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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein chirurgisches Markerelement für eine chirurgische
Referenzierungseinheit eines chirurgischen Navigationssystems, mit
welchem eine Position und/oder eine Orientierung der Referenzierungseinheit
bestimmbar ist, welches Markerelement eine äußere Oberfläche aufweist.
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Des
Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine chirurgische Referenzierungseinheit
für ein
chirurgisches Navigationssystem, wobei eine Position und/oder Orientierung
der Referenzierungseinheit im Raum durch das Navigationssystem bestimmbar
ist, welche Referenzierungseinheit mindestens ein chirurgisches
Markerelement umfasst, welches eine äußere Oberfläche aufweist.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung ein chirurgisches Navigationssystem
mit mindestens einer Referenzierungseinheit und mit mindestens einer Nachweisvorrichtung
zum Detektieren der Position und/oder Orientierung der Referenzierungseinheit
im Raum, wobei die chirurgische Referenzierungseinheit mindestens
ein chirurgisches Markerelement umfasst, welches eine äußere Oberfläche aufweist.
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In
der Chirurgie kommen chirurgische Navigationssysteme zum Einsatz,
mit denen Positionen und/oder Orientierungen bestimmter Punkte an
Körpern
von Patienten und/oder von Instrumenten oder Werkzeugen vor, während und/oder
nach einem chirurgischen Eingriff bestimmt werden können. So
werden beispielsweise bei Operationen zum Implantieren künstlicher
Gelenke, insbesondere bei Hüftgelenkoperationen
und Kniegelenkoperationen, häufig
Gelenkzentren und Achsen von die Gelenke definierenden Knochen bestimmt,
indem Referenzierungseinheiten an diesen festgelegt, und deren Positionen und/oder
Orientierungen im Raum sowohl in Ruhe als auch in Bewegung bestimmt
und daraus entsprechend Gelenkzentren und Achsen berechnet werden.
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Damit
eine Position und/oder eine Orientierung einer Referenzierungseinheit
beispielsweise durch eine Nachweisvorrichtung eines chirurgischen Navigationssystems
bestimmt werden kann, müssen das
oder die Markerelemente der jeweiligen Referenzierungseinheit für die Nachweisvorrichtung
des Navigationssystems "sichtbar" sein. Diese Sichtbarkeit kann
jedoch während
eines chirurgischen Eingriffs nicht mehr gegeben sein, da insbesondere
an chirurgischen Instrumenten oder nahe eines Operationssitus an
einem Patientenkörper
angebrachter Referenzierungseinheiten leicht mit Blut, Sekret, Spülwasser oder
anderen Stoffen während
des Eingriffs beschmutzt werden können. Ist ein Markerelement
völlig
verschmutzt, so ist es überhaupt
nicht mehr sichtbar, und unter Umständen kann dann eine Positions- und/oder
Orientierungsbestimmung überhaupt
nicht mehr durchgeführt
werden. Wird eine Oberfläche
des Markerelements jedoch nur teilweise durch Schmutz verdeckt,
so wird, was häufig
noch im Wesentlich negativere Folgen haben kann, nicht mehr die
tatsächliche
Oberfläche
des Markerelements, sondern nur noch ein Teil desselben mit der
Nachweisvorrichtung bestimmbar, wodurch sich im schlimmsten Fall
signifikante Abweichungen bei der Positions- und/oder Orientierungsbestimmung
der Referenzierungseinheit ergeben können.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein chirurgisches
Markerelement, eine chirurgische Referenzierungseinheit und ein
chirurgisches Navigationssystem der eingangs beschriebenen Art so
zu verbessern, dass Markerelemente während chirurgischer Eingriffe
besser erkennbar bleiben.
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Diese
Aufgabe wird bei einem chirurgischen Markerelement der eingangs
beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die äußere Oberfläche mindestens
teilweise nanostrukturiert ist.
