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Title:
MEANS FOR SEPARATING MICROORGANISMS ON THE BASIS OF ELECTROSPUN FIBERS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/069296
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to composite filters for separating microorganisms from liquids that are contaminated therewith. Composite filters of the invention comprise at least one porous, liquid-permeable support material and at least one nonwoven made from electrospun fibers. The support materials are selected from among fiber-oriented nonwovens, matted nonwovens, porous solids, tissues, paper filters, plastic filters, metal screens, and membrane filters. The electrospun fibers can be water-stable polymer fibers made of synthetic polymers or biopolymers, metal fibers, metal oxide fibers, carbon fibers, or ceramic fibers. In order to produce the composite filters, at least one nonwoven fabric is deposited on the support material/s using the electrospinning technique. The microorganisms that can be separated from liquids contaminated therewith using the composite filters of the invention include archaea, bacteria, viruses, fungi, and protozoa. They also include algae and viruses if they are unicellular organisms or multicellular clusters which are not larger than 0.2 mm. The composite filters of the invention can be used for separating microorganisms from cell culture liquids, industrial and private wastewater and process water, blood plasma, blood serum, and cooling lubricants.

Inventors:
GREINER ANDREAS (DE)
AGARWAL SEEMA (DE)
GENSHEIMER MARCO (DE)
Application Number:
PCT/DE2009/001764
Publication Date:
June 24, 2010
Filing Date:
December 18, 2009
Export Citation:
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Assignee:
UNIV MARBURG PHILIPPS (DE)
GREINER ANDREAS (DE)
AGARWAL SEEMA (DE)
GENSHEIMER MARCO (DE)
International Classes:
B01D39/16
Domestic Patent References:
WO2006061189A12006-06-15
WO2002034986A22002-05-02
Foreign References:
US20080164214A12008-07-10
DE10053263A12002-05-08
DE10133393A12003-01-30
DE202006007518U12007-06-21
DE102006021905A12007-09-06
Other References:
DH RENEKER; I CHUN: "Nanometer diameter fibres of polymer, produced by electrospinning", NANOTECHN, vol. 7, 71219, pages 216 - 223, XP002680793, DOI: doi:10.1088/0957-4484/7/3/009
M. BOGNITZKI ET AL., ADV. MATER, vol. 12, 21220, pages 637
Attorney, Agent or Firm:
BUCHHOLD, Jürgen (DE)
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Claims:
Patnetansprüche

1. Mittel zur Separation von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um Kompositfilter umfassend mindestens ein permeables, flüssigkeitsdurchlässiges Trägermaterial und mindestens ein Vlies aus elektrogesponnenen Fasern handelt.

2. Mittel zur Separation von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als

Trägermaterial einzusetzenden Filter ausgewählt sind aus faserorientierten Vliesen, Wirrfaservliesen, porösen Festkörpern, Geweben, Papierfiltern, Kunststofffiltern, Metallsieben und Membranfiltern.

3. Mittel zur Separation von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern ausgewählt sind aus wasserstabilen Polymerfasern, Metallfasern, Metalloxidfasern, Carbonfasern, Keramikfasern.

4. Mittel zur Separation von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsstärke der Fasern auf dem mindestens einen Trägermaterial 0,1 g/m2 bis 10,0 g/m2 beträgt.

5. Mittel zur Separation von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Trägermaterial Papier und das mindestens eine Vlies aus elektrogesponnenen Fasern besteht.

6. Mittel zur Separation von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies aus elektrogesponnenen Polymerfasem besteht.

7. Verfahren zur Herstellung von Kompositfiltern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Trägermaterial auf die Gegenelektrode einer Elektrospinnapparatur aufgebracht und darauf mit Hilfe des Elektrospinnverfahrens das mindestens eine Vlies abgeschieden wird.

8. Verwendung von Kompositfiltern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Abtrennung von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten, wobei die Mikroorganismen ausgewählt sind aus Archaeen, Bakterien, Viren, Pilzen, Protozoen, Algen und Viren, wobei es sich bei Algen und Viren um Einzeller oder mehrzellige Verbände handelt, deren größte Ausdehnung kleiner oder gleich 0,2 mm beträgt.

9. Verwendung von Kompositfiltern gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Mikroorganismen um Bakterien handelt.

10. Verwendung eines Mittels zur Separation von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Verwendung in einem Filter.

11. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter ein Kühlschrankfilter oder ein Unterspülenfilter ist.

Description:
Mittel zur Separation von Mikroorganismen auf Basis elektrogesponnener Fasern

Die vorliegende Erfindung stellt Kompositfilter zur Separation von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten bereit. Erfindungsgemäße Kompositfilter umfassen mindestens ein permeables, flüssigkeitsdurchlässiges Trägermaterial und mindestens ein Vlies aus elektrogesponnenen Fasern.

Beschreibung und Einleitung des allgemeinen Gebietes der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft die Gebiete makromolekulare Chemie, Polymerchemie, Biopharmazie und Materialwissenschaften. Stand der Technik

Die Separation von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten spielt für technische und private Bereiche eine große Rolle. Unter Mikroorganismen werden dabei Archaeen, Bakterien, Pilze, Algen, Protozoen und Viren verstanden.

Zur Herstellung von Nano- und Mesofasern sind dem Fachmann eine Vielzahl an Verfahren bekannt, von denen dem Elektrospinnverfahren („Electrospinning") derzeit die größte Bedeutung zukommt. Bei diesem Verfahren, welches beispielsweise in DH Reneker, I Chun: „Nanometer diameter fibres of polymer, produced by electrospinning", Nanotechn 1996, 7, 216-223 beschrieben ist, wird üblicherweise eine Polymerschmelze oder eine Polymerlösung an einer als Elektrode dienenden Kante einem hohen elektrischen Feld ausgesetzt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Polymerschmelze oder Polymerlösung in einem elektrischen Feld unter geringem Druck durch eine mit einem Pol einer Spannungsquelle verbundene Kanüle extrudiert wird. Aufgrund der dadurch erfolgenden elektrostatischen Aufladung der Polymerschmelze oder Polymerlösung entsteht ein auf die Gegenelektrode gerichteter Materialstrom, der sich auf dem Weg zur Gegenelektrode verfestigt. In Abhängigkeit von den Elektrodengeometrien werden mit diesem Verfahren Vliese bzw. so genannte Nonwovens oder Ensembles geordneter Fasern erhalten. Während mit Polymerschmelzen bisher nur Fasern mit Durchmessern größer 1.000 nm erhalten werden, kann man aus Polymerlösungen Fasern mit Durchmessern größer oder gleich 5 nm herstellen.

DE 100 53 263 A1 beschreibt orientierte Meso- und Nanoröhrenvliese, die unter Anderem zur Größenseparation von Viren und Bakterien verwendet werden. Allerdings werden diese Vliese nicht auf ein Trägermaterial aufgebracht. Bei geringen Auftragsstärken sind solche Vliese schlecht handhabbar, während hohe Auftragsstärken zu langen Filtrationszeiten führen.

DE 101 33 393 A1 beschreibt Röhrchen mit Innendurchmessern im Nanometerbereich, die ebenfalls für Separationstechniken verwendet werden können. Auch diese Röhrchen werden nicht auf ein Trägermaterial aufgebracht und weisen als Separationsmedien daher dieselben Nachteile wie die Vliese laut DE 100 53 263 A1 auf. DE 20 2006 007 518 U1 und DE 10 2006 021 905 A1 beschreiben Partikel- und Aerosolfilter aus Kompositmaterialien. Die Filter enthalten eine Absorptionsschicht aus einem textilen Flächengebilde oder einem Vlies, wobei letzteres optional durch Elektrospinnen hergestellt werden kann. Die Dicke der Absorptionsschicht liegt dabei zwischen einem Mikrometer und 10 mm.

Bislang sind zwar Separationsmaterialien bekannt, die elektrogesponnene Fasern oder Vliese umfassen oder aus diesen bestehen und mit denen Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten abgetrennt werden können, doch diese Materialien sind entweder schlecht handhabbar oder erfordern sehr lange Filtrationszeiten. Die vorliegende Erfindung überwindet diese Nachteile, indem sie Kompositfilter bereitstellt, die Trägermaterialien und elektrogesponnene Vliese enthalten und sich daher leicht handhaben lassen und eine schnelle Filtration ermöglichen.

Aufgabe

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, neue Mittel zur Separation von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten sowie Verfahren zur Herstellung dieser Mittel bereitzustellen.

Lösung der Aufgabe

Die Aufgabe der Bereitstellung von Mitteln zur Separation von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten wird erfindungsgemäß gelöst durch Kompositfilter umfassend mindestens ein permeables, flüssigkeitsdurchlässiges Trägermaterial und mindestens ein Vlies aus elektrogesponnenen Fasern.

Überraschend wurde gefunden, dass die erfindungsgemäßen Kompositfilter auf Basis von Vliesen elektrogesponnener Fasern zur Separation von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten geeignet sind.

Die erfindungsgemäßen Mittel zur Separation von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten werden nachfolgend als „Kompositfilter" bezeichnet. Die erfindungsgemäßen Kompositfilter auf Basis von Vliesen elektrogesponnener Fasern, das Verfahren zu ihrer Herstellung sowie die Verwendung dieser Kompositfilter zur Separation von Mikroorganismen sind nachfolgend erläutert, wobei die Erfindung alle nachfolgend aufgeführten Ausführungsformen einzeln und in Kombination miteinander umfasst.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff „Separation" sowohl die Abtrennung von Mikroorganismen aus Flüssigkeiten mittels Filtration als auch die Trennung dieser Mikroorganismen nach Größen.

Bei den Flüssigkeiten, die im Sinne der vorliegenden Erfindung von Mikroorganismen separiert werden können, handelt es sich um wässrige Lösungen, Emulsionen, wassermischbare Lösungen (beispielsweise Kühlschmierstoffe) und ölige Lösungen. Unter einer Emulsion wird dabei ein fein verteiltes Gemisch zweier nicht miteinander mischbarer Flüssigkeiten verstanden, bei dem eine der beiden Phasen fein verteilt in Form kleiner Tröpfchen in der anderen Flüssigkeit vorliegt. Bei den Emulsionen, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kompositfilter von Mikroorganismen separiert werden können, kann es sich sowohl um Öl-in-W asser- als auch um Wasser-in-ÖI-Emulsionen handeln.

