalig vorliegender Stoff eine besonders hohe antimikrobielle Wirkung zeigt. Insbesondere werden Bakterien, Viren, Pilze oder Sporen wirkungsvoll abgetötet. Das Vorliegen des antimikrobiell wirkenden Stoffes in kolloidaler und/oder nanoskaliger Form verhindert die Abschirmung einzelner Moleküle durch umliegende Moleküle. Daher sind die einzelnen Moleküle ausreichend schnell mobilisierbar und können eine hohe Reaktivität des antimikrobiell wirkenden Stoffes gewährleisten.
Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
Durch geeignete Variation der Verfahrensparameter beim Aufbringen des Stoffes kann dessen Morphologie beeinflusst werden. Insbesondere kann durch nachträgliche Behandlung der abgeschiedenen Stoffpartikel die Partikelform, die Partikelgröße, die Schichtdicke und der Belegungsgrad des antimikrobiell wirkenden Stoffes eingestellt werden.
Der Stoff könnte im Trägermedium verteilt sein. Dabei könnte die gesamte effektiv wirksame Oberfläche mit dem Stoff belegt sein. Hierdurch ist vorteilhaft realisiert, dass der antimikrobiell wirkende Stoff homogen über die gesamte Lage verteilt ist. Dies bewirkt, dass der Stoff an allen Grenzflächen der Lage wirksam werden kann.
Der Stoff könnte in einer auf das Trägermedium aufgebrachten Schicht verteilt sein oder einer solchen Schicht zugeordnet sein. Dabei ist denkbar, dass der Stoff sowohl im Trägermedium kolloidal verteilt ist und das Trägermedium darüber hinaus mit einer Beschichtung versehen ist, welche den Stoff kolloidal oder in nicht kolloidalem Zustand umfasst. Durch diese Kombination ist eine besonders lang anhaltende antimikrobielle Wirkungsweise der Lage realisierbar, da zunächst die Stoffe aus dem Trägermedium wirksam werden, bevor die Beschichtung abgetragen wird.
Das Trägermedium könnte Fasern aufweisen. Hierdurch stellt das Trägermedium eine zerklüftete Oberfläche für die Anlagerung von antimikrobiell wirkenden Stoffen zur Verfügung. Somit werden Schichten des wirkenden Stoffes, die auf dem Trägermedium abgelegt werden einer Zerklüftung unterworfen.
Vor diesem Hintergrund könnte der wirkende Stoff einzelnen Fasertypen ausschließlich zugeordnet sein, wobei andere Fasertypen keine Belegung durch den wirkenden Stoff aufweisen. Hierdurch wird der Zerklüftungseffekt noch gesteigert. Ganz konkret könnten die nanoskaligen und/oder kolloidalen Strukturen des Stoffes auf hydrophoben, insbesondere polyolefinischen, Fasern eines Vliesstoffs angelagert werden, wobei hydrophile, insbesondere Viskose-Fasern, stofffrei sein könnten. Hierdurch ist es möglich, auf einem Vliesstoff, welcher ein Fasergemisch umfasst, selektiv auf einem speziellen Fasertyp den wirkenden Stoff anzulagern. Die Zerklüftung der Stoffschicht bzw. der Stoffbelegung ergibt sich sodann durch die Faserstruktur des Trägermediums.
Der antimikrobiell wirkende Stoff könnte Silber umfassen. Silber ist besonders als antimikrobiell wirkender Stoff geeignet, da es für Menschen nahezu ungiftig ist. Des Weiteren zeigt Silber ein relativ geringes allergenes Potential. Silber wirkt als antiseptische Substanz in geringen Konzentrationen über einen langen Zeitraum auf eine Vielzahl von Infektionskeimen. Die meisten bekannten Bakterien zeigen darüber hinaus keine Resistenz gegen Silber.
