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Die
Erfindung betrifft einen Schallapplikator, der durch die Verwendung
geeigneter piezoelektrischer Elemente mit ausreichender Schalldruckleistung
der Kontur einer Oberfläche
eines Objektes angepaßt
ist und/oder mechanisch flexibel, biegsam, elastisch formbar angepaßt werden
kann.
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Die
Verwendung eines mechanisch flexiblen, formbaren und/oder biegsamen
Schallapplikators hat bei der Anpassung der schallabgebenden Oberfläche eines
Schallapplikators an die Kontur (der äußeren Form) eines zu behandelnden
Objektes (wobei ein Objekt beispielsweise ein biologisches System,
z. B. Bein oder ein technisches Objekt sein kann) gegenüber der
Verwendung eines Schallapplikators mit planer, mechanisch nicht
flexibler, nicht formbare und/oder biegsamer schallabgebender Oberfläche erhebliche
Vorteile.
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Bei
besonders biegsamen, mechanisch flexiblen piezoelektrischen Elementen,
wie zum Beispiel der piezoelektrischen Polymerfolien und der piezoelektrischen
PVDF-Folien besteht ein erheblicher Nachteil derart, dass ein Schallapplikator,
der eine piezoelektrische Polymerfolie/PVDF-Folie als piezoelektrisches
Element verwendet (besonders dann, wenn mit Ultraschall im unteren
Frequenzbereich von etwa 20 kHz bis 100 kHz [Niederfrequenz-Ultraschall]
betrieben) entweder leistungsschwach ist, zum Beispiel keine Kavitation
erzeugen kann, oder durch konstruktive Maßnahmen nicht mechanisch flexibel
ist oder beides, leistungsschwach und mechanisch nicht flexibel
ist.
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Ein
mechanisch nicht flexibler Schallapplikator (mechanisch fest, nicht
elastisch formbar, einer Oberfläche
nicht individuell anzupassen) beruht meist auf einer herkömmlichen
Technik [z. B. einer magnetostriktiven Technik, eine Piezokeramik,
Piezokristall, Composit, usw.] und hat den Vorteil einer hohen Schalldruckleistung.
Ein mechanisch nicht flexibler Schallapplikator kann geformt sein.
Ein Arraysystem dagegen kann trotz Verwendung von mechanisch nicht
flexiblen piezoelektrischen Elementen (z. B. Piezokeramiken usw.)
mechanisch flexibel sein. Ein mechanisch flexibler Schallapplikator
(biegsam, plastisch, elastisch formbar/verformbar, biegsam, kann
einer Oberfläche
individuell angepaßt
werden, zum Beispiel folienartig) kann beispielsweise ein Arraysystem
sein, bei dem z. B. mindestens zwei piezoelektrische Elemente flexibel
formbar miteinander verbunden sind. Piezoelektrische Elements sind
zum Beispiel piezoelektrische Kristalle, Keramiken, Composits, Polymere,
poröse
piezoelektrische Polymere usw.
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Piezoelektrische
Biegeschwinger, z. B. piezoelektrische Polymerfolien, darunter auch PVDF-Folien,
sind ebenfalls formbar und können
einer Kontur sehr gut angepaßt
werden. Diese Polymerfolien haben einen gewichtigen Nachteil, ihre Leistung
(Schalldruck, Schallamplitude, Schwingungsamplitude, Intensität) senkrecht
(transversal, z-Mode) zur Folienebene ist meist gering, z. B. um eine
Kavitation erzeugen zu können.
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Beim
Anlegen einer Spannung an den Enden einer piezoelektrischen Polymerfolie
schwingt diese durch Kontraktion und Expansion Iongitudinal/lateral in
der Ebene der Folie, nicht aber in transversaler (senkrecht zur
Folienebene) Richtung. Eine transversale Schwingung kann erzwungen
werden, indem die Enden der Folie mechanisch fest verankert werden, so
dass die Iongitudinale/laterale Schwingung in eine transversale
Schwingung überführt wird.
Darauf beruht ein üblicher
Schallapplikator, der eine piezoelektrische Polymerfolie als piezoelektrisches
Element verwendet. Ein derartiger Schallapplikator ist trotz Verwendung
einer mechanisch flexiblen Polymerfolie durch seine Bauart bedingt
meistens mechanisch nicht flexibel und zudem nicht ausreichend leistungsfähig.
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Zudem
ist auch bei einer derartigen Lösung die
transversale Schalldruckleistung für die meisten Anwendungen zu
gering und nicht ausreichend, zum Beispiel bei der Verwendung eines
derartigen Schallapplikators zur Kavitationsbehandlung oder allgemein,
wenn eine höhere
Leistung erforderlich ist. Dies gilt ganz besonders dann, wenn Ultraschall
im unteren Frequenzbereich von etwa 20 kHz bis zu etwa 100 kHz (Niederfrequenz-Ultraschall)
angewendet wird.
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Die
Lösung
ist einerseits die Verwendung eines geeigneten Kavitationsmediums,
z. B. einem mit Kohlendioxid hoch angereichertem Wasser, weil dadurch
die Anforderung an die Leistungsfähigkeit des Schallapplikators
gesenkt werden kann. Aber das Ziel bleibt trotzdem, die Leistungsfähigkeit
des Schallapplikators durch Verwendung geeigneter piezoelektrischer
Elemente (z. B. Arraysysteme und/oder poröse piezoelektrische Polymere
und/oder Polymerfolien usw.) zu verbessern und/oder eine Leistungsverbesserung
durch konstruktive Maßnahmen
zu erreichen, z. B. durch ein- oder mehrkomponentige, mehrschichtige
Verbundsysteme (Verbundaufbau) wie dies beispielhaft in den Abbildungen
in 1 und 2 dargestellt wird. Dies
wird stellvertretend für
andere geeignete piezoelektrische Elemente, z. B. piezoelektrische
Polymerfolien, am Beispiel der piezoelektrischen PVDF-Folie dargestellt.
