Thermische Spritzbeschichtungen

Der früheste dokumentierte Beweis für die thermische Kauterisierung – die Anwendung lokaler Hitze zur Ausätzung eines Schnitts und zur Begrenzung des Blutverlusts – stammt aus dem Jahr 3.000 v. Chr. bei Operationen, die von den Ägyptern durchgeführt wurden. Überraschenderweise änderte sich kaum etwas, bis im 19. Jahrhundert die ersten Elektrochirurgie-Operationen durchgeführt wurden, als Chirurgen mit elektrischem Strom experimentierten, um einen Einschnitt mit einem erhitzten Draht zu kauterisieren. Echte Elektrochirurgie und der Vorläufer der heutigen monopolaren und bipolaren elektrochirurgischen Systeme begannen mit Dr. William Bovie und seiner Erfindung eines elektrochirurgischen Geräts (ein Bovie) im Jahr 1926, das einen Wechselstrom mit hoher Frequenz (RF) und verschiedenen Spannungen für chirurgisches Schneiden liefern konnte und/oder um Blutungen zu kontrollieren.

Heutzutage umfassen mehr als 80 % aller chirurgischen Eingriffe Elektrochirurgie. Chirurgen aller Fachrichtungen können mit einer Reihe handgeführter und robotergeführter elektrochirurgischer Geräte, oft gekoppelt mit minimalinvasiven Operationstechniken, den Blutverlust, die Eingriffsdauer, die Anästhesiezeit des Patienten und die Genesungszeit minimieren. Während ein Großteil des Verdienstes den erfahrenen Chirurgen und den innovativen Herstellern elektrochirurgischer Geräte zu verdanken ist, gibt es noch einen weiteren wichtigen Akteur: thermische Spritzbeschichtungen, die diesen Geräten entscheidende Oberflächeneigenschaften verleihen.

Sowohl monopolare als auch bipolare Geräte verwenden elektrischen Strom von einer Generatoreinheit, um einen stark kontrollierten elektrischen Strom anzulegen und lokale Wärme zu erzeugen, die bei Anwendung durch ein chirurgisches Instrument Gewebe schneidet, koaguliert, abträgt oder seziert. Sie unterscheiden sich darin, welchen Weg der Strom nimmt. Das monopolare Gerät (die aktive Elektrode) leitet Strom durch das Gewebe, der dann über eine am Patienten angebrachte Erdungselektrodenplatte/-elektrode aus dem Patienten austritt. Ein bipolares Gerät kann so einfach wie eine Pinzette oder Schere sein, wobei der Strom von der negativ geladenen Elektrode, der Scherenklinge oder der Pinzettenspitze nur durch das zwischen den Klingen oder Backenspitzen gehaltene Gewebe zur positiv geladenen Elektrode auf der anderen positiv geladenen Klinge fließt Spitzenkiefer. Im Gegensatz zum monopolaren Gerät fließt kein Strom durch den Patienten. Der Stromfluss ist viel lokalisierter, was bipolare Geräte ideal für mehr Operationen an kleinen Bereichen macht, die eine höhere Präzision erfordern, wie zum Beispiel die Laparoskopie. Darüber hinaus eignen sich bipolare Geräte ideal für Patienten mit implantierten Geräten, bei denen Strom von einem monopolaren Gerät durch das Gerät fließen und einen Kurzschluss oder eine Fehlzündung verursachen könnte.

Bipolare elektrochirurgische Geräte gibt es mittlerweile in einer Vielzahl von Größen und Ausführungen, wobei viele von ihnen immer komplexere, äußerst präzise Geometrien für hochspezialisierte, heikle chirurgische Anwendungen aufweisen. Fast alle bestehen aus Metall, vor allem aus rostfreiem Stahl, und alle sind für die Leitung von elektrischem Strom ausgelegt. Die präzise Anwendung einesDie elektrisch isolierende (dielektrische) Beschichtung der Metallsubstratoberfläche des Geräts war noch nie so wichtig. Ohne diese Isolierung kann es zu Lichtbögen kommen, die zu einem Kurzschluss und Ausfall des Geräts führen – oder schlimmer noch, zu Verletzungen des Chirurgen und des Patienten. Darüber hinaus erfordern viele Geräte eine zweite Wärmedämmschicht, um Chirurgen und Patienten vor einem Temperaturanstieg auf den Geräteoberflächen zu schützen, die nicht für die Gewebeversiegelung vorgesehen sind.

Fast seit der Einführung der ersten bipolaren elektrochirurgischen Geräte war TST Engineered Coating Solutions, ein Geschäftsbereich von Fisher Barton in Sun Prairie, Wisconsin, führend bei der Entwicklung und Anwendung fortschrittlicher dielektrischer Beschichtungen sowie wärmeisolierender Beschichtungen und Beschichtungen für extremen Verschleiß Beständigkeit und Beschichtungen mit antimikrobiellen Eigenschaften. Bipolare elektrochirurgische Geräte haben von speziellen Beschichtungen und den damit verbundenen Oberflächeneigenschaften profitiert. Mittlerweile gibt es Millionen von Geräten dieser Art, die mit einer TST-Beschichtung ausgestattet sind.

