DE19804846A1

DE19804846A1 - Verfahren zum Herstellen von geschwärzten chirurgischen Nadeln

Info

Publication number: DE19804846A1
Application number: DE19804846A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr Hinsch; Uwe Dr Huendorf; Juergen Dipl Ing Ruthenberg
Original assignee: Ethicon GmbH
Current assignee: Johnson and Johnson Medical GmbH
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 1999-08-05
Also published as: WO1999039024A1; ES2211048T3; DE69912242T2; DE69912242D1; EP1051538B1; EP1051538A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von ge schwärzten chirurgischen Nadeln.

Üblicherweise haben chirurgische Nadeln eine metallische, polierte Oberfläche. Bei einigen Anwendungen, insbesondere in der Herzchirurgie und in der Mikrochirurgie, stören jedoch während einer Operation die von derartigen Nadeln hervorgerufenen Reflexe. Es sind daher chirurgische Nadeln mit einer geschwärzten Oberfläche entwickelt worden, um dieses Problem zu vermeiden. Unter "geschwärzter" Oberfläche wird im folgenden allgemein eine dunkle, Licht nicht in störender Weise reflektierende Oberfläche verstanden, die nicht notwendigerweise schwarz (d. h. so dunkel, daß sie überhaupt kein Licht mehr reflektiert) sein muß.

Aus der US-PS 4 959 068 ist ein Verfahren zum Herstellen von geschwärzten chirurgischen Nadeln bekannt, bei dem aus einem chromhaltigen Stahl gefertigte Rohnadeln in eine Lösung von etwa 54 bis 61 Gew.-% Schwefelsäure und etwa 5,6 bis 9,1 Gew.-% Kaliumdichromat in Wasser getaucht werdend die eine Temperatur von oberhalb 100°C hat. Bei einer Behandlungstemperatur von 110°C bis 130°C haben die ursprünglich polierten Rohnadeln nach etwa 4 Minuten bis 30 Minuten eine ausreichend geschwärzte Oberfläche.

Geschwärzte chirurgische Nadeln haben den Nachteil, daß die zum Durchziehen der Nadel durch Gewebe erforderliche Kraft (Penetra tionskraft) größer ist als bei einer herkömmlichen Nadel mit polierter Oberfläche. Dies ist auch der Fall, wenn die chir urgische Nadel nach dem Schwärzen silikonisiert wird, d. h. mit einer silikonhaltigen Oberflächenbeschichtung versehen wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von geschwärzten chirurgischen Nadeln zu schaffen, das sich kosten günstig und gut steuerbar durchführen läßt und das chirurgische Nadeln mit einer geschwärzten Oberfläche liefert, die günstigere Penetrationseigenschaften haben als nach herkömmlichen Verfahren hergestellte geschwärzte chirurgische Nadeln.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von geschwärzten chirurgischen Nadeln mit den Merkmalen des Patent anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellen von ge schwärzten chirurgischen Nadeln werden auf einem chromhaltigen Stahl gefertigte Rohnadeln in eine saure wäßrige Lösung mit einer Chrom(VI)-Verbindung getaucht, die eine Temperatur im Bereich von 10°C bis 40°C hat, vorzugsweise im Bereich von 18°C bis 25°C.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß sich trotz eines ausdrücklichen Hinweises in der US-PS 4 959 068, daß die Behandlungstemperatur beim Schwärzen oberhalb von 100°C liegen muß, geschwärzte chirurgische Nadeln erhalten lassen, wenn die Behandlungstemperatur lediglich im Bereich von 10°C bis 40°C liegt. Vorzugsweise findet die Behandlung in der sauren wäßrigen Lösung mit einer Chrom(VI)-Verbindung bei Raumtemperatur statt, d. h. im Bereich von 18°C bis 25°C. Derart hergestellte geschwärzte chirurgische Nadeln haben eine festsitzende Ober fläche. Nachdem sie silikonisiert sind, sind die zum Durchziehen der Nadeln durch eine Probe erforderlichen Penetrationskräfte geringer als die von geschwärzten chirurgischen Nadeln, bei denen die Schwärzungsbehandlung bei einer höheren Temperatur durch geführt wurde. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß es optimal an das zu behandelnde Los von Rohnadeln angepaßt werden kann. Da es bei der geringen Behand lungstemperatur erforderlich ist, die Nadeln für etliche Stunden in die saure wäßrige Lösung zu tauchen, ist es möglich, im Einzelfall den genauen Zeitpunkt festzulegen, wann die Rohnadeln des zu behandelnden Loses ausreichend geschwärzt sind und die Behandlung in der sauren wäßrigen Lösung beendet werden kann.

