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Kundenreferenz: CMBlu Energy

Das Ziel von CMBlu Energy ist es, die Energiespeicherung überall mit sicheren, nachhaltigen, von der Natur inspirierten Organic SolidFlow™ Batteriesystemen zu ermöglichen.
Mit der Entwicklung und Produktion von Hochleistungsbatterien, die für die Langzeitspeicherung von Energie ausgelegt sind, tritt CMBlu in eine neue Phase auf dem Weg in eine emissionsfreie Zukunft ein.

Bei der Herstellung der Batterie wird das Plasma-Gerät PlasmaBrush PB3 von relyon plasma eingesetzt.

Im Imagevideo von CMBlu können Sie unseren PlasmaBrush PB3 ab Sekunde 54 sehen: www.youtube.com/watch?v=hzPMRVuSooY

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Bewertung der UV-Emission eines gepulsten atmosphärischen Lichtbogenplasmastrahls

Autoren: Dr. Stefan Nettesheim

Datum: März 2024

Abstract

Die Veröffentlichung befasst sich mit der Beurteilung der UV-Emission eines gepulsten atmosphärischen Plasmajets, am Beispiel des Plasma-Generators PG-31, der Teil des atmosphärischen Plasmasystems PlasmaBrush PB3 ist. Ziel ist ein grundlegendes Verständnis für die Ultraviolettstrahlung zu vermitteln und gleichzeitig Richtlinien für den sicheren Betrieb in typischen industriellen und laborbezogenen Anwendungsfällen aufzuzeigen. Die Arbeit betrachtet verschiedene Strategien zur Minderung der UV-Exposition, darunter Überwachung, Ingenieurskontrollen, Anpassung der Betriebsparameter und persönliche Schutzausrüstung. Es werden die Funktionsweise eines atmosphärischen Plasmajets und die UV-Emissionen unter Berücksichtigung von Faktoren wie Gaszusammensetzung und Elektrodenmaterial analysiert. Dabei wird auch die Auswirkung von Schutzhüllen auf die UV-Exposition diskutiert.

UV-Emission
UV-Lichtexpositionskarte

Fazit

Die Untersuchungen zeigen, dass die UV-Emissionen des PlasmaBrush PB3-Systems bei normalen Arbeitsabständen kein Sicherheitsrisiko gemäß den ICNIRP-Richtlinien darstellen. Es werden Empfehlungen für den sicheren Betrieb des Systems gegeben, wobei betont wird, dass Arbeitsabstände von weniger als 100 mm vermieden werden sollten. Eine transparente, ungefärbte Polycarbonat-Schutzhülle bietet vollständigen Schutz vor UVA/UVB-Strahlung und wird für den Einsatz mehrerer Plasmageräte empfohlen. Darüber hinaus wird die Bedeutung von Schutzhüllen mit Absaugung als Schutz vor unerwünschtem Kontakt und schädlichen Gasemissionen hervorgehoben.

Die gesamte Veröffentlichung finden Sie hier.

Teilnahme an der CMEF

Vom 11. -14. April 2024 findet die  China International Medical Equipment Fair (CMEF) in Shanghai statt. Die Messe ist eine weltweit führende Plattform für Medizin- und Gesundheitstechnologie und bietet eine umfassende Präsentation von technologischen Fortschritten und Lösungen aus der gesamten Kette der medizinischen Industrie. Die CMEF widmet sich Branchentrends, technologischen Innovationen und der Förderung künftiger Geschäftsmöglichkeiten und -entwicklungen und trägt so zum globalen Fortschritt der Medizinbranche bei.

Relyon plasma nimmt mit seinem Stand 5.2 K13 teil und präsentiert seine Plasmageräte für die Behandlung von Oberflächen sowie seine Komponenten für die Integration in Medizingeräte. Unsere Plasmageräte können ein breites Spektrum von Oberflächen desinfizieren, reinigen, modifizieren und funktionalisieren und so für das Kleben, Lackieren und Bedrucken vorbereiten. Unsere Plasmakomponenten können ebenfalls zur Desinfektion in der Medizintechnik eingesetzt werden.

piezobrush® PZ3-i mit Modul Nearfield
PiezoBrush Pz3-i
Plasmabehandlung von Dentalimplantaten
PiezoBrush PZ3

Neben unserem Plasmahandgerät PiezoBrush PZ3 und unserer Integrationslösung PiezoBrush PZ3-i stellen wir auch unsere neueste Technologie, das MediPlas System, vor. Das MediPlas System besteht aus dem Reactor und dem Driver. Der Reactor ist ein Ozongenerator und kann je nach Einstellung auch Wasserstoffperoxid und Stickoxide ausgeben. Der Reactor basiert auf kalt atmosphärischem Plasma (KAP) und kann als Komponente zum Sterilisieren und Desinfizieren in Applikationen eingebunden werden. Der Driver ist der Treiber für den Ozongenerator.

MediPlas Reactor
MediPlas Reactor
MediPlas Driver
MediPlas Driver

Besuchen Sie uns auf unserem Stand 5.2K13 der CMEF in Shanghai und erfahren Sie mehr über unsere Produkte.

Termin vereinbaren >>

Produktänderungsmitteilung für die Stromquelle PS2000 (19″)

Hiermit teilen wir Ihnen mit, dass die Stromquelle PS2000 (19″), die in Verbindung mit dem PlasmaBrush PB3 verwendet wird, weiterentwickelt wurde. Die neue Version verfügt über ein Display, auf dem die Ausgangswerte für die Plasmaerzeugung abgelesen werden können. Die Anzeigewerte erscheinen nacheinander jeweils paarweise mit einer Anzeigedauer von je 3 Sekunden.

Die Artikelnummer hat sich geändert. Bitte berücksichtigen Sie die neue Nummer bei zukünftigen Bestellungen.

ProduktbezeichnungAlte ArtikelnummerNeue Artikelnummer
PS2000 Stromquelle (19″)7912000179120002

Die Änderung tritt ab 01.03.2024 in Kraft. Die alten Stromquellen sind dann nicht mehr erhältlich.

Das Gerät ist komplett abwärtskompatibel. Bei Defekt oder Austausch können Geräte der Artikelnummer 79120001 ohne Weiteres durch Geräte mit der Artikelnummer 79120002 ersetzt werden.

Sollten Sie Rückfragen haben, können Sie sich jederzeit gerne über info-relyon@tdk.com an uns wenden.

Geschäftsführerwechsel bei der relyon plasma GmbH

gerne möchten wir Sie darüber informieren, dass sich die Geschäftsführung der relyon plasma GmbH ab 1. Dezember 2023 geändert hat. Herr Dr. Stefan Nettesheim legt sein Amt als Geschäftsführer nieder und steht uns künftig als Senior Technology Manager beratend zur Seite.

Die neue Doppelspitze der Geschäftsleitung übernehmen Simona Lerach und Florian Freund. Sie werden die erfolgreiche Arbeit der letzten Jahre fortsetzen und das Unternehmen durch neue Impulse gemeinsam mit Ihnen in eine erfolgreiche Zukunft führen.

Simona Lerach und Florian Freund

Wir freuen uns, mit Frau Lerach und Herrn Freund branchenerfahrene Nachfolger gefunden zu haben, die für diese Aufgabe optimal geeignet sind. Beide Kollegen sind bereits seit mehreren Jahren im Unternehmen tätig und bringen unserer Meinung nach den idealen Erfahrungsschatz mit, um die relyon plasma GmbH als mittelständisches, technologiegetriebenes Unternehmen positiv weiterzuentwickeln.

Um einen reibungslosen Übergang zu gewährleisten, wurde die Übergabe von Herrn Dr. Nettesheim an Frau Lerach und Herrn Freund im Hintergrund bereits seit längerer Zeit intern vorbereitet.

Wie bisher bleibt es unser täglicher Antrieb, Ihr führender Partner für Plasmaanwendungen zu sein. Das Ihnen bekannte Team der relyon plasma GmbH bleibt Ihnen natürlich erhalten.

Wir freuen uns auf den weiteren Dialog, vor allem aber auch die zukünftige Zusammenarbeit mit Ihnen und stehen Ihnen hierfür gerne zur Verfügung.

Produktabkündigung plasmacell P300 zum 31.12.2023

plasmacell

Hiermit informieren wir Sie über die Abkündigung des plasmacell P300 Basismoduls inkl. HMI mit Artikelnummer 1000608500, des plasmacell P300 Moduls integrierte Absaugung mit Artikelnummer 1000608600 und des plasmacell P300 Moduls Kompressor mit Artikelnummer 1000608700 zum 31.12.2023.

Die Produkte können ab diesem Zeitpunkt nicht mehr bestellt werden. Verschleißmaterialien erhalten Sie jedoch auch weiterhin bei uns.

Sollten Sie Rückfragen haben, können Sie sich jederzeit gerne über info-relyon@tdk.com an uns wenden.

MediPlas Anwendungen

MediPlas: mehr als ein einfacher Ozongenerator

Medizin | Zahnmedizin | Pharmazie | Verpackung | Lebensmittel

hose before ozone treatment
Schlauch vor Ozonbehandlung – Rückstände bleiben zurück
hose after ozone treatment
Schlauch nach Ozonbehandlung – Rückstände werden entfernt

Desinfektion und Sterilisation:

Ozon ist wirksam gegen Bakterien, Sporen, Pilze und Viren, selbst wenn sie in Biofilmen organisiert sind. Das hohe Oxidationspotenzial von Peroxiden und Ozon, in Kombination mit der Fähigkeit zur Denaturierung von Proteinen durch Salpetersäuren, führt zur Perforation der schützenden Zellmembranen, zur Acidifikation der pH-Werte von Biofilmen, zur teilweisen Oxidation organischer Moleküle (Peptide, Lipide), zur strukturellen Entfaltung und zur Schädigung von RNA und DNA. Salpetersäure kann auch aromatische Aminosäuren wie Tyrosin und Tryptophan nitrieren. Der synergistische Effekt der Oxidation (Ozon und Peroxide) und der Denaturierung erhöht die insgesamte Desinfektionsfähigkeit des Outputgases. Die Prozesskontrolle, wie Temperatur und Taupunkt, spielt eine entscheidende Rolle, wenn ein dünner Film aktiver Substanzen auf dem zu sterilisierenden Objekt kondensiert.

Geruchsbeseitigung:

Effektiv bei der Entfernung vieler flüchtiger organischer Komponenten mit unangenehmen Gerüchen aus der Luft. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die teilweise Oxidation zu potenziell schädlichen Nebenprodukten führen kann, die entweder vollständig oxidiert oder durch Filter absorbiert werden sollten. Ein idealer Ansatz besteht darin, die flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) auf einem porösen katalytisch aktiven Adsorbens zu erfassen und sie anschließend mit der Ausgabe von Mediplas abzubauen.

Bleichen:

Bleichmittel lässt organische Farben, wie beispielsweise Spuren von Tomaten oder Kaffee, Zigarettenkondensat usw., schnell verblassen. Eine mäßige Luftfeuchtigkeit kann den Bleichprozess beschleunigen.

Weitere Anwendungen:

  • Schädlingsbekämpfung
  • Pflanzenschutz
  • Düngung
  • Reinigung von Lebensmittel- oder medizinischen Flüssigkeitssystemen
  • Wasseraufbereitung

MediPlas Output

MediPlas: mehr als ein einfacher Ozongenerator

Medizin | Zahnmedizin | Pharmazie | Verpackung | Lebensmittel

dielectric discharge
Dielektrische Barriereentladung

Die Chemie der Plasmaentladung wird von zahlreichen Parametern beeinflusst, von denen nur einige unabhängig voneinander eingestellt werden können. Es wurden umfangreiche Daten zu diesem Thema gesammelt, die jedoch in dieser Diskussion nicht näher erläutert werden. Dennoch ist es möglich, für das gängige praktische Szenario, bei dem Luft als Arbeitsgas verwendet wird, die wichtigsten Betriebsmodi zu optimieren.

Grundlegende Ausgabechemie bei feuchter Luft, die durch den aktiven Mediplas Reactor strömt.

In der Regel können wir die verschiedenen Betriebsmodi wie folgt kategorisieren:

Hoher Ozon Output:

Erreicht wird dies bei Verwendung von reinem (trockenem) Sauerstoff, der beispielsweise durch Druckwechseladsorption (PSA) gewonnen wird. Die maximale Konzentration wird durch die Aufrechterhaltung eines kalten Reaktors mithilfe des integrierten Peltier-Kühlers und die Beibehaltung einer moderaten Leistungsdichte erreicht.

Wenn komprimierte trockene Luft verwendet wird, wird die beste Ozonkonzentration bei relativ niedriger Leistungsdichte und optimaler Kühlung erreicht. (Für ausführlichere Informationen siehe bitte die umfassende Anwendungsbroschüre und konsultieren Sie die Datenblätter.)

Hoher NOx Output:

Dieser Modus wird aktiviert, wenn komprimierte trockene Luft (CDA) durch den Reaktor geleitet wird und dabei die Temperatur und Leistungsdichte erhöht werden. In diesem Fall werden die Ozonwerte zugunsten einer steigenden Konzentration verschiedener Stickstoffoxide mit unterschiedlichen Oxidationsstufen (NO2, N2O4, N2O5) abnehmen.

Peroxidbildung:

Peroxide werden in Gegenwart von befeuchtetem Eingangsgas (Wasser) erzeugt. Diese Peroxide reagieren hochaktiv auf Ozon und Stickstoffoxide und dienen als Vorläufer für höhere Oxidationsstufen der Stickstoffoxide und die Bildung von Säuren.

Säurebildung:

Säurehaltige Verbindungen wie Salpetersäure (HNO2) und Stickstoffsäure (HNO3) werden in Gegenwart von Wasser und Stickstoffoxiden gebildet.

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Änderung unserer E-Mail-Adressen

Da wir noch näher an unseren Mutterkonzern TDK Electronics heranrücken und in dessen Kernstruktur eingebunden werden, ändern sich unsere E-Mail-Adressen ab Kalenderwoche 47/48.

Die relyon plasma GmbH bleibt jedoch als Ihr verlässlicher Partner für Plasmaanwendungen bestehen. Außer den E-Mail-Adressen ändert sich für Sie nichts im Kontakt mit uns – die gewohnten Ansprechpartner stehen Ihnen weiterhin gerne zur Verfügung.

Die neuen E-Mail-Adressen der einzelnen Kolleginnen und Kollegen sind wie folgt aufgebaut: Vorname.Nachname@tdk.com

Unsere weiteren E-Mail-Adressen ändern sich folgendermaßen:

Änderung E-Mail-Adressen

Wir haben übergangsweise weiterhin Zugriff auf unsere alten E-Mail-Adressen und eine Weiterleitung ist ebenfalls eingerichtet. Somit keine Sorge – Ihre Mails erreichen uns in jedem Fall.

Geben Sie diese Information gerne an Ihre Kolleginnen und Kollegen weiter.

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MediPlas Prinzip

MediPlas: mehr als ein einfacher Ozongenerator

Medizin | Zahnmedizin | Pharmazie | Verpackung | Lebensmittel

MediPlas Reactor

Dielektrische Barriereentladungsströmungsreaktoren zeichnen sich als äußerst effiziente Technologien für die Ozonerzeugung unter Verwendung von Sauerstoff als Grundlage aus. Wenn jedoch Umgebungsluft verwendet wird, wird die Chemie deutlich komplexer. Es sind mehrere konkurrierende Reaktionswege involviert und eine Mischung aus Ozon, Stickstoffoxidkomponenten, Salpetersäure und Peroxiden entsteht. Die Prozessparameter, die eine wesentliche Rolle bei der Bestimmung der Ausgangszusammensetzung spielen, sind:

  • die Zusammensetzung und Luftfeuchtigkeit des Einlassgases
  • die Leistungsdichte der dielektrischen Barriereentladung
  • die Amplitude der elektrischen Anregung
  • die Prozesstemperatur
Symbolische Darstellung des MediPlas-Systems
Symbolische Darstellung des MediPlas-Systems

Wir haben einen Reaktor entwickelt, der für typische Durchflussraten von 0 bis 10 Standardliter pro Minute (slm) ausgelegt ist und eine integrierte aktive Peltier-Kühlung enthält. Diese bietet eine ausgezeichnete Kontrolle über die Prozesstemperatur. Der speziell angepasste Antriebskreis kann die Leistungsdichte (über Pulsweitenmodulation, PWM) und die Amplitude der Anregungsspannung fein einstellen. Darüber hinaus verfügt der Driver über ein Rückkopplungssignal, das proportional zur Entladungsintensität ist.

Mit den MediPlasTM-Komponenten wird der Aufbau eines robusten, vielseitigen Ozonerzeugungssystems unkompliziert. Im Wesentlichen benötigen Sie lediglich eine Gleichstromversorgung und eine Gasversorgung, um das System in Betrieb zu nehmen.

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44. ak-adp Workshop

Von der Forschung zur anwendungsreifen Therapie

44. ak-adp Workshop

Vom 27.-28. September 2023 präsentiert der Anwenderkreis Atmosphärendruckplasma beim 44. ak-adp Workshop in Zusammenarbeit mit dem Nationalen Zentrum für Plasmamedizin e.V. und dem Gesundheitscampus Göttingen wieder innovative Plasmaanwendungen. Im Rahmen dieses Workshops wird Dr. Stefan Nettesheim einen Vortrag zum MediPlas™ System halten, das z.B. für die Desinfektion und Sterilisation entwickelt wurde.

Mittwoch, 27. September

13:00 Uhr

Eröffnung des Workshops

13:10 Uhr

Kaltes Plasma von Wundheilung bis Krebs –
die Rolle des Immunsystems

13:40 Uhr

Plasma-chemical characterisation of a dielectric barrier discharge for decontamination applications

14:10 Uhr

An alternative cold plasma treatment for therapy-resistant Keratitises

14:40 Uhr

Cold plasma deposition as a novel technology
for targeted cancer drug delivery

15:10 Uhr Kaffeepause

15:50 Uhr

Veterinärmedizinische Anwendungen im Bereich der
Plasmatechnologie

16:20 Uhr

Nicht-Invasives Physikalisches Plasma zur Prävention der Radiodermatitis beim Mammakarzinom

16:50 Uhr

Selektive Adhäsionsinhibition und Synergistische Wirkung von plasmaaktiviertem Medium und neuartigen Indirubin-Derivaten auf Hauttumorzellen

17:20 Uhr

Kombinierte Hautkrebsbehandlung mit kaltem Gasplasma und einem Chromon-Derivat zeigt synergistische Wirkung in vitro und in vivo

18:00 Uhr

Kulturelles Programm und Stammtisch

Donnerstag, 28. September

09:00 Uhr

Reduction of bacterial survival on the surface of F9 filters after cold atmospheric plasma treatment

09:30 Uhr

MediPlas: Mehr als ein einfacher Ozongenerator

10:00 Uhr

Vorklinische Ergebnisse einer neuartigen Plasmaquelle

10:30 Uhr Kaffeepause

11:00 Uhr

Einfluss von kaltem Plasma auf das Wachstum von Hirntumorzellen – Erste Ergebnisse und Perspektiven

11:30 Uhr

Mechanistische in vivo Untersuchungen zur Aufklärung der plasmainduzierten Mikrozirkulationssteigerung

12:00 Uhr

Das Patientenzimmer der Zukunft als Reallabor

12:30 Uhr Mittagsimbiss

13:00 Uhr

Mikrobiologische Analysen und Heilungserfolg nach kINPen MED Einsatz im Rahmen der Plasma-Therapie chronischer Wunden bei Patienten mit Diabetes mellitus

13.30 Uhr

Neues Verfahren zur Periimplantitisbehandlung – eine multizentrische Pilotstudie

14:00 Uhr

Vielversprechender Einsatz von kaltem Plasma in Pilotstudien zur Wundheilung und Rosazea

14:30 Uhr Finisher-Kaffee

15:00 Uhr

Mitgliederversammlung des NZPM

Teilnahmegebühr

Inkl. Teilnehmerunterlagen, Stammtisch und Pausenversorgung zzgl. MwSt. 350,00 Euro.

Wo?

Life Science Factory

Annastraße 27

37075 Göttingen

www.lifescience-factory.com/de/

Ansprechpartner

Dr. Kerstin Horn

c/o INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena

Tel.: +49 [0] 36 41 28 25 54, Email: info@ak-adp.de

Vorbehandlung mit Plasma in der Raketenentwicklung

Das Space Team Aachen verwendet den piezobrush® PZ3 für die Vorbehandlung mit Plasma in der Raketenentwicklung. In einem Anwendungsbericht gibt der studentische Verein Einblick in die Arbeit mit dem Handgerät und die erzielten Ergebnisse.

Space Team Aachen

Motivation für die Nutzung von Plasma

Beim Projekt STAHR (Space Team Aachen Hybrid Rocket) des Space Team Aachen e.V. wird eine studentische Experimentalrakete mit einem selbstentwickelten Hybridtriebwerk konstruiert. Betreut wird das Projekt vom DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) im Rahmen des STERN-Programms. Das STERN-Programm (Studentische Experimental-Raketen) des DLR bietet Studierenden der Luft- und Raumfahrttechnik an deutschen Hochschulen die Möglichkeit, eigene Raketenprojekte zu planen, zu bauen und vom Raumfahrtzentrum Esrange in Nordschweden zu starten. Die Rakete wird Ende 2024 starten und mit einer Geschwindigkeit von bis zu Mach 1,4 auf eine Flughöhe von mindestens 10 km fliegen. Dabei werden fast alle Bauteile vom Flugcomputer über das Triebwerk bis hin zu den strukturellen Komponenten selbst entwickelt.

Die Bauteile der beim Projekt STAHR entwickelten Experimentalrakete werdem mit Plasma vorbehandelt.
Abb. 1. Im Zuge des Projekts STAHR entwickelt das Space Team Aachen eine Experimentalrakete, die Ende 2024 starten soll.

Hauptelemente der Raketenstruktur sind die sogenannten Bodytubes. Dabei handelt es sich um Rohre aus kohlenstoff- und glasfaserverstärktem Kunststoff. Jede Raketensektion besteht aus jeweils einem Rohr. Verbunden werden die einzelnen Sektionen über in die Rohre eingeklebte Aluminium-Interfaces. Die Klebeverbindung vom Rohr zum Interface ist eine kritische Verbindung in der Rakete. Versagt sie, ist der Flug gescheitert.

Jede Raketensektion besteht aus jeweils einem Rohr aus CFK. Verbunden werden die einzelnen Sektionen über in die Rohre eingeklebte Aluminium-Interfaces (siehe Abbildung).
Abb. 2. Jede Raketensektion besteht aus einem Rohr aus CFK. Die einzelnen Sektionen werden über in die Rohre eingeklebte Aluminium-Interfaces (siehe Abbildung) verbunden.
Vorbehandlung mit Plasma in der Raketenentwicklung: der fertige Prototyp
Abb. 3. Der fertige Prototyp besteht aus einem Rohr aus kohlenstoff- und glasfaserverstärktem Kunststoff und einem Aluminium-Interface.

Um die bestmögliche Verbindungsfestigkeit zu erreichen, ist eine geeignete Oberflächenvorbehandlung der Klebeflächen unerlässlich. Im Rahmen einer Zugschertestreihe nach DIN 1465 am Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik (ISF) in Aachen haben wir zuerst verschiedene Vorbehandlungen getestet. Dabei haben sich Sandstrahlen am Aluminium-Interface und die Vorbehandlung mit Plasma am kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) als am besten geeignet erwiesen. Für die Plasmabehandlung haben wir am Institut das piezobrush® PZ3 Plasmahandgerät genutzt. Durch seinen kleinen Formfaktor ist das Gerät perfekt für den Einsatz innerhalb der Carbonfaser-Rohre der Rakete geeignet. Außerdem lässt es sich im Transportkoffer überall hin mitnehmen, was für uns wichtig ist, da wir an verschiedenen Instituten in Aachen arbeiten und somit mobil sein müssen.

Herstellung eines Sektions-Prototyps

Um die Struktur der Rakete experimentell zu validieren, haben wir einen Prototyp einer Raketensektion angefertigt. Der Prototyp besteht aus einem kohlenstofffaserverstärkten Rohr, das mit zwei Aluminium-Interfaces verklebt wird. Dabei ist das piezobrush® PZ3 Plasmahandgerät bei uns zum ersten Mal an einem richtigen Raketenbauteil zum Einsatz gekommen. Vor der Oberflächenbehandlung haben wir alle Klebeflächen gründlich mit Isopropanol gereinigt. Die Vorbehandlung der Innenseite des kohlenstofffaserverstärkten Rohrs hat sehr gut funktioniert. Durch die kompakte Größe des Geräts war die Oberflächenaktivierung innerhalb des Rohrs überhaupt erst möglich.

Für eine bessere Haftung im Raketenbau werden die CFK-Rohre mit dem Plasmahandgerät piezobrush® PZ3 vorbehandelt.
Abb. 4. Für eine bessere Haftung im Raketenbau werden die CFK-Rohre mit dem Plasmahandgerät piezobrush® PZ3 vorbehandelt.

Alternative Vorbehandlungsmethoden wie Lasern wären aufgrund des begrenzten Raums nur schwierig umsetzbar. Auf Empfehlung von Relyon Plasma haben wir das Gerät nicht nur zur Oberflächenaktivierung des kohlenstofffaserverstärkten Rohrs genutzt, sondern auch zur zusätzlichen Reinigung der gesandstrahlten Oberfläche des Aluminium-Interfaces. Hier hatten wir anfangs das Problem, dass das Gerät nach einigen Sekunden das Plasma abgeschaltet hat. Ein kurzer Blick in die Anleitung hat jedoch schnell Abhilfe geschaffen: Die Abschaltung ist eine Schutzfunktion, welche aktiviert wird, wenn das Gerät nicht innerhalb von fünf Sekunden Kontakt zum Bauteil bekommt. Unter Beachtung dieser Funktion hat die weitere Behandlung des Interfaces problemlos funktioniert. Ergebnisse der Testserie, für wir den Prototypen hergestellt haben, liegen noch nicht vor. Diese werden Ende August durchgeführt.

Auch die Aluminium-Interfaces können mit Plasma behandelt werden.
Abb. 5. Auch die Aluminium-Interfaces können mit Plasma behandelt werden.

Aufgrund der praktischen Handhabung und des für unsere Anwendung wichtigen kompakten Formfaktors haben wir die Nutzung des piezobrush® PZ3 Plasmahandgeräts fest in unseren Produktionsprozess integriert.

Über das Space Team Aachen

Das Space Team Aachen ist eine Vereinigung, die interessierten Studenten der RWTH und FH Aachen die Möglichkeit bietet, an wegweisender Raumfahrtforschung teilzuhaben. Das wachsende Team besteht derzeit aus mehr als 140 Mitgliedern, die sich mit der Entwicklung eigener Hybrid- und Flüssigkeitsraketentriebwerke beschäftigen. Die hochmotivierten Forscher nehmen mit ihren innovativen Entwicklungen auch an internationalen Raketenwettbewerben und arbeiten eng mit zahlreichen namhaften Partnern aus dem Hochschul- und Industriebereich zusammen.

Swiss Medtech Expo

Swiss Medtech Expo

Informationen zur Swiss Medtech Expo

Vom 12. bis 13. September 2023 öffnet die Swiss Medtech Expo in Luzern, Schweiz wieder ihre Tore. Die leitende Fachmesse dreht sich ganz um die Medizinbranche und ist die drittgrößte Messe auf dem europäischen Medtech-Markt. Vor Ort treffen sich etwa 170 Hersteller von Medizingeräten, System- und Komponentenlieferanten, Dienstleister und Forschungs- und Bildungsinstitute.

Schwerpunkte der Messe sind innovative Materialien, Oberflächen und Beschichtungen, Miniaturisierung, Regulatory Affairs, Smart Design & Engineering, Out-of-the-box Themen, Smart Fertigung, additive Fertigung und smarte Produkte. Die Messe und das Symposium mit Keynote-Vorträgen aus Wissenschaft, Technik und Industrie geben damit Einblick in den aktuellen medizinischen Wissensstand. Zeitgleich finden auf dem Messegelände auch die AM Expo und die AMPA statt.

Das MediPlas System auf Messe

Auch relyon plasma wird mit dem Mutterkonzern TDK Electronics vor Ort sein und das MediPlas System präsentieren. Das System besteht aus zwei Komponenten, einem Reaktor und einem Treiber. Bei der Verwendung erzeugt der Reaktor eine hohe Konzentration an ungiftigen Gasen, die zur Sterilisation medizinischer Geräte genutzt werden kann. Der Treiber dient dabei als Stromquelle für den Reaktor. Besuchen Sie uns gerne auf dem Messegelände Luzern in Halle 2 auf Stand F 2193a und erfahren Sie mehr über die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten des MediPlas Systems.

Termin vereinbaren >>

Weitere Informationen zur Messe finden Sie hier.

3. Chemistry World Conference

Vortrag zum MediPlas® System: Mehr als ein einfacher Ozongenerator

Vom 14. – 15. Juni 2023 findet in virtueller Form die 3. Chemistry World Conference statt. Thema ist „Modifying Chemistry with the Novelties that Accomplish Future Goals“. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der bedeutenden Beitrag der Chemie für den Fortschritt der Menschheit und für die Lösung grundlegender Probleme der heutigen Gesellschaft. Der renommierte Teilnehmerkreis setzt sich aus Führungskräften aus der Wirtschaft, Wissenschaftlern, Forschern, Chemikern, Chemieingenieuren und akademischen Fachleuten zusammen.

Dr. Stefan Nettesheim, Geschäftsführer von relyon plasma, wird am ersten Veranstaltungstag einen Vortrag zum MediPlas® System halten. Dieser unterstreicht, dass es sich dabei um mehr als um einen einfachen Ozongenerator handelt.

Abstrakt zum Vortrag

Mithilfe des Abstrakt können Sie sich vorab einen Einblick verschaffen, welche Inhalte Sie beim Vortrag erwarten:

Durchflussreaktoren mit dielektrischer Barrierenentladung gehören zu den effizientesten Technologien zur Herstellung von Ozon auf der Basis von Sauerstoff. Bei der Verwendung von Umgebungsluft wird die Chemie wesentlich komplexer und umfasst viele konkurrierende Reaktionswege, so dass ein Gemisch aus Ozon mit Stickoxidkomponenten, Salpetersäuren und Peroxiden entsteht. Die Prozessparameter, die bis zu einem gewissen Grad die Zusammensetzung des Ergebnisses bestimmen, sind: Zusammensetzung und Feuchtigkeit des einströmenden Gases, Leistungsdichte der dielektrischen Barriereentladung, Amplitude der elektrischen Anregung und Prozesstemperatur.

Wir haben einen Reaktor für typische Flussraten von 0-10 slm mit integrierter aktiver Peltier-Kühlung entwickelt, der eine hohe Kontrolle über die Prozesstemperatur bietet. Die speziell angepasste Treiberschaltung kann die Leistungsdichte (über PWM) und die Amplitude der Erregerspannung einstellen. Der Treiber enthält auch ein Feedback-Signal, das proportional zur Entladungsintensität ist. Ein gut definierter Ausgang einschließlich sehr hoher Ozonkonzentrationen von mehr als 30.000 ppm kann mit sehr hoher Stabilität erreicht werden.

Für einige Sterilisations- und Medizinanwendungen konnten wir jedoch zeigen, dass der Sweet Spot für die Keimabtötung nicht unbedingt der Betriebspunkt der höchsten Ozonkonzentration ist, sondern dass die Stickoxidarten in Kombination mit Feuchtigkeit und Peroxiden eine entscheidende Rolle spielen. Die in diesem Beitrag beschriebenen Komponenten lassen sich leicht in verschiedenste Systeme integrieren und können gezielt gesteuert werden, um die gewünschten Effekte zu optimieren.

Mehr Informationen zur Chemistry World Conference finden Sie hier.

Effektive Plasmavorbehandlung vor dem Verkleben von Kunststoffen

Plasmavorbehandlung vor dem Verkleben

Eine Plasmavorbehandlung verbessert die Qualität von Klebeergebnissen deutlich. Die bei Regiotape verwendete Plasmatechnik beruht auf dem Kaltplasmaprinzip. Hierbei werden elektrische Lichtbögen durch eine piezoelektrische Direktentladung erzeugt, die die zu behandelnde Oberfläche effektiv bearbeitet und behandelt. Durch Plasma funktionalisierte Oberflächen weisen eine deutliche Haftverbesserung auf und können auf einer Vielzahl von Materialien wie z.B. Metallen, Kunststoffen, Glas, Keramik, Holz und Textilien eingesetzt werden. Je nach Werkstoff erreicht man durch eine Plasmavorbehandlung eine Erhöhung der Haftkraft von bis zu 132 Prozent. 

Regiotape arbeitet in verschiedenen Bereichen mit dem piezobrush® PZ3 von relyon plasma. Das Unternehmen setzt das Handgerät zur Vorbehandlung von Kundenmaterialien, zur Haftverbesserung und Ermittlung der passenden Klebebänder und Klebstoffe und zur Reinigung von Oberflächen vor dem Verkleben ein.

Hierfür stehen das Modul Standard für elektrisch nicht-leitfähige Materialien oder das Modul Nearfeld für ekektrisch leitfähige Materialien zur Verfügung, die je nach Fertigungsaufbau, Kundenanforderungen, Behandlungsfläche und Material zum Einsatz kommen. 

Durch immer neue Oberflächen, die im Automotive-, Aero-, Consumer- und Kunststoffbereich eingesetzt werden, haben sich die Anforderungen hinsichtlich der Verarbeitung und Verklebung in den letzten Jahren stark verändert. Neue Kunststoffmaterialien wie z.B. Carbon, Wood-Plastic-Composite (WPC), verschiedene Polyamide (PA) sowie niederenergetische Werkstoffe (PE, PP etc.) werden aus Design- und Kostengründen immer mehr mit der Klebetechnik verbunden. Da die Oberflächen jedoch für die Verankerung der Klebebänder und Klebstoffe teilweise eine schlechte Haftung bieten, ist die Bearbeitung der Oberfläche vor dem Verkleben maßgeblich für den Erfolg der Verklebung entscheidend.

Hier haben wir durch die Firma relyon plasma von einer Möglichkeit erfahren, die eine einfache und deutliche Erhöhung der Haftfähigkeit durch eine Plasmabehandlung möglich macht. Die Niedervolt-Kaltplasmageräte von relyon plasma sind ideal zur Konditionierung kritischer Oberflächen und zeigen eine hervorragende Haftungsverbesserung auf den genannten und vielen weiteren Oberflächen. Wir nutzen die Plasmageräte jetzt zur Verarbeitung von Serienaufträgen und zur Ermittlung von Haftungsanforderungen auf den verschiedensten Materialien und werden durch die positiven Ergebnisse immer wieder überrascht.Frank Hebel, Geschäftsführer der Regiotape GmbH

Effiziente Plasmavorbehandlung vor dem Verkleben

Ein Beispiel zeigt die Vorbehandlung mit Plasma von PA 6.6. Eine Vorbehandlung mit Plasma erzielte eine Klebkraftverbesserung (Haftfähigkeit des 2K-Klebers) von 60 Prozent. 

Plasmavorbehandlung von PA 6.6 mit dem piezobrush PZ3
Die Vorbehandlung von PA 6.6 führt zu einer Klebkraftverbesserung von + 60%

Ein weiteres Beispiel zeigt die Plasmabehandlung an einer Carbon-Fahrradgabel, um die Haftfähigkeit für einen 2K-Kleber, der zum Einsetzen der Kugellagerschale verwendet wird, zu erhöhen. Zum Einsatz kam der piezobrush® PZ3 in Verbindung mit dem Modul Nearfield für leitende Oberflächen. Durch diese Plasmavorbehandlung erhöhte sich die Haftfähigkeit auf der Carbonaufnahme um mehr als 50 Prozent.

Vorbehandlung einer Carbon-Fahrradgabel mit dem Nearfield Modul

Über Regiotape

Die Regiotape GmbH ist ein herausragender Anbieter für Klebebandlösungen mit mehr als 28 Jahren Erfahrungsschatz. Das Unternehmen legt besonderen Wert auf Innovationskompetenz, Kundenorientierung und technologisches Know-How. Neben einem breiten Produktportfolio, bestehend aus über 1.200 verschiedenen Klebebändern, Klebstoffen und Arbeitsschutzprodukten, bietet der Klebespezialist auch Dienstleistungen wie die Plasmavorbehandlung an.

www.regio-tape.de

43. ak-adp Workshop

Industriedialog für Nachhaltigkeit – Plasmatechnologie in Best-Practice-Beispielen

Teilnahme von relyon plasma am 43. ak-adp Workshop

Vom 26.-27. April 2023 präsentiert der Anwenderkreis Atmosphärendruckplasma beim 43. ak-adp Workshop wieder innovative Plasmaanwendungen zur Haftungsverbesserung. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf dem Thema Nachhaltigkeit. Im Rahmen dieses Workshops wird Markus Mayer, Anwendungstechniker von relyon plasma, im Zuge des Wettbewerbs #ZukunftADP 2021 einen Vortrag zur Integrationslösung piezobrush® PZ3-i halten.

Mittwoch, 26. April

13:00 Uhr

Eröffnung des Workshops

13:15 Uhr

Plasmavorbehandlung für nachhaltigere Produktion

13:45 Uhr

Evaluierung biobasierter Kunst- und Klebstoffe für den Leichtbau

14:15 Uhr

Plasmachemische Oxidation von Magnesiumbauteilen für den Einsatz im optischen Gerätebau

14:45 Uhr t.b.a.

15:15 Uhr Kaffeepause

16:00 Uhr

Plasmafunktionalisierung von Naturfasern und Biopolymerfasern für die Compoundherstellung

16:30 Uhr

Plasmaanwendungen für die Landwirtschaft: Potenziale und Herausforderungen

17:00 Uhr

Produktionsbegleitende optische Prüfung ultradünner SiOx-Beschichtungen

17:00 Uhr

Wirtschaftsspionage und Computersicherheit – Risiken in einer vernetzten Welt – Ihre Daten sind bestimmt sicher, oder?!

19:00 Uhr Stammtisch

Donnerstag, 27. April

09:00 Uhr

Wettbewerb #ZukunftADP – Rückblick 2021

11:00 Uhr Kaffeepause

11:45 Uhr

Wettbewerb #ZukunftADP – Ausschreibung II

13:00 Uhr Mittagsimbiss

14:00 Uhr

Spezial-Führung durch Teile des Museums mit dem Schwerpunkt „Oberflächen von Museumsobjekten aus Metall und deren Vorteile/Nachteile hinsichtlich Erhalt/Restaurierung“

Teilnahmegebühr

Inkl. Teilnehmerunterlagen, Abendprogramm und Pausenversorgung zzgl. MwSt. 300,00 Euro.

Wo?

Grassi-Museum

Johannisplatz 5-11

04103 Leipzig

https://www.grassimak.de/

Ansprechpartner

Dr. Kerstin Horn

c/o INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena

Tel.: +49 [0] 36 41 28 25 54, Email: info@ak-adp.de

Anwendung der Plasmabrücke zur Erdung von leitfähigen Substraten

Autoren: Dariusz Korzec, Markus Hoffmann und Stefan Nettesheim

Datum: März 2023

Abstract

Ein Atmosphärendruck-Plasmastrahl (APPJ) wurde durch einen gepulsten atmosphärischen Lichtbogen (PAA) auf eine elektrisch leitende Oberfläche übertragen. Er wurde mit einer mittleren Leistung von 700 W, einer Pulsfrequenz von 60 kHz und einem Gasgemisch aus N2 und H2 betrieben. Die Durchflussgeschwindigkeit des Gasgemisches lag bei 30 bis 70 SLM. Dazu wurde der plasmabrush® PB3 verwendet. Es zeigte sich, dass die zwischen dem geerdeten Injektor und elektrisch leitenden und schwebenden Substraten gezündete Plasmabrücke zur elektrischen Erdung von leitfähigen Substraten verwendet werden kann. Dies ermöglichte die Lichtbogenübertragung auf solche Substrate.

Die Plasmabrücke war bei einem Argonfluss durch den Injektor von 3 bis 10 SLM stabil. Die Länge lag zwischen 5 und 15 mm. Der Strom der Plasmabrücke betrug 350 mA. Die Kupferkontaktflächen auf einer Aluminiumoxid-Elektronikplatine wurden mit der Plasmabrücke behandelt, die durch Ar-Injektion zur Erdung. Zunächst wurde mit einem Plasmastrahl aus komprimierter trockener Luft (CDA) eine Oxidschicht von etwa 65 nm aufgewachsen. Anschließend wurde diese Schicht mit einer Geschwindigkeit von 4 cm2/s durch einen 95/5-Gasplasmastrahl (95 % N2 und 5 % H2) Plasmastrahl.

Versuchsaufbau zur Erdung von leitfähigen Substraten
Abb. 1. Aufbau für die Untersuchung der Plasmabrücke zur Erdung von leitfähigen Substraten.

Einleitung

Der Atmosphärendruck-Plasmastrahl (APPJ) in seinen zahlreichen Varianten ist eine Art kaltes atmosphärisches Plasma (CAP) oder Atmosphärendruck-Plasma (APP), das in Forschung und Industrie weit verbreitet ist. Der Niedertemperatur-Lichtbogenstrahl hat aufgrund seiner hohen lokalen Plasmadichte ein hohes Potenzial für die Materialbearbeitung. Die gängige Methode zur Lichtbogenstabilisierung in Niedertemperatur-Lichtbogenstrahlen ist ein Gaswirbel. Die physikalischen, elektrischen und materiellen Eigenschaften solcher Jets wurden untersucht. Es wurden zahlreiche Anwendungen beschrieben, z. B. die Modifizierung der Oberfläche von Polymeren zur Verbesserung der Haftung, z. B. Polyethylen, glasfaserverstärktes Polypropylen oder Polydimethylsiloxan (PDMS). Darüber hinaus können auch Metalloberflächen behandelt werden. Eine Oberflächenmodifikation zur Verbesserung der hydrophilen Eigenschaften von rostfreiem Stahl, der mit einem N2-O2-Plasmastrahl bei Atmosphärendruck behandelt wurde, wurde gezeigt. Auch lackierte oder polymerbeschichtete Metalloberflächen können erfolgreich behandelt werden. Ein zunehmend interessantes Material für die Oberflächenbehandlung ist Glas. Weitere Anwendungen sind Oxidation und Schnellglühen.

Der in dieser Studie verwendete Plasmagenerator gehört zu den gepulsten atmosphärischen Lichtbogenplasma Plasmastrahlen (PAA-PJs). Sein Unterscheidungsmerkmal ist die Erzeugung des Lichtbogens durch HV-Pulse im kHz-Bereich mit Spannungen bis zu 15 kV für die Zündung und im Bereich von 500 V bis 3000 V für die Aufrechterhaltung des Plasmas. Kürzlich wurde die Physik mit Laserstreutechniken und optischer Spektroskopie untersucht. Der Einfluss der Pulsamplitude und -frequenz auf die Eigenschaften des PAA-PJ wurde untersucht.

Diffuser Plasmamodus

Der PAA-PJ kann im diffusen oder fokussierten Plasmamodus betrieben werden. Die häufigste Anwendung des diffusen Modus ist die Aktivierung verschiedener Oberflächen zur Erhöhung der freien Oberflächenenergie (SFE) von Polymeren zur Verbesserung der Lackierbarkeit oder der Klebeeigenschaften oder zum Gießen. Die Verbesserung der Klebeeigenschaften von Haftklebern auf Beschichtungen von Weißwaren durch Atmosphärendruck-Plasmabehandlung wurde nachgewiesen. Ein weiteres Beispiel ist die Oberflächenmodifikation von Kohlenstofffasern. Eine starke Erhöhung der Benetzung wurde nach einer Stickstoffplasmabehandlung von Gas, PI und PET vor dem Aerosol-Jet-Druck beobachtet. Die Erhöhung zeichnet sich durch eine Verringerung des Kontaktwinkels aus, was zu einer Verbreiterung der gedruckten elektrischen Kontakte führt. Die Verbesserung der mechanischen Scherfestigkeit von Klebeverbindungen auf PAA-PJ-behandelten aerosol-jet-gedruckten Pads wurde dokumentiert. Die Eignung des PAA-PJ zur Bakterieninaktivierung auf temperaturempfindlichen Oberflächen wurde am Beispiel von Geobacillus stearothermophilus-Sporen nachgewiesen.

Die hohe Energiedichte in der Bogenzone ermöglicht den Einsatz des PAA-PJ für Beschichtungsprozesse. Eine Abscheiderate von Zinkoxid von 1,29 nm/s wurde unter Verwendung einer vernebelten ZnCl2-Lösung nachgewiesen. Diese Lösung wurde in den Abstrom des Stickstoffplasmastrahls gesprüht. Das PAA-PJ kann für die Beschichtung von Polyethylen niedriger Dichte, das Fluxen von Leiterplatten, Beschichtung von Holz mit Polyester oder TiO2 und die Beschichtung von kreisförmigen Wismutoxid Tröpfchen verwendet werden.

Fokussierter Plasmabetrieb

Der Begriff fokussierter Plasmabetrieb wird für einen Betrieb des PAA-PJ verwendet, bei dem der Hochspannungsbogen von der geerdeten Düse auf ein geerdetes, elektrisch leitendes Substrat übertragen wird. Unter diesen Bedingungen wird ein dichtes Plasma direkt an der Substratoberfläche erzeugt. Der übertragene Lichtbogen hat sich als effizient für die Reinigung, Entschmierung, Oxidreduzierung, Aufrauhung oder Entlackung von Metalloberflächen erwiesen. Der Mechanismus der Haftverbesserung ist hauptsächlich chemisch, aber auch eine Erhöhung der Oberflächenrauheit ist beteiligt. Ein weiterer Vorteil des übertragenen Lichtbogens besteht darin, dass keine Erosion der Düse auftritt. Folglich kann die Lebensdauer der Düse verlängert werden. Die Anwendbarkeit dieser Betriebsart wird dadurch eingeschränkt, dass das Substrat mit der elektrischen Masse verbunden sein muss. Das ist nicht immer möglich.

In dieser Studie wurde gezeigt, wie eine elektrisch schwebende Oberfläche, die durch einen übertragenen Lichtbogen aufgeladen wird, mit Hilfe einer Plasmabrücke geerdet werden kann. Ursprünglich bezog sich der Begriff Plasmabrücke auf das Niederdruckplasma, das für die Neutralisierung eines Ionenstrahls verwendet wird. In diesem Beitrag ist damit jedoch die Gasentladung gemeint, die bei Atmosphärendruck in einem Gas mit niedriger Durchbruchspannung wie Argon gezündet wird, um eine hochleitende elektrische Verbindung zwischen dem Substrat und dem geerdeten Gasinjektor herzustellen. In diesem Beitrag werden die grundlegenden Eigenschaften einer solchen Plasmabrücke erörtert. Die Reduktion von oxidierten Kupferkontaktpads, die auf einer Keramikplatte verteilt sind, demonstriert die technologische Anwendbarkeit einer solchen Plasmabrücke.

Fokussiertes Plasma und Plasmabrücke, die das Substrat erdet.
Abb. 2. Bild des fokussierten Plasmas und des Plasmastrahls, der das Substrat erdet.

Fazit zur Erdung von leitfähigen Substraten

Wird der PAA-PJ zur Behandlung von elektrisch leitenden Substraten verwendet, kann der übertragene Lichtbogen nur auf elektrisch geerdeten Oberflächen entstehen. In einigen Fällen sind die leitenden Oberflächen, z. B. Kontaktpads von Elektronikplatinen, als elektrisch schwebend konstruiert. In dieser Studie wurde gezeigt, dass für die Erdung von schwebenden Elektroden die in Argon gezündete Plasmabrücke verwendet werden kann. Die Plasmabrücke kann durch Fluten der Kontaktfläche mit Argon aus einem elektrisch leitenden und geerdeten Injektorrohr erreicht werden. Die Plasmabrücke wurde gezündet, weil ohne Erdung das Potenzial des elektrisch schwebenden Substrats auf mehrere hundert Volt anstieg. Dieser Anstieg reichte für einen Gasdurchbruch in Argon zwischen dem Substrat und dem Injektor aus. Nach der Zündung kann die Plasmabrücke auch ohne das Substrat zwischen dem Injektor und dem Hochspannungsbogen aufrechterhalten werden.

Die Etablierung der Plasmabrücke war für Argonflüsse zwischen 3 und 10 SLM möglich. Bei einem Argonfluss unter 3 SLM kann die Plasmabrücke nicht aufrechterhalten werden. Bei solch niedrigen Flüssen dehnt sich der Argonfluss nicht ausreichend aus, um das Substrat zu erreichen und die elektrische Lücke zwischen dem vorgespannten Substrat und dem Injektor zu schließen. Die Plasmabrücke kann bei einem Argonfluss von über 10 SLM nicht aufrechterhalten werden. Der mögliche Grund dafür ist der Übergang des Argonflusses von laminar zu turbulent. Dieser führt zu einer Unterbrechung der Entladung der Argonbrücke.

Anwendungsbeispiel

Als Anwendungsbeispiel wurde die Reduktion von oxidierten Kupferkontaktflächen auf Aluminiumoxidplatten durch die Bildung von Gas 95/5-Plasma untersucht. Für die Erdung der Kontaktflächen wurde die Argonplasmabrücke verwendet. Die Kontaktpads auf der Elektronikplatine wurden ohne Beschädigung der Elektroden oder des Lötstopplacks oxydfrei gemacht. Trotz der nicht leitenden Zwischenräume zwischen den Kontaktpads erlosch die Plasmabrücke während der gesamten Dauer der Behandlung der Elektronikplatine nicht. Die Kupferoxidschicht mit einer Dicke von etwa 66 nm auf einer Leiterplatte mit einer Fläche von 210 cm2 konnte innerhalb eines 2-minütigen Prozesses reduziert werden. Dabei wurde die Bearbeitungsgeschwindigkeit von 4 cm2/s erreicht. Für das typischerweise viel dünnere native Oxid konnte die Prozessgeschwindigkeit um eine Größenordnung gesteigert werden.

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Einfluss von nicht-thermischem Plasma und zwei etablierten Oberflächenbehandlungen

auf die Scherhaftung von PAEKs auf Kompositharz

Autoren: Dede, D. Ö., Ercan, U. K., Küçükekenci, A. S., Kahveci, Ç., Özdemir, G. D. & Bağış, B.

Publikation: Influence of non-thermal plasma systems and two favorable surface treatments on the shear bond strength of PAEKs to composite resin, Journal of Adhesion Science and Technology, 2022, 36 (7), 748-761.

Zuerst veröffentlicht: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/01694243.2021.1936784

Zusammenfassung:

Die Polymere Polyetheretherketon (PEEK) und Polyetherketonketon (PEKK) sind Teil der Polyaryletherketone (PAEK). Aufgrund ihrer Biokompatibilität und knochenähnlichen mechanischen Eigenschaften sind sie von großem Interesse für (Zahn-)Implantate. Die physische und chemische Inertheit der Substanzen bringt allerdings auch Herausforderungen in deren Verarbeitung mit sich.

Das Ziel dieser Studie war es deshalb, die Einflüsse von nicht thermischem Plasma (NTP) auf die Scherhaftung und Oberflächenrauigkeit von PEEK und PEKK in Kompositharz zu untersuchen. Dabei wurden die Polymere teilweise durch Sandstrahlen oder durch Ätzen mittels Schwefelsäure vorbehandelt. Zum Vergleich gab es auch unbehandelte Materialien.

Das NTP wurde in der Studie basierend auf zwei Technologien erzeugt: durch dielektrische Barriereentladung (DBD) und mit piezoelektrischer Direktentladung (PDD) mit dem piezobrush® PZ2.

Einfluss von Plasma auf die Scherhaftung von PAEKs auf Kompositharz
Abb. 1: Erzeugung von NTP auf Basis von dielektrischer Barriereentladung (links) und piezoelektrischer Direktentladung durch den piezobrush® PZ2 (rechts).

Die Vorbehandlung der insgesamt fast 300 PEEK- und PEKK-Substrate (7 mm x 7 mm x 3 mm) wurden in jeweils 9 unterschiedliche Gruppen aufgeteilt. Darunter befanden sich eine Kontrollgruppe, die Vorbehandlungen der Substrate nur durch Plasma (DBD und PDD), durch Sandstrahlen mit siliziumoxidbeschichteten Aluminiumoxidpartikeln und durch Ätzen mittels hochkonzentrierter Schwefelsäure. Ebenfalls wurden Sandstrahlen und Ätzen jeweils mit einer der beiden Methoden zur Erzeugung von NTP (DBD und PDD) kombiniert.

Die höchste Scherhaftung für PEEK wurde an den mit Schwefelsäure geätzten Substraten mit einem Wert von 20,29 ± 2,31 MPa erzielt (Kontrollgruppenwert: 8,54 ± 0,81 MPa). Für PEKK war Sandstrahlen die effektivste Methode und erhöhte die Scherhaftung auf 18,91 ± 1,09 MPa (Kontrollgruppenwert 8,68 ± 0,61). Eine Behandlung mit dem piezobrush® PZ2 führte zu einem Anstieg auf 11,37 ± 0,53 MPa (PEEK) und 11,28 ± 1,11 MPa (PEKK). Das durch DBD erzeugte Plasma sorgte für keine signifikante Erhöhung. Die Kombinationen aus Sandstrahlen mit Plasma und Ätzen mit Plasma ließen die Werte für Scherhaftung ebenfalls ansteigen. 

Die Oberflächenrauigkeiten von PEEK und PEKK erhöhte sich für beide Polymere nur beim Sandstrahlen. Bei einer Behandlung mit PDD und DBD erhöhten sie sich nicht. Nach dem Ätzen waren die Oberflächenrauigkeiten sogar geringer. Auffällig ist, dass eine Plasmabehandlung die Grundstruktur der Polymere allein nicht veränderte, wohingegen das Sandstrahlen einen stark aufrauenden Effekt hatte. Durch das Ätzen waren diese Unregelmäßigkeiten eher rückgängig, wobei nach anschließender PDD-Behandlung kleine Hohlräume entstanden (vgl. SEM- Aufnahmen in Abb. 2 unten rechts).

SEM Aufnahmen von PEEK nach den Oberflächenbehandlungen
Abb. 2: SEM-Aufnahmen von PEEK nach den Oberflächenbehandlungen. (A) Kontrollgr.; (B) DBD; (C) PDD; (D) Sandstrahlen; (E) Sandstrahlen + DBD; (F) Sandstrahlen + PDD; (G): Ätzen; (H): Ätzen + DBD; (I): Ätzen + PDD; Für PEKK waren die Ergebnisse ähnlich.

Mit den bereits etablierten Methoden Sandstrahlen und Ätzen lassen sich gute Ergebnisse für die Erhöhung der Scherhaftung erzielen. Für Anwendungen im klinischen Bereich sind deren invasiven und toxischen Eigenschaften aber oft kritisch. Abhilfe kann dabei Plasma schaffen. Vor allem die Behandlung mit dem piezobrush® PZ2 hat in dieser Studie zu einer signifikanten Erhöhung der Scherhaftung geführt. Dabei kann auf Verbrauchsmaterialien verzichtet werden.

Fazit:

Die Studie hat gezeigt, dass eine Oberflächenbehandlung mit nicht-thermischem Plasma von PAEKs mit dem piezobrush® PZ2 vor dem Verkleben auf Kompositharz eine Erhöhung der Scherhaftung ermöglicht. Obwohl bereits etablierte Methoden gute Resultate erzielen, ist die Aktivierung durch ein kompaktes Handgerät ohne die Verwendung von toxischen Verbrauchsmaterialien durchaus attraktiv und hat erheblichen Einfluss.

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Behandlung mit Atmosphärendruck-Plasma

Auswirkungen der Behandlung auf die Klebeverbindungen von Metalloberflächen

Autoren: Öyküm Kanbir, Emel Taşyakan, Kadir Çavdar

Publikation: Metal malzeme yüzeylerinin yapıştırma işlemlerinde atmosferik basınçlı plazma uygulamasının etkisi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38 (2), 665-678. DOI: 10.17341/gazimmfd.1025228

Zuerst veröffentlicht: https://dergipark.org.tr/tr/pub/gazimmfd/issue/72928/1025228

Zusammenfassung

Der folgende Text fasst die türkische Studie zur Auswirkung einer Atmosphärendruck-Plasmabehandlung auf die Klebeverbindungen von Metalloberflächen zusammen. Die Plasmabehandlungen wurden mit dem piezobrush® PZ2 durchgeführt.

Anwendungen mit Atmosphärendruckplasma (APP) sind heute in vielen Bereichen präsent. Sie sind schnell und stabil auf Materialoberflächen anwendbar und bieten viele Vorteile gegenüber Plasmaanwendungen im Vakuum. Mit APP ist es möglich, die Oberflächenenergien und das Adhäsionsverhalten von Materialien zu verbessern. In dieser Studie wurde die Wirkung der Anwendung von Atmosphärendruckplasma auf die Festigkeit der Klebeverbindung von verzinkten Stählen (H300LAD) und nicht verzinkten Stählen (H300LA) untersucht. Als Versuchsparameter wurden zwei verschiedene Werkstoffe, zwei verschiedene Klebstoffe und drei verschiedene Plasmaauftragsgeschwindigkeiten bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass die APP-Anwendung eine Verbesserung des Metallverbindungsprozesses bewirkt.

Darstellung des piezobrush PZ2 für die Oberflächenaktivierung

Die Kontaktwinkel der aus verzinktem und unverzinktem Stahlmaterial hergestellten Testproben wurden mit Wassertropfen gemessen, und die relativen Oberflächenspannungen wurden mit dem Tintentest bestimmt. Diese Daten wurden mit den nach der APP-Behandlung erhaltenen Daten verglichen und die Auswirkungen der Plasmabehandlung auf die Oberflächeneigenschaften wurden untersucht. Die mit unterschiedlichen Plasmageschwindigkeiten und verschiedenen Klebstoffen hergestellten Prüfkörper wurden einem Zugversuch unterzogen. Anhand der gewonnenen Daten wurden die Auswirkungen der Plasmabehandlung auf die Haftfestigkeit der Materialien bewertet.

Änderungen der Oberflächenbenetzbarkeit

Nach der APP-Behandlung wurde eine Verbesserung der Oberflächenbenetzbarkeit von ca. 69 % bei dem verzinkten Material und 34 % bei dem nicht verzinkten Stahlmaterial erreicht. In der Versuchsgruppe (M1 Y2 V3) erhöhte sich die Haftfestigkeit nach der APP-Behandlung um das 4,38-fache, wobei der größte Anstieg erzielt wurde. Die geringste Zunahme der Haftfestigkeit wurde in der Versuchsgruppe (M1 Y1 V1) mit einer Zunahme um das 1,74-fache erzielt. Es ist zwar klar, dass die Haftfestigkeit mit steigender Plasmageschwindigkeit zunimmt, aber der bemerkenswerteste Anstieg ist die 39%ige Erhöhung der Haftfestigkeit, die durch die Änderung der Geschwindigkeit von V1 auf V3 bei verzinktem Stahl erzielt wurde.

Fazit

Es wurde festgestellt, dass die Anwendung von APP die Oberflächenenergie von verzinktem Stahl und nicht verzinktem Stahl erhöht und dadurch das Haftungsverhalten von Metallen verbessert. Dieser Unterschied kann durch unterschiedliche Versuchsparameter noch vergrößert werden. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Plasmageschwindigkeit die Oberflächenenergie sehr effektiv verändert.

Die komplette Publikation auf türkisch können Sie hier lesen.

In-Vitro-Studie von kalt atmosphärischem Plasma

gegen Bakterien und Biofilmen im Zusammenhang mit parodontalen oder periimplantären Erkrankungen

Autoren: Jungbauer G., Favaro L., Müller S., Sculean A. & Eick S.

Publikation: The In-Vitro Activity of a Cold Atmospheric Plasma Device Utilizing Ambient Air against Bacteria and Biofilms Associated with Periodontal or Peri-Implant Diseases, Antibiotics, 2022, 11(6), 752.

Zuerst veröffentlicht: https://www.mdpi.com/2079-6382/11/6/752

Zusammenfassung:

Konventionell wird der bei parodontalen und periimplantären Erkrankungen entstehende Biofilm mechanisch abgetragen und mit Beigabe von Antibiotikum behandelt. Durch den allgemein hohen Einsatz von Antibiotika ist eine Suche nach alternativen Behandlungsmethoden erforderlich, wobei hierbei eine Behandlung mit kalt atmosphärischem Plasma (KAP) neue Methode ein vielversprechendes Potential aufweist. 

Das Ziel der In-Vitro-Studie war es, die Auswirkung von KAP auf eine log10-Stufen-Reduktion von koloniebildenden Einheiten (KbE) unterschiedlicher planktonischer Bakterienspezies zu untersuchen. Eine Behandlung von Multispezies-Biofilmen fand ebenfalls statt. Des Weiteren wurde die Adhäsion von gingivalen Fibroblasten auf Dentin- und Titanproben vor und nach der Plasmabehandlung betrachtet.        

In der Studie wurde zur Erzeugung von KAP der piezobrush® PZ3 mit dem Modul Nearfield von relyon plasma verwendet, der ursprünglich für nicht-medizinische Anwendungen entwickelt wurde. Abbildung 1 zeigt den experimentellen Aufbau. Das durch eine Kombination aus piezoelektrischer Direktentladung und dielektrischer Barriereentladung entstehende Plasma wurde durch eine Erdung effizient auf das Substrat entladen. Es erreichte bei einer Leistungsaufnahme beschränkt auf 8 W eine Temperatur von etwa 50 °C, wobei der Behandlungsabstand 2 mm betrug.

Experimenteller Aufbau für die Verwendung von Plasma bei parodontalen oder periimplantären Erkrankungen
Abb. 1. Experimenteller Aufbau für die Auswirkung von KAP auf planktonische Bakterien und Biofilme; DBD: Dielectric Barrier Discharge.

