De siste årene har den globale medisinsk utstyrsindustrien opprettholdt en rask og stabil vekst, med en gjennomsnittlig vekstrate på ca 4%, som er høyere enn den nasjonale økonomiske vekstraten i samme periode. USA, Europa og Japan inntar i fellesskap hovedmarkedsposisjonen i det globale markedet for medisinsk utstyr. USA er verdens største produsent og forbruker av medisinsk utstyr, og forbruket er i den ledende posisjonen i bransjen. Blant verdens beste medisinske utstyrsgiganter har USA det største antallet medisinske utstyrsselskaper og står for den største andelen.
Denne artikkelen introduserer hovedsakelig vanlig brukt medisinsk ingeniørplast, som er sammensatt av materialer med enkle å behandle former. Disse plastene pleier å være relativt dyre i forhold til vekt, fordi de fleste materialer går tapt på grunn av rusk under behandlingen.
Introduksjon til vanlig teknisk plast innen det medisinske feltet
Akrylnitrilbutadienstyren (ABS)
Terpolymeren er laget av SAN (styren-akrylnitril) og butadien-syntetisk gummi. Fra sin struktur kan hovedkjeden til ABS være BS, AB, AS, og den tilsvarende grenkjeden kan være AS, S, AB og andre komponenter.
ABS er en polymer der gummifasen er spredt i den kontinuerlige fasen av harpiksen. Derfor er det ikke bare en kopolymer eller blanding av disse tre monomerene, SAN (styren-akrylnitril), som gir ABS-hardhet og overflatebehandling, men butadien gir For sin seighet kan forholdet mellom disse tre komponentene justeres etter behov. Plast brukes vanligvis til å lage 4-tommers tykke plater og 6-tommers stenger med diameter, som lett kan limes og lamineres for å danne tykkere plater og komponenter. På grunn av sin rimelige pris og enkle behandling er det et populært materiale for datamaskin numerisk kontroll (CNC) produksjon prototyper.
ABS brukes ofte til å blære store skall av medisinsk utstyr. De siste årene har ABS fylt med glassfiber blitt brukt flere steder.
Akrylharpiks (PMMA)
Akrylharpiks er faktisk en av de tidligste plastene til medisinsk utstyr, og brukes fremdeles ofte til støping av anaplastiske restaureringer. * Akryl er i utgangspunktet polymetylmetakrylat (PMMA).
Akrylharpiks er sterk, klar, bearbeidbar og bindbar. En vanlig metode for binding av akryl er å binde løsemiddel med metylklorid. Akryl har nesten ubegrensede typer stenger, ark- og plateformer og forskjellige farger. Akrylharpikser er spesielt egnet for lette rør og optiske applikasjoner.
Akrylharpiks for skilting og visning kan brukes til referansetester og prototyper; det må imidlertid utvises forsiktighet for å bestemme den medisinske karakterversjonen før den brukes i kliniske studier. Akrylharpikser av kommersiell kvalitet kan inneholde UV-bestandighet, flammehemmere, støtmodifiserende midler og andre kjemikalier, noe som gjør dem uegnet for klinisk bruk.
Polyvinylklorid (PVC)
PVC har to former, stive og fleksible, avhengig av om mykgjørere tilsettes eller ikke. PVC brukes vanligvis til vannrør. De største ulempene med PVC er dårlig værbestandighet, relativt lav slagfasthet, og vekten av det termoplastiske arket er ganske høy (egenvekt 1,35). Den blir lett ripet eller skadet, og har et relativt lavt termisk deformasjonspunkt (160).
Uplastisert PVC produseres i to hovedformuleringer: Type I (korrosjonsbestandighet) og Type II (høy innvirkning). Type I PVC er den mest brukte PVC, men i applikasjoner som krever høyere slagfasthet enn Type I, har Type II bedre slagfasthet og litt redusert korrosjonsbestandighet. I applikasjoner som krever formuleringer med høy temperatur, kan polyvinylidenfluorid (PVDF) for applikasjoner med høy renhet brukes ved ca. 280 ° F.
