WO2019229220A1 - Intravasale blutpumpe und verfahren zur herstellung von elektrischen leiterbahnen - Google Patents

Abstract

Eine intravasale Blutpumpe (100) umfasst eine Spitze (110), einen ersten Bereich (120) mit wenigstens einer Blutdurchtrittsöffnung (121), eine Strömungskanüle (130), einen zweiten Bereich (140) mit wenigstens einer Blutdurchtrittsöffnung (141), eine motorbetriebene Pumpeinrichtung (150) und ein Leitungskabel (170). Zumindest im Bereich der Strömungskanüle (130) ist wenigstens eine elektrische Leiterbahn durch eine Oberflächenbeschichtungsstruktur realisiert.

Description

Intravasale Blutpumpe und Verfahren zur Herstellung von elektrischen Leiterbahnen

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine intravasale Blutpumpe, die insbeson- dere als Herzunterstützungssystem eingesetzt werden kann. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Leiterbahnen bei einer solchen Blutpumpe.

Zur Unterstützung der Pumpfunktion des Herzens sind sogenannte Linksher- zunterstützungssysteme (LVAD) bekannt. Hierbei handelt es sich um chirur- gisch implantierbare mechanische Pumpen, die das Herz unterstützen. Durch kontinuierliches Pumpen von Blut wird das Blut aus der linken Herzkammer in die Aorta gepumpt, so dass bei einem herzinsuffizienten Patienten ausrei- chend sauerstoffreiches Blut in den Körper gelangt. Zu diesem Zweck sind sogenannte Ballonpumpen bekannt. Darüber hinaus sind bereits Rotations- blutpumpen entwickelt worden, die insbesondere auch minimal-invasiv bei spielsweise in die linke Herzkammer und die Aorta eingebracht werden kön- nen. In entsprechender weise ist beispielsweise auch eine Unterstützung der rechten Seite des Herzens möglich. Derartige Systeme stellen hohe Anforde- rungen an die Baugröße. Die erforderlichen geringen Abmessungen werden beispielsweise durch eine Reduktion der Wandstärken auf ein Mindestmaß er- reicht. Dabei ist allerdings die Integration von aktiven elektronischen Kompo- nenten oder allgemein von Sensoren mit geeigneten Anbindungen schwierig. Die internationale Patentanmeldungsschrift WO 2013/160443 A1 beschreibt eine intravasale Rotationsblutpumpe, bei der in das System ein optischer Drucksensor integriert ist, wobei die optische Anbindung über Lichtleiterfasern aufwendig durch neutrale Fasern entlang der Strömungskanüle der Blutpumpe realisiert ist. Aufgabe der Erfindung ist es eine verbesserte intravasale Blutpumpe und ein Verfahren zu Herstellung einer solchen Blutpumpe anzugeben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine intravasale Blutpumpe zu schaffen, die das Betreiben elektrischer Komponenten, insbesondere das Betreiben von z.B. im Bereich einer Spitze der Blutpumpe angeordneten Sensoren und/oder dort angeordneter Auswertungselektronik.

Diese Aufgabe wird durch eine intravasale Blutpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine solche Blutpumpe lässt sich mit dem in Anspruch 1 1 angegebenen Verfahren hersteilen. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfin- dung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung stellt eine intravasale Blutpumpe, die insbesondere auf dem Ro- tationspumpenprinzip basiert, bereit, die insbesondere als Herzunterstüt- zungssystem einsetzbar ist. Die Blutpumpe umfasst eine Spitze, einen ersten Bereich mit wenigstens einer Blutdurchtrittsöffnung, eine Strömungskanüle, ei- nen zweiten Bereich mit wenigstens einer Blutdurchtrittsöffnung, eine motor- betriebene Pumpeinrichtung und ein Leitungskabel zur elektrischen Versor- gung und Ansteuerung des Systems. Die Blutpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine elektrische Leiterbahn durch eine Oberflächenbe- schichtungsstruktur zumindest im Bereich der Strömungskanüle vorgesehen ist. Durch die elektrische Leiterbahn(en) können elektrische Anbindungen und/oder Sensoren realisiert werden. So kann im Bereich der Spitze wenigs- tens eine elektronische Komponente angeordnet sein, insbesondere eine oder mehrere aktive elektronische Komponenten, für deren elektrische Anbindung die wenigstens eine elektrische Leiterbahn dient. Durch derartige elektrische Leiterbahnen kann der Dickenauftrag der elektrischen Verbindungsleitungen in besonders vorteilhafter Weise auf ein Minimum reduziert werden. Hierdurch wird den Anforderungen an die geringe Baugröße derartiger Systeme Rech- nung getragen. Durch solche Oberflächenbeschichtungsstrukturen ist es mög- lich, insbesondere den Bereich der Strömungskanüle zu überbrücken. Es kön- nen aber auch weitere Bereiche der Blutpumpe überbrückt werden, beispielsweise die Bereiche der Blutdurchtrittsöffnungen und der Pumpeinrich- tung oder Teile davon. Elektronische Komponenten in der Spitze des Systems können somit an weiter entfernt liegende Bereiche des Systems elektrisch an- gebunden werden, insbesondere an das Leitungskabel, so dass beispiels weise eine Energieübertragung und/oder Datenübertragung von oder an ex- terne Steuereinrichtungen und/oder Auswerteeinrichtungen möglich ist. Die Erfindung erlaubt eine sehr vorteilhafte elektrische Kontaktierung von elektro- nischen Komponenten in der Spitze oder auch an anderer Position, wobei die elektrische Kontaktierung bzw. Anbindung an das Leitungskabel durch die elektrische Oberflächenfunktionalisierung sehr dünn und platzsparend und da- bei sehr fest, stabil und zuverlässig ausgeführt werden kann. Der hierfür erfor- derliche Montageprozess kann in kostengünstiger Weise realisiert werden.

