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Nickelhaltiges Material für die Medizin Nitinol in Endobronchialventilen THE MAGAZINE DEVOTED TO NICKEL AND ITS APPLICATIONS

Nickel im Gesundheitswesen zur

Verbesserung der Lebensqualität

JAHRGANG 32, NR. 3, 2017

Trends bei medizinischen Instrumenten

ANCON BUILDING PRODUCTS

Der Tunnel in Zahlen • Für den Rahmen des neuen Verkleidungssystems, das ein wichtiger Bestandteil des Sanierungsprojekts für den Queensway Tunnel darstellt, wurden 400 Tonnen Edelstahl verbaut.  Die Verkleidungspaneele werden von einem modularen Rahmen

von geringem Gewicht aus nickelhaltigem Edelstahl getragen.

FALLSTUDIE 11 SANIERUNG EINES UNTERWASSERTUNNELS

Die Rahmen wurden im Werk hergestellt und vor dem Transport montiert. 

Einige der Paneele wurden im Siebdruckverfahren mit den Werken eines örtlichen Künstlers geschmückt. 

er Queensway Tunnel ist ein Straßentunnel unter dem Fluss Mersey im Nordwesten Englands zwischen Liverpool und Birkenhead. Beim Abschluss der Bauarbeiten im Jahr 1934 war er mit 3,24 km Länge der längste Unterwassertunnel der Welt. 2011 wurde der Tunnel nach 77 Betriebsjahren einer 11-monatigen Generalsanierung unterzogen. Die alte Wellkunststoff-Schutzwandverkleidung wurde durch keramischen Stahl ersetzt, der wegen seiner Widerstandsfestigkeit, seiner hohen Festigkeit und seines geringen Wartungsbedarfs gewählt wurde. Die neue Verkleidung ist leicht zu reinigen und verleiht dem Tunnel ein zum 21. Jahrhundert passendes Erscheinungsbild. Darüber hinaus verbessert das neue Verkleidungssystem die Sicherheit; es erhöht die Lichtreflexion und dadurch die Helligkeit um 14 %. Somit kann der Stromverbrauch reduziert und die Lampenlebensdauer von sieben auf acht Jahre erhöht werden, was finanzielle Einsparungen und eine bessere CO2-Bilanz zur Folge hat. Die Verkleidungspaneele werden von einem leichten Edelstahl-Modulrahmen getragen, der aus kaltgeformten Trägern besteht, die aus 390 Tonnen Edelstahlband hergestellt wurden. Für den Rahmen wurde wegen der aggressiven Umgebung in Straßentunneln nickelhaltiger Edelstahl des Typs 304 (UNS S30400) gewählt. Es wurde ein strenger Reinigungsplan entwickelt, der die Ansammlung von Schmutz und Kontaminierungsstoffen wie Chloriden oder Sulfaten verhindern soll, die stellenweise zu Korrosionserscheinungen führen könnten. Der Edelstahlrahmen sollte so leicht wie möglich sein, um die Materialkosten zu reduzieren und gleichzeitig eine schnelle Installation zu ermöglichen. Dadurch konnte die Sanierung bei einer minimalen Unterbrechung des normalen Tunnelbetriebs durchgeführt werden. Der Rahmenwerk musste auch schnell abnehmbar sein, und die einzelnen Paneele mussten bei einer Beschädigung, etwa nach einem Autounfall, ersetzt werden können. Die Modulbauweise sieht vor, dass jeder Unterrahmen ein Verkleidungspaneel trägt. Durch das innovative Designkonzept mit im Voraus angebrachten, robusten Schienen oben und unten an der Tunnelwand, an denen dann die Edelstahlrahmen montiert wurden, konnte die Installationszeit erheblich verkürzt werden. Außerdem trägt es zu einer Minimierung der Unterbrechungen des Tunnelbetriebs bei.

2 NICKEL FALLSTUDIE

• Bau: 1925-1934, Baukosten von £ 8 Mio. (1934) • Länge des Tunnels: 3,24 km • Größe des Tunnels: 13,4 m Durchmesser, vier Fahrspuren, zwei in jeder Richtung, von 35.000 Fahrzeugen täglich genutzt • Kosten der Sanierung: £ 7 Mio. (2011) • Anzahl der Paneele aus keramischem Stahl: 6000, auf einer Fläche von 36.000 m2 • Gesamtgewicht des Verkleidungssystems: ca. 900 Tonnen • Gewicht des Edelstahls: ca. 400 Tonnen • Rahmen: Austenitischer Edelstahl des Typs 304 (UNS S30400) (ca. 8,3 % Nickel) • Verankerungen: Der Rahmen wird mit 48.000 Verankerungselementen an der Tunnelwand befestigt. Diese bestehen aus A4-Edelstahl in einer Typ 316 (UNS S31600) äquivalenten Zusammensetzung. • Hauptstützhaken für jedes Paneel: Wegen seiner hervorragenden Festigkeit wurde Duplex-Edelstahl (UNS 32205) mit einem Nickelgehalt von 5,5 % gewählt. • Die Sanierung dauerte 11 Monate und wurde im November 2011 abgeschlossen. • Einige der Keramikpaneele wurden im Siebdruckverfahren mit von einem Künstler aus der Region geschaffenen Grafi ken geschmückt. Damit handelt es sich um den ersten Tunnel in Europa, in dem die Tunnelverkleidung künstlerisch ausgestaltet wurde. • Im September 2009 wurde im Tunnel eine Szene aus „Harry Potter und die Heiligtümer des Todes – Teil 1“ gedreht. • Die vollständige Fallstudie ist auf der Website des Nickel Institute als Download erhältlich: www.nickelinstitute.org

NICKEL, JHRG. 32, NR. 3, 2017

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Die Fachzeitschrift für Nickel und seine Anwendungen ISTOCK.COM/MONSTARRR_

Das Nickel Magazine ist eine Publikation des Nickel Institute. www.nickelinstitute.org David Butler, Verbandspräsident Clare Richardson, Chefredakteurin Beiträger: Parul Chhabra, Gary Coates, Peter Kelly-Detwiler, Richard Matheson, Geir Moe, Kim Oakes, Kristina Osterman, Tony Newson, Lissel Port, Nigel Ward Entwurf: Constructive Communications

Das Textmaterial wurde zur allgemeinen Information des Lesers erstellt und sollte nicht als Grundlage für spezifische Anwendungen verwendet werden, ohne dass vorher fachmännische Beratung eingeholt wurde. Obwohl das Textmaterial nach unserem besten Wissen korrekt ist, garantieren das Nickel Institute, seine Mitglieder, Mitarbeiter und Berater nicht seine Eignung für eine allgemeine oder spezifische Anwendung und übernehmen keine Haftung oder Verantwortung irgendeiner Art im Zusammenhang mit den hierin enthaltenen Informationen. ISSN 0829-8351 Gedruckt in Kanada von der Hayes Print Group auf Recyclingpapier Titelseite: Constructive Communications Foto auf der Titelseite: iStockPhoto.com © Eraxion

NICKEL IN HEALTHCARE Nickelhaltige Materialien wie Edelstahle sind als sicher, einfach zu reinigen und besonders hygienisch anerkannt. Aufgrund dieser Eigenschaften werden sie in der Medizin weithin genutzt, ob für chirurgische Instrumente, Implantate, medizinische Geräte oder – weiter oben in der Lieferkette – in pharmazeutischen Verarbeitungsanlagen, mit denen lebensrettende Medikamente hergestellt werden. Die Eﬀektivität dieser Materialien ist schon lange bekannt. Edelstahl wird seit den 1920er Jahren für Skalpelle, Extraktionszangen und Implantate eingesetzt.

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VERWENDUNG VON NICKEL IN MEDIZINPRODUKTEN CAGR 7 % P.A.

