PVD-Beschichtungen im medizinischen Bereich

PVD-Beschichtungen finden industrielle Anwendung in den Bereichen, in denen es erforderlich ist, dass die Materialien mechanische Festigkeit und Chemikalienbeständigkeit besitzen: Bei der Herstellung von chirurgischen Instrumenten und Prothesen im medizinischen Bereich kommen seit Jahren PVD-Beschichtungen zum Einsatz, um den behandelten Teilen biokompatible und bakteriostatische Eigenschaften zu verleihen.

In diesem Artikel geht es um:

• Medizinische PVD-Beschichtungen: Anforderungen
• Biomaterialien mit PVD-Beschichtung
• Vorteile der PVD-Beschichtung bei der Herstellung von chirurgischen Instrumenten

Medizinische PVD-Beschichtungen: Anforderungen

Die wichtigste Anforderung an die Beschichtung eines Produkts, das für den medizinischen Bereich bestimmt ist, ist die Biokompatibilität, eine Eigenschaft, die von der Norm UNI EN ISO  10993 definiert ist, in der die allgemeinen Grundsätze für die Bewertung der biologischen Sicherheit von Medizinprodukten festlegt sind.

Die Biokompatibilität von Metallen hängt auch von der Korrosionsbeständigkeit in biologischer Umgebung ab: Biologische Flüssigkeiten haben in der Tat eine hohe Korrosionskraft gegenüber Metallen.

Während der Korrosion werden Metallionen freigesetzt mit zwei möglichen Folgen.

• Funktionsverlust des Prothesenimplantats durch die Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften;
• Kontamination sowohl des umgebenden Gewebes als auch des gesamten Organismus, mit häufig toxischen Metallionen, mit schwerwiegenden Gesundheitsschäden des Patienten.

Aus diesem Grund sind PVD-Beschichtungen bei Medizinprodukten, die mit dem menschlichen Organismus in Kontakt kommen, unerlässlich. Es handelt sich um Beschichtungen für Instrumente im chirurgischen, orthopädischen, zahnärztlichen, kieferorthopädischen und anästhetischen Bereich wie Skalpelle, Schneidmesser und Anästhesiekanülen mit besonderen Eigenschaften in Bezug auf Ultraschallsichtbarkeit, Gleitfähigkeit, Biokompatibilität und elektrische Isolierung, Werkzeuge für die Kieferorthopädie sowie zahnärztliche Fräsen, Klemmen und Reibahle.

Neben der Biokompatibilität sind die am meisten gefragten Eigenschaften der Beschichtungen von chirurgischen Instrumenten:

• Bakteriostatik
• Verschleißfestigkeit
• Schnittfestigkeit
• Farbsortiment (Farben werden häufig im Operationssaal zur Unterscheidung von Instrumenten unterschiedlicher Größe verwendet)

Viele von der FDA (USA) zugelassene Komponenten verwenden TiN (Titannitrid) wegen seiner Biokompatibilität und Ungiftigkeit.

Dank seiner chemischen Stabilität wirkt Titannitrid als Barriereschicht gegen das darunter liegende Material, wodurch die Wechselwirkung der biologischen Flüssigkeiten mit den Grundmetallen der Prothesenimplantate verringert und somit das Risiko einer Abstoßung reduziert wird. Die Titannitrid-Beschichtung wird verwendet, um die Leistungen chirurgischer Instrumente sowie zahnärztlicher und medizinischer Implantate zu erhöhen, da sie eine inerte Oberflächenbarriere bildet, die die Materialien vor Korrosion schützt und ihre Verschleißfestigkeit unter verlängerter Aufrechterhaltung der Schnittschärfe verbessert. Der durch die Beschichtung reduzierte Reibungskoeffizient verhindert das Anhaften der Gewebe an den Instrumenten.

Die Chromnitrid (CrN)-Beschichtung wird bei orthopädischen und zahnärztlichen medizinischen Instrumenten und Implantaten verwendet, um eine Schutzbarriere gegen Korrosion zu bilden, die Verschleißfestigkeit zu verbessern und dieselben Eigenschaften auch nach wiederholten Sterilisationszyklen im Autoklav aufrechtzuerhalten.

Die Hauptanwendungen von PVD-Beschichtungen im medizinischen Bereich betreffen die Behandlung von Komponenten für Knochenprothesen, Zahnimplantate, chirurgische Instrumente, Geräte für die Zahntechnik, Komponenten für endoskopische Sonden und Koronarstents. Insbesondere bei Gelenkendoprothesen ist es wichtig, dass Materialien mit hervorragender Verschleißfestigkeit, niedrigem Reibungskoeffizienten und hoher Ermüdungsfestigkeit verwendet werden.

Biomaterialien mit PVD-Beschichtung

Im Allgemeinen wird ein Material als biostabil bezeichnet, wenn es durch biologische Flüssigkeiten nicht verändert wird. Dagegen wird es als biologisch abbaubar bezeichnet, wenn es sich chemisch umwandelt und dabei seine Eigenschaften verändert. Eine Eigenschaft der Biomaterialien ist ihre Biostabilität.

