Ablationskatheter-Hersteller liefern sich ein Wettrennen um die Mikrotechnik
Kleiner. Leichter. Innovativer.
Wenn Konstrukteure medizinischer Geräte über ihre Produktanforderungen sprechen, verwenden sie oft diese Begriffe, um ihre Arbeit zu erklären. Bei der Entwicklung von Kathetern der nächsten Generation ist das Thema „kleiner“ zu einer Obsession geworden.
Die Möglichkeit, Kunststoffe mikrozuverformen und auf winzige Elektronik zuzugreifen, ist wichtig, um Dinge kleiner zu machen. Aber Flüssigkeitsdispenser sind tatsächlich wegweisend für die nächste Generation der Ablationskatheter-Technologie.
Branchenfaktoren
Die Hersteller medizinischer Geräte haben gute Gründe, ihre Produkte kleiner zu machen. Kleinere kompaktere Geräte benötigen weniger Platz für die Lagerung und den Transport.
Wahrscheinlich noch wichtiger ist, dass die Mikrotechnologie niedrigere Kosten durch weniger invasive Eingriffe verspricht. Dies bedeutet, dass weniger Zeit für die Genesung benötigt wird und somit weniger Krankenhausaufenthalte erforderlich sind.
Weniger invasive chirurgische Verfahren bieten viele Vorteile, darunter:
- Geringeres Operationstrauma
- Geringere postoperative Risiken
- Weniger Klinikaufenthalte der Patienten
Der Vorstoß in Richtung Mikrotechnik in der Medizintechnikbranche ist auch eine bedeutende wirtschaftliche Chance. Im Jahr 2019 erreichte der Weltmarkt einen Wert von 20,5 Milliarden US-Dollar, und Experten erwarten, dass er bis 2030 auf über 44 Milliarden US-Dollar anwachsen wird.
Während sich die Branche auf kleinere Geräte zubewegt, sind die Hersteller von Ablationskathetern führend bei der Verwendung von Mikrodosierungstechnologie.
Was ist ein Ablationskatheter?
Die Katheterablation ist eine minimalinvasive Behandlung von Herzrhythmusstörungen, die medizinisch als Herzrhythmusstörungen bezeichnet werden. Ein Katheter ist ein dünner Schlauch, der durch ein Blutgefäß in das Herz des Patienten eingeführt wird. Bei der Ablation handelt es sich um eine Technik zur gezielten Zerstörung von abnormalem Gewebe und zur Wiederherstellung der ordnungsgemäßen Funktion des Herzens.
Dieses Verfahren wird auch als Herzablation oder Radiofrequenzablation bezeichnet. Ziel ist es, kleine Gewebebereiche zu zerstören. Diese Bereiche könnten die Ursache für einen unregelmäßigen Herzschlag sein.
Um sehr präzise und qualitativ hochwertige Ablationskatheter zu konstruieren, verlassen sich die Hersteller von Medizinprodukten auf präzises Jetten und andere Technologien zur Mikrodosierung von Flüssigkeiten.
Flüssigkeitseigenschaften für die Mikrodosierung
Die Vielfalt der Flüssigkeiten und Viskositäten, die mikrodosiert werden können, umfasst eine beträchtliche Bandbreite:
- Klebstoffe
- Epoxide
- Ester
- Flussmittel
- Greases
- Fette
- Lacke
- Öle
- Silikone
- Lotpaste
- Schwache Säuren
- Schwache Laugen
Es gibt viele Flüssigkeitsformulierungen von verschiedenen Anbietern, die jeweils speziell für unterschiedliche Anwendungstechniken formuliert sind.
In erster Linie muss die Flüssigkeit, die dosiert werden soll, leicht durch die Dosierköpfe fließen. Die Viskosität ist der Fließwiderstand einer Flüssigkeit und ist eine der wichtigsten rheologischen Eigenschaften, um festzustellen, ob eine Flüssigkeit dosierbar ist.
Sobald die Flüssigkeit das Substrat erreicht, muss sie die Fähigkeit besitzen, sich umzustrukturieren und zu regenerieren, damit sie sich nicht ausbreitet und die anderen Komponenten auf dem Substrat verunreinigt.