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Kontaktangaben: Rue Belliard 12 Brüssel 1040, Belgien Tel. +32 2 290 3200 communications@nickelinstitute.org

INHALTSVERZEICHNIS Fallstudie Queensway-Tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Im Brennpunkt Editorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Sonder-Leitartikel Nickelempfindlichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Nickelhaltiges Material für die Medizin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5–7 Earfold® . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Nitinol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Endobrachialventil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Trends bei medizinischen Instrumenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10–11 3D-Druck in der Medizin . . . . . . . . . . . . . . 12 Nanodrähte für die Kommunikation mit Neuronen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Schrittmacher. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Desinfektion in Kliniken . . . . . . . . . . . . . . . 15 Anwendungen von heute Light on the Land . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Kurzmeldungen UNS-Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Weblinks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

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Der Aspekt der Hygiene hat im Gesundheitswesen höchste Priorität. Der universelle Gebrauch von Edelstahl für Befestigungselemente und Armaturen in Krankenhäusern spricht für die guten Reinigungseigenschaften dieses Materials. Eine neue Studie der Manchester Metropolitan University und von AgroParisTech, die auf Seite 15 vorgestellt wird, belegt, dass Edelstahl auch einer wiederholten Desinfektion mit aggressiven Chemikalien widerstehen kann. Nickel bietet auch andere Eigenschaften für kritische Anwendungen. Nitinol-(Nickel-Titan)Formgedächtnislegierungen z. B. weisen eine Kombination von Eigenschaften auf, aufgrund deren sie sich hervorragend für selbstexpandierende Stents eignen, mit denen Gefäßverengungen behandelt werden. Sie spielen auch in der Magnetresonanztomographie (MRT) eine wichtige Rolle, die einmalige Bildgebungseigenschaften für Weichgewebe wie Gehirn, Muskeln, Herz, Tumore usw. ermöglicht, ohne dass Patienten ionisierender Strahlung ausgesetzt werden. Der Kern jedes MRT-Systems ist ein starker Magnet (bis zu 300.000 Mal stärker als das Magnetfeld der Erde), bei dessen Bau nickelhaltiger Edelstahl verwendet wird. Doch nicht nur die Korrosionsbeständigkeit von nickelhaltigem austenitischem Edelstahl macht dieses Material in Medizinumgebungen so wichtig. Dank seiner Fähigkeit, extrem niedrigen Temperaturen (-269 °C) zu widerstehen, ist das Material für das Containment von flüssigem Stickstoff unverzichtbar, wie er in der Kryochirurgie zum Entfernen von abnormalem Gewebe eingesetzt wird. Aufgrund seiner nicht magnetischen Eigenschaften ist nickelhaltiger austenitischer Edelstahl auch ein ideales Strukturmaterial für die Herstellung lebensrettender Technologien. Nickel leistet einen unauffälligen, aber außerordentlich wichtigen Beitrag in der Medizin. Diese Ausgabe von Nickel beschreibt nur einige der Möglichkeiten, wie innovative nickelhaltige Materialien das Leben unserer Mitmenschen verbessern. Clare Richardson Redaktion, Nickel magazine

NICKEL IM BRENNPUNKT 3

NICKELEMPFINDLICHKEIT

WO NICKEL ZU FINDEN IST

Eine Risikobewertung

delstahl ist eines der für Medizinprodukte und Krankenhausgeräte am häufigsten eingesetzten Materialien. Er ist biokompatibel, einfach zu reinigen und zu sterilisieren, widerstandsfähig und korrosionsbeständig. Es wird zwischen für Implantatanwendungen verwendeten Edelstahlgüten (z. B. Typ 316LVM, UNS S31673) und kommerziellen Güten (wie Typ 316L, UNS S31603) unterschieden, die für andere Medizinprodukte wie Sonden und Wundhaken eingesetzt werden. Diese werden für einen kontinuierlichen Hautkontakt von generell weniger als 60 Minuten und in der Regel nicht länger als 30 Tagen verwendet. In den letzten Jahren hat sich Nitinol (UNS N01555) u. a. wegen seiner Formgedächtniseigenschaften in Anwendungen wie kieferorthopädischen Behandlungsgeräten und Stents als weiteres nickelhaltiges Material für biomedizinische Anwendungen bewährt.

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In chirurgischen Implantationsverfahren, z. B. für künstliche Gelenke, eingesetzte Materialien sind in der Regel gut verträglich. Beschwerden in Verbindung mit Implantaten rühren meist von Infektionen oder mechanischen Problemen her. In seltenen Fällen werden sie aber auch von allergischen Reaktionen ausgelöst. Typische Allergene sind Chrom, Kobalt, Bestandteile von Knochenzement und Nickel. „In Patch-Tests an Patienten mit Nickelempfindlichkeit haben die Edelstahle mit niedrigem und mittlerem Schwefelgehalt wie dem ‚chirurgischen‘ Typ 316 keine statistisch signifikante Anzahl allergischer Reaktionen hervorgerufen“, so Dr. Kate Heim, Senior Human Health Toxicologist bei NiPERA. „Es wird allgemein anerkannt, dass diese Edelstahle keine Nickel-Dermatitis verursachen, obwohl bei hypersensibilisierten Personen evtl. eine allergische Reaktion auftreten kann.“ Aktuelle Standards für Implantatmaterialien gewährleisten, dass nur ganz geringe Mengen an Metall in die Körperflüssigkeiten und das Gewebe freigesetzt werden, die das Implantat umgeben. Darüber hinaus sind Gelenkprothesen darauf ausgelegt, den Reibungsverschleiß zu minimieren. Dies hat zu einer hohen Erfolgsquote von Hüftprothesen auch bei Patienten mit bereits bestehenden Metallallergien geführt.

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ISTOCK.COM/ANGELHELL

„Patienten, die Nickel gegenüber bereits allergisch sind oder sich Sorgen über die möglichen Nebenwirkungen von Implantaten aus nickelhaltigen Legierungen machen, sollten vor der OP ihren Arzt konsultieren“, empfiehlt Heim.  Dr. Kate Heim Senior Human Health Toxicologist at NiPERA

4 NICKEL SONDER-LEITARTIKEL

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Nickelhaltiges Material für die Medizin

ZUR VERBESSERUNG DER LEBENSQUALITÄT B

eständige Fortschritte bei Medizintechnologien wirken weltweit lebensverlängernd. Die Entwicklung neuer Anwendungen für Metalle und Legierungen in der inneren und äußeren Medizin hat zu enormen Fortschritten geführt. 2016 wurden allein in den USA 50 Millionen chirurgische Eingriffe vorgenommen. Diese Zahl steigt von Jahr zu Jahr, wie auch der Bedarf an minimal invasiver Chirurgie, weil dieser Bereich attraktive Vorteile wie kürzere Genesungszeiten und eine Verringerung der Gesamtauswirkungen des Verfahrens auf den Patienten bietet. Edelstahl ist aufgrund seiner Vielseitigkeit, Biokompatibilität und relativ niedrigen Kosten weiterhin das in medizinischen Instrumenten am häufigsten verwendete Material. Andere Materialien wie Titan und Kobalt-Chrom haben ebenfalls zu diesen Fortschritten beigetragen. Nitinol (UNS N01555), eine Nickel-Titan-Formgedächtnislegierung, ist eines der besten Metalle für medizinische Anwendungen und erfreut sich daher einer zunehmenden Akzeptanz.

2014 veröffentlichten Forschungsbericht heißt es: „Der welt weite Markt f ür Fü hr ungsd rä hte w ird bis 2020 ein Umsatzvolumen von 2,19 Mrd. US-Dollar erzielen. Aufgrund der Zunahme der Zielerkrankungen in Verbindung mit einer alternden Bevölkerung wird erwartet, dass die Nachfrage nach Führungsdrähten in den nächsten sechs Jahren zunehmen wird.“

Nitinol weist den Weg Nitinol ist u. a. dank seiner hohen Elastizität und Formgedächtniseigenschaften ein außergewöhnliches Material. Es besteht aus 55 % Nickel und 45 % Titan und ist für medizinische Implantate besonders attraktiv. Nitinol ist biokompatibel. Wegen der herausragenden Eigenschaften der Legierung ersetzt es seit etwa zehn Jahren in vielen Anwendungen Edelstahl.

Ein Führungsdraht ist ein dünner, biegsamer, medizinischer Draht, der in den Körper eingeführt wird, um ein größeres Instrument, z. B. einen Katheter, einen zentralvenösen Zugang oder eine Ernährungssonde, zu platzieren. Bislang v. a. in Herzverfahren eingesetzt, hat sich der Führungsdraht zu einem festen Bestandteil einer zunehmenden Zahl von medizinischen Verfahren entwickelt. Führungsdrähte werden immer häufiger und auf immer mehr medizinischen Fachgebieten eingesetzt.