Die bakterizide Wirkung von KAP wurde auf insgesamt 11 Bakterienspezies (u.a. P. gingivalis, T. forsythia, und F. alocis) untersucht.  Die Behandlungszeiten beliefen sich auf 10, 30, 60, und 120 s. Im Vergleich zu den unbehandelten Proben konnte eine Reduktion von ≥3 log10 KbE bei 10 von 11 Bakterienspezies bereits nach 30 s festgestellt werden, nach 120 s konnte die Detektionsschwelle an KbE von 8 der 11 Spezies unterschritten werden.

Anzahl der koloniebildenden Einheiten, der Masse und der Metabolischen Aktivität von Multispezies Biofilmen auf Dentin
Abb. 2. (A) Anzahl koloniebildende Einheiten (KbE), (B) Masse, (C) Metabolische Aktivität von Multispezies-Biofilmen auf Dentin nach 30 s, 60 s und 120 s Behandlungszeit.

Ein starker Einfluss auf Biofilme konnte durch Versuche mit KAP ebenfalls aufgezeigt werden. Diese wurden aus den bereits untersuchten planktonischen Bakterienspezies kultiviert. Abbildung 2 zeigt die Versuchsergebnisse auf Dentin. Die Anzahl an KbE der unbehandelten Biofilme war im Mittel >8 log10, wobei ein stark zeitabhängiger Rückgang durch die Plasmabehandlung festgestellt wurde. Nach 120 s fand eine mittlere Reduktion von 2,43 log10 statt. Die Biofilmmasse änderte sich im Gegensatz zur metabolischen Aktivität durch die Behandlung nicht signifikant. Letztere konnte nach einer Behandlungsdauer von 120 s um 95 % reduziert werden. Analog wurden für Titanoberflächen ähnliche Ergebnisse erzielt.

Anzahl gingivaler Fibroblasten auf Dentin und Titanproben
Abb.3. Anzahl gingivaler Fibroblasten pro mm2 auf (A) Dentin- und (B) Titanproben nach 120 s Vorbehandlung.

Die Adhäsion von gingivalen Fibroblasten konnte vor allem auf Titan festgestellt werden. In Abbildung 3 ist nach einer Behandlungsdauer von 120 s im Gegensatz zu Dentin eine deutliche Erhöhung der Fibroblasten-Konzentration von 800 auf 1200 Zellen/mm2 einzusehen, was das Potential von KAP zur Vorbehandlung von Titanimplantaten unterstreicht.  

Fazit:

Zusammenfassend wird aufgezeigt, dass KAP, in der Studie erzeugt durch den piezobrush® PZ3, als effektives Bakterizid eingesetzt werden kann. KAP hat einen stark hemmenden Einfluss auf Biofilme und kann als Vorbehandlung von Titanimplantaten eingesetzt werden, um ein schnelleres Verwachsen mit Kieferknochenmaterial zu ermöglichen. Insbesondere die deutliche Erhöhung der Fibroblasten-Konzentration begünstigt eine schnellere Wundheilung. Die Möglichkeiten der Behandlung von parodontalen und periimplantären Erkrankungen mit KAP wurden mit den vielversprechenden Ergebnissen dieser Studie aufgezeigt und bilden die Grundlage für weitere Untersuchungen.

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Plasma-Onkologie: Adjuvante Therapie von Kopf- und Hals-Krebs mit kalt-atmosphärischem Plasma

Autoren: Xuran Li, Xiaoqing Rui, Danni Li, Yanhong Wang und Fei Tan

Publikation: Plasma oncology: Adjuvant therapy for head and neck cancer using cold atmospheric plasma. Front. Oncol. 12:994172. doi: 10.3389/fonc.2022.994172

Zuerst veröffentlicht: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fonc.2022.994172/full

Zusammenfassung:

Zusammenfassung einer interessanten Publikation zur Grundlagenforschung im Bereich Plasma-Onkologie zum möglichen Einsatz von kalt-atmosphärischem Plasma als adjuvante Therapie für Kopf- und Hals-Krebs:

Mehr als eine halbe Millionen Menschen erkranken jährlich an Kopf-Hals-Karzinome (HNC, engl.: head and neck cancer). Zu den bereits klassisch etablierten Behandlungsmethoden, darunter operative Eingriffe, Chemo- und Immuntherapie, soll künftig eine begleitende Behandlung mit KAP (kalt atmosphärisches Plasma) untersucht und ermöglicht werden.

Exemplarisch wurde KAP für die Behandlungen in dieser Studie durch unseren piezobrush®PZ2 erzeugt. KAP hat als teilionisiertes Gas durch seine Anwendungsfreundlichkeit bereits verbreitet Einzug in den Medizinbereich gefunden. Dabei beruht die Plasmaentstehung auf der piezoelektrischen Direktentladung, wobei eine Temperatur von 50 °C nicht überschritten wird.

In der Publikation wurde zudem eine ausführliche Literaturrecherche durchgeführt, die auf die Auswirkungen von KAP als Behandlungsmethode von HNC zurückgreift. Viele dieser Studien berichten von einem positiven Effekt des Plasmas auf HNC, entweder auf mikrobiologischer Ebene oder durch Reduktion von Patientenbeschwerden. Eine mögliche Behandlung kann entweder direkt oder indirekt erfolgen. In Abbildung 1 werden HNC-Zellstrukturen in unterschiedlichen Medien direkt mit KAP plasmabehandelt. Auch eine in vivo Behandlung konnte erfolgreich durchgeführt werden. Bei der indirekten Behandlung werden die durch das KAP erzeugten reaktiven Spezies über einen Zwischenträger an einen lebenden Empfänger übermittelt.

Eine mögliche Behandlung kann entweder direkt oder indirekt erfolgen. In Abbildung 1 werden HNC-Zellstrukturen in unterschiedlichen Medien direkt mit KAP plasmabehandelt. Auch eine in vivo Behandlung konnte erfolgreich durchgeführt werden. Bei der indirekten Behandlung werden die durch das KAP erzeugten reaktiven Spezies über einen Zwischenträger an einen lebenden Empfänger übermittelt.

Indirekte Behandlung von HNC-Zellstrukturen in unterschiedlichen Medien

Der durch das Plasma erzeugte positive Effekt tritt ein durch ein Zusammenspiel chemischer und physikalischer Prozesse und wird unter anderem ausgelöst durch geladene Teilchen und reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies (ROS und RNS), welche oxidative Belastungen auf die zu behandelnden Tumorzellen ausüben. Damit verbundene Strukturveränderungen führen in häufigen Fällen zur Apoptose und verhindern somit eine Fortentwicklung des Tumors.

Dies gelingt durch eine erhöhte Selektivität für kranke gegenüber benachbarten gesunden Zellen. Zusätzlich werden durch KAP unterschiedliche DNA-Schäden hervorgerufen und eine mitochondriale Dysfunktion verursacht. Abbildung 2 erläutert die unterschiedlichen Einflüsse auf behandelte Krebszellen detailliert.

Schema der Behandlung von HNSCC mit HNSCC mit KAP

Als umfassende Therapie für die Behandlung von HNC (dazu gehören unter anderem auch Schilddrüsenkrebs und Melanome) kommt KAP nicht nur aufgrund seiner dualen Einsatzmöglichkeit infrage, sondern stellt als Hilfstherapie auch ein ergänzendes Mittel zur Karzinom-Bekämpfung dar.
Mit seiner bakteriziden Wirkung kann KAP beispielsweise zur postoperativen Behandlung nach der Entnahme von Tumorgeschwüren verwendet werden. Somit ist es möglich, eine Wundheilung zu beschleunigen, den Einsatz von schmerzlindernden Medikamenten zu verringern und ein Wohlbefinden des Patienten zu steigern.

Die vollständige Publikation können sie hier lesen.

Messebesuche: relyon plasma @ electronica und WFHSS

Relyon plasma präsentiert auf dem Stand des Mutterkonzerns TDK auf der electronica in München vom 15. bis 18. November 2022 seine neuesten Produktentwicklungen. In Halle A5 Stand 107 sind das Handgerät piezobrush® PZ3, die kompakte Plasmaintegration piezobrush® PZ3-i, die zugehörigen Wechselmodule sowie das MediPlasTM System ausgestellt. Fast zeitgleich findet vom 16. bis 19. November 2022 der Desinfektions- und Sterilisationskongress WFHSS in Barcelona statt. Relyon plasma präsentiert auf dem Messestand Nr. 15 ebenfalls den neuen Hochleistungs-Ozongenerator „MediPlas Reactor“ und die intelligente Treibereinheit „MediPlas Driver“.

relyon plasma @ electronica und WFHSS

Kalt atmosphärische Plasmalösungen für die manuelle und integrierte Anwendung

piezobrush® PZ3 und piezobrush® PZ3-i mit Wechselmodulen

Durch den Einsatz von Plasma werden Oberflächeneigenschaften von Materialien, die für die Verarbeitung und Endverwendung von hoher Bedeutung sind, positiv beeinflusst. Anwender können damit nicht nur die Qualität ihrer Arbeits- und Produktionsabläufe, sondern auch ihrer Produkte deutlich verbessern. Der piezobrush® PZ3 ist ein kompaktes Plasma-Handgerät für den einfachen und mobilen Einsatz in Laboren, der Vorentwicklung und der Montage von Kleinserien. Die Integrationslösung piezobrush® PZ3-i eignet sich für verschiedene Anwendungen wie zum Beispiel Drucken, Kleben und Laminieren. Er kann leicht in bestehende oder neue Fertigungsanlagen integriert werden. Für den piezobrush® PZ3 und piezobrush® PZ3-i gibt es derzeit fünf Wechselmodule.

Ozongenerator für die Desinfektion, Sterilisation und Geruchsbeseitigung

MediPlas Drive und MediPlas Reactor

Die neueste Innovation von relyon plasma ist das MediPlas System, bestehend aus den Plasmakomponenten MediPlas Reactor und MediPlas Driver. Der MediPlas Reactor ist ein Hochleistungs-Ozongenerator. Der MediPlas Driver ist der zugehörige Treiber und bietet die nötige Spannungsleistung für die Ozonerzeugung. Die zwei Plasmakomponenten können in der Industrie, der Medizintechnik, in der Pharma-, Verpackungs-, Automobil-, Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in der Landwirtschaft zur Desinfektion, Sterilisation und Geruchsbeseitigung in Systeme integriert werden.

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    Messeauftritt unseres Kooperationspartners Toshin Dental in Tokyo

    Am 22. und 23. Oktober stellt unser Kooperationspartner Toshin Dental auf der Dental Show in Tokyo aus. Dort präsentiert er auf seinem Stand Nr. 1-024 unter anderem den piezobrush® PZ3 von relyon plasma. Das kompakte Plasma-Handgerät ermöglicht den einfachen, effizienten und mobilen Einsatz von kaltem Atmosphärendruckplasma für die Oberflächenbehandlung von Kunststoffen, Metallen und Naturmaterialien und kann besonders gut in der Dentaltechnik Anwendung finden. Durch die Plasmabehandlung werden Oberflächen aktiviert, funktionalisiert und gereinigt.

    Einsatz des piezobrush® PZ3 in der Dentaltechnik

    Die Anwendungsmöglichkeiten von kaltem Atmosphärendruckplasma sind weit gestreut. Nicht nur in der Industrie, sondern auch in der Dentaltechnik eröffnet die Technologie viele Vorteile. Besonders das kompakte Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 kann im Zahntechniklabor und in der Implantologie eingesetzt werden.

    Plasmabehandlung von Implantaten
    Plasmabehandlung von Zahnersatz

    Technische Daten des piezobrush® PZ3:

    • Elektrischer Anschluss: 110 – 240 V / 50 – 60 Hz
    • Leistungsaufnahme: max. 18 W
    • Gewicht: 110 g
    • Ausführung: Handgerät mit Netzteil, integrierter Lüfter
    • Lautstärke: 45 dBP
    • Behandlungsgeschwindigkeit: 5 cm²/s
    • Typischer Behandlungsabstand: 2 – 10 mm
    • Typische Behandlungsbreite: 5 – 29 mm

    Induzierte Apoptose durch kalt atmosphärisches Plasma in menschlichen Dickdarm- und Lungenkrebszellen

    durch Modulation des mitochondrialen Signalwegs

    Autoren: Yanhong Wang, Xinyu Mang, Xuran Li, Zhengyu Cai and Fei Tan

    Publikation: Cold atmospheric plasma induces apoptosis in human colon and lung cancer cells through modulating mitochondrial pathway, Frontiers in Cell and Developmental Biology, Front. Cell Dev. Biol., 26 July 2022, Sec. Cell Death and Survival

    Zuerst veröffentlicht: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fcell.2022.915785/full

    Zusammenfassung:

    Zusammenfassung einer interessanten Publikation zur Grundlagenforschung mit unserem Industrieprodukt piezobrush® PZ2 zum möglichen Einsatz im Medizinbereich:

    Die Behandlung mit kaltem atmosphärischen Plasma (CAP) ist eine aufstrebende und vielversprechende Onkotherapie mit beträchtlichem Potenzial und Vorteilen, die traditionellen Behandlungsmodalitäten fehlen. Das Ziel dieser Studie war es, die Wirkung und den Mechanismus der Plasma-inhibierten Proliferation und der Plasma-induzierten Apoptose auf menschliche HT29-Darmkrebszellen und A549-Lungenkrebszellen in vitro und in vivo zu untersuchen.

    Abb. 1: (A) und (B) Abbildung des CAP-Geräts piezobrush® PZ2, Inhalt und Portabilität des PZ2-Kits. (C) Zelluläre Behandlung unter Verwendung des tragbaren Plasmageräts. (D) Nahaufnahme der Plasmadüse im Betriebsmodus.
    Abb. 1: (A) und (B) Abbildung des CAP-Geräts piezobrush® PZ2, Inhalt und Portabilität des PZ2-Kits. (C) Zelluläre Behandlung unter Verwendung des tragbaren Plasmageräts. (D) Nahaufnahme der Plasmadüse im Betriebsmodus.

    In dieser Studie wurde der piezobrush® PZ2 von relyon plasma, ein tragbares CAP-Gerät, das auf der piezoelektrischen Direktentladungstechnologie basiert, zur Erzeugung und Abgabe von nicht-thermischem Plasma verwendet. Das CAP-Gerät erzeugte bei einer maximalen Leistungsaufnahme von 30 W kalt aktives Plasma mit einer Düsentemperatur von <50 °C. Die Plasmadüse wurde 10 mm über der zu behandelnden Oberfläche platziert. Die Behandlungsdauer betrug 15, 30, 60 und 120 Sekunden (Abbildungen 1C, D). Um die Wirkung der PZ2-Behandlung auf verschiedene Tumorzellen zu untersuchen, wurde eine direkte Plasmabehandlung an den HT29- und A549-Zellen ohne Bedeckung durch das Zellkulturmedium durchgeführt.

    Die Plasma-Behandlung hemmte die Proliferation von HT29-Darmkrebszellen und A549-Lungenkrebszellen. Die Untersuchung der hemmenden Wirkung der CAP-Behandlung wurde mit dem Cell Counting Kit-8 vorgenommen. Die verursachten morphologischen Veränderungen auf zellulärer und subzellulärer Ebene wurden unter Verwendung der Transmissionselektronenmikroskopie untersucht und die Tumorzellmigration und -invasion wurden mittels des Transwell-Migration- und Matrigel-Invasion-Tests durchgeführt.

    Abb. 2: Hemmung der Zellproliferation durch CAP-Behandlu
    Abb. 2: Hemmung der Zellproliferation durch CAP-Behandlung
    Abb. 3: Wirkung der piezobrush® PZ2-Behandlung auf die Migrations- und Invasionsfähigkeit der HT29- und A
    Abb. 3: Wirkung der piezobrush® PZ2-Behandlung auf die Migrations- und Invasionsfähigkeit der HT29- und A549-Zellen

    Die optischen Bilder (A) in Abbildung 2 zeigen die Schäden der HT29- und A549-Zellen, die durch die Behandlung mit dem piezobrush® PZ2 verursacht wurden. Die Bilder (B) und (C) zeigen die abnehmende Zellaktivität, während die Behandlungsdauer mit CAP zunimmt. Die obigen Bilder und Werte stellen Ergebnisse von drei unabhängigen Experimenten dar.

    Die HT29 (A) und A549 (B) Zellen wurden mit dem PZ2 für 30 und 60 Sekunden bearbeitet, für 24 h inkubiert, bevor sie anschließend dem Transwell-Migrations- und Matrigel-Invasion-Test unterzogen wurden. In Abbildung 2 sind repräsentative Bilder (links) und Statistiken (rechts) des Migrations- und Invasionsassays zu sehen. Der Maßstabsbalken entspricht 200 μm. Die Experimente wurden dreifach durchgeführt.

    Die Plasma-induzierte Apoptose in den HT29- und A549-Zellen wurde unter Verwendung der AO/EB-Färbung gekoppelt mit der Durchflusszytometrie bestätigt und die Produktion von Apoptose-verwandten Proteinen wie Cytochrom c, PARP, gespaltener Caspase-3 und Caspase-9, Bcl-2 und Bax, wurde unter Verwendung von Western-Blotting verifiziert.

    Die Ergebnisse der Plasma-Behandlung in in-vitro-Tests wurden in vivo unter Verwendung von Xenotransplantat-Mäusen getestet. Die Antikrebswirkung wurde bestätigt und der CAP-vermittelten Apoptose zugeschrieben. Die immunhistochemische Analyse ergab, dass die Expression von gespaltener Caspase-9, Caspase-3, PARP und Bax hochreguliert war, während die von Bcl-2 nach der CAP-Behandlung herunterreguliert wurde. Diese Ergebnisse deuten zusammenfassend darauf hin, dass die Aktivierung des mitochondrialen Signalwegs während der CAP-induzierten Apoptose menschlicher Dickdarm- und Lungenkrebszellen in vitro und in vivo beteiligt ist.

    Den gesamten Beitrag „Induzierte Apoptose durch kalt atmosphärisches Plasma in menschlichen Dickdarm- und Lungenkrebszellen“ finden Sie hier.

    Plasma-Dermatologie

    Hauttherapie mit kalt atmosphärischem Plasma

    Autoren: Fei Tan, Yang Wang, Shiqun Zhang, Runying Shui und Jianghan Chen

    Veröffentlichung: Plasma Dermatology: Skin Therapy Using Cold Atmospheric Plasma, Frontiers in Oncology, 12 July 2022

    Zuerst veröffentlicht: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fonc.2022.918484/full

    Zusammenfassung

    Zusammenfassung einer interessanten Publikation zur Grundlagenforschung zum möglichen Einsatz von Plasma in der Dermatologie mit beispielhafter Anwendung des piezobrush® PZ3.

    Die Einsatzmöglichkeiten von kalt atmosphärischem Plasma (KAP) haben sich in der Plasmamedizin erweitert. Als aufstrebender Zweig nutzt die Plasmadermatologie die vorteilhafte Komplexität der Plasmabestandteile, ihre technische Vielseitigkeit und die praktische Machbarkeit. Ziel des umfassenden Reviews ist die Zusammenfassung jüngster Fortschritte KAP-dominierter Hauttherapie. Das Whitepaper fokussiert sich dabei auf drei Aspekte: Plasmaoptimierung von intakter Haut, klinisch orientierte Dissektion von KAP-Behandlung verschiedener Hautkrankheiten und abschließend Analyse der Sicherheitsaspekte der Behandlung mit KAP und Vorschläge zur Minimierung der möglichen Risiken.

    RONS (reactive oxygen and nitrogen species), die durch die hierarchische Reaktion von KAP mit der Umgebungsluft produziert werden, spielen eine Schlüsselrolle in verschiedenen biologischen und zellulären Prozessen. Das ermöglicht die Anwendung von KAP im medizinischen Bereich. Ebenso können UV-Licht und transiente elektrische Felder in der Biomedizin Anwendung finden. Plasmamedizin ist ein neu geprägter Begriff und steht für ein interdisziplinäres Fach, das Physik, Chemie, Biowissenschaften und Medizin vereint. Die Anwendungen der Plasmamedizin lassen sich grob in den direkten und indirekten Einsatz unterteilen. Bei einer direkten Anwendung wird ein lebender Empfänger einem gasförmigen Plasmastrahl ausgesetzt. Bei der indirekten Behandlung werden die reaktiven Spezies des KAP über einen Zwischenträger an einen lebenden Empfänger übermittelt.

    Axiale Ansicht des piezobrush® PZ3
    Axiale Ansicht des piezobrush® PZ3
    Sagittalansicht des piezobrush® PZ3
    Sagittalansicht des piezobrush® PZ3

    Die Plasma-Dermatologie hat sich als attraktives Spezialgebiet der Plasmamedizin entwickelt, unter anderem weil die Haut das größte und oberflächlichste Organ des menschlichen Körpers ist. Dies ermöglicht eine einfache Plasmabehandlung. Die ursprünglichen Untersuchungen von klinischen randomisierten kontrollierten Studien (RCTs) zur Verwendung von KAP in der Dermatologie konzentrierten sich in erster Linie auf chronische Wunden. Es existieren bereits mehrere Übersichtsarbeiten zu diesem Thema, welche die Vor- und Nachteile aufzeigen.

    Hauttherapie mit dem piezobrush® PZ3
    Hauttherapie mit dem piezobrush® PZ3
    Nahaufnahme des piezobrush® PZ3 im Betriebsmodus
    Nahaufnahme des piezobrush® PZ3 im Betriebsmodus

    Die Studie kommt zu dem Ergebnis, dass die konventionellen Behandlungsmethoden in der klinischen Dermatologie Grenzen und Nachteile haben. Kaltes Atmosphärenplasma bietet ein hervorragendes Potenzial für Behandlungsmethoden in der klinischen Dermatologie. Das Potential ist zum Teil auf die technische Vielseitigkeit, wie die direkte Bestrahlung oberflächlicher Läsionen, die indirekte Behandlung tieferer und größerer Läsionen mit plasmaaktivierten Medien und die gleichzeitige Behandlung mit KAP und anderen therapeutischen Methoden zurückzuführen. Neben der Behandlung von Hautkrankheiten kann KAP auch die intakte Haut optimieren und die transdermale Verabreichung von Medikamenten ermöglichen. Dennoch sind zuerst mehrere Herausforderungen zu bewältigen, bevor diese einzigartige Therapie in der täglichen klinischen Praxis Anwendung finden kann.

    Die vollständige Veröffentlichung können Sie hier lesen.

    Das MediPlas System basierend auf der DBD-Technologie

    Relyon plasma hat das MediPlasTM System basierend auf der DBD-Technologie entwickelt. Die zwei Plasmakomponenten MediPlas Driver und MediPlas Reactor können in vielen verschiedenen Anwendungen, wie zum Beispiel in der Industrie oder Medizintechnik, eingesetzt werden.

    Dielektrische Barriereentladung

    Die dielektrische Barriereentladung, auch stille Entladung oder auf Englisch Dielectric Barrier Discharge DBD, ist eine sehr einfache und robuste Form der Plasmaerzeugung für nichtthermisches Plasma, auch kaltes Plasma genannt. Bei der DBD-Technologie brennt die Entladung zwischen zwei Elektroden, von denen mindestens eine Elektrode durch eine isolierende Schicht (Dielektrikum) zum Brennraum getrennt ist. Auf einer Oberfläche verteilte Mikroentladungen mit einer Dauer von nur wenigen Nanosekunden pumpen heiße Elektronen in die Gas-Phase, während der Gesamtprozess „kalt“ bleibt (weit entfernt vom thermodynamischen Gleichgewicht).  

    Plasmakomponenten basierend auf der DBD-Technologie 

    mediplas reactor basierend auf DBD-Technologie von relyon plasma
    MediPlas Reactor

    Relyon plasma hat zwei Plasmakomponenten entwickelt, die auf der DBD-Technologie basieren. Der MediPlas Reactor ist ein Hochleistungs Ozongenerator, der als Komponente beispielsweise in Medizinprodukte eingebaut werden kann und so die Konzentration von Krankheitserregern auf kontaminierten Oberflächen wie medizinischen Geräten, Masken und Schläuchen effektiv reduziert. 

    mediplas driver basierend auf DBD-Technologie von relyon plasma
    MediPlas Driver

    Der MediPlas Driver ist der zugehörige Treiber für den MediPlas Reactor und bietet die nötige Spannungsleistung für die Ozonerzeugung. Der MediPlas Driver konvertiert mithilfe einer autoresonanten Schaltungstopologie eine Gleichstrom-Niederspannung in Wechselstrom-Hochspannung. Die Ausgangsfrequenz passt sich selbständig an die betriebene Last an. 

    Anwendung der DBD-Technologie

    Das Anwendungsgebiet ist vielfältig. Die Technologie kann in der Industrie, Medizintechnik, zur Verbesserung der Wasser- und Luftqualität sowie Geruchsbeseitigung eingesetzt werden. Die platzsparenden Einheiten sind besonders gut für eine Einbindung in Alltagsgegenstände wie z.B. Schränke, Staubsauger, Lüftungssysteme oder Abfallbehälter geeignet. Die DBD-Technologie kann in verschiedenen Medien wie beispielsweise Gas oder an einer Fest-Flüssig-Grenzfläche innerhalb eines breiten Druck-, Energiedichte- und Temperaturspektrums angewandt werden. 

    Typische DBD-Konfigurationen können in planaren oder zylindrischen Geometrien entworfen und unter erzwungener Strömung, strahlartig oder unter Diffusions- oder Konvektionsbedingungen betrieben werden. Das Grundprinzip kann über einen sehr weiten Bereich skaliert werden. Spannungsamplitude, Frequenz und Leistung der AC-Quelle können einfach an die Bedürfnisse der Anwendung angepasst werden. 

    • Kaffeemaschinen Reiniger mit Plasmatechnologie
      Kaffeemaschinen Reiniger mit Plasmatechnologie

    Vorteile der DBD-Komponenten

    Die von relyon entwickelten DBD-Komponenten bieten folgende Vorteile: 

    • Hohe Konzentrationen bei Luft und bei Sauerstoffbetrieb
    • Materialien sind „medical grade“
    • Klein, kompakt und leicht integrierbar 
    • Interne Kühlung
    • Breites Anwendungsgebiet (Schränke, Abfallsysteme, Spinde etc.) 
    • Einfache Möglichkeit zur Reduktion von Gerüchen, Keimen, Viren, Schimmelpilzen, Pestiziden und Fungiziden
    • Sehr umweltfreundlich – keine Hilfsstoffe wie Chemikalien oder Additive notwendig 

    Whitepaper: Lebensdauer des Modul Standard

    Plasmaexperte Dr. Dariusz Korzec und sein Team haben die Lebensdauer des Modul Standard ausführlich getestet. Dieses Modul kann für das gesamte piezobrush® Sortiment von relyon plasma verwendet werden, darunter das Handgerät piezobrush® PZ3 und die kompakte Plasmaintegration piezobrush® PZ3-i für Fertigungsanlagen.

    Zusammenfassung des Dauertests

    Gegenstand der Studie ist die Untersuchung der Langzeitbeständigkeit von Standardmodulen. Für den Dauertest wurden 10 piezobrush® PZ3 Geräte in Kombination mit den Modulen Standard verwendet, die mit einem Plasmaliner aus Polybutylenterephthalat (PBT) ausgestattet sind. Die Module waren 37 Wochen – also mehr als 6000 Stunden – in Betrieb. Sie wurden zwischendurch nur kurzzeitig zur Messung der elektrischen Parameter und der Aktivierungsfläche pausiert.

    Das Kernstück des Standardmoduls ist das CeraPlas® F. Die damit erzeugte Hochspannung führt zur Zündung der piezoelektrischen Direktentladung (PDD). Um das CeraPlas F herum wurde ein Gasstrom aufrechterhalten. Im Falle des piezobrush® PZ3 wurde dafür Umgebungsluft verwendet, beim piezobrush® PZ3-i entweder komprimierte trockene Luft (CDA) oder Stickstoff.

    Aufbau des Modul Standard
    Aufbau des Modul Standard aus dem Hochspannungsgenerator CeraPlas® F, einem Plasmaliner, einem Schrumpfschlauch und elektrischen Kontakten

    In dem durchgeführten Test wurde ein Dauertestschrank mit 10 Haltern für Standardmodule ausgestattet, die ohne Substrate betrieben wurden. Alle piezobrush® PZ3 Handgeräte wurden auf Dauerbetrieb eingestellt.

    Alle zwei Wochen wurden alle getesteten Module aus dem piezobrush® PZ3 entnommen, auf Beschädigungen oder Verschleiß untersucht, elektrisch vermessen und zudem die Aktivierungsfläche gemessen. Letzteres erfolgt mit Hilfe des Aktivierungsbildaufzeichnungssystems (AIR). Im ersten Schritt dieses Verfahrens wurden die Substrate aus hochdichtem Polyethylen (HDPE) statisch mit dem demselben piezobrush® PZ3 aktiviert. Mit jedem Standardmodul wurden danach drei Substrate behandelt. Der Abstand zwischen der Düsenkante und dem Substrat betrug 4,0 mm und die Behandlungszeit 10 Sekunden.

    Nach der Behandlung wurde jedes Substrat auf dem Sockel des AIR-Systems positioniert und das AIR-Verfahren durchgeführt. Der Aktivierungsbereich wurde mit zwei Tropfen einer 58 mN/m Testtinte visualisiert, die mit einem kleinen Pinsel direkt nach der Plasmabehandlung auf die plasmabehandelte Oberfläche aufgetragen wurden. Das beobachtete Verhalten der Testtinte bedeutet, dass das Substrat eine höhere Oberflächenenergie als 58 mN/m aufwies. Andernfalls würde die Testtinte das HDPE-Substrat nicht benetzen.

    Der wichtigste Bewertungsparameter ist der Mittelwert der pro Modul ermittelten Mittelwerte der Aktivierungsflächen. Im Beispiel betrug er 612,7 mm2. Ein weiterer wichtiger globaler Parameter ist die Standardabweichung der modulbezogenen Mittelwerte der Aktivierungsfläche. Im vorliegenden Beispiel betrug sie 13,19 mm2, was 2,2 % entspricht. Dieser Parameter gibt Auskunft über die Reproduzierbarkeit der Aktivierungsleistung von Stück zu Stück. Dieser Parameter sollte im vorliegenden Fall besonders niedrig sein.

    Mehrere Faktoren beeinflussen die Genauigkeit der Bestimmung des Aktivierungsbereichs:

    • Die Alterung der Testtinte: Eine Testtinte, die längere Zeit an der Luft gelagert wurde, verändert ihre Eigenschaften und zeigt eine deutlich kleinere Aktivierungsfläche als eine frische Testtinte.
    • Unterschiedliche HDPE-Eigenschaften: Die Eigenschaften der HDPE-Substrate variieren von Anbieter zu Anbieter und von Charge zu Charge.
    • Der Einfluss der Oberflächenvorbehandlung: Es sind verschiedene Vorbereitungsverfahren für die HDPE-Oberfläche vor der Plasmabehandlung bekannt.

    Folgende Maßnahmen wurden ergriffen, um die unerwünschten Einflüsse zu minimieren:

    • Um den Einfluss der Alterung der Testtinte auf die Ergebnisse der Aktivierungsfläche zu vermeiden, wurde die Testtintenflasche immer verschlossen gelagert, bevor sie zum Auftragen der Tinte verwendet wurde. Zudem wurde für jede Messreihe eine frische Testtintenflasche geöffnet und mit einem Öffnungsdatum versehen.
    • Für die Studie wurde nur das „natürliche“ HDPE eines einzigen Anbieters verwendet. Die Substrate einiger Chargen wiesen auf beiden Seiten unterschiedliche Oberflächeneigenschaften auf, da eine Seite manchmal glänzend und manchmal matt war. Der Unterschied in der Aktivierungsfläche je nach Seite des Substrats war jedoch statistisch nicht signifikant. Die verwendeten Substrate waren auch nicht völlig eben, sondern hatten eine konkave und eine konvexe Seite. Deshalb wurde für gleiche Testbedingungen jedes Substrat mit der konvexen Seite nach oben positioniert.
    • Um den Einfluss von Lösungsmitteln und Wasser auf das Ergebnis zu vermeiden, wurde keine Nassbehandlung der Substrate durchgeführt. Um Staubpartikel und Sägemehlreste zu entfernen, wurden die Oberflächen mit Papiertüchern trocken gewischt.

    Die Aktivierungsfläche variierte mit der Dauer des Dauertests. Während der ersten 2000 Stunden nahm die Aktivierungsfläche leicht ab. Ab etwa 2000 Stunden war ein Anstieg zu beobachten. Der maximale Wert, der nach 6000 Stunden erreicht wurde, war um 26 % höher als der Minimalwert.

    Aktivierungsfläche von HDPE Substraten
    Die Aktivierungsbereiche auf den HDPE-Substraten wurden mit einer 58 mN/m Testtinte visualisiert.

    Das mit einer Datenbank verknüpfte Prüfsystem diente zur Messung und Speicherung der elektrischen Parameter des CeraPlas® F der geprüften Module. Jedes Mal, wenn der Aktivierungsbereich mit dem AIR-System bestimmt wurde, wurde das Modul in die elektronische Docking-Station eingesteckt und automatisch die Erregerfrequenz, die Eingangsspannung und der Strom gemessen. Die Impedanz wurde ausgewählt, um die zeitliche Veränderung der Moduleigenschaften zu überwachen. Es war ein deutlicher Trend zu erkennen: ein leichter Anstieg während der ersten 2000 Stunden und ein monotoner Rückgang um insgesamt 19 % zwischen 2000 und 6000 Betriebsstunden. Dieser Trend war entgegengesetzt zu dem der Aktivierungsfläche, die zunächst leicht abnahm und dann zunahm.

    Fazit zur Lebensdauer des Modul Standard

    Alle Module haben die 6000 Stunden des Dauertests ohne signifikante Leistungseinbußen bestanden. Während des Tests variierte die Aktivierungsfläche zwischen 500 und 600 mm2. Die Eingangsimpedanz des CeraPlas® F nahm mit der Dauertestzeit über 2000 h ab. Nach 6000 Stunden lag sie um 19% unter dem Maximalwert von 5800 mΩ. Sowohl die Zunahme der Aktivierungsfläche als auch die Abnahme der Eingangsimpedanz des CeraPlas® F lassen sich mit der Lockerung der der Schrumpfmuffe erklärt werden, was zu einer geringeren mechanischen Dämpfung der CeraPlas® F Schwingungen führte.

    Zum gesamten Whitepaper gelangen Sie hier.

    Plasma-Vorbehandlung beim Kennzeichnungsdruck von PTFE-Gewebe

    Betatest-Bericht zum piezobrush® PZ3-i eines Testkunden

    Ein führendes Unternehmen in Entwicklung, Produktion und Vertrieb von Werkzeuglösungen für die Oberflächenbearbeitung setzt den neuen piezobrush® PZ3-i in Verbindung mit dem KEYENCE MK-G1000SA Continuous-Inkjet-Drucker ein, um PTFE-Gewebe sicher und effektiv zu kennzeichnen. Durch die Vorbehandlung mit der kompakten Plasma-Integrationseinheit wird die Oberflächenenergie des Gewebematerials im Druckbereich erhöht. Dadurch kann ein klarer und abriebfester Kennzeichnungsdruck eines DataMatrix-Codes mittels Continuous-Inkjet erzielt werden.

    Versuchsablauf

    Zum Überprüfen der Wirksamkeit der Plasma-Vorbehandlung wurde das PTFE-Gewebe händisch ausgerichtet auf ein Förderband mit vordefinierter Fördergeschwindigkeit aufgelegt. Das Plasmamodul wurde mit dem Signaleingang des optischen Sensors aktiviert und das durchlaufende Gewebe vorbehandelt. Hierbei war das Modul Standard um 45° zur Förderrichtung gedreht, um den Wirkbereich besser an den Druckbereich anzupassen.

    Neues Feature: Drehwinkelbeträge beim piezobrush® PZ3-i

    Abbildung 1: Am piezobrush® PZ3-i lassen sich die Behandlungswinkel einfach anpassen.
    Abbildung 1: Am piezobrush® PZ3-i lassen sich die Behandlungswinkel einfach anpassen.

    Der Wirkbereich wurde hierbei mittels Testtinte visualisiert, wie in Abbildung 3 zu sehen ist. Nachgelagert wurde im Abstand von etwa 120 mm das Gewebe im zentralen Wirkbereich des Plasmas mit einem individuellen (nummerisch ansteigenden) 12 mm breiten DataMatrix-Code (kurz: DMC) und der dazugehörigen Nummer mittels Tintenstrahl gekennzeichnet. Diese Kennzeichnung wurde mit dem KEYENCE MK-G1000SA Continuous-Inkjet-Drucker und dem Tintentyp KEYENCE MK-13 (stark haftende schwarze Tinte) durchgeführt.

    Abbildung 2: Anordnung der Komponenten
    Abbildung 2: Anordnung mit piezobrush® PZ3-i und
    KEYENCE MK-G1000SA Continuous-Inkjet-Drucker
    Ein Anwenderbericht der Firma Keyence.


    Abbildung 3: Visualisierter Druckbereich
    Abbildung 3: Visualisierter Druckbereich
    Abbildung 4: Wirkbereich der Plasmabehandlung
    Abbildung 4: Wirkbereich der Plasmabehandlung


    Zur präziseren Validierung der Wirksamkeit der Plasma-Vorbehandlung wurden insgesamt fünf verschiedene Gewebe-Varianten getestet. Bei allen lag die Oberflächenenergie ohne Vorbehandlung bei weniger als 30 mN/m und nach der Plasma-Behandlung zwischen 38 – 42 mN/m. Die Validierung der Oberflächenenergie wurde mittels Testtinten durchgeführt.

    Nachfolgend sind jeweils links die plasma-vorbehandelten Bereiche auf den Materialproben und rechts die unbehandelten Bereiche mit aufgetragener Testtinte zu sehen:

    Nachfolgend sind jeweils links die plasma-vorbehandelten Bereiche auf den Materialproben und rechts die unbehandelten Bereiche mit aufgetragener Testtinte zu sehen:

    Resultate und Diskussion

    Handling und Erfahrungsbericht zum Beschriftungsvorgang:

    Der Druckvorgang von 1500 Gewebeproben konnte im Betatest des piezobrush® PZ3-i erfolgreich durchgeführt werden. Das Trigger-Signal für die Weitertaktung des Codes und Startzeitpunkt der Plasma- und Drucker-Einheit konnte alle Gewebetypen ohne neue Konfiguration identifizieren.

    Die Prozessgeschwindigkeit lag bei 35 mm/s, während der Abstand zwischen Substrat und piezobrush® PZ3-i Modul Standard 2 bis 3 mm betrug. Als Prozessgas wurde trockene Druckluft eingesetzt, der Vordruck war hier auf 1,2 bar eingestellt. Dies entspricht einem Gasfluss von 10 l/min. Mit einer Plasmaleistung von 100% und einem Drehwinkel des Moduls von 45° (s. Abb. 1 und 2) konnte so eine Behandlungsbreite von 15 mm erreicht werden (s. Abb. 3 und 4).

    Druckergebnisse:

    Beim Druckvorgang war die Plasmavorbehandlung unbedingt erforderlich. Ohne die Erhöhung der Oberflächenenergie auf mindestens 38 mN/m war eine Anbindung der Druckertinte nicht möglich. Das Druckbild wirkte dann verblasst, war nicht abriebfest und der verwendete DMC war nicht auslesbar.

    Die nachfolgende Abbildung zeigt jeweils in der oberen Bildhälfte das Druckbild ohne Plasma-Vorbehandlung und unten mit Vorbehandlung:

    Vergleich Druckbild mit und ohne Plasmabehandlung

    Fazit

    Nur unter Verwendung einer Plasmavorbehandlung ist das Beschriften der untersuchten PTFE-Gewebe mittels Continuous-Inkjet-Druck verlässlich möglich. Diese kann durch den piezobrush® PZ3-i der Firma relyon plasma einfach in den Prozessablauf integriert werden. So kann eine gute Lesbarkeit des aufgedruckten DataMatrix-Codes sowie dessen Dauerfestigkeit auch unter schwierigen Bedingungen wie Reibung und Temperatur gewährleistet werden. Nachverfolgbarkeit und sichere Abläufe in den Folgeprozessschritten werden so durch die Vorbehandlung mit dem piezobrush® PZ3-i im Kennzeichnungsdruck sichergestellt.

    Webinar piezobrush® PZ3-i

    Webinar Serienstart piezobrush® PZ3-i

    Endlich ist es so weit: Zum Serienstart unserer kompakten Plasmaintegration piezobrush® PZ3-i für neue und bestehende Fertigungsanlagen möchten wir Ihnen das Gerät und seine einfache Handhabung vorstellen. Als Gastsprecher treten Beta-Tester und Partner auf, die das Gerät bereits vorab ausgiebig getestet haben und von ihren Erfahrungen mit der neuen Plasmalösung berichten. Das Webinar richtet sich an Interessenten aus Industrie und Medizin.

    Der piezobrush® PZ3-i – energieeffizient & kompakt

    Mit dem piezobrush® PZ3-i stellen wir eine einzigartige Plasmalösung vor, die es so auf dem Markt noch nicht gibt. Das Thema Umweltfreundlichkeit rückt immer mehr in den Fokus, wenn es um die Vorbehandlung verschiedener Materialien geht und die Adhäsion erhöht werden soll. Der piezobrush® PZ3-i ist dank der geringen Leistungsaufnahme von 18 W und der hohen Aktivierungsleistung besonders energieeffizient konzipiert und weist zudem einen sehr niedrigen Verbrauch von Prozessgasen auf. Zudem ersetzt er umweltschädliche Methoden wie die Anwendung von chemischen Primern oder Beflammungsprozesse.

    Die Integrationslösung setzt auf eine kompakte Bauweise mit einem Gewicht von lediglich 380 g und ist durch die Trennbarkeit von Modulträger und Treibereinheit selbst für kleinen Bauraum geeignet. Doch auch Anwendungen, bei denen größere Behandlungsbreiten nötig sind, werden berücksichtigt: Durch die modulare Bauweise können mehrere Einzelgeräte angereiht werden.

    Webinar über den Industriestandard der Zukunft

    Im kostenlosen Webinar erhalten Sie wichtige Tipps zum Aufbau der Plasmaintegration sowie erste Erfahrungsberichte von unseren Beta-Testern und Partnern, die das Gerät im Vorfeld in unterschiedlichen Anwendungsfeldern im Bereich Kleben, Drucken und Laminieren getestet haben.

    Wann: 29.06.2022

    Uhrzeit: 10.00-11.30 Uhr CEST

    Sprache: Deutsch

    Jetzt anmelden >>

    Wann: 29.06.2022

    Uhrzeit: 16.00-17.30 Uhr CEST

    Sprache: Englisch

    Jetzt anmelden >>

    Agenda des deutschen Webinars

    Vormittags findet das deutsche Webinar statt. Damit Sie vorab wissen, was Sie erwartet, haben wir eine Agenda mit allen Vortragspunkten für Sie erstellt.

    Agenda des deutschen Webinars

    Hier können Sie sich das deutschsprachige Webinar ansehen:

    Agenda des englischen Webinars

    Für das englischsprachige Webinar am Nachmittag haben wir ebenfalls eine Übersicht über die unterschiedlichen Vorträge erstellt.

    Agenda des englischen Webinars

    Videoaufzeichnung des englischen Webinars ansehen:

    Bei Fragen zur Veranstaltung oder zum Thema Plasma im Allgemeinen können Sie sich jederzeit sehr gerne an uns wenden:

    E-Mail: info@relyon-plasma.com
    Tel.:    + 49 941 60098-0

    Wir freuen uns schon heute darauf, Sie im Juni virtuell in Regensburg begrüßen zu dürfen!

    Die Pressemitteilung zum Webinar können Sie hier herunterladen.

    Plasma bei der Verklebung von Elektronikgehäusen

    Zenso Electronics

    ZENSO hat sich auf die Entwicklung von medizinischen Geräten spezialisiert und setzt dafür seit geraumer Zeit den piezobrush® PZ3 ein. Ein Anwenderbericht:

    Als wir mit einem Haftungsproblem zwischen einem medizinischen SEBS-Elastomer und einem bewährten Klebstoff konfrontiert wurden, untersuchten wir zunächst Primer und testeten dann mehrere verschiedene Klebstoffe, doch keines der getesteten Produkte erhöhte die Haftfestigkeit der Verklebung in signifikanter Weise.

    Bei unseren Recherchen über Oberflächenbehandlungen und die verschiedenen, derzeit auf dem Markt erhältlichen Geräte stießen wir auf relyon plasma.  Nachdem wir den Fall mit ihnen besprochen hatten, entschieden wir uns, den piezobrush® PZ3 für unsere Untersuchung zu mieten. Durch die geringe Größe der piezobrush-Reihe war das Gerät von besonderem Interesse für uns.

    Die Ergebnisse waren unmittelbar und sehr überzeugend.

    Wo alle anderen Optionen versagt hatten, gelang es dem piezobrush® PZ3, die Haftung bei der niedrigsten Einstellung von 30 % auf ein gutes Niveau zu erhöhen (Belichtungszeit von 7 Sekunden auf einer Fläche von 12 x 9 mm).  Eine Erhöhung der Leistung führte zu einer noch höheren Haftfestigkeit, wobei die höchste Einstellung zu einer beeindruckenden Haftung führte.

    Wir beschlossen, den piezobrush® PZ3 auch an 2-teiligen Elektronikgehäusen der Schutzart IP65 zu testen.  Obwohl wir in diesem Fall eine ausreichende Klebekraft erreichten, ist der Klebstoff ein Spezialprodukt, das wir gerne ändern würden. Auch hier waren die Ergebnisse beeindruckend.

    Die Entscheidung für den Kauf des piezobrush® PZ3 war eine klare Sache.  Seine Leistung ist ausgezeichnet, er ist gut gebaut, einfach zu bedienen und sein Design ist ergonomisch und durchdacht (z. B. ist die Umstellung der Bildschirmausrichtung auf Querformat sehr praktisch, wenn man den Stift horizontal benutzt).  Außerdem sind die Mitarbeiter von relyon plasma sehr sachkundig, hilfreich und freundlich.

    ZENSO Electronics, www.zenso.be
    Der piezobrush® PZ3 ist als kompaktes Plasma-Handgerät für den Einsatz in Laboren, der Vorentwicklung und der Montage von Kleinserien entwickelt worden. 
    Der piezobrush® PZ3 ist als kompaktes Plasma-Handgerät für den Einsatz in Laboren, der Vorentwicklung und der Montage von Kleinserien entwickelt worden. 

    Einsatz von Plasma beim Bonden, Aktivieren und Ätzen

    Inola Kopic, Lukas Hiendlmeier, Fulvia Del Duca und George Al Boustani vom Lehrstuhl für Neuroelektronik an der Technischen Universität München (TUM) haben drei verschiedene Anwendungsmöglichkeiten des Handgeräts piezobrush® PZ3 und der zugehörigen Modulen Standard und Nearfield untersucht. Dazu gehören die Haftverbindung zwischen Glas und Polydimethylsiloxane (PDMS), die Oberflächenaktivierung von Polyimid (PI) und das Ätzen von Parylene‑C.

    Technische Universität München

    Alle Messungen fanden unter normalen Laborbedingungen (p = 1,3 bar; T = 25 °C; r.L. = %) und die Plasmabehandlung unter einer Abzugshaube statt.

    Der piezobrush® PZ3 hat unsere Erwartungen bei weitem übertroffen. Er lässt sich in den unterschiedlichsten Bereichen anwenden, wie z.B. zum Plasmabonden von Mikrofluidiken aus PDMS, hergestellt über Softlithographie-Prozesse, oder zum Ätzen von dünnschichtigem Material (bspw. Parylene) und sticht vor allem durch seine Performance und der leichten Handhabung im Vergleich zu anderen Plasmageräten deutlich heraus. Wir sind begeistert und können das Gerät jedem weiterempfehlen.Inola Kopic, Lehrstuhl für Neuroelektronik an der TUM

    Bonden von PDMS auf Glas

    Ein Standardverfahren für die Herstellung von Mikrofluidik ist die Softlithographie mit Silikon (PDMS). Hierbei werden die Kanäle von einem sogenannten Mastermold abgeformt und anschließend durch Bonden auf eine andere Oberfläche geschlossen. Üblicherweise wird das PDMS über Plasma auf Glas gebondet. Dabei werden OH Gruppen auf der PDMS- und Glasoberfläche induziert und anschließend miteinander in Kontakt gebracht. Es entstehen unter Abspaltung von Wassermolekülen stabile Si-O-Si Bindungen, wodurch man das PDMS im Idealfall nicht mehr abziehen kann.

    Das Ziel dieser Untersuchung bestand deshalb darin, zu testen, ob die Plasmabehandlung mit dem piezobrush® PZ3 Handgerät die Oberfläche ausreichend verändert, dass sich die Bindung zwischen Glas und PDMS ausbildet.

    Darstellung eines mikrofluidischen Kanals
    Abb. 1. Darstellung eines mikrofluidischen Kanals

    Für die Untersuchung wurde eine mikrofluidische Struktur softlithographisch mit 1,5 mm dickem PDMS abgeformt (siehe Abbildung 1). Im Anschluss wurde die Struktur auf eine 1 mm dicke Glasscheibe gebondet. Beide Oberflächen (ca. 2 cm2) wurden dafür für 1 min bei 100% Leistung behandelt. Das PDMS wurde auf das Glas gelegt und leicht angedrückt. Nachfolgend wurde die Mikrofluidik auf die Glasscheibe gelegt und angedrückt. Zur Überprüfung der Haftung wurde zudem versucht, das PDMS mit einer Pinzette von der Glasscheibe abzulösen. Video 1 zeigt deutlich, dass die Verbindung zwischen Polymer und Glas so stabil ist, dass sich lediglich kleine Stücke herausbrechen lassen, sich die PDMS-Schicht jedoch nicht von Glas entfernen lässt.

    Video 1: Herausreißen von auf Glas gebondetem PDMS

    Oberflächenaktivierung von Polyimid-Folien

    Neben dem Bonden von mikrofluidischen Strukturen aus PDMS auf Glas wurde ebenso die Hydrophilie von PI-Folien vor und nach einer Plasmabehandlung untersucht. In der Mikrofabrikation kommt es häufig vor, dass Oberflächen modifiziert werden, um diese hydrophiler zu machen. Hydrophile Oberflächen sind beispielsweise beim zentrifugalen Beschichten oder bei anschließenden Tintendruckprozessen von Vorteil, da sich die Flüssigkeit auf der Oberfläche besser verteilen lässt.

    Ein Indikator zur Überprüfung, ob eine Oberfläche hydrophil oder hydrophob (wasserabweisend) ist, ist der Kontaktwinkel (CA). Hierfür wird ein Tropfen einer Flüssigkeit (beispielsweise Wasser) auf die zu testende Oberfläche gegeben und der Winkel, der sich zwischen dem Tropfen und dem Substrat ausbildet, gemessen. Beträgt der Winkel > 90°, so spricht man von einer hydrophoben Oberfläche. Ist der Winkel hingegen < 90°, so ist die Oberfläche hydrophil. Diese Methode wurde von dem Team der TUM zur Charakterisierung des Substrats verwendet. Als Substrat dienten dabei zwei gereinigte 75 µm dicke PI‑Folien. Eine dieser Folie wurde anschließend zusätzlich mit Plasma behandelt (1 min bei 100 % Leistung). Mit Hilfe eines Kontaktwinkelmessgeräts von Dataphysics wurde ein Tropfen der Testflüssigkeit, in diesem Fall Reinstwasser, auf die Oberflächen gegeben und anschließend der Kontaktwinkel auf beiden Folien gemessen. Das Ergebnis ist in Abbildung 2 und Abbildung 3 zu sehen.

    Kontaktwinkelmessung eines Wassertropfens auf PI-Folie vor der Plasmabehandlung
    Abb. 2. Kontaktwinkelmessung eines Wassertropfens auf PI-Folie vor der Plasmabehandlung (CA = 52,6 °)
    Kontaktwinkelmessung eines Wassertropfens auf PI-Folie nach der Plasmabehandlung
    Abb. 3. Kontaktwinkelmessung eines Wassertropfens auf PI-Folie nach der Plasmabehandlung (CA = 20,7 °)

    Es ist deutlich erkennbar, dass der Kontaktwinkel (CA) auf beiden Oberflächen < 90° ist. Das bedeutet wiederum, dass beide Substratoberflächen hydrophil sind. Erstaunlich ist allerdings, dass sich der Kontaktwinkel auf dem behandelten Substrat bereits nach einer einminütigen Anwendung mit piezobrush® PZ3 wesentlich verringert (CA = 20,7 °) und somit die Oberfläche hydrophiler wird.

    Ätzen von Parylene-C

    Parylene hat als Beschichtungsmaterial in der Mikroelektronik- und Medizinindustrie breite Akzeptanz gefunden. Dabei ist besonders das Entfernen in abgegrenzten Bereichen von großem Interesse. Ein Verfahren dafür ist das Ätzen mit Sauerstoffplasma. Zur Überprüfung, ob der piezobrush® PZ3 zum Ätzen von Parylene‑C geeignet ist, wurde eine Testreihe durchgeführt. Hierfür wurde ein mit 5 µm Parylene‑C beschichtetes 1 mm dickes Glassubstrat mit Kapton Tape maskiert und über eine Dauer von 20 min (entspricht 4×5 min) bei 100 % Leistung mit dem Plasma-Handgerät behandelt und anschließend der Dickenunterschied der Paryleneschicht zwischen dem geätzten und dem durch das Tape geschützten Bereich mit Hilfe eines Profilometers (Keyence VK250) gemessen.

    In Abbildung 4 ist das Ergebnis nach der Plasmabehandlung dargestellt. Im unteren Bild ist der Höhenunterschied zwischen dem Glassubstrat und der Paryleneschicht zu sehen. Durch das Plasmagerät konnte die gesamte 5 µm dicke Schicht innerhalb von 20 min weggeätzt werden. Somit eignet sich das Gerät selbst zum Ätzen von Paryleneschichten im µm-Bereich.

    Abbildung der Paryleneschicht
    Abb. 4. Abbildung der Paryleneschicht (oberes Bild, linke Bildhälfte) auf Glas (oberes Bild, rechte Bildhälfte)

    Fazit

    Abschließend kann gesagt werden, dass das Plasmahandgerät in den verschiedensten Bereichen, sei es in der Mikrofluidik, -elektronik oder -fabrikation, gut zum Einsatz kommen kann und sich trotz seiner kompakten Größe gegenüber üblicher Plasmaanalagen ein hervorragendes Ergebnis beim Aktivieren erzielen lässt.

    Neue vernickelte Düsen A250, A350 und A450

    Die Oberfläche der Düsen A250, A350 und A450, die in Verbindung mit dem plasmabrush® PB3 verwendet werden, wird zukünftig vernickelt. Dadurch wird die Bildung einer lose aufsitzenden Kupferoxidschicht verhindert. Unsere Untersuchungen ergaben keine Veränderung der Prozessparameter Strom, Spannung, Leistung, Plasma- und Düsentemperatur, Aktivierungsfläche und Lebensdauer durch die Vernickelung.

    Vergleich der neuen und der alten Düsen
    Abb. 1. Vergleich der neuen vernickelten Kupferdüsen (siehe oben) und der alten Kupferdüsen (siehe unten). Links: Düse A250, Mitte: Düse A350, rechts: Düse A450.

    Am Beispiel der Düse A250 zeigt sich, dass die Oberfläche der vernickelten Düsen auch nach einer Laufzeit von mehr als 390 Stunden intakt ist (siehe unten). Damit kann eine Kontamination der Proben durch Oxidreste verhindert werden.

    Vernickelte Düse nach einer Laufzeit von mehr als 390 Stunden
    Abb. 2. Vernickelte Düse A250 nach einer Laufzeit von mehr als 390 Stunden.

    Die Düsen haben neue Artikelnummern:

    ProduktbezeichnungAlte ArtikelnummerNeue Artikelnummer
    plasmabrush® PB3 Düse A25010002425001000242501
    plasmabrush® PB3 Düse A35010006007001000600701
    plasmabrush® PB3 Düse A4507870720078707201

    Tab. 1. Überblick über die alten und neuen Artikelnummern

    Die Änderung tritt ab 01. Februar 2022 in Kraft. Vor diesem Zeitpunkt getätigte Bestellungen sind nicht davon betroffen. Die bisherigen Düsenmodelle sind ab 01. Februar 2022 nur noch auf Sonderanfrage verfügbar.

    Die Produktänderungsmitteilung finden Sie hier.

    Verwendung der Düsen A250, A350 und A450

    Die Düsen sind für unterschiedliche Anwendungen geeignet und erfüllen verschiedene Optimierungsparameter:

    Düse A250Düse A350Düse A450
    Vernickelte Düse A250Vernickelte Düse A350Nickel-plated nozzle A450
    AnwendungsgebieteOberflächenreingung,
    Oberflächenaktivierung
    Oberflächenreinigung,
    Oberflächenaktivierung
    Oberflächenreinigung,
    Oberflächenaktivierung
    OptimierungFür besonders potentialarme
    Prozesse
    Für sensible
    Materialien
    Für hohe
    Prozessgeschwindigkeiten
    Mehr InformationenZum DatenblattZum DatenblattZum Datenblatt

    Tab. 2. Überblick über die Anwendungsgebiete und die Optimierungsparameter der Düsen

    Bei Rückfragen zur Produktänderung zur Düsenverbesserung können Sie sich jederzeit gerne an uns wenden.

    Zum Kontaktformular >>

    Weihnachtsaktion bei relyon plasma: Spenden statt Schenken

    Anstelle der üblichen Aufmerksamkeiten für unsere treuen Kunden und Partner in der Weihnachtszeit haben wir uns dazu entschieden, das dafür eingeplante Budget in diesem Jahr lieber bei einer Weihnachtsaktion einer gemeinnützigen Organisation zukommen zu lassen. Die entsprechende Spende haben wir in dieser Woche an den „Rengschburger Herzen e.V.“ ausgestellt, welcher Menschen unterstützt, die unverschuldet in Not geraten sind.

    Spenden statt Schenken relyon plasma Weihnachtsaktion

    Spenden statt Schenken

    Der wohltätige Verein aus Regensburg hat es sich zum Ziel gesteckt, denjenigen schnelle und einfache Hilfe zu bieten, die es am dringendsten benötigen. Die „Rengschburger Herzen“ helfen und unterstützen sozial Schwache, Obdachlose, Rentner, Familien mit Kindern, Alleinerziehende, vernachlässigte ältere Menschen und Heimbewohner und leisten dabei undiplomatisch Unterstützung.

    Der gesamte Verein agiert dabei selbstlos, das heißt jeder Euro, der eingeht, geht 1:1 den Hilfsbedürftigen zugute. Innerhalb von rund drei Jahren hat sich der Verein um Initiator Arno Birkenfelder ein Netzwerk an Unterstützern aufgebaut, das viel Gutes geschafft hat. Als zu Beginn der Corona-Pandemie beispielsweise die Tafeln, der „Strohhalm“ und andere Einrichtungen geschlossen waren, wurden kurzerhand zu festen Terminen mehrere Tonnen Lebensmittel an Bedürftige verteilt, die plötzlich keine Anlaufstellen mehr hatten.

    Dieses Bestreben möchte das gesamte Team von relyon plasma mit der Spende unterstützen. „Unseren Kunden und Partnern möchten wir damit statt einem Weihnachtspräsent das Gefühl schenken, etwas Gutes getan zu haben“, wie Geschäftsführer Klaus Forster und Dr. Stefan Nettesheim ihre gemeinsame Entscheidung erklärten.

    Nähere Informationen

    Weitere Informationen zur Arbeit des „Rengschburger Herzen e.V.“ finden Sie unter https://rengschburgerherzen.de/  

    Dr. Stefan Nettesheim zu Gast im Fusion & Plasma Podcast

    Dr. Stefan Nettesheim, der Geschäftsführer der relyon plasma GmbH, war in der letzten Woche zu Gast im Fusion & Plasma Podcast und hat mit Adam Kit (Universität Helsinki) unter anderem über die Zukunft der Plasmatechnologie in der Medizinbranche gesprochen.

    Das interessante Gespräch, in dem Dr. Nettesheim auch über aktuelle Forschungsprojekte spricht, ist jetzt online auf Spotify zum Anhören verfügbar: Jetzt reinhören.

    Fusion & Plasma Podcast

    Ein neuartiges computergesteuertes maskenloses Herstellungsverfahren für pneumatische weiche Aktoren

    Autoren: Tinsley, L. J. & Harris, R. A.

    Veröffentlichung: A Novel Computer-Controlled Maskless Fabrication Process for Pneumatic Soft Actuators, Actuators, 2020, 9(4), 136.

    Zuerst veröffentlicht: https://www.mdpi.com/2076-0825/9/4/136/htm

    Zusammenfassung:

    Weiche Roboter verwenden in ihrer gesamten Struktur nachgiebige und elastische Materialien. Die inhärenten Eigenschaften der Materialien, aus denen sie bestehen, führen zu einem grundlegend anderen Verhalten als bei ihren starren Gegenstücken. Gegenwärtig werden für die Herstellung pneumatischer weicher Aktoren in der Regel schablonenbasierte und additive Fertigungsverfahren eingesetzt. Mit zunehmender Komplexität der Aktoren werden die Grenzen dieser Verfahren deutlich. Bei der Formgebung ist die Geometrie begrenzt, und die Individualisierung der einzelnen Teile ist komplex. Fabrikationstechniken auf der Grundlage des 3D-Drucks ermöglichen die Verwendung verschiedener Materialien, aber es gibt Einschränkungen in Bezug auf Auflösung, Geschwindigkeit, Materialien und Skalierbarkeit. Um diese Aufgabe zu bewältigen, nutzten Tinsley und Harris die computergesteuerte, lokalisierte Plasmabehandlung mit dem piezobrush® PZ2-i, um das chemische Verhalten von Silikon und PET selektiv zu verändern und so pneumatische, weiche Aktoren herzustellen.

    Für diesen Prozess wurde eine Fertigungsplattform generiert, indem der piezobrush® PZ2-i in einer 3-Achsen-Antriebsplattform platziert wurde. Die Verklebung wurde zwischen dem Silikon Ecoflex 00-50 und einer PET-Folie durchgeführt. Diese Materialkombination ist aufgrund ihrer unterschiedlichen Steifigkeit gut für weiche Aktoren mit Biegeeigenschaften geeignet.