Die Eigenschaft der Flüssigkeit, die es dem Material ermöglicht, zu seiner ursprünglichen Viskosität zurückzukehren, ist Teil der Thixotropie der Flüssigkeit - der Zustand, in dem die Flüssigkeit weniger viskos wird, wenn sie einer Belastung ausgesetzt ist.
Das Verständnis der Thixotropie von Flüssigkeiten, die dosiert werden sollen, ist eine entscheidende Komponente für eine erfolgreiche Mikrodosierung.
Weitere rheologische Eigenschaften der Flüssigkeit, die bei der Mikrodosierung berücksichtigt werden müssen, sind u. a:
- Dichte und Gewichte
- ob es abrasive Füllstoffe enthält oder nicht
- ob es sicher zu dosieren oder brennbar ist
Die Flüssigkeitseigenschaften können auch durch das verwendete Dosierverfahren verändert werden. Die Erwärmung der Luft im Dosiersystem kann die Viskosität der Flüssigkeit verändern, ebenso wie der Flüssigkeitsdruck und die Leitungsgeschwindigkeit.
Auch die Art und Weise, wie die Flüssigkeit gelagert wird, beeinflusst ihre Rheologie. Wird sie in einem kalten Lager aufbewahrt? Wie wird sie erwärmt? Die Eigenschaften einer Flüssigkeit ändern sich bei Temperaturschwankungen und mit dem Ablauf der Zeit.
Die Spezifikation verschiedener Flüssigkeiten und die Bestimmung der besten Dosierparameter für eine bestimmte Anwendung sind wichtige Faktoren für die Umsetzung eines erfolgreichen Mikrodosierprozesses.
Trends bei der Mikrodosierung für Kathetertechnologien
Die heutigen Katheterdesigns stoßen an die Grenzen der Material- und Fertigungsmöglichkeiten. Ein moderner Katheter, der früher einen Durchmesser von 2 mm hatte, hat heute einen Durchmesser von 1 mm oder weniger.
Diese Katheter können Herzschrittmacher in den Körper einführen. Darüber hinaus können sie Stenting-, Ventil-, Naht- und Schrittmachereigenschaften aufweisen. Diese kleineren Geräte haben den Vorteil, dass sie nahe an der Stelle im Körper platziert werden können, wo sie am besten funktionieren.
Damit mikrotechnisch hergestellte Katheter funktionieren, konzentrieren sich die Hersteller auf Leistungsfähigkeit, Skalierbarkeit und Nachhaltigkeit. Sie verwenden Rapid-Prototyping- und Mikrogusstechnologien.
Der Schlüssel zu einem Mikrokatheter sind dünne Wände. Auch das Design der Unterbaugruppen spielt eine Rolle. Es ist entscheidend, dass alles zusammenpasst.
Die aufgetragenen Mikropunkte haben einen Durchmesser von 300 bis 400 Mikrometern, was etwa der Dicke von fünf bis sechs menschlichen Haaren entspricht. Um diese winzigen Ablagerungsgrößen zu erreichen, sind hochentwickelte Flüssigkeitsdosiertechnologien erforderlich.
Flüssigkeitsdosierlösungen
Die Herstellung von Ablationskathetern erfordert eine äußerst präzise Fertigungstechnologie. Jetting-Lösungen, wie die PICO® Jetventil-Serie, erhöhen den Wert der präzisen Katheterherstellung.
PICO Jetting-Systeme für die Ablationskatheterherstellung
Das PICO Pµlse® XP Jetventil und der PICO® Toµch™ XP -Controller sind ideal für die Herstellung von Ablationskathetern, da sie extreme Präzision und Widerholgenauigkeit mit einer einzigartigen selbstregulierenden Kalibrierung für verbesserte Ventil-zu-Ventil-Jetting-Leistung bieten.
Insbesondere die Fähigkeit zur Mikrodosierung - bis zu 0,5 nL -, die kontinuierlich mit bis zu 1000 Hz erfolgt, ermöglicht Unternehmen die präzise Steuerung, die für die Herstellung moderner medizinischer Geräte erforderlich ist. Diese Fähigkeiten in Verbindung mit der Hubeinstellung im Mikrometerbereich (µm) sind ideal für anspruchsvolle berührungslose Anwendungen wie die Herstellung moderner Herzkatheter.
