WO2025131960A1 - Antimicrobial medical device - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a medical device for application to the human or animal body, comprising a carrier layer and a metal oxide layer.
- the invention also relates to a manufacturing method for this medical device and a method for reactivating photocatalytic properties of the device.
- the invention relates to a metal oxide for use in a method for treating infected wounds or for preventing infections.
- Nosocomial infections represent a major burden for patients and increase healthcare costs.
- a large proportion of these infections are associated with percutaneous medical devices such as venous and urinary catheters and ventilators, but dressings and wound dressings can also provide a suitable environment for infection-causing germs.
- To reduce nosocomial infections critical devices and products can be coated with antimicrobial coatings that slowly release antimicrobial ingredients such as silver or copper ions.
- these coatings are expensive. and require precise control of the amount of silver or copper, its distribution, and its chemical state.
- the coatings' ability to reduce microbial concentrations to a safe level also has a limited lifespan.
- Photocatalytic compositions are another approach to creating contamination-reducing, low-bacteria surfaces. Such photocatalytic compositions can be applied to various surfaces to generate free radicals on-site, which have antimicrobial effects.
- Titanium oxides are considered one of the few currently known materials suitable for photocatalysis for applications in self-cleaning and antimicrobial coatings because of their ability to mineralize organic contaminants, including microorganisms, producing nontoxic byproducts. Furthermore, titanium oxides are environmentally friendly and cost-effective. Unfortunately, titanium oxides, which can be excellent photocatalysts under UV light, have very limited ability to absorb visible light.
- Hegemann et al. D. Hegemann et al., Plasma Processes Polym. 2022; 19: e2100246
- TiO2 catalysts that generate reactive oxygen species (ROS) are considered.
- ROS reactive oxygen species
- Doping with different metals creates electron-hole pairs with narrow band gaps that promote the formation of ROS.
- plasma technology is used to deposit Ag nanoislands on defective TiOx films, which are stabilized by plasma post-oxidation to suppress the release of Ag ions.
- ROS generation is maintained upon storage in the dark. Efficacy is known to decrease over time, but can be restored by exposure to visible light.
- Electrons and holes interact with oxygen species in the environment of the semiconductor material, generating reactive oxygen species (ROS), which belong to the free radical family.
- ROS reactive oxygen species
- the electrons interact with oxygen molecules and generate superoxide radicals.
- the holes can interact with water molecules or adsorbed OH groups to generate hydroxyl radicals.
- the ROS can react further to generate new radicals.
- superoxide radicals can react with electrons to generate hydrogen peroxide molecules.
- the resulting hydrogen peroxide can then interact with either superoxide radicals or electrons to form hydroxyl radicals.
- ROS molecular singlet oxygen, x O2, and hydrogen peroxide, H2O2, through electron transfer or recombination.
- ROS molecular singlet oxygen
- H2O2 hydrogen peroxide
- ROS include radicals such as the superoxide anion O2 - ⁇ , the highly reactive hydroxyl radical OH - , the hydroperoxyl radical HOO - , the peroxyl radical ROO - and the alkoxyl radical RO • of lipids, and stable molecular oxidants such as hydrogen peroxide H2O2 , hydroperoxide ROOH, ozone O3 and the hypochlorite anion OC1 ⁇ as well as excited oxygen molecules (singlet oxygen ⁇ 2 ). Following oxidation, reactive electrophilic species are formed.
- WO 2010/052190 A2 discloses wound dressings provided with a homogeneous and essentially amorphous layer of a metal oxide, predominantly comprising titanium oxide.
- the wound dressings exhibit photocatalytic properties that produce antifouling and antimicrobial effects. Additional compounds can be added to the metal oxide layer, which can vary the photocatalytic properties of the metal oxide layer, which consists predominantly of titanium oxide.
- Microorganisms do not develop resistance to the antimicrobial mechanism of action of ROS, as is often the case with antibiotics.
- Photocatalysis is based on the fact that light in a semiconductor material such as titanium dioxide (Ti02) which is present in the metal oxide layer generates electron-hole pairs if the energy of the photons is larger than the band gap. An electron moves from the valence band to the conduction band of the material, leaving an electron hole in the valence band. The uppermost energy level of the valence band is separated from the lowermost energy level of the conduction band by the band gap. Electrons and holes interact with oxygen species surrounding the semiconductor material, generating ROS.
- a semiconductor material such as titanium dioxide (Ti02) which is present in the metal oxide layer generates electron-hole pairs if the energy of the photons is larger than the band gap.
- An electron moves from the valence band to the conduction band of the material, leaving an electron hole in the valence band.
- the uppermost energy level of the valence band is separated from the lowermost energy level of the conduction band by the band gap. Electrons and holes interact with oxygen species surrounding the semiconductor material,
- the contact layer is permeable to water molecules and oxygen molecules. This allows water and oxygen to reach the metal oxide layer, which is then available in the immediate vicinity of the metal oxide to generate ROS.
- the contact layer may comprise a hydrophobic material or be formed from a hydrophobic material. This is particularly advantageous when the medical device is applied to a wound.
- a hydrophobic Contact layer can reduce adhesion to the wound.
- the contact layer can have a thickness between 1 nm and 1000 nm, preferably less than 100 nm.
- the thickness of the contact layer is particularly preferably between 1 nm and 10 nm. It is important that the thickness of the contact layer is selected such that water and the ROS can diffuse through it. Layer thicknesses of this small thickness can be achieved primarily by plasma polymerization. If the contact layer is applied using conventional coating methods, the thickness can preferably be 50 to 250 pm.
- the wound contact layer can be perforated. These perforations are intended to increase the permeability to water, ROS, or wound exudate. Furthermore, the perforations can allow unhindered passage of wound exudate through the contact layer to the metal oxide layer and, if applicable, into an additional absorbent layer of the medical device.
- the thickness of the metal oxide layer may be 200 nm or less, preferably about 50 nm or less, and more preferably 20 nm or less.
- a thin metal oxide layer is preferred because it requires less metal oxide to manufacture the medical device, thus reducing manufacturing costs.
- the metal oxide layer comprises a titanium oxide, wherein the titanium oxide is present as TiO, Ti 2 O 2 , TiA0 s, or particularly preferably as TiO 2 .
- the titanium oxides preferably have oxygen vacancies. Titanium oxides have the advantage of being readily available and having a band gap between 3.0 eV and 3.2 eV, which corresponds to a light wavelength of approximately 390 nm.
- the metal oxide layer particularly preferably comprises Ag or Fe, since this enables a shift of the light wavelength into the visible range.
- the proportion of titanium oxide in the metal oxide layer can be up to 100%. Preferably, it is in a range from 75% to 100%, from 50% to 75%, or from 25% to 50%.
- the metal oxide layer is preferably doped with silver oxide (AgOx).
- the proportion of silver oxide in the metal oxide layer can be between 1% and 75%, preferably 25% to 50%, and particularly preferably approximately 25%. This enables reliable generation of ROS in the metal oxide layer upon activation of the photocatalysis by visible light.
- the dopant in particular silver oxide
- the dopant is applied in the form of nanoislands in or on the metal oxide layer, whereby the active interface between the metal oxide layer and the dopant is increased and the generation of ROS is increased.
- the layer thicknesses are to be understood as nominal thicknesses. This means that the layers are applied in this thickness in a manufacturing process, but then can then change, for example, through curing or cooling.
- the dopants it is possible for the dopants to be applied as a layer, but then to form nanoislands, i.e. the dopant "contracts" into islands. If one were to measure the layer thickness of an island directly, the contraction would cause the layer thickness in the island to be greater than the nominal (applied) layer thickness of the dopant.
- the dopants are distributed homogeneously in or on the metal oxide layer.
- the dopants can be arranged either within the metal oxide layer or on one of the two surfaces of the metal oxide layer, namely on the carrier layer side or the contact layer side. Regardless of the arrangement of the dopants, the dopants are considered part of the metal oxide layer.
- the dopant in particular silver oxide
- the dopant is arranged on the carrier layer side of the metal oxide layer.
- the dopant can be covered by the remaining metal oxide layer, in particular titanium oxide. This reduces the risk that ions from the dopant can penetrate into the contact layer and thus onto the body.
- a release of the substances considered harmful The silver ions present are reduced.
- the ions are kept away from the body both by the structure of the metal oxide layer and by the contact layer.
- This effect can also be increased if the metal oxide layer is present as a closed layer.
- the metal oxide layer like the contact layer, can also be formed as an open layer.
- the medical device is preferably a medical textile.
- the medical device is particularly preferably designed as a wound dressing, a bandage, an elastic bandage, a foam, a mask, or an incision film. This is advantageous because wound dressings, bandages, elastic bandages, foams, or incision films can usually be applied to the body and are intended to prevent infections at the application site.
- the medical device is designed as a wound dressing because preventing infection in the wound area is particularly important.
- the carrier layer can preferably be selected from the group consisting of polyurethane (PUR, TPU, PCU), polyamide (PA), polyether, polyethylene (PE), polyester, polypropylene (PP), Poly (tetrafluoroethylene) (PTFE), silicones, viscose, cellulose and cotton.
- PUR polyurethane
- TPU thermoplastic polyurethane
- PCU polyamide
- PA polyether
- PE polyethylene
- PP polypropylene
- PTFE Poly (tetrafluoroethylene)
- silicones silicones, viscose, cellulose and cotton.
- nonwovens that can be made from the above materials.
- nonwovens are nonwovens made from 90% viscose and 10% polyethylene/polypropylene, nonwovens made from polypropylene (hydrophobic), nonwovens made from polypropylene with a hydrophilic finish, needle-punched nonwovens made from polyethylene terephthalate (PET), and nonwovens made from 70% viscose and 30% polyethylene terephthalate.
- PET polyethylene terephthalate
- nonwovens made from 70% viscose and 30% polyethylene terephthalate are also particularly preferred.
- the medical device according to the invention can comprise, in addition to the carrier layer, the metal oxide layer, and the contact layer, further layers or bandage layers.
- the medical device can comprise a backing layer as the outermost, body-facing layer.
- the backing layer can comprise a water-impermeable and water vapor-permeable plastic film, in particular a polyurethane film.
- a body-facing side of the backing layer can be adhesively coated, for example with an acrylate adhesive.
- the adhesive-coated backing layer can advantageously encompass the other layers of the medical device and form an adhesive edge, whereby the medical device can then be designed in the manner of an island dressing.
- the adhesive edge can be used to attach the wound dressing to the patient's body.
- the wound dressing according to the invention in combination with an absorbent layer, also has the advantage that germs that may develop in the absorbent layer cannot reach the body or the wound, since the germs cannot overcome the metal oxide layer.
- the ROS formed in the metal oxide layer kill the germs, thus preventing reinfection from the absorbent layer.
- the medical device designed as a wound dressing is particularly well suited for treating wounds on the human or animal body in the granulation or epithelialization phase. Accordingly, the invention also relates to a medical device according to the invention for treating wounds on the human or animal body in the granulation or epithelialization phase. Likewise, the medical device, particularly designed as an incision film, is suitable for use in traumatic or surgical wounds.
- the invention additionally relates to a method for reactivating and/or enhancing photocatalytic properties of the medical device by photoactivating the metal oxide layer with visible light.
- Photoactivation of the metal oxide layer i.e. activating or restoring the ability of the metal oxide layer to generate ROS, enables the medical device to regain its antimicrobial properties, for example after storage in the dark.
- the medical device after being removed from light-tight packaging, for example, can be exposed to visible light for approximately 5 to 15 minutes in order to restore the almost complete ability of the metal oxide layer to generate ROS.
- photoreactivation can take place within 5 minutes using visible light with a wavelength of 400-780 nm and a light intensity of 200 mW/ cm2 .
- the carrier layer can be transparent, opaque, or substantially permeable to visible light.
- visible light can pass through the carrier layer to the metal oxide layer and be used for photocatalysis and/or photoactivation.
- the invention also relates to a method for producing a medical device according to the invention.
- a carrier layer is provided.
- one or more metals are deposited onto the carrier layer and oxidized to form a metal oxide layer.
- a contact layer is applied to the metal oxide layer by means of plasma deposition.
- the method according to the invention enables a simple and cost-effective production of the medical device.
- the carrier layer can be fed as a web-like material to a plasma reactor, where it is continuously coated, enabling a high throughput.
- the inventive production takes place in a dry state of the carrier layer.
- semi-finished products comprising the carrier layer and other moisture-sensitive substances can also be added to the production process. Examples of moisture-sensitive substances are activated carbon and superabsorbent fibers/particles. This allows throughput to be increased and production costs to be reduced.
- the oxidation can take place either during the deposition of the metals or in a subsequent step.
- the carrier layer can be activated by means of the plasma. If the carrier layer has been subjected to plasma pretreatment, the adhesion between the metal oxide layer and the carrier layer can be increased, depending on the material of the carrier layer.
- the invention also relates to a plasma-activated metal oxide for use in a method for treating infected wounds.
- the plasma-activated metal oxide is present on a carrier layer and is covered by a contact layer formed as a gas-permeable polymer layer, so that direct contact between the metal oxide and the wound surface is avoided.
