DE69632541T2

DE69632541T2 - Wasserlösliche vernetzungsmittel

Info

Publication number: DE69632541T2
Application number: DE69632541T
Authority: DE
Inventors: G. Dale SWAN; A. Richard AMOS; P. Terrence EVERSON
Original assignee: Surmodics Inc
Current assignee: Surmodics Inc
Priority date: 1995-11-03
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2016-11-01
Also published as: JP2009019045A; AU7553196A; EP0862624A4; US5714360A; CA2236588A1; EP0862624B1; WO1997016544A1; DE69632541D1; CA2236588C; JP2000500440A; EP0862624A1; JP4602480B2; AU731249B2; US6077698A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft die chemische und/oder physikalische Modifikation der Oberflächeneigenschaften von industriell und medizinisch wichtigen Substraten. In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die verschiedenen Verfahren, die nützlich sind zum Modifizieren der Oberflächeneigenschaften von Rohmaterialien für spezifische Anwendungen. In diesem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung solche Oberflächenmodifikationstechniken wie Plasmaabscheidung, Bestrahlungspfropfung, Pfropfung durch Photopolymerisation, Ionenimplantation und chemische Derivatisierung.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter photoaktivierbare Vernetzungsmittel zur Verwendung bei der Bindung chemischer Verbindungen an andere Verbindungen und/oder an eine Substratoberfläche.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die chemische Modifikation von Oberflächen, um gewünschte chemische und/oder physikalische Eigenschaften zu erreichen, ist zuvor beschrieben worden. U.S.-Patent Nrn. 4,722,906; 4,973,493; 4,979,959; und 5,002,582 beziehen sich zum Beispiel auf Oberflächenmodifikation durch die Verwendung latenter reaktiver Gruppen, um kovalente Kopplung von Reagentien, wie etwa Biomolekülen und synthetischen Polymeren, an verschiedene Substrate zu erreichen. Die bevorzugte latente reaktive Gruppe wird typischerweise beschrieben als eine photochemisch reaktive funktionelle Gruppe (d. h. photoreaktive Gruppe). Wenn sie einer geeigneten Energiequelle ausgesetzt wird, durchläuft eine photoreaktive Gruppe eine Umwandlung von einem inaktiven Zustand (d. h. Grundzustand) zu einem reaktiven Zwischenprodukt, das in der Lage ist, kovalente Bindungen mit geeigneten Materialien auszubilden.
Solche latenten reaktiven Gruppen können verwendet werden, um zunächst eine gewünschte Verbindung (z. B. thermochemisch) zu derivatisieren, gefolgt von der photochemischen Bindung der derivatisierten Verbindungen an eine Oberfläche. Solch ein schrittweiser Ansatz ist in vielen Situationen geeignet, ihm können aber solche Attribute wie Geschwindigkeit, Vielseitigkeit und Einfachheit der Verwendung fehlen, insbesondere wenn er verwendet wird mit Zielmolekülen, die inhärent zunächst schwierig zu derivatisieren sind.
Latente reaktive Gruppen können auch verwendet werden, um photoaktivierbare heterobifunktionelle Moleküle als Vernetzungsmittel herzustellen, z. B. mit einer photoreaktiven Gruppe an einem Ende mit einer thermochemischen Bindungsgruppe am anderen Ende. (Siehe z. B. obengenanntes '582-Patent und Reiner et al.)
Solche Vernetzungsmittel können verwendet werden, um entweder nicht-reaktive Verbindungen an eine Oberfläche zu binden oder um eine relativ inerte Oberfläche zu grundieren, um sie bei Einwirkung geeigneter aktinischer Strahlung reaktiv zu machen.
U.S.-Patent Nr. 5,414,075, ebenfalls Eigentum des Rechtsnachfolgers der vorliegenden Anmeldung, beschreibt die Verwendung von Vernetzungsmitteln, um eine Oberfläche zu grundieren, um die Oberfläche mit photoaktivierbaren Gruppen zu versehen. Dieses Patent beschreibt ein beschränktes, multifunktionelles Reagens, das nützlich ist zur Grundierung einer Trägeroberfläche und zum gleichzeitigen Aufbringen mit einem Zielmolekül auf einen Träger.
Solche Reagentien, wie diejenigen, die oben beschrieben sind, einschließlich derjenigen, die im '074-Patent beschrieben sind, sind im allgemeinen hydrophob. Als ein Ergebnis besitzen sie relativ geringe Löslichkeit in wässrigen Systemen, wodurch ihre Nützlichkeit für hydrophobe Anwendungen beschränkt ist. Ihrerseits werden Verknüpfungsmittel nach dem Stand der Technik selten, wenn überhaupt, in Zusammensetzungen aufgebracht, die Wasser als ein primäres (z. B. mehr als etwa 50 Vol-%) Lösungsmittel einsetzen.
Auf einem separaten Gebiet wird die Herstellung und Verwendung einer Klasse von kationischen Polyelektrolyten beschrieben, zum Beispiel in „Polyamines and Polyquaternary Ammonium Salts", S. 761–763, in Concise Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Kroschwitz, Hrg. John Wiley and Sons, 1990, dessen Offenbarung hierin durch Bezugnahme miteinbezogen ist. Solche Polyamine und „Polyquats" werden aufgrund ihrer Kationizität als nützlich in Anwendungen beschrieben, die Wechselwirkungen mit anionisch geladenen kolloidalen Teilchen in nach ihrer Natur wässrigen Medien betreffen. Sie werden zum Beispiel bei der Ausflockung von teilchenförmigem Material aus trübem natürlichen Wasser, als Pigmentrückhaltemittel bei der Herstellung von Papier und als Filtrationshilfsmittel, Emulsionsbrechmittel usw. eingesetzt.
EP 0 333 291 offenbart Benzophenon-Derivate und ihre Verwendung als Photoinitiatoren bei der Herstellung von U.B-ausgehärteten Lacken.
Die Anmelder sind sich der Existenz von nicht-polymeren photoaktivierbaren Verknüpfungsmitteln mit sowohl verbesserter wässriger Löslichkeit als auch der Fähigkeit, zu vernetzen oder ansonsten nicht-reaktive Moleküle an eine Oberfläche zu binden, nicht bewusst.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein photoreaktivierbares chemisches Verknüpfungsmittel bereitgestellt, das bei Aktivierung zu kovalenter Bindung an eine Oberfläche und/oder ein Zielmolekül fähig ist, wobei das Mittel eine geladene, nicht- polymere, di- oder höherfunktionelle photoaktivierbare Verbindung umfaßt, die zwei oder mehr photoreaktive Gruppen umfaßt, die jede aktiviert werden können, um eine kovalente Bindung mit der Oberfläche oder dem Zielmolekül zu bilden, und eine oder mehrere geladene Gruppen, die jede, unabhängig, eine Oniumgruppe umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die photoreaktiven Gruppen durch zwei oder mehr Reste bereitgestellt werden, die jeder ein Arylketon enthalten.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche mit einem Zielmolekül bereit, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: a) Bereitstellen eines photoaktivierbaren chemischen Verknüpfungsmittels, das bei Aktivierung zu kovalenter Bindung an die Oberfläche und das Zielmolekül fähig ist, wobei das Mittel eine geladene, nicht-polymere, di- oder höherfunktionelle, photoaktivierbare Verbindung umfasst, die zwei oder mehr photoreaktive Gruppen umfasst, bereitgestellt durch zwei oder mehr Reste, die jeder ein Arylketon enthalten, wobei die Verbindung eine oder mehrere geladene Gruppen umfasst, wobei jede geladene Gruppe, unabhängig, eine Oniumgruppe umfasst; und Bilden eines Lösungsmittelsystems, das Wasser als die Hauptkomponente aufweist und das Verknüpfungsmittel und ein Zielmolekül umfasst, b) Bringen des Lösungsmittelsystems in bindende Nähe zur Oberfläche und c) Aktivieren der photoreaktiven Gruppen des Verknüpfungsmittels, um das Zielmolekül mit der Oberfläche zu vernetzen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch eine Oberfläche bereitgestellt, die eine Beschichtung trägt, die ein Zielmolekül umfaßt, das mit der Oberfläche vernetzt ist durch die Aktivierung eines photoaktivierbaren chemischen Verknüpfungsmittels, wobei das Mittel eine geladene, nicht-polymere, di- oder höherfunktionelle, photoaktivierbare Verbindung umfasst, wobei die Verbindung zwei oder mehr photoreaktive Gruppen umfasst, die aktiviert werden, um kovalente Bindungen mit der Oberfläche und dem Zielmolekül zu bilden, und eine oder mehrere geladene Gruppen, die ausreichend sind, um zu ermöglichen, daß das Mittel als ein Vernetzungsmittel in einem Lösungssystem mit Wasser als einer Hauptkomponente verwendet werden kann, wobei die geladenen Gruppen jede, unabhängig, eine Oniumgruppe umfassen und wobei die photoreaktiven Gruppen bereitgestellt werden durch zwei oder mehr Reste, die jeder ein Arylketon enthalten.
Die vorliegende Erfindung stellt ein chemisches Verknüpfungsmittel bereit, das eine di- oder höherfunktionelle photoaktivierbare geladene Verbindung umfaßt. Das Verknüpfungsmittel der Erfindung stellt wenigstens eine Gruppe bereit, die unter den Einsatzbedingungen geladen ist, um verbesserte Wasserlöslichkeit bereitzustellen. Das Mittel liefert weiter zwei oder mehr photoaktivierbare Gruppen, um zu ermöglichen, daß das Mittel als ein Vernetzungsmittel in wässrigen Systemen verwendet werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Ladung bereitgestellt durch die Einbeziehung eines oder mehrerer quartärer Ammoniumreste und die photoreaktiven Gruppen werden bereitgestellt durch zwei oder mehr Reste eines Arylketons, wie etwa Benzophenon.