Der Begriff „Komposit" bezeichnet im Allgemeinen zusammengesetzte Materialien. Erfindungsgemäße Kompositfilter sind dementsprechend aus mindestens einem Trägermaterial und mindestens einem Vlies auf Basis elektrogesponnener Fasern zusammengesetzt.

Unter Trägermaterial wird dabei eine Unterlage oder Grundlage verstanden, auf der das mindestens eine Vlies auf Basis elektrogesponnener Fasern aufgebracht ist. Erfindungsgemäß werden Filter als Trägermaterialien eingesetzt. Filter sind Mittel, die Feststoffe aus einem Gas- oder Flüssigkeitsstrom zurückhalten.

Als Vliese werden allgemein lockere Materialien bzw. Flächengebilde aus textilen oder nichttextilen Spinnfasern oder Filamenten bezeichnet, deren Zusammenhalt durch die den Fasern eigene Haftung gegeben ist. „Filament" ist dabei die Bezeichnung für Fasern mit im Wesentlichen unbegrenzter Länge. Aus Filamenten durch Schneiden gewonnene Fasern werden als Spinnfasern bezeichnet.

Unter „Vliesen auf Basis elektrogesponnener Fasern" werden Vliese gemäß obiger Definition verstanden, deren Fasern mit Hilfe des bekannten Elektrospinnverfahrens hergestellt wurden. Die Vliese auf Basis elektrogesponnener Fasern können aus einer oder mehreren Lagen bestehen. Optional können diese Vliese auf Basis elektrogesponnener Fasern mit weiteren Substanzen ausgerüstet sein, beispielsweise solchen mit antimikrobieller Wirkung.

Im Gegensatz dazu sind Gewebe textile Flächengebilde aus rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig verkreuzten Fäden. Der Zusammenhalt der Fäden erfolgt durch eben dieses rechtwinklige oder annähernd rechtwinklige Verkreuzen, wobei die genannte Art des Verkreuzens allgemein als „Weben" bezeichnet wird. Vliese sind nicht gewebt.

Erfindungsgemäß werden die als Trägermaterial einzusetzenden Filter ausgewählt aus faserorientierten Vliesen, Wirrfaservliesen, porösen Festkörpern (beispielsweise aus Sintermetallen), Geweben, Papierfiltern, Kunststofffiltern, Metallsieben und Membranfiltern.

Filter aus faserorientierten Vliesen und Wirrfaservliesen sowie Festkörpervliese und Gewebe können dabei aus natürlichen Fasern (wie beispielsweise Baumwolle, Cellulose, Leinen, Seide, Wolle), mineralischen Fasern (beispielsweise Asbest, Glas, Mineralwolle, Basalt) oder aus künstlichen Fasern, d.h. aus synthetischen Polymeren, bestehen oder diese Materialien enthalten.

Filter aus porösen Festkörpern können beispielsweise aus Aktivkohle oder Sintermetallen bestehen oder diese Materialien enthalten.

Papierfilter können beispielsweise aus Cellulose oder aus Glasmikrofasern bestehen oder diese Materialien enthalten.

Kunststofffilter können beispielsweise aus synthetischen Polymeren, Glasfasern und Gemischen daraus bestehen oder diese Materialien enthalten. Membranfilter können beispielsweise aus regenerierter Cellulose, Aluminiumoxid oder aus synthetischen Polymeren wie Celluloseacetat, Cellulosenitrat, gemischten Celluloseestern, Polyestern, Polytetrafluorethylen, Polyamide, Polyethersulfonen oder Polyolefinen bestehen oder diese Materialien enthalten.

Erfindungsgemäß sind die elektrogesponnenen Fasern ausgewählt aus wasserstabilen Polymerfasern, Metallfasern, Metalloxidfasern, Carbonfasern, Keramikfasern.

Unter „wasserstabilen Polymerfasern" sind erfindungsgemäß Fasern aus solchen Polymeren zu verstehen, die im Wesentlichen wasserunlöslich sind. Unter im

Wesentlichen wasserunlöslichen Polymeren sind im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere Polymere mit einer Löslichkeit in Wasser von weniger als 0,1 Gew.-% zu verstehen. Dementsprechend sind Polymere, deren Löslichkeit in Wasser größer oder gleich 0,1 Gew.-% beträgt, im Sinne der vorliegenden Erfindung als wasserlösliche Polymere zu verstehen.

Analog sind „ölstabile Polymere" im Sinne der vorliegenden Erfindung solche, deren Löslichkeiten einem Öl kleiner oder gleich 0,1 Gew.-% beträgt. Polymere, deren Löslichkeit in einem Öl größer als 0,1 Gew.-% ist, sind dementsprechend als öllösliche Polymere zu verstehen.

Unter dem Quellen von Polymeren wird die Flüssigkeitsaufnahme durch diese Polymere und eine damit einhergehende Veränderung von Dichte und Volumen des Polymers verstanden. In aller Regel quellen Polymere, bevor sie sich in einem Lösungsmittel lösen. Bei Polymerfasem, die für Separationszwecke eingesetzt werden, würde ein Quellen die Separationsleistung vermindern oder gar ganz aufheben, da durch das Quellen Poren und Hohlräume zwischen den Fasern verstopfen würden. Wasser- bzw. ölstabile Polymere gemäß den obigen Definitionen sind dagegen im Wesentlichen nicht quellfähig.

Polymere im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Polykondensate, Polyadditionsverbindungen oder Polymerisate, jedoch keine graphitähnlichen Verbindungen aus reinem oder dotiertem Kohlenstoff.

Handelt es sich bei den elektrogesponnenen Fasern um wasserstabile Polymerfasern, so sind die Polymere ausgewählt aus Poly-(p-xylylen); Polyvinylhalogeniden; Polyvinylidenhalogeniden; Polyestern wie Polyethylenterephthalaten, Polybutylenterephthalat, Polyvinylestern; Polyethem; Polyvinylethern; Polyolefinen wie Polyethylen, Polypropylen, Poly(Ethylen/Propylen) (EPDM); Polycarbonaten; Polyurethanen; natürlichen Polymeren, z.B. Kautschuk; Polycarbonsäuren; Polysulfonsäuren; sulfatierten Polysacchariden; Polylactiden; Polyglycosiden; Polyamiden; Homo- und Copolymerisaten von aromatischen Vinylverbindungen wie Poly(alkyl)styrolen, Polystyrolen, Poly-Q-Methylstyrolen; Polyacrylnitrilen; Polymethacrylaten; Polymethacrylnitrilen; Polyacrylamiden; Polyimiden; Polyphenylenen; Polysilanen; Polysiloxanen; Polybenzimidazolen; Polybenzothiazolen; Polyoxazolen; Polysulfiden; Polyesteramiden; Polyarylenvinylenen; Polyetherketonen; Polyurethanen; Polysulfonen; Polyvinylsulfonen;

Polyvinylsulfonsäuren; Polyvinylsulfonsäureestern; anorganisch-organischen Hybridpolymeren wie ORMOCER®en der Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. München; Siliconen; vollaromatischen Copolyestem; Poly(alkyl)acrylaten; Poly(alkyl)methacrylaten; Polyhydroxyethylmethacrylaten; Polyvinylacetaten; Polyisopren, synthetischen Kautschuken wie Chlorbutadien- Kautschuken, z.B. Neopren® von DuPont; Nitril-Butadien-Kautschuken, z.B. Buna N®; Polybutadien; Polytetrafluorethylen; modifizierten und nicht modifizierten Cellulosen, Homo- und Copolymerisaten von D-Olefinen.

Des Weiteren können die Polymere aus wasserlöslichen Polymeren, wie beispielsweise Polyvinylalkohol, Polyethylenoxid, Polyvinylpyrrolidon oder Hydroxypropylcellulose handeln, sofern Fasern aus diesen Polymeren nach dem Elektrospinnen durch einen weiteren Verarbeitungsschritt gegenüber Wasser stabilisiert werden. Bei diesem weiteren Verarbeitungsschritt handelt es sich bevorzugt um eine Vernetzung. Diese kann beispielsweise thermisch oder photochemisch erfolgen, wobei im Falle der photochemischen Vernetzung die Zuhilfenahme eines Photoinitiators besonders vorteilhaft ist. Des Weiteren kann die Vernetzung durch Reaktion des wasserlöslichen Polymeren mit einem Vernetzungsmittel geschehen. Zu diesen Vernetzungsmitteln gehören beispielsweise Dialdehyde, Natriumhypochlorit, Isocyanate, Dicarbonsäurehalogenide und chlorierte Epoxide. Dem Fachmann ist bekannt, wie er Fasern aus wasserlöslichen Polymeren gegenüber Wasser stabilisiert. Er kann dieses Wissen anwenden, ohne den Schutzbereich der Patentansprüche zu verlassen. Des Weiteren kann es sich bei den Polymeren um Biopolymere handeln. Erfindungsgemäß sind unter Biopolymeren solche Polymere zu verstehen, die duch Polymerisationsprozesse aus in der Natur vorkommenden Monomereinheiten aufgebaut sind. Nachfolgend sind einige dieser Biopolymere beispielhaft, aber nicht erschöpfend genannt, wobei die entsprechenden Monomereinheiten in Klammern angegeben sind: Proteine und Peptide (Aminosäuren); Polysaccharide wie Stärke, Cellulose, Glykogen (Glucose); Lipide (Carbonsäuren); Polyglucosamine wie Chitin und Chitosan (Acetylglucosamin, Glucosamin); Polyhydroxyalkanoate, auch als PHB bezeichnet (Hydroxyalkanoat); Cutin (C16- und C18-Untereinheiten); Suberin (Glycerin und Polyphenole); Lignin (Cumarylalkohol, Coniferylalkohol, Sinapylalkohol). Dem Fachmann ist bekannt, dass einige dieser Biopolymere wasserlöslich sind. Wasserlösliche Biopolymere, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, müssen - wie für die synthetischen Polymere beschrieben - durch einen weiteren Verarbeitungsschritt gegenüber Wasser stabilisiert werden.