    Plattform für Plasmabehandlung
    Abb. 1. Plattform für Plasmabehandlung.

    Für das Klebeverfahren wurden sowohl das Ecoflex-Silikon als auch PET selektiv mit Plasma behandelt. Die PET-Folien wurden dann in eine 1%ige Lösung von 3-Aminopropyltriethoxysilan (APTES) getaucht. Anschließend wurden die beiden Materialien ausgerichtet und in Kontakt gebracht, um die Verklebung zu ermöglichen.

    Zwei Aktoren wurden mit dieser Methode hergestellt, um ihre Eigenschaften zu testen. Keiner der beiden Aktuatoren versagte beim Aufblasen auf 16 kPa und 63 kPa, vielmehr zeigte die Verformung des Ecoflex einen Zustand nahe dem Versagen an. Durch die spezifische Konstruktion konnten unterschiedliche Füllstände der verschiedenen Kammern erreicht werden (siehe Abb. 2). Die getesteten einfachen Konstruktionen zeigen die Robustheit und die geplante Selektivität der Verklebung, aber dieser Ansatz ermöglicht auch die computergesteuerte maskenlose Herstellung von Aktuatoren mit weitaus höherer Komplexität.

    Zwei pneumatische weiche Aktoren wurden hergestellt und durch Aufblasen getestet.
    Abb. 2. Zwei Aktoren wurden hergestellt und durch Aufblasen getestet.

    In der hier vorgestellten Arbeit wurde ein neuartiges computergesteuertes maskenloses Herstellungsverfahren für pneumatische weiche Aktoren auf der Grundlage der Plasmabehandlung untersucht. Die Vorteile dieses Ansatzes liegen darin, dass er wie der 3D-Druck digital gesteuert wird, aber viel schneller ist und für eine breitere Palette von Materialien eingesetzt werden kann. Obwohl diese Methode derzeit nicht für Aktoren geeignet ist, die eine Strukturgröße von weniger als 1 mm erfordern, kann sie die Herstellung größerer Aktoren einfacher machen als herkömmliche Methoden.

    Die vollständige Veröffentlichung können Sie hier lesen.

    Produktabkündigung des piezobrush® PZ2 und piezobrush® PZ2-i

    Zum 30.11.2021 kündigen wir das Handgerät piezobrush® PZ2 ab. Das Nachfolgemodell piezobrush® PZ3 mit den zugehörigen Wechselmodulen Standard und Nearfield steht ab sofort zur Verfügung. Ebenfalls zum 30.11.2021 kündigen wir den piezobrush® PZ2-i ab. Die neue Integrationslösung piezobrush® PZ3-i wird voraussichtlich im ersten Halbjahr 2022 verfügbar sein.

    Die neue Produktgeneration bietet für Anwender verschiedene Vorteile:

    piezobrush® PZ2 vs. piezobrush® PZ3

    Der piezobrush® PZ3 wurde als Nachfolger des piezobrush® PZ2 konzipiert. Die Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die jeweiligen Vorteile der beiden Geräte.

    piezobrush® PZ2

    • Handgerät mit Stromversorgung
    • Austauschbare Düsen
    • Keine Prozesskontrolle möglich
    Piezobrush PZ2 als Leihgerät testen

    piezobrush® PZ3

    • Handgerät mit Stromversorgung
    • Auswechselbares Piezomodul
    • Prozesskontrolle durch: Stopwatch, Countdown, Metronome
    piezobrush® PZ3
    110-240 V / 50-60 Hz
    max. 30 W
    fix 8,3 W
    170 g
    57 dB
    < 50 °C
    4 cm²/s
    2 – 10 mm
    20 mm
    Standard, Nearfield,
    Multigas / Nadel
    Argon, Helium und
    Stickstoff
    Elektrischer Anschluss
    Leistungsaufnahme
    Plasma Power
    Gewicht
    Geräuschpegel
    Plasma-Temperatur
    Geschwindigkeit
    Behandlungsabstand
    Max. Behandlungsbreite
    Standardmodule
    Sondermodule
    Betrieb mit Edelgas
    110-240 V / 50-60 Hz
    max. 18 W
    max. 8,0 W
    110 g
    45 dB
    < 50 °C
    5 cm²/s
    2 – 10 mm
    29 mm
    Standard und Nearfield
    voraussichtlich ab Juli 2022 verfügbar
    noch nicht möglich

    Bei Fragen zur Produktabkündigung können Sie sich jederzeit gerne bei uns melden.

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    Auswirkung von nichtthermischer Luftplasmabehandlung auf die Scherhaftfestigkeit

    von adhäsivem Harzzement auf Zirkoniumdioxid 

    Autoren: Mahrous, A.; Radwan, M. M. & Emad, B.

    Publikation: Effect Of Non-Thermal Air Plasma Treatment On Shear Bond Strength Of Adhesive Resin Cement To Zirconia, Egyptian Dental Journal, 2018, 64, 2879-2888. 

    Zuerst veröffentlicht: https://edj.journals.ekb.eg/article_77363.html 

    Zusammenfassung:

    Zirkoniumdioxid ist eines der wichtigsten Materialien für zahnmedizinische Anwendungen. Eine gängige Anwendung ist die Verklebung mit Zement als Klebstoff. In dieser Studie wurde die Auswirkung von Sandstrahlen und nichtthermischer Luftplasmabehandlung auf die Oberflächenrauheit und die Scherhaftfestigkeit untersucht.

    Die Zirkoniumdioxidplatten wurden in vier Gruppen aufgeteilt. Eine Gruppe blieb unbehandelt und diente als Kontrollgruppe. Die zweite Gruppe wurde mit der herkömmlichen Methode des Sandstrahlens der Oberfläche behandelt. Hierfür wurde 50 μm Aluminiumoxid verwendet. Die dritte Gruppe wurde mit kaltem atmosphärischem Plasma behandelt, wobei das Handgerät piezobrush® PZ2 von relyon plasma verwendet wurde. Die vierte Gruppe wurde zuerst sandgestrahlt und dann mit Plasma behandelt.

     Mit dem Rasterelektronenmikroskop gemessene Oberflächenrauhigkeit der vier Proben.
    Abbildung 1: Mit dem Rasterelektronenmikroskop gemessene Oberflächenrauhigkeit der vier Proben.

    Die Oberflächenrauhigkeit wurde mit dem Rasterelektronenmikroskop gemessen. Wie erwartet, erhöht das Sandstrahlen die Rauheit erheblich, da es hauptsächlich zur Vergrößerung der Oberfläche eingesetzt wird. Die Plasmabehandlung hingegen hatte fast keinen Einfluss auf die Oberflächenrauheit. Das Ziel der Plasmabehandlung ist nicht die Vergrößerung der Oberfläche, sondern vielmehr die Erhöhung der Benetzbarkeit durch Feinreinigung und Aktivierung der Oberfläche.

    Scherhaftung des Zements auf Zirkoniumdioxid.
    Abbildung 2: Scherhaftung des Zements auf Zirkoniumdioxid.

    Die Wirkung der Verklebung wurde durch Messung der Scherhaftung untersucht. Die unbehandelten Kontrollproben wiesen eine geringe Scherhaftung auf. Durch Vergrößerung der Oberfläche durch Sandstrahlen konnte der Wert erhöht werden. Dies geht mit einer erhöhten Rauheit einher. Obwohl die Plasmabehandlung die Rauheit nicht veränderte, wurde die Scherhaftung deutlich erhöht. Der beste Wert konnte durch die Kombination der beiden Methoden erreicht werden, wobei zunächst die Oberfläche durch Sandstrahlen vergrößert und in einem zweiten Schritt die Oberflächenbenetzbarkeit durch die Plasmabehandlung verbessert wurde.

    In dieser Studie wurde die Wirkung von Sandstrahlen und kaltem atmosphärischem Plasma auf die Scherhaftung von adhäsivem Harzzement auf Zirkoniumdioxid untersucht. Beide Methoden zeigten eine positive Wirkung auf die Scherhaftung. Die besten Ergebnisse konnten durch die Kombination der beiden Methoden erzielt werden.

    Sie können die vollständige Publikation hier lesen.

    Auswirkungen der Plasmabehandlung auf die Bioaktivität

    von alkalibehandelten Ceroxid-stabilisiertem Zirkoniumdioxid-/Aluminiumoxid-Nanokompositen (NANOZR)

    Autoren: Takao, S.; Komasa, S.; Agariguchi, A.; Kusumoto, T.; Pezzotti, G. & Okazaki, J.,

    Publikation: Effects of Plasma Treatment on the Bioactivity of Alkali-Treated Ceria-Stabilised Zirconia/Alumina Nanocomposite (NANOZR), International Journal of Molecular Sciences, 2020, 21.

    Zuerst veröffentlicht: https://www.mdpi.com/1422-0067/21/20/7476/htm

    Zusammenfassung:

    Zirkoniumdioxidkeramiken, wie z.B. Ceroxid-stabilisierte Zirkoniumdioxid-/Aluminiumoxid-Nanokomposite (nano-ZR), werden aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften als Implantatmaterial eingesetzt. Um eine ausreichende Biokompatibilität zu erreichen, ist jedoch eine Oberflächenbehandlung erforderlich. In der vorliegenden Studie wurde die Oberflächenfunktionalisierung des Materials mit Plasma untersucht und die anfängliche Adhäsion von mesenchymalen Stammzellen aus Rattenknochenmark, ihre osteogene Differenzierung und die Produktion von Hartgewebe auf plasmabehandeltem, alkalimodifiziertem nano-ZR bewertet.

    Auswirkungen der Plasmabehandlung auf die Bioaktivität von Implantaten
    Bild 1. Mit REM- und SPM-Messungen konnten keine Veränderungen der Oberflächenstruktur und Rauhigkeit durch die Plasmabehandlung festgestellt werden. Dagegen sinkt der Wasserkontaktwinkel von 63° auf 0°. XPS-Messungen zeigen, dass der Kohlenstoffanteil an der Oberfläche verringert, während der Sauerstoff- und Zirkonium-Anteil steigt.

    In dieser Arbeit wurde der piezobrush® PZ2 von relyon plasma zur Modifizierung der Oberflächeneigenschaften von nano-ZR-Proben mit kaltem Atmosphärendruckplasma genutzt. Die Oberflächeneigenschaften wurden bewertet. Außerdem wurden in-vitro– und in-vivo-Studien durchgeführt. Die Oberflächenstruktur von Implantaten ist gut definiert. Daher ist es wichtig, dass eine Vorbehandlung von Zahnimplantaten nur die Biokompatibilität verändert, während die mechanischen Eigenschaften wie z.B. die Rauheit unverändert bleiben. Die Oberflächeneigenschaften wurden mit Rasterelektronenmikroskopie REM (scanning electron microscopy, SEM), Rastersondenmikroskopie (scanning probe microscopy, SPM), Kontaktwinkelmessung und Röntgenphotoelektronenspektroskopie (x-ray photoelectron spectroscopy, XPS) untersucht. Mit REM und SPM konnten keine Veränderungen zwischen der Referenz und der plasmabehandelten Sonde festgestellt werden. Dies zeigt, dass die Oberflächenrauheit konstant bleibt und die makroskopische Oberflächenstruktur nicht durch die Behandlung beeinträchtigt wird. Bei der Kontaktwinkelmessung ergibt sich jedoch ein ganz anderes Bild. Der ursprüngliche Kontaktwinkel von 63° konnte auf 0° reduziert werden, was auf eine Superhydrophilie hinweist. Dies kann durch die XPS-Daten erklärt werden. Der Kohlenstoffanteil auf der Oberfläche nimmt ab, während der Oxid- und Zirkoniumpeak zunimmt. Dies deutet auf eine Entfernung von kohlestoffhaltigen Verunreinigungen hin, die das Zirkoniumdioxid freilegen.

    Mit Fluoreszenzmikroskopie wurde der Anteil und die Morphologie von rBMMSCs und HUVECs auf unbehandelten und behandelten Zirkon-Proben untersucht.
    Bild 2. Mit Fluoreszenzmikroskopie wurde der Anteil und die Morphologie von rBMMSCs und HUVECs auf unbehandelten und behandelten Zirkon-Proben untersucht.

    Mit Fluoreszenzmessungen wurde die Zelladhäsion von mesenchymalen Stammzellen aus Rattenknochenmark (rat bone marrow mesenchymal stem cells, rBMMSCs) und menschlichen Nabelvenenendothelzellen (human umbilical vein endothelial cells, HUVECs) in-vitro analysiert. Die Zell-Substanz-Interaktionen gehören zu den ersten Ereignissen, die zwischen dem Implantatmaterial und dem Körper stattfinden, wenn das Implantat nach der Implantation einwächst. Durch die Kaltplasmabehandlung konnte nicht nur die Anzahl der an der Implantatoberfläche haftenden Zellen erhöht werden, sondern es konnte auch eine Dehnung der Zellen beobachtet werden. Dies deutet darauf hin, dass Veränderungen der Oberflächenstruktur mit der anfänglichen Adhäsion und Proliferation verschiedener Zellen verbunden sind. Die Beobachtung der Reaktion von HUVECs auf die Materialoberfläche nach einer Implantation ist ein wichtiger Indikator für die Wundheilung.

    3D-Makro-CT-Bilder zeigen einen erhöhten Anteil an Knochenmasse (grün) bei den plasmabehandelten Zirkon-Implantaten (rot).
    Bild 3. 3D-Makro-CT-Bilder zeigen einen erhöhten Anteil an Knochenmasse (grün) bei den plasmabehandelten Zirkon-Implantaten (rot).

    In-vivo-Experimente wurden an Implantaten, die in den Oberschenkelknochen von Ratten implantiert wurden, durchgeführt. Nach acht Wochen wurden weitere Untersuchungen durchgeführt. Im dreidimensionalen Makro-CT wird die erhöhte Knochenmenge (grün) um das plasmabehandelte Zirkonoxidimplantat (rot) deutlich. Quantitativ wurde dies anhand des Verhältnisses von Knochenmasse zu Gesamtmasse (BV/TV), der durchschnittlichen Trabekelanzahl (average trabecular number, Tb.N), der durchschnittlichen Trabekeldicke (average trabecular thickness, Tb.Th) und der Trabekelseparation (trabecular separation, Tb.Sp) bewertet. Mit Ausnahme des letzten Wertes wurden alle diese Werte für die plasmabehandelten Proben als signifikant höher ermittelt. Alle diese gemessenen Parameter deuten auf eine stabilere Integration des Implantats acht Wochen nach der Implantation durch die Plasmabehandlung hin.

    Histologische Schnitte von unbehandelten (links) und behandelten Zirkonimplantaten.
    Bild 4. Histologische Schnitte von unbehandelten (links) und behandelten Zirkonimplantaten.

    Die Knochenneubildung wurde durch histologische Schnitte weiter untersucht. Nicht nur das Knochenflächenverhältnis (bone area ratio, BA), sondern auch der Knochen-Implantat-Kontakt (bone-to-implant contact, BIC) wurde durch die Plasmabehandlung erhöht. Beides sind Hinweise auf die Qualität der Osseointegration.

    In dieser Veröffentlichung wurden die Auswirkungen der Behandlung von Nano-ZR-Implantaten mit kaltem atmosphärischem Plasma auf die Bioaktivität von Implantaten untersucht. Während die Plasmabehandlung die Rauheit des Implantats nicht beeinträchtigt, konnte Superhydrophilie erreicht werden. In in-vitro– und in-vivo-Studien konnte eine schnellere und bessere Protein-, Zell- und Knochenadhäsion gemessen werden, woraus schließen lässt, dass die atmosphärische Plasmabehandlung als prothetische Behandlungsoption für Patienten mit Metallallergie nützlich ist.

    Den gesamten Beitrag finden Sie hier.

    Visualisierung der aktivierten Fläche auf Polymeren zur Bewertung von Atmosphärendruckplasmastrahlen

    Autoren: Dariusz Korzec *, Thomas Andres, Eva Brandes und Stefan Nettesheim

    *Autor, an den die Korrespondez zu richten ist.

    Veröffentlichung: Polymers 2021, 13 (16), 2711.

    https://www.mdpi.com/2073-4360/13/16/2711/htm

    Zusammenfassung

    Die Behandlung von Polymeren mit Atmosphärendruckplasma (atmospheric pressure plasma jet, APPJ) führt zu einer lokalen Erhöhung der freien Oberflächenenergie (surface free energy, SFE). Dabei kann man den plasmabehandelten aktivierten Bereich mit Hilfe einer Testtinte sichtbar machen und quantitativ auswerten. Allerdings schrumpft der benetzte Bereich mit der Zeit. Dies wird mit Hilfe der Aktivierungsbildaufzeichnung (activation image recording, AIR) erfasst, wobei die Aufnahme mit einer Digitalkamera durchgeführt wird. Im Zuge der Untersuchung werden die drei Polymere Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyethylen (HDPE) und Polyoxymethylen (POM) als Testsubstratmaterial untersucht. Da HDPE durch die Plasmabehandlung eine große Änderung der Oberflächenenergie ohne eine wesentliche hydrophobe Retention aufweist, wurde dieses Polymer für die weiteren Untersuchungen verwendet. Auf Formamid-Mischungen basierende Testtinten neigen zu einer zeitlichen Änderung der Stöchiometrie, deshalb wird die reine Formamid-Testtinte mit 58 mN/m gewählt. Die Methode wird für die Charakterisierung wurde an verschiedenen Entladungsarten getestet, z.B. gepulste Lichtbogenentladung (APPJ), piezoelektrische Direktentladung (PDD®) und dielektrischer Barrierenentladung (DBD). Der Leistungsbereich betrug für die APPJ-Entladung etwa 700 W und für die piezoelektrische Direktentladung 4,5 – 8 W. Es zeigt sich, wie die AIR-Methode zur Lösung verschiedener technischer Probleme eingesetzt werden kann.

    Versuchsaufbau. (a) Allgemeiner Aufbau für die Aktivierung der Polymersubstratoberfläche. (b) Bild des Aufbaus für AIR.
    Versuchsaufbau. (a) Allgemeiner Aufbau für die Aktivierung der Polymersubstratoberfläche. (b) Bild des Aufbaus für AIR.

    Fazit und Ausblick

    Die Autoren schlagen eine neuartige Methode zur Bewertung der durch Atmosphärendruckplasmastrahlen auf Polymeroberflächen erzeugten Aktivierungsfläche vor. Dabei verwenden sie die Aktivierungsbildaufzeichnung (activation image recording, AIR) mit einer Digitalkamera zur Erfassung der Schrumpfungsmerkmale von Aktivierungszonen, die von der Testtinte benetzt werden.

    Die Studie zeigt, dass AIR als Diagnosetechnik für die Leistungsbewertung von Atmosphärendruckentladungen unter verschiedenen Arbeitsbedingungen eingesetzt werden kann. Zudem weist sie nach, dass sich die Methode auch für den Vergleich verschiedener Arten von APPJs eignet. Als das am besten geeignete Material für die Testsubstrate wurde HDPE ausgewählt, aufgrund: (i) des breiten Spektrums an SFE, das nach der APPJ-Behandlung erreicht wird, (ii) der geringen hydrophoben Rückgewinnung, (iii) der Verfügbarkeit als Polymer ohne Additive, (iv) der moderaten Kosten und (v) der großen Beliebtheit als Referenzmaterial für Plasmastudien.

    Für die Visualisierung der Aktivierungsfläche wurde die auf 58 mN/m geeichte Testtinte (reines flüssiges Formamid) ausgewählt. Die Gründe dafür sind: (i) der Einfluss von Änderungen des Anteils von zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Flüchtigkeit kann vermieden werden; (ii) der Oberflächenenergie-Wert liegt fast in der Mitte zwischen der Oberflächenenergie von unbehandeltem HDPE (35 mN/m) und der maximal erreichbaren Oberflächenenergie von (72 mN/m); und (iii) Formamid ist als Bestandteil der Testtinten in mehreren wichtigen internationalen Normen definiert.

    Die Referenzzeit für die Schrumpfungseigenschaften beträgt 10 s nach der Verteilung der Testtinte auf der HDPE-Oberfläche. Dabei handelt es sich um einen Kompromiss zwischen einem großen absoluten Fehler bei der Flächenbestimmung bei einer sehr kurzen Referenzzeit und dem Einfluss von Material- und Umweltfaktoren sowie einem zunehmenden relativen Fehler bei einer sehr langen Referenzzeit.

    Die optimale Behandlungszeit sollte in Abhängigkeit von der Art der Entladung gewählt werden und skaliert umgekehrt proportional zur Plasmaleistung. Um beispielsweise eine gute Auflösung der AIR-Ergebnisse für das 700-W-Plasmagerät zu erreichen, ist eine Plasmabehandlungszeit im ms-Bereich erforderlich. Für PDD und andere CeraPlas™-getriebene Entladungen ist hingegen eine Behandlungszeit von 10 oder 20 s optimal.

    Die Untersuchung zeigt, dass die hydrophobe Erholung, definiert als Änderung der Aktivierungsfläche mit der Lagerzeit nach der HDPE-Behandlung mit CeraPlas™-basierten Geräten, sehr langsam ist: 3 % pro 100 Stunden.

    Die Ursache für die kurzfristigen Veränderungen liegt in den zeitlichen Schwankungen der Eigenschaften der Testtinte. Die wahrscheinlichsten Gründe für solche Schwankungen sind hierbei: (i) die Änderung der Stöchiometrie der Zweikomponenten-Testtinte aufgrund unterschiedlicher Verdunstungsgeschwindigkeiten der Komponenten; (ii) die Aufnahme von Wasser aus der Luftfeuchtigkeit in die reine Formamid-Testtinte.

    Um mit der AIR-Methode genaue, statistisch fundierte und reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen, müssen einige Annahmen und Handhabungsregeln erfüllt sein.

    • Die AIR-Ergebnisse sind nur für intensive Entladungen gültig, wenn eine Sättigung von 72 mN/m auf einem großen Teil der Aktivierungsfläche auf HDPE erreicht wird;
    • die Behandlungszeit sollte den Grenzwert für die thermische Schädigung der HDPE-Oberfläche nicht überschreiten;
    • es sollte nur eine frische Testtinte verwendet werden, und das Testtintenfläschchen sollte nur für eine kurze Zeit des Tintenauftrags geöffnet werden;
    • die Menge der Testtinte sollte an die Größe der Aktivierungsfläche angepasst werden; und
    • die AIR-Messungen sollten bei Raumtemperatur und mittlerer Luftfeuchtigkeit durchgeführt werden.

    Obwohl die physikalischen und chemischen Mechanismen der Schrumpfung des Testtintenflecks nicht im Detail erklärt werden, werden die Schrumpfungseigenschaften erfolgreich zur Lösung technischer Probleme bei der Entwicklung und Bewertung der neuartigen Plasmageräte eingesetzt. Mit Hilfe von AIR haben die Autoren die folgenden ingenieurtechnischen Aufgaben angegangen:

    • Bestimmung der optimalen Betriebsbedingungen für die maximale Oberflächenaktivierungsgeschwindigkeit;
    • Untersuchung des Einflusses von Konstruktionsänderungen auf die APPJ-Leistung;
    • Bestimmung des äquivalenten Arbeitspunkts für ein Plasmagerät, das ein anderes Gerät ersetzt;
    • Untersuchung der Leistungsänderungen des APPJ im Verlauf eines Dauertests; und
    • Analyse des Einflusses der Art der Entladung auf die hydrophobe Rückgewinnung.

    Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass weitere Arbeiten zu diesem Thema erforderlich sind. Unter anderem sollten die physikalisch-chemischen Mechanismen der zeitabhängigen Schrumpfung der Testtintenflecken genauer untersucht werden. Die experimentelle Entwicklung könnte auch die Genauigkeit der AIR-Technik weiter verbessern. Ein Beispiel dafür ist die Automatisierung der Testtintenapplikation, die es ermöglicht, eine exakte Flüssigkeitsmenge zu dosieren und den Startpunkt für den Schrumpfungsprozess der Testtintenfelder genau zu bestimmen.

    Lesen Sie den gesamten Beitrag hier.

    Bondexpo – Produktlaunch der kompakten Plasmaintegration piezobrush® PZ3-i

    Relyon plasma, ein Tochterunternehmen der TDK Electronics AG mit Sitz in Regensburg, präsentiert beim Produktlaunch auf der Bondexpo in Stuttgart, der internationalen Fachmesse für Klebtechnologie, das innovative Plasmasystem piezobrush® PZ3-i. Basierend auf der PDD®-Technologie ist diese kompakte Integrationslösung für verschiedenste Oberflächenanwendungen geeignet.

    Regensburg/Stuttgart. Die Bondexpo öffnet von 5.-8. Oktober 2021 ihre Tore, nachdem sie letztes Jahr abgesagt wurde. Relyon plasma präsentiert in Halle 5 auf Stand 5505 erstmals die kompakte Integrationslösung piezobrush® PZ3-i. Das kalte Atmosphärendruckplasma wird dabei verwendet, um hydrophobe Oberflächen durch eine Erhöhung der Oberflächenenergie optimal auf die Verklebung vorzubereiten und einen stabilen Adhäsionsprozess zu ermöglichen.  

    Piezobrush® PZ3-i – Plasma als Industriestandard der Zukunft

    Das Highlight des diesjährigen Messeauftritts ist hierbei die weltweit erstmalige Präsentation der kompakten Integrationslösung piezobrush® PZ3-i. Das Kaltplasma-Gerät ist für die Integration in bestehende Fertigungsanlagen vorgesehen und daher kompakt, sicher und effizient konzipiert. Es eignet sich somit hervorragend für die Vorbehandlung vor dem Verkleben, Bedrucken und Laminieren.  Aufgrund seines robusten Gehäuses ist es einfach und unkompliziert, den piezobrush® PZ3-i  in Inline-Systeme zu implementieren. Zudem ist eine umfassende Prozesskontrolle bei automatisierten Produktionsabläufen möglich, die die Traceability gewährleistet. Das Gerät ist intuitiv zu bedienen und werkzeugfrei zu warten.

    Plasmaintegration piezobrush® PZ3-i
    Bild 1. Aufbau des piezobrush® PZ3-i aus Treibergehäuse und Modulträger.

    Flexible Behandlungsbreiten durch Modularität

    Mit einer durchschnittlichen Behandlungsbreite von 5 – 29 mm (CDA) ist der piezobrush® PZ3-i sehr gut für die Vorbehandlung von Klebenuten oder für den Kennzeichnungsdruck auf niederenergetischen Materialien geeignet. Mit anderen Prozessgasen wie z. B. Stickstoff sind sogar Behandlungsbreiten von bis zu 50 mm möglich. Für viele Anwendungen sind jedoch noch größere Behandlungsbreiten erforderlich. Durch die modulare Bauweise ist eine Aneinanderreihung der Einzelgeräte jederzeit sehr einfach möglich, sodass auch größere Behandlungsbreiten individuell an die Anwendung angepasst werden können.

    Aneinanderreihung von mehreren piezobrush PZ3-i Einzelgeräten für größere Behandlungsbreiten
    Bild 2. Aneinanderreihung von mehreren piezobrush® PZ3-i Einzelgeräten für größere Behandlungsbreiten.

    Der piezobrush® PZ3-i mit PDD®-Technologie erzeugt hocheffektiv kaltes Plasma. Basierend auf den Erfahrungen mit dem Vorgängermodell piezobrush® PZ2-i, das bereits bei vielen Kunden im Einsatz ist, wurde der piezobrush® PZ3-i entsprechend der Anwenderbedürfnisse entwickelt, um damit die Lücke zwischen Handgeräten und Hochleistungs-Inline-Geräten zu schließen. Beispielsweise verwendet die Firma IKA®-Werke GmbH & Co. KG den Vorgänger, um autoklavierbare Pipetten zu verkleben.

    Bislang werden für automatisierte Plasmaprozesse Hochleistungssysteme verwendet. Diese sind für hohe Prozessgeschwindigkeiten optimiert, was jedoch mit relativ hohen Anforderungen an die Prozesssicherheit und -kontrolle verbunden ist. Insbesondere bei temperaturempfindlichen Substraten muss ein Überhitzen der Probe vermieden werden. Der piezobrush® PZ3-i hingegen vereinfacht den Einsatz von Plasma durch die geringe Plasmatemperatur von unter 50 °C, der Versorgung mit Niederspannungskabeln und einem Mitarbeiterschutz durch Berührsicherheit sowie geringen Emissionen. Damit eröffnen sich neue Einsatzmöglichkeiten: Mit dem piezobrush® PZ3-i ist es nun möglich, mit geringem Aufwand optimale und reproduzierbare Adhäsionsergebnisse zu erzielen.

    Verwendung des Vorgängermodells piezobrush PZ2-i zum verkleben von Polypropylen (PP)
    Bild 3. Verwendung des Vorgängermodells piezobrush® PZ2-i zum Verkleben von Polypropylen (PP). Quelle: IKA®-Werke GmbH & Co. KG

    Anwendungsfälle auf dem Messestand

    Relyon plasma freut sich auf den Besuch von Interessenten auf dem Messestand. Sie können direkt vor Ort die Neuentwicklung piezobrush® PZ3-i, das Handgerät piezobrush® PZ3 sowie die Hochleistungssysteme mit PAA®-Technologie in Aktion erleben und den Experten Anwendungsfragen stellen. Zudem haben Messebesucher auch die Möglichkeit, ihre eigenen Substrate mitzubringen, damit sie sich selbst von den Vorzügen einer Plasmabehandlung überzeugen können.

    Technische Daten des piezobrush® PZ3-i:

    Versorgungsspannung24 V DC
    LeistungsaufnahmeMax. 18 W
    AusführungIntegrationseinheit mit Gasanschluss
    Gewicht380 g
    Plasmatemperatur< 50°C
    Behandlungsabstand2 – 10 mm
    Behandlungsbreite5 – 29 mm (CDA)
    5 – 50 mm (Stickstoff)

    Tabelle 1. Übersicht über die technischen Daten der kompakten Plasmaintegration piezobrush® PZ3-i

    Die komplette Pressemitteilung zum Download finden Sie hier.

    Verbesserte Osseointegration und Bio-Dekontamination von nanostrukturiertem Titan

    Basierend auf nicht-thermischem Atmosphärendruck-Plasma

    von Yuhao Zeng 1,*, Satoshi Komasa 1 [OrcID] , Hisataka Nishida 2, Akinori Agariguchi 1, Tohru Sekino 2 [OrcID] und Joji Okazaki 1

    Int. J. Mol. Sci. 2020, 21(10), 3533; https://www.mdpi.com/1422-0067/21/10/3533

    Abstract

    Eine alkalibehandelte Titanatschicht mit Nanonetzwerkstrukturen (TNS) ist eine vielversprechende Oberfläche zur Verbesserung der Osseointegrationsfähigkeit bei Implantaten. Dennoch besteht das Risiko eines Geräteversagens aufgrund einer unzureichenden Beständigkeit gegen Biofilmkontamination. In dieser Studie wurde geprüft, ob die Behandlung mit einem tragbaren, nichtthermischen Plasmagerät die Biofilmkontamination effizient beseitigen kann, ohne die Oberflächen-Nanostruktur zu zerstören, und gleichzeitig eine Oberfläche wiederherstellen kann, die die Knochenneubildung fördert. TNS-Proben wurden mit einem piezoelektrischen Direktentladungs-Plasmagenerator (PDD) behandelt. Der Dekontaminationseffekt wurde unter Verwendung von Staphylococcus aureus durchgeführt. Die Bewertung der anfänglichen Zellanhaftung mit Adhäsionsbildern, der Aktivität der alkalischen Phosphatase, der Mineralisierung der extrazellulären Matrix und der Expression von Genen, die mit der Osteogenese in Zusammenhang stehen, wurde mit mesenchymalen Stammzellen aus dem Rattenknochenmark durchgeführt, und die Knochenreaktion wurde in vivo mit einem Rattenfemurmodell bewertet. Nanotopographie und Oberflächenrauhigkeit unterschieden sich vor und nach den Plasmabehandlungen nicht signifikant. Die Zell- und Knochenbildungsaktivität wurde durch die TNS-Plasmabehandlung verbessert. Darüber hinaus wurde durch die Plasmabehandlung die Biofilmkontamination der Oberfläche wirksam beseitigt. Diese Ergebnisse legen nahe, dass diese Plasmabehandlung ein vielversprechender Ansatz für die Behandlung von Nanomaterialien unmittelbar vor der Implantation und eine therapeutische Strategie für Periimplantitis sein könnte.

    1. Einleitung

    Titan ist aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität eines der am häufigsten verwendeten Materialien für orthopädische und dentale Implantate [1,2]. Dennoch ist die Verwendung von Titanimplantaten durch das Risiko von periimplantären Infektionen, eine verlängerte Einheilzeit der Osseointegration und unzureichende osteokonduktive Eigenschaften, insbesondere bei Patienten mit Osteoporose, begrenzt [3]. Die klinischen Langzeiterfolgsraten von Implantaten auf Titanbasis liegen bei 89,23% und 82,94% nach 10- bzw. 16-jähriger Nachbeobachtungszeit [4]. Um die klinische Langzeiterfolgsrate von Implantaten weiter zu erhöhen, sind die Förderung der frühen Osseointegration, die langfristige Stabilität der Knochen-Implantat-Grenzfläche und eine reduzierte Periimplantitis erforderlich [2,5,6]. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Implantatoberfläche spielen eine entscheidende Rolle bei der frühen Knochenbildung um Implantate herum [7].

    Aufgrund der Anfälligkeit der passiven Oxidschicht und ihrer elektrischen Leitfähigkeit wurden in den letzten drei Jahrzehnten Implantatoberflächenmodifikationen wie Sandstrahlen [8], Säureätzen [9], Oxidation [10] und Kalziumphosphatabscheidung (allein oder in Kombination) [11,12] vorgenommen, um die Rauheit, die mikro- und nanoskaligen Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung der Implantatoberfläche zu verändern; diese Modifikationen können eine hohe Biokompatibilität verleihen und eine frühe Knochenbildung um die Implantate herum fördern [13,14,15].

    Unsere bisherigen Untersuchungen zeigen, dass nach hochkonzentrierter alkalischer Behandlung auf der Titanoberfläche eine homogene, hydrophile Natriumtitanatschicht mit Nanonetzwerkstrukturen (TNS) entsteht [16]. TNS weist im Vergleich zu Ti eine höhere Rauhigkeit und Hydrophilie auf und ist daher besser mit der Protein- und Zellanhaftung sowie der Hydroxylapatitbildung kompatibel; diese Faktoren führen zu einer ausgezeichneten osteogenen Aktivität [17]. Dennoch müssen vor ihrer klinischen Anwendung noch einige Herausforderungen gelöst werden. Genauer gesagt ist alkalibehandeltes Titan mit Nanostrukturen immer noch unzureichend in Bezug auf die Resistenz gegen die bakterielle Anheftung und die Bildung von Biofilmen, die letztendlich Periimplantitis verursachen können [18], und schneller ist die Osseointegration in der frühen Phase der Implantation immer noch eine Voraussetzung.

    Plasma ist einer der vier Grundzustände der Materie und wird definiert als ein neutrales ionisiertes Gas, das aus Teilchen in ständiger Wechselwirkung besteht, zu denen Photonen, Elektronen, positive und negative Ionen, Atome, freie Radikale und angeregte oder nicht angeregte Moleküle gehören. Plasma konnte bei Atmosphärendruck durch verschiedene Techniken wie Hochfrequenz (HF)-Plasmen [19], Plasmen mit dielektrischer Barriere (DBD)-Entladungen [20], Koronaentladungsplasmen [21], Gleitbogenentladungsplasmen [22,23] erhalten werden. Als Folge der Produktion reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffspezies (RONS) wurde die Plasmabehandlung eingesetzt, um Verunreinigungen zu entfernen und den Implantatoberflächen Hydrophilie zu verleihen, was wiederum die Protein- und Zelladhäsion fördert [24,25]. Nach Lee et al. vermindert die Plasmabehandlung die bakterielle Anhaftung durch Kohlenstoffreinigung der Implantatoberfläche, wodurch das Risiko einer Implantatinfektion verringert wird [26]. Die durch die Plasmabehandlung erzeugten RONS könnten die Biofilm-Rekolonisierung auf der Implantatoberfläche dekontaminieren und hemmen, ohne die ausgeklügelte Oberflächengeometrie des Implantats zu zerstören, und gleichzeitig die Osteoblastenanhaftung und -differenzierung fördern [23,25,27,28]. Die Plasmabehandlung ist ungiftig, bei niedrigen Temperaturen, sicher und hat eine hohe Behandlungseffizienz, so dass sie für klinische Anwendungen besser geeignet ist als andere Sterilisationsmethoden. Die Verwendung eines tragbaren, nichtthermischen, atmosphärischen Plasmageräts, das piezoelektrische Technologie verwendet, hat sich in letzter Zeit auf medizinische Anwendungen konzentriert. Da es eine höhere Verarbeitungseffizienz hat und umweltfreundlicher als UV-, Laser- und andere Arten der Plasmabehandlung ist, eignet sich das nichtthermische, atmosphärische Plasmagerät sehr gut für die unmittelbare Behandlung vor der Implantation. Gleichzeitig ist dieses nichtthermische atmosphärische Plasma, das Biofilm eliminieren und gleichzeitig Oberflächeneigenschaften wiederherstellen könnte, die für die Knochenregeneration förderlich sind, besonders für die Behandlung von Periimplantitis geeignet [29].

    In der vorliegenden Studie stellten wir die Hypothese auf, dass eine nichtthermische atmosphärische Plasmabehandlung die chemischen Komponenten auf der Implantatoberfläche verändern und die durch die Alkalibehandlung entstandene Rauheit der nanostrukturierten Oberfläche erhalten und dadurch die Osseointegration und Dekontamination fördern könnte. Um diese Hypothese zu beweisen, untersuchten wir die Wirkung der Plasmabehandlung auf die Biofilmbildung, Zelladhäsion und Osseointegration in der frühen Phase der Implantation durch in-vivo- und in-vitro-Experimente. Staphylococcus aureus wurde verwendet, um die Wirkung der Plasmabehandlung auf die Dekontamination zu veranschaulichen. Die Plasmabehandlung des TNS veränderte wirksam die chemische Zusammensetzung auf der Probenoberfläche, was die Hydrophilie des Implantats weiter verbesserte und die Zellanhaftung und osteogene Differenzierung erleichterte, während der Biofilm dekontaminiert wurde, ohne die Nanomorphologie der TNS-Oberfläche zu zerstören. Die Plasmabehandlung hat potenzielle klinische Anwendungen, wie die unmittelbare Behandlung vor der Implantation und die therapeutische Behandlung von Periimplantitis.

    2. Ergebnise

    2.1. Oberflächen Charakterisierung

    Die Rasterelektronenmikroskopie (REM), die einen bedeutenden Beitrag zur Beobachtung und Charakterisierung der Nanomorphologie geleistet hat, wurde zur Untersuchung der Oberflächentopographie von TNS- und Plasma-TNS-Proben eingesetzt. REM-Aufnahmen zeigten, dass die nanoporöse Netzwerkstruktur innerhalb eines durchschnittlichen Durchmessers von 50-100 nm auf nanostrukturiertem Titan nach der Alkalibehandlung gut miteinander verbunden und homogen war. Wie in Abbildung 1 dargestellt, veränderte sich die nanoporöse Struktur der Probenoberfläche nach der Plasmabehandlung nicht signifikant. Die durch Rasterkraftmikroskopie (AFM) gemessene Wirkung der Plasmabehandlung auf die Oberfläche zeigte ähnliche Nanotopographien auf den Oberflächen von TNS- und Plasma-TNS-Proben (Abbildung 1). Darüber hinaus zeigten die mittels AFM gemessenen Werte der Oberflächenrauheit (Ra und Rz), dass es keinen signifikanten Unterschied zwischen TNS- und Plasma-TNS-Proben gab (Tabelle 1). Die Hydrophilie-Analyse der Oberfläche von TNS- und Plasma-TNS-Proben zeigte, dass die TNS-Oberfläche hydrophile Eigenschaften mit einem Kontaktwinkel von etwa 9° aufwies. Insbesondere wurde eine signifikante Veränderung der Benetzbarkeit auf der Oberfläche von Plasma-TNS-Proben mit einem Kontaktwinkel von <3° erkannt, die superhydrophile Eigenschaften aufwiesen (Abbildung 1E).

    Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von (A) Titanatschicht mit Nanonetzwerkstrukturen (TNS) und (B) Plasma-TNS; Rastersondenmikroskopische Aufnahmen und ein typisches Oberflächenprofil von (C,F) TNS und (D,G) Plasma-TNS. (E) Die Messung des Kontaktwinkels auf der Oberfläche von TNS und Plasma-TNS. Die gezeigten Daten sind die Mittelwerte ±SD (n = 3). *** p < 0.001.
    Abbildung 1. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von (A) Titanatschicht mit Nanonetzwerkstrukturen (TNS) und (B) Plasma-TNS; Rastersondenmikroskopische Aufnahmen und ein typisches Oberflächenprofil von (C,F) TNS und (D,G) Plasma-TNS. (E) Die Messung des Kontaktwinkels auf der Oberfläche von TNS und Plasma-TNS. Die gezeigten Daten sind die Mittelwerte ±SD (n = 3). *** p < 0.001.
    GruppeParameter Ra (nm)Parameter Rz (nm)
    TNS24.71 ± 7.14218.93 ± 89.48
    Plasma-TNS27.16 ± 5.01233.90 ± 19.79

    Tabelle 1. Rauheitswerte des TNS und Plasma-TNS. Die gezeigten Daten sind die Mittelwerte ±SD (n = 3).

    Die chemische Zusammensetzung und die chemische Bindung auf TNS- und Plasma-TNS-Oberflächen wurden mittels Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) untersucht. Die XPS-Spektren der Proben zeigten, dass die chemische Zusammensetzung der Oberfläche die charakteristischen Peaks von Ti, O, C, N und Na enthielt. Um die Veränderungen der chemischen Zusammensetzung und der chemischen Bindung nach der Plasmabehandlung weiter zu untersuchen, wurden Spektren mit hoher Energieauflösung für C1s, O1s, N1s und Ti2p erhalten. Ti 2p3/2- und Ti 2p1/2-Komponenten wurden bei 458,5 eV bzw. 464,2 eV mit einem Spin-Orbitalspaltungswert von 5,7 eV gezeigt, der mit dem Ti4+-Valenzzustand übereinstimmt. Die Na1s-Spektren von TNS- und Plasma-TNS-Proben unterschieden sich nicht signifikant, was darauf hinweist, dass beide Probentypen mit Titanit bedeckt waren. Dies stimmte mit den Ergebnissen früherer Studien überein [30]. Das Vorhandensein einer Kohlenstoffkontamination auf allen Oberflächen war offensichtlich, was auch mit früheren Studien übereinstimmte [31]. Bemerkenswert ist, dass das Kohlenstoffverhältnis auf der Probenoberfläche nach der Plasmabehandlung signifikant abnahm. Abbildung 2 zeigt das Verhältnis von N/Ti zu O/Ti auf der Oberfläche von TNS- und Plasma-TNS-Proben. Die Verhältnisse zeigten den bemerkenswerten Anstieg des O- und N-Gehalts auf der Oberfläche von plasmabehandelten Proben.

    XPS-Analyse auf der Oberfläche von TNS und Plasma-TNS, dargestellt als Mittelwert, der aus der zufälligen Lage von drei Proben berechnet wurde: (A) Sauerstoff/Titan-Verhältnis, (B) Kohlenstoff/Titan-Verhältnis, (C) Stickstoff/Titan-Verhältnis, (D) XPS-Spektren der Proben mit breiter Übersicht, (E) hochauflösende Spektren von Kohlenstoff 1 s, (F) hochauflösende Spektren von Stickstoff 1 s und hochauflösende Spektren von Sauerstoff 1 s auf der Oberfläche von (G) TNS und (H) Plasma-TNS.
    Abbildung 2. XPS-Analyse auf der Oberfläche von TNS und Plasma-TNS, dargestellt als Mittelwert, der aus der zufälligen Lage von drei Proben berechnet wurde: (A) Sauerstoff/Titan-Verhältnis, (B) Kohlenstoff/Titan-Verhältnis, (C) Stickstoff/Titan-Verhältnis, (D) XPS-Spektren der Proben mit breiter Übersicht, (E) hochauflösende Spektren von Kohlenstoff 1 s, (F) hochauflösende Spektren von Stickstoff 1 s und hochauflösende Spektren von Sauerstoff 1 s auf der Oberfläche von (G) TNS und (H) Plasma-TNS.

    Die Spektren mit hoher Energieauflösung des N1s-Peaks vor und nach der Plasmabehandlung sind in Abbildung 2F dargestellt. Die an plasmabehandelten Proben beobachteten unterschiedlichen Spektren wurden bei einer Bindungsenergie von 406,8 eV gezeigt, was NOx (Nitrat)-Spezies entspricht [32,33]. Im Gegensatz dazu wurden nur wenige dieser Spektren auf der Oberfläche von unbehandelten Proben gefunden. Abbildung 2 zeigt auch die hochauflösenden Sauerstoff-1s-Spektren von der Oberfläche von TNS- und Plasma-TNS-Proben. Nach Moulder et al. [32] zeigt die Entfaltung des O1s-Peaks drei verschiedene Zustände der Sauerstoffatome. Die Komponente bei der Bindungsenergie von 530,3 eV (O1) entspricht dem Sauerstoff O2- in der TiO2-Gitterstruktur; die Komponente bei 531,4 eV (O2) ist oft mit -OH-Gruppen verwandt; die Komponente bei 532,7 eV (O3) ist typischerweise mit NOx- oder H2O-Gruppen assoziiert [34].

    XPS-Spektren der TNS-Oberfläche zeigten, dass der meiste Sauerstoff in Form eines Oxids (O1) gebunden war, und der Anteil der -OH-Bindungen war geringer (Abbildung 2G). Dies deutet allgemein darauf hin, dass Sauerstoffatome mit größerer Wahrscheinlichkeit TiO2 auf der Probenoberfläche bilden. Im Gegensatz zur TNS-Oberfläche wurde auf der Oberfläche von Plasma-TNS-Proben eine große Anzahl von O2-Komponenten beobachtet. Diese standen mit der -OH-Gruppe in Zusammenhang und wurden durch die Wechselwirkung von energetisch reaktiven Sauerstoffspezies zwischen dem Plasma und der Materialoberfläche verursacht. Infolgedessen wurde die Hydrophilie der Materialoberfläche signifikant verbessert, was mit den Kontaktwinkel-Messergebnissen übereinstimmt. Die wichtige O3-Komponente, die typischerweise mit NOx-Gruppen assoziiert ist, wurde auf der Oberfläche von Plasma-TNS-Proben nachgewiesen; dies war darauf zurückzuführen, dass die reaktiven Stickstoffspezies (RNS) die Gasphasenchemie während der Plasmabehandlung dominierten [35,36].

    2.2. Biofilm Dekontaminierung

    Um die Effizienz der Bio-Dekontamination durch Plasmabehandlung zu beurteilen, wurde eine Staphylococcus aureus (S. aureus)-Kultur auf der Oberfläche des TNS 24 h lang inkubiert und zu einem Biofilm entwickelt. Die Oberflächen wurden dann einer Plasmabehandlung ausgesetzt. Die Ergebnisse der Inaktivierung zeigen, dass die Plasmabehandlung die Lebensfähigkeit von S. aureus signifikant verringern konnte (Abbildung 3).

    Wirkung der Plasmabehandlung auf die Dekontamination. Die gezeigten Daten sind die Mittelwerte ±SD (n = 3). *** p < 0.001.
    Abbildung 3. Wirkung der Plasmabehandlung auf die Dekontamination. Die gezeigten Daten sind die Mittelwerte ±SD (n = 3). *** p < 0.001.

    2.3. Bestimmung intrazellulärer reaktiver Sauerstoffspezies (ROS)

    Darüber hinaus war, wie in Abbildung 4 gezeigt, die Höhe der intrazellulären ROS auf der TNS-Oberfläche nach 24-stündiger Inkubation signifikant höher als die auf der Oberfläche von Plasma-TNS-Proben, während es keinen signifikanten Unterschied in der Anzahl der anhaftenden Zellen zwischen beiden Oberflächentypen gab.

    Bestimmung intrazellulärer reaktiver Sauerstoffspezies von mesenchymalen Stammzellen des Rattenknochenmarks, die an die TNS- und Plasma-TNS-Scheiben gebunden sind. Die dargestellten Daten sind die Mittelwerte ±SD (n = 3). * p < 0.05.
    Abbildung 4. Bestimmung intrazellulärer reaktiver Sauerstoffspezies von mesenchymalen Stammzellen des Rattenknochenmarks, die an die TNS- und Plasma-TNS-Scheiben gebunden sind. Die dargestellten Daten sind die Mittelwerte ±SD (n = 3). * p < 0.05.

    2.4. Zelladhäsion und Morphologie

    Nach 24-stündiger Inkubation zeigte die Zellmorphologiefärbung mit Phalloidin und DAPI, dass die an plasmabehandelten Oberflächen anhaftenden Zellen eine höhere Zellfläche hatten als die an unbehandelten Oberflächen anhaftenden Zellen (Abbildung 5A-E). Die Zunahme der anfänglichen Zelladhäsion und die Veränderungen der Zellmorphologie trugen wahrscheinlich zu der durch die Plasmabehandlung erzeugten Superhydrophilie der Oberfläche bei [37] in Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Hydrophilieanalyse bei. Darüber hinaus wurde der CellTiter-Blue® Cell Viability Assay verwendet, um die Adhäsion von mesenchymalen Stammzellen aus dem Knochenmark der Ratte (rBMMSCs) an TNS- und Plasma-TNS-Proben zu bewerten. Die Ergebnisse zeigten eine höhere Anzahl von Zellen, die nach 1, 3 und 6 Stunden an der Oberfläche von Plasma-TNS-Proben anhafteten (Abbildung 5F).

    Morphologische Analyse der rBMMSCs, die an den (A,C) TNS- und (B,D) Plasma-TNS-Scheiben befestigt sind, (E) Zellfläche, die Werte wurden als mittlere ±SD von drei repräsentativen Bildern dargestellt, die an der Oberfläche von drei Proben in jeder Gruppe gemessen wurden, (F) Zelladhäsion auf TNS- und Plasma-TNS-Scheiben bei 37 °C. Bei den dargestellten Daten handelt es sich um die Mittelwerte ±SD (n = 3). *** p < 0,001; ** p < 0,01.
    Abbildung 5. Morphologische Analyse der rBMMSCs, die an den (A,C) TNS- und (B,D) Plasma-TNS-Scheiben befestigt sind, (E) Zellfläche, die Werte wurden als mittlere ±SD von drei repräsentativen Bildern dargestellt, die an der Oberfläche von drei Proben in jeder Gruppe gemessen wurden, (F) Zelladhäsion auf TNS- und Plasma-TNS-Scheiben bei 37 °C. Bei den dargestellten Daten handelt es sich um die Mittelwerte ±SD (n = 3). *** p < 0,001; ** p < 0,01.

    2.5. Osteogene Aktivität von mesenchymalen Stammzellen aus dem Knochenmark der Ratte (rBMMSCs)

    Die ALP-Aktivität, die ein biochemischer Marker der Osteoblastenaktivität und des Zellphänotyps im frühen Stadium der Zelldifferenzierung und Knochenbildung ist, war nach sieben und 14 Tagen in der Plasma-TNS-Gruppe höher als in der TNS-Gruppe (Abbildung 6A). Im Vergleich zur TNS-Gruppe zeigte die Plasma-TNS-Gruppe nach 21 und 28 Tagen eine höhere Kalziumablagerung (ein Marker der Mineralisierung der extrazellulären Matrix) (Abbildung 6B). Die Genexpression des knochenmorphogenetischen Proteins (BMP) und von Osteocalcin (OCN), die repräsentative osteogene Differenzierungsprodukte sind, war in Zellen, die auf Plasma-TNS kultiviert wurden, signifikant höher als in Zellen, die auf TNS-Proben kultiviert wurden (Abbildung 6C,D). Diese Ergebnisse zeigten, dass die Differenzierungsaktivität von rBMMSCs durch mit Plasma behandelte Oberflächen signifikant gefördert wurde.

    Aktivität der alkalischen Phosphatase, (B) Kalziumablagerung, (C) knochenmorphogenetisches Protein 2 (BMP-2) und (D) Osteocalcin (OCN) in Zellen, die auf Probenscheiben gezüchtet werden. Die gezeigten Daten sind die Mittelwerte ±SD (n = 3). *** p < 0,001; ** p < 0,01; * p < 0,05.
    Abbildung 6. (A) Aktivität der alkalischen Phosphatase, (B) Kalziumablagerung, (C) knochenmorphogenetisches Protein 2 (BMP-2) und (D) Osteocalcin (OCN) in Zellen, die auf Probenscheiben gezüchtet werden. Die gezeigten Daten sind die Mittelwerte ±SD (n = 3). *** p < 0,001; ** p < 0,01; * p < 0,05.

    2.6. Bewertung der Knochenmorphogenese um das Implantat herum In Vivo

    Die Knochenbildungsaktivität um das TNS-Implantat und das Plasma-TNS-Implantat wurde mit Hilfe eines Rattenfemurmodells evaluiert. Es wurde mehr trabekuläre Mikroarchitektur im Bereich der Plasma-TNS-Oberfläche als im Bereich der TNS-Oberfläche beobachtet (Abbildung 7). Darüber hinaus waren das Verhältnis von Knochenvolumen zum Gesamtvolumen (BV/TV), die mittlere Trabekelzahl (Tb.N) und die mittlere Trabekeldicke (Tb.Th) in den Plasma-TNS-Proben signifikant höher, was darauf hinweist, dass die plasmabehandelten Implantate die Osteogeneseaktivität förderten (p < 0,01). Die mittlere Trabekelseparation (Tb.Sp) war im Plasma-TNS-Implantat geringer als im TNS-Implantat (p < 0,01).

    Rekonstruierte dreidimensionale Mikrocomputertomographie-Querschichten von Ratten-Oberschenkelknochen mit TNS (A)- und Plasma-TNS (B)-Implantaten. Das Implantat, die Kortikalis und die Spongiosa sind jeweils in rot, blau und grün dargestellt. (C) Verhältnis von Knochenvolumen zum Gesamtvolumen (BV/TV), (D) mittlere trabekuläre Anzahl (Tb.N), (E) mittlere trabekuläre Trennung (Tb.Sp) und (F) mittlere trabekuläre Dicke (Tb.Th) um die Implantate nach acht Wochen. Bei den gezeigten Daten handelt es sich um die Mittelwerte ± SD (n = 3). *** p < 0,001; ** p < 0,01.
    Abbildung 7. Rekonstruierte dreidimensionale Mikrocomputertomographie-Querschichten von Ratten-Oberschenkelknochen mit TNS (A)- und Plasma-TNS (B)-Implantaten. Das Implantat, die Kortikalis und die Spongiosa sind jeweils in rot, blau und grün dargestellt. (C) Verhältnis von Knochenvolumen zum Gesamtvolumen (BV/TV), (D) mittlere trabekuläre Anzahl (Tb.N), (E) mittlere trabekuläre Trennung (Tb.Sp) und (F) mittlere trabekuläre Dicke (Tb.Th) um die Implantate nach acht Wochen. Bei den gezeigten Daten handelt es sich um die Mittelwerte ± SD (n = 3). *** p < 0,001; ** p < 0,01.

    Darüber hinaus wurde ein Längsschnitt verwendet, um die Knochenneubildung um das Implantat herum zu beurteilen. Wie in Abbildung 8 dargestellt, wurde um das Plasma-TNS-Implantat herum mehr Knochenneubildung beobachtet als um das TNS-Implantat. Quantitativ zeigte die histomorphometrische Analyse, dass das Knochenflächenverhältnis (BA) und der Knochen-Implantat-Kontakt (BIC) um die Plasma-TNS-Implantate herum signifikant höher waren als um die TNS-Implantate (Abbildung 8E,F). Darüber hinaus wurde der neu gebildete Knochen um das Implantat herum nach einer Woche mit Oxytetracyclinhydrochlorid (blau), nach vier Wochen mit Alizarinrot S (rot) und nach acht Wochen mit Calcein (grün) markiert. Der markierte Knochenbereich zwischen dem Implantat-Interface und dem markierten Knochenbereich war in den Wochen 1, 4 und 8 bei Plasma-TNS-Implantaten signifikant höher als bei TNS-Implantaten (Abbildung 8G-I).

    Villanueva-Färbung des Knochengewebes um (A) TNS- und (B) Plasma-TNS-Implantate herum. Fluoreszenzmarkierung von neuem Knochen und Mineralisierung um (C) TNS- und (D) Plasma-TNS-Implantate herum. (E) Knochenflächenverhältnis (BA) und (F) Knochen-Implantat-Kontakt (BIC) um (E) TNS- und (F) Plasma-TNS-Implantate. Fluoreszenzmarkierte Knochenfläche (LBA) nach (G) einer Woche, (H) vier Wochen und (I) acht Wochen. Bei den dargestellten Daten handelt es sich um die Mittelwerte ±SD (n = 3). *** p < 0,001; ** p < 0,01; * p < 0,05.
    Abbildung 8. Villanueva-Färbung des Knochengewebes um (A) TNS- und (B) Plasma-TNS-Implantate herum. Fluoreszenzmarkierung von neuem Knochen und Mineralisierung um (C) TNS- und (D) Plasma-TNS-Implantate herum. (E) Knochenflächenverhältnis (BA) und (F) Knochen-Implantat-Kontakt (BIC) um (E) TNS- und (F) Plasma-TNS-Implantate. Fluoreszenzmarkierte Knochenfläche (LBA) nach (G) einer Woche, (H) vier Wochen und (I) acht Wochen. Bei den dargestellten Daten handelt es sich um die Mittelwerte ±SD (n = 3). *** p < 0,001; ** p < 0,01; * p < 0,05.

    3. Diskussion

    Die Oberflächenmorphologie und die chemische Zusammensetzung auf der Oberfläche mit Nanostrukturen aus Titan spielen eine entscheidende Rolle bei der Nachahmung von natürlichem Knochengewebe und Weichgeweben, um den Knochenheilungsprozess zu fördern, was in der Literatur ausführlich beschrieben wurde [15]. Unseren früheren Experimenten zufolge verbesserten die homogenen nanoporösen Strukturen auf der Titanoberfläche, die durch die Alkalibehandlung erzeugt wurden, die Osseointegration und trugen zu ihrer hervorragenden Hydrophilie und Rauheit im Vergleich zu Reintitan bei [16,17]. Dennoch ist die Beständigkeit der nanostrukturierten Oberflächen gegenüber Biofilm noch immer unzureichend, was zu Periimplantitis und, noch schneller, zur Osseointegration führen könnte, die in der frühen Phase der Implantation nach wie vor erforderlich ist. In der vorliegenden Studie wurde nicht-thermisches Atmosphärendruckplasma zur Modifizierung der nanostrukturierten Oberfläche eingesetzt, und die Wirkung der Förderung der osteogenen Aktivität und der Dekontamination wurde umfassend evaluiert.

    Gemäß den von REM und AFM beobachteten Nanotopographien zeigten die Probenoberflächen eine ähnliche homogene nanoporöse Netzwerkstruktur, unabhängig davon, ob sie mit Plasma behandelt wurden oder nicht, was darauf hindeutet, dass die Plasmabehandlung die Geometrie der Nanostruktur auf der Probenoberfläche nicht zerstört und dadurch der positive Effekt der Nanostruktur auf die Osseointegration erhalten bleiben könnte. Zusätzlich bestätigte die XPS-Analyse, dass sich die chemische Zusammensetzung auf der Probenoberfläche nach der Plasmabehandlung signifikant verändert hat. Im Vergleich zur Oberfläche des TNS bildet sich nach der Plasmabehandlung eine große Anzahl polarer Sauerstoffgruppen (wie Hydroxyl-, Carbonyl- und Carboxylgruppen), was deren Hydrophilie verstärken könnte [35]. Dies stimmt mit der Analyse des Kontaktwinkel-Experiments überein, die feststellt, dass die Hydrophilie der Plasma-TNS-Oberfläche weiter verbessert wurde. Gleichzeitig wurde die Zunahme von NOx nach der Plasmabehandlung auch durch die XPS-Analyse nachgewiesen und könnte auf das durch das Plasma erzeugte übermäßige Gasphasen-RNS zurückzuführen sein [38].

    Darüber hinaus wurden die Abnahme des Kohlenstoffs und die Bildung von RONS nach der Plasmabehandlung beobachtet und als mit der Wirksamkeit der Dekontamination und der Hemmung der frühen Bakterienanheftung und Biofilmbildung verbunden angesehen [39,40,41,42]. Während der Plasmadekontamination werden Bakterien direkt der Plasmafahne ausgesetzt, die aus reichlich RONS besteht, die Membranveränderungen und Enzymhemmung induzieren, Veränderungen in den Membrantransportproteinen hervorrufen, was zur Anhäufung von mehr RONS führt, was schließlich zu physiologischer Dysfunktion und Zelltod führt [43,44]. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse des Dekontaminationsexperiments, dass die auf die mit Biofilm kontaminierte nanostrukturierte Oberfläche angewandte Plasmabehandlung den Biofilm wirksam beseitigen konnte, ohne die Nanostruktur der Oberfläche zu zerstören. Darüber hinaus zeigten Lee et al., dass die Plasmabehandlung die Kohlenstoffkontamination zur Bildung einer hydrophilen Oberfläche verringern kann, wodurch die Resistenz gegen bakterielle Anheftung verbessert und die Rekolonisation von Biofilmen gehemmt wird, was aus klinischer Sicht sehr vorteilhaft wäre [26].