In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verknüpfungsmittel der allgemeinen Formel: X-Y-X bereit, wobei jedes X, unabhängig, eine photoreaktive Gruppe in der Form eines Arylketons ist und Y ein Rest ist, der unter anderem eine oder mehrere geladene Gruppen enthält. In solch einer Ausführungsform ist die Anzahl und/oder der Typ der geladenen Gruppe(n) ausreichend, um das Molekühl mit ausreichender Wasserlöslichkeit zu versehen, um zu ermöglichen, daß das Mittel in einem Lösemittelsystem mit Wasser als der Hauptkomponente verwendet (d. h. auf eine Oberfläche aufgebracht und aktiviert) werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält Y eine oder mehrere stickstoffhaltige Gruppen (z. B. quartäre Ammoniumgruppen). Bevorzugter enthält Y einen linearen oder heterocyclischen Rest, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus:
wobei jedes R¹ unabhängig ein Rest ist, der eine Alkylen-, Oxyalkylen-, Cycloalkylen-, Arylen- oder Aralkylengruppe enthält, jedes R² unabhängig ein Rest ist, der eine Alkyl-, Oxyalkyl-, Cycloalkyl-, Aryl- oder Aralkylgruppe enthält, und jedes R³ unabhängig entweder ein nicht-bindendes Paar Elektronen, ein Wasserstoffatom oder ein Rest mit derselben Definition wie R² ist, wobei die R¹-, R²- und R³-Gruppen nicht-störende Heteroatome, wie O, N, S, P und dergleichen, und/oder nicht-störende Substituenten, wie Halo (z. B. Cl) und dergleichen enthalten können.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten ein oder mehrere R²-Reste eine Aralkylgruppe in der Form eines photoaktivierbaren Arylketons. Diese Gruppen können, zusätzlich zu den photoaktivierbaren Gruppen, die durch die oben definierten X-Gruppen bereitgestellt werden, verwendet werden, um die „Triphoto"-Gruppen, „Tetraphoto"-Gruppen und photoaktivierbaren Gruppen höherer Ordnung, die hierin beschrieben sind, bereitzustellen. Die Verwendung von drei oder mehr insgesamt photoreaktiven Gruppen versieht das Verknüpfungsmittel mit weiterer Fähigkeit, das Mittel an ein Zielmolekül und/oder an eine Oberfläche zu vernetzen.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die R²- und R³-Gruppen der obigen linearen Reste tatsächlich kondensiert werden (z. B. ein R² und ein R³ an einem einzigen N-Atom oder eine geeignete Kombination von R²/R³-Gruppen an benachbarten N-Atomen), um andere heterocyclische Strukturen als diejenigen, die oben beispielhaft angegeben sind, zu bilden. Die spezifische Auswahl und Beziehung zwischen R-Gruppen in einem Verknüpfungsmittel der vorliegenden Erfindung ist nicht kritisch, solange das Verknüpfungsmittel zwei oder mehr photoaktivierbare Gruppen bereitstellt und ausreichend Wasserlöslichkeit für seine beabsichtigte Verwendung beibehält.
Der Begriff „nicht-störend" soll sich auf Gruppen, Heteroatome oder Substituenten beziehen, deren Vorhandensein nicht verhindert, daß das photoaktivierbare Verknüpfungsmittel für seinen beabsichtigten Zweck verwendet werden kann.
Das Verknüpfungsmittel der vorliegenden Erfindung hat breite Anwendbarkeit, insbesondere weil es in Vernetzungsanwendungen verwendet werden kann, in denen bisherige Verknüpfungsmittel nicht wirksam gewesen sind. Insbesondere versieht das Vorhandensein einer oder mehrer geladener Gruppen (z. B. Salze von organischen Säuren, Oniumverbindungen oder protonierte Amine) das Mittel mit erhöhter Wasserlöslichkeit.
Als ein Ergebnis können die Verknüpfungsmittel der Erfindung in wässrigen Systemen verwendet werden, die Mittel mit verbesserter Wasserlöslichkeit erfordern. Dies seinerseits stellt ein kosteneffektives Verfahren zur Immobilisierung preiswerter nicht-photoreaktiver Moleküle an seiner Oberfläche bereit. Da die Verknüpfungsmittel selbst aus preiswerten Ausgangsmaterialien hergestellt werden, wie etwa Aminen und 4-Brommethylbenzophenon (BMBP), können die endgültigen Kosten für die Herstellung und Verwendung solcher Verknüpfungsmittel signifikant niedriger sein als herkömmliche photoreaktive Mittel.
Verknüpfungsmittel der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um gleichzeitig ansonsten nicht-reaktive Moleküle an einer Oberfläche zu immobilisieren (z. B. durch Vernetzung). Die Mittel können auch verwendet werden, um eine grundierte latente reaktive Oberfläche herzustellen, die verwendet werden kann, für das spätere Aufbringen eines Zielmoleküls.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wie in der vorliegenden Anmeldung verwendet, sollen die folgenden Wörter und Begriffe die ihnen unten zugeschriebenen Bedeutungen haben:
„wasserlöslich" soll sich auf ein Verknüpfungsmittel der vorliegenden Erfindung mit ausreichender Löslichkeit beziehen, um zu ermöglichen, daß es unter wässrigen Bedingungen wirkungsvoll verwendet werden kann; und
„(Mono-, Di-, etc.)-Photo-(Mono-, Di-, etc.)-Ladung" soll verwendet werden als eine Kurzbezeichnung, um sich auf die Gesamtzahl von photoreaktiven Gruppen und die Gesamtzahl und den Typ der geladenen Gruppen in einem Verknüpfungsmittel dieser Erfindung Bezug zu nehmen. „Diphoto-Diquat" soll zum Beispiel ein Verknüpfungsmittel der vorliegenden Erfindung mit zwei photoreaktiven Gruppen und zwei quartären Ammoniumgruppen bedeuten, für die Beispiele diejenigen einschließen, die in den Formeln II bis V von Tabelle I dargestellt sind, aber nicht hierauf beschränkt. Als weitere Beispiele soll „Triphoto-Triquat" ein Verknüpfungsmittel der vorliegenden Erfindung mit drei photoreaktiven Gruppen und drei quartären Ammoniumgruppen bedeuten (z. B. Formel VI); und „Diphoto-Monosulfonat" soll ein Verknüpfungsmittel mit zwei photoreaktiven Gruppen und einer Sulfonatgruppe bedeuten (z. B. Formel X); und so weiter.
In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verknüpfungsmittel der allgemeinen Formel: X-Y-X bereit, wobei jedes X unabhängig ein Rest ist, der eine photreaktive Gruppe enthält, und Y ein Rest ist, der eine oder mehrere geladene Gruppen enthält.
LADUNGS-ENTHALTENDER REST „Y"
Die Verknüpfungsverbindung der vorliegenden Erfindung schließt eine oder mehrere geladene Gruppen und fakultativ eine oder mehrere zusätzliche photoreaktive Gruppen ein, die in den in der empirischen Formel als „Y" identifizierten Rest einbezogen sind. Eine „geladene" Gruppe, wenn in diesem Sinne verwendet, bezieht sich auf Gruppen, die in ionischer Form vorliegen, d. h. eine elektrische Ladung unter den Einsatzbedingungen (z. B. pH) tragen. Die geladenen Gruppen liegen teilweise vor, um die Verbindung mit der gewünschten Wasserlöslichkeit zu versehen.
Bevorzugte Y-Gruppen sind nicht-polymer, das heißt sie werden nicht durch Polymerisation irgendeiner Kombination von Monomeren gebildet. Nicht-polymere Verknüpfungsmittel sind bevorzugt, da sie dazu neigen, niedrigere Molekülmasse zu besitzen, was seinerseits bedeutet, daß sie im allgemeinen so hergestellt werden können, daß sie eine höhere Konzentration an photoreaktiven Gruppen pro Masseneinheit haben. Ihrerseits können sie im allgemeinen eine höhere Überzugsdichte an photoreaktiven Gruppen liefern als vergleichbare photoreaktive polymere Mittel (z. B. die Photo-PVP-Reagentien, die im oben beschriebenen '582-Patent beschrieben sind).
Die Art und Anzahl der geladenen Gruppen in einem bevorzugten Verknüpfungsmittel sind ausreichend, um das Mittel mit einer Wasserlöslichkeit (Wasser bei Raumtemperatur und optimalem pH) von wenigstens etwa 0,1 mg/ml und vorzugsweise wenigstens etwa 0,5 mg/ml und bevorzugter wenigstens etwa 1 mg/ml zu liefern. Angesichts der Natur des Oberflächenbeschichtungsverfahrens sind Niveaus der Verknüpfungsmittellöslichkeit von wenigstens etwa 0,1 mg/ml im allgemeinen angemessen, um nützliche Beschichtungen aus Zielmolekülen auf Oberflächen zu liefern.
Dies kann in Kontrast gesetzt werden zu Verknüpfungsmitteln nach dem Stand der Technik, die typischerweise als unlöslich in Wasser angesehen werden (z. B. eine vergleichbare Wasserlöslichkeit im Bereich von etwa 0,1 mg/ml oder weniger und häufiger etwa 0,01 mg/ml oder weniger haben). Aus diesem Grund werden herkömmliche Verknüpfungsmittel typischerweise in Lösungsmittelsystemen vorgelegt und verwendet, in denen Wasser entweder abwesend ist oder als eine geringfügigere (d. h. < 50 Vol-%) Komponente vorgelegt ist.
Beispiele für geeignete geladene Gruppen schließen Salze von organischen Säuren (wie etwa Sulfonat-, Phosphonat- und Carboxylatgruppen), Oniumverbindungen (wie etwa quartäre Ammonium-, Sulfonium- und Phosphoniumgruppen) und protonierte Amine sowie Kombinationen derselben ein, sind aber nicht hierauf beschränkt. Ein Beispiel eines Verknüpfungsmittels, das andere geladene Gruppen als quartäre Ammoniumverbindungen einsetzt, ist in Formel X von Tabelle I angegeben. Unter Bezugnahme auf die oben angegebene empirische Formel kann man sehen, daß R³ in Formel X ein einsames Elektronenpaar wäre, um eine tertiäre Amingruppe bereitzustellen, und R² eine geladene Sulfonatgruppe in einem Rest der Formel -CH₂-CH₂-SO₃Na enthalten würde. Ausreichende Gesamtladung, um die Verbindung wasserlöslich zu machen, wird durch die negative Ladung der entfernt liegenden Sulfonatgruppe bereitgestellt.
Eine bevorzugte geladene Gruppe zur Verwendung bei der Herstellung von Verknüpfungsverbindungen der vorliegenden Erfindung ist eine quartäre Ammoniumgruppe. Der Begriff „quartäres Ammonium", wie hierin verwendet, bezieht sich auf organische Derivate von NH₄ ⁺, in denen die Wasserstoffatome jeweils ersetzt sind durch Reste, wodurch dem Rest eine nettopositive Ladung verliehen wird. Das übrige Gegenion kann bereitgestellt werden durch jede geeignete anionische Spezies, z. B. als ein Chlorid-, Bromid-, Iod- oder Sulfat-Ion.
