Eine innovative Beschichtung eines Speiseröhrenkatheters für die EKG-Diagnose

Herzrhythmusstörungen können mit neuen Speiseröhrenkathetern des Institutes HuCE besser analysiert werden. Eine innovative Beschichtung der Elektroden soll dabei die Signalqualität deutlich verbessern.

Steckbrief

  • Lead-Departement Technik und Informatik
  • Institut Institute for Surface Applied Laser, Phototonics and Surface Technologies ALPS
  • Forschungseinheit ALPS / Thin Films and Surfaces
  • Förderorganisation Andere
  • Laufzeit (geplant) 01.06.2019 - 31.12.2021
  • Projektverantwortung Prof. Dr. Marcel Baak
  • Projektleitung Prof. Dr. Marcel Baak

Ausgangslage

Die Häufigkeit von Herzrhythmusstörungen nimmt im Alter zu, entsprechend sind sichere und präzise Diagnosemethoden gefragt. Ein Projekt am Institut HuCE geht dabei neue Wege: unter der Leitung von Reto Wildhaber werden EKG-Signale in der Speiseröhre gemessen. Dort können Signale der Vorhöfe mit hoher Präzision und Signalqualität aufgezeichnet werden. Die Elektrokardiographie (EKG) aus der Speiseröhre hat gegenüber der Standard-EKGs den Vorteil, dass sie im Bereich der Vorhöfe sehr genaue Signale zu liefern vermag, da die Speiseröhre nahe an diesen Vorhöfen liegt. Eine Herausforderung bei diesen Messungen ist der recht grosse “baseline wander” (das 10-fache und noch mehr des Nutzsignals), der durch verschiedene Artefakte (Bewegung durch Atmen, Schlucken, Reflux; u.a.) verursacht wird. Die Idee, diese Störung durch das Überdecken der Elektroden mit einer schwammartigen Substanz stark zu reduzierten, konnte in einer Machbarkeitsanalyse bereits verifiziert werden (bspw. mit Wollfäden oder Filterpapier). Durch diese Abdeckung wird das Klima lokal konstant gehalten, auch bei Bewegung, Änderung des Säuregehaltes und dergleichen. Auf dem Weg zu einer industriellen Herstellung soll ein unter den in der Speiseröhre herrschenden Bedingungen gut haftendes Beschichtungssystem entwickelt werden, welches mit möglichst einfachen Prozessen hergestellt werden kann.

Vorgehen

Einen vielversprechenden und sehr interessanten Ansatz für die Lösung der oben beschriebenen Problematik sehen wir in der Beschichtung der metallischen Elektroden mit einem thermoplastischen Urethan (TPU). TPUs werden seit längerem in medizinischen Anwendungen eingesetzt (z.B. Elastollan® von BASF oder Desmopan® von Bayer), wo ein entsprechend hohes Anforderungsprofil herrscht. TPU-Beschichtungen sollten somit keine Zulassungsschwierigkeiten ergeben. Eines der Ziele unseres Projektes ist es somit, die Elektroden mit einem geeigneten TPU zu beschichten, um den oben beschriebenen Dämpfungseffekt zu erreichen. Nun haftet aber eine Kunststoffbeschichtung grundsätzlich schlecht auf einer metallischen Elektrodenoberfläche. Die Lösung der Haftungsfrage ist somit ebenfalls Teil des Projektes. Um diese Haftbarkeit zu gewährleisten, kann auf bestehendes Wissen zurückgegriffen werden. Es ist bekannt, dass mittels organischen Verbindungsschichten ein Haftvermittler eingeführt werden, die sich gut mit dem metallischen Substrat, aber auch mit der organischen Beschichtung verbindet. Hierzu bieten sich sogenannte Silan-Kupplungsreagenzien an, die genau diese Aufgabe übernehmen können. Silan-Kupplungsreagenzien sind eine Klasse von kommerziell erhältlichen Verbindungen. Die Haftung der TPU-Beschichtung soll anschliessend mittels Haftungsmessungen bestimmt werden. Diese gilt es auf die Problemstellung zu adaptieren.

Beschichtungsprozess Katheter
Beschichtungsprozess Katheter

Ergebnisse

Bisher konnte gezeigt werden, dass eine Beschichtung mit Polyurethan grundsätzlich den gewünschten Dämpfungseffekt hervorbringt. Die Frage der Langzeitstabilität der Beschichtung unter den herausfordernden Bedingungen in der Speiseröhre konnte in gewissem Masse erreicht werden.

Beschichtete Elektroden
Beschichtete Elektroden

Ausblick

Aktuelle Entwicklungsarbeiten befassen sich einerseits mit der Verbesserung der Langzeitstabilität der Beschichtung und den dafür notwendingen analytischen Methoden, andererseits mit dem Hestellprozess der Beschichtung, in welchem Verfahren wie dip-coating- und spray-coating-Prozesse getestet werden sollen.