در سالهای اخیر ، صنعت جهانی تجهیزات پزشکی ، رشد سریع و پایدار را حفظ کرده است ، با نرخ رشد متوسط حدود 4٪ ، که بالاتر از نرخ رشد اقتصادی ملی در مدت مشابه است. ایالات متحده ، اروپا و ژاپن به طور مشترک موقعیت اصلی بازار را در بازار جهانی تجهیزات پزشکی اشغال می کنند. ایالات متحده بزرگترین تولید کننده و مصرف کننده تجهیزات پزشکی در جهان است و مصرف آن کاملاً در جایگاه نخست صنعت قرار دارد. در میان غول های برتر تجهیزات پزشکی جهان ، ایالات متحده بیشترین تعداد شرکت تجهیزات پزشکی را به خود اختصاص داده و بیشترین نسبت را به خود اختصاص داده است.
این مقاله به طور عمده پلاستیک های مهندسی پزشکی متداول را که از مواد با اشکال پردازش آسان تشکیل شده اند ، معرفی می کند. این پلاستیک ها نسبت به وزن نسبتاً گران قیمت هستند ، زیرا بیشتر مواد در اثر پردازش از بین می روند.
مقدمه ای بر پلاستیک های رایج مهندسی در زمینه پزشکی
اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)
ترپلیمر از SAN (استایرن-اکریلونیتریل) و لاستیک مصنوعی بوتادین ساخته شده است. از ساختار آن ، زنجیره اصلی ABS می تواند BS ، AB ، AS باشد و زنجیره شاخه مربوطه می تواند AS ، S ، AB و سایر اجزا باشد.
ABS پلیمری است که در آن فاز لاستیک در فاز پیوسته رزین پراکنده می شود. بنابراین ، این به سادگی یک کوپلیمر یا مخلوطی از این سه مونومر SAN (استایرن-اکریلونیتریل) نیست که به سختی ABS و پایان سطح می دهد ، اما بوتادین برای مقاومت آن ، نسبت این سه جز را می توان در صورت لزوم تنظیم کرد. از پلاستیک ها معمولاً برای ساخت صفحات با ضخامت 4 اینچ و میله هایی با قطر 6 اینچ استفاده می شود که می توان به راحتی با اتصال و ورقه ورقه ورقه ها و اجزای ضخیم تری را ایجاد کرد. به دلیل هزینه مناسب و پردازش آسان ، ماده ای محبوب برای نمونه های اولیه کنترل عددی کامپیوتر (CNC) است.
از ABS اغلب برای تاول زدن پوسته تجهیزات پزشکی در مقیاس بزرگ استفاده می شود. در سال های اخیر ، ABS پر از الیاف شیشه در مکان های بیشتری مورد استفاده قرار گرفته است.
رزین اکریلیک (PMMA)
رزین آکریلیک در واقع یکی از پلاستیک های اولیه دستگاه های پزشکی است و هنوز هم معمولاً در قالب سازی ترمیم های آناپلاستیک استفاده می شود. * اکریلیک اساساً پلی متیل متاکریلات است (PMMA).
رزین اکریلیک قوی ، شفاف ، قابل پردازش و قابلیت چسباندن است. یکی از روشهای متداول پیوند آکریلیک ، اتصال حلال با متیل کلرید است. اکریلیک تقریباً دارای انواع نامحدود میله ای ، شکل ورق و صفحه و رنگ های متنوع است. رزین های اکریلیک به ویژه برای لوله های سبک و کاربردهای نوری مناسب هستند.
از رزین اکریلیک برای علامت گذاری و نمایشگر می توان برای آزمایشات معیار و نمونه های اولیه استفاده کرد. با این حال ، باید دقت شود که نسخه پزشکی قبل از استفاده در هر آزمایش بالینی ، تعیین شود. رزین های اکریلیک تجاری ممکن است حاوی مقاومت در برابر اشعه ماورا بنفش ، بازدارنده های شعله ، اصلاح کننده های ضربه و سایر مواد شیمیایی باشند ، و این باعث می شود برای استفاده بالینی نامناسب باشند.