Kontaktventil-Lösungen für die Katheterproduktion
Nadelventile sind ein unverzichtbares Werkzeug, um feine Linien und Punkte für Dosierflüssigkeiten auf Substrate aufzubringen. Die Herstellung von Ablationskathetern erfordert häufig Mikropunkte mit einem Durchmesser von nur 150 µm (0,15 mm) (0,006"). Die xQR41 MicroDot™-Ventile ermöglichen die Dosierung auf engem Raum und in komplexeren Winkeln.
Diese Kontaktventile unterscheiden sich von berührungslosen Ventilen wie den PICO- Jetsystemen, da sie mit der Dosieroberfläche in Kontakt kommen müssen, um eine Flüssigkeit aufzutragen. Dadurch sind sie zwar langsamer als Jetsysteme, aber nicht weniger zuverlässig oder genau.
Für Anwendungen, bei denen Dosierungen im Bereich von Bruchteilen eines Mikroliters erforderlich sind, bieten die 741MD MicroDot-Ventile eine pneumatische Bedienung und Steuerung. Für die richtige Fertigungsanwendung wählen Katheterhersteller diese Lösung, da sie konsistente Mikropunkte mit einem Durchmesser von nur 0,18 mm (0,007") aufträgt, nicht von Lufteinschlüssen in Flüssigkeiten beeinträchtigt wird und ein tropffreies Abschließen ermöglicht.
Die 787MS MikroSpray-Ventile eignen sich ideal für Mikrosprühanforderungen und sind eine bevorzugte Wahl für Hersteller von Ablationskathetern. Das liegt daran, dass Standard-Sprühventile mit kleinem Durchmesser ein präzises, gleichmäßiges Sprühbild erzeugen können, das bis zu 30 % kleiner ist als bei Standard-Sprühventilen. Das Ventil erzeugt Sprühmuster mit einem Durchmesser von 3,3 mm (0,13„) und einem Durchmesser von 19 mm (0,75“).
Ebenso bietet das 781Mini-Sprühventil die Art von Präzision, die für die Herstellung von Ablationskathetern erforderlich ist. Das Sprühventil ermöglicht die Steuerung von Sprühmustern mit einer Breite von nur 1 mm (0,04"). Es bietet gleichmäßige Sprühmuster, bessere Genauigkeit und Kantenschärfe.
Manuelle Lösungen zur Flüssigkeitsdosierung für die Katheterproduktion
Die Automatisierung der präzisen Bewegungen, die erforderlich sind, um einen fortschrittlichen Ablationskatheter herzustellen, ist oft unmöglich. Viele hochqualifizierte Fachkräfte führen die extrem präzisen Bewegungen, die für diese kleinen Werkstücke notwendig sind, manuell aus.
Um das Dosieren von Flüssigkeiten manuell durchzuführen, ist der UltimusPlus™ eine beliebte Lösung. Die UltimusPlus™ I-II Dispenser bieten eine vereinfachte Einrichtung und Bedienung mit einer fortschrittlichen Touchscreen-Steuerung der Dosierparameter.
Um den Bedarf an feinen Linien und Punkten zu decken, verwenden die Hersteller Abgeschrägte 33 ga Optimum-Dosiernadeln. Die abgeschrägten Nadeln sind ideal für die Dosierung zwischen empfindlichen Oberflächen oder zur Herstellung exakter, wiederholgenauer Mikroaufträge.
In der 33-Ga-Größe sind die Dosiernadeln in der Lage, konsistent eine 0,10 mm / 0,004“ Linie von dosierten Flüssigkeiten herzustellen. In Verbindung mit den Optimum-Kartuschen bietet das Produkt die Reinheit, Kontaminationsfreiheit und statikfreie Leistung, die für die Herstellung medizinischer Geräte erforderlich ist.
Herausforderungen bei der Produktion mit Mikrodosierung
Da Ingenieure mit neuen Ablationskatheterdesigns erfolgreich sind, versuchen andere Bereiche der Biowissenschaftsindustrie, diese Erfolge nachzuahmen. So werden häufig kleinere implantierbare Geräte zur Behandlung von Herzrhythmus, Schmerzen und Blutdruck eingesetzt.
