Entwicklung eines Analysen-Kits zur Bestimmung von dendritischen Polyelektrolyten auf Basis der chelatbildenden Eigenschaften

Der Großteil der weltweit hergestellten Medizinprodukte besteht aus Kunststoff. Dazu gehören insbesondere Katheter, chirurgische Instrumente oder Spritzen. Aber auch jenseits dieser Einwegartikel sind Polymer-basierte Werkstoffe in der Medizintechnik ein rasant wachsender Markt. Aktuelle Forschungsarbeiten fokussieren schwerpunktmäßig auf die Verwendung alternativer bzw. neuer Werkstoffe zur Vermeidung mikrobieller Kontaminationen der Oberflächen. Ein potenzieller Lösungsansatz sind dendritische chelatbildende polymere Strukturen (z.B. PEI) zur Immobilisierung von Metall-Ionen (z.B. Ag, Zn, und Cu) mit antimikrobiellen Eigenschaften in Form von PEImX-Hybriden in polymeren Werkstoffen. Ziel dieses Projekts war es, ein analytisches Verfahren zur sicheren, quantitativen Bestimmung von PEI und PEI-Derivaten in Polymerextrakten zu entwickeln. Dies sollte durch Adsorptionsversuche mit variierbaren Versuchsparametern in Anwesenheit von Metall-Ionen an einer cellulosischen Matrix erforscht werden. Als Analysenwerkzeug zur indirekten Gehaltsbestimmung von PEI mittels Metall-Ionen diente die ICP-OES. Dabei galt es, u.a. verfahrensrelevante Parameter wie Sättigungskonzentrationen, Einfluss verschiedener Lösungsmittel auf das Adsorptionsvermögen von PEI-Derivaten zu beurteilen und ein Analysen-Kit zur Quantifizierung von PEI-Derivaten zu erarbeiten.

Das Vorhaben der Entwicklung eines Analysenkits zur Quantifizierung von PEI-Derivaten mittels Adsorption an Cellulosefasern und anschließender Komplexierung mit Kupfer(II)ionen konnte trotz aufgetretener Schwierigkeiten erfolgreich durch einen alternativen Ansatz umgesetzt werden. Maßgeblich problematisch ist die starke Konkurrenzreaktion der Cellulose mit Kupfer. Eine eindeutige Gehaltsbestimmung des Kupfergehaltes vor der Umsetzung mit PEI-Derivaten im Vergleich zu den verminderten Gehalten im Filtrat, welche hauptsächlich von der Adsorption an der Cellulose und in geringerem Umfang durch die Adsorption von PEI verursacht wird, kann damit keine Rückschlüsse auf den tatsächlichen Gehalt von PEI-Derivaten liefern. Weiterhin problematisch sind die schwierig zu beherrschenden Parameter wie die Beschaffenheit und die Packungsdichte der Cellulose, welche zu nicht reproduzierbaren Verweilzeiten in dem potenziellen Experimentaufbau führten.

Als alternativer Ansatz wurde die quantitative Fällung von PEI-Derivaten aus methanolischer Lösung mit Kupfer(II)ionen und der nachgeschalteten Analyse mittels ICP-OES herausgearbeitet. Dieses Konzept stellt keine besonderen Anforderungen an den notwendigen Versuchsaufbau und umgeht die komplizierten Mechanismen von Ad- und Desorption. Die erhaltenen Ergebnisse besitzen großes Potenzial als ein einfaches und robustes Analysen-Kit für die Quantifizierung von alkylmodifizierten PEI-Derivaten.

Mit dem beschriebenen Konzept und den optimierten Versuchsparametern ist es möglich, alkylmodifiziertes PEI in methanolischen Extrakten quantitativ zu erfassen. Damit steht ein potenzielles Werkzeug zur Prozesskontrolle bei der Herstellung von PEI-modifizierten Kunstoffen für die Anwendung in der Medizintechnik zur Verfügung.