DE102005031293A1 - Instrument and prosthesis made of carbon reinforced silicon carbide - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft medizinische Vorrichtungen aus mit Kohlenstoff verstärktem Siliciumcarbid.The invention relates to medical devices made from carbon reinforced silicon carbide.
Description
Die Erfindung betrifft medizinische Vorrichtungen aus mit Kohlenstoff verstärktem Siliciumcarbid, insbesondere aus Kohlenstofffaser und/oder Kohlenstoffpartikel verstärktem Siliciumcarbid.The This invention relates to medical devices made with carbon reinforced Silicon carbide, in particular of carbon fiber and / or carbon particles reinforced Silicon carbide.
Die zu erfüllenden Grundanforderungen an medizinische Vorrichtungen, insbesondere an medizinische Instrumente und Prothesen sind Biokompatibilität, Biostabilität und je nach Anwendungsgebiet kann sich auch die Frage einer sicheren Anwendbarkeit beispielsweise bei MRT-gestützten minimalinvasiven Therapieverfahren stellen. Medizinische Vorrichtungen müssen zudem meist vollständig sterilisierbar sein. Das Gesamtanforderungsprofil an medizinische Vorrichtungen umfasst weiterhin die Punkte der Gewichtsreduktion, möglichst keinen Materialverlust bei Gebrauch, d. h. kein Verschleiß, gute Wärmeleitfähigkeit, geringe thermische Ausdehnung, einstellbare Steifigkeit, regulierbare Oberflächenbeschaffenheit, geringe Herstellungskosten sowie möglichst keine Limitierung hinsichtlich der Geometrie- und Formenvielfalt.The to be fulfilled Basic requirements for medical devices, in particular to Medical instruments and prostheses are biocompatibility, biostability and ever The area of application may also raise the question of a safe applicability For example, in MRI-based provide minimally invasive therapy. Medical devices have to also mostly complete be sterilized. The overall profile of medical requirements Devices further includes the points of weight reduction, preferably no loss of material in use, d. H. no wear, good thermal conductivity, low thermal expansion, adjustable stiffness, adjustable Surface finish, low production costs and, if possible, no limitation regarding the variety of geometries and shapes.
Gerade bei medizinischen Vorrichtungen, insbesondere bei medizinischen Instrumenten stellt sich jedoch häufig das Problem, dass diese nicht ausreichend sterilisierbar sind, da sich in kleinen Rissen oder Spalten Rückstände und Keime dauerhaft ablagern. Andererseits spielt gerade bei Prothesen, wie beispielsweise Gelenkprothesen das spezifische Gewicht, der Verschleiß, die innere Geometrie, d. h. Bildung von Hohlräumen zur Gewichtsreduktion, als auch die Oberfläche der Prothese eine wichtige Rolle.Just in medical devices, especially in medical However, instruments often face the problem that these are not sufficiently sterilized, as in small cracks or columns residues and Permanently deposit germs. On the other hand plays just with prostheses, such as For example, joint prostheses specific gravity, wear, internal Geometry, d. H. Formation of cavities for weight reduction, as well as the surface the prosthesis plays an important role.
Ausgehend von den genannten Anforderungen, die zugleich an medizinische Instrumente und an Prothesen gestellt werden, stellte sich die Aufgabe medizinische Vorrichtungen bereit zu stellen, die dem genannten Anforderungskatalog gerecht werden können.outgoing from the aforementioned requirements, which at the same time to medical instruments and put on prostheses, the task turned medical Provide devices that the said catalog of requirements can do justice.
Diese Aufgabe wird mit einer medizinischen Vorrichtung gelöst, die ganz oder teilweise aus mit Kohlenstoff verstärktem Siliciumcarbid besteht.These Task is solved with a medical device that wholly or partly consists of carbon-reinforced silicon carbide.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die medizinische Vorrichtung ganz oder teilweise mit mit Kohlenstoff verstärktem Siliciumcarbid beschichtet sein.In a preferred embodiment The medical device may be in whole or in part with carbon reinforced Be coated silicon carbide.
