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Oberflächen modifizieren: Auf das richtige Finish kommt es an

| Autor/ Redakteur: / Kathrin Schäfer

Die Auswahl an verwendbaren Materialien in der Medizintechnik ist mit gutem Grund stark eingeschränkt. Viele dieser Materialien erfüllen aber ihre Aufgabe erst, wenn ihnen durch Oberflächenmodifikationen zusätzliche Funktionalitäten mitgegeben werden.

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Eine universelle Ant-
wort oder ein Ge-
heimrezept gibt es nicht: Bei Freudenberg Medical arbeiten Spezialisten an der Individualisierung von Beschichtungslösungen.
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heimrezept gibt es nicht: Bei Freudenberg Medical arbeiten Spezialisten an der Individualisierung von Beschichtungslösungen.
( Bild: Freudenberg )
  • Oberflächen von Medizinprodukten neu programmieren
  • Nass-chemische Beschichtung, Parylene-Beschichtung, Plasmatechnologien, Mikrostrukturen, gleit- und hydrophile Beschichtungen, Beschichtungen mit kontrollierter Wirkstofffreisetzung

Solche Modifikationen können reibungsreduzierende Wirkung haben, die Haptik verbessern, chemische Funktionalitäten addieren oder Medienresistenzen verbessern. Um diesen bunten Strauß an Anforderungen erfüllen zu können, bedient sich Freudenberg Medical traditioneller Verfahren wie nass-chemischer oder Parylene-Beschichtungen, aber auch komplexer Plasmatechnologien, die die Oberflächen von Medizin­produkten geradezu neu programmieren können. Farbige Beschichtungen erlauben es zum Beispiel, die Transparenz sowie die optischen Eigenschaften eines Materials zu beeinflussen. Plasmabehandlungen helfen, Reibung zu reduzieren. Silikon beispielsweise hat einen verhältnismäßig hohen Reibungskoeffizienten. Wird ein Silikonbauteil mit Plasma behandelt, ändern sich die Reibeigenschaften. Dies hat dann eine positive Auswirkung auf die Verarbeitbarkeit der Bauteile, vor allem bei automatisierten Montageeinrichtungen, aber auch auf komplette Medizinprodukte, bei denen eine Gleitbewegung gewünscht ist, wie endoskopische Katheter oder Komponenten in Herzschrittmachern.

Mit Plasma die Oberflächenspannung von Bauteilen beeinflussen

Behandlungen mit Plasma haben direkten Einfluss auf die Oberflächenspannung eines Bauteils und ermöglichen damit Kontrolle und Anpassung hydrophiler Eigenschaften. Durch Plasmaprozesse können einer Komponente gleich mehrere zusätzliche Funktionalitäten mitgegeben werden. Beispielsweise kann eine bioaktive Schicht mit guter Anhaftung erzeugt werden. Plasmabeschichtungen, -aktivierungen oder -ätzungen sind dabei unbedenklich für die Umwelt. Kleine und kleinste Teile können im Schüttgutverfahren in Vakuum behandelt werden, während sich Atmosphärendruckplasma-Verfahren gut in existierende Fertigungsprozessketten integrieren lassen.

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Warum werden Beschichtungen und Behandlungen von Silikonkomponenten benötigt? Zuallererst wird ihre Verarbeitbarkeit und Montage vereinfacht, weil die Bauteile nicht mehr aneinander haften. Dabei geben Verwendung oder Design des Produktes die Wahl des Modifikationsprozesses vor. Die medizinische Anwendung und technische Anforderungen haben Einfluss auf die Auswahl des Prozesses und die chemische Formulierung der Beschichtung und bestimmen letztlich die optimale Modifikationstechnik, um die Reibeigenschaften des Bauteils neu zu programmieren.

Die Parylene-Beschichtung als Barriere gegen Feuchtigkeit

Eine weit verbreitete und für medizinische Anwendungen zugelassene Oberflächenmodifikation ist die Parylene-Beschichtung. Sie ist hydrophob, inert, transparent, biokompatibel, biostabil und bietet einen hervorragenden Barriere-Effekt gegen Feuchtigkeit, Chemikalien und Gase. Dabei wird zwischen vier verschiedenen Typen von Parylene-Beschichtungen unterschieden. Parylene N (polypara-xylene) bietet gute Spaltgängigkeit und einen niedrigen Reibungskoeffizient.

Parylene C hat eine hohe chemische Resistenz und ermöglicht eine Barriere-Funktion gegen Gase und Feuchtigkeit. Parlyene D bietet sich bei Anwendungstemperaturen um 100°C an. Fluoriertes Parylene HT wird bei noch höheren Temperaturen (bis 350°C) verwendet und bietet besonders gute Spaltgängigkeit, UV-Resistenz und den niedrigsten Reibungskoeffizienten.

Gleit- und hydrophile Beschichtungen verringern Reibungseffekte

Gleitbeschichtungen auf medizintechnischen Komponenten verringern Reibungseffekte, verbessern wasserabweisende Eigenschaften und vereinfachen das Einführen von zum Beispiel Katheterkomponenten. Auch werden Leistungsfähigkeit, Präzision und Langlebigkeit von Komponenten und kompletten Medizinprodukten erhöht. Freudenberg Medical hat sich auf den steigenden Bedarf an Hochleistungsgleitbeschichtungen eingestellt und bietet als Entwicklungspartner für innovative Medizinprodukte Expertise bei individuellem Beschichtungsdesign, Oberflächenaktivierung, chemischer Formulierung sowie eine Plattform für Prozessentwicklung.