    Nach den Ergebnissen des Zelladhäsionsexperiments induzierte die Plasmabehandlung keine Zellapoptose und förderte sogar die Zellanheftung in der frühen Inkubationsphase [45]. Die Analyse der Zellmorphologie ergab höhere Zellbereiche auf den Oberflächen, die der Plasmabehandlung unterzogen wurden, was wahrscheinlich zu einem erhöhten hydrophilen Charakter der plasmabehandelten Proben beiträgt [46]. Darüber hinaus wurde die Verbesserung der osteogenen Differenzierungsfähigkeit der Zellen durch die Ergebnisse der ALP-Aktivität, der Kalziumablagerung und der Expression des knochenmorphogenetischen Proteins 2 und des Osteocalcin-Gens nachgewiesen. Gleichzeitig konnte in Tierversuchen auch gezeigt werden, dass die Plasmabehandlung umfassend zur Förderung der Knochenneubildung und Osseointegration beiträgt. Gemäß Mikro-CT, histologischem Schnitt und Fluoreszenzmarkierungsanalysen hatte die Plasmabehandlung einen signifikanten positiven Effekt auf die Förderung der Osteogenese. Insbesondere wurden durch die Plasmabehandlung Oberflächen erzeugt, die die Bildung neuen Knochengewebes in den Wochen 1 und 4 nach der Implantation stark förderten, zur Osteogenese beitrugen und die Implantatstabilität bestätigten. Diese Eigenschaften spielen eine entscheidende Rolle für den Implantationserfolg in der frühen Phase der Implantation, und unsere Ergebnisse unterstützen somit zukünftige Forschungswege, die diese vielversprechenden Eigenschaften nutzen und ausnutzen.

    Die Ergebnisse der XPS-Analyse zeigten, dass die Plasmabehandlung die chemische Zusammensetzung auf der Oberfläche signifikant veränderte und zu einer Zunahme der polaren Sauerstoffgruppen (wie Hydroxyl-, Carboxylgruppen usw.) führte. Darüber hinaus ziehen wir es vor, die Einflüsse dieser erhöhten funktionellen Sauerstoffgruppen auf die an der plasmabehandelten Oberfläche anhaftenden Zellen zu untersuchen. Die stammzellbiologische Forschung der letzten Jahrzehnte hat sich darauf konzentriert, dass eine exzessive intrazelluläre ROS-Akkumulation Proteine, Lipide und DNA schädigen und schließlich zur Zellapoptose führen könnte [47,48]. Gleichzeitig haben wir eine Reihe von Antioxidations- und Anti-Stress-Mechanismen von Stammzellen aufgeklärt [49,50]. Nichtsdestotrotz mehren sich die Hinweise darauf, dass die intrazelluläre ROS in der Redox-Homöostase unter bestimmten Umständen eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Selbsterneuerung von Stammzellen spielt [51]. In der Tat befinden sich Stammzellen in einem Zustand, der durch niedrige Werte intrazellulärer ROS gekennzeichnet ist, die für die Regulierung des Potenzials zur Selbsterneuerung und Stammlosigkeit von entscheidender Bedeutung sind, während hohe Werte intrazellulärer ROS die Fähigkeit von Stammzellen zur Selbsterneuerung und Differenzierung wirksam hemmen [52,53,54]. Nach Ueno et al. berichteten Ueno et al. außerdem, dass eine mit UV-Licht vorbehandelte Titanoberfläche die intrazelluläre ROS und die Expression entzündlicher Zytokine signifikant reduziert, so dass die durch oxidativen Stress induzierte DNA-Schädigung verhindert und die Zelladhäsion und -verbreitung gefördert wird [55]. Folglich kann die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen intrazellulären ROS-Spiegeln und veränderten chemischen Eigenschaften nach der Plasmabehandlung Einblicke in den Mechanismus geben, durch den die Plasmabehandlung die Osseointegration in der frühen Phase der Implantation fördert. Wie die Ergebnisse gezeigt haben, zeigen Zellen, die an der plasmabehandelten Oberfläche angeheftet sind, im Vergleich zu denen auf der unbehandelten Oberfläche einen niedrigeren Spiegel intrazellulärer ROS, während die osteogene Aktivität zunimmt. Kürzlich haben Gómez-Puerto et al. gezeigt, dass funktionelle Sauerstoffgruppen die Phosphorylierung der Forkhead-Box O3 (FOXO3) bei Serin 294, die durch die MAPK8-Kinase vermittelt wurde, und deren Translokation in den Zellkern induzieren konnten. Gleichzeitig führt die Aktivierung von FOXO3 zur Herunterregulierung der intrazellulären ROS durch die Aktivierung der Autophagie zur Aufrechterhaltung der Redox-Homöostase während der osteoblastischen Differenzierung [56]. Darüber hinaus könnte die Überexpression des FOXO3-Gens in den Osteoblasten den oxidativen Stress und die Apoptose der Osteoblasten verringern und die Knochenbildungsrate erhöhen [57]. Wir stellten die Hypothese auf, dass die funktionellen Sauerstoffgruppen auf der plasmabehandelten Oberfläche die Phosphorylierung von FOXO3 aktivieren könnten, um den oxidativen Stresszustand herunterzuregulieren, was einer der möglichen Mechanismen der erhöhten osteogenen Aktivität nach der Plasmabehandlung zu sein scheint. In Zukunft sollen weitere Experimente durchgeführt werden, um zu bestätigen, ob die in der Plasma-TNS-Gruppe beobachtete bessere osteogene Aktivität auf die Abnahme der intrazellulären ROS zurückzuführen ist, die durch sauerstoffunktionelle Gruppen induziert wird, welche die Phosphorylierung von FOXO3 vermitteln.

    Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die Plasmabehandlung einen bemerkenswerten Beitrag zur Steigerung der osteogenen Aktivität und zur Dekontamination der Oberfläche leisten kann. Durch die Bewertung der Oberflächeneigenschaften und der Biofilm-Dekontamination bestätigten wir, dass die Plasmabehandlung die Kontamination beseitigen kann, ohne die vorteilhafte Nanostruktur der Oberfläche zu zerstören. Im Anschluss an die Ergebnisse des Experiments zur osteogenen Aktivität sowohl in vitro als auch in vivo verifizierten wir auch, dass die Oberfläche nach der Plasmabehandlung sehr vorteilhaft für die Verbesserung der osteoblastären Differenzierung und der frühen osteogenen Aktivität ist. Aufgrund der hervorragenden Wirkung der gleichzeitigen Wiederherstellung einer hoch hydrophilen Oberfläche, die für die Osseointegration und die Eliminierung des Biofilms geeignet ist, und aufgrund der klinisch günstigen Vorteile der Plasmabehandlung, wie z.B. handgehaltener, reibungsloser Betrieb, niedrige Kosten, wird erwartet, dass die weit verbreitete Anwendung von Plasma entweder als Behandlung unmittelbar vor der Implantation oder als therapeutische Strategie bei Periimplantitis vorteilhaft sein wird. Darüber hinaus zeigte diese Studie, dass die Rauheit der nanostrukturierten Oberfläche durch die Plasmabehandlung nicht verändert wird, was für die kombinierte Anwendung dieser Plasmabehandlung und anderer Materialien mit der Nanostruktur von großer Bedeutung sein könnte. In zukünftigen Experimenten werden wir auch ein Infektionstiermodell etablieren und die Effizienz der Plasmabehandlung an infizierten Implantaten als neuartige therapeutische Strategie bei Periimplantitis umfassend evaluieren.

    4. Materialien und Methoden

    4.1. Probenvorbereitung

    Scheiben aus Reintitan Grad 2 (15 mm Durchmesser und 1 mm Dicke) und Schraubenimplantate aus Titan (1,2 mm Außendurchmesser und 12 mm Länge) wurden durch mechanische Bearbeitung (Daido Steel, Osaka, Japan) zur Bewertung der Oberflächeneigenschaften bzw. für die Tierstudie vorbereitet. Die Scheiben wurden dann mit inkrementellen SiC-Schleifpapieren (800#, 1000# und 1500#) poliert. Alle Proben wurden mit Ultraschall mit Aceton, Ethanol und deionisiertem Wasser (jeweils 10 min) gespült und über Nacht bei Raumtemperatur getrocknet. Alle Proben wurden 24 Stunden lang in eine 10 M NaOH-Lösung bei 30 °C eingetaucht, mehrmals mit ionenausgetauschtem Wasser (200 mL) gewaschen, bis die Leitfähigkeit der Lösung 5 μS/cm3 erreichte, und dann über Nacht bei Raumtemperatur getrocknet, um poröse, homogene und gleichmäßige Nanonetzwerkstrukturen (TNS) auf der Titanoberfläche herzustellen.

    4.2. TNS Plasmabehandlung

    Die Plasmabehandlung wurde mit einem tragbaren Plasmagerät ohne thermischen Atmosphärendruck (piezobrush® PZ2, relyon plasma GmbH, Regensburg, Deutschland) durchgeführt, das die piezoelektrische Direktentladungstechnologie verwendete. Die Hälfte der Proben wurde bei Raumtemperatur 30 s lang mit Plasma behandelt, das durch aktives Gas bei Atmosphärendruck induziert wurde. Der Abstand zwischen dem Düsenaustritt und den Proben wurde auf 5 mm eingestellt, um sicherzustellen, dass die Proben vollständig in die aus der Düse austretende Plasmafahne eingetaucht waren. Plasmabehandeltes TNS wurde in der Versuchsgruppe getestet, während die Kontrollgruppe unbehandelt war.

    4.3. Oberflächen Charakterisierung

    TNS and plasma-TNS surface topography were evaluated by SEM (S-4800, Shimadzu, Kyoto, Japan) with 10 kV accelerating voltage. AFM (SPM-9600, Shimadzu Co., Tokyo, Japan) was utilized to assay the mean average surface roughness (Ra), mean peak-to-valley height (Rz), surface profiles and three-dimensional surface topography of the samples. The sample chemical composition was determined by XPS (Kratos Axis Ultra, Shimadzu, Japan). Sample surface wettability was evaluated using a contact angle measurement system (VSA 2500 XE; AST Products, Billerica, MA, USA).

    4.4. Biofilm Dekontaminierung

    S. aureus-Kultur wurde aus einer einzelnen Kolonie hergestellt, die in 5 mL tryptische Sojabrühe (TSB) beimpft und 16 h bei 37 °C inkubiert wurde. Ein Milliliter Bakteriensuspension, die durch Zugabe von frischem TSB-Medium auf eine Konzentration von 1 × 105 KBE/mL eingestellt wurde, wurde auf die Oberfläche des TNS gegeben, was nach 24 h Inkubation zur Bildung eines Biofilms führte. Dann wurde die Bakteriensuspension entfernt, und die Proben wurden durch Spülen mit Phosphatpuffer-Salzlösung (PBS) zur Entfernung nicht anhaftender Bakterien für die anschließende Plasmabehandlung vorbereitet. Nach der Plasmabehandlung wurden die Proben in ein steriles Reagenzglas mit 5 mL TSB-Medium überführt und 2 Minuten lang gewirbelt, um den gebildeten Biofilm abzulösen. Die Quantifizierung der in der Lösung enthaltenen Bakterien wurde mit der Plattenzählmethode durchgeführt [58].

    4.5. Zellkultur

    Die rBMMSCs wurden aus den Oberschenkeln von 8 Wochen alten Sprague-Dawley-Ratten (SHIMIZU Laboratory Supplies Co., Kyoto, Japan) gewonnen. Die Zellen wurden in einem Wachstumsmedium kultiviert, das minimales essentielles Medium (Nacalai Tesque Inc., Tokyo, Japan), 10% fötales Rinderserum (Nacalai Tesque Inc.) und eine antibiotisch-antimykotische gemischte Stammlösung (Nacalai Tesque Inc.) in einem mit 5% CO2 befeuchteten Inkubator bei 37°C enthielt. Das Medium wurde alle 3 Tage gewechselt.

    4.6. Zell Morphologie

    Nach 24-stündiger Inkubation wurden die Proben mit PBS gewaschen, fixiert durch 20-minütiges Inkubieren mit 4%iger Paraformaldehydlösung, die mit 0 permeabilisiert wurde. 2% (v/v) Triton X-100 für 30 min, mit Blocking One Reagenz (Nacalai Tesque, Kyoto, Japan) für 30 min inkubiert und dann mit Alexa Fluor 488-Phalloidin (Invitrogen/Life Technologies) und DAPI bei 37 °C im Dunkeln für 1 h gefärbt. Ein konfokales Laser-Scanning-Mikroskop (LSM700; Carl Zeiss) wurde zur Auswertung des F-Aktins und der Zellkerne von adhärenten Zellen verwendet. Aus drei repräsentativen Bildern, die pro Oberfläche von drei Proben jeder Gruppe gemessen wurden, wurden insgesamt 30 Zellen nach dem Zufallsprinzip ausgewählt, so der aktuelle Bericht. Und für die Fluoreszenzbildanalyse wurde die Software ImageJ verwendet.

    4.7. Zell Adhäsion

    Die rBMMSCs wurden in einer anfänglichen Dichte von 4 × 104 Zellen/cm2 auf die Proben gesät und 1, 3, 6 und 24 h anhaften gelassen. Nach der Inkubation bei 37°C wurden die nicht anhaftenden Zellen durch Waschen mit PBS (Nacalai Tesque, Inc.) entfernt und mit 300 μL verdünnten CellTiter-Blue® Reagenz (50 μL CellTiter-Blue® Reagenz verdünnt in 250 μL PBS) kultiviert. Nach einer zusätzlichen 1-stündigen Inkubation wurde die Fluoreszenzintensität mit einem Mikrotiterplatten-Lesegerät (SpectraMax M5; Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA) nach dem Protokoll des Herstellers gemessen.

    4.8. Bestimmung der intrazellulären ROS

    Die Erzeugung intrazellulärer ROS wurde unter Verwendung der oxidationsempfindlichen Fluoreszenzsonde 2′,7′-Dichlorfluoresceindiacetat (DCFH-DA, Sigma, St. Louis, MO, USA) analysiert. Nach einer Inkubation von 24 h wurden die Zellen mit PBS gewaschen und mit 10 mM DCFH-DA für 30 min bei 37 °C inkubiert. Danach wurden die Zellen zweimal mit PBS gewaschen, mit 50 µL Trypsin (0,25%) abgelöst und mit 50 µL PBS verdünnt. Anschließend wurde die Fluoreszenz bei einer Anregungs-/Emissionswellenlänge von 485/528 nm mit einem Fluoreszenz-Mikroplatten-Lesegerät entsprechend den Herstellerangaben gemessen.

    4.9. Aktivität der Alkalischen Phosphatase (ALP)

    Um die ALP-Aktivität zu evaluieren, wurden 4 × 104 Zellen auf den Proben ausgesät und in α-MEM kultiviert, das 10% fötales Rinderserum, Antibiotikum-Pilzbekämpfungsmittel, 10 mM Glycerophosphat (Wako Pure Chemical Industries, Osaka, Japan) und 10 nM Dexamethason (Nacalai Tesque) enthält. Das Differenzierungsmedium wurde alle 3 Tage gewechselt. Nach 7 oder 14 Tagen Inkubation wurden die Proben mit PBS gewaschen, und Zellen, die sich an der Probenoberfläche angeheftet hatten, wurden mit 300 μL von 0,2% Triton X-100 aufgelöst. Die ALP-Aktivität wurde mit einem alkalischen Phosphatase-luminometrischen enzymgekoppelten Immunosorbent-Assay (ELISA)-Kit (Sigma-Aldrich) gemäß den Anweisungen des Herstellers bewertet. Zur Bewertung des DNA-Gehalts wurde ein PicoGreen dsDNA-Analysekit (Invitrogen/Life Technologies) verwendet. Die Menge an ALP wurde auf die Menge an DNA in jedem Zelllysat normalisiert.

    4.10. Extrazelluläre Matrix-Mineralisierung

    Nach 21 oder 28 Tagen Inkubation wurde die Kalziumablagerung in der extrazellulären Matrix nach Auflösung mit 10%iger Ameisensäure gemessen. Der Kalziumgehalt wurde mit einem Kalzium-E-Testkit (Wako Pure Chemical Industrials Ltd.) gemäß den Anweisungen des Herstellers quantifiziert und berechnet.

    4.11. Osteogenese-bezogene Genexpression

    Die Expression von Genen, die mit der Osteogenese in Zusammenhang stehen, wurde mit einem Echtzeit-TaqMan-RT-PCR-Assay (Life Technologies, Carlsbad, CA, USA) untersucht. Die Gesamt-RNA wurde mit einem RNeasy Mini-Kit (Qiagen, Venlo, Niederlande) extrahiert, und 10-μL Aliquots jeder RNA-Probe wurden mit einem Prime Script RT-Reagenzienkit (TaKaRa Bio, Shiga, Japan) in cDNA rücktranskribiert. Die mRNA-Gehalte der mit der Osteogenese verbundenen Gene für das knochenmorphogenetische Protein 2 (Bmp 2) und das knochen-gamma-carboxyglutaminsäurehaltige Protein (OCN) wurden mit einem Step One TM Plus RT-PCR-System (Life Technologies) untersucht. Die relativen Genexpressionsniveaus in jeder Gruppe wurden auf das Niveau des Glyceraldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase (GAPDH)-Haushaltsgens normalisiert.

    4.12. Tierversuch und chirurgische Verfahren

    Der Tierversuch wurde nach den ethischen Grundsätzen der National Animal Care Guidelines durchgeführt und von der Medizinischen Ethikkommission der Osaka Dental University, Japan, genehmigt (Genehmigungsnummer 19-06002, 16. August 2019). In dieser Studie wurden acht Wochen alte männliche Sprague-Dawley-Ratten (Shimizu Laboratory Supplies Co., Kyoto, Japan) mit einem Gewicht von 180-200 g verwendet. Die Ratten wurden nach dem Zufallsprinzip in zwei Gruppen mit jeweils acht Ratten in jeder Gruppe eingeteilt. Die in dieser Studie verwendeten chirurgischen Verfahren wurden zuvor beschrieben [59]. Nach Vollnarkose und chirurgischer Reinigung wurde ein 10-mm-Längsschnitt entlang der medialen Seite des Kniegelenks des rechten Hinterbeins gemacht. Die Patella und der Streckmechanismus wurden dann disloziert, um den distalen Femur freizulegen. In die interkondyläre Kerbe wurde ein 1,2-mm-Loch mit einem Zahnbohrer mit sterilisierter Kochsalzlösungsspülung gebohrt. In die vorbereiteten Kanäle wurden Schrauben implantiert, das Kniegelenk wurde wiederhergestellt und die Inzision genäht. Gentamicin (1 mg/kg) und Buprenorphin (0,05 mg/kg) wurden nach der Operation 3 Tage lang injiziert, um postoperative Infektionen zu verhindern und die postoperativen Schmerzen zu lindern.

    4.13. Sequentielle Fluoreszenzmarkierung und Mikrocomputertomographie

    Die polychrome sequentielle Markierung des Knochens durch intraperitoneale Injektion von Fluoreszenzfarbstoffen wurde eingesetzt, um den Prozess und die Eigenschaften der Knochenneubildung und -mineralisierung nach der Implantation gemäß dem folgenden Zeitplan zu bestimmen: Ratten wurden 1 Woche nach der Implantation 25 mg/kg Oxytetracyclinhydrochlorid (Sigma-Aldrich, USA), 4 Wochen nach der Implantation 30 mg/kg Alizarinrot S (011-01192, Wako, JP) und 8 Wochen nach der Implantation 20 mg/kg Calcein (340-00433, Wako, Japan) injiziert. Die Ratten wurden dann nach 8 Wochen betäubt und eingeschläfert, und die rechten Oberschenkelknochen einschließlich der Implantate wurden unmittelbar nach der Dissektion in eine Kochsalzlösung gelegt und mit einem SMX-130CT Mikrocomputertomographen (Mikro-CT) (Shimadzu) gescannt, der bei 90kV und 40 μA mit einem Kupferfilter betrieben wurde. Dreidimensionale Rekonstruktionsmodelle wurden mit morphometrischer Software (TRI/3D-BON; Ratoc System Engineering, Tokio, Japan) erstellt. Der interessierende Bereich wurde als 2 mm unterhalb des höchsten Punktes der Wachstumsplatte definiert und erstreckte sich 500 μm um jedes Implantat. Zur Beurteilung der Knochenregeneration wurden die Knochenvolumenfraktion (BV/TV), die mittlere Trabekelzahl (Tb.N), die mittlere Trabekeldicke (Tb.Th) und die mittlere Trabekelseparation (Tb.Sp) quantifiziert.

    4.14. Histologie von sequenziell beschrifteten Abschnitten

    Nach dem Mikro-CT-Scan wurden die nach 8 Wochen entnommenen implantierten Oberschenkelknochen mit der Villanueva-Methode gefärbt, um die Knochenbildung zu beurteilen. Alle histomorphometrischen und Fluoreszenz-Charakteristika der Schnitte wurden mit einem digitalen Kaltlichtmikroskop BZ-9000 (Keyence Co., Osaka, Japan) bzw. einem Laser-Scanning-Mikroskop (Carl Zeiss, Oberkochen, Deutschland) analysiert. Die Anregungs- und Emissionswellenlängen betrugen 351/460 nm für Oxytetracyclinhydrochlorid (blau), 543/617 nm für Alizarinrot S (rot) bzw. 488 nm/517 nm für Calcein (grün). Knochenfläche, BIC und markierte Knochenfläche wurden unter Verwendung der ImageJ-Software in einem 200-fachen Feld um das Implantat herum beurteilt.

    4.15. Statistische Analyse

    Alle Daten wurden als Mittelwert ± Standardabweichung ausgedrückt. Jedes Experiment wurde dreimal wiederholt, und alle Ergebnisse wurden in SPSS 26.0 durch den Student’s t-Test verglichen; P< 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen.

    5. Schlussfolgerung

    Die Plasmabehandlung von Titanoberflächen mit Nanonetzwerk veränderte effektiv die chemische Zusammensetzung der Probenoberfläche, was die Hydrophilie des Implantats weiter verbesserte und die Zellanhaftung und -ausdehnung erleichterte; die Knochenneubildung wurde deutlich beschleunigt und die Osseointegration in der frühen Phase der Implantation verbessert. Darüber hinaus wurde durch die Plasmabehandlung die Implantatoberfläche effizient dekontaminiert, wobei die nanoskalige Morphologie der TNS-Oberfläche erhalten blieb und gleichzeitig eine für die Osteogenese vorteilhafte Oberfläche erzeugt wurde, die als neuartiger Ansatz für die Sofortbehandlung vor der Implantation oder als Therapiemethode bei Periimplantitis eingesetzt werden könnte. Darüber hinaus hat die Aufklärung der Wirkung auf Zelladhäsion, Differenzierung und Dekontamination durch Plasmabehandlung sinnvolle Hinweise für die zukünftige Forschung und die Entwicklung plasmabasierter therapeutischer Strategien geliefert.

    Autoren-Beiträge

    A.A., T.S. und S.K. konzipierten und gestalteten die Experimente; Y.Z. führte die Experimente durch; S.K., H.N. und Y.Z. analysierten die Daten; J.O. steuerte Reagenzien/Materialien/Analysewerkzeuge bei; Y.Z. schrieb die Arbeit. Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und zugestimmt.

    Finanzierung

    Diese Studie wurde durch einen Zuschuss der Japanischen Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften (19K19146 und 18K09713) und des Osaka Dental University Research Funds (20-08) unterstützt.

    Anmerkungen

    Wir danken Tohru Sekino und Hisataka Nishida von der Universität Osaka für die Vorbereitung des TNS und die Bereitstellung hilfreicher Vorschläge. Wir danken Akinori Agariguchi von der Zahnärztlichen Universität Osaka für den nützlichen Rat. Wir danken auch Yasuyuki Kobayashi vom Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology Morinomiya Center für hilfreiche Vorschläge. Wir danken auch den Mitgliedern der Abteilung für herausnehmbare Prothodontie und Okklusion und der Abteilung für Parodontologie für ihren Rat und ihre Unterstützung.

    Interessenskonflikt

    Die Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt vorliegt.

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    © 2020 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

    Wirkung der Plasmabehandlung einer Titanoberfläche auf das Gewebe um das Implantatmaterial

    Einleitung:

    Autoren: Tsujita, H.; Nishizaki, H.; Miyake, A.; Takao, S. & Komasa, S.

    Publikation: Effect of Plasma Treatment on Titanium Surface on the Tissue Surrounding Implant Material, International Journal of Molecular Sciences, 2021, 22.

    Zuerst veröffentlicht: https://www.mdpi.com/1422-0067/22/13/6931

    Die Wirkung von kaltem Atmosphärendruckplasma auf eine Titanoberfläche und das umliegende Gewebe wurde mittels REM, XPS, Kontaktwinkelmessungen, Zellmorphologie und ROS untersucht. Außerdem wurden die Implantate zur in vivo Analyse in den Oberschenkelknochen von Ratten implantiert. Anschließend wurde nach acht Wochen das Einwachsverhalten mittels CT-Analyse und histologischer Analyse untersucht.

    Sowohl die in vitro als auch die in vivo Analyse zeigen eine veränderte Titanoberfläche, die zu einer besseren Benetzbarkeit und damit zu einer erhöhten Knochenneubildung im Gewebe um das Implantat führt.

    Übersicht über Analysen
    Abb. 1. Das Studiendesign wird dargestellt. Die Experimente lassen sich in zwei Bereiche unterteilen. Zum einen soll festgestellt werden, wie sich die Atmosphärendruck-Plasmabehandlung auf der Titanoberfläche auf das Implantatmaterial auswirkt. Der andere ist eine in vivo Analyse, für die Rattenoberschenkelknochen genutzt wurden. Acht Wochen nach der Implantation wurde die Ratte eingeschläfert, und der Oberschenkelknochen wurde zusammen mit dem Implantat entfernt, woraufhin eine CT-Analyse und eine histologische Untersuchung durchgeführt wurden.

    Zusammenfassung:

    Die Wirkung der Oberflächenstruktur von Titan auf die Knochenbildung ist Gegenstand mehrerer Untersuchungen. Insbesondere die Behandlung mit kaltem Atmosphärendruckplasma zeigt hierbei vielversprechende Ergebnisse. Während sich die meisten Untersuchungen auf in vitro Untersuchungen konzentrieren, verbindet diese Arbeit von Tsujita et al. die Oberflächencharakterisierung mit Untersuchungen der in vivo Hartgewebeintegration.

    Dabei wurden Titanimplantate 30 Sekunden lang in einem Abstand von 10 Millimetern mit kaltem Atmosphärendruckplasma behandelt, das vom piezobrush® PZ2 erzeugt wurde. Das Prozessgas wurde von dem Gerät aus der Umgebungsluft erzeugt.

    Die Oberflächeneigenschaften wurden anschließend mittels REM und Kontaktwinkelanalyse untersucht. Hierbei ergab die REM-Analyse, dass die Oberflächenstruktur durch die Plasmabehandlung nicht verändert wurde. Die im Folgenden durchgeführte XPS-Analyse zeigt, dass dieWirkung des Plasmas auf einer Oberflächenmanipulation auf atomarer Ebene beruht, was zu einer geringeren Kohlenstoffbelastung der Oberfläche führt. Der Wasserkontaktwinkel betrug vor der Behandlung 32°, nach der Plasmabehandlung war das Implantat superhydrophil.

    REM-Bild von plasmabehandelten und unbehandelten Titanschrauben
    Abb. 2. REM-Bild von plasmabehandelten (a, c) und unbehandelten (b, d) Titanschrauben.

    Die Gewebeintegration von Implantaten hängt stark vom Zelladhäsionsverhalten ab. Daher wurde die Haftung von RBMC-Zellen untersucht. Während die Zellen auf dem unbehandelten Titan (Abb. 3 b, d) eine ovale Form haben, sind die Zellen auf dem behandelten Titan (Abb. 3 a, c) vergrößert und fadenförmige Pseudopodien entstehen.

    REM-Bilder von RBMC-Zellen auf Titanplatten zeigt die Wirkung der Plasmabehandlung von Titan
    Abb. 3. REM-Bilder von RBMC-Zellen auf Titanplatten. Links: plasmabehandelt, rechts: unbehandelt.

    Zusätzlich zu den in vitro Versuchen wurden plasmabehandelte und unbehandelte Titanimplantate in den Oberschenkelknochen von Ratten implantiert. Hierauf wurde  das Implantat nach acht Wochen Heilung weiter untersucht. In Abbildung 4 sieht man eine dreidimensionales Computertomografie-Aufnahme des Implantats. Darauf ist deutlich zu erkennen, dass die Knochenneubildung bei dem behandelten Implantat höher ist (Abb. 4 a) als bei dem unbehandelten Implantat (Abb. 4 b).

    Dreidimensionale Computertomografie zeigt die Wirkung der Plasmabehandlung von Titan
    Abb. 4. Dreidimensionale Computertomografie des plasmabehandelten (a) und des unbehandelten (b) Implantats acht Wochen nach der Implantation.

    Aus der nachfolgenden quantitativen histomorphometrischen Analyse (Abb. 5) konnten sowohl das Knochenflächenverhältnis (bone-to-area ratio, BA) als auch der Knochen-Implantat-Kontakt (bone-to-implant contact, BIC) bestimmt werden. Beide Werte sind bei den plasmabehandelten Implantaten stark erhöht. In Kombination mit dem histopathologischen Bild des Knochengewebes um das Implantat und der fluoreszenzmarkierten dynamischen Gewebemorphometrie konnten eine frühe verbesserte Osseointegration und Bildung von Hartgewebe bestätigt werden.

    Quantitative histomorphometrische Analyse des Knochenflächenverhältnisses und des Knochen-Implantat-Kontakts
    Abb. 5. Quantitative histomorphometrische Analyse des Knochenflächenverhältnisses (RA) und des Knochen-Implantat-Kontakts (BIC).

    Die durchgeführten Analysen zeigen, dass eine frühzeitige Osseointegration wichtig ist, um eine anfängliche Stabilität nach der Implantation zu erreichen. Die Untersuchung umfasste  dabei Kontroll- und Versuchsgruppen mit unbehandelten bzw. mit mittels piezobrush® mit Atmosphärendruckplasma behandelte Titanproben. Für die in vivo Versuchewurden die Oberschenkelknochen von Ratten verwendet. Die letztlich durchgeführte Micro-CT-Analyse zeigte, dass in der Testgruppe mehr neuer Knochen gebildet wurde als in der Kontrollgruppe. Ähnliche Ergebnisse erbrachte auch die histologische Analyse. Somit konnte die mit Atmosphärendruckplasma behandelte Titanschraube auch in vivo eine starke Differenzierung des Hartgewebes bewirken.

    Lesen Sie den gesamten Bericht hier.

    Herstellung von elastischen und chemisch inerten Dichtungen aus PTFE- und PDMS-Folien

    Karlsruhe Institute of Technology (KIT)
    Institute of Microstructure Technology (IMT)
    A. Voigt, K. Länge, 04/2020

    Es sollen elastische und chemisch hoch inerte Flachdichtungsplatten entwickelt werden. Dazu soll eine 50 μm dicke PTFE-Folie mit einem weichen Acrylatkleber auf einer Seite mit einer weichen (40 Shore A) PDMS-Folie mit einer Dicke von 1 mm verklebt werden. Da beide Materialien sehr geringe Oberflächenenergien haben, ist es schwierig, einen Klebstoff zu finden, der diese Materialien stabil miteinander verbindet und gleichzeitig elastisch genug ist, um die Gesamtelastizität der inerten Dichtung zu erhalten.

    Vorläufige Klebeversuche mit doppelseitigem Klebeband

    In Vorversuchen wurde doppelseitiges Klebeband (3MTM High Performance Double Coated Tape 9088-200) verwendet, um die PTFE-Folie und die PDMS-Folie miteinander zu verbinden (Abb. 1).

    Die Fallstudie des KIT beschreibt die Herstellung von elastischen und chemisch inerten Dichtungen aus PTFE- und PDMS-Folien mit piezobrush® PZ3
    Abb. 1: Vorläufige Klebeversuche mit doppelseitigem Klebeband.

    Erste Tests schlugen fehl, weil das doppelseitige Klebeband nicht gut auf der PDMS-Folie haftete. Die Verwendung einer Grundierung auf Heptanbasis und eines dünnen Films Cyanacrylatkleber auf dem PDMS führte zu einer Oberfläche mit höherer Energie, und die Haftung des doppelseitigen Klebebandes wurde verbessert. Allerdings war die Flexibilität der Dichtung aufgrund der Steifigkeit des Cyanacrylatklebers eingeschränkt.

    Klebeversuche mit dem piezobrush® PZ3 Plasma Handgerät

    Zunächst wurde die Oberfläche der PDMS-Folie mit Plasma aus dem piezobrush® PZ3 behandelt (1 min bei 100 % Leistung); anschließend wurde die PTFE-Folie mit ihrer weichen Acrylat-Klebeseite verklebt (Abb. 2, Abb. 5 Probe A). Die Haftung zwischen den Folien war sehr gut und wurde durch die Verformung der Dichtung nicht beeinträchtigt, d. h. die elastischen Eigenschaften blieben ebenfalls erhalten. Daher ist die Verwendung von doppelseitigem Klebeband oder Cyanacrylat als Zwischenschicht nicht mehr erforderlich.

    Abb. 2: Plasmabehandlung mit dem piezobrush® PZ3 von PDMS und anschließende Verklebung mit der Acrylatklebeseite der PTFE-Folie.
    Abb. 2: Plasmabehandlung mit dem piezobrush® PZ3 von PDMS und anschließende Verklebung mit der Acrylatklebeseite der PTFE-Folie.

    In einem zweiten Versuch wurden sowohl PDMS- als auch reine PTFE-Oberflächen mit Plasma aus dem piezobrush® PZ3behandelt und anschließend mit doppelseitigem Klebeband verklebt (Abb. 3, Abb. 5 Proben B und C). Dies funktionierte ebenfalls gut, vorausgesetzt, die Kraft zum Ablösen der Folien ist nicht zu stark. Ein ähnlicher Ansatz mit Cyanacrylat anstelle des Klebebands schlug fehl, da die Plasmabehandlung die Hafteigenschaften dieses Klebstoffs nicht verbesserte.

    Abb. 3: piezobrush® PZ3 Plasmabehandlung von PDMS- und PTFE-Folien und anschließende Verklebung mittels doppelseitigem Klebeband.
    Abb. 3: piezobrush® PZ3 Plasmabehandlung von PDMS- und PTFE-Folien und anschließende Verklebung mittels doppelseitigem Klebeband.

    Schließlich wurden zwei PDMS-Folien mit piezobrush® PZ3-Plasma oberflächenbehandelt und anschließend mit doppelseitigem Klebeband verklebt (Abb. 4, Abb. 5 Probe D). Auch hier wurde eine sehr gute Haftung erzielt.

    Abb. 4: piezobrush® PZ3-Plasmabehandlung von zwei PDMS-Folien und anschließende Verklebung mittels doppelseitigem Klebeband zur Herstellung von elastischen und chemisch inerten Dichtungen
    Abb. 4: piezobrush® PZ3-Plasmabehandlung von zwei PDMS-Folien und anschließende Verklebung mittels doppelseitigem Klebeband

    Fazit

    Es ist allgemein bekannt, dass eine Plasmabehandlung zu einer Oberflächenaktivierung führt, die bessere Benetzungs- und Hafteigenschaften bewirkt. Das piezobrush® PZ3-Gerät führte zu hervorragenden Ergebnissen bei der Herstellung von elastischen und chemisch inerten Dichtungen und ist dennoch einfach und mühelos zu handhaben. Die Plasmabehandlung von niederenergetischen Oberflächen wie PDMS und PTFE mit dem piezobrush® PZ3 Plasma Handgerät ermöglichte die anschließende Verklebung mit einfachem doppelseitigem Klebeband mit nur geringem Aufwand, und die resultierenden Dichtungen erfüllten die Anforderungen hinsichtlich Elastizität und chemischer Inertheit.

    IDS – Plasma-Handgerät für das Dentallabor und Plasma-Komponenten zur Systemintegration

    Relyon plasma aus Regensburg, ein Tochterunternehmen von TDK Electronics, präsentiert auf der IDS – der Internationalen Dental Schau – das Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 für den Einsatz im Dentallabor und das implaPrep Konzept für die Demonstration der Integrationskomponenten zur Plasmaaktivierung von Dentalimplantaten.

    IDS Logo

    Regensburg/Köln. Nach der Absage im Frühjahr 2021 öffnet von 22.-25. September 2021 die Weltleitmesse für die dentale Community, IDS, ihre Tore in Köln, um dem Fachpublikum Innovationen und Markttrends zu präsentieren. Relyon plasma wird in Halle 11.1 auf Stand H 48 J49 alles zum Thema Plasma im Dentallabor und der Implantologie vorstellen. Hierbei liegt der Schwerpunkt zum einen auf dem Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3, das vor allem im Dentallabor für die Vorbereitung von Prothetik vor dem Verkleben und zur Farbindividualisierung eingesetzt wird. Zum anderen liegt der Schwerpunkt des Messeauftrittes auf dem implaPrep Konzept, das die Plasmabehandlung von Implantaten direkt vor der Implantation ermöglicht, um superhydrophile Implantate zu erhalten und so bestmögliche Bedingungen für ein schnelles Einwachsverhalten zu schaffen.

    Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 im Dentallabor

    Im Dentallabor ist die Plasmatechnologie bereits seit Jahren in Form von Niederdruckplasma im Einsatz – allerdings sind diese Systeme meist sehr hochpreisig und komplex. Mit der Einführung des Plasma-Handgerätes piezobrush® PZ3 im vergangenen Jahr ist es relyon plasma gelungen, eine gleichwertig hocheffiziente Plasmabehandlung im kompakten Handformat und für einen Bruchteil der Kosten zu etablieren.

    Hierbei liegt der Anwendungsfokus auf der Behandlung von Prothetik und Veneers vor der Farbindividualisierung. Durch die gesteigerte Oberflächenenergie verteilt sich z.B. die Keramikmalfarbe deutlich besser auf der Oberfläche, was zu einem gleichmäßigen und ästhetisch ansprechenden Ergebnis führt. Zudem kann mehr Malfarbe innerhalb eines Arbeitsschrittes aufgetragen werden; dies führt zu einer Reduktion benötigter Brände und verkürzt damit auch die Bearbeitungszeit.

    Farbindividualisierung von Implantaten ohne und mit Plasmabehandlung
    Farbindividualisierung von Implantaten ohne und mit Plasmabehandlung

    Ein weiterer Anwendungsfall findet sich bei der Verklebung von Hochleistungskunststoffen wie PEEK mit Komposit oder PMMA. Neben der Oberflächenaktivierung findet auch zeitgleich eine Feinstreinigung der Oberfläche von organischen Verunreinigungen statt, wodurch der Klebstoff sich zum einen besser verteilt und zum anderen sofort eine Verbindung mit den richtigen Bindungspartnern eingehen kann. So entstehen wesentlich stabilere Verklebungen zwischen den Klebepartnern wie beispielsweise Prothetik und Abutment, was schlussendlich die Lebensdauer der Verbindung und somit die Kundenzufriedenheit erhöht.

    Plasmaaktivierung von Implantaten mit dem implaPrep Konzept

    Derzeit ist das implaPrep Konzept ein Prototypenaufbau, mit dem sich Titanimplantate durch eine 50 Sekunden kurze Plasmabehandlung von einem hydrophoben in einen superhydrophilen Zustand heben lassen. Diese Eigenschaft beruht auf der strukturneutralen Plasma-Feinstreinigung und elektrochemischen Anregung durch das Plasma und schafft so die Grundlage für die optimierte Biokompatibilität und die Akzeptanz durch das umgebende, lebende Gewebe. Die zugrundeliegende, gesteigerte Oberflächenenergie verbessert die initiale Anlagerung von Osteoblasten, was nachfolgend zu einer gesteigerten Knochenneubildung nach der Implantation führt.

    relyon plasama präsentiert auf der IDS den Unterschied, den eine Plasmabehandlung auf ein Implantat macht
    Implantat ohne und mit Plasmabehandlung

    PDieses Verfahren wurde in der Entwicklungsphase des Plasma-Treibers und des Plasma-Reaktors, die im implaPrep Konzept verbaut sind, wissenschaftlich untersucht und validiert. Nun ist es an der Zeit, zusammen mit einem Partner aus der Dentalbranche die nach ISO 13485 entwickelten Plasma-Komponenten in ein bereits bestehendes System zu integrieren oder gemeinsam ein eigenständiges Gerät zur Plasmaaktivierung von Implantaten zu etablieren. Im Rahmen der IDS ist relyon plasma auf der Suche nach einem Entwicklungspartner, um das Gerät vom Prototypenstatus in ein Seriengerät zu überführen. Hierbei liegen von nun an die Schwerpunkte auf der Systemintegration, der Medizingerätezulassung und dem anschließenden Aufbau eines internationalen Vertriebsnetzwerkes.

    Bei einem Besuch auf dem Messestand können beide Geräte direkt vor Ort mit eigenen Materialien, Implantaten und Anwendungsfällen getestet werden, um einen möglichst praxisorientierten Eindruck der Plasmatechnologie zu erhalten.

    Die komplette Pressemitteilung finden Sie zum Download hier.

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      Inaktivierung von Listeria Monocytogenes und Salmonellen auf Edelstahl

      durch einen piezoelektrischen kaltatmosphärischen Plasmaerzeuger

      Abstrakt

      Das Team von Alexandros Stratakos untersuchte kürzlich die Wirkung von piezoelektrischem kaltem Atmosphärendruckplasma auf die lebensmittelbedingten Krankheitserreger Listeria Monocytogenes und Salmonellen auf Edelstahloberflächen.

      Autoren: Gonzalez-Gonzalez, C. R.; Hindle, B. J.; Saad, S. & Stratakos, A. C.

      Publikation: Inactivation of Listeria monocytogenes and Salmonella on Stainless Steel by a Piezoelectric Cold Atmospheric Plasma Generator, Applied Sciences, 2021, 11.

      Zuerst veröffentlicht: https://www.mdpi.com/2076-3417/11/8/3567/html

      Zusammenfassung

      In der Lebensmittelverarbeitung ist die Dekontamination der Kontaktflächen von Lebensmitteln unerlässlich. Ein in diesem Zusammenhang häufig genutztes Material ist Edelstahl. In einer neuen Arbeit des Teams von Alexandros Stratakos von der Universität of the West of England wurde dieses Problem durch die Nutzung von piezoelektrischem kaltem Atmosphärendruckplasma untersucht.    

      Für diese Untersuchung wurden Platten aus Edelstahl 304 gründlich gereinigt und mit den grampositiven Listeria Monocytogenes und den gramnegativen Salmonellen bedeckt. Die Hälfte der Stichproben war mit Rinderserumalbumin (BSA) proteinverschmutzt, um reale Bedingungen zu simulieren. Kaltes Atmosphärendruckplasma wurde mit dem piezobrush® PZ2 von relyon plasma in Abständen von 10 Millimetern und 20 Millimetern erzeugt. Die Log-Reduktion bis zu einer Behandlungszeit von 300 Sekunden wurde nach dem Weibull + Tail Modell ermittelt und festgelegt.

      Die Wirkung von kaltem Atmosphärendruckplasma basiert auf den reaktiven Sauerstoff- und Stickstoffspezies (RONS), die unabhängig oder in Synergie durch verschiedene Mechanismen mit der Zelle agieren. Einer der Haupteffekte ist die oxidative Schädigung der Membran, der Strukturproteine und der DNS, die letztendlich zur Zellinaktivierung führt. Die pathogenen Bakterien, die mit BSA bedeckt sind, erfahren eine schützende Wirkung des Serumalbumin auf die Bakterienzellen gegen die reaktiven Spezies, die durch das kalte Atmosphärendruckplasma erzeugt werden. Da die Inaktivierung an getrockneten Zellen getestet wurde, konnten sich keine Biofilme bilden.

      Inaktivierung von lebensmittelbedingten Krankheitserregern Listeria Monocytogenes auf Edelstahl
      Abb. 1. Wirkung der Behandlungszeit auf die Inaktivierung von Listeria Mynocytogenes in Abständen von (a) 10 und (b) 20 Millimetern. Modelle wurden durch die Nutzung einer Weibull + Tail Inaktivierungskurve ermittelt.

      In dieser Studie wurde die Wirkung von kaltem Atmosphärendruckplasma auf die lebensmittelbedingten Krankheitserreger Listeria Monocytogenes und Salmonellen, die auf Edelstahl geimpft wurden, bestimmt. Die Behandlung mit kaltem Atmosphärendruckplasma konnte die Konzentration beider Erreger signifikant reduzieren. Die Log-Reduzierung ist zeitabhängig. Proteinverschmutzte Abschnitte zeigten einen schützenden Einfluss auf die Inaktivierung von kaltem Plasma und erreichten geringere Reduktionen im Vergleich zu sauberen Edelstahl-Abschnitten für Listeria Monocytogenes und Salmonellen. Größere Entfernungen von der Plasmaquelle reduzierten die Dekontaminationseffizienz von CAP; der Unterschied in der Erregerreduktion war jedoch bei längeren Expositionszeiten weniger ausgeprägt. Diese Studie zeigt die Fähigkeit des kalten Atmosphärendruckplasma-Geräts piezobrush® PZ2, die Konzentration der beiden lebensmittelbedingten Krankheitserreger auf Edelstahloberflächen effektiv zu reduzieren und das Potenzial, diese Technologie von der Lebensmittelindustrie als Desinfektionsprozess von Oberflächen einzusetzen, um Kreuzkontaminationen zu reduzieren und damit die Sicherheit zu erhöhen.

      Inaktivierung von lebensmittelbedingten Krankheitserregern Salmonellen auf Edelstahl
      Abb. 2. Wirkung der Behandlungszeit auf die Inaktiverung von Salmonellen in Abständen von (a) 10 und (b) 20 Millimetern. Modelle wurden durch die Nutzung einer Weibull + Tail Inaktivierungskurve ermittelt.

      Den gesamten Bericht zum Thema Inaktivierung von lebensmittelbedingten Krankheitserregern auf Edelstahl finden Sie hier.

      Oberflächenbehandlung von 3D Körpern

      Die Sihl GmbH nutzt das Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 zur Oberflächenbehandlung von komplexen 3D Körpern. Die Vorbehandlung mit Plasma erhöht die Oberflächenenergie der Produkte und führt zu einer besseren Beschichtbarkeit.

      SIHL Logo
      Wir setzen das piezobrush PZ3 Handgerät innerhalb unserer R&D ein. Gerade im Bereich der Oberflächenbehandlung von komplexen 3D-Körpern konnten wir schnell Erfolge bei der Beschichtung von Barrierelacken erzielen, die ohne die Erhöhung der Oberflächenspannung nicht möglich gewesen wären.Arthur Reiners - R&D / Laborleiter

      Besonders die Kompaktheit und die einfache Handhabung des piezobrush® PZ3 überzeugte die Entwickler im R&D. „Hilfreich am Handgerät ist die einfache und unkomplizierte Bedienung“, sagt Arthur Reiners, Laborleiter bei Sihl.

      Oberflächenbehandlung von komplexen 3D Körpern

      Über Sihl GmbH

      Sihl steht als starker Partner an der Seite zukunftsorientierter Industrien und schafft innovative Lösungen durch hochwertige Beschichtungen. Mehr als 350 Mitarbeiter tragen in der Sihl Gruppe zum Erfolg der Kunden aus einer Vielzahl von Branchen in fast allen Ländern der Welt bei. Von Automobil über Tourismus, von Verpackung und Etiketten bis Druck und Logistik vertrauen Kunden den hochwertigen Beschichtungen und technologischem Know-how. Als Spezialist für zukunftsfähige Produkte ermöglicht Sihl innovative Trends und fördert nachhaltige Ergebnisse.

      Dynamische Kontaktwinkelmessung und Tensiometer (DCAT)

      Messen von imaginären dynamischen Kontaktwinkeln an Zahnimplantaten

      Autor: Dr. Sebastian Schaubach, DataPhysics Instruments GmbH
      Datum: 25.05.2021

      Zusammenfassung

      Die Tensiometer der DCAT-Serie mit ihrer speziellen Software von DataPhysics Instruments sind in der Lage, imaginäre Kontaktwinkel zuverlässig und reproduzierbar zu bestimmen. Dies ist eine wertvolle Erweiterung der dynamischen Kontaktwinkelmessmethode, da sie die Möglichkeit eröffnet, hyperhydrophile Materialien einfach zu untersuchen und vor allem die Ergebnisse auch dort quantitativ zu unterscheiden, wo herkömmliche Methoden immer Kontaktwinkel von 0° ergeben. Forscher in der Entwicklung von Zahnimplantaten und anderen biokompatiblen Materialien werden von dieser Funktion profitieren, ebenso wie alle, die auf dem Gebiet der „Hyperhydrophilie“ arbeiten und Hydrophilieunterschiede zwischen sehr hydrophilen Materialien zuverlässig quantifizieren wollen.

      Einleitung

      Der Wasserkontaktwinkel ist ein wichtiger Parameter, um die Benetzbarkeit eines Materials zu charakterisieren und es als hydrophil oder hydrophob zu klassifizieren. Auf Materialien, die sehr hydrophil sind, breitet sich Wasser vollständig auf der Oberfläche aus, und es wird ein Kontaktwinkel von 0° erreicht. Wenn solche sehr hydrophilen Oberflächen gesucht werden, wie z. B. bei der Entwicklung von biokompatiblen Materialien, stellt sich die Frage, ob es möglich ist, Materialien zu unterscheiden, die alle einen Wasserkontaktwinkel von 0° besitzen? Wie kann man unter ihnen dasjenige mit der besten Hydrophilie identifizieren? Die Antwort lautet: Dies wird mit sogenannten imaginären Kontaktwinkeln möglich. Die DCAT-Tensiometer von DataPhysics Instruments sind unseres Wissens nach die einzigen Messsysteme, die eine zuverlässige und reproduzierbare imaginäre Kontaktwinkelbestimmung in ihrer Software haben. Im Folgenden wird die Anwendung der Methode am Beispiel von Zahnimplantaten vorgestellt.

      Die Oberfläche von Zahnimplantaten ist sehr hydrophil. Daher breitet sich Wasser auf ihr aus, was konventionell bedeutet, dass der Kontaktwinkel 0° beträgt. Imaginäre Kontaktwinkel erlauben j
      Abb. 1. Die Oberfläche von Zahnimplantaten ist sehr hydrophil. Daher breitet sich Wasser auf ihr aus, was konventionell bedeutet, dass der Kontaktwinkel 0° beträgt. Imaginäre Kontaktwinkel erlauben jedoch eine weitere Unterscheidung.

      Technik und Methode

      Ein Tensiometer der DCAT-Serie von DataPhysics Instruments ist ein universelles Messsystem für die kraftbasierte Untersuchung von Grenzflächenparametern und -phänomenen. Mit dem Softwaremodul DCATS 32 und geeigneten Probenhaltern kann es zur dynamische Kontaktwinkelmessung an verschiedenen Festkörpern, wie Implantaten, Platten, Filmen, Pulvern, Faserbündeln und sogar Einzelfasern eingesetzt werden. Dies ist besonders nützlich für die Untersuchung hydrophiler Proben: Wenn die optische Konturanalyse an ihre Grenzen stößt, erhält man bei der dynamische Kontaktwinkelmessung mit einem DCAT dank seines präzisen Wägesystems dennoch zuverlässige und genaue Ergebnisse.

      Dynamischer Kontaktwinkel bildet sich, wenn der Festkörper in die Prüfflüssigkeit mit bekannter Oberflächenspannung eingetaucht oder herausgezogen wird.
      Abb. 2. Dynamischer Kontaktwinkel bildet sich, wenn der Festkörper in die Prüfflüssigkeit mit bekannter Oberflächenspannung eingetaucht oder herausgezogen wird.

      Bei der dynamische Kontaktwinkelmessung wird die feste Probe über einen Halter an der Waage des Geräts befestigt und dann in eine Prüfflüssigkeit mit bekannter Oberflächenspannung γ getaucht und wieder herausgezogen (siehe Abb. 2 links). Das gemessene Gewicht m der Flüssigkeitslamelle, die die Probe an der Kontaktlinie der Länge L berührt, wird mit dem gesuchten Kontaktwinkel θ gemäß der Gleichung

      Formel

      wobei g die Gravitationskonstante ist. Um den Auftriebseffekt der Probe zu eliminieren, wird das gemessene Gewicht auf die Eintauchhöhe h von Null extrapoliert, bevor der fortschreitende Kontaktwinkel θadv bzw. der zurückweichende Kontaktwinkel θrec für das Eintauchen bzw. Herausziehen berechnet wird (vgl. Abb. 2 rechts).

      Aus Gleichung (1) sollte er theoretisch nicht größer als 1 sein (wofür θ 0° ist). In der Praxis ergeben sich jedoch bei Messungen an sehr hydrophilen Oberflächen durchaus Werte von X > 1, insbesondere bei rauen Oberflächen, bei denen durch die Kapillarität der porösen Oberfläche eine zusätzliche Kraft bei der Benetzung entsteht (Abb. 3)

      Nicht-Gleichgewichtsmodell der meniskusabhängigen Füllung bis zum vollständigen Benetzungszustand auf einer rauen Oberfläche.
      Abb. 3. Nicht-Gleichgewichtsmodell der meniskusabhängigen Füllung bis zum vollständigen Benetzungszustand auf einer rauen Oberfläche.

      Anstatt nun in all diesen Fällen einen Kontaktwinkel von 0° zuzuordnen, berechnet die DataPhysics Instruments Tensiometersoftware den imaginären Kontaktwinkel, d.h. die komplexe Zahl, die Gleichung (1) erfüllt. Dies eröffnet die Möglichkeit, auch zwischen sehr hydrophilen Materialien, wie den in dieser Application Note untersuchten Zahnimplantaten, zu unterscheiden.

      Experiment

      In dieser Anwendungsbeschreibung wurden die Vorschub- und Rückzugskontaktwinkel von drei verschiedenen titanbasierten Dentalimplantaten von Nobel Biocare® mit einem DCAT 25 bestimmt.


      Dazu wurden Messungen an drei identischen Proben pro Implantat durchgeführt, die möglichst berührungsfrei aus der Verpackung entnommen und ohne weitere Reinigung oder Behandlung ana-lysiert wurden. Anschließend wurde eine der verwendeten Proben von Implantat 3 mit dem Handgerät piezobrush® PZ3 von relyon plasma (metallisch: Nearfieldmodul) plasmabehandelt und erneut gemessen. Plasma wird häufig eingesetzt, um die Hydrophilie von verschiedenen Materialien zu erhöhen.


      In einem Vorversuch wurde die Oberflächenspannung des Wassers, das später als „bekannte Testflüssigkeit“ verwendet wurde, mit einer Wilhelmy-Platte gemessen, um dessen Reinheit sicherzustellen (γ = 72,8 mN/m).


      Für die dynamische Kontaktwinkelmessung wurde eine Implantatprobe auf dem Probenhalter befestigt. In der Software wurde die Methode „Dynamic CA“ ausgewählt und der Durchmesser der Probe eingegeben (Implantat 1: 5,5 mm, Implantat 2: 3,0 mm, Implantat 3: 4,3 mm). Da die Implantate leicht verjüngt sind und die Spitze etwas kleiner als der angegebene Durchmesser ist, wurde die Eintauchtiefe auf 5 mm eingestellt. Dann wurde die Messung gestartet, und das Gerät tauchte die Probe automatisch in das Wasser ein und zog sie wieder heraus, woraufhin die Software die dynamischen Kontaktwinkel berechnete.

      Ergebnisse

      Abb. 4 zeigt die für die untersuchten Zahnimplantate ermittelten fortschreitenden (rot) und zurückweichenden (grün) Kontaktwinkel. Bei allen Implantaten gab es nur geringe Abweichungen zwischen den Messungen der drei untersuchten Proben, was zu kleinen Fehlerbalken führt (± 2,9° max. für CAadv von Implantat 3).

      Dynamische Kontaktwinkel (rot: fortschreitend, grün: zurückweichend) für die drei verschiedenen Implantate und für eine plasmabehandelte Probe von Implantat 3.
      Abb. 4. Dynamische Kontaktwinkel (rot: fortschreitend, grün: zurückweichend) für die drei verschiedenen Implantate und für eine plasmabehandelte Probe von Implantat 3.

      Wie in Abb. 4 zu sehen ist, sind sowohl der fortschreitende CA als auch der zurückweichende CA von Implantat 1 und Implantat 2 imaginäre Werte, was darauf hinweist, dass diese beiden Arten von Oberflächen hyperhydrophile Materialien sind und extrem hohe Benetzungsraten besitzen.


      Außerdem wurde eine extrem schnelle Ausbreitung von Wasser auf den Oberflächen während des Eintauchens der Proben in das Wasser beobachtet (Abb. 1), was mit den Ergebnissen der CA-Messung übereinstimmt. Darüber hinaus zeigt Implantat 1 höhere imaginäre CAs als Implantat 2, was darauf hindeutet, dass bei Implantat 1 während des Benetzungsvorgangs mehr zusätzliche Kraft durch zusätzliche Spreiz- und Kapillarkräfte festgestellt wurde. Somit ist Implantat 1 wesentlich hyperhydrophiler als Implantat 2.


      Interessanterweise sind, wie Abb.4 zeigt, die fortschreitenden CAs von Implantat 3 normale CAs mit mehr als 90o, und etwa 41o der CA, nachdem die Oberfläche mit piezobrush® PZ3 behandelt wurde. Dies deutet darauf hin, dass die Benetzbarkeit seiner ursprünglichen Oberfläche nicht hydrophil ist und die Benetzungsrate extrem niedrig ist, was vernachlässigt werden kann.


      Außerdem wurde beim Eintauchen keine Ausbreitung von Wasser auf der Oberfläche von Implantat 3 beobachtet. Die zurückgehenden CAs aller Proben sind jedoch die imaginären CAs, was darauf hindeutet, dass während des Herausziehens eine zusätzliche Kraft festgestellt wurde, die durch die zusätzlichen Ausbreitungs- und Kapillarkräfte verursacht wurde. Außerdem ist der CA der plasmabehandelten Oberfläche von Implantat 3 niedriger als der unbehandelten Oberfläche, was darauf hinweist, dass die Oberflächen nach der Oberflächenbehandlung hydrophiler geworden sind.


      Daher sind die fortschreitenden und zurückweichenden Wasserkontaktwinkel auf Implantat 1 und 2 sowie der zurückweichende Kontaktwinkel auf Implantat 3 imaginäre Kontaktwinkel. Das heißt, konventionell wären in all diesen Fällen Werte von 0° erhalten worden. Die DataPhysics Instruments Software hat jedoch die imaginären Kontaktwinkel ermittelt, was eine weitere Unterscheidung ermöglicht.

      Literatur

      [1] Hyperhydrophilic rough surfaces and imaginary contact angles; H. P. Jennissen; Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 2012, 43, 743-750; DOI: 10.1002/mawe.201200961

      relyon plasma @ Bondexpo

      Von 5. bis 8. Oktober 2021 öffnet die 14. Bondexpo – Internationale Fachmesse für Klebetechnologie – in Stuttgart ihre Türen. Wir freuen uns sehr, dass relyon plasma auf der Bondexpo 2021 mit einem eigenen Stand vertreten ist. Dabei überzeugt die Bondexpo mit einer klaren und konsequenten Ausrichtung auf die Prozesskette Fügen/Verbinden durch Kleben, Vergießen, Dichten und Schäumen. Besucher erhalten darüber hinaus einen tiefgehenden Einblick in die aktuellen und künftigen Herausforderungen im Bereich des Fügens und Verbindens verschiedenster Materialien wirtschaftlicher Detail- und Systemlösungen.

      Logo Bondexpo

      Parallel findet die Motek auf dem Messegelände Stuttgart statt. Dabei ist die Motek die weltweit führende Veranstaltung in den Bereichen Produktions- und Montageautomatisierung, Zuführtechnik und Materialfluss, Rationalisierung durch Handhabungstechnik und Industrial Handling. Als einzigartige Branchenplattform bildet sie die ganze Welt der Automation ab.

      Erleben Sie in Halle 5 auf Stand 5505 unsere innovative Plasmatechnologie hautnah. Einzigartig sind hierbei zwei Produkte aus der piezobrush® Familie: das Plasma-Handgeräte piezobrush® PZ3 sowie die neue, kompakte Integrationslösung piezobrush® PZ3-i. Ebenso zeigen wir Ihnen in Stuttgart unser plasmatool sowie unsere plasmacell. Unsere Plasma-Systeme können Sie direkt vor Ort mit Ihren eigenen Materialien und Fallbeispielen ausprobieren. Gerne können sie dazu bereits vorab mit uns über info@relyon-plasma.com Kontakt aufnehmen.

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        Thermographische Untersuchungen zur Vorbehandlung von Polypropylen

        Motivation und Zielsetzung

        Im Rahmen der Beta-Testaktion für das Gerät piezobrush® PZ3 der relyon plasma GmbH führte das SKZ eine Studie zur Haftungssteigerung eines 2K-Epoxidklebstoffs auf einem niederenergetischen und damit schwer klebbaren Kunststoff Polypropylen (PP) durch. Zum Einsatz kamen dabei neben dem piezobrush® PZ3 und dem Vorgängermodell PZ2 (beide beruhend auf der „Piezoelectric-Direct-Discharge“(PDD)-Plasmatechnologie auch eine konventionelle Atmosphärendruckplasma-Anlage mit rotierender Düse (ADP). Des Weiteren wurde der Prozess der Plasmavorbehandlung mittels Thermographie überwacht, um den Einfluss der Vorbehandlungsart auf die Temperaturerhöhung des Substrats zu untersuchen.

