Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, industri alat perubatan global telah mengekalkan pertumbuhan yang pesat dan stabil, dengan kadar pertumbuhan rata-rata sekitar 4%, yang lebih tinggi daripada kadar pertumbuhan ekonomi nasional dalam tempoh yang sama. Amerika Syarikat, Eropah, dan Jepun bersama-sama menempati kedudukan utama dalam pasaran alat perubatan global. Amerika Syarikat merupakan pengeluar dan pengguna alat perubatan terbesar di dunia, dan penggunaannya berada di kedudukan teratas dalam industri ini. Di antara syarikat gergasi alat perubatan teratas di dunia, Amerika Syarikat mempunyai bilangan syarikat alat perubatan terbesar dan menyumbang bahagian terbesar.
Artikel ini memperkenalkan plastik teknik perubatan yang biasa digunakan, yang terdiri daripada bahan dengan bentuk yang mudah diproses. Plastik ini cenderung agak mahal berbanding dengan berat badan, kerana kebanyakan bahan hilang akibat serpihan semasa pemprosesan.
Pengenalan plastik kejuruteraan biasa dalam bidang perubatan
Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS)
Terolimer terbuat dari SAN (styrene-acrylonitrile) dan getah sintetik butadiena. Dari strukturnya, rantai utama ABS boleh menjadi BS, AB, AS, dan rantaian cawangan yang sesuai boleh menjadi AS, S, AB dan komponen lain.
ABS adalah polimer di mana fasa getah tersebar dalam fasa berterusan resin. Oleh itu, bukan hanya kopolimer atau campuran ketiga monomer ini, SAN (styrene-acrylonitrile), yang memberikan kekerasan ABS dan kemasan permukaan, tetapi butadiena memberikan Untuk ketangguhannya, nisbah ketiga komponen ini dapat disesuaikan mengikut keperluan. Plastik biasanya digunakan untuk membuat plat tebal 4 inci dan batang diameter 6 inci, yang dapat dengan mudah diikat dan dilaminasi untuk membentuk plat dan komponen yang lebih tebal. Oleh kerana kos yang berpatutan dan pemprosesan yang mudah, ia adalah bahan yang popular untuk prototaip pembuatan kawalan berangka komputer (CNC).
ABS sering digunakan untuk melepasi cengkerang peralatan perubatan berskala besar. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, ABS yang diisi dengan gentian kaca telah digunakan di lebih banyak tempat.
Resin akrilik (PMMA)
Resin akrilik sebenarnya adalah salah satu plastik alat perubatan yang paling awal, dan masih biasa digunakan dalam pencetakan pemulihan anaplastik. * Akrilik pada dasarnya adalah polimetil metakrilat (PMMA).
Resin akrilik kuat, jelas, dapat diproses dan dapat diikat. Salah satu kaedah biasa untuk mengikatkan akrilik ialah melarutkan ikatan dengan metil klorida. Akrilik mempunyai jenis batang, bentuk kepingan dan plat yang hampir tidak terhad, dan pelbagai warna. Resin akrilik sangat sesuai untuk paip cahaya dan aplikasi optik.
Resin akrilik untuk papan tanda dan paparan boleh digunakan untuk ujian penanda aras dan prototaip; namun, penjagaan mesti diambil untuk menentukan versi kelas perubatan sebelum menggunakannya dalam sebarang ujian klinikal. Resin akrilik kelas komersil mungkin mengandungi ketahanan UV, tahan api, pengubah hentaman dan bahan kimia lain, menjadikannya tidak sesuai untuk penggunaan klinikal.
Polivinil klorida (PVC)
PVC mempunyai dua bentuk, tegar dan fleksibel, bergantung pada apakah pemplastik ditambah atau tidak. PVC biasanya digunakan untuk paip air. Kelemahan utama PVC ialah ketahanan cuaca yang buruk, kekuatan hentaman yang agak rendah, dan berat kepingan termoplastik cukup tinggi (graviti spesifik 1.35). Ia mudah tergores atau rosak, dan mempunyai titik ubah bentuk terma yang relatif rendah (160).
PVC tanpa plastik dihasilkan dalam dua formulasi utama: Jenis I (ketahanan kakisan) dan Jenis II (hentaman tinggi). PVC Jenis I adalah PVC yang paling biasa digunakan, tetapi dalam aplikasi yang memerlukan kekuatan hentaman yang lebih tinggi daripada Jenis I, Jenis II mempunyai ketahanan hentaman yang lebih baik dan sedikit ketahanan kakisan. Dalam aplikasi yang memerlukan formulasi suhu tinggi, polivinidid fluorida (PVDF) untuk aplikasi kemurnian tinggi dapat digunakan pada suhu sekitar 280 ° F.
