Bericht über den Expert Table Oberflächentechnologien bei Medical Mountains
Das MedicalMountains Clustermanagement bietet ein Netzwerk, das über die Grenzen der Clusterstruktur der Region Tuttlingen/Neckar-Alb hinausgeht und die internationale Wettbewerbsfähigkeit heimischer Unternehmen aus dem Bereich der Medizintechnik stärkt. MedicalMountains ist eine gemeinsame Gesellschaft der IHK Schwarzwald-Baar-Heuberg, der BIOPRO Baden-Württemberg GmbH und des Landkreises Tuttlingen. Die Gesellschaft ist Preisträger im Clusterwettbewerb des Ministeriums für Finanzen und Wirtschaft Baden-Württemberg und wird durch den Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) sowie das Ministerium für Finanzen und Wirtschaft Baden Württemberg gefördert.
Trends zu erkennen und Innovationen umzusetzen ist im Bereich der Medizintechnik ausschlaggebend für die Wettbewerbsfähigkeit. Deshalb greifen Expert Tables von MedicalMountains Themen auf, die für die Entwicklungen der Branche zukunftsweisend sein können. In den geschlossenen Arbeitskreisen können Forscher, Unternehmer und Entwickler gemeinsam Fragen definieren, Schwerpunkte setzen und Lösungen erarbeiten. Einer dieser Arbeitskreise befasst sich mit Oberflächentechnologien in der Medizintechnik und wird von Prof. Dr. Volker Bucher, der eine Professur an der Hochschule Furtwangen innehat, geleitet.
Am 19. Februar fand in den Räumen der IHK Villingen-Schwenningen ein Diskussions- und Vortragsabend mit zwei Fachvorträgen statt. Die Clustermanagerin Yvonne Glienke der MedicalMountains AG informierte in einer Einführung über MedicalMountains mit den Zielen und wichtigsten Aktivitäten, wie Arbeitsgruppen, Tagungen und Ausstellungen.
Korrosionseigenschaften von Edelstahl
Im ersten Vortrag stellte Dr. Dagmar Martin vom NMI, Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen in Reutlingen, das Institut vor. Das NMI befasst sich vorrangig mit der Übertragung von neuen Technologien aus dem medizintechnischen Bereich von der Universität in die Praxis. Das Institut ist unter anderem Mitglied der Innovationsallianz Baden-Württemberg, die sich mit der Weiterentwicklung von Unternehmen durch die zwölf Mitgliedseinrichtungen und Institute beschäftigt. Zu den Arbeitsgebieten des NMI zählen beispielswiese die Materialentwicklung und -prüfung, die technische Physik der Klebetechnik, die Analytik in der Medizin und die bioorganische Chemie. Wie Dr. Martin erläuterte, wird die Korrosionsbeständigkeit von medizinischen Geräten durch eine Laserbeschriftung gegenüber der unbearbeiteten Oberfläche verändert. Durch den Beschriftungsvorgang wird die Oberfläche mit ihrer Passivschicht geschädigt und durch die Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit die Anfälligkeit des Grundwerkstoffs geändert.
Die Korrosionsuntersuchungen wurden mit Projektpartnern am NMI durchgeführt. Hierzu wurden ein niedrig- und ein hochlegierter Edelstahl in zwei Zustandsformen – elektropoliert und matt – herangezogen. Im Ablauf wurden die Proben nach dem Beschriften wieder passiviert und nach einer bestimmten Anzahl an Aufbereitungen (Belastungen in Reinigungsmedium) charakterisiert. Hierbei wird gefordert, dass die Passivierung funktionsfähig und die Beschriftung lesbar ist. Die Beschriftung selbst wurde mit unterschiedlichen Laserparametern vorgenommen. Als Vergleichsmerkmal diente beispielsweise die Helligkeit, aus welcher der Kontrast errechnet wird. Mit dieser Methode kann die menschliche Wahrnehmungsfähigkeit in einen physikalisch neutralen Messwert übertragen werden. Die Ergebnisse zeigten eine Abhängigkeit der Korrosionsbeständigkeit bevorzugt von der Beschaffenheit der Oberfläche (Rauheit) und der Güte der Passivierungsschicht. Die Korrosionsbeständigkeit wurde im vorliegenden Fall durch XPS und REM/FIB bewertet. Mit Hilfe von XPS lassen sich die Oxidationsstufen von Chrom ermitteln und daraus die Passivität abschätzen. Mit den Methoden kann beispielsweise die Zusammensetzung der Oberfläche sowie die Struktur der Oberfläche bestimmt werden.