Die w ichtigsten drei medizinischen Anwendungsbereiche von Nitinol sind kardiovaskuläre Führungsdrähte, diagnostische Führungsdrähte und Bogendrähte in der Zahnmedizin. Jedes Jahr werden Hunderte von Tonnen Nickel für die Herstellung von Nitinol und medizinischem Edelstahldraht verarbeitet. Die Endprodukte werden sowohl in lebensverändernden als auch lebensrettenden Situationen verwendet. In einem von Grand View Research

„Ein Nitinoldraht bietet im Vergleich zu einem Edelstahldraht eine ums 16-fache höhere Superelastizität und kann eine Belastung von 0,5 % aushalten, bevor es zu einer Verformung kommt. Stellen Sie sich eine Büroklammer aus Nitinol vor. Wenn Sie diese auf einen 90-Grad-Winkel verbiegen, würde sie sofort wieder ihre ursprüngliche Form annehmen“, so David Plumley, Nitinol Product Manager bei Fort Wayne Metals,

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einem führenden Anbieter von Nitinol-, Edelstahl- und Spezialmedizindrähten mit Sitz in Fort Wayne im US-Bundesstaat Indiana. „Nitinoldraht hat hervorragende Druckeigenschaften, bietet eine gute Knickbeständigkeit und kann seine Geradheit aufrechterhalten. Diese Eigenschaften sind für einen Führungsdraht sehr wichtig. Wir konnten bei unserer Produktion von Nitinol in den letzten zehn Jahren ein jährliches Wachstum von über 10 % verzeichnen. Weitere Wachstumsmöglichkeiten bestehen sowohl im medizinischen als auch im nicht medizinischen Bereich.“ Ein weiterer wichtiger Nitinol-Anwendungsbereich sind verstärkte Katheter-Polymerschläuche, bei denen geflochtenes Nitinol als Verstärkung zwischen der inneren und äußeren Polymerschicht dient.

WIKIMEDIA COMMONS

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 Kardiovaskulärer Führungsdraht

FORT WAYNE METALS RESEARCH PRODUCTS CORP

 Bogendraht in der Zahnmedizin

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 Orthopädische Kabel

 Gefäßstent mit Führungsdraht 6 NICKEL SONDER-LEITARTIKEL

 Nitinol-Formgedächtnis

Stents, die hohen Belastungen widerstehen Die hervorragende Fähigkeit von Nitinol, hohen Belastungen zu widerstehen, sowie seine physiologische und chemische Kompatibilität mit dem menschlichen Körper machen dieses Material für die Entwicklung und Herstellung von Medizinprodukten besonders attraktiv. Ein besonders wichtiger Nitinol-Anwendungsbereich sind Stents. Nitinol-Stents können bei einer bestimmten Temperatur hergestellt und bei einer anderen Temperatur kleiner gefaltet werden. Dann werden sie in eine Arterie eingeführt, wo der Körper das Material auf einen über seiner Umwandlungstemperatur liegenden Wert erwärmt, worauf der Stent zu seiner ursprünglichen Größe zurückkehrt. Nitinol-Gefäßstents werden aus einem tiefgebohrten Stab hergestellt. Nachdem sie auf ihre exakten Abmessungsanforderungen hin bearbeitet wurden, werden sie von einem Laser in verschiedene Formen geschnitten. Rohrförmige Gefäßstents dienen zur Behandlung von Aneurysmen und haben in der Regel einen Durchmesser von 25,4 mm, wobei sie vor dem Einführen in einen Verabreichungsschlauch und in die Aorta des Patienten auf 6-7 mm „zusammengedrückt“ werden. Der Stent weitet sich nach dem Platzieren selbstständig aus und nimmt wieder seine ursprüngliche Form an, wodurch die Ärzte das Aneurysma beheben können. Anwendungen für Edelstahl von besonders hoher Festigkeit „Es gibt viele medizinische Anwendungen für austenitischen Edelstahldraht der Typen 302 (UNS S30200), 304 (UNS S30400) und 316L (UNS S31603)“, so Austin Lucas von Fort Wayne Metals. Diese feinen Medizindrähte mit Durchmessern zwischen 2,54 mm und 0,1016 mm können auf noch geringere Durchmesser gezogen werden.

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Bei der offenen Herzchirurgie muss der Brustkorb durch Durchtrennen des Brustbeins geteilt werden, damit der Chirurg Zugriff auf das Herz erhält. Nach diesem Eingriff werden die Rippen mithilfe von Sternumverschluss-Draht wieder zusammengezogen und verschlossen. Diese Art von medizinischem Draht besteht in der Regel aus Edelstahl des Typs 316L. Medizinischer Edelstahldraht des Typs 304 wird bei vielen Gefäßeingriffen als Führungsdraht für die Einführung in Venen und Arterien eingesetzt. Bei Stents kommt manchmal auch Edelstahl des Typs 304 zum Einsatz. Andere häufige Anwendungsgebiete für die Edelstahltypen 304 und 302 sind Stilette, Katheter, Federn, Nadeln und Mandrine. Bei vielen chirurgischen Eingriffen werden für den Wundverschluss normalerweise Klammern verwendet. Diese werden aus Edelstahldrähten der Typen 316L und 304 gefertigt. Typ 304 wird auch für Bogendrähte in der Zahnmedizin genutzt. Drähte, Nägel und Nadeln Kirschnerdrähte (K-Drähte) und SteinmannNägel bestehen aus der für Implantate geeigneten Güte 316L und werden von Orthopäden als implantierbare Medizinprodukte für die Korrektur von Knochenbrüchen, die Knochenrekonstruktion sowie als Führungsnägel für die Einführung eines anderen Implantats eingesetzt. Sie können auch durch die Haut implantiert werden, um eine Zugkraft auf das Skelettsystem auszuüben. Wenn der Knochen nach vier bis sechs Wochen verheilt ist, werden die Nägel entfernt. Ein weiterer Anwendungsbereich für Edelstahl 316L sind orthopädische Kabel. Edelstahl-Medizindrähte für Implantatanwendungen werden im Vakuum-LichtbogenUmschmelzverfahren (Vacuum Arc Remelt, VAR) hergestellt, einem sekundären

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Edelstahl-Medizindraht wird auch für die Herstellung von Nadeln verwendet. Nahtnadeln müssen beispielsweise eine außerordentliche hohe Festigkeit und Verformbarkeit aufweisen, damit sie sich nicht verbiegen oder gar brechen. Sie benötigen Steifigkeit und müssen Gewebe penetrieren können, um dem Chirurgen eine optimale Kontrolle beim Eingriff zu ermöglichen. Um diese Materialanforderungen zu erfüllen, werden Nahtnadeln oft aus ausgehärteten martensitischen Edelstahllegierungen wie Custom 455® (UNS S45500) und Custom 470® hergestellt. Andauernde Entwicklung innovativer Anwendungen In der Medizin werden auch diverse andere nickelhaltige Spezialdrähte verwendet, z. B. FWM 1058®/Elgiloy®/Phynox®/Conichrome® (UNS R 30003), eine Kobalt-Chrom-NickelEisen-Legierung. Bevorzugte Anwendungsbereiche sind drahtbasierte Stents, Filter, Schrittmacherelektroden und orthopädische Implantate. Darüber hinaus findet die Kobalt-Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung 35 NLT® (oder andere Versionen der Legierung, UNS R 30035) mit ihrem hohen Elastizitätsmodul Anwendung in Schrittmacherelektroden, Stiletten, Kathetern und orthopädischen Kabeln sowie Dauerimplantaten. Fortschritte in der Medizintechnik gehen mit der Verfügbarkeit von Hochleistungsmaterialien mit herausragenden Eigenschaften einher. Biokompatible Materialien wie Nitinol und nickelhaltige Legierungen müssen nicht nur den gegenwärtigen Anforderungen von Medizinproduktentwicklern entsprechen, sondern ihnen auch Parameter für neue Ideen und Möglichkeiten bieten. Angesichts der fortwährenden Suche nach neuen Anwendungsbereichen verbinden sich mit diesen außergewöhnlichen und inspirierenden Materialien berechtigte Hoffnungen auf weitere zukünftige Innovationen.

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vielen verschiedenen Anwendungsbereichen auf dem Gebiet der Gefäßtherapie, Neurostimulationstherapie, Endoskopie, Orthopädie, Kieferorthopädie und Zahnimplantologie.

 Sternumverschluss-Draht

 Kirschnerdrähte (K-Drähte)

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Nitinol ist eine Legierung aus 55 % Nickel und 45 % Titan und für medizinische Implantate besonders attraktiv.

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Schmelzprozess für Materialien mit erhöhter chemischer und mechanischer Homogenität für kritische Anwendungen. Materialien mit solchen kontrollierten chemischen Zusammensetzungen und hoher Reinheit sind erforderlich, um eine beständige Ermüdungsfestigkeit zu gewährleisten, was bei vielen medizinischen Anwendungen von höchster Bedeutung ist.