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Durch
eine Nanostrukturierung der äußeren Oberfläche, zumindest
teilweise, werden Adhäsionskräfte zwischen
auf die Oberfläche
gelangter Verschmutzungen und der Oberfläche verringert. Schmutz, wie
beispielsweise Blut, Sekret, Spülwasser
und andere Stoffe, haftet deutlich schlechter oder praktisch überhaupt
nicht mehr an einer solchen nanostrukturierten Oberfläche. Sie
hat sozusagen selbstreinigende Eigenschaften und kann zudem auf einfache
Weise durch Abspülen
mit einer Reinigungsflüssigkeit,
beispielsweise Wasser, schnell und praktisch rückstandsfrei gereinigt werden.
Dadurch wird ein aufgrund hartnäckiger
Verschmutzungen häufig
erforderliches Austauschen der Markerelemente während eines chirurgischen Eingriffs überflüssig. Ein
solches Austauschen ist teuer und stört zudem den Ablauf des chirurgischen
Eingriffs. Insgesamt wird so eine Verschmutzung des mindestens einen
Markerelements verringert und dessen intraoperative Reinigung vereinfacht.
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Vorzugsweise
ist die äußere Oberfläche vollständig nanostrukturiert.
So kann man sich die oben beschriebenen Vorteile einer nanostrukturierten Oberfläche für die gesamte
Oberfläche
des Markerelements nutzbar machen.
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Ein
besonders guter Selbstreinigungseffekt kann erreicht werden, wenn
die nanostrukturierte Oberfläche
Strukturen in einem Bereich von etwa 0,1 nm bis etwa 100 nm aufweist.
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Vorzugsweise
weist die nanostrukturierte Oberfläche Strukturen in einem Bereich
von etwa 1 nm bis 10 nm auf. Derartige Strukturgrößen verhindern
wirksam eine dauerhafte Verschmutzung und Benetzung einer Oberfläche des
Markerelements.
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Günstigerweise
ist die Oberfläche
derart strukturiert, dass ein Kontaktwinkel bei einer Benetzung
mit Wasser in einem Bereich von etwa 130° bis etwa 180° liegt. Kontaktwinkel
von Wasser zur Oberfläche
im genannten Bereich verhindern praktisch eine vollständige Benetzung
der Oberfläche
mit Wasser. Kohäsionskräfte in einem
Wassertropfen sind dann größer, so
dass sich auf der Oberfläche
befindliches Wasser zu Tropfen sammeln kann, die dann leicht abfließen und
Schmutz mitreißen
können.
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Die
selbstreinigende Eigenschaft der nanostrukturierten Oberfläche wird
weiter verbessert, wenn sie derart strukturiert ist, dass ein Kontaktwinkel
bei einer Benetzung mit Wasser in einem Bereich von etwa 150° bis etwa
175° liegt.
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Das
Anhaften von Schmutz wird wirksam verhindert, wenn die nanostrukturierte
Oberfläche eine
Vielzahl von Nanovorsprüngen
aufweist.
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Besonders
gut Schmutz abweisend wird die nanostrukturierte Oberfläche, wenn
die Vielzahl von Nanovorsprüngen
eine Höhe
in einem Bereich von etwa 1 nm bis etwa 50 nm aufweist.
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Besonders
gute Schmutz abweisende Eigenschaften hat eine nanostrukturierte
Oberfläche, bei
welcher die Vielzahl von Nanovorsprüngen eine Höhe in einem Bereich von etwa
2 nm bis etwa 30 nm aufweist.
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Damit
ein Anhaften und damit eine Benetzung von Wasser auf der Oberfläche wirksam
verhindert werden kann, ist es vorteilhaft, wenn die Vielzahl von
Nanovorsprüngen
mindestens teilweise einen Nanokörper
aus einem hydrophoben Material trägt. Selbstverständlich kann
die Vielzahl von Nanovorsprüngen
jeweils selbst aus einem hydrophoben Material gebildet sein. In
jedem Fall wird so eine Benetzung der nanostrukturierten Oberfläche mit
Wasser minimiert oder gar ganz verhindert.
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Günstig ist
es, wenn das hydrophobe Material ein Wachs, beispielsweise ein natürliches
oder künstlich
hergestelltes, oder ein hydrophober Kunststoff wie beispielsweise
Teflon ist.