Des Weiteren kann es sich um Copolymere handeln, die aus zwei oder mehr Monomereinheiten aufgebaut sind, welche die vorstehend genannten Polymere bilden. Bei diesen Copolymeren kann es sich um statistische Copolymere, Gradientencopolymere, alternierende Copolymere, Blockcopolymere oder Pfropfcopolymere handeln. Alle vorgenannten Polymere können in den erfindungsgemäß einzusetzenden Polymerfasern jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination und in jedem beliebigen Mischungsverhältnis eingesetzt werden.

Handelt es sich bei den elektrogesponnenen Fasern um Metallfasern, so sind die Metalle ausgewählt aus der Gruppe Cu, Ag, Au, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Ni, Pd, Co, Rh, Ir. Handelt es sich bei den elektrogesponnenen Fasern um Metalloxidfasem, so handelt es sich um Oxide der genannten Metalle.

Dem Fachmann ist bekannt, dass elektrogesponnene Metall- oder Metalloxidfasern hergestellt werden, indem eine Lösung aus mindestens einem abbaubaren Polymer und mindestens einem Metallsalz elektroversponnen wird. Metallsalze sind dabei anorganische oder organische Salze der genannten Metalle. Anorganische Salze sind beispielsweise Chloride, Sulfate und Nitrate. Unter organischen Salzen werden Salze von Carbonsäuren verstanden, beispielsweise Formiate, Acetate und Stearate. Voraussetzung dafür ist in jedem Fall, dass die entsprechende Kombination aus anorganischem oder organischem Anion und Metallkation existent ist. Dem Fachmann ist bekannt, welche dieser Kombinationen existieren.

Durch Verspinnen der genannten Lösung aus mindestens einem Polymeren und mindestens einem Metallsalz werden zunächst polymerhaltige Fasern erhalten. Das mindestens eine Polymer lässt sich anschließend thermisch, chemisch, strahlenchemisch, physikalisch, biologisch, mit Plasma, Ultraschall oder durch

Extraktion mit einem Lösungsmittel entfernen. Bevorzugt wird das Polymer durch

Pyrolyse in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre (z.B. Luft) entfernt. Dabei erhält man Metalloxidfasern.

Diese Metalloxidfasern können anschließend zu Metallfasem reduziert werden. Geeignete Reduktionsmittel sind beispielsweise Wasserstoff, Kohlenmonoxid, gasförmige Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoff, ferner Metalle mit einem negativeren Standardpotential als das zu reduzierende Metall, des Weiteren Natriumborhydrid, Lithiumaluminiumhydrid, Alkohole und Aldehyde. Alternativ können die Metalloxidfasern elektrochemisch reduziert werden.

Im Falle von erfindungsgemäßen Kompositfiltern, bei denen das mindestens eine Vlies elektrogesponnene Metall- oder Metalloxidfasern umfasst, muss das Trägermaterial so gewählt werden, dass es den oben beschriebenen Herstellungsprozess der elektrogesponnenen Fasern übersteht, insbesondere das Entfernen des Polymers.

Geeignete Trägermaterialien bestehen beispielsweise aus den oben genannten

Polymeren, sofern diese unter den Herstellungsbedingungen der Metall oder Metalloxid umfassenden Vliese nicht abgebaut werden. Des Weiteren sind

Trägermaterialien bestehend aus den oben genannten mineralischen Fasern und/oder porösen Festkörpern geeignet; ebenso die genannten Kunststoff- und Membranfilter, sofern diese den Herstellungsprozess der Metall oder Metalloxid umfassenden Vliese überstehen. Dem Fachmann ist bekannt, welche Trägermaterialien die oben genannten Herstellungsbedingungen für Metall oder Metalloxid umfassendende elektrogesponnene Vliese überstehen. Er kann dieses Wissen anwenden, ohne den

Schutzbereich der Patentansprüche zu verlassen.

Handelt es sich bei den elektrogesponnenen Fasern um Keramikfasern, so bestehen diese aus Gemischen von Alumiumoxid und Siliciumdioxid, wobei optional Boroxid und/oder Zinkoxid enthalten sein können. Dem Fachmann ist bekannt, dass solche Fasern beispielsweise hergestellt werden können, indem in Wasser gelöste Salze oder kolloidal gelöste anorganische Komponenten mit organischen Polymeren, z.B. Polyvinylalkoholen oder Polyethylenoxiden, gemischt und versponnen werden. Die durch diesen Spinnprozess erhältliche sog. Grünfaser wird durch einen Sinterprozess in die korrespondierende oxidische Keramikfaser umgewandelt.

Alternativ kann es sich bei den Keramikfasern um Siliciumcarbidfasern handeln. Dem Fachmann ist bekannt, dass die Herstellung solcher Keramikfasern über Polycarbosilane als Vorläufer erfolgt.

Es wurde gefunden, dass eine Auftragsstärke der Fasern auf dem mindestens einen Trägermaterial von 0,1 g/m 2 bis 10,0 g/m 2 besonders gute Filtrationsergebnisse im Hinblick auf Filtrationsgeschwindigkeit und Filtrationseffizienz ergeben. Diese Auftragsstärke ist ausreichend, um Mikroorganismen quantitativ aus wässriger Lösungen abzufiltrieren, und der Strömungswiderstand der Kompositfilter ist hinreichend niedrig, um eine gute Filtrationsgeschwindigkeit zu ermöglichen.

Bevorzugt beträgt das Verhältnis von Vlies zu Trägermaterialoberfläche 0,3 g/m 2 bis 5,0 g/m 2 . Ganz besonders bevorzugt beträgt dieses Verhältnis 0,5 g/m 2 bis 2,0 g/m 2 .

Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der Fasern 10 nm bis 50 μm. Besonders bevorzugt sind Faserdurchmesser zwischen 50 nm und 500 nm.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Trägermaterial Papier, beispielsweise ein porenhaltiges Papier aus Cellulose, und das mindestens eine Vlies aus elektrogesponnenen Fasern ist ein Vlies aus elektrogesponnenen Polymerfasern.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Vliesen aus elektrogesponnenen Fasern um Gradientenvliese. „Gradient" kann sich dabei auf den

Faserdurchmesser und/oder auf die Polymere beziehen. So kann es sich beispielsweise um ein Vlies aus einem einzigen Polymer handeln, wobei der

Faserdurchmesser einen Gradienten aufweist. Ebenso kann es sich um Vliese aus mindestens zwei verschiedenen Polymeren handeln, wobei der Anteil der Polymersorten in Gew.-% innerhalb des Vlieses und/oder der Durchmesser der Fasern aus diesen verschiedenen Polymeren variiert. Die elektrogesponnenen Vliese weisen naturgemäß Poren auf, und die Charakteristik der Poren, beispielsweise deren Größe und Gestalt, beeinflusst die Filtrationseigenschaften der erfindungsgemäßen Kompositfilter in hohem Maße. Die Charakteristik dieser Poren (bzw. die Porosität des Vlieses) hängt vor allem vom Faserdurchmesser ab.

Es ist vorteilhaft, die Auftragsstärke der Fasern auf dem Trägermaterial gering zu halten. Die Auftragsstärke zweier Vliese kann gleich sein, obwohl die Faserdurchmesser beider Vliese unterschiedlich sind. Bei gleicher Auftragsstärke ist die Filtereffizienz umso höher, je kleiner der Faserdurchmesser ist.

Die Porengröße der elektrogesponnenen Vliese hängt des Weiteren auch von der Faserform ab. Erfindungsgemäß können die Fasern glatt, rau, stacheldrahtförmig (sog. „Barbed Nanowire"-Fasern) oder strukturiert sein, zylindrisch, spindelartig oder onduliert, massiv oder hohl, und sie können optional Verdickungen aufweisen. „Barbed Nanowire"-Fasern sind besonders vorteilhaft für die Filtration von Bakterien, da Bakterien an diesen Fasern besonders gut haften.

In einer weiteren Ausführungsform besitzen die elektrogesponnenen Vliese eine gewebeartige Struktur. „Gewebeartig" bedeutet hierbei, dass mehrere Vliesschichten übereinander liegen, wobei jede Schicht rechtwinklig zur darüber- und darunter liegenden Schicht liegt. Es existiert jedoch keine Verkreuzung der Fasern, wie dies bei „echten" Geweben der Fall ist. Bei gewebeartigen Vliesen können beliebig viele Schichten übereinander zu liegen kommen.

In einer weiteren Ausführungsform bestehen die elektrogesponnenen Vliese aus funktionalen Polymeren. Hierunter werden Polymere verstanden, die mit Mikroorganismen chemisch oder biologisch interagieren können, oder Polymere, die mit antibakteriellen Substanzen ausgerüstet sind.

Eine Interaktion von Polymeren mit Mikroorganismen ist möglich, wenn die Polymere bestimmte funktionelle Gruppen tragen, welche mit den Oberflächenproteinen der Mikroorganismen wechselwirken. Solche Gruppen sind beispielsweise, aber nicht erschöpfend, Aldehydgruppen. Antibakterielle Substanzen sind beispielsweise Antibiotika, quaternäre Stickstoffverbindungen aber auch Metalle und Metallverbindungen wie Titandioxid, Zinkoxid und Silber.

Auch die Trägermaterialien können rau oder glatt sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die erfindungsgemäßen Kompositfilter aus einer Schicht eines permeablen, flüssigkeitsdurchlässigen Trägermaterials und einer Schicht eines Vlieses aus elektrogesponnenen Fasern.

In einer weiteren Ausführungsform bestehen die erfindungsgemäßen Kompositfilter aus mehreren Schichten von Trägermaterialien und elektrogesponnenen Faservliesen. Dabei können sowohl die Trägermaterialien als auch die Vliese unabhängig voneinander in jeder Schicht identisch oder verschieden sein.