Produk perubatan yang diperbuat daripada plastik polyvinyl chloride (plasticizedpvc) pada asalnya digunakan untuk menggantikan getah asli dan kaca dalam peralatan perubatan. Sebab penggantiannya adalah: bahan plastik polivinil klorida lebih mudah disterilkan, lebih telus, dan mempunyai kestabilan kimia dan keberkesanan ekonomi yang lebih baik. Produk plastik polivinil klorida mudah digunakan, dan kerana kelembutan dan keanjalannya sendiri, ia dapat mengelakkan kerosakan tisu sensitif pesakit dan mengelakkan membuat pesakit merasa tidak selesa.
Polikarbonat (PC)
Polikarbonat (PC) adalah plastik lutsinar yang paling sukar dan sangat berguna untuk prototaip alat perubatan, terutamanya jika ikatan pengawetan UV digunakan. PC mempunyai beberapa bentuk batang, plat dan kepingan, ia mudah digabungkan.
Walaupun lebih daripada selusin ciri prestasi PC dapat digunakan sendiri atau gabungan, tujuh yang paling sering diandalkan. PC mempunyai kekuatan hentaman tinggi, ketelusan air yang telus, ketahanan merayap yang baik, julat suhu operasi yang luas, kestabilan dimensi, ketahanan aus, kekerasan dan kekakuan, walaupun kemulurannya.
PC mudah berubah warna dengan pensterilan sinaran, tetapi nilai kestabilan radiasi tersedia.
Polipropilena (PP)
PP adalah plastik poliolefin ringan dan rendah dengan takat lebur rendah, jadi sangat sesuai untuk termoforming dan pembungkusan makanan. PP mudah terbakar, jadi jika anda memerlukan ketahanan api, cari gred tahan api (FR). PP tahan terhadap lenturan, biasanya dikenali sebagai "gam 100 kali lipat". Untuk aplikasi yang memerlukan lenturan, PP dapat digunakan.
Polietilena (PE)
Polietilena (PE) adalah bahan yang biasa digunakan dalam pembungkusan dan pemprosesan makanan. Polietilena berat molekul ultra tinggi (UHMWPE) mempunyai rintangan haus yang tinggi, pekali geseran rendah, pelinciran diri, permukaan tidak melekat dan ketahanan terhadap keletihan kimia yang sangat baik. Ia juga mengekalkan prestasi tinggi pada suhu yang sangat rendah (contohnya, nitrogen cair, -259 ° C). UHMWPE mula melembutkan sekitar 185 ° F dan kehilangan daya tahan lelasannya.
Oleh kerana UHMWPE mempunyai kadar pengembangan dan pengecutan yang agak tinggi ketika suhu berubah, tidak disarankan untuk aplikasi toleransi dekat di lingkungan ini.
Kerana tenaga permukaannya yang tinggi, permukaan yang tidak melekat, PE mungkin sukar untuk diikat. Komponen paling mudah dipasang bersama dengan pengikat, gangguan atau kancing. Loctite menghasilkan pelekat cyanoacrylate (CYA) (LoctitePrism permukaan-tidak peka CYA dan primer) untuk mengikat jenis plastik ini.
UHMWPE juga digunakan dalam implan ortopedik dengan kejayaan besar. Ia adalah bahan yang paling biasa digunakan dalam cawan acetabular semasa arthroplasty pinggul total dan bahan yang paling biasa dalam komponen dataran tinggi tibial semasa arthroplasty lutut total. Ia sesuai untuk aloi kobalt-kromium yang sangat digilap. * Harap maklum bahawa bahan yang sesuai untuk implan ortopedik adalah bahan khas, bukan versi industri. Gred perubatan UHMWPE dijual dengan nama dagang Lennite oleh Westlake Plastics (Lenni, PA).
Polioksimetilena (POM)
DuPont's Delrin adalah salah satu POM yang paling terkenal, dan kebanyakan pereka menggunakan nama ini untuk merujuk pada plastik ini. POM disintesis daripada formaldehid. POM pada awalnya dikembangkan pada awal 1950-an sebagai pengganti logam bukan ferus yang tahan panas, yang biasanya dikenali sebagai "Saigang". Ini adalah plastik yang sukar dengan pekali geseran rendah dan kekuatan tinggi.