- the invention also relates to a plasma-activated metal oxide for use in a method for the prevention of infections on the human or animal body, wherein the metal oxide is present on a carrier layer and is covered by a contact layer which is designed as a gas-permeable polymer layer, so that direct contact between the metal oxide and the body is avoided.
- the contact layer prevents the plasma-activated metal oxide from coming into contact with the body or wound, thus avoiding irritation caused by the metal oxide.
- the contact layer can also be used to functionalize the metal oxide in order to influence its interaction with the body or wound during application.
- the contact layer can be hydrophobic to prevent it from sticking to the wound.
- the metal oxide can be covered with an adhesive, for example, to attach the metal oxide to the body.
- Covered should be understood according to the invention in such a way that the covered layer is essentially in direct contact with the covering layer over its entire surface, i.e. touches it. However, this does not mean that the covering layer is closed.
- the covering layer can, for example, be porous or have perforations.
- Figure 1 shows a schematic sectional view of a first embodiment of a medical device
- Figure 2 shows a schematic sectional view of a medical device designed as a wound dressing
- Figure 3 shows the results of a touch test as proof of the antimicrobial activity of the medical device with a carrier layer comprising a PP nonwoven
- Figure 4 shows the results of a touch test as proof of the antimicrobial activity of the medical device with a carrier layer comprising a needle felt
- Figure 5 shows the results of a touch test as proof of the antimicrobial activity of the medical device with a carrier layer comprising a PU film
- Figure 6 shows a diagram of the ROS activity of different metal oxide layers after dark storage and after photoactivation.
- Figure 1 shows a sectional view of a medical device 1 according to the invention in a first embodiment.
- the medical device 1 comprises a carrier layer 2, which consists for example of a polyurethane film.
- the metal oxide layer 5 is applied to the side of the carrier layer 2 facing the body.
- the carrier layer 2 serves to carry the metal oxide layer 5 and as a base for applying the metal oxide layer 5.
- the contact layer 3 is arranged on the side of the metal oxide layer 5 facing the body 20 when the medical device 1 is in use.
- the medical device 1 also comprises a backing layer 4 connected to a side of the carrier layer 2 facing away from the body 20 during use of the medical device 1. This delimits the medical device 1 to the outside and protects the medical device 1 in particular from contamination.
- the backing layer 4 consists of a water-impermeable and water vapor-permeable plastic film, for example a polyurethane film.
- the medical device 1 can advantageously be transparent in order to allow the passage of light, in particular visible light, to the metal oxide layer 5. In use, the medical device 1 can be placed on the body 20 and, if necessary, fixed with an additional dressing material such as a bandage or a film dressing.
- Layers 2, 3, 4 and 5 form an essentially stable bond, so that no additional means are required to hold the individual layers 2, 3, 4 and 5 together.
- Figure 2 shows a sectional view of a medical device according to the invention, which is designed as a wound dressing 11.
- the wound dressing 1 has an absorbent layer 12. This is arranged on the side of the carrier layer 2 facing away from the body 20.
- the absorbent layer 12 is in particular an absorbent foam layer, for example in the form of a hydrophilic polyurethane foam.
- the absorbent layer 12 can, however, also comprise superabsorbent fibers (SAF) or superabsorbent particles (SAP). Due to the additional absorbent Layer 12 allows the wound dressing 11 to absorb more wound exudate.
- the absorbent layer 12 can also be advantageous in the treatment of dry wounds, namely when it is impregnated by the manufacturer with a proportion of water or another suitable liquid, such as isotonic saline solution or Ringer's solution.
- the backing layer 4 of the wound dressing 11 in Figure 2 is fully adhesively coated.
- the adhesive 8 is preferably an acrylate adhesive.
- the backing layer 4 is attached by means of the adhesive 8 to the side of the absorbent layer 12 facing away from the body 20.
- the backing layer 4 coated with the adhesive 8 overlaps the layers 12, 2, 5 and 3 and thus forms an adhesive edge 10. With the adhesive edge 10, the wound dressing 11 can be permanently and easily attached to the body 20 of the patient without the need for a separate secondary dressing.
- the cover layer is detachably connected to the contact layer 3 and is removed before the medical device 1 is applied to the body 20.
- the cover layer can, for example, comprise a two-part film layer made of siliconized polypropylene.
- the medical device 1 can be manufactured by placing the carrier layer 2, for example comprising a polymer film, in particular a polymer film made of polyurethane or a nonwoven, on the drum electrode of a roll-to-roll plasma reactor.
- the plasma reactor is equipped with a high-frequency plasma generator connected to the drum electrode and with two magnetron sputtering sources mounted at a distance of 10 cm opposite the inner drum electrode.
- One sputtering source is equipped with a titanium (Ti) target and the other with a silver (Ag) target.
- the plasma reactor After evacuating the vacuum system to a base pressure of at least 0.0001 Pa, the plasma reactor is flooded with argon to reach a pressure of 10 Pa.
- a plasma pretreatment is carried out for 10 minutes by generating a plasma with 400 W input power around the drum electrode to activate the carrier layer 2.
- the pressure is reduced to 0.8 Pa using argon as the process gas.
- the carrier layer 2 on the drum electrode is rotated once through the Ti sputtering zone with a 2000 W magnetron power supply at a speed of 0.3 revolutions per minute (rpm), whereby a nominal Ti layer thickness of 20 nm is achieved on the carrier layer 2.
- the carrier layer 2 on the drum electrode is rotated once through the Ag sputtering zone using a 600 W magnetron power supply at a speed of 1.2 rpm, forming a nominal Ag layer of 4 nm on the Ti layer.
- the gas supply is then switched to a 4:1 argon/oxygen mixture at a pressure of 10 Pa to perform a 10-minute plasma post-treatment, during which a plasma is generated around the drum electrode with 400 W input power to oxidize the Ag/Ti layer.
- the gas supply is then switched to a 5:1 argon/HMDSO mixture at a pressure of 7 Pa.
- the layer composite of carrier material 2 and metal oxide layer 5 is exposed to the plasma generated around the drum electrode with 400 W input power for 8 to 12 seconds in order to deposit a hydrophobic siloxane contact layer 3 with a nominal layer thickness of approximately 4 nm to 6 nm onto the oxidized metal oxide layer 5.
- the nominal layer thicknesses can be adjusted by the rotation speed of the drum electrode.
- samples with a diameter of 9 mm were taken from of the medical device 1, which was produced according to the aforementioned method, and subjected to a contact test on agar plates 32.
- the samples were placed in triplicates for 10 minutes on a bacterial lawn 30 that had been pre-cultivated on an agar plate 32.
- the bacterial lawn 30 consists either of a strain of Escherichia coli (DSM 1103) or Staphylococcus aureus (ATCC 6538). After a 10-minute exposure time at room temperature, the samples were removed and the agar plates 32 were incubated overnight at 37°C. The agar plates 32 were then photographed with a Scan 300 colony counter.
- Example results for different carrier layers 2 are shown in Figures 3 to 5.
- Figure 3 shows the results of the contact test for the medical device 1, which comprises a carrier material 2 made of a PP nonwoven.
- the metal oxide layer 5 which comprises a TiOx layer with a nominal thickness of 20 nm doped with an AgOx layer with a nominal thickness of 6 nm.
- the contact layer 3 which has a nominal thickness of 4 nm and comprises a hydrophobic siloxane.
- the uncoated carrier layer 2 has come into contact with the bacterial lawn 30, consisting either of S. aureus (upper row) or E. coli (lower row) in the region of contact surfaces 31.
- sample b (TiOx 20 nm / AgOx 6 nm) is shown (sample b). However, sample b does not have a contact layer 3. Under letter c), the carrier material 2 is coated with the metal oxide layer 5, onto which in turn a 6 nm thick contact layer 3 made of siloxane is applied (sample c).
- the contact test was carried out identically to that described for Figure 3.
- a needle-punched nonwoven was used as the carrier layer 2.
- the needle-punched nonwoven comprises two PET nonwovens, between which an absorbent body made of PET, PP and/or SAF is arranged.
- Figure 5 shows the results of the touch test of the medical device 1 with a carrier layer 2 comprising a PU film.
- the bacteria have not been killed at the contact surfaces 31 of the reference (letter a), i.e., the uncoated carrier material 2.
- the bacterial lawn 30 in the region of these contact surfaces 31 is not translucent to light and is therefore black.
- the bacterial lawn 30 was at most slightly disturbed by the application of the reference samples.
- the ROS formed in the metal oxide layer 5 can be absorbed by the contact layer 3 according to the invention, so that the antimicrobial effectiveness is retained even with the contact layer 3.
- the formed ROS can be detected indirectly using the fluorescent dye dihydrorhodamine 123 (DHR).
- DHR fluorescent dye dihydrorhodamine 123
- the dye is oxidized by the H2O2 formed by the ROS.
- the measurement is performed at an excitation of 488 nm and an emission of 535 nm.
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Abstract
Description
Antimikrobielle medizinische Vorrichtung Antimicrobial medical device
Die Erfindung betri f ft eine medi zini sche Vorrichtung zum Aufbringen auf den menschlichen oder tierischen Körper mit einer Trägerschicht und einer Metal loxidschicht . Die Erfindung betri f ft zudem ein Herstellungsverfahren für diese medi zinische Vorrichtung und ein Verfahren zur Reaktivierung von photokatalytischen Eigenschaften der Vorrichtung . Des Weiteren betri f ft die Erfindung ein Metalloxid zur Anwendung in einem Verfahren für die Behandlung von infi zierten Wunden oder für die Prävention von Infektionen . The invention relates to a medical device for application to the human or animal body, comprising a carrier layer and a metal oxide layer. The invention also relates to a manufacturing method for this medical device and a method for reactivating photocatalytic properties of the device. Furthermore, the invention relates to a metal oxide for use in a method for treating infected wounds or for preventing infections.
Nosokomiale Infektionen stellen eine große Belastung für die Patienten und die Kosten im Gesundheitswesen dar . Ein großer Teil dieser Infektionen wird mit perkutanen Medi zinprodukten wie Venen- und Harnkathetern sowie Beatmungsgeräten in Verbindung gebracht , aber auch Verbände und Wundauflagen können ein geeignetes Milieu für infektionsauslösende Keime darstellen . Um nosokomiale Infektionen zu verringern, können kritische Geräte und Produkte mit antimikrobiellen Beschichtungen ausgestattet werden, die langsam antimikrobielle Inhaltsstof fe wie Silber- oder Kupferionen freisetzen . Diese Beschichtungen sind j edoch teuer nal . do und erfordern eine genaue Kontrolle der Silber- oder Kupfermenge , ihrer Verteilung und ihres chemischen Zustands . Die Fähigkeit der Beschichtungen, die Keimkonzentration auf ein unbedenkliches Maß zu reduzieren, hat zudem eine begrenzte Lebensdauer . Nosocomial infections represent a major burden for patients and increase healthcare costs. A large proportion of these infections are associated with percutaneous medical devices such as venous and urinary catheters and ventilators, but dressings and wound dressings can also provide a suitable environment for infection-causing germs. To reduce nosocomial infections, critical devices and products can be coated with antimicrobial coatings that slowly release antimicrobial ingredients such as silver or copper ions. However, these coatings are expensive. and require precise control of the amount of silver or copper, its distribution, and its chemical state. The coatings' ability to reduce microbial concentrations to a safe level also has a limited lifespan.
Photokatalytische Zusammensetzungen sind ein weiterer Ansat z zur Herstellung von kontaminationsmindernden, bakterienarmen Oberflächen . Solche photokatalytischen Zusammensetzungen können auf verschiedene Oberflächen aufgetragen werden, um vor Ort freie Radikale zu erzeugen, die antimikrobiell wirken . Photocatalytic compositions are another approach to creating contamination-reducing, low-bacteria surfaces. Such photocatalytic compositions can be applied to various surfaces to generate free radicals on-site, which have antimicrobial effects.
Die photoelektrochemische Aktivität von Titanoxiden ( TiOx ) ist seit langem bekannt . Titanoxide gelten als eines der wenigen derzeit bekannten Materialien, die sich für die Photokatalyse für Anwendungen in selbstreinigenden und antimikrobiellen Beschichtungen eignen, da Titanoxide organische Verunreinigungen, einschließlich Mikroorganismen, mineralisieren können und dabei ungi ftige Nebenprodukte erzeugen . Außerdem sind Titanoxide umweltfreundlich und kostengünstig . Leider sind Titanoxide , die unter UV-Licht hervorragende Photokatalysatoren sein können, nur sehr begrenzt in der Lage , sichtbares Licht zu absorbieren . The photoelectrochemical activity of titanium oxides (TiOx) has long been recognized. Titanium oxides are considered one of the few currently known materials suitable for photocatalysis for applications in self-cleaning and antimicrobial coatings because of their ability to mineralize organic contaminants, including microorganisms, producing nontoxic byproducts. Furthermore, titanium oxides are environmentally friendly and cost-effective. Unfortunately, titanium oxides, which can be excellent photocatalysts under UV light, have very limited ability to absorb visible light.
