בשנים האחרונות תעשיית המכשור הרפואי העולמי שומרת על צמיחה מהירה ויציבה, עם קצב צמיחה ממוצע של כ -4%, הגבוה משיעור הצמיחה הכלכלי הלאומי באותה תקופה. ארצות הברית, אירופה ויפן תופסות את עמדת השוק העיקרית בשוק המכשור הרפואי העולמי. ארצות הברית היא היצרנית והצרכן הגדולה ביותר בעולם של מכשירים רפואיים, וצריכתה נמצאת בתפקיד המוביל בענף. בין ענקיות המכשירים הרפואיים בעולם, בארצות הברית יש את המספר הגדול ביותר של חברות מכשירים רפואיים והיא מהווה את החלק הגדול ביותר.
מאמר זה מציג בעיקר פלסטיק הנדסי רפואי נפוץ, המורכב מחומרים בעלי צורות קלות לעיבוד. פלסטיק אלה נוטים להיות יקרים יחסית למשקל, מכיוון שרוב החומרים הולכים לאיבוד בגלל פסולת במהלך העיבוד.
מבוא לפלסטיקה הנדסית נפוצה בתחום הרפואי
אקרילוניטריל בוטאדין סטירן (ABS)
הטרופולימר עשוי SAN (סטירן-אקרילוניטריל) וגומי סינתטי בוטאדין. על פי המבנה, השרשרת העיקרית של ABS יכולה להיות BS, AB, AS, ושרשרת הסניף המקבילה יכולה להיות AS, S, AB ורכיבים אחרים.
ABS הוא פולימר שבו שלב הגומי מתפזר בשלב הרציף של השרף. לכן, זה לא פשוט קופולימר או תערובת של שלושת המונומרים הללו, SAN (סטירן-אקרילוניטריל), המעניקים קשיות ABS וגימור פני השטח, אך בוטאדין נותן. לקשיחותו ניתן להתאים את היחס בין שלושת המרכיבים הללו לפי הצורך. פלסטיקה משמשים בדרך כלל לייצור לוחות בעובי 4 אינץ 'ומוטות בקוטר 6 אינץ', אותם ניתן להדביק ולמינציה בקלות כדי ליצור לוחות ורכיבים עבים יותר. בשל עלותו הסבירה ועיבודה הקל, זהו חומר פופולרי לייצור אבות טיפוס לייצור מספרי מחשב (CNC).
ABS משמש לעתים קרובות לשלפוחת פגזי ציוד רפואי בקנה מידה גדול. בשנים האחרונות נעשה שימוש במקומות רבים יותר במילוי ABS מלא בסיבי זכוכית.
שרף אקרילי (PMMA)
שרף אקרילי הוא למעשה אחד מפלסטיקי המכשירים הרפואיים המוקדמים ביותר, והוא עדיין משמש בדרך כלל ביצירת שחזורים אנפלסטיים. * אקריליק הוא בעצם פולימתיל מתקרילט (PMMA).
שרף אקרילי חזק, ברור, מעובד ומדבק. שיטה נפוצה אחת של מליטה אקרילית היא הצמדת ממסים עם מתיל כלורי. אקריליק כולל סוגים כמעט בלתי מוגבלים של מוטות, צורות יריעות וצלחות וצבעים שונים. שרפים אקריליים מתאימים במיוחד לצינורות אור ויישומים אופטיים.
שרף אקרילי לשילוט ותצוגה יכול לשמש למבחני אמת מידה ואבות טיפוס; עם זאת, יש להקפיד על קביעת גרסת הציון הרפואי לפני השימוש בה בכל ניסויים קליניים. שרפים אקריליים כיתה מסחרית עשויים להכיל עמידות בפני UV, מעכבי בעירה, מכני פגיעה וכימיקלים אחרים, מה שהופך אותם ללא מתאימים לשימוש קליני.
פוליוויניל כלורי (PVC)
ל- PVC שתי צורות, קשיחות וגמישות, תלוי אם מוסיפים פלסטיקים או לא. PVC משמש בדרך כלל לצינורות מים. החסרונות העיקריים של PVC הם עמידות מזג אוויר ירודה, חוזק פגיעה נמוך יחסית ומשקל היריעה התרמופלסטית די גבוה (כוח משקל ספציפי 1.35). הוא נשרט או נפגע בקלות ובעל נקודת עיוות תרמית נמוכה יחסית (160).
PVC לא פלסטי מיוצר בשני ניסוחים עיקריים: סוג I (עמידות בפני קורוזיה) וסוג II (השפעה גבוהה). סוג PVC הוא ה- PVC הנפוץ ביותר, אך ביישומים הדורשים חוזק פגיעות גבוה יותר מאשר סוג I, סוג II הוא בעל עמידות טובה יותר בפני עמידות בפני קורוזיה. ביישומים הדורשים ניסוחים בטמפרטורה גבוהה, ניתן להשתמש בפוליווינידין פלואוריד (PVDF) ליישומים בעלי טוהר גבוה בכ -280 מעלות צלזיוס.
