Pastaraisiais metais pasaulinė medicinos prietaisų pramonė išlaikė spartų ir stabilų augimą, kurio vidutinis augimo tempas buvo apie 4%, o tai yra didesnis nei šalies ekonomikos augimo tempas tuo pačiu laikotarpiu. Jungtinės Valstijos, Europa ir Japonija kartu užima pagrindinę rinkos poziciją pasaulinėje medicinos prietaisų rinkoje. Jungtinės Valstijos yra didžiausia pasaulyje medicinos prietaisų gamintoja ir vartotoja, o jos vartojimas yra tvirtai lyderiaujantis pramonėje. Tarp didžiausių pasaulyje medicinos prietaisų gigantų Jungtinėse Valstijose yra daugiausiai medicinos prietaisų gaminančių įmonių ir jos sudaro didžiausią dalį.
Šiame straipsnyje daugiausia pristatomi dažniausiai naudojami medicinos inžinerijos plastikai, kuriuos sudaro lengvai apdorojamų formų medžiagos. Šie plastikai paprastai yra palyginti brangūs, palyginti su svoriu, nes perdirbant daugiausiai medžiagų prarandama dėl šiukšlių.
Įvadas į įprastus inžinerinius plastikus medicinos srityje
Akrilnitrilo butadieno stirenas (ABS)
Terpolimeras pagamintas iš SAN (stireno-akrilnitrilo) ir butadieno sintetinio kaučiuko. Pagal savo struktūrą pagrindinė ABS grandinė gali būti BS, AB, AS, o atitinkama šakos grandinė - AS, S, AB ir kiti komponentai.
ABS yra polimeras, kuriame gumos fazė yra disperguojama nepertraukiamoje dervos fazėje. Todėl ABS kietumą ir paviršiaus apdailą suteikia ne tik šių trijų monomerų, SAN (stireno-akrilnitrilo) kopolimeras ar mišinys, bet butadienas - dėl savo kietumo šių trijų komponentų santykis gali būti koreguojamas pagal poreikį. Iš plastikų paprastai gaminamos 4 colių storio plokštės ir 6 colių skersmens strypai, kuriuos galima lengvai suklijuoti ir laminuoti, kad susidarytų storesnės plokštės ir komponentai. Dėl pagrįstų sąnaudų ir lengvo apdorojimo tai yra populiari kompiuterinio skaitmeninio valdymo (CNC) prototipų gamybos medžiaga.
ABS dažnai naudojamas lizdinėms plokštelėms iš didelio masto medicinos įrangos apvalkalų. Pastaraisiais metais stiklo pluoštu užpildytas ABS buvo naudojamas daugiau vietų.
Akrilo derva (PMMA)
Akrilo derva iš tikrųjų yra viena iš ankstyviausių medicinos prietaisų plastikų ir vis dar dažnai naudojama lipdant anaplastines restauracijas. * Akrilas iš esmės yra polimetilmetakrilatas (PMMA).
Akrilo derva yra stipri, skaidri, apdorojama ir sujungiama. Vienas įprastas akrilo rišimo būdas yra tirpiklio sujungimas su metilo chloridu. Akrilas turi beveik neribotą strypų rūšį, lakštų ir plokščių formas bei įvairias spalvas. Akrilo dervos yra ypač tinkamos šviesos vamzdžiams ir optinėms reikmėms.
Akrilo derva, skirta ženklinti ir demonstruoti, gali būti naudojama etaloniniams bandymams ir prototipams; tačiau prieš pradedant naudoti bet kokius klinikinius tyrimus, reikia pasirūpinti medicininio lygio versija. Komercinės klasės akrilo dervose gali būti atsparumas UV spinduliams, antipirenai, smūgių modifikatoriai ir kitos cheminės medžiagos, todėl jos nėra tinkamos naudoti klinikoje.
Polivinilchloridas (PVC)
PVC yra dviejų formų, standus ir lankstus, atsižvelgiant į tai, ar dedama plastifikatorių, ar ne. PVC paprastai naudojamas vandens vamzdžiams. Pagrindiniai PVC trūkumai yra prastas atsparumas oro sąlygoms, santykinai mažas atsparumas smūgiams, o termoplastinio lakšto svoris yra gana didelis (savitasis svoris 1,35). Jis lengvai subraižomas ar sugadinamas ir turi gana žemą šiluminės deformacijos tašką (160).