Bei den elektronischen Komponenten im Bereich der Spitze kann es sich ins- besondere um Sensoren handeln, beispielsweise um Drucksensoren, Durch- flussmesssensoren, Temperatursensoren oder Anderes. Möglich sind bei spielsweise auch optische Sensoren, Beschleunigungs- oder Drehratensenso- ren und akustische Sensoren (Mikrofone). Allgemein kommen hierfür Senso- ren oder andere elektronische Komponenten und Elektrodenflächen in Frage, die für eine medizinische Überwachung des Patienten und/oder der Funktion der intravasalen Blutpumpe und/oder für eine Steuerung der Blutpumpe ge- eignet sind.

Alternativ oder zusätzlich zu einer elektrischen Anbindung von elektronischen Komponenten durch die Leiterbahnen können mithilfe der Leiterbahnen selbst Sensoren realisiert werden, beispielsweise Dehnungssensoren und/oder Bruchsensoren und/oder Temperatursensoren. Auf diese Weise können in die Oberflächenstruktur in sehr vorteilhafter Weise Sensoren integriert werden. Weiterhin sind auch offenliegende Elektroden zur Aufzeichnung von elektri- schen Erregungssignalen oder zur Durchführung einer elektrischen Impedanz- messung möglich. Derartige Sensoren können durch Sensorbereiche inner- halb der Oberflächenbeschichtungsstruktur realisiert sein, die mäanderförmige Leiterbahnen umfassen. Weiterhin können die Leiterbahnen in dem oder den Sensorbereich(en) aus einem anderen Material als die Lei- terbahnen außerhalb der Sensorbereiche gefertigt sein. Beispielsweise kön- nen die Leiterbahnen in einem Sensorbereich aus Platin gebildet sein, wodurch der Sensorbereich als Temperatursensor eingesetzt werden kann. Weiterhin ist die Nutzung von derartigen Sensorbereichen auch als elektrische Sensoren möglich, sodass die Sensoren beispielsweise zur dielektrischen Charakterisierung des umgebenden Blutes dienen. Die Kopplung kann dabei konduktiv oder kapazitiv erfolgen, vergleichbar mit einer Impedanz-Spektro- skopie. Auch ist die Integration eines dünnen Oberflächenwellensensors, bei spielsweise als dünnes Keramikscheibchen zur Bestimmung beispielsweise der Blutviskosität, möglich.

Vorzugsweise weist die Strömungskanüle der intravasalen Blutpumpe ein oder mehrere beschichtungsfähige Materialien auf. Es kann insbesondere eine Schlauchführung aus beschichtungsfähigem Material vorgesehen sein. Auf das oder die beschichtungsfähigen Materialien ist die Oberflächenbeschich- tungsstruktur zur Realisierung der elektrischen Leiterbahnen aufgebracht. Im Allgemeinen ist es zweckmäßig, wenn die Strömungskanüle flexibel ausge- staltet ist. Hierfür kann beispielsweise die Schlauchführung mit einer flexiblen Skelettstruktur, beispielsweise einer Spiralstruktur, ausgestattet sein. Andere Möglichkeiten sind beispielsweise Zick-Zack- oder Wellenstrukturen. Die fle- xible Struktur (z.B. die Spiralstruktur) ist zweckmäßigerweise so ausgestaltet, dass eine durchgehende Stegstruktur vorhanden ist, auf der die elektrischen Leiterbahnen geführt werden. Mit besonderem Vorteil sind derartige flexible Strukturen aus dem beschichtungsfähigen Material zumindest teilweise gebil- det. Als beschichtungsfähige Materialien kommen beispielsweise metallische Materialien in Frage, beispielsweise Titan und/oder Edelstahl. Besonders be- vorzugt sind Nickel-Titan-Legierungen (NiTiNol), die aufgrund ihrer besonders vorteilhaften Eigenschaften in der Medizintechnik bereits Verwendung finden. Neben ihren Vorteilen im Hinblick auf ihre Verformungseigenschaften haben Nickel-Titan-Legierungen auch den Vorteil, direkt beschichtet werden zu können. Andere geeignete beschichtungsfähige Materialien sind beispiels- weise Glas und/oder Keramik.

