DE102011085862A1

DE102011085862A1 - Zusammensetzung mit wenigstens einem antimikrobiell wirksamen Wirkstoff

Info

Publication number: DE102011085862A1
Application number: DE201110085862
Authority: DE
Inventors: Maximilian Lackner; Jospeh Peter Guggenbichler
Original assignee: Amistec & Co KG GmbH
Current assignee: Amistec & Co KG GmbH
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2013-05-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung mit wenigstens einem antimikrobiell wirksamen Wirkstoff, der bei Kontakt mit einem wässrigen Medium als Protonendonator fungiert, wobei der wenigstens eine Wirkstoff zumindest teilweise mit wenigstens einem Beschichtungsmaterial ummantelt ist, wobei das Beschichtungsmaterial eine geringere Wasserlöslichkeit als der Wirkstoff besitzt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer antimikrobiell wirksamen Zusammensetzung sowie ein Produkt mit einer derartigen Zusammensetzung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art mit wenigstens einem antimikrobiell wirksamen Wirkstoff. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer antimikrobiell wirksamen Zusammensetzung sowie ein Produkt mit einer derartigen Zusammensetzung.
Das Wachstum einer Vielzahl an Keimen (Bakterien, Viren, Algen, Pilze) wird vom pH-Wert der Oberfläche beeinflusst, an welcher die Keime anliegen. Im sauren Milieu ist die Haftfähigkeit vieler pathogener Keime reduziert. Außerdem wird ihr Wachstum gebremst und teilweise sogar verhindert. Dieses Prinzip macht sich beispielsweise der natürliche Säureschutzmantel der Haut zunutze.
Aus der WO 2008/058707 A2 ist es bekannt, unterschiedliche Materialien mit Übergangsmetalloxiden auszustatten, wobei die Übergangsmetalloxide als antimikrobiell wirksame Wirkstoffe in Gegenwart von Wasser zu komplexen Säuren umgewandelt werden und im Sinne der Säure-Base-Definition nach Brønsted und Lowry als Protonendonatoren fungieren. Durch die an der Oberfläche des betreffenden Materials freigesetzten Protonen wird eine antimikrobielle Wirkung erzielt. Die Übergangsmetalloxide, im Speziellen MoO₃ und WoO₃ und deren Verbindungen und Derivate wie etwa Molybdänsuboxide, können in unterschiedliche Materialien eingemischt sein oder als Oberflächenbeschichtung aufgebracht werden. Der bei Kontakt mit Wasser erzielbare pH-Wert hängt dabei überwiegend von der Konzentration der Übergangsmetalloxide ab.
Das Problem vieler organischer und anorganischer Säuren ist deren relativ hohe Löslichkeit in Wasser, wodurch sie sich von vornherein nicht zur dauerhaften antimikrobiellen Ausstattung von Gegenständen eignen, die im häufigen oder längeren Kontakt mit Feuchtigkeit stehen. Darüber hinaus sind viele Säuren oder Säurebildner pharmakologisch bzw. toxikologisch bedenklich, wodurch ihr Einsatzbereich weiter eingeschränkt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine antimikrobiell wirksame Zusammensetzung bereitzustellen, welche flexibler verwendbar ist und eine höhere Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit besitzt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Zusammensetzung zu schaffen.
Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Zusammensetzung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 12 zum Herstellen einer antimikrobiell wirksamen Zusammensetzung sowie durch ein Produkt gemäß Patentanspruch 15 umfassend eine derartige antimikrobiell wirksame Zusammensetzung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen der Zusammensetzung als vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und umgekehrt anzusehen sind.
