हाल के वर्षों में, वैश्विक चिकित्सा उपकरण उद्योग ने लगभग 4% की औसत वृद्धि दर के साथ तेजी से और स्थिर विकास बनाए रखा है, जो कि इसी अवधि में राष्ट्रीय आर्थिक विकास दर से अधिक है। संयुक्त राज्य अमेरिका, यूरोप और जापान संयुक्त रूप से वैश्विक चिकित्सा उपकरण बाजार में मुख्य बाजार की स्थिति पर कब्जा कर लेते हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका चिकित्सा उपकरणों का दुनिया का सबसे बड़ा उत्पादक और उपभोक्ता है, और इसकी खपत उद्योग में अग्रणी स्थिति में है। दुनिया के शीर्ष चिकित्सा उपकरण दिग्गजों में, संयुक्त राज्य अमेरिका में चिकित्सा उपकरण कंपनियों की सबसे बड़ी संख्या है और सबसे बड़ा अनुपात है।
यह लेख मुख्य रूप से आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले मेडिकल इंजीनियरिंग प्लास्टिक्स का परिचय देता है, जो आसान-से-प्रक्रिया आकार वाले सामग्रियों से बने होते हैं। ये प्लास्टिक वजन के सापेक्ष अपेक्षाकृत महंगे होते हैं, क्योंकि प्रसंस्करण के दौरान अधिकांश सामग्री मलबे के कारण खो जाती है।
चिकित्सा क्षेत्र में सामान्य इंजीनियरिंग प्लास्टिक का परिचय
एक्रिलोनिट्राइल ब्यूटाडीन स्टाइलिन (ABS)
टेरोपोलिमर सैन (स्टाइरीन-एक्रिलोनिट्राइल) और ब्यूटाडाइन सिंथेटिक रबर से बना है। इसकी संरचना से, ABS की मुख्य श्रृंखला BS, AB, AS हो सकती है, और इसी शाखा श्रृंखला AS, S, AB और अन्य घटक हो सकते हैं।
ABS एक बहुलक है जिसमें रबर चरण को राल के निरंतर चरण में फैलाया जाता है। इसलिए, यह केवल इन तीन मोनोमर्स, सैन (स्टाइलिन-एक्रिलोनिट्राइल) का एक कोपॉलीमर या मिश्रण नहीं है, जो ABS को कठोरता और सतह को खत्म करता है, butadiene देता है इसकी कठोरता के लिए, इन तीन घटकों के अनुपात को आवश्यकतानुसार समायोजित किया जा सकता है। प्लास्टिक का उपयोग आमतौर पर 4 इंच मोटी प्लेट और 6 इंच व्यास की छड़ बनाने के लिए किया जाता है, जिसे आसानी से बांधा जा सकता है और मोटी प्लेट और घटकों को बनाने के लिए टुकड़े टुकड़े किया जा सकता है। इसकी उचित लागत और आसान प्रसंस्करण के कारण, यह कंप्यूटर संख्यात्मक नियंत्रण (सीएनसी) विनिर्माण प्रोटोटाइप के लिए एक लोकप्रिय सामग्री है।
ABS का उपयोग अक्सर बड़े पैमाने पर चिकित्सा उपकरण के गोले को फोड़ने के लिए किया जाता है। हाल के वर्षों में, ग्लास फाइबर से भरे एबीएस का उपयोग अधिक स्थानों पर किया गया है।
एक्रिलिक राल (PMMA)
ऐक्रेलिक राल वास्तव में जल्द से जल्द चिकित्सा उपकरण प्लास्टिक में से एक है, और अभी भी आमतौर पर anaplastic पुनर्स्थापनों के मोल्डिंग में उपयोग किया जाता है। * एक्रिलिक मूल रूप से पॉलीमेथाइल मेथैक्रिलेट (PMMA) है।
ऐक्रेलिक राल मजबूत, स्पष्ट, प्रक्रियात्मक और बंधनीय है। बॉन्डिंग ऐक्रेलिक का एक सामान्य तरीका मिथाइल क्लोराइड के साथ बॉन्डिंग को सॉल्व करना है। ऐक्रेलिक में लगभग असीमित प्रकार की छड़ें, शीट और प्लेट आकार और विभिन्न रंग होते हैं। ऐक्रेलिक रेजिन हल्के पाइप और ऑप्टिकल अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त हैं।