In bevorzugter Weise kann die Oberflächenbeschichtungsstruktur einen Mehr- lagenaufbau aufweisen, beispielsweise einen Zweilagenaufbau, wobei im Zwi- schenraum zwischen zwei Leiterstrukturen die untere Lage für eine Metallisie rung einer weiteren Leiterlage genutzt werden kann, so dass mehrere Leiter- bahnenschichten gewissermaßen ineinander verschachtelt sind. Hierdurch kann zum einen die Gesamtleiterbreite reduziert werden. Zum anderen ist auch die Schichtdicke des gesamten Leiteraufbaus reduziert.

Vorzugsweise sind für eine elektrische Kontaktierung der Leiterbahnen elekt- rische Kontaktpads vorgesehen. Die Kontaktpads können beispielsweise am Ende der Strömungskanüle, entgegengesetzt der Spitze des Systems, vorge- sehen sein.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von elektri- schen Leiterbahnen zumindest im Bereich einer Strömungskanüle einer in- travasalen Blutpumpe, wobei bezüglich dieser Blutpumpe auf die obige Be- schreibung verwiesen wird. Hierbei werden die elektrischen Leiterbahnen durch eine Oberflächenbeschichtung, insbesondere durch oberflächenlitho- graphische Methoden, hergestellt. Hierbei können vor allem optische lithogra- phische Methoden (z.B. UV-Lithographie) eingesetzt werden. Es können bei spielsweise ebene 2D-Waferprozesse auf zylinderförmige Körper angewandt werden, sodass durch Anpassungen von Belichtungsvorrichtungen im Prinzip herkömmliche Lithographieprozesse verwendet werden können. Photolitho- graphische Methoden, insbesondere dreidimensionale UV- photolithographische Methoden eignen sich in besonderer Weise. Zur Herstel- lung der Oberflächenstrukturierung können hierbei insbesondere ein Magnet- ron-Sputtering und ggf. nasschemische Ätzmethoden zum Einsatz kommen. ln einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann nach einer gege- benenfalls erforderlichen anfänglichen Reinigung und Oberflächenaktivierung des zu beschichtenden Materials zunächst eine isolierende Grundschicht auf das beschichtungsfähige Material aufgebracht werden. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine Oxidschicht handeln, die durch Sputtern aufgebracht wird, oder ein Polyimid. Anschließend wird ein Photoresist aufgebracht und gemäß den aufzubringenden Leiterbahnen strukturiert. Hierfür wird zweckmä- ßigerweise eine Lithographiemaske angelegt, beispielsweise aus chrombe- schichtetem Quarzsubstrat, bevor das Photoresist belichtet und entwickelt wird. Anschließend wird die metallische Leiterbahnstruktur durch Sputtern auf- gebracht. Aus Gründen der Biokompatibilität wird als Material für die Leiter- bahnen vorzugsweise Gold verwendet. Anschließend wird das Photoresist entfernt. Abschließend wird eine elektrisch isolierende und vorzugsweise bio- kompatible Oberfläche aufgebracht. Auch dies kann wiederum durch Sputtern von beispielsweise Oxid oder durch Aufbringen von Polyimid oder Parylene oder Anderem erfolgen. Die Schichtdicke der resultierenden gesputterten Oberflächen liegen vorzugsweise in einem Bereich von einigen hundert Nano- metern.

Insbesondere für Anwendungen, die eine hohe Leitfähigkeit der Leiterbahn- Strukturen erfordern, kann durch die nachfolgend beschriebene Ausführungs- Variante des Verfahrens eine Leiterbahnstruktur mit einer erhöhten Schichtdi- cke (beispielsweise einige Mikrometer) bereitgestellt werden. Hierfür wird zu- nächst eine im Prinzip komplette leitfähige Oberflächenbeschichtung herge- stellt. Diese wird durch ein strukturiertes Photoresist gefenstert und die freilie genden Fenster werden anschließend galvanisch aufgedickt. Im Einzelnen wird bei dieser Variante nach einer gegebenenfalls erforderlichen anfänglichen Reinigung und Oberflächenaktivierung zunächst eine isolierende Grund- schicht aufgebracht, beispielsweise eine Oxidschicht durch Sputtern oder eine Grundschicht aus Polyimid. Anschließend wird eine initiale metallische Leiter- schicht (z.B. Gold) aufgebracht. Auf die initiale Leiterschicht wird ein Photore- sist aufgebracht und gemäß den aufzubringenden Leiterbahnen strukturiert. Die freiliegenden metallischen Leiterbahnen bzw. die freiliegenden Fenster werden anschließend nasschemisch galvanisch aufgedickt, so dass die ge- wünschte Leitfähigkeit bei den freiliegenden Metallstrukturen hergestellt wer- den kann. Das Photoresist wird entfernt. Zur Entfernung der initialen metalli schen Leiterschicht außerhalb der Leiterbahnstrukturen wird die Oberfläche geätzt, so dass die elektrischen Leiterbahnstrukturen freigestellt werden. Ab- schließend wird eine elektrisch isolierende und vorzugsweise biokompatible Oberfläche aufgebracht, beispielsweise durch Sputtern von Oxid oder durch Aufbringen von Polyimid oder Parylene oder anderen Materialien.