        Materialien und Methoden

        Als Substrate kamen extrudierte PP-Platten (MEPOLEN PP-H, Fa. BEN Kunststoffe Vertriebs-GmbH) mit einer Dicke von 2 mm zum Einsatz. Nach der Reinigung der PP-Substrate im Ultraschallbad für 5 min und anschließender Ablüftung für 15 min in einem automatisierten Vorbehandlungsstand mit integrierten motorisierten Achsen erfolgte die Vorbehandlung der Platten mit den drei verschiedenen Geräten (PZ2, PZ3 und ADP) (vgl. Abbildung 1a). Eine ebenfalls eingebaute Thermokamera der Fa. Optris GmbH mit einer Bildfrequenz von 80 Hz zeichnete während der Vorbehandlung Thermogramme auf, welche über ein 2,0 cm entferntes Linienprofil (rote Linie) hinsichtlich ihrer Temperaturverteilung ausgewertet werden (vgl. Abbildung 1b).Sowohl die Thermokamera als auch die einzelnen Vorbehandlungsanlagen wurde fest installiert und die definierte Behandlungsgeschwindigkeit wurde durch das Verfahren des achsengesteuerten Probentischs realisiert. Bei der Wahl des Behandlungsabstands zwischen Substrat und den beiden piezobrush-Geräten wurde sich mit 3,0 mm, 6,0 mm und 9,0 mm an den Empfehlungen des Geräteherstellers orientiert. In Abbildung 2 ist der optisch erkennbare Plasmaaustritts-Bereich dargestellt. Hier ist deutlich zu erkennen, dass der aktive Bereich des Plasmas bei beiden Geräten ca. 12 mm aus der Düsenöffnung herausragt. Bei der ADP betrug der Düsenabstand 8,0 mm. Die Behandlungsgeschwindigkeiten variierten zwischen 0,5 mm/s und 20,0 mm/s.
        Um geeignete Vorbehandlungsparameter für die Haftfestigkeitsuntersuchungen zu ermitteln, wurden Kontaktwinkelmessungen zur Bestimmung der Oberflächenenergie (OFE) an den vorbehandelten Substraten nach DIN EN ISO 19403-2 mit einem Drop Shape Analyzer DSA30 der Fa. KRÜSS GmbH durchgeführt. Als Testflüssigkeiten
        wurden Diiodmethan sowie entionisiertes Wasser (beide p.a. Reinheit) verwendet. Pro Testflüssigkeit wurden bei den Messungen jeweils fünf Tröpfchen abgelegt. Die Auswertung der Messdaten erfolgt nach der Methode von Owens-Wendt-Rabel-Kaelble-Methode (OWRK). Die hinsichtlich ihrer OFE vielversprechendsten Vorbehandlungsparameter wurden anschließend für die Festigkeitsuntersuchungen verwendet.

        Abbildung 1: Vorbehandlung einer PP-Platte im automatisierten Vorbehandlungsstand mit dem piezobrush® PZ3 und gleichzeitiger Aufnahme von Thermogrammen mit einer integrierten Thermokamera (a). b: Beispielhafte Darstellung eines Thermogramms nach Vorbehandlung mit piezobrush®  PZ3 und der von der Düsenmitte 2,0 cm entfernten Auswertelinie (rot).
        Abbildung 1: Vorbehandlung einer PP-Platte im automatisierten Vorbehandlungsstand mit dem piezobrush® PZ3 und gleichzeitiger Aufnahme von Thermogrammen mit einer integrierten Thermokamera (a). b: Beispielhafte Darstellung eines Thermogramms nach Vorbehandlung mit piezobrush® PZ3 und der von der Düsenmitte 2,0 cm entfernten Auswertelinie (rot).
        Abbildung 2: Darstellung des austretenden Plasmas der beiden piezobrush-Geräte (PZ2 und PZ3). Der mit dem Auge ersichtliche Bereich des Plasmas ist bei beiden Geräten bis zu einem Abstand von 12 mm entfernt von der Düse zu erkennen.
        Abbildung 2: Darstellung des austretenden Plasmas der beiden piezobrush-Geräte (PZ2 und PZ3). Der mit dem Auge ersichtliche Bereich des Plasmas ist bei beiden Geräten bis zu einem Abstand von 12 mm entfernt von der Düse zu erkennen.

        Dabei wurden Zugprüfungen mit dem Adhesion Analyzer LUMiFrac der Fa. LUM GmbH auf Basis der CAT-Technologie durchgeführt. Als Klebstoff wurde der 2K-Epoxidklebstoff DELO-DUOPOX® AD840 der Fa. DELO Industrie Klebstoffe GmbH & Co. KGaA verwendet. Die Klebungen wurden zwischen dem Kunststoffprobekörper und einem Metalladapter hergestellt. Hierfür wurde der Edelstahl-Einschraubadapter V2A-D10 mit einem Durchmesser von 10,0 mm zuvor angeschliffen und mit Isopropanol gereinigt. Vor dem Klebstoffauftrag wurden ca. 5 bis 20 Glaskugeln (Ø = 80 bis 100 μm) zur Gewährleistung einer konstanten Klebschichtdicke auf die Fügefläche abgelegt. Anschließend wurde eine ausreichende Menge Klebstoff aufgetragen, sodass die gesamte Klebfläche durch Erhöhung des Anpressdrucks gefüllt werden konnte, aber der Klebstoff nicht mehrere Millimeter seitlich herausfloss. Für jede Probekörper-Klebstoff-Kombination wurden sechs Zug-Probekörper hergestellt. Die Aushärtung erfolgte bei konstanter Anpresskraft von 1,0 N unter Normklima (23 °C, 50 % Luftfeuchtigkeit) für sieben Tage.
        In Abbildung 3 links ist der schematische Aufbau des Probekörpers für die Zugprüfung dargestellt. Der Edelstahl-Einschraubadapter (grau) und ein Kupfergewicht (grün) sind über eine Klebstoffschicht (orange) mit dem Kunststoff (blau) verbunden. Die Prüfanordnung ist in Abbildung 3 rechts dargestellt. Für die Prüfung wird der Aufbau in Rota-tion versetzt, sodass die Zentrifugalkraft auf den Prüfstempel mit 5,0 N/s erhöht wird. Reißt der Prüftempel bei einer bestimmten Belastung ab, detektiert ein Sensor (rot) den Aufschlag. Über die Drehzahl bei Aufschlag und Bruchfläche kann dann die Zugfestigkeit ermittelt werden. Die Bruchart der LUMiFrac-Proben wurde anschließend nach DIN EN ISO 10365 klassifiziert.

        Abbildung 3: Aufbau des Probekörpers für die Zugprüfung (links) und schematische Darstellung der Prüfanordnung im Adhesion Analyser LUMiFrac (rechts).
        Abbildung 3: Aufbau des Probekörpers für die Zugprüfung (links) und schematische Darstellung der Prüfanordnung im Adhesion Analyser LUMiFrac (rechts).

        Kontaktwinkelmessungen

        Bei Betrachtung der Ergebnisse der Kontaktwinkelmessungen in Abbildung 4 ist deutlich zu erkennen, dass die OFE des PP-Substrats nach Vorbehandlung mit dem PZ2 (a – c) und dem PZ3 (d – f) in Abhängigkeit vom Behandlungsabstand (a, d: 3,0 mm; b, e: 6,0 mm; c, f: 9,0 mm) im Vergleich zum unbehandelten Zustand (Referenz) ansteigt. Während die PP-Referenz eine OFE von 31,7 mN/m mit kaum polaren Anteil (0,6 mN/m) aufweist, nimmt die OFE kontinuierlich mit kleiner werdendem Behandlungsabstand und geringerer Behandlungsgeschwindigkeit zu. Dabei kann eine stetige Zunahme des polaren Anteils beobachtet werden, wobei der disperse Anteil auf einem konstanten Niveau (ca. 35 mN/m) bleibt. Beim Vergleich des PZ2 mit dem PZ3 fällt auf, dass bei gleichem Behandlungsabstand und gleicher -geschwindigkeit höhere Werte für die OFE des Substrats mit dem PZ3 erreicht werden. Während es bei den ausge-wählten Parametern mit dem PZ2 nicht möglich war eine OFE von über 50 mN/m zu erzielen, konnte mit dem PZ3 eine Steigerung der OFE auf knapp 60 mN/m verzeichnet werden. Des Weiteren ist auffällig, dass eine Vorbehandlung bei einem Behandlungsabstand von 9,0 mm unabhängig von der Version des piezobrush nur eine geringe Steigerung der OFE des Substrats nach sich zieht. Zwar reicht bei beiden Geräten der aktive Plasmabereich wie in Abbildung 2 gezeigt ca. 12 mm aus der Plasmadüse heraus, jedoch scheint der mit zunehmenden Abstand sinkende Energieeintrag in das Substrat Grund für die niedrigere Oberflächenaktivierung zu sein. Zudem weisen die geringen Standardabweichungen der ermittelten OFE auf eine homogene Vorbehandlung mit den piezobrush-Geräten hin. Eine Verbesserung der Benetzbarkeit des PP-Substrats konnte somit mittels PDD-Plasma erzielt werden.

        Abbildung 4: Darstellung der OFE (aufgeteilt in polaren und dispersen Anteil) des PP-Substrats nach Vorbehandlung mit dem PZ2 (a - c) und PZ3 (d - f) bei unterschiedlichen Behandlungsgeschwindigkeiten und -abständen.
        Abbildung 4: Darstellung der OFE (aufgeteilt in polaren und dispersen Anteil) des PP-Substrats nach Vorbehandlung mit dem PZ2 (a – c) und PZ3 (d – f) bei unterschiedlichen Behandlungsgeschwindigkeiten und -abständen.

        Zugprüfungen mittels LUMiFrac

        Um den Einfluss der Substrat-Vorbehandlung auf die Klebfestigkeit zu untersuchen, wurden an ausgewählten Behandlungsparametern Klebungen durchgeführt. Neben Referenzproben (unbehandeltes PP) wurden außerdem Proben bei einem Behandlungsabstand von 3,0 mm mit dem PZ2 und PZ3 vorbehandelt, da hier die größte Steigerung der OFE-Werte im Vergleich zur unbehandelten Referenz erzielt wurden. Als Behandlungsgeschwindigkeiten wurden 1,5 mm/s und 10,0 mm/s beim PZ2 sowie 1,5 mm/s, 5,0 mm/s und 10,0 mm/s beim PZ3 gewählt. Zudem diente eine konventionelle Atmosphärendruckplasma-Anlage mit Rotationsdüse als Vergleichsverfahren. Die hier gewählten Parameter (Behandlungsabstand: 8,0 mm bzw. Behandlungsgeschwindigkeit: 150,0 mm/s) für eine optimale Klebfestigkeit resultieren aus Voruntersuchungen mit dem verwendeten PP-Substrat und Klebstoff.
        Die Ergebnisse der Zugfestigkeitsprüfungen mittels Adhesion Analyzer sind in Abbildung 5 gezeigt. Es ist deutlich zu erkennen, dass mit allen Vorbehandlungsmethoden eine deutliche Steigerung der Klebfestigkeit im Vergleich zum unbehandelten PP erreicht wird. Mit einer PZ3-Vorbehandlung bei einer Behandlungsgeschwindigkeit von 1,5 mm/s kann die Zugfestigkeit der Klebverbindung von ca. 1,0 MPa im Grundzustand sogar auf bis zu 4,5 MPa nach Vorbehandlung angehoben werden. Auch zeigt sich eine Änderung im Bruchbild: Während die Referenzproben ein adhäsives Versagen (AF) aufweisen, kommt es nach beschriebener Vorbehandlung zu einem teilweise kohäsiven Fügeteilversagen (CSF) (vgl. Abbildung 6). Des Weiteren ist auffällig, dass die Klebfestigkeit mit abnehmender Behandlungsgeschwindigkeit beim PZ2 und PZ3 zunimmt und sich das Bruchbild von AF nach CSF ändert.
        Zudem lassen die Ergebnisse eine erhöhte Klebfestigkeit bei gleicher Behandlungsgeschwindigkeit (1,5 mm/s) durch Verwendung des PZ3 im Vergleich zum PZ2 vermuten. Für die ausgewählte Klebstoff-Substrat-Kombination kann somit eine Korrelation zwischen der erhöhten OFE nach Vorbehandlung und der verbesserten Festigkeit der Klebverbindung hergestellt werden. Beim Vergleich der PDD-Plasmatechnologie mit einem konventionellen ADP aus einer Rotationsdüse kann bei optimaler Parameterwahl eine gleichwertige Klebfestigkeitssteigerung erzielt werden.

        Abbildung 5: Kleb- bzw. Zugfestigkeit des PP-Substrats. Es wurden neben Referenz-Proben auch vorbehandelte Substrate (PZ2, PZ3, ADP) bei unterschiedlichen Behandlungsgeschwindigkeiten untersucht. Die Brucharten unterscheiden sich zwischen adhäsivem Versagen (AF) und kohäsivem Fügeteilversagen (CSF).
        Abbildung 5: Kleb- bzw. Zugfestigkeit des PP-Substrats. Es wurden neben Referenz-Proben auch vorbehandelte Substrate (PZ2, PZ3, ADP) bei unterschiedlichen Behandlungsgeschwindigkeiten untersucht. Die Brucharten unterscheiden sich zwischen adhäsivem Versagen (AF) und kohäsivem Fügeteilversagen (CSF).
        Abbildung 6: Darstellung einer LUMiFrac-Probe mit adhäsivem Versagen (AF) der Klebung nach der Zugprüfung (a) sowie kohäsives Fügeteilversagen (CSF) und AF (Mischbruch) (b).
        Abbildung 6: Darstellung einer LUMiFrac-Probe mit adhäsivem Versagen (AF) der Klebung nach der Zugprüfung (a) sowie kohäsives Fügeteilversagen (CSF) und AF (Mischbruch) (b).

        Thermographie während der Vorbehandlung

        Um zu untersuchen, wie stark die Temperaturveränderung auf den PP-Substraten während der Vorbehandlung mit dem PZ2 und PZ3 ist, wurde der Prozess mit einer Thermokamera überwacht. In Abbildung 7 sind jeweils drei Thermogramme bei den Behandlungsgeschwindigkeiten 1,5 mm/s, 5,0 mm/s und 10,0 mm/s während des Vorbehandlungsprozess mit dem PZ2 (a – c) und PZ3 (d – f) gezeigt. Der Behandlungsabstand wurde hier auf konstante 3,0 mm eingestellt. Bei Betrachtung der Thermogramme fällt auf, dass die Temperaturbelastung erwartungsgemäß mit zunehmender Behandlungsgeschwindigkeit abfällt. Auch ist zu erkennen, dass die Vorbehandlung mit dem PZ3 eine größere Temperaturerhöhung bei gleicher Behandlungsgeschwindigkeit hervorruft, als dessen Vorgänger PZ2. Dennoch bleiben die Oberflächentemperaturen des Substrats selbst bei sehr langsamen Behandlungsgeschwindigkeiten (z. B. 1,5 mm/s) unter 55 °C.
        Dies wird nochmals bei der graphischen Auftragung der Temperatur über die Pixelkoordinate entlang der Auswertelinie in Abbildung 8 verdeutlicht. Während die Maximaltemperatur bei der Behandlung mit dem PZ2 35 °C nicht übersteigt, ergibt sich für eine Behandlungsgeschwindigkeit von 1,5 mm/s mit dem PZ3 eine maximale Temperatur von ca. 53 °C. Bei den vom Hersteller empfohlenen Behandlungsgeschwindigkeiten von 10,0 bis 20,0 mm/s sind aber auch mit dem PZ3 keine Temperaturen über 35 °C detektierbar.

        Abbildung 7: Darstellung einzelner Thermogramme nach Vorbehandlung mit dem PZ2 (a - c) und PZ3 (d - f) bei einem Behandlungsabstand von 3,0 mm sowie unterschiedlichen Behandlungsgeschwindigkeiten von 1,5 mm/s (a, d), 5,0 mm/s (b, e) und 10,0 mm/s (c, f).
        Abbildung 7: Darstellung einzelner Thermogramme nach Vorbehandlung mit dem PZ2 (a – c) und PZ3 (d – f) bei einem Behandlungsabstand von 3,0 mm sowie unterschiedlichen Behandlungsgeschwindigkeiten von 1,5 mm/s (a, d), 5,0 mm/s (b, e) und 10,0 mm/s (c, f).
        Abbildung 8: Graphische Darstellung der Temperaturverteilung über die Pixelkoordinate entlang der Auswertelinie (vgl. Abbildung 1) nach Vorbehandlung für PZ2 (a) und PZ3 (b) bei unterschiedlichen Behandlungsgeschwindigkeiten und einem Behandlungsabstand von 3,0 mm.
        Abbildung 8: Graphische Darstellung der Temperaturverteilung über die Pixelkoordinate entlang der Auswertelinie (vgl. Abbildung 1) nach Vorbehandlung für PZ2 (a) und PZ3 (b) bei unterschiedlichen Behandlungsgeschwindigkeiten und einem Behandlungsabstand von 3,0 mm.

        Fazit

        Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Oberflächenmodifikation mittels PDD-Technologie des unpolaren Kunststoffs PP sehr gut möglich ist. Durch die Vorbehandlung von PP mit dem PZ2 bzw. PZ3 kann die Oberflächenenergie (insbesondere der polare Anteil) bei der Wahl geeigneter Behandlungsparameter erhöht und eine signifikante Steigerung der Klebfestigkeit im Vergleich zum unbehandelten PP-Substrat erreicht werden. Es ließ sich außerdem für die ausgewählte Klebstoff-Substrat-Kombination zeigen, dass eine Vorbehandlung mit dem PZ3 eine vergleichbare Festigkeitssteigerung wie eine Vorbehandlung mit einer herkömmlichen ADP-Anlage mit rotierender Düse bei höherer Behandlungsgeschwindigkeit erzielte.
        Ein weiterer Vorteil der PDD-Technologie ist die Behandlung des Substrats mit kaltaktivem Plasma. Durch thermographische Aufnahmen konnte gezeigt werden, dass die Temperatur des Substrats selbst bei geringen Behandlungsgeschwindigkeiten und geringen Abständen nicht über 55 °C stieg. Dies ist vor allem bei temperaturempfindlichen Materialien wie Kunststoffen von entscheidender Bedeutung. So können auch Folien problemlos mit den piezobrush-Geräten ohne Schädigung vorbehandelt werden. Als Nachteil ist aufgrund der niedrigeren Leistung der Geräte im Vergleich zu herkömmlichen atmosphärischen Plasma-Anlagen die Notwendigkeit einer geringeren Behandlungsgeschwindigkeit zu nennen.
        Des Weiteren konnte mittels Thermographie gezeigt werden, dass die Behandlung mit dem PZ3 im Vergleich zum PZ2 zwar etwas energieintensiver ist, aber dafür eine signifikante Erhöhung der OFE und Klebfestigkeit im Vergleich zu seiner Vorgängerversion PZ2 erzielt.

        Fügen verschiedener Kunststoffe für detaillierte Augenmodelle

        Die Firma eyecre.at aus Ötztal stellt seit 2012 detaillierte Augenmodelle für Chriurgieschulungen her. Ziel ist es ein künstliches Auge zu schaffen, das sich wie ein echtes anfühlt, dabei aber lange lagerfähig ist und sich an Kundenwünsche anpassen lässt. Daher ist das Fügen verschiedener Kunststoffe besonders wichtig – an dieser Stelle wird das Plasma Handgerät piezobrush® PZ3 eingesetzt, um Robustheit und eine hohe Qualität zu gewährleisten.

        Logo eyecre.at
        Um die Robustheit unserer künstlichen Augen zu sichern, wollten wir die beste Lösung für die Behandlung unserer Produkte finden.
        Die beste Lösung war relyon plasma, das weltweit kleinste handgeführte Plasmagerät mit PDD-Technologie.David Ortner - CEO eyecre.at
        Fügen verschiedener Kunststoffe für detaillierte Augenmodelle für Augenchirurgieschulungen
        Seit wir den piezobrush® PZ3 erworben haben, hat sich unsere Produktqualität und Effizienz deutlich erhöht.
        Vielen Dank an die relyon plasma GmbH!David Ortner - CEO eyecre.at

        Über eyecre.at

        Alles begann im Kleinen, als der CEO, David Ortner, nach jahrelanger Erfahrung in der Ausbildung von Ärzten und Wetlabs erkannte, dass es Raum für Verbesserungen gab. In einem Bereich, in dem die Alternativen begrenzt waren, erkannte er, dass es möglich war, ein Produkt zu schaffen, das die meisten der bestehenden Probleme bei der Herstellung künstlicher Augen lösen konnte und gleichzeitig die wesentlichen Innovationen für Augenärzte und Unternehmen bereitstellte. Heute produziert die Eyecre.at GmbH die besten Lösungen, die auf dem Markt erhältlich sind. Die Marktüberlegenheit resultiert aus der langjährigen Erfahrung im Bereich der ophthalmologischen Wetlab-Geräte und den auf die Kundenbedürfnisse zugeschnittenen Produkten, die im Inland hergestellt und kontinuierlich weiterentwickelt werden.

        Atmosphärendruckplasma in der Solarthermie-Technik

        Die GREENoneTEC Solarindustrie GmbH aus St. Veit in Österreich verwendet
        die Plasmatechnologie in der Herstellung von solarthermischen Kollektoren.
        Hierbei ist das Plasma-Hochleistungssystem plasmabrush® PB3 für die
        Oberflächenvorbehandlung von Glas vor dem Verkleben in die automatisierte Anlage integriert. Günter Unterweger aus der Arbeitsvorbereitung berichtet nachfolgend über seine Erfahrungen mit Atmosphärendruckplasma in der Solarthermie-Technik.

        Logo GREENoneTEC
        Aktuell benutzen wir zwei Geräte der plasmabrush® PB3 Technologie zur Erhöhung der Oberflächenspannung und somit prozesssicheren Verklebung. In unserer automatisierten Produktionslinie behandeln wir damit die Klebebereiche der Glasoberfläche unserer Solarthermie-Kollektoren unmittelbar vor der Verklebung. Im zweiten Schritt wird das Glas auf den Kollektorrahmen aus Aluminium, welcher bereits mit 2 Komponenten Kleber versehen wurde, platziert. Danach durchläuft der Solarthermie-Kollektor 20 Minuten lang ein Conveyer-
        System für die Aushärtung des Klebers .Günter Unterweger - GREENoneTEC

        Warum relyon plasma?

        Dabei hat sich GREENoneTEC aufgrund des besten Preis-Leistung-Ergebnisses für reylon plasma entschieden. Außerdem konnte die plasmabrush® PB3 Technologie sehr einfach und unkompliziert in unsere automatisierte Anlage integriert werden.

        Aufgrund der Kompaktheit der plasmabrush® PB3 Technologie kann die Behandlung der Klebeflächen zur Erhöhung der Oberflächenspannung zudem sehr einfach in eine automatisierte Anlage integriert werden. Dadurch erhöht sich die Prozesssicherheit für die Verklebung um ein Vielfaches.

        Die Oberflächenspannung wird dabei durch die plasmabrush® PB3 Technologie signifikant höher als durch eine Behandlung mittels einer Glaswaschmaschine.

        • Oberflächenspannung nach der Glaswaschmaschine: 44-48 mN/m
        • Oberflächenspannung nach der Plasmabehandlung: 66-72 mN/m

        Wir überlegen uns die plasmabrush® PB3 Technologie auch für die
        Vorbehandlung von blanken Aluminiumprofilen einzusetzen, die wir heute
        aufwändiger Weise maschinell mit Nirobürsten reinigen.

        Atmosphärendruckplasma in der Solarthermie-Technik

        Über GREENoneTec

        GREENoneTEC verfügt als weltweit größter thermischer Flachkollektor-Hersteller über eine jährliche Produktionskapazität von über 1,6 Mio. m² Kollektorflächen. Wir bieten auf acht hochautomatisierten, prozesssicheren
        Roboterfertigungslinien höchste Produktqualität mit exzellenter Lieferperformance und Zuverlässigkeit – natürlich Made in Austria, zertifiziert nach ISO 9001 und ISO 14001 und mit 30 Jahren Erfahrung in der Solarbranche.

        Oberflächenenergie-Analyse von Zahnimplantaten nach der Plasma-Aktivierung

        mit dem piezobrush® PZ3 mit dem DataPhysics Instruments OCA-PDDS

        DataPhysics Instruments steht heute weltweit für leistungsstarke, hochwertige und innovative Lösungen im Bereich der Oberflächen- und Grenzflächenmesstechnik. In Zusammenarbeit mit relyon plasma wird die Oberflächenenergie-Analyse von Zahnimplantaten vor und nach der Plasma-Aktivierung untersucht.

        Logo dataphysics

        Die Oberflächenbehandlungen von Zahnimplantaten ziehen immer mehr Aufmerksamkeit auf sich, da sie eine wichtige Rolle bei der Optimierung des Benetzungsverhaltens der Implantate spielen. Studien haben gezeigt, dass die initiale Anlagerung von Osteoblasten durch eine Erhöhung der Oberflächenenergie verbessert wird, was in der Folge zu einer erhöhten Knochenneubildung nach der Implantation führt. So sind verschiedene Geräte zur Oberflächenbehandlung entwickelt worden und das Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 ist in Dentallaboren weit verbreitet. Die Oberflächenenergie ist ein entscheidender Parameter, um eine erfolgreiche Vorbehandlung oder Reinigung der Implantatoberfläche zu verifizieren. Darüber hinaus ermöglicht die Kenntnis der Oberflächenenergie eine Abschätzung des Benetzungsverhaltens und der Hafteigenschaften der Implantate für die weitere Bearbeitung. Die Analyse der Oberflächenenergie von mikrostrukturierten Proben (Abb. 1) ist jedoch nach wie vor eine große Herausforderung, da die zur Verfügung stehenden Testflächen sehr klein sind und es erforderlich ist, kleine Tropfen zu dosieren, damit die Tropfen nicht über den Rand der Testfläche hinaus berühren oder benetzen.

        Oberflächenenergie-Analyse von Zahnimplantaten nach Plasma-Aktivierung: Das Tröpfchen zwischen den Gewinden eines Zahnimplantats
        Abb.1 Das Tröpfchen zwischen den Gewinden eines Zahnimplantats

        Um diesem Problem zu begegnen, bietet DataPhysics Instruments das Pikoliter-Dosiersystem (PDDS) zur Dosierung der extra kleinen Tröpfchen (bis zu 30 Pikoliter) an. Integriert in das Kontaktwinkelmesssystem OCA 200 ist eine schnelle und zuverlässige Oberflächenenergieanalyse von Implantaten gewährleistet.

        Technik und Methode

        Das optische Kontaktwinkelmess- und Konturanalysesystem OCA 200 (Abb. 2) ist speziell für mikroskopische und makroskopische Strukturen geeignet. In Kombination mit der Hochleistungskamera können selbst kleinste Tropfen hochflüchtiger Flüssigkeiten überwacht werden. Darüber hinaus ermöglicht der elektrisch angetriebene Probentisch die Positionierung mikrostrukturierter Proben mit höchster Präzision und außergewöhnlicher Geschwindigkeit für schnelle automatisierte Messabläufe. Insbesondere in Kombination mit dem Pikoliter-Dosiersystem PDDS (Abb. 3) kann die Kontaktwinkelmessung an noch kleineren Strukturen analysiert werden, wie z. B. an der Maschenstruktur eines Koronarstents oder an einzelnen Fasern (siehe Applikationshinweise zu PDDS). So kann mit dem OCA 200-PDDS ein einzelner Tropfen erzeugt werden, der klein genug ist, um zwischen die Schraubengewinde eines Zahnimplantats für dessen Kontaktwinkelmessung zu passen.

        Abb. 2. Die optischen Kontaktwinkelmess- und Konturanalysesysteme OCA 200, DataPhysics Instruments.
        Abb. 2. Die optischen Kontaktwinkelmess- und Konturanalysesysteme OCA 200, DataPhysics Instruments.

        Des Weiteren wird die Oberflächenenergie (OFE) eines Festkörpers durch Kontaktwinkelmessungen mit mindestens zwei verschiedenen Testflüssigkeiten ausgewertet, deren Oberflächenspannungen einschließlich ihrer dispersiven und polaren Anteile bekannt sind. Aus diesen dispersiven und polaren Anteilen wird mit Hilfe eines geeigneten Modells die Grenzflächenspannung σSL zwischen dem Festkörper und einer Flüssigkeit berechnet. Sehr häufig wird das Owens-, Wendt-, Rabel- und Kaelble-Modell (OWRK-Modell) verwendet, das das geometrische Mittel aus dem dispersiven und polaren Anteil der Oberflächenspannung sL der Flüssigkeit und der Oberflächenenergie ss des Festkörpers berücksichtigt (Gleichung 1):

        Formel

        Setzt man diesen Ausdruck in die Young-Gleichung ein, so kann der polare und der dispersive Teil der Oberflächenenergie des Festkörpers aus der Regressionsgeraden in einem geeigneten Plot bestimmt werden.

        Daher ist das OCA 200 mit PDDS eine ideale Technik für die Oberflächenenergieanalyse von Zahnimplantaten.

        Für die Plasmaaktivierung wird der piezobrush® PZ3 verwendet. Dieses Handgerät nutzt ein piezoelektrisches Element, um die niedrige Eingangsspannung in eine hohe Ausgangsspannung umzuwandeln, um ein kaltes atmosphärisches Plasma zu erzeugen. Eine Plasmabehandlung bewirkt eine Oberflächenaktivierung und Feinreinigung, die typischerweise beide Auswirkungen auf die Oberflächenenergie und deren Aufteilung in einen polaren und unpolaren Anteil haben.

        Experiment

        In dieser Abhandlung wurden ein keramisches Zahnimplantat und zwei metallische Zahnimplantate als Proben für die Messung verwendet. Die Zahnimplantate wurden möglichst berührungsfrei von der Verpackung befreit und zunächst ohne weitere Reinigung und Behandlung auf ihre Oberflächenenergie hin untersucht. In einem zweiten Schritt wurden die Zahnimplantate mit dem Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 von relyon plasma behandelt, wobei das Modul Standard für das Keramikimplantat und das Modul Nearfield für das Titan-Zahnimplantat verwendet wurde. Kaltes Atmosphärendruckplasma mit einer Temperatur von weniger als 50°C wird zur Oberflächenvorbehandlung von Zahnimplantaten eingesetzt, um die Oberflächenenergie und damit die Osseointegration zu erhöhen.

        Die Oberflächenenergien für unbehandelte und plasmabehandelte Implantate wurden indirekt über Kontaktwinkelmessungen durch die Verwendung von zwei Testflüssigkeiten mit bekannten Eigenschaften bestimmt. DataPhysics Instruments empfiehlt die Verwendung von Diiodmethan, Ethylenglykol, Thiodiglykol und Wasser als Standard-Testflüssigkeiten für die Bestimmung der Oberflächenenergie. Die Viskosität von Thiodiglykol ist jedoch zu hoch für die Dosierung von Tropfen mit dem PDDS. Beachten Sie, dass in jedem Fall darauf zu achten ist, dass die gewählten Testflüssigkeiten nicht mit dem zu analysierenden Substrat chemisch reagieren. Daher wurden in diesem Hinweis Wasser und Diiodmethan gewählt.

        Die Proben wurden mit Knetmasse auf dem Probentisch des Analysensystems OCA 200-PDDS fixiert und vertikal ausgerichtet (Abb. 3).

        Pikoliter-Dosiersystem PDDS , Data Physics Instruments.
        Abb. 3 Pikoliter-Dosiersystem PDDS , Data Physics Instruments.

        Um eine korrekte Kontaktwinkelmessung mit ungehinderter Benetzung zu gewährleisten, musste das PDDS so gesteuert werden, dass es Testflüssigkeitstropfen mit Benetzungsflächen erzeugt, die kleiner sind als die Schraubengewinde der Zahnimplantate. Es wurde jeweils ein einzelner Tropfen zwischen den Gewinden der Zahnimplantate angeordnet. Um die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des Ergebnisses zu gewährleisten, wurde jede Flüssigkeit dreimal getestet. Nach der automatischen Auswertung mit dem Softwaremodul SCA 21 wurden die durchschnittlichen CA-Werte und die OFE der drei Proben ermittelt.

        Ergebnisse

        Die Benetzbarkeit ist von großer Bedeutung für alle Arten von Oberflächenbehandlungen. Um ein tieferes Verständnis der Benetzbarkeitsunterschiede zwischen den ursprünglichen und den behandelten Zahnimplantatoberflächen zu erhalten, wurden die Kontaktwinkel- und Oberflächenenergiemessungen von Wasser und Diiodmethan auf diesen Oberflächen durchgeführt.

        Die Kontaktwinkelmessungen an den unbehandelten und behandelten Implantatoberflächen.
        Abb. 4 Die Kontaktwinkelmessungen an den unbehandelten und behandelten Implantatoberflächen.
        Surface e nergy of the untreated and treated implant surfaces
with the polar and dispersive components
        Abb. 5 Oberflächenenergie der unbehandelten und behandelten Implantatoberflächen mit den polaren und dispersiven Komponenten

        Die Kontaktwinkelwerte der behandelten Implantatoberflächen sind niedriger als die der unbehandelten Oberflächen, was darauf hindeutet, dass die Oberflächen nach den Oberflächenbehandlungen hydrophiler werden (Abb. 4). Mit Hilfe der Kontaktwinkelwerte wurde die Oberflächenenergie aller Implantate nach OWRK (Gl. 1) berechnet. Abb. 5 zeigt die jeweiligen Ergebnisse zusammen mit den polaren und dispersiven Komponenten der OFE. Die Gesamt- und polaren Komponenten der OFE aller behandelten Implantatoberflächen haben sich im Vergleich zu ihren unbehandelten Oberflächen erhöht, insbesondere die der behandelten metallischen Implantate1 und der keramischen Implantate haben sich deutlich erhöht. Wie bekannt, implizieren höhere Oberflächenenergien sowohl polarere als auch sauberere Oberflächen. Somit konnten nach der Aktivierung der Oberfläche gleichzeitig feinste organische Verunreinigungen, die für das menschliche Auge unsichtbar sind, vom Zahnersatz entfernt werden, die für die weitere Verarbeitung von Vorteil sind.

        Zusammenfassung

        Das optische Kontaktwinkelmess- und Konturanalysesystem OCA 200 in Kombination mit dem Pikoliter-Dosiersystem PDDS von DataPhysics Instruments bietet eine einfache und zuverlässige Methode zur Bestimmung der Oberflächenenergie von Zahnimplantaten vor und nach der Oberflächenbehandlung mit dem piezobrush® PZ3 von relyon plasma.

        Diese Technik erweitert den Weg zur Untersuchung der Oberflächenenergie der mikrostrukturierten Proben, was auch für die Verbesserung industrieller Behandlungen wie Lackieren, Reinigen, Beschichten oder Verkleben von großer Bedeutung ist.

        Webinar-Reihe: Plasma in der Medizinbranche

        Relyon plasma aus Regensburg, ein Tochterunternehmen von TDK Electronics, präsentiert innerhalb der Webinar-Reihe „Plasma in der Medizinbranche“ die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten von Atmosphärendruckplasma. Angefangen bei der Herstellung von Medizinprodukten über die Dentalbranche bis hin zum direkten Einsatz in der Medizin und Hautbehandlung.

        Regensburg. Aufgrund der zahlreichen Messeverlegungen sowohl in Medizin, Zahn- und Medizintechnik veranstaltet relyon plasma die neue Webinar-Reihe „Plasma in der Medizinbranche“. um Kunden und Interessenten alle Neuheiten zum Thema Plasma in der Herstellung von Medizinprodukten, Dentalbranche und Implantologie sowie der Medizin zu präsentieren. Die Teilnahme an den Webinaren ist kostenlos.

        Plasma in der Herstellung von Medizinprodukten

        Der Auftakt der Webinar-Reihe findet am 20. Mai 2021 mit dem Webinar „Plasma in der Herstellung von Medizinprodukten“ statt. Hierbei erläutern Plasmaexperten und Anwender aus der Produktion, wie Plasma zur Prozess- und Qualitätsoptimierung in der Fertigung von Medizinprodukten eingesetzt wird. Besonders hervorzuheben ist dabei, dass Atmosphärendruckplasma unabhängig von der Stückzahl eingesetzt werden kann. So gibt es sowohl für den Einsatz im Labor oder der Prototypenfertigung das Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 als auch für hohe Stückzahlen und Fertigungsgeschwindigkeiten das Plasma-Hochleistungssystem plasmabrush® PB3.

        Plasma in der Herstellung von Medizinprodukten

        Plasma im Dentallabor und in der Implantologie

        Am 24. Juni 2021 liegt der Schwerpunkt des Webinars auf der Dentalbranche. Dabei zeigen Zahntechniker und Implantologen wie Atmosphärendruckplasma im Zahntechniklabor und in der Implantologie eingesetzt wird. Im Zahntechniklabor wird vor allem das Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 verwendet, um Adhäsionsprozesse zu verbessern oder um ein einheitliches Farbbild bei der Farbindividualisierung zu erzeugen. In der Implantologie liegt der Fokus darauf, die Benetzbarkeit der Implantate so zu erhöhen. Durch die gesteigerte Oberflächenenergie verbessert sich die initiale Anlagerung von Osteoblasten, was nachfolgend zu einer gesteigerten Knochenneubildung nach der Implantation führt. So kann durch die Oberflächenaktivierung mit Plasma die Knochenregeneration verbessert werden, was zu einer gesteigerten und beschleunigten Osseointegration führt.

        Plasma im Dentallabor und in der Implantologie

        Plasma in der Medizin

        Das dritte Webinar der Serie beschäftigt sich mit dem Thema Plasma in der Medizin und gibt einen Ausblick, in welchen Bereichen Plasma bereits eingesetzt wird bzw. über den aktuellen Stand der Forschung. Ein Themengebiet ist hierbei die Hautbehandlung mit kaltem Atmosphärendruckplasma, die eine beschleunigte Wundheilung hervorruft. Des Weiteren gehen die Vortragenden auf die desinfizierende Wirkung von Atmosphärendruckplasma ein. So können beispielsweise Oberflächen durch spezielle Plasmareaktoren desinfiziert und sogar steril gemacht werden. So trägt Plasma zum Patientenschutz und der hohen Qualität von medizinischen Behandlungen bei.

        Plasmabehandlung von Glas mit dem piezobrush® PZ2

        Anmeldung

        Das Team von relyon plasma freut sich über die Teilnahme an der Webinar-Reihe.
        Anmeldung unter: https://www.relyon-plasma.com/plasma-in-der-medizinbranche/

        Plasma in der Zahnarztpraxis

        Die Zahnarztpraxis Dr. Reichermeier & Dr. Hardt aus Regen verwendet piezobrush® PZ3 Plasma in der Zahnarztpraxis zum einen für die Befestigung von Zahnersatz wie Kronen, Brücken und Veneers und zum anderen für die Behandlung von Implantatoberflächen.

        Logo Zahnarztpraxis Dr. Reichermeier & Dr. Hardt
        In der Zahnarztpraxis Dr. Reichermeier & Dr. Hardt verwenden wir seit März 2021 das Handgerät piezobrush PZ3 von relyon plasma. Die Oberflächenreinigung und die damit einhergehende, erheblich verbesserte Benetzbarkeit der Oberflächen zeigen sich in der täglichen Verwendung deutlich.Dr. Reichermeier - Zahnärzte Regen

        Behandlung von Implanatoberflächen

        Die beiden untenstehenden Videos zeigen eindrücklich den Unterschied hinsichtlich der Benetzbarkeit der Implantate. Während das Implantat ohne Plasma super hydrophob ist ist das plasmabehandelte Implantat super hydrophil. Die Oberfläche wird mit PRGF (aktivierte, patienteneigene Thrombozyten) für Gewebestimulation und beschleunigte Regeneration benetzt.

        Ohne Plasmabehandlung

        Nach der Plasmabehandlung

        Wir konnten beobachten, dass die sterile Titanoberfläche von Implantaten nach der Plasmabehandlung um ein Vielfaches hydrophiler erscheint als das unbehandelte Titanimplantat. Blut benetzt die Oberfläche sofort nach Kontakt im Operationsgebiet. Die einfache und kurze Plasmabestrahlung konnten wir in den jeweiligen Arbeitsabläufen problemlos integrieren.Dr. Reichermeier

        Befestigung von Zahnersatz – Kronen, Brücken, Veneers

        Wir behandeln vor dem festen Einsetzen des Zahnersatzes die jeweilge Keramik- oder Metalloberfläche mit Plasma. Dadurch stellen wir ein besseres Benetzungs- und Fließverhalten der unterschiedlichen Materialien fest. Das Ziel ist, einen noch besseren Verbund von Zahn und Werkstoff zu erreichen und die Langlebigkeit der Restaurationen damit nochmals zu erhöhen.

        Plasma in der Zahnarztpraxis: Befestigung von Zahnersatz - Kronen, Brücken, Veneers

        Wenn Sie weitere Infos zum Thema Plasma in der Zahnarztpraxis möchten, treten Sie mit uns in Kontakt.

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        Oberflächenmodifikation von Titanoberflächen durch Plasma und UV-Licht

        Auswirkungen der Oberflächenmodifikation auf das Adsorptionsverhalten von Zellen und Proteinen auf der Titanoberfläche unter Verwendung eines Quarzkristall-Mikrowaagesystems

        Zusammenfassung

        Untersucht wurde der Einfluss von Plasma- und UV-Licht-Behandlung von Titanoberflächen auf das Adsorptionsverhalten von Zellen und Proteinen. Die REM- und SPM-Aufnahmen zeigen, dass die Mikrostruktur unbeeinflusst bleibt. Gleichzeitig ändert sich die Oberflächenzusammensetzung laut XPS-Messungen von einem hohen Anteil an kohlenstoffhaltigem Material hin zu einer eher blanken Titanoberfläche. Damit einhergehend wird die Oberflächenbenetzbarkeit stark erhöht. Mit einer Quarzkristallmikrowaage wurde das Adsorptionsverhalten von Zellen untersucht, wobei sich für die UV-behandelten Proben ein mittlerer und für die plasmabehandelten Proben ein starker Effekt auf die Biokompatibilität zeigte.

        Autoren: Matsumoto, T.; Tashiro, Y.; Komasa, S.; Miyake, A.; Komasa, Y. & Okazaki, J.
        Publikation: Effects of Surface Modification on Adsorption Behavior of Cell and Protein on Titanium Surface by Using Quartz Crystal Microbalance System, Materials, 2021, 14.

        In einer aktuellen Veröffentlichung verglichen Matsumoto et al. die Wirkung von ultraviolettem Licht und atmosphärischem Plasma auf das Adsorptionsverhalten von Zellen und Proteinen auf einer Titanoberfläche. Titan und seine Legierungen sind das am häufigsten verwendete Material für Zahnimplantate. Entscheidend für das erfolgreiche klinische Ergebnis ist die Osseointegration, die mehrere Monate nach der Implantation in Anspruch nehmen kann. Insbesondere die Primärstabilität basiert auf der Geschwindigkeit der Adsorption. In dieser Untersuchung wurde die Ablagerung von Albumin, Fibronektin und Zellen aus Rattenknochenmark (RBM) auf Titanscheiben mit einer Quarzkristall-Mikrowaage überwacht. Die Titanplatten wurden auf drei verschiedene Arten präpariert: Als Referenz wurde eine unbehandelte Platte verwendet. Die andere Fraktion wurde mit UV-Licht (HL-2000 HybriLinker; Funakoshi, Tokyo, Japan) für 15 min behandelt. Die dritte Fraktion wurde mit kaltem atmosphärischem Plasma (piezobrush® PZ2, relyon plasma, Deutschland) für 30 s bei 10 mm Abstand behandelt. Diese Proben wurden mit SEM, XPS und Kontaktwinkelmessungen charakterisiert. Außerdem wurden die Proben den Proteinen ausgesetzt, während die adsorbierte Masse mit einem QCM (Affinix QNµ; Initium Co., Ltd., Tokyo, Japan) überwacht wurde.

        Anlagerung von RBM Zellen an Titan. Links: Unbehandelt, Mitte: UV-Behandlung und rechts: Plasmabehandelt.
        Anlagerung von RBM Zellen an Titan. Links: Unbehandelt, Mitte: UV-Behandlung und rechts: Plasmabehandelt.

        Die REM- und SPM-Aufnahmen zeigen, dass es keine signifikante Veränderung der Oberflächenmikrostruktur durch die Vorbehandlung mit UV-Strahlung und kaltem Plasma gibt. Insbesondere die Oberflächenrauhigkeit ist für alle drei Proben sehr vergleichbar. Dies deutet darauf hin, dass keine strukturellen Veränderungen an der Oberfläche vorgenommen werden. Die XPS zeigt jedoch eine Verschiebung in der Elementzusammensetzung. Insbesondere der Sauerstoffanteil ist durch die UV- und Plasmabehandlung im Vergleich zur blanken Probe erhöht. Gleichzeitig wird der Kohlenstoffanteil bei den behandelten Proben gesenkt. Dieser Trend ist bei den plasmabehandelten Proben besonders ausgeprägt. Eine ähnliche Tendenz ist bei der Kontaktwinkelmessung zu erkennen. Der Wasserkontaktwinkel der unbehandelten Probe zeigt mit 90,6 ° ein hydrophobes Verhalten an. Er konnte mit UV auf 7,2 ° und mit Plasma auf vollständige Benetzung (0 °) gesenkt werden. Die Hydrophilie der behandelten Proben wurde auf die Entfernung von Kohlenstoffverbindungen durch die Vorbehandlungen zurückgeführt.

        Abb.: Zeitliche Veränderungen der Adsorption von Rattenknochenmarkzellen (RBM) auf (blau) unbehandelten, (rot) UV-behandelten und (gelb) plasmabehandelten Ti-QCM-Sensoren.
        Abb.: Zeitliche Veränderungen der Adsorption von Rattenknochenmarkzellen (RBM) auf (blau) unbehandelten, (rot) UV-behandelten und (gelb) plasmabehandelten Ti-QCM-Sensoren.

        Die Messungen mit dem QCM zeigen für alle untersuchten Zelltypen die schnellste Adsorption für die plasmabehandelten Proben, gefolgt von den UV-behandelten und den unbehandelten Proben. Das Gleiche gilt für das gesamte adsorbierte Gewicht nach 60 Minuten. Ein ähnlicher Trend ist für die Mineralisierung zu erkennen, wo die Kalziumablagerung auf RBM-Zellen, die auf den unbehandelten, UV-behandelten und plasmabehandelten Titanscheiben ausgesät wurden, nach 21 und 28 Tagen bestimmt wurde. Als weiteres Indiz für die Osseointegration wurde die ROS-Akkumulation überwacht. Hier konnte der gleiche Trend wie bei den anderen Messungen festgestellt werden.

        Abb.: Menge des abgelagerten Kalziums 21 und 28 Tage nach Inkubation der Kultur auf unbehandelten, UV-behandelten und plasmabehandelten Ti-Scheiben.
        Abb.: Menge des abgelagerten Kalziums 21 und 28 Tage nach Inkubation der Kultur auf unbehandelten, UV-behandelten und plasmabehandelten Ti-Scheiben.

        Die Wirksamkeit von UV-Strahlung und kaltem atmosphärischem Plasma zur Hydrophilierung von Implantatoberflächen wurde durch Simulation des anfänglichen Hartgewebsbildungsverhaltens des das Implantatmaterial umgebenden Gewebes bewertet. Die Oberflächenmorphologie bleibt bei der Behandlung unverändert, jedoch wird die Benetzbarkeit durch beide Methoden stark erhöht. Die plasmabehandelte Titanoberfläche zeigte den geringsten Kontaktwinkel, was die höchste Adsorption von Albumin, Fibronektin und RBM-Zellen ermöglichte. Während die Leistung der UV-behandelten und plasmabehandelten Proben im Allgemeinen ähnlich war, zeigten die plasmabehandelten Proben die höchsten Mengen an F-Aktin, Filopodien und Lamellipodien, die höchste ALP-Aktivität, die höchste Menge an Kalziumausfällung und den niedrigsten ROS-Wert aller Probentypen.

        Den gesamten Bericht finden Sie hier.

        Webinar-Reihe: Plasma in der Medizinbranche

        Plasma in der Medizinbranche

        Aufgrund der zahlreichen Messeverlegungen sowohl in Medizin, als auch in der Zahn- und Medizintechnik veranstaltet relyon plasma eine neue Webinar-Reihe zum Thema Plasma in der Medizinbranche, um Kunden und Interessenten alle Neuheiten zum Thema Plasma in der Medizinproduktion, Dentalbranche und Implantologie sowie der Medizin zu präsentieren.

        20. Mai 2021 – Plasma in der Herstellung von Medizinprodukten
        24. Juni 2021 – Plasma im Dentallabor und der Implantologie
        29. Juli 2021 – Plasma in der Medizin


        Plasma in der Medizin

        Im Webinar erklären Plasmaexperten und Ärzte wie Atmosphärendruckplasma in der Medizin zur Desinfektion, Sterilisation und Hautbehandlung eingesetzt wird .

        Wann: 29. Juli 2021
        Uhrzeit: 10.00 – 11.30 Uhr CEST
        Sprache: Deutsch

        Jetzt anmelden >>

        Wann: 29. Juli 2021
        Uhrzeit: 16.00 – 17.30 Uhr CEST
        Sprache: Englisch

        Jetzt anmelden >>
        UhrzeitThemaReferent
        10:00 – 10:10Begrüßung und EinführungSimona Lerach – relyon plasma GmbH
        10:10 – 10:35Kalte Atmosphärendruck Plasmaquellen in der Medizin – Entladungstypen, Zulassungsaspekte und EntwicklungstrendsDr. Torsten Gerling –
        INP Greifswald
        10:35 – 11:05Kaltes Plasma als DesinfektionsmethodeDr. Stefan Nettesheim – relyon plasma GmbH
        11:05 – 11:30Antibakteriellen Wirkung von Kaltplasma auf zahnmedizinisch relevante KeimeDr. Gert Jungbauer
        11:30Fragen und AntwortenAlle

        Kalte Atmosphärendruck Plasmaquellen in der Medizin – Entladungstypen, Zulassungsaspekte und Entwicklungstrends – Dr. Torsten Gerling

        Seit beinahe Zehn Jahren befinden sich kalte Atmosphärendruck Plasmaquellen (CAP) als medizinisch zertifizierte Geräte am Markt. Die Zahl der Anbieter ist dabei von der Definition von CAP abhängig und liegt nach der gängigen Literatur bei drei bis fünf Anbietern. Die Besonderheit von CAP ist die lokale Generation eines effektiven Cocktails, der labortechnisch eine hohe antimikrobielle Wirksamkeit nachweisen kann sowie Wundheilungsfördernde Signale induziert. Dabei zeigt sich besonders die Existenzberechtigung einer Vielfalt von Technologien am Markt durch die unterschiedliche Zusammensetzung des Cocktails je nach Entladungstyp und demnach Plasmaquelle. Die Herausforderung der hochspannungsgetriebenen Geräte aus sicherheitstechnischer Perspektive sowie die künftigen Entwicklungstrends werden zusammen mit den vorhandenen medizintechnischen CAPs sowie weiteren bekannten CAPs diskutiert. Der Vortrag wünscht einen Überblick über den Stand der Technik zu vermitteln und Menschen zur Mitbeschreitung des Weges zu motivieren.

        Kaltes Plasma als Desinfektionsmethode – Dr. Stefan Nettesheim

        Im Webinarbeitrag diskutiert Dr. Stefan Nettesheim wie durch praktische Anwendung von kaltem Nichtgleichgewichtsplasma thermisch und chemisch resistente Keime mit hoher Wirksamkeit abgetötet werden können. Dabei stellt er verschiedene Konzepte, angefangen beim Handgerät bis hin zum Integrationskit, vor.

        Antibakteriellen Wirkung von Kaltplasma auf zahnmedizinisch relevante Keime – Dr. Gert Jungbauer

        Die Anwendung von Kaltplasma im dentalen Sektor eröffnet vielfältige Möglichkeiten. So kann durch die Oberflächenmodifikation die Adhäsion verschiedener Werkstoffe, sowohl im zahntechnischen Labor als auch direkt im Mund des Patienten, verbessert werden, als auch die Anlagerung von menschlichem Gewebe an artifiziellen Oberflächen, z.B. Zahnimplantate, gefördert werden. Eine mögliche weitere Indikation von Kaltplasma kann der Einsatz in der anti-infektiösen Intervention im Rahmen der Parodontitis- und Periimplantitis-Therapie darstellen. Inhalt des Webinars sind die Grundlagen und eine Übersicht der aktuell verfügbaren Literatur hinsichtlich der antibakteriellen Wirkung von Kaltplasma auf zahnmedizinisch relevante Keime, sowie erste Forschungsergebnisse zur Effektivität des PZ3.

        Die Webinare finden über die Plattform GoToMeeting statt, die Teilnahme ist kostenlos.

        Plasma im Dentallabor und der Implantologie

        Im Webinar erklären Zahntechniker und Implantologen live bei welchen Prozessschritten Plasma in der Dentalbranche angewendet wird und inwiefern der Patient von dem Einsatz der Plasmatechnologie profitiert.

        Wann: 24. Juni 2021
        Uhrzeit: 10.00 – 11.30 Uhr CEST
        Sprache: Deutsch

        Jetzt anmelden >>

        Wann: 24. Juni 2021
        Uhrzeit: 16.00 – 17.30 Uhr CEST
        Sprache: Englisch

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        UhrzeitThemaReferent
        10:00 – 10:10Begrüßung und EinführungSimona Lerach – relyon plasma GmbH
        10:10 – 10:35Kaltplasma in der ZahntechnikJochen Karl und Lukas Zimmermann – Universitätsklinikum
        Heidelberg
        10:35 – 11:05Untersuchung von Plasmaeffekten auf
        Implantaten
        Dr. Sebastian Schaubach – dataPhysics Instruments
        11:05 – 11:30Case Study: Plasmabehandlung beim
        Zahnarzt
        Dr. Stephan Schweiger – Inhaber Zahnarztpraxis
        11:30Fragen und AntwortenAlle

        Kaltplasma in der Zahntechnik – Jochen Karl und Lukas Zimmermann

        Zahntechnikermeister Jochen Karl  und Zahntechniker Lukas Zimmermann geben bei ihrem Webinar-Beitrag einen Einblick in die Anwendung mit dem Plasma Handgerät piezobrush® PZ3 im Dentallabor. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf dem Arbeiten mit Zirkon und der Farbindividualisierung. Darüber hinaus geben Sie einen Ausblick auf zukünftige Anwendungsgebiete, in denen der piezobrush® PZ3 im Dentallabor zum Einsatz kommen könnte.

        Untersuchung von Plasmaeffekten auf anspruchsvollen Oberflächen – eine Fallstudie über medizinische Implantate – Dr. Sebastian Schaubach – DataPhysics Instruments

        Um die oberflächenchemischen Eigenschaften eines Materials zu charakterisieren, hat sich über viele Jahre die Kontaktwinkelmessung und die daraus berechneten freien Oberflächenenergien als verlässliche Größe erwiesen. So kann z.B. der Effekt einer Plasmabehandlung auf verschiedensten Oberflächen quantifiziert werden. Was macht man aber, wenn die zu charakterisierende Fläche sehr fein strukturiert ist oder die Messmöglichkeiten der klassischen optischen Kontaktwinkelmessung übersteigt? In unserem Webinarbeitrag möchten wir ihnen zeigen, wie durch spezielle Pikoliter Dosiersysteme die Kontaktwinkelmessung auf plasmabehandelten Zahnimplantaten mit sehr feiner Struktur möglich ist. Darüber hinaus zeigen wir Ihnen das Konzept der imaginären Kontaktwinkel, mit dem auch hyperhydrophile Oberflächen bezüglich der Benetzbarkeit quantitativ untersucht werden können.

        Plasmabehandlung beim Zahnarzt – Dr. Stephan Schweiger – Zahnarztpraxis in Füssen

        Herr Dr. Schweiger berichtet von seinen Erfahrungen mit dem Kaltplasma-Handgerät piezobrush® PZ3 in der Zahnarztpraxis. Der Einsatz erstreckt sich von der Hydrophilisierung von Zahnimplantaten für verbesserte Osseointegration über die Feinstreinigung von Gingivaformern (Einheilkappen) und Zahnfleischmanschetten bis hin zur Verbesserung von Adhäsionsprozessen in der Zahnprothetik.

        Plasma in der Herstellung von Medizinprodukten

        Im Webinar erklären Experten aus der Plasma- und Produktionstechnik an Hand von Praxisbeispielen wie Plasmatechnologie in der Herstellung von Medizinprodukten zur Prozess- und Qualitätsoptimierung eingesetzt wird.

        Einführung in das Thema Plasma in der Medizintechnik – Dr. Eva Brandes

        In der Medizintechnik werden besonders hohe Anforderungen an die Eigenschaften der verwendeten Materialien gestellt. Dies geht häufig zu Lasten der Verarbeitbarkeit, insbesondere in Bezug auf Adhäsionsprozesse wie Kleben und Bedrucken. Gerade diese Prozesse sind aber in der modernen Produktion nicht mehr wegzudenken, und nur durch eine Vorbehandlung möglich. Klassisch wird hier häufig mit giftigen Primern gearbeitet, zunehmend wird aber auch kaltes Atmosphärendruckplasma für die Oberflächenaktivierung verwendet.

        Kaltes Atmosphärendruckplasma ist ein partiell geladenes Gas, das im Wesentlichen zwei Effekte auf Oberflächen hat. Zum einen ist es in der Lage durch eine Feinreinigung organische Verunreinigungen von Oberflächen zu entfernen. Zum anderen können insbesondere Kunststoffe funktionalisiert werden, sodass sie besser benetzen und damit adhäsionsgesteuerte Folgeprozesse möglich werden. Diese Prozesse spielen sich dabei auf atomarer Ebene ab, ohne die optischen und Volumen-Eigenschaften zu verändern.

        Die häufigste Methode der Plasmabehandlung basiert auf der PAA®-Technologie, bei der über einen gepulsten Lichtbogen Plasma gezündet wird, das durch einen Jet auf die Oberfläche übertragen wird. Mit dieser Methode gibt es eine Vielzahl von Anwendungen, die insbesondere auch im medizintechnischen Bereich relevant sind, insbesondere wenn es um einen hohen Grad an Liniengeschwindigkeit und Automatisierung geht.

        Produktionsprozesse in der Medizintechnik optimieren mit kaltem PDD-Plasma – Corinna Little

        Die Qualität von Adhäsionsprozessen wie Kleben, Dichten oder Drucken hat entscheidende Auswirkung auf die Weiterverarbeitung, Güte und Langlebigkeit von Medizinprodukten. Die eingesetzten Materialien, wie etwa spezielle Kunststoffe, sind oft schwer benetzbar und kommen meist nicht ohne eine entsprechende Vorbehandlung aus. Die Piezo Direct Discharge oder PDD Technologie bietet ein kaltes, atmosphärisches Plasma mit dem entweder manuell oder automatisiert die Funktionsflächen verschiedenster Materialien aktiviert werden können. Dies ermöglicht einfach und kostengünstig eine Optimierung des nachfolgenden Adhäsionsprozesses ganz ohne schädliche Nass-Chemie oder sicherheitskritisches Beflammen. Anhand von verschiedenen Anwendungsbeispielen aus der Praxis werden Einsatzgebiete und Vorteile dieser Technologie aufgezeigt.


        Bei Fragen zur Veranstaltung oder zum Thema Plasma im Allgemeinen können Sie sich jederzeit sehr gerne an uns wenden:

        E-Mail: info@relyon-plasma.com
        Tel.:    + 49 941 60098-0

        Wir freuen uns schon heute darauf Sie virtuell in Regensburg begrüßen zu dürfen!

        Selbststerile Oberflächen durch kovalentes Grafting

        Die DeBogy Molecular Inc. ist ein Start-Up Unternehmen in Michigan, das mit Hilfe einer transformativen Technologie Oberflächen dauerhaft modifiziert, um Viren und Keime bei Kontakt zu eliminieren. Durch kovalentes Grafting von bioziden Molekülen auf zahlreiche Substrate entstehen dauerhafte selbststerile Oberflächen. Ziel der Plasmabehandlung ist es die Oberflächen zu aktivieren und somit optimal für den Grafting Prozess vorzubereiten.

        DeBogy Molecular Logo
        Dank der Plasmatechnologie der relyon plasma GmbH konnte DeBogy als junges US-amerikanisches Start-up-Unternehmen zahlreiche Substrate für die Vorbehandlung mit einer kostengünstigen Technologie aktivieren. Dafür sind die Plasma Handgeräte piezobrush®PZ2 und der Nachfolger piezobrush® PZ3 im Einsatz.

        In diesem Beispiel wird eine PVC-Probe mit kaltem atmosphärischem Plasma aus dem Plasma Handgerät piezobrush® PZ2 aktiviert.

        Plasmabehandlung von PVC, die im weiteren Prozessschritt zu selbststerile Oberflächen werden

        Ein anderer Aufbau zeigt den Einsatz des piezobrush® PZ2 mit einer Plasmaaktivierung durch den Einsatz von Argon, das durch die Multigasdüse eingespeist wird.

        Argon Plasmabehandlung von Oberflächen, , die im weiteren Prozessschritt zu selbststerile Oberflächen werden

        Das untenstehende Bild zeigt einen Vergleich der Kontaktwinkel vor und nach der Plasmabehandlung. Der Tropfen auf der linken unbehandelten Seite des Substrates ist sehr rund und benetzt die Oberfläche daher schlecht. Die drei Tropfen auf der rechten, plasmabehandelten Seite sind dagegen viel flacher und breiter, was auf eine erhöhte Oberflächenbenetzbarkeit hinweist.

        Kontaktwinkel nach der Plasmabehandlung

        Durch die Plasmabehandlung kann eine gleichmäßige Benetzung der Oberfläche erreicht werden, so dass die Oberfläche anschließend auch gleichmäßig mit bioziden Molekülen veredelt und dauerhaft selbststeril ist.

        Wir waren nicht nur mit den relyon plasma-Produkten voll zufrieden, sondern auch der Kunden- und Technische-Service war hervorragend. Vor jedem Kauf gab Corinna Little von relyon plasma durchdachte und wertvolle Ratschläge, reichlich technische Informationen und sorgte für regelmäßige Nachfragen. relyon plasma hat unsere Erwartungen weit übertroffen.

        Wir bei relyon plasma freuen uns immer, mit Partnern wie DeBogy Molecular zusammenzuarbeiten, die Innovationen und Veränderungen in den unterschiedlichsten Branche vorantreiben.