Delrin dan POM yang serupa sukar diikat, dan pemasangan mekanikal adalah yang terbaik. Delrin biasanya digunakan untuk prototaip alat perubatan mesin dan lekapan tertutup. Ia sangat mudah diproses, jadi sangat sesuai untuk prototaip peralatan pemesinan yang memerlukan kekuatan, ketahanan kimia, dan bahan yang memenuhi piawaian FDA.
Satu kelemahan Delrin adalah kepekaannya terhadap pensterilan radiasi, yang cenderung membuat POM rapuh. Sekiranya pensterilan radiasi, pemasangan pantas, mekanisme pegas plastik dan bahagian nipis di bawah beban boleh pecah. Sekiranya anda ingin mensterilkan bahagian B-POM, pertimbangkan untuk menggunakan EtO, Steris atau autoklaf, bergantung pada sama ada peranti tersebut mengandungi komponen sensitif, seperti peranti elektronik.
Nilon (PA)
Nylon boleh didapati dalam formulasi 6/6 dan 6/12. Nilon tahan dan tahan panas. Pengenal 6/6 dan 6/12 merujuk kepada bilangan atom karbon dalam rantai polimer, dan 6/12 adalah nilon rantai panjang dengan rintangan haba yang lebih tinggi. Nylon tidak dapat diproses seperti ABS atau Delrin (POM) kerana cenderung meninggalkan cip melekit di tepi bahagian yang mungkin perlu dikurangkan.
Nylon 6, yang paling biasa adalah cast nylon, yang dikembangkan oleh DuPont sebelum Perang Dunia II. Namun, tidak sampai tahun 1956, dengan penemuan sebatian (pemangkin bersama dan pemecut) nilon tuang menjadi layak secara komersial. Dengan teknologi baru ini, kelajuan pempolimeran meningkat, dan langkah-langkah yang diperlukan untuk mencapai polimerisasi dikurangkan.
Oleh kerana sekatan pemprosesan yang lebih sedikit, cor nylon 6 menyediakan salah satu ukuran susunan terbesar dan bentuk khusus dari sebarang termoplastik. Casting merangkumi bar, tiub, tiub dan pinggan. Ukurannya antara 1 paun hingga 400 paun.
Bahan nilon mempunyai kekuatan mekanikal dan rasa mesra kulit yang tidak dimiliki oleh bahan biasa. Walau bagaimanapun, ortosis penurunan kaki peralatan perubatan, kerusi roda pemulihan, dan katil kejururawatan perubatan biasanya memerlukan alat ganti dengan daya tahan tertentu, jadi PA66 + 15% GF umumnya dipilih.
Etilena Fluorated Propylene (FEP)
Fluorated ethylene propylene (FEP) mempunyai semua sifat tetrafluoroethylene (TFE) (polytetrafluoroethylene [PTFE]) yang diinginkan, tetapi mempunyai suhu survival yang lebih rendah 200 ° C (392 ° F). Tidak seperti PTFE, FEP dapat dibentuk dengan suntikan dan diekstrusi ke dalam bar, tiub dan profil khas dengan kaedah konvensional. Ini menjadi kelebihan reka bentuk dan pemprosesan berbanding PTFE. Bar hingga 4.5 inci dan pinggan hingga 2 inci disediakan. Prestasi FEP dalam pensterilan sinaran sedikit lebih baik daripada PTFE.
Plastik kejuruteraan berprestasi tinggi
Polieterimid (PEI)
Ultem 1000 adalah polimer panas polimerimida termoplastik, yang direka oleh General Electric Company untuk pencetakan suntikan. Melalui pengembangan teknologi penyemperitan baru, pengeluar seperti AL Hyde, Gehr dan Ensinger menghasilkan pelbagai model dan saiz Ultem 1000. Ultem 1000 menggabungkan kebolehprosesan yang sangat baik dan mempunyai kelebihan penjimatan kos berbanding PES, PEEK dan Kapton dalam aplikasi panas tinggi (penggunaan berterusan hingga 340 ° F). Ultem boleh dimakan secara automatik.