 Nahtnadeln

ISTOCKPHOTO.COM / BDSPN

„Edelstahllegierungen sind wegen ihrer hohen Festigkeiten (400 bis über 500 ksi), die bei Kaltwalzbedingungen erzielt werden können, z. B. 0,127-mm-Draht mit 450 ksi, besonders attraktive Materialien. Das ist bei der Herstellung sehr kleiner und dünner Teile, wie sie in vielen medizinischen Anwendungen erforderlich sind, von besonderer Bedeutung.“ Genutzt werden sie in

 Schrittmacherelektroden NICKEL SONDER-LEITARTIKEL 7

NITINOL eine neue Form der Dinge

Trauen Sie Ihren Ohren Wie Nitinol hilft, abstehende Ohren zu korrigieren

ir alle hören gerne gute Nachrichten. Falls Sie an „abstehenden Ohren“ leiden, wird es Sie vielleicht besonders freuen zu hören, dass es jetzt eine einfachere und weniger invasive Korrekturmethode gibt – dank der einzigartigen Eigenschaften einer Leichtmetalllegierung namens Nitinol (UNS 1555), einem superelastischen Material aus Nickel und Titan. Schnellere Korrektur und kürzere Genesungszeit Earfold® ist eine Behandlungsalternative zur herkömmlichen Ohranlegung bzw. Anthelixplastik (auch als Otoplastik oder Ohrplastik bezeichnet), die für Erwachsene, Jugendliche und Kinder ab sieben Jahren geeignet ist. In den letzten Jahren hat diese relativ einfache Methode wegen der kürzeren Genesungszeit und der Möglichkeit, das Endergebnis vor dem einfachen 20-minütigen Eingriff einzusehen, an Beliebtheit gewonnen. Das Earfold® ist ein kleines Implantat in einer vordefinierten Bogenform. Am Tag der Behandlung benötigen Patienten lediglich ein Lokalanästhetikum, während das Implantat mithilfe eines kleinen handgeführten Geräts, das das Implantat flach hält, eingesetzt wird. Nach korrekter Positionierung und anschließender Freigabe nimmt das Earfold® wieder seine gebogene Form an und positioniert das Ohr neu mit dem vor der Operation vereinbarten Winkel. Möglich wird das durch die einzigartigen Formungseigenschaften von Nitinol. Von einem Kleiderbügel inspiriert Der Erfinder, Dr. Norbert Kang, erklärte in einem Interview 2017: „Mein Ziel war es, Patienten und Chirurgen eine Behandlungsoption anzubieten, die schnell und besser vorhersehbar ist, ein geringeres Rezidivrisiko und niedrige Infektionsraten aufweist und den Patienten eine gewisse Kontrolle über das Endergebnis bietet. Gleichzeitig sollte das Verfahren umkehr- und korrigierbar sein.“ Dr. Kang hatte ursprünglich ein Verfahren zur Ohrkorrektur durch Biegen und Nähen des Ohrmuschelknorpels angewandt, sich aber

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gefragt, ob er nicht selbst etwas entwickeln könnte, womit er dieselben Ergebnisse würde erreichen können. Die Idee für das Produkt kam ihm in seiner Garage, während er mit einem Drahtkleiderbügel hantierte. Dr. Kangs eigentliches Ziel bestand darin, einige der Probleme zu vermeiden, die mit standardmäßigen chirurgischen und nicht chirurgischen Otoplastikverfahren einhergehen. Nitinol half ihm dabei, dieses Ziel zu erreichen. „Die Legierung weist eine Reihe wichtiger Eigenschaften auf, darunter Superelastizität und Formgedächtnis. Beim Einführen in die Ohrvorderseite kann Earfold® den Knorpel der vorprogrammierten Form des Implantats entsprechend falten und umformen.“ Natürlich aussehende Ergebnisse Während Nitinol bei diesem innovativen medizinischen Implantat die eigentliche Hauptrolle spielt, sind die Ergebnisse pures Gold. Und das buchstäblich: Das Nitinol ist nämlich mit einer 24-Karat-Goldschicht überzogen, sodass es unter der Haut kaum sichtbar ist. Beide Stoffe sind biokompatibel (d. h. sie sollten nicht mit dem Körper reagieren) und in vielen anderen medizinischen Produkten weit verbreitet. Earfold® wird seit 2011 eingesetzt und die bisher erfassten Daten bestätigen, dass die Behandlung mit dem Implantat zur dauerhaften und beständigen Korrektur abstehender Ohren führt. Die Ohren sehen natürlich aus und bewegen sich auch ganz natürlich. Dementsprechend zufrieden sind auch die behandelten Patienten. In Nitinol kann man sich fast bis über beide Ohren verlieben! Wirklich!

Nitinol weist aufgrund der Martensitformung in belasteten Bereichen eine Superelastizität oberhalb der Umwandlungstemperatur auf, auch wenn die Temperatur über dem Wert liegt, bei dem dies im Normalfall eintritt. Wird die Belastung entfernt, kehrt dieser Martensit wieder zum nicht deformierten austenitischen Zustand zurück. Während die meisten Metalle nur einen kleinen Bruchteil eines Belastungsprozents tolerieren, bevor sie dauerhaft verformt werden, kann Nitinol bis zu acht Prozent aushalten und danach wieder seine ursprüngliche Form annehmen. Auf ähnliche Weise ermöglicht die Formgedächtniswirkung, dass Nitinol nach der Deformation wieder seine Originalstruktur einnimmt. Wenn Nitinol bei Temperaturen oberhalb seiner Umwandlungstemperatur bearbeitet wird und dabei eine bestimmte Form erhält, kann es dank seiner Formgedächtniswirkung bei einem Wert unterhalb seiner Umwandlungstemperatur wieder seine ursprüngliche Form annehmen. Durch einfaches Erwärmen des Nitinols wandelt sich der Martensit wieder in den nicht deformierten Austenit um. In Gesundheits- und Medizinproduktanwendungen wie Ohrenimplantaten, Brillengestellen und Stents wird Nitinol aufgrund dieser Eigenschaften verstärkt eingesetzt. Ein Stent muss stark komprimiert werden, um ihn in eine Arterie einführen zu können; wenn er aber dekomprimiert wird, weitet er sich aus, um das Gefäß zu stützen und offen zu halten. WWW.ANDRAMED.COM/

Nitinol kann Earfold® bei der Korrektur abstehender Ohren helfen.

ls Metalllegierung aus Nickel und Titan mit ungefähr gleichem Atomprozentwert weist Nitinol die einzigartigen Eigenschaften der Superelastizität und Formgedächtniswirkung auf. Diese Eigenschaften sind auf seine Phasentransformation (eine Änderung der Kristallstruktur) zurückzuführen. Unterhalb der Umwandlungstemperatur ist die Mikrostruktur als Martensit bekannt, oberhalb als Austenit.

 U-Flex Stent: ein selbstexpandierender Nitinol-Stent WWW.THINOPTICS.COM/FLEXIBLE-READING-GLASSES

 Durch die Formveränderungseigenschaften von

WWW.EARFOLD.CO.UK

ISTOCKPHOTO.COM / LIZA5450

 Brillennasensteg aus Nitinol

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PULMONX

 Das Ventil wird tief in den Bronchiolen platziert und gestattet einen Luftstrom in nur einer Richtung.

Endobronchialventile wirken Wunder

Neue Möglichkeiten zur Bekämpfung von Atemwegserkrankungen

iele Patienten weltweit können mithilfe eines winzigen nickelhaltigen Ventilimplantats, das so ähnlich funktioniert wie die Squeeze-Öffnung einer Ketchupflasche, leichter atmen. Das Zephyr-Ventil besteht aus einem zusammenk lappbaren „ Außenkorb“ aus Nitinoldraht (UNS N01555), der – ähnlich wie bei einem in der Herzchirurgie eingesetzten Stent – das Innenventil aus Silikon umgibt. Aus dem biegsamen Material wird ein Einweg ventil geformt, mit dem Patienten eﬃzienter ausatmen können. Damit steht jetzt ein einfacheres, weniger schädliches und minimal invasives Verfahren zur Verfügung, mit dem die stark belastende Atemnot gelindert werden kann, unter der Menschen mit chronischen Lungenerkrankungen leiden und die dazu führt, dass sie kaum ein paar Schritte tun können, ohne nach Luft schnappen zu müssen. Kontrollierter Luftstrom und verbesserte Atmung Der Hersteller PulmonX beschreibt das Zephyr-Endobronchialventil als eine endoskopische Lungenvolumen-Reduktionstherapie, die Lungenfunktion, körperliche Belastbarkeit und Lebensqualität signifikant verbessert. Das Ventil wird tief in die dünnen Ver-