PHOTOREAKTIVE „X"-GRUPPEN
In einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei oder mehr photoreaktive Gruppen durch die an den zentralen Y-Rest gebundenen X-Gruppen bereitgestellt. Bei Belichtung durch eine geeignete Lichtquelle durchläuft jede der photoreaktiven Gruppen eine Aktivierung. Der Begriff „photoreaktive Gruppe", wie hierin verwendet, bezieht sich auf eine chemische Gruppe, die auf eine angewendete äußere Energiequelle anspricht, um die Erzeugung einer aktiven Spezies zu durchlaufen, was zu kovalenter Bindung an eine benachbarte chemische Struktur führt (z. B. ein abstrahierbarer Wasserstoff).
Bevorzugte X-Gruppen werden ausreichend photoreaktiv sein, um ein visuelles Anzeichen von Vernetzung in einer standardisierten Bewertung des folgenden Typs zu liefern (wobei zusätzliche experimentelle Bedingungen in den Beispielen unten angegeben sind). Eine Lösung, die Verknüpfungsmittel der vorliegenden Erfindung enthält, wird verwendet, um eine Beschichtungslösung mit einem Wasser- oder Wasser-/Cosolvens-System, wie hierin beschrieben, herzustellen, wobei die Lösung eine Verknüpfungsmittelkonzentration zwischen 0,1 bis 1 mg/ml besitzt. Polyvinylpyrrolidon mit Reagensqualität („PVP", MG ungefähr 1,5 Millionen Daltons), wie etwa dasjenige, das als Kollidon 90F („K-90F") identifiziert und erhältlich ist von BASF Corporation, wird zur Beschichtungslösung zugegeben, um eine PVP-Endkonzentration von etwa 20 mg/ml zu erreichen, und die resultierende Zusammensetzung verwendet, um die Oberfläche eines Polystyrolstreifens zu beschichten. Die Beschichtungszusammensetzung wird dann in situ für ungefähr 4 Minuten mit einer geeigneten Lichtquelle belichtet, wie etwa einer Lampe, die eine Belichtungswellenlänge von zwischen 250 nm und 450 nm liefert, mit einer Intensität von wenigstens etwa 1,5 mW/cm² im Wellenlängenbereich, der erforderlich ist, um Wasserstoffabstraktion zu fördern. Das Vorhandensein von beschichtetem PVP (d. h. an der Polystyroloberfläche durch das Verknüpfungsmittel vernetzt) kann qualitativ bestimmt werden durch Anfärben mit Kongorot (Sigma). Nach extensivem Waschen unter einem Strom aus entionisiertem („DI") Wasser und Reiben wird das Vorhandensein des gebundenen PVP auf der Oberfläche visuell verifiziert durch Anfärben mit einer 0,35% Lösung von Kongorot in DI-Wasser.
Bevorzugte Gruppen sind ausreichend stabil, um unter Bedingungen gelagert zu werden, bei denen sie solche Eigenschaften beibehalten. Siehe z. B. U.S.-Patent Nr. 5,002,582. Latente reaktive Gruppen können ausgewählt werden, die auf verschiedene Bereiche des elektromagnetischen Spektrums ansprechen, wobei diejenigen, die auf ultraviolette und sichtbare Bereiche des Spektrums ansprechen (hierin als „photoreaktiv" bezeichnet), besonders bevorzugt sind.
Photoreaktive Arylketone sind bevorzugt, wie etwa Acetophenon, Benzophenon, Antrachinon, Anthron und Anthron-ähnliche Heterocyclen (d. h. heterocyclische Analoga von Anthron, wie etwa diejenigen mit N, O oder S in der 10-Position) oder ihre substituierten (z. B. ringsubstituierten) Derivate. Die funktionellen Gruppen solcher Ketone sind bevorzugt, da sie ohne weiteres in der Lage sind, den hierin beschriebenen Aktivierungs/Inaktivierungs/Reaktivierungs-Zyklus zu durchlaufen. Benzophenon ist eine besonders bevorzugte photoreaktive Gruppe, da sie zu photochemischer Anregung mit der anfänglichen Bildung eines angeregten Singulett-Zustandes in der Lage ist, der Intersystem-Crossing zu einem Triplett-Zusand durchläuft. Der angeregte Triplett-Zustand kann sich durch Abstraktion eines Wasserstoffatoms in Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen einschieben (zum Beispiel von einer Trägeroberfläche oder einem Zielmolekül in der Lösung und in bindender Nähe zum Mittel), wodurch ein Radikalpaar erzeugt wird. Anschließender Zusammenbruch des Radikalpaares führt zur Bildung einer neuen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung. Wenn eine reaktive Bindung (z. B. Kohlenstoff-Wasserstoff) nicht für die Bindung verfügbar ist, ist die durch ultraviolettes Licht induzierte Anregung der Benzophenongruppe reversibel und das Molekül kehrt nach Entfernung der Energiequelle in das Energieniveau des Grundzustands zurück. Daher sind photoreaktive Arylketone besonders bevorzugt.
Herstellung von Verknüpfungsmitteln
Verknüpfungsmittel der vorliegenden Erfindung können unter Verwendung verfügbarer Reagentien und chemischer Umsetzungen im Rahmen des Durchschnittskönnens der Fachleute hergestellt werden. Quartäre Ammoniumsalze können zum Beispiel durch die Reaktion tertiärer Amine mit Alkylhalogeniden unter Verwendung der Menschutkin-Reaktion hergestellt werden (Z. Physik. Chem. 5, 589 (1890)). Die Reaktionsgeschwindigkeiten solcher Umsetzungen können durch die Verwendung hoch nukleophiler tertiärer Amine, zusammen mit Alkylhalogeniden mit leicht verdrängbaren Halogenid-Anionen, erhöht werden. Typischerweise ist die Reaktivitätsreihenfolge I^– > Br^– > Cl^–, wobei primäre Halogenide und andere hoch reaktive Verbindungen, wie etwa benzylische Halogenide, für die Reaktion bevorzugt sind. Die Synthese von Benzyltrimethylammoniumiodid, beschrieben in Organic Synthesis Collective Volume IV, 585 (1963), ist ein repräsentatives Beispiel für diesen Reaktionsmechanismus.
Quartäre Ammoniumverbindungen zweiter, dritter oder höherer Ordnung der Erfindung können z. B. durch Reaktion von 4-Brommethylbenzophenon („BMBP") mit Verbindungen, die zwei oder mehr tertiäre Amingruppen enthalten, hergestellt werden. Spezifische Beispiele für solche Amine schließen N,N,N',N'-Tetramethylendiamin, N,N,N',N'-Tetramethyl-1,6-hexandiamin, N,N,N',N',N''-Pentamethylendiethylentriamin und 1,4-Dimethylpiperazin ein, sind aber nicht hierauf beschränkt.
Tabelle I zeigt Beispiele für bevorzugte photoaktivierbare Verknüpfungsmittel der vorliegenden Erfindung.
Verwendung von Verknüpfungsmitteln
Verknüpfungsmittel können in jeder geeigneten Weise verwendet werden, einschließlich durch die gleichzeitige oder aufeinanderfolgende Bindung einer chemischen Verbindung an eine Oberfläche. Verknüpfungsmittel der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um jede geeignete Oberfläche zu modifizieren. Wenn die latente reaktive Gruppe des Mittels eine photoreaktive Gruppe des bevorzugten Typs ist, ist es besonders bevorzugt, daß die Oberfläche abstrahierbare Wasserstoffatome bereitstellt, die für kovalente Bindung mit der aktivierten Gruppe geeignet sind.
Kunststoffe, wie etwa Polyolefine, Polystyrole, Poly(methyl)methacrylate, Polyacrylnitrile, Poly(vinylacetate), Poly(vinylalkohole), chlorhaltige Polymere, wie etwa Poly(vinyl)chlorid, Polyoxymethylene, Polycarbonate, Polyamide, Polyimide, Polyurethane, Phenolharze, Aminoepoxyharze, Polyester, Silikone, Kunststoffe auf Cellulosebasis und kautschukähnliche Kunststoffe, können alle als Träger verwendet werden, die Oberflächen bereitstellen, die modifiziert werden können, wie hierin beschrieben. Siehe allgemein, „Plastics", S. 462–464, in Concise Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Kroschwitz, Hrg. John Wiley and Sons, 1990, dessen Offenbarung hierin durch Bezugnahme miteinbezogen ist. Zusätzlich sind solche Träger wie diejenigen, die gebildet werden aus pyrolytischem Kohlenstoff, und silylierte Oberflächen von Glas, Keramik oder Metall für Oberflächenmodifikation geeignet.
Geeignete Zielmoleküle zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung, zur Bindung an eine Trägeroberfläche, umfassen eine breit gestreute Gruppe von Substanzen. Zielmoleküle können in entweder einer nicht-derivatisierten Form oder zuvor derivatisiert verwendet werden. Überdies können Zielmoleküle einzeln oder in Kombination mit anderen Typen von Zielmolekülen immobilisiert werden.
Zielmoleküle können auf der Oberfläche jeweils immobilisiert werden, nachdem (z. B. aufeinanderfolgend) die Oberfläche mit Verknüpfungsmittel grundiert worden ist.
Vorzugsweise werden Zielmoleküle jedoch während (z. B. gleichzeitig mit) der Bindung des vorliegenden Verknüpfungsmittels auf der Oberfläche immobilisiert.

