Dalam beberapa tahun terakhir, industri alat kesehatan global telah mempertahankan pertumbuhan yang pesat dan stabil, dengan tingkat pertumbuhan rata-rata sekitar 4%, lebih tinggi dari tingkat pertumbuhan ekonomi nasional pada periode yang sama. Amerika Serikat, Eropa, dan Jepang bersama-sama menempati posisi pasar utama di pasar perangkat medis global. Amerika Serikat adalah produsen dan konsumen alat kesehatan terbesar di dunia, dan konsumsinya berada pada posisi terdepan dalam industri. Di antara raksasa perangkat medis top dunia, Amerika Serikat memiliki jumlah perusahaan perangkat medis terbesar dan menyumbang proporsi terbesar.
Artikel ini terutama memperkenalkan plastik rekayasa medis yang umum digunakan, yang terdiri dari bahan dengan bentuk yang mudah diproses. Plastik ini cenderung relatif mahal dibandingkan dengan beratnya, karena sebagian besar material hilang akibat serpihan selama pemrosesan.
Pengantar plastik rekayasa umum di bidang medis
Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS)
Terpolimer terbuat dari SAN (styrene-acrylonitrile) dan karet sintetis butadiene. Dari strukturnya, rantai utama ABS dapat berupa BS, AB, AS, dan rantai cabang yang sesuai dapat berupa AS, S, AB, dan komponen lainnya.
ABS adalah polimer di mana fasa karet terdispersi dalam fasa kontinu resin. Oleh karena itu, bukan hanya kopolimer atau campuran ketiga monomer ini, SAN (stirena-akrilonitril), yang memberikan kekerasan ABS dan permukaan akhir, tetapi butadiena memberikan ketangguhannya, rasio ketiga komponen ini dapat diatur sesuai kebutuhan. Plastik biasanya digunakan untuk membuat pelat tebal 4 inci dan batang berdiameter 6 inci, yang dapat dengan mudah direkatkan dan dilaminasi untuk membentuk pelat dan komponen yang lebih tebal. Karena biayanya yang masuk akal dan pemrosesan yang mudah, ini adalah bahan yang populer untuk prototipe manufaktur kontrol numerik komputer (CNC).
ABS sering digunakan untuk melepuh cangkang peralatan medis skala besar. Dalam beberapa tahun terakhir, ABS yang diisi dengan serat kaca telah digunakan di lebih banyak tempat.
Resin akrilik (PMMA)
Resin akrilik sebenarnya adalah salah satu plastik perangkat medis paling awal, dan masih umum digunakan dalam pencetakan restorasi anaplastik. * Akrilik pada dasarnya adalah polimetil metakrilat (PMMA).
Resin akrilik kuat, jernih, dapat diproses dan terikat. Salah satu metode umum untuk mengikat akrilik adalah dengan ikatan pelarut dengan metil klorida. Akrilik memiliki jenis batang, lembaran dan bentuk pelat yang hampir tidak terbatas, dan berbagai warna. Resin akrilik sangat cocok untuk pipa ringan dan aplikasi optik.
Resin akrilik untuk papan nama dan tampilan dapat digunakan untuk uji benchmark dan prototipe; Namun, perawatan harus dilakukan untuk menentukan versi tingkat medis sebelum menggunakannya dalam uji klinis apa pun. Resin akrilik kelas komersial mungkin mengandung resistansi UV, penghambat api, pengubah benturan, dan bahan kimia lainnya, sehingga tidak cocok untuk penggunaan klinis.
Polivinil klorida (PVC)
PVC memiliki dua bentuk, kaku dan fleksibel, tergantung pada ada tidaknya penambahan bahan pemlastis. PVC biasanya digunakan untuk pipa air. Kerugian utama PVC adalah ketahanan cuaca yang buruk, kekuatan benturan yang relatif rendah, dan berat lembaran termoplastik cukup tinggi (berat jenis 1,35). Ini mudah tergores atau rusak, dan memiliki titik deformasi termal yang relatif rendah (160).
PVC yang tidak dilapisi diproduksi dalam dua formulasi utama: Tipe I (ketahanan korosi) dan Tipe II (benturan tinggi). PVC Tipe I adalah PVC yang paling umum digunakan, tetapi dalam aplikasi yang membutuhkan kekuatan benturan lebih tinggi daripada Tipe I, Tipe II memiliki ketahanan benturan yang lebih baik dan sedikit mengurangi ketahanan korosi. Dalam aplikasi yang membutuhkan formulasi suhu tinggi, polivinilidena fluorida (PVDF) untuk aplikasi dengan kemurnian tinggi dapat digunakan pada suhu sekitar 280 ° F.
