Mehr Leistung und Einsatzdauer PVD-Beschichtungen für medizinische Instrumente

Autor / Redakteur: Florian Schmitt, Oerlikon Balzers / Anne Richter

PVD-Beschichtungen überzeugen mit einer einzigartigen Kombination aus extrem harter Oberfläche, niedrigem Reibungskoeffizienten und Korrosions- schutz. Verschiedene PVD-Beschichtungen kommen deshalb bei der Herstellung medizintechnischer Instrumente zum Einsatz.

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Mit Balimed DLC beschichtete Instrumente zum reponieren von Knochen sind verschleissbeständig und blendfrei.
Mit Balimed DLC beschichtete Instrumente zum reponieren von Knochen sind verschleissbeständig und blendfrei.
(Bild: © Peter Fuchs Photographer)

Im Zuge des rasanten Wachstums der Industrie für Medizintechnik müssen sich die Hersteller einer Vielzahl von Herausforderungen stellen, um sich in diesem hart umkämpften Markt von der Konkurrenz absetzen zu können. Vor diesem Hintergrund ist ein signifikanter Trend zu funktionalen Beschichtungen zu beobachten, die auf verschiedensten Materialien wie bspw. Edelstahl, Titan und Substratträgern wie Implantate, verschiedene Instrumente und Anwendungen im Dentalbereich, aufgebracht werden.

Ursprünglich ging es beim Beschichten nur darum, dass die Instrumente schöner anzusehen und während der Operation leichter zu unterscheiden waren. Titannitrid mit seiner gut erkennbaren Goldfarbe wurde dabei schnell zur ersten Wahl. Doch mittlerweile geht das Bestreben der OEM über den rein ästhetischen Aspekt hinaus und Titannitrid und andere innovative PVD-Beschichtungen werden zunehmend verwendet, um die Verschleissfestigkeit zu verbessern, die Adhäsion an Gleitkomponenten zu reduzieren, die Gleitfähigkeit zu erhöhen und sogar scharfe Kanten an Schneidinstrumenten widerstandsfähiger zu machen.

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Dieselben Beschichtungen bieten aber auch andere wichtige funktionale Vorteile, wie z. B. entspiegelte Oberflächen im gut ausgeleuchteten Operationssaal, antimikrobielle Eigenschaften und Antifouling im Zusammenhang mit Blut und Gewebe. In manchen Fällen können die Geräte sogar mehrmals eingesetzt werden bzw. sind autoklavierbar, wie z. B. laparoskopische Instrumente.

Beschichtungen für medizinische Instrumente

Eine Möglichkeit der Hersteller, den funktionalen Wert von medizinischen Instrumenten zu steigern, besteht im Einsatz von Polytetrafluoräthylen (PTFE) in für medizinische Zwecke geeigneter Form. Obwohl diese Beschichtungsart für ihren niedrigen Reibungskoeffizienten bekannt ist, wird sie für Anwendungen mit hoher Belastung nicht empfohlen, da sie relativ weich ist und sich bei hohen Belastungen abnutzt oder eine starke Tendenz zu Mikrobrüchen aufweist. Eine weitere Alternative ist das Anodisieren, ein elektrolytischer Prozess, bei dem durch Umwandlung der obersten Metallschicht ein Oxid bzw. Hydroxid gebildet wird. Ein wesentlicher Nachteil ist, dass ausschliesslich Titan und Titanlegierungen anodisierbar sind und dass die Abriebbeständigkeit gering ist. Die Zahl der Medizinprodukte, für die diese Art der Beschichtung in Frage kommt, ist daher begrenzt. Andere Beschichtungslösungen wie Schwarzverchromung und Vergoldung werden auch als Farbkodierung verwendet. Schwarzchrom enthält jedoch den kritischen Stoff Chrom(VI) und könnte in dieser Form vom Markt mittelfristig verschwinden und die Abriebfestigkeit der Vergoldung ist sehr gering.

PVD-Beschichtungen: harte Oberfläche, Korrosionsschutz und niedriger Reibungskoeffizient

Um diese Herausforderungen zu meistern, setzen die Hersteller von Medizinprodukten zunehmend auf die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), ein Verfahren, das eine ganze Reihe von Verfahren zum Auftragen von Beschichtungen unter Vakuum beschreibt, mit denen extrem harte, dünne Schichten auf Edelstahl, Titan, Keramik und anderen modernen Materialien erzeugt werden können. Diese Beschichtungen erreichen eine einzigartige Kombination aus extrem harter Oberfläche, niedrigem Reibungskoeffizienten und Korrosionsschutz. Darüber hinaus sind sie sehr dünn, in der Regel gerade einmal 1–4 μm. Diese Eigenschaft in Verbindung mit engen Toleranzen bedeutet, dass die Komponenten nach dem Beschichten und ohne weitere Bearbeitung in Bezug auf Form, Passung und Abmessungen extrem stabil sind.

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