Typischerweise werden Zielmoleküle so ausgewählt, daß sie mit der Oberfläche und/oder der Vorrichtung oder dem Gegenstand, die/der die Oberfläche trägt, besondere gewünschte Eigenschaften verleihen. Beispiele für geeignete Zielmoleküle und die Oberflächeneigenschaften, für deren Bereitstellung sie typischerweise verwendet werden, sind in der folgenden, nicht-beschränkenden Liste dargestellt:

ZIELMOLEKÜL	FUNKTIONELLE AKTIVITÄT
Synthetische Polymere
Sulfonsäure-substituiertes Polyacrylamid	Schlüpfrigkeit, negativ geladene Oberfläche, Hydrophilie
Polyacrylamid	Schlüpfrigkeit, Protein-Abstoßung, Hydrophilie
Polyethylenglykol	Schlüpfrigkeit, Zell- und Protein-Abstoßung, Hydrophilie
Polyethylenimin	Positiv geladene Oberfläche
Polymilchsäure	Biologisch erodierbare Oberfläche
Polyvinylalkohol	Schlüpfrigkeit, Hydrophilie
Polyvinylpyrrolidon	Schlüpfrigkeit, Hydrophilie
Mit quartärem Amin substituiertes	Schlüpfrigkeit, positiv geladene Oberfläche
Polyacrylamid
Silikon	Schlüpfrigkeit, Hydrophobie
Leitfähige Polymere (z. B. Polyvinylpyridin, Polyacetylen, Polypyrrol)	Elektrische Leitfähigkeit
Kohlehydrate
Alginsäure	Schlüpfrigkeit, Hydrophilie
Cellulose	Schlüpfrigkeit, Hydrophilie, biologisch abbaubare Glucosequelle
Chitosan	Positiv geladene Oberfläche, Hydrophilie
Glycogen	Hydrophilie, biologisch abbaubare Glucosequelle
Heparin	Antithrombogenizität, Hydrophilie, Zellbindung
Hyaluronsäure	Schlüpfrigkeit, negativ geladene Oberfläche
Pektin	Schlüpfrigkeit, Hydrophilie
Mono-, Disaccharide	Hydrophilie

Dextransulfat	Chromatographiemedien
Proteine
Antikörper	Antigenbindung
Antithrombosemittel (z. B. Antithrombin III)	Antithrombogene Oberflächen
Albumin	Nicht-thrombogene Oberfläche
Bindungs-Proteine/-Peptide (z. B. Collagen)	Zellbindung
Enzyme	Katalytische Oberflächen
Extrazelluläre Matrix-Proteine/-Peptide	Zellbindung und -wachstum
Wachstumsfaktoren, Proteine/Peptide	Zellwachstuml
Hirudin	Antithrombogene Oberfläche
Thrombolytische Proteine (z. B. Streptokinase, Plasmin, Urokinase)	Thrombolytische Aktivität
Lipide
Fettsäuren	Hydrophobie, biologische Kompatibilität
Mono-, Di- und Triglyceride	Hydrophobie, Schlüpfrigkeit, biologisch abbaubare Fettsäurequelle
Phospholipide	Hydrophobie, Schlüpfrigkeit, biologisch abbaubare Fettsäurequelle
Prostaglandine/Leukotriene	Nicht-thrombogene Oberfläche/immobilisierte Messenger
Nukleinsäuren
DNA	Substrat für Nukleasen/Affinitätsbindung
RNA	Substrat für Nukleasen/Affinitätsbindung
Nukleoside, Nukleotide	Quelle für Purine, Pyrimidine, Enzym-Co-Faktoren
Arzneistoffe/Vitamine/Cofaktoren
Enzym-Cofaktoren	Immobilisierte Enzyme
Häm-Verbindungen	Globinbindungen/Oberflächenoxygenierung
Arzneistoffe	Arzneistoffaktivität
Nicht-polymere Materialien
Farbstoffe (z. B. Azofarbstoffe)	Färbemittel
Fluoreszierende Verbindungen (z. B. Fluorescein)	Fluoreszenz

Jede geeignete Technik kann für die Verknüpfungsmittel-Bindung an eine Oberfläche verwendet werden, und solche Techniken können für jedes Material, jedes Verfahren oder jede Vorrichtung ausgewählt und optimiert werden. Das Verknüpfungsmittel kann mit Erfolg auf saubere Materialoberflächen, wie oben aufgelistet, durch Sprüh-, Tauch- oder Bürstenauftrag einer Lösung des reaktiven Verknüpfungsmittels aufgebracht werden. Bei einem typischen gleichzeitigen Auftrag wird der für eine Beschichtung gedachte Träger zunächst in einer wässrigen Lösung des Verknüpfungsmittels und Zielmoleküls getaucht. Geeignete wässrige Lösungsmittel zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung schließen wenigstens etwa 50% Wasser (volumenbezogen) ein und schließen fakultativ zwischen etwa 10% und etwa 50% eines oder mehrerer geeigneter Cosolventien, wie etwa Isopropylalkohol, ein. Das Cosolvens hat typischerweise wenig, wenn überhaupt, Auswirkungen auf die Löslichkeit des Verknüpfungsmittels im Lösungsmittelsystem und wird stattdessen verwendet, um die Oberflächenspannung der Lösung zu verringern, um ein effektives Beschichten der Oberfläche zu fördern. Die beschichtete Oberfläche wird anschließend mit ultraviolettem oder sichtbarem Licht belichtet, um die Bildung kovalenter Bindungen zwischen dem Verknüpfungsmittel, dem Zielmolekül und der Materialoberfläche zu fördern, woraufhin der Träger gewaschen wird, um nicht-gebundene Moleküle zu entfernen.
Bei einem typischen sequentiellen Auftrag wird der Träger zunächst in einer wässrigen Lösung des Verknüpfungsmittels getaucht und der mit Verknüpfungsmittel beschichtete Träger wird anschließend mit ultraviolettem oder sichtbarem Licht belichtet, um die Bildung kovalenter Bindungen an der Materialoberfläche zu fördern. Nach dem Waschen, um nicht-gebundenes Verknüpfungsmittel zu entfernen, wird eine Lösung, die das Zielmolekül enthält, aufgebracht, gefolgt von einer zweiten UV-Belichtung, was zur Bindung des Zielmolekühls an die Oberfläche über das Verknüpfungsmittel führt.
Wenn gewünscht, können andere Ansätze zur Oberflächenmodifikation unter Verwendung des Verknüpfungsmittels der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Dieser Ansatz ist besonders nützlich in den Situationen, in denen ein Träger unter Verwendung herkömmlicher Chemie schwierig zu modifizieren ist, oder für Situationen, die außergewöhnliche Haltbarkeit und Stabilität des Zielmoleküls auf der Oberfläche erfordern.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Reagens und ein Verfahren zur Verfügung, das zur Veränderung der Oberflächeneigenschaften einer Vielzahl von Vorrichtungen mit medizinischer, wissenschaftlicher und industrieller Bedeutung nützlich ist, unter Verwendung eines breiten Spektrums geeigneter Zielmoleküle.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden nicht-beschränkenden Beispiele weiter beschrieben werden. Es wird den Fachleuten deutlich sein, daß viele Veränderungen in den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Somit sollte der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht durch die in dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen beschränkt werden, sondern nur durch Ausführungsformen, die durch die Sprache der Ansprüche beschrieben sind, und die Äquivalente dieser Ausführungsformen. Sofern nicht anders angegeben, sind alle Prozentanteile gewichtsbezogen.
BEISPIELE
Beispiel 1
Darstellung von 4-Brommethylbenzophenon (Verbindung I)
4-Methylbenzophenon, 750 g (3,82 Mole), wurde zu einem 5-Liter-Morton-Kolben, der mit einem Überkopfrührer ausgestattet war, zugegeben und in 2.850 ml Benzol gelöst. Die Lösung wurde anschließend auf Rückfluß erhitzt, gefolgt von der tropfenweisen Zugabe von 610 g (3,82 Mole) Brom in 330 ml Benzol. Die Zugabegeschwindigkeit betrug ungefähr 1,5 ml/min und der Kolben wurde mit einem 90-Watt-Halogenstrahler (90 Joule/s) belichtet, um die Reaktion zu initiieren. Eine Zeituhr wurde bei der Lampe verwendet, um einen 10%-Betriebszyklus (5 Sekunden an, 40 Sekunden aus) bereitzustellen, gefolgt von einer Stunde mit einem 20%-Betriebszyklus (10 Sekunden an, 40 Sekunden aus). Am Ende der Zugabe wurde das Produkt durch Gaschromatographie analysiert, und es wurde festgestellt, daß es 71% des gewünschten 4-Brommethylbenzophenons, 8% des Dibrom-Produktes und 20% nicht-umgesetztes 4-Methylbenzophenon enthielt. Nach dem Abkühlen wurde die Reaktionsmischung mit 10 g Natriumbisulfit in 100 ml Wasser gewaschen, gefolgt von Waschen mit 3 × 200 ml Wasser. Das Produkt wurde über Natriumsulfat getrocknet und zweimal aus 1 : 3 Toluol : Hexan umkristallisiert. Nach dem Trocknen unter Vakuum wurden 635 g 4-Brommethylbenzophenon isoliert, was eine Ausbeute von 60% lieferte, mit einem Schmelzpunkt von 112–114°C. Analyse durch kernmagnetische Resonanz („NMR") (¹H-NMR (CDCl₃)) war konsistent mit dem gewünschten Produkt: aromatische Protonen 7,20–7,80 (m, 9H) und Methylen-Protonen 4,48 (s, 2H). Alle chemischen Verschiebungswerte sind in ppm feldabwärts von einem internen Tetramethylsilan-Standard.
Beispiel 2
Darstellung von Ethylenbis(4-benzoylbenzyldimethylammonium)-Dibromid (Diphoto-Diquat) (Verbindung II)
N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin, 6 g (51,7 mmol), wurde in 225 ml Chloroform unter Rühren gelöst. 4-Brommethylbenzophenon, 29,15 g (106,0 mmol), wurde als ein Feststoff zugegeben und die Reaktionsmischung wurde bei Raumtemperatur für 72 Stunden gerührt. Nach dieser Zeit wurde der resultierende Feststoff durch Filtration isoliert und der weiße Feststoff wurde mit kaltem Chloroform gespült. Das restliche Lösungsmittel wurde unter Vakuum abgezogen und 34,4 g Feststoff wurden für eine Ausbeute von 99,7% isoliert, Schmelzpunkt 218–220°C. Analyse auf einem NMR-Spektrometer war konsistent mit dem gewünschten Produkt: ¹H-NMR (DMSO-d₆) aromatische Protonen 7,20–7,80 (m, 18H), benzylische Methylene 4,80 (br. s, 4H), Aminmethylene 4,15 (br. s, 4H) und Methyle 3,15 (br. s, 12H).
Beispiel 3
Darstellung von Hexamethylenbis(4-benzoylbenzyldimethylammonium)-Dibromid (Diphoto-Diquat) (Verbindung III)
N,N,N',N'-Tetramethyl-1,6-hexandiamin, 1 g (5,80 mmol), wurde in 50 ml Chloroform gelöst. 4-Brommethylbenzophenon, 3,35 g (12,18 mmol), wurde anschließend als ein Feststoff zugegeben und die resultierende Lösung wurde bei 50°C für 18 Stunden gerührt. Nach dieser Zeit wurde die klare Lösung mit Ether behandelt. Die resultierende Aufschlämmung ließ man auf Raumtemperatur abkühlen und den Feststoff ließ man absetzen. Die Flüssigkeit wurde dekantiert und der restliche Feststoff ausgiebig mit Ether trituriert. Der resultierende Feststoff wurde unter Vakuum getrocknet, um 4,19 g Feststoff für eine quantitative Ausbeute zu ergeben, Schmelzpunkt 208–209°C. Analyse auf einem NMR-Spektrometer war konsistent mit dem gewünschten Produkt: ¹H-NMR (DMSO-d₆) aromatische Protonen 7,25–7,90 (m, 18H), benzylische Methylene 4,65 (br. s, 4H), Aminmethylene 3,25 (br. s, 4H), Methyle 3,00 (br. s, 12H) und Methylene 1,60–2,10 (m, 4H) und 1,20–1,60 (m, 4H).
