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Title:
DEVICE AND METHOD FOR STRUCTURE-CONTROLLED ELECTROSPINNING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/148460
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a device and method for producing a polymer fiber structure by electrospinning comprising: an outlet nozzle (1) for a polymer beam (2); an electrically conductive collector surface (5) which is arranged opposite the outlet nozzle (1), a high voltage being applied therebetween to draw the polymer beam (2) to the collector surface. The device is characterised by a deflection unit (3) which is arranged between the outlet nozzle (1) and the collector surface (5) and about a polymer beam base axis (8) and is designed to deflect the polymer beam (2) by means of at least one electric or magnetic field which is perpendicular thereto in at least one direction, wherein the at least one electric or magnetic field is produced similar to the Braun tube by means of a corresponding deflection voltage (U1, U2); a deflection voltage unit (4) for generating the at least one deflection voltage (U1, U2); and a control unit (9) which controls the deflection voltage unit (4) in order to generate a predefined pattern and the polymer fiber structure with the polymer beam (2) on the collector surface (5).

Inventors:
WILLEMS FRANK (DE)
WITT WOLFGANG (DE)
Application Number:
PCT/DE2017/000049
Publication Date:
September 08, 2017
Filing Date:
February 28, 2017
Export Citation:
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Assignee:
BISPING MEDIZINTECHNIK GMBH (DE)
International Classes:
D04H1/728; D01D5/00
Foreign References:
EP2185749B12013-08-07
DE102009015226A12010-10-14
EP2221402A12010-08-25
EP2325361A12011-05-25
Attorney, Agent or Firm:
KOCH, Carsten (DE)
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Claims:
Patentansprüche:

1 . Vorrichtung zur Herstellung einer 2 und 3 dimensionalen Polymerfaserstruktur durch ein Elektrospinnen, umfassend:

- eine Austrittsdüse (1 ), die mit einem Reservoir (7) für ein Polymer oder eine Polymerlösung in Verbindung steht, um es/sie als ein Polymerstrahl (2) durch die Austrittsdüse (1 ) zu drücken oder pressen;

- eine Kollektorfläche (5) (oder ein Substrat), die elektrisch leitend ist und gegenüber der Austrittsdüse (1 ) angeordnet ist;

- eine Hochspannungseinheit (6), die eine Hochspannung erzeugt und zwischen der Austrittsdüse (1 ) und der Kollektorfläche (5) anlegt, um den Polymerstrahl (2) gegen die Kollektorfläche (5) zu ziehen und dort zu verfestigen;

gekennzeichnet durch

- eine Ablenkeinheit (3), die zwischen der Austrittsdüse (1 ) und der Kollektorfläche (5) und um eine Polymerstrahlbasisachse (8) herum angeordnet und ausgebildet ist, den Polymerstrahl (2) durch mindestens ein dazu senkrechtes elektrisches oder magnetisches Feld in mindestens einer Richtung abzulenken, wobei das mindestens eine elektrische oder magnetische Feld durch eine entsprechende Ablenkspannung (U l , U2) erzeugt wird und wobei die Polymerstrahlbasisachse (8) dem Polymerstrahl (2) ohne eine Ablenkung durch die Ablenkeinheit (3) entspricht;

- eine Ablenkspannungseinheit (4) zur Erzeugung der mindestens einen Ablenkspannung (U l , U2); und

- eine Steuereinheit (9), die die Ablenkspannungseinheit (4) so ansteuert, dass der Polymerstrahl (2) ein vordefiniertes Muster auf der Kollektorfläche (5) beschreibt und dadurch die Polymerfaserstruktur erzeugt.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , wobei die Steuereinheit (9) ausgebildet ist, das vordefinierte Muster als Daten oder als ein Signal zu empfangen und zu Steuersignalen für die Ablenkspannungseinheit (4) umzuwandeln, um dadurch das Muster durch den Polymerstrahl (2) auf der Kollektorfläche (5) entlang von vorbestimmten Bahnen des Musters aufzubauen.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Ablenkeinheit (3) ausgebildet ist, zwei elektrische oder magnetische Felder, die im Wesentlichen senkrecht zueinander und zur Polymerstrahlbasisachse (8) sind, zu erzeugen, um dadurch das Muster durch den Polymerstrahl (2) zweidimensional parallel zur Kollektorfläche (5) zu beschreiben, wobei eine dazu senkrechte Höhe des Musters oder der Polymerfaserstruktur durch entsprechend mehrfaches Überstreichen mit dem Polymerstrahl (2) aufgebaut wird.

4. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kollektorfläche (5) mit einer Stelleinheit verbunden ist, die von der Steuereinheit (9) angesteuert wird in mindestens einer Richtung parallel zur Kollektorfläche (5) verfahrbar ist, um dadurch eine größere Dimension des Musters erzeugen zu können, als es durch die Ablenkeinheit (3) alleine möglich ist.

5. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kollektorfläche (5) eine rotierende Walze oder ein Substrat ist, auf der/dem die Polymerfaserstruktur mit dem vorbestimmten Muster dreidimensional um die Walze o- der das Substrat herum aufgebracht werden kann.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Walze oder das Substrat ausgebildet ist, indem sie/es nach dem Elektrospinnen zu deren Rotationsachse hin verjüngbar oder nach innen ziehbar ist, um sie/es auf diese Weise von der Polymerfaserstruktur nach innen hin abzulösen; und/oder

wobei die Walze oder das Substrat als 3D Druck ausgebildet ist; und/oder wobei die Vorrichtung über der Walze oder dem Substrat in Richtung der Polymerstrahlbasisachse (8) mindestens eine verschiebbare zusätzliche Kollektorfläche aufweist, die nach einem Aufbau einer ersten Polymerfaserstruktur mit einer Grundfläche und mit Seitenwänden über der Grundfläche und zwischen den Seitenwänden eingeschoben wird, um auf der zusätzlichen Kollektorfläche, die elektrisch mit der Kollektorfläche (5) verbunden ist, eine zweite Polymerfaserstruktur als eine Art Dachstruktur oder als einen Überbau erzeugen zu können.

7. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei die Austrittsdüse (1 ) beschichtet ist mit Gold, Platin, Silber und/oder mit Teflon; und/oder wobei das Polymer oder die Polymerlösung Granulate oder Filamentfäden sind oder umfassen; und/oder

wobei das Polymer oder die Polymerlösung Polyurethane oder Milchsäure oder Polylactide sind; und/oder

wobei die Austrittsdüse (1 ) beheizt ist; und/oder

wobei der Polymerstrahl (2) in einem Bereich gleich hinter einem Austritt aus der Austrittsdüse (1 ) zusätzlich aufgeheizt wird durch IR-Strahlung, nicht kohärentes Licht oder kohärentes Laser-Licht ; und/oder

wobei die Umgebung des Polymerstrahls (2) zwischen der Austrittsdüse (1 ) und der Kollektorfläche (5) evakuiert ist, dem Umgebungsdruck entspricht oder einen Überdruck aufweist; und/oder mit einem Gas oder Gasgemisch gefüllt ist, das Helium, Stickstoff, ein anderes Inertgas oder ein nicht inertes Gas oder eine Kombination davon enthält; und/oder

- wobei die Kollektorfläche (5) ein zweites Muster als eine leitende Struktur aufweist, welches bevorzugt eine gitterförmige oder rautenartige Struktur ist.

8. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei die Kollektorfläche (5) eine Vielzahl einzelner Kollektorflächen (5) umfasst, die jeweils separat mit der Hochspannungseinheit (6) über eine Schaltelektronik verbindbar sind, wobei die Steuereinheit (9) ausgebildet ist, die Schaltelektronik so anzusteuern, dass jeweils im Wesentlichen die einzelne Kollektorfläche (5) oder ein Areal einzelner Kollektorflächen (5) mit der Hochspannungseinheit (6) verbunden werden, die mit einer gewünschten Auftreffkoordinate des Polymerstrahls (2) auf der Kollektorfläche (5) übereinstimmen oder darum herum angeordnet sind.

Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, zudem umfassend eine Belüftungsvorrichtung zur Belüftung über der Kollektorfläche (5) und entlang der Polymerfaserstruktur, um ein Lösungsmittel, das über der Polymerfaserstruktur ausgast, abzutransportieren, wobei die Belüftungsvorrichtung bevorzugt ausgebildet ist, einen Gas- oder Gasgemisch-Strom mit einem Spülgas zur Belüftung zu erzeugen, wobei das Spülgas bevorzugt Luft oder ein anderes Gas oder ein Gasgemisch ist, das geeignet ist, das Lösungsmittel möglichst gut abzutransportieren.

Verfahren zur Herstellung einer 2 und 3 dimensionalen Polymerfaserstruktur durch Elektrospinnen mit einer Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, die folgenden Schritte umfassend:

- Anordnen einer Austrittsdüse (1 ) gegenüber einer leitenden Kollektorfläche (5) oder einem Substrat und Anlegen einer Spannung dazwischen;

- Durchpressen eines Polymers oder einer Polymerlösung durch die Austrittsdüse (1 ), so dass es als ein Polymerstrahl (2) austritt und elektrostatisch gegen die Kollektorfläche (5) oder das Substrat gezogen wird und sich darauf als die Polymerfaserstruktur verfestigt;

gekennzeichnet durch

- Anordnen einer Ablenkeinheit (3) zwischen der Austrittsdüse (1 ) und der leitenden Kollektorfläche (5) oder dem Substrat und um die Polymerstrahlbasisachse (8) herum, wobei die Ablenkeinheit (3) ausgebildet ist, den Polymerstrahl (2) durch mindestens ein dazu senkrechtes elektrisches oder magnetisches Feld in mindestens eine Richtung abzulenken, wobei das mindestens eine elektrische oder magnetische Feld durch eine entsprechende Ablenkspannung (U l , U2) erzeugt wird und wobei die Polymerstrahlbasisachse (8) dem Polymerstrahl (2) ohne eine Ablenkung durch die Ablenkeinheit (3) entspricht; - Anlegen und so Variieren der mindestens einen Ablenkspannung (U 1 , U2), dass dadurch der Polymerstrahl (2) ein vorbestimmtes Muster auf der Kollektorfläche (5) beschreibt, um so die Polymerfaserstruktur darauf zu bilden.

1 1 . Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei als die Ablenkeinheit (3) eine Ablenkeinheit (3), wie sie von Bildröhren her bekannt ist, verwendet wird, und wobei der Polymerstrahl (2) in zwei zur Polymerstrahlbasisachse (8) senkrechte Richtungen (x, y) durch eine jeweilige Ablenkspannung (U l , U2) abgelenkt wird.

12. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 1 1 , wobei als die Polymere Polymere in Verbindung mit pharmazeutischen Produkten verwendet werden, wobei die pharmazeutischen Produkte Sirolimus, Paclitaxel oder andere pharmazeutischen Produkte sind; und/oder

wobei die Polymere aus mindestens einer Polymerlösung und/oder aus einem Granulat und/oder aus Filamentfäden gewonnen werden.

13. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 10- 12, wobei das Verfahren zum Beschichten und/oder zur Herstellung von einem oder mehreren folgender Produkte verwendet wird, wie von Stents, von Okkludern, von AV-Shunts, von Patches, von Mashes, von Gefäßprothesen, von Knorpelprothesen, von Bandscheiben, von kosmetischen Implantaten, von Netzen, von Hernien, von Layern für Tissue-Engineering, von Fließ.

14. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 10-13, wobei das Verfahren zum Beschichten und/oder zur Herstellung von einem oder mehreren folgender Produkte verwendet wird, von medizinischen Implantaten, von kosmetischen Implantaten, von Keimbarrieren.

1 5. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 10-14, wobei das Verfahren zum Beschichten und/oder zur Herstellung von einem oder mehreren von folgenden Produkten verwendet wird, von Filtern, Dosierapparaten, Begasungsfolien, Schläuche, Membranen.

16. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 10-15, wobei das Verfahren zum Beschichten und/oder zur Herstellung von einem oder mehreren von folgenden Produkten verwendet wird, von Molekularsieben, indem Zeolithe eingearbeitet werden, mit oder ohne Vorspeicherung von Flüssigkeit, anwendbar für eine Adsoptionskühlung, wie beispielsweise bei einem Zeo- lithkül schrank, für eine Wasserfilterung und/oder für eine Entkeimung.

17. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 10-16, wobei das Verfahren zum Beschichten und/oder zur Herstellung von Fasern oder einem Gewebe verwendet wird, wie für Funktionskleidung für Sportler, für Arbeitsschutzkleidung, wobei eine Temperatur oder Feuchtigkeit reguliert werden kann, beispielsweise durch eine Wärmedämmung oder eine Feuchtigkeitsaufnahme oder durch eine Kapillarausbildung.

1 8. Vorrichtung zur Innenbeschichtung eines röhrenartigen Substrats ( 10), wie beispielsweise einem Koronar- oder Neurostent, mit einer Polymerfaserstruktur durch ein Elektrospinning, umfassend:

- eine längliche bevorzugt kapillarartige Austrittsdüse (1 ), die mit einem Reservoir (7) für ein Polymer oder eine Polymerlösung in Verbindung steht, um das Polymer oder die Polymerlösung aus einem vorderen Abschnitt als ein Polymerstrahl (2) durch die Austrittsdüse (1 ) zu drücken oder pressen, wobei der vordere Abschnitt ausgebildet ist, entlang einer Längsachse des Substrats darin einführbar zu sein;

- ein Haltemittel für das Substrat (10), das ausgebildet ist, das Substrat (10) über dem vorderen Abschnitt der Austrittsdüse (1 ) darüber geschoben zu halten;

- eine Gegenelektrode (1 1 ), die mit einem Abstand gegenüber einem Austritt des Polymerstrahls (2) aus der Austrittsdüse (1 ) angeordnet ist, wobei der Abstand so bemessen ist, dass das Substrat in in einem auf die Austrittsdüse (1 ) aufgeschobenem Zustand zwischen die Austrittsdüse (1 ) und die Gegenelektrode (1 1 ) passt;

- mindestens eine Stelleinheit (12, 1 3), die mechanisch mit der Anordnung aus der Austrittsdüse (1 ), der Gegenelektrode (1 1 ) und dem Substrat (10) verbunden ist und ausgebildet ist, die Austrittsdüse (1 ) zusammen mit der Gegenelektrode ( 1 1 ) gegenüber dem Substrat (10) steuerbar zu verschieben und zu verdrehen;

- eine Hochspannungseinheit (6), die eine Hochspannung erzeugt und zwischen der Austrittsdüse (1 ) und der Gegenelektrode (1 1 ) anlegt, um den Polymerstrahl (2) in Richtung der Gegenelektrode ( 1 1 ) zu ziehen, der sich auf einer Innenwand des Substrats (10), das über die Austrittsdüse (1 ) gezogen ist, niederzuschlägt und verfestigt;

- eine Steuereinheit (9), die die mindestens eine Stelleinheit (12, 13) und bevorzugt die Hochspannungseinheit (6) so ansteuert, dass sich der Polymerstrahl (2) entlang vordefinierter Bahnen auf der Innenwand des Substrats ( 10) niederschlagen kann, um darauf die Polymerfaserstruktur zu bilden.

19. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei die mindestens eine Stelleinheit

(12,1 3) ausgebildet ist, indem sie die Austrittsdüse (1 ) entlang der Längsachse steuerbar verschiebbar macht; und/oder

- das Haltemittel für das Substrat (10) steuerbar rotierbar macht; und/oder

- die Gegenelektrode (1 1 ) um die Austrittsdüse (1 ) steuerbar rotierbar macht.

Description:
VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZU EINEM STRUKTUR-GESTEUERTEN ELEKTROSPINNEN

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Elektrospinnen von Polymerfaserstrukturen.