Eine Zusammensetzung, welche flexibler verwendbar ist und eine höhere Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit besitzt, ist erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass der wenigstens eine Wirkstoff zumindest teilweise mit wenigstens einem Beschichtungsmaterial ummantelt ist, wobei das Beschichtungsmaterial eine geringere Wasserlöslichkeit als der Wirkstoff besitzt. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, eine Säure bzw. einen Säurebildner teilweise oder vollständig in einem Beschichtungsmaterial einzukapseln. Das Beschichtungsmaterial bildet somit einen Mantel (Coating) mit bei Standardbedingungen geringerer Wasserlöslichkeit und immobilisiert hierdurch den im Kern des Mantels angeordneten sauren Wirkstoff. Da das Beschichtungsmaterial eine geringere Wasserlöslichkeit besitzt als der darin eingekapselte Wirkstoff, wird die Gefahr eines Auswaschens des Wirkstoffs somit signifikant verringert und die antimikrobielle Wirksamkeit der Zusammensetzung auch in Bereichen mit hoher Feuchtigkeit verlängert. Darüber hinaus können durch die erheblich reduzierte Freisetzungsgeschwindigkeit auch pharmakologisch bzw. toxikologisch bedenklichere Wirkstoffe verwendet werden, so dass die Zusammensetzung insgesamt wesentlich flexibler verwendbar und für unterschiedlichste Anwendungen geeignet ist. Durch das Beschichten können zudem auch flüssige Wirkstoffe sowie Lösungen, Suspensionen oder Dispersionen eines oder mehrerer Wirkstoffe verwendet werden. Die Wirksamkeit der Zusammensetzung kann unter anderem über die Kombination aus Wirkstoff und Beschichtungsmaterial sowie über die Schichtdicke des Beschichtungsmaterials gesteuert werden. Vorzugsweise ist das Beschichtungsmaterial wasserunlöslich. Unter dem Begriff „Wasserunlöslichkeit“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Wasserlöslichkeit unter Standardbedingungen von weniger als 10 g/l, bevorzugt von weniger als 1 g/l, und/oder von weniger als 0,01 mol/l verstanden. Aufgrund des immobilisierten Wirkstoffs kann die Zusammensetzung in diversen Systemen wie Kunststoffe, Farben, Lacke, Wachse, Silikone, Glas, Keramik, in wasserdurchströmten Systemen oder sogar in Umgebungen mit einem alkalischen pH-Wert > 7 zum Erzielen einer antimikrobiellen Wirkung verwendet werden. Bevorzugt ist der Wirkstoff derart mit dem Beschichtungsmaterial ummantelt, dass seine Löslichkeit in Wasser bei Standardbedingungen höchstens 0,1 mol/l, insbesondere höchstens 0,02 mol/l, beträgt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der antimikrobiell wirksame Wirkstoff MoO₃ und/oder WO₃ und/oder eine anorganische Säure und/oder eine organische Säure und/oder eine chemische Verbindung, die bei Kontakt mit Wasser in eine Brønsted-Säure umgewandelt wird, umfasst. MoO₃ bildet bei Kontakt mit Wasser insbesondere Molybdänsäure H₂MoO₄, welche als saurer Wirkstoff fungiert. Analog bildet WO₃ bei Kontakt mit Wasser den sauren Wirkstoff Wolframsäure H₂WO₄. Als anorganische Säure eignen sich Mineralsäuren, Kieselsäuren (pyrogene und nassgefällte Kieselsäuren) sowie Polyphosphorsäure und Phosphorsäureester. Als organische Säuren eignen sich grundsätzlich alle Carbonsäuren, wobei Carbonsäuren mit mindestens 5 Kohlenstoffatomen bevorzugt sind, da diese mit steigender Kettenlänge zunehmend wasserunlöslich sind und dementsprechend bereits ohne Ummantelung eine geringere Auswaschrate bei Kontakt mit Wasser aufweisen. Beispiele für bevorzugte organische Säuren sind Abietinsäure, Arachidonsäure, Arachinsäure, Behensäure, Caprinsäure, Capronsäure, Cerotinsäure, Erucasäure, Fusarinsäure, Fumarsäure, Gallensäuren, Icosensäure, Isophthalsäure, Lactonsäure, Laurinsäure, Lignocerinsäure, Linolensäure, Lävopimarsäure, Linolsäure, Margarinsäure, Melissinsäure, Montansäure, Myristinsäure, Neoabietinsäure, Nervonsäure, Nonadecansäure, Ölsäure, Palmitinsäure, Palmitoleinsäure, Pelargonsäure (Nonansäure), Pimarsäure, Palustrinsäure, Palmitinsäure, Rizinolsäure, Stearinsäure, Tanninsäure, Tridecansäure, Undecansäure und Vulpinsäure. Weiterhin haben sich Malonsäure, Maleinsäure und Maleinsäureanhydrid, Milchsäure, Essigsäure, Zitronensäure, Salicylsäure und Ascorbinsäure (Vitamin C) als vorteilhaft gezeigt. Ebenfalls vorgesehen sein können Säureanhydride, ampholytische Substanzen, Puffersysteme, polymere Säuren, Ionentauscherharze, ätherische Öle, die ebenfalls Säuren enthalten, sowie Säuresulfonate und Säurehalogenide.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn das Beschichtungsmaterial eine mikroporöse Schicht bildet. Hiermit ist über die Variierung der Schichtdicke und -porosität eine einfache Möglichkeit zum Einstellen einer Durchtrittsgeschwindigkeit von Wasser durch das Beschichtungsmittel zu dem im Inneren angeordneten sauren Wirkstoff und umgekehrt ein Durchtritt des Wirkstoffs nach außen ermöglicht. Die mikroporöse Oberflächenschicht lässt mit anderen Worten Wasser und den Wirkstoff passieren, allerdings deutlich langsamer als dies im unbeschichteten Zustand der Fall wäre. Mikroporöse Schichten können beispielsweise durch mikrozelluläre PU-Schäume (Polyurethan) und/oder durch expandiertes Polytetrafluorethylen (ePTFE) als Beschichtungsmaterial gebildet sein. Mikroporosität kann alternativ oder zusätzlich auch durch die Verwendung von Kalziumbentonit, die Verdunstung eines Lösungsmittels oder durch thermische Effekte erzeugt werden. Die mikroporöse Schicht kann beispielsweise eine spongiöse, porige Struktur mit einer Porengröße zwischen 50 µm und 900 µm aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Beschichtungsmaterial ein für Protonen permeables Material umfasst. Vorzugsweise ist das Material zumindest überwiegend nur für Protonen permeabel. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Zusammensetzung ihre antimikrobielle Wirkung dauerhaft entfalten kann, ohne dass der Wirkstoff dabei verbraucht wird.
Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, wenn das für Protonen permeable Material ein protonenleitendes Glas, insbesondere ein Phosphosilikat, und/oder ein Ionomer, insbesondere ein sulfoniertes Tetrafluorethylen-Polymer umfasst. Mit Hilfe von protonenleitenden Gläsern, beispielsweise Glasfilme aus nanoporösem Phosphosilicat, kann die antimikrobielle Wirkung des im Inneren befindlichen Wirkstoffs auch unter extremen chemischen und thermischen Umweltbedingungen dauerhaft aufrecht erhalten werden. Gleiches gilt für protonenleitfähige Ionomere als Beschichtungsmaterial. Darüber hinaus sind sowohl protonenleitende Gläser als auch die meisten Ionomere transparent, so dass sich die Zusammensetzung beispielsweise problemlos für die Verwendung in Anstrichfarben eignet. Ionomere sind thermoplastische Polymere mit hoher Kationenselektivität und hoher chemischer und physikalischer Stabilität. Beispiele für geeignete Ionomere sind teil- oder perfluorierte Alkyl- oder Arylether mit Sulfonsäuregruppen, die beispielsweise unter den Handelsnamen Nafion, Flemion oder Aciplex erhältlich sind. Ebenfalls bekannt sind nichtfluorierte Ionomere wie beispielsweise sulfonierte Phenol-Formaldehyd-Harze, sulfonierte Vinylpolymere, sulfonierte und/oder aminierte Styrol/Divinylbenzol-Copolymere oder Styrol/Ethylen/Butylen-Triblock-Copolymere. Weiterhin sind nichtfluorierte Ionomere mit kovalenten basischen Gruppen, beispielsweise Poly(ethersulfone) mit N-Hetrozyklen (Azole, Diazole etc.), bekannt. Ionomere besitzen in der Regel eine hohe Zähigkeit und Abriebfestigkeit, eine hohe Schlag- und Kerbschlagzähigkeit, eine hohe ionische Leitfähigkeit sowie eine gute Spannungsrissbeständigkeit. Darüber hinaus sind sie witterungsbeständig und beständig gegen Säuren, Laugen, Fette, Öle und die meisten Lösemittel. Ein weiterer Vorteil von Ionomeren liegt in ihrer flexiblen Verarbeitbarkeit. Die Verarbeitung kann beispielsweise durch Spritzgießen, Extrudieren, Coextrusion, Blasformen oder Thermoformen erfolgen, so dass die Zusammensetzung zur Herstellung unterschiedlichster Produkte mit einer intrinsischen antimikrobiellen Wirkung verwendet werden kann.
In einer weitere vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zusammensetzung zusätzlich wenigstens einen Hilfsstoff und/oder wenigstens einen pharmakologischen Wirkstoff umfasst, wobei der Hilfsstoff und/oder der pharmakologische Wirkstoff zusammen mit dem wenigstens einen antimikrobiellen Wirkstoff zumindest teilweise mit dem Beschichtungsmaterial ummantelt und/oder im Beschichtungsmaterial eingelagert ist. Mit anderen Worten können neben den Säuren und Säurebildnern auch noch Hilfsstoffe wie Trägersubstanzen oder andere, gegebenenfalls synergistisch wirkende Stoffe, vorliegen. Typische Hilfsstoffe sind Kieselgur, Aktivkohle, Zeolithe und Nanoteilchen, Chitosan, ZnO, BaSO₄ und CaF₂. Weitere Hilfsstoffe sind Füllstoffe wie Lactose, Cellulose, Stärken, Saccharose, Paraffin, Hartfett, Polyethylenglykole (Macrogole, PEG), Polyethylenoxide (PEO). Weitere Hilfsstoffe sind Lösungsmittel wie Wasser, Ethanol oder Isopropanol, Emulgatoren wie Cetylstearylalkohol, Gylcerolmonostearat, Lecithin, Fettsäureester, Polyoxyethylenfettalkoholether und Lösungsvermittler wie Polyethylenglykole (PEG, Macrogole), Polyethylenoxide (PEO) oder Polysorbate. Ebenfalls als Hilfsstoffe können Puffersysteme wie Natriumdihydrogenphosphat oder Trometamol sowie Gelbildner und Verdickungsmittel wie Pektin, Tragant, Polyacrylsäuren, Polyvinylpyrrolidon, hochdisperses Siliciumdioxid und Carboxymethylcellulose vorgesehen sein. Weitere geeignete Hilfsstoffe umfassen Stärken, Tragant, Celluloseether (Methylcellulose, Ethylcellulose, Hyroxypropylcellulose, Carboxymethylcellulose), Polyvinylpyrrolidon, Saccharose, Gelatine, Gelatinepolysuccinat, Polyacrylate, Natriumhydrogencarbonat, Talkum, Magnesiumstearat, Siliciumdioxid, Antioxidantien und Konservierungsstoffe. Ionenfänger wie ETDA können ebenfalls miteincompoundiert werden und wahlweise Bestandteil der Matrix und/oder der Hülle und/oder des Kerns sein. Durch die Verwendung von Salzen kann ein vorteilhafter Osmoseeffekt erzeugt werden. Ferner können Ionentauscher-Substanzen vorgesehen sein. Geeignete pharmakologische Wirkstoffe mit teilweise synergistischer Wirkung umfassen Antibiotika, Desinfektionsmittel, sowie Heparin und seine Derivate (Heparinsilber, Heparinnatrium). Der Hilfsstoff und/oder der pharmakologische Wirkstoff können zusammen zwischen 1 % und 95 % (Volumen- oder Gewichtsprozent) der Zusammensetzung ausmachen. Der Hilfsstoff und/oder der pharmakologische Wirkstoff können grundsätzlich im Kern und/oder im durch das Beschichtungsmaterial gebildeten Mantel vorliegen.