Um einen schnell wirkenden antibakteriellen Mechanismus ohne die Freisetzung biozider Substanzen zu ermöglichen, haben Hegemann et al . ( D . Hegemann et al . , Plasma Processes Polym . 2022 ; 19 : e2100246 ) Ti02-Katalysatoren in Betracht gezogen, die reaktive Sauerstof f spezies (ROS ) erzeugen . Durch die Dotierung mit unterschiedlichen Metallen werden Elektronen-Loch-Paare mit engen Bandlücken erzeugt , die die Bildung von ROS fördern . Hierzu wird die Plasmatechnologie eingesetzt , um Ag-Nanoinseln auf defekten TiOx-Filmen abzuscheiden, die durch Plasmanachoxidation stabilisiert werden, um die Freisetzung von Ag- Ionen zu unterdrücken . Wichtig ist , dass die ROS-Erzeugung bei Lagerung im Dunkeln erhalten bleibt . Die Wirksamkeit nimmt bekanntermaßen mit der Zeit ab, sie kann j edoch durch Belichtung mit sichtbarem Licht wiederhergestellt werden . To enable a fast-acting antibacterial mechanism without the release of biocidal substances, Hegemann et al. (D. Hegemann et al., Plasma Processes Polym. 2022; 19: e2100246) TiO2 catalysts that generate reactive oxygen species (ROS) are considered. Doping with different metals creates electron-hole pairs with narrow band gaps that promote the formation of ROS. For this purpose, plasma technology is used to deposit Ag nanoislands on defective TiOx films, which are stabilized by plasma post-oxidation to suppress the release of Ag ions. Importantly, ROS generation is maintained upon storage in the dark. Efficacy is known to decrease over time, but can be restored by exposure to visible light.
Wenn ein Halbleitermaterial wie TiO2 ein Photon absorbiert , dessen Energie größer ist als seine Bandlücke , kann ein Exziton gebildet werden . Ein Elektron wechselt vom Valenzband in das Leitungsband des Materials und hinterlässt im Valenzband ein Elektronenloch . Valenzband und Leitungsband sind Energiebänder, d . h . Energieniveaubereiche . Das oberste Energieniveau des Valenzbandes ist vom untersten Energieniveau des Leitungsbandes durch eine Energielücke getrennt , die als Bandlücke bezeichnet wird . Elektronen und Löcher wechselwirken mit Sauerstof f spezies in der Umgebung des Halbleitermaterials und erzeugen reaktive Sauerstof f spezies (ROS ) , die zur Familie der freien Radikale gehören . Die Elektronen interagieren mit Sauerstof fmolekülen und erzeugen Superoxidradikale . Die Löcher können mit Wassermolekülen oder adsorbierten OH-Gruppen interagieren und Hydroxylradi- kale erzeugen . Die ROS können weiter reagieren und neue Radikale entstehen lassen . So können Superoxidradikale unter sauren Bedingungen mit Elektronen reagieren und Wasserstof fperoxid-Mole- küle erzeugen . Das entstandene Wasserstof fperoxid kann dann entweder mit Superoxidradikalen oder mit Elektronen interagieren, um Hydroxylradikale zu bilden . When a semiconductor material such as TiO2 absorbs a photon whose energy is greater than its band gap, an exciton can be formed. An electron moves from the valence band to the conduction band of the material, leaving an electron hole in the valence band. The valence band and conduction band are energy bands, i.e., energy level ranges. The top energy level of the valence band is separated from the bottom energy level of the conduction band by an energy gap called the band gap. Electrons and holes interact with oxygen species in the environment of the semiconductor material, generating reactive oxygen species (ROS), which belong to the free radical family. The electrons interact with oxygen molecules and generate superoxide radicals. The holes can interact with water molecules or adsorbed OH groups to generate hydroxyl radicals. The ROS can react further to generate new radicals. For example, under acidic conditions, superoxide radicals can react with electrons to generate hydrogen peroxide molecules. The resulting hydrogen peroxide can then interact with either superoxide radicals or electrons to form hydroxyl radicals.
Diese kurzlebigen Radikale induzieren durch Elektronentrans fer oder Rekombination weitere ROS wie molekularen Singulett-Sauer- stof f , x02 , und Wasserstof fperoxid, H2O2 . Diese Spezies oxidieren Proteine und Lipide in wässriger Umgebung ef fi zient und inaktivieren so Bakterien, Pil ze und Viren . These short-lived radicals induce further ROS such as molecular singlet oxygen, x O2, and hydrogen peroxide, H2O2, through electron transfer or recombination. These species efficiently oxidize proteins and lipids in an aqueous environment, thus inactivating bacteria, fungi, and viruses.
Allgemein zählen zu den ROS zum einen Radikale wie das Hyperoxid- Anion O2 -~, das hochreaktive Hydroxyl-Radikal OH - , das Hydroper- oxyl-Radikal HOO - , das Peroxylradikal ROO - und das Alkoxylradi- kal RO • von Lipiden, zum anderen stabile molekulare Oxidantien wie Wasserstof fperoxid H2O2 , Hydroperoxid ROOH, Ozon O3 und das Hypochlorit-Anion OC1~ sowie angeregte Sauerstof fmoleküle ( Sin- gulett-Sauerstof f ^2 ) . In Nachgang an die Oxidation entstehen reaktive elektrophile Spezies . In general, ROS include radicals such as the superoxide anion O2 -~, the highly reactive hydroxyl radical OH - , the hydroperoxyl radical HOO - , the peroxyl radical ROO - and the alkoxyl radical RO • of lipids, and stable molecular oxidants such as hydrogen peroxide H2O2 , hydroperoxide ROOH, ozone O3 and the hypochlorite anion OC1~ as well as excited oxygen molecules (singlet oxygen ^2 ). Following oxidation, reactive electrophilic species are formed.
Auf defekte TiOx-Schichten, die durch Magnetronsputtern abgeschieden wurden und dadurch Sauerstof f-Fehlstellen enthalten, können durch Dotierung Ag-Nanoinseln aufgebracht werden . Durch anschließende Plasmaoxidation kann eine Katalysatoroberfläche erzeugt werden, die eine ausgeprägte Metalloxid-Nanostruktur mit einer hohen Grenz fläche aufweist . Redoxprozesse, die an der Katalysatoroberfläche stattfinden, wenn Wasser und Sauerstof f vorhanden sind, erzeugen die stark oxidierenden Radikale O2 und OH • durch Elektronentrans fer bzw . Oxidation an Löchern, die durch Sauerstof f-Fehlstellen im plasmaabgeschiedenen TiOx und enge Bandlücken gefördert werden . Diese Radikale führen zur Bildung weiterer ROS , die eine starke antibakterielle Wirksamkeit haben und eine Kontaktabtötung innerhalb von Minuten direkt an der Katalysatoroberfläche ermöglichen . Es ist aber auch eine ef fi ziente Bakterienhemmung in einem Volumen oberhalb der Oberfläche unabhängig von der verwendeten Lösung möglich . Diese durch ROS erzeugte antibakterielle Aktivität ist deutl ich schneller als bei konventionellen Ag-Freisetzungssystemen, während sie nur eine geringe anfängl iche Ag- Ionen-Freisetzung zeigt , die sich bei der Lagerung stabilisiert . On defective TiOx layers deposited by magnetron sputtering and thus containing oxygen vacancies, Ag nanoislands can be applied by doping. Subsequent plasma oxidation can create a catalyst surface that has a pronounced metal oxide nanostructure with a high interfacial area. Redox processes that take place at the catalyst surface when water and oxygen are present generate the strongly oxidizing radicals O2 and OH • by electron transfer and oxidation at holes, respectively, which are promoted by oxygen vacancies in the plasma-deposited TiOx and narrow band gaps. These radicals lead to the formation of further ROS, which have strong antibacterial activity and enable contact killing within minutes directly at the catalyst surface. However, efficient bacterial inhibition is also possible in a volume above the surface, regardless of the solution used. This ROS-generated antibacterial activity is significantly faster than conventional Ag release systems, while showing only a low initial Ag ion release that stabilizes upon storage.
In der WO 2020/ 187377 Al ist eine transparente photokatalytische Beschichtung für die In-situ-Erzeugung freier Radikale zur Bekämpfung von Mikroben, Gerüchen und organischen Verbindungen im sichtbaren Licht of fenbart . Die Zusammensetzung umfasst TiO2- Nanopartikel als photokatalytisches Material , welches bevorzugt mit Silberionen dotiert ist , um die photokatalytische Aktivität auf sichtbares Licht aus zudehnen . WO 2020/187377 A1 discloses a transparent photocatalytic coating for the in-situ generation of free radicals to combat microbes, odors, and organic compounds in visible light. The composition comprises TiO2 nanoparticles as the photocatalytic material, which preferably doped with silver ions to extend the photocatalytic activity to visible light .
Aus der WO 2010/ 052190 A2 sind Wundauflagen bekannt , die mit einer homogenen und im Wesentlichen amorphen Schicht eines Metalloxids , das überwiegend Titanoxid umfasst , versehen sind . Die Wundauflagen weisen photokatalytische Eigenschaften auf , die Anti fouling- und antimikrobielle Ef fekte bewirken . Es können der Metalloxidschicht weitere Verbindungen zugegeben sein, die die photokatalytischen Eigenschaften der überwiegend aus Titanoxid bestehenden Metalloxidschicht variieren können . WO 2010/052190 A2 discloses wound dressings provided with a homogeneous and essentially amorphous layer of a metal oxide, predominantly comprising titanium oxide. The wound dressings exhibit photocatalytic properties that produce antifouling and antimicrobial effects. Additional compounds can be added to the metal oxide layer, which can vary the photocatalytic properties of the metal oxide layer, which consists predominantly of titanium oxide.
Bei den bekannten Vorrichtungen aus dem Stand der Technik ist j edoch von Nachteil , dass die Metalloxidschicht und auch die Dotierstof fe , wie zum Beispiel Silber, mit dem menschlichen Körper in Kontakt kommen . Somit können beispielsweise die Silberionen oder auch die Metalloxide unerwünschte Reaktionen an der Kontaktstelle hervorrufen . However, the disadvantage of the known prior art devices is that the metal oxide layer and the dopants, such as silver, come into contact with the human body. Thus, the silver ions or the metal oxides, for example, can cause undesirable reactions at the contact point.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine medi zinische Vorrichtung mit antimikrobiellen Eigenschaften anzugeben, die das Auftreten von unerwünschten Reaktionen an der Kontaktstelle zum menschlichen Körper reduziert . Diese Aufgabe wird durch eine medi zinische Vorrichtung zum Aufbringen auf den menschlichen oder tierischen Körper, insbesondere auf eine Wunde , gelöst . Die medi zinische Vorrichtung umfasst eine Trägerschicht und eine Metalloxidschicht , wobei die Metalloxidschicht auf die Trägerschicht aufgebracht und die Metalloxidschicht konfiguriert ist , reaktive Sauerstof f spezies zu bilden . Die medi zinische Vorrichtung umfasst eine Kontaktschicht , wobei die Kontaktschicht im Zustand, in dem die medizinische Vorrichtung auf dem Körper aufgebracht ist , den Körper berührt und die Kontaktschicht und die Metalloxidschicht unmittelbar aneinander anliegen . Dies ermöglicht , dass ROS , die in der Metalloxidschicht gebildet werden, durch die Kontaktschicht hindurch an den Körper bzw . auf oder in die Wunde gelangen, ohne dass die Metalloxidschicht direkten Kontakt zum Körper eines Patienten aufweist . Somit wird vermieden, dass Metalloxide oder Metallionen unerwünschte Reaktionen am Körper des Patienten hervorrufen können . The invention is based on the object of providing a medical device with antimicrobial properties which reduces the occurrence of undesirable reactions at the point of contact with the human body. This object is achieved by a medical device for application to the human or animal body, in particular to a wound. The medical device comprises a carrier layer and a metal oxide layer, wherein the metal oxide layer is applied to the carrier layer and the metal oxide layer is configured to form reactive oxygen species. The medical device comprises a contact layer, wherein the contact layer, in the state in which the medical device is applied to the body, touches the body and the contact layer and the metal oxide layer lie directly against one another. This enables ROS formed in the metal oxide layer to pass through the contact layer to the body or onto or into the wound without the metal oxide layer having direct contact with the body of a patient. This prevents metal oxides or metal ions from causing undesired reactions in the patient's body.
Aufgrund der antimikrobiellen Eigenschaften der ROS wird eine Besiedlung der Fläche am Körper, die von der medi zinischen Vorrichtung bedeckt ist, durch Mikroorganismen reduziert und somit Entzündungen verhindert . Ebenso können bereits etablierte Mikroorgansimen mittels der Vorrichtung abgetötet werden . Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf , das sDue to the antimicrobial properties of ROS, colonization by microorganisms on the body surface covered by the medical device is reduced, thus preventing inflammation. Likewise, already established microorganisms can be killed by the device. The device according to the invention has the advantage that
Mikroorganismen gegen den antimikrobiellen Wirkmechanismus der ROS keine Resistenzen entwickeln, so wie es bei Antibiotika oft der Fall ist . Microorganisms do not develop resistance to the antimicrobial mechanism of action of ROS, as is often the case with antibiotics.