Der antimikrobiell wirkende Stoff könnte durch Magnetron-Sputtern in einer Vakuumkammer hergestellt werden. Durch eine Vakuumbeschichtung kann eine spezielle Oberflächentopographie der Nanopartikel hergestellt werden. Bei einer Vakuumbeschichtung bilden sich die Nanopartikel direkt auf dem Trägermedium. Bei anderen Beschichtungsverfahren, wie der Flüssigkeitsbeschichtung, sind die Nanopartikel bereits in der Flüssigkeit vorhanden, so dass diese unter Umständen nur in unzureichendem Maße an die Oberfläche des Trägermediums angebunden werden können. Bei der Vakuumbeschichtung bilden sich die Nanopartikel direkt an den Oberflächenstrukturen des Trägermediums und können daher mit diesem eine feste Verbindung unter Ausbildung einer großen Oberfläche eingehen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird des Weiteren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.
Des Weiteren ist denkbar, dass die Lage als Vliesstoff, Gewebe, Gewirke, Gestrick oder als Garn ausgestaltet ist. Die Verwendung eines Vliesstoffs ist im Hinblick auf die Bereitstellung einer großen Oberfläche von Vorteil. Gewebe und Gestricke zeichnen sich durch eine hohe mechanische Stabilität aus und können unterschiedliche Fasertypen in Mischung aufweisen. Die Verwendung unterschiedlicher Fasertypen, nämlich Fasern aus unterschiedlichen Materialien, erlaubt die selektive Anlagerung des wirkenden Stoffes an einzelne Fasern.
Die hier beschrieben Lagen könnten als Wundauflagen verwendet werden. Diese Verwendung ist vorteilhaft, da die Lage ein Reduzieren bzw. schnelles Beseitigen von Bakterien, Keimen und Pilzen unterstützt. Die Lage wirkt heilungsfördernd und schmerzlindernd bei offenen Wunden.
Die Lage könnte als Allergie-Unterwäsche verwendet werden. Insbesondere bei Neurodermitis-Erkrankten könnte die Lage einen Heilungsverlauf beschleunigen. Der äußerst lästige Juckreiz kann durch die hier beschriebenen Lagen erheblich reduziert werden. Die Wunden entzünden sich nicht mehr aufs Neue, die Heilung wird beschleunigt.
Die hier verwendeten Lagen könnten auch als Kompressionsstrümpfe verwendet werden. Insbesondere für offene Beine könnte ein spezielles versilbertes elastisches Gewirk verwendet werden, welches neben der antimikrobiellen Wirkung noch die zusätzliche Funktion einer Kompression entfaltet. Die Kompression führt zur Verbesserung des venösen Blutrückstroms.
Denkbar ist auch, die hier beschriebenen Lagen in Unterwäsche, Sportbekleidung, oder Socken zu verwenden, da die antimikrobiell wirkenden Stoffe anti-geruchsbildend bei Schweißentwicklung wirken. Hierdurch wird die Hygiene und der Tragekomfort erhöht. Des Weiteren wird eine Geruchsreduzierung des Körperschweißes bewirkt. Insbesondere hemmt Silber das Wachstum von Hautpilzen.
Wenn man die vorteilhaften antimikrobiellen Eigenschaften von Silber mit Eigenschaften nanoskaliger Systeme kombiniert, ergeben sich neuartige Materialeigenschaften, die im Wesentlichen auf ein hohes Oberflächen/Volumen-Verhältnis zurückzuführen sind.
Die mikrobiologisch wirksamen Silber-Ionen entstehen als Silberoxid an der Nanopartikel-Oberfläche durch Einwirkung von Luftsauerstoff und Feuchtigkeit aus der Umgebung. Die Oxidschicht selbst weist unabhängig von der Partikelgröße eine im Wesentlichen konstante Dicke auf. Dies bedeutet, dass das am Gesamtvolumen anteilige mikrobiologisch wirksame Volumen mit abnehmender Partikelgröße signifikant zunimmt.
Soweit Silber nanoskalig vorliegt, ergeben sich nun signifikante Vorteile. Durch die feinteiligere Darstellung benötigt man sehr viel geringere Mengen, als man benötigen würde, wenn man grobteiliges Silber einsetzt. Durch das größere Oberflächen/Volumen-Verhältnis wird eine deutlich größere Menge des Silbers der Umwelt zugänglich gemacht. Dadurch kann das ionische Silber deutlich schneller mobilisiert werden. Man erhält einen echten Depoteffekt, der eine lang anhaltende Wirkung gewährleistet.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung auf vorteilhafte Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lehre anhand der Tabellen zu verweisen.
