Medizinische Produkte wie Blutbeutel oder Schläuche werden häufig aus Weich-PVC hergestellt. Der Kunststoff enthält oft phthalathaltige Weichmacher, die im Verdacht stehen, gesundheitsschädigend zu sein. Da die Substanzen nicht chemisch mit dem Polymer verbunden sind, können sie in das im Blutbeutel aufbewahrte Blut entweichen und so mit menschlichen Zellen in Berührung gelangen. Ein neues Verfahren verhindert, dass die schädlichen Substanzen in die Umgebung migrieren. Entwickelt wurde es am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST mit Sitz in Braunschweig.
Weichmacher DEHP in medizinisch genutzten Produkten
Weichmacher sind in vielen Alltagsgegenständen, aber auch in Medizinprodukten enthalten. Sie werden Polymeren hinzugefügt, um das Material flexibler und elastischer zu machen. In Blutbeuteln und medizinischen Schläuchen wird häufig der PVC-Zusatzstoff DEHP (Diethylhexylphthalat) eingesetzt, der sich negativ auf die menschliche Gesundheit auswirken kann.
Die EU hat DEHP, das zur Substanzklasse der Phthalate gehört, als reproduktionstoxisch eingestuft. Aufgrund seiner fortpflanzungsschädigenden Eigenschaften darf der Weichmacher DEHP in der EU nicht ohne Zulassung verwendet werden. In Kosmetika oder Spielzeug ist die Substanz verboten.
DEHP ist nicht chemisch ans PVC des Blutbeutels gebunden
Dennoch ist sie nach wie vor im Weich-PVC enthalten, aus dem Blutbeutel bestehen. „Weich-PVC enthält bis zu 40 Gewichtsprozent DEHP-Weichmacher“, sagt Dr. Thomas Neubert, Wissenschaftler am Fraunhofer IST in Braunschweig. Da die Weichmachermoleküle nicht chemisch an das PVC gebunden seien, können sie in die Umgebung wandern.
Der Physiker und seine Kollegen nutzen aber nun Atmosphärendruckplasmaverfahren, um die molekulare Struktur des Weichmachers an der Kunststoffoberfläche zu verändern und die Moleküle so miteinander zu vernetzen, dass die schädliche Substanz das vernetzte Gitter nicht passieren kann. „Wir erzeugen im Plasma reaktive Spezies und energiereiche UV-Strahlung, die in die PVC-Oberfläche eindringen.“ Hierdurch würden chemische Bindungen in den Weichmachermolekülen aufgebrochen, die sich dann mit benachbarten Molekülen verbinden. Das so entstandene Netz bilde eine Schutzbarriere, die das DEHP nicht durchdringen kann. Das PVC selber wird nicht verändert, seine mechanische Eigenschaften bleiben also erhalten.
Plasmabehandlung erzielt Barrierewirkung gegen DEHP von 95 Prozent
In Tests konnten die Forscher nachweisen, dass sich die Migration der Weichmacher aus dem Weich-PVC um 95 % reduzieren lässt. Zur Bestimmung der Barrierewirkung werden die behandelten PVC-Folien 2 h in dem Lösungsmittel n-Decan gelagert, um die Menge der migrierten Weichmacher zu ermitteln. Um die Langzeitstabilität der Barrieren zu prüfen, wurden die behandelten Weich-PVC-Folien vier Monate lang an Luft gelagert.
Das Ergebnis: Das erzeugte Molekül-Netz löst sich nicht auf, die Barrierewirkung von 95 % bleibt erhalten. Für die Tests wurden PVC-Folien verwendet, aus denen Blutbeutel hergestellt werden. Die Ergebnisse lassen sich auch auf andere phthalathaltige Weichmacher wie TOTM (Tris(2-ethylhexyl)trimellitat) oder DINP (Diisononylphthalat) übertragen.
Plasmabehandlung der Blutbeutelfolie erfolgt bei Atmosphärendruck
Doch wie funktioniert das Verfahren im Detail? Um die Migration der Weichmacher zu verhindern, verwenden Neubert und sein Team dielektrisch behinderte Entladungen bei Atmosphärendruck. Dabei wird die PVC-Folie zwischen zwei Metallelektroden mit einer dielektrischen Barriere positioniert, an die die Forscher jeweils eine hohe Wechselspannung mit mehreren 1000 V anlegen. In dem Gasspalt zwischen den Elektroden findet daraufhin eine dielektrisch behinderte Gasentladung statt. „In dem entstandenen Plasma erzeugen wir kurzwellige UV-Strahlen, die die Weichmachermoleküle aufbrechen. Die Molekülfragmente wollen miteinander reagieren und vernetzen sich“, erläutert Neubert. Als Prozessgas kommt reines, leicht ionisierbares Argon zum Einsatz, das relativ kostengünstig ist.
Plasma: Günstigere Alternative zu Oberflächenbeschichtungen
Die Plasmabehandlung mit Atmosphärendruck ist für Neubert das Mittel der Wahl, da die Methode wesentlich günstiger ist als Beschichtungsverfahren, die ebenfalls die Migration von Weichmachern verhindern könnten. „An die Beschichtungsverfahren werden hohe Anforderungen gestellt. Die Beschichtung muss sehr gut haften und flexibel sein. Darüber hinaus muss ein aufwendiger Zulassungsprozess für medizinische Produkte durchlaufen werden.“ Derzeit arbeiten der Forscher und sein Team daran, das Verfahren industrietauglich zu machen und die Behandlungsgeschwindigkeit zu beschleunigen, um im Rolle-zu-Rolle-Verfahren mehrere Meter PVC-Folien pro Sekunde bearbeiten zu können.
Kontakt zum Forscher:
Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
Bienroder Weg 54 E
38108 Braunschweig
Ansprechpartner: Dr. Thomas Neubert
E-Mail: thomas.neubert@ist.fraunhofer.de