Medisinske produkter laget av plastifisert polyvinylklorid (plasticizedpvc) ble opprinnelig brukt til å erstatte naturgummi og glass i medisinsk utstyr. Årsaken til erstatningen er: plastifiserte polyvinylkloridmaterialer blir lettere sterilisert, mer gjennomsiktige og har bedre kjemisk stabilitet og økonomisk effektivitet. Plastifiserte polyvinylkloridprodukter er enkle å bruke, og på grunn av sin egen mykhet og elastisitet kan de unngå å skade pasientens følsomme vev og unngå at pasienten føler seg ukomfortabel.
Polykarbonat (PC)
Polykarbonat (PC) er den tøffeste gjennomsiktige plasten og er veldig nyttig for prototype medisinsk utstyr, spesielt hvis UV-herdebinding skal brukes. PC har flere former for stang, plate og ark, det er enkelt å kombinere.
Selv om mer enn et dusin ytelsesegenskaper til en PC kan brukes alene eller i kombinasjon, er det sju som ofte er avhengige av. PC har høy slagfasthet, gjennomsiktig vanntransparens, god krypebestandighet, bredt driftstemperaturområde, dimensjonsstabilitet, slitestyrke, hardhet og stivhet, til tross for duktilitet.
PC misfarges lett av strålesterilisering, men strålingsstabilitetsgrad er tilgjengelig.
Polypropylen (PP)
PP er en lett, billig polyolefinplast med lavt smeltepunkt, så den er veldig egnet for termoforming og emballasje av matvarer. PP er brannfarlig, så hvis du trenger brannmotstand, se etter flammehemmende (FR) karakterer. PP er motstandsdyktig mot bøying, ofte kjent som "100-fold lim". For applikasjoner som krever bøying, kan PP brukes.
Polyetylen (PE)
Polyetylen (PE) er et vanlig materiale i emballasje og bearbeiding av matvarer. Ultrahøy molekylvekt polyetylen (UHMWPE) har høy slitestyrke, lav friksjonskoeffisient, selvsmøring, overflate ikke-vedheft og utmerket motstand mot kjemisk utmattelse. Det opprettholder også høy ytelse ved ekstremt lave temperaturer (for eksempel flytende nitrogen, -259 ° C). UHMWPE begynner å mykne rundt 185 ° F og mister sin slitestyrke.
Siden UHMWPE har en relativt høy ekspansjons- og sammentrekningshastighet når temperaturen endres, anbefales det ikke for applikasjoner med tett toleranse i disse miljøene.
På grunn av den høye overflatenergien, ikke-selvklebende overflaten, kan PE være vanskelig å binde. Komponenter er lettest å passe sammen med fester, interferens eller snaps. Loctite produserer cyanoakrylatlim (CYA) (LoctitePrism overflatefølsom CYA og primer) for liming av disse typer plast.
UHMWPE brukes også i ortopediske implantater med stor suksess. Det er det mest brukte materialet i den acetabulære koppen under total hofteartroplastikk, og det vanligste materialet i tibialplatåkomponenten under total kneleddplastikk. Den er egnet for høypolert kobolt-kromlegering. * Vær oppmerksom på at materialene som passer til ortopediske implantater er spesielle materialer, ikke industrielle versjoner. UHMWPE av medisinsk kvalitet selges under handelsnavnet Lennite av Westlake Plastics (Lenni, PA).
Polyoksymetylen (POM)
DuPont's Delrin er en av de mest kjente POM-ene, og de fleste designere bruker dette navnet for å referere til denne plasten. POM syntetiseres fra formaldehyd. POM ble opprinnelig utviklet tidlig på 1950-tallet som en tøff, varmebestandig ikke-jernholdig metallerstatning, kjent som "Saigang". Det er en tøff plast med lav friksjonskoeffisient og høy styrke.