Die erfindungsgemäßen Kompositfilter lassen sich sehr leicht regenieren und reinigen: Es konnte gezeigt werden, dass die Mikrooorganismen lediglich auf dem Vlies aufsitzen, aber nicht innen zwischen den Fasern. Durch Bestrahlung mit UV-Licht oder Erhitzen lassen sich die Mikroorganimen abtöten. Voraussetzung hierfür ist natürlich, dass Vlies und Trägermaterial UV- bzw. temperaturstabil sind.

Optional kann man zur Filtration von Bakterien Kompositfilter verwenden, die die TiO 2 - Partikel als Additive enthalten, oder dem benutzten Kompositfilter TiO 2 -Partikel zusetzen, und dann mit UV-Licht bestrahlen, um die Bestrahlungseffizienz zu erhöhen.

Auch die Verwendung von Antibiotika-haltigen Kompositfiltern oder die nachträgliche Zugabe von Antibiotika und optional anschließende Bestrahlung mit UV-Licht töten Bakterien ab. Es ist bekannt, dass Antibiotika bakteriostatisch, bakterizid oder bakteriolytisch wirken können. Bakteriostatika hindern Bakterien lediglich an der Vermehrung, töten sie jedoch nicht ab. Bakterizide töten Bakterien, zerstören aber nicht deren Zellwand, während Bakteriolytika die Bakterien töten und deren Zellwand auflösen. Handelt es sich bei den Antiobiotika in den erfindungsgemäßen Antibiotikahaltigen Kompositfiltern um Bakteriostatika, so erfolgt die Abtötung der Bakterien erst durch Bestrahlung mit UV-Licht, während Bakterizide und Bakteriolytika selbst für eine Abtötung der Bakterien sorgen. Anstelle von bakteriziden Antibiotika können auch andere bakterizide Stoffe eingesetzt werden, beispielsweise bakterizide quaternäre Stickstoffverbindungen.

Erfolgt das Abtöten der Mikroorganismen durch Bestrahlung und ist das Vlies ein Polymerfaservlies, so muss ein UV- oder zumindest Tageslicht-stabiles Polymer verwendet werden. Da auch Tageslicht UV-Anteile enthält, kann optional mit Tageslicht statt mit reinem UV-Licht bestrahlt werden.

Die erfindungsgemäßen Kompositfilter weisen exzellent Standzeiten, d.h. „Lebensdauern" auf. Ist das Trägermaterial des Kompositfilters aus Papier, sollte ein Trockenlaufen des Filters vermieden werden, da sich dann das elektrogesponnene Vlies vom Trägermaterial lösen kann. So lange der Kompositfilter feucht gehalten wird und eine Druckdifferenz angelegt ist, lösen sich Papier und Vlies jedoch nicht voneinander.

Es konnte gezeigt werden, dass die erfindungsgemäßen Kompositfilter besser zur Separation von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Lösungen geeignet sind als Filter, die ausschließlich aus elektrogesponnenen Vliesen bestehen. Dies ist beispielsweise in Ausführungsbeispiel 2 gezeigt: Ein „reines" Vlies ohne Trägermaterial muss vergleichsweise dicht sein, da es sonst mechanisch nicht handhabbar ist. Die Filtrationsqualität „reiner" Vliese ist mit Kompositfiltern vergleichbar, doch die Filtrationszeit ist im ersten Fall deutlich höher.

Die vorliegende Erfindung stellt Mittel zur Separation von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten bereit. Unter Mikroorganismen werden erfindungsgemäß

Archaeen, Bakterien, Pilze, Algen, Protozoen und Viren verstanden. Algen und Pilze können sowohl einzellig als auch mehrzellig vorkommen. Erfindungsgemäß bezieht sich der Begriff „Mikroorganismen" im Falle von Algen und Pilzen auf solche Einzeller und mehrzelligen Verbände, deren größte Ausdehnung kleiner oder gleich 0,2 mm beträgt und damit gerade unterhalb des Auflösungsvermögens des menschlichen

Auges liegt.

Archaeen sind einzellige Organismen mit einem meist in sich geschlossenen DNA- Molekül (auch als Chromosom bezeichnet), das in einem kleinen Volumen angeordnet ist und in dieser Form als Kernäquivalent bezeichnet wird. Sie gehören also zu den Prokaryoten und besitzen weder ein Cytoskelett noch Zellorganellen. Nachfolgend sind Phyla (Stämme), Klassen und Ordnungen dieser Archaeen gemäß ihrem phylogenetischen System genannt:

- Phylum: Crenarchaeota - Klasse: Thermoprotei

Odnung: Caldisphaerales

Familie: Caldisphaeraceae Odnung: Cenarchaeales

Familie: Cenarchaeaceae - Ordnung Desulfurococcales

Familie Desulfurococcaceae Familie Pyrodictiaceae Ordnung Sulfolobales

Familie Sulfolobaceae - Ordnung Thermoproteales

Familie Thermoproteaceae Familie Thermofilaceae

- Phylum: Euryarchaeota

- Klasse Archaeoglobi - Ordnung Archaeoglobales

Familie Archaeoglobaceae

- Klasse Halobacteria

Ordnung Halobacteriales - Familie Halobacteriaceae - Klasse Methanobacteria

- Ordnung Methanobacteriales

Familie Methanobacteriaceae Familie Methanothermaceae

- Klasse Methanococci - Ordnung Methanococcales

Familie Methanocaldococcaceae Familie Methanococcaceae

- Klasse „Methanomicrobia"

Ordnung Methanocellales Familie Methanocellaceae

- Ordnung Methanomicrobiales

Familie Methanocorpusculaceae Familie Methanomicrobiaceae - Familie Methanospirillaceae

- Ordnung Methanosarcinales

Familie Methanosaetaceae

- Familie Methanosarcinaceae Familie Methermicoccaceae - Klasse Methanopyri

Ordnung Methanopyrales Familie Methanopyraceae

- Klasse Thermococci

- Ordnung Thermococcales - Familie Thermococcaceae

- Klasse Thermoplasmata

- Ordnung Thermoplasmatales

Familie Ferroplasmataceae

- Familie Picrophilaceae - Familie Thermoplasmataceae

Bakterien im Sinne der vorliegenden Erfindung sind mikroskopisch kleine, meist einzellige Organismen, die keinen echten Zellkern besitzen und deshalb zu den Prokaryoten gehören. Wie bei allen Prokaryoten ist die DNA von Bakterien nicht in einem vom Cytoplasma durch eine Doppelmembran abgegrenzten Zellkern enthalten wie bei Eukaryoten, sondern die DNA liegt frei im Cytoplasma, und zwar zusammengedrängt in einem engen Raum, dem Nucleoid (Kernäquivalent).

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kompositfilter können Bakterien aus Flüssigkeiten separiert werden. Nachfolgend sind Phyla (Stämme), Klassen und Ordnungen dieser Bakterien gemäß dem phylogenetischen System der Bakterien genannt:

- Phylum: Aquificae

- Klasse: Aquificae - Odnung: Aquificales - Phylum: Thermotogae

- Klasse: Thermotogae

- Ordnung: Thermotogales

- Phylum: Thermodesulfobacteria - Klasse: Thermodesulfobacteria

Ordnung: Thermodesulfobacteriales

- Phylum: Deionococcus-Thermus

- Klasse: Deinococci

Ordnungen: Deionococcales, Thermales - Phylum: Chloroflexi

- Klasse: Chloroflexi

Ordnungen: Chloroflexales, Herpetosiphonales

- Klasse: Anaerolineae

- Ordnung: Anaerolineales - Phylum: Thermomicrobia

- Klasse: Thermomicrobia

Ordnung: Thermomicrobiales

- Phylum: Nitrospira

- Klasse: Nitrospira - Ordnung: Nitrospirales

- Phylum: Deferribacteres

- Klasse: Deferribacteres

Ordnung: Deferribacterales

- Phylum: Cyanobacteria - Klasse: Cyanobacteria

Ordnungen: Subsection I (früher Chroococcales), Subsection Il (Pleurocapsales), Subsection III (Oscillatoriales), Subsection IV (Nostocales), Subsection V (Stigonematales)

- Phylum: Chlorobi - Klasse: Chlorobia

- Ordnung: Chlorobiales

- Phylum: Proteobacteria

- Klasse: Alphaproteobacteria - Ordnungen: Rhodospirillales, Rickettsiales, Rhodobacterales, Sphingomonadales, Caulobacterales, Rhizobiales, Parvularculales

- Klasse: Betaproteobacteria

- Ordnungen: Burkholderiales, Hydrogenophilales, Methylophilales, Neisseriales, Nitrosomonadales, Rhodocyclales, Procabacteriales

- Klasse: Gammaproteobacteria

- Ordnungen: Chromatiales, Acidithiobacillales, Xanthomonadales, Cardiobacteriales, Thiotrichales, Legionellales, Methylococcales, Oceanospirillales, Pseudomonadales, Alteromonadales, Vibrionales, Aeromonadales, Enterobacteriales, Pasteurellales

- Klasse: Deltaproteobacteria

- Odnungen: Desulfurellales, Desulfovibrionales, Desulfobacterales, Desulfarcales, Desulfuromonales, Synthrophobacterales, Bdellovibrionales, Myxococcales (Unterordnungen: Cystobacterieae, Sorangineae, Nannocystineae)

- Klasse: Epsilonproteobacteria

- Ordnung: Campylobacterales

- Phylum: Firmicutes

- Klasse: Clostridia - Ordnungen: Clostridiales, Thermoanaerobacteriales, Haolanaerobiales

- Klasse: Mollicutes

- Ordnungen: Mycoplasmatales, Entomoplasmatales, Acholeplasmatales, Anaeroplasmatales, Incertae sedis

- Klasse: Bacilli - Ordnungen: Bacillales, Lactobacillales

- Phylum: Actinobacteria

- Klasse: Actinobacteria

- Ordnungen: Acidimicrobiales, Rubrobacterales, Coriobacteriales, Sphaerobacterales, Actinomycetales (Unterordnungen: Micorcoccineae, Corynebacterineae, Actinomycineae, Propionibacterineae,

Pseudonocardineae, Streptomycineae, Streptomycineae,

Micromonosproineae, Frankineae, Glycomycineae), Bifidobacteriales

- Phylum: Planctomycetes

- Klasse: Planctomycetacia - Ordnung: Planctomycetales - Phylum: Chlamidiae

- Klasse: Chlamydiae

- Ordnung: Chlamydiales

- Phylum: Spirochaetes - Klasse: Spirochaetes

Ordnung: Spirochaetales

- Phylum: Fibrobacteres

- Klasse: Fibrobacteres

- Ordnung: Fibrobacterales - Phylum: Acidobacteria

- Klasse: Acidobacteria

- Ordnung: Acidobacteriales

- Phylum: Bacteroidetes

- Klasse: Bacteroidetes - Ordnung: Bacteroidales

- Klasse: Flavobacteria

Ordnung: Flavobacteriales

- Klasse: Sphingobacteria

- Ordnung: Sphingobacteriales - Phylum: Fusobacteria

- Klasse: Fusobacteria

- Ordnung: Fusobacteriales

- Phylum: Verrucomicrobia

- Klasse: Verrucomicrobiae - Ordnung: Verrucomicrobiales

- Phylum: Dictyoglomi

- Klasse: Dictyoglomi

- Ordnung: Dictyoglomales

- Phylum: Gemmatimonadetes - Klasse: Gemmatimonadetes

- Ordnung: Gemmatimonadales

Zu den Bakterien, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kompositfilter aus Flüssigkeiten separiert werden können, zählen beispielsweise, aber nicht erschöpfend Eschericia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa und Micrococcus luteus.