Als Kohlenstoff gelten alle Modifikationen des Kohlenstoffs, sowie Kohlenstoffverbindungen, insbesondere die, die sich bei einer Pyrolyse bilden können. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Kohlenstofffasern, die als Kohlenstofflangfasern, Kohlenstoffkurzfasern sowie Kohlenstofffasern mit einem Lumen, insbesondere röhrenförmige Kohlenstofffasern vorliegen können. Als Kohlenstoffpartikel kommen Partikel in jeglicher Geometrie in Betracht, insbesondere mit sphärischer Geometrie. Denkbare Kohlenstoffpartikel sind Fullerene, insbesondere die sogennaten Buckminster-Fullerene. Um die Leitfähigkeit obiger Kohlenstoffe zu erhöhen kann eine Dotierung mit Metallen, erfolgen.When Carbon are all modifications of carbon, as well as carbon compounds, in particular those that can form during pyrolysis. Particularly preferred the use of carbon fibers as carbon long fibers, short carbon fibers and carbon fibers with a lumen, in particular tubular carbon fibers may be present. As carbon particles come particles in any geometry in Consider, especially with spherical Geometry. Conceivable carbon particles are fullerenes, in particular the so-called Buckminster fullerenes. To the conductivity increase the above carbons can be a doping with metals.
Kohlenstofffaser verstärkte Siliciumcarbide werden üblicherweise nach dem Flüssigsilicierverfahren (Liquid Si Infiltration, LSI) hergestellt. Dieses Verfahren besteht im Wesentlichen darin, dass ein ausgehärtetes Komposit, meist ein Kohlenstofffaser verstärktes Polymer, wobei die Fasern üblicherweise in Form eines Gewebes vorliegen, pyrolisiert wird. Dabei bildet sich ein mit einem starken Risskanalnetz durchzogener Kohlenstofffaser verstärkter Kohlenstoff (C/C) aus. Die Kapillaren dieser porösen Matrix werden mit flüssigem Silicium infiltriert, das größtenteils mit dieser zu Siliciumcarbid abreagiert. Die Materialeigenschaften der, mit diesem Verfahren herstellbaren Kohlenstofffaser verstärkten Siciliumcarbide (SiC) können anwendungsbezogen variabel eingestellt werden. Bevorzugt sind Kohlenstofffaser verstärkte Siciliumcarbide, bei denen nach der Silicierung Kohlenstofffasern erhalten bleiben, die dem Material das für den medizintechnischen Anwendungsbereich benötigte Elastizitätsmodul geben.Carbon fiber increased Silicon carbides are commonly used after the Flüssigigsilicierverfahren (Liquid Si infiltration, LSI). This procedure exists essentially in that a cured composite, usually a Carbon fiber reinforced Polymer, wherein the fibers are usually in Shape of a tissue present, is pyrolyzed. It forms a carbon fiber traversed by a strong rupture channel network reinforced Carbon (C / C). The capillaries of this porous matrix are filled with liquid silicon infiltrated, mostly reacted with this to silicon carbide. The material properties The carbon fiber produced by this process reinforced Siciliumcarbide (SiC) can can be set variably according to application. Preference is given to carbon fiber increased Sicilium carbides where carbon fibers are used after silicization The materials used in medical technology are preserved needed modulus of elasticity give.