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Ein
ein-oder mehrkomponentiger, mehrschichtiger Verbundaufbau besteht,
wenn mindestens eine piezoelektrische Folie, besser Polymerfolie, noch
besser PVDF-Folie oder poröse
piezoelektrische Polymerfolie mit mindestens einer weiteren Schicht
(beliebiger Stoff) in Verbundweise aufgebaut ist, z. B. in 1 und 2. Dieser Stoff kann zum Beispiel eine
weitere piezoelektrische Folie sein, eine Trägerschicht, eine Metallschicht
usw.. Ein derartiger Verbundaufbau hat den Zweck, eine Art akustische Masse
durch den Aufbau zu ermöglichen
um Schwingungen der piezoelektrischen Folie in z-Richtung (transversal
zur Folienebene) zu erreichen.
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1 und 2 sind Beispiele (Detailansicht), wie
durch einen Verbundaufbau die Leistungsfähigkeit des Schallapplikators
erhöht
werden kann.
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In 1 stellt eine Verbundlösung (1a)
mit mindestens 2 PVDF-Folien und einer Bezugselektrode, die zwischen
den beiden PVDF-Folien liegt, dar. Wesentlich sind segmentierte
Elektroden, die an der Außenseite
der Verbundlösung
(1a) positioniert sind und die alternierend angesteuert
werden.
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In 2 stellt eine Verbundlösung (1a)
mit einem strukturierten Trägermaterial/Trägerfolie,
an welchem die PVDF-Folie befestigt (z. B. punktuell befestigt)
ist, dar. In 2 ist auch
die PVDF-Folie strukturiert, dazu werden weitere Lösungsbeispiele genannt.
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Durch
ein derartiges Verbundsystem (Verbundaufbau), wie es am Beispiel
von 1 und 2 dargestellt wird, soll
die transversale Schalldruckleistung verbessert werden, um ein derartiges Verbundsystem
für einen
Schallapplikator zu verwenden, der zum Beispiel wie ein Pflaster
angewendet werden kann und/oder der durch seine Form und/oder seine
mechanische Flexibilität
der Kontur einer Oberfläche
angepaßt
ist oder angepaßt
werden kann. Herkömmliche
Lösungen
sind dafür
wenig geeignet.
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3–3c zeigen
Beispiele von Ausführungsformen
unter Zugrundelegung eines Verbundaufbaus (1a) des Folienschallapplikators
von 2.
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4 ist die Anpassung eines
Schallapplikators (1) an die Kontur der Oberfläche eines
Objekts (z. B. Arm).
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5 beschreibt den Schallapplikator
aus 3b mit zusätzlicher
Versorgungseinrichtung (14/14a), die an der Oberfläche der
Trägerfolie
(5) angebracht ist. Die Versorgungseinrichtung ist in der Abbildung
die Stromversorgung/Energiequelle (14) und der Schallgenerator
und/oder die elektronische Steuerung. Beide Einrichtungen in folienartiger
Ausbildung.
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6 und 6a stellt den Schallapplikator der 3 dar. Zusätzlich mit
einer Einrichtung zur Aufnahme eines Reservoirs in Form einer Ausbildung
(5b) in der Trägerfolie
(5) zur Einführung
eines Reservoirs (4). In 6 ist
das Reservoir (4) vom Schallapplikator (1) getrennt.
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6a stellt den Schallapplikator
dar, mit eingestecktem Reservoir.
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Im
Idealfall ist ein derartiger Schallapplikator so flexibel wie eine
Folie (Folienschallapplikator) bei ausreichend hohem transversalem
Schalldruck, z. B. um eine Kavitation zu ermöglichen, um eine physiologische
Reaktion auslösen
zu können,
um eine Reaktion (chemisch, biologisch, physikalisch) auslösen zu können, um
therapeutisch wirksam sein zu können
usw..
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Ein
Folienschallapplikator der Beschreibung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Leistung verbessert ist, z. B. um eine Kavitation und/oder
eine physiologische Wirkung zu ermöglichen, dass der Folienschallapplikator
der Kontur der Oberfläche
eines Objekts angepaßt
ist oder formbar angepaßt werden
kann, z. B. in Art eines Pflasters (beispielhaft 3–3b oder 4).
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Nachfolgend
wird ein derartiger Schallapplikator entsprechend den Abbildungen 1 und 2 ein Folienschallapplikator genannt.
Die Beschreibung soll aber auch für einen anderen mechanisch
flexiblen Schallapplikator gültig
sein, sofern dies zutreffend ist. Die weiteren Abbildungen in 3–6a und
die zugehörige
Beschreibung erfolgt am Beispiel des Folienschallapplikators aus 2, soll aber grundsätzlich für einen
mechanisch flexiblen Schallapplikator gelten können.
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Ein
Folienschallapplikator kann mit Hilfe eines schallleitenden Mediums
an eine Oberfläche
(z. B. der Haut) angekoppelt werden, ein schallleitendes Medium/Ankopplungsmedium
ist z. B. eine Flüssigkeit,
ein Kavitationsmedium, ein Gel usw.. Ein Kavitationsmedium ist bevorzugt
eine Flüssigkeit
(z. B. Wasser oder wasserhaltig) in welchem mindestens ein Gas in
Form von Gasblasen und/oder molekular gelöst ist, bevorzugt in hoher
Konzentration bis zu über
1000 mg/Kg, Kohlendioxid ist ein solches Gas, das in hoher Konzentration
molekular gelöst
ist.
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Beispielsdarstellungen
für einen
mehrkomponentigen Verbundaufbau sind zum Beispiel, wenn dieser flexible
Schallapplikator wenigstens zwei miteinander verbundene PVDF-Folien
aufweist. Die Verbindung der mindestens zwei miteinander verbundenen
PVDF-Folien erfolgt durch Kalandern und/oder durch andere beliebige,
dafür geeignete
Mittel und/oder Methoden und/oder Verfahren, die zum Beispiel chemischer
und/oder mechanisch/physikalischer Natur sind und/oder auch unter
Verwendung beliebiger, dafür
geeigneter Materialien und/oder Teile und/oder Stoffe (z. B. Verklebung
usw.).
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Durch
einen Verbundaufbau können
die Eigenschaften und Merkmale einer Folie verändert werden, z. B. kann die
Leistung (transversal zur Folienfläche) verbessert werden, ein
Beispiel dazu sind Bimorph-Folien.