Viren sind intrazelluläre, selbst aber nicht zelluläre Parasiten in Zellen von Lebewesen. Viren enthalten Nukleinsäuren (DNA oder RNA) zu ihrer Vermehrung und Ausbreitung, besitzen aber kein Cytoplasma und damit auch keinen eigenen Stoffwechsel und sind deshalb auf den Stoffwechsel der Wirtszelle angewiesen. Sie sind damit intrazelluläre

Parasiten. Viren befallen Zellen von Eukaryoten (Pflanzen, Tiere, Menschen, Pilze) und Prokaryoten (Bakterien und Archaeen). Viren, die Prokaryoten als Wirte nutzen, werden Bakteriophagen genannt.

Viren kommen in zwei Erscheinungsformen vor:

- als Nukleinsäure (DNA oder RNA) in den Zellen des Wirts. Die Nukleinsäure enthält die Information zu ihrer Replikation und zur Reproduktion der zweiten

Virusform (genannt Virion). Die Wirtszelle repliziert die Nukleinsäure (Vermehrung).

- als Virionen, die zur Verbreitung des Virus aus den Wirtszellen ausgeschleust werden.

Die Klassifizierung von Viren beruht auf drei Kriterien:

- behüllte und unbehüllte Viren,

- DNA- oder RNA-Genome,

- einzelsträngige (Single stranded = ss) oder doppelsträngige (double stranded = ds) Nukleinsäure.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden Viren zu den Mikroorganismen gezählt. Nachfolgend sind beispielhaft, aber nicht erschöpfend einige Viren genannt, deren Wirte Bakterien, Pflanzen, Tiere und/oder Menschen sind und die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kompositfilter aus Flüssigkeiten separiert werden können:

Bakteriophagen:

Lambda, Lambdoide Phagen, M 13-Phagen, Mu-Phagen, P1-Phagen, P22-Phagen, QD-Phagen, T-even-Phagen, T-odd-Phagen, T2-Phagen, T4-Phagen, T7-Phagen. Pflanzenviren:

Alfalfa mosaik virus, Bromovirus, Capillovirus, Carlavirus, Carmovirus, Caulimovirus, Closterovirus, Cryptovirus, Cucumovirus, Dianthovirus, Fabavirus, Fijivirus, Furovirus, Geminivirus, Hordeivirus, llarvirus, Luteovirus, Machlovirus, Marafivirus, Necrovirus, Nepovirus, Phytoreovirus, Plant Rhabdovirus, Potexvirus, Sobemovirus, Tenuivirus, Tobamovirus, Tobravirus, Tomato spotted wilt, Tombusvirus, Tymovirus.

Viren, die Tiere befallen:

Adenovirus, Arenaviridae, Baculoviridae, Bimaviridae, Bunyaviridae, Caliciviridae, Cardioviren, Coronaviridae, Corticoviridae, Cystoviridae, Epstein-Barr-Virus, Enterovirus, Filoviridae, FMD-Viren, Hepadnaviridae, Hepatisviren, Herpesviridae, Immunodefizienzviren, Influenzavirus, Inoviridae, Orthomyxoviridae, Papovaviren, Paramyxoviridae, Parvoviridae, Picornaviridae, Polioviridae, Polydnaviridae, Poxviridae, Reoviridae, Retroviren, Rhabdoviridae, Rhinoviren, Semliki Forest Virus, Tetraviridae, Togaviridae, Toroviridae, Vacciniavirus, Vesicular Stomatitis Virus.

Humanpathogene Viren:

Behüllte Viren: doppelsträngige DNA-Viren (dsDNA)

- Familie: Poxviridae

- Unterfamilie: Chordopoxvirinae

Gattungen: Orthopoxvirus, Parapoxvirus, Molluscipoxvirus - Familie: Herpesviridae

- Unterfamilie: Alphaherpesvirinae

Gattungen: Simplexvirus, Varicellovirus

- Unterfamilie: Betaherpesvirinae

- Gattungen: Cytomegalovirus, Reseolovirus - Unterfamilie: Gammaherpesvirinae

- Gattungen: Lymphocryptovirus, Rhadinovirus

- Familie: Hepadnaviridae

- Gattung: Orthohepadnavirus Behüllte Viren: Einzel(+)-Strang-RNA-Viren (ss(+)RNA)

- Familie: Togaviridae

- Gattungen: Alphaviren, Rubiviren

- Familie: Flaviviridae - Gattungen: Hepacivirus, Flavivirus

- Familie: Coronaviridae

- Gattungen: Coronavirus, Torovirus

- Familie: Retroviridae

- Unterfamilie: Orthoretrovirinae - Gattungen: Deltaretrovirus, Lentivirus

Behüllte Viren: Einzel(-)-Strang-RNA-Viren (ss(-)RNA)

- Familie: Arenaviridae

- Gattung: Arenavirus - Familie: Bornaviridae

- Gattung: Bornavirus

- Familie: Bunyaviridae

- Gattungen: Orthobunyavirus, Phlebovirus, Nairovirus, Hantavirus

- Familie: Filoviridae - Gattungen: Marburg-Virus, Ebola-Virus

- Familie: Orthomyxoviridae

- Gattungen: Influenzavirus A, Influenzavirus B, Influenzavirus C

- Familie: Paramyxyviridae

- Unterfamilie: Paramyxovirinae - Gattungen: Avulavirus, Morbillivirus, Henipavirus, Rubulavirus

- Unterfamilie: Pneumovirinae

- Gattungen: Pneumovirus, Metapneumovirus

- Familie: Rhabdoviridae

Gattungen: Vesiculovirus, Lyssavirus

Unbehüllte Viren: doppelsträngige DNA-Viren (dsDNA)

- Familie: Adenoviridae

- Gattung: Mastadenovirus

- Familie: Polyomaviridae Gattung: Polyomavirus

- Familie: Papilllomaviridae

Gattung: Papillomavirus - Untergattung: Humane Papillomviren

Unbehüllte Viren: einzelsträngige DNA-Viren (ssDNA)

- Familie: Parvoviridae

- Unterfamilie: Parvovirinae

- Gattungen: Dependovirus, Erythrovirus

Unbehüllte Viren: doppelsträngige RNA-Viren (dsRNA)

- Familie: Reoviridae

Gattungen: Rotavirus, Coltivirus

nbehüllte Viren: Einzel(+)-Strang-RNA-Viren (ss(+)RNA)

- Familie: Caliciviridae

- Gattungen: Norovirus, Sapovirus

- Familie: Hepevirus

- Gattung: Hepevirus - Familie: Picomaviridae

- Gattungen: Enterovirus, Hepatovirus, Rhinovirus

Algen, meist aquatische, ein- bis mehrzellige eukaryotische Organismen, die dem Pflanzenreich zugeordnet werden, obwohl manche ihrer Merkmale auf eine Verwandschaft mit Tieren hindeuten, und die in ihrer Gesamtheit keine geschlossene Abstammungsgemeinschaft darstellen. Algen werden in neun Abteilungen gegliedert: Glaucophyta, Euglenophyta, Cryptophyta, Chlorarachniophyta, Dinophyta, Haptophyta, Heterokontophyta, Rhodophyta und Chlorophyta. Dem Fachmann ist bekannt, dass es bei einigen dieser Abteilungen sowohl einzellige Algen gibt als auch mehrzellige bis hin zu solchen, die gewebähnliche Zellverbände bilden.

Pilze sind eukaryotische Lebewesen, deren Zellen Mitochondrien und ein Zellskelett enthalten. In der biologischen Klassifikation bilden sie neben Tieren und Pflanzen ein eigenständiges Reich, zu dem sowohl Einzeller wie die Backhefe als auch Mehrzeller wie die Schimmelpilze und die Speisepilze gehören. Zahlreiche ein- und mehrzellige Pilze sind für Pflanzen, Tiere und Menschen relevant: Einge sind pathogen, andere medizinisch bedeutend, biotechnisch relevant, oder sie verursachen Schimmel.

Nachfolgend sind beispielhaft, aber nicht erschöpfend einige Pilze genannt, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kompositfilter aus Flüssigkeiten separiert werden können.