מוצרים רפואיים עשויים מפוליוויניל כלוריד מפלסטיק (plasticisedpvc) שימשו במקור להחלפת גומי טבעי וזכוכית בציוד רפואי. הסיבה להחלפה היא: חומרים מפוליוויניל כלור פלסטיים מעוקרים ביתר קלות, שקופים יותר ובעלי יציבות כימית טובה יותר ויעילות כלכלית טובה יותר. מוצרי פוליוויניל כלוריד פלסטיים קלים לשימוש, ובגלל רכותם וגמישותם, הם יכולים להימנע מפגיעה ברקמות הרגישות של המטופל ולהימנע מלהרגיש לא נעים למטופל.
פוליקרבונט (PC)
פוליקרבונט (PC) הוא הפלסטיק השקוף הקשה ביותר ושימושי מאוד למכשירים רפואיים של אב טיפוס, במיוחד אם יש להשתמש במליטה ריפוי UV. למחשב יש מספר צורות של מוט, צלחת וסדין, קל לשלב.
למרות שניתן להשתמש ביותר מתריסר מאפייני ביצועים של מחשב אישי לבד או בשילוב, לרוב מסתמכים על שבעה. למחשב יש עוצמת פגיעה גבוהה, שקיפות מים שקופה, עמידות זחילה טובה, טווח טמפרטורות פעולה רחב, יציבות ממדית, עמידות בפני שחיקה, קשיחות ונוקשות, למרות משיכותה.
המחשב נבהל בקלות על ידי עיקור קרינה, אך קיימים ציונים ליציבות הקרינה.
פוליפרופילן (PP)
PP הוא פלסטיק פוליאולפן קליל בעלות נמוכה בעל נקודת התכה נמוכה, ולכן הוא מתאים מאוד לגיבוש תרמי ואריזות מזון. PP הוא דליק, כך שאם אתה זקוק לעמידות באש, חפש ציונים מעכבי בעירה (FR). PP עמיד בפני כיפוף, הידוע בכינויו "דבק פי 100". עבור יישומים הדורשים כיפוף, ניתן להשתמש ב- PP.
פוליאתילן (PE)
פוליאתילן (PE) הוא חומר נפוץ באריזה ועיבוד מזון. פוליאתילן בעל משקל מולקולרי גבוה במיוחד (UHMWPE) הוא בעל עמידות בפני בלאי, מקדם חיכוך נמוך, שימון עצמי, אי הידבקות פני השטח ועמידות מעייפת כימית מעולה. זה גם שומר על ביצועים גבוהים בטמפרטורות נמוכות במיוחד (למשל, חנקן נוזלי, -259 מעלות צלזיוס). UHMWPE מתחיל להתרכך סביב 185 מעלות צלזיוס ומאבד את עמידותו בפני שחיקה.
מכיוון ש- UHMWPE בעל קצב התרחבות והתכווצות גבוה יחסית כאשר משתנה הטמפרטורה, לא מומלץ ליישומי סובלנות קרובים בסביבות אלה.
בשל אנרגיית השטח הגבוהה שלה, המשטח שאינו דבק, PE עשוי להיות קשה להיקשר. רכיבים קלים ביותר להתאמה עם מחברים, הפרעות או הצמדה. לוקטייט מייצר דבקים ציאנו-אקרילטים (CYA) (LoctitePrism CYA וחומר פריימר לא רגיש למשטח) להדבקה של סוגים אלה של פלסטיק.
UHMWPE משמש גם להשתלות אורטופדיות בהצלחה רבה. זהו החומר הנפוץ ביותר בכוס האצטאבולארית במהלך מפרקי מפרק הירך הכוללים והחומר הנפוץ ביותר ברכיב הרמה השוקית במהלך מפרק הברך הכולל. זה מתאים לסגסוגת קובלט כרום מלוטשת מאוד. * שימו לב כי החומרים המתאימים להשתלות אורטופדיות הינם חומרים מיוחדים, ולא גרסאות תעשייתיות. UHMWPE בדרגה רפואית נמכר בשם המסחרי Lennite על ידי Westlake Plastics (Lenni, PA).
פוליוקסימאתילן (POM)
Delrin של דופונט הוא אחד ה- POMs הידועים ביותר, ורוב המעצבים משתמשים בשם זה בכדי להתייחס לפלסטיק זה. POM מסונתז מפורמלדהיד. POM פותח במקור בתחילת שנות החמישים כתחליף מתכת לא ברזלי קשוח ועמיד בחום, הידוע בכינויו "סייגאנג". זהו פלסטיק קשוח עם מקדם חיכוך נמוך וחוזק גבוה.