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Eine
Gestaltungsmöglichkeiten
für den
Folienschallapplikator besteht darin, dass wenigstens zwei piezoelektrische
Folien, bevorzugt PVDF-Folien, mit unterschiedlicher Textur miteinander
verbunden sind, die Textur Muster aufweist und dadurch die Schallenergiedichte
beeinflußt
wird und/oder eine Konzentration der Schallenergie erreicht werden kann,
zum Beispiel eine punktförmige
Konzentration, wobei spezielle Moden durch inhomogene Textur erreicht
werden, wobei die wenigstens zwei piezoelektrischen PVDF-Folien
mit ihrer Textur und/oder Texturmustern dem Anwendungszweck angepaßt werden
können
um eine Direktion der Moden entsprechend den geometrischen Gegebenheiten
des Objekts, zum Beispiel des biologischen Systems, zu erreichen,
wobei die wenigstens zwei piezoelektrischen Folien so miteinander
verbunden sind, dass die jeweiligen Texturrichtungen einen Winkel
von 0° bis
180° zueinander
aufweisen, bevorzugt im Winkel von größer 0 Grad, bevorzugt von etwa
90 Grad. Die Kontraktion bzw. Dehnung in Abhängigkeit von der Polarität von der
Textur der PVDF-Folie abhängt, kann
anstelle biphasiger Ansteuerung segmentierter Elektroden auch ein
Kontraktions/Dilatationsmuster durch unterschiedliche Textur erreicht
werden.
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Weitere
Gestaltungsmöglichkeiten
für einen Folienschallapplikator
bestehen durch die Zusammenschaltung und/oder Verbindung von wenigstens zwei
piezoelektrischen Folien, bevorzugt PVDF-Folien, mit alternierender
Ansteuerung in x- und z-Richtung, wobei der Folienschallapplikator
wenigstens zwei miteinander verbundene PVDF-Folien aufweist, und
zwischen den Folien eine Bezugselektrode angeordnet ist, die die
PVDF-Folien elektrisch kontaktiert, wobei die Bezugselektrode auf
Nullpotential geschaltet ist, wobei die piezoelektrische/piezoelektrischen
Folie/Folien, segmentierte Elektroden aufweisen, wobei die piezoelektrische/piezoelektrischen Folie/Folien,
auf den jeweils außen
liegenden Oberflächen
der piezoelektrischen Folie/Folien angeordnet ist/sind, wobei die
segmentierten Elektroden der ersten piezoelektrischen Folie, und
die segmentierten Elektroden der weiteren piezoelektrischen Folie, einander
gegenüberliegend
angeordnet sind und unterschiedlich gepolt sind. PVDF-Folien zeigen
einen linearen elektrostriktiven Effekt, d. h. die Polarität entscheidet
zwischen Kontraktion und Dehnung. Bei alternierender Anordnung segmentierter
Elektroden kann man kontraktierende und dilatierende Bereiche erzeugen
(Muster von Kontraktion und Dehnung). Dies führt zunächst nicht zu starken Transversalmoden.
Werden jedoch zwei Folien mit einer Referenzelektrode nach zusammengeschaltet
und die Segmente auch in der z- Richtung alternierend geschaltet,
werden durch biphasige Ansteuerung von der Resonanzfequenz der Folie
unabhängige
Transversalmoden erzeugt.
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Weitere
Gestaltungsmöglichkeiten
für einen Folien-Schallapplikator
bestehen, wenn der Schallapplikator eine wellenförmig ausgebildete piezoelektrische
Folie, bevorzugt PVDF-Folie, aufweist, wobei die piezoelektrische
Folie in ihren Wellentälern fixiert
ist, so dass diese bei der Kontraktion und Dehnung der piezoelektrischen
Folie als Schwingungsknoten wirken, wobei die Wellentäler der
piezoelektrischen Folie an einem Trägermaterial/Trägerfolie
fixiert sind, das benachbart zur piezoelektrischen Folie, bevorzugt
PVDF-Folie, angeordnet ist. Das Trägermaterial zeigt an ihrer
zur piezoelektrischen Folie orientierten Oberfläche hin eine Struktur mit Erhebungen,
wie eine Wellenstruktur oder eine Noppenstruktur aufweist und die
Wellentäler
der piezoelektrischen Folie an den ihnen gegenüberliegenden Erhebungen der
Struktur fixiert sind. Das Trägermaterial oder
die Trägerfolie
elastisch und/oder mechanisch flexibel und/oder mechanisch nicht
flexibel und/oder unelastisch, und/oder plastisch und/oder elastisch verformbar
ist. In dieser Lösung
ist mindestens eine Trägerfolie
strukturiert, diese Struktur eine Wellenstruktur sein kann, diese
Struktur eine Noppenstruktur sein kann, diese Struktur eine Sägezahnform und/oder
andere Form als genannt sein kann. Die piezoelektrische Folie, besser
PVDF-Folie, wird an den Struktur-Scheitelpunkten der Trägerfolie
mit einer Fixierung mit der Trägerfolie
verbunden. Das Anlegen einer Spannung, die eine Kontraktion der
PVDF-Folie hervorruft, führt
wegen der Fixierung zu einer Straffung mit einer starken z-Komponente
(transversale Bewegung) in der Bewegung. Mindestens eine piezoelektrische
Folie ist mit mindestens einer Trägerfolie oder Trägermaterial
verbunden.
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Abbildungen
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Die
Abbildungen sind schematische Beispielsdarstellungen. Sie geben
keinen Hinweis auf die Dimension, der Größenverhältnisse, der beliebigen Form
usw..
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Eine
Schallapplikatorvorrichtung besteht dem Stand der Technik entsprechend
aus einer Stromversorgung/Stromquelle, einem Schallgenerator, einer
Steuerung, Zuleitungen und Elektroden. Dies wird in den Abbildungen
nicht dargestellt, Ausnahme der Elektroden in 1 und
in 4.
