DE102021131770A1

DE102021131770A1 - Markierung aus porösem Material

Info

Publication number: DE102021131770A1
Application number: DE102021131770.3A
Authority: DE
Inventors: Oliver Keitel
Original assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2021-12-02
Filing date: 2021-12-02
Publication date: 2023-06-07
Also published as: US20230173143A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein medizinisches Instrument, welches eine poröse Metallschicht umfasst. Weiterhin beschrieben sind Verfahren zur Herstellung eines solchen medizinischen Instruments. Die poröse Metallschicht kann als Markierung zur Nutzung in bildgebenden radiologischen Verfahren wie beispielsweise Röntgen- oder Ultraschallaufnahmen dienen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft medizinische Instrumente mit einer Markierung für den Einsatz im Zusammenhang mit bildgebenden Verfahren bei chirurgischen Operationen.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Medizinische Instrumente wie zum Beispiel Katheter, Einführhilfen, Nadeln und medizinische Elektroden werden häufig mit Markierungen versehen, um beim Einsatz Patienten die Positionierung des Instruments über bildgebende Verfahren wie beispielsweise Röntgen- oder Ultraschallbilder besser verfolgen zu können. Beispielsweise kann mithilfe von Elektrodeposition eine röntgendichte Goldschicht auf eine Stahlnadel aufgebracht werden. Bei Instrumenten aus Nitinol, auf denen solche Goldschichten eine verminderte Haftung aufweisen, werden stattdessen häufig zusätzliche Ringe oder Nieten aus einem röntgendichten Material an den Instrumenten befestigt.
Als Markierungen mit Ultraschall-aktiven Eigenschaften werden häufig Polymere mit eingeschlossenen Gasblasen verwendet, wie beispielsweise beschrieben in US6106473A . Zudem werden Polymere mit darin eingebetteten Partikeln aus röntgendichten Materialien wie Eisenoxid oder Bariumsulfat als Markierungen verwendet. Bisher werden üblicherweise unterschiedliche Arten von Markierungen verwendet, welche entweder röntgendichte oder Ultraschall-echogene Eigenschaften aufweisen, jedoch nicht beides. Zudem ist die Herstellung solcher Markierungen in einigen Fällen aufwendig und wenig flexibel. Durch die Aufbringung eines nur mechanisch befestigten Metallteils oder eine Beschichtung mit einem weichen Kunststoff können sich Probleme mit der Stabilität der Markierung ergeben. Mechanisch angebrachte Metallteile müssen möglicherweise gekapselt werden, um scharfe Kanten und Stabilitätsprobleme zu vermeiden.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eines oder mehrere der oben geschilderten und weitere Probleme des Stands der Technik zu lösen. Beispielsweise ermöglicht die Erfindung die Bereitstellung von medizinischen Instrumenten mit Markierungen, welche röntgendichte oder Ultraschall-echogene Eigenschaften aufweisen. Die Markierungen können eine besonders gute Verträglichkeit und Biokompatibilität aufweisen. Die Erfindung liefert weiterhin Verfahren zur Herstellung solcher Markierungen, welche besonders einfach durchzuführen sind und eine große Flexibilität in Bezug auf die damit herstellbaren Produkte ermöglichen. Die Markierungen können auf unterschiedliche Materialien aufgebracht werden.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die hierin beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen, insbesondere denjenigen, die in den Patentansprüchen beschrieben sind. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend beschrieben.

[1.] Medizinisches Instrument, dadurch gekennzeichnet, dass es eine poröse Metallschicht umfasst.
[2.] Medizinisches Instrument gemäß Ausführungsform 1, wobei die Metallschicht Gold umfasst, oder daraus besteht.
[3.] Medizinisches Instrument gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Metallschicht auf einem Bereich des medizinischen Instruments aufgebracht ist, wobei der Bereich ein Metall oder eine Legierung umfasst, welche(s) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Fe, Au, Mo, Nb, W, Ni, Ti, MP35N, 316L, 301, 304 und Nitinol, wobei die Legierung bevorzugt Nitinol ist.
[4.] Medizinisches Instrument gemäß Ausführungsform 3, wobei der Bereich (102) eine Metallträgerfolie ist, die auf das medizinische Instrument aufgebracht ist.
[5.] Medizinisches Instrument gemäß Ausführungsform 4, wobei die poröse Metalllschicht eine Oberfläche der Metallträgerfolie nur unvollständig bedeckt.
[6.] Medizinisches Instrument gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Metallschicht röntgendichte und/oder Ultraschall-echogene Eigenschaften aufweist.