Die Aufbereitung erfolgte mit einer Dekontamination und Dampfsterilisation. Tendenziell zeigten die Untersuchungen, dass die Aufbereitung bei allen Verfahren die Lesbarkeit (ausgedrückt als Kontrast) verändert. Bei der Beschriftung durch Gravur ist die Abnahme der Lesbarkeit beispielsweise geringer als bei den anderen untersuchten Techniken. Unerwartet war die Veränderung der Korrosionsbeständigkeit durch die Gravur. So gab es teilweise sogar Verbesserungen der Korrosionsbeständigkeit durch die Lasergravur. Bei der Beurteilung des Passivierungsverhaltens zeigt es sich, dass wiederholtes Passivieren das Passivierungsverhalten von Edelstählen verschlechtert.
In einem weiteren Projekt wurde das Umfeld des Gravurbereichs in den Mittelpunkt der Untersuchungen gestellt, um zu prüfen, ob das Verbessern der Korrosionsbeständigkeit im Gravurbereich bei dem Umgebungsbereich zu Verschlechterungen führt. Entsprechende Untersuchungen laufen derzeit, wobei neben dem Werkstoff und den Bearbeitungsverfahren auch Reinigungsmittel und -verfahren (z. B. Laserreinigung) in den Untersuchungsbereich eingeschlossen werden.
Galvanotechnik für die Medizintechnik
Der zweite Beitrag von Katja Romankiewicz vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart gab einen Einblick in die Arbeiten des Fraunhofer-IPA aus dem Bereich der Galvanotechnik für die Medizintechnik. Seit einer kürzlich durchgeführten Neuorganisation verfügt das IPA über ein Arbeitsgebiet der Medizin- und Biotechnik, das unter anderem mit den Unikliniken Mannheim und Heidelberg zusammenarbeitet. Die Abteilung Galvanotechnik befasst sich vorrangig mit der Entwicklung von Schichten und Verfahren sowie von Anlagen. Darüber hinaus werden Schadensfälle analysiert und Beratungen durchgeführt.
Ein Projekt im Bereich Medizintechnik war unter anderem das Hartanodisieren von Titan für Knochenimplantate, wobei sowohl die Korrosionsbeständigkeit als auch die Eigenschaft des Einsetzens und Entnehmens von Implantaten untersucht wurde. In neuartigen Schichtsystemen wird zum Beispiel die Anwendung von Fullerenen in Verbindung mit galvanisch abgeschiedenem Chrom in der Art einer Dispersionsschicht getestet. Dabei hat es sich gezeigt, dass Elektrolyte auf Basis von Chrom(III) geeignet sind, Partikel in die Chromschicht einzubetten.
Ein weiteres Arbeitsfeld ist die Tribokorrosion, die beispielsweise für Gelenkprothesen, aber auch bei Geräten für den medizinischen Bereich von Interesse ist. Wichtig für solche Untersuchungen ist die Wahl des richtigen Tribosystems, da nur diese Aussagen über die Beständigkeit von Bauteilen im praktischen Einsatz zulassen. Bei der Tribokorrosion wird durch tribologisch entstehende Trümmerteile häufig eine zusätzliche Schädigung der vorhandenen Oberflächenbereiche bewirkt und somit auch die Korrosion verstärkt. Teilweise führen die Bruchstücke aber auch zur Schmierung des Kontaktbereichs. In diesem Fall kann der Korrosionsangriff auch vermindert werden.
Am Fraunhofer-IPA wurden entsprechende Versuchsaufbauten zur Untersuchung von Werkstoffen mit unterschiedlichen Belastungskräften und unterschiedlichen Korrosionsmedien entwickelt. Die Veränderung des Korrosionsverhaltens wird beispielsweise mit Stromdichte-Potential-Kurven sowie mit REM bestimmt. Ein weiteres Projekt am IPA befasste sich mit der Eignung von DLC-Schichten auf chirurgischen Instrumenten oder medizinischen Geräten wie Kathedern. Hier machte sich eine Nachbehandlung der DLC-Schicht, beispielsweise durch Polieren oder Bürsten, sowohl beim Korrosionsverhalten als auch beim Reibverhalten, deutlich bemerkbar.
Im Anschluss an die Vorträge erhielten die Teilnehmer des Arbeitskreises die Möglichkeit, die Produktion der GWC – Global Wire Coating GmbH zu besichtigen. Das Unternehmen befasst sich unter anderem mit der Verchromung von supraleitenden Drähten für Hochleistungsmagnete und der Entwicklung von neuen Beschichtungstechniken, beispielsweise für medizintechnische Produkte.
MedicalMountains AG
Max-Planck-Straße 17, D-78532 Tuttlingen