साइनेज और डिस्प्ले के लिए ऐक्रेलिक राल बेंचमार्क टेस्ट और प्रोटोटाइप के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है; हालांकि, किसी भी नैदानिक परीक्षणों में इसका उपयोग करने से पहले चिकित्सा ग्रेड संस्करण को निर्धारित करने के लिए देखभाल की जानी चाहिए। वाणिज्यिक ग्रेड ऐक्रेलिक रेजिन में यूवी प्रतिरोध, ज्वाला मंदक, प्रभाव संशोधक और अन्य रसायन हो सकते हैं, जो उन्हें नैदानिक उपयोग के लिए अनुपयुक्त बनाते हैं।
पॉलीविनाइल क्लोराइड (पीवीसी)
पीवीसी के दो रूप हैं, कठोर और लचीले, इस पर निर्भर करता है कि प्लास्टिसाइज़र जोड़े जाते हैं या नहीं। पीवीसी का उपयोग आमतौर पर पानी के पाइप के लिए किया जाता है। पीवीसी के मुख्य नुकसान खराब मौसम प्रतिरोध, अपेक्षाकृत कम प्रभाव शक्ति, और थर्माप्लास्टिक शीट का वजन काफी अधिक है (विशिष्ट गुरुत्व 1.35)। यह आसानी से खरोंच या क्षतिग्रस्त हो जाता है, और इसमें अपेक्षाकृत कम थर्मल विरूपण बिंदु (160) होता है।
Unplasticized PVC दो मुख्य योगों में निर्मित होता है: टाइप I (संक्षारण प्रतिरोध) और Type II (उच्च प्रभाव)। टाइप I पीवीसी सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला पीवीसी है, लेकिन टाइप I की तुलना में उच्च प्रभाव शक्ति की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में, टाइप II में बेहतर प्रभाव प्रतिरोध और थोड़ा संक्षारण प्रतिरोध है। उच्च-तापमान योगों की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में, उच्च शुद्धता वाले अनुप्रयोगों के लिए पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड (PVDF) का उपयोग लगभग 280 ° F पर किया जा सकता है।
प्लास्टिसाइज्ड पॉलीविनाइल क्लोराइड (प्लास्टिसाइज्ड पीवीसी) से बने चिकित्सा उत्पादों को मूल रूप से चिकित्सा उपकरणों में प्राकृतिक रबर और कांच को बदलने के लिए उपयोग किया जाता था। प्रतिस्थापन का कारण है: प्लास्टिसाइज्ड पॉलीविनाइल क्लोराइड सामग्री अधिक आसानी से निष्फल, अधिक पारदर्शी है, और बेहतर रासायनिक स्थिरता और आर्थिक प्रभावशीलता है। प्लास्टिसाइज्ड पॉलीविनाइल क्लोराइड उत्पादों का उपयोग करना आसान है, और उनकी अपनी कोमलता और लोच की वजह से, वे रोगी के संवेदनशील ऊतकों को नुकसान पहुंचा सकते हैं और रोगी को असहज महसूस करने से बचा सकते हैं।
पॉली कार्बोनेट (पीसी)
पॉली कार्बोनेट (पीसी) सबसे कठिन पारदर्शी प्लास्टिक है और प्रोटोटाइप चिकित्सा उपकरणों के लिए बहुत उपयोगी है, खासकर अगर यूवी इलाज के बंधन का उपयोग किया जाना है। पीसी में रॉड, प्लेट और शीट के कई रूप हैं, इसे संयोजित करना आसान है।