        Landmark Studie von DeBogy Molecular

        In einer Landmark Studie, die im Juni 2022 veröffentlicht wurde, zeigt DeBogy Molecular, dass Bakterien und tödliche Infektionen nach einer Implantation drastisch reduziert werden können, wenn Implantate durch eine Plasmaaktivierung und Grafting vorbereitet wurden.

        Landmark Studie von DeBogy Molecular
        © DeBogy Molecular

        Mehr dazu finden Sie hier.

        Weitere Informationen

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        Oberflächenbehandlung von pulverbeschichteten Aluminiumprofilen

        Bei der Verklebung von pulverbeschichteten Aluminiumprofilen kann es zu Komplikationen bei der Adhäsion kommen, die durch eine vorherige Oberflächenbehandlung verringert werden können. In diesem Anwendungsbericht berichtet Oliver Ehrengruber von der Winterhalder Selbstklebetechnik GmbH über drei verschiedene Ansätze, die getestet wurden, um die Adhäsion durch Oberflächenaktivierung zu verbessern und die Verklebung des pulverbeschichteten Aluminiumprofils zu ermöglichen.

        Anwendung

        Im Test behandelt wurde ein Stativ, bei dem zur Geräuschreduzierung beim Zusammenklappen ein Gewebeband auf pulverbeschichtete Aluminiumprofile aufgetragen wird. Hierbei hatte sich aufgrund einer Rezepturänderung im Beschichtungspulver die Adhäsion auf der Oberfläche verringert und das Gewebeband klebte nicht mehr so stark wie früher.

        Lösungsansätze

        Drei Lösungsansätze wurden getestet:

        1. Nasschemische Vorbehandlung der Aluprofile mit Primer/Haftvermittler
        2. Physikalische Vorbehandlung (Beflammen) mit Pyrosilgas
        3. Physikalische Vorbehandlung (Niederdruckplasma) mit dem Piezobrush PZ3

        Kundenfazit zu 1.:

        Die nasschemische Vorbehandlung der Aluprofile mit Primer/Haftvermittler scheidet aufgrund der Lösemittelbelastung, welche eine Gesundheitsgefährdung darstellen, sowie eventueller Verschmutzungen/Schlieren außerhalb der Klebefläche beim Kunden aus.

        Kundenfazit zu 2.:

        Bei der physikalischen Vorbehandlung, das sogenannte Beflammen, mit Pyrosilgas sind als Vorteile die gute Steigerung der Oberflächenenergie sowie die einfache Anwendung zu nennen. Negativ aufgefallen ist jedoch das Gefahrenpotential welches die offene Gasflamme in der Produktion darstellt.

        Kundenfazit zu 3.:

        Mit der physikalischen Vorbehandlung auf der Basis von Niederdruckplasma mit dem Piezobrush PZ3 ist eine sehr gute Steigerung der Oberflächenenergie möglich. Mit der einfachen und sicheren Anwendung ist dieser Ansatz der Favorit des Tests.

        Der piezobrush® PZ3 bei der Oberflächenbehandlung von pulverbeschichteten Aluminiumprofilen.
        Der piezobrush® PZ3 bei der Anwendung auf dem pulverbeschichteten Aluminiumprofil.

        Fazit

        Der piezobrush® PZ3 ist als kompaktes Plasma-Handgerät durch seine einfache Anwendung der Gewinner dieses Testes. Die Adhäsion des pulverbeschichteten Aluminiumprofils wurde signifikant verbessert und die Verklebung des Stativs mit dem Gewebeband war nun einwandfrei möglich. Ohne den Gebrauch von Chemikalien oder Gasen wird jegliche (Gesundheits-) Gefährdung ausgeschlossen. Mit dem piezobrush PZ3 ist eine sichere und umweltschonende Oberflächenbehandlung und somit eine Aktivierung der Oberflächenenergie möglich.

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        Einfluss der β-Strahlung / des kalten Atmosphärendruckplasma

        Oberflächenmodifikation zur Adhäsion von Polyolefinen

        Veröffentlicht Januar 2021
        Bednarik, M.; Mizera, A.; Manas, M.; Navratil, M.; Huba, J.; Achbergerova, E., Stoklasek, P.;
        Materials,(2021) 14. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7795023/

        Zusammenfassung

        Eine der häufigsten Anwendungen des kalten Atmosphärendruckplasma ist die Aktivierung von Polyolefinen, wie z. B. Polypropylen (PP), vor einem Klebeprozess. Bednarik et al. führten eine vergleichende Studie über den Einfluss und die Wirksamkeit von kaltem atmosphärischem Plasma und β-Strahlung auf den Benetzungskontaktwinkel, die freie Oberflächenenergie, ihre polare Komponente und die Klebeeigenschaften durch.

        Aufbau der Behandlung mit Atmosphärendruckplasma.
        Fig.: Aufbau der Plasmabehandlung.

        Für die Untersuchung wurden zwei Systeme zur Aktivierung der PP-Oberfläche eingesetzt, für die kalte Plasmaaktivierung der piezobrush® PZ3 (relyon plasma, Deutschland) und für die β-Bestrahlung (beschleunigte Elektronen) ein Rhodotron-Hochspannungsbeschleuniger (Tongeren, Belgien), der die maximale Energie von 10 MeV aufwies. Es wurden verschiedene Leistungs- bzw. Dosiseinstellungen verwendet. Die Oberflächenenergie konnte für alle Dosis-/Leistungseinstellungen im Vergleich zur Referenz erhöht werden, wobei die höchsten Werte der Oberflächenenergie von 54,4 mN/m bei der Plasmabehandlung erreicht wurden. Insbesondere der polare Anteil konnte mit beiden Vorbehandlungen erhöht werden.

        Ermittelte Oberflächenenergien für verschiedene Energieeingänge
        Fig.: Ermittelte Oberflächenenergien für verschiedene Energieeingänge

        Der Ursprung dieser polaren Komponente wurde mit FTIR-Messungen ermittelt, wobei ein großer Unterschied zwischen den Spektren im Bereich von 1850 – 1600 cm-1 festgestellt werden konnte, was die Bildung von carbonylfunktionellen Gruppen in der PP-Polymerkette bestätigt. Zusätzlich wurde das Signal im Spektralbereich von 3600 – 3100 cm-1 durch die Behandlungen verstärkt, was auf die Bildung von hydroxylfunktionellen Gruppen hinweist.

        nfrarotspektren von (a) PP, unbehandelt, (b) PP, nach Behandlung mit Atmsophärendruckplasma (8 W), und (c) PP, nach β¯-Strahlenbehandlung (99 kGy).
        Fig.: Infrarotspektren von (a) PP, unbehandelt, (b) PP, nach Plasmabehandlung (8 W), und (c) PP, nach β¯-Strahlenbehandlung (99 kGy).

        Belastbarkeit von Klebeverbindungen

        Für die meisten Anwendungen ist der wichtigste Wert des Klebens die Belastbarkeit der Klebeverbindungen. Dieser Parameter wurde durch die Messung der Scherfestigkeit der Klebung mit einem Zugversuch ermittelt. Die mit den beiden oben genannten Methoden, d.h. Kaltplasma und β-Strahlung, behandelte Oberfläche zeigte eine signifikante Erhöhung der Festigkeit der Klebung für jeden Typ des getesteten Klebstoffs, d.h. Cyanacrylat-, Acrylat- und Epoxid-basiert. Die Festigkeit der Klebeverbindung zwischen den neuen Materialien wurde als Referenzpunkt genommen.

        Belastbarkeit von Klebeverbindungen für Zweikomponenten-Acrylatklebstoff (abhängig von der Leistung des Atmosphärendruckplasma und Strahlendosis).
        Fig.: Belastbarkeit von Klebeverbindungen für Zweikomponenten-Acrylatklebstoff (abhängig von Plasmaleistung und Strahlendosis).

        Überblick

        In dieser Arbeit wurden die Auswirkungen von β-Bestrahlung und kaltem Plasma auf PP untersucht. Beide Methoden hatten einen positiven Effekt auf die Benetzung und die Oberflächenenergie des getesteten Materials. Die adhäsiven Eigenschaften der Polymerproben wurden sowohl durch β- Strahlung als auch durch kalte Plasmabehandlung deutlich verbessert. Die Ergebnisse belegen, dass die β-Strahlung auf einem ähnlichen Effektivitätsniveau wie die Plasmabehandlung liegt, was die Verbesserung der Haftfestigkeit und der Adhäsionskraft von PP betrifft. Dies ist besonders erstaunlich, wenn man die unterschiedlichen Größen der Geräte berücksichtigt: Der piezobrush® PZ3 ist ein Handgerät, während das β-Strahlungssystem ein fast raumfüllendes hochspezialisiertes Gerät ist.

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        Plasma im Zahntechniklabor

        Das Zahntechniklabor Till-Jung aus Augsburg hat seit 2 Monaten den piezobrush® PZ3 im Dentallabor im Einsatz und möchten ihn seitdem nicht mehr vermissen. Dabei wird Plasma im Zahntechniklabor an verschiedenen Stellen eingesetzt, um Prozesse wie die Glasur von Keramik- oder Zirkonkronen oder die Verblendung mit Kunststoff zu optimieren und zu verbessern. In der Kundenreferenz berichten sie über die Erfahrungen.

        Glasur von Keramik- oder Zirkonkronen

        Bei Keramik- oder Zirkonkronen ergibt sich nach der kurzen Oberflächenreinigung mit dem Plasmagerät vor der Malfarbenglasierung ein völlig verändertes Annehmen der Glasurmassen. Ich habe das Empfinden dass die aufgemalten Schichten sich regelrecht in jede Oberflächentextur einschmiegen und nicht mehr durch eine Oberflächenspannung haften.Rosi Jung - Zahntechnik Till-Jung

        Die Farben bleiben somit stabiler an ihrem Platz und verlaufen nicht mehr. Auch beim Vortrocknen in der Brennkammer ergibt sich kein absinkendes Abfließen in den cervicalen Bereich. Die Malfarben bleiben an ihrem positionierten  Platz.

        Ich kann also erheblich genauer arbeiten und spare mir einen zweiten Glasurmassebrand. Das Ergebnis gefällt mir sehr.Rosi Jung - Zahntechnik Till-Jung

        Plasmareinigung vor der Verblendung mit Kunststoff

        Zum Zweiten wird der piezobrush® PZ3  zur Plasmareinigung der Verblendflächen der abgestrahlten metallischen Außenteleskopkronen vor der Verblendung mit Kunststoff verwendet. Unmittelbar nach dem Abstrahlen wird die Oberfläche mit Druckluft gereinigt und mit dem piezobrush® PZ3  nachträglich kurz konditioniert. Anschließend wird Primer aufgetragen und der Verblendkunststoff aufgeschichtet.

        Bei Abscherversuchen hatte nicht nur ich sondern auch meine Mitarbeiter das eindeutige Empfinden einer erheblich aggressiveren Haftung nach der Oberflächenreinigung mit dem Plasmagerät. Eigentlich logisch wenn durch den Plasmastrom Atome die eine Verunreinigungsschicht auf den Oberflächen darstellen entfernt werden und der Kunststoffprimer somit mehr Kontakt zur angezielten Metallstruktur erhält.Horst Till - Zahntechnik Till-Jung

        Zusätzlich werden auch Implantatabutment-Klebebasen mit dem Plasmastrom veredelt um die Haftung der Kronen und Aufbauten zu verbessern.

        Fazit

        Wir arbeiten täglich mit dem piezobrush®. Er schließt für uns eine raffinierte Lücke in der zahntechnischen Produktionskette und gibt ein gutes Gefühl erhöhter Sicherheit.Horst Till - Zahntechnik Till-Jung

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        Plasma in der Solartechnik

        Die KIOTO Photovoltaics GmbH aus St. Veit in Österreich verwendet bereits seit Jahren Plasma in der Solartechnik. Hierbei ist das Plasma-Hochleistungssystem plasmabrush® PB3 für die Oberflächenvorbehandlung vor dem Verkleben in die automatisierte Anlage integriert. Philipp Pollheimer aus der Instandhaltung berichtet in der Case Study über seine Erfahrungen mit Atmosphärendruckplasma in der Solartechnik.

        Aktuell benutzen wir die plasmabrush® PB3 Technologie in beiden Photovoltaik Werken. Wir vorbehandeln damit die Klebefläche unserer Solaranschlussboxen. Im zweiten Schritt wird ein 2 Komponenten Kleber aufgetragen, und die Anschlussbox wird an der Rückseite unserer Photovoltaik Module angebracht.Philipp Pollheimer - KIOTO Photovoltaics GmbH
        KIOTO Photovoltaics GmbH verwendet Plasma in der Solartechnik zur Oberflächenbehandlung vor dem Verkleben

        Chemische Mittel durch Plasma ersetzt

        Durch die Vorbehandlung mit dem plasmabrush® PB3 wird die Klebefläche gereinigt, aktiviert und somit eine optimale Klebehaftung gewährleistet. Früher wurde ein ähnliches Ergebnis der Haftung mit chemischen Mitteln erzielt. Jedoch wollten wir die Sicherheit unserer Mitarbeiter verbessern und auch die Umwelt ein Stück weit entlasten.

        KIOTO Photovoltaics GmbH verwendet Plasma in der Solartechnik zur Oberflächenbehandlung vor dem Verkleben
        Deshalb haben wir uns, nach einigen Fehlschlägen mit anderen Herstellern für dieses System von relyon plasma entschieden. Wir haben dabei festgestellt, dass dieses System sehr einfach in eine automatisierte Anlage zu integrieren ist. Diese Anlage läuft jetzt schon über Jahre in St.Veit problemlos. Aus diesem Grund wurde für die 2020 neu angeschaffte Anlage in Wies dasselbe System von relyon plasma ausgewählt.Philipp Pollheimer - KIOTO Photovoltaics GmbH

        Über KIOTO Photovoltaics GmbH

        Als Produzent von hochwertigen Photovoltaikmodule mit Qualität „Made in Austria“ ist die KIOTO Photovoltaics GmbH Marktführer in Österreich, darüber hinaus werden die Module aber auch in ganz Europa vertrieben. Im Jahr 2005 startete KIOTO SOLAR schließlich mit der Produktion von Photovoltaikmodulen. Seitdem verlassen täglich rund 1.600 Module die Fertigung.   

        Plasmabehandlung von Elektroden

        für umwelttechnische und biomedizinische Anwendungen

        Jiri Navratil – F&E-Ingenieur für Aerosol Jet Printing an der University of West Bohemia in Pilsen berichtet über seine Erfahrungen mit den verschiedenen Plasmasystemen von relyon plasma für die Plasmabehandlung von Elektroden für umwelttechnische und biomedizinische Anwendungen.

        University of West Bohemia

        An der University of West Bohemia ist das Plasmasystem plasmabrush® PB3 in das Aerosol Jet Druck System integriert. Dieses plasmabrush® PB3 Hochleistungssystem ist für eine sehr schnelle Behandlung größerer Flächen geeignet – in diesem Fall meist PET, Polyimid oder andere Dünnschichtsubstrate. Allerdings arbeitet die University of West Bohemia auch mit intelligenten Textilien oder kleinflächigen fragilen Substraten. Etwa Glas-, Keramik- oder Siliziumproben können durch das plasmabrush® PB3-System ohne entsprechende Fixierung leicht weggeblasen werden. Daher kommt das kleinere piezobrush® PZ2-System als handliches Werkzeug für das Labor immer dann zum Einsatz, wenn nur wenige Sekunden Plasmabehandlung vor der Abscheidung von flüssigem Material erforderlich sind. Der piezobrush® PZ2 ist ein Plug-and-Play-System, das in Sekundenschnelle einsatzbereit ist. Es erfordert keine spezielle Substratfixierung, da der Gasfluss viel geringer ist als beim plasmabrush® PB3 Gerät.

        Letztes Jahr haben wir außerdem den piezobrush® PZ3 zum Testen bekommen und festgestellt, dass das Informationsdisplay und vor allem der eingebaute Timer uns sehr helfen, eine korrekte und homogene Behandlung für jedes Substrat zu erreichen.Jiri Navratil - F&E-Ingenieur für Aerosol Jet Printing an der University of West Bohemia
        piezobrush® PZ3 vs. piezobrush® PZ2
        piezobrush® PZ3 vs. piezobrush® PZ2
        Countdownfunktion piezobrush® PZ3
        Countdownfunktion piezobrush® PZ3
        Modul Nearfield piezobrush® PZ3
        Modul Nearfield piezobrush® PZ3

        Kohlenstoff-Allotrope mit rationalisierten Nano-Grenzflächen und Nanolinks für umwelttechnische und biomedizinische Anwendungen

        Die in dieser Fallstudie vorgestellten Anwendungen sind dabei Teil des Projekts namens CARAT. Diese Abkürzung steht für „Kohlenstoff-Allotrope mit funktionellen Nano-Grenzflächen und Nanolinks für umwelttechnische und biomedizinische Anwendungen“. Im ersten Anwendungsfall werden die Substrate auf unterschiedliche Arten, z.B. mit Plasma behandelt, um den geringsten Kontaktwiderstand zwischen mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren und Gold- oder Kupferelektroden auf Siliziumsubstraten zu erreichen. Dabei werden die Kohlenstoff-Nanoröhren mit dem Aerosol Jet System auf das Substrat gedruckt. Durch die Plasmabehandlung wird die Oberflächenenergie erhöht und somti das Druckergebnis verbessert.

        Plasmabehandlung von Elektroden: Gold- und Kupferelektrodensystem zur Kontaktwiderstandsmessung auf Siliziumsubstrat.
        Gold- und Kupferelektrodensystem zur Kontaktwiderstandsmessung auf Siliziumsubstraten.
        Plasmabehandlung von Elektroden
        Plasmabehandlung des Substrates
        Glassubstrat mit goldenen Elektroden für OECT-Transistor.
        Glassubstrat mit goldenen Elektroden für OECT-Transistor.

        Der andere Anwendungsfall liegt im Bereich der Entwicklung von organischen elektrochemischen Transistoren (OECT). Dabei muss ein PEDOT (organisches leitfähiges Polymer) Kanal mit einer Breite von 200 µm und in möglichst geringer und homogener Dicke gedruckt werden. Auch dies kann mit der Plasmavorbehandlung erreicht werden, die die Oberflächenenergie der Substrate verbessert.      

        Plasmabehandlung von Elektroden OECT
        Plasmabehandlung von OECT-Elektroden
        Aerosol Jet printed PEDOT channel in width of 200 µm on treated substrate.
        Aerosol Jet gedruckter PEDOT-Kanal mit einer Breite von 200 µm auf einem plasmabehandelten Substrat

        Nach dem PEDOT-Kanaldruck wird das Reservoir durch den Auftrag von dielektrischem Material hergestellt. Dies ist notwendig für die ionische Flüssigkeit, die im nächsten Schritt in das Reservoir dispensiert wird. Auch dabei hilft die Plasmavorbehandlung, die Haftung und den Benetzungswinkel des verwendeten Dielektrikums und der ionischen Flüssigkeit zu verbessern.

        Vom Dispenser bedrucktes Reservoir auf OECT vor der Abscheidung der ionischen Flüssigkeit
        Vom Dispenser bedrucktes Reservoir auf OECT vor der Abscheidung der ionischen Flüssigkeit

        Piezoelectric Direct Discharge

        Geräte und Anwendungsbereiche

        Autoren: Dariusz Korzec, Florian Hoppenthaler und Stefan Nettesheim

        Datum: Dezember 2020

        Zusammenfassung

        Die piezoelectric direct discharge (PDD) Technologie ist eine vergleichsweise neue Art der Atmosphärendruck-Gasentladung zur Erzeugung von kaltem Plasma. Die Erzeugung einer solchen Entladung ist mit dem piezoelektrischen Kaltplasma-Generator (PCPG) möglich. Hierbei wird der resonante piezoelektrische Transformator (RPT) mit einer niedrigen Eingangsspannung, typischerweise unter 25 V, angeregt. Mit einem Übersetzungsverhältnis von mehr als 1000, erzeugt das kompakte Bauteil sodann eine Ausgangsspannung von mehr als 10 kV und damit eine Plasmaentladung. Als Ionisationsgas für die PDD werden entweder Luft oder verschiedene Gasgemische verwendet. Trotz einiger Ähnlichkeiten mit der Corona-Entladung und der dielektrischen Barriereentladung macht die Zündung von Mikroentladungen direkt an der Keramikoberfläche die PDD in ihrer Physik und ihrem Anwendungspotenzial einzigartig. Die PDD wird in offenen Entladungsstrukturen direkt eingesetzt, vor allem zur Behandlung von elektrisch nicht leitfähigen Oberflächen. Sie wird auch als Plasmabrücke zur Vorspannung verschiedener Anregungselektroden eingesetzt und ist für eine breite Palette von Grundmaterialien geeignet. In dieser Übersicht werden die wichtigsten Strukturen der PDD-basierten Entladungen vorgestellt. Diskutiert werden das Funktionsprinzip, die wichtigsten Betriebsmerkmale und Anwendungsbeispiele, die die spezifischen Eigenschaften der Entladungskonfigurationen ausnutzen. Aufgrund der moderaten Leistung, von typischerweise weniger als 10 W, die mit PCPG erreicht werden kann, liegt der Schwerpunkt dieser Übersicht auf Anwendungen mit thermisch empfindlichen Materialien, einschließlich Lebensmitteln, organischen Geweben und Flüssigkeiten.

        Einleitung

        Niedertemperatur- oder kalte Atmosphärendruckplasmen (APP) sind vielseitige Werkzeuge für eine große Anzahl an Anwendungen die unseren Alltag beeinflussen. Ihre Anwendungen reichen von der Verbesserung industrieller Produktionsprozesse bis hin zu zahlreichen Anwendungen in Biologie, Genetik und Medizin. Die steigende Nachfrage nach kompakten, erschwinglichen und flexiblen Plasmasystemen motivierte die Entwicklung einer neuen Familie von piezoelektrischen Kaltplasma-Generatoren (PCPG), die auf dem Prinzip des resonanten piezoelektrischen Transformators (RPT) basieren. Die Verwendung von PCPG zur Erzeugung der piezoelektrischen Direktentladung (PDD) steht im Mittelpunkt dieser Übersicht. Der Betriebsleistungsbereich von 3 bis 10 W macht PCPGs besonders geeignet für den Einsatz in kompakten Tischgeräten oder in handlichen Atmosphärendruck-Plasma-Jets (APPJ). Die niedrige Temperatur der erzeugten Plasmagase, nur wenige Grad höher als die Umgebungstemperatur, macht die Behandlung von Früchten, Samen und Geweben möglich. Die Höhe der erreichbaren Ozonkonzentration ermöglicht den Einsatz zur Desinfektion und Sterilisation. Dies sind nur einige der vielen Anwendungsgebiete. In dieser Übersicht werden verschiedene Konfigurationen von PCPG-getriebenen Geräten klassifiziert und deren Funktionsprinzipien erläutert. Die Eignung dieser Konfigurationen für bestimmte Anwendungsbereiche wird diskutiert und mit praktischen Anwendungsbeispielen verdeutlicht. Die Autoren hoffen, dass dieser Überblick zu völlig neuen, faszinierenden Konzepten und Anwendungsfeldern inspiriert.

        Drei Generationen der piezoelectric direct discharge (PDD) basierten Piezo-brushes.
        Drei Generationen der PDD-basierten piezobrushes

        Fazit und Ausblick

        Diese Studie zeigt die Verwendung von drei Arten von PCPG zur Erzeugung des PDD. Basierend auf dem PCPG wurden mehrere vielseitige Handplasmageräte entwickelt, die die Behandlung eines breiten Spektrums thermisch empfindlicher Substrate wie Implantaten, Früchten oder Flüssigkeiten ermöglichen. Diese Vielseitigkeit wird durch die Verwendung verschiedener Anregungsstrukturen wie DBD, APPJ, FE-DBD, SMD oder Plasmanadeln erreicht, die alle mit demselben PCPG betrieben werden. Der PCPG ist in der Lage, eine hohe Ozonkonzentration in Luft oder in Sauerstoff zu erzeugen. Es werden Ozonkonzentrationen von 250 ppm in Luft und 800 ppm in Sauerstoff und Produktionsraten von 80 mg/h bzw. 250 mg/h erreicht. Zur Bewertung der Aktivierungsleistung der verschiedenen Entladungskonfigurationen wird die Aktivierungsfläche auf LDPE-Substraten unter Verwendung von 58 mN/m Testtinten visualisiert. Sowohl für den Betrieb mit Standard Modul als auch mit Nearfield Modul korrelieren die Aktivierungsergebnisse mit der Anzahl der Mikroentladungen pro PCPG-Oszillationszyklus. Die Korrelation zwischen der spezifischen Entladungsarchitektur und ihren optimalen Verarbeitungszielen wird diskutiert. Konkret werden drei Konfigurationen von PCPG-getriebenen DBD-Entladungen auf Basis der Aktivierungsfläche bewertet. Die besten Ergebnisse wurden mit einer einzelnen DBD erzielt, bei der die Anregungselektrode über die Plasmabrücke angetrieben wird. Die zweitbeste ist die Konfiguration mit der Doppel-DBD, die direkt über den PCPG angetrieben wird. Die schwächsten Ergebnisse wurden mit der Doppel-DBD mit der über die Plasmabrücke angetriebenen Erregerelektrode erzielt. Die Nadelelektrode, die vom PCPG über die Plasmabrücke angetrieben wird, ist in der Lage, Plasma in verschiedenen Gasen zu erzeugen und erreicht die Aktivierungsergebnisse, die mit der offenen PDD vergleichbar sind. Die Erzeugung von piezoelektrischen Direktentladungen ist eine relativ neue Disziplin in der Atmosphärendruckplasma-Welt. Daher sind viele interessante Fragen noch nicht beantwortet. Einige Beispiele für wissenschaftlich herausfordernde Themen sind:

        • Physik der PDD-Plasmabrücke, insbesondere ihre zeitliche Entwicklung, und elektrische Parameter, die ihre Leistungskopplungskapazität bestimmen.
        • Einfluss der Feuchtigkeit auf die PDD-Eigenschaften, Chemie und die mikrobiozide Aktivität.
        • Steuerung der PDD-Chemie durch Formung des Anregungssignals, zum Beispiel durch Pulsweitenmodulation.
        Zur kompletten Studie >>

        Zertifizierung nach DIN EN ISO 13485

        Relyon plasma erfolgreich nach DIN EN ISO 13485 und DIN EN ISO 9001 zertifiziert

        Relyon plasma aus Regensburg, ein Tochterunternehmen von TDK Electronics, hat sich Ende 2020 erfolgreich nach DIN EN ISO 13485 und DIN EN ISO 9001 zertifiziert. Somit bescheinigt TÜV SÜD erstmalig das Qualitätsmanagementsystem für Medizinprodukte. Seitdem wurde jährlich die Rezertifizierung vorgenommen.

        Regensburg. In Anpassung an die neuen Unternehmensziele hat relyon plasma im Jahr 2020 das Qualitätsmanagementsystem auf die Anforderungen der ISO 13485 umgestellt und die Anpassungen erfolgreich implementiert. Nach der positiven Auditierung durch den TÜV SÜD erhielt die relyon plasma GmbH zusätzlich zur Zertifizierung nach DIN EN ISO 9001 auch die Zertifizierung nach DIN EN ISO 13485.

        Nach der positiven Auditierung durch den TÜV SÜD erhielt die relyon plasma GmbH jetzt zusätzlich zur Zertifizierung nach DIN EN ISO 9001:2015 auch die Zertifizierung nach DIN EN ISO 13485:2016.

        Vom Zulieferer für die Industrie zum Hersteller von Komponenten für Medizinprodukte

        Als die relyon plasma GmbH 2002 unter dem Namen Reinhausen Plasma gegründet wurde, lag der Schwerpunkt des Unternehmens auf der Entwicklung von Plasmatechnologie für Industriekunden. Mit der Implementierung neuer Technologien hat sich der Kundenkreis jedoch zunehmend in Richtung Medizintechnik erweitert. Um sowohl den Anforderungen der Kunden als auch den Regulatorien zu entsprechen, hat sich das Unternehmen 2019 dazu entschieden, sich zusätzlich zur DIN EN ISO 9001 auch nach DIN EN ISO 13485 zertifizieren zu lassen. Dabei befasst sich die Norm EN ISO 13485 „Medizinprodukte: Qualitätsmanagementsysteme – Anforderungen für regulatorische Zwecke“ mit den Anforderungen, die Hersteller und Anbieter von Medizinprodukten bei der Entwicklung, Umsetzung und Aufrechterhaltung von Managementsystemen für die Medizinproduktebranche erfüllen müssen.

        Geschäftsführer relyon plasma GmbH: Dr. Stefan Nettesheim

        Dr. Stefan Nettesheim, Geschäftsführer der relyon plasma GmbH, zur Entwicklung des Unternehmens: „Seit vielen Jahren beliefern wir Industrie, Universitäten und Forschungsinstitute mit erstklassigen atmosphärischen Plasmasystemen für die Oberflächenbehandlung. Nun erweitern wir auf dieser technologischen Basis unser Portfolio speziell für die Dentaltechnik und die Medizintechnik. Unsere gesamte Prozesskette von der Entwicklung über die Fertigung bis hin zum Service wurde dafür nach ISO 13485 zertifiziert. Nach diesem Qualitätsstandard bieten wir nun unsere Kalt-Plasma Module für die Integration in medizinische Anwendungen an.“

        Qualitätsmanagementsystem für Medizinprodukte

        Nachdem das neue Qualitätsmanagementhandbuch im November 2019 fertiggestellt werden konnte, hat die relyon plasma GmbH das Jahr 2020 vielversprechend zur voll umfänglichen Implementierung der Anforderungen der ISO 13485 unter Berücksichtigung der ISO 9001 genutzt. Die Zertifizierung stellt hohe Anforderungen an die exakte Einhaltung aller Prozessschritte, besonderes Augenmerk gilt dabei der konsequenten und lückenlosen Dokumentation und dem Risikomanagement. Daher unterzog sich die komplette Organisation von Konstruktion und Entwicklung, Herstellung, Installation, Wartung bis hin zum Vertrieb strukturellen Anpassungen. Über die verbesserte Dokumentation wird von nun an langfristig qualifizierter Personaleinsatz als auch moderne Produktionstechnologie sichergestellt.

        Der Kunde im Fokus

        Nicht nur Kunden aus der Medizintechnikbranche können sich dank dieser Zertifizierung von unabhängiger Stelle, der TÜV SÜD Product Service GmbH, darauf verlassen, dass das Qualitätsmanagementsystem und im Besonderen die Entwicklung den hohen regulatorischen Anforderungen genügt. Dies umfasst sämtliche Bereiche von der Applikationstechnik in der Zahntechnik und in der Medizintechnik bis hin zum Vertrieb und Service von Plasmasystemen zur Oberflächenbehandlung und -aktivierung, einschließlich Equipment zur Dekontamination in der Zahn- und Medizintechnik.

        „Unsere Kunden aus der Medizintechnik profitieren damit von unserem langjährigen Expertenwissen und erhalten Zugriff auf konforme Produkte höchster Qualität zur Integration in die eigenen Anwendungen“, fasst Dr. Stefan Nettesheim die Vorteile für die Kunden zusammen.

        Weiterhin steht bei relyon plasma die Innovation im Vordergrund, die nun durch das Rückgrat der konsequenten Anwendung des Management-Systems nachhaltig gestützt wird.

        Qualitätsmanagement Team relyon plasma: Andreas Ammon und Katharina Bayer

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        Chemikalien durch Plasma ersetzen

        Mit dem Einsatz von Plasma Lichtwellenleiter und Aluminiumkomponenten ganz ohne den Gebrauch von Chemikalien verkleben

        Die NETWORK GROUP s.r.o. verwendet das Plasma Handgerät piezobrush® PZ3, um den Klebeprozess von Lichtwellenleitern und Aluminiumkomponenten zu verbessern. Durch diese Umstellung ist es nun möglich Chemikalien durch Plasma zu ersetzen.

        Network Group Logo

        Vorher setzte die NETWORK GROUP Chemikalien ein, um das Verkleben von Aluminiumträgern und Lichtwellenleitern zu ermöglichen. Seit sie den piezobrush® PZ3 im Einsatz haben, ist dieser Schritt im Prozess überflüssig geworden.

        Wir können die chemische Behandlung der Oberfläche weglassen, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen. Die Vorteile liegen in der Reduzierung der im Prozess verwendeten Chemikalien bei gleicher Qualität der Verklebung.Jakub Somer, R&D Ingenieur Networkgroup

        Die Ergebnisse der behandelten Oberfläche mit eingeklebten Lichtwellenleitern bestanden die Testverfahren für eine lange Lebensdauer der Sensorelemente.

        Chemikalien durch Plasma ersetzen um den Klebeprozess von Lichtwellenleitern und Aluminiumkomponenten zu verbessern.

        Über die Network Group s.r.o.

        Die NETWORK GROUP, s.r.o., ist ein tschechisches Unternehmen, das im Bereich der Verteilung von Datenkabeln, der Montage von Leiterplatten sowie der Entwicklung und Produktion von Glasfasersensoren tätig ist.

        Mehr zum Thema erfahren

        Wenn Sie mehr zum Thema „Chemikalien mit Plasma ersetzen“ erfahren möchten, treten Sie mit uns in Kontakt.

        Kontakt aufnehmen >>

        Webinar: Plasma in der Dentalbranche

        Aufgrund der Messeverlegung der IDS, internationale Weltleitmesse für die Dentalbranche, hat relyon plasma Webinare zum Thema Plasma in der Dentalbranche veranstaltet.

        Plasma im Dentallabor

        Agenda

        ThemaReferent
        10:00 UhrBegrüßungDr. Stefan Nettesheim
        Geschäftsführer relyon plasma GmbH
        10:10 UhrVorstellung Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 im DentallaborCorinna Little
        Anwendungstechnik relyon plasma GmbH
        10:30 UhrLive Anwendungen aus dem Dentallabor:
        Über 7 Jahre Plasmaerfahrung in der Zahntechnik
        Norbert Wichnalek
        Highfield Laboratory
        11:00 UhrVorstellung von ForschungsprojektenDr. Eva Brandes
        relyon plasma GmbH
        11:20 UhrFragen und AntwortenAlle

        Plasma und Implantate

        Agenda

        ThemaReferent
        10:00 UhrBegrüßungDr. Stefan Nettesheim
        Geschäftsführer relyon plasma GmbH
        10:10 UhrDas implaPrep Konzept zur Plasmaaktivierung von DentalimplantatenFlorian Freund
        Entwicklungsleiter relyon plasma GmbH
        10:30 UhrErhöhung der Oberflächenenergie von Implantaten in einer Zahnarztpraxis – Vorteile und praktische HinweiseJan Willem Vaartjes
        Vizepräsident der Königlich Niederländischen Vereinigung der Zahnärzte (KNMT)
        10:50 UhrBenetzungsanalysen und Topographische Charakterisierung von Kaltplasma-modifizierten DentalimplantatenMarius Behnecke
        Hochschule Osnabrück
        11:10 UhrBioaktivierung von Implantaten durch Kaltplasma – ein neuer Weg in der dentalen Implantologie?Univ.-Prof. Dr. Dr. Ralf Smeets
        Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
        11:30 UhrFragen und AntwortenAlle

        Vorträge

        Erhöhung der Oberflächenenergie von Implantaten

        Jan Willem Vaartjes

        Im Vortrag „Erhöhung der Oberflächenenergie von Implantaten“ berichtet Jan Willem Vaartjes über Vorteile und zeigt praktische Anwendungen der Plasmabehandlung: „Seit 2017 haben wir mit verschiedenen Methoden zur Aktivierung der Implantate begonnen, um eine superhydrophile Oberfläche zu schaffen. Was wissen wir aus der Literatur? Was sind die verschiedenen Methoden und was haben wir gelernt? Da die Implantate bereits erfolgreich sind, macht es wirklich einen Unterschied? In diesem Vortrag werde ich versuchen, diese Fragen zu beantworten und auch einen Blick auf zukünftige Entwicklungen zu werfen.“

        Bioaktivierung von Implantaten durch Kaltplasma

        Univ.-Prof. Dr. Dr. Ralf Smeets

        Univ.-Prof. Dr. Dr. Ralf Smeets erläutert den Vergleich der Auswirkungen einer Kaltplasma-Aktivierung von Implantatoberflächen mit einem chair-side-Verfahren in der Praxis.

        Es werden die gesammelten Daten hinsichtlich der Veränderung der physikochemischen Oberflächeneigenschaften wie Topographie, Rauheit, Oberflächenchemie und Benetzbarkeit) sowie bezüglich der Zellreaktionen wie Zellattachment, Morphologie, Viabilität, Proliferation und Zytotoxizität von murinen Osteoblasten-Vorläuferzellen unter standardisierten Bedingungen in vitro dargestellt.

        Im Weiteren werden relevante Punkte hinsichtlich einer „Reinigung“ im Sinne von einer Entfernung von Kohlenstoffmetaboliten, der Erhöhung der Oberflächenenergie und der Benetzbarkeit von Implantatoberflächen diskutiert. Als Ausblick wird auf Fragen wie ob durch Kaltplasmaaktivierung die Osseointegration und / oder das periimplantäre Weichgewebsattachment optimiert werden könnte oder ob Kaltplasmageräte hilfreiche Tools für den Zahnarzt / Implantologen bei komplexen Fällen wie z.B. bei den Thematiken Sofortbelastung oder kompromittierten Patienten von Bedeutung sein könnten eingegangen.

        Fragen?

        Bei Fragen zum Thema oder zu Plasma im Allgemeinen können Sie sich jederzeit sehr gerne an uns wenden:

        E-Mail: info@relyon-plasma.com
        Tel.:    + 49 941 60098-0

        Wir freuen uns schon heute darauf Sie im September auf dem IDS Messestand in Köln begrüßen zu dürfen!

        Dental Webinar

        Kaltes Atmosphärendruckplasma im Dentallabor und zur
        Aktivierung von Implantaten

        Relyon plasma aus Regensburg, ein Tochterunternehmen von TDK Electronics, präsentiert in einer Webinar Reihe das Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 für den Einsatz im Dentallabor und das implaPrep Konzept für die Plasmaaktivierung von Dentalimplantaten.

        Regensburg. Aufgrund der Messeverlegung der IDS, internationale Weltleitmesse für die Dentalbranche, veranstaltet relyon plasma Webinare, um Kunden und Interessenten alle Neuheiten zum Thema Plasma in der Dentalbranche zu präsentieren. Dabei werden am 10. März 2021 Webinare zum Thema „Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 im Dentallabor“ und am 11. März 2021 Webinare zum Thema „Plasmaaktivierung von Implantaten mit dem implaPrep Konzept“ stattfinden. In beiden Webinaren gibt es zu Beginn eine Einführung zum Thema Plasma in der Dentalbranche – Geräte, Anwendungen und Wirkungsweise. Darüber hinaus führen Anwender aus dem Dentallabor und aus der Implantologie echte Anwendungsbeispiele live während des Webinars vor. Zum Schluss des jeweiligen Webinars werden verschiedene Forschungsprojekte vorgestellt, die einen Ausblick auf die vielseitigen Möglichkeiten im Hinblick auf das Thema Plasma in der Dentalbranche geben. Die Teilnahme an den Webinaren ist kostenlos.

        Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 im Dentallabor

        Das Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 findet eine breite Anwendung im Dentallabor. Dabei wird kaltes Atmosphärendruckplasma mit einer Temperatur von weniger als 50°C zur Oberflächenvorbehandlung des Zahnersatzes verwendet. Durch die Plasmaaktivierung erhöht sich die Oberflächenenergie und somit die Benetzbarkeit des Zahnersatzes. Dies ist besonders wichtig, wenn z.B. Hochleistungskunststoffe wie PEEK mit Komposit oder PMMA Kunststoffen verklebt oder Keramiken beschichtet werden.  Neben der Aktivierung der Oberfläche findet auf dem Zahnersatz zeitgleich eine Entfernung feinster organischer Verunreinigungen statt, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind. 

        Virtueller IDS Messestand: Plasmabehandlung von Prothetik mit dem piezobrush® PZ3

        Plasmaaktivierung von Implantaten mit dem implaPrep

        Die Funktionalisierung von medizinischen und dentalen Implantaten dient der Optimierung des Benetzungsverhaltens. Medizintechnische Werkstoffe wie z.B. Zirkonia Keramiken oder Titan und Edelstahl aber auch PEEK, Teflon, Silikon und hochgefüllte Polymere können durch eine vorherige Plasmabehandlung wirkungsvoll im Benetzungsverhalten optimiert werden. Diese Eigenschaft ist die Grundlage für die Biokompatibilität und die Akzeptanz durch das umgebende lebende Gewebe. Durch die Erhöhung der Oberflächenenergie verbessert sich die initiale Anlagerung von Osteoblasten was nachfolgend zu einer gesteigerten Knochenneubildung nach der Implantation führt. So kann durch die Oberflächenaktivierung mit Plasma die Knochenregeneration verbessert werden, was zu einer besseren und schnelleren Osseointegration führt. Dies ist vor allem bei komplexen Fällen, Sofortbelastung oder kompromittierten Patienten besonders wichtig.

        implaPrep Konzept

        Die Aktivierung der Implantat-Oberflächen mit dem implaPrep ist ein unterstützendes Verfahren, welches durch einen implantologisch tätigen Zahnarzt, Oralchirurgen oder Kieferchirurgen vor dem Einsetzen der Implantate in den Kieferknochen angewendet wird. Dabei wird die herstellerseitig spezifizierte Material- und Oberflächenstruktur durch diesen Prozess nicht verändert.

        Die Oberflächenaktivierung wird durch eine atmosphärische dielektrische Barriere-Entladung auf dem Implantat erreicht, wodurch mikroskopisch vorhandene Kohlenstoff-basierte Adsorbate von der Oberfläche entfernt werden. Dadurch wird die Oberflächenenergie erhöht und die Benetzbarkeit des Implantats verbessert. Dies hat den Effekt, dass die Interaktionen von Proteinen und Zellen mit der Implantat Oberfläche auf molekularer Ebene gefördert werden.

        Anmeldung
        Das Team von relyon plasma freut sich über die Teilnahme an den Webinaren und auf die Teilnahme an der IDS am neuen Termin von 22. bis 25. September in Köln.

        Anmeldung unter:

        10.03.2021 10.00 – 11.30 Uhr
        Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 im Dentallabor (Deutsch)
        https://attendee.gotowebinar.com/register/261072850582000911

        10.03.2021 16.00 – 17.30 Uhr
        Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 im Dentallabor (Englisch)
        https://attendee.gotowebinar.com/register/6624310578870712591

        11.03.2021 10.00 – 11.30 Uhr
        Plasmaaktivierung von Implantaten (Deutsch)
        https://attendee.gotowebinar.com/register/2670431581016157455

        11.03.2021 16.00 – 17.30 Uhr
        Plasmaaktivierung von Implantaten (Englisch)
        https://attendee.gotowebinar.com/register/6655169472829363723

        piezobrush® PZ3 im 3D Druck für Mikrooptiken

        Wir freuen uns sehr, dass die Universität Stuttgart unser Plasma Handgerät piezobrush® PZ3 im 3D Druck gleich an zwei verschiedenen Stellen im Einsatz hat. Zum einen wird das Handgerät im Bereich Optikdesign und Simulation für die Oberflächenaktivierung und Plasmareinigung von Substraten für den 3D Druck verwendet. Zum anderen findet der piezobrush® PZ3 Anwendung im 4. Physikalischen Institut bei der Vorbehandlung von Glassubstraten für den 3D Druck von Mikrooptiken.

        Plasmaaktivierung im 3D Druck

        Mit Hilfe des neuen piezobrush® PZ3 von relyon plasma können am 4. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart Glassubstrate für den 3D Druck von Mikrooptiken aus unterschiedlichen Polymeren hervorragend aktiviert werden, sodass diese zuverlässiger auf den Oberflächen haften und ebenfalls für robustere Anwendungen verwendet werden können. Claudia Imiolczyk - 4. Physikalisches Institut - Universität Stuttgart
        Neben der Aktivierung von ITO-beschichteten Glasplättchen mit dem „Modul Nearfield“ dient das „Modul Standard“ zur vorteilhaften Aktivierung der zu bedruckenden Endflächen von Glasfasern, da hier gezielt kleine Flächen (125 µm) in das Plasma gehalten werden können. Gleichzeitig dient die Anwendung der Plasma-Technologie der Reinigung dieser Endflächen, sodass daraus optimierte Wellenfronten im Gegensatz zur einfachen Propanol-Reinigung resultieren.Claudia Imiolczyk - 4. Physikalisches Institut - Universität Stuttgart

        Plasmareinigung von Glassubstraten

        Die Plasma-Technologie von relyon plasma wird am Institut für Technische Optik der Universität Stuttgart für die einfache und komfortable Reinigung von Substraten für den Mikro-3D-Druck verwendet um die Haftung der Druckteile zu verbessern. Besonders hilfreich ist die kompakte Ausführungsform für das Aktivieren der Endflächen optischer Glasfasern, da diese nicht ohne weiteres in Geräten mit Plasmakammer behandelt werden können.Dr. Simon Thiele - Optikdesign und Simulation
        ito Logo

        Weitere Infos zum Thema piezobrush® PZ3 im 3D Druck finden Sie auf der Übersichtsseite.

        Weitere Infos anfragen >>

        Klebung von PEEK-Komponenten für Dentalimplantate

        Das Labor für Chemie und Oberflächenmodifikation der Hochschule Osnabrück, hat sich im Rahmen der Beta-Testphase des piezobrush® PZ3 mit dessen Effekt auf den im Dentalbereich vielfältig eingesetzten Kunststoff Polyetheretherketon (PEEK) beschäftigt.

        Logo Hochschule Osnabrück

        Motivation ist hierbei eine Verbesserung der Klebfestigkeiten von möglichen PEEK/PEEK-Klebungen für (Dental-)Implantatkomponenten. Im Zuge der Untersuchungen an der Hochschule Osnabrück verglich der Wissenschaftliche Mitarbeiter Marius Behnecke verschiedene Vorbehandlungsmethoden zur Adhäsionsverbesserung. Als Motivation hierzu dient die Klebung von PEEK-Komponenten für Dentalimplantate. Im Zuge der Untersuchungen an der Hochschule Osnabrück verglich der Forscher verschiedene Vorbehandlungsmethoden zur Adhäsionsverbesserung: Einen konventionellen Schleifprozess, eine Niederdruckplasmabehandlung und die Plasmabehandlung mit dem piezobrush® PZ3 Handgerät. Hierbei zeigte sich, dass beide Plasmabehandlung dem Anschleifen überlegen waren. In den zahlreichen eingesetzten Analysemethoden zeigte sich die manuelle Plasmabehandlung mit dem piezobrush® PZ3 vergleichbar mit der in der Niederdruckkammer. Dies macht das PDD-Plasma („Piezo Direct Discharge“) des piezobrush® PZ3 zu einer hocheffizienten und flexiblen Alternative zu herkömmlichen Niederdruckplasmaprozessen für plasmamodifiziertes Polyetheretherketon (PEEK) für den Dentalbereich.

        Versuchsdurchführung

        Als Substratmaterial dient eine 0,6 mm dicke PEEK-Folie mit dem Handelsnamen evonik VESTAKEEP 4000g. Die Abmessungen der Proben betragen hierbei 60 x 100 mm. Zunächst werden die Oberflächen mit Isopropanol gereinigt und dann für eine Minute ins Ultraschallbad gegeben. Nach anschließendem dreimaligem Abwischen mit einer 1:1-Mischung aus Isopropanol und n-Heptan werden die Proben den unterschiedlichen Vorbehandlungen zugeführt. Die drei untersuchten Modifikationen sind:

        • Schleifen der Oberfläche mit 240er Schleifpapier
        • Niederdruckplasmabehandlung (Luft, 0,2 mbar, 1 Minute, 100 W)
        • PDD-Plasma des piezobrush® PZ3 (Luft, Atmosphärendruck, 1 Minute, 5 W)

        Es folgt der Klebstoffauftrag von Weicon RK-7300 auf Methylmethacrylat-Basis mit einer Klebschichtdicke von 0,25 mm auf 5 mm Breite und eine Härtung für 24 h bei 30°C.

        Zugscherversuche

        Die Qualität der adhäsiven Verbindung wird durch Zugscherversuche in Anlehnung an DIN 1465 gemessen. Lediglich die Probengeometrie weicht hierbei von der Norm ab, die Klebfläche ist DIN-gerecht. Die Prüfgeschwindigkeit an der ZwickRoell-Zugmaschine beträgt hierbei 1 mm/s. Die Zugscherfestigkeit wird durch alle drei Vorbehandlungsmethoden im Vergleich zur unbehandelten Referenz deutlich gesteigert (s. Abb. 1). Das Schleifen führt hierbei zur größten Streuung der Ergebnisse. Die Behandlung in der Niederdruckplasmakammer (LP-Plasma, „low pressure“) resultiert hingegen in der geringsten Standardabweichung. Diese als auch die Plasma-Behandlung mit dem PDD-Plasma des piezobrush® PZ3 führen zu einer deutlichen Steigerung der Zugscherkraft ohne Überlappung der Standardabweichungen mit jener der Referenzprobe. Insgesamt zeigt sich, dass die manuelle Vorbehandlung mit dem piezobrush® PZ3 vergleichbar gute Zugscherfestigkeiten erzielt wie eine Niederdruckplasmabehandlung. Beide Plasmabehandlungen sind hierbei dem Schleifen der Substrate überlegen.

        Abb. 1: Zugscherversuche der Klebverbindung auf unterschiedlich vorbehandelten PEEK-Folien.
        Abb. 1: Zugscherversuche der Klebverbindung auf unterschiedlich vorbehandelten PEEK-Folien.

        Kontaktwinkelmessungen

        Abb. 2: Kontaktwinkelmessung von unterschiedlichen Testflüssigkeiten vor und nach Schleifen, Niederdruck- und piezobrush® PZ3- Plasma auf PEEK-Folien.
        Abb. 2: Kontaktwinkelmessung von unterschiedlichen Testflüssigkeiten vor und nach Schleifen, Niederdruck- und piezobrush® PZ3- Plasma auf PEEK-Folien.

        Um die Ergebnisse der Zugversuche besser verstehen zu können, wird die Oberfläche vor und nach den unterschiedlichen Vorbehandlungen charakterisiert. Hierzu werden Kontaktwinkelmessung mit den fünf unterschiedlichen Flüssigkeiten Wasser, Diiodmethan, Formamid, Ethylenglycol und Glycerol durchgeführt. Die Auswertung erfolgt nach zwei unterschiedlichen Methoden:

        • Methode von Owens-Wendt-Rabel und Kaelble (OWRK-Methode): Aufteilung der freien Oberflächenenergie in polare und disperse Anteile
        • Berger-Methode: Ermittlung eines Aciditätsparameter zur Charakterisierung der sauren bzw. basischen Eigenschaften der Oberfläche

        Die Kontaktwinkel der fünf Testflüssigkeiten werden jeweils mit der „Sessile Drop“-Methode (ruhender Tropfen) am OCA20 des Herstellers DataPhysics Instruments GmbH (Filderstadt, Germany) ermittelt.

        Alle Modifikationen führen zu einer Erniedrigung der Kontaktwinkel und somit einer besseren Benetzbarkeit im Vergleich mit der Referenz (s. Abb. 2). Wieder zeigen die Ergebnisse der angeschliffenen Probe die größte Streuung. Sowohl die Plasmabehandlung in der Niederdruckkammer als auch die mit dem piezobrush® PZ3 Handgerät senken den Kontaktwinkel aller Testflüssigkeiten deutlich. Hierbei hat das Niederdruckplasma (LP-Plasma) den größten Einfluss auf die Kontaktwinkel der Testflüssigkeiten.

        Oberflächenenergie

        Aus den Ergebnissen der Kontaktwinkelmessung wird nun die Oberflächenenergie nach der OWRK-Methode ermittelt. Die Auswertung erfolgte mittels SCA20-Software des Herstellers dataphysics (Filderstadt, Germany). Das Anschleifen der Oberfläche führt hier zu einer niedrigeren Gesamtenergie, jedoch mit höheren polaren Anteilen (s. Abb. 3). Sowohl die Plasmabehandlung im Niederdruck als auch die mit dem piezobrush® PZ3 Handgerät führen zu deutlich erhöhten Oberflächenenergien auf dem PEEK Substrat mit stark erhöhten polaren Anteilen. Das Niederdruckplasma erzeugt leicht höheren polare Anteile, während die dispersen Anteile für die beiden Plasmatechnologien auf gleichem Niveau sind.

        Abb. 3: Oberflächenenergie nach Anschleifen, Niederdruck- und piezobrush® PZ3-Plasmabehandlung im Vergleich zur unbehandelten PEEK-Folie.
        Abb. 3: Oberflächenenergie nach Anschleifen, Niederdruck- und piezobrush® PZ3-Plasmabehandlung im Vergleich zur unbehandelten PEEK-Folie.

        Acidität der Oberflächen

        Abb. 4: Aciditätsparameter der verschiedenen Vorbehandlungen im Vergleich zur unbehandelten PEEK-Folie
        Abb. 4: Aciditätsparameter der verschiedenen Vorbehandlungen im Vergleich zur unbehandelten PEEK-Folie

        Ebenfalls auf Basis der Kontaktwinkelmessungen werden nun die Aciditätsparameter der verschiedenen Proben ermittelt. Die Auswertung erfolgt nach Berger, E. J., J. Adhes. Sci. and Techno. 5, 373 – 391 (1990). Das unmodifizierte PEEK-Substrat hat einen leicht sauren Charakter, wie der positive Wert in Abb. 4 zeigt. Das Anschleifen der Oberfläche scheint dieses Verhalten zu fördern, die Methode ist jedoch ungeeignet für stark unterschiedliche Rauigkeiten. Die Acidität sinkt sowohl durch die Niederdruckplasmabehandlung als auch durch die Behandlung mit dem piezobrush® PZ3. Im letzteren Fall erzeugt das PDD-Plasma sogar eine Oberfläche mit basischen Eigenschaften.

        Rasterelektronen- und Rasterkraftmikroskopie

        Um die die Oberflächenbeschaffenheit der verschiedenen Proben zu beurteilen, werden diese im Rasterelektronenmikroskop untersucht. Die Aufnahmen werden mittels AURIGA Cross-Beam Rasterelektronenmikroskop der Carl Zeiss AG (Oberkochen, Deutschland) erstellt.

        Abb. 5: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen (5000-fache Vergrößerung) der unbehandelten PEEK-Folie (links oben), nach dem Anschleifen (rechts oben) und nach den Plasmabehandlungen in der Niederdruckkammer (links unten) und mit dem piezobrush® PZ3 (rechts unten)
        Abb. 5: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen (5000-fache Vergrößerung) der unbehandelten PEEK-Folie (links oben), nach dem Anschleifen (rechts oben) und nach den Plasmabehandlungen in der Niederdruckkammer (links unten) und mit dem piezobrush® PZ3 (rechts unten)

        In Abb. 5 wird deutlich, dass bei fünftausendfacher Vergrößerung kaum eine Veränderung der plasmabehandelten Oberflächen auftritt, im Gegensatz zur Probe nach dem Schleifprozess.

        Abb. 6: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen (20000-fache Vergrößerung) der unbehandelten PEEK-Folie (links), nach der Niederdruckplasmabehandlung (mitte) und nach der Behandlung mit dem piezobrush® PZ3 (rechts)
        Abb. 6: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen (20000-fache Vergrößerung) der unbehandelten PEEK-Folie (links), nach der Niederdruckplasmabehandlung (mitte) und nach der Behandlung mit dem piezobrush® PZ3 (rechts)

        Bei zwanzigtausendfacher Vergrößerung zeigt sich eine Veränderung der Struktur der PEEK Oberfläche nach den Plasmaprozessen. Hier ist die Oberflächenbeschaffenheit sehr ähnlich nach der Behandlung mit Niederdruckplasma und mit dem piezobrush® PZ3.

        Inwiefern sich die Topographie der Proben unterscheiden, kann mithilfe der Rasterkraftmikroskopie ermittelt werden. Hierbei kann die geschliffene Probe aufgrund der hohen Oberflächenrauheit nicht vermessen werden. Die unbehandelte Oberfläche der PEEK-Folie und die jeweiligen Oberflächen nach den Plasmabehandlungen werden mittels des Easyscan2 Rasterkraftmikroskop der Nanosurf AG (Liestal, Schweiz) im taktilen Modus vermessen.

        Abb. 7: Rasterkraftmikroskopische Aufnahmen der unbehandelten PEEK-Folie (links), nach der Niederdruckplasmabehandlung (mitte) und nach der Behandlung mit dem piezobrush® PZ3 (rechts)
        Abb. 7: Rasterkraftmikroskopische Aufnahmen der unbehandelten PEEK-Folie (links), nach der Niederdruckplasmabehandlung (mitte) und nach der Behandlung mit dem piezobrush® PZ3 (rechts)

        Die in Abb. 7 links abgebildete Oberflächentopographie der unbehandelten Probe weist eine Oberflächenrauheit Sa= 6,7 nm auf. Nach der Behandlung der PEEK-Folie im Niederdruckplasma steigt dieser Wert auf Sa= 7,4 nm und ist damit vergleichbar mit dem nach der Behandlung mit dem piezobrush® PZ3 mit Sa= 7,1 nm.

        Fazit

        Auf der untersuchten PEEK-Oberfläche (evonik VESTAKEEP) führen Plasmabehandlungen zu verbesserter Haftung auch im Vergleich mit dem mechanischen Anschleifen der Oberfläche. Selbst durch hochauflösende Rasterelektronenmikroskopie kann lediglich eine Nanostrukturierung der Oberfläche festgestellt werden. Die mikro- und makroskopische Topographie wird im Gegensatz zur mechanischen Oberflächenbehandlung mittels Schleifpapier nicht beeinflusst. Durch die Methode der Kontaktwinkelmessung zeigen sich vergleichbare Ergebnisse nach der Niederdruckplasmabehandlung und der Behandlung mit dem piezobrush® PZ3 für Oberflächenenergie und Aciditätsparameter. Für beide Plasmaprozesse wurde jeweils eine Behandlungsdauer von einer Minute gewählt. Die Plasmaleistung der Niederdruckkammer beträgt hierbei 100 W, die des piezobrush® PZ3 lässt sich auf die 5 W Eingangsleistung des piezoelektrischen Transformators CeraPlas™ beziffern. Während die Kammer für das Niederdruckplasma abgepumpt und nach dem Prozess wieder belüftet werden muss, kommt das atmosphärische Plasma des piezobrush® PZ3 durch den integrieren Lüfter sogar ohne externe Gasversorgung aus. Dies macht das Handgerät zu einer hocheffizienten, kostengünstigen und flexiblen Alternative für die Plasmabehandlung von PEEK-Komponenten z.B. in der Dentaltechnik.

        Kaltes Plasma in der Desinfektionstechnik

        Wir freuen uns sehr, dass Dr. Stefan Nettesheim von relyon plasma bei der VDI.TECHNIK.TALK.ONLINE mit einem Vortrag zum Thema Kaltes Plasma in der Desinfektionstechnik vertreten sein wird.

        Thema
          
        „Kaltes Plasma in der Desinfektionstechnik –
        Wirkmechanismen und Ausblick“
        Datum    10.12. 2020, 17:30 – 19:00 Uhr
        Referent
         
        Dr. Stefan Nettesheim, Geschäftsführer,
        Fa. relyon plasma GmbH in Regensburg
        Inhalt








         
        Plasmen und die im Plasma erzeugten reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) reduzieren die Konzentration von Krankheitserregern bei Kontakt mit kontaminierten Oberflächen. Bakterien, Viren, Pilze und Prionen aber auch Toxine und weitere organische Verunreinigungen können schnell abgebaut werden. Selbst eine vollständige Sterilisation ist bei intensiver Exposition möglich. Eine große Rolle spielen dabei Feuchtigkeit und die Wechselwirkung mit der biologischen Grenzfläche. Die Plasmadesinfektion erfordert keine teuren Vakuumanlagen oder giftige Chemikalien, was das Verfahren kostengünstig und umweltfreundlich macht.

        Hier können Sie sich zum Vortrag anmelden:

        Hier anmelden >>

        Über den Referenten

        Stefan Nettesheim studierte Physik an der Universität Konstanz und der TU Berlin und promovierte in der Arbeitsgruppe von Prof. Gerhard Ertl (Nobelpreis für Chemie 2007) am Fritz-Haber-Institut der MPG in Berlin. Nach Postdoc-Stellen an der Chemischen Fakultät in San Sebastian in Spanien und der ETH Zürich wechselte er in die Industrie, in den Bereich Verpackungstechnik (SIG) in der Schweiz.  

        Dr. Stefan Nettesheim - Kaltes Plasma in der Desinfektionstechnik

        Bei Sachsenring AG in Zwickau und Schunk Kohlenstofftechnik beschäftigte er sich mit Brennstoffzellenentwicklung und ist seit 2011 als Geschäftsführer bei relyon plasma GmbH in Regensburg tätig.

        Konfektionierung von Kabeln

        Das Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde hat das Plasma Handgerät piezobrush® PZ3 für die Konfektionierung von Kabeln im Einsatz.

        In der Arbeitsgruppe Meeresmesstechnik des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung ist die Konfektionierung von Kabeln eine Aufgabe des täglichen Geschäfts. Hierfür ist eine optimale Vorbereitung des Kabelmantels, der meist aus Polyethylen (PE) oder Polyurethan (PUR) besteht, für den Verguss mit isolierendem Gießharz essenziell. Dieser Verguss soll die Kabel im Unterwassereinsatz dauerhaft vor dem Eindringen von Wasser schützen.

        Das Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde hat das Plasma Handgerät piezobrush® PZ3 für die Konfektionierung von Kabeln im Einsatz.

        Ohne eine vorherige Plasmabehandlung tritt beim Verguss nur eine unzureichende Klebung auf, was bedeutet, dass die Wasserdichtigkeit und somit die erforderliche Qualität nicht gegeben ist.