Dadurch, dass die Metalloxidschicht - im Fall , dass die medizinische Vorrichtung auf dem menschlichen oder tierischen Körper aufgebracht ist - nicht direkt den Körper berührt , kann durch die Auswahl des Materials der Kontaktschicht das Milieu zwischen medi zinscher Vorrichtung und Körper beeinflusst werden . Beispielsweise kann die Kontaktschicht derart ausgebildet sein, dass sie ein Verkleben mit dem Körper oder der Wunde verhindert , oder auch als adhäsive Schicht ausgebildet sein . Voraussetzung ist j edoch, dass die Kontaktschicht so durchlässig ist , dass wenigstens einen Teil der von der Metalloxidschicht gebildeten ROS durch die Kontaktschicht auf den Körper gelangen kann . Because the metal oxide layer - in the case of a medical device applied to the human or animal body - does not come into direct contact with the body, the environment between the medical device and the body can be influenced by the selection of the material for the contact layer. For example, the contact layer can be designed in such a way that it prevents sticking to the body or the wound, or it can also be designed as an adhesive layer. However, the prerequisite is that the contact layer is so permeable that at least some of the ROS formed by the metal oxide layer can pass through the contact layer onto the body.
Erfindungsgemäß liegen die Kontaktschicht und die Metalloxidschicht unmittelbar aneinander an . Das bedeutet , dass sich die Kontaktschicht und die Metalloxidschicht nahezu voll flächig berühren . Selbstverständlich kann es aufgrund von Fertigungstole- ranzen zu Bereichen kommen, in denen die beiden Schichten geringfügig voneinander beabstandet sind, j edoch sind diese Bereiche nur in sehr geringem Maße vorhanden . Definitionsgemäß ist aber zwischen der Kontaktschicht und der Metalloxidschicht keine weitere Schicht , wie beispiel sweise eine Klebemittelschicht oderAccording to the invention, the contact layer and the metal oxide layer lie directly against each other. This means that the contact layer and the metal oxide layer are in almost full contact. Of course, due to manufacturing tolerances, there may be areas in which the two layers are slightly spaced from each other, but these areas are only present to a very small extent. By definition, however, there is no further layer, such as an adhesive layer or
Verteilerschicht , vorgesehen . distribution layer, provided.
Zur Anwendung wird die medi zinische Vorrichtung mit der Kontaktschicht auf den menschlichen oder tierischen Körper aufgebracht bzw . aufgelegt . Im Wesentlichen wird unter Aufbringen auf den Körper ein Aufbringen auf die Haut verstanden . Allerdings fällt erfindungsgemäß auch ein Aufbringen auf eine Wunde unter diese Formulierung, unabhängig davon, ob die Wunde die Haut oder auch andere Bereiche des Körpers betri f ft . For use, the medical device with the contact layer is applied or placed on the human or animal body. Essentially, application to the body means application to the skin. However, according to the invention, this formulation also includes application to a wound, regardless of whether the wound affects the skin or other areas of the body.
Durch die Eigenschaft der Metalloxidschicht ROS zu bilden, ermöglicht die erfindungsgemäße medi zinische Vorrichtung eine durch ROS erzeugte antibakterielle Aktivität deutlich schneller an einem Wirkungsort bereitzustellen, als es bei konventionellen Ag-Freiset zungssystemen der Fall ist . Wie eingangs bereits erläutert , ist eine Metalloxidschicht erfindungsgemäß in der Lage ROS zu bilden, wenn sie photokatalytische Eigenschaften aufweist . Die Metalloxidschicht ist also dann konfiguriert ROS zu bilden, wenn sie wenigstens einen Photokatalysator umfasst . Due to the ability of the metal oxide layer to form ROS, the medical device according to the invention enables the delivery of ROS-generated antibacterial activity to a site of action significantly faster than is the case with conventional Ag release systems. As already explained above, a metal oxide layer according to the invention is capable of forming ROS if it has photocatalytic properties. The metal oxide layer is therefore configured to form ROS if it comprises at least one photocatalyst.
Die Photokatalyse beruht darauf , dass Licht in einem Halbleitermaterial wie beispielsweise Titandioxid ( Ti02 ) , welches in der Metalloxidschicht vorliegt , Elektron-Loch-Paare erzeugt , wenn die Energie der Photonen größer als die Bandlücke ist . Ein Elektron wechselt vom Valenzband in das Leitungsband des Materials und hinterlässt im Valenzband ein Elektronenloch . Das oberste Energieniveau des Valenzbandes ist vom untersten Energieniveau des Leitungsbandes durch die Bandlücke getrennt . Elektronen und Löcher wechselwirken mit Sauerstof f spezies in der Umgebung des Halbleitermaterials und erzeugen dann ROS . Photocatalysis is based on the fact that light in a semiconductor material such as titanium dioxide (Ti02) which is present in the metal oxide layer generates electron-hole pairs if the energy of the photons is larger than the band gap. An electron moves from the valence band to the conduction band of the material, leaving an electron hole in the valence band. The uppermost energy level of the valence band is separated from the lowermost energy level of the conduction band by the band gap. Electrons and holes interact with oxygen species surrounding the semiconductor material, generating ROS.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Kontaktschicht durchlässig für Wassermoleküle und Sau- erstof fmoleküle . Dies ermöglicht , dass Wasser und auch Sauerstof f zur Metalloxidschicht gelangen können, die dann in der direkten Umgebung des Metalloxids zur Generierung von ROS zur Verfügung stehen . According to a particularly preferred embodiment of the invention, the contact layer is permeable to water molecules and oxygen molecules. This allows water and oxygen to reach the metal oxide layer, which is then available in the immediate vicinity of the metal oxide to generate ROS.
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form der Erfindung umfasst die Kontaktschicht ein polymerartiges Material . Polymere Strukturen ermöglichen den an der Metalloxidschicht gebildeten ROS durch die Kontaktschicht hindurchzudi f fundieren . So können während der Anwendung der medi zinischen Vorrichtung ROS von der Metalloxidschicht an den menschl ichen oder tierischen Körper gelangen und dort antimikrobiell wirken . In a further preferred embodiment of the invention, the contact layer comprises a polymer-like material. Polymeric structures enable the ROS formed on the metal oxide layer to diffuse through the contact layer. Thus, during use of the medical device, ROS can reach the human or animal body from the metal oxide layer and exert an antimicrobial effect there.
Vorzugsweise kann die Kontaktschicht ein hydrophobes Material umfassen oder aus einem hydrophoben Material ausgebildet sein . Dies ist besonders vorteilhaft , wenn die medi zinische Vorrichtung auf einer Wunde angebracht wird . Durch eine hydrophobe Kontaktschicht kann ein Verkleben mit der Wunde reduziert werden . Preferably, the contact layer may comprise a hydrophobic material or be formed from a hydrophobic material. This is particularly advantageous when the medical device is applied to a wound. By a hydrophobic Contact layer can reduce adhesion to the wound.
Besonders bevorzugt kann die Kontaktschicht ein Silikon, insbesondere Polydimethylsiloxan, umfassen, da Silikon einerseits durchlässig für Wassermoleküle , Sauerstof f und gebildete ROS ist und andererseits ein Verkleben mit der Körperoberfläche vorbeugen kann . The contact layer can particularly preferably comprise a silicone, in particular polydimethylsiloxane, since silicone is permeable to water molecules, oxygen and formed ROS on the one hand and can prevent sticking to the body surface on the other hand.
Alternativ kann die Kontaktschicht ein Siloxan ( SiO : CH-Verbin- dung mit variablem CH-Anteil ) umfassen, welches durch Plasmapolymerisation von Hexamethyldisiloxan (HMDSO) gewinnbar ist . Alternatively, the contact layer may comprise a siloxane (SiO:CH compound with variable CH content), which can be obtained by plasma polymerization of hexamethyldisiloxane (HMDSO).
Aber auch Gele , insbesondere Hydrogele , Salben, Hydrokolloide , poröse Folien und (Meth) acrylate sind geeignete Materialien, die die Kontaktschicht einzeln oder in Kombination umfassen kann . But also gels, especially hydrogels, ointments, hydrocolloids, porous films and (meth)acrylates are suitable materials that the contact layer can comprise individually or in combination.
Die Kontaktschicht kann eine Dicke zwischen 1 nm und 1000 nm aufweisen, bevorzugt kleiner als 100 nm sein . Besonders bevorzugt liegt die Dicke der Kontaktschicht zwischen 1 nm und 10 nm . Wichtig ist , das s die Dicke der Kontaktschicht so gewählt i st , dass Wasser und die ROS hindurchdi f fundieren können . Schichtdicken von dieser geringen Dicke können vor allem durch Plasmapolymerisation erreicht werden . I st die Kontaktschicht mittels herkömmlichen Beschichtungsmethoden aufgebracht , so kann die Dicke bevorzugt 50 bis 250 pm betragen . The contact layer can have a thickness between 1 nm and 1000 nm, preferably less than 100 nm. The thickness of the contact layer is particularly preferably between 1 nm and 10 nm. It is important that the thickness of the contact layer is selected such that water and the ROS can diffuse through it. Layer thicknesses of this small thickness can be achieved primarily by plasma polymerization. If the contact layer is applied using conventional coating methods, the thickness can preferably be 50 to 250 pm.
Die Kontaktschicht kann entweder als geschlossene Schicht oder als of fene Schicht vorliegen . Erfindungsgemäß soll als geschlossene Schicht eine Schicht verstanden werden, die nahezu vollständig die Metalloxidschicht abdeckt bzw . an der Metalloxid- schicht anliegt . Der Deckungsgrad soll per Definition 95 % oder mehr betragen . The contact layer can be either a closed layer or an open layer. According to the invention, a closed layer is understood to be a layer that almost completely covers the metal oxide layer or is adjacent to the metal oxide layer. By definition, the coverage should be 95% or more.
I st der Deckungsgrad kleiner als 95 % , so ist die Kontaktschicht als of fene Schicht ausgebildet . Beispiel sweise kann die Kontaktschicht insel förmig auf die Metalloxidschicht aufgebracht sein oder die Kontaktschicht kann Perforationen aufweisen . If the coverage is less than 95%, the contact layer is formed as an open layer. For example, the contact layer can be applied to the metal oxide layer in an island-like pattern, or the contact layer can have perforations.
Gemäß einer Aus führungs form kann die Wundkontaktschicht perforiert sein . Diese Perforationen sollen die Durchlässigkeit für Wasser, ROS oder auch Wundexsudat erhöhen . Zudem können die Perforationen einen ungehinderten Durchtritt von Wundexsudat durch die Kontaktschicht zur Metalloxidschicht und ggf . in eine zusätzlich vorhandene absorbierende Schicht der medi zinischen Vorrichtung ermöglichen . According to one embodiment, the wound contact layer can be perforated. These perforations are intended to increase the permeability to water, ROS, or wound exudate. Furthermore, the perforations can allow unhindered passage of wound exudate through the contact layer to the metal oxide layer and, if applicable, into an additional absorbent layer of the medical device.
Die Perforationen in der Kontaktschicht können im Wesentlichen rund ausgebildet und in regelmäßigen Abständen in den Schichten vorhanden sein. Sie können zudem einen Durchmesser von 0,5 bis 5 mm, bevorzugt 1 bis 3 mm, aufweisen. Die Anzahl und die Größe der Perforationen können so gewählt sein, dass die Schicht netzartig ausgebildet ist. The perforations in the contact layer can be essentially round and arranged at regular intervals in the layers They may also have a diameter of 0.5 to 5 mm, preferably 1 to 3 mm. The number and size of the perforations can be selected so that the layer has a net-like structure.
Die Dicke der Metalloxidschicht kann 200 nm oder weniger, bevorzugt etwa 50 nm oder weniger und besonders bevorzugt 20 nm oder weniger betragen. Eine dünne Metalloxidschicht ist bevorzugt, da so zur Herstellung der medizinischen Vorrichtung weniger Metalloxid benötigt wird und sich somit die Herstellungskosten reduzieren lassen. The thickness of the metal oxide layer may be 200 nm or less, preferably about 50 nm or less, and more preferably 20 nm or less. A thin metal oxide layer is preferred because it requires less metal oxide to manufacture the medical device, thus reducing manufacturing costs.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Metalloxidschicht ein Titanoxid, wobei das Titanoxid als TiO, Ti2O2, TiaOs oder besonders bevorzugt als TiO2 vorliegt. Vorzugsweise weisen die Titanoxide Sauerstoff-Fehlstellen auf. Titanoxide weisen den Vorteil auf, dass sie gut verfügbar sind und eine Bandlücke zwischen 3,0 eV und 3,2 eV besitzen, was einer Licht-Wellenlänge von ca. 390 nm entspricht. According to a preferred embodiment, the metal oxide layer comprises a titanium oxide, wherein the titanium oxide is present as TiO, Ti 2 O 2 , TiA0 s, or particularly preferably as TiO 2 . The titanium oxides preferably have oxygen vacancies. Titanium oxides have the advantage of being readily available and having a band gap between 3.0 eV and 3.2 eV, which corresponds to a light wavelength of approximately 390 nm.
