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Evaluation and method development to improve the adhesion of electrospun fibres on metals for use in medical applications = Bewertung und Entwicklung von Methoden zur Verbesserung der Haftung von elektrogesponnenen Fasern auf Metallen für medizinische Anwendungen
2023
Dissertation, RWTH Aachen University, 2023
Druckausgabe: 2023. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2023-07-06
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2023-10251
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/972565/files/972565.pdf
URL: https://www.shaker.de/de/content/catalogue/index.asp?lang=de&ID=8&ISBN=978-3-8440-9227-1&search=yes
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
adhesion (frei) ; electrospinning (frei) ; nanofibres (frei) ; stent coating (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Ultrafeine Fasern (100 nm - 10 μm) haben charakteristische Eigenschaften wie eine hohe spezifische Oberfläche, einstellbare Porengröße und miteinander verbundene Poren. Außerdem haben sie einen positiven Einfluss auf die Zelladhäsion und -proliferation und werden im Stand der Technik für Stentbeschichtungen verwendet. Die Schnittstelle zwischen Fasern und Stent ist die kritische Komponente des Systems, an der Delaminierung und Beschädigung der Fasern auftreten kann, was zu einem Versagen des Systems führt. Bislang gibt es nur wenige Forschungsarbeiten über die Adhäsion zwischen ultrafeinen Polymerfasern und Metallstrukturen wie Stents. Ziel dieser Arbeit ist es daher, ein Verständnis für die Adhäsionsmechanismen zwischen ultrafeinen Fasern und etallischen Substraten zu entwickeln und eine Methode zur Verbesserung der Adhäsion an der Grenzfläche zu erarbeiten. Zur Herstellung von ultrafeinen Fasern wird das Elektrospinnen verwendet, und zur Bewertung der Haftung werden Schälkraft und -widerstand nach DIN EN 29073-3 genutzt. Geflochtene Stents aus Nitinol und ultrafeinen Fasern aus thermoplastischem Polyurethan werden als Materialien ausgewählt. Die Stentstruktur wird in ein flaches Geflecht und eine Platte abstrahiert, um den Einfluss von Parametern wie effektiver Breite, Oberflächenstruktur oder Umschlingung der Fasern auf die Adhäsion zu untersuchen. Eine Vorrichtung für Schälversuche an zylindrischen Strukturen wird entwickelt und die entsprechende Prüfmethode validiert. Die Vorbeschichtung von Stent-Strukturen führt zum höchsten Schälwiderstand von 642 ± 120 cN/cm und wird als geeignete Haftvermittlungsmethode für die Herstellung von submikrofaserbeschichteten Stents bewertet. Die Auswertung zeigt, dass die Interdiffusion die beste Methode zur Erhöhung der Haftung ist, gefolgt von der Erhöhung der kovalenten Bindungen. Den größten Einfluss auf die Adhäsion hat das Umwickeln der Submikrofasern um die Stentstreben. Zur Validierung der Ergebnisse wurden beschichtete Pulmonalstents gecrimpt, in einen Katheter eingesetzt und entfaltet. Während der Validierungstests kam es zu keiner Delamination oder Beschädigung der Schnittstelle oder der Faserbeschichtung.Ultrafine fibres (100 nm - 10 μm) have distinctive properties like a high specific surface area, adjustable pore size and interconnected pores. Further, they have shown a positive influence on cell adhesion and proliferation and are used for stent coatings in the state of the art. The interface between fibres and stent is a critical component of the device, linked to delamination and damage to the fibres, which leads to the device´s failure. Up to now, there is limited research on the adhesion between polymeric ultrafine fibres on metallic structures such asstents. The deficits of insufficient adhesion and research on this topic are addressed in this work. Therefore, the aim of this work is to develop an understanding of the adhesion mechanisms between ultrafine fibres and metallic substrates and a method for improving the adhesion at the interface. Electrospinning is used for producing ultrafine fibres, and peel force and resistance, according to DIN EN 29073-3, are used to evaluate the adhesion. Braided stents from nitinol are selected as a medical device, and thermoplastic polyurethane (TPU) for the ultrafine fibres. The stent structure is abstracted into a flat braid and a plate to investigate the influence of parameters such as effective width, surface structure, or wraparound of fibres on adhesion. A fixture for peel tests on cylindrical structures is developed, and the corresponding test method is validated. Pre-coating of stent structures leads to the highest peel resistance of 642 ± 120 cN/cm and is assessed as a suitable bonding method for producing ultrafine fibre-coated stents. The evaluation shows that interdiffusion is the best practice to increase adhesion, followed by increasing covalent bonds. The wraparound of ultrafine fibres around stent struts exerts the greatest influence on adhesion. As validation of the results, pre-coated pulmonary stents are precoated with an ultrafine fibre coating, are crimped, placed into a catheter and deployed. No delamination or damaging of the interface or fibre coating occurred during the validation tests. Finally, the potential of the technology is evaluated in a business case regarding the development in publicly funded projects and the exploitation of a start-up company called StentCoat GmbH.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
External link: 
Homepage of book
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
online, print
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT030620522
Interne Identnummern
RWTH-2023-10251
Datensatz-ID: 972565
Beteiligte Länder
Germany
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