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Besonders
einfach herzustellen werden die Nanokörper, wenn sie kugelig oder
kristallartig geformt sind.
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Um
eine Grundstruktur der nanostrukturierten Oberfläche nicht zu zerstören und
deren Reinigungswirksamkeit nicht zu gefährden, ist es vorteilhaft,
wenn die Nanokörper
kleiner als die sie tragenden Nanovorsprünge sind.
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Besonders
einfach herzustellen wird das Markerelement, wenn die nanostrukturierte
Oberfläche
durch eine Beschichtung der äußeren Oberfläche gebildet
ist.
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Vorzugsweise
ist die Beschichtung durch eine Nanolackschicht aus einem Nanolack
gebildet. Eine Nanolackschicht lässt
sich auf die äußere Oberfläche des
Markerelements auf einfache Weise auch großtechnisch auftragen.
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Um
eine möglichst
stabile nanostrukturierte Oberfläche
zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn der Nanolack ein zur Verarbeitung
flüssiger
und aushärtbarer
Nanolack ist. Ein solcher Nanolack lässt sich beispielsweise leicht
aufsprühen
oder durch Walzen auftragen oder durch Eintauchen des zu beschichtenden
Markerelements in ein Nanolackbad aufbringen.
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Vorzugsweise
ist die Nanolackschicht durch Sprühen, Tauchen oder Walzen aufgetragen.
Die Nanolackschicht derart aufzubringen ist besonders einfach und
auch großtechnisch
realisierbar.
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Um
möglichst
wenig Nanolack zu verbrauchen und daher Herstellungskosten des Markerelements
möglichst
niedrig zu halten, ist es günstig, wenn
die Nanolackschicht eine Dicke in einem Bereich von 1 μm bis 20 μm aufweist.
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Damit
die Nanolackschicht dauerhaft haltbar und widerstandsfähig ist,
ist es vorteilhaft, wenn sie eine bei einer Temperatur in einem
Bereich von etwa 100°C
bis etwa 220°C
ausgehärtete
Nanolackschicht ist.
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Vorzugsweise
ist die Nanolackschicht eine durch ultraviolette Strahlung ausgehärtete Nanolackschicht.
Ein Aushärten
der Nanolackschicht durch entsprechende Temperaturbehandlung oder
durch ultraviolette Bestrahlung ist auf einfache Weise realisierbar,
insbesondere auch großtechnisch.
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Vorzugsweise
ist die Beschichtung durch eine Nanofolie gebildet. Die Beschichtung
des Markerelements ist dann besonders einfach, denn es muss lediglich
mit der Nanofolie bezogen werden. Diese kann selbstklebend ausgebildet
sein oder aufgrund ihrer Materialeigenschaften selbsthaftend, das heißt zwischen
der Nanofolie und einer äußeren Oberfläche des
Markerelements wirkende Adhäsionskräfte können ausreichend
groß sein,
um die Nanofolie am Markerelement zu halten.
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Besonders
einfach verarbeitbar und trotzdem eine ausreichende Stabilität aufweisend
ist eine Nanofolie, welche eine Dicke in einem Bereich von 1 μm bis 20 μm aufweist.
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Günstigerweise
enthält
die Beschichtung eine Vielzahl von Nanoteilchen, welche die Nanovorsprünge bilden.
So kann durch Aufbringen der Beschichtung, beispielsweise in Form
einer Folie oder in Form eines Nanolacks oder dergleichen, eine
Nanostrukturierung der äußeren Oberfläche des
Markerelements erreicht werden.
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Besonders
wirkungsvoll sind Nanoteilchen, welche in flüssigen Nanolack oder bei der
Herstellung der Folie kolloidal gelöste Hydrolysate und Teilkondensate
von Siliziumalkoxiden sind. Bei derartigen Nanoteilchen ist eine
besonders gute und selbstreinigende Eigenschaft der Nanostrukturierung
erreichbar.