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zweigungen der Lunge, die sogenannten Bronchiolen, platziert. Es bewirkt, dass Luft ausströmen kann und nur in einer Richtung ausgeatmet wird. Diese Funktionsweise ähnelt der von Öffnungen von Squeeze-Ketchupflaschen. In einem 45-minütigen Eingriff implantiert der Chirurg mithilfe eines dünnen, flexiblen Schlauchs, eines sog. Bronchoskops, das Ventil und führt es über Mund und Luftröhre in die Lunge. Dabei ist der Patient entweder anästhesiert oder sediert. Befindet sich das Implantat in der korrekten Position, öffnet sich der Drahtkorb und fixiert das Implantat. Dadurch werden die erkrankten Lungenregionen effektiv isoliert. Obwohl das Lungenvolumen kleiner ist, verbessert das Ventil die Atmung, weil Luft nun nur durch die gesunden Regionen des Organs strömt. Im Prinzip wird dadurch sichergestellt, dass die verbleibenden gesunden Regionen eﬃzienter arbeiten. Verbesserte Lebensqualität Laut PulmonX weist das Zephyr-Ventil die beste klinische Evidenzlage aller endos-

kopischen Lungenvolumen-Reduktionstherapien auf. Dies wird durch vier veröffentlichte, randomisierte, kontrollierte klinische Studien bestätigt. Zwei weitere finden derzeit statt und umfassende wissenschaftliche Forschungen zu Sicherheit und Wirksamkeit belegen dies ebenfalls. Mehrere klinische Studien haben die Vorteile der Therapie nachgewiesen und weltweit wurden bereits 12.000 Patienten damit behandelt. Dr. Samuel Kemp, beratender Pneumologe des Royal Brompton & Harefield NHS Foundation Trust in Großbritannien, der kürzlich eine Studie zur Zephyr-Anwendung leitete, meint dazu: „Nach dem Verfahren können Patienten leichter atmen, weiter gehen, sich selbst ankleiden und allgemein eine bessere Lebensqualität genießen.“ „Atemnot ist ein schrecklicher Zustand und die Betroffenen haben Angst vor körperlicher Betätigung. Mit dieser Therapie erhalten sie durch ein Verfahren ohne größeren chirurgischen Eingriff ihr Selbstvertrauen und ihre Lebensqualität zurück. Die Therapie ist wahrscheinlich noch für viel mehr Patienten mit Emphysem geeignet.“

NICKEL SONDER-LEITARTIKEL 9

TRENDS BEI

MEDIZINISCHEN INSTRUMENTEN Wie Edelstahl mit Neuerungen bei chirurgischen Instrumenten Schritt hält

in schnell wachsender Sektor fördert die Innovation und Verfeinerung von auf Edelstahllegierungen basierenden Anwendungen weltweit: Vom Markt für chirurgische Instrumente und Geräte wird erwartet, dass sich sein weltweiter Umsatz in den nächsten zehn Jahren verdoppeln wird. Grand View Research Inc. projiziert für dieses Segment, das 2016 in den USA noch mit 10,5 Mrd. US-Dollar bewertet wurde, bis 2025 einen Anstieg auf 20,3 Mrd. US-Dollar. Während handgeführte chirurgische Instrumente wie Zangen, Spatel, Wundhaken und Dilatatoren den Großteil des Marktes ausmachen, wird das Marktsegment für elektrochirurgische Geräte aufgrund des Trends hin zu minimal invasiven Verfahren ein stetes Wachstum verzeichnen.

10 NICKEL SONDER-LEITARTIKEL

Minimal invasive Chirurgie – weniger ist mehr Wenn möglich, entscheiden sich Ärzte heute zunehmend für eine minimal invasive Chirurgie. Warum? Insgesamt sind solche Verfahren für die Patienten sicherer und die Genesungszeit ist viel kürzer.

Andere Vorteile sind kleinere Inzisionen, deutlich geringere Gewebeschäden, weniger Beschwerden und eine reduzierte Narbenbildung. Ein weiterer signifikanter Vorteil ist die mit videounterstützten Geräten erzielte höhere Präzision. Diese Ausrüstung ermöglicht dem Chirurgen eine verbesserte Visualisierung und Vergrößerung innerer Organe. Als minimal invasive Verfahren gelten vor allem die Laparoskopie und Endoskopie. Bei der Laparoskopie wird durch sehr kleine Öffnungen operiert, während die Endoskopie diagnostische und therapeutische Verfahren mittels speziell entwickelter, besonders dünner Instrumente umfasst, die durch Organe und Gefäße geführt werden.

NICKEL, JHRG. 32, NR. 3, 2017

arpenter Technologies aus Reading, Pennsylvania, hat eine Reihe von nickelhaltigen Speziallegierungen entwickelt, die den zunehmenden Bedarf der Medizinbranche decken. Dazu gehören:

Von fähigen Händen zur Robotik Derzeit werden die meisten minimal invasiven Verfahren noch von Hand ausgeführt. Enorme Fortschritte in der Robotertechnologie gestatten Chirurgen aber zunehmend komplexe und präzise Interventionen, was vor allem in den Bereichen der neurologischen und Wirbelsäulenchirurgie wichtige Vorteile bietet. Chirurgie-Roboter können eine intuitive Kontrolle, verbesserte Visualisierung und größere Beweglichkeit bieten und mehr Fingerfertigkeit ermöglichen. Daher werden chirurgische Verfahren immer komplexer und können auf kleinerem Raum ausgeführt werden. Die verfügbaren Instrumente müssen mit der Weiterentwicklung der Operationsmethoden Schritt halten. Angesichts steigender Anforderungen an die chirurgischen Instrumente wird auch von ihrem Material mehr erwartet. Die Verwendung der am besten geeigneten Legierungen ist für die Leistung der Instrumente wie auch für ihre Kosteneffektivität von entscheidender Bedeutung. Alle chirurgischen Instrumente sind Körperflüssigkeiten sowie prä- und postoperativen Verfahren ausgesetzt. Dazu gehören Desinfektionslösungen und Autoklaven, die einen unter hohem Druck stehenden Dampf verwenden, um Bakterien, Sporen und Keime abzutöten, die gegen kochendes Wasser und starke Desinfektionsmittel resistent sind.

ISTOCK.COM/3ALEXD

Die Instrumente von heute müssen autoklavierbar sein und diesem Prozess standhalten. Die richtigen Legierungen werden nach den Kriterien der Korrosionsbeständigkeit, Biegefestigkeit, Widerstandsfähigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Härte oder Verschleißfestigkeit ausgewählt. Viele Anwendungen erfordern eine Kombination dieser Eigenschaften. Rohrförmige und nicht schneidende Instrumente Austenitische Edelstahllegierungen des Typs 304/304L (UNS S30400/S30403) und 316/316L (UNS S31600/S31603) kommen häufig bei Medizinprodukten und nicht schneidenden Instrumenten zur Anwendung, bei denen es auf eine gute Korrosionsbeständigkeit und mittlere Festigkeit ankommt. Festerer Edelstahl des Typs 304 wird oft für rohrförmige

NICKEL, JHRG. 32, NR. 3, 2017

• UNS S20161 (Cartech Gall-Tough®), ein stickstoffverstärkter austenitischer Edelstahl mit hohem Silizium- und Mangangehalt und 5,2 % Nickel.

Komponenten eingesetzt. Die hervorragende Formbarkeit austenitischer Edelstahle ist eine Kerneigenschaft bei Anwendungen mit komplexen Formen. Eine glatte Oberfläche wird benötigt, um medizinische Instrumente einfach reinigen zu können.

• Cartech Gall-Tough PLUS® (UNS-Nummer steht noch aus) mit 8 % Nickel ist eine Version mit höherer Korrosionsbeständigkeit. Diese beiden Güten bieten eine ähnliche Korrosionsbeständigkeit wie die Typen 304 und 316, aber eine höhere Biege-, Verschleiß- und Abriebfestigkeit.

Diese Legierungen werden für die Herstellung chirurgischer und zahnmedizinischer Instrumente wie Zangen, Klemmen und Ansaugrohre sowie für Trokare verwendet, die keinen hohen Zugoder Torsionsbelastungen ausgesetzt sind.

• UNS S45000 mit 6,5 % Nickel, eine martensitische, aushärtbare Legierung, erzeugt mithilfe einer einfachen Wärmebehandlung eine angemessene Korrosionsbeständigkeit sowie hohe Festigkeit, gute Leit fähigkeit und Widerstandsfähigkeit.