Ein anderes Verfahren sieht vor, dass ausgehend von Kohlenstofffaserfilzen oder Kohlenstoffkurzfasern mit carbonisierten C/C-Strukturen, deren Verteilung bevorzugt isotrop ist, mit Silicium in einem Hochtemperatur-Vakuumprozess zu infiltrieren und zu Kohlenstofffaser verstärktem Siliciumcarbid (C/SiC) umzusetzen. Der Vorteil des nach diesem Verfahren hergestellten Verbundwerkstoffes mit beispielsweise Kohlenstoffkurzfasern liegt darin, dass sehr komplexe, Leichtgewichtstrukturen mit hoher Steifigkeit, geringem Gewicht, hoher Oberflächengüte, endformnah (Formgebung im Grünzustand) hergestellt werden können. Das spezifische Gewicht der Kohlenstoffkurzfaser verstärkten Siliciumcarbide liegt bei 2,4 bis 2,6 g/cm3. Des Weiteren sind Oberflächen mit einer Rautiefe < 10 Angström erreichbar. Die Steifigkeit ist einstellbar und liegt im Bereich von 150 bis 240 Gpa. Auch die Festigkeit ist im Bereich von 150 bis 200 MPa einstellbar. Besonders hervorzuheben ist die geringe Thermalausdehnung des Kohlenstofffaser verstärkten Siliciumcarbids. Sie liegt im Bereich von 1,8 × 10–6 K–1. Zur Herstellung der Kohlenstofffasern, Kohlenstofffaserfilze oder Kohlenstoffkurzfasern kommen beispielsweise Aramidfasern, die carbonisiert werden und eine C/C-Struktur ausbilden in Frage. Bevorzugt sind Kohlenstofffaser verstärkte Siliciumcarbide, in denen die Kohlenstofffasern hinsichtlich ihres Durchmessers und/oder ihrer Länge in der Siliciumcarbidmatrix erhalten bleiben. Einige typische Wärmeleitfähigkeiten von Kohlenstofffaser verstärktem Siliciumcarbiden reichen von 10,1 bis 20,0 W/(mK) bei 200°C und 8,3 bis 13,2 W/(mK) bei 1800°C, gemessen senkrecht zur Faserebene und von 18,9 bis 42,6 W/(mK) bei 200°C und 19,1 bis 35,9 W/(mK) bei paralleler Ausrichtung der Faserebene. Typische spezifische Wärmekapazitäten reichen von 1,064 bzw. 1,033 J/(g K) bei 200°C bis zu 1,637 bzw. 1,794 J/g K) bei 1800°C.Another method is to infiltrate with carbon in a high temperature vacuum process and convert carbon fiber reinforced silicon carbide (C / SiC) from carbon fiber felts or carbon short fibers having carbonized C / C structures whose distribution is preferably isotropic. The advantage of the composite material produced by this method with, for example, short carbon fibers lies in the fact that very complex, lightweight structures with high rigidity, low weight, high surface quality, close to final shape (shaping in the green state) can be produced. The specific gravity of the short carbon fiber reinforced silicon carbides is 2.4 to 2.6 g / cm 3 . Furthermore, surfaces with a surface roughness <10 angstroms can be reached. The stiffness is adjustable and is in the range of 150 to 240 Gpa. The strength is adjustable in the range of 150 to 200 MPa. Particularly noteworthy is the low thermal expansion of the carbon fiber reinforced silicon carbide. It is in the range of 1.8 × 10 -6 K -1 . For example, aramid fibers which are carbonized and form a C / C structure are suitable for producing the carbon fibers, carbon fiber felts or short carbon fibers. Preference is given to carbon fiber reinforced silicon carbides in which the carbon fibers down visibly of their diameter and / or their length in the silicon carbide matrix. Some typical thermal conductivities of carbon fiber reinforced silicon carbide range from 10.1 to 20.0 W / (mK) at 200 ° C and 8.3 to 13.2 W / (mK) at 1800 ° C measured perpendicular to the fiber plane and from 18 , 9 to 42.6 W / (mK) at 200 ° C and 19.1 to 35.9 W / (mK) with fiber plane aligned in parallel. Typical specific heat capacities range from 1.064 and 1.033 J / (g K) at 200 ° C to 1.637 and 1.794 J / g K) at 1800 ° C, respectively.
Ein weiteres Verfahren sieht vor, dass der Reaktionspartner Silicium schon zu Beginn im Inneren des Materials vorhanden ist (innere Silicierung). Dabei werden Siliciumpartikel homogen in einer Kohlenstoffmatrix verteilt. Ein Vorteil dieser Reaktionsführung liegt darin, dass es hinsichtlich der Bauteilgeometrie nahezu keine Beschränkungen mehr gibt. Gleichfalls wird die Ausbildung einer gleichförmigen Matrix gewährleistet. Der Erhalt der Faserintegrität ist ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens. Die Faserintegrität ist gerade für den Anwendungsbereich der medizinischen Vorrichtungen, insbesondere für medizinische Instrumente und Prothesen von großer Bedeutung, weil auf diese Weise eine Rissbildung durch die Sprödheit des Materials unterbunden wird. Denn das erhaltene Faserverbundmaterial verfügt über eine ausreichende Elastizität, um einer Rissbildung entgegenzuwirken.One Another method provides that the reaction partner silicon already at the beginning inside the material is present (internal silicification). there Silicon particles are distributed homogeneously in a carbon matrix. An advantage of this reaction This is because there are almost no components in terms of component geometry restrictions there is more. Likewise, the formation of a uniform matrix guaranteed. The preservation of fiber integrity is a particular advantage of this method. The fiber integrity is straight for the Scope of the medical devices, in particular for medical Instruments and prostheses of great importance because of this To prevent cracking by the brittleness of the material becomes. Because the obtained fiber composite material has a sufficient elasticity, to counteract cracking.