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Eine
besonders gute Schmutz- und Wasserabweisung kann insbesondere dadurch
erreicht werden, dass die nanostrukturierte Oberfläche durch
ein anorganisch-organisches Hybridnetzwerk gebildet ist.
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Insbesondere
bei einer Beschichtung oder Nanostrukturierung einer äußeren Oberfläche eines aktiven
Markerelements, welches von einer Nachweisvorrichtung eines Navigationssystems
detektierbare Strahlung, insbesondere elektromagnetische Strahlung
oder Ultraschall, aussenden kann, ist es vorteilhaft, wenn die nanostrukturierte
Oberfläche transparent
ist.
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Besonders
kostengünstig
und unabhängig von
einer Energieversorgung ist das Markerelement, wenn es ein passives
Markerelement ist.
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Günstigerweise
ist die äußere Oberfläche des
passiven Markerelements eine elektromagnetische Strahlung oder Ultraschall
reflektierende Oberfläche.
Damit eignet sich das Markerelement hervorragend zur Verwendung
herkömmlicher
und im Einsatz befindlicher Navigationssysteme, die elektromagnetische
Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, und/oder Ultraschall
aussenden und die von Markerelementen entsprechend reflektierte
Strahlung detektieren können.
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Günstig kann
es jedoch auch sein, wenn das Markerelement ein aktives Markerelement
ist. So kann insbesondere auch auf eine Sendeeinheit bei der Ausbildung
des Navigationssystems verzichtet werden.
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Um
das Markerelement mit derzeit gängigen Navigationssystemen
zusammen nutzen zu können, ist
es günstig,
wenn das aktive Markerelement eine Sendeeinheit umfasst zum Aussenden
elektromagnetischer Strahlung oder von Ultraschall.
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Der
Aufbau des Markerelements wird besonders einfach, wenn es in Form
einer Kugel oder in Form einer flachen Kreisscheibe ausgebildet
ist. Insbesondere kann die äußere Oberfläche eine
vollständige
oder nahezu vollständige
Kugeloberfläche
bilden oder eine Kreisscheibe oder einen definierten Teil einer
solchen.
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Die
eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einer chirurgischen Referenzierungseinheit
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die äußere Oberfläche mindestens
teilweise nanostrukturiert ist.
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Eine
solche Referenzierungseinheit verschmutzt wesentlich weniger stark
als herkömmliche Referenzierungseinheiten.
Dies hat den Vorteil, dass das mindestens eine Markerelement der
Referenzierungseinheit für
eine Nachweisvorrichtung eines Navigationssystems deutlich besser
sichtbar ist als eine mit herkömmlichen
Markerelementen. Ferner ist es deutlich einfacher reinigbar und
weist zudem auch selbstreinigende Eigenschaften auf.
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Günstig ist
es, wenn das mindestens eine Markerelement eines der oben beschriebenen
Markerelemente ist. Der Referenzierungseinheit kommen dann auch
die in Zusammenhang mit den oben beschriebenen Ausführungsformen
von Markerelementen dargelegten Vorteile zu.
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Günstigerweise
weist die Referenzierungseinheit drei oder mehr chirurgische Markerelemente auf.
Mit drei Markerelementen kann sowohl eine Position als auch eine
Orientierung der Referenzierungseinheit im Raum eindeutig bestimmt
werden. Werden mehr chirurgische Markerelemente vorgesehen, dann
kann eine Messgenauigkeit durch redundante Ermittlung von Positionen
der Markerelemente erhöht
werden. Zudem kommt es auch immer wieder vor, dass ein Markerelement
zwar nicht beschmutzt, aber durch ein anderes Instrument oder eine
in einem Operationssaal befindliche Person verdeckt wird.
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Des
Weiteren wird die eingangs beschriebene Aufgabe bei einem chirurgischen
Navigationssystem der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die äußere Oberfläche mindestens
teilweise nanostrukturiert ist.
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Eine
nanostrukturierte Oberfläche
lässt sich besonders
einfach reinigen und verschmutzt zudem wesentlich weniger stark
als Oberflächen
herkömmlicher
Markerelemente.