[7.] Medizinisches Instrument gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, welches einen Katheter, eine Einführhilfe, eine Nadel oder eine medizinische Elektrode umfasst.
[8.] Medizinisches Instrument gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Metallschicht nichtmetallische Partikel umfasst, wobei die nichtmetallischen Partikel bevorzugt ein keramisches Material, weiter bevorzugt Glas, umfassen.
[9.] Medizinisches Instrument gemäß Ausführungsform 8, wobei die nichtmetallischen Partikel einen mittleren Durchmesser von 100 nm bis 100 µm, bevorzugt 30 µm bis 50 µm, aufweisen.
[10.] Medizinisches Instrument gemäß Ausführungsform 8 oder 9, wobei die nichtmetallischen Partikel die Form von Hohlkörpern, bevorzugt Hohlkugeln, aufweisen.
[11.] Medizinisches Instrument gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Metallschicht eine Schichtdicke von 5 µm bis 250 µm, bevorzugt 50 µm bis 150 µm, aufweist.
[12.] Medizinisches Instrument gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Metallschicht eine gesinterte Metallschicht ist.
[13.] Medizinisches Instrument gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Metallschicht eine offene oder geschlossene Porosität aufweist.
[14.] Verfahren zur Beschichtung eines medizinischen Instruments, umfassend die folgenden Schritte:
1. (a) Beschichten eines Bereichs eines medizinischen Instruments mit einer Zubereitung, wobei die Zubereitung Metallpartikel und eine Trägersubstanz umfasst,
2. (b) Erwärmen des Bereichs und der Zubereitung, um die Zubereitung in eine poröse Metallschicht umzuwandeln, und
3. (c) dadurch Erhalten eines medizinischen Instruments, welches mit einer porösen Metallschicht beschichtet ist.
[15.] Verfahren gemäß Ausführungsform 14, wobei die Zubereitung Gold umfasst.
[16.] Verfahren gemäß Ausführungsform 14 oder 15, wobei das Erwärmen des Bereichs (102) und der Zubereitung bei einer Ofentemperatur von 500 °C bis 600 °C erfolgt.
[17.] Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 14 bis 16, wobei die zu beschichtende Oberfläche des Bereichs (102) vor dem Beschichten mit der Zubereitung aufgeraut wird.
[18.] Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 14 bis 17, wobei die Zubereitung mithilfe von Siebdruck, Inkjet-Druck oder Pastendosierung auf den Bereich (102) aufgebracht wird.
[19.] Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 14 bis 18, wobei die Zubereitung in Form eines vorherbestimmten Musters auf den Bereich (102) aufgebracht wird.
[20.] Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 14 bis 19, wobei der Bereich (102) eine Metallträgerfolie ist, die gegebenenfalls erst nach der Ausbildung der porösen Metallschicht mit dem übrigen Teil des medizinischen Instruments verbunden wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Zu den hierin beschriebenen Ausführungsformen, deren Elemente ein bestimmtes Merkmal (z.B. ein Material) „aufweisen“, oder „umfassen“ wird grundsätzlich immer eine weitere Ausführungsform erwogen, in denen das betreffende Element allein aus dem Merkmal besteht, d.h. keine weiteren Bestandteile umfasst. Das Wort „umfassen“ oder „umfassend“ wird hierin synonym mit dem Wort „aufweisen“ oder „aufweisend“ verwendet.
Wenn in einer Ausführungsform ein Element mit dem Singular bezeichnet ist, wird ebenfalls eine Ausführungsform erwogen, bei denen mehrere dieser Elemente vorhanden sind. Die Verwendung eines Begriffs für ein Element im Plural umfasst grundsätzlich auch eine Ausführungsform, in welchem nur ein einzelnes entsprechendes Element enthalten ist.