Zur Beschichtung mit mit Kohlenstofffaser verstärktem Siliciumcarbid kann ein Bauteil mit dem sogennanten Dip-coating Verfahren beschichtet werden. Dieses Bauteil kann aus einer Vielzahl von Partikeln, die eine gleiche oder unterschiedliche Geometrie aufweisen, gebildet sein. Beispielsweise können direkt C/C, Si/SiC oder auf Titan basierende Partikel oder Mischungen dieser thermisch behandelt und in flüssiges Silicium eingetaucht werden.to Coating with carbon fiber reinforced silicon carbide may include Component be coated with the so-called dip-coating method. This component can be made up of a variety of particles that are the same or have different geometry, be formed. For example can directly C / C, Si / SiC or titanium based particles or mixtures of these thermally treated and in liquid Be dipped in silicon.
Welches Verfahren zur Herstellung der Kohlenstofffaser verstärkten Siliciumcarbide herangezogen wird, bestimmt sich nach dem Anforderungsprofil im Einzelfall. Um in alle Richtungen eine annähernd gleiche Steifigkeit und Festigkeit zu besitzen ist es bevorzugt, wenn die Kohlenstofffasern, Kohlenstoffkurzfasern oder Kohlenstoffpartikel eine isotrope Verteilung im keramischen Hybridwerkstoff besitzen. Zweckmäßig kann auch eine auf Teilbereiche beschränkte isotrope oder anisotrope Ausrichtung sein, um die Materialeigenschaften optimal auf die Anforderungen abzustimmen. Aufgrund der unterschiedlichsten Herstellverfahren können die vielfältigen Materialeigenschaften dieser Kohlenstofffaser verstärkten Siliciumcarbide variabel eingestellt werden. Sie zeichnen sich insbesondere durch einen integrierten Oxidationsschutz, auch bei sehr hohen Temperaturen aus. Hervorzuheben ist auch die ausgesprochen hohe chemische Beständigkeit des Werkstoffes. Wegen dieser Eigenschaften können beispielsweise medizinische Vorrichtungen aus mit Kohlenstofffaser verstärktem Siliciumcarbid thermisch sterilisiert werden, indem anhaftende Verunreinigungen einfach pyrolisiert werden. Wegen der einstellbaren Steifigkeit und der einstellbaren Festigkeit eignen sich diese Siliciumcarbide insbesondere zur Herstellung von medizinischen Instrumenten, wie Schneidinstrumenten (Skalpelle, Scheren, Mikroscheren), Trokare, Nadeln, Kanülen (Dialysekanülen, Trachealkanülen, etc.), Elektroden, Shaver, Instrumente zur Bandscheibenabtragung, Bohrer bzw. Bohrköpfe (Bohrer in der Zahnmedizin, Trepanbohrer, Bohrköpfe für die Vertebroplastie), Sägen (z. B. Mikrosägen, Mikro-Stichsägen, oszillierende Mikrosägen), Fräsen (z. B. Knochenfräsen), Befestigungsmittel (z. B. Mikroschrauben, Mikromuttern, Nägel), Scalern in der Zahnmedizin und/oder weitere Dentalinstrumenten, wie beispielsweise Excavatoren oder Modellierinstrumente. Die vorstehende Auflistung ist nicht abschließend zu verstehen, sie soll lediglich auf die breite Anwendbarkeit des Hybridwerstoffes für medizinische Vorrichtungen hinweisen. Die vorgenannten medizinischen Instrumente zeichnen sich dadurch aus, dass sie vollständig oder teilweise aus mit Kohlenstoff, insbesondere aus mit Kohlenstofffaser und/oder Kohlenstoffpartikel verstärktem Siliciumcarbid bestehen oder ganz oder teilweise mit mit Kohlenstofffaser und/oder Kohlenstoffpartikel verstärktem Siliciumcarbid beschichtet sind. Beispielsweise besteht nur die Spitze eines Intrumentes, insbesondere einer Nadel aus dem Kohlenstoff verstärktem Siliciumcarbid.which Process for producing the carbon fiber reinforced silicon carbide is determined according to the requirement profile in Individual case. In all directions an approximately equal rigidity and It is preferred that the carbon fibers, Short carbon fibers or carbon particles an isotropic distribution in the ceramic hybrid material possess. Appropriately, one can also on subregions limited be isotropic or anisotropic alignment to the material properties optimally adapted to the requirements. Because of the most diverse Manufacturing process can the diverse ones Material properties of this carbon fiber reinforced silicon carbide be set variably. They are characterized in particular an integrated oxidation protection, even at very high temperatures out. Also noteworthy is the extremely high chemical resistance of the material. Because of these properties, for example, medical Carbon fiber reinforced silicon carbide devices thermally sterilized