Ziel ist es dabei, Standardlösungen in Bezug auf Leistungsfähigkeit zu übertreffen und anwendungsspezifische Entwicklungs- und Applikationsprozesse anzubieten. Durch jahrzehntelange Erfahrung und integrierte Prozesse werden Ergebnisse schon nach kurzen Entwicklungszeiten erreicht.

Mikrostrukturen anstatt glatter Oberflächen

Als Alternative lässt sich auch ein Bauteil selbst verändern, indem man einer normalerweise glatten Oberfläche eine Mikrostruktur gibt. Diese Technik kann funktionalen Komponenten einen mit dem Lotuseffekt vergleichbaren Charakter verleihen. (Der Lotuseffekt zeichnet sich durch selbstreinigende bzw. Schmutz abweisende Eigenschaften aus.) Schmutzpartikel werden dabei von Wassertropfen aufgenommen, die aufgrund der Mikro- und Nanostruktur der Oberfläche eines Bauteils von diesem abperlen anstatt anzuhaften oder zu zerlaufen.

Von besonderer Bedeutung ist dies bei Silikonbauteilen, die das Anhaften von Partikeln allgemein begünstigen. Hier kann man durch eine Mikrostruktur in der Oberfläche Hydrophobierung erzeugen und das Anhaften von Partikeln hemmen. Auch kann der Reibungswiderstand von Silikonkomponenten durch Mikrostrukturierung der Oberfläche um bis zu 60 Prozent verringert werden.

Beschichtungen mit kontrollierter Wirkstofffreisetzung

Als die Königsdisziplin der Beschichtungen dürfen sicher wirkstofffreisetzende Techniken, wie sie bei Kombinationsprodukten Anwendung finden, angesehen werden. In der klinischen Praxis und in wissenschaftlichen Studien haben Wirkstoffbeschichtungen bewiesen, dass sie die Funktionalität und Sicherheit von Implantaten verbessern. „Wir verfügen über langjährige Erfahrung in der Anpassung unserer patentierten Beschichtungsplattformen mit einer Reihe von Wirkstoffen an verschiedene Implantatdesigns für zum Beispiel medikamentenfreisetzende Stents (DES) und medikamentenbeschichtete Ballons (DCB).“ sagt Dr. Ingolf Schult, Business Development Manager bei dem zur Freudenberg Medical Gruppe gehörenden Beschichtungsspezialisten Hemoteq, „Wir haben Pionierarbeit bei Wirkstoffbeschichtungen für Ballonkatheter geleistet, indem wir die Technologie des DCB verbessert haben. Der medikamentenbeschichtete Ballon gewinnt auf dem Markt immer mehr an Bedeutung und eröffnet neue Möglichkeiten für vaskuläre Eingriffe. Wir präsentieren derzeit eine neue Generation von Ballonbeschichtungen, die auf die spezifischen Eigenschaften des Medikaments Paclitaxel zugeschnitten sind.“

Nass-chemische Verfahren können kostenintensiv werden

Nass-chemische Beschichtungsverfahren sind zum Beispiel Sprüh- oder Tauchbeschichtungen. Eine Bedruckung oder Barcodierung mittels Tinte könnte auch in die Gruppe der nass-chemischen Verfahren gezählt werden. Sprühverfahren sind dabei die verbreitetsten Alternativen, gleichzeitig aber auch die kostenintensivsten.

Buchtipp „Kunststoffe auswählen“ Das Fachbuch „Kunststoffe auswählen" von Richter et al. bietet eine praktische Anleitung zur Gesamtbetrachtung der Materialauswahl für die industrielle Produktion. Die Inhalte zeigen einfach und verständlich die Abläufe bei der Materialauswahl auf – unterstützt durch Checklisten und Prozess-Skizzen. Das Fachbuch „Kunststoffe auswählen“ kann hier versandkostenfrei oder als eBook bestellt werden.

Für das Besprühen eines Schlauches zum Beispiel benötigt man mindestens zwei bis vier Düsen, um eine komplette Abdeckung zu erreichen. Diese Technik führt aber auch zu relativ viel Sprühverlust bei gleichzeitiger Verbreitung der aufgetragenen Substanz in der Reinraumumgebung, wodurch wiederum regulierende Maßnahmen notwendig werden. Deshalb muss man für einen gewünschten Effekt sorgsam die beste Beschichtungs- oder Behandlungstechnik auswählen.

Eine universelle Antwort oder ein Geheimrezept gibt es nicht

„Häufig benötigen Kunden spezifische Materialeigenschaften für ihre Medizinprodukte. Das Rohmaterial lässt sich aber aufgrund regulatorischer Bestimmungen oft nur mit großem Aufwand chemisch verändern“, sagt Dr. Kai Opdenwinkel, Geschäftsführer von Freudenberg Medical Europe in Kaiserslautern. „Daher bieten uns individualisierte Oberflächenbeschichtungen und -behandlungen die Möglichkeit, maßgeschneiderte Lösungen für unsere Kunden bereitzuhalten.“

Dennoch – eine universelle Antwort oder gar ein Geheimrezept gibt es nicht. Die Medizintechnik entwickelt sich stetig weiter, um neuen Therapien und Behandlungstechniken mit immer komplexeren Medizinprodukten gerecht zu werden. Oberflächentechnik ist eine der zahlreichen Disziplinen, in denen Freudenberg Medical sein Lösungsangebot breit aufgestellt hat, um den Innovationen seiner Kunden in diesem Markt schnell und effizient zu helfen.

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