Vorzugsweise ist die Chrom(VI)-Verbindung Chrom(VI)oxid. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält die saure wäßrige Lösung 10 bis 20 Gew.-% Chrom(VI)oxid. Dieser Chromanteil ist deutlich höher als bei dem aus der US-PS 4 959 068 bekannten Verfahren. Der höhere Chromanteil wirkt sich günstig auf den Reibungswiderstand der chirurgischen Nadeln aus, was vermutlich darauf beruht, daß der hohe Chromanteil die Gefahr von Lochfraß verringert. Eine derart hergestellte und mit einer Silikonbeschichtung versehene geschwärzte chirurgische Nadel hat also eine besonders glatte Oberfläche, weshalb ihre Penetrations kraft geringer ist als bei einer in einer Lösung mit geringem Chromanteil behandelten Nadel.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält die saure wäßrige Lösung Schwefelsäure, und zwar vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-%. In einer Ausführungsform enthält die saure wäßrige Lösung 15 bis 19 Gew.-% Chrom(VI)oxid und 28 bis 35 Gew.-% Schwefelsäure.

Die Rohnadeln werden vorzugsweise für eine Zeitdauer im Bereich von 15 Stunden bis 150 Stunden in die saure wäßrige Lösung getaucht. Die optimale Zeitdauer hängt vom Material der Rohnadeln und von der Zusammensetzung und der Temperatur der sauren wäßrigen Lösung ab. Ziel ist es, chirurgische Nadeln mit einer ausreichend geschwärzten Oberfläche herzustellen, die möglichst geringe Penetrationskräfte haben. Daher sollten die chirurgischen Nadeln nicht zu lange in der sauren wäßrigen Lösung verbleiben. Generell gilt, daß die erforderliche Zeitdauer umso geringer ist, je höher die Temperatur der sauren wäßrigen Lösung ist. Die Zeitdauer, die die besten Ergebnisse liefert, kann im Einzelfall durch Versuche bestimmt werden.

Rohnadeln, die aus einem Edelstahl mit der Werkstoffnummer 4031 gefertigt sind (Chromanteil ca. 13,0 bis 13,5%), werden vorzugs weise für eine Zeitdauer von 60 Stunden bis 150 Stunden in die saure wäßrige Lösung getaucht.

Rohnadeln, die aus einem Edelstahl mit dem Werkstoffnummer 4310 gefertigt sind (Chromanteil ca. 16,0% bis 18,0%), werden vorzugsweise für eine Zeitdauer von 20 Stunden bis 50 Stunden in die saure wäßrige Lösung getaucht.

Rohnadeln, die aus einem Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4456 gefertigt sind (Chromanteil ca. 16,0% bis 20,0%), werden vorzugsweise für eine Zeitdauer von 20 Stunden bis 70 Stunden in die saure wäßrige Lösung getaucht.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Rohnadeln vor dem Eintauchen in die saure wäßrige Lösung poliert, damit sie eine glatte und saubere Oberfläche haben, an der die saure wäßrige Lösung angreifen kann, um die gewünschte Schwärzung zu bewirken.