Neben der Oberflächenstrukturierung zur Herstellung der Leiterbahnen um- fasst der Prozess vorzugsweise auch die Strukturierung des Rohrmaterials, bei der eine Stegstruktur hergestellt wird, auf der die Leiterbahnen geführt wer- den (beispielsweise Spiralstruktur). Diese Strukturierung kann vor oder nach der Herstellung der Leiterbahnen erfolgen. Abschließend werden die Fenster der Stegstruktur beispielsweise mit Silikon oder Polyurethan verschlossen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfol- genden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen sche- matisch dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines menschlichen Herzens und Lunge mit eingebrachter intravasaler Blutpumpe;

Fig. 2 Komponenten einer intravasalen Blutpumpe (LVAD-System); Fig. 3 eine isometrische Darstellung einer flexiblen Schlauchführung der Strömungskanüle einer intravasalen Blutpumpe;

Fig. 4 eine Detailansicht der Schlauchführung einer Strömungskanüle mit einer erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsstruktur zur

Ausbildung von Leiterbahnen;

Fig. 5 eine Detailansicht der Schlauchführung einer Strömungskanüle mit einer erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsstruktur mit Ausbildung von Sensorbereichen durch die Leiterbahnen;

Fig. 6 eine Detailansicht der Schlauchführung einer Strömungskanüle mit erfindungsgemäßer Oberflächenbeschichtungsstruktur mit Darstel- lung von elektrischen Kontaktpads;

Fig. 7 eine Detailansicht eines Querschnitts durch eine Strömungskanüle mit erfindungsgemäßer Oberflächenbeschichtungsstruktur;

Fig. 8 eine weitere Detailansicht eines Querschnitts durch eine Strö- mungskanüle mit erfindungsgemäßer Oberflächenbeschichtungs- struktur mit einem Zweilagenaufbau;

Fig. 9 eine weitere Detailansicht eines Querschnitts durch eine Oberflä- chenbeschichtungsstruktur mit einem mehrschichtigen Aufbau; und

Fig. 10 eine weitere Detailansicht eines Querschnitts durch eine Oberflä- chenbeschichtungsstruktur mit einem mehrschichtigen Aufbau und Schirmung. Fig. 1 zeigt ein menschliches Herz 10 und die umgebenden Lungenflügel 20, wobei in die linke Herzkammer 11 eine intravasale Blutpumpe 100 eingebracht ist. Durch Pumpen der Blutpumpe 100 wird die Pumpfunktion des Herzens 10 unterstützt, indem sauerstoffreiches Blut, das aus der Lungenvene 12 in die linke Herzkammer 1 1 gelangt, in die Aorta 13 überführt wird. Die intravasale Blutpumpe kann beispielsweise für ein kontinuierliches Pumpen vorgesehen sein, oder die Pumpe basiert beispielsweise auf einem pulsatil arbeitenden System, bei dem die Pumpengeschwindigkeit moduliert wird.

Fig. 2 zeigt in schematischer Weise die Komponenten einer intravasalen Blut pumpe 100, die gemäß der Erfindung mit einer Oberflächenbeschichtungs- struktur zur Ausbildung von elektrischen Leiterbahnen ausgestattet ist. Die Blutpumpe 100 umfasst eine Spitze 1 10, wobei innerhalb der Spitze 1 10 in einem Bereich ein oder mehrere elektronische Komponenten 1 12 vorgesehen sein können, insbesondere Sensoren. Die Spitze wird von einer gleitfähigen Kappe 1 1 1 abgeschlossen. An die Spitze 1 10 schließt sich ein erster Bereich 120 (Zulaufkäfig) mit Blutdurchtrittsöffnungen 121 an. Durch die Blutdurch- trittsöffnungen 121 kann Blut beispielsweise aus der linken Herzkammer in die Blutpumpe eingesaugt werden. Es schließt sich eine Strömungskanüle 130 und ein zweiter Bereich 140 (Laufrad käfig) mit weiteren Blutdurchtrittsöffnun- gen 141 an. Es schließt sich ein Bereich 150 für eine motorbetriebene Pum- peinrichtung an. Innerhalb des Bereichs 140 befindet sich beispielsweise ein Laufrad (Flügelrad), das über die Pumpeinrichtung 150 betrieben wird, sodass das gepumpte Blut durch die Blutdurchtrittsöffnungen 141 austreten kann. An die Pumpeinrichtung 150 schließt sich ein Backend 160 an, über das der elekt- rische Anschluss erfolgt. Für die elektrische Versorgung und die Ansteuerung ist ein Zuleitungskabel 170 vorgesehen. Bei der motorbetriebenen Pumpein- richtung handelt es sich vorzugsweise um eine Rotationspumpe (Strömungs- maschine), wobei gegebenenfalls auch eine Umkehr der Förderrichtung vor- gesehen sein kann.