Um eine Verschiebung des Bereichs der Licht-Wellenlänge, die die Photokatalyse aktivieren kann, zu erreichen, kann die Metalloxidschicht eine oder mehrere Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus N, C, S, Gl, Ag, Au, Pd, Pt, Fe, Ce, Cl, F, Pb, Si, Zn, Zr, B, Br, Gr, Hg, Sr, Cu, I, Sn, Ta, V, W, Co, Mg, Mn und Cd umfassen. Bevorzugt wird die Metalloxidschicht mit diesen Atomen dotiert . Die auf geführten Verbindungen und ihre Derivate werden auch als Dotierstof fe bezeichnet . In order to achieve a shift in the range of light wavelengths that can activate photocatalysis, the metal oxide layer may comprise one or more compounds selected from the group consisting of N, C, S, Gl, Ag, Au, Pd, Pt, Fe, Ce, Cl, F, Pb, Si, Zn, Zr, B, Br, Gr, Hg, Sr, Cu, I, Sn, Ta, V, W, Co, Mg, Mn and Cd. Preferably, the metal oxide layer doped with these atoms. The listed compounds and their derivatives are also called dopants.
Besonders bevorzugt umfasst die Metalloxidschicht Ag oder Fe , da dadurch eine Verschiebung der Licht-Wellenlänge in den sichtbaren Bereich ermöglicht wird . The metal oxide layer particularly preferably comprises Ag or Fe, since this enables a shift of the light wavelength into the visible range.
Der Anteil an Titanoxid in der Metalloxidschicht kann bis zu 100 % betragen . Bevorzugt liegt er in einem Bereich von 75 % bis 100 % , von 50 % bis 75 % oder 25 % bis 50 % . The proportion of titanium oxide in the metal oxide layer can be up to 100%. Preferably, it is in a range from 75% to 100%, from 50% to 75%, or from 25% to 50%.
Vorzugsweise ist die Metalloxidschicht mit Silberoxid (AgOx ) dotiert . Dabei kann der Anteil des Silberoxids in der Metalloxidschicht zwischen 1 % bis 75 % , vorzugsweise 25 % bis 50 % und besonders bevorzugt ca . 25 % betragen . Dies ermöglicht eine zuverlässige Erzeugung von ROS in der Metalloxidschicht bei Aktivierung der Photokatalyse durch sichtbares Licht . The metal oxide layer is preferably doped with silver oxide (AgOx). The proportion of silver oxide in the metal oxide layer can be between 1% and 75%, preferably 25% to 50%, and particularly preferably approximately 25%. This enables reliable generation of ROS in the metal oxide layer upon activation of the photocatalysis by visible light.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Dotierstof f , insbesondere Silberoxid, in Form von Nanoinseln in oder auf der Metalloxidschicht aufgebracht , wodurch die aktive Grenz fläche zwischen Metalloxidschicht und Dotierstof f erhöht und die Erzeugung von ROS gesteigert wird . In a further preferred embodiment of the invention, the dopant, in particular silver oxide, is applied in the form of nanoislands in or on the metal oxide layer, whereby the active interface between the metal oxide layer and the dopant is increased and the generation of ROS is increased.
Die Schichtdicken sind erfindungsgemäß als nominale Dicken zu verstehen . Dies bedeutet , dass die Schichten in dieser Dicke in einem Herstellungsverfahren aufgetragen werden, sich dann aber anschließend beispielsweise durch Aushärten oder Abkühlen verändern können . So ist es beispielsweise möglich, dass die Dotierstof fe als Schicht aufgebracht werden, j edoch anschließend Nanoinseln ausbilden, d . h . sich der Dotierstof f insel förmig „zusammenzieht" . Würde man nun direkt die Schichtdicke einer Insel messen, so wäre durch das Zusammenziehen die Schichtdicke in der Insel größer als die nominale ( auf getragene ) Schichtdicke des Dotierstof fs . According to the invention, the layer thicknesses are to be understood as nominal thicknesses. This means that the layers are applied in this thickness in a manufacturing process, but then can then change, for example, through curing or cooling. For example, it is possible for the dopants to be applied as a layer, but then to form nanoislands, i.e. the dopant "contracts" into islands. If one were to measure the layer thickness of an island directly, the contraction would cause the layer thickness in the island to be greater than the nominal (applied) layer thickness of the dopant.
Üblicherweise sind die Dotierstof fe homogen in oder auf der Metalloxidschicht verteilt . Typically, the dopants are distributed homogeneously in or on the metal oxide layer.
Die Dotierstoffe können entweder in der Metalloxidschicht angeordnet sein oder sich auf einer der beiden Oberflächen der Metalloxidschicht , nämlich trägerschichtseitig oder kontaktschichtseitig, befinden . Unabhängig von der Anordnung der Dotierstof fe werden die Dotierstof fe als Teil der Metalloxidschicht verstanden . The dopants can be arranged either within the metal oxide layer or on one of the two surfaces of the metal oxide layer, namely on the carrier layer side or the contact layer side. Regardless of the arrangement of the dopants, the dopants are considered part of the metal oxide layer.
Besonders bevorzugt ist der Dotierstof f , insbesondere Silberoxid, trägerschichtseitig auf der Metalloxidschicht angeordnet . Somit kann der Dotierstof f von der übrigen Metalloxidschicht , insbesondere Titanoxid, bedeckt sein . Dies reduziert die Gefahr, dass Ionen aus dem Dotierstof f in die Kontaktschicht und somit auf den Körper gelangen können . Vor allem bei Silberoxid als Dotierstof f kann somit eine Freiset zung von den als schädlich geltenden Silberionen reduziert werden. Die Ionen werden in diesem Ausführungsbeispiel sowohl durch den Aufbau der Metalloxid- schicht als auch durch die Kontaktschicht vom Körper weggehalten . Particularly preferably, the dopant, in particular silver oxide, is arranged on the carrier layer side of the metal oxide layer. Thus, the dopant can be covered by the remaining metal oxide layer, in particular titanium oxide. This reduces the risk that ions from the dopant can penetrate into the contact layer and thus onto the body. Especially with silver oxide as a dopant, a release of the substances considered harmful The silver ions present are reduced. In this embodiment, the ions are kept away from the body both by the structure of the metal oxide layer and by the contact layer.
Dieser Effekt kann zudem erhöht werden, wenn die Metalloxid- schicht als geschlossene Schicht vorliegt. This effect can also be increased if the metal oxide layer is present as a closed layer.
Jedoch kann die Metalloxidschicht ebenso wie die Kontaktschicht auch als offene Schicht ausgebildet sein. However, the metal oxide layer, like the contact layer, can also be formed as an open layer.
Vorzugsweise handelt es sich bei der medizinischen Vorrichtung um ein medizinisches Textil. Besonders bevorzugt ist die medizinische Vorrichtung als eine Wundauflage, eine Bandage, eine elastische Binde, ein Schaum, eine Maske oder eine Inzisionsfolie ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, da Wundauflagen, Bandagen, elastische Binden, Schäume oder Inzisionsfolien üblicherweise auf den Körper aufgebracht werden können und am Aufbringungsort Infektionen verhindert werden sollen. Insbesondere ist die medizinische Vorrichtung als Wundauflage ausgebildet, da der Vermeidung von Infektion im Wundbereich besonders große Bedeutung zukommt . The medical device is preferably a medical textile. The medical device is particularly preferably designed as a wound dressing, a bandage, an elastic bandage, a foam, a mask, or an incision film. This is advantageous because wound dressings, bandages, elastic bandages, foams, or incision films can usually be applied to the body and are intended to prevent infections at the application site. In particular, the medical device is designed as a wound dressing because preventing infection in the wound area is particularly important.
Die Trägerschicht kann bevorzugt ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Polyurethan (PUR, TPU, PCU) , Polyamid (PA) , Polyether, Polyethylen (PE) , Polyester, Polypropylen (PP) , Poly ( tetraf luorethylen) ( PTFE ) , Silikonen, Viskose , Zellulose und Baumwolle . The carrier layer can preferably be selected from the group consisting of polyurethane (PUR, TPU, PCU), polyamide (PA), polyether, polyethylene (PE), polyester, polypropylene (PP), Poly (tetrafluoroethylene) (PTFE), silicones, viscose, cellulose and cotton.
Besonders bevorzugt sind Vliese, die aus den obigen Materialien gefertigt sein können . Beispiele für solche Vliese sind Vliese aus 90 % Viskose und 10 % Polyethylen/Polypropylen, Vlies aus Polypropylen (hydrophob ) , Vlies aus Polypropylen hydrophil ausgerüstet , Nadelvlies aus Polyethylenterephthalat ( PET ) und Vlies aus 70 % Viskose und 30 % Polyethylenterephthalat . Des Weiteren sind auch Polyurethan-Filme , Gitterstof fe aus Polyethylenterephthalat , Gaze aus Zellulose und Gestricke aus Polypropylen besonders bevorzugt . Particularly preferred are nonwovens that can be made from the above materials. Examples of such nonwovens are nonwovens made from 90% viscose and 10% polyethylene/polypropylene, nonwovens made from polypropylene (hydrophobic), nonwovens made from polypropylene with a hydrophilic finish, needle-punched nonwovens made from polyethylene terephthalate (PET), and nonwovens made from 70% viscose and 30% polyethylene terephthalate. Furthermore, polyurethane films, scrims made from polyethylene terephthalate, cellulose gauze, and knitted fabrics made from polypropylene are also particularly preferred.
Die erfindungsgemäße medi zinische Vorrichtung kann außer der Trägerschicht , der Metalloxidschicht und der Kontaktschicht noch weitere Schichten beziehungsweise Verbandslagen umfassen . Zum Beispiel kann die medizinische Vorrichtung eine Rückschicht als äußerste , körperabgewandte Lage umfassen . Die Rückschicht kann eine wasserundurchlässige und wasserdampfdurchlässige Kunststoff folie, insbesondere Polyurethanfolie, umfassen . Zudem kann eine körperzugewandte Seite der Rückschicht adhäsiv, beispielsweise mit einem Acrylatkleber , beschichtet sein . The medical device according to the invention can comprise, in addition to the carrier layer, the metal oxide layer, and the contact layer, further layers or bandage layers. For example, the medical device can comprise a backing layer as the outermost, body-facing layer. The backing layer can comprise a water-impermeable and water vapor-permeable plastic film, in particular a polyurethane film. In addition, a body-facing side of the backing layer can be adhesively coated, for example with an acrylate adhesive.
I st die medi zinische Vorrichtung als Wundauflage ausgebi ldet , so kann vorteilhafterweise die adhäsiv beschichtete Rückschicht die weiteren Schichten der medi zini schen Vorrichtung umfangen und einen Kleberand ausbilden, wobei die medi zinische Vorrichtung dann in der Art eines Inselverbandes ausgestaltet sein kann . Mit dem Kleberand kann die Wundauf lage am Körper des Patienten befestigt werden . If the medical device is designed as a wound dressing, the adhesive-coated backing layer can advantageously encompass the other layers of the medical device and form an adhesive edge, whereby the medical device can then be designed in the manner of an island dressing. The adhesive edge can be used to attach the wound dressing to the patient's body.
Außerdem ist besonders bevorzugt vorgesehen, insbesondere wenn die medi zinische Vorrichtung als Wundauflage ausgebildet ist , dass die medi zinische Vorrichtung weiterhin eine absorbierende Schicht , insbesondere eine absorbierende Schaumstof f schicht , umfasst . Damit kann die medi zinische Vorrichtung mehr Flüssigkeit aufnehmen . So ist beispielsweise die Wundauflage dann auch zur Behandlung von stärker exsudierenden Wunden geeignet . Besonders geeignet ist eine Schaumstoff schicht in der Form eines hydrophilen Polyurethanschaums , welche vorteilhafterweise einen Wasseranteil von mindestens 10 Gew . -% umfassen kann . Die absorbierende Schicht ist bevorzugt mit einer körperabgewandten Seite der Trägerschicht verbunden . Die üblicherweise vorhandene Rückschicht ist dann mit einer körperabgewandten Seite der absorbierenden Schicht verbunden, so dass die absorbierende Schicht zwischen der Rückschicht und der Trägerschicht angeordnet ist . Die Schichtdicke der absorbierenden Schicht kann zum Beispiel 0 , 5 bis 5 mm, bevorzugt 0 , 5 bi s 3 mm, betragen . Weitere möglicheFurthermore, it is particularly preferred, especially when the medical device is designed as a wound dressing, that the medical device further comprises an absorbent layer, in particular an absorbent foam layer. This allows the medical device to absorb more fluid. For example, the wound dressing is then also suitable for the treatment of more heavily exuding wounds. A foam layer in the form of a hydrophilic polyurethane foam is particularly suitable, which can advantageously comprise a water content of at least 10% by weight. The absorbent layer is preferably connected to a side of the carrier layer facing away from the body. The usually present backing layer is then connected to a side of the absorbent layer facing away from the body, so that the absorbent layer is arranged between the backing layer and the carrier layer. The layer thickness of the absorbent layer can be, for example, 0.5 to 5 mm, preferably 0.5 to 3 mm. Further possible
Merkmale und Vorteile der absorbierenden Schicht sind in der WOFeatures and advantages of the absorbent layer are described in WO
2010/ 000451 Al of fenbart . Alternativ zu der absorbierenden Schaumstof f schicht kann die absorbierende Schicht auch superabsorbierende Fasern ( SAF) oder superabsorbierende Partikel ( SAP ) umfassen, insbesondere superabsorbierende Fasern oder superabsorbierende Partikel aus Poly- acrylat . Damit kann noch mehr Wundexsudat als mit einer herkömmlichen absorbierenden Schicht von einer Wunde weggeführt und gespeichert werden . 2010/ 000451 Al of fenbart . As an alternative to the absorbent foam layer, the absorbent layer can also comprise superabsorbent fibers (SAF) or superabsorbent particles (SAP), particularly superabsorbent fibers or superabsorbent particles made of polyacrylate. This allows even more wound exudate to be transported away from a wound and stored than with a conventional absorbent layer.