Unter Biostabilität wird eine sowohl im Hinblick auf den Organismus als unter pharmakologischem Aspekt inerte Substanz verstanden, die in ein lebendes System implantiert werden soll (Definition von Biomaterial auf dem 6. Annual International Biomaterial Symposium, 1974)

Biomaterial ist jegliche natürliche oder synthetische Substanz oder Kombination von Substanzen, die nicht der Kategorie Arzneimittel zugehören und für eine unbestimmte Zeit teilweise oder vollständig Gewebe, Organe oder Funktionen des menschlichen Körpers behandeln, ersetzen oder erweitern.

(Definition von Biomaterial - Consensus Conference on the Clinical Application of Biomaterials, National Health Institute, Bethesda, USA, 1984)

Biomaterial ist eine nichtlebende Substanz, die bei der Herstellung eines Medizinprodukts verwendet wird, das an einer Stelle eine Schnittstelle zu einem lebenden Gewebe aufweist (Definition von Biomaterial - Europäische Gesellschaft für Biomaterialien, Chester, UK, 1986)

Zusammenfassend ist Biomaterial ein Material, das für eine Schnittstelle mit biologischen Systemen vorgesehen ist, um Gewebe, Organe oder jegliche Funktion des Körpers zu messen, behandeln, verbessern oder zu ersetzen: Diese Definition identifiziert Biomaterialien in Zusammenhang mit ihrem Bestimmungszweck und nicht mit ihren Eigenschaften. Polyethylen ist zum Beispiel kein Biomaterial, wenn es bei der Herstellung eines Behälters für Lebensmittel verwendet wird, bildet es hingegen die Hüftgelenkpfanne einer Hüftprothese, ist es Biomaterial.

FORDERN SIE EIN KOSTENLOSES ANGEBOT AN

Vorteile der PVD-Beschichtung bei der Herstellung von chirurgischen Instrumenten

Medizinprodukte mit PVD-Beschichtung weisen bessere Funktionseigenschaften auf. Sie machen die Instrumente im Operationssaal leichter erkennbar und bieten ästhetische und funktionelle Vorteile.

PVD-Beschichtungen sind biokompatibel, sehr hart und inert und reagieren nicht mit Knochen, Geweben oder Körperflüssigkeiten. Dies macht sie besonders für den Einsatz bei medizinischen Geräten, Komponenten und chirurgischen Instrumenten geeignet.

Zu den Hauptvorteilen der PVD-Beschichtungen bei medizinischen Geräten gehören:

• Schnittschutz: Chirurgische Instrumente bleiben auch nach intensivem Gebrauch und wiederholten Sterilisationen im Autoklav scharf
• Korrosionsreduzierung: Mit PVD-Beschichtung geschützte Metallteile werden nicht direkt der Einwirkung von Körperflüssigkeiten ausgesetzt
• Funktionsästhetik: Es sind verschiedene Farben möglich, um die Auswahl der Instrumente bei Operationen im Operationssaal zu erleichtern.
• Bewährte Verschleißfestigkeit
• Haftet nicht an Körpergewebe
• Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion

Die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) ist ein Vakuumbeschichtungsverfahren, das allgemein verwendet wird, um die Leistungen von Schneidwerkzeugen in der verarbeitenden Industrie zu verbessern. Diese Behandlung verlängert die Lebensdauer der Instrumente um das Zehnfache im Vergleich zu einem unbeschichteten Instrument und verbessert ihre Eigenschaften in Bezug auf Härte, Selbstschmierung und Verschleißfestigkeit. PVD-Beschichtungen werden zunehmend von den Herstellern von Medizinprodukten verwendet, um die Leistungen ihrer Produkte zu verbessern. Hierbei nutzen sie die ästhetischen Möglichkeiten und das Farbsortiment, um die Produkte von ähnlichen Modellen abzuheben.

Wie für die Fertigungsindustrie von Werkzeugen, Bohrern, Fräsen und Reibahlen bietet die PVD-Beschichtung im Bereich medizinischer Geräte einen besseren Schnittschutz, sodass die chirurgischen Instrumente mit Beschichtung scharf bleiben und die maximale Präzision der Verwendung während der gesamten Lebensdauer des Instruments sichern.

PVD ist umweltfreundlich

Das gesamte PVD-Verfahren ist für die Umwelt nicht schädlich: In keiner Phase der Bearbeitung werden Schadstoffe oder giftige Rückstände erzeugt, die unseren Planeten vergiften können. Das PVD-Verfahren ist sicher, sauber, umweltverträglich und ungiftig, auch deshalb wird es für die Beschichtung von medizinischen Instrumenten wie Skalpellen und Sägen für orthopädische Zwecke verwendet, bei denen Schärfe und Haltbarkeit eine große Rollen spielen, in der Implantologie und bei der Behandlung von Materialien für Knochenprothesen, insbesondere Hüftprothesen, sowie für Küchenutensilien wie Besteck, Schüsseln und Einrichtungsgegenstände, die für den längeren Kontakt mit Menschen vorgesehen sind.

FORDERN SIE EIN KOSTENLOSES ANGEBOT AN