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1, 2 zeigen
beispielhaft Ausführungen
eines Folienschallapplikators (1) in mehrschichtigem Verbundaufbau/Verbundsystem
(1a) zur Leistungssteigerung. Abbildungen sind eine Detailansicht. 1 und 2 sind
Beispielsdarstellungen für
einen mehrschichtigen Verbundaufbau eines Schallapplikators (1)
mit dem Ziel, den transversalen Schalldruck zu verstärken. 1 und 2 werden am
Beispiel einer piezoelektrischen Polymerfolie, bevorzugt einer piezoelektrischen
PVDF-Folie, dargestellt.
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Trägermaterial/Trägerfolie
(5) mit spezieller Formung (5a) [im Beispiel wellenförmig]. Raum
(6) zwischen Oberfläche
(11) und Schallapplikator (1). Der Raum (6)
kann ein Ankopplungs- und/oder schallleitendes Medium enthalten,
z. B. ein Kavitationsmedium, ein Gel und/oder ein anderes schallleitendes
Medium, dieses kann zusätzlich
mindestens einen Wirkstoff, ein Medikament und/oder mindestens einen
anderen Stoff enthalten.
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Befestigungspunkt
(7) der PVDF-Folie (8) an der Trägerfolie
(5), segmentierte Elektroden (9), die alternierend
angesteuert werden können,
Bezugselektrode (10). Schaltungen/elektrische Leitungen
zu den Elektroden (12).
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1 zeigt
eine Ausführung
eines Folienschallapplikators (1), wobei mindestens zwei
piezoelektrische Folien, bevorzugt PVDF-Folien (8) miteinander
verbunden sind, mit einer Bezugselektrode (10) und segmentierten
Elektroden (9), wobei der Folienschallapplikator wenigstens
zwei miteinander verbundene piezoelektrische Folien aufweist, bevorzugt PVDF-Folien
(8), und zwischen den Folien eine Bezugselektrode (10)
angeordnet ist, die die piezoelektrischen Folien elektrisch kontaktiert,
wobei die Bezugselektrode auf Nullpotential geschaltet ist, wobei die
piezoelektrische/piezoelektrischen Folie/Folien, besser PVDF-Folien
(8) segmentierte Elektroden (9) aufweisen, wobei
die piezoelektrische/piezoelektrischen Folie/Folien, besser PVDF-Folien,
auf den jeweils außen
liegenden Oberflächen
der piezoelektrischen Folie/Folien angeordnet ist/sind, wobei die segmentierten
Elektroden der ersten piezoelektrischen Folie, besser PVDF-Folie,
und die segmentierten Elektroden der weiteren piezoelektrischen
Folie, besser PVDF-Folie, einander gegenüberliegend angeordnet sind
und unterschiedlich gepolt sind.
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2 zeigt
eine weitere mögliche
Ausführung
eines Folienschallapplikators (1), wobei eine piezoelektrische
Folie, bevorzugt eine PVDF-Folie (8), an einer geformten
Trägerfolie
(5) punktuell (7) befestigt ist. Folien-Schallapplikator
mit wenigstens einer piezoelektrischen Folie, vorzugsweise einer PVDF-Folie,
wobei der Schallapplikator eine wellenförmig ausgebildete piezoelektrische
Folie, bevorzugt PVDF-Folie (8), aufweist, wobei die piezoelektrische
Folie (8) in ihren Wellentälern an der Struktur (5a)
der Trägerfolie
(5) am Punkt (7) fixiert ist, so dass diese bei
der Kontraktion und Dehnung der piezoelektrischen Folie als Schwingungsknoten
wirken, wobei die Wellentäler
der piezoelektrischen Folie an mindestens einem Trägermaterial/Trägerfolie
(5) fixiert sind, das benachbart (in der Fläche) zur piezoelektrischen
Folie, bevorzugt PVDF-Folie, angeordnet ist, wobei das Trägermaterial
an ihrer zur piezoelektrischen Folie hin orientierten Oberfläche an eine Struktur
mit Erhebungen (5a), in 2 als eine
Wellenstruktur/Noppenstruktur aufweist. Das Trägermaterial kann auch eine
andere Struktur und/oder Form (z. B. zickzackförmig usw.) aufweisen. In der
Abbildung 2 ist die wellenförmige PVDF-Folie
(8) in ihren Wellentälern
an der Noppenstruktur (5a) des Trägermaterials (5) durch
Kontaktpunkte (7), z. B. durch Kalandern/Hinterschneidung,
befestigt. Das Trägermaterial/Trägerfolie
ist elastisch und/oder mechanisch flexibel und/oder und/oder unelastisch und/oder
mechanisch nicht flexibel. Das Anlegen einer Spannung, die eine
Kontraktion der PVDF-Folie hervorruft, führt wegen der Fixierung zu
einer Straffung mit einer starken z-Komponente (transversal zur Ebene
des Folienschallapplikators) in der Bewegung.
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Weiter
ist es möglich,
dass die Trägerfolie/Trägermaterial
nicht strukturiert ist, sondern nur die PVDF-Folie ist strukturiert (wellenförmig/noppenartig
und/oder andere Struktur aufweisend). Die PVDF-Folie ist analog
wie bereits beschrieben an dem Trägermaterial befestigt.
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Weiter
ist es möglich,
dass die Trägerfolie/Trägermaterial
strukturiert (wellenförmig/noppenartig
und/oder eine andere Struktur aufweisend), nicht aber die PVDF-Folie.
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Weiter
ist möglich,
dass die Ansteuerung durch segmentierte Elektroden analog zur Beschreibung
in 1 erfolgen kann. Die Schichtdicke der Trägerfolie/Trägermaterials
ist beliebig, bevorzugt unter 2 cm, mehr bevorzugt ist die Schichtdicke
unter 0,5 mm, noch mehr bevorzugt unter 0,05 mm am meisten bevorzugt
50 Mikrometer oder weniger.
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Die
punktuellen Verbindungen (7) können mechanische Verbindungen
sein, zum Beispiel Hinterschneidungen. Anstelle punktueller Verbindungen (7)
sind auch reihenförmige
Verbindungen möglich und/oder
andere mechanische Verbindungen oder Verbindungen durch andere physikalische
und/oder chemische Mechanismen möglich.
Der Abstand zwischen den einzelnen Verbindungen (7) ist
beliebig, bevorzugt unter 2 mm, noch mehr bevorzugt unter 0,5 mm.