Durch die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtungsstruktur können ins- besondere im Bereich der Strömungskanüle Sensoren oder Sensorbereiche realisiert werden, beispielsweise Bruchsensoren oder Dehnungssensoren o- der Temperatursensoren. Weiterhin können mittels der Oberflächenbeschichtungsstrukturen die gegebenenfalls vorhandenen elekt- ronischen Komponenten 1 12 der Spitze 1 10 elektrisch mit dem Zuleitungska- bel 170 verbunden werden. Hierdurch kann insbesondere die Länge der Strö- mungskanüle 130 überbrückt werden, aber auch die Bereiche 120 und 140 sowie der Bereich mit der motorbetriebenen Pumpeinrichtung 150. Verschie- dene Komponenten können dabei kombiniert und als ein Bauteil realisiert sein. Beispielsweise kann der erste Bereich 120 mit der Strömungskanüle 130 als ein Bauteil zusammengefasst sein, das dann in sehr vorteilhafter Weise mit der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsstruktur zur Ausbildung von Leiterbahnen ausgestattet sein kann.

Fig. 3 zeigt eine kombinierte Ausgestaltung des ersten Bereichs mit Blutdurch- trittsöffnungen 221 , an den sich direkt die Strömungskanüle 230 anschließt. Vorteilhafterweise ist die Strömungskanüle 230 als flexibler Zulaufschlauch bzw. als flexible Schlauchführung realisiert. Die flexible Strömungskanüle 230 wird in diesem Beispiel durch eine spiralförmige Struktur realisiert, die von um- laufenden gefensterten Stegen 300 gebildet wird. Beispielsweise kann hierfür ein laserstrukturiertes Rohr aus NiTiNol-Material als beschichtungsfähiges Material vorgesehen sein. Auf der rechten Seite des laserstrukturierten Rohres ist eine langlochförmige Durchbrechung vorgesehen, die für die Durchführung eines Führungsdrahtes in an sich bekannter Weise während des Implantati- onsprozesses vorgesehen ist. Die Skelett- oder Steg Strukturen 300 des NiTi- Nol-Materials werden zur Ausbildung der Leiterbahnen durch Oberflächenbe- schichtung elektrisch funktionalisiert, wobei die Leiterbahnen insbesondere zur elektrischen Anbindung von elektronischen Komponenten und/oder zur Ausbildung von Sensoren dienen können. Die Spiralstruktur des NiTiNol-Roh- res kann durch eine Laserstrukturierung hergestellt werden. Die freigestellten Fenster der laserstrukturierten Form können durch flexible Materialien ver- schlossen sein, beispielsweise durch Silikon oder Polyurethan. Die Flexibilität der Schlauchführung kann auch durch andere Strukturen erreicht werden, bei spielsweise durch Zick-Zack- oder Wellenmuster. Die Oberflächenbeschich- tungsstruktur als solche kann gemäß dem oben bereits beschriebenen Verfahren aufgebracht werden. In diesem Zusammenhang wird auch auf einen Artikel von Bechtold et al. (Biomed Microdevices, 2016 Dec; 18(6): 106) und einen Artikel von Lima de Miranda et al. (Rev. Sei. Instrum., 2009 Jan; 80(1 ): 015103) verwiesen, wobei diese Artikel sich allgemein mit einer Oberflächen- strukturierung befassen. So beschreiben Bechtold et al. die Beschichtung von dünnen Filmen aus einer Nickel-Titan-Legierung zur Ausbildung von isolierten Elektroden auf der äußeren Oberfläche. Lima de Miranda et al. beschreiben eine rotationale UV-Lithografie bei zylindrischen Geometrien. Die Laserstruk- turierung des NiTiNol-Rohres zur Ausbildung beispielsweise der Spiralstruktur kann vor oder nach der elektrischen Funktionalisierung erfolgen.