Produk medis yang terbuat dari plasticized polyvinyl chloride (plasticizedpvc) pada awalnya digunakan untuk menggantikan karet alam dan kaca pada peralatan medis. Alasan substitusi adalah: bahan plastik polivinil klorida lebih mudah disterilkan, lebih transparan, dan memiliki stabilitas kimia dan efektivitas ekonomi yang lebih baik. Produk polivinil klorida plastisisasi mudah digunakan, dan karena kelembutan dan elastisitasnya sendiri, produk ini dapat menghindari kerusakan jaringan sensitif pasien dan menghindari membuat pasien merasa tidak nyaman.
Polikarbonat (PC)
Polycarbonate (PC) adalah plastik transparan terkuat dan sangat berguna untuk prototipe perangkat medis, terutama jika UV curing bonding akan digunakan. PC memiliki beberapa bentuk batang, pelat dan lembaran, mudah untuk digabungkan.
Meskipun lebih dari selusin karakteristik kinerja PC dapat digunakan sendiri atau dalam kombinasi, tujuh paling sering diandalkan. PC memiliki kekuatan benturan tinggi, transparansi air transparan, ketahanan mulur yang baik, rentang suhu pengoperasian yang luas, stabilitas dimensi, ketahanan aus, kekerasan dan kekakuan, terlepas dari keuletannya.
PC mudah berubah warna dengan sterilisasi radiasi, tetapi tingkat stabilitas radiasi tersedia.
Polypropylene (PP)
PP adalah plastik polyolefin yang ringan dan murah dengan titik leleh yang rendah, sehingga sangat cocok untuk thermoforming dan kemasan makanan. PP mudah terbakar, jadi jika Anda membutuhkan ketahanan api, cari nilai tahan api (FR). PP tahan terhadap tekukan, biasa disebut "lem 100 kali lipat". Untuk aplikasi yang membutuhkan pembengkokan, PP dapat digunakan.
Polyethylene (PE)
Polyethylene (PE) adalah bahan yang umum digunakan dalam pengemasan dan pemrosesan makanan. Polietilen dengan berat molekul sangat tinggi (UHMWPE) memiliki ketahanan aus yang tinggi, koefisien gesekan rendah, pelumasan sendiri, non-adhesi permukaan, dan ketahanan kelelahan kimia yang sangat baik. Ini juga mempertahankan kinerja tinggi pada suhu yang sangat rendah (misalnya, nitrogen cair, -259 ° C). UHMWPE mulai melunak sekitar 185 ° F dan kehilangan ketahanan abrasi.
Karena UHMWPE memiliki tingkat ekspansi dan kontraksi yang relatif tinggi saat suhu berubah, tidak disarankan untuk aplikasi toleransi dekat di lingkungan ini.
Karena energi permukaannya yang tinggi, permukaan non-perekat, PE mungkin sulit untuk diikat. Komponen paling mudah dipasang bersama dengan pengencang, interferensi, atau kancing. Loctite memproduksi perekat cyanoacrylate (CYA) (LoctitePrism surface-insensitive CYA dan primer) untuk merekatkan jenis plastik ini.
UHMWPE juga digunakan dalam implan ortopedi dengan kesuksesan besar. Ini adalah bahan yang paling umum digunakan dalam cawan acetabular selama artroplasti pinggul total dan bahan yang paling umum dalam komponen dataran tinggi tibialis selama artroplasti lutut total. Sangat cocok untuk paduan kobalt-kromium yang sangat halus. * Harap diperhatikan bahwa bahan yang cocok untuk implan ortopedi adalah bahan khusus, bukan versi industri. Kelas medis UHMWPE dijual dengan nama dagang Lennite oleh Westlake Plastics (Lenni, PA).
Polyoxymethylene (POM)
DuPont's Delrin adalah salah satu POM paling terkenal, dan sebagian besar desainer menggunakan nama ini untuk merujuk pada plastik ini. POM disintesis dari formaldehida. POM awalnya dikembangkan pada awal 1950-an sebagai pengganti logam non-besi tahan panas yang tangguh, umumnya dikenal sebagai "Saigang". Ini adalah plastik yang kuat dengan koefisien gesekan rendah dan kekuatan tinggi.