EP 2185 749 B l offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Elektrospinnen von Polymerfaserstrukturen oder Nano-Faserstrukturen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 . Dabei wird ein Polymer oder eine Polymerlösung durch eine Austrittsdüse gedrückt wird und von dort als Polymerstrahl auf dem kürzesten Weg zu einer gegenüberliegenden Kollektorfläche gezogen, die gegenüber der Austrittsdüse eine angelegte Hochspannung aufweist. Dabei wird die Kollektorfläche, wie beispielsweise eine Platte, auf einer steuerbaren x-y-Stelleinheit durch eine Steuereinheit entsprechend einem Muster verstellt. Dadurch lassen sich die Polymerfaserstrukturen entsprechend dem vorbestimmten Muster erzeugen und aufbauen. Nachteilig ist dabei ein mechanischer Aufwand, Beschleunigungskräfte zur Verstellung der Kollektorfläche als auch Beschleunigungskräfte, die auf die gerade entstehende Polymerfaserstruktur, die noch nicht ganz verfestigt ist, wirken. Wenn die Stelleinheit sowohl sehr kleine Verschiebungen im μιη- Bereich als auch größere Verschiebungen im mm-Bereich erlauben soll, sind an die Stelleinheit große Anforderungen gestellt.

DE 10 2009 015 226 AI offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Elektrospinnen von Polymerfaserstrukturen, wobei die Kollektorfläche ein leitendes Muster umfasst, welches mit der Hochspannungseinheit verbunden ist, so dass sich der Polymerstrahl bevorzugt über dem leitenden Muster niederschlägt und eine dementspre- chende Polymerfaserstruktur bildet. Nachteilig dabei könnte sein, dass die Kollektorfläche bei einem anderen zu erzeugenden Muster oder einer anderen Polymerfaserstruktur auch geändert und ausgetauscht werden muss. EP 2 221 402 AI offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Elektrospinnen von Polymerfaserstrukturen, wobei das aus der Austrittsdüse austretende Polymer oder die Polymerlösung gleich dahinter durch Laser-Licht weiter zum Verdampfen aufgeheizt wird.

EP 2 325 361 A I offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Elektrospinnen von Polymerfaserstrukturen, wobei als Polymer, das aus der Austrittsdüse gedrückt wird, ein spezielles Polymer aus zwei oder mehreren Polymerfäden verwendet wird, von denen mindestens ein Polymerfaden leitend ist und mit der Hochspannungseinheit in Verbindung steht.

Oft ist ein Justieren oder Optimieren von Parametern in den Vorrichtungen zum Elektrospinnen auch mit einer Änderung von Hardware-Komponenten der Vorrichtung verbunden, so dass Änderungen aus Zeit- und Kostengründen hierbei limitiert sind.

Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung, um die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen, in der Bereitstellung einer Vorrichtung zum Elektrospinnen von 2- und 3- dimensionalen Polymerfaserstrukturen, mit der verschiedene Polymerfaserstrukturen möglichst rein PC gesteuert und mit möglichst wenig auszutauschenden Komponenten und möglichst kostengünstig ermöglicht wird. Möglichst sollen auch so kleine Strukturen wie im nm- und μιη-Bereich steuerbar sein.

Die vorstehenden Aufgaben sowie weitere der Beschreibung zu entnehmende Aufgaben werden von einer Vorrichtung und einem Verfahren gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird e. Vorrichtung zur Herstellung einer 2 und/oder 3 dimensio- nalen Polymerfaserstruktur durch Elektrospinnen zur Verfügung gestellt, umfassend: - eine Austrittsdüse (1 ), die mit einem Reservoir (7) für ein Polymer oder eine Po- lymerlösung in Verbindung steht, um es/sie als ein Polymerstrahl (2) durch die Austrittsdüse (1 ) zu drücken oder pressen;

- eine Kollektorfläche (5) (oder ein Substrat), die elektrisch leitend ist und gegenüber der Austrittsdüse (1 ) angeordnet ist;

- eine Hochspannungseinheit (6), die eine Hochspannung erzeugt und zwischen der Austrittsdüse (1 ) und der Kollektorfläche (5) anlegt, um den Polymerstrahl (2) gegen die Kollektorfläche (5) zu ziehen und dort zu verfestigen;

- eine Ablenkeinheit (3), die zwischen der Austrittsdüse (1 ) und der Kollektorfläche (5) und um eine Polymerstrahlbasisachse (8) herum angeordnet und ausgebildet ist, den Polymerstrahl (2) durch mindestens ein dazu senkrechtes elektrisches oder magnetisches Feld in mindestens einer Richtung abzulenken, wobei das mindestens eine elektrische oder magnetische Feld wie bei einer Braunschen Röhre durch eine entsprechende Ablenkspannung (U l , U2) erzeugt wird und wobei die Polymerstrahlbasisachse (8) dem Polymerstrahl (2) ohne eine Ablenkung durch die Ablenkeinheit (3) entspricht;

- eine Ablenkspannungseinheit (4) zur Erzeugung der mindestens einen Ablenkspannung (U l , U2); und

- eine Steuereinheit (9), die die Ablenkspannungseinheit (4) so ansteuert, dass der Polymerstrahl (2) ein vordefiniertes Muster auf der Kollektorfläche (5) beschreibt und dadurch die Polymerfaserstruktur erzeugt.