Beispiel 4
Darstellung von 1,4-Bis(4-benzoylbenzyl)-1,4-dimethylpiperazindiium-Dibromid (Diphoto-Diquat) (Verbindung IV)
1,4-Dimethylpiperazin, 1 g (8,76 mmol), wurde in 10 ml Chloroform gelöst, gefolgt von der Zugabe von 4,94 g (17,96 mmol) 4-Brommethylbenzophenon. Der Feststoff löste sich innerhalb von 15 Minuten, wobei Ausfällung des festen Produktes nach 30 Minuten eintrat. Die Mischung ließ man über Nacht bei Raumtemperatur unter einer Argon-Atmosphäre rühren. Das Produkt wurde mit Ether verdünnt und der Feststoff wurde filtriert und mit Ether gespült. Das resultierende Produkt wurde unter Vakuum getrocknet, um 5,82 g Feststoff für eine quantitative Ausbeute zu ergeben, Schmelzpunkt 241–244°C. Analyse auf einem NMR-Spektrometer war konsistent mit dem gewünschten Produkt: ¹H-NMR (DMSO-d₆) aromatische Protonen 7,25–7,90 (m, 18H), benzylische Methylene 4,80–5,30 (m, 4H), Ring-Methylene 2,90–4,40 (m, 8H) und Methyle 3,25 (br. s, 6H).
Beispiel 5
Darstellung von Bis(4-benzoylbenzyl)hexamethylentetramindiium-Dibromid (Diphoto-Diquat) (Verbindung V)
Hexamethylentetramin, 1 g (7,13 mmol), und 4-Brommethylbenzophenon, 4,02 g (14,6 mmol), wurden in 100 ml Chloroform bei Raumtemperatur gelöst. Diese Lösung wurde anschließend bei Rückfluß für 48 Stunden erhitzt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurde das Produkt durch die Zugabe von 1 Liter Ether ausgefällt und der resultierende ölige Feststoff wurde dreimal mit warmem Ether extrahiert. Restliches Lösungsmittel wurde unter Vakuum abgezogen, um 2,69 g eines weißen Feststoffes für eine Ausbeute von 54,7% zu ergeben, Schmelzpunkt 138–141°C. Analyse auf einem NMR-Spektrometer war konsistent mit dem gewünschten Produkt: ¹H-NMR (DMSO-d₆) aromatische Protonen 7,40–7,90 (m, 18H), benzylische Methylene 5,10 (s, 4H) und Ring-Methylene 5,00 (br. s, 2H), 4,50 (br. s, 8H) und 4,15 (br. s, 2H).
Zur weiteren Reinigung wurde eine 200 mg-Probe auf eine Normalphasen-Flash-Silicagelsäule geladen und die nicht-polaren Komponenten wurden aus der Säule unter Verwendung von 10% (v/v) Methanol in Chloroform eluiert. Das Silicagelbett wurde anschließend entnommen und wurde gründlich mit 10% (v/v) Methanol in Chloroform extrahiert, um eine gereinigte Probe zu ergeben.
Beispiel 6
Darstellung von Bis[2-(4-benzoylbenzyldimethylammonio)ethyl]-4-benzoxlbenzylmethylammonium-Tribromid (Triphoto-Triquat) (Verbindung VI)
N,N,N',N'-Pentamethyldiethylentriamin, 1 g (5,77 mmol), wurde in 20 ml Chloroform unter Rühren gelöst. 4-Brommethylbenzophenon, 4,84 g (17,60 mmol), wurde als ein Feststoff zugegeben und die resultierende Lösung wurde bei 50°C für 48 Stunden gerührt. Nach dem Abkühlen wurde die Lösung mit Ether behandelt und den resultierenden Feststoff ließ man absetzen. Die Flüssigkeit wurde dekantiert und der restliche Feststoff mit Ether trituriert. Der resultierende ölige Feststoff wurde unter Vakuum für zwei Stunden getrocknet. Der resultierende Feststoff wog 5,08 g für eine Ausbeute von 88,1%, Schmelzpunkt 123–128°C. Analyse auf einem NMR-Spektrometer war konsistent mit dem gewünschten Produkt: ¹H-NMR (CDCl₃) aromatische Protonen 7,20–8,10 (m, 27H), benzylische Methylene 5,15 (s, 6H), Methylene 4,05 (br. s, 8H) und Methyle 3,35 (br. s, 15H).
Beispiel 7
Darstellung von 4,4-Bis(4-benzoylbenzyl)morpholinium-Bromid (Diphoto-Monoquat) (Verbindung VII)
Morpholin, 0,85 g (9,76 mmol), wurde in 10 ml trockenem Tetrahydrofuran („THF") gelöst, gefolgt von der Zugabe von 0,39 g (9,76 mmol) NaH (60% Suspension in Öl). Die Mischung wurde bei 50–60°C für 10 Minuten erhitzt, um das Anion zu bilden, gefolgt von der Zugabe von 2,68 g (9,76 mmol) 4-Brommethylbenzophenon. Die Mischung ließ man über Nacht rühren und wurde anschließend filtriert, um unlösliche Substanzen zu entfernen, wobei der Filterkuchen mit 3 × 10 ml CHCl₃ gewaschen wurde. Die Lösungsmittel wurden unter verringertem Druck abgezogen und das Produkt in 50 ml CHCl₃ erneut gelöst, gefolgt von Waschen mit 2 × 30 ml Wasser. Nach dem Trocknen über Na₂SO₄ ergab die Verdampfung des Lösungsmittels 2,9 g Produkt, > 95% rein nach gaschromatographischer („GC") Analyse. Die Analyse auf einem NMR-Spektrometer war konsistent mit dem gewünschten Produkt: ¹H-NMR (CDCl₃) aromatische Protonen 7,20–7,80 (m, 9H), zu Sauerstoff benachbarte Methylene 3,55–3,80 (m, 4H), benzylisches Methylen 3,50 (s, 2H) und zu Stickstoff benachbarte Methylene 2,30–2,55 (m, 4H).
Das obige Produkt, 2,4 g (8,07 mmol), wurde in 5 ml CHCl₃ unter Rühren gelöst. 4-Brommethylbenzophenon, 2,22 g (8,07 mmol), wurde zusammen mit 120 mg (0,80 mmol) NaI zugegeben und die Mischung wurde über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Die Mischung wurde filtriert und der Feststoff wurde mit 3 × 5 ml CHCl₃ gewaschen, um 0,95 g eines weißen Feststoffes zu ergeben. Das Filtrat enthielt signifikante Mengen an weniger reinem Material aufgrund der Löslichkeit des Produkt in organischen Lösungsmitteln. ¹H-NMR (DMSO-d₆) aromatische Protonen 7,30–7,85 (m, 18H), benzylische Methylene 4,95 (s, 4H), zu Sauerstoff benachbarte Methylene 3,90–4,25 (m, 4H) und zu Stickstoff benachbarte Methylene 3,15–3,60 (m, 4H).
Beispiel 8
Darstellung von Ethylenbis[(2-(4-benzoylbenzyldimethylammonio)ethyl)-4-benzoylbenzylmethylammonium]Tetrabromid (Tetraphoto-Tetraquat) (Verbindung VIII)
1,1,4,7,10,10-Hexamethyltriethylentetramin, 1,0 g (4,34 mmol), wird in 20 ml Chloroform unter Rühren gelöst. 4-Brommethylbenzophenon, 5,02 (18,23 mmol), wird als ein Feststoff zugegeben und die Mischung wird bei 50°C für 48 Stunden gerührt. Nach dem Abkühlen wird die Mischung mit Ether behandelt und der resultierende Feststoff wird durch Filtration isoliert. Das Produkt wird mit Ether gespült und unter Vakuum getrocknet.
Beispiel 9
Darstellung von 1,1,4,4-Tetrakis(4-benzoylbenzyl)piperazindiium-Dibromid (Tetraphoto-Diquat) (Verbindung IX)
Piperazin, 1 g (11,61 mmol), wird in 20 ml trockenem THF gelöst, gefolgt von 0,929 g (23,22 mmol) NaH (60% Suspension in Öl). Die Mischung wird bei 50–60°C für 10–20 Minuten erwärmt, um das Anion zu bilden, gefolgt von der Zugabe von 6,39 g (23,22 mmol) 4-Brommethylbenzophenon. Die Mischung wird über Nacht gerührt und filtriert, um unlösliche Substanzen zu entfernen. Nach Eindampfen unter verringerem Druck wird das Produkt in 50 ml CHCl₃ erneut gelöst und mit 2 × 30 ml Wasser gewaschen. Das Produkt wird über Na₂SO₄ getrocknet und durch Filtration und Eindampfen isoliert.
Das obige Produkt wird anschließend in 10 ml CHCl₃ gelöst, gefolgt von der Zugabe von 6,39 g (23,22 mmol) 4-Brommethylbenzophenon. NaI, 120 mg (0,80 mmol), wird als ein Katalysator zugegeben und die Mischung wird gerührt, bis die Ausgangsmaterialien verbraucht sind. Das Produkt wird durch Ausfällung mit Ether isoliert und der resultierende Feststoff wird mit Ether gespült und unter Vakuum getrocknet.
Beispiel 10
Darstellung von N,N-Bis[2-(4-benzoylbenzyloxy)ethyl]-2-aminoethansulfonsäure-Natriumsalz (Diphoto-Monosulfonat) (Verbindung X)
Diethanolamin, 5,43 g (51,7 mmol), wurde mit 60 ml CH₂Cl₂ verdünnt, gefolgt von der Zugabe von 5,20 g (51,5 mmol) Triethylamin und 11,3 g (51,7 mmol) Di-t-butyldicarbonat bei Raumtemperatur. Nach vollständiger Reaktion, wie angezeigt durch GC-Analyse, wurden flüchtige Substanzen unter verringertem Druck abgezogen und der Rückstand wurde in 45 ml CHCl₃ gelöst. Die organischen Substanzen wurden nacheinander mit 2 × 45 ml 1 N NaOH, 45 ml 0,1 N NaOH und 45 ml 0,01 N NaOH extrahiert. Jeder wässrige Extrakt wurde anschließend mit 3 × 45 ml CHCl₃ rückextrahiert. Die vereinigten organischen Extrakte wurden auf einer Silicagel-Flashchromatographiesäule unter Verwendung von Ethylacetat gereinigt, um 6,74 g t-BOC-geschütztes Amin als ein viskoses Öl zu ergeben, eine Ausbeute von 63%. Die Analyse auf einem NMR-Spektrometer war konsistent mit dem gewünschten Produkt: ¹H-NMR (CDCl₃) Hydroxyl-Protonen und zu Sauerstoff benachbarte Methylene 3,50–3,90 (m, 6H), zu Stickstoff benachbarte Methylene 3,25–3,50 (m, 4H) und t-Butyl-Protonen 1,45 (s, 9H).
