Anwendung der Ultraschall-Sprühtechnologie bei der Herstellung von Triclosan-haltigem antibakteriellem Nahtmaterial

Anwendung der Ultraschall-Sprühtechnologie bei der Herstellung von Triclosan-haltigem antibakteriellem Nahtmaterial

Eine postoperative Wundinfektion (SSI) ist eine der häufigsten Komplikationen nach einer Operation. Sie verlängert nicht nur den Krankenhausaufenthalt und erhöht die medizinische Belastung, sondern stellt in schweren Fällen auch eine potenzielle Lebensgefahr dar. Unter zahlreichen vorbeugenden Maßnahmen gelten antibakterielle chirurgische Nähte als wichtiges Mittel zur Reduzierung des Infektionsrisikos, da sie direkt im kritischen Stadium des Wundverschlusses wirken.

Triclosan hat als Breitspektrum-Antibiotikum eine gute Hemmwirkung auf viele häufige Bakterien, die mit Infektionen der Operationsstelle in Verbindung gebracht werden, darunter Staphylococcus aureus (einschließlich Methicillin-resistenter MRSA-Stämme) und Escherichia coli. Das Auftragen von Triclosan als Beschichtung auf die Nahtoberfläche ermöglicht die langsame Freisetzung antibakterieller Komponenten im Körper, wobei die antibakterielle Wirkung typischerweise 5 bis 7 Tage nach der Operation anhält und damit dem kritischen Zeitraum für die Wundheilung entspricht.

Die gleichmäßige, feste und effiziente Beschichtung der Nahtoberfläche mit Triclosan ist die zentrale technische Herausforderung bei der antibakteriellen Nahtvorbereitung. Die Ultraschall-Sprühtechnologie mit ihren einzigartigen Vorteilen in Bezug auf Präzision, Gleichmäßigkeit und Effizienz wird in diesem Bereich zu einem wichtigen Prozessweg.

Das technische Prinzip des Ultraschallspritzens

Ultraschallspritzen ist eine Technologie zur Präzisionsbeschichtungsvorbereitung. Sein Kernprinzip besteht darin, mithilfe eines Ultraschallwandlers elektrische Energie in hochfrequente mechanische Schwingungen umzuwandeln und eine Triclosan-haltige Lösung unter dem Einfluss der Schwingungsenergie in gleichmäßige Tröpfchen im Mikrometer- oder sogar Nanometerbereich zu zerstäuben. Diese winzigen zerstäubten Partikel werden dann unter der Führung eines Niederdruck-Trägergases (z. B. saubere Luft oder Stickstoff) gezielt auf der Nahtoberfläche abgeschieden und bilden eine dünne und gleichmäßige antibakterielle Beschichtung.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Sprühmethoden, die auf einer Hochdruck-Luftstromzerstäubung basieren, ist beim Ultraschallsprühen kein Hochdruckstoß erforderlich, wodurch Spritzer und Verschwendung von Beschichtungsmaterial vermieden werden. Am Beispiel eines Triclosan + Ethanol-Lösungssystems kann eine 120-kHz-Hochfrequenz-Ultraschallzerstäubungsdüse die Lösung in gleichmäßige Tröpfchen von 10–50 μm mit einer engen und kontrollierbaren Tröpfchengrößenverteilung zerlegen.

Die Hauptvorteile des Ultraschallspritzens

Extrem hohe Gleichmäßigkeit der Beschichtung

Medizinisches Nahtmaterial ist ein medizinisches Präzisionsgerät mit hohen Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Beschichtung. Die durch Ultraschallzerstäubung erzeugte geringe Abweichung der Tröpfchengröße in Verbindung mit der gerichteten Abscheidung durch ein Niederdruck-Trägergas stellt sicher, dass die Abweichung der Beschichtungsdicke auf der Nahtoberfläche innerhalb von ±5 % kontrolliert wird. Im Gegensatz dazu kann es bei herkömmlichen Tauchbeschichtungsverfahren zu Schichtdickenabweichungen von 30–50 % kommen. Diese hohe Gleichmäßigkeit ist für empfindliche Nähte von entscheidender Bedeutung und vermeidet effektiv die Probleme mit „lokalen Ablagerungen“ oder „fehlenden Beschichtungen“, die bei herkömmlichen Methoden häufig auftreten.