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Der
Abstand zwischen der Trägerfolie/Trägermaterial
und der PVDF-Folie ist beliebig, liegt bevorzugt unter 1 mm, noch
mehr bevorzugt unter 0,1 mm.
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Zwischen
PVDF-Folie (8) und Oberfläche, z. B. der Haut (11)
liegt die Kontakt- oder Kopplungsschicht, z. B. ein Kavitationsmedium
(6). Die Kopplungsschicht kann z. B. für Zwecke der transdermalen
Medikation mit einem Wirkstoff angereichert sein.
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Weitere
Möglichkeiten
bestehen darin, mindestens zwei dieser Ausführungen, zum Beispiel die Ausführung mit
im Winkel versetzter Textur, zum Beispiel die Ausführung mit
der Trägerfolie
aus 2, zum Beispiel die Ausführung mit zwei PVDF-Folien mit
dazwischegeschalteter Bezugselektrode aus 1, bauartengleich
in einer Schichtbauweise (Sandwichstruktur) zusammenzufassen oder
verschiedene Ausführungen
können
miteinander kombiniert werden.
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3–3c.
Der Aufbau (1a) entspricht dem der 2. Der Schallapplikator
(1) wird im Randbereich (z. B. im Randbereich der Trägerfolie) durch
eine Haft-/Klebeschicht (13) an der Oberfläche (11)
befestigt. Die Trägerfolie
(5) ist in ihrem Randbereich, mit dem sie die Oberfläche (11)
kontaktiert, mit einer Haft-/Klebeschicht ausgestattet, z. B. mit
einem Klebstoff.
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Der
Schallapplikator (1) bildet zwischen der Oberfläche (11)
und der PVDF-Folie (8) ein Volumen (6), das mit
einem schallleitenden Medium (z. B. einem Gel, einem Kavitationsmedium
usw.) angefüllt sein
kann.
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Die
Kontaktpunkte (7) an denen die PVDF-Folie (8)
an der Trägerfolie
(5) angebracht ist. Die wellenartige Formgebung (5a)
der Trägerfolie
(5).
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Die
Form und der Grundriß des
Schallapplikators (1) kann beliebig sein, 3 und 3b sind 2 mögliche schematische
Beispiele. 3a und 3c zeigen
den Schallapplikator auf der Oberfläche (11) angebracht,
in der Aufsicht mit der sichtbaren Trägerfolie (5).
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In 3a hat
der Schallapplikator einen quadratischen, in 3c einen
kreisrunden Grundriß.
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4.
Der Schallapplikator ist geformt, so dass er der Kontur der Oberfläche (11)
besser anzupassen ist. Im Randbereich ist der Schallapplikator (wie
bei 3–3c beschrieben)
mit einem Haft-/Klebemittel (13) an der Oberfläche (11)
befestigt. Der Schallapplikator entspricht dem der 3–3c.
Der Schallapplikator bildet einen Hohlraum (6), der mit
einem schallleitenden Medium angefüllt sein kann. Details der
Befestigung von der PVDF-Folie (8) an der Trägerfolie
(5) sind nicht dargestellt.
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5 Der
Schallapplikator (1) entspricht der Beschreibung in 3–3c.
Zusätzlich
ist in dieser Darstellung an der Trägerfolie (5) eine
Versorgungseinrichtung (14/14a) angebracht, z.
B. in Form einer folienartigen Energieversorgung/Energiequelle (14)
und/oder in Form folienartiger Schaltkreise (14a) zur Schallgeneration
und/oder zur elektronischen Steuerung.
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Die
Zuleitung (12) führt
von der Versorgungseinrichtung (14/14a) zu den
Elektroden (9a) des Schallapplikators. Die Versorgungseinrichtung (14/14a)
kann an der Oberfläche
des Schallapplikators angebracht sein und folienartig/folienförmig, beides
wie in der Abbildung 4.
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6, 6a.
Der Schallapplikator (1) entspricht der Beschreibung von 3–3c.
Zusätzlich
ist der Schallapplikator mit einer Einrichtung ausgestattet, die
es erlaubt, einen Stoff, z. B. einen Wirkstoff, ein Medikament usw.,
in den Raum (6) zuzuführen.
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Im
Beispiel von 6 und 6a ist
es ein Reservoir (4) das mindestens einen Stoff im Hohlkörper (4b)
enthält.
Das Reservoir ist im Beispiel von 6/6A im
Randbereich mechanisch ausgebildet (4a) [zum Beispiel zapfenförmig]. Im
Beispiel ist das Reservoir (4) mit dem Hohlkörper (4b)
durch eine Membran/Schutzschicht/Schutzfolie (16) verschlossen.
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Die
Trägerfolie
(5) ist mit einer Vertiefung (5b) und mit einer
mechanischen Einrichtung (5c) sowie mit einer kegelförmigen Form
(3) mit innenliegendem Kanal (3a) ausgebildet.
Der Kanal (3a) führt
von der Ausbildung der Trägerfolie
in den Raum (6). Das Reservoir wird in Pfeilrichtung in
die mechanische Ausbildung der Trägerfolie (5) eingeführt. Die
kegelförmige
Form (3) durchstößt dabei
die Schutzschicht (16) des Reservoirs (4).
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In 6a besteht
durch den Kanal (3a) eine Verbindung zwischen dem Hohlraum
(4b) des Reservoirs und dem Raum (6) eine Verbindung,
durch die der Stoff im Hohlraum (4b) in den Raum (6)
fließen/diffundieren/transportiert
werden kann.
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Weiterführende und/oder
zusätzliche
Gestaltungsmöglichkeiten
Die Versorgungseinrichtung des Schallapplikators (1) kann
von außen über Zuleitungen
zum Folienschallapplikator erfolgen. Die Versorgungseinrichtung
kann auch Bestandteil des Folienschallapplikators sein, indem die
Einrichtung ganz oder teilweise am Folienschallapplikator, bevorzugt am
Trägermaterial,
angebracht ist (bevorzugt an der Oberfläche) und/oder in dem Folienschallapplikator, bevorzugt
im Trägermaterial,
integriert ist, z. B. folienförmige
Versorgungseinrichtungen.