Vorzugsweise werden die geschwärzten Nadeln nach dem Herausnehmen aus der sauren wäßrigen Lösung mit Wasser gespült, um die Einwirkung der Säure zu beenden. Nach dem Spülen mit Wasser können die geschwärzten Nadeln in eine wäßrige Lösung eines Benetzungsmittels gelegt werden, die vorzugsweise mit den darin liegenden geschwärzten Nadeln unter Unterdruck entgast wird. Diese Schritte können optional wiederholt werden. Anschließend können die geschwärzten Nadeln nochmals mit Wasser gespült werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die geschwärzten Nadeln abschließend in Alkohol gespült und bei einer oberhalb der Raumtemperatur liegenden Temperatur getrocknet.

Wie bereits erwähnt, ist unter einer "geschwärzten" chirurgischen Nadel nicht notwendigerweise eine chirurgische Nadel mit tief schwarzer Oberfläche zu verstehen, sondern der Begriff "geschwärzt" ist hier allgemein so zu verstehen, daß eine geschwärzte chirurgische Nadel eine dunkle Oberfläche hat, die keine störenden Reflexe hervorruft.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Beispiel 1

Es wurden Rohnadeln mit fertig geschliffener Spitze und polierter Oberfläche aus nichtrostendem Stahldraht mit der Werkstoffnummer 4031 YC (äquivalent zu der US-Werkstoffnummer 420) hergestellt, und zwar aus Drähten mit Durchmessern von 0,74 mm bis 1,78 mm. Der Chromgehalt des verwendeten Stahls lag im Bereich von 13,0% bis 13,5%. Die Rohnadeln waren nicht silikonisiert.

Um die Rohnadeln zu schwärzen, wurde eine im folgenden als "Schwärzungslösung" bezeichnete saure wäßrige Lösung hergestellt durch Mischen von 3000 ml demineralisiertem Wasser mit 1000 ml konzentrierter Schwefelsäure und Lösen von 1000 g Chrom(VI)oxid darin.

Ein Los zu schwärzender Rohnadeln von gegebenem Nadeltyp wurde in die Schwärzungslösung eingetaucht, so daß die Rohnadeln mit mindestens 1 cm der Schwärzungslösung bedeckt waren. Das dazu verwendete Gefäß befand sich unter einem Abzug. Die Behandlung in der Schwärzungslösung fand bei Zimmertemperatur statt, d. h. im Bereich von 18°C bis 25°C.

Die Zeitdauer, für die die Rohnadeln in die Schwärzungslösung eingetaucht waren, richtete sich nach der gemessenen Raumtempera tur, und zwar unter Zugrundelegung der in der folgenden Tabelle angegebenen Richtwerte:

Temperatur [°C]
Zeitdauer [h]
18,0	128
18,5	125
19,0	121
19,5	118
20,0	114
20,5	111
21,0	107
21,5	104
22,0	100
22,5	97
23,0	93
23,5	90
24,0	86
24,5	83
25,0	79

Wenige Stunden vor Ablauf des der gemessenen Raumtemperatur zugeordneten Richtwertes für die Zeitdauer wurden mit Hilfe eines Magnetstabes einige Nadeln aus der Schwärzungslösung entnommen und gründlich mit Wasser abgespült. Ihre Farbe wurde anschließend auf schwarzem Untergrund mit dem Farbstandard eines Nadelkatalogs verglichen, der nach dem beschriebenen Verfahren optimal geschwärzte Nadeln des gegebenen Nadeltyps enthielt. Falls die Färbung noch nicht ausreichend war, wurden die Nadeln wieder zurück in das Gefäß mit der Schwärzungslösung gelegt. Je nach Fortschreiten des Schwärzungsprozesses wurden die Nadeln wie oben beschrieben alle 0,5 bis 2 Stunden kontrolliert.