        Durch die Verwendung des piezobrush® PZ3 konnte erfolgreich die Oberflächenenergie der Kunststoffe erhöht werden und somit auch die Qualität der Kabelvergüsse. Prof. Dr. Ulrich Bathmann - Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde

        Über das Leibniz-Institut für Ostseeforschung

        Das Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) ist ein außeruniversitäres Meeresforschungsinstitut. In seinen vier Fach-Sektionen sind die Grunddisziplinen der Meeresforschung vertreten. Sein Forschungsprogramm ist auf Küsten- und Randmeere mit besonderer Hinwendung zum Ökosystem Ostsee zugeschnitten. Neben seinen Forschungsaktivitäten verfolgt das IOW ein Transferkonzept und betreibt Forschungsinfrastrukturen für die wissenschaftliche Gemeinschaft. Das IOW ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft (WGL). Seine Grundausstattung wird gemeinsam vom Bund und den Ländern getragen. Das IOW ist eine Stiftung öffentlichen Rechts.

        Technik für Kinder

        Wir freuen uns sehr, dass wir seit in diesem Jahr bereits zum zweiten Mal den Verein TfK – Technik für Kinder e.V. im Rahmen einer Mitgliedschaft unterstützen.

        Technik für Kinder

        Der gemeinnützige Verein TfK realisiert bereits seit 2010 Projekte, bei denen Kinder sich mit technischen Themen auseinander setzen und vor allem durch „selbermachen“ von Technik und handwerklichem Tun begeistert werden. Dies ist besonders wichtig, um dem Fachkräftemangel aktiv entgegenzuwirken, da sich Untersuchungen zufolge die Entscheidung für einen Technikberuf bereits in der Kindheit begründet. Unser Mitgliedsbeitrag wird hierbei verwendet, um dieses Angebot auch an Regensburger Schulen zu ermöglichen. Denn nur so können auch wir schon frühzeitig fördern, dass sich schon in jungen Jahrenauch in Zukunft für einen Technikberuf interessieren und entscheiden.

        Wenn Sie noch weitere Informationen möchten, besuchen Sie die Website oder treten Sie direkt in Kontakt.

        Telefon: +49 (0)991 3792250
        E-Mail: info@tfk-ev.de

        Vorbehandlung von Kunststofffolien mit dem piezobrush® PZ3

        zur Erzeugung intelligenter Polymer-Oberflächen mittels e-grafting

        Das Institut für Nanotechnische Kunststoffanwendungen (INKA) der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) befasst sich mit der Funktionalisierung von Kunststoffoberflächen mittels Strukturierung und chemischer Modifikation. Dr. Sonja Neuhaus hat gemeinsam mit ihren beiden Projektmitarbeitern Nika Petelinsek und Dr. Alok Goel die Vorbehandlung von Kunststofffolien mit dem piezobrush® PZ3 im Rahmen der Betatestphase untersucht. Die Motivation hierfür ist das Projekt zur „Immobilisierung von Enzymen mit Elektronenstrahl-assistiertem Grafting (e-grafting) für intelligente Polymer-Oberflächen“.

        Hier sollen wässrige, funktionale Polymerlösungen verschiedene Polymeroberflächen optimal benetzen. Die Lösungen dürfen hierbei nicht durch den Zusatz von Tensiden in ihrer Benetzbarkeit verändert werden, da die Funktion der Enzyme sonst negativ beeinflusst wird. Um trotzdem möglichst viele unterschiedliche Substrate funktionalisieren zu können, wird der piezobrush® PZ3 eingesetzt, um die Oberflächenenergien von schwer benetzbaren Kunststofffolien zu erhöhen. Die Versuche ergaben, dass der piezobrush® PZ3 sehr gut geeignet ist, um die Benetzbarkeit kleinformatiger Proben folgender Materialien signifikant zu verbessern: Polyethylenterephthalat (PET), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE). Vor allem die große Flexibilität und Mobilität des Plasma Handgerätes hat die Forscher überzeugt, da sie dadurch die Proben unmittelbar in den e-grafting Prozess überführen können ohne weite Wege und Wartezeiten.

        Motivation und Zielsetzung

        Das durch den Schweizerischen Nationalfond (SNF) geförderte Projekt zur „Immobilisierung von Enzymen mit Elektronenstrahl-assistiertem Grafting (e-grafting) für intelligente Polymer-Oberflächen“ ist der Hintergrund für die Untersuchungen mit dem piezobrush® PZ3. E-grafting könnte durch den Einsatz von niederenergetischen Elektronenstrahlemittern zu einer revolutionären Technologie in der Oberflächenfunktionalisierung werden. Elektronen brechen chemische Bindungen auf und sind somit die Initialzündung für neue kovalente Verbindungen zwischen Substrat und den Graftmaterialien.

        Abb. 1: e-grafting von funktionalen Polymeren auf der Oberfläche einer Kunststofffolie. Die gegraftete Schicht bietet eine ideale Umgebung für die Immobilisierung von Enzymen unter Erhaltung ihrer Aktivität.

        Abb. 1: e-grafting von funktionalen Polymeren auf der Oberfläche einer Kunststofffolie. Die gegraftete Schicht bietet eine ideale Umgebung für die Immobilisierung von Enzymen unter Erhaltung ihrer Aktivität.

        Zur Immobilisierung von Enzymen auf Kunststoffoberflächen soll durch gegraftete Schichten eine günstige Umgebung für Enzyme geschaffen werden. Außerdem testen die Forscher, ob Enzyme direkt mittels e-grafting an die Oberfläche gebunden werden können.

        Die e-grafting Methode ist äußerst attraktiv durch ihre Energieeffizienz, die Möglichkeit in Luft zu bestrahlen und den kompletten Verzicht auf organische Lösungsmittel oder toxische Inhaltsstoffe. Zusätzlich wird nur die Oberfläche modifiziert, ohne das Volumen des Materials zu beeinflussen. Das Potential von intelligenten Oberflächen ist riesig, aber bis heute nur teilweise erschlossen. Besonders entscheidend für den Konsumenten ist die Möglichkeit, Prozesse und Produkte informativer und sicherer zu machen.

        Für den e-grafting Prozess werden wässrige Lösungen von funktionalen Polymeren verwendet. Diese benetzen die meist hydrophoben Polymerfolien oft nur ungenügend. Das Problem kann grundsätzlich durch die Zugabe von Isopropanol oder Tensiden zur Senkung der Oberflächenspannung der Beschichtungslösungen gelöst werden. Im aktuellen Projekt sind aber Tenside unerwünscht, da diese die Funktion der Enzyme negativ beeinflussen können. Um dennoch eine Vielzahl von Substraten funktionalisieren zu können, wird im Rahmen dieses Beta-Tests eine Versuchsreihe zur Erhöhung der Oberflächenenergie durchgeführt. Übergeordnetes Ziel ist hierbei eine verbesserte Benetzbarkeit durch die funktionalen Polymerlösungen durch die Plasmabehandlung der Substrate mit dem piezobrush® PZ3.

        Validierungs- und Messmethoden

        Vier Foliensubstrate werden mit dem piezobrush® PZ3 behandelt: Polyethylenterephthalat (PET), Polymethylmethacrylat (PMMA) sowie die beiden Polyolefine Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE). Die Proben haben jeweils ein Format von 4 cm x 4 cm. Nach der Reinigung mit Isopropanol werden die Proben für 30 s, 60 s oder 90 s behandelt. Mit einem Krüss DSA werden anschließend die Kontaktwinkel von Wasser, Diiodmethan und Ethylenglykol auf fünf Stellen pro Probe ermittelt. Die Durchführung der Kontaktwinkelmessung erfolgt kurz nach der Behandlung (d.h. nach 0,5 h), sowie nach 3 und 6 Stunden. Hierbei werden für jede Messung neue Proben verwendet, um Kreuzkontamination durch die Testflüssigkeiten zu verhindern. Die freie Oberflächenenergie wird mit der Methode von Owens-Wendt-Rabel und Kaelble (OWRK) berechnet. Zur phänomenologischen Beurteilung vergleichen die Forscher die Benetzbarkeit von Polymerfolien vor und nach der Behandlung. Zu diesem Zweck wird eine geringe Menge Lösung mit einem Rakel auf die Folie aufgetragen und die Benetzung qualitativ evaluiert.

        Resultate und Diskussion

        Die Wasser-Kontaktwinkel der unbehandelten Proben liegen zwischen 80° (PET) und 96° (PE), womit die schlechte Benetzbarkeit mit wässrigen Lösungen gut erklärt werden kann. Die Behandlung mit dem piezobrush® PZ3 führt zu einer signifikanten Verringerung der Kontaktwinkel (Abb. 2). Besonders deutlich ist die Differenz vor und nach der Behandlung bei PET mit einem ΔKW von rund 40°. Bei allen Folien kann das hydrophile Benetzbarkeitsregime erreicht werden. Dabei spielt die Behandlungsdauer eine untergeordnete Rolle; grundsätzlich werden aber mit längerer Behandlungsdauer kleinere Kontaktwinkel erzielt.

        Vorbehandlung von Kunststofffolien: Kontaktwinkel von Wasser auf PET, PMMA, PP und PE gemessen unmittelbar nach der Behandlung mit dem piezobrush® PZ3, verglichen mit der unbehandelten Referenz. Die Behandlungsdauer wurde variiert (30, 60 und 90 s).
        Abb. 2: Kontaktwinkel von Wasser auf PET, PMMA, PP und PE gemessen unmittelbar nach der Behandlung mit dem piezobrush® PZ3, verglichen mit der unbehandelten Referenz. Die Behandlungsdauer wurde variiert (30, 60 und 90 s).

        Mit den Kontaktwinkeln von Ethylenglykol und Diiodmethan konnten die Oberflächenenergie und deren Komponenten berechnet werden (Abb. 3). Mit 30 mN/m (Polyolefine) bis 40 mN/m (PET) haben die unbehandelten Materialien niedrige Oberflächenenergien. Der polare Anteil ist in allen Fällen verschwindend gering. Durch die Behandlung mit dem piezobrush® PZ3 kann die Oberflächenenergie für PET auf den Höchstwert von 59 mN/m gesteigert werden, für PMMA und PE auf rund 50 mN/m und für PP auf 43 mN/m. Die polare Komponente nimmt bei allen Materialien massiv zu und ist praktisch allein verantwortlich für die Steigerung in der totalen Oberflächenenergie. Auch hier ist nur eine geringfügige Abhängigkeit von der Behandlungsdauer ersichtlich. Bei PP kann die Oberflächenenergie mit zunehmender Behandlungsdauer leicht gesteigert werden.

        Vorbehandlung von Kunststofffolien: Totale freie Oberflächenenergie (grün) als Funktion der Behandlungsdauer mit dem piezobrush® PZ3 für PET, PMMA, PP und PE. Die dispersiven (orange) und polaren (rot) Komponenten der Oberflächenenergie sind ebenfalls dargestellt.
        Abb. 3: Totale freie Oberflächenenergie (grün) als Funktion der Behandlungsdauer mit dem piezobrush® PZ3 für PET, PMMA, PP und PE. Die dispersiven (orange) und polaren (rot) Komponenten der Oberflächenenergie sind ebenfalls dargestellt.

        Die stark verbesserte Benetzbarkeit lässt sich auch phänomenologisch beim Auftragen von Polymerlösungen beobachten (Abb. 4). Durch Maskierung beim Vorbehandeln können bestimmte Bereiche selektiv aktiviert werden. Diese sind danach sehr viel besser benetzbar, wie am Beispiel einer PP-Folie mit verschiedenen Masken-Geometrien gezeigt wird (Abb. 5). Ausschließlich die behandelten Bereiche werden von den eingefärbten wässrigen Lösungen benetzt.

        Abb. 4: Eingefärbte Wassertropfen auf PMMA. Der Bereich links wurde mit dem piezobrush® PZ3 vorbehandelt, der Bereich rechts wurde nicht behandelt.
        Abb. 4: Eingefärbte Wassertropfen auf PMMA. Der Bereich links wurde mit dem piezobrush® PZ3 vorbehandelt, der Bereich rechts wurde nicht behandelt.
        Abb. 5: Durch Maskierung bei der Plasmabehandlung mit dem piezobrush® PZ3 erzeugte selektive Benetzung von PP Folien.
        Abb. 5: Durch Maskierung bei der Plasmabehandlung mit dem piezobrush® PZ3 erzeugte selektive Benetzung von PP Folien.

        Aktivierte Oberflächen sind häufig Alterungsphänomenen wie dem sogenannten „hydrophobic recovery“ unterworfen. Um das Zeitfenster für die Weiterverarbeitung zu definieren, wird die Oberflächenenergie zusätzlich auch 3 und 6 Stunden nach der Plasmabehandlung bestimmt. Es zeigte sich, dass in diesem Zeitraum keine großen Veränderungen der Oberflächenenergie auftreten (Abb. 6). Einzig bei PP trat nach sechs Stunden unerwartet eine deutliche Zunahme auf, was aus heutiger Sicht noch nicht erklärt werden kann.

        Abb. 6: Freie Oberflächenenergie von PET, PMMA, PP und PE in Abhängigkeit von der Zeit nach der Behandlung. Gezeigt werden die totale freie Oberflächenenergie (grün) sowie deren dispersive (orange) und polare (rot) Komponenten.
        Abb. 6: Freie Oberflächenenergie von PET, PMMA, PP und PE in Abhängigkeit von der Zeit nach der Behandlung. Gezeigt werden die totale freie Oberflächenenergie (grün) sowie deren dispersive (orange) und polare (rot) Komponenten.

        Fazit und Ausblick

        Der piezobrush® PZ3 ist aus Sicht der Forscher sehr gut geeignet, um die Benetzbarkeit kleinformatiger PP, PE, PMMA und PET Proben signifikant zu verbessern. Der piezobrush® PZ3 hat die Erwartungen des Teams um Frau Dr. Neuhaus vollumfänglich erfüllt und mit der Einfachheit der Handhabung überzeugt. Die Arbeitsgruppe wird den piezobrush® PZ3 zur Vorbehandlung der Proben vor der Beschichtung mittels e-grafting einsetzen: „Durch die große Flexibilität und Mobilität des piezobrush® PZ3 können wir die Vorbehandlung direkt beim Elektronenstrahlemitter vornehmen und verlieren somit keine Zeit durch lange Wege.“

        Whitepaper piezobrush® PZ3

        Funktionsprinzip und Leistungsmerkmale

        Autoren: Dariusz Korzec, Florian Hoppenthaler, Thomas Andres, Dominik Burger, Andrea Werkmann, Stefan Nettesheim und Markus Puff
        Datum: Oktober 2020

        Übersicht Whitepaper piezobrush® PZ3

        Thema dieses Whitepapers ist der Atmosphärendruck-Plasmajet piezobrush® PZ3, entwickelt von der relyon plasma GmbH in Regensburg, Deutschland, auf der Basis des CeraPlas® F und CeraPlas® drive – beides Produkte der TDK Electronics GmbH & Co OG in Deutschlandsberg, Österreich. Die Hauptaufgabe des piezobrush® PZ3 ist die Plasmabehandlung verschiedener Materialien zur Erhöhung der Oberflächenenergie. Die erhöhte Oberflächenenergie verbessert die Benetzbarkeit, die Haftung von Klebstoffen, Vergussmassen und Dichtungen oder verbessert die Druckqualität in einer Vielzahl von Industrien. Die Behandlungsrate im Bereich von wenigen Quadratzentimetern pro Sekunde prädestiniert den piezobrush® PZ3 für kleinere Arbeiten vor allem im Labor, in der Werkstatt und in der Kleinserienfertigung. Die geringe thermische Belastung ermöglicht es, den piezobrush® PZ3 in Kombination mit Spezialdüsen auf Biomaterialien und Gewebe anzuwenden.

        piezobrush® PZ3 mit Modul Standard und Modul Nearfield

        Das Ziel dieses Dokuments ist die technische Präsentation des piezobrush® PZ3, die sich an potenzielle technische Verkäufer und Anwender richtet. Das Dokument enthält eine kurze Erläuterung der Funktionsprinzipien, Vergleich mit anderen Plasmasystemen, typische Anwendungen und technische Leistungsdaten. Der Vergleich wurde mit dem Vorgängergerät piezobrush® PZ2 durchgeführt. Die dargestellten Informationen sollen bei der Entscheidung helfen, für welche spezifischen Anwendungen das Gerät eingesetzt werden kann. Die Messung der Ozonkonzentration, des elektrischen Feldes und der Aktivierungsfläche wurden für die quantitative Charakterisierung des piezobrush® PZ3 verwendet. Das Whitepaper piezobrush® PZ3 Teil II und III behandelt Prinzipien, Leistungscharakterisierung und Anwendungsbeispiele von Spezialdüsen.

        Das Whitepaper hier downloaden >>

        Plasmaaktivierung verschiedener
        Kunststoffe

        Beurteilung der Benetzbarkeit, Oberflächenmorphologie und Zugfestigkeit des Klebeverbunds mit Epoxidklebstoff

        Oliver Beier und Andreas Pfuch von INNOVENT e.V. Technologieentwicklung in Jena haben in der Beta-Testphase die Plasmaaktivierung verschiedener Kunststoffe nach der Behandlung mit dem piezobrush® PZ3 und dem Modul „Standard“ untersucht.

        INNOVENT Jena: Plasmaaktivierung verschiedener Kunststoffe

        Hierbei kamen verschiedene Methoden zur Analyse der Plasmaaktivierung zum Einsatz. Bei allen drei untersuchen Materialien, Polypropylen (PP), Polycarbonat (PC) und Polytetrafluorethylen (PTFE) konnte bereits nach einer Behandlung mit einer Geschwindigkeit von 20 mm/s eine verbesserte Benetzbarkeit durch die Messung des Wasserkontaktwinkels nachgewiesen werden. Zudem zeigen die Aufnahmen im Rasterkraftmikroskop (engl. atomic force microscope, AFM) eine erhöhte Rauheit der Oberflächen nach der Behandlung mit dem piezobrush® PZ3. Die bessere Benetzbarkeit und das Nano-Anrauen der Oberfläche führen bei PP und PTFE zu einer deutlichen Verbesserung der Adhäsion. So konnte bei Haftungsuntersuchungen von Klebeverbindungen mit dem Epoxidklebstoff DP460 von 3M auf PP und PTFE eine signifikante Steigerung der Zugfestigkeit im Vergleich zu den unbehandelten Proben festgestellt werden .

        Plasmaaktivierung verschiedener Kunststoffe z.B. von Polypropylen

        Wasserkontaktwinkelmessungen zur Beurteilung der
        Benetzbarkeit

        Um den Effekt der Plasmaaktivierung und deren verschiedene Parametersätze zu evaluieren wird die Kontaktwinkelmessmethode herangeführt. Hierzu werden jeweils 10 Tropfen destilliertes Wasser mit einem Volumen von 1 µl auf den jeweiligen Proben abgelegt. Mit dem Kontaktwinkelmessgerät OCA 20 der DataPhysics GmbH werden deren Kontaktwinkel mit der Oberfläche vermessen. Hierbei gilt, je kleiner der Kontaktwinkel desto höher die Benetzbarkeit. Insgesamt wurden sechs unterschiedliche Parametersätze auf allen Proben durchgeführt. Die wichtigsten Parameter hierbei sind Behandlungsgeschwindigkeit, Abstand zwischen Plasmamodul und Substrat und Anzahl der Behandlungsdurchläufe (DL). Die Geschwindigkeit ist in allen Versuchen mittels einer automatischen Verfahreinheit konstant auf 20 mm/s eingestellt. Als Behandlungsabstände werden 2 und 4 mm Abstand gewählt und für diese jeweils ein, zwei und vier Durchläufe mit dem piezobrush® PZ3 getestet. Außerdem werden bei allen Tests die Überfahrten mit einem Abstand von 3 mm über die Oberfläche gerastert.

        Die dargestellten Abbildungen 1 bis 3 zeigen deutlich, dass die Benetzbarkeit auf allen Kunststoffen durch die Behandlung mit dem piezobrush® PZ3 steigt. Bereits eine Überfahrt (1 DL) erzielt sehr gute Resultate, die sich durch weitere Überfahrten (2 und 4 DL) nur noch leicht verbessern.

        Messung der Oberflächenrauheit mit dem
        Rasterkraftmikroskop

        Auch bei der Analyse der Oberflächenmorphologie zeigt sich, dass bereits ein Behandlungsdurchlauf mit dem piezobrush® PZ3 die Kunststoffoberflächen verändert. Bei diesen Versuchen wird bei einer Geschwindigkeit von 20 mm/s gearbeitet. Hierbei beträgt der Abstand zwischen Modul und Substrat 4 mm. Mit dem Rasterkraftmikroskop MFP3D von Asylum Research werden sodann die jeweilige Referenzproben, als auch die mit dem piezobrush® PZ3 behandelten Proben vermessen. Anschließend erfolgt die Bestimmung der Rauheit der Oberflächen. Die Abbildungen 4 bis 6 zeigen, dass die Aufrauhung im nm-Bereich mit der Anzahl an Plasmadurchläufen zunimmt.

        Haftungsuntersuchungen eines Klebeverbunds zwischen
        Kunststoff und Stahl mit Epoxidklebstoff

        Plasmaaktivierung von PTFE
        Haftungsuntersuchungen eines Klebeverbunds zwischen Kunststoff und Stahl mit Epoxidklebstoff

        Die letzte Versuchsreihe hat den meisten Anwendungsbezug. Hier werden die drei Kunststoffe PP, PC und PTFE mittels des Epoxidklebstoffs DP460 von 3M mit einem Stahlstempel verbunden. Der Klebeverbund wird dabei nicht belastet. Nach einer Aushärtezeit von 2 Stunden bei 65°C erfolgt die Bestimmung der Zugfestigkeit nach DIN EN ISO 4624. Hierbei werden jeweils 10 Proben mit dem Prüfsystem Inspekt table 50 kN von Hegewald und Peschke einer Haftzugprüfung unterzogen. Während beim PC die Zugfestigkeit der plasmabehandelten Proben in der Größenordnung der Referenz liegen (s. Abb. 8), zeigt sich sowohl beim PP als auch beim PTFE eine signifikante Verbesserung des Klebeverbunds, sogar nach nur einem Durchlauf mit dem piezobrush® (s. Abb. 7 und 9).

        Zusammenfassung der Ergebnisse

        Die Untersuchung der Plasmaaktivierung verschiedener Kunststoffe PP, PC und PTFE mit dem piezobrush® PZ3 zeigen, dass bereits eine einzige Überfahrt der Oberflächen mit einer Geschwindigkeit von 20 mm/s eine signifikante und reproduzierbare Verbesserung der Benetzbarkeit erzeugt. Zudem entsteht eine Anrauung der Oberflächen im nm-Bereich. Bei den abschließenden Prüfungen der Zugfestigkeit vom Klebverbund mit Epoxidklebstoff wird deutlich, dass sowohl die verbesserte Benetzbarkeit als auch die erhöhte Rauheit typischerweise notwendige aber nicht immer hinreichende Kriterien für eine verbesserte Klebung sind. Zwar zeigt die Vorbehandlung mit dem piezobrush® PZ3 bei PC und dem gewählten Epoxidklebstoff keine Verbesserung der Zugfestigkeit, wohl aber für die entsprechenden Verbindungen mit PP und PTFE.

        Insgesamt attestieren die Beta-Tester von INNOVENT dem piezobrush® PZ3 eine klar strukturierte und intuitive Programmstruktur. Zudem ist ein leichter und sicherer Wechsel zwischen den beiden Modulen „Standard“ und „Nearfield“ möglich. Vor allem aber entstanden im Test gute und homogene Behandlungsergebnisse für die untersuchten Plasmaparameter.

        Sichere Klebeverbindungen in der Medizintechnik

        Rimkus Medizintechnik ist seit vielen Jahren im Bereich der Biomedizin und Medizintechnik tätig. Dabei liegt der aktuelle Schwerpunkt auf der Telemetrie für die Geburtshilfe. Alle medizinischen Geräte genügen dem internationalen Standard DIN EN ISO 13485 und erfordern dementsprechend gleichbleibend hohe Fertigungsqualität. Häufig bestehen die Gehäuseteile der medizinischen Geräte aus Kunststoff und Silikon, die zum einen dem Schutz und zum anderen der Funktion der innenliegenden Elektronik dienen. Allerdings ist es in der Verbindungstechnik meist sehr anspruchsvoll eine belastbare und zuverlässige Klebeverbindungen zwischen Silikon- und Kunststoffteilen herzustellen. Um sichere Klebeverbindungen zwischen Silikon und Kunststoff zu garantieren, wird daher kaltes Atmosphärendruckplasma aus dem Plasma Handgerät piezobrush® PZ2 in der Fertigung der Firma Rimkus Medizintechnik eingesetzt.

        Klebeverbindungen zwischen Silikon und Kunststoff: Das Silikonteil links soll mit dem Kunststoffgehäuseteil rechts verbunden werden, um als Druckkammer zu dienen.
        Zu klebende Gehäusekomponenten: Das Silikonteil links soll mit dem Kunststoffgehäuseteil rechts verbunden werden, um als Druckkammer zu dienen.

        Anwendungsbeispiel Gehäusefertigung

        Als Beispiel dient das Gehäuse eines Sensors für Wehentätigkeit. In diesem Fall ist das Gehäusematerial Bayblend, eine Mischung aus den Kunststoffen ABS und PC. Ein Silikonteil aus Silpuran dient dabei als Druckkammer zur Messung des absoluten Drucks. Hierzu ist eine feste Verbindung mit dem Gehäuse notwendig. Zunächst werden die Teile dafür mit Isopropanol gereinigt. Anschließend erfolgt die Plasmabehandlung mit dem piezobrush® PZ2.

        Im Anschluss wird dann das Silikonteil mittels RTV Montagekleber 118Q von Momentive in die Öffnung geklebt und der überschüssige Kleber entfernt. Nach 24 Stunden sind die Klebeverbindungen zwischen Silikon und Kunststoff stabil.

        Nach Montage des Innenlebens werden das Gehäuseober- und unterteil mittels eines Silikonrings verbunden und abgedichtet. Hierzu erfolgt nach einer Reingung der Klebeflächen mit Isopropanol die Plasmabehandlung mit dem piezobrush® PZ2.

        Anschließend werden Silkonring und Gehäuse mit Montagekleber verbunden. Diese Konstruktion dient in erster Linie dazu, dass der eingebaute Li-Po-Akku, im Falle einer Beschädigung und anschließender Aufblähung,  das Gehäuse sanft öfnnen kann, anstatt es z.B. bei einer Verschraubung explosionsartig zu sprengen.

        Gute Argumente für kaltes Plasma

        Wir haben zur Vorbehandlung der Kunststoffoberfläche diverse Methoden versucht: Primer, Gasflamme, andere Plasmaerzeuger. Primer waren nicht einfach zu handhaben und beschädigten die Oberfläche neben der Klebestelle. Die Gasflamme ist schwer zu dosieren. Andere Plasmaerzeuger produzierten zu heißes Plasma oder benötigten zusätzliche Infrastruktur. Das piezobrush System erzeugt kaltes Plasma und ist sehr flexibel in der Handhabung. Die damit erzeugten Verklebungen ergaben für unsere Zwecke ausreichende Festigkeiten.Martin Patsch - Rimkus Medizintechnik

        Über Rimkus Medizintechnik

        Rimkus Medizintechnik ist seit 1986 als Unternehmen im Bereich der Biomedizin engagiert. Rechnergestützte Systeme und mobile Messtechnik sind die Spezialgebiete. Nach nunmehr 30 Jahren in der Medizintechnik ist der aktuelle Schwerpunkt Telemetrie für die Geburtshilfe. Rimkus Medizintechnik war 1999 die erste Firma, die ein Telemetriesystem auf den Markt brachte, das mit wasserdichten Aufnehmern völlig drahtlos die fetale Herzrate und die Wehen auch im Wasser aufnehmen und mit Funk übertragen konnte.

        Kaltes Plasma sichert im Fertigungsprozess hohe Qualität von Medizinprodukten

        Die IKA Gruppe ist führendes Unternehmen in der Labor, Analysen-, und Prozesstechnik mit Spezialisierung u.a. in den Bereichen Rühren, Mischen, Zerkleinern, Temperieren, Destillieren oder Mahlen. Im Rahmen dieser Expertise produziert die IKA Gruppe in Staufen Pipetten, die autoklavierbar sein müssen, damit sie den hohen Hygienestandards entsprechen. Bei der Fertigung kommt die innovative PDD Technologie® von relyon plasma beim Kleben von Polypropylen zum Einsatz, um die hohe Qualität in der Produkte in der Medizintechnikfertigung zu sichern.

        Die Gehäusekomponenten der Pipetten bestehen aus Polypropylen (PP). Eine graue Abdeckung wird mit Acrylat Klebstoff auf den weißen Grundkörper aufgeklebt. Die Vorreinigung der Kunststoffoberfläche mit Isopropanol allein, kann nicht garantieren, dass die Klebeverbindung den Autoklavierprozess bei 121°C unbeschadet übersteht. Daher ist eine Aktivierung des Polypropylens notwendig, um die geforderte Qualität der Klebung sicherzustellen.

        Pipette der IKA Gruppe aus Polypropylen

        Plasmaaktivierung vor dem Kleben von Polypropylen

        Die Aktivierung des Kunststoffs erfolgt bei der Pipetten Fertigung durch kaltes Plasma mit dem piezobrush® PZ2-i. Hierbei ist der piezobrush® PZ2-i fest in die Fertigungslinie integriert. Durch die Plasmaaktivierung ist das Kleben von Polypropylen direkt im Anschluss an die Oberflächenvorbehandlung ohne Wartezeit möglich. Das austretende Plasma ist hocheffektiv und übersteigt kaum die Raumtemperatur. Daher kann eine temperaturindizierte Überbehandlung der Kunststoffoberfläche ausgeschlossen werden, selbst wenn die Linie stehen sollte. Somit setzt sich diese atmosphärische Behandlung mit kaltem Plasma aus dem piezobrush® PZ2-i von anderen konventionellen Vorbehandlungsmethoden wie dem Beflammen oder dem Einsatz von nass-chemischen Primern ab. Kaltes Plasma sichert somit im Fertigungsprozess eine hohe Qualität von Medizinprodukten.

        Innovative Plasmatechnologie

        Der Einsatz des piezobrush® PZ2-i mit seiner innovativen Kaltplasmatechnologie sichert bei der Produktion der Pipette einfach und zuverlässig die Qualität der Klebeverbindung. Darüber hinaus bietet diese Art der Oberflächenbehandlung neben Prozess- und Qualitätssicherheit auch einen sicheren Arbeitsplatz. Durch eine einfache Absaugvorrichtung kann das entstehende Ozon extrahiert werden. Aufgrund der hohen Effizienz und der entsprechend niedrigen Leistungsaufnahme und Temperatur des Plasmas, besteht auch beim unbeabsichtigten Kontakt keinerlei Gefahr für das Personal. Bei konventionellen Plasmajet-Systemen, wie dem plasmabrush® PB3, muss hingegen die Berührsicherheit der Anlage durch Abschrankung oder Einhausung vom Betreiber sichergestellt werden.

        Plasmabehandlung mit dem piezobrush® PZ2-i
        Plasmabehandlung mit dem piezobrush® PZ2-i

        Plasma Handgerät für Machbarkeitstest

        Um zu prüfen, ob kaltes Plasma für einen bestimmten Anwendungsfall die gewünschte Prozessverbesserung leistet, eignet sich das piezobrush® PZ3 Handgerät. Dieses ist sowohl für erste Machbarkeitstests als auch für die Fertigung von Kleinserien ideal geeignet. Dieses kommt dank integriertem Lüfter auch ohne den Einsatz von externen Gasen aus. Außerdem verfügt der piezobrush® PZ3 über verschiedene Prozessmodi, die eine Ermittlung von reproduzierbaren Parametersätzen ermöglichen. Anschließend ist der Sprung in die automatisierte Fertigung dann problemlos mit dem piezobrush® PZ2-i möglich. Beide Systeme sind zudem auch als Leihgeräte verfügbar.

        Weitere Informationen

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        Lebensdauer der plasmabrush® PB3 A250 Düse

        Das plasmabrush® PB3 Hochleistungs-Plasma-System ist bekannt für seine Robustheit, die ebenfalls kompakte Bauweise und die lange Lebensdauer. Lediglich die Elektrode und die Düse sind Verschleißteile der Atmosphärendruckplasmaanlage. Zwischen diesen beiden Komponenten wird der elektrische Lichtbogen stabilisiert an dem das Prozessgas in den Plasmazustand angehoben wird. Im folgenden Bericht wird die Lebensdauer der plasmabrush® PB3 A250 Düse untersucht.

        Durch die Wahl der richtigen Düse kann ein Prozess optimal auf die jeweilige Anwendung angepasst werden. Die A250 Düse ist dabei die optimale Wahl für potentialarme und temperaturempfindliche Plasmaanwendungen. Die Düse liegt auf dem Massepotential und dient somit als Kathode für die Gleichspannungspulse des Systems. Durch die besondere Geometrie der Düse wird der Lichtbogen, der für die Entladung zuständig ist, innerhalb der Düsengeometrie eingehaust, so dass sich im Inneren der Düse die direkten Entladungen befindet. Im Gegensatz dazu besteht der austretende Plasmastrahl nur aus sekundärem Plasma. Mit dem sogenannten sekundären Plasma werden hochreaktive Spezies übertragen, ohne dass Ladungsträger dabei zu einem hohen Potential der Düse führen. Somit ist diese Düse besonders gut für Anwendungen in der Elektroindustrie geeignet.

        Ein weiterer Vorteil der Bauform der A250 Düse ergibt sich aus dem Abbrennverhalten. Das Plasma wird hierbei durch Hochspannungsüberschläge erzeugt. Wie bereits beschrieben, ist die Düse ein Verschleißteil innerhalb des Systems. Für den Benutzer sind die Düsen ohne Werkzeug in kürzester Zeit wechselbar.

        Abbrennverhalten

        Bei einem Luftfluss von 35 Standardlitern pro Minute (slm) wird die Entladung über die gesamte Innenseite der Düse verteilt. Hierdurch bleibt das Abbrennverhalten konstant. Für eine längere Standzeit der Düse kann die Strömungsdynamik durch einen geeigneten Luftfluss optimiert werden.

        Brennbild der Düse A250 nach verschiedenen Betriebsstunden
        Brennbild der Düse A250 nach verschiedenen Betriebsstunden

        Die obenstehende Abbildung zeigt das Brennbild des austretenden Sekundärplasmas der Düse nach 0, 500 und 1000 Betriebsstunden. Hier wird deutlich, dass zwar das Düsenmaterial nach und nach oxidiert, das für den Prozess entscheidende Brennbild sich im Laufe der Betriebszeit jedoch kaum verändert.

        Temperatur

        Zusätzlich zu der optischen Beurteilung des Prozesses kann über die Temperatur ein gleichbleibendes Verhalten über die Zeit gezeigt werden. In der folgenden Abbildung ist der Messaufbau der Temperaturmessung dargestellt. Dabei wird deutlich, dass die Temperatur bei einem Abstand von 8 mm konstant bei ca. 300 °C liegt.

        Die Temperatur der Düse wurde in 8 mm Abstand gemessen. Die Temperatur beträgt über die gesamte Messzeit ca. 300 °C.
        Die Temperatur der Düse wird in 8 mm Abstand gemessen. Die Temperatur beträgt über die gesamte Messzeit rund 300 °C.
        Messaufbau Düsenlebensdauer A250
        Messaufbau

        Zusammenfassend kann man die A250 Düse als potentialarme und relativ kalte Plasmadüse mit einer langen Standzeit von 1000 h beschreiben. Die Plasmaeigenschaften bleiben dabei über den gesamten Zeitraum konstant und benötigen kein Nachjustieren im Prozess.

        Plasma im Leichtbau

        Im Leichtbau ist es besonders wichtig, dass nicht nur die Materialien, sondern auch die Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten gewichtsoptimiert sind. Daher bietet sich für die Verbindungstechnologie besonders die strukturelle Verklebung an. Dies liegt daran, dass diese im Gegensatz zu Schrauben und Nieten nur geringfügig zum Gesamtgewicht beitragen. Um diese Klebungen auch aus sicherheitstechnischen Gründen besonders haltbar und belastbar zu machen, wird häufig Plasma zur Optimierung von Prozessen und Qualität im Leichtbau eingesetzt.

        Daher ist das Plasma Handgerät piezobrush® PZ2 auch bei der capricorn COMPOSITE GmbH im Einsatz.

        Plasma im Leichtbau

        Das Unternehmen ist Experte für Entwicklung und Fertigung von Faserverbundkomponenten. Zudem stellt es mit hochwertigster Prepreg-Autoklav-Technik Serien- und Prototypen-Bauteile für Automobilindustrie, Motorsport, Medizintechnik sowie Luftfahrt her.

        Der piezobrush® PZ2 wird dabei bei strukturellen Verklebungen von Leichtbaukomponenten verwendet. Aus technischer Sicht hebt sich besonders die sehr einfache und flexible Anwendung. Durch eine vorherige Plasmabehandlung ergibt sich im Leichtbau eine deutliche Haftungsverbesserung der vorbehandelten Flächen, insbesondere bei Materialien mit geringer Oberflächenenergie.

        Mit Plasma kann heute jeder seine Produktqualität verbessern

        Der einfache, sichere und umweltfreundliche Weg für Start-ups und Kleinunternehmen

        Veröffentlicht: ISGATECH DICHT! 2.2020 – Plasmatechnologie für Start‐ups
        Autor: Andrea Werkmann

        Logo ISGATEC DICHT!

        BRANCHENÜBERGREIFEND MASCHINEN UND ANLAGEN – Der Einsatz der Plasmatechnologie zur Optimierung von Adhäsionsprozessen ist in der Industrie Stand der Technik. Da konventionelle Plasmasysteme jedoch entweder auf kostenintensive Vakuumkammern (Niederdruckplasma) oder einen relativ hohen Grad an Automatisierung (Atmosphärendruckplasma) angewiesen sind, können kleinere Unternehmen oder Start-ups weniger von den Vorteilen der Technologie profitieren. Heute schafft hier ein weiterentwickeltes System auf Basis der PDD- (Piezoelectric Direct Discharge) Technologie® Abhilfe.

        Für ein Start-up-Unternehmen ist der Einsatz einer herkömmlichen industriellen Plasmaanlage i.d.R. kaum denkbar, aber dank der Piezotechnik von relyon plasma werden auch ohne große Investitionen professionelle Klebeverbindungen möglich. Technologisch basiert die Plasmaerzeugung auf der Entladung des piezoelektrischen Transformators CeraPlas™ der TDK Electronics AG, welcher im Kaltplasmahandgerät piezobrush® verbaut ist. Hiermit wird bei einer Leistungsaufnahme von nur 18 W eine hocheffiziente Plasmaerzeugung erreicht. Unterschiedliche Oberflächen müssen mit dem jeweils passenden Zubehör aktiviert werden, um am Ende ein gutes Ergebnis zu erzielen: Mit dem Modul Standard (Bild 1, links) können nichtleitfähige Materialien wie Kunststoff behandelt werden, während das Modul Nearfield (Bild 1, rechts) zur Behandlung von leitfähigen Materialien wie Metallen eingesetzt wird.

        Für spezielle Geometrien gibt es darüber hinaus für den piezobrush® PZ2 die Multigas-Düse, die mit ihrem Nadeleinsatz die Behandlung in engen Nuten und zudem die Einspeisung anderer Prozessgase möglich macht. Neben dem Handgerät ist die Kaltplasmatechnologie auch in der Integrationseinheit piezobrush® PZ2-i verfügbar. Deren externe Prozesssteuerung ermöglicht eine einfache Integration in Verfahreinheiten oder bestehende Dosieranlagen. All dies ebnet den Weg, um mit Plasmatechnologie – vom Prototyp über die Kleinserie bis hin zu größeren Stückzahlen – durchzustarten.

        Vorteile der Technologie

        Insgesamt liegen die Vorteile der Plasmabehandlung auf der Hand: Materialien wie Kunststoffe und Komposite, die sonst nur durch eine Vorbehandlung mit giftigen und umweltschädlichen chemischen Primern sicher verklebt, abgedichtet oder vergossen werden konnten, können nun dank einer kurzen Plasmavorbehandlung ohne Abdampfzeit optimal weiterverarbeitet werden. Die hochreaktiven Moleküle im Plasmagas funktionalisieren die Oberflächen und erhöhen dabei die Benetzbarkeit und erzeugen Ankergruppen in den obersten Atomlagen, welche wiederum mit Klebstoff, Dicht- oder Vergussmassen eine optimierte Verbindung eingehen. Der Effekt des kalten Plasmas an der-Substratoberfläche kann sich dabei mit den Hochleistungssystemen messen: Verglichen mit konventionellen Systemen mit ca. 100-facher Leistungsaufnahme können mit dem piezobrush® schon bei einer nur 10-fach verringerten Prozessgeschwindigkeit (ca. 20 mm/s) ähnliche Aktvierungsergebnisse auf einer Vielzahl an Kunststoffen erzielt werden.

        Auch beim Thema Arbeitssicherheit bietet das Plasma-Handgerät viele Vorteile. Großindustriell werden Plasmavorbehandlungen typischerweise direkt in der Linie durchgeführt. Beim Betrieb dieser Hochleistungssysteme müssen jedoch einige Arbeitsschutzthemen beachtet werden: Aufgrund der Risiken eines elektrischen Schlags und heißer Oberflächen müssen die Systeme berührsicher verbaut sein. Auch die Entstehung von Prozessabgasen verlangt zwingend nach einer adäquaten Absaugeinrichtung. Bezüglich der Prozesssicherheit muss eine Relativgeschwindigkeit zwischen Plasmaerzeuger und Substrat eingestellt werden. Kommt es zu einer Verringerung der Liniengeschwindigkeit, kann es zu thermischen Schäden oder einer Überbehandlung von temperaturempfindlichen Materialien kommen. Anders beim piezobrush®: Da die Art des Plasmas, das im Handgerät erzeugt wird, kaum die Raumtemperatur übersteigt, finden bei dieser Plasmabehandlung keine Wärmeverluste statt, was zusammen mit der geringen Eingangsleistung einen einfachen und sicheren Umgang mit dem Handgerät ermöglicht. Sowohl die Risiken für den Bediener als auch die der Überbehandlung oder thermischen Schädigung von Substraten sind hier auf ein Minimum reduziert.

        Prädestiniert für den Prototypenbau und Kleinserie

        Damit wird die Kaltplasmatechnologie zur Alternative für Prototypenbau und Kleinserienproduktion und ersetzt dort bedenkliche nasschemische Primer ohne den hohen Investitions- und Integrationsaufwand von konventionellen Plasmasystemen. So wird die handliche Kaltplasmatechnologie bereits im professionellen 3D-Druck, u.a. bei der Creabis GmbH, eingesetzt (Bild 2), um im Prototypenbau z.B. größere Polyamidbasierte Bauteile strukturell verkleben zu können. So wurde etwa die Türinnenverkleidung eines Elektro-Kleinserienfahrzeugs eines deutschen Start-ups von Creabis aus ungefülltem PA12 durch selektives Lasersintern (SLS) in vier Einzelteilen gedruckt. Anschließend werden diese mit Plasma aktiviert und mit Cyanoacrylat (Sekundenkleber) gepunktet. Rund 1 h später, in der die Plasmaaktivierung der Teile immer noch anhält, wurden sie mit einem 2K-Kleber final strukturverklebt. Durch die Verwendung des piezobrush® PZ2 ergeben sich so Möglichkeiten für das Unternehmen, die bei der Verklebung von Einzelteilen bislang undenkbar waren.

        Plasmatechnologie für Start-ups mit dem piezobrush® PZ3 ist das möglich.

        Ein weiteres Praxisbeispiel ist das Start-up ACT (Animal Care Technologies GmbH), dessen Team den Colicheck entwickelt hat. Dieses Gerät wird als Manschette an das Bein eines Pferdes angelegt und kann Frühsymptome einer Kolik erkennen und melden. Aufgrund der Einsatzbedingungen muss das Gehäuse sehr robust und gut verklebt sein. Mit der Plasmatechnologie können für das Gehäuse professionelle Klebverbindungen erreicht werden und erst durch den Einsatz des piezobrush® PZ2 ist es dem Unternehmen gelungen, die Klebverbindung der Kunststoffgehäuseteile zuverlässig und dauerhaft herzustellen. Sowohl das ABS-Material der Kunststoffschalen als auch der TPE-Zwischenring zeigen durch die Plasmabehandlung eine nahezu unlösbare Verbindung mit dem eingesetzten Polymer-Klebstoff.

        Fazit und Ausblick

        Der einfache und sichere Einsatz des kalten Plasmas im piezobrush®PZ2 wurde mit dem Nachfolgemodell piezobrush®PZ3 (Bild 3) weiterentwickelt – etwa durch integrierte Tools zur Prozesskontrolle, wie z.B: akustisches Feedback, Leistungseinstellungen und verschiedene Modi für die Kontrolle der Behandlungszeit. Das neue System kann mit verschiedenen Wechselmodulen zur Behandlung unterschiedlicher Materialien betrieben werden. Letztendlich stehen aber immer leistungsfähigere Systeme zur Verfügung, mit denen Start-ups und Kleinunternehmen ihre Prozesse wirtschaftlich und technologisch einfach durch die bewährte Plasmatechnologie verbessern können und damit die Produktqualität weiter steigern können.

        Der Piezobrush PZ3 mit dem Standard und dem Nearfield Modul.

        Möchten auch Sie Plasmatechnologie für Start‐ups nutzen?

        Wenn auch Sie Plasmatechnologie für Start‐ups nutzen möchten, treten Sie mit uns in Kontakt. Über eine Leihstellung können Sie den piezobrush® PZ3 einfach und schnell direkt bei Ihnen vor Ort und ohne finanzielles Risiko testen.

        Kontakt >>

        Plasmareinigung von Edelstahlblechen

        Die SITA Messtechnik GmbH entwickelt, produziert und vertreibt Fluoreszenzmesstechnik für die Sauberkeitskontrolle von Teilen. Im folgenden Anwenderbericht haben Hr. Stefan Büttner und Hr. Lutz Freudenberg die Effizienz und Wirkung der Plasmareinigung von Edelstahlblechen mithilfe der Fluoreszenzmessung untersucht.

        Vorbereitung

        Zuerst wurden Edelstahlplatten für 15 Minuten im Ultraschallbad bei 60° C mit dem alkalischen Reiniger SurTec 151 (3 Masse-%) gereinigt und anschließend gründlich mit vollentsalztem Wasser abgespült und mittels Heißluft getrocknet. Auf die sauberen Oberflächen wurde danach gezielt ein Tropfen Fuchs Anticorrit MRK 4 Öl aufgetragen und mit einem Labortuch verrieben.

        Das Blech wurde danach im SITA FluoScan 3D mittels Fluoreszenzmessung hochauflösend abgescannt, um die Verteilung des Öls auf dem Blech zu untersuchen. Die Fluoreszenzmessung ist eine schichtdickensensitive Messung und erfasst die Fluoreszenzintensität in RFU (relative fluorescence unit). Je geringer der Messwert in RFU, desto sauberer die Oberfläche.

        Plasmabehandlung

        Ziel der Plasmabehandlung ist es das Edelstahlblech zu reinigen indem der Ölfilm entfernt und die Oberfläche dadurch für Folgeprozesse wie Kleben, Lackieren oder Bedrucken optimiert wird. Hierfür wird das Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 verwendet.

        Plasmareinigung von Edelstahlblechen mit dem piezobrush® PZ3

        Plasmareinigung von Edelstahlblechen mit dem piezobrush® PZ3

        Dieses wurde dazu an der Verfahrachse des SITA FluoScan 3D (einem Prüfstand zur automatisierten Sauberkeitskontrolle) befestigt, so dass die Plasmabehandlung durch automatisches Verfahren erfolgen konnte.

        Der piezobrush® PZ3 wurde durch einen programmierten Verfahrweg, bei eingeschaltetem Plasma mit konstanter Verfahrgeschwindigkeit sowie konstantem Abstand zur Oberfläche über das Testblech verfahren. Um den Einfluss der Geschwindigkeit deutlich zu machen, erfolgte die Behandlung erst mit 2,5 mm/s und an der zweiten Stelle mit der halben Behandlungsdauer, entsprechend bei einer Geschwindigkeit von 5 mm/s.

        Fazit

        Man sieht deutlich, dass die beiden Bereiche, die mit Plasma gereinigt wurden, wesentlich sauberer sind als der Rest des Metallbleches. Zudem wird deutlich, dass durch eine längere Behandlungsdauer eine gründlichere Reinigung erzielt werden kann.

        Ergebnisse der Fluoreszenzmessung auf dem ungereinigten Edelstahlblech
        Bild 1:   Ergebnisse der Fluoreszenzmessung auf dem ungereinigten Edelstahlblech
        Ergebnisse der Fluoreszenzmessung auf dem Plasma gereinigten Edelstahllblech
        Bild 2:   Ergebnisse der Fluoreszenzmessung auf dem Plasma gereinigten Edelstahllblech

        Durch geeignete Auswahl der Parameter der Plasmareinigung unter Zuhilfenahme der Fluoreszenzmessung, um die Reinigungswirkung zu kontrollieren und zu optimieren, kann eine optimale Reinigungswirkung bei gleichzeitig hoher Wirtschaftlichkeit erreicht werden.

        Bei der Reinigung von Metallteilen spielt die Plasmareinigung ihre Stärken insbesondere im Bereich der Feinstreinigung und der selektiven Reinigung von Funktionsflächen vor sauberkeitskritischen Prozessen oder bei hochwertigen Produkten aus.

        Die Wirkung des Plasmas ist in den Ergebnissen der Fluoreszenzmessung klar zu erkennen. Eine höhere Behandlungsdauer bewirkt wie erwartet eine bessere Reinigungswirkung.

        Über SITA Messtechnik GmbH

        Die SITA Messtechnik GmbH entwickelt, produziert und vertreibt Geräte für das Messen der dynamischen Oberflächenspannung von Flüssigkeiten, vollautomatische Schaumtester zum Prüfen des Schäumverhaltens von Flüssigkeiten sowie Fluoreszenzmesstechnik für die Sauberkeitskontrolle von Teilen und für die Schmutzüberwachung von Prozessmedien sowie Geräte für die Kontaktwinkelmessung zur Überprüfung der Benetzbarkeit. Die einfach handhabbaren und robusten Messgeräte werden in Laboren der Forschung und Entwicklung in der chemischen Industrie zur Analyse und Qualitätssicherung eingesetzt und im Bereich der Oberflächentechnik zum Überwachen und Steuern von Prozessen genutzt.

        Kaltes Plasma in der Elektroindustrie – das neue Kaltplasma-Handgerät piezobrush® PZ3 

        Ob bei Verklebungen oder Kennzeichnungen von Kunststoffkomponenten, Wire-Bonding Prozessen auf metallischen Kontaktpads oder der Fertigung von Energiespeichern: Adhäsion spielt in vielen Bereichen der Elektroindustrie eine entscheidende Rolle für Produktqualität und Prozessstabilität. Um die Oberflächen verschiedenster Materialien optimal für derartige Adhäsionsprozesse vorzubereiten, wird immer häufiger Plasma in der Elektroindustrie eingesetzt. Diese Technologie ermöglicht eine selektive Behandlung von Funktionsflächen auf Kunststoffen, Metallen oder Kompositen zur Verbesserung einer Reihe an Folgeprozessen. Während konventionelle Atmosphärendruckplasmasysteme fest in Anlagen mit entsprechender Gasversorgung, Absaugung und Sicherheitskonzepten integriert werden müssen, bietet das neue Kaltplasma-Handgerät piezobrush® PZ3 die Möglichkeit der unkomplizierten und händischen Optimierung von Oberflächen. 

        Verbesserte Adhäsionsprozesse an Gehäuseteilen 

        Bei der Umhausung elektronischer Baugruppen und Geräte kommen die unterschiedlichsten Werkstoffe und Materialkombinationen zum Einsatz, wie beispielsweise Aluminium, Standardkunststoffe wie ABS, PC, PA oder PP, aber auch faserverstärkte Komposite. Neben der Erzeugung eines funktionellen Interfaces und im Endverbraucherbereich auch eines attraktiven Äußeren, dient das Gehäuse vor allem dem Schutz der Elektronik vor äußeren Einflüssen und Kontaminationen. Dementsprechend ist eine stabile Verklebung von Gehäuseschalen von höchster Bedeutung für die Qualität des gesamten Produkts. Die Oberflächen der typischerweise genutzten Gehäusematerialien sind häufig abweisend gegenüber Schmutz und Feuchtigkeit, aber auch gegenüber Klebstoffen, Drucktinten oder Lacken. Dies führt in vielen Fällen zu einer unzureichenden Haftfestigkeit der Gehäuseverklebung oder zu einer minderwertigen Qualität von Kennzeichnung oder Designelementen. Diese Probleme sind in erster Linie auf die unzureichende Benetzbarkeit der verwendeten Materialien zurückzuführen. Mittels einer Behandlung der Oberflächen mit kaltem Atmosphärendruckplasma kann die Benetzbarkeit gezielt verbessert werden. Den Nachweis hierfür kann durch die Analyse des Kontaktwinkels zwischen einer Testflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, und der Kunststoffoberfläche erbracht werden: Je kleiner der Kontaktwinkel, desto flacher der Tropfen und desto besser die Benutzbarkeit (s. Abb.). 

        Benetzung einer Oberfläche vor und nach der Plasmabehandlung

        Eine gute Benetzbarkeit ist ein notwendiges Kriterium für einen optimierten Folgeprozess wie beispielsweise eine Verklebung. Die Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Gehäuseteilen durch Plasma können sich dank der kompakten und günstigen Piezo Direct Discharge (PDD) Technologie® im piezobrush® PZ3 Handgerät nun auch Start-ups und kleinere Unternehmen leisten. So wird dieses etwa bei der Animal Care Technologies GmbH eingesetzt, um die beiden Gehäusehälften des eigens entwickelten Colicheck sicher zu verkleben. Der Colicheck wird als Manschette an das Bein des Pferdes angelegt, um den Gesundheitszustand des Pferdes zu tracken und Frühsymptome einer Kolik zu erkennen und zu melden. Als Beinmanschette muss das Gehäuse des Colicheck sehr robust und gut verklebt sein. Mit der Plasmatechnologie von relyon plasma können für das Gehäuse professionelle Klebeverbindungen erreicht werden.  

        „Erst durch den Einsatz des relyon plasma piezobrush® ist es uns gelungen die Klebeverbindung unserer Kunststoffgehäuseteile zuverlässig und dauerhaft herzustellen. Sowohl das ABS Material der Kunststoffschalen als auch der TPE Zwischenring zeigen durch die Plasmabehandlung eine nahezu unlösbare Verbindung mit dem eingesetzten Polymer Klebstoff. Ohne die Plasmabehandlung mit dem piezobrush® wäre eine ausreichende Klebeverbindung für unseren Qualitätsanspruch unmöglich.“, so Doris Hoffmann von Animal Care Technologies GmbH

        Kaltplasmatechnologie 

        Konventionelle Plasmasysteme arbeiten entweder im Niederdruckbereich und sind dementsprechend als Kammern ausgeführt, die mit Bauteilen bestückt, abgepumpt und nach der Plasmabehandlung wieder entleert werden. Alternativ gibt es auch inline-fähige Plasmalösungen unter Atmosphärendruck, welche allerdings mit Integrationsaufwand verbunden sind, wie beispielsweise der Installation einer Absaugeinheit und der Implementierung einer Prozesskontrolle um eine Überbehandlung oder Temperaturschädigung von Substratmaterialien wie Kunststoff zu verhindern. Zudem kann der direkte Kontakt zur Plasmaflamme die Gesundheit von Mitarbeiter gefährden.  

        Beim Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 ist die Handhabung wesentlich einfacher. Die hier erzeugte Plasmaentladung durch PDD Technologie® kommt ohne signifikante Wärmeverluste und daher mit einer Leistung von nur 18 W aus. Dies macht den piezobrush® im Handbetrieb ungefährlich für den Bediener und auch für temperatur-sensitive Materialien, wie beispielsweise dünne Kunststofffolien. Auch bezüglich der Anschaffungskosten stellt der piezobrush® im Gegensatz zu konventionellen Systemen wesentlich geringere Hürden dar und eignet sich somit auch für Start-ups oder Kleinserien. 

        Grund für die Kompaktheit und Effizienz des piezobrush® PZ3 befindet sich in dessen steckbaren Wechselmodulen: Das Herzstück des piezobrush® PZ3 ist der piezoelektrische Plasmagenerator CeraPlas von TDK. Das ca. 7 cm lange Bauteil transformiert eine kleine Eingangsspannung hocheffizient um mehrere Größenordnungen, sodass ohne Zugabe von speziellen Gasen ein kaltes Plasma unter Raumbedingungen gezündet werden kann. Dieses Plasma übersteigt eine Temperatur von 50°C nicht und ist ein Gemisch aus hochreaktiven Ionen, Radikalen und Neutralteilchen. Vor allem die sauerstoffbasierten Reagenzien sind besonders effektiv für die Funktionalisierung von Kunststoffen. Bei den typischerweise hydrophoben Kunststoffen lagern sich diese Sauerstoffspezies durch eine Behandlung des piezobrush® PZ3 mit dem Modul „Standard“ als polare Endgruppen an die Moleküle der Oberfläche an. Diese fungieren hier als funktionelle „Anker“, welche stabile Bindungen zu beispielsweise Klebstoffen oder Tinten eingehen können (s. Abb.). 

        Oberflächenbehandlung mit Plasma für eine bessere Benetzbarkeit

        Auch die Feinstreinigung von Metallen oder Halbleitern ist mit dem piezobrush PZ3 möglich. Allerdings ist dies nur unter Einsatz des Moduls „Nearfield“ für leitfähige Substrate möglich. So verwendet die Blickfeld GmbH den piezobrush®, um flexibel und unkompliziert die Oberflächeneigenschaften von verschiedenen Materialien, wie beispielsweise Halbleiterbauteilen, zu modifizieren. So werden diese für die Folgeprozesse optimiert. Das Unternehmen hat eine eigene LiDAR-Technologie entwickelt, die auf patentierten Silizium-MEMS-Spiegeln sowie auf handelsüblichen Komponenten basiert. 

        Prozessoptimierung in der Verbindungstechnik  

        Nicht nur bei Gehäusen und Komponenten kann die Kaltplasmatechnologie des piezobrush® PZ3 Prozesse verbessern. Auch in der Verbindungstechnik findet das Handgerät Anwendung. So stellt die isolierende Ummantelung von Kabeln nicht nur bei der Konfektionierung, sondern auch bei der Kennzeichnung oftmals eine Herausforderung dar. Es kommen hier unterschiedlichste Kunststoffe zum Einsatz, deren Oberflächen eine abweisende Wirkung auf Klebstoffe oder Drucktinten haben. Typische Materialien sind beispielsweise PE, PVC, PC, PTFE (Teflon®) oder PI (Kapton®). Bei Prozessen wie dem Verkleben, Vergießen oder dem Umspritzen von Steckern können Adhäsionsprobleme auftreten, welche möglicherweise auch erst bei Temperatur- oder Wechselbelastungen auffällig werden. Diese Probleme können auf Seiten der Kabelummantelung, aber auch auf Seiten des Steckermaterials auftreten. Durch eine Plasmavorbehandlung der entsprechenden Oberflächen wird dies minimiert.  

        Auch bei der Kennzeichnung der Kabelummantelungen, z.B. mittels Inkjet-Druckverfahren, kann es auf diesen speziellen Materialien zu minderwertigen Druckbildern und beim Aufwickeln der Kabel zum Abrieb der Kennzeichnung kommen. Ein Beispieldruck auf einem PTFE-Substrat zeigt, dass sogar auf diesem stark abweisenden Material eine Standard-Inkjet-Tinte wesentlich besser auf der plasmabehandelten Seite des Testcoupons haftet (s. Abb.). 

        Adhesion test of inkjet printing on untreated and plasma-treated PTFE

        Nicht nur bei flüssigen Bindungspartnern wie Klebstoffen oder Tinten kann eine Vorbehandlung der zu benetzenden Oberfläche mit dem piezobrush® eine entscheidende Steigerung der Haftung bringen. Im Bereich Wire-Bonding konnte die Firma TPT Wire Bonder GmbH & Co. KG auf den Kontaktflächen von Batterien durch eine Behandlung mit dem piezobrush® und dem zugehörigen Modul „Nearfield“ den Scherkraftwert der Drahtverbindung mehr als verdoppeln (s. Abb.). 

        Plasma in der Elektroindustrie

        Plasma-unterstützte Produktionsprozesse für Energiespeicher 

        Abgesehen von der verbesserten Kontaktierung von Batterien können auch in der Produktion von anderen Energiespeichern mit kaltem Atmosphärendruckplasma einige Prozesse optimiert werden. So verhilft die Plasmatechnologie beispielsweise zu einer verbesserten Benetzung von Bipolarplatten mit flüssigen Elektrolyten, wie sie in Brennstoffzellen eingesetzt werden. Grundsätzlich können mit dem Handgerät piezobrush® PZ3 selektiv Benetzungseigenschaften von Oberflächen verändert werden. Speziell bei den Energiespeichern mit flüssigen Elektrolyten gibt es hier im Bereich des internen Aufbaus noch jede Menge Forschungspotential. Was den Außenbereich solcher Zellen angeht, so kommt es wieder auf die Qualität der Gehäuse an: Diese müssen höchste Ansprüche bezüglich Robustheit und Dichtigkeit erfüllen, eine Anforderung, die mithilfe der Kaltplasmatechnologie unkompliziert erfüllt werden kann. 

        Zusammenfassung 

        In der vorgestellten Auswahl an Anwendungsfällen des piezobrush® PZ3 für Plasma in der Elektroindustrie wird die Breite der Einsatzmöglichkeiten für dessen kompakte Kaltplasmatechnologie deutlich: Von Adhäsionsprozessen, wie Kleben oder Drucken auf Standard- aber auch Sondermaterialien, über Anwendungen im Wire-Bonding, bis hin zu Forschungs- und Entwicklungsvorhaben, wie beispielsweise im Bereich Energiespeicher. Die einfache Handhabbarkeit und intuitive Bedienung machen den piezobrush® PZ3 zum idealen Werkzeug für Plasmavorbehandlung von der Vorentwicklung bis hin zur Fertigung von Kleinserien.  