Die enormen Unterschiede in der Größe, Form, Geometrie, dem Material und der Endanwendung der Instrumente verhindern einen einheitlichen Ansatz bei der Entwicklung einer Beschichtungslösung. Bei TST beginnt der Prozess mit einem engagierten Forschungs- und Entwicklungsteam, zu dem auch Materialingenieure gehören, die eng mit den Kunden zusammenarbeiten, um das Instrument und die gewünschten Oberflächeneigenschaften sowie die Umgebung, in der das Instrument funktionieren wird, vollständig zu verstehen. Dabei werden verschiedene Beschichtungseigenschaften berücksichtigt, darunter Durchschlagsfestigkeit, Porositätsgehalt, Haftung, Oxidation, Härte und Mikrostruktur – alle während des Entwicklungsprozesses metallurgisch untersucht und getestet, um ein optimales technisches Beschichtungsdesign sicherzustellen.

Letztendlich wird ein Beschichtungsmaterial ausgewählt und mit dem richtigen thermischen Spritzverfahren kombiniert. TST kann Beschichtungen durch eine Vielzahl von Verfahren auftragen, die alle als thermisches Spritzen bezeichnet werden. Bei jedem Verfahren wird die Verbrennung von Gasen oder elektrischer Energie genutzt, um Ausgangsmaterial in Draht-, Pulver- oder Stabform zu schmelzen. Das geschmolzene Material wird zerstäubt und auf eine vorbereitete Oberfläche geschleudert, wo das Material sofort gefriert und sich zu einer Beschichtung aufbaut. Thermische Spritzbeschichtungsverfahren sind äußerst vielseitig und können Beschichtungen aus einer nahezu endlosen Anzahl von Materialien erzeugen.

Seit der ersten Anwendung einer thermischen Spritzbeschichtung für ein bipolares elektrochirurgisches Gerät hat TST eine Familie von Oxidkeramikbeschichtungen entwickelt, die nachweislich dielektrische Eigenschaften für das breiteste Anwendungsspektrum liefern, sei es für hohe oder niedrige Spannungen, Gleichstrom oder HF. Keramik ist langlebiger sowie verschleiß- und korrosionsbeständiger als andere Beschichtungen wie Polymere und kann aus gängigen Materialien wie Oxiden verschiedener Metalle sowie anderen Materialien, Legierungen und Verbindungen hergestellt werden. Oxidkeramikbeschichtungen können die für die meisten Geräte festgelegten Leistungskriterien erfüllen oder übertreffen, darunter:

TST hat die thermischen Spritztechnologien und -techniken zum Auftragen dieser Beschichtungen mit höchster Genauigkeit bis hin zu einer Fläche von nur 0,012 Zoll (0,3 mm) im Durchmesser perfektioniert. Spezielle TST-Befestigungen, Werkzeuge, Zellendesign und Prozesssteuerungen sind darauf ausgelegt, die Anforderungen zu erfüllen Anforderungen jeder Anwendung und hält die engsten Toleranzen für Volumina von nur einem Teil bis zu Tausenden ein.

Zu dieser Familie oxidkeramischer Beschichtungen gehören auch Varianten zur Wärmedämmung. Die Wärmeleitfähigkeit dieser Beschichtungen kann durch Variationen der Zusammensetzung der Beschichtungschemie und ihrer Struktur gesteuert werden, wobei leicht eine Leitfähigkeit von nur 0,5 W/mK erreicht werden kann.

Wo Verschleißfestigkeit erforderlich ist, können Beschichtungen aus Oxidkeramik, Karbiden oder Hartmetallen aufgebracht werden, um eine extreme Verschleißfestigkeit zu erreichen. Diese Beschichtungen mit Härten von bis zu 1.500 Vickers und Dichten über 99,5 % können die Produktlebensdauer erheblich verlängern und einen erheblichen Mehrwert schaffen.

TST liegt zentral im Mittleren Westen und verfügt über ein Forschungs- und Entwicklungsteam, das sich der Entwicklung neuer Lösungen widmet. Abhängig von den Werkzeug-/Befestigungsanforderungen eines bestimmten Produkts kann TST dem Kunden innerhalb weniger Wochen die ersten Prototypen zum Testen und Validieren zur Verfügung stellen. Darüber hinaus hat TST Zugriff auf alle Ressourcen seiner Muttergesellschaft Fisher Barton, um das Design und die Funktionalität der Produkte seiner Kunden zu verbessern. Das Fisher Barton Technology Center ist von grundlegender Bedeutung für seine Fähigkeit, die Materialien und Beschichtungen zu verstehen und anzuwenden, die zur Verbesserung der Kundenprodukte erforderlich sind.

Über die Autoren: Stephan Badot ist Business Development/Marketing Manager und Bill Lenling ist ein leitender angesehener Ingenieur, beide bei TST Engineered Coatings/A-Abteilung von Fisher Barton.

TST Engineered Coating Solutions, A Fisher Barton Co. https://www.tstcoatings.com https://www.fisherbarton.com

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