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Zusammensetzung als Partikel, insbesondere als Granulat und/oder Pulver, und/oder in Form von Mikrokügelchen vorliegt. Hierdurch besitzt die Zusammensetzung einerseits eine hohe spezifische Oberfläche mit entsprechend guter antimikrobieller Wirkung und kann andererseits besonders einfach zu anderen Werkstoffen zugemischt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Partikel und/oder Mikrokügelchen einen mittleren Durchmesser zwischen 0,1 µm und 100 µm aufweisen. Unter einem mittleren Durchmesser zwischen 0,1 µm und 100 µm sind insbesondere mittlere Durchmesser von 0,1 µm, 5 µm, 10 µm, 15 µm, 20 µm, 25 µm, 30 µm, 35 µm, 40 µm, 45 µm, 50 µm, 55 µm, 60 µm, 65 µm, 70 µm, 75 µm, 80 µm, 85 µm, 90 µm, 95 µm oder 100 µm sowie entsprechende Zwischenwerte zu verstehen. Hierdurch kann die Zusammensetzung besonders gut weiteren Materialien beigemischt und zu einem Endprodukt mitverarbeitet werden, wobei das Endprodukt die gewünschten antimikrobiellen Eigenschaften aufweist. Besonders bevorzugt sind mittlere Durchmesser zwischen 2 µm und 15 µm und/oder zwischen 1 µm und 50 µm.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem eine durch das wenigstens eine Beschichtungsmaterial gebildete Schicht eine mittlere Dicke besitzt, die zwischen 10 % und 90 % des mittleren Durchmessers der Partikel ausmacht. Auf diese Weise kann die antimikrobielle Wirksamkeit des sauren Wirkstoffs besonders einfach über die Schichtdicke des Beschichtungsmaterials gesteuert werden. Im Allgemeinen sinkt die Wirksamkeit mit größeren Schichtdicken, wobei umgekehrt die Freisetzung des sauren Wirkstoffs mit größeren Schichtdicken verlangsamt und die Dauer der antimikrobiellen Wirksamkeit entsprechend erhöht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zusammensetzung bei Kontakt mit einem wässrigen Medium einen Oberflächen-pH-Wert zwischen 0,5 und 6,5 erzeugt. Dies erlaubt eine besonders gute Anpassung der antimikrobiellen Wirkung der Zusammensetzung an unterschiedliche Anforderungsprofile. Unter einem Oberflächen-pH-Wert wird im Rahmen der Erfindung derjenige pH-Wert verstanden, der sich bei Kontakt der Oberfläche der Zusammensetzung mit einem wässrigen Medium im Bereich der zumindest im Wesentlichen diffusionskonstrollierten Grenzschicht an der Phasengrenze zwischen der Oberfläche und dem flüssigem, wässrigen Medium ausbildet. Die Messung des Oberflächen-pH-Wertes kann mit Hilfe handelsüblicher Oberflächen-pH-Meßketten (z. B. Sen-Tix^® Sur-Meßkette, WTW Wissenschaftlich-Technische Werkstätten GmbH, Weilheim, Germany) durchgeführt werden. Unter einem Oberflächen-pH-Wert zwischen 0,5 und 6,5 sind insbesondere Oberflächen-pH-Werte von 0,5, 0,7, 0,9, 1,1, 1,3, 1,5, 1,7, 1,9, 2,1, 2,3, 2,5, 2,7, 2,9, 3,1, 3,3, 3,5, 3,7, 3,9, 4,1, 4,3, 4,5, 4,7, 4,9, 5,1, 5,3, 5,5, 5,7, 5,9, 6,1, 6,3 oder 6,5 sowie entsprechende Zwischenwerte zu verstehen. Der Oberflächen-pH-Wert kann dabei insbesondere durch geeignete Wahl des sauren Wirkstoffs, des Beschichtungsmittels, der Art der Ummantelung sowie der Schichtdicke des Beschichtungsmittels auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem der wenigstens eine Wirkstoff und/oder das wenigstens eine Beschichtungsmaterial und/oder die Zusammensetzung bei Standardbedingungen fest oder flüssig ist. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung besonders variabel ausgebildet und optimal an ihren jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer antimikrobiell wirksamen Zusammensetzung, bei welchem wenigstens ein antimikrobiell wirksamer Wirkstoff, der bei Kontakt mit einem wässrigen Medium als Protonendonator fungiert, zumindest teilweise mit wenigstens einem Beschichtungsmaterial ummantelt wird, wobei das Beschichtungsmaterial eine geringere Wasserlöslichkeit als der Wirkstoff besitzt. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den vorhergehenden Beschreibungen der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zu entnehmen und gelten analog für das erfindungsgemäße Verfahren. Um eine Zusammensetzung herzustellen, die einen bei Standardbedingungen flüssigen Wirkstoff enthält, kann das Verfahren beispielsweise bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Wirkstoffs durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine bereits bestehende Ummantlung (Coating) wie beispielsweise hohle Mikrosphären („hollow micro spheres“ oder „hollow nano spheres“) bereitgestellt und mit dem flüssigen Wirkstoff getränkt bzw. mit dem Wirkstoff imprägniert werden. Weiterhin eignen sich zum Ummanteln des Wirkstoffs an sich bekannte Sprühtrockenverfahren, Verdüsung unter hohem Druck, Ummantlung durch Polymerisation des Beschichtungsmaterials oder Aufbringen von in Lösungsmitteln gelösten Beschichtungsmaterialien. Darüber hinaus können Beschichtungsverfahren wie etwa Besprühen, Elektrodeposition, chemische Gasphasenabscheidung (CVD), physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), Elektronenstrahl-Verdampfung, Sputtern, Elektrophorese, Slurry-Technik, Solgel-Technik oder Plasmaspritzen verwendet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest die Oberfläche des Beschichtungsmaterials funktionalisiert, insbesondere hydrophobisiert und/oder hydrophilisiert wird. Zum Funktionalisieren kann sich eine hydrophobe, hydrophile und/oder hygroskopische Substanz in der Zusammensetzung befinden. Das Funktionalisierungsmittel kann grundsätzlich kovalent mit dem Beschichtungsmaterial verbunden und/oder dem Beschichtungsmaterial beigemischt werden. Zum Hydrophobisieren kann das Beschichtungsmaterial beispielsweise zumindest an seiner Oberfläche silanisiert werden. Das Silanisieren kann beispielsweise auch dazu verwendet werden, die gecoateten Partikel mit der Matrix mischbar zu machen. Damit die Protolyse des Wirkstoffs innerhalb der gecoateten Zusammensetzung stattfinden kann, hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, zumindest die Oberfläche des Beschichtungsmaterials zu hydrophilisieren. Besonders vorteilhaft sind hier Hydrophilisierungsmittel (z.B. Irgasurf^TM HL560, TechMer PPM15560^TM, Bayhydur^TM 304) wie sie für PP-Textilfasern eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich eignen sich Polyethylenglykol (PEG, PEG400), dessen Derivate, Hyaluronsäure, Stärke, oxethylierte Carbonsäureverbindungen, hydrophile Silikate, Saccharosemethacrylate, hydrophiliertes, aliphatisches Polyisocyanat auf Basis von Hexamethylendiisocyanat (HDI) sowie diverse Fasern und GMS (Glyzerinmonostearat) sowie dessen Derivate. Weitere Stoffe für die Schaffung hydrophiler Eigenschaften sind Fettalkoholphosphate sowie Derivate von Polyethylenoxid (PEO), insbesondere mit Hydroxylendgruppen.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Zusammensetzung in einen Werkstoff eingelagert und/oder zum Beschichten einer Oberfläche eines Gegenstands verwendet wird. Als Werkstoffe kommen beispielsweise Kunststoffe, Farben, Lacke, Silikone, Gummi, Kautschuk, Melamin, Acrylate, Methylacrylate, Wachse, Epoxydharze, Glas, Metall, Keramik und weitere in Frage. Der Werkstoff, in welchen zum Zwecke der antimikrobiellen Ausstattung die Zusammensetzung eingebracht wird, kann eine feste und/oder flüssige Matrix bilden. Es kann vorgesehen sein, dass die Zusammensetzung derart zugegeben wird, dass sie zwischen 0,1 % und 10 % (Gewichts- oder Volumenprozente) des Gesamtgewichts bzw. Gesamtvolumens ausmacht. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Zusammensetzung in partikulärer Form mit mittleren Teilchengrößen zwischen 0,1 µm und 100 µm verwendet wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Produkt mit einer Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele und/oder mit einer nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele hergestellten Zusammensetzung. Die sich hieraus ergebenden Vorteile sind den vorhergehenden Beschreibungen zu entnehmen. Als Produkte kommen alle Gegenstände in Frage, bei denen eine dauerhafte antimikrobielle Wirkung erwünscht oder gefordert ist. Das Produkt kann beispielsweise als Implantat, Katheter, Stent, Knochenimplantat, Zahnimplantat, Gefäßprothese, Endoprothese, Exoprothese, Kabel, Schlauch, Lebensmittelverpackung, Behälter, Kraftstofftank, Haushaltsprodukt, Schalter, Armatur, Tastatur, Maus, Joystick, Gehäuse, Textil, Bekleidungsstück, Möbel, Haushaltsgerät, Kreditkarte, Handygehäuse, Münze, Geldschein, Türschnalle, Kühlschrank, Rieselkörper im Kühlturm, Lackbeschichtung, Fliese oder ein Teil der Innenausstattung eines öffentlichen Verkehrsmittels ausgebildet sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Produkt als Lager- und Transportbehälter oder als Leitung für Kohlenwasserstoffe, Treibstoffe, Lösungsmittel und organische Flüssigkeiten ausgebildet ist. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Zusammensetzung kann hierbei insbesondere das Auftreten von Dieselpest bei Diesel- und Biodiesel-Behältern und -Leitungen im Raffinerie-, KFZ- und Schiffbereich zuverlässig verhindert werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht eines Partikels, welcher aus einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel besteht;
2 eine schematische Schnittansicht eines Partikels, welcher aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel besteht;
3 eine schematische Schnittansicht eines Partikels, welcher aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel besteht;
4 eine schematische Schnittansicht eines Partikels, welcher aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel besteht;
5 eine schematische Schnittansicht eines Partikels, welcher aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel besteht;
6 eine schematische Schnittansicht eines Partikels, welcher aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel besteht;
7 eine schematische Schnittansicht eines Partikels, welcher aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel besteht;
8 eine schematische Schnittansicht eines Partikels, welcher aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel besteht;
9 eine schematische Schnittansicht eines Partikels, welcher aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel besteht;
10 eine schematische Schnittansicht eines Partikels, welcher aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel besteht;
11 ein Liniendiagramm, in welchem ein Zusammenhang zwischen Schichtdicke und antimikrobieller Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung schematisch dargestellt ist.
1 bis 10 zeigen jeweils eine schematische Schnittansicht eines Partikels 10, wobei sämtliche Partikel 10 aus unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Zusammensetzung bestehen. Alle gezeigten Partikel 10 umfassen als Kern 12 einen antimikrobiell wirksamen Wirkstoff, der bei Kontakt mit einem wässrigen Medium als Protonendonator fungiert. Die Kerne 12 der Partikel 10 sind teilweise oder vollständig mit einem Mantel 14 aus einem Beschichtungsmaterial ummantelt, wobei die Beschichtungsmaterialien jeweils eine geringere Wasserlöslichkeit als der im Kern 12 befindliche Wirkstoff besitzen. Die gezeigten Partikel 10 besitzen einen mittleren Durchmesser zwischen 0,1 µm und 100 µm.
Im Einzelnen zeigt 1 einen Partikel 10, bei welchem der Kern 12 aus einer Säure oder einem Säurebildner besteht und vollständig von einem Mantel 14 eingekapselt ist. Der Mantel 14 besteht aus einem protonenleitfähigen Ionomer, beispielsweise aus Nafion (DuPont). Hierdurch ist gewährleistet, dass die Säure im Kern 12 des Partikels 10 selbst bei Verwendung der Zusammensetzung in feuchten Umgebungen oder sogar in fließendem Wasser nicht oder nur sehr langsam verbraucht und die antimikrobielle Wirkung somit über einen langen Zeitraum aufrecht erhalten wird.
2 zeigt einen Partikel 10, dessen Kern 12 aus einer Säure oder einem Säurebildner besteht. Im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist der Kern 12 nur teilweise mit dem Beschichtungsmaterial ummantelt. Hierdurch liegen bestimmte Bereiche des Partikels 10 frei, wodurch sich im Vergleich zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel eine entsprechend höhere Löslichkeit des sauren Wirkstoffs ergibt, wobei die Löslichkeit gegenüber dem unbeschichteten Wirkstoff dennoch deutlich reduziert ist.