by simply pyrolizing adhering contaminants become. Because of the adjustable stiffness and the adjustable Strength, these silicon carbides are particularly suitable for the production of medical instruments, such as cutting instruments (scalpels, Scissors, micro-scissors), trocars, needles, cannulas (dialysis needles, tracheostomy tubes, etc.), electrodes, Shavers, instruments for disc removal, drills or drill heads (drills in dentistry, trephine drills, vertebroplasty drill heads), saws (e.g. B. micro saws, Micro jig saws, oscillating micro saws), mill (eg bone milling), Fasteners (eg micro-screws, micro-nuts, nails), scalers in dentistry and / or other dental instruments, such as Excavators or modeling instruments. The above listing is not exhaustive It should only be understood that the broad applicability of the Hybridwerstoffes for to indicate medical devices. The aforementioned medical instruments are characterized by the fact that they are completely or partially made with Carbon, in particular of carbon fiber and / or carbon particles reinforced Silicon carbide or wholly or partially with carbon fiber and / or carbon particles reinforced silicon carbide coated are. For example, there is only the tip of an instrument, in particular a needle made of the carbon-reinforced silicon carbide.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die medizintechnische Vorrichtung eine Prothese sein. Das mit Kohlenstoff, insbesondere Kohlenstofffaser und/oder Kohlenstoffpartikel verstärkte Siliciumcarbid ist wegen seiner Verschleißfreiheit und Biokompatibilität als Material zur Herstellung von Prothesen besonders geeignet. Dabei kann die Prothese vollständig oder teilweise aus mit Kohlenstoff, insbesondere Kohlenstofffaser und/oder Kohlenstoffpartikel verstärktem Siliciumcarbid bestehen oder mit mit Kohlenstofffaser und/oder Kohlenstoffpartikel verstärktem Siliciumcarbid beschichtet sein. Die Prothese umfaßt alle denkbaren Auführungsarten und- formen von Endoprothesen, Gelenkprothesen, Knochenersatz (z. B. im Bereich des Kopfes in der plastischen Chirurgie) oder Beschichtungen dieser Prothesen, implantierbaren Medizintechnik (z. B. das Gehäuse von implantierbaren Insulinpumpen), Herzklappen (z. B. zur Herstellung des Gitters bzw. Käfigs, welcher den Weg der Kugel der künstlichen Herzklappe begrenzt), Zähnen (z. B. Zahnersatz, Kronen, Brücken, Inlays), Befestigungsmitteln für Zahnersatz, chirurgischen Instrumenten (wie beispielsweise Knochenmühlen, chirurgische Meißel, mikrochirurgische Nadelhalter), Mikrogitter zur Abdeckung größerer Knochendefekte und/oder Uretherschienen. Übliche Endoprothesen sind beispielsweise die Kugelköpfe und -pfannen von künstlichen Kniegelenken, Hüftgelenken und Schultergelenken. Beispielsweise sind nur die besonders beanspruchten Teile, wie die Gelenkköpfe/-pfannen einer Prothese aus mit Kohlenstoff verstärktem Siliciumcarbid gefertigt.In a further preferred embodiment, the medical device can be a prosthesis. The reinforced with carbon, especially carbon fiber and / or carbon particles silicon carbide is particularly suitable because of its freedom from wear and biocompatibility as a material for the production of prostheses. In this case, the prosthesis may consist wholly or partly of silicon carbide reinforced with carbon, in particular carbon fiber and / or carbon particles, or it may be coated with silicon carbide reinforced with carbon fiber and / or carbon particles. The prosthesis includes all conceivable types and shapes of endoprostheses, joint prostheses, bone substitutes (eg in the area of the head in plastic surgery) or coatings of these prostheses, implantable medical technology (eg the housing of implantable insulin pumps), heart valves ( eg for making the grid or cage which limits the path of the ball of the artificial heart valve), teeth (eg dentures, crowns, bridges, inlays), fixings for dentures, surgical instruments (such as bone mills, surgical implants) Chisels, microsurgical needle holders), micro-grids to cover larger bone defects and / or urethral tracks. Standard endoprostheses are included For example, the ball heads and pans of artificial knee joints, hip joints and shoulder joints. For example, only the most stressed parts, such as the rod ends / pans of a prosthesis are made of carbon-reinforced silicon carbide.