Soweit nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang eindeutig ausgeschlossen, ist es grundsätzlich möglich und wird hiermit eindeutig in Betracht gezogen, dass Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen auch in den anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen vorhanden sein können. Ebenso wird grundsätzlich erwogen, dass alle Merkmale, die hierin in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben werden, auch für die hierin beschriebenen Erzeugnisse und Vorrichtungen anwendbar sind, und umgekehrt. Lediglich aus Gründen der knapperen Darstellung werden alle diese erwogenen Kombinationen nicht in allen Fällen explizit aufgeführt. Auch technische Lösungen, die zu den hierin beschriebenen Merkmalen bekanntermaßen gleichwertig sind, sollen grundsätzlich vom Umfang der Erfindung umfasst sein.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein medizinisches Instrument, welches eine poröse Metallschicht umfasst. Medizinische Instrumente umfassen gemäß der hierin beschriebenen Erfindung bevorzugt Werkzeuge, welche für chirurgische Eingriffe am menschlichen oder tierischen Körper vorgesehen sind. In vielen Fällen enthalten solche Werkzeuge einen Grundkörper aus Metall, oder jedenfalls einen Teilabschnitt, der eine Metalloberfläche aufweist. Erfindungsgemäß ist das medizinische Instrument mit einer porösen Metallschicht ausgestattet. Diese poröse Metallschicht ist bevorzugt an einer Oberfläche des Instruments angeordnet, welche dazu bestimmt ist, bei einem chirurgischen Eingriff in den menschlichen oder tierischen Körper eingebracht zu werden. Die poröse Metallschicht kann bevorzugt als Markierung eingerichtet sein, welche dem behandelnden Arzt die Positionierung des medizinischen Instruments im Körper mithilfe eines bildgebenden Verfahrens ermöglicht. Beispiele für ein solches bildgebendes Verfahren sind Röntgen- und Ultraschallvideoverfahren.
Die Metallschicht kann ein röntgendichtes Material umfassen, beispielsweise ein Metall, insbesondere ein Edelmetall. Als Edelmetalle können Metalle verstanden werden, deren Redoxpaare ein positives Standardpotential bezüglich der Normal-Wasserstoffelektrode aufweisen. Ein besonders bevorzugtes Edelmetall ist Gold. In einer Ausführungsform umfasst die poröse Metallschicht Gold, oder besteht aus Gold.
Die Metallschicht kann auf einem Bereich des medizinischen Instruments aufgebracht sein, welcher ein Metall oder eine Legierung umfasst. Dies bedeutet, dass eine metallische Oberfläche des medizinischen Instruments direkt oder indirekt mit der porösen Metallschicht bedeckt ist. Beispiele für geeignete Metalle sind Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Fe, Au, Mo, Nb, W, Ni, Ti. Beispiele für geeignete Legierungen sind MP35N, 316L, 301, 304 und Nitinol.
In einer Ausführungsform umfasst der besagte Bereich des medizinischen Instruments ein Nichtedelmetall oder eine Edelstahllegierung. Beispiele für Edelstahllegierungen sind 316L, 301 und 304.
MP35N ist eine härtbare Legierung auf Nickel-Kobalt-Basis. Eine Variante von MP35N ist beschrieben in der Industrienorm ASTM F562-13. In einer Ausführungsform ist MP35N eine Legierung, die 33 bis 37% Co, 19 bis 21% Cr, 9 bis 11% Mo und 33 bis 37% Ni umfasst.
PtIr10 ist eine Legierung aus 88 bis 92 % Platin und 8 bis 12 % Iridium.
Ptlr20 ist eine Legierung aus 78 bis 82 % Platin und 18 bis 22 % Iridium.
316L ist ein säurebeständiger, CrNiMo-Austenitstahl mit ca. 17% Cr; ca. 12% Ni und mind. 2,0 % Mo. Eine Variante von 316L ist beschrieben in der Industrienorm 10088-2. In einer Ausführungsform ist 316L eine Legierung, die 16,5 bis 18,5% Cr; 2 bis 2,5% Mo und 10 bis 13% Ni umfasst.
301 ist ein Chrom-Nickelstahl mit hoher Korrosionsbeständigkeit. Eine Variante von 301 ist beschrieben in der Industrienorm DIN 1.4310. In einer Ausführungsform ist 301 eine Legierung, die 16 bis 18% Cr, und 6 bis 8% Ni umfasst.
Nitinol ist eine Nickel-Titan-Legierung mit Formgedächtnis mit einer geordnet-kubischen Kristallstruktur und einem Nickelanteil von etwa 55%, wobei der übrige Anteil aus Titan besteht. Nitinol weist gute Eigenschaften in Bezug auf Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit auf. Soweit nicht anders angegeben, sind hierin alle Prozent-Angaben als Massenprozent (Gewichts%) zu verstehen.
In einigen Ausführungsformen kann es erwünscht sein, die poröse Metallschicht mithilfe einer Metallträgerfolie an dem medizinischen Instrument anzubringen. In diesem Fall wird der besagte Bereich des medizinischen Instruments daher durch eine Metallträgerfolie gebildet. Demnach ist eine Ausführungsform der Erfindung ein medizinisches Instrument, wobei der Bereich eine Metallträgerfolie ist, die auf das medizinische Instrument aufgebracht ist. Die poröse Metallschicht ist unmittelbar oder mittelbar, beispielsweise über einen Haftvermittler, auf der Metallträgerfolie aufgebracht. Bevorzugt ist die poröse Metallschicht unmittelbar auf der Metallträgerfolie aufgebracht.