Delrin dan POM serupa sulit untuk diikat, dan perakitan mekanis adalah yang terbaik. Delrin biasanya digunakan untuk prototipe perangkat medis mesin dan perlengkapan tertutup. Ini sangat mudah diproses, sehingga sangat cocok untuk prototipe peralatan permesinan yang membutuhkan kekuatan, ketahanan kimia, dan bahan yang memenuhi standar FDA.
Salah satu kelemahan Delrin adalah kepekaannya terhadap sterilisasi radiasi yang cenderung membuat POM rapuh. Jika sterilisasi radiasi, snap fit, mekanisme pegas plastik dan bagian tipis di bawah beban dapat pecah. Jika Anda ingin mensterilkan komponen B-POM, harap pertimbangkan untuk menggunakan EtO, Steris, atau autoclave, tergantung pada apakah perangkat tersebut mengandung komponen sensitif, seperti perangkat elektronik.
Nilon (PA)
Nylon tersedia dalam formulasi 6/6 dan 6/12. Nilon kuat dan tahan panas. Pengenal 6/6 dan 6/12 mengacu pada jumlah atom karbon dalam rantai polimer, dan 6/12 adalah nilon rantai panjang dengan ketahanan panas lebih tinggi. Nilon tidak dapat diproses seperti ABS atau Delrin (POM) karena cenderung meninggalkan serpihan lengket di tepi bagian yang mungkin perlu dibersihkan.
Nylon 6, yang paling umum adalah nilon cor, yang dikembangkan oleh DuPont sebelum Perang Dunia II. Namun, baru pada tahun 1956, dengan penemuan senyawa (ko-katalis dan akselerator) yang membuat nilon menjadi layak secara komersial. Dengan teknologi baru ini, kecepatan polimerisasi sangat meningkat, dan langkah-langkah yang diperlukan untuk mencapai polimerisasi berkurang.
Karena pembatasan pemrosesan yang lebih sedikit, nilon cor 6 menyediakan salah satu ukuran larik terbesar dan bentuk khusus dari termoplastik apa pun. Pengecoran termasuk batangan, tabung, tabung dan pelat. Ukurannya berkisar dari 1 pon hingga 400 pon.
Bahan nilon memiliki kekuatan mekanis dan rasa ramah kulit yang tidak dimiliki bahan biasa. Namun, peralatan medis foot drop orthoses, kursi roda rehabilitasi, dan tempat tidur perawatan medis biasanya memerlukan suku cadang dengan daya dukung beban tertentu, jadi PA66 + 15% GF umumnya dipilih.
Fluorinated Ethylene Propylene (FEP)
Fluorinated ethylene propylene (FEP) memiliki semua sifat tetrafluoroethylene (TFE) (polytetrafluoroethylene [PTFE]) yang diinginkan, tetapi memiliki suhu kelangsungan hidup yang lebih rendah dari 200 ° C (392 ° F). Tidak seperti PTFE, FEP dapat dicetak injeksi dan diekstrusi menjadi batangan, tabung dan profil khusus dengan metode konvensional. Ini menjadi keunggulan desain dan pemrosesan dibandingkan PTFE. Batang hingga 4,5 inci dan pelat hingga 2 inci tersedia. Kinerja FEP di bawah sterilisasi radiasi sedikit lebih baik daripada PTFE.
Plastik rekayasa berkinerja tinggi
Polieterimida (PEI)
Ultem 1000 adalah polimer panas tinggi termoplastik polieterimida, dirancang oleh General Electric Company untuk pencetakan injeksi. Melalui pengembangan teknologi ekstrusi baru, produsen seperti AL Hyde, Gehr dan Ensinger memproduksi berbagai model dan ukuran Ultem 1000. Ultem 1000 menggabungkan kemampuan proses yang sangat baik dan memiliki keuntungan penghematan biaya dibandingkan dengan PES, PEEK dan Kapton dalam aplikasi panas tinggi (penggunaan terus menerus) hingga 340 ° F). Ultem dapat diautoklaf.
Polyetheretherketone (MENGINTIP)
Polyetheretherketone (PEEK) adalah merek dagang Victrex plc (UK), termoplastik suhu tinggi kristal dengan ketahanan panas dan bahan kimia yang sangat baik, serta ketahanan aus yang sangat baik dan ketahanan lelah dinamis. Direkomendasikan untuk komponen listrik yang memerlukan suhu pengoperasian terus menerus yang tinggi (480 ° F), dan emisi asap dan asap beracun yang sangat rendah yang terkena api.