हालांकि एक पीसी के एक दर्जन से अधिक प्रदर्शन विशेषताओं को अकेले या संयोजन में इस्तेमाल किया जा सकता है, सात सबसे अधिक बार भरोसा करते हैं। पीसी में उच्च प्रभाव शक्ति, पारदर्शी जल पारदर्शिता, अच्छा रेंगना प्रतिरोध, व्यापक ऑपरेटिंग तापमान रेंज, आयामी स्थिरता, पहनने के प्रतिरोध, कठोरता और कठोरता, इसकी लचीलापन के बावजूद है।
पीसी को आसानी से विकिरण नसबंदी द्वारा अलग कर दिया जाता है, लेकिन विकिरण स्थिरता ग्रेड उपलब्ध हैं।
पॉलीप्रोपाइलीन (पीपी)
पीपी कम पिघलने वाले बिंदु के साथ एक हल्के वजन वाला, कम लागत वाला पॉलियोलेफिन प्लास्टिक है, इसलिए यह थर्मोफॉर्मिंग और खाद्य पैकेजिंग के लिए बहुत उपयुक्त है। पीपी ज्वलनशील है, इसलिए यदि आपको आग प्रतिरोध की आवश्यकता है, तो लौ रिटार्डेंट (एफआर) ग्रेड की तलाश करें। पीपी झुकने के लिए प्रतिरोधी है, जिसे आमतौर पर "100-गुना गोंद" के रूप में जाना जाता है। ऐसे अनुप्रयोगों के लिए जिन्हें झुकने की आवश्यकता होती है, पीपी का उपयोग किया जा सकता है।
पॉलीथीन (पीई)
पॉलीइथिलीन (पीई) खाद्य पैकेजिंग और प्रसंस्करण में आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली सामग्री है। अल्ट्रा-उच्च आणविक भार पॉलीथीन (UHMWPE) में उच्च पहनने के प्रतिरोध, कम घर्षण गुणांक, आत्म-चिकनाई, सतह गैर-आसंजन और उत्कृष्ट रासायनिक थकान प्रतिरोध है। यह बेहद कम तापमान (उदाहरण के लिए, तरल नाइट्रोजन, -259 डिग्री सेल्सियस) पर उच्च प्रदर्शन भी बनाए रखता है। UHMWPE 185 ° F के आसपास नरम होना शुरू कर देता है और अपने घर्षण प्रतिरोध को खो देता है।
चूंकि तापमान में परिवर्तन होने पर UHMWPE का अपेक्षाकृत उच्च विस्तार और संकुचन दर होता है, इसलिए इन वातावरणों में निकटता सहिष्णुता अनुप्रयोगों के लिए अनुशंसित नहीं है।
इसकी उच्च सतह ऊर्जा, गैर-चिपकने वाली सतह के कारण, पीई को बंधन में मुश्किल हो सकती है। फास्टनरों, हस्तक्षेप या स्नैप के साथ एक साथ फिट करने के लिए घटक सबसे आसान हैं। इस प्रकार के प्लास्टिक को जोड़ने के लिए Loctite साइटोक्रायलेट चिपकने (CYA) (LoctitePrism सतह-असंवेदनशील CYA और प्राइमर) का उत्पादन करता है।
UHMWPE का उपयोग आर्थोपेडिक प्रत्यारोपण में भी बड़ी सफलता के साथ किया जाता है। यह कुल कूल्हे आर्थ्रोप्लास्टी के दौरान एसिटाबुलर कप में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली सामग्री है और कुल घुटने आर्थ्रोप्लास्टी के दौरान टिबिअल पठार घटक में सबसे आम सामग्री है। यह अत्यधिक पॉलिश कोबाल्ट-क्रोमियम मिश्र धातु के लिए उपयुक्त है। * कृपया ध्यान दें कि आर्थोपेडिक प्रत्यारोपण के लिए उपयुक्त सामग्री विशेष सामग्री हैं, न कि औद्योगिक संस्करण। मेडिकल ग्रेड UHMWPE वेस्टलेक प्लास्टिक (लेनी, पीए) द्वारा लेनिन के व्यापार नाम के तहत बेचा जाता है।
पॉलीओक्सिमिथिलीन (पोम)