Die erfindungsgemäße Wundauflage weist zudem in Kombination mit einer absorbierenden Schicht den Vorteil auf , dass Keime , die in der absorbierenden Schicht entstehen können, nicht an den Körper bzw . die Wunde gelangen können, da die Keime die Me- talloxidschicht nicht überwinden können . Durch die in der Me- talloxidschicht gebildeten ROS werden die Keime abgetötet , so dass eine Rückinfektion ausgehend von der absorbierenden Schicht verhindert wird . The wound dressing according to the invention, in combination with an absorbent layer, also has the advantage that germs that may develop in the absorbent layer cannot reach the body or the wound, since the germs cannot overcome the metal oxide layer. The ROS formed in the metal oxide layer kill the germs, thus preventing reinfection from the absorbent layer.
Die als Wundauflage ausgebildete medi zinische Vorrichtung ist besonders gut zur Behandlung von Wunden am menschlichen oder tierischen Körper in der Granulations- oder Epithelisierungsphase geeignet . Entsprechend richtet sich die Erfindung auch auf eine erfindungsgemäße medi zinische Vorrichtung zur Behandlung von Wunden am menschlichen oder tierischen Körper in der Granulations- oder Epithelisierungsphase . Ebenso ist die medi zinische Vorrichtung, insbesondere ausgebildet als Inzisions folie , zur Anwendung bei traumatischen oder operativen Wunden geeignet . The medical device designed as a wound dressing is particularly well suited for treating wounds on the human or animal body in the granulation or epithelialization phase. Accordingly, the invention also relates to a medical device according to the invention for treating wounds on the human or animal body in the granulation or epithelialization phase. Likewise, the medical device, particularly designed as an incision film, is suitable for use in traumatic or surgical wounds.
Die Erfindung betri f ft zudem ein Verfahren zur Reaktivierung und/oder Verstärkung photokatalytischer Eigenschaften der medizinischen Vorrichtung durch Photoaktivierung der Metalloxid- schicht mit sichtbarem Licht . Eine Photoaktivierung der Me- talloxidschicht , d . h . ein Aktivieren oder auch eine Wiederherstellung der Fähigkeit der Metalloxidschicht ROS zu generieren, ermöglicht , dass die medi zinische Vorrichtung beispielsweise nach der Lagerung im Dunklen ihre antimikrobiellen Eigenschaften wiedererlangen kann . Dazu kann die medi zinische Vorrichtung, nachdem sie zum Beispiel aus einer lichtdichten Verpackung entnommen wurde , dem sichtbaren Licht für etwa 5 bis 15 Minuten ausgesetzt werden, um die nahezu vollständige Fähigkeit der Me- talloxidlage ROS zu bilden wiederherzustellen . Beispielsweise kann die Photoreaktivierung bei sichtbarem Licht mit einer Wellenlänge von 400-780 nm und einer Lichtintensität von 200 mW/cm2 innerhalb von 5 Minuten erfolgen . Ebenso ist es möglich, die medizinische Vorrichtung dem Tageslicht und/oder dem sichtbaren Umgebungslicht aus zusetzen, nachdem sie an den menschlichen oder tierischen Körper angebracht wurde . Dies weist den Vorteil auf , dass die Photoaktivierung nicht in einem getrennten Arbeitsschritt erfolgen muss , sondern während des eigentlichen Verwendungs zwecks der medi zinischen Vorrichtung erfolgen kann . The invention additionally relates to a method for reactivating and/or enhancing photocatalytic properties of the medical device by photoactivating the metal oxide layer with visible light. Photoactivation of the metal oxide layer, i.e. activating or restoring the ability of the metal oxide layer to generate ROS, enables the medical device to regain its antimicrobial properties, for example after storage in the dark. For this purpose, the medical device, after being removed from light-tight packaging, for example, can be exposed to visible light for approximately 5 to 15 minutes in order to restore the almost complete ability of the metal oxide layer to generate ROS. For example, photoreactivation can take place within 5 minutes using visible light with a wavelength of 400-780 nm and a light intensity of 200 mW/ cm2 . It is also possible to expose the medical device to daylight and/or visible ambient light after it has been attached to the human or animal body. This has the advantage of that photoactivation does not have to be carried out in a separate step but can be carried out during the actual intended use of the medical device.
Besonders bevorzugt kann die Trägerschicht transparent , opak oder im Wesentlichen durchlässig für sichtbares Licht sein . Somit kann das sichtbare Licht durch die Trägerschicht hindurch zur Metalloxidschicht gelangen und zur Photokatalyse und/oder für die Photoaktivierung genutzt werden . Particularly preferably, the carrier layer can be transparent, opaque, or substantially permeable to visible light. Thus, visible light can pass through the carrier layer to the metal oxide layer and be used for photocatalysis and/or photoactivation.
Darüber hinaus betri f ft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen medi zinischen Vorrichtung . In einem ersten Schritt wird eine Trägerschicht bereitgestellt . Mittels Plasmaabscheidung werden ein oder mehrere Metalle auf die Trägerschicht abgeschieden und oxidiert , um eine Metalloxidschicht zu bilden . Anschließend wird auf die Metalloxidschicht eine Kontaktschicht mittels Plasmaabscheidung aufgebracht . Furthermore, the invention also relates to a method for producing a medical device according to the invention. In a first step, a carrier layer is provided. By means of plasma deposition, one or more metals are deposited onto the carrier layer and oxidized to form a metal oxide layer. Subsequently, a contact layer is applied to the metal oxide layer by means of plasma deposition.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermögl icht eine einfache und kostengünstige Herstellung der medizinischen Vorrichtung . Die Trägerschicht kann als bahnförmiges Material einem Plasmareaktor zugeführt werden, wo sie durchlaufend und kontinuierlich beschichtet wird, was einen hohen Durchsatz ermöglicht . Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten nass-chemischen Imprägnierungsverfahren, mit denen beispielsweise Silber auf me- di zinische Vorrichtungen aufgebracht wird, erfolgt die erfindungsgemäße Herstellung in einem trockenen Zustand der Trägerschicht . Somit kann dem Herstellungsverfahren auch Halbzeug, umfassend die Trägerschicht und weitere feuchtigkeitssensitive Substanzen, zugeführt werden . Beispiele für feuchtigkeitssensitive Substanzen sind Aktivkohle und superabsorbierende Fa- sern/Partikel . Somit kann der Durchsatz gesteigert und die Herstellungskosten gesenkt werden . The method according to the invention enables a simple and cost-effective production of the medical device. The carrier layer can be fed as a web-like material to a plasma reactor, where it is continuously coated, enabling a high throughput. In contrast to wet-chemical impregnation processes known from the prior art, with which, for example, silver is deposited on me- medical devices, the inventive production takes place in a dry state of the carrier layer. Thus, semi-finished products comprising the carrier layer and other moisture-sensitive substances can also be added to the production process. Examples of moisture-sensitive substances are activated carbon and superabsorbent fibers/particles. This allows throughput to be increased and production costs to be reduced.
Das Oxidieren kann entweder während der Abscheidung der Metalle oder in einem nachgeordneten Schritt erfolgen . The oxidation can take place either during the deposition of the metals or in a subsequent step.
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form kann die Trägerschicht mittels des Plasmas aktiviert werden . I st die Trägerschicht einer Plasmavorbehandlung unterzogen worden, so kann j e nach Material der Trägerschicht die Haftung zwischen Metalloxidschicht und Trägerschicht erhöht werden . According to a preferred embodiment, the carrier layer can be activated by means of the plasma. If the carrier layer has been subjected to plasma pretreatment, the adhesion between the metal oxide layer and the carrier layer can be increased, depending on the material of the carrier layer.
Die Erfindung betri f ft auch ein plasmaaktiviertes Metalloxid zur Anwendung in einem Verfahren für die Behandlung von infi zierten Wunden . Das plasmaaktivierte Metalloxid liegt auf einer Trägerschicht vor und ist durch eine Kontaktschicht , die als gasdurchlässige Polymerschicht ausgebildet ist , abgedeckt , so dass ein unmittelbarer Kontakt zwischen Metalloxid und Wundoberfläche vermieden wird . Ebenso betri f ft die Erfindung auch ein plasmaaktiviertes Metalloxid zur Anwendung in einem Verfahren für die Prävention von Infektionen auf dem menschlichen oder tierischen Körper, wobei das Metalloxid auf einer Trägerschicht vorliegt und durch eine Kontaktschicht , die als gasdurchlässige Polymerschicht ausgebildet ist , abgedeckt ist , so dass ein unmittelbarer Kontakt zwischen Metalloxid und Körper vermieden wird . The invention also relates to a plasma-activated metal oxide for use in a method for treating infected wounds. The plasma-activated metal oxide is present on a carrier layer and is covered by a contact layer formed as a gas-permeable polymer layer, so that direct contact between the metal oxide and the wound surface is avoided. The invention also relates to a plasma-activated metal oxide for use in a method for the prevention of infections on the human or animal body, wherein the metal oxide is present on a carrier layer and is covered by a contact layer which is designed as a gas-permeable polymer layer, so that direct contact between the metal oxide and the body is avoided.
Der Vorteil einer derartigen Anwendung besteht darin, dass durch die Kontaktschicht das plasmaaktivierte Metalloxid den Körper bzw . die Wunde nicht berührt und somit durch das Metalloxid verursachte Irritationen vermieden werden . Auch kann durch die Kontaktschicht eine Funktionalisierung des Metalloxids erfolgen, um die Interaktion des Metalloxids mit dem Körper bzw . Wunde bei der Anwendung zu beeinflussen . So kann beispielsweise die Kontaktschicht hydrophob ausgebildet sein, um ein Verkleben mit der Wunde zu vermeiden . Alternativ kann das Metalloxid z . B . mit einem Klebemittel abgedeckt sein, um das Metalloxid am Körper zu befestigen . The advantage of this type of application is that the contact layer prevents the plasma-activated metal oxide from coming into contact with the body or wound, thus avoiding irritation caused by the metal oxide. The contact layer can also be used to functionalize the metal oxide in order to influence its interaction with the body or wound during application. For example, the contact layer can be hydrophobic to prevent it from sticking to the wound. Alternatively, the metal oxide can be covered with an adhesive, for example, to attach the metal oxide to the body.
Abgedeckt soll erfindungsgemäß so verstanden werden, dass die abgedeckte Schicht im Wesentlichen mit der abdeckenden Schicht vollflächig in direktem Kontakt steht , diese also berührt . Dies bedeutet aber nicht , das s die abdeckende Schicht geschlossen ausgebildet sein muss . Die abdeckende Schicht kann beispielsweise auch porös sein oder Perforationen aufweisen . Covered should be understood according to the invention in such a way that the covered layer is essentially in direct contact with the covering layer over its entire surface, i.e. touches it. However, this does not mean that the covering layer is closed. The covering layer can, for example, be porous or have perforations.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert . Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden . The invention and further advantageous embodiments and developments thereof are described and explained in more detail below with reference to the examples shown in the drawings. The features shown in the description and the drawings can be used individually or in any combination according to the invention.
