Diamantklingenherstellung mithilfe der Mikrosystemtechnologie

Zusammenfassung

Einleitung: Seit ihrer Einführung haben extrem scharfe Diamantmikroskalpelle eine weite Verbreitung in der Ophthalmochirurgie gefunden. Die Vielfalt der Geometrie und die Qualität der Schneidkante sind jedoch vom verwendeten natürlichen Ausgangsmaterial und den Limitationen des abrasiven Politurprozesses beschränkt. In diesem Artikel stellen wir eine neue Generation von Diamantklingen vor, die auf einem der Mikrotechnologie entlehnten Herstellverfahren basiert. Dabei ist die Geometrie annähernd frei wählbar. Die Klingen zeichnen sich zudem durch eine extrem hohe Schärfe aus, die durch einen neuartigen Plasmapoliturprozess erreicht wird. Methoden: Der innovative Fabrikationsprozess basiert auf der Abscheidung eines qualitativ hochwertigen CVD (chemical vapour deposition) Diamantfilmes auf einem Siliziumblättchen. Die mechanischen Eigenschaften dieses synthetischen Diamanten sind vergleichbar mit denjenigen des Naturdiamanten. Die lithografische Strukturübertragung ist in der Lage, Geometrien jeder Form in hoher Präzision zu übertragen und ermöglicht die Realisation einer Vielzahl bislang nicht erhältlicher Klingenformen. Die Realisierung der Schneidkanten erfolgt mithilfe eines Plasmapolierprozesses. Ergebnisse: Diese Methode zeigt eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit und erlaubt die Herstellung jeglicher Klingengeometrie darunter erstmals konkav oder kreisrund geformte Diamantklingen. Die kraftfreie Herstellung ermöglicht auch die Herstellung von sehr kleinen Klingen (Breite < 0,125 mm, Dicke < 50 µm). Der Plasmapolierprozess mit Hilfe von Gasatomen führt zu einer ausgezeichneten Schärfe der Schneide mit einem Kantenradius von unter 3 nm. Schlussfolgerungen: Das aus der Mikrotechnologie übernommene und optimal an die Bedürfnisse der Ophthalmochirurgie adaptierbare Verfahren erlaubt die präzise und reproduzierbare Herstellung von Diamantklingen. Der Fertigungsprozess ermöglicht die Umsetzung traditioneller wie auch die Entwicklung neuartiger, an innovative Operationsmethoden optimal angepasste Klingengeometrien.

Abstract

Purpose: The application of diamond knives has steadily increased in ophthalmic surgery. However, the geometry of the blade, its thickness and the sharpness of the cutting edge are limited by the abrasive diamond polishing process, e. g. the crystalline morphology of the bulk material and the grinding powder used. A new generation of diamond blades is presented herewith allowing free choice of blade shape and thickness and possessing excellent sharpness due to a new polishing process. Methods: The new production method is based on a high-quality CVD (chemical vapour deposition) diamond film of some tenths of microns thickness, deposited on a silicon wafer as microchip technology. The mechanical properties of this synthetic diamond film are almost equal to those of a natural diamond and the surface of this film is mirror-like after deposition without requiring post-polishing. The shape of the blade can be freely defined and is transferred into the diamond film by a plasma polishing process adopted from microsystem technology. Results: The new production method results in highly reproducible diamond blades. Concave blades and round shapes can now be realised without the restrictions of the conventional production process. The force-free fabrication method even allows realisation of miniaturized blades (e. g. width < 0.125 mm, thickness < 50 µm) far beyond the possibilities of conventional diamond blade production. Plasma polishing by means of gas atoms results in extreme sharpness with the cutting edge radius in the range of approx. 3 nm. Conclusions: Utilising microsystem technology we were able to manufacture reproducible artificial diamond blades. The new process offers for the first time surgeons a possibility of designing blades with a geometry close to their personal needs. Furthermore, the potential of facet-free ergonomically shaped diamond blades may stimulate further improvements towards novel surgical techniques.

Schlüsselwörter

Diamant - Kataraktchirurgie - CVD (Chemical Vapour Deposition) - Mikrosystemtechnik

Key words

Diamond - cataract surgery - CVD (chemical vapour deposition) - microsystem technology

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