ड्यूपॉन्ट का डेल्रिन सबसे प्रसिद्ध पोम में से एक है, और अधिकांश डिजाइनर इस प्लास्टिक का उल्लेख करने के लिए इस नाम का उपयोग करते हैं। पोम को फॉर्मल्डिहाइड से संश्लेषित किया जाता है। POM को मूल रूप से 1950 के दशक की शुरुआत में एक कठिन, गर्मी प्रतिरोधी गैर-लौह धातु के विकल्प के रूप में विकसित किया गया था, जिसे आमतौर पर "Saigang" के रूप में जाना जाता है। यह घर्षण और उच्च शक्ति के कम गुणांक के साथ एक कठिन प्लास्टिक है।
डेल्रिन और इसी तरह के पीओएम बांड के लिए मुश्किल हैं, और मैकेनिकल असेंबली सबसे अच्छा है। डेल्रिन आमतौर पर मशीनीकृत चिकित्सा उपकरण प्रोटोटाइप और बंद जुड़नार के लिए उपयोग किया जाता है। यह अत्यधिक प्रक्रियात्मक है, इसलिए यह मशीनिंग उपकरणों के प्रोटोटाइप के लिए बहुत उपयुक्त है, जिन्हें एफडीए मानकों को पूरा करने वाली शक्ति, रासायनिक प्रतिरोध और सामग्री की आवश्यकता होती है।
डेल्रिन का एक नुकसान विकिरण नसबंदी के प्रति संवेदनशीलता है, जो पोम को भंगुर बना देता है। यदि विकिरण नसबंदी, स्नैप फिट, प्लास्टिक वसंत तंत्र और लोड के तहत पतला खंड टूट सकता है। यदि आप B-POM भागों को स्टरलाइज़ करना चाहते हैं, तो कृपया इस बात पर निर्भर करें कि डिवाइस में कोई संवेदनशील घटक, जैसे कि इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस शामिल हैं, इस पर निर्भर करते हुए EtO, Steris या आटोक्लेव का उपयोग करें।
नायलॉन (PA)
नायलॉन 6/6 और 6/12 योगों में उपलब्ध है। नायलॉन कठिन और गर्मी प्रतिरोधी है। पहचानकर्ता 6/6 और 6/12 बहुलक श्रृंखला में कार्बन परमाणुओं की संख्या को संदर्भित करते हैं, और 6/12 उच्च गर्मी प्रतिरोध के साथ एक लंबी श्रृंखला नायलॉन है। नायलॉन एबीएस या डेल्रिन (पीओएम) के रूप में संसाधित करने योग्य नहीं है क्योंकि यह उन हिस्सों के किनारों पर चिपचिपा चिप्स छोड़ने के लिए जाता है जिन्हें बहस करने की आवश्यकता हो सकती है।
नायलॉन 6, सबसे आम कास्ट नायलॉन है, जो द्वितीय विश्व युद्ध से पहले ड्यूपॉन्ट द्वारा विकसित किया गया था। हालांकि, यह 1956 तक नहीं था, यौगिकों (सह-उत्प्रेरक और त्वरक) की खोज के साथ कि नायलॉन कास्ट व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य हो गया था। इस नई तकनीक के साथ, पोलीमराइजेशन की गति बहुत बढ़ जाती है, और पोलीमराइजेशन को प्राप्त करने के लिए आवश्यक कदम कम हो जाते हैं।
कम प्रसंस्करण प्रतिबंधों के कारण, कास्ट नायलॉन 6 किसी भी थर्माप्लास्टिक के सबसे बड़े सरणी आकार और कस्टम आकार प्रदान करता है। कास्टिंग में बार, ट्यूब, ट्यूब और प्लेट शामिल हैं। इनका आकार 1 पाउंड से 400 पाउंड तक होता है।
नायलॉन सामग्री में यांत्रिक शक्ति होती है और त्वचा के अनुकूल महसूस होता है कि सामान्य सामग्री नहीं है। हालांकि, चिकित्सा उपकरण पैर ड्रॉप ऑर्थोस, पुनर्वास व्हीलचेयर, और मेडिकल नर्सिंग बेड को आमतौर पर एक निश्चित लोड-असर क्षमता वाले भागों की आवश्यकता होती है, इसलिए पीए 66 + 15% जीएफ आमतौर पर चुना जाता है।