پلی وینیل کلراید (PVC)
پی وی سی بسته به افزودن یا عدم استفاده از نرم کننده ، به دو شکل سفت و سخت و انعطاف پذیر است. از پی وی سی معمولاً برای لوله های آب استفاده می شود. از معایب اصلی پی وی سی مقاومت کم در برابر آب و هوا ، مقاومت در برابر ضربه نسبتاً کم و وزن ورق ترموپلاستیک کاملاً زیاد است (وزن مخصوص 1.35). به راحتی خراشیده می شود یا آسیب می بیند و دارای تغییر شکل حرارتی نسبتاً کم است (160).
پی وی سی پلاستیک نشده در دو فرمول اصلی تولید می شود: نوع I (مقاومت در برابر خوردگی) و نوع II (ضربه زیاد). نوع PVC از نوع PVC است که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد ، اما در کاربردهایی که به مقاومت در برابر ضربه بیشتر از نوع I نیاز دارند ، نوع II دارای مقاومت در برابر ضربه بهتر و مقاومت در برابر خوردگی کمی کاهش یافته است. در کاربردهایی که به فرمولاسیون با درجه حرارت بالا نیاز دارند ، می توان از پلی وینیلیدن فلوراید (PVDF) برای کاربردهای با خلوص بالا در دمای تقریبی 280 درجه فارنهایت استفاده کرد.
محصولات پزشکی ساخته شده از پلی وینیل کلراید پلاستیکی (plasticizedpvc) در اصل برای جایگزینی لاستیک و شیشه طبیعی در تجهیزات پزشکی استفاده می شد. دلیل جایگزینی این است: مواد پلی وینیل کلرید پلاستیک شده به راحتی عقیم تر ، شفاف تر شده و از پایداری شیمیایی و اثربخشی اقتصادی بهتری برخوردار هستند. محصولات پلی وینیل کلراید پلاستیکی به راحتی قابل استفاده هستند و به دلیل نرمی و خاصیت ارتجاعی خاص خود ، می توانند از آسیب رساندن به بافتهای حساس بیمار جلوگیری کرده و از احساس ناراحتی بیمار جلوگیری کنند.
پلی کربنات (PC)
پلی کربنات (PC) سخت ترین پلاستیک شفاف است و برای نمونه های اولیه پزشکی بسیار مفید است ، به ویژه اگر قرار است از اتصال باند UV استفاده شود. کامپیوتر دارای اشکال مختلفی از میله ، صفحه و ورق است ، ترکیب آن آسان است.
اگرچه بیش از دوازده ویژگی عملکردی یک رایانه شخصی می تواند به تنهایی یا به صورت ترکیبی مورد استفاده قرار گیرد ، اما اغلب به هفت مورد اعتماد می شود. PC دارای مقاومت در برابر ضربه ، شفافیت شفاف آب ، مقاومت در برابر خزش ، دامنه دمای عملیاتی گسترده ، ثبات ابعادی ، مقاومت در برابر سایش ، سختی و سختی ، با وجود شکل پذیری آن است.
PC با عقیم سازی پرتوی به راحتی تغییر رنگ می یابد ، اما درجه های پایداری تابش در دسترس هستند.
پلی پروپیلن (PP)
PP یک پلاستیک سبک و کم هزینه پلی الفین با نقطه ذوب کم است ، بنابراین برای فرم دمایی و بسته بندی مواد غذایی بسیار مناسب است. PP قابل اشتعال است ، بنابراین اگر به مقاومت در برابر آتش نیاز دارید ، به دنبال درجه های بازدارنده شعله (FR) باشید. PP در برابر خم شدن مقاوم است که معمولاً به آن "چسب 100 برابر" می گویند. برای کاربردهایی که نیاز به خم شدن دارند می توان از PP استفاده کرد.