Delrin og lignende POM er vanskelig å binde, og mekanisk montering er best. Delrin brukes ofte til prototyper av medisinsk utstyr og lukkede inventar. Det er svært bearbeidbart, så det er veldig godt egnet for prototyper av maskineringsutstyr som krever styrke, kjemisk motstand og materialer som oppfyller FDA-standarder.
En ulempe med Delrin er dens følsomhet for strålesterilisering, som har en tendens til å gjøre POM sprø. Hvis strålingssterilisering, snap-fit, fjærmekanisme av plast og tynn seksjon under belastning kan gå i stykker. Hvis du vil sterilisere B-POM-deler, kan du vurdere å bruke EtO, Steris eller autoklaver, avhengig av om enheten inneholder sensitive komponenter, for eksempel elektroniske enheter.
Nylon (PA)
Nylon er tilgjengelig i 6/6 og 6/12 formuleringer. Nylon er tøff og varmebestandig. Identifikatorer 6/6 og 6/12 refererer til antall karbonatomer i polymerkjeden, og 6/12 er en langkjedet nylon med høyere varmebestandighet. Nylon kan ikke behandles like som ABS eller Delrin (POM) fordi det har en tendens til å etterlate klissete fliser på kantene av deler som kan trenge å bli avfyrt.
Nylon 6, den vanligste er støpt nylon, som ble utviklet av DuPont før andre verdenskrig. Imidlertid var det ikke før i 1956, med oppdagelsen av forbindelser (ko-katalysatorer og akseleratorer) som støpt nylon ble kommersielt levedyktig. Med denne nye teknologien økes polymeriseringshastigheten sterkt, og trinnene som kreves for å oppnå polymerisering reduseres.
På grunn av færre prosessbegrensninger gir støpt nylon 6 en av de største størrelsesstørrelsene og egendefinerte fasongene til termoplast. Støpegods inkluderer stenger, rør, rør og plater. Størrelsen varierer fra 1 pund til 400 pund.
Nylonmaterialer har mekanisk styrke og hudvennlig følelse som vanlige materialer ikke har. Imidlertid krever medisinsk utstyr fotspringortoser, rehabiliteringsrullestoler og medisinsk pleiesenger vanligvis deler med en viss bæreevne, så PA66 + 15% GF er generelt valgt.
Fluorert etylenpropylen (FEP)
Fluorert etylenpropylen (FEP) har alle de ønskelige egenskapene til tetrafluoretylen (TFE) (polytetrafluoretylen [PTFE]), men har en lavere overlevelsestemperatur på 200 ° C (392 ° F). I motsetning til PTFE kan FEP sprøytestøpes og ekstruderes i stenger, rør og spesielle profiler ved konvensjonelle metoder. Dette blir en fordel for design og prosessering fremfor PTFE. Stenger opp til 4,5 tommer og plater opp til 2 tommer er tilgjengelige. Ytelsen til FEP under strålesterilisering er litt bedre enn PTFE.
Høy ytelse engineering plast
Polyeterimid (PEI)
Ultem 1000 er en termoplastisk polyeterimid høyvarmepolymer, designet av General Electric Company for sprøytestøping. Gjennom utviklingen av ny ekstruderingsteknologi produserer produsenter som AL Hyde, Gehr og Ensinger forskjellige modeller og størrelser av Ultem 1000. Ultem 1000 kombinerer utmerket bearbeidbarhet og har kostnadsbesparende fordeler sammenlignet med PES, PEEK og Kapton i applikasjoner med høy varme (kontinuerlig bruk opp til 340 ° F). Ultem er autoklaverbart.
Polyetereterketon (PEEK)
Polyeteretherketone (PEEK) er et varemerke for Victrex plc (UK), en krystallinsk termoplast ved høy temperatur med utmerket varme- og kjemikaliebestandighet, samt utmerket slitestyrke og dynamisk utmattelsesbestandighet. Det anbefales for elektriske komponenter som krever høy kontinuerlig driftstemperatur (480 ° F), og ekstremt lave utslipp av røyk og giftig røyk utsatt for flammer.