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Günstigerweise
ist das Markerelement eines der oben beschriebenen Markerelemente.
Damit weist auch das Navigationssystem insgesamt die bereits oben
im Zusammenhang mit den näher
erläuterten
Ausführungsformen
von Markerelementen dargelegten Vorteile auf.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines Navigationssystems mit einer
Referenzierungseinheit;
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2:
eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer chirurgischen Referenzierungseinheit;
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3:
eine Schnittansicht längs
Linie 3-3 in 1;
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4:
eine Schnittansicht längs
Linie 4-4 in 2,
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5:
eine stark vergrößerte Ansicht
einer Oberflächenstruktur
in den Bereichen A in den 1 und 2;
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6:
eine schematische Darstellung der Benetzung einer Oberfläche mit
Wasser; und
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7:
eine schematische Darstellung des selbstreinigenden Wirkprinzips
einer nanostrukturierten Oberfläche.
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In 1 ist
schematisch ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehenes
chirurgisches Navigationssystem dargestellt. Es umfasst eine Nachweisvorrichtung 12,
mit mindestens einer Sende- und/oder Empfangseinheit 14 und
einer Datenverarbeitungseinheit 16, mit welcher Positions- und/oder
Orientierungsdaten ermittelt und auf einer Ausgabeeinheit 18 oder
einem Ausgabegerät
dargestellt oder ausgegeben werden können.
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Die
Sende- und/oder Empfangseinheit 14 kann insbesondere ausgebildet
sein zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise von
Infrarotstrahlung, oder zum Aussenden von Ultraschall. Sie ist dann
selbstverständlich
auch so ausgebildet, dass sie die von ihr ausgesandte Strahlung
auch wieder detektieren kann. Optional kann das Navigationssystem 10 auch
so ausgebildet sein, dass Sende- und/oder Empfangseinheiten 14 als
reine Empfangseinheiten ausgebildet sind. Ein derartiges Navigationssystem 10 eignet
sich insbesondere zur Verwendung mit aktiven Markerelementen.
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Das
Navigationssystem 10 umfasst ferner eine insgesamt mit
dem Bezugszeichen 20 versehene Referenzierungseinheit.
Diese umfasst wiederum einen wie in 1 beispielhaft
dargestellten kreuzförmigen
Träger 22.
Auf einer ebenen Oberseite 24 des Trägers 22 sind insgesamt
vier Markerelemente 28 angeordnet. Die Markerelemente 28 sind
in Form von Kugeln ausgebildet und weisen eine sphärische äußere Oberfläche 30 auf.
Die Markerelemente 28 sind lösbar verbindbar auf senkrecht
von der Oberseite 24 weg weisenden Kupplungszapfen 32 gehalten.
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Über ein
Verbindungselement 34 kann die Referenzierungseinheit 20 an
einem Instrument oder mit einem Befestigungselement, beispielsweise
einer Knochenschraube oder einem Knochennagel oder dergleichen,
an einem menschlichen oder einem tierischen Körper festgelegt werden.
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In 2 ist
eine alternative Ausführungsform einer
insgesamt mit dem Bezugszeichen 20a versehenen Referenzierungseinheit
dargestellt. Sie unterscheidet sich von der Referenzierungseinheit 20 lediglich
durch die Ausgestaltung der Markerelemente, die bei der Referenzierungseinheit 20a mit
dem Bezugszeichen 28a gekennzeichnet sind. Daher sind alle
Teile, die identisch mit Teilen der Referenzierungseinheit 20 ausgebildet
sind, mit denselben Bezugszeichen versehen wie bei der in 1 dargestellten
Referenzierungseinheit 20.
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Das
Markerelement 28 umfasst einen scheibenförmigen Träger 36,
welcher auf einer Oberseite eine flache kreisförmige Vertiefung 38 aufweist.
Die Vertiefung 38 wird von einem kreisförmigen umlaufenden flachen
Rand 40 begrenzt, von welchem ein in Richtung auf eine
vom Träger 36 definierte
Längsachse 42 hin
weisender nach innen vorstehender flacher Flansch 44 absteht.