Auch Nadelelektroden für die Elektrotherapie, insbesondere für die perkutane Galvanotherapie bei Tumoren, können bevorzugt ganz oder teilweise aus mit Kohlenstoff, insbesondere Kohlenstofffaser verstärktem Siliciumcarbid bestehen oder mit diesem beschichtet sein. Gleichfalls können die sogenannten ECT-Nadeln (ECT, elektrochemische Tumortherapie) oder auch bipolare Nadeln aus mit Kohlenstofffaser verstärktem Siliciumcarbid bestehen. Denkbar ist auch eine Beschichtung der Nadelelektroden mit einem biokompatiblem, korrosionsbeständigem Metall, wie Platin. Um eine gute Leitfähigkeit, insbesondere eine anisotrope Leitfähigkeit in eine Vorzugsrichtung zu ermöglichen, ist es bevorzugt, wenn die Kohlenstofffasern, Kohlenstoffkurzfasern oder Kohlenstoffpartikel eine anisotrope Verteilung im keramischen Hybridwerkstoff besitzen. Unter dem Gesichtpunkt einer guten Leitfähigkeit ist eine annähernd parallele Ausrichtung der Fasern gewünscht. Allein für Kohlenstofffasern mit den folgenden Kenndaten – spezifischer Widerstand 1,50E – 5 [Ωm]; Radius 1,00E – 05 [m]; Fläche 3,14E – 10 [m2] und Widerstand 4,77E + 03 [Ω] – ergibt sich für eine Faser mit einem Durchmesser von 20 μm und einer Länge von 10 cm ein abgeschätzter Widerstand von etwa 5 kΩ. Wird eine Nadel mit einem Außendurchmesser von 1,0 mm zugrunde gelegt, dann ergibt sich für sie etwa eine Fläche von 785,4E – 9 m2. Unter der Annahme, dass nur etwa 10 % der Fläche durch Kohlenstofffasern verstärkt werden, ändert sich ihre Leitfähigkeit auf 1,500E – 4 [Ωm] bzw. der Widerstand einer 0,1 m langen Nadel beträgt dann 19,10 [Ω]. Im Verhältnis zum Widerstand des Körpers von etwa 1 kΩ, ist der Widerstand der Kohlenstofffaser haltigen Nadeln vernachlässigbar. Der Wert von 1 kΩ ergibt sich auf der Abschätzung des Widerstandes zwischen zwei Elektroden eines Tumexgerätes mit den Kenndaten 20 V max. Spannung und 20 mA max. Strom. Zugrundegelegt wurden die spezifischen Widerstände von Fett (20 [Ωm]), Muskel (10 [Ωm]), innere Organe (9 – 11 [Ωm]) und Blut (2 [Ωm]). Des weiteren ist reines Siliciumcarbid ein Halbleiter mit einer relativ großen Bandlücke von 2,4 bis 3,3 eV, wobei die Größe der Bandlücke wesentlich vom Polytyp abhängt. Die Größe der Bandlücke erlaubt eine Anwendung von erhöhten Temperaturen und höheren Spannungen als beispielsweise bei Silicium. Gleichfalls weist Siliciumcarbid eine große Elektronenbeweglichkeit auf, die insbesondere im Bereich hoher Frequenzen ausgenutzt werden kann. In Abhängigkeit von der Teilchenform, der Teilchengröße sowie der Ausrichtung der Kohlenstofffasern und/oder -partikel im Siliciumcarbid kann die, für die je weilige medizinische Anwendung, gewünschte elektrische Leitfähigkeit eingestellt werden. Es kann von Vorteil sein, insbesondere zur Senkung des elektrischen Widerstandes, wenn nur die Spitze dieser Nadelelektroden aus mit Kohlenstoff verstärktem Siliciumcarbid gebildet sindNeedle electrodes for electrotherapy, in particular for percutaneous galvanotherapy in tumors, may also be wholly or partially made of or coated with carbon, in particular carbon fiber reinforced silicon carbide. Likewise, the so-called ECT needles (ECT, electrochemical tumor therapy) or bipolar needles may consist of carbon fiber reinforced silicon carbide. Also conceivable is a coating