Drucklast- und Schneideeigenschaften Martensitische Edelstahle wie Typ 410 (UNS S4100), Typ 416 (UNS S41600), Typ 420 (UNS S42000), Typ 431 (UNS S43100) und Typ 440 (UNS S44002/3/4) werden in zahlreichen medizinischen und zahnmedizinischen Instrumenten eingesetzt, die hart oder besonders widerstandsfähig gegenüber Druck- oder Zuglasten sein müssen, z. B. Schneidinstrumente, Knochenküretten, Zahnmeißel, kieferorthopädische Zangen und Skalpelle.

• UNS S45500 mit 8,3 % Nickel, eine martensitische, aushärtbare Legierung, kann mehrere Festigkeitsgrade entwickeln, indem unterschiedliche Wärmebehandlungen angewandt werden, ohne dass es zu Verformungsproblemen kommt. Hervorragend geeignet für sehr kleine Instrumente, die am Einsatzende von endoskopischen Instrumenten angebracht werden, wie sie in der minimal invasiven Chirurgie zum Einsatz kommen.

Ausscheidungshärtungs-Edelstahle wie 17-4 PH (UNS S17400) werden ebenfalls für chirurgische Instrumenten genutzt, insbesondere für lange und schmale Schäfte und Greifmechanismen, die in der minimal invasiven Chirurgie angewendet werden. Neue Lösungen für Autoklavierprobleme Aufgrund der Beliebtheit der Autoklavierung bieten martensitische Edelstahle evtl. nicht die erforderliche Korrosionsbeständigkeit, sodass bei manchen Instrumenten ein vorzeitiger Verschleiß eintreten kann. Hersteller von zahnmedizinischen und chirurgischen Instrumenten melden immer wieder Probleme mit der Klingenschärfe, Abnutzung und Abrieb wie vorzeitig stumpfe Klingen, Leistungsbeeinträchtigungen und die Möglichkeit des Eindringens von Metallpartikeln in Wunden.

Fortgeschrittene chirurgische Verfahren erfordern Instrumente, die nicht brechen, sich nicht verformen oder auf sonstige Weise bei einem Eingriff ausfallen. • UNS S46500 Custom 465® ist eine weitere martensitische, aushärtbare Edelstahllegierung mit einem Nickelanteil von 11 %. Sie bietet eine einzigartige Kombination von Widerstandsfähigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Kerbenzugfestigkeit für Teile mit Durchmessern unter 20 mm sowie Korrosionsbeständigkeit. Dadurch können längere Instrumente mit kleinerem Querschnitt konstruiert werden, z. B. arthroskopische Instrumente und Treiber für die minimal invasive und Mikrochirurgie. Aufgrund seiner Schnitthaltigkeit und Härte ist das Material auch für Fräs- und Formanwendungen hervorragend geeignet.

CARPENTER TECHNOLOGIES

ISTOCK.COM/JMIMAGES

Speziallegierungen

Innovative Hersteller haben auf diese Probleme reagiert, um die exakten Materialanforderungen der sich ständig weiter entwickelnden Chirurgie-Instrumentenbranche zu erfüllen. Und dabei spielen nickelhaltige Materialien eine wichtige Rolle.

NICKEL SONDER-LEITARTIKEL 11

ISTOCK.COM / ALEX-MIT

BESSERER SITZ VON IMPLANTATEN

Die Bedeutung von Nickel für die Zukunft des medizinischen 3D-Drucks E

Wie additive Herstellungsverfahren den Sitz von künstlichen Hüften und Gelenken verbessern Künstliche Gelenke stehen auf der Liste ganz oben. Weltweit haben Millionen von Menschen einen Gelenkersatz. Allein in den USA werden jährlich mehr als eine Million Hüft- und Kniegelenke ersetzt. Diese Gelenkprothesen bestehen entweder ganz aus Metall oder enthalten einen signifikanten Metallanteil. Dabei kommen viele verschiedene Metalle zum Einsatz, darunter Edelstahl, Nickellegierungen und Titan. Diese Materialien werden aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit im menschlichen Körper bevorzugt. Bis jetzt wurden diese Teile in Standardgrößen implantierbereit geliefert. Das könnte sich aber bald schon ändern. Mit additiven Herstellungsverfahren oder AM (Additive Manufacturing, der Prozess der Herstellung von Fertigprodukten am Computer mit darauffolgendem 3D-Druck) kann jedes Gelenk so gefertigt werden, dass es die spezifischen Anforderungen einzelner Patienten genau erfüllt. Diesem Gebiet gilt derzeit ein besonderes Forschungsinteresse mit dem Ziel, Design, Funktion und Kosteneffektivität derartiger Implantate zu verbessern. Der Hauptvorteil dieser neuen AMTechnologie ist die Beibehaltung der

Komplexität der Knochensimulation. Es ist schwierig, eine komplexe Struktur mit der Porosität und Textur zu schaffen, die es ermöglicht, dass der umliegende Knochen den Fremdkörper annimmt. Es wurden schon verschiedene Verfahren ausprobiert, aber keines verspricht so viel wie die additive Herstellung. Eine leuchtende Zukunft für im 3D-Druck hergestellte Stents Gleichzeitig steht ein völlig neues potenzielles Feld für nickelbasierte Implantate vor dem Durchbruch: Gefäßmedizin und die Behandlung von Blutgefäßen. Zahlen auf globaler Basis sind schwer erhältlich, doch in den USA allein werden jährlich mehr als 500.000 Stents implantiert. Dabei handelt es sich um kleine Gitterröhren aus Metall, die Koronararterien offenhalten sollen, damit Blut hindurchfließen kann. In diesem Bereich hat sich die 50 Jahre alte Nickel-Titan-Legierung Nitinol (UNS N01555) als allen anderen Zusammensetzungen überlegen herausgestellt. Nitinol ist hoch flexibel und widerstandsfähig, kann eine bestimmte Geometrie beibehalten (dies wird auch als Formgedächtnis bezeichnet) und bietet ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Es hat sich somit als idealer Kandidat für verschiedene gefäßmedizinische Anwendungen wie Stents, Ventile und andere Produkte erwiesen. Die Formgedächtniseigenschaften sind

ISTOCK.COM / HYWARDS

inige Leser werden sich vielleicht noch an die US-Fernsehserie „Der Sechs-Millionen-DollarMann“ aus den 70er Jahren erinnern. Darin ging es um den Astronauten und Testpiloten Colonel Steve Austin, der bei einem Flugzeugabsturz lebensgefährlich verletzt wurde. Die Ärzte stellten ihn mithilfe bionischer Körperteile wieder her, und zwar „besser, stärker und schneller“. Damals war das Science Fiction, doch viele der Zuschauer von damals haben mit Colonel Austin heute vielleicht etwas gemein: Auch sie leben mit künstlichen Körperteilen, die ihre Lebensqualität verbessern, Schmerzen lindern und ihre Mobilität steigern.

besonders nützlich, weil Nitinol sich selbst ausweiten und der Form der Blutgefäße anpassen kann. Das Arbeiten mit Nitinol ist nicht immer einfach, und nur wenige Unternehmen haben die Herausforderungen bei der Herstellung von Fertigprodukten mit herkömmlichen Fertigungstechnologien bewältigt. Das könnte sich mit der wahrscheinlichen Anwendung additiver Herstellungsverfahren aber bald schon ändern. Manche Unternehmen und Forschungsinstitute legen ihr Hauptaugenmerk in dieser Hinsicht auf Nitinol. Derzeit entwickeln AM-Forscher individuell angepasste Stents aus Polymeren. Im Vergleich zu serienmäßig produzierten Stents ist es bei personalisierten Stents weniger wahrscheinlich, dass sie sich im Blutgefäß bewegen und Komplikationen verursachen. Manche Unternehmen verwenden auch mit Lasern zugeschnittene Nitinol-Stents, wofür bisher jedoch noch keine Methoden der additiven Herstellung angewandt werden konnten. Dennoch ist es wahrscheinlich nur eine Frage der Zeit, bis die Branche routinemäßig patientenspezifische Stents aus Nitinol herstellt. Der bionische Mann würde vor Neid erblassen ...

12 NICKEL SONDER-LEITARTIKEL NICKEL, JHRG. 32, NR. 3, 2017

Nanodrähte für die Kommunikation mit Neuronen

„Das ist bei den bisherigen NanodrahtTechnologien, bei denen mehrere Drähte elektrisch kurzgeschlossen werden und das Signal jedes einzelnen Drahts nicht differenziert betrachtet werden kann, ungewöhnlich“, so Dayeh.