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Die
Trägerfolie/Trägermaterial
kann beliebig geformt sein, Beispiele in 3–3c mit
unterschiedlichen Querschnitt und unterschiedlichem Grundriß.
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Das
Material der Trägerfolie
ist bevorzugt ein mechanisch flexibler und/oder ein mechanisch nicht flexibler
Festkörper
und/oder eine Kombination von mechanisch flexiblem und mechanisch
nicht flexiblem Festkörper.
Ein Festkörper
kann ein Metall sein oder metallhaltig, Glas, Keramik, Gummi oder
ein anderer Festkörper,
bevorzugt ein Kunststoff aus der Gruppe Elastomer, Duromer, Thermoplast
und/oder in.
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Ein
Trägerfolie
kann ein- oder mehrkomponentig sein, aus einem Stoff oder aus mehreren
Stoffen bestehend.
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Der
Schallapplikator, besser der Ultraschallapplikator, noch besser
der Ultraschallapplikator mit Schallabgabe im Frequenzbereich von
20 kHz bis 100 kHz soll bevorzugt ein flexibler Schallapplikator
aus einem piezoelektrischem Biegeschwinger und/oder einer piezoelektrischen
Folie, besser aus einer piezoelektrischen Polymerfolie und noch
besser aus einer piezoelektrischen PVDF-Folie und/oder einem porösen piezoelektrischen
Polymer/Polymerfolie bestehend sein, weiter möglich, der flexible Schallapplikator
soll aus einem Arraysystem, bestehend aus piezoelektrischen Elementen,
zum Beispiel piezoelektrischen Kristallen/Keramiken/Composits und/oder
anderen piezoelektrische Elementen, bestehen oder der Schallapplikator
soll aus einer Kombination unterschiedlicher piezoelektrischer Folie/Folien
und/oder piezoelektrischer Elemente bestehen.
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Die
Beschreibung erfolgt beispielhaft für einen flexiblen Schallapplikator
(Folienschallapplikator) am Beispiel einer piezoelektrischen PVDF-Folie.
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Eine
weitere Gestaltungsmöglichkeit
kann darin bestehen, dass das schallleitende Medium zur Ankopplung
des Schalls an die Oberfläche
mindestens einen beliebigen Stoff, z. B. einen Wirkstoff enthalten
kann und/oder dieser Stoff über
ein Trägermaterial
in das Medium eingebracht wird.
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Eine
weitere Gestaltungsmöglichkeit
kann darin bestehen, dass zwischen der schallabgebenden Oberfläche des
Schallapplikators und der Oberfläche
des Objekts (z. B. biologisches System, z. B. Haut) mindestens zwei
unterschiedliche, schallleitende, dann beliebige Stoffe liegen können, z.
B. eine Flüssigkeit
und ein Gel, ein Festkörper
und eine Flüssigkeit,
ein Wirkstoffträger
(z. B. Polymer) und ein Kavitationsmedium usw.
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Die
Beschreibung erfolgt mit mindestens einem Folienschallapplikator
mit mindestens einer Folie in Verbundform. Bei mehreren Folienschallapplikatoren
und/oder Folien können
diese in unterschiedlicher Weise angesteuert werden, zum Beispiel gleichzeitig
und/oder hintereinander usw.. Die Schallabgabe und Schallmerkmale
können
zum Beispiel eine kontinuierliche Form, gepulste Form, frequenzmodulierte
Form, Sweepform sein. Schallabgabe mit einer Frequenz oder mit mehren
(intermittierend, abwechselnd oder gleichzeitig). Signal-/Wellenform, Schallburstform
zum Beispiel sägezahnförmig, sinusförmig, rechteckig
usw.. Auch eine symmetrische oder unsymmetrische Signal-/Wellenform
ist möglich.
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Weitere Definitionen
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Eine
physiologische Wirkung hat beeinflussende Wirkung auf Lebensvorgänge, z.
B. Stoffwechsel, Regulation usw.. Eine Erklärung von Physiologie erfolgt
in Zetkin/Schaldach, Lexikon der Medizin, 16. Auflage 1999, Verlag
Ullstein Medical, Wiesbaden, Seite 1566.
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Stoffe
sind Gase, Flüssigkeiten,
Festkörper usw..
Stoffe sind reine Stoffe und/oder Mischungen und/oder Kombinationen
verschiedener Stoffe.
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Festkörper sind
mechanisch flexible und/oder mechanisch nicht flexible Festkörper. Weitere
mögliche
Merkmale sind amorph, kristallin, mechanisch formbar/nicht formbar,
homogen, inhomogen, porös,
elektrisch leitend/nicht leitend, schallleitend/nicht leitend, wärmeleitend/wärmeisolierend,
faserverstärkt,
piezoelekrtrisch usw. Festkörper
sind zum Beispiel Glas, Metall (Reinmetall, Legierung, metallhaltig,
Metall-Nichtmetall Kombinationen), Kunststoff, Kristall, Keramik,
Stein textile Festkörper, Membranen,
Folien und anderes. Weiter, poröse Festkörper, nanoporöse Festkörper (z.
B. Zeolithe, Nanoröhrchen,
Kohlenstoffnanoröhrchen,
Composit-Nanoröhrchen).
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Kunststoffe
aus der Gruppe Thermoplaste (auch teilkristalline Thermoplaste,
amorphe Thermoplaste), Duroplaste (Duromere, Thermodure), Elastomere.
Auch Verbundstoffen, Polymer Composits, Composite, Homo- und Copolymere,
Compound Copolyester, auch mit Faserstoffen (zum Beispiel Kohlenstofffaser,
Glasfaser, Carbonfasern), Metallen und anderen Stoffen versetzte
Kunststoffe, auch mit einem anderen Stoff beschichtet sein (z. B.
Metall), auch Kunststoffe mit zusätzlichen Merkmalen wie bei Festkörper beschrieben.
Aber auch Biokunststoffe (z. B. Celluloseacetat, Milchsäure-Polymere,
Milchsäure-Polyester,
Polymere aus Stärke
usw.). Besonders auch die Polymere, auch PVDF. PUR/PUR-Elastomere,
Polycarbonat, Polyamid, Polyester, PVC usw. Gummi, Kautschuk, Latex
und andere. Besonders davon biokompatible Kunststoffe.