Es wird so eine ringförmige und
umlaufende Nut 46 gebildet.
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Eine
vom Träger
weg weisende Oberfläche 48 des
Trägers 36 ist
mit einer ersten Schicht 50 bedeckt, welche aus einem Ultraschall
und/oder elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise Infrarotstrahlung,
reflektierenden Material gebildet ist. Die erste Schicht 50 ist
von einer zweiten Schicht 52 bedeckt, so dass insgesamt
eine Doppelschicht ausgebildet wird, die sich bis unter den Flansch 44 erstreckt und
die Vertiefung 38 im Wesentlichen vollständig ausfüllt. Die
zweite Schicht 52 weist eine nanostrukturierte Oberfläche 54 auf
oder bildet eine solche.
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In 3 ist
der Aufbau des Markerelements 28 etwas detaillierter dargestellt.
Es umfasst einen kugelförmigen
Grundkörper 56,
welcher mit einer ersten, Ultraschall und/oder elektromagnetische Strahlung,
vorzugsweise Infrarotstrahlung, reflektierenden Schicht 50 vollständig bedeckt
ist. Auf der ersten Schicht 50 ist eine zweite Schicht 52,
die eine nanostrukturierte äußere Oberfläche 54 aufweist.
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Aufbau
und Funktion der bei beiden Markerelementen 28 und 28a a
identischen Schichten 50 und 52 sowie der nanostrukturierten
Oberfläche 54 werden
nachfolgend gemeinsam erläutert.
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Die
erste Schicht 50 kann insbesondere in Form einer Reflektionsfolie
ausgebildet sein. Es kann sich auch um eine aufgesprühte, aufgewalzte
oder durch Eintauchen in ein Bad ausgebildete Lackschicht handeln,
die die beschriebenen Strahlungsarten reflektieren kann.
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Die
zweite Schicht 52 mit der nanostrukturierten Oberfläche 54 ist
beispielsweise in Form einer Nanolackschicht aus einem Nanolack
gebildet. Es kann sich insbesondere um einen Nanolack handeln, der
zur Verarbeitung flüssig
und durch Temperaturbehandlung in einem Bereich von etwa 100°C bis etwa
200°C aushärtbar ist.
Der flüssige
Nanolack kann insbesondere durch Sprühen, Eintauchen des mit der
ersten Schicht 50 versehenen Markerelements 28 beziehungsweise 28a in
ein Nanolack-Bad oder durch Walzen aufgetragen werden. Die Dicke der
zweiten Schicht 52 beträgt
vorzugsweise 1 μm bis
20 μm. Optional
kann der Nanolack auch durch ultraviolette Strahlung aushärtbar sein.
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Statt
eines Nanolacks kann die zweite Schicht auch durch eine Nanofolie
gebildet werden, welche eine Dicke in einem Bereich von 1 μm bis 20 μm aufweist.
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Die
zweite Schicht enthält
eine Vielzahl von Nanoteilchen 58, welche Nanovorsprünge 60 bilden. Derartige
Nanoteilchen 58 sind beispielhaft in 5 dargestellt,
die schematisch einen Ausschnitt einer Rasterelektronenmikroskopaufnahme
zeigt. Vorzugsweise handelt es sich bei den Nanoteilchen 58 im
flüssigen
Nanolack oder bei der Herstellung der Folie um kolloidal gelöste Hydrolysate
und Teilkondensate von Siliziumalkoxiden. Somit ergibt sich insgesamt
eine nanostrukturierte Oberfläche 54,
welche durch ein anorganisch-organisches
Hybridnetzwerk 62 gebildet ist.
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Die
zweite Schicht 52 ist vorzugsweise transparent, so dass
auf das Markerelement 28 beziehungsweise 28a auftreffende
Strahlung die zweite Schicht durchdringen, an der ersten Schicht 50 reflektiert
werden und die zweite Schicht 52 wiederum durchstrahlen
kann.