דלרין ו- POM דומים קשים להתקשרות, והרכבה מכנית היא הטובה ביותר. דלרין משמש בדרך כלל לאבות טיפוס של מכשור רפואי במכונה ומתקנים סגורים. ניתן לעבד אותו מאוד, ולכן הוא מתאים מאוד לאבות טיפוס של ציוד עיבוד שביקש חוזק, עמידות כימית וחומרים העומדים בתקני ה- FDA.
חסרון אחד של דלין הוא רגישותו לעיקור קרינה, הנוטה להפוך את ה- POM לפריך. אם עיקור קרינה, התאמה מהירה, מנגנון קפיץ פלסטי וחתך דק תחת עומס עלולים להישבר. אם ברצונך לעקר חלקי B-POM, אנא שקול להשתמש ב- EtO, Steris או autoclaves, תלוי אם המכשיר מכיל רכיבים רגישים כלשהם, כגון מכשירים אלקטרוניים.
ניילון (PA)
ניילון זמין בתכשירים 6/6 ו- 6/12. הניילון הוא קשוח ועמיד בפני חום. המזהים 6/6 ו- 6/12 מתייחסים למספר אטומי הפחמן בשרשרת הפולימרים, ו- 6/12 הוא ניילון ארוך שרשרת עם עמידות גבוהה יותר בחום. ניילון אינו מעובד כמו ABS או Delrin (POM) מכיוון שהוא נוטה להשאיר שבבים דביקים בשולי החלקים שייתכן שיהיה צורך לרטור אותם.
ניילון 6, הנפוץ ביותר הוא ניילון יצוק, אשר פותח על ידי דופונט לפני מלחמת העולם השנייה. עם זאת, רק בשנת 1956, עם גילוי תרכובות (זרזים משותפים ומאיצים), יציקת ניילון הפכה ליתכנה מסחרית. בטכנולוגיה חדשה זו מהירות הפילמור מוגברת מאוד והצעדים הנדרשים להשגת פילמור מופחתים.
בשל פחות מגבלות עיבוד, ניילון יצוק 6 מספק את אחד מגדלי המערכים הגדולים והצורות המותאמות אישית של כל תרמופלסט. יציקות כוללות סורגים, צינורות, צינורות וצלחות. גודלם נע בין קילו אחד ל -400 קילו.
חומרי ניילון הם בעלי חוזק מכני ותחושה ידידותית לעור שאין לחומרים רגילים. עם זאת, ציוד רפואי אורתוסות טיפות ברגליים, כסאות גלגלים שיקומיים ומיטות סיעוד רפואיות דורשות בדרך כלל חלקים בעלי יכולת העומס מסוימת, ולכן בדרך כלל נבחר PA66 + 15% GF.
פרופילן אתילן פלואור (FEP)
לאתילן פרופילן פלואור (FEP) יש את כל התכונות הרצויות של טטרפלואורואתילן (TFE) (פולטיטרפלואורואתילן [PTFE]), אך טמפרטורת ההישרדות שלו נמוכה יותר של 200 מעלות צלזיוס (392 ° F). בשונה מ- PTFE, ניתן להזריק ולהפיץ את ה- FEP לסורגים, צינורות ופרופילים מיוחדים בשיטות קונבנציונליות. זה הופך ליתרון תכנון ועיבוד על פני PTFE. ברים עד 4.5 אינץ 'וצלחות עד 2 אינץ' זמינים. הביצועים של FEP תחת עיקור קרינה הם מעט טובים יותר מאלה של PTFE.
פלסטיק הנדסי בעל ביצועים גבוהים
Polyetherimide (PEI)
Ultem 1000 הוא פולימר פוליאתרימידי בחום גבוה תרמופלסטי, שתוכנן על ידי חברת ג'נרל אלקטריק להזרקה. באמצעות פיתוח טכנולוגיית שחול חדשה, יצרנים כמו AL Hyde, Gehr ו- Ensinger מייצרים דגמים וגדלים שונים של Ultem 1000. Ultem 1000 משלב יכולת עיבוד מעולה ויש לו יתרונות חסכוניים בעלות בהשוואה ל- PES, PEEK ו- Kapton ביישומי חום גבוה (שימוש רציף. עד 340 מעלות צלזיוס). אולטם ניתן לניתוק אוטומטי.
פוליאתרתרקטון (PEEK)
Polyetheretherketone (PEEK) הוא סימן מסחרי של Victrex plc (בריטניה), תרמופלסטית גבישית בטמפרטורה גבוהה עם עמידות מעולה בפני חום וכימיקלים, כמו גם עמידות מצוינת בלאי ועמידות דינמית. מומלץ לרכיבים חשמליים הדורשים טמפרטורת הפעלה רציפה גבוהה (480 ° F), ופליטה נמוכה במיוחד של עשן ואדים רעילים החשופים ללהבות.