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Wirkstoffe
sind zum Beispiel Medikamente/Arzneistoffe, Heilstoffe, Therapeutika,
Reinigungsmittel, Pflegemittel, Kosmetika, Nährstoffe, Genußmittel,
Rauschmittel, Drogen, Alkaloide, Desinfektiva (Desinfektionsmittel),
Lösungsmittel,
Trennmittel, Toxine, Antitoxine, biochemisch/physiologisch wirksame
Wirkstoffe (z. B. Hormone, Enzyme, Steroide, Vitamine, Biomaterial),
oberflächenaktiv
wirksame Stoffe, Trägerstoffe,
Transportmittel für
Stoffe, Stoffe mit enzündungshemmender
und/oder durchblutungsfördernder
und/oder fibrinolytischer Wirkung und andere Wirkstoffe.
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Objekte
sind ein biologisches System oder ein künstliches Objekt. Ein biologisches
System sind in vivo und in vitro Systeme, umfassen Mensch und Tier,
einschließlich
der Mikroorganismen und Pflanzen oder sind Teile/Bestandteile davon.
Biologische Systeme zeigen das Merkmal mindestens einer physiologischen
Reaktion oder hatten das Merkmal mindestens einer physiologischen
Reaktion gezeigt. Ein Beispiel für
ein biologisches System ist ein Bein, für eine Oberfläche eines
biologischen Systems die Haut.
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Eine
vollständige
Schallapplikatorvorrichtung besteht aus Stromversorgung, Schallgenerator, Steuerung/elektronischer
Steuerung, Schallapplikator, Zuleitungen z. B. von dem Schallgenerator
zum Schallapplikator. Dies ist Stand der Technik und wird deshalb
in den Abbildungen nicht dargestellt.
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Auch
die Elektroden sind Stand der Technik und werden meist in den Abbildungen
nicht dargestellt, zum Beispiel sind in 2, 3–3c die Elektroden
und die elektrischen Zuleitungen nicht eingezeichnet.
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Elektrisch
leitende Teile können
Metalle sein oder metallhaltig, aber auch Kunststoffe, Gummi (Fa. NanoSonic,
USA, Technology Januar 2005) und/oder andere elektrisch leitende
Festkörper
und/oder andere Leiter.
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Bei
den Schaltkreisen für
die Elektronik, den Schallgenerator, die Steuerung sind neue Herstellungsverfahren
von Elektronikbauteilen, z. B. Drucktechnik von Polymerelektronik
[z. B. Xerox: "Printed Organic
Electronics, "Organic
Semiconductor Materials" ", TU Chemnitz; "Gedruckte Polymerelektronik") zu berücksichtigen.
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Die
Stromversorgung kann herkömmlich sein
(Stromnetz, Batterie, Knopfzellen, Trafo usw.) oder neuartige Stromversorgungselemente
verwenden (Folienbatterien, photovoltaische Zellen, Brennstoffzellen
und/oder andere neue Batterietypen [die zum Beispiel Glukose/Zucker,
organische Verbindungen/Stoffe, biochemische Stoffe/Verbindungen,
körpereigene
Stoffe/Verbindungen, Mikroorganismen zur Energieerzeugung verwenden,
Herstellung von papierdünnen
photovoltaischen Folien (organische Solarzellen, Siemens, www.siemens.de).
Neuerdings ist es gelungen für
Brennstoffzellen Membranen zu entwickeln (Fa. Polyfuel), die es
wegen ihrer geringen Größe erlauben
sollen, z. B. kleine technische Geräte [z. B. Handy] mit Brennstoffzellen
betreiben zu können).
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Bei
den Abbildungen handelt es sich um beispielhafte schematische Darstellungen.
Die Abbildungen enthalten keine Informationen über Dimensionen und Größenverhältnisse
zueinander.
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Die
Versorgungseinrichtung (14/14a) kann an der Oberfläche des
Schallapplikators angebracht sein und folienartig/folienförmig, beides
wie in der Abbildung 4. Die Versorgungseinrichtung
oder mindestens ein Teil davon kann auch im Schallapplikator, z.
B. in der Trägerfolie
integriert sein und/oder über von
außen
kommende Zuleitungen mit dem Schallapplikator verbunden sein.
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Zusätzliche
Gestaltungsmöglichkeiten,
wie sie z. B. in 5 und 6, 6a dargestellt
sind, können
miteinander kombiniert werden. Andere Gestaltungsmöglichkeiten
wie z. B. Zuleitungen und/oder Ableitungen, Be-/Entlüftung, Ventile,
Absperrhahn, elektonische Steuerung über Chip, Schutzfolien (z.
B. für
die Klebeschicht 13), Beschichtungen usw. werden in den
Abbildungen nicht dargestellt.
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Die
Darstellung in 1 und 2 zu einem mehrschichtigen
Verbundaufbau erfolgt beispielhaft mit einer piezoelektrischen PVDF-Folie.
Anstelle der PVDF-Folie können
andere piezoelektrische Elemente treten, bevorzugt dann, wenn diese
mechanisch flexibel sind.
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Die
Darstellungen der Abbildungen 3–6a erfolgen
am Beispiel eines Schallapplikators (1) mit einem Verbundaufbau
(1a), der der Beschreibung und Abbildung zu 2 entspricht.
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Möglich sind
auch andere Formen eines Schallapplikators, z. B. ein Schallapplikator
in einem Verbundaufbau (1a), wie es beispielsweise der 1 entspricht
oder in einem anderen Verbundaufbaus des Schallapplikators. Auch
Arraysysteme sind möglich
oder Schallapplikatoren, die aus anderen piezoelektrischen Elementen
bestehen, besonders wenn diese mechanisch flexibel sind. Auch poröse piezoelektrische
Polymere oder poröse
piezoelektrische Polymerfolien sind möglich.
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Verbindung
in Form von mechanischer Verbindung, z. B. Verschraubung, Kalandern,
Stecksystem, Hinterschneidung, Nut-/Federverbindung und andere mechanische
Verbindungsmöglichkeiten.