Die Metallträgerfolie kann auf einer Oberfläche der Metallträgerfolie vollständig oder nur unvollständig von der porösen Metallschicht bedeckt sein. In einigen Fällen kann es erwünscht sein, dass die Metallschicht in Form eines vorbestimmten Musters aufgebracht ist, wobei sich diese Form des Musters von der Form der Metallträgerfolie unterscheidet. In einer solchen Ausführungsform bedeckt die poröse Metallschicht die Oberfläche der Metallträgerfolie daher nur unvollständig, d. h. ein Teil der Metallträgerfolie bleibt unbedeckt und von außen frei zugänglich, auch nachdem die Metallträgerfolie auf dem medizinischen Instrument angebracht ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das medizinische Instrument einen Bereich, der ein Polymer umfasst. In einer Ausführungsform ist die poröse Metallschicht auf dem Polymer angeordnet. Beispiele für geeignete Polymere sind PET, ETFE, PTFE, FEP, PFA, PU, PI, PEEK, PVDF, ein Polyolefin, ein Silikon oder ein Elastomer.
Die poröse Metallschicht kann röntgendichte oder Ultraschall-echogene Eigenschaften aufweisen, oder sowohl röntgendichte als auch Ultraschall-echogene Eigenschaften aufweisen. Dies bedeutet, dass die poröse Metallschicht während eines chirurgischen Eingriffs im Röntgen- oder Ultraschallbild durch den behandelnden Arzt einen ausreichenden Kontrast liefert, während des Eingriffs eine klare Bestimmung der Position des medizinischen Instruments im Körper des zu behandelnden Subjekts zu ermöglichen.
Das medizinische Instrument kann beispielsweise einen Katheter, eine Einführhilfe, eine Nadel oder eine medizinische Elektrode umfassen. Eine solche medizinische Elektrode kann eingerichtet sein, ein elektrisches Signal an den menschlichen oder tierischen Körper abzugeben, oder ein elektrisches Signal vom menschlichen oder tierischen Körper aufzunehmen. Das medizinische Instrument kann z.B. ein Lead, Pulsgenerator, Herzschrittmacher, Herzresynchronisationsgerät, Sensor oder Stimulator sein. Leads sind elektrische Leitungen, die zum Beispiel in medizintechnischen Anwendungen wie Neuromodulation, Herzstimulation, Tiefenhirnstimulation, Rückenmarkstimulation, oder Magenstimulation Verwendung finden können. In einer Ausführungsform ist das Lead eingerichtet und/oder dazu bestimmt, mit einem Generator einer aktiven implantierbaren Vorrichtung verbunden zu sein. Ein Lead kann auch in einem medizintechnischen Gerät zur Aufnahme eines elektrischen Signals verwendet werden. Ein Stimulator ist ein medizintechnisches Gerät, das durch Abgabe eines elektrischen Signals an den Körper eines Lebewesens eine physiologische Wirkung erzielen kann. Beispielsweise kann ein Neurostimulator durch Abgabe eines elektrischen Signals an eine Nervenzelle ein elektrisches Signal in der Nervenzelle (z.B. ein Aktionspotential) bewirken.
In einer Ausführungsform umfasst die Metallschicht nichtmetallische Partikel. Solche Partikel können die Ultraschall-echogene Eigenschaften der porösen Metallschicht verbessern. Mit poröse Metallschicht ist gemeint, dass die Metallschicht keinen vollständig ausgefüllten Körper aus einem homogenen Material bildet, sondern Einschlüsse und/oder Hohlräume enthält, die entweder mit Luft oder einem festen Material gefüllt sind. Es ist auch möglich, dass die poröse Metallschicht sowohl luftgefüllte Hohlräume als auch Einschlüsse in Form von eingearbeiteten Partikeln umfasst. Solche Partikel können aus einem nicht metallischen Material bestehen, beispielsweise aus einem keramischen Material. Ein bevorzugtes Beispiel eines solchen keramischen Materials ist Glas. Glas ist ein keramisches Material, welches im Wesentlichen aus Siliziumdioxid (SiO₂) besteht. Die nichtmetallischen Partikel können beispielsweise einen mittleren Durchmesser von 100 nm bis 100 µm, bevorzugt 30 µm bis 50 µm, aufweisen. In einer Ausführungsform weisen die nichtmetallischen Partikel einen Durchmesser von etwa 20 µm bis etwa 50 µm auf. Die nichtmetallischen Partikel können die Form von Hohlkörpern aufweisen, beispielsweise die Form von Hohlkugeln. In einer Ausführungsform sind die nichtmetallischen Partikel Hohlkugeln aus Glas. Solche Glashohlkugeln sind beispielsweise von 3M kommerziell erhältlich.