PEEK עומד בדרישות 94 V-0 של מעבדות החתמים (UL), 0.080 אינץ '. למוצר עמידות חזקה במיוחד לקרינת גמא, אפילו גבוהה מזו של פוליסטירן. הממס הנפוץ היחיד שיכול לתקוף הצצה הוא חומצה גופרתית מרוכזת. ל- PEEK עמידות בפני הידרוליזה מצוינת ויכולה לפעול בקיטור עד 500 מעלות צלזיוס.
פולי טטרפלואורואתילן (PTFE)
TFE או PTFE (polytetrafluoroethylene), המכונה בדרך כלל טפלון, הוא אחד משלושת השרפים הפלואורו-פחמניים בקבוצת הפלואור-פחמן, המורכבת כולה מפלואור ופחמן. השרפים האחרים בקבוצה זו, הידועים גם בשם טפלון, הם פלואורואלקוקסי perfluoroalkoxy (PFA) ו- FEP.
הכוחות הקושרים פלואור ופחמן יחד מספקים את אחד הקשרים הכימיים הידועים ביותר בין אטומים מסודרים באופן הדוק. התוצאה של חוזק הקשר הזה בתוספת תצורת השרשרת היא פולימר צפוף יחסית, אינרטי מבחינה כימית ויציב תרמית.
TFE מתנגד לחום וכמעט לכל החומרים הכימיים. למעט כמה מינים זרים, הוא אינו מסיס בכל החומרים האורגניים. הביצועים החשמליים שלו טובים מאוד. למרות שיש לו חוזק פגיעות גבוה בהשוואה לתרמופלסטים הנדסיים אחרים, עמידותו בפני בלאי, חוזק מתיחה ועמידות זחילה נמוכה.
ל- TFE יש קבוע פיזור דיאלקטרי ונמוך ביותר מכל החומרים המוצקים. בשל הקשר הכימי החזק שלה, TFE כמעט ולא מושך למולקולות שונות. כתוצאה מכך מקדם חיכוך נמוך כמו 0.05. למרות של- PTFE מקדם חיכוך נמוך, הוא אינו מתאים ליישומים אורטופדיים נושאי עומס בשל עמידות הזחילה הנמוכה שלו ותכונות הבלאי הנמוכות שלו. סר ג'ון צ'ארנלי גילה את הבעיה בעבודתו החלוצית בנושא החלפת מפרק הירך בסוף שנות החמישים.
פוליסולפון
פוליסולפון פותח במקור על ידי BP Amoco והוא מיוצר כיום על ידי Solvay בשם המסחרי אודל, ופוליפניל סולפון נמכר בשם המסחרי Radel.
פוליסולפון הוא תרמופלסט שקוף (ענבר בהיר) בעל חוזק גבוה ונוקשה שיכול לשמור על תכונותיו בטווח טמפרטורות רחב בין -150 ° F ל -300 ° F. תוכנן עבור ציוד שאושר על ידי ה- FDA, והוא עבר גם את כל הבדיקות USP Class VI (ביולוגיות). הוא עומד בתקני מי השתייה של הקרן הלאומית לתברואה, עד 180 מעלות צלזיוס. לפוליסולפון יציבות ממדית גבוהה מאוד. לאחר חשיפה למים רותחים או אוויר בטמפרטורה של 300 מעלות צלזיוס, השינוי הממדי הליניארי הוא בדרך כלל עשירית מ -1% או פחות. לפוליסולפון יש עמידות גבוהה בפני חומצות אורגניות, אלקליות ותמיסות מלח; גם בטמפרטורות גבוהות ברמות לחץ בינוניות, יש לו עמידות טובה בפני חומרי ניקוי ושמנים פחמימנים. פוליסולפון אינו עמיד בפני ממסים אורגניים קוטביים כגון קטונים, פחמימנים כלוריים ופחמימנים ארומטיים.
Radel משמש למגשי מכשירים הדורשים עמידות גבוהה בחום ועוצמת פגיעות גבוהה, וליישומי מגש החיטוי בבית החולים. שרף הנדסי פוליסולפון משלב חוזק גבוה ועמידות ארוכת טווח לעיקור קיטור חוזר. פולימרים אלה הוכחו כחלופות לנירוסטה וזכוכית. פוליסולפון ברמה רפואית אינרטי מבחינה ביולוגית, בעל אורך חיים ייחודי בתהליך הסטריליזציה, יכול להיות שקוף או אטום ועמיד בפני הכימיקלים הנפוצים ביותר בבית החולים.