Fig. 4 zeigt eine Detailansicht der resultierenden beispielhaften Leiterbahn- Strukturen auf der Strömungskanüle 230. Die Stege 300 der laserstrukturierten Spiralstruktur (siehe Fig. 3), die gewissermaßen das Gerüst der flexiblen Strö- mungskanüle 230 bilden, lassen Fenster 301 frei. Die Fenster 301 sind vor- zugsweise flexibel verschlossen, beispielsweise durch Silikon oder Po- lyurethan. Die Stege 300 zusammen mit den verschlossenen Fenstern 301 bilden die Schlauchführung der Strömungskanüle 230. Erfindungsgemäß wer- den auf die Stege 300 durch Lithographie und Beschichtungstechnik elektri sche Leiterbahnstrukturen 302, 303 aufgebracht.

Zur eigentlichen Herstellung der elektrischen Leiterbahnen wird für jede Lage eine Lithographiemaske angelegt, die die entsprechenden Beschichtungs- strukturen (elektrische Leiterbahnstrukturen) enthält. Bei der Lithographie- maske kann es sich beispielsweise um ein chrombeschichtetes Quarzsubstrat handeln. Nichtleiter wie Photoresist oder Polyimid können beispielsweise durch Tauchen flächig aufgebracht werden, Nichtleiter wie Parylene C können beispielsweise im Vakuum abgeschieden werden. Initiale metallische Lagen werden insbesondere durch Sputtern, dickere Lagen durch Aufgalvanisierung aufgebracht. Im Produktionsprozess können vor allem zwei Vorgehensweisen zum Einsatz kommen: Nach Verfahren 1 wird das Rohrmaterial (beispielsweise NiTiNol) zunächst mit der elektrischen Oberflächenbeschichtung zur Ausbildung der Leiterbahnen versehen. Im nächsten Schritt wird die flexible Struktur beispiels weise durch Laserschneiden hergestellt (Laser-Strukturierung), wobei Be- schichtungsstruktur und Laserschneidkontur aufeinander geometrisch abge- stimmt sind. Im letzten Schritt werden die Fenster der flexiblen Struktur ver- schlossen, beispielsweise durch Tauchen oder Umspritzen. Nach Verfahren 2 wird zunächst das Rohrmaterial strukturiert. Anschließend wird mit den litho- graphischen Prozessen die Oberflächenfunktionalisierung zur Ausbildung der Leiterbahnen hergestellt. Abschließend werden die Fenster derflexiblen Struk- tur entsprechend wie im Verfahren 1 verschlossen. Verfahren 1 hat den Vor- teil, dass der Lithographieprozess vereinfacht ist. Verfahren 2 hat den Vorteil, dass direkt nach der Strukturierung des Rohrmaterials Formeinprägungen in das NiTiNol-Material möglich sind, beispielsweise„Einspeichern“ von Biegun- gen oder Querschnittsveränderungen zum Querschnitt des Ausgangsmateri- als (z.B. Aufweitungen des Querschnitts). Wegen der zur Formeinprägung not- wendigen Prozesstemperaturen ist es in der Regel vorteilhaft, diesen Schritt vor der lithographischen Oberflächenbeschichtung durchzuführen.

Fig. 5 zeigt besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Leiterbahnen, bei de- nen die Leiterbahnstruktur als Sensor (links) oder als elektrische Anbindung und zusätzlich als Sensor (rechts) ausgeführt ist. Vergleichbar mit der Fig. 4 ist die Strömungskanüle 230 mit Leiterbahnen 302, 303 ausgestattet, die durch Oberflächenstrukturierung der Stege 300 der Strömungskanüle 230 ausgebil- det sind (rechter Abbildungsteil). Weiterhin sind mäanderförmige Leiterbahnen vorgesehen, die die Sensorbereiche 304 (links) bzw. den zusätzlichen Sen- sorbereich 305 (rechts) bilden. Hierbei können zwischen einzelnen Sensorbe- reichen 304 gerade verlaufende Abschnitte der Leiterbahnen vorgesehen sein oder der Sensorbereich 305 wird von einer durchgehend mäanderförmigen Leiterbahn gebildet. Die Zu- und Ableitungen 306, 307 der Sensorbereiche 304 können aus einem anderen Material als die Sensorbereiche selbst gefertigt sein. Mehrere Sensorbereiche können über separate Zuleitungen o- der auch beispielsweise mit einer gemeinsamen Rückkanalleitung 308 ausge- führt sein.

Für einen Temperatursensor kann es beispielsweise vorgesehen sein, die Lei- terbahnen der Sensorbereiche 304 oder 305 aus Platin auszuführen, da Platin einen sehr linearen Widerstand-Temperatur-Zusammenhang aufweist. Die Zu- und Ableitungsbahnen 306, 307, 308 weisen dabei zweckmäßigerweise einen möglichst geringen Widerstand auf, um wenig Einfluss auf das Sensor- signal auszuüben. Die Leiterbahnstrukturen können beispielsweise auch als Dehnungs- oder Bruchsensoren genutzt werden. Weiterhin ist die Nutzung beispielsweise als kapazitive Sensoren, Elektrodenflächen oder Kontaktpads für weitere Sensoren möglich.