Nach vollständiger Schwärzung wurde die Schwärzungslösung abgegossen und die geschwärzten Nadeln wurden solange mit Wasser vorgespült, bis das Spülwasser keine sichtbare gelbe Färbung mehr aufwies. Anschließend wurden die geschwärzten Nadeln der im folgenden beschriebenen Waschprozedur unterworfen.

Dazu wurde zunächst eine Lösung von 0,06% Triton X 100 in Wasser hergestellt. Triton X 100 ist die Markenbezeichnung eines Benetzungsmittels, das von Merck in 6%iger wäßriger Lösung vertrieben wird. Chemisch handelt es sich dabei um O-[4-(1,1,3,3- Tetramethylbutyl)-phenyl]-deca(oxyethylen).

Die in der zuvor beschriebenen Weise vorgespülten geschwärzten Nadeln wurden in einem Gefäß mit der Triton-Lösung bedeckt. Das Gefäß wurde in einen Exsikkator gestellt, und der Exsikkator wurde mit Hilfe einer Vakuumpumpe mindestens 10 Minuten lang evakuiert, um ein Entgasen der Triton-Lösung mit den darin liegenden geschwärzten Nadeln zu ermöglichen. Anschließend wurde der Exsikkator belüftet, die Triton-Lösung abgegossen und durch eine frische Triton-Lösung ersetzt. Die frische Triton-Lösung mit den darin liegenden geschwärzten Nadeln wurde erneut im Exsikka tor mindestens 10 Minuten lang entgast.

Nach dieser Entgasungsprozedur wurden die pH-Werte der Triton- Lösung nach dem zweiten Entgasen und einer frischen Triton-Lösung bestimmt. Falls der pH-Wert der Triton-Lösung nach dem zweiten Entgasen um mehr als 0,2 pH-Einheiten geringer war als der der frischen Triton-Lösung, wurde die Triton-Lösung aus dem Gefäß abgegossen und nochmals durch eine frische Triton-Lösung ersetzt, um den Entgasungsvorgang im Exsikkator zu wiederholen.

Anschließend wurden die geschwärzten Nadeln in dem verwendeten Gefäß mit Wasser abgespült, bis sich kein Schaum mehr bildete. Die Nadeln wurden mit Wasser bedeckt und erneut mindestens 10 Minuten lang im Exsikkator entgast. Danach wurde das Wasser abgegossen. Abschließend wurden die Nadeln in Isopropanol geschwenkt und dann im Trockenschrank bei 100°C bis 120°C für mindestens 1 Stunde getrocknet.

In anschließenden Verfahrensschritten wurden die geschwärzten Nadeln mit einer Silikonbeschichtung versehen, verpackt und sterilisiert.

Beispiel 2

Es wurden Rohnadeln mit fertig geschliffener Spitze und polierter Oberfläche aus nichtrostendem Stahldraht mit den Werkstoffnummern 4310 FB (0,16 mm bis 0,36 mm Durchmesser) und 4310 FB Streduc (0,46 mm bis 0,66 mm Durchmesser) hergestellt. Dieser Stahl hatte einen Chromgehalt im Bereich von 16,0% bis 18,0%. Die Ober flächen der Rohnadeln waren nicht silikonisiert.

Die Rohnadeln eines der Schwärzungsbehandlung zu unterziehenden Loses mit gegebenem Nadeltyp wurden in die gemäß dem Beispiel 1 hergestellte Schwärzungslösung eingetaucht, wobei sie mindestens 1 cm mit der Schwärzungslösung bedeckt waren. Das Gefäß mit den Rohnadeln und der Schwärzungslösung befand sich unter einem Abzug.

