Flüssigkeitsabweisende medizinische Einrichtungen

Abstract

Das Projekt war darauf ausgerichtet, auf thermoplastischem Kunstsoff ortsselektiv funktionalisierte Oberflächen zu schaffen, die ein rückstandsfreies Ablaufen von Flüssigkeiten ermöglichen. Dazu wurde eine Technologie entwickelt, die es ermöglicht superhydrophobe Oberflächen direkt im Spritzgieflprozess mittels oberflächenmodifizierter Werkzeuge zu erzeugen. Es wurden Lösungsansätze aufgezeigt, wie durch Lasermikrobohren und Laserstrukturierung inverse flüssigkeitsabweisende Oberflächen auf Werkzeugen hergestellt werden können. In Zusammenarbeit mit der Firma Pulsar Photonics GmbH wurden vielfältige Strukturmuster erprobt und in Richtung einer praxistauglichen Anwendung und einer hohen Funktionalität optimiert. Es wurde neben periodisch angeordneten zylindrischen Bohrungen auch die Verwendung von Linienmustern erprobt. Die Versuche zeigen, dass mittels Laserverfahren Werkzeugstrukturierungen mit hoher Qualität möglich sind, die das Abformen superhydrophober Kunststoffoberfächen ermöglichen. Der Einsatz der Laserstrukturierung in Spritzgussformen des Werkzeugbaus war bisher nur in Anwendungen mit deutlich geringerer Auflösung bekannt. Durch die Formgebung im Spritzgießverfahren wurden sowohl auf planen als auch auf zylindrischen Flächen Kontaktwinkel für Wasser im Bereich >150∞ realisiert. Dadurch wird erstmal ein Lösungsweg aufgezeigt, die Strukturierung unter wirtschaftlichen Bedingung durchzuführen. Der technische und zeitliche Aufwand der Werkzeugherstellung kann gegenüber bisher bekannten Verfahren erheblich reduziert werden. Im Rahmen der Herstellung einer Pipette als Prototyp konnte auch die verfahrenstechnische Realisierbarkeit der Laserstrukturierung an gekrümmten Werkzeugflächen mit komplexen Geometrien und der Strukturabformung auf zylindrischen Bauteilen durch Spritzgießen gezeigt werden. Die Laserbehandlung der Werkzeuge bietet die Möglichkeit, die Strukturierung soweit anzupassen, dass das vollständige Ausformen der Oberflächentopographie möglich wird und das Entformen des Werkstückes unter dauerhaft stabilen Bedingungen erfolgen kann. Durch die hohe Variabilität der herstellbaren Strukturformen besteht die Möglichkeit auch andere Funktionalitäten kostengünstig zu realisieren. Das Projektziel einer flüssigkeitsfreien Pipettenoberfläche nach Eintauchen in eine Flüssigkeit konnte allerdings nicht erreicht werden. Trotz einer erheblich reduzierten Benetzung mit superhydrophoben Verhalten und einem erzielten Kontaktwinkel von größer 150∞ ist die wasserabweisende Wirkung bei Anliegen eines hydrostatischen Druckes unzureichend. Für eine praxisreife Anwendung in diesem Bereich sind weitere Optimierungen notwendig.