Das t-BOC-geschützte Amin, 6,7 g (32,6 mmol), wurde mit 50 ml trockenem THF verdünnt, gefolgt von der Zugabe von 19,72 g (71,72 mmol) 4-Brommethylbenzophenon, 83 mg (0,55 mmol) Natriumiodid und 1,75 g (5,43 mmol) Tetra-n-butylammoniumbromid. 3,1 g (71,7 mmol) Natriumhydrid (55% Suspension in Öl) wurden anschließend portionsweise zugegeben, bis ungefähr 80% der Menge zugegeben worden waren. Die Mischung ließ man über Nacht bei Raumtemperatur rühren, gefolgt von der Zugabe der restlichen 20% des Natriumhydrids. Nach einer zusätzlichen Stunde Reaktion wurde das Produkt mit 200 ml Wasser verdünnt und das Produkt wurde mit 3 × 100 ml CHCl₃ extrahiert. Die Bis-benzophenon-t-BOC-Verbindung wurde auf einer Silicagel-Flashchromatographiesäule unter Verwendung von 95/5 (v/v) CHCl₃/Acetonitril gereinigt, was 15,60 g (81% der Theorie) lieferte. Die Analyse auf einem NMR-Spektrometer war konsistent mit dem gewünschten Produkt: ¹H-NMR (CDCl₃) aromatische Protonen 7,10–7,80 (m, 18H), benzylische Methylene 4,55 (s, 4H), restliche Methylene 3,30–3,75 (m, 8H) und t-Butyl-Protonen 1,45 (s, 9H).
Die Bis-benzophenon-t-BOC-Verbindung, 0,52 g (0,877 mmol), wurde in 5 ml Ethylacetat plus 2,5 ml konzentrierter HCl gelöst und die Mischung wurde 30 Minuten bei Raumtemperatur gerührt. Der pH wurde dann durch die Zugabe von 10 N NaOH auf ungefähr 14 eingestellt und das gewünschte Produkt wurde mit 4 × 10 ml CHCl₃ extrahiert. Nach Trocknen über Natriumsulfat ergab das Verdampfen des Lösungsmittels das sekundäre Amin-Produkt, das ohne Reinigung verwendet wurde. Die Analyse auf einem NMR-Spektrometer war konsistent mit dem gewünschten Produkt: ¹H-NMR (CDCl₃) aromatische Protonen 7,10–7,80 (m, 18H), benzylische Methylene 4,55 (s, 4H), zu Sauerstoff benachbarte Methylene 3,60 (t, 4H), zu Stickstoff benachbarte Methylene 2,85 (t, 4H) und Amin-Proton 2,50 (s, 1H).
Das sekundäre Amin aus obigem wurde mit 5 ml N,N-Dimethylformamid verdünnt, gefolgt von der Zugabe von 0,185 g (0,877 mmol) 2-Bromethansulfonsäure-Natriumsalz. Nachdem der Feststoff gelöst war, wurden 0,040 g (1 mmol) 60% Natriumhydrid zugegeben und die Mischung wurde bei 60°C erwärmt. Als festgestellt wurde, daß die Reaktion langsam voranschritt, wurden 6,3 mg (0,042 mmol) Natriumiodid zugegeben und das Erhitzen wurde für 3 Tage fortgesetzt. Das Produkt wurde mit 200 ml Wasser verdünnt und das Produkt wurde mit 3 × 200 ml CHCl₃ extrahiert. Das gewünschte Sulfonat-Produkt wurde durch Silicagel-Flashchromatographie unter Verwendung von CHCl₃/CH₃OH/NH₄OH 90/10/1 (v/v/v) als Lösungsmittel isoliert, um 150 mg Produkt für eine Ausbeute von 27% zu ergeben. Die Analyse auf einem NMR-Spektrometer war konsistent mit dem gewünschten Produkt: ¹H-NMR (CDCl₃) aromatische Protonen 7,10–7,80 (m, 18H), benzylische Methylene 4,50 (s, 4H) und restliche Methylene 2,90–4,00 (m, 12H).
Beispiel 11
Oberflächenmodifikation von Polyethylen (PE) durch Aufbringen von PVP mit Verbindung II
Eine Beschichtungslösung wurde hergestellt, indem PVP („K90F", BASF Corporation) mit 20 mg/ml und Verbindung II mit 1 mg/ml in Isopropylalkohol (IPA)/Wasser (1 : 1) gelöst wurden. Ein High-Density-Polyethylen(„HDPE")-Stab (15 cm (5 in) lang) wurde zunächst mit einem mit IPA getränkten Tuch abgewischt, woraufhin der Stab bei 300 mtorr in Argon bei 250 Watt für zwei Minuten plasmavorbehandelt wurde. Der Stab wurde in der Beschichtungslösung tauchbeschichtet durch Eintauchen in die Lösung mit 2 cm (0,75 in)/s, Belassen für 5 Sekunden und Herausziehen mit einer Geschwindigkeit von 0,5 cm (0,19 in)/s. Nach Entfernen des Stabes aus der Beschichtungslösung wurde er für 10 Minuten luftgetrocknet. Der Stab wurde in der Mitte zwischen gegenüberliegenden ELC-4000-Lampen (40 cm (15,7 in) Abstand), die 400-Watt-Quecksilberdampfkolben enthielten, die 1,5 mW/cm² von 330–340 nm beim Belichtungsabstand abgaben, aufgehängt. Der Stab wurde für drei Minuten gedreht und belichtet, um eine gleichmäßige Aushärtung der Beschichtung sicherzustellen.
Ausgiebiges Waschen unter einem Strom aus entionisiertem („DI") Wasser und Reiben der Oberfläche zwischen Daumen und Zeigefinger (ungefähr 30 Sekunden) zeigten eine stark anhaftende Schicht aus schlüpfrigem PVP, verglichen mit einem nicht-beschichteten Stab. Das Vorhandensein des gebundenen PVP auf der Oberfläche wurde auch verifiziert durch Anfärben mit einer 0,35% Lösung von Kongorot (Sigma) in DI-Wasser.
Beispiel 12
Oberflächenmodifikation von Polyvinychlorid (PVC) durch Aufbringen von PVP mit Verbindung II
Ein PVC-Harnwegkatheter (17,8 cm (7,0 in)) × 4,0 cm Außendurchmesser) (0,16 in)) wurde in der in Beispiel 11 beschriebenen Art und Weise beschichtet.
Nach ausgiebigem Waschen unter einem Strom laufenden DI-Wassers und Reiben der Oberfläche mit den Fingern (ungefähr 30 Sek.) zeigte eine stark anhaftende schlüpfrige Beschichtung aus PVP, verglichen mit der nicht-beschichteten Kontrolle. Das Vorhandensein des gebundenen PVP auf der Oberfläche wurde auch durch die gleichmäßig eingefärbte dunkelrote Farbe durch Anfärben mit einer 0,35% Lösung von Kongorot in DI-Wasser verifiziert.
Beispiel 13
Oberflächenmodifikation von Polyurethan (PU) durch Aufbringen von PVP mit Verbindung II
Ein Polyurethan(„PU")-Stab (15 cm (6 in) lang) wurde in der in Beispiel 11 beschriebenen Art und Weise beschichtet, mit der Ausnahme, daß der Stab nicht plasmavorbehandelt wurde und er für 4 Minuten naß belichtet wurde (er sollte nach der Belichtung trocken sein).
Der PU-Stab wurde ausgiebig in einem Strom laufenden DI-Wassers gewaschen und das Reiben der Oberfläche mit den Fingern (ungefähr 30 Sek.) zeigte eine stark anhaftende Schicht aus schlüpfrigem PVP. Das Vorhandensein des gebundenen PVP auf der Oberfläche wurde durch Anfärben verifiziert, wie beschrieben in Beispiel 11.
Beispiel 14
Oberflächenmodifikation von Latexkautschuk durch Aufbringen von PVP mit Verbindung II
Ein Latexkautschuk-Katheter (16,5 cm (6,5 in) × 6 mm (0,24 in) Außendurchmesser) wurde beschichtet und das Vorhandensein der an der Oberfläche gebundenen Beschichtung aus PVP in einer in Beispiel 13 beschriebenen Art und Weise verifiziert.
Beispiel 15
Oberflächenmodifikation von PE durch Aufbringen von PVP und Heparin mit Verbindung II
Ein Stück HDPE-Stab (15 cm (6 in) lang) wurde in einer in Beispiel 11 beschriebenen An und Weise gewaschen und vorbehandelt. Der Stab wurde zunächst unter Verwendung der Beschichtungslösung und des Verfahrens, die in Beispiel 11 beschrieben sind, beschichtet. Nachdem die anfängliche Beschichtung ausgehärtet war, wurde der Stab anschließend in einer Lösung aus PVP (K90F) mit 20 mg/ml, Heparin (Celsus Corp.) mit 10 mg/ml und Verbindung II mit 1 mg/ml in IPA/Wasser (40 : 60 v/v) durch Eintauchen in die Lösung mit 2 cm (0,75 in)/s, Belassen für 5 Sekunden und Herausziehen mit einer Geschwindigkeit von 0,5 cm (0,19 in)/s tauchbeschichtet. Der nasse PU-Stab wurde in der Mitte zwischen gegenüberliegenden ELC-4000-Lampen aufgehängt, für vier Minuten gedreht und belichtet (sollte nach der Belichtung trocken sein), wie beschrieben in Beispiel 11.
Das Reiben des Stabes zwischen dem Daumen und Zeigefinger (ungefähr 30 Sekunden) unter einem Strom DI-Wassers zeigte eine schlüpfrige Beschichtung aus PVP, verglichen mit nicht-beschichteter Kontrolle. Das Vorhandensein des gebundenen Heparins auf der Oberfläche wurde auch durch Anfärben mit einer 0,1% Lösung Toluidinblau O (Sigma) in DI-Wasser verifiziert.
Beispiel 16
Oberflächenmodifikation von PVC durch Aufbringen von PVP und Heparin mit Verbindung II
Ein PVC-Harnwegkatheter (20 cm (8 in) × 4 mm (0,16 in) Außendurchmesser) wurde beschichtet und das Vorhandensein von sowohl PVP als auch Heparin, gebunden auf der Oberfläche, verifiziert, wie in Beispiel 15 beschrieben.