3 zeigt einen Partikel 10, dessen grundsätzlicher Aufbau demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels entspricht. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist jedoch der Mantel 14 im Vergleich zum Kern 12 dicker. Dabei kann vorgesehen sein, dass die mittlere Dicke d_M des Mantels 14 bis zum Zehnfachen des mittleren Kerndurchmessers d_K beträgt.
4 zeigt einen Partikel 10, dessen Mantel 14 den Kern 12 vollständig umgibt. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist das Beschichtungsmaterial jedoch ein polymerer Schaum, so dass der Mantel 14 mikroporös ausgebildet ist. Derartige mikrozelluläre Schäume lassen sich beispielsweise mit Polyurethan (PU) als Beschichtungsmaterial herstellen.
5 zeigt einen Partikel 10 aus einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung, dessen Mantel 14 aus einem mikroporösen Beschichtungsmaterial, wie beispielsweise mikroporöses PU oder expandiertes Polytetrafluorethylen (ePTFE), besteht. Polytetrafluorethylen (PTFE) lässt sich mechanisch expandieren, um eine mikroporöse Membran zu erhalten (gestrecktes PTFE).
6 zeigt einen Partikel 10 aus einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung, welcher mehrere Kerne 12 umfasst, die gemeinsam mit einem Mantel 14 aus einem Beschichtungsmaterial ummantelt sind. Die Kerne 12 können dabei grundsätzlich denselben sauren Wirkstoff oder unterschiedliche antimikrobielle Wirkstoffe enthalten.
7 zeigt einen Partikel 10 aus einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung, welcher durch einen Mahlprozess des in 1 gezeigten Partikels 10 gebildet wurde und aufgrund eines Aufbrechens des Mantels 14 einen teilweise freiliegenden Kern 12 besitzt. Wenn der den Kern 12 bildende Wirkstoff und das den Mantel 14 bildende Beschichtungsmaterial gemeinsam extrudiert werden, können ebenfalls Bruchstücke entstehen, die teilweise beschichtet (gecoatet) sind und in ihrem Aufbau dem in 7 gezeigten Partikel 10 entsprechend.
Um die Partikel 10 in einer gewünschten Zielmatrix zu dispergieren, ist es möglich, diese noch mit einer spezifischen Oberfläche 16 auszustatten (Funktionalisierung). Beispielsweise kann das Beschichtungsmaterial silanisiert werden. 8 zeigt hierzu einen Partikel 10 aus einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung, bei welchem die Oberfläche des Beschichtungsmaterials bzw. des Mantels 14 nachträglich funktionalisiert wurde. Zum Silanisieren wird eine geeignet Silanverbindung kovalent an das Beschichtungsmaterial bzw. an die Oberfläche des Mantels 14 gebunden. Die Anbindung kann beispielsweise durch Kondensationsreaktionen zwischen hydrolysierbaren Gruppen der verwendeten Silane und chemischen Gruppen an der Oberfläche des Beschichtungsmaterials erfolgen. Hierdurch lassen sich die Partikel 10 einfacher in bestimmte Matrices, beispielsweise in Kunststoffe oder Emulsionen, einmischen.
9 zeigt einen Partikel 10, welcher im Kern 12 neben einer Säure und/oder eines Säurebildners als antimikrobiellem Wirkstoff zusätzliche Hilfsstoffe 18 und/oder andere, teilweise synergistisch wirkende pharmakologische Wirkstoff umfasst. Die im Kern 12 verteilten Hilfsstoffe 18 sind schematisch als ausgefüllte Kreise angedeutet und aus Gründen der Übersichtlichkeit nur teilweise mit dem Bezugszeichen 18 versehen. Geeignete Hilfsstoffe 18 sind beispielsweise Kieselgur, Aktivkohle, Zeolithe und Nanoteilchen. Sie binden Säuren und Säurebildner durch Adsorption, Absorption oder andere Mechanismen, z.B. chemisch. Synergistisch wirkende pharmakologische Wirkstoffe umfassen beispielsweise Antibiotika, Desinfektionsmittel, Puffersubstanzen und Salze. Insbesondere ist es möglich, Heparin und seine Derivate (Heparinsilber, Heparinnatrium) in einer Konzentration von 1 % bis 95 % (Volumen- oder Gewichtsprozent) zuzugeben.
