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Zusammenfassung (Deutsch)

Amorphe Kohlenstoffschichten, meist als DLC (englisch: diamond-like carbon - DLC), a-C:H oder a-C bezeichnet, sind seit langem als Gegenstand der Forschung bekannt und haben einen weiten technologischen Anwendungsbereich. Dank der vielen attraktiven Eigenschaften wie hohe Härte, hoher Biokompatibilität, niedriger Reibungskoeffizient und chemische Inertheit lassen sich DLC-Schichten als Schutzschichten, insbesondere für medizinische Anwendungen, verwenden.

In dieser Arbeit sind die grundlegenden Voraussetzungen zur DLC-Beschichtung komplexer 3D-Strukturen am Beispiel medizinischer Implantate (Stents) erläutert. Es wurde gezeigt, welche Prozesse bei der Stentbeschichtung eine entscheidende Rolle spielen und unter welchen Plasmabedingungen die Beschichtung in einem HF-Plasma möglich ist. Weiterhin ist sowohl eine Beschreibung eines neu entwickelten Plasmareaktors und einer Plasmaquelle für den Einsatz zur DLC-Schichtabscheidung als auch eine Beschreibung der kompletten Anlage gegeben. Außerdem wurde der Einfluss von Plasmaparametern (Druck, Gasfluss, Gasgemisch, HF-Leistung) auf die DLC-Schichteigenschaften untersucht. Die hierbei gewonnenen Kentnisse wurden zur Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Beschichtung von Stents umgesetzt. Hier erfüllt die DLC-Schicht die Funktion einer Barrierenschicht und verhindert das Eindringen von Metallatomen der Stents in den Körper, wodurch deren Bioverträglichkeit erhöht wird. Ein weiteres entwickeltes Verfahren zur DLC-Schichtabscheidung ermöglicht den Einbau von Sauerstoff oder funktionellen Gruppen in die DLC-Matrix bei extrem niedrigen Anregungsleistungen des Plasmas mit Flächenleistungswerten von unter 1 W/cm². Die Oberflächenenergie der abgeschiedenen Schichten kann so gezielt gesteuert werden. Z.B. kann die Einstellung der Hydrophilität von hydrophil bis hydrophob erfolgen. Weiterhin werden Ergebnisse über die DLC-Abscheidung in einem gepulsten Plasma vorgestellt. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen, die Eigenschaften abgeschiedener DLC-Schichten gezielt zu steuern, und können zur Entwicklung weiterer Beschichtungsverfahren eingesetzt werden.

Zusammenfassung (Englisch)

Amorphous carbon-based coatings, especially diamond-like carbon (DLC), are subjects of research for a long time and have extensive technical applications. Because of their attractive properties like high hardness, high biocompatibility, low friction coefficient and chemical inertness DLC films can be used as protective coatings, in particular for medical applications.

In this work the basic requirements for the coating of complex, three-dimensional objects are illustrated by the example of medical implants (coronal stents). It is shown which processes play an important role in the DLC film deposition of stents. Furthermore, a newly designed plasma system and a radio frequency plasma source for DLC film deposition is described. Additionally, the influence of plasma parameters such as gas pressure, gas flow, gas mixture and rf power on the DLC film composition are investigated. Based in the knowledge obtained, a new process for the coating of stents is developed. The DLC film acts as a barrier and prevents the penetration of metal atoms from the stent into the human body, thus increases the biocompatibility of the stents. Another newly developed deposition process allows the incorporation of oxygen or functional groups into the DLC matrix using extremely low plasma power with a surface power density below 1 W/cm². The surface energy of the deposited films can be controlled in such a way. For example, the hydrophility can be controlled from hydrophilic to hydrophobic. Furthermore, in this work also results for DLC film deposition using time-modulated plasmas are presented. The knowledge obtained allows to control the properties of the deposited DLC films and can be used for the development of new depositions processes.

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