In einer Ausführungsform weist die Metallschicht eine Schichtdicke von 5 µm bis 250 µm, bevorzugt 50 µm bis 150 µm, auf. In einer Ausführungsform beträgt die Schichtdicke der Metallschicht etwa 80 µm bis etwa 120 µm.
In einigen Ausführungsformen ist die Metallschicht eine gesinterte Metallschicht. Dies bedeutet, dass die Metallschicht aus einzelnen Partikeln gebildet ist, welche an ihren Berührungspunkten miteinander verbunden sind, jedoch nicht vollständig zu einer kompakten Masse verschmolzen sind. Solche gesinterten Strukturen sind für den Fachmann aufgrund ihrer Struktur ohne besonderen Aufwand von porösen Metallschichten zu unterscheiden, die auf andere Weise hergestellt sind, da die ursprünglichen Partikel in der Regel auch nach dem Sintern noch erkennbar sind. Hingegen weisen beispielsweise durch Elektrodeposition erzeugte Metallschichten häufig baumartig verzweigte Strukturen auf, wie beispielsweise in US2015316499A1 gezeigt.
Die poröse Metallschicht kann eine offene oder geschlossene Porosität aufweisen. Mit „offene Porosität“ ist hierin gemeint, dass die einzelnen Poren innerhalb der porösen Metallschicht überwiegend mit anderen Poren verbunden sind, während bei einer „geschlossenen Porosität“ die einzelnen Poren innerhalb der porösen Metallschichten überwiegend nicht miteinander verbunden, sondern durch festes Material vollständig voneinander abgegrenzt sind.
Unter Poren werden im Sinne dieser Erfindung Mikroporen, Mesoporen und Makroporen verstanden. Mikroporen haben eine Porengröße im Bereich von weniger als 2 nm, Mesoporen haben eine Porengröße im Bereich von 2 bis 50 nm und Makroporen haben eine Porengröße im Bereich von 50 bis 5000 nm.
Bevorzugt wird unter der Porengröße die durchschnittliche Größe der Poren des porösen Materials verstanden. Dementsprechend wird bevorzugt unter Porenvolumen die Summe der Volumina solcher Poren verstanden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die poröse Metallschicht Mikroporen auf. Besonders bevorzugt liegt das Maximum der Porendurchmesserverteilung im Bereich der Mikroporen.
Besonders bevorzugt liegt das Maximum der Porendurchmesserverteilung im Bereich von 0,1 bis 20 µm, bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 µm, bevorzugt kann auch ein Bereich von 0,5 bis 10 µm oder besonders bevorzugt ein Bereich von 0,5 bis 3 µm sein.
Die poröse Metallschicht kann eine Porosität von beispielsweise 1 bis 60 %, bevorzugt 5 bis 40% aufweisen.
Die Porosität einer Probe stellt das Verhältnis von Hohlraumvolumen der Probe zum Gesamtvolumen der Probe dar. Beispielsweise hat eine Probe mit einem Gesamtvolumen von 1 mm³ und einem Hohlraumvolumen von 0,15 mm³ eine Porosität von 15 %. Die Prozent-Angabe der Porosität ist eine Angabe in Volumen-Prozenten (Vol.-%).
Zur Messung der Porosität können zunächst metallographische Schliffproben durch Einbetten in Epoxidharz, Schleifen mit SiC-Papier mit sukzessive kleinerer Körnung sowie Polieren mit einer Diamantpaste hergestellt werden. Im Folgenden können Aufnahmen der so behandelten Probenoberfläche mit einem Elektronenmikroskop (zum Beispiel Zeiss Ultra 55, Carl Zeiss AG) gemacht werden. Hierbei soll ein möglichst hoher Kontrast zwischen den Poren der Probe und dem Material (Metall und Keramik) erzielt werden. Zur Auswertung der Bilder können diese Graustufenbilder mittels Otsu-Methode in binäre Bilder umgewandelt werden. Das heißt, die Bildpixel werden mittels eines Schwellenwertes jeweils einer Pore oder dem Probenmaterial zugeordnet. Anschließend wird die Porosität anhand der binären Bilder als Quotient aus der Anzahl der Pixel, welche Poren darstellen, und der Gesamtanzahl der Pixel pro Bild ermittelt. Hierbei kann die Porosität als arithmetischer Mittelwert aus 5 Bildern, jeweils aufgenommen an 5 Schliffproben, bestimmt werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Beschichtung eines medizinischen Instruments, welches die folgenden Schritte umfasst:

(a) Beschichten eines Bereichs eines medizinischen Instruments mit einer Zubereitung, wobei die Zubereitung Metallpartikel und eine Trägersubstanz umfasst,
(b) Erwärmen des Bereichs und der Zubereitung, um die Zubereitung in eine poröse Metallschicht umzuwandeln, und
(c) dadurch Erhalten eines medizinischen Instruments, welches mit einer porösen Metallschicht beschichtet ist.