Weitere Ausbildungsformen sind den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.

Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, dass der Polymerstrahl durch die Ablenkeinheit völlig geräuschlos und viel schneller als bei einer mechanischen Stelleinheit oder als wie aus dem Stand der Technik bekannt abgelenkt werden kann. Auf Kollektorflächen müssen auch keine leitenden Strukturen, denen der Polymerstrahl folgen soll, aufgebracht werden. Justierungen oder Optimierungen sind einfach PC-gesteuert durch die Steuereinheit möglich. Die Hardware kann für verschiedene Arten von Mustern oder Polymerfaserstrukturen weitgehend unverändert bleiben. Dadurch können sowohl Zeit als auch Kosten beträchtlich gespart werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist in nachfolgenden Zeichnungen und in einer detaillierten Beschreibung dargestellt, soll aber die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzen.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Vorrichtung zum Elekt- rospinnen einer Polymerfaserstruktur mit einer Austrittsdüse für einen Polymerstrahl, die mit einem Reservoir in Verbindung steht, und einer leitenden Kollektorfläche als Gegenelektrode, zwischen denen eine Hochspannung angelegt ist, um den Polymerstrahl dorthin zu ziehen, wobei zwischen der Austrittsdüse und der Kollektorfläche und um den Polymerstrahl herum eine Ablenkeinheit, wie bei einer Braunschen Röhre, angeordnet ist, um den Polymerstrahl entsprechend von Ablenkspannungen abzulenken.

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Elektrospinnen einer

Innenbeschichtung für röhrenartige Substrate, wie beispielsweise einem Koronar- oder Neurostent, wobei die Austrittsdüse länglich kapillarartig ausgebildet ist, um in das Substrat geschoben sein zu können, wobei eine Gegenelektrode über dem Substrat, das auf die Austrittsdüse aufgeschoben ist, angeordnet ist, um ein elektrisches Feld dazwischen aufzubauen, um den Polymerstrahl, der aus der Austrittsdüse austritt, zur Gegenelektrode zu ziehen.

Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Vorrichtung zur Herstellung einer 2 und 3 dimensi- onalen Polymerfaserstruktur durch ein Elektrospinnen dargestellt, die Folgendes um- fasst:

- eine Austrittsdüse (1 ), die mit einem Reservoir (7) für ein Polymer oder eine Polymerlösung in Verbindung steht, um es/sie als ein Polymerstrahl (2) durch die Austrittsdüse (1 ) zu drücken oder pressen;

- eine Kollektorfläche (5) oder ein Substrat, die elektrisch leitend ist und gegenüber der Austrittsdüse (1 ) angeordnet ist;

- eine Hochspannungseinheit (6), die eine Hochspannung erzeugt und zwischen der Austrittsdüse (1 ) und der Kollektorfläche (5) anlegt, um den Polymerstrahl (2) gegen die Kollektorfläche (5) zu ziehen und dort zu verfestigen;

gekennzeichnet durch

- eine Ablenkeinheit (3), die zwischen der Austrittsdüse ( 1 ) und der Kollektorfläche (5) und um eine Polymerstrahlbasisachse (8) herum angeordnet und ausgebildet ist, den Polymerstrahl (2) durch mindestens ein dazu senkrechtes elektrisches oder magnetisches Feld in mindestens einer Richtung abzulenken, wobei das mindestens eine elektrische oder magnetische Feld durch eine entsprechende Ablenkspannung (U l , U2) oder einen damit verbundenen Ablenkstrom erzeugt wird und wobei die Polymerstrahlbasisachse (8) dem Polymerstrahl (2) ohne eine Ablenkung durch die Ablenkeinheit (3) entspricht;

- eine Ablenkspannungseinheit (4) zur Erzeugung der mindestens einen Ablenkspannung (U l , U2); und

- eine Steuereinheit (9), die die Ablenkspannungseinheit (4) so ansteuert, dass der Polymerstrahl (2) ein vordefiniertes Muster auf der Kollektorfläche (5) beschreibt und dadurch die Polymerfaserstruktur erzeugt.

Die in Fig. 1 schematisch skizzierte bevorzugte Ablenkvorrichtung weist eine erste Ablenkeinheit 3x auf, die aus zwei Elektroden besteht, die so angeordnet sind, dass bei Anlegen einer ersten Ablenkspannung U l ein entsprechendes elektrisches Feld in x- Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zum Polymerstrahl 2 ist, erzeugt wird.