Neplastifikuotas PVC gaminamas dviem pagrindinėmis kompozicijomis: I tipo (atsparumas korozijai) ir II tipo (didelio smūgio). I tipo PVC yra dažniausiai naudojamas PVC, tačiau taikant programas, kurioms reikalingas didesnis nei I tipo atsparumas smūgiams, II tipo atsparumas smūgiams yra geresnis ir šiek tiek sumažintas atsparumas korozijai. Taikant programas, kurioms reikalingos aukštos temperatūros kompozicijos, polivinilidenfluoridas (PVDF), naudojamas labai grynai, gali būti naudojamas maždaug 280 ° F temperatūroje.
Medicininiai gaminiai, pagaminti iš plastifikuoto polivinilchlorido (plastifikuoto PVC), iš pradžių buvo naudojami natūralios gumos ir stiklo pakeitimui medicinos įrangoje. Pakeitimo priežastis yra ta: plastifikuotos polivinilchlorido medžiagos yra lengviau sterilizuojamos, skaidresnės ir pasižymi geresniu cheminiu stabilumu ir ekonominiu efektyvumu. Plastifikuotus polivinilchlorido produktus lengva naudoti, jie dėl savo minkštumo ir elastingumo gali nesugadinti jautrių paciento audinių ir neleisti pacientui jaustis nepatogiai.
Polikarbonatas (PC)
Polikarbonatas (PC) yra tvirčiausias skaidrus plastikas ir yra labai naudingas medicinos prietaisų prototipams, ypač jei reikia naudoti UV kietėjimą. Kompiuteris turi keletą strypų, plokščių ir lakštų formų, jį lengva derinti.
Nors atskirai arba kartu galima naudoti daugiau nei dešimt kompiuterio veikimo charakteristikų, dažniausiai remiamasi septyniomis. Kompiuteris turi didelį smūgio stiprumą, skaidrų vandens skaidrumą, gerą atsparumą šliaužimui, platų darbinės temperatūros diapazoną, matmenų stabilumą, atsparumą dilimui, kietumą ir tvirtumą, nepaisant jo plastiškumo.
Sterilizuojant radiją, kompiuterio spalva lengvai pasikeičia, tačiau yra radiacijos stabilumo laipsnių.
Polipropilenas (PP)
PP yra lengvas, nebrangus poliolefino plastikas, turintis žemą lydymosi temperatūrą, todėl jis labai tinka termoformavimui ir maisto pakavimui. PP yra degus, todėl, jei jums reikia atsparumo ugniai, ieškokite antipirenų (FR) klasių. PP yra atsparus lenkimui, paprastai vadinamas „100 kartų klijais“. Taikant programas, kurioms reikia lenkimo, galima naudoti PP.
Polietilenas (PE)
Polietilenas (PE) yra dažniausiai naudojama maisto produktų pakavimo ir perdirbimo medžiaga. Itin didelės molekulinės masės polietilenas (UHMWPE) pasižymi dideliu atsparumu dilimui, mažu trinties koeficientu, savaiminiu tepimu, paviršiaus nesulipimu ir puikiu atsparumu cheminiam nuovargiui. Jis taip pat palaiko aukštą našumą esant ypač žemai temperatūrai (pavyzdžiui, skystam azotui, -259 ° C). UHMWPE pradeda minkštėti apie 185 ° F ir praranda atsparumą dilimui.
Kadangi kintant temperatūrai UHMWPE turi gana didelį išsiplėtimo ir susitraukimo greitį, šioms aplinkoms nerekomenduojama naudoti glaudžiai tolerantiškai.
Dėl didelės paviršiaus energijos, nelipnaus paviršiaus, PE gali būti sunku sukibti. Komponentus lengviausia pritaikyti kartu su tvirtinimo detalėmis, trikdžiais ar spragtukais. „Loctite“ gamina cianoakrilato klijus (CYA) („LoctitePrism“ nejautrus paviršiui CYA ir gruntas), skirtus klijuoti šių tipų plastikus.
UHMWPE taip pat labai sėkmingai naudojamas ortopediniuose implantuose. Tai yra dažniausiai naudojama medžiaga acetabuliniame kaušelyje bendros klubo sąnario endoprotezavimo metu, o blauzdikaulio plokščiakalnio komponente - viso kelio sąnario endoprotezavimo metu. Tai tinka labai poliruotam kobalto-chromo lydiniui. * Atkreipkite dėmesį, kad ortopediniams implantams tinkamos medžiagos yra specialios, o ne pramoninės. Medicininės klasės UHMWPE parduoda „Westite“, „Westlake Plastics“ (Lenni, PA).
Polioksimetilenas (POM)
„DuPont“ gaminamas „Delrin“ yra vienas iš labiausiai žinomų POM, ir dauguma dizainerių naudoja šį pavadinimą, norėdami nurodyti šį plastiką. POM sintetinamas iš formaldehido. POM iš pradžių buvo sukurtas 1950-ųjų pradžioje kaip tvirtas, karščiui atsparus spalvotųjų metalų pakaitalas, paprastai žinomas kaip „Saigang“. Tai tvirtas plastikas, turintis mažą trinties koeficientą ir didelį stiprumą.