PEEK oppfyller kravene til Underwriters Laboratories (UL) 94 V-0, 0,080 inches. Produktet har ekstremt sterk motstand mot gammastråling, til og med større enn polystyren. Det eneste vanlige løsningsmidlet som kan angripe PEEK er konsentrert svovelsyre. PEEK har utmerket hydrolysebestandighet og kan fungere i damp opp til 500 ° F.
Polytetrafluoretylen (PTFE)
TFE eller PTFE (polytetrafluoretylen), vanligvis kalt Teflon, er en av de tre fluorkarbonharpikser i fluorkarbongruppen, som består helt av fluor og karbon. De andre harpikser i denne gruppen, også kjent som Teflon, er perfluoralkoksyfluorkarbon (PFA) og FEP.
Kreftene som binder fluor og karbon sammen gir en av de sterkeste kjente kjemiske bindingene mellom tett symmetrisk arrangerte atomer. Resultatet av denne bindingsstyrken pluss kjedekonfigurasjonen er en relativt tett, kjemisk inert og termisk stabil polymer.
TFE motstår varme og nesten alle kjemiske stoffer. Bortsett fra noen få fremmede arter, er den uoppløselig i alt organisk materiale. Dens elektriske ytelse er veldig bra. Selv om den har høy slagfasthet, sammenlignet med andre tekniske termoplaster, er dens slitestyrke, strekkfasthet og krypebestandighet lav.
TFE har den laveste dielektriske konstanten og den laveste avledningsfaktoren for alle faste materialer. På grunn av sin sterke kjemiske forbindelse er TFE nesten ikke attraktiv for forskjellige molekyler. Dette resulterer i en friksjonskoeffisient så lav som 0,05. Selv om PTFE har en lav friksjonskoeffisient, er den ikke egnet for bærende ortopediske applikasjoner på grunn av dens lave krypebestandighet og lave slitasjegenskaper. Sir John Charnley oppdaget dette problemet i sitt banebrytende arbeid med total hofteutskiftning på slutten av 1950-tallet.
Polysulfon
Polysulfone ble opprinnelig utviklet av BP Amoco og produseres for tiden av Solvay under handelsnavnet Udel, og polyfenylsulfon selges under handelsnavnet Radel.
Polysulfon er en tøff, stiv, gjennomsiktig (lysegul) termoplast som kan opprettholde egenskapene i et bredt temperaturområde fra -150 ° F til 300 ° F. Designet for FDA-godkjent utstyr, har den også bestått alle USP klasse VI (biologiske) tester. Det oppfyller drikkevannsstandardene til National Sanitation Foundation, opp til 180 ° F. Polysulfon har veldig høy dimensjonsstabilitet. Etter eksponering for kokende vann eller luft ved 300 ° F er den lineære dimensjonsendringen vanligvis en tidel av 1% eller mindre. Polysulfon har høy motstand mot uorganiske syrer, baser og saltløsninger; selv ved høye temperaturer under moderat stressnivå, har den god motstandsdyktighet mot vaskemidler og hydrokarbonoljer. Polysulfon er ikke motstandsdyktig mot polære organiske løsningsmidler som ketoner, klorerte hydrokarboner og aromatiske hydrokarboner.
Radel brukes til instrumentbrett som krever høy varmebestandighet og høy slagfasthet, og til applikasjoner for autoklav på sykehus. Polysulfone engineering harpiks kombinerer høy styrke og langvarig motstand mot gjentatt dampsterilisering. Disse polymerene har vist seg å være alternativer til rustfritt stål og glass. Polysulfon av medisinsk kvalitet er biologisk inert, har en unik lang levetid i steriliseringsprosessen, kan være gjennomsiktig eller ugjennomsiktig og motstandsdyktig mot de vanligste sykehuskjemikaliene.