Dadurch werden elektrisch geladene Polymermoleküle des Polymerstrahls 2 in Abhängigkeit von der ersten Ablenkspannung U l in x-Richtung abgelenkt. Analog dazu ist eine zweite Ablenkeinheit 3y, die ebenfalls aus zwei Elektroden besteht, für ein elektrisches Feld in y-Richtung aufgebaut, das durch eine zweite Ablenkspannung U2 erzeugt wird. Die erste U l und die zweite Ablenkspannung U2 werden durch die Ablenkspan- nungseinheit 4 erzeugt, die jeweils durch die Steuereinheit 9 gesteuert werden. Somit lässt sich ein vordefiniertes Muster des Polymerstrahls 2 in der x-y-Ebene über der Kollektorfläche 5 einfach und präzise steuern. Vorbilder hinsichtlich einer Ortsauflösung und Ortsausdehnung sind Fernsehbildröhren. Eine Mustererzeugung oder Bahnerzeugung durch den Polymerstrahl 2 über der Kollektorfläche 5 kann also entsprechend fein im μπι-Bereich und im mm-Bereich und im cm- Bereich vorgenommen werden. Der μπι-Bereich ist dabei bevorzugt ein Bereich von 1 -5μιη oder 1 - 1 Ομπι oder 1 -100μιη 1 - 1 ΟΟΟμιη. Der mm-Bereich ist dabei bevorzugt ein Bereich von 0, 1 - 1 mm oder 1 - 10mm. Der cm-Bereich ist dabei bevorzugt ein Bereich von 0, 1 -l ern oder 1 - 10cm oder 1 - 100cm. Die Ablenkeinheit 3 ist bevorzugt wie bei einer Braunschen Bildrühre aufgebaut, bei der ein Elektronenstrahl anstelle des Polymerstrahls 2 gesteuert abgelenkt wird und dementsprechend das Muster auf einer Bildfläche erzeugt.

Bevorzugt kann die Ablenkeinheit 3, wie bei Fernsehbildröhren, auch durch ein oder mehrere Magnetspulen aufgebaut sein, die ein oder zwei Magnetfelder erzeugen, die so ausgerichtet sind, um den Polymerstrahl in x- und/oder y-Richtung abzulenken. Dabei werden die Magnetfelder durch die entsprechenden Ablenkspannungen (U l , U2) oder die damit verbundenen Ströme erzeugt. Zur Klarheit kann hierin unter einer Ablenkspannung (U l , U2) auch ein jeweiliger Ablenkstrom verstanden werden, wenn Magnetfelder aufgebaut werden.

Zur Klarheit ist die Kollektorfläche 5 bevorzugt eine Platte oder eine Walze, deren ein Radius bevorzugt in Richtung des Polymerstrahls 2 weist, so dass der Polymerstrahl 2 im nicht ablenkten Fall bevorzugt senkrecht auf die Oberfläche der Walze trifft. Die Kollektorfläche 5 oder Platte kann dabei auf der Oberfläche oder darunter elektrisch leitend sein. Die Kollektorfläche 5 kann auch ein Substrat sein. Das Substrat ist dabei bevorzugt selbst leitend und mit der Hochspannungseinheit 6, beispielsweise über die Kollektorfläche 5 oder eine darunterliegende leitende Platte, elektrisch verbunden. Bevorzugt ist die Steuereinheit (9) ausgebildet, das vordefinierte Muster als Daten oder als ein Signal zu empfangen und zu Steuersignalen für die Ablenkspannungs- einheit (4) umzuwandeln, um dadurch das Muster durch den Polymerstrahl (2) auf der Kollektorfläche (5) entlang von vorbestimmten Bahnen des Musters aufzubauen.

Bevorzugt ist die Ablenkeinheit (3) ausgebildet, zwei elektrische oder magnetische Felder, die im Wesentlichen senkrecht zueinander und zur Polymerstrahlbasisachse (8) sind, zu erzeugen, um dadurch das Muster durch den Polymerstrahl (2) zweidimensional parallel zur Kollektorfläche (5) zu beschreiben, wobei eine dazu senkrechte Höhe des Musters oder der Polymerfaserstruktur durch entsprechend mehrfaches Überstreichen mit dem Polymerstrahl (2) aufgebaut wird.

Bevorzugt ist die Kollektorfläche (5) mit einer Stelleinheit verbunden, die von der Steuereinheit (9) angesteuert wird in mindestens einer Richtung parallel zur Kollektorfläche (5) verfahrbar ist, um dadurch eine größere Dimension des Musters erzeugen zu können, als es durch die Ablenkeinheit (3) alleine möglich ist.

Bevorzugt ist die Kollektorfläche (5) eine rotierende Walze oder ein Substrat, auf der/dem die Polymerfaserstruktur mit dem vorbestimmten Muster dreidimensional um die Walze oder das Substrat herum aufgebracht werden kann.

Bevorzugt ist dabei die Walze oder das Substrat ausgebildet, indem sie/es nach dem Elektrospinnen zu deren Rotationsachse hin verjüngbar oder nach innen ziehbar ist, um sie/es auf diese Weise von der Polymerfaserstruktur nach innen hin abzulösen.

Bevorzugt ist die Walze oder das Substrat als 3D Druck ausgebildet.

Bevorzugt weist die Vorrichtung über der Walze oder dem Substrat in Richtung der Polymerstrahlbasisachse (8) mindestens eine verschiebbare zusätzliche Kollektorfläche auf, die nach einem Aufbau einer ersten Polymerfaserstruktur mit einer Grundfläche und mit Seitenwänden über der Grundfläche und zwischen den Seitenwänden eingeschoben wird, um auf der zusätzlichen Kollektorfläche, die elektrisch mit der Kollektorfläche (5) verbunden ist, eine zweite Polymerfaserstruktur als eine Art Dachstruktur oder als einen Überbau erzeugen zu können. Bevorzugt ist die Austrittsdüse (1 ) beschichtet mit Gold, Platin, Silber und/oder mit Teflon.

Bevorzugt sind oder umfassen das Polymer oder die Polymerlösung Granulate oder Filamentfäden.

Bevorzugt sind das Polymer oder die Polymerlösung Polyurethane oder Milchsäure oder Polylactide.