PEEK memenuhi persyaratan Underwriters Laboratories (UL) 94 V-0, 0,080 inci. Produk ini memiliki ketahanan yang sangat kuat terhadap radiasi gamma, bahkan melebihi polistiren. Satu-satunya pelarut umum yang dapat menyerang MENGINTIP adalah asam sulfat pekat. PEEK memiliki ketahanan hidrolisis yang sangat baik dan dapat beroperasi dalam uap hingga 500 ° F.
Polytetrafluoroethylene (PTFE)
TFE atau PTFE (polytetrafluoroethylene), biasanya disebut Teflon, adalah salah satu dari tiga resin fluorocarbon dalam kelompok fluorocarbon, yang seluruhnya terdiri dari fluor dan karbon. Resin lain dalam kelompok ini, juga dikenal sebagai Teflon, adalah perfluoroalkoxy fluorocarbon (PFA) dan FEP.
Gaya yang mengikat fluor dan karbon menjadi salah satu ikatan kimia terkuat yang diketahui di antara atom-atom yang tersusun secara simetris. Hasil dari konfigurasi kekuatan ikatan plus rantai ini adalah polimer yang relatif padat, inert secara kimiawi, dan stabil secara termal.
TFE menahan panas dan hampir semua zat kimia. Kecuali untuk beberapa spesies asing, itu tidak larut dalam semua bahan organik. Performa kelistrikannya sangat bagus. Meskipun memiliki kekuatan benturan tinggi, dibandingkan dengan termoplastik teknik lainnya, ketahanan aus, kekuatan tarik dan ketahanan mulurnya rendah.
TFE memiliki konstanta dielektrik terendah dan faktor disipasi terendah dari semua bahan padat. Karena koneksi kimianya yang kuat, TFE hampir tidak menarik untuk molekul yang berbeda. Ini menghasilkan koefisien gesekan serendah 0,05. Meskipun PTFE memiliki koefisien gesekan yang rendah, PTFE tidak cocok untuk aplikasi ortopedi bantalan beban karena resistansi mulurnya yang rendah dan sifat keausan yang rendah. Sir John Charnley menemukan masalah ini dalam karya perintisnya tentang penggantian pinggul total pada akhir 1950-an.
Polisulfon
Polysulfone awalnya dikembangkan oleh BP Amoco dan saat ini diproduksi oleh Solvay dengan nama dagang Udel, dan polyphenylsulfone dijual dengan nama dagang Radel.
Polisulfon adalah termoplastik transparan (kuning muda) yang tangguh, kaku, dan berkekuatan tinggi yang dapat mempertahankan propertinya dalam kisaran suhu yang luas dari -150 ° F hingga 300 ° F. Dirancang untuk peralatan yang disetujui FDA, alat ini juga telah lulus semua uji USP Kelas VI (biologis). Itu memenuhi standar air minum dari National Sanitation Foundation, hingga 180 ° F. Polisulfon memiliki stabilitas dimensi yang sangat tinggi. Setelah terpapar air atau udara mendidih pada suhu 300 ° F, perubahan dimensi linier biasanya sepersepuluh dari 1% atau kurang. Polisulfon memiliki ketahanan tinggi terhadap asam anorganik, alkali dan larutan garam; bahkan pada suhu tinggi di bawah tingkat stres sedang, ia memiliki ketahanan yang baik terhadap deterjen dan minyak hidrokarbon. Polisulfon tidak tahan terhadap pelarut organik polar seperti keton, hidrokarbon terklorinasi dan hidrokarbon aromatik.
Radel digunakan untuk baki instrumen yang membutuhkan ketahanan panas tinggi dan kekuatan benturan tinggi, dan untuk aplikasi baki autoklaf rumah sakit. Resin rekayasa polisulfon menggabungkan kekuatan tinggi dan ketahanan jangka panjang terhadap sterilisasi uap berulang. Polimer ini telah terbukti menjadi alternatif pengganti stainless steel dan kaca. Polisulfon kelas medis bersifat inert secara biologis, memiliki umur panjang yang unik dalam proses sterilisasi, dapat transparan atau buram, dan tahan terhadap bahan kimia rumah sakit yang paling umum.