In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele anhand der Tabellen, werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
Beschreibung der Tabellen
In den Tabellen zeigen
Tabelle 1 die Ergebnisse mikrobiologischer Tests im Zusammenhang mit Bakterien des Typs Escherichia coli,
Tabelle 2 die Ergebnisse mikrobiologischer Tests im Zusammenhang mit Sporen des Typs Aspergillus niger und
Tabelle 3 die olfaktorische Bewertung von mit Silber beladenen Proben.
Ausführung der Erfindung
Ausführungsbeispiele
Die Lagen (Proben) einer im Folgenden beschriebenen Versuchsreihe wurden wie folgt hergestellt und getestet:
Probe 2 weist eine Silberbeladung von 10,5 mg/m² auf. Die Proben 3 bis 6 weisen jeweils 29,4; 56,7; 115,5 bzw. 231 mg/m² Silberbeladung auf. Probe 1 weist keine Silberbeladung auf und stellt eine so genannte Nullprobe dar.
Das Trägermedium weist als antimikrobiell wirksamen Stoff Silber auf, der kolloidal und/oder nanoskalig vorliegt. Dies wird durch die Erzeugung im Wesentlichen quaderförmiger Nanopartikel-Inselstrukturen aus Silber mit einer Kantenlänge im Bereich von 5 nm bewirkt.
Die auf dem Trägermedium entstandenen Inselstrukturen weisen eine spezifische Oberfläche auf, die größer ist als die Oberfläche einer geschlossenen Nanoschicht mit einer Dicke von 5 nm.
Daher ist die Abgaberate eines Trägermediums, welches quaderförmige Inselstrukturen mit einer Kantenlänge von 5 nm aufweist, deutlich schneller als die eines vollbeschichteten Trägermediums.
Die quaderförmigen Inselstrukturen wurden über SIMS nachgewiesen. Ganz konkret wurde nachgewiesen, dass die nanoskaligen und/oder kolloidalen Silberstrukturen bevorzugt auf den polyolefinischen Fasern des verwendeten Vliesstoffs angelagert werden. Die viskosen Fasern sind weitgehend silberfrei. Hierdurch ist es möglich, auf einem Vliesstoff, welcher ein Fasergemisch umfasst, selektiv auf einem speziellen Fasertyp Silber anzulagern.
Die quaderförmigen Inselstrukturen wurden durch Vakuumbeschichtung hergestellt. Dazu wurden die verwendeten Vliesstoffe unter einer Argon-Atmosphäre mit einem Druck zwischen 0,1 Pa und 5 Pa mittels einer Magnetron-Sputterquelle beschichtet. Die Magnetron-Sputterquelle wird dabei mit einer Leistungsdichte im Bereich zwischen 0,5 W/cm² und 10 W/cm² betrieben. Dabei kommt es zur Zerstäubung des Targetmaterials Silber, welches anschließend in dem oder auf dem Vliesstoff abgeschieden wird. Dieser Prozess erlaubt eine sehr gute Steuerung der Silberabscheidung und damit eine hervorragende Kontrolle der Größe der Silber-Nanopartikel.
Konkret wurde zur Herstellung von Probe 3 eine Vliesstoffprobe mit einer Breite von 220 mm und einer Länge von 20 m beschichtet. Der Vliesstoff wurde hierbei als kontinuierlich laufendes Band bei einem Gasdruck von 0,5 Pa und einer Magnetronleistung von 50 W in einer Vakuumkammer beschichtet. Die Bandgeschwindigkeit betrug 2,1 m/min. Die Targetfläche war 35 cm breit und 12,5 cm lang.
Die Proben 1 bis 6 wurden einem Test auf antimikrobielle Ausrüstung nach der allgemein bekannten AATCC-Methode 100 unterzogen, die bei textilen Werkstoffen Anwendung findet.
Die Ergebnisse dieses Tests sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 zeigt die Abtötungsrate von Escherichia coli – Zellen in Abhängigkeit von der Silberbeladung.