Bevorzugt ist die Austrittsdüse (1 ) beheizt, um das Polymer oder die Polymerlösung leichter und homogener auspressen zu können und den Polymerstrahl erzeugen zu können.

Bevorzugt wird der Polymerstrahl (2) in einem Bereich gleich hinter einem Austritt aus der Austrittsdüse (1 ) zusätzlich aufgeheizt beispielsweise durch IR-Strahlung, nicht kohärentes Licht oder durch kohärentes Laser-Licht.

Bevorzugt ist die Umgebung des Polymerstrahls (2) zwischen der Austrittsdüse (1 ) und der Kollektorfläche (5) evakuiert oder entspricht dem Umgebungsdruck oder weist einen Überdruck auf. Bevorzugt ist die Umgebung des Polymerstrahls (2) mit einem Gas oder Gasgemisch angefüllt, wie beispielsweise Helium, Stickstoff, ein anderes Inertgas, ein nicht inertes Gas oder eine Kombination davon.

Bevorzugt weist die Kollektorfläche (5) ein zweites Muster als eine leitende Struktur auf, welches bevorzugt eine gitterförmige oder rautenartige Struktur ist.

Bevorzugt umfasst die Kollektorfläche (5) eine Vielzahl einzelner Kollektorflächen (5), die jeweils separat mit der Hochspannungseinheit (6) über eine Schaltelektronik verbindbar sind, wobei die Steuereinheit (9) ausgebildet ist, die Schaltelektronik so anzusteuern, dass jeweils im Wesentlichen die einzelne Kollektorfläche (5) oder ein Areal einzelner Kollektorflächen (5) mit der Hochspannungseinheit (6) verbunden werden, die mit einer gewünschten Auftreffkoordinate des Polymerstrahls (2) auf der Kollektorfläche (5) übereinstimmen oder darum herum angeordnet sind.

Bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine Belüftungsvorrichtung zur Belüftung über der Kollektorfläche (5) und entlang der Polymerfaserstruktur, um ein Lösungsmittel, das über der Polymerfaserstruktur ausgast, abzutransportieren, wobei die Belüftungsvorrichtung bevorzugt ausgebildet ist, einen Gas- oder Gasgemisch-Strom mit einem Spülgas zur Belüftung zu erzeugen, wobei das Spülgas bevorzugt Luft oder ein anderes Gas oder ein Gasgemisch ist, das geeignet ist, das Lösungsmittel möglichst gut abzutransportieren.

Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung der 2 und 3 dimensionalen Polymerfaserstruktur durch das Elektrospinnen vorgestellt, das mit der oben beschriebenen Vorrichtung und/oder den Ausbildungen durchgeführt wird. Dabei umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:

- Anordnen der Austrittsdüse (1 ) gegenüber der leitenden Kollektorfläche (5) oder dem Substrat und Anlegen der Spannung dazwischen;

- Durchpressen des Polymers oder der Polymerlösung durch die Austrittsdüse (1 ), so dass es als der Polymerstrahl (2) austritt und elektrostatisch gegen die Kollektorfläche (5) oder das Substrat gezogen wird und sich darauf als die Polymerfaserstruktur verfestigt;

- Anordnen der Ablenkeinheit (3) zwischen der Austrittsdüse (1 ) und der leitenden Kollektorfläche (5) oder dem Substrat und um die Polymerstrahlbasisachse (8) herum, wobei die Ablenkeinheit (3) ausgebildet ist, den Polymerstrahl (2) durch das mindestens eine dazu senkrechte elektrische oder magnetische Feld in die mindestens eine Richtung abzulenken, wobei das mindestens eine elektrische oder magnetische Feld durch eine entsprechende Ablenkspannung (U l , U2) oder den damit verbundenen Ablenkstrom erzeugt wird und wobei die Polymerstrahlbasisachse (8) dem Polymerstrahl (2) ohne die Ablenkung durch die Ablenkeinheit (3) entspricht;

- Anlegen und so Variieren der mindestens einen Ablenkspannung (U 1 , U2), dass dadurch der Polymerstrahl (2) das vorbestimmte Muster auf der Kollektorfläche (5) beschreibt, um so die Polymerfaserstruktur darauf zu bilden.

Bevorzugt wird als die Ablenkeinheit (3) eine Ablenkeinheit (3), wie sie von Bildröhren her bekannt ist, verwendet. Dabei wird bevorzugt der Polymerstrahl (2) in zwei zur Polymerstrahlbasisachse (8) senkrechte Richtungen (x, y) durch eine jeweilige Ablenkspannung (U l , U2) abgelenkt.

Bevorzugt werden als die Polymere Polymere in Verbindung mit pharmazeutischen Produkten verwendet, wobei die pharmazeutischen Produkte Sirolimus, Paclitaxel oder andere pharmazeutischen Produkte sind.

Bevorzugt werden die Polymere aus mindestens einer Polymerlösung und/oder aus einem Granulat und/oder aus Filamentfäden gewonnen oder setzen sich entsprechend zusammen.

Bevorzugt wird das Verfahren zum Beschichten und/oder zur Herstellung von einem oder mehreren folgender Produkte verwendet, wie: Stents, Okkluder, AV-Shunts, Patches, Mashes, Gefaßprothesen, Knorpelprothesen, Bandscheiben, kosmetischen Implantaten, Netzen, Hernien, Layern für Tissue-Engineering, Fließ.