Delriną ir panašų POM sunku sukibti, o mechaninis surinkimas yra geriausias. Delrinas dažniausiai naudojamas apdirbtiems medicinos prietaisų prototipams ir uždariems šviestuvams. Jis yra labai apdorojamas, todėl labai tinka apdirbimo įrangos prototipams, kuriems reikalingas stiprumas, atsparumas chemikalams ir medžiagos, atitinkančios FDA standartus.
Vienas Delrin trūkumas yra jo jautrumas sterilizacijai spinduliais, dėl kurio POM tampa trapus. Jei gali sterilizuotis spinduliuotė, spyruoklinis tvirtinimas, plastikinis spyruoklinis mechanizmas ir plona dalis, veikianti apkrovą. Jei norite sterilizuoti B-POM dalis, apsvarstykite galimybę naudoti EtO, „Steris“ ar autoklavus, atsižvelgiant į tai, ar įrenginyje yra jautrių komponentų, tokių kaip elektroniniai prietaisai.
Nailonas (PA)
Nailonas yra 6/6 ir 6/12 formų. Nailonas yra atsparus ir atsparus karščiui. Identifikatoriai 6/6 ir 6/12 nurodo anglies atomų skaičių polimero grandinėje, o 6/12 yra ilgos grandinės nailonas, pasižymintis didesniu atsparumu šilumai. Nailonas nėra toks apdorojamas kaip ABS ar Delrin (POM), nes jis linkęs palikti lipnus drožles ant dalių kraštų, kuriuos gali tekti pašalinti.
„Nylon 6“, dažniausiai naudojamas lietinis nailonas, kurį prieš Antrąjį pasaulinį karą sukūrė „DuPont“. Tačiau tik 1956 m., Atradus junginius (katalizatorius ir greitintuvus), nulietas nailonas tapo komerciškai perspektyvus. Naudojant šią naują technologiją, labai padidėja polimerizacijos greitis ir sumažinami polimerizacijai pasiekti reikalingi žingsniai.
Dėl mažiau apdirbimo apribojimų, išlietas nailonas 6 suteikia vieną iš didžiausių masyvo dydžių ir bet kokių formų bet kokio termoplastiko. Liejiniai apima strypus, vamzdelius, vamzdelius ir plokštes. Jų dydis svyruoja nuo 1 iki 400 svarų.
Nailono medžiagos turi mechaninį tvirtumą ir odai palankų jausmą, kurio neturi įprastos medžiagos. Tačiau medicininės įrangos pėdų nuleidimo ortozės, reabilitaciniai vežimėliai ir medicininės slaugos lovos dažniausiai reikalauja tam tikros keliamosios galios dalių, todėl paprastai pasirenkamas PA66 + 15% GF.
Fluorintas etileno propilenas (FEP)
Fluorintas etileno propilenas (FEP) turi visas pageidaujamas tetrafluoretileno (TFE) (politetrafluoretileno [PTFE]) savybes, tačiau jo išgyvenimo temperatūra yra žemesnė - 200 ° C (392 ° F). Skirtingai nei PTFE, FEP gali būti formuojamas liejimo būdu ir išspaudžiamas į strypus, vamzdelius ir specialius profilius įprastais metodais. Tai tampa dizaino ir apdorojimo pranašumu, palyginti su PTFE. Galimos juostos iki 4,5 colio ir plokštės iki 2 colių. Sterilizuojant radiaciją, FEP efektyvumas yra šiek tiek geresnis nei PTFE.
Didelio našumo inžineriniai plastikai
Polieterimidas (PEI)
„Ultem 1000“ yra termoplastinis polieterio imido aukštos šilumos polimeras, kurį „General Electric Company“ sukūrė liejimui. Plėtodami naują ekstruzijos technologiją, tokie gamintojai kaip „AL Hyde“, „Gehr“ ir „Ensinger“ gamina įvairius „Ultem 1000“ modelius ir dydžius. „Ultem 1000“ sujungia puikų apdorojamumą ir turi taupymo pranašumų, palyginti su PES, PEEK ir „Kapton“, naudojant aukštą šilumą (nuolat naudojamas iki 340 ° F). Ultemas yra autoklavuojamas.
Polieterio eterketonas (PEEK)
Polieterio eterketonas (PEEK) yra „Victrex plc“ (JK) prekės ženklas, kristalinis aukštos temperatūros termoplastikas, pasižymintis puikiu atsparumu karščiui ir chemikalams, taip pat puikiu atsparumu dilimui ir atspariu dinaminiam nuovargiui. Tai rekomenduojama tiems elektriniams komponentams, kuriems reikalinga aukšta nuolatinė darbo temperatūra (480 ° F), o liepsnos veikiami ypač mažai dūmų ir nuodingų garų.