Die Zubereitung kann eine Metallpaste oder eine Suspension sein. Die Zubereitung umfasst Metallpartikel und eine Trägersubstanz. Bevorzugt sind die Metallpartikel in der Trägersubstanz dispergiert. Beispiele für geeignete Trägersubstanzen sind Wasser und organische Lösungsmittel. Organische Lösungsmittel, die sich für die vorliegende Erfindung eignen, sind dem Fachmann im Allgemeinen bekannt. Bevorzugte Arten von organischen Lösungsmitteln, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, sind unpolare, polare aprotische oder polare protische Lösungsmittel, z. B. Toluol, Terpineol, Texanol, Isopropylalkohol, Ethylacetat oder eine Kombination von zwei oder mehr davon. Bevorzugt umfasst die Trägersubstanz ein Terpineol, beispielsweise Alpha-Terpineol. Die Zubereitung kann ein Bindemittel enthalten, beispielsweise Glasfritte, oder kann frei von solchen Bindemitteln sein. Mit „Bindemittel“ wird hierin ein Stoff verstanden, der beim Brennen einer Metallpaste durch Sintern eine Verfestigung bewirkt. Wenn die Zubereitung eine Metallpaste ist, kann diese einen Feststoffanteil von beispielsweise 85 bis 95% aufweisen. Wenn die Zubereitung eine Suspension ist, kann ein entsprechend niedrigerer Feststoffanteil verwendet werden, beispielsweise weniger als 50 %. Soweit nicht anders angegeben, sind hierin alle Prozentangaben als Massenprozent zu verstehen. Geeignete Metallpasten und -Suspensionen sind kommerziell erhältlich, oder können gemäß den fachüblichen Verfahren hergestellt werden. Ein Beispiel einer geeigneten kommerziell erhältlichen Metallpaste ist die Gold-Dickfilmpaste C 4350 von Heraeus.
Die Metallpartikel bestehen bevorzugt aus einem biokompatiblen Metall, beispielsweise einem Edelmetall. Ein bevorzugtes Edelmetall ist Gold. In einer Ausführungsform umfasst die Zubereitung daher Gold in Form von Metallpartikeln.
Die Zubereitung kann mithilfe jedes geeigneten Verfahrens auf die Oberfläche des Bereichs des medizinischen Instruments aufgebracht werden. Beispielsweise kann eine Metallpaste mithilfe von Siebdruck oder Pastendosierung auf den Bereich aufgebracht werden. Eine flüssige Zubereitung kann beispielsweise mittels Inkjet-Druck oder eines geeigneten Flüssigkeits-Dosierungssystems, beispielsweise eines Mikrospotting-Verfahrens, aufgebracht werden.
Je nach Art und Beschaffenheit des Bereichs kann die Zubereitung unmittelbar auf den Bereich aufgetragen werden, oder es kann zunächst ein Haftvermittler auf den Bereich aufgebracht werden, bevor der Bereich mit der Zubereitung beschichtet wird. Beispielsweise kann eine geschlossene, d. h. nicht poröse, erste Metallschicht auf den Bereich aufgetragen werden, und die Zubereitung kann anschließend auf diese erste Metallschicht aufgetragen werden.
In einigen Fällen kann es erwünscht sein, dass medizinische Instrument mithilfe eines indirekten Verfahrens mit einer porösen Metallschicht zu versehen. Hierzu kann die Zubereitung zunächst auf eine Trägerfolie aufgebracht werden, welche anschließend auf das medizinische Instrument aufgebracht wird. In einer Ausführungsform ist der Bereich, welcher mit einer porösen Metallschicht versehen wird, daher eine Metallträgerfolie, die erst nach der Ausbildung der porösen Metallschicht mit dem übrigen Teil des medizinischen Instruments verbunden wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst das medizinische Instrument einen Bereich, der ein Polymer umfasst. In einer Ausführungsform wird wie oben beschrieben die Zubereitung auf eine Metallträgerfolie aufgebracht, und anschließend wie hierin beschrieben erwärmt, um eine poröse Metallschicht darauf zu bilden. Der hierdurch erhaltene Verbund aus Metallträgerfolie und poröser Metallschicht kann anschließend auf den Bereich, der ein Polymer umfasst, aufgebracht werden. Nach Beispiele für geeignete Polymere sind PET, ETFE, PTFE, FEP, PFA, PU, PI, PEEK, PVDF, ein Polyolefin, ein Silikon oder ein Elastomer.