Zu den Pilzen, die Mykosen (Pilzerkrankungen) bei Pflanzen hervorrufen, gehören beispielsweise Erysiphales (Echte Mehltaupilze), Peronosporaceae (Falsche Mehltaupilze), Claviceps purpurea (Mutterkorn), Diplocarpon rosae (Sternrußtau), Phytophtora infestestans (Kraut- und Knollenfäule), Ophiostoma novo-ulmi, Ophiostoma ulmi, synonym: Ceratocystis υlmi (Ulmensterben), Ustilago maydis (Maisbeulenbrand), Tilletia caries, synonym: Tilletia tritici (Steinbrand bei Weizen), Vθrticillum (Welkekrankheit bei vielen Kulturpflanzen), Venturia (Apfelschorf), Gymnosporangium sabinae (Birnengitterrost), Nectria galligena (Obstbaumkrebs), Taphrina pruni (Narrenkrankheit), außerdem die Braunfäule, hervorgerufen beispielsweise durch den Lärchenporling (Laricifomes officinalis), den Schwefelporling {Laetiporus sulphureus) oder den Bitteren Saftporling {Spongiporus stipticus) und die Weißfäule, hervorgerufen beispielsweise durch Trameten (Trametes und Daedolopsis), die Feuerschwämme (Phellinus), Zunderschwämme (Fomes), den Ausgebreiteten Hausporling (Donkioporia expansa, auch „Eichenporling" genannt), der Schmetterlingsporling (Trametes versicolor, Schmetterlingstramete) sowie die meisten Holzkeulenartigen (Xylariaceae).

Als Verursacher von Braunfäuleschäden in Gebäuden sind neben zahlreichen anderen Pilzarten insbesondere der Echte Hausschwamm (Serpula lacrymans), der Braune Kellerschwamm {Coniophora puteana) und der Weiße Porenschwamm (Antrodia vailantii bzw. Antrodia sinuosa) von Bedeutung.

Zu den Schimmelpilzen gehören Pilze der Gattungen Acremonium, Alternaria, Aspergillus, Aureobasidium, Botrytis, Chaetomium, Cladosporium, Claviceps, Curvularia, Dematiaceae, Eurotium, Fusarium, Monilia, Mucor, Mycelia sterilia, Neurospora, Paecilomyces, Penicillium, Phoma, Rhizopus, Scopulariopsis, Stachybotrys, Stemphylium, Trichoderma, Ulocladium, Wallemia. Des Weiteren gibt es einige Pilze, die als Parasiten in lebendem Gewebe Mykosen hervorrufen. Die Erreger der Mykosen werden unterschieden in Dermatophyten (Fadenpilze), Hefen (Sprosspilze) und Schimmelpilze (siehe oben). Derzeit sind 38 Arten von Dermatophyten bekannt, die bei Mensch und/oder Tier pathogen wirken. Sie gehören zu den drei Gattungen Microsporum, Trichophyton und Epidermophytum innerhalb der Familie Moniliaceae. Eine für den Menschen und viele Tiere pathogene Hefe ist Candida albicans.

Andererseits sind viele Hefen wirtschaftlich von Bedeutung, etwa für die Nahrungsmittelindustrie. Hierzu zählen beispielsweise, aber nicht erschöpfend

Schizosaccharomyces pombe, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces carlshergensis, Saccharomyces uvarum, Candida utilis, Saccharomyces boulardii,

Pichia pistoris und Brettanomyces bruxellensis, wobei die letztgenannte einerseits für

Most und Wein eine Schädlingshefe darstellt, andererseits aber auch für die Bierherstellung genutzt wird.

Außerdem finden Hefen wie z.B. Arxula adeninivorans (Blastobotrys adeninivorans), Candida boidinii, Hansenula polymorpha {Pichia angusta), Kluyveromyces lactis, Pichia pastoris, Saccharomyces cerevisiae und Yarrowia lipolytica Verwendung als Expressionsplattformen.

Pilze, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kompositfilter aus Flüssigkeiten separiert werden können, sind beispielsweise, aber nicht erschöpfend Aspergillus niger und Chaetomium globosum.

Protozoen sind tierische Einzeller, die keine Zellmembran, aber im Gegensatz zu Bakterien einen echten Zellkern besitzen. Ein sog. echter Zellkern ist durch eine als Kernhülle oder Kernmembran bezeichnete Doppelmembran vom Cytoplasma abgegrenzt. Das Vorhandensein eines echten Zellkerns ist das charakteristische Merkmal der Eukaryoten, weshalb Protozoen zu den Eukaryoten zählen.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kompositfilter können Protozoen aus Flüssigkeiten separiert werden. Nachfolgend sind Klassen und Ordnungen der Protozoen gemäß der zoologischen Systematik genannt: - 1. Klasse: Flagellata (Geißeltierchen, Geißler)

- 1. Ordnung: Choanoflagellata

- 2. Ordnung: Trichonomonadida

- 3. Ordnung: Diplomonadida - 4. Ordnung: Hypermastigida

- 5. Ordnung: Kinetoplastida

- 6. Ordnung: Opalinida

- 2. Klasse: Rhizopoda (Wurzelfüßler) - 1. Ordnung: Amoebina (Wechseltierchen)

- 2. Ordnung: Testacea (Thekamöben)

- 3. Ordnung: Foraminifera

- 4. Ordnung: Radiolaria (Strahlentierchen)

- 5. Ordnung: Heliozoa (Sonnentierchen)

- 3. Klasse: Sporozoa (Sporentierchen)

- 1. Ordnung: Gregarinida

- 2. Ordnung: Coccidia

- 3. Ordnung: Piroplasmida

- 4. Klasse: Microspora

- 5. Klasse: Myxozoa

- 6. Klasse: Ciliata (Wimperntierchen)

- 1. Ordnung: Holotricha

- 2. Ordnung: Petritricha

- 3. Ordnung: Spirotricha

- 4. Ordnung: Chonotricha - 5. Ordnung: Suctoria

Bevorzugt: Protozoen, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kompositfilter aus Flüssigkeiten separiert werden können, sind beispielsweise, aber nicht erschöpfend Plasmodium falciparum, Plasmodium ovale, Plasmodium vivax und Plasmodium malaήae. Die erfindungsgemäßen Kompositfilter umfassend mindestens ein permeables, flüssigkeitsdurchlässiges Trägermaterial und mindestens ein Vlies aus elektrogesponnenen Fasern werden hergestellt, indem das mindestens eine Trägermaterial auf die Gegenelektrode 7 einer Elektrospinnapparatur (wie in Fig. 1 gezeigt) aufgebracht und darauf mit Hilfe des Elektrospinnverfahrens mindestens ein Vlies abgeschieden wird. Dabei muss das zu bespinnende Material die Gegenelektrode nicht zwangsläufig berühren. Alternativ kann das zu bespinnende Material auch in einem kontinuierlichen Prozess berührungslos über die Elektrodenoberfläche hinweggeführt werden.

Das Polymer bzw. die Polymere, aus denen das mindestens eine Vlies hergestellt werden soll, werden vor dem Elektroverspinnen in mindestens einem Lösungsmittel gelöst. Unter „löslich" wird dabei verstanden, dass das Polymer bzw. die Polymere eine Löslichkeit von mindestens jeweils 1 Gew.-% in dem entsprechenden Lösungsmittel aufweisen.

Dem Fachmann ist bekannt, welche Polymere in welchem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch löslich im Sinne obiger Definition sind. Er kann dieses Wissen anwenden, ohne den Schutzbereich der Patentansprüche zu verlassen.

Geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise, aber nicht erschöpfend:

- Wasser, aliphatische Alkohole, beispielweise Methanol, Ethanol, n-Propanol, 2-Propanol, n- Butanol, iso-Butanol, tert.-Butanol, Cyclohexanol, bei Raumtemperatur flüssige Carbonsäuren, beispielsweise Ameisensäure, Essigsäure, Trifluoressigsäure

- Amine, beispielsweise Diethylamin, Diisopropylamin, Phenylethylamin, polar aprotische Lösungsmittel, beispielsweise Aceton, Acetylaceton, Acetonitril, Essigsäureethylester, Diethylenglykol, Formamid, Dimethylformamid (DMF),

Dimethylsulfoxid (DMSO), Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon (NMP), Pyridin, Benzylalkohol, halogenierte Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Dichlormethan, Chloroform, - unpolare aliphatische Lösungsmittel, beispielsweise Alkane, ausgewählt aus Hexan, Heptan, Octan und Cycloalkane, ausgewählt aus Cyclopentan, Cyclohexan, Cycloheptan, unpolare aromatische Lösungsmittel, beispielsweise Benzol, Toluol.

Dabei ist Wasser als Lösungsmittel vor allem für die Herstellung von elektrogesponnenen Metall- oder Metalloxidfasern geeignet.

Vorteilhaft werden solche Lösungen versponnen, deren Polymeranteil 1 Gew.-% bis 25 Gew.-% beträgt.

Die erfindungsgemäß einzusetzende Polymerlösung kann auf alle dem Fachmann bekannten Arten elektroversponnen werden, beispielsweise durch Extrusion der Lösung unter geringem Druck durch eine mit einem Pol einer Spannungsquelle verbundene Kanüle auf einem in Abstand zu dem Kanülenausgang angeordnete Gegenelektrode. Auf dieser Gegenelektrode befindet sich das mindestens eine Trägermaterial.

Vorzugsweise wird der Abstand zwischen der Kanüle und der als Kollektor fungierenden Gegenelektrode sowie die Spannung zwischen den Elektroden derart eingestellt, dass sich zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld von vorzugsweise 0,5 bis 2 kV/cm. Es entsteht ein auf die Gegenelektrode gerichteter Materialstrom, der sich auf dem Weg zur Gegenelektrode verfestigt.

Gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn der Durchmesser der Kanüle 50 μm bis 500 μm beträgt.

Dem Fachmann ist bekannt, wie er den Faserdurchmesser einstellen kann. So wird beispielsweise der Faserdurchmesser um so größer, je viskoser, d.h. je konzentrierter die zu verspinnende Polymerlösung ist. Je höher die Flussrate der Spinnlösung pro Zeiteinheit ist, desto größer ist der Durchmesser der erhaltenen elektrogesponnenen Fasern. Des Weiteren hängt der Faserdurchmesser von der Oberflächenspannung und der Leitfähigkeit der Spinnlösung ab. Dies ist dem Fachmann bekannt, und er kann diese Kenntnisse anwenden, ohne den Schutzbereich der Patentansprüche zu verlassen. Die Auftragsstärke der Fasern auf dem Trägermaterial (in g/m 2 ) wird bevorzugt gering gehalten. Je konzentrierter die Spinnlösung ist, desto höher ist die Auftragsstärke pro Zeit. Wie bereits ausgeführt, kann die Auftragsstärke bei verschiedenen Faserdurchmessern gleich sein, und vom Faserdurchmesser hängt die Charakteristik der Poren im Vlies ab.