of the needle electrodes with a biocompatible, corrosion-resistant metal, such as platinum. In order to enable a good conductivity, in particular an anisotropic conductivity in a preferred direction, it is preferred if the carbon fibers, short carbon fibers or carbon particles have an anisotropic distribution in the ceramic hybrid material. From the point of view of good conductivity, an approximately parallel orientation of the fibers is desired. Solely for carbon fibers with the following characteristics - specific resistance 1,50E - 5 [Ωm]; Radius 1,00E - 05 [m]; Area 3.14E - 10 [m 2 ] and resistance 4.77E + 03 [Ω] - results in a fiber with a diameter of 20 microns and a length of 10 cm, an estimated resistance of about 5 kΩ. If a needle with an outside diameter of 1.0 mm is taken as the basis, the result is an area of about 785.4E - 9 m 2 . Assuming that only about 10% of the surface is reinforced by carbon fibers, its conductivity changes to 1.500E - 4 [Ωm], or the resistance of a 0.1m needle is 19.10 [Ω]. In relation to the resistance of the body of about 1 kΩ, the resistance of the carbon fiber needles is negligible. The value of 1 kΩ results from the estimation of the resistance between two electrodes of a Tumex device with the characteristics 20 V max. Voltage and 20 mA max. Electricity. The specific resistances were based on fat (20 [Ωm]), muscle (10 [Ωm]), internal organs (9 - 11 [Ωm]) and blood (2 [Ωm]). Further, pure silicon carbide is a semiconductor having a relatively large band gap of 2.4 to 3.3 eV, the size of the band gap being substantially dependent on the polytype. The size of the bandgap allows for application of elevated temperatures and higher voltages than, for example, silicon. Likewise, silicon carbide has a high electron mobility, which can be exploited especially in the high frequencies. Depending on the particle shape, the particle size and the orientation of the carbon fibers and / or particles in the silicon carbide, the, for the respective medical application, desired electrical conductivity can be adjusted. It can be advantageous, in particular for lowering the electrical resistance, if only the tip of these needle electrodes are formed from carbon-reinforced silicon carbide
Je nach Anforderung an die medizintechnische Vorrichtung kann es von Vorteil sein, wenn diese vollständig aus mit Kohlenstoff, insbesondere einem Kohlenstofffaser und/oder Kohlenstoffpartikeln verstärktem Siliciumcarbid besteht. Gleichfalls kann es zweckmäßig sein, wenn nur Teilbereiche der medizintechnischen Vorrichtung aus mit Kohlenstoff, insbesondere einem Kohlenstofffaser/-partikel verstärktem Siliciumcarbid besteht oder auch nur Teile der medizintechnischen Vorrichtung mit mit Kohlenstoff, Kohlenstofffaser/-partikel verstärktem Siliciumcarbid beschichtet sind.ever Upon request to the medical device, it may be of Be an advantage if this is complete made of carbon, in particular a carbon fiber and / or Carbon particles reinforced Silicon carbide exists. Likewise, it may be appropriate if only parts of the medical device from with Carbon, in particular a carbon fiber / particle reinforced silicon carbide exists or even parts of the medical device with coated with carbon, carbon fiber / particle reinforced silicon carbide are.