Beispiel 17
Oberflächenmodifikation von PU durch Aufbringen von PVP und Heparin mit Verbindung II
Ein PU-Stab (15 cm (6 in) lang) wurde beschichtet, wie beschrieben in Beispiel 15, mit der Ausnahme, daß keine Plasmavorbehandlung eingesetzt wurde. Eine Beurteilung des Stabes, wie beschrieben in Beispiel 15, zeigte das Vorhandensein von sowohl PVP und Heparin, fest gebunden an die Staboberfläche.
Beispiel 18
Oberflächenmodifikation von Latexkautschuk durch Aufbringen von PVP und Heparin mit Verbindung II
Ein Latexkautschuk-Harnwegkatheter (15 cm (6 in) × 6 mm (0,24 in) Außendurchmesser) wurde beschichtet und beurteilt, wie beschrieben in Beispiel 15, mit der Ausnahme, daß keine Plasmavorbehandlung notwendig war und der Katheter nur unter Verwendung einer Lösung aus PVP (K90F) mit 20 mg/ml, Heparin (Celsus Corp.) mit 10 mg/ml und Verbindung II mit 1 mg/ml in IPA/Wasser (40 : 60 v/v) beschichtet wurde. Die Beurteilung der Latex-Katheter, beschrieben in Beispiel 15, zeigte das Vorhandensein von PVP und Heparin, gebunden an die Oberfläche.
Beispiel 19
Oberflächenmodifikation von PU durch Aufbringen von PVP mit Verbindung III
Eine Beschichtungslösung wurde hergestellt, indem PVP (K90F) mit 20 mg/ml und Verbindung III mit 1 mg/ml in IPA/Wasser (1 : 1 v/v) gelöst wurden. Ein PU-Stab (10 cm (3,9 in) lang) wurde zunächst mit einem mit IPA getränkten Tuch abgewischt. Der Stab wurde in der Beschichtungslösung durch Eintauchen in die Lösung mit 2 cm (0,75 in)/s, Belassen für 5 Sekunden und Herausziehen mit einer Geschwindigkeit von 1 cm (0,39 in)/s tauchbeschichtet. Der PU-Stab wurde aus der Beschichtungslösung entnommen und in der Mitte zwischen gegenüberliegenden ELC-4000-Lampen (40 cm (15,7 in) Abstand), die 400-Watt-Quecksilberdampfkolben enthielten, die 1,5 mW/cm² von 330–340 nm beim Belichtungsabstand abgaben, aufgehängt. Der nasse Stab wurde für drei Minuten gedreht und belichtet, um eine gleichmäßige Aushärtung der Beschichtung sicherzustellen.
Die Oberfläche des ausgehärteten Stabes wurde mit Hand unter einem Strom DI-Wassers für 15 Sekunden gerieben und anschließend mit 0,35% Lösung Kongorot angefärbt, was das Vorhandensein von PVP auf der Oberfläche anzeigte. Der Stab wurde erneut gerieben, wie zuvor beschrieben, gefolgt von einer weiteren Anfärbung mit Kongorot. Der beschichtete Bereich des Stabes färbte sich gleichmäßig dunkelrot und fühlte sich schlüpftig an, verglichen mit der nicht-beschichteten Kontrolle. Es gab keinen Hinweis darauf, daß die Beschichtung abgerieben worden war. Ein Kontrollstab, beschichtet mit nur einer 20 mg/ml-Lösung PVP in IPA/Wasser (1 : 1 v/v), war nach Reiben nicht schlüpfrig und färbte sich nicht mit Kongorot an, was darauf hinwies, daß das PVP nicht fest an die PU-Oberfläche gebunden war.
Beispiel 20
Oberflächenmodifikation von PU durch Ausbringen von PVP mit Verbindung IV, V oder VI
Polyurethan-Stäbe (10 cm (3,9 in)) wurden beschichtet, wie beschrieben in Beispiel 19, mit der Ausnahme, daß die Beschichtungslösungen 1 mg/ml der Verbindungen IV, V oder VI enthielten. Das Vorhandensein einer schlüpfrigen Beschichtung unter Verwendung jedes dieser Vernetzungsmittel wurde verifiziert, wie angegeben in Beispiel 19.
Beispiel 21
Oberflächenmodifikation von PE durch Aufbringen von PVP mit Verbindung III, IV, V oder VI
HDPE-Stäbe (12 cm (4,7 in)) wurden beschichtet, wie beschrieben in Beispiel 19, mit denselben Konzentrationen von PVP und Verbindungen III, IV, V oder VI, mit der Ausnahme, daß die Stäbe bei 300 mtorr in Sauerstoff bei 100 Watt für drei Minuten plasmavorbehandelt wurden. Beurteilung der Oberfläche der Stäbe durch sowohl Reiben mit der Hand als auch Anfärben mit Kongorot, wie beschrieben in Beispiel 19, für alle vier Verknüpfungsmittel zeigte eine gleichmäßig eingefärbte dunkelrote Beschichtung, die sich schlüpfrig anfühlte, verglichen mit nicht-beschichteten Kontrollen.
Beispiel 22
Oberflächenmodifikation von HDPE, LDPE, PU und Nylon mit PVO1, PVP und Verbindung II oder VI
Zwei Beschichtungslösungen wurden wie folgt hergestellt: Lösung #1 enthielt PVO1/PVP (K90F)/Verbindung II (10/20/1 mg/ml) in 30% (v/v) IPA in Wasser. Lösung #2 enthielt PVO1/PVP(K90F)/Verbindung VI (10/20/1 mg/ml) in 30% (v/v) IPA in Wasser. PVO1 (PhotoPVP) wurde hergestellt durch Copolymerisation von 1-Vinyl-2-pyrrolidon und N-(3-Aminopropyl)methacrylamid (APMA), gefolgt von Photoderivatisierung des Polymers unter Verwendung von 4-Benzoylbenzoylchlorid unter Schotten-Baumann-Bedingungen, z. B. ein zweiphasiges wässriges/organisches Reaktionssystem.
Alle vier Substrate, PU-Stäbe und LDPE-Schläuche (31 cm (12,2 in)) und HDPE-Stäbe und Nylon-Schläuche (20 cm (7,87 in)), wurden mit mit IPA getränkten Tüchern abgewischt und in jeder der Beschichtungslösungen durch Eintauchen in die Lösung mit 2 cm (0,75 in)/s; Belassen für 30 Sekunden und Herausziehen mit einer Geschwindigkeit von 0,5 cm (0,19 in)/s tauchbeschichtet. Die Substrate wurden in der Mitte zwischen zwei gegenüberliegenden ELC-4000-Lampen aufgehängt, wie zuvor beschrieben (Beispiel 11), und die nassen Substrate wurden für vier Minuten gedreht und belichtet, um die Beschichtungen angemessen auszuhärten.
Die ausgehärteten Substrate wurden zwischen dem Daumen und Zeigefinger unter einem Strom DI-Wassers gerieben (10-mal) (ungefähr 30 s), mit 0,35% Lösung Kongorot angefärbt, erneut gerieben (30-mal) und erneut angefärbt, um das Vorhandensein von gebundenem PVP nachzuweisen. Die Festigkeit der Beschichtungen auf den Substraten wurde mit dem Reibungskoeffizienten (C.O.F.) unter Verwendung eines modifizierten ASTM-Protokolls für Schläuche bewertet. Die Ergebnisse zeigten, daß der Zusatz der Reagentien-II- und -VI-Mittel die Haltbarkeit der Beschichtungen in großem Maße verbesserte, mit nur einer geringen Abnahme der Schlüpfrigkeit, verglichen mit den PVO1/PVP-Kontrollen.
Beispiel 23
Oberflächenmodifikation von HDPE LDPE PU und Nylon mit PVO1 und Verbindung II oder Verbindung VI
Die vier unterschiedlichen Substrate wurden mit zwei unterschiedlichen Lösungen beschichtet. Lösung #1 enthielt PVO1/Verbindung II (20/0,5 mg/ml) in 30% (v/v) IPA in Wasser. Lösung #2 bestand aus PVO1/Verbindung VI (20/0,5 mg/ml) in 30% (v/v) IPA in Wasser. Die Materialien wurden beschichtet und bewertet, wie beschrieben in Beispiel 22. Die Oberflächenbeschichtungen waren fester, verglichen mit PVO1/PVP-Kontrollen ohne die Verknüpfungsmittel, waren aber auch weniger schlüpfrig als die Kontrollen, aber noch innerhalb akzeptierter Bereiche.
Beispiel 24
Oberflächenmodifikation von PU mit sequentiellem Aufbringen von Verbindung II, III, IV, V oder VI und PVP
PU-Stäbe (10 cm (3,9 in)) wurden mit einem mit IPA getränkten Tuch abgewischt. Die Stäbe wurden in Lösungen von Verbindung II (10 mg/ml), Verbindung III (10 mg/ml), Verbindung IV (4 mg/ml), Verbindung V (10 mg/ml) oder Verbindung VI (10 mg/ml) in IPA/Wasser (1 : 1 v/v) in der in Beispiel 11 beschriebenen Art und Weise tauchbeschichtet. Die Stäbe wurden für eine Minute mit ELC-4000-Lampen belichtet, wie zuvor beschrieben (Beispiel 11), und gedreht, um eine gleichmäßige Aushärtung der Beschichtung sicherzustellen. Die Stäbe wurden dann in einer Lösung von PVP (20 mg/ml) in IPA tauchbeschichtet, an Luft trocknen gelassen und dann für drei Minuten belichtet, wie zuvor beschrieben (Beispiel 11).
Die ausgehärteten Stäbe wurden zwischen den Fingern unter laufendem DI-Wasser gerieben (15 s) und dann mit 0,35% Kongorot angefärbt, um das Vorhandensein von gebundenem PVP auf der Oberfläche nachzuweisen. Alle Photoreagentien erzeugten feste und schlüpfrige Beschichtungen auf den PU-Stäben, mit Ausnahme der Beschichtung mit Verbindung IV, die eine Abnahme der Festigkeit und Schlüpfrigkeit der PVP-Beschichtung zeigte.
Beispiel 25
Oberflächenmodifikation von HDPE durch sequentielles Aufbringen von Verbindung I, III, IV, V oder VI und PVP
Flache Stücke aus HDPE, 5 cm (1,97 in) × 1,5 cm (0,59 in) × 4 mm (0,16 in), wurden zunächst mit einem mit IPA getränkten Tuch abgewischt und anschließend wurde jede Seite bei 300 mtorr in Sauerstoff bei 100 Watt für eine Minute vorbehandelt. Die Stücke wurden anschließend in Lösungen der Verbindungen II, III, IV, V oder VI mit zuvor berichteten Konzentrationen (Beispiel 24) getaucht. Die flachen Stücke wurden dann für eine Minute belichtet, wie beschrieben in Beispiel 11. Nach dem Aushärten wurden die Stücke in einer Lösung von PVP (20 mg/ml) in IPA tauchbeschichtet, luftgetrocknet und für drei Minuten belichtet (siehe Beispiel 11).