Was sie mit der Herstellung von Ablationskathetern gemeinsam haben, ist die ständige Herausforderung, immer kleinere Flüssigkeitsaufträge herzustellen. Für diese innovativen Anwendungen sind Ablagerungen im Nanoliterbereich und kleiner erforderlich. Dies stellt einen bedeutenden Wandel in der Herstellung dar, da von Mikrolitern zu Nanolitern übergegangen wird, wobei die Ablagerungsgrößen speziell bei 4 Nanolitern liegen.
Jetting bietet neue Fertigungsmöglichkeiten, aber die bewährte Dosierung von Kontaktflüssigkeiten bleibt eine praktikable und beliebte Fertigungsoption. Die Kontaktdosierung nutzt die Eigenschaften der Oberflächenspannung, um wiederholgenaue und exakte Dosierungen vorzunehmen.
In seiner einfachsten Form setzt das Kontaktdosieren einen Flüssigkeitspunkt frei, der am Ende der Dosierspitze ein winziges Tröpfchen bildet. Die Oberflächenspannung hält den Punkt in einer gleichmäßigen Form, und der Punkt wird durch Kontakt auf dem Substrat freigesetzt.
Dies ist zwar ein bewährter und beliebter Ansatz, aber er hat auch seine Grenzen. Ein Grund ist, dass die Oberflächenspannung jeder Flüssigkeit die Größe der Tröpfchen beeinflusst. Auch die Eigenschaften des Substrats wirken sich auf die Tröpfchengröße aus. Außerdem erfordert die Kontaktdosierung, dass die Hersteller bei der Z-Positionierung der X-, Y- und Z-Achse äußerst präzise arbeiten.
Für Designs, die feine Linien und Punkte erfordern, kann das Jetten eine hervorragende Fertigungslösung sein. Das Jetten beseitigt die Probleme mit der Oberflächenspannung der Montageflüssigkeit. Da beim Jetten die Auftragskraft aufgebracht wird, gibt es keine Oberflächenspannung.
Die Zukunft der Mikrodosierung
Die Ära der Mikrodosierung hat begonnen. Wer, wie und welche Segmente der Biowissenschaftsindustrie diese Flüssigkeitsdosiertechnologie nutzen werden, muss sich jedoch erst noch herausstellen.
Das Gesamtbild für die Herstellung medizinischer Geräte wie Katheter ist jedoch klarer. Da die weltweite Nachfrage weiter steigt, sind effizientere Fertigungslösungen erforderlich. Automatisierte Systeme müssen in der Lage sein, Mikroflüssigkeiten zu dosieren, um mit der Nachfrage Schritt zu halten.
Mikroanwendungen erfordern wiederholgenauere Prozesse mit kürzeren Zykluszeiten.
Speziell für die Herstellung von Ablationskathetern erfordert die erfolgreiche Herstellung von Mikrotechnologien in der Zukunft das Verkleben von Elektroden und die strategische Positionierung von Lotpasten. Die Verwendung von Epoxidpaste zum Schutz elektronischer Bauteile und deren Handhabung kann eine schwierige Aufgabe sein, die es zu bewältigen gilt. Katheterhersteller benötigen zuverlässige Lösungen, um wiederholt kleinste Flüssigkeitsmengen auf eine Oberfläche aufzubringen.
Fazit
Der Wettlauf um die Mikrotechnik hat begonnen, und er beschleunigt sich immer mehr. Unternehmen wie Nordson EFD haben Technologien entwickelt, die Branchen wie Ablationskathetern zum Erfolg verhelfen, indem sie Flüssigkeitsablagerungen kleiner machen.
Es gibt starke Bestrebungen, kleinere, spezialisiertere Katheter herzustellen. Fortschritte in der Jet-Technologie werden minimal invasive Spezialkatheter ermöglichen. In Zukunft werden präzise Technologien für die Dosierung von kleinen Linien und Punkten auf Mikron-Ebene entscheidend sein. Diese Technologien werden die zukünftigen Ergebnisse bestimmen.
[i] Are You Ready for the Miniaturization Revolution in Electronics? (mclpcb.com)
Resourcen
Optimum Abgeschrägte Dosiernadeln
William Binkley
William Binkley ist der Vertriebsleiter von Nordson EFD für Lateinamerika. Er verfügt über 32 Jahre Erfahrung im Vertrieb bei Nordson EFD, unter anderem als Product Application Specialist. Er besitzt einen Bachelor of Science in Betriebswirtschaft und Management vom Columbia College, Missouri.
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