Fig. 6 zeigt eine bevorzugte elektrische Kontaktierung der Leiterbahnen 302, 303 durch elektrische Kontaktpads 310, 31 1 , 312, 313. Diese elektrische Kon- taktierung kann beispielsweise am Ende der Strömungskanüle 230, also in Richtung des zweiten Bereichs 140, erfolgen. Es ist aber auch möglich, dass die Leiterbahnen auch noch über weitere Komponenten der Blutpumpe, bei spielsweise über den Bereich 140, 150 bis zum elektrischen Anschlussbereich 160 geführt werden. Die elektrische Verbindung kann beispielsweise durch Leitkleben, Löten, Bonden oder Kraftschluss hergestellt werden. Die Verbin- dung kann direkt von beispielsweise NiTiNol-Komponente zu NiTiNol-Kompo- nente oder von NiTiNol-Komponente direkt zu einem Kabel oder einem Dünn- schichtsubstrat, je nach Ausgestaltung der Blutpumpe, erfolgen.

Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch den resultierenden Lagenaufbau, der die elektrischen Leiterbahnen realisiert. 710 stellt dabei die zugrundelegende NiT- iNol-Struktur oder ein anderes beschichtungsfähiges Material als Stützstruktur der Strömungskanüle dar. 720 repräsentiert eine isolierende Grundschicht, beispielsweise aus Siliziumoxid oder Polyimid. 730 zeigt die metallischen Lei- terbahnstrukturen, beispielsweise aus Gold. 740 stellt eine isolierende Abschlussschicht, beispielsweise aus Siliziumoxid, Polyimid oder Parylene, dar. Durch eine mehrfache Wiederholung der Oberflächenbeschichtung (Oberflächenlithographie) kann ein Mehrlagenaufbau, beispielsweise ein Zweilagenaufbau realisiert werden, wie es in Fig. 8 illustriert ist. 710, 720, 730 und 740 repräsentieren die beschichtungsfähige Struktur, die isolierende Grundschicht, die erste Lage der Leiterbahnstrukturen bzw. die isolierende Ab- schlussschicht, vergleichbar mit Fig. 7. Darüber hinaus ist in den Zwischen- räumen zwischen den Leiterbahnstrukturen 730 eine weitere Leiterbahn 750 vorgesehen, die in einer etwas höheren Ebene angeordnet ist. Bei der Her- stellung wird hierbei der Zwischenraum (Leerraum) zwischen den Leiterbahn- Strukturen 730 auf der unteren Lage für die Metallisierung der oberen Lage genutzt, indem die metallische Leiterschicht in diesem Zwischenraum ange- ordnet wird. Diese versetzte Anordnung der Leiterbahnen auf unterschiedli- chen Ebenen vermeidet die Ausbildung von größeren Erhebungen oder Rau- heiten der Oberflächenstruktur in den Bereichen, in denen metallische Leiter- bahnen übereinander liegen würden. Dies kann insbesondere bei höheren Mehrlagenaufbauten mit sechs oder mehr Schichten auftreten. Insofern hat diese Ausführungsform mit versetzter Anordnung gegenüber einer rein koaxi- alen Ausführungsform den Vorteil, dass die resultierende Schichtdicke des ge- samten Leiteraufbaus reduziert ist. Gegenüber einer koplanaren Ausführung ist diese Ausführungsform ebenfalls besonders vorteilhaft, da die Gesamtlei- terbreite reduziert ist. Wenn eine versetzte Anordnung der Leiterbahnen nicht gewünscht oder möglich ist, ist es alternativ auch möglich, eventuell auftre- tende Unebenheiten infolge übereinanderliegender Leiterbahnen beispiels weise mit einer Silikonschicht oder ähnlichem auszugleichen.

Fig. 9 zeigt einen weiteren Aufbau einer mehrschichtigen Leiterbahnstruktur. Dabei sind vier schmale Leiterbahnen 910 und zwei breite Leiterbahnen 920 übereinander auf dem beschichtungsfähigen Material (nicht näher dargestellt) angeordnet. Die schmalen Leiterbahnen 910 dienen beispielsweise als Kom- munikationsbus für einen Druck- und einen Temperatursensor in der Spitze der Blutpumpe. Die breiten Leiterbahnen 920 weisen einen geringeren Widerstand (elektrische Leistung) auf und dienen beispielsweise zum An- schluss eines Ultraschallelements in der Spitze der Blutpumpe. Für die Her- stellung eines solchen Aufbaus sind bei der Oberflächenbeschichtung insge- samt sieben Lagen erforderlich. Fig. 10 zeigt ein ähnliches Beispiel eines mehrschichtigen Aufbaus mit vier schmalen Leiterbahnen 1010 und zwei brei ten Leiterbahnen 1020. Zusätzlich sind hierbei Metallisierungen als Schirmung 1030 vorgesehen, die die Leiterbahnen 1010 und 1020 gegeneinander und nach außen abschirmen, sodass eine definierte Leitungsimpedanz und weni- ger Hochfrequenzabstrahlung bei einer geschirmten Führung der Signale er- reicht wird. Für die Herstellung eines solchen Aufbaus sind insgesamt 11 La- gen erforderlich. Im Kontaktpad-Bereich können die bis zu 11 Lagen zweck- mäßigerweise entsprechend in die Breite geführt und beispielsweise durch eine vertikale Durchkontaktierung in die oberste Metalllage geleitet werden.