Die Zeitdauer für die Behandlung der Nadeln in der Schwärzungs lösung lag in diesem Beispiel in der Größenordnung von 24 bis 30 Stunden. Nach Ablauf von etwa 24 Stunden wurden mit Hilfe eines Magnetstabes erste Probenadeln entnommen und gründlich mit Wasser abgespült, um ihre Farbe auf schwarzem Untergrund mit den Farbstandards eines analog dem Beispiel 1 angelegten Nadelkata logs zu vergleichen. Wenn die Färbung oder Schwärzung noch nicht austeichend war, wurden die Nadeln wieder in das Gefäß zurückge legt. Ja nach Fortschreiten des Schwärzungsprozesses wurden die Nadeln alle 0,5 bis 2 Stunden in der zuvor beschriebenen Weise kontrolliert.

Nach vollständiger Schwärzung der Nadeln wurde die Schwärzungs lösung abgegossen. Anschließend wurden die geschwärzten Nadeln solange mit Wasser gespült, bis das Spülwasser keine Gelbfärbung mehr aufwies.

Anschließend wurden die geschwärzten Nadeln in einer Triton- Lösung gewaschen, mit Wasser abgespült, mit Isopropanol gespült und im Trockenschrank bei 100°C bis 120°C für mindestens 1 Stunde getrocknet, wie im Beispiel 1 beschrieben.

Beispiel 3

Es wurden Rohnadeln mit fertig geschliffener Spitze und polierter Oberfläche aus Draht mit der Werkstoffnummer 1.4456 CA herge stellt, einem relativ neuen austenitischen Eisenwerkstoff mit maximal 0,1% Kohlenstoff, maximal 1,0% Silizium, 16,0% bis 20,0% Mangan, 16,0% bis 20,0% Chrom, maximal 0,3% Nickel, 1,8% bis 2,5% Molybdän und 0,7% bis 1,0% Stickstoff. Die Ober flächen der Rohnadeln waren nicht silikonisiert.

Die Rohnadeln eines der Schwärzungsbehandlung zu unterziehenden Loses von gegebenem Nadeltyp wurden in die gemäß dem Beispiel 1 hergestellte Schwärzungslösung eingetaucht. Die Schwärzungs behandlung sowie die Nachbehandlung erfolgten ähnlich, wie in den Beispielen 1 und 2 beschrieben, wobei die Zeitdauer für die bei Raumtemperatur durchgeführte Behandlung der Nadeln in der Schwärzungslösung im Bereich von 20 Stunden bis 70 Stunden lag.

Versuche ergaben, daß nach dem Silikonisieren die Penetrations kräfte geschwärzter Nadeln gemäß Beispiel 3 vergleichbar sind mit den Werten für Nadeln gemäß Beispiel 1 und Beispiel 2.

Beispiel 4

Für geschwärzte Nadeln aus nichtrostendem Stahldraht mit der Werkstoffnummer 4031 YC (siehe Beispiel 1) wurde die Penetra tionskraft als Funktion der Temperatur der Schwärzungslösung und der Zeitdauer für die Behandlung in der Schwärzungslösung untersucht.

Dazu wurden Rohnadeln in Form schneidender Nadeln (3/8-Kreis) von 0,81 mm Durchmesser mit fertig geschliffener Spitze in die Schwärzungslösung gemäß Beispiel 1 eingetaucht und ähnlich wie im Beispiel 1 beschrieben behandelt, nachbehandelt und silikoni siert.

In einer ersten Versuchsserie wurden Schwärzungslösungen von zwei verschiedenen Temperaturen verwendet, nämlich Raumtemperatur (21,5°C) und 30°C. Die Penetrationskräfte der geschwärzten und silikonisierten Nadeln wurden anschließend unter Standardbedin gungen mit Hilfe von PUR-Schaum bestimmt. Dabei ergab sich für die Penetrationskraft der bei Raumtemperatur behandelten Nadeln ein Mittelwert von 228 g und für die bei 30°C behandelten Nadeln ein Mittelwert von 278 g, also ein merklich höherer Wert.