Beschleunigte Entwicklung von Medikamenten für neurologische Erkrankungen

Um dieses Hindernis zu überwinden, erfanden Forscher einen neuen Ansatz beim Waferbonden, um die Silizium-Nanodrähte mit den Nickelelektroden zu verbinden. Dabei wandten sie einen als Siliziumdotierung bezeichneten Prozess an, eine Reaktion, die zwei Feststoffe (Silizium und ein weiteres Metall) verbindet, ohne dass eines der beiden Materialien geschmolzen werden muss. Dies verhindert, dass sich die Nickelelektroden verflüssigen, ausbreiten und angrenzende Elektrodenleiter kurzschließen.

in Durchbruch bei der Nanodraht-Technologie bietet Wissenschaftlern die Möglichkeit, tiefer in die Geheimnisse des menschlichen Gehirns vorzustoßen und möglichst wirkungsvolle Medikamente für neurologische Erkrankungen zu entwickeln.

INTEGRATED ELECTRONICS AND BIOINTERFACES LABORATORY, UC SAN DIEGO

Neue zerstörungsfreie Technologie Ein Team unter der Leitung von Shadi Dayeh, Elektrotechnik-Professor an der University of California San Diego Jacobs School of Engineering, hat Nanodrähte entwickelt, welche die elektrische Aktivität von Neuronen detailliert erfassen können. Somit können Wissenschaftler besser verstehen, wie einzelne Zellen in großen neuronalen Netzen kommunizieren. Der Hauptunterschied? Die neue NanodrahtTechnologie ist zerstörungsfrei und kann gleichzeitig potenzielle Veränderungen an mehreren Neuronen messen, wobei Empfindlichkeit und Auflösung auf dem neuesten Stand der Technik gewährleistet werden. Das neue Gerät besteht aus einer Anzahl von Silizium-Nanodrähten, die auf einem kleinen Chip mit Siliziumoxid-beschichteten Nickelelektrodenleitern in großer Dichte angeordnet sind. Die Nanodrähte dringen in die Zellen ein, ohne sie zu beschädigen, und sind so empfindlich, dass sie kleine Spannungsänderungen von einem Bruchteil eines Millivolts oder ganz wenigen Millivolt messen können.

Die Forscher können Details zur Gesundheit eines Neurons, zu seiner Aktivität und seiner Reaktion auf Medikamente erfassen, indem Ionenkanalströme und Veränderungen des intrazellulären Potenzials gemessen werden. Diese sind auf die unterschiedliche Ionenkonzentration zwischen dem Zellinneren und -äußeren zurückzuführen. Dies steht im Gegensatz zum bestehenden, hoch empfindlichen Messverfahren, das destruktiv ist und bei dem die Zellmembran durchbrochen und dadurch die Zelle letztendlich abgetötet wird. Außerdem ist das konventionelle Verfahren auf die Analyse jeweils einer einzigen Zelle beschränkt, was es für die Untersuchung großer Neuronennetze unbrauchbar macht. Und es konnte auch nicht auf 2Dund 3D-gewebeähnliche Strukturen von in vitro gezüchteten Kulturen skaliert werden. Innovation beim Waferbonden Ein weiteres innovatives Merkmal dieser Technologie liegt darin, dass sie das von jedem einzelnen Nanodraht gemessene elektrische Signal isolieren kann.

s Koloriertes SEM-Bild eines Neurons (orange), das mit dem Nanodraht-Array verbunden ist.

Forscher haben die neue Nanodraht-Technologie zum Aufzeichnen der elektrischen Aktivität von aus Mäusen isolierten und von menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen abgeleiteten Neuronen angewandt. Diese Neuronen überlebten und funktionierten mindestens sechs weitere Wochen lang, während sie in vitro mit der Nanodraht-Anordnung verbunden waren. Dayeh merkt an, dass die Technologie für das Brain-on-Chip-Medikamentenscreening noch weiter optimiert werden muss. „Letztendlich lautet unser Ziel, mithilfe dieser Technologie ein Produkt zu entwickeln, das in das Gehirn implantiert werden kann.“ „Wir hoffen, dass diese Nanodraht-Technologie an von Stammzellen abgeleiteten Gehirnmodellen eingesetzt werden kann, um die effektivsten Medikamente für neurologische Erkrankungen zu identifizieren“, so Anne Bang, Director of Cell Biology am Conrad Prebys Center for Chemical Genomics des Sanford Burnham Medical Research Institute. s Koloriertes SEM-Bild des Nanodraht-Arrays.

Die Siliziumdotierung wird in der Regel eingesetzt, um Kontakte mit Transistoren herzustellen. Dies ist aber das erste Mal, dass das Verfahren für das strukturierte Waferbonden angewandt wird. Weil dieser Prozess bei der Halbleitergeräteherstellung angewandt wird, können Versionen dieser Nanodrähte in eine CMOS-Elektronik integriert werden. In Dayehs Labor sind mehrere Anwendungen für diese Technologie zu finden, die zum Patent angemeldet wurden.

NICKEL, JHRG. 32, NR. 3, 2017

NICKEL SONDER-LEITARTIKEL 13

Argus Metals Week 2018

file:///G:/AA-Marketing/Conferences/Speaker%20photos%20and%20biogs/ Eelco%20Vogt.jpg

27 February — 2 March | London, UK

Nickel Institute Discount

Denis Sharypin Head of Market Research Norilsk Nickel

Eelco Vogt R&D Director Albemarle Catalysts Company

Anand Gupta Chief Executive Officer Aamar Inox

John Eastwood Head of Nickel Sales Anglo American

Quote code NI10 and save 15%

www.argusmedia.com/metals-week | +44 (0) 20 7780 4341 | metalsweek@argusmedia.com Lanyard Sponsor

UNS-Details UNS

Networking Sponsor

Session Sponsor

Supporting Partners

Chemische Zusammensetzungen (in Gewichtsprozent) der in dieser Ausgabe des Nickel Magazine erwähnten nickelhaltigen Legierungen und rostfreien Edelstähle

S20161 S. 11

0,15 max.

15,018,0

Rest

4,006,00

0,080,20

4,05,0

0,040 max.

3,004,00

S30200 S. 6

0,15 max.

17,019,0

Rest

2,00 max.

0,10 max.

8,010,0

0,045 max.

0,030 max.

0,75 max.

S30400 S. 2, 6, 11

0,08 max.

18,020,0

Rest

2,00 max.

0,10 max.

8,010,0

0,045 max.

0,030 max.

0,75 max.

S30403 S. 11

0,03 max.

18,020,0

Rest

2,00 max.

0,10 max.

8,012,0

0,045 max.

0,030 max.

0,75 max.

S31600 S. 2, 11

0,08 max.

16,018,0

Rest

2,00 max.

0,10 max.

10,014,0

0,045 max.

0,030 max.

0,75 max.

S31603 S. 4, 6, 11, 16

0,03 max.

16,018,0

Rest

2,00 max.

2,003,00

0,10 max.

10,014,0

0,045 max.

0,030 max.

0,75 max.

S31673 S. 4

0,03 max.

17,019,0

Rest

2,00 max.

2,503,20

0,10 max.

13,015,5

0,025 max.

0,010 max.

1,00 max.

S32205 S. 2

0,030 max.

22,023,0

Rest

2,00 max.

3,003,50

0,140,20

4,506,50

0,030 max.

0,020 max.

1,00 max.

S41000 S. 11

0,080,15

11,513,5

Rest

1,00 max.

0,75 max.

0,040 max.

0,030 max.

1,00 max.

S41600 S. 11

0,15 max.

12,014,0

Rest

1,25 max.

0,06 max.

0,15 min

1,00 max.

S42000 S. 11

0,15 min

12,014,0

Rest

1,00 max.

0,040 max.

0,030 max.

1,00 max.

S43100 S. 11

0,20 max.

15,017,0

Rest

1,00 max.

1,252,50

0,040 max.

0,030 max.

1,00 max.

S44002 S44003 S44004 S. 11

0,60-0,75 0,75-0,95 0,95-1,20

16,018,0

Rest

1,00 max.

0,75 max.

0,040 max.

0,030 max.

1,00 max.

S45000 S. 11

0,05 max.

14,0016,00

1,251,75

Rest

1,00 max.

0,501,00

8xC min

5,007,00

0,030 max.

1,00 max.

S45500 S. 7, 11

0,05 max.

11,0012,50

1,502,50

Rest

0,50 max.