Andere Möglichkeiten
sind physikalischer und/oder chemischer Natur und/oder Wechselwirkung,
z. B. magnetisch, Verklebung, Klebstoff, Adhäsion, Adhäsionsklebstoff, Polymerklebstoff,
Verschweißen,
Löten. Auch
aufgedampft, aufgetragen, aufgedruckt (z. B. elektrische Leitungen,
Elektroden usw.).
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Behandlung
mit chemischer und/oder physikalischer/mechanischer und/oder physiologischer Oberflächen- und/oder
Tiefenwirkung durch Ultraschall, z. B. durch Kavitationswirkung
und/oder andere nichtthermische Wirkungen.
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Die
Größe und das
Fassungsvermögen
des vom Schallapplikator und der Oberfläche gebildeten Raumes (6)
kann beliebig sein, z. B. von über
100 l, über
10 l bis 100 l, 2 l bis 10 l, 1–2
l, 0,5–1
l, 100 ml – 500
ml, 50 ml – 100
ml, 10 ml – 50
ml, 5 ml – 10
ml, 2 ml – 5
ml, 1 ml – 2
ml, unter 1 ml, unter 0,5 ml, unter 0,05 ml, unter 0,005 ml.
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Größe des Schallapplikators
beliebig, z. B. Münzgröße, Größe einer
Untertasse, Größe um den Schallapplikator
um ein Gliedmaß oder
Körper
anlegen zu können.
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Wichtige
Merkmale des Schallapplikators/Folienschallapplikators der Beschreibung
beispielhafte Merkmale sind, dass der Schallapplikator aus mindestens
einem mechanisch flexiblen piezoelektrischem Element besteht, bevorzugt
eine Polymerfolie, mehr bevorzugt einer PVDF-Folie. Weiter, dass
der Schallapplikator der Kontur einer Oberfläche eines Objektes angepaßt ist und/oder
elastisch formbar angepaßt
werden kann. Weiter, dass der Schallapplikator, der Folien-Schallapplikator,
wenigstens zwei miteinander verbundene piezoelektrische Folien aufweist,
bevorzugt mit unterschiedlicher Textur aufweist, noch mehr bevorzugt
PVDF-Folien mit unterschiedlicher Textur. Weiter, dass der Schallapplikator
wenigstens zwei piezoelektrischen Folien so miteinander verbunden
sind, dass die jeweiligen Texturrichtungen einen Winkel von größer 0 Grad,
bevorzugt von etwa 90 Grad zueinander aufweisen. Weiter, dass der
Schallapplikator zwischen den Folien eine Bezugselektrode angeordnet
ist, die die piezoelektrischen Folien elektrisch kontaktiert. Weiter,
dass beim Schallapplikator die Bezugselektrode auf Nullpotential
geschaltet ist. Weiter, dass beim Schallapplikator die piezoelektrische/piezoelektrischen
Folie/Folien segmentierte Elektroden aufweisen. Weiter, dass beim
Schallapplikator die segmentierten Elektroden der piezoelektrische/piezoelektrischen
Folie/Folien auf den jeweils außen
liegenden Oberflächen
der piezoelektrischen Folie/Folien angeordnet ist/sind. Weiter,
dass beim Schallapplikator die segmentierten Elektroden der ersten
piezoelektrischen Folie und die segmentierten Elektroden der weiteren
piezoelektrischen Folie einander gegenüberliegend angeordnet sind
und unterschiedlich gepolt sind. Weiter, dass der Schallapplikator
eine wellenförmig
ausgebildete piezoelektrische Folie aufweist, wobei die piezoelektrische
Folie in ihren Wellentälern
fixiert ist, so dass diese bei der Kontraktion und Dilatation der
piezoelektrischen Folie als Schwingungsknoten wirken. Weiter, dass
beim Schallapplikator die Wellentäler der piezoelektrischen Folie
an einem Trägermaterial
fixiert sind, das benachbart zur piezoelektrischen Folie angeordnet ist.
Weiter, dass beim Schallapplikator das Trägermaterial, die Trägerfolie
an ihrer zur piezoelektrischen Folie orientierten Oberfläche eine
Struktur mit Erhebungen, wie eine Wellenstruktur oder eine Noppenstruktur
aufweist und die Wellentäler
der piezoelektrischen Folie an den ihnen gegenüberliegenden Erhebungen der
Struktur fixiert sind. Weiter, dass der Schallapplikator, der Folienschallapplikator,
eine Energiequelle und/oder einen Schallgenerator und/oder eine
Steuereinrichtung/Schaltkreis enthält oder auf der Oberfläche angebracht
ist. Weiter, dass der Folienschallapplikator eine folienartige/folienförmige Energiequelle
und/oder einen folienartigen Schallgenerator und/oder eine folienartige
Steuerung enthält oder
daran angebracht ist. Weiter, dass beim Schallapplikator die Trägerfolie
zusätzlich
mit einer Einrichtung zur Aufnahme eines Reservoirs in Form einer
Ausbildung zur Aufnahme eines Reservoirs, bevorzugt eines Wirkstoffreservoirs,
ausgebildet ist.
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Verwendung des Folienschallapplikators
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Verwendung
zur Behandlung mit Oberflächen-
und/oder Tiefenwirkung mit chemischer und/oder physikalischer und/oder
physiologischer Wirkung. Verwendung für eine Kavitationsbehandlung.
Verwendung für
die Reinigung, Hygiene, Therapie, Diagnostik, Kosmetik, subaquale
Behandlung, Zellzüchtung
und andere Verwendungszwecke.
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Verwendung
als Schallapplikator, Pflaster, Bandage, Schallapplikator für die transdermale
Wirkstoffzufuhr, Wundpflaster und allgemein als pflasterähnliches
Produkt oder zusammen mit weiteren mechanischen Halteelementen und
anderem bei der Behandlung von Objekten, zum Beispiel biologischer Systeme,
wie beispielsweise Haut, Zellen, Bakterien, Mikroorganismen usw.
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Anwendung
zur Behandlung biologischer Systeme, z. B. in der Human- Tiermedizin,
Kosmetik, Biotechnologie, Kosmetik, Physiotherapie.