In einer zweiten Versuchsserie wurde im Gegensatz zum Beispiel 1 die Färbung der Nadeln nicht laufend überwacht, um eine optimale Zeitdauer für die Behandlung in der Schwärzungslösung zu finden, sondern die Behandlung erfolgte für fest vorgegebene Zeitdauern, nach deren Ablauf jeweilige Probenadeln aus der Schwärzungslösung entnommen wurden. Dabei wurden Schwärzungs lösungen von Raumtemperatur (RT), von 30°C und von 40°C einge setzt. Die Fig. 1 zeigt die Ergebnisse der abschließend an den geschwärzten und silikonisierten Nadeln durchgeführten Messungen der Penetrationskraft. Jeder Punkt entspricht dem Mittelwert für mehrere unter gleichen Bedingungen behandelte Nadeln.

Fig. 1 läßt klar erkennen, wie für eine gegebene Temperatur der Schwärzungslösung die Penetrationskraft mit wachsender Ver weildauer in der Schwärzungslösung ansteigt. Ferner wird deutlich, daß eine niedrigere Temperatur der Schwärzungslösung eine längere Zeitdauer für die Behandlung in der Schwärzungs lösung erfordert. Schließlich ist auch der Trend zu erkennen, daß eine höhere Temperatur der Schwärzungslösung eine größere Penetrationskraft zur Folge hat. Ganz links (Entnahmezeitpunkt = 0 h) ist in Fig. 1 die Penetrationkraft für ungeschwärzte (blanke) Nadeln angezeigt, die nur geringfügig geringer ist als für erfindungsgemäß geschwärzte Nadeln.

Claims

l. Verfahren zum Herstellen von geschwärzten chirurgischen Nadeln, bei dem aus einem chromhaltigen Stahl gefertigte Rohnadeln in eine saure wäßrige Lösung mit einer Chrom(VI)- Verbindung getaucht werden, die eine Temperatur im Bereich von 10°C bis 40°C hat, vorzugsweise im Bereich von 18°C bis 25°C.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Chrom(VI)-Verbindung Chrom(VI)oxid ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die saure wäßrige Lösung 10 bis 20 Gew.-% Chrom(VI)oxid enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die saure wäßrige Lösung Schwefelsäure ent hält.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die saure wäßrige Lösung 20 bis 40 Gew.-% Schwefelsäure enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die saure wäßrige Lösung 15 bis 19 Gew.-% Chrom(VI)oxid und 28 bis 35 Gew.-% Schwefelsäure enthält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rohnadeln für eine Zeitdauer im Bereich von 15 Stunden bis 150 Stunden in die saure wäßrige Lösung getaucht werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rohnadeln aus eine Edelstahl mit der Werkstoffnummer 4031 gefertigt sind und für eine Zeitdauer von 60 Stunden bis 150 Stunden in die saure wäßrige Lösung getaucht werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rohnadeln aus einem Edelstahl mit der Werkstoffnummer 4310 gefertigt sind und für eine Zeitdauer von 20 Stunden bis 50 Stunden in die saure wäßrige Lösung getaucht werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rohnadeln aus einen Stahl mit der Werk stoffnummer 1.4456 gefertigt sind und für eine Zeitdauer von 20 Stunden bis 70 Stunden in die saure wäßrige Lösung ge taucht werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohnadeln vor dem Eintauchen in die saure wäßrige Lösung poliert werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die geschwärzten Nadeln nach dem Heraus nehmen aus der sauren wäßrigen Lösung mit Wasser gespült werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die geschwärzten Nadeln nach dem Spülen mit Wasser in eine wäß rige Lösung eines Benetzungsmittels gelegt werden, die vor zugsweise mit den darin liegenden geschwärzten Nadeln unter Unterdruck entgast wird, wobei diese Schritte optional wie derholt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die geschwärzten Nadeln anschließend mit Wasser gespült werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, daß die geschwärzten Nadeln abschließend in Alkohol gespült und bei einer oberhalb der Raumtemperatur liegenden Temperatur getrocknet werden.