Projekt 38549/01

Entwicklung eines biobasierten Kunststoffs für den Ersatz von PTFE in endoskopischen Sonden

Projektdurchführung

Erbe Elektromedizin GmbH
Waldhörnlestr.
72072 Tübingen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Vorhabens war die Substitution von PTFE in Medizintechnikanwendungen durch nachhaltige Kunststoffe. PTFE vereint mehrere Eigenschaften, die es für die endoskopische Anwendung in der Medizintechnik besonders eignen. Diese sind z. B. gute Isolationseigenschaften, hohe thermische Beständigkeit, Biegsamkeit und geringe Gleitreibung. Allerdings sind PTFE-basierte Endoskopieprodukte aufgrund der medizinischen Kontamination meist Einwegprodukte, die nach der Nutzung als medizinischer Abfall verbrannt werden. Dabei ist zum einen problematisch, dass PTFE aus fossilen Vorläufermaterialien synthetisiert wird (somit über den Herstellungs-, Nutzungs- und Entsorgungsprozess hinweg erheblicher CO2Ausstoß stattfindet) und zum anderen, dass bei der Verbrennung von PTFE umwelt-, gesundheits- und klimaschädliche Fluorkohlenwasserstoffe entstehen und ausgeschieden werden.
Um diese umweltschädlichen Folgen der Nutzung von PTFE in der Medizintechnik zu verringern, entwickelten die Partner im vorliegenden Projekt ein alternatives Konzept zur Nutzung biobasierter Kunststoffe als Ersatzstoff für PTFE. Als Demonstrator soll dabei eine Argon-Plasma-Coagulations-Sonde dienen, deren Schlauch üblicherweise aus PTFE hergestellt wird. Das CO2-Reduktionspotenzial der Vermeidung von
PTFE in der Medizintechnik wurde auf 2,5 Mio. Tonnen jährlich beziffert.



Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZunächst wurden Compoundierungsversuche mit verschiedenen Biokunststoffen durchgeführt. Im Laufe des Projekts kamen hier PLA-Verbindungen und biobasiertes Polyethylen zum Einsatz. Parallel dazu wurden erste Probekörper, die aus den entwickelten Compounds hergestellt wurden, funktionalen Tests unterzogen. Mit zunehmender Verbesserung der Compoundeigenschaften wurden die Compounds zur Extrusion von Schläuchen genutzt. Die Schläuche wurden ebenfalls medizintechnischen Funktionstests unterzogen.
Da es für unwahrscheinlich erachtet wurde, dass während der Projektlaufzeit ein Biopolymer gefunden werden kann, das alle Zieleigenschaften von PTFE aufweist wurden Konstruktionsentwicklungen an der APC-Sonde durchgeführt, die das Ziel verfolgten, die vom Schlauch zu leistende elektrische Isolation zu reduzieren.



Ergebnisse und Diskussion

Zunächst erfolgte die Optimierung von PLA-Compounds. Hauptproblem war die mangelnde Biegsamkeit der hergestellten Probekörper. Durch die Nutzung von Weichmachern wurde versucht die Biegsamkeit zu erhöhen, dies konnte jedoch nicht im benötigten Maße erreicht werden. Bei der ebenfalls durchgeführten Spannungsprüfung erreichten die PLA-Kunststoffe durchwachsene Ergebnisse, weshalb schließlich der Fokus der Entwicklungsarbeiten auf biobasiertes, extrudiertes Polyethylen gelegt wurde. Dieses hat zwar gegenüber den PLA-Kunststoffen den Nachteil, dass kein Verfahren zum chemischen Recycling der Monomere existiert, aufgrund der biogenen Gewinnung der Monomere lässt sich jedoch trotzdem eine erhebliche Verringerung des CO2-Emissionen erreichen. Zusätzlich besteht Polyethylen ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff, weshalb der der Verbrennung lediglich CO2 und Wasser entstehen, die nicht umwelt- oder gesundheitsschädlich sind und durch die nachhaltige Rohstoffgewinnung auch weniger klimaschädlich sind.
Für das Polyethylen konnte eine Compoundierung gefunden werden, die zu biegsamen und ausreichend elektrisch isolierenden Schläuchen extrudiert werden konnte. Da im parallel verlaufenden Entwicklungsstrang eine neuartige Elektrode entwickelt werden konnte, die die benötigten Isolationseigenschaften herabsenkt, konnten am Ende sämtliche Komponenten für ein PTFE-freies APC-System entwickelt werden. Die Tests eines kombinierten Gesamtsystems stehen jedoch noch aus.
Durch die Verwendung von biobasiertem Polyethylen als Schlauchmaterial kann – gegenüber der Nutzung von PTFE – der CO2-Ausstoß um 99,2 % gesenkt werden.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Sobald vielversprechende Fortschritte (z. B. Aufbau von Demonstratoren oder Starts von Zulassungsverfahren) erzielt wurden, werden die Vorteile der neuen Materialkombination auf nationalen und internationalen Fachmessen, wie z.B. der MEDICA und der COMPAMED in Düsseldorf, der MEDTEC in Stuttgart, der ACC in den USA sowie auf Leitkongressen vorgestellt.




Fazit

Im Rahmen des Projekts konnte das Potenzial von Biokunststoffen für die Herstellung von APC-Sonden bestätigt werden. Es konnten alle wesentlichen Zieleigenschaften für die Biokunststoffe erreicht werden, jedoch wurden die elektrischen Eigenschaften durch ein neuartiges Konzept für den Sondenaufbau reduziert.