Es zeigen : Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Aus führungs form einer medi zinischen Vorrichtung, Figure 1 shows a schematic sectional view of a first embodiment of a medical device,
Figur 2 einen schematische Schnittansicht einer als Wundauflage ausgebildeten medi zinischen Vorrichtung, Figure 2 shows a schematic sectional view of a medical device designed as a wound dressing,
Figur 3 die Ergebnisse eines Berührungstests als Nachweis der antimikrobiellen Aktivität der medi zini schen Vorrichtung mit einer Trägerschicht umfassend ein PP-Vlies , Figure 3 shows the results of a touch test as proof of the antimicrobial activity of the medical device with a carrier layer comprising a PP nonwoven,
Figur 4 die Ergebnisse eines Berührungstests als Nachweis der antimikrobiellen Aktivität der medi zini schen Vorrichtung mit einer Trägerschicht umfassend ein Nadelvlies , Figur 5 die Ergebnisse eines Berührungstests als Nachweis der antimikrobiellen Aktivität der medi zini schen Vorrichtung mit einer Trägerschicht umfassend ein PU-Film und Figure 4 shows the results of a touch test as proof of the antimicrobial activity of the medical device with a carrier layer comprising a needle felt, Figure 5 shows the results of a touch test as proof of the antimicrobial activity of the medical device with a carrier layer comprising a PU film and
Figur 6 ein Diagramm über die ROS-Aktivität unterschiedlicher Metalloxidschichten nach dunkler Lagerung und nach einer Photoaktivierung . Figure 6 shows a diagram of the ROS activity of different metal oxide layers after dark storage and after photoactivation.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen medizinischen Vorrichtung 1 in einer ersten Aus führungs form . Die medi zinischen Vorrichtung 1 umfas st eine Trägerschicht 2 , welche beispielsweise aus einer Polyurethanfolie besteht . Auf der körperzugewandten Seite der Trägerschicht 2 ist die Metalloxid- schicht 5 aufgebracht . Die Trägerschicht 2 dient dazu, die Me- talloxidschicht 5 zu tragen und als Unterlage zum Aufbringen der Metalloxidschicht 5 . Auf der beim Gebrauch der medi zini schen Vorrichtung 1 dem Körper 20 zugewandten Seite der Metalloxidschicht 5 ist die Kontaktschicht 3 angeordnet . Figure 1 shows a sectional view of a medical device 1 according to the invention in a first embodiment. The medical device 1 comprises a carrier layer 2, which consists for example of a polyurethane film. The metal oxide layer 5 is applied to the side of the carrier layer 2 facing the body. The carrier layer 2 serves to carry the metal oxide layer 5 and as a base for applying the metal oxide layer 5. The contact layer 3 is arranged on the side of the metal oxide layer 5 facing the body 20 when the medical device 1 is in use.
Schließlich umfasst die medi zinischen Vorrichtung 1 noch eine mit einer beim Gebrauch der medi zinischen Vorrichtung 1 dem Körper 20 abgewandten Seite der Trägerschicht 2 verbundene Rückschicht 4 . Diese grenzt die medi zinischen Vorrichtung 1 nach außen hin ab und schützt die medi zinischen Vorrichtung 1 insbesondere vor Kontamination . Die Rückschicht 4 besteht aus einer wasserundurchlässigen und wasserdampfdurchlässigen Kunststof ffolie , zum Beispiel einer Polyurethanfolie . Die medi zini schen Vorrichtung 1 kann in vorteilhafter Weise transparent ausgebildet sein, um einen Lichtdurchtritt, insbesondere von sichtbarem Licht , zur Metalloxidschicht 5 zu ermöglichen . In der Anwendung kann die medi zinischen Vorrichtung 1 auf den Körper 20 gelegt und gegebenenfalls mit einem zusätzl ichen Verbandsmaterial wie beispielsweise einer Binde oder einem Filmverband fixiert werden . Finally, the medical device 1 also comprises a backing layer 4 connected to a side of the carrier layer 2 facing away from the body 20 during use of the medical device 1. This delimits the medical device 1 to the outside and protects the medical device 1 in particular from contamination. The backing layer 4 consists of a water-impermeable and water vapor-permeable plastic film, for example a polyurethane film. The medical device 1 can advantageously be transparent in order to allow the passage of light, in particular visible light, to the metal oxide layer 5. In use, the medical device 1 can be placed on the body 20 and, if necessary, fixed with an additional dressing material such as a bandage or a film dressing.
Die Schichten 2 , 3 , 4 und 5 gehen einen im Wesentlichen stabi len Verbund ein, so dass keine zusätzlichen Mittel benötigt werden, um die einzelnen Schichten 2 , 3 , 4 und 5 zusammenzuhalten . Layers 2, 3, 4 and 5 form an essentially stable bond, so that no additional means are required to hold the individual layers 2, 3, 4 and 5 together.
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen medizinischen Vorrichtung, die als Wundauflage 11 ausgebildet ist . Zusätzlich zu der Trägerschicht 2 , der Metalloxidschicht 5 und der Kontaktschicht 3 weist die Wundauflage 1 eine absorbierende Schicht 12 auf . Diese ist auf der dem Körper 20 abgewandten Seite der Trägerschicht 2 angeordnet . Bei der absorbierenden Schicht 12 handelt es sich insbesondere um eine absorbierende Schaumstof f schicht , beispielsweise in Form eines hydrophilen Polyurethanschaumstof fs . Die absorbierende Schicht 12 kann aber auch superabsorbierende Fasern ( SAF) oder superabsorbierende Partikel ( SAP ) umfassen . Durch die zusätzliche absorbierende Schicht 12 kann die Wundauflage 11 mehr Wundexsudat aufnehmen .Figure 2 shows a sectional view of a medical device according to the invention, which is designed as a wound dressing 11. In addition to the carrier layer 2, the metal oxide layer 5 and the contact layer 3, the wound dressing 1 has an absorbent layer 12. This is arranged on the side of the carrier layer 2 facing away from the body 20. The absorbent layer 12 is in particular an absorbent foam layer, for example in the form of a hydrophilic polyurethane foam. The absorbent layer 12 can, however, also comprise superabsorbent fibers (SAF) or superabsorbent particles (SAP). Due to the additional absorbent Layer 12 allows the wound dressing 11 to absorb more wound exudate.
Sie ist damit insbesondere zur Behandlung von stärker exsudie- renden Wunden geeignet . Die absorbierende Schicht 12 kann aber auch vorteilhaft bei der Behandlung von trockenen Wunden sein, nämlich dann, wenn sie herstellerseitig mit einem Anteil Wasser oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit wie isotonische Kochsal zlösung oder Ringerlösung beaufschlagt wird . It is therefore particularly suitable for the treatment of heavily exuding wounds. However, the absorbent layer 12 can also be advantageous in the treatment of dry wounds, namely when it is impregnated by the manufacturer with a proportion of water or another suitable liquid, such as isotonic saline solution or Ringer's solution.
Die Rückschicht 4 der Wundauflage 11 in Figur 2 ist voll flächig adhäsiv ausgerüstete . Bei dem Adhäsiv 8 handelt es sich vorzugsweise um einen Acrylatkleber . Die Rückschicht 4 ist mittels dem Adhäs iv 8 an der dem Körper 20 abgewandten Seite der absorbierende Schicht 12 befestigt . Die mit dem Adhäsiv 8 ausgerüstete Rückschicht 4 überfängt die Schichten 12 , 2 , 5 und 3 und bildet so einen Kleberand 10 aus . Mit dem Kleberand 10 kann die Wundauflage 11 dauerhaft und einfach am Körper 20 des Patienten befestigt werden, ohne dass dafür ein separater Sekundärverband benötigt wird . The backing layer 4 of the wound dressing 11 in Figure 2 is fully adhesively coated. The adhesive 8 is preferably an acrylate adhesive. The backing layer 4 is attached by means of the adhesive 8 to the side of the absorbent layer 12 facing away from the body 20. The backing layer 4 coated with the adhesive 8 overlaps the layers 12, 2, 5 and 3 and thus forms an adhesive edge 10. With the adhesive edge 10, the wound dressing 11 can be permanently and easily attached to the body 20 of the patient without the need for a separate secondary dressing.
Zum Schutz während der Lagerung und zur leichteren Applikation der medi zinischen Vorrichtung 1 kann diese zumindest noch eine Abdeckschicht aufweisen (nicht dargestellt ) . Die Abdeckschicht ist mit der Kontaktschicht 3 lösbar verbunden und wird abgezogen, bevor die medi zinischen Vorrichtung 1 auf den Körper 20 gelegt wird . Die Abdeckschicht kann zum Beispiel eine zweiteilige Folienschicht aus silikonisiertem Polypropylen umfassen . For protection during storage and to facilitate application of the medical device 1, it may have at least one cover layer (not shown). The cover layer is detachably connected to the contact layer 3 and is removed before the medical device 1 is applied to the body 20. The cover layer can, for example, comprise a two-part film layer made of siliconized polypropylene.
Die medi zinischen Vorrichtung 1 kann hergestellt werden, indem die Trägerschicht 2 , beispiel sweise umfassend einen Polymerfilm, insbesondere einen Polymerfilm aus Polyurethan oder ein Vlies , auf die Trommelelektrode eines Rolle- zu-Rolle-Plasmareaktors gelegt wird . Der Plasmareaktor ist mit einem Hochfrequenz-Plasmagenerator, der mit der Trommelelektrode verbunden ist , und mit zwei Magnetron-Sputterquellen ausgestattet , die in einem Abstand von 10 cm gegenüber der inneren Trommelelektrode angebracht sind . Eine Sputterquelle ist mit einem Titan ( Ti ) -Target und die andere mit einem Silber (Ag) -Target ausgestattet . Nach Evakuierung des Vakuumsystems auf einen Basisdruck von mindestens 0 , 0001 Pa wird der Plasmareaktor mit Argon geflutet , um einen Druck von 10 Pa zu erreichen . Eine Plasmavorbehandlung wird 10 Minuten lang durchgeführt, indem ein Plasma mit 400 W Eingangsleistung rund um die Trommelelektrode erzeugt wird, um die Trägerschicht 2 zu aktivieren . The medical device 1 can be manufactured by placing the carrier layer 2, for example comprising a polymer film, in particular a polymer film made of polyurethane or a nonwoven, on the drum electrode of a roll-to-roll plasma reactor. The plasma reactor is equipped with a high-frequency plasma generator connected to the drum electrode and with two magnetron sputtering sources mounted at a distance of 10 cm opposite the inner drum electrode. One sputtering source is equipped with a titanium (Ti) target and the other with a silver (Ag) target. After evacuating the vacuum system to a base pressure of at least 0.0001 Pa, the plasma reactor is flooded with argon to reach a pressure of 10 Pa. A plasma pretreatment is carried out for 10 minutes by generating a plasma with 400 W input power around the drum electrode to activate the carrier layer 2.
Anschließend wird der Druck unter Verwendung von Argon als Prozessgas auf 0 , 8 Pa gesenkt . Die Trägerschicht 2 auf der Trommelelektrode wird mit einer 2000-W-Magnetron-Leistungsversor- gung bei einer Geschwindigkeit von 0 , 3 Umdrehungen pro Minute (U/min) einmal durch die Ti-Sputter zone gedreht , wodurch eine nominale Ti-Schichtdicke von 20 nm auf der Trägerschicht 2 erreicht wird . In der nächsten Runde wird die Trägerschicht 2 auf der Trommelelektrode einmal durch die Ag-Sputterzone mit einer 600-W-Magnetron-Leistungsversorgung bei einer Geschwindigkeit von 1 , 2 U/min gedreht , wodurch eine nominale Ag-Schicht von 4 nm auf der Ti-Schicht entsteht . Anschließend wird die Gas zufuhr auf ein Argon/Sauerstof f-Gemi sch im Verhältnis 4 : 1 und einen Druck von 10 Pa umgestellt , um eine 10-minütige Plasmanachbehandlung durchzuführen, bei der rund um die Trommelelektrode ein Plasma mit 400 W Eingangsleistung erzeugt wird, um die Ag/Ti- Schicht zu oxidieren . Anschließend wird die Gas zufuhr auf ein Argon/HMDSO-Gemisch im Verhältni s 5 : 1 und einen Druck von 7 Pa umgestellt . Der Schichtverbund aus Trägermaterial 2 und Me- talloxidschicht 5 wird 8 bis 12 Sekunden dem um die Trommelelektrode entstandenen Plasma mit 400 W Eingangsleistung ausgesetzt, um auf die oxidierte Metalloxidschicht 5 eine hydrophobe Siloxan-Kontaktschicht 3 mit einer nominalen Schichtdicke von ungefähr 4 nm bis 6 nm abzuscheiden . Subsequently, the pressure is reduced to 0.8 Pa using argon as the process gas. The carrier layer 2 on the drum electrode is rotated once through the Ti sputtering zone with a 2000 W magnetron power supply at a speed of 0.3 revolutions per minute (rpm), whereby a nominal Ti layer thickness of 20 nm is achieved on the carrier layer 2. In the next round, the carrier layer 2 on the drum electrode is rotated once through the Ag sputtering zone using a 600 W magnetron power supply at a speed of 1.2 rpm, forming a nominal Ag layer of 4 nm on the Ti layer. The gas supply is then switched to a 4:1 argon/oxygen mixture at a pressure of 10 Pa to perform a 10-minute plasma post-treatment, during which a plasma is generated around the drum electrode with 400 W input power to oxidize the Ag/Ti layer. The gas supply is then switched to a 5:1 argon/HMDSO mixture at a pressure of 7 Pa. The layer composite of carrier material 2 and metal oxide layer 5 is exposed to the plasma generated around the drum electrode with 400 W input power for 8 to 12 seconds in order to deposit a hydrophobic siloxane contact layer 3 with a nominal layer thickness of approximately 4 nm to 6 nm onto the oxidized metal oxide layer 5.