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Die
Oberfläche 54 weist
insbesondere Strukturen in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 100
nm auf, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1 nm bis etwa 10
nm. Die Nanovorsprünge 60 weisen
vorzugsweise eine Höhe
in einem Bereich von etwa 1 nm bis etwa 50 nm auf, vorzugsweise
in einem Bereich von 2 nm bis etwa 30 nm. Die Nanovorsprünge 60 sind
vorzugsweise aus einem hydrophoben Material gebildet. Optional können sie
einen Nanokörper 64 aus
einem hydrophoben Material tragen. Bei dem hydrophoben Material
kann es sich um ein natürliches
oder künstliches
Wachs oder um einen hydrophoben Kunststoff handeln. Die Nanokörper 64 sind vorzugsweise
kugelig oder kristallartig geformt sowie kleiner als die sie tragenden
Nanovorsprünge 60.
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Durch
die nanostrukturierte Oberfläche 54 wird
insbesondere ein Kontaktwinkel 66 zwischen Wassertropfen 68 und
der Oberfläche 54 im
Vergleich zu einer nicht nanostrukturierten Oberfläche deutlich
vergrößert. So
kann der Kontaktwinkel bei einer nanostrukturierten Oberfläche 54 bei
einer Benetzung mit Wassertropfen 68 in einem Bereich von etwa
130° bis
etwa 180° liegen,
vorzugsweise in einem Bereich von etwa 150° bis etwa 175°. Der Kontaktwinkel
hängt vom
Benetzungsgrad und dieser wiederum von Grenzflächenspannungen ab, welche zwischen
Festkörpern,
Wasser und Luft herrschen. Ein Kontaktwinkel von 180° entspricht
einer vollkommenen Unbenetzbarkeit, wo hingegen ein Kontaktwinkel
von 0° eine
totale Benetzung darstellt. Ein Was sertropfen wird im letztgenannten
Fall zu einem monomolekularen Film zerlaufen.
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Der
Selbstreinigungseffekt nanostrukturierter Oberflächen 54 ist in 7 schematisch
dargestellt. Schmutzteilchen 70, die auf einer glatten
Oberfläche 72 oder
einer nanostrukturierten Oberfläche 54 anhaften,
können
aufgrund der unterschiedlichen Benetzung der Oberflächen mit
Wasser unterschiedlich gut haften. Im Gegensatz zu glatten Oberflächen 72 wird
durch die aufgrund der Nanostrukturierung der Oberfläche 54 deutlich
geringeren Adhäsionskräfte das
Abfließen
von Wasser wesentlich erleichtert. Abfließendes Wasser kann Schmutzteilchen 70 von
der Oberfläche
wegreißen,
aufnehmen und wegspülen.
Bei einem aufgrund erhöhter
Adhäsionskräfte auf
der glatten Oberfläche 72 haftenden
Wassertropfen 68 können
die Schmutzteilchen 70 nicht auf eine äußere Oberfläche des Wassertropfens gelangen
und somit auch nicht auf einfache Weise entfernt werden.
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Die
beschriebenen Markerelemente 28 und 28a sind in
ihrem Aufbau rein beispielhaft. Wesentliches Merkmal ihres Aufbaus
ist ihre nanostrukturierte äußere Oberfläche 54.
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Bei
den beiden beschriebenen Markerelementen 28 und 28a handelt
es sich um sogenannte passive Markerelemente. Ein nahezu analoger
Aufbau ergäbe
sich für
aktive Markerelemente, wobei bei aktiven Markerelementen auf die
oben beschriebene erste Schicht 50 verzichtet werden kann,
da aktive Markerelemente üblicherweise
eine Sendeeinheit aufweisen, mit welcher sie elektromagnetische Strahlung,
insbesondere Infrarotstrahlung, oder Ultraschall aussenden können. Bei
aktiven Markerelementen ist vorzugsweise nur die zweite Schicht 52 auf
deren äußere Oberfläche aufzubringen
oder auf dieser auszubilden, die vorzugsweise so transparent ist,
dass die von der Sendeeinheit des aktiven Markerelements erzeugte
Strahlung durch die zweite Schicht 52 durchtreten kann.