Die Mahlfeinheit der Metallpaste kann bevorzugt ≤ 20 µm, weiter bevorzugt ≤ 15 µm, betragen. Die Mahlfeinheit der Paste kann nach DIN EN ISO 1524:2013-06 bestimmt werden.
Die Zubereitung wird nach dem Auftragen auf den Bereich gebrannt, um eine poröse Metallschicht zu erhalten. Dies geschieht durch Erwärmen des Bereichs und der Zubereitung, um die Zubereitung in eine poröse Metallschicht umzuwandeln. Bevorzugt erfolgt das Erwärmen des Bereichs und der Zubereitung bei einer Ofentemperatur von weniger als 800 °C, beispielsweise 500 °C bis 600 °C, oder bei weniger als 500 °C. Um die Haftung der porösen Metallschicht auf den Bereich zu verbessern, kann vor dem Aufbringen der Zubereitung die Oberfläche des Bereichs aufgeraut werden. Dies kann durch mechanische Verfahren oder mithilfe eines Lasers erfolgen.
Die vorliegende Erfindung erlaubt grundsätzlich eine freie Gestaltung der Geometrie der porösen Metallschicht. Dies kann bevorzugt dadurch erreicht werden, dass die Zubereitung in Form eines vorbestimmten Musters auf den Bereich aufgebracht wird. Mithilfe eines Inkjet- oder Siebdruckverfahrens, welche grundsätzlich eine ortsaufgelöste Steuerung der Aufbringung eines Materials gestatten, können die erfindungsgemäßen Zubereitungen in beliebige Formen auf den Bereich aufgedruckt werden, sodass am Ende des Verfahrens eine porösen Metallschicht mit der entsprechenden Form gebildet wird. Durch die Wahl geeigneter Formen kann es beispielsweise den behandelnden Arzt erleichtert werden, bei dem Gebrauch des medizinischen Instruments während eines chirurgischen Eingriffs die Position des medizinischen Instruments im Körper eines Patienten noch besser zu bestimmen. Weiterhin ist es möglich, unterschiedliche Instrumente mit unterschiedlichen Formen zu kennzeichnen.
BEISPIELE
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen weiter verdeutlicht, die jedoch nicht als einschränkend zu verstehen sind. Dem Fachmann wird ersichtlich sein, dass anstelle der hier beschriebenen Merkmale andere äquivalente Mittel in ähnlicher Weise verwendet werden können.
Figurenliste

1 zeigt einen Ausschnitt eines medizinischen Instruments 100, welches einen Bereich 102 umfasst. Der Bereich 102 ist dazu eingerichtet, mit einer porösen Metallschicht versehen zu werden.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Bereichs 102, der mit einer Zubereitung 103 bedeckt ist. In diesem Beispiel handelt es sich bei der Zubereitung 103 um eine Gold-Dickfilmpaste. Durch Erwärmen ΔT des Bereichs 102 mit der Zubereitung 103 bildet sich auf dem Bereich 102 eine porösen Metallschicht 101 aus. Die poröse Metallschicht 101 umfasst Poren 104, wobei die einzelnen Poren 104 in einigen Fällen miteinander verbunden sind, und in anderen Fällen voneinander abgegrenzte, singuläre Strukturen aufweisen.
3 zeigt einen Ausschnitt eines medizinischen Instruments 100, welches mit Hilfe einer Metallträgerfolie 102, auf welche eine poröse Metallschicht 101 aufgebracht ist, mit einer Markierung versehen wird. In diesem Beispiel wurde die Zubereitung in einem vorher bestimmten Muster auf die Metallträgerfolie 102 aufgebracht, um durch anschließende Erwärmung eine poröse Metallschicht 101 mit einer entsprechenden Form zu erhalten. Anschließend kann die Metallträgerfolie 102 mit der porösen Metallschicht 101 auf dem medizinischen Instrument 100 angebracht werden, beispielsweise durch Aufkleben, Löten oder Verschweißen.
4 zeigt einen metallografischen Ausschnitt einer Keramik mit einer porösen Goldschicht in einer Querschnittsansicht, die gemäß Beispiel 4 hergestellt wurde. Die poröse Goldschicht ist in der Mitte der Figur dargestellt. Sie weist eine Schichtdicke von etwa 25 µm auf. Die poröse Struktur der Goldschicht ist deutlich zu erkennen.