Keine besonderen Einschränkungen für Nahtmaterialien: 

Die Ultraschall-Sprühtechnologie bietet eine hervorragende Prozessvielfalt. Unabhängig davon, ob resorbierbares Nahtmaterial (wie PGA und PLA) oder nicht resorbierbares Nahtmaterial (wie Nylon und Polypropylen) verwendet wird, können ideale Beschichtungen durch Anpassen der Sprühparameter (wie Ultraschallfrequenz und Lösungsviskosität) erzielt werden. Bei resorbierbarem Nahtmaterial wird die Triclosan-Beschichtung synchron mit dem Nahtmaterial abgebaut, wodurch Beschichtungsrückstände vermieden werden. Bei nicht resorbierbarem Nahtmaterial haftet die Beschichtung lange und sorgt so für einen kontinuierlichen Infektionsschutz.

Hohe Materialausnutzung: 

Bei herkömmlichen Tauchbeschichtungsverfahren beträgt die Ausnutzungsrate des Beschichtungsmaterials nur 30–50 %, wobei eine große Menge Material mit der Abfallflüssigkeit verloren geht. Beim Ultraschallspritzen wird jedoch eine Beschichtungsausnutzungsrate erreicht, die mehr als viermal so hoch ist wie beim herkömmlichen Zweistoffspritzen. Dadurch werden nicht nur die Produktionskosten gesenkt, sondern auch die Belastung durch die Behandlung von Abfallflüssigkeiten mit bioaktiven Bestandteilen verringert, was einen erheblichen Nutzen für die Umwelt darstellt.

Geringer Schaden

Schutz des Substrats und der Funktionskomponenten: Die Hochdruckeinwirkung herkömmlicher Hochdrucksprühmethoden kann hitzeempfindliche Substrate beschädigen oder zu einer vorzeitigen Verschlechterung resorbierbarer Nähte (z. B. PGA) führen. Beim Ultraschallsprühen werden Tröpfchen mit Niederdruck-Trägergas abgegeben, wodurch eine präzise und schadensarme Verbindung zwischen der Beschichtung und dem Nahtmaterialsubstrat erreicht wird, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Nahtmaterials und die antibakterielle Aktivität von Triclosan wirksam geschützt werden.

Ultraschall-Zerstäubungs- und Sprühgeräte zerstäuben die Beschichtungslösung mithilfe hochfrequenter Ultraschallvibrationen und erzeugen zerstäubte Partikel in Mikrometergröße. Am Beispiel einer 120-kHz-Hochfrequenz-Zerstäubungsdüse ist ihre Zerstäubungsgenauigkeit der herkömmlicher 40-60-kHz-Düsen überlegen und zerstäubt die Triclosan- und Ethanollösung in feinere, gleichmäßigere Tröpfchen. Die resultierende antibakterielle Beschichtung weist eine Dickengleichmäßigkeitsabweichung von weniger als 5 % auf.

Die Ultraschall-Sprühtechnologie bietet ein präzises, effizientes und universelles Verfahren zur Vorbereitung triclosanhaltiger antibakterieller Nähte. Es überwindet grundsätzlich die Engpässe herkömmlicher Tauchbeschichtungs- und Sprühverfahren, wie z. B. ungleichmäßige Beschichtung, Materialverschwendung und Substratschäden. Mit seinen Kernvorteilen hoher Gleichmäßigkeit, hoher Materialausnutzung und geringer Beschädigung erfüllt es perfekt die hohen Anforderungen medizinischer Nähte an Beschichtungen hinsichtlich „Biosicherheit, Funktionsstabilität und Prozesskonsistenz“.

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Präzisionsmedizin und personalisierten Implantaten werden die Anwendungsaussichten der Ultraschall-Sprühtechnologie bei der Herstellung funktioneller Beschichtungen für antibakterielles Nahtmaterial und andere medizinische Geräte noch breiter.