Flüssigkeitsabweisende medizinische Einrichtungen
Projektleiter: Holger Gunkel
Projektnummer: 49MF220022
Laufzeit: 01.07.2022 – 31.12.2024
Aufgabenstellung
In fast allen Bereichen der Medizin werden Flüssigkeiten aus Behältnissen zu Patienten oder in andere Behältnisse überführt. Speziell auf dem Gebiet medizinischer Pack- und Hilfsmittel ist es oft erforderlich, dass die genutzten Behältnisse möglichst vollständig entleert werden können.
Vor diesem Hintergrund war das Projekt darauf ausgerichtet, ortsselektiv funktionalisierte Oberflächen zu schaffen, die ein rückstandsfreies Ablaufen von Flüssigkeiten ermöglichen. Die Funktionalisierung soll mit einer einfachen, sehr kostengünstigen Methode ohne Einsatz einer Beschichtung und ohne Modifizierung oder Additivierung des Ausgangspolymers erreicht werden und soll physiologisch unbedenklich sein.
Ziel des Projekts war deshalb die Entwicklung eines Spritzgießprozesses und des Prozessverständnisses für die Herstellung von hydrophoben Mikrostrukturen auf technischen Oberflächen aus Kunststoff. Im Projekt wurden dazu Oberflächen auf Werkzeugen mittels Ultrakurzpulslasern so strukturiert, dass im Abformungsprozess superhydrophobe und selbstreinigende Eigenschaften auf den Bauteilen entstanden. Neben der gewünschten Funktionalität sollte ein effizienter, störungsfreier Spritzgießprozess mit langen Betriebszeiten der Werkzeuge gewährleistet werden.
Ergebnisse
Im Projekt wurde der grundsätzliche Nachweis erbracht, dass durch laserinduzierte Spritzgießwerkzeug-strukturierung einfach und kostengünstig die Benetzung von Kunststoffoberflächen modifiziert werden kann. Das Ziel, wasserabweisende Oberflächen zu entwickeln, die ein rückstandsfreies Ablaufen von Flüssigkeiten ermöglichen und durch Spritzgießen hergestellt werden können, wurde erfolgreich umgesetzt.
Dazu wurden in Zusammenarbeit mit einem Projektpartner die Möglichkeiten der Laserstrukturierung und -bohrung von Werkzeugstahl untersucht und Strukturmuster sowohl auf planen wie auch auf gekrümmten Flächen hergestellt. Von besonderem Interesse waren periodisch angeordnete Linien- und Noppenmustern, wie sie in ähnlicher Form und Größe auch vom Lotuseffekt bekannt sind. Das Spritzgießen konnte so angepasst werden, dass die Werkzeugstruktur mit sehr hoher Genauigkeit abgeformt wurde und ein stabiler Prozess mit gutem Entformungsverhalten gesichert war. Das neue Verfahren konnte an einer Pipettenspitze prototypisch umgesetzt werden. Es wurden wasser-abstoßende Eigenschaften mit einem Kontaktwinkel > 135° realisiert.
Anwendung
Das neue Verfahren ist vorrangig für Anwendungen im medizinischen Sektor vorgesehen, bei denen keine mechanischen Einwirkungen auf die flüssigkeitsabweisenden Oberflächen auftreten.
Die möglichen Einsatzbereiche sind vielfältig. Dazu gehören etwa Behälter, Gefäße, Flaschen, Ampullen, Pipetten, Titerplatten, Vials und Dosierbecher.