BEISPIEL 1: AUFBRINGEN EINER PORÖSEN GOLDSCHICHT AUF STAHL
Mithilfe eines Pastendosierungs-Verfahrens wurde eine Gold-Dickfilmpaste (Typ C 4350, Heraeus Deutschland GmbH & Co KG, Hanau, Deutschland) in Form von Streifen mit 750 µm Breite und 40 µm Dicke auf eine Edelstahlfolie aufgebracht. Nach dem Brennen bei einer Temperatur von 550 °C wurde eine poröse Goldschicht mit einer sehr guten Haftung auf der Edelstahlfolie erhalten.
BEISPIEL 2: AUFBRINGEN EINER PORÖSEN GOLDSCHICHT AUF NITINOL
Gemäß Beispiel 1 wurde eine poröse Goldschicht auf ein Werkstück aus Nitinol aufgebracht. Die Haftung der Goldschicht war stark genug, um einem Klebefilm-Abrisstest (engl. „tape test“) zu widerstehen.
BEISPIEL 3: AUFBRINGEN EINER PORÖSEN GOLDSCHICHT AUF RAUER OBERFLÄCHE
Gemäß Beispiel 2 wurde eine poröse Goldschicht auf ein Werkstück aus Nitinol aufgebracht, welches zuvor an der Oberfläche aufgeraut worden war. Hierdurch konnte die Haftung der Goldschicht gegenüber dem Ergebnis von Beispiel 2 verbessert werden.
BEISPIEL 4: AUFBRINGEN EINER PORÖSEN GOLDSCHICHT AUF KERAMIK
Gemäß des Verfahrens aus Beispiel 1 wurde eine poröse Goldschicht mit 25 µm Dicke auf eine Aluminiumoxidkeramik aufgebracht. Die Ergebnisse sind in 4 gezeigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6106473 A [0003]
US 2015316499 A1 [0026]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 1524 [0042]

Claims

Medizinisches Instrument, dadurch gekennzeichnet, dass es eine poröse Metallschicht (101) umfasst.
Medizinisches Instrument gemäß Anspruch 1, wobei die Metallschicht Gold umfasst, oder daraus besteht.
Medizinisches Instrument gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Metallschicht auf einem Bereich (102) des medizinischen Instruments aufgebracht ist, wobei der Bereich ein Metall oder eine Legierung umfasst, welche(s) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Fe, Au, Mo, Nb, W, Ni, Ti, MP35N, 316L, 301, 304 und Nitinol, wobei die Legierung bevorzugt Nitinol ist.
Medizinisches Instrument gemäß Anspruch 3, wobei der Bereich (102) eine Metallträgerfolie ist, die auf das medizinische Instrument aufgebracht ist.
Medizinisches Instrument gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Metallschicht röntgendichte und/oder Ultraschall-echogene Eigenschaften aufweist.
Medizinisches Instrument gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, welches einen Katheter, eine Einführhilfe, eine Nadel oder eine medizinische Elektrode umfasst.
Medizinisches Instrument gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Metallschicht nichtmetallische Partikel umfasst, wobei die nichtmetallischen Partikel bevorzugt ein keramisches Material, weiter bevorzugt Glas, umfassen.
Medizinisches Instrument gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Metallschicht eine Schichtdicke von 5 µm bis 250 µm, bevorzugt 50 µm bis 150 µm, aufweist.
Verfahren zur Beschichtung eines medizinischen Instruments, umfassend die folgenden Schritte: (a) Beschichten eines Bereichs (102) eines medizinischen Instruments mit einer Zubereitung (103), wobei die Zubereitung Metallpartikel und einen Träger umfasst, (b) Erwärmen des Bereichs (102) und der Zubereitung, um die Zubereitung in eine poröse Metallschicht umzuwandeln, und (c) dadurch Erhalten eines medizinischen Instruments, welches mit einer porösen Metallschicht beschichtet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Zubereitung Gold umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei das Erwärmen des Bereichs (102) und der Zubereitung bei einer Ofentemperatur von 500 °C bis 600 °C erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die zu beschichtende Oberfläche des Bereichs (102) vor dem Beschichten mit der Zubereitung aufgeraut wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Zubereitung mithilfe von Siebdruck, Inkjet-Druck oder Pastendosierung auf den Bereich (102) aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Zubereitung in Form eines vorherbestimmten Musters auf den Bereich (102) aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei der Bereich (102) eine Metallträgerfolie ist, die gegebenenfalls erst nach der Ausbildung der porösen Metallschicht mit dem übrigen Teil des medizinischen Instruments verbunden wird.