10 zeigt einen Partikel 10, bei welchem die Hilfsstoffe 18 und/oder pharmakologische Wirkstoffe (nicht gezeigt) im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel im Mantel 14 angeordnet sind. Dabei kann grundsätzlich natürlich auch vorgesehen sein, dass die Hilfsstoffe 18 und/oder pharmakologische Wirkstoffe sowohl im Kern 12 als auch im Mantel 14 vorgesehen sind. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass im Kern 12 und im Mantel 14 unterschiedliche Hilfsstoffe 18 und/oder pharmakologische Wirkstoffe vorgesehen sind, wodurch die unterschiedlichen Freisetzungsgeschwindigkeiten zwischen Mantel 14 und Kern 12 sowie der in aller Regel vorhandene pH-Unterschied zwischen Mantel 14 und Kern 12 gezielt ausgenutzt werden können.
11 zeigt schließlich ein Liniendiagramm, in welchem ein Zusammenhang zwischen der Schichtdicke des Mantels 14 und der resultierenden antimikrobiellen Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung für einen bestimmten sauren Wirkstoff schematisch dargestellt ist. Der antimikrobielle saure Wirkstoff, das Beschichtungsmaterial sowie das Volumen bzw. der mittlere Durchmesser des Kerns 12 werden konstant gehalten. Auf der Ordinatenachse des Liniendiagramms ist dabei die antimikrobielle Wirksamkeit aufgetragen, während auf der Abszissenachse die Schichtdicke des Mantels 14 aufgetragen ist. Zur besseren Nachvollziehbarkeit sind zudem drei exemplarische Partikel 10 mit von links nach rechts steigender Manteldicke abgebildet. Man erkennt, dass ein Ansteigen der Schichtdicke des Mantels 14 zu einer Verringerung der antimikrobiellen Wirksamkeit führt. Umgekehrt verlängert eine höhere Schichtdicke des Mantels 14 die antimikrobielle Wirksamkeit des Wirkstoffs, da dieser langsamer verbraucht wird.
Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedingungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen – beispielsweise aufgrund von Messfehlern, Systemfehlern, Einwaagefehlern, DIN-Toleranzen und dergleichen – als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/058707 A2 [0003]

Claims

Zusammensetzung mit wenigstens einem antimikrobiell wirksamen Wirkstoff, der bei Kontakt mit einem wässrigen Medium als Protonendonator fungiert, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Wirkstoff zumindest teilweise mit wenigstens einem Beschichtungsmaterial ummantelt ist, wobei das Beschichtungsmaterial eine geringere Wasserlöslichkeit als der Wirkstoff besitzt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der antimikrobiell wirksame Wirkstoff MoO₃ und/oder WO₃ und/oder eine anorganische Säure und/oder eine organische Säure und/oder eine chemische Verbindung, die bei Kontakt mit Wasser in eine Brønsted-Säure umgewandelt wird, umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial eine mikroporöse Schicht bildet.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial ein für Protonen permeables Material umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das für Protonen permeable Material ein protonenleitendes Glas, insbesondere ein Phosphosilikat, und/oder ein Ionomer, insbesondere ein sulfoniertes Tetrafluorethylen-Polymer umfasst.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese zusätzlich wenigstens einen Hilfsstoff (18) und/oder wenigstens einen pharmakologischen Wirkstoff umfasst, wobei der Hilfsstoff (18) und/oder der pharmakologische Wirkstoff zusammen mit dem wenigstens einen antimikrobiellen Wirkstoff zumindest teilweise mit dem Beschichtungsmaterial ummantelt und/oder im Beschichtungsmaterial eingelagert ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Partikel (10), insbesondere als Granulat und/oder Pulver, und/oder in Form von Mikrokügelchen vorliegt.
Zusammensetzung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (10) und/oder Mikrokügelchen einen mittleren Durchmesser zwischen 0,1 µm und 100 µm aufweisen.
Zusammensetzung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch das wenigstens eine Beschichtungsmaterial gebildete Schicht eine mittlere Dicke besitzt, die zwischen 10 % und 90 % des mittleren Durchmessers der Partikel ausmacht.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese bei Kontakt mit einem wässrigen Medium einen Oberflächen-pH-Wert zwischen 0,5 und 6,5 erzeugt.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Wirkstoff und/oder das wenigstens eine Beschichtungsmaterial und/oder die Zusammensetzung bei Standardbedingungen fest oder flüssig ist.
Verfahren zum Herstellen einer antimikrobiell wirksamen Zusammensetzung, bei welchem wenigstens ein antimikrobiell wirksamer Wirkstoff, der bei Kontakt mit einem wässrigen Medium als Protonendonator fungiert, zumindest teilweise mit wenigstens einem Beschichtungsmaterial ummantelt wird, wobei das Beschichtungsmaterial eine geringere Wasserlöslichkeit als der Wirkstoff besitzt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Oberfläche des Beschichtungsmaterials funktionalisiert, insbesondere hydrophobisiert und/oder hydrophilisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung in einen Werkstoff eingelagert und/oder zum Beschichten einer Oberfläche eines Gegenstands verwendet wird.
Produkt mit einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder mit einer nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14 hergestellten Zusammensetzung.