Die nominalen Schichtdicken lassen sich durch die Drehgeschwindigkeit der Trommelelektrode einstellen . The nominal layer thicknesses can be adjusted by the rotation speed of the drum electrode.
Um die antimikrobielle Aktivität der medi zinischen VorrichtungTo enhance the antimicrobial activity of the medical device
1 nachzuweisen, wurden Proben mit einem Durchmesser von 9 mm aus der medi zinischen Vorrichtung 1 , die nach dem vorgenannten Verfahren hergestellt wurde , ausgestanzt und einem Berührungstest auf Agarplatten 32 unterzogen . Dazu wurden die Proben in Triplikaten für 10 Minuten auf einen Bakterienrasen 30 gelegt , der auf einer Agarplatte 32 vorkultiviert wurde . Der Bakterienrasen 30 besteht entweder aus einem Stamm Escherichia coli ( DSM 1103 ) oder Staphylococcus aureus (ATCC 6538 ) . Nach 10-minütiger Einwirkzeit bei Raumtemperatur wurden die Proben entfernt und die Agarplatten 32 über Nacht bei 37 ° C inkubiert . Die Agarplatten 32 wurden anschließend mit einem Scan 300 Colony counter abfotografiert . Beispielhafte Ergebnisse für unterschiedliche Trägerschichten 2 sind in den Figuren 3 bis 5 dargestellt . 1, samples with a diameter of 9 mm were taken from of the medical device 1, which was produced according to the aforementioned method, and subjected to a contact test on agar plates 32. For this purpose, the samples were placed in triplicates for 10 minutes on a bacterial lawn 30 that had been pre-cultivated on an agar plate 32. The bacterial lawn 30 consists either of a strain of Escherichia coli (DSM 1103) or Staphylococcus aureus (ATCC 6538). After a 10-minute exposure time at room temperature, the samples were removed and the agar plates 32 were incubated overnight at 37°C. The agar plates 32 were then photographed with a Scan 300 colony counter. Example results for different carrier layers 2 are shown in Figures 3 to 5.
Figur 3 zeigt die Ergebnisse des Berührungstest für die medizinische Vorrichtung 1 , die ein Trägermaterial 2 aus einem PP- Vlies umfasst . Auf dem Trägermaterial 2 befindet sich die Me- talloxidschicht 5 , die eine TiOx-Schicht mit einer nominalen Dicke von 20 nm dotiert mit einer AgOx-Schicht mit einer nominalen Dicke von 6 nm umfasst . An der Metalloxidschicht 5 liegt unmittelbar die Kontaktschicht 3 an, die eine nominale Dicke von 4 nm aufweist und ein hydrophobes Siloxan umfasst . Unter Buchstabe a ) der Figur ist al s Re ferenz die unbeschichtete Trägerschicht 2 mit dem Bakterienrasen 30 , entweder bestehend aus S . aureus ( obere Zeile ) oder E . coli (untere Zeile ) im Bereich von Kontakt flächen 31 , in Berührung gekommen . Unter Buchstabe b ) ist die Trägerschicht 2 beschichtet mit der Metalloxidschicht 5Figure 3 shows the results of the contact test for the medical device 1, which comprises a carrier material 2 made of a PP nonwoven. On the carrier material 2 is the metal oxide layer 5, which comprises a TiOx layer with a nominal thickness of 20 nm doped with an AgOx layer with a nominal thickness of 6 nm. Directly adjacent to the metal oxide layer 5 is the contact layer 3, which has a nominal thickness of 4 nm and comprises a hydrophobic siloxane. Under letter a) of the figure, as a reference, the uncoated carrier layer 2 has come into contact with the bacterial lawn 30, consisting either of S. aureus (upper row) or E. coli (lower row) in the region of contact surfaces 31. Under letter b) the carrier layer 2 coated with the metal oxide layer 5
( TiOx 20 nm / AgOx 6 nm) dargestellt ( Probe b ) . Die Probe b weist j edoch keine Kontaktschicht 3 auf . Unter Buchstabe c ) ist das Trägermaterial 2 mit der Metalloxidschicht 5 beschichtet , auf die wiederum eine 6 nm dicke Kontaktschicht 3 aus Siloxan anliegt ( Probe c ) . (TiOx 20 nm / AgOx 6 nm) is shown (sample b). However, sample b does not have a contact layer 3. Under letter c), the carrier material 2 is coated with the metal oxide layer 5, onto which in turn a 6 nm thick contact layer 3 made of siloxane is applied (sample c).
Der Berührungstest , dessen Ergebnisse in Figur 4 dargestellt sind, wurde identisch ausgeführt wie auch zu Figur 3 beschrieben . Jedoch wurde als Trägerschicht 2 ein Nadelvlies verwendet . Der Nadelvlies umfasst zwei PET-Vliese , zwischen denen ein Saugkörper aus PET , PP und/oder SAF angeordnet ist . The contact test, the results of which are shown in Figure 4, was carried out identically to that described for Figure 3. However, a needle-punched nonwoven was used as the carrier layer 2. The needle-punched nonwoven comprises two PET nonwovens, between which an absorbent body made of PET, PP and/or SAF is arranged.
In Figur 5 sind die Ergebnisse des Berührungstest der medi zinischen Vorrichtung 1 mit einer Trägerschicht 2 umfassend einen PU-Film abgebildet . Figure 5 shows the results of the touch test of the medical device 1 with a carrier layer 2 comprising a PU film.
Die Ergebnisse der Figuren 3 bis 5 zeigen, dass die medi zinische Vorrichtung 1 unabhängig vom Trägermaterial 2 antimikrobielle Wirksamkeit gegen S . aureus und E . coli aufweist . An den Kontaktflächen 31 , an denen die Proben und die Referenz für 10 Minuten auf den Bakterienrasen 30 gelegt wurden, sind bei den Proben b und c, die die Metalloxidschicht 5 umfassen, die Bakterien des nahezu geschlossenen Bakterienrasens 30 abgetötet worden, so dass der Bakterienrasen 30 im Bereich der Kontaktstelle 31 durchscheinend für das Licht des Scanners ist . Die Kontakt flächen 31 erscheinen in den Figuren in Weiß . An denThe results of Figures 3 to 5 show that the medical device 1 has antimicrobial efficacy against S. aureus and E. coli, independent of the carrier material 2. At the contact surfaces 31, where the samples and the reference were placed on the bacterial lawn 30 for 10 minutes, the bacteria of the almost closed bacterial lawn 30 in samples b and c, which comprise the metal oxide layer 5, were killed, so that the bacterial lawn 30 is translucent to the light of the scanner in the region of the contact point 31. The Contact surfaces 31 appear in white in the figures.
Kontakt flächen 31 der Referenz (Buchstabe a ) , d . h . des unbeschichteten Trägermaterials 2 , sind die Bakterien nicht abgetötet worden . Der Bakterienrasen 30 im Bereich dieser Kontaktflächen 31 ist nicht durchscheinend für Licht und daher schwarz . Der Bakterienrasen 30 wurde allerhöchstens durch das Aufbringen der Referenzproben ein wenig gestört . The bacteria have not been killed at the contact surfaces 31 of the reference (letter a), i.e., the uncoated carrier material 2. The bacterial lawn 30 in the region of these contact surfaces 31 is not translucent to light and is therefore black. The bacterial lawn 30 was at most slightly disturbed by the application of the reference samples.
Die in der Metalloxidschicht 5 gebildeten ROS können durch die erfindungsgemäße Kontaktschicht 3 di f fundieren, so dass auch mit der Kontaktschicht 3 die antimikrobielle Wirksamkeit beibehalten ist . The ROS formed in the metal oxide layer 5 can be absorbed by the contact layer 3 according to the invention, so that the antimicrobial effectiveness is retained even with the contact layer 3.
Die gebildeten ROS können indirekt mittels des Fluores zenz farbstoffs Dihydrorhodamin 123 ( DHR) nachgewiesen werden . Der Farbstof f wird durch das von den ROS gebildete H2O2 oxidiert . Die Messung erfolgt bei einer Exzitation von 488 nm und einer Emission von 535 nm . The formed ROS can be detected indirectly using the fluorescent dye dihydrorhodamine 123 (DHR). The dye is oxidized by the H2O2 formed by the ROS. The measurement is performed at an excitation of 488 nm and an emission of 535 nm.
Um die Reaktivierung bzw . die Photoaktivierung der ROS-Bildung der medi zinischen Vorrichtung 1 nachzuweisen, wurden aus den zu beprobenden medi zinischen Vorrichtungen 1 Ag und Ti-enthaltende Metalloxide , die wenigstens einen Monat lang im Dunklen gelagert wurden, sowie frisch präparierte Fe und Ti-enthaltende Metalloxide ausgewählt und 6 mm große Proben ausgestanzt . Je die Häl fte der Proben der zu testenden medi zinischen Vorrichtungen wurde für 5 Minuten mit Licht einer Lichtquelle ( hydrosun 575 ,To demonstrate the reactivation or photoactivation of ROS formation in medical device 1, Ag and Ti-containing metal oxides, which had been stored in the dark for at least one month, as well as freshly prepared Fe and Ti-containing metal oxides were selected from the medical devices to be tested, and 6 mm samples were punched out. Half of the samples from each of the medical devices to be tested was treated for 5 minutes with light from a light source (hydrosun 575,
Hydrosun Medi zintechnik GmbH) , die sichtbares Licht ( 400 - 780 nm) emittiert , beleuchtet . Anschließend wurden die Proben mit DHR 123 beaufschlagt und in Triplikaten die Fluores zenz gemessen . Die Ergebnisse sind al s relative Werte des ROS-Signals im Diagramm in Figur 6 dargestellt . Hydrosun Medizintechnik GmbH) that emits visible light (400-780 nm). The samples were then exposed to DHR 123, and the fluorescence was measured in triplicate. The results are shown as relative values of the ROS signal in the diagram in Figure 6.
Figur 6 zeigt die gebildeten ROS von medi zinischen Vorrichtungen 1 mit einem PU-Film als Trägermaterial 2 . Als Referenz dient das Trägermaterial 2 ohne Metalloxidschicht 5. Probe 1 umfasst eine Metalloxidschicht 5 bestehend aus einer 10 nm dicken TiOx- Schicht , die mit einer 4 nm dicken AgOx-Schicht dotiert wurde . Probe 2 umfasst eine Metalloxidschicht 5 bestehend aus einer 50 nm dicken co-gesputterten TiOx/AgOx-Schicht , die TiOx und AgOx in einem Verhältnis von 75 : 25 umfas st . Probe 3 umfasst eine Metalloxidschicht 5 bestehend aus einer 49 nm dicken co-gesput- terten FeOx/TiOx-Schicht , die FeOx und TiOx in einem Verhältnis von 75 : 25 umfasst . Figure 6 shows the ROS formed from medical devices 1 with a PU film as carrier material 2. The carrier material 2 without a metal oxide layer 5 serves as a reference. Sample 1 comprises a metal oxide layer 5 consisting of a 10 nm thick TiOx layer doped with a 4 nm thick AgOx layer. Sample 2 comprises a metal oxide layer 5 consisting of a 50 nm thick co-sputtered TiOx/AgOx layer comprising TiOx and AgOx in a ratio of 75:25. Sample 3 comprises a metal oxide layer 5 consisting of a 49 nm thick co-sputtered FeOx/TiOx layer comprising FeOx and TiOx in a ratio of 75:25.
Alle Proben mit einem relativen ROS-Signal von mindestens 4 zeigen im Berührungstest antibakterielle Aktivität . Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass mit nur einer 5-minütigen Photoaktivierung mit sichtbarem Licht die ROS-Bildung bei den Proben 1 und 2 erfolgreich reaktiviert und gesteigert werden konnte , nachdem die ROS-Bildung durch die Lagerung im Dunklen abgenommen hatte . Die Werte für die aktivierten Proben entsprachen den Werten der Proben, die nicht im Dunklen gelagert wurden bzw . bei denen die Metalloxidschicht 5 frisch aufgetragen wurde (nicht dargestellt ) . Die Werte für die Probe 3 , der FeOx/TiOx, konnten nicht durch Photoaktivierung gesteigert werden . Sie lagen j edoch in etwa in dem Bereich größer als 4 , so dass auch bei der Probe 3 von einer antimikrobiellen Aktivität aus zugehen ist . All samples with a relative ROS signal of at least 4 show antibacterial activity in the touch test. It was further demonstrated that with only 5 minutes of photoactivation with visible light, the ROS formation in samples 1 and 2 could be successfully reactivated and increased, after the ROS formation had decreased due to storage in the dark. The values for the activated samples corresponded to the values of the samples that were not stored in the dark or to which the metal oxide layer 5 had been freshly applied (not shown). The values for sample 3, the FeOx/TiOx, could not be increased by photoactivation. However, they were approximately in the range greater than 4, so that antimicrobial activity can be assumed for sample 3 as well.
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