Erfindungsgemäß können die Fasern glatt, rau, stacheldrahtförmig (sog. Barbed Nanowire-Fasern) oder strukturiert sein, zylindrisch, spindelartig oder onduliert, massiv oder hohl, und sie können optional Verdickungen aufweisen. Dem Fachmann ist bekannt, wie er solche Fasern herstellt, indem er beispielweise die Konzentration der Spinnlösung, die Auftragsstärke und die angelegte Spannung variiert. So führt beispielsweise das Verspinnen von relativ verdünnten wässrigen Polymerlösungen mit maximal etwa 5 Gew.-% Polymer bei relativ hohen Spannungen zu Barbed Nanowire- Fasern. Bi- und polymodale Faserdurchmesser werden erhalten, wenn mehrere Polymerlösungen in mindestens zwei verschiedenen, mit Kapillardüsen ausgestatteten Vorratsgefäßen gleichzeitig versponnen werden. Mit Hilfe dieser letztgenannten Verfahrensvariante lässt sich die Porosität der erhaltenen Vliese besonders vorteilhaft steuern, indem beispielsweise der Anteil feiner Fasern erhöht und der Anteil grober Fasern verringert wird.

Hohlfasern lassen sich herstellen, indem in einem ersten Schritt eine massive Faser aus einem abbaubaren Polymer hergestellt wird. Anschließend wird diese Faser mit einem zweiten, nicht abbaubaren Material beschichtet. Dabei kann es sich beispielsweise um ein nicht abbaubares Polymer, ein Metall, ein Metallsalz oder ein keramisches Material handeln. Optional können auch mehrere Schichten aus gleichen oder unterschiedlichen nicht abbaubaren Materialien aufgebracht werden. Anschließend wird die erste, massive Faser entfernt, z.B. thermisch, mitttels Bestrahlung oder mit einem Lösungsmittel. Zurück bleibt eine Hohlfaser, deren Innenwandung aus dem zweiten, nicht abbaubaren Material und deren Außenwandung aus dem zuletzt aufgebrachten nicht abbaubaren Material besteht.

In einer weiteren Ausführungsform besitzen die elektrogesponnenen Vliese - wie oben beschrieben - eine gewebeartige Struktur. Solche gewebeartigen Vliese werden durch eine besondere Spinntechnik hergestellt: Bei der Herstellung der ersten Lage des Vlieses hat die Gegenelektrode (d.h. die „Unterlage", auf der die Fasern abgeschieden werden) eine Orientierung x. Anschließend wird die Gegenelektrode in der Ebene um 90° gedreht und die zweite Lage gesponnen. Die erste und die zweite Lage des Vlieses liegen dann rechtwinklig zueinander. Dieses Drehen der Gegenelektrode lässt sich beliebig oft wiederholen, und der Drehwinkel kann optional auch von 90° abweichen, wobei die Schichten im letztgenannten Fall gegeneinander verschoben, aber nicht rechtwinklig zu liegen kommen.

Vliese aus funktionalen Polymeren sind erhältlich, indem Polymere versponnen werden, die entsprechende funktionelle Gruppen enthalten, beispielsweise Aldehydgruppen. Bei entsprechender Wahl des funktionellen Polymers können entweder Oberflächenproteine der Mikroorganismen an das Vlies gebunden werden oder auch Antibiotikamoleküle.

Des Weiteren können Polymervliese mit antibakteriell wirksamen Stoffen ausgerüstet werden. Hierzu gehören beispielsweise Partikel antibakteriell wirksamer Metalle und Metallverbindungen, wie Titandioxid, Zinkoxid und/oder Silber. Zudem können auch antibakteriell wirksame nichtmetallische Stoffe, z. B. quaternäre Stickstoffverbindungen und Partikel aus diesen Stoffen, in die Polymervliese eingebracht werden.

Wasserlösliche Fasern werden nach dem Elektrospinnprozess wie oben beschrieben chemisch miteinander verknüpft bzw. miteinander vernetzt.

Es können alle oben genannten Polymere versponnen werden. Des Weiteren können alle oben genannte Trägermaterialien verwendet werden.

Die Herstellung von Gradientenvliesen gemäß obiger Definition ist literaturbekannt.

Die erfindungsgemäßen Kompositfilter können zur Abtrennung von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten verwendet werden. Die Mikroorganismen sind dabei gemäß obiger Definition ausgewählt aus Bakterien, Viren, Pilzen, Protozoen, Algen und Viren, wobei es sich bei Algen und Viren um Einzeller oder mehrzellige Verbände handelt, deren größte Ausdehnung kleiner oder gleich 0,2 mm beträgt.

Die Filtration kann dabei kontinuierlich oder diskontinuierlich betrieben werden. Die oben beschriebene Regeneration der Filter kann auch während einer kontinuierlichen Filtration durchgeführt werden. Die Separation von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kompositfilter erfolgt zweckmäßig mit einer Druckdifferenz. Dabei kann es sich sowohl um eine Überdruckfiltration als auch um eine Vakuumfiltration handeln.

Bei den mit Mikroorganismen kontaminierten Flüssigkeiten kann es sich um industrielle oder private Abwässer und Brauchwässer (beispielweise aus Kläranlagen und Schwimmbädern), Mikroorganismen enthaltende Flüssigkeiten aus Mikrobiologie und Medizin wie beispielsweise Zellkulturmedien enthaltend diese Mikroorganismen, Blutplasma oder Blutserum handeln. Des Weiteren kann es sich bei diesen kontaminierten Flüssigkeiten um Kühlschmierstoffe handeln. Beispielsweise sind wassermischbare Kühlschmierstoffe häufig von Bakterien befallen. Oft werden deswegen Konservierungsstoffe zugesetzt, die jedoch zu Hautreizungen führen können. Die Reinigung von kontaminierten Kühlschmierstoffen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kompositfilter bietet hier Abhilfe. Auch aus wässrigen Lösungen wassermischbarer organischer Lösungsmittel sowie aus Emulsionen lassen sich Mikroorganismen abtrennen. Voraussetzung hierfür ist, dass das elektrogesponnene Vlies des erfindungsgemäßen Kompositfilters aus einem ölstabilen Material besteht. Dem Fachmann ist bekannt, dass Metallfasern, Metalloxidfasern, Carbonfasern und Keramikfasern ölstabil sind. Ihm ist auch bekannt, welche Polymerfasern ölstabil sind. Hierzu zählen beispielsweise, aber nicht erschöpfend, Fasern aus Polyamid, Polyvinylchlorid und Polystyrol.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die erfindungsgemäßen Kompositfilter zur Abtrennung von Bakterien aus damit kontaminierten Flüssigkeiten verwendet.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht die Verwendung eines Mittels zur Separation von Mikroorganismen aus damit kontaminierten Flüssigkeiten in einem Filter vor, wobei es sich bei dem Mittel um ein Kompositfilter umfassend mindestens ein permeables, flüssigkeitsdurchlässiges Trägermaterial und mindestens ein Vlies aus elektrogesponnenen Fasern handelt.

Das Trägermaterial kann ein faserorientiertes Vlies, ein Wirrfaservlies, ein poröser Festkörper, ein Gewebe, ein Papierfilter, ein Kunststofffilter, ein Metallsieben oder ein Membranfilter sein. Die Fasern können wasserstabile Polymerfasern, Metallfasern, Metalloxidfasern, Carbonfasern oder Keramikfasern sein. Eine besonders vorteilhafte Anwendung sieht vor, dass der Filter ein Kühlschrankfilter oder ein Unterspülenfilter ist.

Bezugszeichenliste

1 Spannungsquelle

2 Kapillardüse

3 Spritze

4 Spinnlösung

5 Gegenelektrode

6 Faserbildung

7 Faservlies

Abbildungslegenden

Fiq. 1

Fig 1 zeigt eine schematische Darstellung einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Elektrospinnverfahrens geeigneten Vorrichtung.

Die Vorrichtung umfasst eine Spritze 3, an deren Spitze sich eine Kapillardüse 2 befindet. Diese Kapillardüse 2 ist mit einem Pol einer Spannungsquelle 1 verbunden. Die Spritze 3 nimmt die zu verspinnenden Polymerlösungen 4 auf. Gegenüber dem Ausgang der Kapillardüse 2 ist in einem Abstand von etwa 20 cm eine mit dem anderen Pol der Spannungsquelle 1 verbundene Gegenelektrode 5 angeordnet, die als Kollektor für die gebildeten Fasern fungiert.

Während der Betriebs der Vorrichtung wird an den Elektroden 2 und 5 eine Spannung zwischen 15 kV und 150 kV eingestellt und die Polymerlösung 4 unter einem geringen

Druck durch die Kapillardüse 2 der Spritze 3 ausgetragen. Auf Grund der durch das starke elektrische Feld von 0,5 bis 2 kV/cm erfolgenden elektrostatischen Aufladung der Polymere in der Lösung entsteht ein auf die

Gegenelektrode 5 gerichteter Materialstrom, der sich auf dem Wege zur Gegenelektrode 5 unter Faserbildung 6 verfestigt, infolge dessen sich auf der Gegenelekrode 5 Fasern 7 mit Durchmessern im Mikro- und Nanometerbereich abscheiden.

Fig. 2 Versponnen wurde Polyamid 6 aus Lösungen in Ameisensäure. Erzeugt wurden mit Schichten variabler Dicke ausgerüstete, kommerzielle Papierfilter Das Filterpapier mit einem Durchmesser von 28 mm wurde auf die Kollektorelektrode der Apparatur gelegt und für verschiedene Zeiten besponnen.

Verwendet wurden Lösungen mit einer Konzentration zwischen 10 und 19 Gew.-%. Zur Herstellung der Polyamid-6 Filtervliese wurde ein steriles Stück Papier auf der Kollektorelektrode platziert und besponnen. Zum Ablösen des Vlieses wurde ein zugeschnittenes Stück des besponnenen Papiers in steriles, entmineralisiertes Wasser gelegt. Nach Trennung vom Papier wurde das Vlies entnommen, unter sterilen Bedingungen getrocknet und in einer sterilen Einwegpetrischale gelagert.