In Tabelle 1 ist in der ersten Spalte die Silberbeladung in mg/m² aufgetragen. Die zweite Spalte der Tabelle zeigt die Keimzahl in der Einheit KBE/ml (Kolonie bildende Einheiten/ml) nach 24 Std. und die dritte Spalte die Abtötungsrate nach 24 Std. in Prozent. Die vierte und fünfte Spalte sind analog aufgebaut.
Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse eines mikrobiologischen Tests, der mit Sporen des Typs Aspergillus niger auf den Proben 1 bis 6 durchgeführt wurde. Die Proben 1 bis 6 fungierten dabei als Muster für Spültücher (Spültuch-Muster).
Aspergillus niger wird auf Grund seiner dunklen Sporen auch Schwarzschimmel genannt. Aspergillus niger ist ein weit verbreiteter Lebensmittelverderber und Materialzerstörer. Er kommt weltweit im Erdboden vor. Dieser Schimmelpilz kann Papier und Packstoffe, ebenso wie Leder und Farben, ja sogar Kunststoffe und optische Gläser zerstören. Durch Aspergillus niger hervorgerufene Krankheiten umfassen neben allergischen Reaktionen, Infektionen des äußeren Gehörganges, Lungen-Aspergillosen, Bauchfellentzündungen, Entzündungen der Herzinnenhaut, Erkrankungen der Nägel sowie Infektionen der Haut.
Die erste Spalte der Tabelle 2 zeigt die Silberbeladung in mg/m². Die zweite Spalte gibt durch die Größe B qualitativ an, ob die jeweilige Probe nach zwei Tagen mit Sporen bewachsen ist. Die dritte Spalte gibt analog an, ob die Probe nach vier Tagen bewachsen ist. (B) drückt lediglich qualitativ aus, dass der Bewuchs etwas schwächer ausgebildet ist. Der Gedankenstrich (-) stellt qualitativ dar, dass kein Bewuchs vorliegt.
Die Proben 1 bis 6 der Versuchsreihe 1 wurden des Weiteren Geruchstests unterzogen.
Hierzu wurden die als Tücher ausgestalteten Proben bei 32°C für 48 Std. in 100 ml von 10%-igen Milchlösungen gelagert. Anschließend wurden die Proben entnommen und getrocknet. Die Milchlösungen und die getrockneten und mit 100 μl Wasser nach deren Trocknung erneut angefeuchteten Proben wurden olfaktometrisch bewertet.
Die Proben wurden in anonymer Form zehn Testpersonen zur Beurteilung vorgelegt. Die Testpersonen wurden gebeten, auf einer Notenskala die Lösungen bzw. die Proben zu bewerten, wobei folgende qualitative Zuordnungen zu Grunde gelegt wurden:

Note 6 unerträglich,

Note 5 stark störend,

Note 4 störend,

Note 3 deutlich wahrnehmbar, aber noch nicht störend,

Note 2 wahrnehmbar, nicht störend,

Note 1 nicht wahrnehmbar.
Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Bewertung.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele einschränken.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3

Claims

Lage, umfassend ein Trägermedium, wobei dem Trägermedium zumindest ein antimikrobiell wirkender Stoff zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff kolloidal und/oder nanoskalig vorliegt.
Lage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff im Trägermedium verteilt ist.
Lage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff einer auf das Trägermedium aufgebrachten Schicht zugeordnet ist.
Lage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermedium Fasern aufweist.
Lage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wirkende Stoff einzelnen Fasertypen ausschließlich zugeordnet ist, wobei andere Fasertypen keine Belegung durch den wirkenden Stoff aufweisen.
Lage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der antimikrobiell wirkende Stoff Silber umfasst.
Lage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der antimikrobiell wirkende Stoff auf das Trägermedium durch Magnetron-Sputtern in einer Vakuumkammer aufgebracht ist.
Verwendung einer Lage nach einem der voranstehenden Ansprüche als Reinigungstuch.