Polyetheretherketone (MENGINGAT)
Polyetheretherketone (PEEK) adalah tanda dagang Victrex plc (UK), termoplastik suhu tinggi kristal dengan rintangan panas dan kimia yang sangat baik, serta rintangan haus yang sangat baik dan rintangan keletihan dinamik. Dianjurkan untuk komponen elektrik yang memerlukan suhu operasi berterusan yang tinggi (480 ° F), dan pelepasan asap dan asap toksik yang sangat rendah terkena api.
PEEK memenuhi keperluan Underwriters Laboratories (UL) 94 V-0, 0,080 inci. Produk ini mempunyai ketahanan yang sangat kuat terhadap sinaran gamma, bahkan melebihi polistirena. Satu-satunya pelarut biasa yang boleh menyerang PEEK ialah asid sulfurik pekat. PEEK mempunyai ketahanan hidrolisis yang sangat baik dan dapat beroperasi dalam wap hingga 500 ° F.
Polytetrafluoroethylene (PTFE)
TFE atau PTFE (polytetrafluoroethylene), biasanya disebut Teflon, adalah salah satu dari tiga resin fluorokarbon dalam kumpulan fluorokarbon, yang terdiri sepenuhnya dari fluorin dan karbon. Resin lain dalam kumpulan ini, juga dikenali sebagai Teflon, adalah perfluoroalkoxy fluorocarbon (PFA) dan FEP.
Daya yang mengikat fluorin dan karbon bersama-sama menyediakan salah satu ikatan kimia terkuat di antara atom yang disusun secara simetri. Hasil kekuatan ikatan ini dan konfigurasi rantai adalah polimer yang agak padat, tidak aktif secara kimia, dan termal.
TFE menahan panas dan hampir semua bahan kimia. Kecuali untuk beberapa spesies asing, ia tidak larut dalam semua bahan organik. Prestasi elektriknya sangat baik. Walaupun mempunyai kekuatan hentaman yang tinggi, berbanding dengan termoplastik kejuruteraan yang lain, ketahanan aus, kekuatan tegangan dan rintangan merayapnya rendah.
TFE mempunyai pemalar dielektrik dan faktor pelesapan terendah dari semua bahan pepejal. Kerana hubungan kimianya yang kuat, TFE hampir tidak menarik molekul yang berbeza. Ini menghasilkan pekali geseran serendah 0,05. Walaupun PTFE mempunyai pekali geseran yang rendah, ia tidak sesuai untuk aplikasi ortopedik yang menanggung beban kerana rintangan merayap dan sifat haus yang rendah. Sir John Charnley menemui masalah ini dalam karya perintisnya mengenai penggantian pinggul total pada akhir 1950-an.
Polysulfone
Polysulfone pada asalnya dikembangkan oleh BP Amoco dan kini dihasilkan oleh Solvay dengan nama dagang Udel, dan polyphenylsulfone dijual dengan nama dagang Radel.
Polysulfone adalah termoplastik tahan lasak (cahaya kuning) yang tahan lasak, tegar dan kuat yang dapat mengekalkan sifatnya dalam julat suhu yang luas dari -150 ° F hingga 300 ° F. Direka untuk peralatan yang diluluskan oleh FDA, ia juga telah lulus semua ujian USP Kelas VI (biologi). Ia memenuhi standard air minum Yayasan Sanitasi Nasional, hingga 180 ° F. Polysulfone mempunyai kestabilan dimensi yang sangat tinggi. Setelah terdedah kepada air mendidih atau udara pada suhu 300 ° F, perubahan dimensi linear biasanya sepersepuluh 1% atau kurang. Polysulfone mempunyai ketahanan yang tinggi terhadap larutan asid anorganik, alkali dan garam; walaupun pada suhu tinggi di bawah tahap tekanan sederhana, ia mempunyai ketahanan yang baik terhadap minyak pencuci dan hidrokarbon. Polysulfone tidak tahan terhadap pelarut organik polar seperti keton, hidrokarbon berklorin dan hidrokarbon aromatik.
Radel digunakan untuk dulang instrumen yang memerlukan ketahanan panas tinggi dan kekuatan hentaman tinggi, dan untuk aplikasi dulang autoklaf hospital. Resin kejuruteraan Polysulfone menggabungkan kekuatan tinggi dan ketahanan jangka panjang terhadap pensterilan wap berulang. Polimer ini telah terbukti sebagai alternatif kepada keluli tahan karat dan kaca. Polysulfone kelas perubatan tidak aktif secara biologi, mempunyai jangka hayat yang unik dalam proses pensterilan, boleh telus atau legap, dan tahan terhadap bahan kimia hospital yang paling biasa.