PEEK atitinka „Underwriters Laboratories“ (UL) 94 V-0 reikalavimus, 0,080 colio. Produktas turi ypač didelį atsparumą gama spinduliuotei, netgi viršija polistireno. Vienintelis įprastas tirpiklis, galintis užpulti PEEK, yra koncentruota sieros rūgštis. PEEK pasižymi puikiu atsparumu hidrolizei ir gali veikti garuose iki 500 ° F.
Politetrafluoretilenas (PTFE)
TFE arba PTFE (politetrafluoretilenas), paprastai vadinamas teflonu, yra viena iš trijų fluorintų angliavandenilių dervų, esančių fluorintų angliavandenilių grupėje, kurią sudaro tik fluoras ir anglis. Kitos šios grupės dervos, taip pat žinomos kaip teflonas, yra perfluoralkoksifluorangliavandenilis (PFA) ir FEP.
Fluorą ir anglį jungiančios jėgos sudaro vieną iš stipriausių žinomų cheminių jungčių tarp glaudžiai simetriškai išsidėsčiusių atomų. Šios jungties stiprumo ir grandinės konfigūracijos rezultatas yra gana tankus, chemiškai inertiškas ir termiškai stabilus polimeras.
TFE atsparus karščiui ir beveik visoms cheminėms medžiagoms. Išskyrus keletą svetimų rūšių, jis netirpsta visose organinėse medžiagose. Jo elektriniai rodikliai yra labai geri. Nors atsparumas smūgiams, palyginti su kitomis inžinerinėmis termoplastikomis, yra didelis, atsparumas dilimui, atsparumas tempimui ir šliaužimas yra mažas.
TFE yra mažiausia dielektrinė konstanta ir mažiausias išsklaidymo koeficientas iš visų kietųjų medžiagų. Dėl stipraus cheminio ryšio TFE beveik nepatraukli skirtingoms molekulėms. Dėl to trinties koeficientas yra toks žemas kaip 0,05. Nors PTFE yra mažas trinties koeficientas, jis nėra tinkamas laikančioms ortopedijoms dėl mažo atsparumo šliaužimui ir mažų nusidėvėjimo savybių. Seras Johnas Charnley'as atrado šią problemą savo novatoriškame darbe dėl visiško klubo sąnario pakeitimo 1950-ųjų pabaigoje.
Polisulfonas
Polisulfoną iš pradžių sukūrė „BP Amoco“, o šiuo metu jį gamina „Solvay“ prekiniu pavadinimu „Udel“, o polifenilsulfonas parduodamas prekiniu pavadinimu „Radel“.
Polisulfonas yra tvirtas, standus, didelio stiprumo skaidrus (šviesiai gintaro) termoplastikas, kuris gali išlaikyti savo savybes plačiame temperatūrų diapazone nuo -150 ° F iki 300 ° F. Sukurtas FDA patvirtintai įrangai, jis taip pat išlaikė visus USP VI klasės (biologinius) bandymus. Jis atitinka Nacionalinio sanitarijos fondo geriamojo vandens standartus, iki 180 ° F. Polisulfonas pasižymi labai dideliu matmenų stabilumu. Po verdančio vandens ar oro veikimo 300 ° F temperatūroje linijinis matmenų pokytis paprastai yra viena dešimtoji 1% ar mažiau. Polisulfonas pasižymi dideliu atsparumu neorganinėms rūgštims, šarmams ir druskos tirpalams; net esant aukštai temperatūrai esant vidutiniam įtempiui, jis gerai atsparus plovikliams ir angliavandenilių alyvoms. Polisulfonas nėra atsparus poliniams organiniams tirpikliams, tokiems kaip ketonai, chlorinti angliavandeniliai ir aromatiniai angliavandeniliai.
„Radel“ naudojamas prietaisų dėklams, kuriems reikalingas didelis atsparumas karščiui ir didelis atsparumas smūgiams, ir ligoninių autoklavų dėklams. Polisulfono inžinerijos derva sujungia didelį stiprumą ir ilgalaikį atsparumą pakartotinai sterilizacijai garais. Šie polimerai pasirodė esanti alternatyva nerūdijančiam plienui ir stiklui. Medicininės paskirties polisulfonas yra biologiškai inertiškas, jo sterilizavimo procesas yra unikalus ilgą laiką, jis gali būti skaidrus arba nepermatomas ir atsparus daugumai įprastų ligoninės cheminių medžiagų.