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| WO (1) | WO2007003427A2 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3877080A (en) * | 1972-10-30 | 1975-04-15 | Atlantic Res Corp | Acicular silicon carbide dispersion in pyrolytic graphite matrix for use in biomedical implants |
| EP0009148B1 (en) * | 1978-09-02 | 1983-03-02 | Schunk & Ebe GmbH | Joint endoprosthesis |
| DE19823521A1 (en) * | 1997-08-28 | 1999-03-04 | Fraunhofer Ges Forschung | Process for the production of carbon composite materials and / or carbon-containing materials, carbidic and / or carbonitridic materials |
| EP0946459B1 (en) * | 1996-11-08 | 2000-08-09 | Sintec Keramik GmbH & Co. KG. | Method for chemical vapour infiltration of refractory substances, especially carbon and silicon carbide |
| WO2001016054A2 (en) * | 1999-09-01 | 2001-03-08 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | A process for converting a metal carbide to carbon on the surface of the metal carbide by etching in halogens |
| WO2001041826A1 (en) * | 1999-12-13 | 2001-06-14 | St. Jude Medical, Inc. | Pyrolytic carbon and metal/metalloid carbide composites |
| DE10048734A1 (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-18 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Implant made from a material containing carbon and silicon carbide comprises a prefabricated prosthetic part produced by pyrolysis of a body consisting of tissues made from carbon fibers and an organic binder |
| DE10143874A1 (en) * | 2001-09-07 | 2003-03-27 | Sintec Keramik Gmbh & Co Kg | Production of bone implants, e.g. artificial hip joints, involves infiltrating a porous body, e.g. by chemical vapor deposition of carbon, to form a biocompatible, reinforcing coating on the surface |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5326732A (en) * | 1993-08-26 | 1994-07-05 | Japan As Represented By Director General Of Agency Of Industrial Science And Technology | Carbon-silicon carbide composite material and method for the preparation thereof |
| US6638259B1 (en) * | 1999-10-28 | 2003-10-28 | Scimed Life Systems, Inc. | Biocompatible medical devices |
| US20050038498A1 (en) * | 2003-04-17 | 2005-02-17 | Nanosys, Inc. | Medical device applications of nanostructured surfaces |
-
2005
- 2005-07-05 DE DE200510031293 patent/DE102005031293A1/en not_active Withdrawn
-
2006
- 2006-07-05 WO PCT/EP2006/006558 patent/WO2007003427A2/en active Application Filing
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3877080A (en) * | 1972-10-30 | 1975-04-15 | Atlantic Res Corp | Acicular silicon carbide dispersion in pyrolytic graphite matrix for use in biomedical implants |
| EP0009148B1 (en) * | 1978-09-02 | 1983-03-02 | Schunk & Ebe GmbH | Joint endoprosthesis |
| EP0946459B1 (en) * | 1996-11-08 | 2000-08-09 | Sintec Keramik GmbH & Co. KG. | Method for chemical vapour infiltration of refractory substances, especially carbon and silicon carbide |
| DE19823521A1 (en) * | 1997-08-28 | 1999-03-04 | Fraunhofer Ges Forschung | Process for the production of carbon composite materials and / or carbon-containing materials, carbidic and / or carbonitridic materials |
| WO2001016054A2 (en) * | 1999-09-01 | 2001-03-08 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | A process for converting a metal carbide to carbon on the surface of the metal carbide by etching in halogens |
| WO2001041826A1 (en) * | 1999-12-13 | 2001-06-14 | St. Jude Medical, Inc. | Pyrolytic carbon and metal/metalloid carbide composites |
| DE10048734A1 (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-18 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Implant made from a material containing carbon and silicon carbide comprises a prefabricated prosthetic part produced by pyrolysis of a body consisting of tissues made from carbon fibers and an organic binder |
| DE10143874A1 (en) * | 2001-09-07 | 2003-03-27 | Sintec Keramik Gmbh & Co Kg | Production of bone implants, e.g. artificial hip joints, involves infiltrating a porous body, e.g. by chemical vapor deposition of carbon, to form a biocompatible, reinforcing coating on the surface |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| WO2007003427A3 (en) | 2007-10-11 |
| WO2007003427A2 (en) | 2007-01-11 |
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