Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer neuartigen Webtechnologie zur integralen Fertigung von nahtlosen Schlauchstrukturen mit definierten Ventilfunktionen

Überall wo Flüssigkeiten richtungsgebunden geleitet werden müssen, bedarf es technischer Lösungen, um ungewollten Rückfluss zu verhindern. Auch im Medizinbereich werden für Implantate Rückstauklappen benötigt, insb. für Herzklappenprothesen. Für die Behandlung defekter Herzklappen stehen mechanische und biologische Klappen zur Verfügung. Haupt-nachteil der mechanischen Klappen ist die lebenslang notwendige Antikoagulationstherapie ab dem Zeitpunkt der Implantation. Außerdem kommt es bei mechanischen Klappen zu vom Patienten wahrnehmbaren Geräuschen, die durch den mechanischen Klappenschluss entstehen. Die Vorteile biologischer Prothesen liegen im Wegfall der Nachbehandlung mit Antikoagulantien, dem nicht wahrnehmbaren Klappenschließton und in der Möglichkeit der minimalinvasiven Implantation.

Ziel des Forschungsvorhabens ist daher, neuartige textile Herzklappenprothesen zu entwickeln, die exakt an die anatomische Gefäßsituation angepasst, minimalinvasiv im Herz platzierbar sind, keine lebenslange Nachbehandlung mit Antikoagulantien benötigen, aufgrund der lebenslangen Haltbarkeit bei Patienten jeglicher Altersklassen anwendbar sind und zeit- und kostensparend mit hoher Reproduzierbarkeit und Qualität gefertigt werden können. Deshalb soll im vorliegenden Forschungsprojekt das Basiswissen für die webtechnische Entwicklung zur integralen Fertigung von nahtlosen Schlauchstrukturen geschaffen werden, mit dem eine reproduzierbare, kostengünstige Herstellung von neuartigen textilen, nahtlosen Schlauchstrukturen mit definierter Ventilfunktion mit gleichzeitig hoher Produktsicherheit realisiert werden kann.

Es wird geschätzt, dass mindestens 50 KMU einen direkten Nutzen aus den Ergebnissen des Forschungsprojektes ziehen werden. Darüber hinaus senken die deutlich geringeren Produktionskosten durch eine automatisierte Herstellung derartiger komplexer Implantate das Entwicklungsrisiko für KMU erheblich und haben eine Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der KMU zur Folge.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojektes 19922 BR wurde eine Fertigungstechnologie zur Herstellung komplexer nahtloser Schlauchstrukturen entwickelt, bei der die Integration des Ventils in situ während des Webprozesses erfolgt. Die Fertigungstechnologie basiert auf einer am ITM erarbeiteten CAD-gestützten Prozesskette für die individuelle Maßanfertigung, die eine Überführung von Patientendaten in parametrisierbare 3D CAD-Modelle und anschließend in Bindungspatronen für Webmaschinen ermöglicht. Durch die Erarbeitung von Geometriemodellen und eine funktionale Simulation der resultierenden Strukturen wird eine Herstellung der Ventilstrukturen ohne Trial-and-Error Versuche ermöglicht. Die entwickelten unterschiedlichen Bindungskonzepte ermöglichen die flexible Realisierung von Schlauchgeweben mit Ventilfunktion sowie unterschiedlicher Klappenart, -anzahl und -ausprägung, wobei die zwei Ventilfunktionen der Herzklappe, das „Einlassventil“ (Mitralklappe) und „Auslassventil“ (Aortenklappe) naturgetreu abgebildet werden.

Durch die automatisierte Herstellung wird die Produktionszeit derartiger komplexer Strukturen bzw. Implantate von 20 Stunden bei der manuellen Fertigung bisheriger Herzklappenprothesen auf 23 Minuten erheblich reduziert und damit das Entwicklungsrisiko für KMU gesenkt und Wettbewerbsfähigkeit deutlich gesteigert.

Die Erkenntnisse aus dem Projekt können somit branchenübergreifend genutzt werden. Vor allem die überwiegend KMU aus den Bereichen Faserstoffe, Textilmaschinenbau, Sondermaschinenbau, Textilfertigung, Medizintechnik, Biomaterialien sowie Biotechnologie, sind potenzielle Nutzer der angestrebten Ergebnisse, weil sie sich durch die Erweiterung der Produktpalette ihren Anteil am wachsenden Medizintechnik-Markt sichern können.

Weiterhin können zahlreiche neue Entwicklungen, wie Ventile, Klappen, funktionelle Rohr- und Schlauchleitungen oder Verschluss- und Verbindungsstücke für eine Vielzahl weiterer anspruchsvoller Anwendungen entwickelt werden.