Verlängerung des Lebenszyklus von implantierbaren elektronischen Geräten
Wissenschaftler haben sich auf die Schutzbeschichtung von Geräten wie Herzschrittmachern konzentriert und den Versagensmechanismus von medizinischem Silikonkautschuk ermittelt. Die Wasserdiffusion spielt eine entscheidende Rolle bei der Rissbildung in der Beschichtung.
Implantierbare elektronische Geräte (Implantable electronic devices, IEDs) werden zunehmend in der medizinischen Behandlung und Diagnose zur physiologischen Überwachung eingesetzt. Die Ummantelung von IEDs steht jedoch immer noch vor großen Herausforderungen, da die vollständige Verhinderung des Eindringens von Körperflüssigkeiten in die Beschichtung noch weitgehend ungelöst ist.
Um eine verlängerte Lebensdauer von IEDs zu ermöglichen, wurde in der neuen Studie der Einfluss des Wassertransports auf den Versagensmechanismus der Silikonkautschukbeschichtung systematisch untersucht. Die Wasserabsorption und die morphologische Charakterisierung veranschaulichten zunächst das Wasserdiffusionsmodell und zeigten das Vorhandensein von Rissen in der Silikonkautschukbeschichtung. Anschließende elektrochemische Untersuchungen bestätigten ein dreistufiges Eindringverhalten von Wasser in das System Beschichtung/Substrat und quantifizierten das Wachstum und die Entwicklung von Rissen.
Rissausbreitung als Ursache für das Versagen der Beschichtung
Durch weitere experimentelle und Finite-Elemente-Studien wurde nachgewiesen, dass die Rissausbreitung für das Versagen der Beschichtung in IEDs verantwortlich ist, während ein umfassender Versagensmechanismus der medizinischen Silikonkautschukbeschichtung in simulierter Körperflüssigkeit ebenfalls detailliert aufgedeckt wurde. Den Forschern zufolge kann eine solche eindeutige Klärung des Versagensmechanismus für Silikonkautschukbeschichtungen für die künftige Entwicklung von Beschichtungsmaterialien für IEDs von großem Nutzen sein.
Die Studie wurde in Progress in Organic Coatings, Volume 159, Oktober 2021 veröffentlicht.