Nb+Ta 0,10- 0,50

7,509,50

0,040 max.

0,030 max.

0,50 max.

0,0801,40

S46500 S. 11

0,02 max.

11,0012,5

Rest

0,25 max.

0,751,25

10,7511,25

0,015 max.

0,010 max.

0,25 max.

1,51,8

S17400 S. 11

0,07 max.

15,0017,50

3,005,00

Rest

1,00

3,005,00

0,040

0,030

1,00

N01555 S. 4, 5, 8, 9, 12

0,005 max.

0,025 max.

0,005 max.

5457

Rest

R30003 S. 7

0,15 max.

39,041,0

19,021,0

Rest

1,52,5

6,08,0

14,016,0

0,015 max.

1,02 max.

R30035 S. 7, 15

0,02 max.

Rest,

19,021,0

1,0 max.

0,15 max.

9,0010,50

33,037,0

0,015 max.

0,01 max.

0,15 max.

1,00 max.

14 ANWENDUNGEN VON HEUTE

NICKEL, VOL. 32, NO. 3, 2017

Mit Nickel können Herzen kräftiger schlagen A

UNS R 30035 Nickellegierungen gehen das Innovationstempo mit UNS R 30035, eine Kobalt-Nickel-ChromMolybdän-Superlegierung mit einem Nickelgehalt von 33-37 %, wurde bereits erfolgreich in Schrittmacherelektroden eingesetzt, wo sie Signale vom Stimulationsmodul zum Herzen leitet. Die Entwickler von Medizinprodukten erfordern höchst zuverlässige Materialien, weil Schrittmacher permanent implantiert werden und jahrelang im Körper bleiben. In den letzten Jahren wurde vom USUnternehmen Fort Wayne Metals 35N LT®, eine rechtlich geschützte Version von UNS R 30035 (auch als MP35N® bekannt), speziell für anspruchsvolle medizinische Anwendungen entwickelt. Die Legierung wird doppelt geschmolzen, zunächst per Vakuuminduktions-Schmelzen (Vaccum Induction Melting, VIM), dann per Vakuum-LichtbogenUmschmelzen (Vacuum Arc Remelting, VAR). Dies ermöglicht einheitlich kontrollierte chemische Zusammensetzungen und außer-

ISTOCKPHOTO.COM / BDSPN

ngesichts einer alternden Bevölkerung ist die Nachfrage nach Schrittmachern und Defibrillatoren höher denn je. Aufgrund der zunehmenden Anwendung der Magnetresonanztomographie (MRT) ist es wichtig, dass Dauerimplantate aus nicht magnetischen Materialien wie UNS R 30035 hergestellt werden.

Mit einem Nickelgehalt von 33-37 % wird UNS R 30035 erfolgreich in Schrittmacherelektrodenleitungen eingesetzt ordentlich niedrige Inklusionswerte – und Inklusionen sind bekanntlich oft die Ursache von Ermüdungsausfällen. „Die Nachfrage nach 35N LT® in der Medizinindustrie wächst beträchtlich“, so David Snyder, Verfahrenstechniker bei Fort Wayne Metals. „Das Material wird aufgrund seiner her vorragenden Korrosionsbeständigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Biokompatibilität zunehmend für Schrittmacherelektroden verwendet. Es bietet im Vergleich zu Alternativen wie Platin und Tellurium auch deutliche Kostenvorteile.“

Unterstützung von Deﬁbrillatoren mit höheren Spannungen Während Schrittmacher Batterien verwenden, die die benötigte Energie langsam freisetzen, erfordern Defibrillatoren Kondensatoren, damit hohe Spannungen schnell freigesetzt werden können. Die Leiter für Defibrillatoren bestehen daher aus Kompositdrähten oder gezogenen und gefüllten Schlauchleitern (Drawn Filled Tubing, DFT), die von Fort Wayne Metals hergestellt werden. DFT-Drähte bestehen aus engen Röhren aus 35N LT®, in denen sich ein Silberdraht befindet. 35N LT® wird u. a. auch für Stilette, Katheter und Orthopädiekabel verwendet. Die hervorragenden Merkmale dieses Materials werden Entwickler von Medizinprodukten weiterhin zu neuen Innovationen anregen. MP35N® ist eine Marke von SPS Technologies 35N LT® ist eine Marke von Fort Wayne Metals.

DESINFEKTION VON EDELSTAHL N I C K E L MAGAZINE ONLINE IN KRANKENHÄUSERN Neue Studie bestätigt konstante Sicherheit von Edelstahl

ie andauernde Sicherheit des Einsatzes von Edelstahl in Krankenhausumgebungen wurde in einer neuen Studie im Auftrag von Team Stainless bestätigt. Forscher an der Manchester Metropolitan University und AgroParisTech fanden heraus, dass es keinen wahrnehmbaren Unterschied zwischen der Desinfektionseﬃzienz verschiedener Güten und Oberflächen und zwischen neuem oder gealtertem Edelstahl gibt. Dies bestätigt die Effektivität der Desinfektion von Edelstahl zur Bekämpfung von Bakterien, die Infektionen verursachen, und seine anhaltende Eignung als Material für den Einsatz in klinischen Umgebungen. Eine zusammenfassende Broschüre mit dem Titel Disinfection of stainless steel in hospitals (Desinfektion von Edelstahl in Krankenhäusern) kann von der Team StainlessWebsite unter www.teamstainless.org heruntergeladen werden.

NICKEL, JHRG. 32, NR. 3, 2017

www.nickelinstitute.org ABONNIEREN Sie das Nickel Magazine kostenlos und fordern Sie eine Benachrichtigung per E-Mail über das Erscheinen einer neuen Ausgabe an. www.nickelinstitute.org/NickelMagazine/ Subscription

Disinfection of stainless steel in hospitals Summary of a report by Manchester Metropolitan University and AgroParisTech

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ANWENDUNGEN VON HEUTE 15

LIGHT ON THE LAND ie Region Taranaki in Neuseeland hat mit der kürzlichen Einweihung der öffentlichen Skulptur Light on the Land in der Welt des Edelstahls Fuß gefasst.

Die dramatische Edelstahlfassade des Len Lye Centre in New Plymouth schlug 2015 weltweit Wellen. Nur 450 Meter von der Küste von Taranaki entfernt befindet sich jetzt ein eindrucksvolles Kunstwerk aus nickelhaltigem Edelstahl. Light on the Land ist 2,5 m hoch, 6 m lang und 2,5 m tief und wurde am Coastal Walkway der Stadt New Plymouth direkt am Tasmanischen Meer aufgestellt. Die von Rivet Engineering hergestellte Skulptur besteht aus einem 1,5 mm starken Edelstahlblech des Typs 316L (UNS S31603), das hochglanzpoliert wurde, um eine glatte und stark reflektierende Oberfläche zu schaffen. Weil die Skulptur an der Küste steht und dem Meersalz im Seewind ausgesetzt ist, ist Edelstahl dieser Güte und Oberfläche optimal geeignet, um eine lange Lebensdauer und ein ästhetisches Äußeres zu gewährleisten. Der örtliche Künstler Howard Tuffery schuf die Skulptur, sein erstes Edelstahl-Meisterwerk Light on the Land beﬁndet sich am Coastal Walkway der Stadt New Plymouth direkt am Tasmanischen Meer.

nach mehr als 40 Jahren traditionellen künstlerischen Schaffens mit Holz und Stein. Die Landschaft von Taranaki diente als Vorbild für die organische Form der Skulptur. Die reflektierende Oberfläche ergänzt diesen Eindruck, weil sie die unmittelbare Umgebung des Kunstwerks ebenso widerspiegelt wie die Natur selbst. Dem Künstler zufolge soll Light on the Land durch seinen Namen zu Gesprächen über Naturschutz und Nachhaltigkeit anregen; gleichzeitig soll die Skulptur auf die kommerzielle Bedeutung von Edelstahl für den Wohlstand des Landes aufmerksam machen. Die von bekannten Kunstwerken in europäischen Städten inspirierte Skulptur wurde von Nancy Mills, einer aus den USA stammenden

Bewohnerin des Ortes, in Auftrag gegeben. Das Geschenk an die Stadt New Plymouth soll dem Andenken ihrer verstorbenen Eltern dienen. Während der majestätische Mount Taranaki und die wunderschönen Ausblicke auf die Küste vom New Plymouth Coastal Walkway aus atemberaubend sind, verleiht diese Edelstahlskulptur der Meerespromenade zweifellos einen Hauch von Eleganz.

CLAY DRUMMOND PHOTOGRAPHY