Claims

Patentansprüche

1. Intravasale Blutpumpe (100) mit einer Spitze (110), einem ersten Bereich (120) mit wenigstens einer Blutdurchtrittsöffnung (121 ), einer Strömungs- kanüle (130; 230), einem zweiten Bereich (140) mit wenigstens einer

Blutdurchtrittsöffnung (141 ), einer motorbetriebenen Pumpeinrichtung (150) und einem Leitungskabel (170), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine elektrische Leiterbahn (302, 303; 730, 750) durch eine Oberflächenbeschichtungsstruktur zumindest im Bereich der Strömungs- kanüle (130; 230) realisiert ist.

2. Blutpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Be- reich der Spitze (110) wenigstens eine elektronische Komponente (112) angeordnet ist und wobei die wenigstens eine elektrische Leiterbahn (302, 303; 730, 750) für eine elektrische Anbindung der elektronischen

Komponente (112) vorgesehen ist.

3. Blutpumpe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Oberflächenbeschichtungsstruktur Sensoren (304, 305), insbesondere Dehnungssensoren und/oder Bruchsensoren und/oder

Temperatursensoren, integriert sind.

4. Blutpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sen- soren durch Sensorbereiche (304, 305) realisiert sind, die mäanderför- mige Leiterbahnen umfassen.

5. Blutpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter- bahnen der Sensorbereiche (304, 305) zumindest teilweise aus einem anderen Material als Leiterbahnen außerhalb der Sensorbereiche gefer- tigt sind.

6. Blutpumpe nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensorbereich (304, 305) Leiterbahnen aus Platin umfasst.

7. Blutpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanüle (130; 230) beschichtungsfähi- ges Material (300; 710) aufweist, wobei auf das beschichtungsfähige Ma- terial (300; 710) die Oberflächenbeschichtungsstruktur zur Realisierung der elektrischen Leiterbahnen (302, 303; 730, 750) aufgebracht ist.

8. Blutpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das be- schichtungsfähige Material (300; 710) Nickel-Titan-Legierungen und/o- der Titan und/oder Edelstahl und/oder Glas und/oder Keramik umfasst oder daraus besteht.

9. Blutpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtungsstruktur einen Mehr- lagenaufbau (730, 750) aufweist.

10. Blutpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine elektrische Kontaktierung der Leiterbahnen (302, 303) elektrische Kontaktpads (310, 311 , 312, 313) vorgesehen sind.

11. Verfahren zur Herstellung von elektrischen Leiterbahnen (302, 303) zu- mindest im Bereich einer Strömungskanüle (130; 230) einer intravasalen Blutpumpe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiterbahnen (302, 303) durch Oberflä- chenbeschichtung hergestellt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei das Verfahren zumindest die folgen- den Schritte umfasst: es wird eine isolierende Grundschicht (720) auf beschichtungsfähi- ges Material (710) aufgebracht,

ein Photoresist wird aufgebracht und gemäß den aufzubringenden Leiterbahnen (730) strukturiert,

- eine metallische Leiterbahnstruktur wird durch Sputtern aufgebracht, das Photoresist wird entfernt,

eine elektrisch isolierende und vorzugsweise biokompatible Oberflä- che (740) wird aufgebracht.

13. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei das Verfahren zumindest die folgen- den Schritte umfasst:

es wird eine isolierende Grundschicht (720) auf beschichtungsfähi- ges Material (710) aufgebracht,

eine initiale metallische Leiterschicht wird durch Sputtern aufge- bracht,

ein Photoresist wird aufgebracht und gemäß den aufzubringenden Leiterbahnen (730) strukturiert,

die freiliegende metallische initiale Leiterschicht wird nasschemisch galvanisch aufgedickt,

- das Photoresist wird entfernt,

zur Entfernung der initialen metallischen Leiterschicht außerhalb der Leiterbahnen (730) wird die Oberfläche geätzt,

eine elektrisch isolierende und vorzugsweise biokompatible Oberflä- che (740) wird aufgebracht.