फ्लोरिनेटेड एथिलीन प्रोपलीन (FEP)
फ्लोरीनेटेड एथिलीन प्रोपलीन (FEP) में टेट्रफ्लुओरोएथिलीन (TFE) (पॉलीटेट्रैफ्लुओरोइथाइलीन [PTFE]) के सभी वांछनीय गुण होते हैं, लेकिन 200 ° C (392 ° F) का निम्न स्तर का तापमान होता है। PTFE के विपरीत, FEP पारंपरिक तरीकों द्वारा इंजेक्शन ढाला और बार, ट्यूब और विशेष प्रोफाइल में extruded किया जा सकता है। यह PTFE पर एक डिजाइन और प्रसंस्करण लाभ बन जाता है। 4.5 इंच तक की बार्स और 2 इंच तक की प्लेट उपलब्ध हैं। पीटीएफई की तुलना में विकिरण नसबंदी के तहत एफईपी का प्रदर्शन थोड़ा बेहतर है।
उच्च प्रदर्शन इंजीनियरिंग प्लास्टिक
पॉलिथरिमाइड (PEI)
अल्ट्रा 1000 एक थर्माप्लास्टिक पॉलीएरटाइमाइड हाई-हीट पॉलिमर है, जिसे जनरल इलेक्ट्रिक कंपनी द्वारा इंजेक्शन मोल्डिंग के लिए डिज़ाइन किया गया है। नई एक्सट्रूज़न तकनीक के विकास के माध्यम से, अल हाइड, गेहर और एनसिंगर जैसे निर्माता अल्टम 1000 के विभिन्न मॉडल और आकार का उत्पादन करते हैं। अल्टम 1000 उत्कृष्ट प्रक्रियात्मकता को जोड़ती है और उच्च गुणवत्ता वाले अनुप्रयोगों (निरंतर उपयोग) में पीईएस, पीईके और केप्टन की तुलना में लागत बचत लाभ है। 340 ° F तक)। अल्टिमेट स्वचलित है।
पॉलिथरेडेरकेटोनोन (PEEK)
Polyetheretherketone (PEEK) विक्ट्रेक्स पीएलसी (यूके) का एक ट्रेडमार्क है, जो उत्कृष्ट गर्मी और रासायनिक प्रतिरोध के साथ एक क्रिस्टलीय उच्च तापमान थर्माप्लास्टिक है, साथ ही उत्कृष्ट पहनने के प्रतिरोध और गतिशील थकान प्रतिरोध भी है। यह बिजली के घटकों के लिए अनुशंसित है जिन्हें उच्च निरंतर ऑपरेटिंग तापमान (480 ° F) की आवश्यकता होती है, और आग की लपटों के संपर्क में धुएं और जहरीले धुएं का बहुत कम उत्सर्जन होता है।
PEEK अंडरराइटर लेबोरेटरीज (UL) 94 V-0 आवश्यकताओं, 0.080 इंच से मिलता है। उत्पाद में गामा विकिरण के लिए बेहद मजबूत प्रतिरोध है, यहां तक कि पॉलीस्टायरीन से अधिक है। एकमात्र सामान्य विलायक जो PEEK पर हमला कर सकता है, केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड है। PEEK में उत्कृष्ट हाइड्रोलिसिस प्रतिरोध है और 500 ° F तक भाप में काम कर सकता है।
पॉलीट्राफ्लुओरोएथिलीन (PTFE)
TFE या PTFE (पॉलीटेट्रफ्लुओरोएथिलीन), जिसे आमतौर पर टेफ्लॉन कहा जाता है, फ्लोरोकार्बन समूह में तीन फ्लोरोकार्बन रेजिन में से एक है, जो पूरी तरह से फ्लोरीन और कार्बन से बना है। इस समूह में अन्य रेजिन, जिसे टेफ्लॉन के रूप में भी जाना जाता है, पेरफ्लुओरोकालॉक्सी फ्लोरोकार्बन (पीएफए) और एफईपी हैं।
फ्लोरीन और कार्बन को एक साथ बांधने वाली ताकतें सममित रूप से व्यवस्थित परमाणुओं के बीच सबसे मजबूत ज्ञात रासायनिक बंधों में से एक प्रदान करती हैं। इस बॉन्ड स्ट्रेंथ प्लस चेन कॉन्फ़िगरेशन का परिणाम अपेक्षाकृत घना, रासायनिक रूप से अक्रिय, और थर्मल रूप से स्थिर बहुलक है।