        Oberflächenspannung und Vorbehandlung – Auswirkungen von Plasma

        Studenten des Studienganges Kunststoff- und Elastomertechnik an der technische Hochschule Würzburg-Schweinfurt (THWS) untersuchten im Rahmen des Praktikums „Messung der Oberflächenspannung und Vorbehandlung“ unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. J. Leiber die Effekte und Auswirkungen des Plasmahandgeräts piezobrush® PZ2 auf verschiedenen Kunststoffen. Hierbei wurden die Oberflächenenergien der Proben vor und nach der Behandlung sowohl mittels Testtinten als auch mittels Kontaktwinkelmessung bewertet.

        Eine Praktikumsgruppe verglich das kleine 18 W Handgerät piezobrush® PZ2 mit einer Labor-Corona-Anlage (Dosis: 5000 Ws/m2): Auf Polypropylen (PP) konnten vergleichbar gute Ergebnisse erzielt werden, wobei die Corona-Anlage hierfür eine kürzere Behandlungszeit benötigte.[1] Eine andere Praktikumsgruppe hat ebenfalls auf PP, aber auch auf PP/EPDM und ABS Substraten eine signifikante Erhöhung der Oberflächenenergie erzielen können.[2] Die einfache Handhabung des piezobrush® PZ2 wurde gelobt und Anregungen zur Prozessführung gegeben. Hierbei haben die Studenten im eigenen Versuch erfahren, dass bei Plasmaprozessen Abstand und Geschwindigkeit der Behandlung wichtige Prozessparameter sind.

        Analysemethoden

        Im Rahmen des Praktikums haben die Studenten zwei Methoden zur Bestimmung der Oberflächenenergie eingesetzt: Die Analyse mittels Testtinten und Kontaktwinkelmessungen. Im Vergleich sind die Testtinten zwar einfacher zu handhaben, dafür jedoch ungenauer als die Kontaktwinkelmessung mit drei Testflüssigkeiten. Bei letzterem Verfahren werden von der jeweiligen Testflüssigkeit Tropfen auf der Oberfläche abgelegt und anschließend deren Kontaktwinkel vermessen. Die mit dieser Methode ermittelte Oberflächenenergie kann so in ihren polaren und dispersen Anteil aufgeschlüsselt werden, deren Summe den Gesamtwert der Oberflächenenergie ergibt.

        Ergebnisse und Fazit

        Insgesamt beobachteten die Studenten, dass sich die Oberflächenenergien der untersuchten Kunststoffe durch die Behandlung mit dem piezobrush PZ2 signifikant erhöhen ließen. Durch die Funktionalisierung der Oberfläche durch die Anlagerung von Sauerstoffgruppen zeigt sich die Erhöhung vor allem im polaren Anteil der Oberflächenenergie, wie in der Visualisierung der Ergebnisse [2] in Abbildung 1 zu sehen ist.

        Oberflächenspannung und Vorbehandlung - Auswirkungen von Plasma: Mittels Kontaktwinkelmessung bestimmte Oberflächenenergie als Summe des dispersen und polaren Anteils auf verschiedenen Kunststoffen vor und nach Behandlung mit dem piezobrush PZ2.
        Abb. 1: Mittels Kontaktwinkelmessung bestimmte Oberflächenenergie als Summe des dispersen und polaren Anteils auf verschiedenen Kunststoffen vor und nach Behandlung mit dem piezobrush PZ2.

        Diese Ergebnisse wurden erreicht bei einer Prozessgeschwindigkeit von 20 mm/s und einem Abstand von 5 mm zwischen Substrat und Düsenausgang des piezobrush PZ2. Mit einer Labor-Corona-Anlage können bei 170 mm/s vergleichbare Ergebnisse auf PP erzielt werden.[1] Durch das Arbeiten mit dem piezobrush PZ2 Handgerät haben die Studenten eindrücklich den Einfluss von Behandlungsgeschwindigkeit und Arbeitsabstand auf ihre Erhöhung der Oberflächenenergie herausarbeiten können: Sie empfehlen für reproduzierbare Ergebnisse den Einbau des piezobrush PZ2 Handgeräts in eine Vorrichtung die definierte Abstände einhalten und konstante Geschwindigkeiten einhalten kann.[2] Insgesamt ziehen die Studenten ein positives Fazit: „Für den Einsatz in den Praktika ist es allerdings von Vorteil, ein so kompaktes Gerät zu haben. Hier kann auf einfache Weise gezeigt werden, wie eine Corona‐Behandlung funktioniert, auf was dabei geachtet werden muss und welchen Effekt diese hat. Zudem ist solch ein Handgerät auch sehr gut für mobile Zwecke, z.B. Vorlesungen oder für kleine Werkstätten im heimischen Gebrauch geeignet.“[2]

        Quellen:

        [1] R. Knaub, M. Deininger, M. Jampolski, S. Taumann, J. Ketterer, J. Keller (2019), Praktikumsbericht „Messung der Oberflächenspannung und Vorbehandlung“ im Modul „Analytik und Oberflächen der Kunststoffe“ des Studienganges Kunststoff- und Elastomertechnik an der Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt

        [2] A. Schäder, G. Fischer, C. Zier, F. Schneider, S. Götz, D. Gärtig (2019), Praktikumsbericht „Messung der Oberflächenspannung und Vorbehandlung“ im Modul „Analytik und Oberflächen der Kunststoffe“ des Studienganges Kunststoff- und Elastomertechnik an der Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt

        relyon plasma präsentiert das weltweit kleinste Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 mit PDD® Technologie

        Relyon plasma aus Regensburg, ein Tochterunternehmen von TDK Electronics, präsentiert das weltweit kleinste und hocheffektive Plasma-Handgerät piezobrush® PZ3 mit PDD® Technologie. Es ermöglicht den einfachen, effizienten und mobilen Einsatz von kaltem Atmosphärendruckplasma für die Oberflächenbehandlung von Kunststoffen, Metallen und Naturmaterialien. Durch die Plasmabehandlung werden Oberflächen aktiviert, funktionalisiert und gereinigt. Damit verbessert sich die Qualität von Nachfolgeprozessen wie Verkleben, Bedrucken, Lackieren oder Beschichten erheblich.

        piezobrush® PZ3 mit Transportkoffer

        Regensburg. Der piezobrush® PZ3 ist ein kompaktes Plasma-Handgerät für den einfachen und mobilen Einsatz in Laboren, der Vorentwicklung und der Montage von Kleinserien. Bei einer maximalen Leistungsaufnahme von 18 W wird mithilfe der Piezoelectric Direct Discharge (PDD®) Technologie kaltaktives Plasma mit einer Temperatur von weniger als 50 °C erzeugt. Durch den Einsatz von Plasma werden Oberflächeneigenschaften von Materialien, die für die Verarbeitung und Endverwendung von hoher Bedeutung sind, positiv beeinflusst. Anwender können damit nicht nur ihre Arbeits- und Produktionsabläufe, sondern auch ihre Produkte deutlich verbessern.

        PDD® Technologie ermöglicht mobiles Handgerät

        Herzstück des piezobrush® PZ3 ist der TDK CeraPlas™ Plasmagenerator, ein Hochspannungsentladungs-Bauelement für die Plasmaerzeugung. Dieser transformiert eine niedrige Eingangsspannung so, dass sehr hohe elektrische Feldstärken aufgebaut werden, die die Umgebungsluft dissoziieren und ionisieren. Nur durch die kompakte Bauform der PDD® Technologie ist eine Integration von Atmosphärendruckplasma in ein solches Handgerät möglich.

        Gesteigerte Geräte-Performance

        Grundsätzlich können alle Materialien mit Atmosphärendruckplasma aus dem piezobrush® PZ3 behandelt werden, da bei der Oberflächenbehandlung mit Atmosphärendruckplasma kaum Temperatureintrag auf dem Material stattfindet. Damit ist das Risiko der Überbehandlung bei Materialien wie Kunststoffen nahezu ausgeschlossen. Jedoch müssen unterschiedliche Oberflächen mit dem jeweils passenden Zubehör aktiviert werden, um am Ende ein gutes Ergebnis zu erzielen. Für den piezobrush® PZ3 sind derzeit zwei Module verfügbar.

        piezobrush® PZ3 Plasmaentladung

        Das Modul Nearfield dagegen ist für die Behandlung von leitfähigen Materialien wie Metallen, CFK, Indiumzinnoxid (ITO) oder leitfähigen Kunststoffen konzipiert.

        Nicht-leitfähige Materialien wie Kunststoffe, Glas, Keramiken oder Naturmaterialien wie Naturfasern, Textilien und Leder reagieren sehr gut auf die Plasmabehandlung mit dem Modul Standard.

        piezobrush® PZ3 Modul Nearfield

        Die im Vergleich zum Vorgängermodell gesteigerte maximale Leistung ermöglicht eine Behandlungsgeschwindigkeit von 5 cm²/s und eine Behandlungsbreite von bis zu 29 mm. So erreichen auch sehr schwierig zu behandelnde Materialien wie High-Density-Polyethylen (HDPE) nach der Plasmabehandlung eine Oberflächenenergie von 72 mN/m.

        Im Gegensatz zum Vorgängermodell piezobrush® PZ2 ist im piezobrush® PZ3 außerdem eine Prozesskontrolle der Plasmabehandlung integriert. So ist das Gerät mit verschiedenen Funktionen ausgestattet − etwa eine Stopwatch zur Messung der Zeit, eine Countdown-Funktion zur Zeiteinstellung mit automatischer Abschaltfunktion oder eine Leistungseinstellung zur Anpassung der Plasmaleistung. Die Steuerung ist über das integrierte Display einfach und schnell möglich.

        Prozesskontrolle mit dem piezobrush® PZ3 Plasma-Handgerät durch integriertes Display.

        piezobrush® PZ3 bietet viele Anwendungsmöglichkeiten

        Die Anwendungsgebiete des piezobrush® PZ3 sind durch seine kompakte Bauform sehr vielfältig und individuell. Sehr häufig werden Oberflächen zum Beispiel vor dem Verkleben mit Plasma funktionalisiert. Dadurch zeigen die folgenden Verklebungen eine deutliche Verbesserung der Haftkraft. Durch die Plasmabehandlung wird zudem die Haftung von Druckfarben und Lacken auf der Oberfläche verbessert, wodurch die Druckqualität deutlich steigt, da die Oberfläche von der Tinte optimal benetzt wird und ein ebenmäßiges Druckbild entsteht. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist eine vorgelagerte Plasmabehandlung, die feinste Verunreinigungen entfernt, so dass auch Unterschiede zwischen verschiedenen Materialchargen ausgeglichen werden und ein konstant hohes Qualitätsniveau gehalten werden kann.

        Der piezobrush® PZ3 ist ab Mai 2020 am Markt verfügbar. Um individuelle Prozesse und Anwendungen zu testen und validieren, besteht die Möglichkeit einer Bemusterung im relyon plasma Anwendungslabor. Zudem bietet relyon plasma eine Leihstellung des Plasma-Handgerätes, so dass dieses direkt in den jeweiligen Prozess eingebunden und getestet wer-den kann.

        Die gesamte Pressemitteilung finden Sie zum Download hier.

        Webinar

        Am 7. Mai 2020 hat relyon plasma das Gerät im Rahmen eines Webinares präsentiert. Sie können sich die Aufzeichnungen zum Webinar hier ansehen:

        Webinar ansehen >>

        Atmosphärendruckplasma zur Prozessverbesserung Drahtbonden

        Atmosphärendruckplasma wird beim Drahtbonden als selektive Feinreinigung eingesetzt, um die Kontaktflächen von Verunreinigungen und Rückständen zu befreien. Denn grundsätzlich gilt, dass starke Verbindungen zwischen Draht und Trägermaterial nur auf sauberen Anschlussflächen (Bondpads) entstehen können. Somit hat die Plasmabehandlung einen erheblichen Einfluss auf die Qualität und folglich die Zuverlässigkeit des gesamten Bauteils. Zusammen mit TPT Wire Bonder aus Karlsfeld und dem gemeinsamen Partner Axend Pte Ltd. hat relyon plasma die Einflüsse von kaltem Atmosphärendruckplasma auf das Drahtbonden mit Golddraht untersucht.

        Regensburg / Karlsfeld. Idealerweise erfolgt das Drahtbonden auf sauberen Metalloberflächen (Bondpads) des Halbleiterbauteils bzw. des Trägermaterials. In der Praxis treten allerdings häufig Kontaminationen der Fläche auf, was dazu führen kann, dass keine Haftung auf dem Pad („Non-Stick on Pad“ oder kurz: NSOP) oder sogenannte „Lifts“ (Anhebungen der Bonds) entstehen. Beide Fälle führen in der Produktion zu Ausfällen, Stillstandszeiten und Qualitätsmängeln. Daher wird Atmosphärendruckplasma bei diesem Prozess als selektive Feinreinigung vor dem Drahtbonden eingesetzt, wodurch sowohl NSOPs als auch Lifts vermieden werden können und die Qualität gesteigert wird.

        Untersuchung der Ballscherfestigkeit vor und nach der Plasmabehandlung

        Eine Testleiterplatte mit einer ENEPIG Oberfläche („Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold“) wird halbseitig mit dem Atmosphärendruckplasma Hochleistungssystem plasmabrush® PB3 bei einem Abstand von 20 mm 0,5 Sekunden mit einem Druckluftplasma beaufschlagt. Anschließend werden für den Versuch 60 Bondverbindungen (je 30 Balls und Wedges) auf die unbehandelte sowie auf die plasmabehandelte Testleiterplatte mit dem TPT HB16 Wedge & Ball Bonder aufgebracht. Durch die vorherige Plasmabehandlung soll so eine stärkere Verbindung zwischen den Bondpads und den Kontaktpunkten des Drahts entstehen.

        Atmosphärendruckplasma zur Prozessverbesserung Drahtbonden: Untersuchung der Ballscherfestigkeit auf unbehandelter und plasmavorbehandelter ENEPIG Oberfläche.
        Untersuchung der Ballscherfestigkeit auf unbehandelter und plasmavorbehandelter ENEPIG Oberfläche

        Im optischen Vergleich sehen die Ball-Bonds auf den unbehandelten und den plasmabehandelten ENEPIG Flächen fest aus und es gibt keine Probleme mit dem Bond-Stick beim Drahtbonden. Um den qualitativen Unterschied zwischen den plasmavorbehandelten und den unbehandelten Ball-Bonds zu messen, wird ein Schertest mit dem XYZTEC Condor Sigma Bond Tester durchgeführt, der einen deutlichen Qualitätsunterschied zwischen den beiden Testreihen aufzeigt. Bei den 30 Proben ohne Plasmavorbehandlung wird eine mittlere Scherfestigkeit von 60.89 gf gemessen, bevor sich die Ballverbindung vollständig von der ENEPIG-Oberfläche ablöst. Auf dem Bondpad verbleibt lediglich ein kaum sichtbarer Abdruck des abgescherten Drahtkontaktes, ein typisches Merkmal für das Versagen des intermetallischen Kontaktes zwischen Golddraht und ENEPIG Oberfläche.

        Bei den Bonds auf den plasmavorbehandelten Flächen hingegen kommt es bei den Schertests bei einer mittleren Scherfestigkeit von 68.34 gf zu einem gänzlich anderen Verhalten: Das Bruchbild zeigt eine abgescherte Ballbindung, wobei Drahtmaterial auf der Oberfläche zurückbleibt. Die Scherfestigkeit der Bonds auf der plasmavorbehandelten Oberfläche ist somit nur durch die Scherfestigkeit des Drahtes selbst begrenzt. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Plasmavorbehandlung die intermetallische Verbindung zwischen ENEPIG Oberfläche und Golddraht so deutlich verbessert werden kann, dass sie signifikant stärker ist als die Festigkeit des Golddrahtmaterials.

        Drahtzugtest bei Wedge-Bonds vor und nach der Plasmabehandlung

        Bei den Wedge-Bonds wird ebenfalls mit dem XYZTEC Condor Sigma Bond Tester ein Zugtest durchgeführt. Bei den Wedges, die ohne vorherige Plasmabehandlung aufgebracht wurden, treten inkonsistente Zugtest-Ergebnisse auf, was beweist, dass die Verbindung nicht optimal ist, obwohl sie optisch unkritisch aussieht. Alles in allem treten bei der Mehrzahl der Wedges, die ohne vorherige Plasmabehandlung aufgebracht wurden, sogenannte Lifts auf, die auf eine schwache intermetallische Wedge-Bindung hinweisen.

        Atmosphärendruckplasma zur Prozessverbesserung Drahtbonden: Drahtzugtest bei Wedge-Bonds auf unbehandelter und plasmavorbehandelter ENEPIG Oberfläche
        Drahtzugtest bei Wedge-Bonds auf unbehandelter und plasmavorbehandelter ENEPIG Oberfläche

        Bei den Wedges, die auf die plasmavorbehandelte Oberfläche aufgebracht wurden, tritt kein Versagen im Wedge-Bereich auf. Alle Bruchbilder, die nun auftreten sind entweder im Draht selbst oder direkt vor dem Verbindungspunkt („span“ bzw. „neck break“), was darauf hinweist, dass die Bonds sowohl auf dem Ball als auch auf dem Wedge stark sind und somit der Draht nur im Bereich zwischen den beiden Bonds bricht.

        Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass eine Oberflächenbehandlung mit Atmosphärendruck-plasma zu signifikanten Verbesserungen sowohl beim Ball- als auch beim Wedge-Bonden führt, was sowohl beim Ballscher- als auch beim Drahtzugtest eindeutig nachgewiesen werden konnte.

        Die gesamte Pressemitteilung „Atmosphärendruckplasma zur Prozessverbesserung Drahtbonden“ finden Sie zum Download hier.

        Oberflächenaktivierung von
        niederenergetischen Oberflächen

        Der Beitrag beschäftigt sich mit der Oberflächenaktivierung von niederenergetischen Oberflächen. Es wird dargestellt wie niederenergetische Oberflächen von Kunststoffen, wie z.B. Polypropylen, PTFE oder Silikon wirkungsvoll mit kaltem Atmosphärendruckplasma behandelt werden können, um eine gute Benetzbarkeit zu erreichen und so die Haftkraft eines akrylatbasierten Haftklebers zu optimieren.

        Einleitung

        Niederenergetische Oberflächen haben einerseits die positive Eigenschaft Schmutz abzuweisen und Wasser abperlen zu lassen. Allerdings lassen sich diese Kunststoffe typischerweise sehr schlecht bedrucken oder verkleben.

        Alle Oberflächen besitzen eine charakteristische Polarität und Oberflächenspannung. Die Oberflächenenergie ist eine wichtige Entscheidungsgrundlage bei der Auswahl des passenden Haftklebstoffes. Neben Rauheit und Sauberkeit bestimmt die Oberflächenenergie die maximal erreichbare Haftkraft des Klebers. Als Grundregel lässt sich festhalten: Die Oberflächenenergie des Haftklebers muss niedriger sein als die Oberflächenenergie des zu beklebenden Materials (Substrat). Akrylatbasierte Kleber sind polar und verfügen daher über eine relativ hohe Oberflächenenergie. Akrylatbasierte Kleber erzielen bei polaren Substraten (z. B. Glas oder Metallen) mit einer hohen Oberflächenenergie eine optimale Endhaftung.

        Kritischer ist die Anwendung von akrylatbasierten Klebern bei Materialien mit niedriger Oberflächenenergie (unpolare Substrate) wie z.B. Silikon, PTFE und Polypropylen. Einfacher als für jedes Substrat eine neue Klebstoffformulierung zu verwenden, wäre es die Oberfläche z.B. mit einer atmosphärischen Plasmabehandlung auf ein ausreichendes Niveau der Oberflächenenergie anzuheben.

        Materialien und Methoden

        Es wurden drei sehr weit verbreitete niederenergetische Polymere für die Versuche ausgewählt:

        • Polytetrafluorethylen (PTFE) mit 19 mN/m
        • Silikon mit 26 mN/m
        • Polypropylen (PP) mit 31 mN/m

        Zur kalten Oberflächenbehandlung wurde ein einfaches handgeführtes Kaltplasmasystem piezobrush® PZ2 verwendet. Zum Vergleich wurde auch eine Behandlung der Oberfläche mit einer typischen atmosphärischen gepulsten Plasmadüse plasmabrush® PB3 durchgeführt. Als Prozessgas wurde Luft und Formiergas (N2:H2 = 95:5) eingesetzt.

        Eine erste Indikation zur Oberflächenenergie kann mit Testtinten gewonnen werden, die auf die Probe aufgetragen werden. Die Proben wurden jeweils bis zur Hälfte dem Plasmaprozess ausgesetzt. In Abbildung 1 ist für alle Proben eine deutliche Erhöhung der Oberflächenenergie zu erkennen.

        Oberflächenaktivierung von niederenergetischen Oberflächen
        Abbildung 1) Effekt einer kalten atmosphärischen Plasmabehandlung (Dauer 3s) jeweils im oberen Probenteil. (A) Polypropylen mit Luft, (B) PTFE mit Luft, (C) PTFE mit Formiergas, (D) Silikonelastomer mit Formiergas, (E) Silikonelastomer mit Luft.

        Haftkräfte wurden in einem Schälversuch in einer Zugmaschine bei definierter Abzugsgeschwindigkeit gemessen. Während des Zugversuchs pellt sich das Klebeband zunächst von der unbehandelten und dann von der plasmabehandelten Oberfläche ab. Bei allen Zugversuchen wird eine sprunghafte Erhöhung der Adhäsion beobachtet, die auf der Probe mit dem Übergang von der unbehandelten (niederenergetischen) zur behandelten (hochenergetischen) Oberfläche korreliert.

        Zugversuch mit einem Acrylat beschichteten Haftklebeband. Die ursprünglich sehr geringe Haftkraft wird um ein Mehrfaches gesteigert.
        Abbildung 2) Zugversuch mit einem Acrylat beschichteten Haftklebeband. Die ursprünglich sehr geringe Haftkraft wird um ein Mehrfaches gesteigert.

        Polypropylen, ein weit gebräuchliches thermoplastisches Polymer, ist physiologisch unbedenklich sowie biologisch inert und daher für Anwendungen im Lebensmittelbereich und der Pharmazie sehr gut geeignet. Wegen seiner geringen Oberflächenenergie lässt sich Polypropylen nur schlecht kleben oder bedrucken. Daher wird die Behandlung der Oberfläche, z.B. mit Corona-Anlagen im großtechnischen Maßstab eingesetzt. [1,2,3,4]

        Für Polypropylen wird mit der kalten Behandlung mit dem piezobrush® PZ2 ausgehend von einer 31 mN/m nach kurzer Behandlungszeit einer Oberflächenenergie von ca. 58 mN/m erreicht. Aus dem Schälversuch ergibt sich eine Verdopplung der Adhäsion für ein acrylatbasiertes Klebeband.

        Silikonelastomere werden aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften, ihrer Beständigkeit gegenüber UV-Licht und ihrer chemischen Beständigkeit auch bei erhöhten Temperaturen in vielen Bereichen eingesetzt. Der Nachteil von Silikonelastomeren ist die problematische Verbindung mit anderen Materialien aufgrund der niedrigen Oberflächenenergie.

        Der Effekt durch die kalte Entladung des piezobrush® PZ2 mit Formiergas ist nur unwesentlich ausgeprägter als der bei Verwendung von Luft. In beiden Fällen wird vollständige Wasserbenetzbarkeit erreicht.

        Bekannt ist, dass durch Plasmabehandlung Silikone mit hydrophilen Oberflächeneigenschaften dargestellt werden können, dieser Effekt aber nicht über einen längeren Zeitraum stabil ist. [5,6,7,8]

        Die Oberflächenenergie der mit kaltem Plasma aktivierten Silikonoberfläche nimmt auf einer Zeitskala von Stunden bereits merklich ab. Die Abnahme hat einen exponentiellen verlauf und je nach Silikonart eine Halbwertszeit von einigen Minuten, bis zu einigen Tagen.
        Abbildung 3) Die Oberflächenenergie der mit kaltem Plasma aktivierten Silikonoberfläche nimmt auf einer Zeitskala von Stunden bereits merklich ab. Die Abnahme hat einen exponentiellen verlauf und je nach Silikonart eine Halbwertszeit von einigen Minuten, bis zu einigen Tagen.

        PTFE ist sehr reaktionsträge. Seine chemische Beständigkeit sorgt für eine lange Lebensdauer und gute Verträglichkeit im medizintechnischen Bereich. PTFE ist einer der wenigen Kunststoffe, die im Autoklaven bei 130 °C dampfsterilisiert werden können, es ist allerdings schwierig zu benetzen und kaum zu verkleben. Der Kontaktwinkel mit Wasser beträgt 126°. Es ist bekannt, dass PTFE unter bestimmten Bedingungen mit Plasma behandelt werden kann um die Oberflächenenergie zu erhöhen. [9,10,11,12]

        Zusammenfassung

        Alle betrachteten niederenergetischen Kunststoffoberflächen (Polypropylen, Silikon und Teflon) lassen sich sehr gut mit der kalten Entladung des piezobrush® PZ2 aktivieren und zeigen eine deutliche Erhöhung der Oberflächenenergie. Für PTFE ist Formiergas (Stickstoff/Wasserstoff) bei weitem wirkungsvoller als Luft.

        Literatur

        1. Martina Lindner, Norbert Rodler, Marius Jesdinszki, Markus Schmid, and Sven Sangerlaub. Surface energy of corona treated PP, PE and PET films, its alteration as function of storage time and the effect of various corona dosages on their bond strength after lamination. Journal of Applied Polymer Science, 135(11):45842, 2018.
        2. Igor Novák and Ivan Chodák. Adhesion of poly(propylene) modified by corona discharge. Die Angewandte Makromolekulare Chemie, 260:47-51, 1998.
        3. J. Skalný, M. Luknáarová, and D. Dindošová. AC corona – discharge treatment of polypropylene foils effects of gaseous atmosphere. Czech. J. Phys B, B38:329-337, 1988.
        4. Mark Strobel, Viv Jones, Christopher S. Lyons, Michael Ulsh, Mark J. Kushner, Rajesh Dorai, and Melvyn C. Branch. A comparison of corona-treated and flame-treated polypropylene films. Plasmas and Polymers, 8:61-95, 2003.
        5. Emmanuel P. Everaert, Henny C. Van Der Mei, Joop De Vries, and Henk J. Busscher. Hydrophobic recovery of repeatedly plasma-treated silicone rubber. part 1. Storage in air. Journal of Adhesion Science and Technology, 9(9):1263-1278, 1995.
        6. Jongsoo Kim, Manoj K. Chaudhury, Michael J. Owen, and Tor Orbeck. The mechanisms of hydrophobic recovery of polydimethylsiloxane elastomers exposed to partial electrical discharges. Journal of Colloid and Interface Science, 244:200-207, 2001.
        7. Jongsoo Kim, Manoj K. Chaudhury, and Michael J. Owen. Modeling hydrophobic recovery and electrically discharged polydimethylsiloxane elastomers. Journal of Colloid and Interface Science, 293:364-375, 2006.
        8. Elidiane C. Rangel, Giovana Z. Gadioli, and Nilson C. Cruz. Investigations on the stability of plasma modified silicon surfaces. Plasma and Polymers, 9(1):35-48, 2004.
        9. P. Favia, A. Milella, L. Iacobelli, and Riccardo d’Agostino. Plasma Pretreatments and Treatments on Polytetrauoroethylene for Reducing the Hydrophobic Recovery, chapter 20, pages 271-280. John Wiley & Sons, Ltd, 2005.
        10. Shinya Ishikawa, Ken Yukimura, Koichi Matsunaga, and Toshiro Maruyama. Surface modification of poly(tetrauoroethylene) film using dielectric barrier discharge of intermittent pulse voltage. Japanese Journal of Applied Physics, 39(9R):5223-5228, 2000.
        11. Ulla König, Mirko Nitschke, Anke Menning, Grit Eberth, Matin Pilz, Christine Arnhold, Frank Simon, Gudrun Adams, and Carsten Werner. Durable surface modification of poly(tetrauoroethylene) by low pressure H2O plasma treatment followed by acrylic acid graft polymerization. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 24(1):63- 71, 2002.
        12. Akira Takeuchi, Takahiro Kurahashi, and Kyosuke Takeda. Effect of microwave plasma surface treatment for improved adhesion strength of direct copper plating on polytetrauoroethylene (PTFE). In Conference Proceedings of IPC APEX EXPO, pages 1-7, April 2009.

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        Besuch im Kunststoff-Zentrum SKZ in Würzburg

        Anfang des Jahres durfte unsere Kollegin Corinna Little das Kunststoff-Zentrum SKZ in Würzburg besuchen und sich dort vom Team des Forschungsbereichs Fügen und Oberflächentechnik die umfangreiche Ausstattung der Labors zeigen lassen. Neben den zahlreichen Analysemethoden zur Oberflächencharakterisierung wie Kontaktwinkelmessung oder Rasterelektronenmikroskopie mit EDX (Elementanalyse) stehen den Experten vom SKZ diverse mechanische Prüfverfahren, unter anderem für Zug-, Druck- und Biegeversuche zur Verfügung. Auch umfangreiche Alterungstests können am Standort Würzburg mittels Klima- und Temperierkammern durchgeführt werden.

        Besuch im Kunststoff Zentrum SKZ Würzburg

        Im Bereich der Oberflächenvorbehandlung sind im Labor alle gängigen Verfahren vertreten, von Beflammung über verschiedene Laser bis hin zu Niederdruck- und Atmosphärendruckplasmen sowie Corona. Wir freuen uns, dieses breite Portfolio um unsere Kaltplasmatechnologie im piezobrush Handgerät erweitern zu dürfen.

        Das Kunststoff Zentrum SKZ bietet in den kommenden Wochen spannende Workshops an:

        Innovationstag: Hygiene 4.0

        Am Donnerstag, den 5. März 2020 veranstalten der Arbeitskreis Hygiene Regensburg zum ersten Mal den Innovationstag: Hygiene 4.0 in Regensburg. Wir freuen uns als Teil dieses Arbeitskreises Fachaussteller auf der Konferenz zu sein.

        Innovationstag: Hygiene 4.0 in Regensburg

        Hygiene schützt und rettet Leben. Vor dem Hintergrund zunehmender und sich neu entwickelnder Antibiotikaresistenzen hat die Prävention und Versorgung nosokomialer Infektionen eine besondere Relevanz für die Gesundheitsversorgung. Neben einer frühzeitigen, schnellen und präzisen Diagnostik, gilt es durch Vermeidung oder Reduzierung der Keimbelastung Präventionspotenziale möglichst vollständig auszuschöpfen. Dabei spielen Materialien und Oberflächen, antiseptische Beschichtungsverfahren hygienisch relevanter Flächen sowie leicht zu reinigende bzw. sterilisierbare Konstruktionen von Medizinprodukten und -geräten eine wesentlich Rolle.

        Auf dem Innovationtag werden u.a. Updates zur Transmissionskontolle und Aufklärung von Ausbrüchen von Krankheitserregern gegeben und verschiedene Methoden zur Reduktion der Keimbelastung im klinischen Umfeld vorgestellt. Daneben bietet die Tagung mit Industrieausstellung eine Plattform zum interdisziplinären Austausch mit Experten aus Forschung, Industrie und Anwendung.

        Impressionen Hygiene 4.0

        Agenda Hygiene 4.0

        09:00Registrierung
        09:30BegrüßungDr. Thomas Diefenthal,
        BioPark Regensburg GmbH
        09:45BegrüßungBürgermeister Jürgen Huber,
        Stadt Regensburg
        10:00KeynoteProf. Dr. Johannes Hübner,
        Infektiologie,
        Klinikum der Universität
        München
        10:45Transmissionskontrolle von Keimen Prof. Dr. Wulf Schneider,
        Klinikhygiene,
        Universitätsklinikum Regensburg
        11:15Einsatzgebiete des Whole Genome
        Sequencing: Aufklärung von Ausbrüchen durch Krankheitserreger
        Prof. Dr. Karsten Nöckler,
        Abteilung Biologische
        Sicherheit,
        Bundesinstitut für Risikobewertung
        11:45Mittagspause
        13:00Antiseptic stewardship – Resistenzen
        gegenüber bioziden Wirkstoffen und ihre klinische Bedeutung
        Prof. Dr. Günter Kampf,
        Institut für Hygiene und
        Umweltmedizin,
        Universität Greifswald
        13:30Management hygienisch relevanter
        Flächen in medizinischen Einrichtungen
        Prof. Dr. Clemens Bulitta,
        Institut für Medizintechnik,
        Ostbayerische Technische Hochschule, Amberg-Weiden
        14:00Reduktion der mikrobiellen
        Oberflächenbelastung in Krankenhäusern
        Prof. Dr. Wolfgang Bäumler,
        Klinik und Poliklinik für
        Dermatologie,
        Universitätsklinikum Regensburg
        14:30Herausforderungen bei der Umsetzung
        antimikrobieller Oberflächen in Medizinprodukten am Beispiel von Implantat-Beschichtungen
        Thomas Paulin,
         aap Implantate AG
        15:00Kaffeepause
        15:30Hygiene by Design – Gestaltungsprinzipien
        für medizintechnische Produkte
        Markus Mutterer, designaffairs GmbH​​​​​​​
        16:00Aufbereitung von Medizinprodukten –
        Anspruch und Realität
        Christian Trenkler,
        GLP MEDICAL GmbH
        16:30Technologie-gestütztes Monitoring
        & Visualisierung von Einflussfaktoren auf die Erregerübertragung
        Tobias Gebhardt,
        GWA Hygiene GmbH
        17:00Get Together

        Anmeldung

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        relyon plasma @ MedtecLIVE 2020

        Bitte beachten Sie, dass die MedtecLIVE aufgrund der neuen Sachlage in Bezug auf die Verbreitung des Corona-Virus auf ein noch konkret festzulegendes Datum in 2020 verschoben wird.

        Medtec LIVE

        Plasma in der Medizintechnik

        2020 öffnet die MedtecLIVE – DAS Event für die Herstellung von Medizintechnik in Nürnberg die Türen. Wir freuen uns sehr, dass wir Ihnen auch in diesem Jahr auf dem Gemeinschaftsstand mit dem Biopark Regensburg in Halle 10.0 auf Stand: 10.0-344 zeigen können wie vielfältig Plasmatechnologie in der Medizintechnik eingesetzt werden kann.

        Im Vordergrund der Messeteilnahme steht das Plasma-Handgerät piezobrush PZ2, das bereits seit vielen Jahren in der Medizin- und Zahntechnik eingesetzt wird. Dabei verbindet der piezobrush die sterilisierende Wirkung atmosphärisch erzeugten Plasmas mit einer hocheffizienten Erhöhung der Oberflächenenergie.

        Insgesamt bietet die Oberflächenbehandlung mit Plasmatechnologie für viele Anwendungsfelder in der Biotechnologie, Pharmakologie und Medizintechnik – und eben auch in der Zahnmedizin – entscheidende Vorteile. Besonders die Beschleunigung der Wundheilung sei hier hervorgehoben.

        Hintergrundinformationen MedtecLIVE

        Entstanden aus den Veranstaltungen Medtec Europe und MT-CONNECT ist die MedtecLIVE schon zur Erstveranstaltung 2019 als DIE europäische Fachmesse zum Thema Medizintechnik in den Markt eingetreten. Das Veranstaltungskonzept der MedtecLIVE zielt darauf ab, alle Player der Medizintechnik-Branche, vom klassischen Zulieferer bis zum Hersteller, miteinander zu vernetzen.

        Die Fachmesse mit hochkarätigem Rahmenprogramm von Sonderflächen bis hin zu Fachvorträgen in den Messeforen wird durch den parallel stattfindenden und frei zugänglichen Kongress MedTech Summit und das B2B-Matchmaking-Event „Partnering“ vervollständigt. Durch die enge Verzahnung von Ausstellung und hochkarätigem Begleitprogramm einsteht ein Gesamtevent, das zu einem Innovations-Hub und einer einzigartigen Networkingplattform für Teilnehmer aus ganz Europa und darüber hinaus geworden ist.

        Besuchen Sie uns auf Stand 10.0-344

        Besuchen Sie uns auf der Medtec LIVE und erhalten Sie eine gratis Eintrittskarte für die Messe von uns!

          Möchten Sie eine Gratiseintrittskarten von uns erhalten?
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          WIN EURASIA

          Bitte beachten Sie, dass die WINEURASIA aufgrund der neuen Sachlage in Bezug auf die Verbreitung des Corona-Virus auf 18. – 21. Juni 2020, verschoben wird.

          Von 18. – 21. Juni 2020 ist relyon plasma zusammen mit dem türkischen Partner FCB ARGE auf der WIN EURASIA – World of industry 2020 im Tüyap Fair Convention and Congress Center in Istanbul vertreten. In Halle 14 auf Stand K113 werden die Plasma-Lösungen von relyon plasma zur Oberflächenbehandlung präsentiert und können direkt vor Ort von den Messebesuchern getestet werden.

          WIN EURASIA

          Über die WIN EURASIA 2020

          Im Rahmen der diesjährigen World of Industry EURASIA 2020 kommen 6 Messen zusammen:

          • CeMAT EURASIA
          • IAMD EURASIA
          • Industrial Energy Systems EURASIA
          • Metalworking EURASIA
          • Welding EURASIA

          Daher haben Aussteller und Besucher die einzigartige Möglichkeit, die 360-Grad-Manufacturing Industry zu präsentieren und zu erleben. Von der Blechverarbeitung bis hin zu Metallumformungstechnologien; von Automatisierungsdienstleistungen über elektrische und elektronische Geräte, hydraulische & pneumatische Dienstleistungen bis hin zur Intralogistik, hier wird das gesamte Ökosystem zusammengebracht, das für die Fabriken der Zukunft benötigt wird.

          Plasma im Industriedruck

          Die Ritzi Industriedrucktechnik GmbH begleitet Kunden aus der Medizintechnik, Automobilbranche und Gebäudetechnik von der Entwicklung bis hin zum fertigen Druckprodukt. Hierbei sind die gängigen Druckverfahren Sieb-, Digital- und Tampondruck im Einsatz. Dabei wird Plasma im Industriedruck eingesetzt, um die Oberflächeneigenschaften vor dem Bedrucken zu optimieren und so die Haftung und die Druckqualität zu steigern.

          Plasma im Industriedruck bei der Ritzi Industrie Drucktechnik GmbH
          Auf dem schwierigen Kunststoff PEI (Polyetherimid) konnten wir mit dem piezobrush herausragende Haftungseigenschaften erzielen und das ganze sogar Inline. Der Fertigungsprozess konnte so verschlankt und deutlich beschleunigt werden.Marius Ritzi - Ritzi Industriedrucktechnik GmbH

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          Wire Bonding und Plasma

          Beim Wire Bonding werden die Anschlüsse eines integrierten Schaltkreises oder eines Halbleiters mittels dünner Drähte (Bonddraht) mit den elektrischen Anschlüssen anderer Bauteile oder des Gehäuses verbunden. Hierbei ist es besonders wichtig, dass die Kontaktflächen frei von Verunreinigungen und Rückständen sind. Daher wird Atmosphärendruckplasma bei diesem Prozess als Feinreinigung vor dem Wire Bonding eingesetzt, um bessere Verbindungen zu erhalten und somit die Qualität und Produktivität zu steigern.

          Drahtbonden

          Idealerweise erfolgt das Drahtbonden auf sauberen Metalloberflächen (Bondpads) des Halbleiterbauteils bzw. des Trägermaterials. In der Praxis treten allerdings häufig Kontaminationen der Fläche auf, was dazu führen kann, dass keine Haftung auf dem Pad (Non-Stick on Pad oder kurz: NSOP) oder sogenannte „Lifts“ (Anhebungen der Bonds) entstehen. Beide Fälle führen in der Produktion zu Ausfällen, Stillstandszeiten und Qualitätsmängeln. Durch eine vorherige selektive Plasmabehandlung können sowohl NSOPS als auch Lifts vermieden und so die Qualität gesteigert werden.

          Lötstopplack

          Ein weiterer Anwendungsfall ergibt sich bei adhäsiven Prozessen auf Lötstopplack. Dieser wird vor dem Löten aufgetragen, um zu verhindern, dass die mit ihm überzogenen Flächen auf der Leiterplatte mit Lot benetzt werden. Häufig sollen eben solche Stellen in einem weiteren Schritt allerdings beschichtet, verklebt oder vergossen werden, was sich als schwierig darstellt, da die Fläche sehr schlechte Benetzungseigenschaften aufweist. Durch eine Plasmabehandlung kann der Lötstopplack aktiviert werden, so dass Beschichtung, Verklebung oder Verguss von Platinen problemlos möglich werden.

          Flussmittel

          Ein Flussmittel ist ein beim Löten zugegebener Stoff, der eine bessere Benetzung des Werkstücks durch das Lot bewirkt und die an den Oberflächen aufliegenden Oxide durch chemische Reaktion entfernt. Allerdings sind diese oft ätzend, korrodierend oder auch gesundheitsschädlich und sollen nach dem Löten wieder von der Oberfläche entfernt werden. Daher werden die Teile nach dem Löten mit dem plasmabrush PB3 gereinigt.

          Selektive Feinreinigung und Aktivierung

          Atmosphärendruckplasma bietet die Möglichkeit im bestehenden Prozess organische aber auch oxidische Verunreinigungen von den entscheidenden Flächen zu entfernen und abweisende Schichten entweder vollständig oder selektiv benetzbar zu machen. Im Gegensatz zum Niederdruckplasma kann der Jet eines Atmosphärendruckplasmasystems einfach in die Produktionslinie integriert werden ohne Taktzeiten signifikant zu erhöhen. Das macht diese Technologie zu einer kostengünstigen und attraktiven Möglichkeit zur Qualitätsverbesserung.

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          Plasmabehandlung von Folien

          Gen-Plus verfolgt das Ziel neue Innovationen im Bereich Formulierungs- und Technologiekonzepte für die pharmazeutische Industrie im Auftrag voranzutreiben. Das F&E-Labor entwickelt feste und halbfeste Arzneiformen sowie Pflaster- und Dünnfilme von der Idee bis zu Klinikmustern unter GMP Bedingungen. Das Plasma Handgerät piezobrush PZ2 wird dabei für die Plasmabehandlung von Folien aus Polyethylen und Polypropylen verwendet.

          Gen Plus Logo
          Gen-Plus entwickelt transdermale Pflaster. Wir applizieren verschiedene Substanzen auf Dünnschichtprodukte. Die Koronabehandlung mit dem piezobrush PZ2 ermöglicht eine bessere Haftung der Substanzen auf der Folie. Der piezobrush ist einfach zu bedienen und praktisch in der F&E-Laborumgebung einsetzbar.Juraj Jerkovic - Gen-Plus GmbH & Co. KG

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          Plasmaaktivierung von CFK und Glas

          Das Max-Planck-Institut für Astronomie – MPIA wurde 1967 gegründet und ist eines von rund 80 Instituten der Max-Planck-Gesellschaft, Deutschlands größter Organisation für Grundlagenforschung. Hierbei beschäftigt sich das MPIA zum Beispiel mit folgenden Fragen: Wie entstehen Sterne und Planeten? Welche Eigenschaften haben Planeten, die andere Sterne umkreisen als die Sonne? Wie entstehen die Galaxien, und wie haben sich ihre Eigenschaften über die kosmische Geschichte hinweg verändert?

          Plasmaaktivierung von CFK und Glas

          In der Konstruktionsabteilung kommt hierbei auch unser Plasma-Handgerät der piezobrush PZ2 zum Einsatz. Ralf-Rainer Rohloff beschreibt den Einsatz so:

          Wir verwenden das Plasmagerät zur Aktivierung von Klebeflächen aus CFK und Glas / Glaskeramik, da herkömmliche Brennsysteme zu Temperaturschäden an den Komponenten führen können.Ralf-Rainer Rohloff, Max-Planck-Institut für Astronomie

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          Plasma auf der MEDICA

          Auf der MEDICA, dem Weltforum für Medizin, die von 18. bis 21. November 2019 in Düsseldorf stattfindet, präsentiert relyon plasma auf dem TDK Stand C42 in Halle 9 erstmals seineLösungen für den Medizin- und Healthcare-Bereich.

          MEDICA Logo

          Als Highlight präsentieren wir Ihnen das Plasma-Handgerät , As a highlight, we present the plasma handheld piezobrush PZ2 , which has been used for years in the manufacture of medical devices, e.g. before bonding plastic components.

          Des Weiteren wird das Forschungskonzept implaPrep vorgestellt. Dieses wird momentan speziell für die Vorbehandlung von Dentalimplantaten entwickelt, um die Vorteile der Oberflächenbehandlung in diesem Umfeld nutzbar zu machen. Ebenso werden das Forschungskonzept beautyPlas für die kosmetische Behandlungen der Haut und das piezoFresh Ionisierungsmodul zur Keim- und Geruchsreduzierung gezeigt.

          Lernen Sie mehr zum Thema Plasmatechnologie in der Medizin- und Dentaltechnik.

          Über die MEDICA

          Die MEDICA ist die größte Veranstaltung für die Medizinbranche weltweit. Schon seit über 40 Jahren ist sie eine feste Größe im Kalender aller Experten. Die einmalige Stellung der MEDICA lässt sich an vielen Merkmalen messen: Zum einen ist die Veranstaltung die weltweit größte Medizinmesse überhaupt – mit mehr als 5.200 Ausstellern aus 71 Nationen in 17 Messehallen! Außerdem würdigen jedes Jahr herausragende Persönlichkeiten aus Wirtschaft, Forschung und Politik das erstklassige Event mit ihrer Anwesenheit – selbstverständlich neben zehntausenden nationalen und internationalen Experten und Entscheidern aus der Branche wie Sie als Fachbesucher. In Düsseldorf erwartet Sie neben einer allumfassenden Ausstellung auch ein anspruchsvolles Programm, welche gemeinsam das komplette Neuheitenspektrum für die ambulante und klinische Versorgung abbilden.

          Atmosphärendruckplasma in der Elektronikfertigung

          Von 12. – 15. November 2019 öffnet die productronica – Weltleitmesse für Entwicklung und Fertigung von Elektronik ihre Türen auf der Messe München. Wir zeigen Anwendungen für Atmosphärendruckplasma auf der productronica.

          Plasma auf der productronica

          Zusammen mit unserem Partner Bridge S. r. l. sind wir in Halle B2 auf Stand 428 bei F & K DELVOTEC Bondtechnik GmbH vertreten. Auf dem Stand wurde unser Hochleistungsplasma System plasmabrush PB3 in die Cobocell 4.0 integriert. Hierbei wird Plasma als Feinreinigung vor dem Bonden eingesetzt. Darüber hinaus bietet Atmosphärendruckplasma unterschiedliche Anwendungen für erhöhte Produktivität und Qualität auch in der Linienfertigung von elektronischen Baugruppen.

          Atmosphärendruckplasma in der Elektronikfertigung auf der productronica als Feinreinigung vor, nach oder während dem Bonden und Löten

          Drahtbonden

          Idealerweise erfolgt das Drahtbonden auf sauberen Metalloberflächen des Halbleiterbauteils bzw. des Trägermaterials. In der Praxis treten allerdings häufig Kontaminationen der Fläche auf, was dazu führen kann, dass keine Haftung auf dem Pad (Non-Stick on Pad oder kurz: NSOP) oder sogenannte „Lifts“ (Anhebungen der Bonds) entstehen. Beide Fälle führen in der Produktion zu Ausfällen, Stillstandszeiten und Qualitätsmängel. Durch eine vorherige selektive Plasmabehandlung können sowohl NSOPS als auch Lifts vermieden und so die Qualität gesteigert werden.

          Lötstopplack

          Ein weiterer Anwendungsfall ergibt sich bei adhäsiven Prozessen auf Lötstopplack. Dieser wird vor dem Löten aufgetragen, um zu verhindern, dass die mit ihm überzogenen Flächen auf der Leiterplatte mit Lot benetzt werden. Häufig sollen eben solche Stellen in einem weiteren Schritt allerdings beschichtet, verklebt oder vergossen werden, was sich als schwierig darstellt, da die Fläche sehr schlechte Benetzungseigenschaften aufweist. Durch eine Plasmabehandlung kann der Lötstopplack aktiviert werden, so dass Beschichtung, Verklebung oder Verguss von Platinen problemlos möglich werden.

          Flussmittel

          Ein Flussmittel ist ein beim Löten zugegebener Stoff, der eine bessere Benetzung des Werkstücks durch das Lot bewirkt und die an den Oberflächen aufliegenden Oxide durch chemische Reaktion entfernt. Allerdings sind diese oft ätzend, korrodierend oder auch gesundheitsschädlich und sollen nach dem Löten wieder von der Oberfläche entfernt werden. Daher werden die Teile nach dem Löten mit dem plasmabrush gereinigt.

          Selektive Feinreinigung und Aktivierung

          Atmosphärendruckplasma bietet die Möglichkeit im bestehenden Prozess organische aber auch oxidische Verunreinigungen von den entscheidenden Flächen zu entfernen und abweisende Schichten entweder vollständig oder selektiv benetzbar zu machen. Im Gegensatz zum Niederdruckplasma kann der Jet eines Atmosphärendruckplasmasystems einfach in die Produktionslinie integriert werden ohne Taktzeiten signifikant zu erhöhen. Das macht diese Technologie zu einer kostengünstigen und attraktiven Möglichkeit zur Qualitätsverbesserung.

          Plasma und Klebstoff

          Ebenso zeigt unser Partner John P. Kummer GmbH in Halle A4 auf Stand 301 das Zusammenspiel von Plasmaaktivierung mit verschiedenen Klebstoffen und Klebebändern. Hierbei wird der piezobrush® PZ2 live auf dem Stand vorgeführt und getestet.

          Erleben Sie Atmosphärendruckplasma in der Elektronikfertigung auf der productronica.

          Plasma in der Mikrofluidik

          Das ISAT – Institut für Sensor- und Aktortechnik forscht auf dem Gebiet der akustischen Sensorik und Aktorik. Sabine Schmidt vom ISAT der Hochschule Coburg berichtet über den Einsatz von Plasma in der Mikrofluidik zum Verbinden von PDMS und Glas.

          Wir haben das Plasma-Handgerät ausgewählt, da dies sehr kompakt ist, vielseitig einsetzbar und ohne Umbaumaßnahmen in allen unseren Laboren verwendet werden kann. Die Vielseitigkeit kommt uns sehr entgegen, da sich in der Forschung unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten ergeben. Zudem ist die Möglichkeit über ein Leihgerät die Eignung des Plasma-Handgerätes für die eigenen Prozesse zu testen sehr vorteilhaft. Sabine Schmidt, Forschung und Entwicklung, ISAT – Institut für Sensor- und Aktortechnik der Hochschule Coburg
          Logo ISAT Institut für Sensor- und Aktortechnik nutzt Plasma in der Mikrofluidik
          Mit dem Leihgerät konnte erfolgreich eine Verbindung zwischen PDMS und Glassubstrat hergestellt werden. Bei Problemen und Fragen während der Testphase war der Support von relyon plasma hilfreich. Das Gerät wird bei uns vorrangig im Bereich Mikrofluidik eingesetzt, es wird aber auch damit getestet manuelle Klebeprozesse in anderen Bereichen zu optimieren. Sabine Schmidt, Forschung und Entwicklung, ISAT – Institut für Sensor- und Aktortechnik der Hochschule Coburg

          Sie möchten den piezobrush PZ2 für Ihre eigenen Prozesse und Anwendungen ausprobieren? Kein Problem – das Plasma-Handgerät können Sie ganz einfach über uns leihen.

          Leihgerät anfragen >>

          Plasmatechnologie für bessere Farbhaftung und höchste Druckqualität

          Relyon plasma GmbH, eine Tochter der TDK Electronics AG mit Sitz in Regensburg, präsentiert auf der InPrint in München, welche Vorteile eine Vorbehandlung mit Plasmatechnologie für die gängigen Druckverfahren bietet.

          InPrint 2019 in München

          Regensburg/München. Von 12. – 14. November 2019 findet die InPrint, die internationale Fachmesse für Drucktechnologie zur Anwendung in der industriellen Fertigung in München statt.
          Relyon plasma wird dieses Jahr zum ersten Mal im Neuaussteller-Pavillon auf Stand 850b Plasma-Lösungen für den industriellen Druck präsentieren. Hierbei reicht das Einsatzgebiet von der Vorbehandlung von Kabeln und Rohren für einen nachfolgenden Beschriftungsdruck über die Vorbereitung von Glasoberflächen für den Digitaldruck bis hin zur Verbesserung von Fügeprozessen in der Additiven Fertigung.

          Plasmatechnologie und Continuous Inkjet Printing

          Das Zusammenspiel zwischen Plasmafunktionalisierung und Druck wird auf der InPrint zusammen mit dem Partner A-L-F Kennzeichnungstechnik GmbH live auf dem Stand gezeigt. Verschiedenste Materialien, wie Polytetrafluorethylen (Kurzzeichen PTFE, Handelsname Teflon) oder Aluminium werden auf dem Stand halbseitig mit Plasma behandelt und anschließend mit dem Continuous Inkjet CodeCreator bedruckt. Der Unterschied lässt sich mit bloßem Auge erkennen. Bei der unbehandelten Seite sind die einzelnen Tintentröpfchen deutlich zu erkennen, während bei der behandelten Seite ein gleichmäßiges Druckbild entsteht.

          Plasmatechnologie für bessere Farbhaftung und höchste Druckqualität : Haftungsprobe von Inkjetdruck auf unbehandeltem und plasmabehandeltem PTFE
          Haftungsprobe von Inkjetdruck auf unbehandeltem und plasmabehandeltem PTFE

          Dies liegt daran, dass durch die Plasmabehandlung die Oberflächenenergie erhöht wurde, wodurch die Benetzung der Oberfläche mit Tinte verbessert wird. Die Vorteile der Plasmabehandlung reichen dabei über die optischen und ästhetischen Aspekte hinaus. So kann zudem die Haftung der Druckfarbe auf der Oberfläche verbessert werden. Der Versuch auf PTFE zeigt deutlich, dass sich die Tinte auf der unbehandelten Fläche sehr leicht und fast vollständig entfernen lässt, wohingegen auf der behandelten Fläche der Druck nicht beschädigt wird. Ebenso zeigt der Abzugstest, dass sich die Tinte nur auf der unbehandelten Fläche ablöst. Somit wird sowohl das Druckergebnis als auch die Druckqualität durch eine vorgelagerte Plasmabehandlung erheblich verbessert.

          Plasmatechnologie im 3D-Druck auf der InPrint Konferenz

          Auf der parallel stattfindenden Konferenz wird Corinna Little am 13. November um 15.00 Uhr einen Vortrag zum Thema „Plasmatechnologie im 3D-Druck für verbesserte Haftung “ halten. Der 3D-Druck als junge Technologie ist ständig auf der Suche nach Verbesserungen und Innovationen. Eine solche ergibt sich aus der Kombination von Plasmatechnologie und 3D-Druck. Das Plasma-Handgerät piezobrush® PZ2 der relyon plasma GmbH wird für das Verkleben von Einzelteilen zu großen Bauteilen und für Haftungsverbesserung beim Schmelzschicht-Verfahren – fused filament fabrication (fff-fdm) eingesetzt. Dadurch kann eine bis zu dreifach höhere Festigkeit der Klebeverbindungen erzielt werden und das ganz ohne den Einsatz von umweltschädlichen, chemischen Primern.

          Bei einem Besuch auf Stand 850b erhalten Messebesucher einen Einblick in das vielfältige Anwendungsgebiet der Plasmatechnologie im industriellen Druck.

          Hier können Sie die gesamte Pressemitteilung „Plasmatechnologie für bessere Farbhaftung und höchste Druckqualität“ herunterladen.

          Pressemitteilung >>

          Partielle Bauteilreinigung an Funktions- und Verbindungsflächen

          Fachtagung: Partielle Bauteilreinigung an Funktions- und Verbindungsflächen mit Atmosphärendruckplasma

          Am 14. November 2019 findet die 4. Fachtagung “ Partielle Bauteilreinigung an Funktions- und Verbindungsflächen“ im Donausaal der Messe Ulm statt. Die Fachveranstaltung gibt einen guten Überblick zu bewährten lokal wirkenden Reinigungsverfahren, die eine wirtschaftliche Teileherstellung gewährleisten. Hierbei stehen Erfahrungsberichte zum Thema: Optimale Lösungen für Reinigungstechnik und Qualitätssicherung in der partiellen Bauteilreinigung durch Wissen, Perfektion und Innovation im Mittelpunkt.

          Wir freuen uns sehr, dass Corinna Little in diesem Jahr einem Vortrag zum Thema „Reinigung von Metalloberflächen mit atmosphärischem Plasma“ halten wird.

          Programm

          DONNERSTAG, 14. NOVEMBER 2019

          08:30 – 09:00 Begrüßungskaffee – Ausgabe Tagungsunterlagen
           
          09:00 – 09:15 Begrüßung / Einführung
          Veranstalter und Tagungsleiter
          09:15 – 09:45 Verfahren zur partiellen Bauteilreinigung
          Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Dresden | Annett Klotzbach
          09:45 – 10:15 Qualitätssicherung mittels Oberflächenanalytik
          Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Stuttgart | Jakob Barz
          10:15 – 10:45 Qualitätssicherung mittels Prozessmesstechnik
          SITA Messtechnik GmbH, Dresden | Stefan Büttner
          10:45 – 11:15 PAUSE – Besuch der Ausstellung
          11:15 – 11:45 Reinigung von Metalloberflächen mit atmosphärischem Plasma
          Relyon Plasma GmbH, Regensburg | Corinna Little
          11:45 – 12:15 Mit CO2-Schneestrahlreinigung zur optimalen Oberfläche
          acp – systems AG, Ditzingen | Günther Schmauz
          12:15 – 12:45 Technische Sauberkeit von Dichtungen – Anforderungen und Umsetzung
          SEALS’N‘ FINISHING, Beuren | Simone Frick
          12:45 – 13:45 MITTAGSPAUSE – Besuch der Ausstellung
          13:45 – 14:15 Prozessauswahl für die partielle Bauteilreinigung
          ECOCLEAN GmbH, Monschau | Daniel Jessen
          14:15 – 14:45 Flexible Anlagenlösung zum selektiven Laserreinigen von großen und komplexen Bauteilen
          4JET Technologies GmbH, Alsdorf | Carsten Thielen
          14:45 – 15:15 PAUSE – Besuch der Ausstellung
          15:15 – 15:45 Feinstreinigung und Oberflächenaktivierung mit kurzwelligem UVC-Licht
          INNOVENT e.V. Jena | Jörg Leuthäußer
          15:45 – 16:15 Die Automatisierung anwendungsgerechter Oberflächenvorbehandlung von Klebeflächen
          ATN Hölzel GmbH, Oppach | Ronny Gutte
          16:15 Schlussworte – Ende Veranstaltung

          Veranstaltungs-Flyer >>

          relyon plasma @ formnext

          Von 19. – 22. November 2019 findet die formnext, die Weltleitmesse für Additive Manufacturing und die nächste Generation der intelligenten industriellen Produktion, in Frankfurt am Main statt. Relyon plasma wird dieses Jahr zum ersten Mal in Halle 11 auf Stand A76 präsentieren welche Haftungsverbesserungen durch Plasma in der Additiven Fertigung erreicht werden.

          Plasma in der Additiven Fertigung auf der formnext 2019

          Der 3D-Druck als junge Technologie ist ständig auf der Suche nach Verbesserungen und Innovationen. Eine solche entsteht, wenn die ebenfalls junge Plasmatechnologie und der 3D-Druck kombiniert werden. So wird das Plasma-Handgerät piezobrush PZ2 beispielsweise für das Verkleben von 3D-gedruckten Einzelteilen zu großen Bauteilen verwendet, da durch eine vorherige Plasmabehandlung eine deutliche Haftungsverbesserung entsteht. Dadurch kann eine bis zu dreifach höhere Festigkeit der Klebeverbindungen erzielt werden und das ganz ohne den Einsatz von umweltschädlichen, chemischen Primern.

          Ebenso wird die Plasmatechnologie für Haftungsverbesserungen beim Schmelzschicht-Verfahren – fused filament fabrication (fff-fdm) eingesetzt. Hierbei wird die jeweils zuletzt gedruckte 3D-Linie mit Plasma behandelt bevor die nächste Linie daraufgeschmolzen wird, so dass die Haftung zwischen den Schichten erhöht wird.

          Eine weitere Anwendung findet sich beim Aerosol Jet-System bei dem das Hochleistungs-Plasma-System plasmabrush PB3 zur Substratbehandlung und -reinigung eingesetzt wird. Hierdurch wird die Benetzbarkeit der Substrate verbessert, was zu einer deutlichen Haftungsverbesserung und dadurch besseren Qualität der gedruckten Linien führt.

          Besuchen Sie relyon plasma auf Stand 11.0 A-76 und erfahren Sie wie Sie die Plasmatechnologie in ihren Arbeitsalltag integrieren können. Die Integration von Plasma in der Additiven Fertigung ist noch ein sehr neues Thema, das noch lange nicht an seine Grenzen gestoßen ist, entwickeln Sie diese Erfolgsgeschichte gemeinsam mit uns weiter.

          Besuchen Sie uns auf Stand A-76

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            Über die formnext

            Die Formnext zeigt die komplexe und vielschichtige Welt der additiven Fertigungsverfahren über das gesamte Materialspektrum von Polymeren über Metalle und weitere Werkstoffe in Kombination mit allen Prozessphasen modernster industrieller Produktion bis hinein in die Serie.

            Die Formnext bedeutet:

            • Weltleitmesse für Additive Manufacturing / Industriellen 3D-Druck
            • begleitende Konferenz vom Content Partner TCT mit 849 gebuchten Tageskarten
            • 632 Aussteller und 26.919 Besucher auf einer Fläche von 37.231 qm
            • Aussteller aus 32 Nationen und 49 % internationale Besucher

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