Bevorzugt wird das Verfahren zum Beschichten und/oder zur Herstellung von einem oder mehreren folgender Produkte verwendet: von medizinischen Implantaten, von kosmetischen Implantaten, von Keimbarrieren.

Bevorzugt wird das Verfahren zum Beschichten und/oder zur Herstellung von einem oder mehreren von folgenden Produkten verwendet: Filter, Dosierapparate, Begasungsfolien, Schläuche, Membranen.

Bevorzugt wird das Verfahren zum Beschichten und/oder zur Herstellung von einem oder mehreren von folgenden Produkten verwendet: von Molekularsieben, indem Zeolithe eingearbeitet werden, mit oder ohne Vorspeicherung von Flüssigkeit. Dabei sind die Molekularsiebe bevorzugt anwendbar für eine Adsoptionskühlung, wie beispielsweise bei einem Zeolithkülschrank, für eine Wasserfilterung und/oder für eine Entkeimung.

Bevorzugt wird das Verfahren zum Beschichten und/oder zur Herstellung von Fasern oder einem Gewebe verwendet, wie für Funktionskleidung für Sportler, für Arbeitsschutzkleidung, wobei eine Temperatur oder Feuchtigkeit reguliert werden kann, beispielsweise durch eine Wärmedämmung oder eine Feuchtigkeitsaufnahme oder durch eine Kapillarausbildung.

Es wird auch eine Vorrichtung zur Innenbeschichtung eines röhrenartigen Substrats (10), wie beispielsweise einem Koronar- oder IMeurostent, mit einer Polymerfaserstruktur durch ein Elektrospinning vorgestellt, das Folgendes umfasst:

- eine längliche bevorzugt kapillarartige Austrittsdüse (1 ), die mit einem Reservoir (7) für ein Polymer oder eine Polymerlösung in Verbindung steht, um das Polymer oder die Polymerlösung aus einem vorderen Abschnitt als ein Polymerstrahl (2) durch die Austrittsdüse (1 ) zu drücken oder pressen, wobei der vordere Abschnitt ausgebildet ist, entlang einer Längsachse des Substrats darin einführbar zu sein;

- ein Haltemittel für das Substrat (10), das ausgebildet ist, das Substrat (10) über dem vorderen Abschnitt der Austrittsdüse (1) darüber geschoben zu halten;

- eine Gegenelektrode (1 1 ), die mit einem Abstand gegenüber einem Austritt des Polymerstrahls (2) aus der Austrittsdüse (1 ) angeordnet ist, wobei der Abstand so bemessen ist, dass das Substrat in in einem auf die Austrittsdüse (1 ) aufgeschobenem Zustand zwischen die Austrittsdüse (1 ) und die Gegenelektrode (1 1 ) passt;

- mindestens eine Stelleinheit (12, 13), die mechanisch mit der Anordnung aus der Austrittsdüse ( 1 ), der Gegenelektrode (1 1 ) und dem Substrat (10) verbunden ist und ausgebildet ist, die Austrittsdüse (1 ) zusammen mit der Gegenelektrode (1 1 ) gegenüber dem Substrat (10) steuerbar zu verschieben und zu verdrehen;

- eine Hochspannungseinheit (6), die eine Hochspannung erzeugt und zwischen der Austrittsdüse (1 ) und der Gegenelektrode (1 1 ) anlegt, um den Polymerstrahl (2) in Richtung der Gegenelektrode (1 1 ) zu ziehen, der sich auf einer Innenwand des Substrats (10), das über die Austrittsdüse (1 ) gezogen ist, niederzuschlägt und verfestigt;

- eine Steuereinheit (9), die die mindestens eine Stelleinheit (12, 13) und bevorzugt die Hochspannungseinheit (6) so ansteuert, dass sich der Polymerstrahl (2) entlang vordefinierter Bahnen auf der Innenwand des Substrats (10) niederschlagen kann, um darauf die Polymerfaserstruktur zu bilden. Bevorzugt ist die mindestens eine Stelleinheit (12, 13) ausgebildet, indem sie die Austrittsdüse (1 ) entlang der Längsachse steuerbar verschiebbar macht.

Bevorzugt ist die mindestens eine Stelleinheit (12, 13) ausgebildet, indem die das Haltemittel für das Substrat (10) steuerbar rotierbar macht.

Bevorzugt ist die mindestens eine Stelleinheit (12, 13) ausgebildet, indem sie die Gegenelektrode (1 1 ) um die Austrittsdüse (1 ) steuerbar rotierbar macht.

Liste der verwendeten Bezugszeichen:

1 Austrittsdüse

2 Polymerstrahl

3 Ablenkeinheit

3x erste Ablenkeinheit in x-Richtung

3y zweite Ablenkeinheit in y-Richtung

4 Ablenkspannungseinheit

5 Kollektorfläche

6 Hochspannungseinheit

7 Reservoir

8 Polymerstrahlbasisachse

9 Steuereinheit

10 Substrat

1 1 Gegenelektrode

12 erste Stelleinheit

13 zweite Stelleinheit

UO Hochspannung

U l erste Ablenkspannung in (x-Richtung)

U2 zweite Ablenkspannung (in y-Richtung)

x,y,z kartesische Koordinaten als Richtungsangaben