TFE गर्मी और लगभग सभी रासायनिक पदार्थों का प्रतिरोध करता है। कुछ विदेशी प्रजातियों को छोड़कर, यह सभी कार्बनिक पदार्थों में अघुलनशील है। इसका विद्युत प्रदर्शन बहुत अच्छा है। हालांकि अन्य इंजीनियरिंग थर्माप्लास्टिक की तुलना में इसकी उच्च प्रभाव शक्ति है, इसके पहनने के प्रतिरोध, तन्य शक्ति और रेंगना प्रतिरोध कम हैं।
TFE में सभी ठोस पदार्थों में सबसे कम ढांकता हुआ स्थिर और सबसे कम अपव्यय कारक है। अपने मजबूत रासायनिक संबंध के कारण, TFE विभिन्न अणुओं के लिए लगभग अनाकर्षक है। इससे घर्षण गुणांक 0.05 जितना कम हो जाता है। हालांकि PTFE में घर्षण का गुणांक कम है, यह कम रेंगने के प्रतिरोध और कम पहनने के गुणों के कारण लोड-असर आर्थोपेडिक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं है। 1950 के दशक के उत्तरार्ध में कुल हिप प्रतिस्थापन पर अपने अग्रणी काम में सर जॉन चार्ली ने इस समस्या की खोज की।
polysulfone
Polysulfone मूल रूप से BP Amoco द्वारा विकसित किया गया था और वर्तमान में इसका निर्माण Solvay द्वारा ट्रेड नाम Udel के तहत किया जाता है, और polyphenylsulfone को ट्रेड नाम Radel के तहत बेचा जाता है।
पॉलीसल्फोन एक कठिन, कठोर, उच्च शक्ति वाला पारदर्शी (हल्का एम्बर) थर्माप्लास्टिक है जो -150 ° F से 300 ° F तक के व्यापक तापमान रेंज में अपने गुणों को बनाए रख सकता है। एफडीए द्वारा अनुमोदित उपकरणों के लिए डिज़ाइन किया गया, यह सभी यूएसपी कक्षा VI (जैविक) परीक्षण भी पास कर चुका है। यह राष्ट्रीय स्वच्छता फाउंडेशन के पीने के पानी के मानकों को पूरा करता है, 180 ° F तक। पॉलीसल्फोन में बहुत अधिक आयामी स्थिरता है। 300 ° F पर उबलते पानी या हवा के संपर्क में आने के बाद, रैखिक आयामी परिवर्तन आमतौर पर 1% या उससे कम का दसवां हिस्सा होता है। पॉलीसल्फोन में अकार्बनिक एसिड, क्षार और नमक समाधान के उच्च प्रतिरोध हैं; मध्यम तनाव के स्तर के तहत उच्च तापमान पर भी, इसमें डिटर्जेंट और हाइड्रोकार्बन तेलों के लिए अच्छा प्रतिरोध है। Polysulfone ध्रुवीय कार्बनिक सॉल्वैंट्स जैसे कीटोन्स, क्लोरीनयुक्त हाइड्रोकार्बन और एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन के लिए प्रतिरोधी नहीं है।
रेडल का उपयोग इंस्ट्रूमेंट ट्रे के लिए किया जाता है जिसके लिए उच्च गर्मी प्रतिरोध और उच्च प्रभाव शक्ति की आवश्यकता होती है, और अस्पताल आटोक्लेव ट्रे अनुप्रयोगों के लिए। पॉलीसल्फोन इंजीनियरिंग राल दोहराया भाप नसबंदी के लिए उच्च शक्ति और दीर्घकालिक प्रतिरोध को जोड़ती है। ये पॉलिमर स्टेनलेस स्टील और ग्लास के विकल्प साबित हुए हैं। मेडिकल ग्रेड पॉलीसल्फोन जैविक रूप से निष्क्रिय है, नसबंदी प्रक्रिया में एक अद्वितीय लंबी उम्र है, पारदर्शी या अपारदर्शी हो सकती है, और अधिकांश सामान्य अस्पताल रसायनों के लिए प्रतिरोधी है।