Ausgiebiges Waschen unter einem Strom DI-Wasser und Reiben zwischen dem Daumen und Zeigefinger (2 × 15 s), gefolgt von Anfärben mit 0,35% Kongorot, zeigte feste und schlüpfrige Beschichtungen bei der Verwendung von jedem der Photoreagentien.
Beispiel 26
Modifikation von PU mit PVP und Verbindung VII
Zwei Beschichtungslösungen wurden wie folgt hergestellt: Lösung #1 enthielt PVP (K90F)/Verbindung VII (17/1 mg/ml) in 50% (v/v) IPA in Wasser. Lösung #2 enthielt PVP (K90F) (12 mg/ml) in 50% (v/v) IPA in Wasser.
PU-Stäbe (16 cm (6,3 in)) wurden mit mit IPA getränkten Tüchern abgewischt und in jeder der Beschichtungslösung durch Eintauchen in die Lösung mit 2 cm (0,75 in)/s, Belassen für 30 Sekunden und Herausziehen mit einer Geschwindigkeit von 0,7 cm (0,27 in)/s tauchbeschichtet. Proben beider Kontrollstäbe und derjenigen, die mit Verbindung VII beschichtet worden waren, ließ man entweder für 10 Minuten vor der Belichtung an Luft trocknen oder wurde naß belichtet. Die Substrate wurden in der Mitte zwischen zwei gegenüberliegenden ELC-4000 (40 cm (15,7 in) Abstand) aufgehängt, wie zuvor beschrieben (Beispiel 11). Die Stäbe wurden für zwei Minuten gedreht und belichtet (trockene Belichtung) oder für vier Minuten (nasse Belichtung).
Ausgiebiges Waschen aller Stäbe unter einem Strom DI-Wasser und Reiben der Oberfläche zwischen dem Daumen und Zeigefinger (ungefähr 30 Sekunden) zeigte eine stark anhaftende Schicht aus schlüpfrigem PVP bei Verwendung von Verbindung VII, verglichen mit den Kontrollen, die nur PVP enthielten. Das Vorhandensein des gebundenen PVP auf den Oberflächen, die mit PVP und Verbindung VII behandelt worden waren, wurde ebenfalls verifiziert durch die gleichmäßig gefärbte dunkelrote Farbe, die durch das Anfärben mit einer 0,35% Lösung Kongorot in DI-Wasser erzeugt wurde. Stäbe, die nur mit adsorbiertem PVP beschichtet waren, zeigten keine Farbe oder eine sehr helle rosa Farbe.
Beispiel 27
Modifikation von PU mit PVP und Verbindung X
Eine Beschichtungslösung wurde hergestellt durch Lösen von PVP (K90F) mit 20 mg/ml und Verbindung X mit 1 mg/ml in DI-Wasser, das 0,5 Äquivalent 0,1 N NaOH enthielt. Ein PU-Stab (18 cm (7,1 in) lang) wurde zunächst mit einem mit IPA getränkten Tuch abgewischt und in der Beschichtunglösung durch Eintauchen in die Lösung mit 2 cm (0,74 in)/s, Belassen für 15 Sekunden und Herausziehen mit einer Geschwindigkeit von 1 cm (0,38 in)/s tauchbeschichtet. Die nasse PU-Stange wurde in der Mitte zwischen gegenüberliegenden ELC-4000-Lampen aufgehängt, für 3 Minuten gedreht und belichtet, wie beschrieben in Beispiel 11.
Ausgiebiges Waschen unter einem Strom DI-Wasser und Reiben der Oberfläche zwischen dem Daumen und Zeigefinger (ungefähr 30 Sekunden) zeigte eine anhaftende Schicht aus schlüpfrigem PVP, verglichen mit einer nicht-beschichteten Stange. Das Vorhandensein des gebundenen PVP auf der Oberfläche wurde auch mit einer 0,35% Lösung Kongorot in DI-Wasser verifiziert.

Claims

Photoaktivierbares chemisches Verknüpfungsmittel, das bei Aktivierung zu kovalenter Bindung an eine Oberfläche und/oder ein Zielmolekül fähig ist, wobei das Mittel eine geladene, nicht-polymere, di- oder höherfunktionelle photoaktivierbare Verbindung umfasst, die zwei oder mehr photoreaktive Gruppen umfasst, die jede aktiviert werden können, um eine kovalente Bindung mit der Oberfläche oder dem Zielmolekül zu bilden, und eine oder mehrere geladene Gruppen, die jede, unabhängig, eine Oniumgruppe umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die photoreaktiven Gruppen durch zwei oder mehr Reste bereitgestellt werden, die jeder ein Arylketon enthalten.
Verknüpfungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geladenen Gruppen ausreichend sind, um zu ermöglichen, daß das Mittel als ein Vernetzungsmittel in einem Lösungsmittelsystem mit Wasser als einer Hauptkomponente verwendet werden kann.
Verknüpfungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Oniumgruppe, unabhängig, ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus quartären Ammonium-, Sulfonium- und Phosphoniumgruppen und Kombinationen davon besteht.
Verknüpfungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Arylketon ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Acetophenon, Benzophenon, Anthrachinon, Anthron und Anthron-ähnlichen Heterocyclen und deren substituierten Derivaten besteht.
Photoaktivierbares Vernetzungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das photoaktivierbare Vernetzungsmittel eine Verbindung der Formel: X-Y-X umfasst, wobei jedes X, unabhängig, eine photoreaktive Gruppe in der Form eines Arylketons ist und Y ein Rest ist, der eine oder mehrere geladene Gruppen enthält, wobei die Anzahl und/oder der Typ der geladenen Gruppe(n) ausreichend ist, um das Molekül mit ausreichender Wasserlöslichkeit zu versehen, um zu ermöglichen, daß das Mittel in einem Lösungsmittelsystem mit Wasser als der Hauptkomponente verwendet werden kann, und daß jede geladene Gruppe, unabhängig, eine Oniumgruppe umfasst, vorausgesetzt jedoch, daß Y selbst nicht mehr als eine photoreaktive Gruppe für jede geladene Gruppe enthält.
Verknüpfungsmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Oniumgruppe, unabhängig, ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus quartären Ammonium-, Sulfonium- und Phosphoniumgruppen und Kombinationen davon besteht.
Verknüpfungsmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes X eine photoreaktive Gruppe in der Form eines Arylketons umfasst.
Verknüpfungsmittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Arylketon ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Acetophenon, Benzophenon, Anthrachinon, Anthron und Anthron-ähnlichen Heterocyclen und deren substituierten Derivaten besteht.
Verknüpfungsmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Y eine Oniumgruppe umfasst, die eine oder mehrere quartäre Ammoniumgruppen umfasst.
Verknüpfungsmittel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oniumverbindung einen linearen oder heterocyclischen Rest umfasst, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus:

wobei jedes R¹ unabhängig ein Rest ist, der eine Alkylen-, Oxyalkylen-, Cycloalkylen-, Arylen- oder Aralkylengruppe enthält, jedes R² unabhängig ein Rest ist, der eine Alkyl-, Oxyalkyl-, Cycloalkyl-, Aryl- oder Aralkylgruppe enthält, und jedes R³ unabhängig entweder ein nicht-bindendes Paar Elektronen, ein Wasserstoffatom oder ein Rest mit derselben Definition wie R² ist, wobei die R¹-, R²- und R³-Gruppen nicht-störende Heteroatome oder Substituenten enthalten können, vorausgesetzt jedoch, daß, wenn R² eine photoaktivierbare Gruppe einschließt, R³ nicht R² entsprechen kann.
Photoaktivierbares Vernetzungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das photoaktivierbare Vernetzungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus:
Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche mit einem Zielmolekül, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines photoaktivierbaren chemischen Verknüpfungsmittels, das bei Aktivierung zu kovalenter Bindung an die Oberfläche und das Zielmolekül fähig ist, wobei das Mittel eine geladene, nicht-polymere, di- oder höherfunktionelle, photoaktivierbare Verbindung umfasst, die zwei oder mehr photoreaktive Gruppen umfasst, bereitgestellt durch zwei oder mehr Reste, die jeder ein Arylketon enthalten, wobei die Verbindung eine oder mehrere geladene Gruppen umfasst, wobei jede geladene Gruppe, unabhängig, eine Oniumgruppe umfasst; und Bilden eines Lösungsmittelsystems, das Wasser als die Hauptkomponente aufweist und das Verknüpfungsmittel und ein Zielmolekül umfasst, b) Bringen des Lösungsmittelsystems in bindende Nähe zur Oberfläche und c) Aktivieren der photoreaktiven Gruppen des Verknüpfungsmittels, um das Zielmolekül mit der Oberfläche zu vernetzen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Oniumgruppe, unabhängig, ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus quartären Ammonium-, Sulfonium- und Phosphoniumgruppen und Kombinationen davon besteht.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Arylketon ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Acetophenon, Benzophenon, Anthrachinon, Anthron und Anthron-ähnlichen Heterocyclen und deren substituierten Derivaten besteht.
Oberfläche, die eine Beschichtung trägt, die ein Zielmolekül umfasst, das mit der Oberfläche vernetzt ist durch die Aktivierung eines photoaktivierbaren chemischen Verknüpfungsmittels, wobei das Mittel eine geladene, nicht-polymere, di- oder höherfunktionelle, photoaktivierbare Verbindung umfasst, wobei die Verbindung zwei oder mehr photoreaktive Gruppen umfasst, die aktiviert werden, um kovalente Bindungen mit der Oberfläche und dem Zielmolekül zu bilden, und eine oder mehrere geladene Gruppen, die ausreichend sind, um zu ermöglichen, daß das Mittel als ein Vernetzungsmittel in einem Lösungssystem mit Wasser als einer Hauptkomponente verwendet werden kann, wobei die geladenen Gruppen jede, unabhängig, eine Oniumgruppe umfassen und wobei die photoreaktiven Gruppen bereitgestellt werden durch zwei oder mehr Reste, die jeder ein Arylketon enthalten.
Oberfläche nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede Oniumgruppe, unabhängig, ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus quartären Ammonium-, Sulfonium- und Phosphoniumgruppen und Kombinationen davon besteht.
Oberfläche nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Arylketon ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Acetophenon, Benzophenon, Anthrachinon, Anthron und Anthron-ähnlichen Heterocyclen und deren substituierten Derivaten besteht.