Die Bestimmung der Filtereffizienz wurde wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben mit einer Suspension von M. luteυs durchgeführt.

Fig. 2 zeigt die Auftragung der Lebendzellzahl gegen die Spinnzeit. Für die Filtration wurden erfindungsgemäße Kompositfilter verwendet.

Fig. 3

Leitungswasser wurde, wie in Ausführungsbeispiel 2a) beschrieben, durch ein Rundfilter gepresst, welches mit Polyamid 6-Fasem belegt war. Anschließend wurde das Filter unter dem Rasterelektronenmikroskop untersucht.

Fig. 3 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Filters: Links ist der auf dem Filter zurückgebliebene Belag zusehen, die rechte Abbildung zeigt eine Stelle, an der der Belag abgeplatzt war.

Der weiße Balken am unteren Bildrand entspricht einer Länge von 2,00 μm (links) bzw. 3,75 μm (rechts). Fig. 4

Leitungswasser wurde, wie in Ausführungsbeispiel 2a) beschrieben, durch ein Rundfilter gepresst, welches mit Polyamid 6-Fasern belegt war. Anschließend wurde das Filter unter dem Rasterelektronenmikroskop untersucht.

Fig. 4 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Filters: Links ist der Übergang zwischen dem sich unter dem Ran der Filterapparatur befindenden Fasern und dem Belag zu sehen. Auf dem rechten Bild sind Fasern abgebildet, die sich unter dem Rand der Filterapparatur befanden.

Der weiße Balken am unteren Bildrand entspricht einer Länge von 15,00 μm (links) bzw. 2,00 μm (rechts).

Fig. 5 30 ml E.co//-Suspension wurden mit Unterdruck durch das Filter gezogen und der Filterkuchen anschließend mit Wasser wieder abgespült. Detailliert ist dies in Ausführungsbeispiel 2b) beschrieben.

Das linke Bild von Fig. 3 zeigt eine Übersicht nach dem Abspülen, das rechte eine Detailaufnahme. Reste des Filterkuchens sind zu erkennen; die Fasern scheinen unbeschädigt.

Der weiße Balken am unteren Bildrand entspricht einer Länge von 6,00 μm (links) bzw. 2,00 μm (rechts).

Ausführungsbeispiele

Ausführungsbeispiel 1 : Herstellung von Bakterienfiltern durch Elektrospinnen

Als Grundlage der zur Untersuchung der Filtereffizienz eingesetzten Bakteriensuspensionen wurde Micrococcus (M.) luteus in einem Gemisch von 5,0 g Fleischextrakt und 3,0 g Pepton auf 1000 mL Wasser bei pH = 7 kultiviert. Die Bakterien wurden sedimentiert, gewaschen und in 50 mmol/L Phosphat-Puffer mit pH = 7 resuspendiert. Zum Herstellen der Fasern wurde eine Apparatur verwendet wie beschrieben in M. Bognitzki et al. Adv. Mater. 12, 637 (2000).

Versponnen wurde Polyamid 6 aus Lösungen in Ameisensäure. Erzeugt wurden mit Schichten variabler Dicke ausgerüstete, kommerzielle Papierfilter sowie nicht durch ein Trägermaterial unterstützte Filtervliese. Bei den Papierfiltern handelte es sich um Cellulosefilter mit Poren. Variiert wurde dabei die Auflage bestehend aus dem elektrogesponnenen Vlies, aber nicht das Papierfilter. Zur Herstellung der modifizierten Papierfilter wurden die Filterpapiere bei vor der Verwendung bis zur Gewichtskonstanz getrocknet und bei 130 0 C für drei Stunden im Sterilisator keimfrei gemacht. Die Elektrospinnapparatur wurde vor Beginn des Spinnprozesses mit 70 vol% Ethanol in Wasser gereinigt und weitestgehend keimfrei gemacht. Das Filterpapier mit einem Durchmesser von 28 mm wurde auf die Kollektorelektrode der Apparatur gelegt und für verschiedene Zeiten besponnen.

Verwendet wurden Lösungen mit einer Konzentration zwischen 10 und 19 gew.%.

Der Abstand der Elektroden betrug hierbei 20,0 cm und die Spannung 25 kV. Die Flussrate betrug 0,2 mL/h. Anschließend wurde das beschichtete Papierfilter mit einem Skalpell von der Elektrode gelöst und bis zur weiteren Verwendung in einer sterilen Einwegpetrischale aufbewahrt.

Zur Herstellung der Polyamid 6 Filtervliese wurde ein steriles Stück Papier auf der Kollektorelektrode platziert und besponnen. Zum Ablösen des Vlieses wurde ein zugeschnittenes Stück des besponnenen Papiers in steriles, entmineralisiertes Wasser gelegt. Nach Trennung vom Papier wurde das Vlies entnommen, unter sterilen Bedingungen getrocknet und in einer sterilen Einwegpetrischale gelagert.

Die Effizienz der Filtermedien wurde bestimmt, indem 40 mL einer Suspension von M. luteus, mit einer Lebendzellzahl im Bereich von einer Million Zellen pro Milliliter Suspension, durch das Filter gegeben wurden. Nach der Filterung wurde die Zahl lebender M. luteus im Filtrat und analog in der ursprünglichen Suspension durch die KBE-Methode (Kolonien bildende Einheiten) bestimmt. Hierzu wurde dem Filtrat 0,1 mL entnommen und eine Verdünnungsreihe unter Verwendung von 50 mmol/L Phosphat-Puffer mit pH=7 angefertigt. Anschließend wurden 0,1 mL der verschiedenen Verdünnungen sowie des Filtrates auf Agarplatten aufgebracht und diese bei 37 0 C für 72 h inkubiert. Aus der Zahl der wachsenden Kolonien wurde die in der Probe vorhandene Zahl von noch lebenden Bakterien errechnet. Dies ist in Fig. 2 gezeigt.

Ausführungsbeispiel 2: Filterstandzeit

a) Test der Standzeit der Filter

Die „Standzeit" ist die Lebensdauer der Filter.

Rund 10 L Leitungswasser wurden innerhalb von zehn Stunden unter Zuhilfenahme des Leitungsdruckes durch ein Rundfilter gepresst, welches mit Polyamid 6 Fasern belegt war. Die aktive Filterfläche betrug hierbei ca. 3,1 cm 2 Die Menge an Polyamid 6 auf dem Filterpapier betrug 0,12 mg/cm 2 . Anschließend wurde das Filter unter dem Rasterelektronenmikroskop untersucht.

Es zeigte sich, dass das Filter komplett mit Schmutz belegt war, der aus dem Wasser ausgefiltert worden war. An einer Stelle, an der die Schmutzschicht abgeplatzt war, war eindeutig zu erkennen, dass sich die darunter befindlichen Fasern in einem guten Zustand befanden. Die Filter sind in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt.

b) Entfernung des Filterkuchens

Es wurden 30 mL E. coli Suspension einer ungefähren Konzentration von 4*10 9 Bakterien pro mL mit Unterdruck durch das Filter gezogen. Anschließend wurde der Filterkuchen mit destilliertem Wasser aus einer Spritzflasche wieder abgespült, wobei der Wasserstrahl direkt auf das Filter gerichtet wurde. Der Filterkuchen ließ sich bis auf eine leichte Verfärbung entfernen. Anschließend wurde das Filter mittels Rasterelektronenmikroskopie untersucht.

Hierbei zeigte sich, dass sich der Filterkuchen zwar nicht vollständig abgelöst hatte, die Fasern jedoch auch keine offensichtlichen Beschädigungen aufwiesen.

Die rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen sind in Fig. 5 gezeigt. Ausführungsbeispiel 3:

Vergleich eines mit PA 6 belegten Filterpapiers mit einer reinen PA 6-Membran

Ein mit PA 6 belegtes Filterpapier sowie eine PA 6-Membran ohne unterstützendes Gewebe wurden einem Vergleich hinsichtlich der Filterwirkung und der Durchlaufzeit des zu filtrierenden Mediums unterzogen. Hiezu wurden jeweils 30 ml_ einer Bakteriensuspension in steriler Pufferlösung mit einer Bakterienkonzentration von ca. 1*10 8 mit durch Unterdruck durch das zu prüfende Filter gezogen.

Anschließend wurde die genaue Konzentration der Bakterien in der ursprünglichen Suspension, sowie im Filtrat bestimmt. Dies erfolgte durch anfertigen einer Verdünnungsreihe, Ausbringen einer definierten Menge auf einer Agarplatte und anschließendem Inkubieren. Hierbei zeigten sich einzelne Bakterien als Kolonien (KBE - Methode). Die Effizienz des Filters errechnet sich hierbei nach folgender Gleichung:

C 1 - C 2

V =

C 1

Hierbei ist η die Effizienz des Filters. C 1 und C 2 bezeichnen die Konzentration der Bakterien vor und nach der Filtration.

In beiden Fällen wurden die Bakterien praktisch quantitativ aus der Pufferlösung entfernt. Allerdings war die Zeit, die die 30 mL brauchten, um das Filter zu passieren bei der Membran ohne Trägermaterial mit 19 min deutlich länger. Beim mit PA 6 belegten Filterpapier betrug die Zeit dagegen nur 3,5 min. Dies ist in Tab. 1 dargestellt.

Tabelle 1 : Vergleichsdaten der beiden getesteten Filter. Probe PA 6 pro cm 2 Durchlaufzeit Effizienz

Reine PA 6-Membran 0,68 mg 19 min 1

Filterpapier mit PA 6 0,068 mg 3,5 min 1

Die Membran aus reinem PA 6 benötigt also bei gleicher Filtrationsleistung eine deutlich längere Zeit, um 30 mL Bakteriensuspension zu filtrieren, als das PA 6 belegte Filterpapier. Hierbei ist noch anzumerken, dass die PA 6 Membran mit einem Flächengewicht von 0,68 mg pro cm 2 aufgrund der extremen Instabilität praktisch schon nicht mehr richtig zu handhaben war. Dickere und somit steifere Membranen würden die Filtrationszeit jedoch noch drastisch erhöhen.