پلی اتیلن (PE)
پلی اتیلن (PE) ماده ای است که معمولاً در بسته بندی و فرآوری مواد غذایی مورد استفاده قرار می گیرد. پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا (UHMWPE) دارای مقاومت در برابر سایش بالا ، ضریب اصطکاک کم ، روانکاری از خود ، عدم چسبندگی سطح و مقاومت در برابر خستگی شیمیایی عالی است. همچنین عملکرد بالایی را در دماهای بسیار کم (به عنوان مثال ، نیتروژن مایع ، -259 درجه سانتی گراد) حفظ می کند. UHMWPE شروع به نرم شدن در حدود 185 درجه فارنهایت می کند و مقاومت در برابر سایش خود را از دست می دهد.
از آنجا که UHMWPE در هنگام تغییر دما از انبساط و انقباض نسبتاً بالایی برخوردار است ، برای کاربردهای تحمل نزدیک در این محیط ها توصیه نمی شود.
به دلیل داشتن انرژی سطح بالا ، سطح غیرچسبنده ، پیوند PE ممکن است دشوار باشد. اجزای سازگار با اتصالات ، تداخل یا اتصالات راحت ترند. Loctite چسبهای سیانوآکریلات (CYA) (CYA و آغازگر غیر حساس به سطح LoctitePrism) را برای اتصال این نوع پلاستیکها تولید می کند.
UHMWPE همچنین در کاشتهای ارتوپدی با موفقیت بسیار زیاد مورد استفاده قرار می گیرد. این ماده متداول ترین ماده در فنجان استابولوم در حین آرتروپلاستی مفصل ران است و متداول ترین ماده در م plateلفه فلات درشت نی در طول آرتروپلاستی کامل زانو است. برای آلیاژ کبالت-کروم بسیار صیقلی مناسب است. * لطفا توجه داشته باشید که مواد مناسب برای کاشت ارتوپدی مواد ویژه ای هستند نه نسخه های صنعتی. درجه پزشکی UHMWPE با نام تجاری Lennite توسط Westlake Plastics (Lenni، PA) به فروش می رسد.
پلی اکسی متیلن (POM)
Delrin از DuPont یکی از شناخته شده ترین POM ها است و بیشتر طراحان از این نام برای اشاره به این پلاستیک استفاده می کنند. POM از فرمالدئید سنتز می شود. POM در ابتدا در اوایل دهه 1950 به عنوان یک جایگزین مقاوم در برابر حرارت ، مقاوم در برابر حرارت فلزات غیر آهنی ، معروف به "Saigang" ساخته شد. این یک پلاستیک سخت با ضریب اصطکاک کم و مقاومت بالا است.
پیوند Delrin و POM مشابه دشوار است و مونتاژ مکانیکی بهترین است. Delrin معمولاً برای نمونه های اولیه ماشین بسته بندی شده و تجهیزات پزشکی استفاده می شود. بسیار قابل پردازش است ، بنابراین برای نمونه های اولیه تجهیزات ماشینکاری که به مقاومت ، مقاومت شیمیایی و موادی مطابق با استانداردهای FDA نیاز دارند بسیار مناسب است.
یکی از معایب دلرین حساسیت آن به عقیم سازی اشعه است که باعث شکننده شدن POM می شود. در صورت عقیم سازی پرتوی ، ضربه محکم و ناگهانی ، مکانیزم فنر پلاستیکی و بخش نازک تحت بار ممکن است شکسته شود. اگر می خواهید قطعات B-POM را عقیم کنید ، لطفاً به استفاده از EtO ، Steris یا اتوکلاو توجه کنید ، بسته به اینکه آیا دستگاه دارای اجزای حساس مانند دستگاه های الکترونیکی است.
نایلون (PA)
نایلون در فرمول های 6/6 و 6/12 موجود است. نایلون سخت و مقاوم در برابر حرارت است. شناسه های 6/6 و 6/12 به تعداد اتم های کربن در زنجیره پلیمر اشاره دارد و 6/12 یک نایلون با زنجیره بلند با مقاومت در برابر حرارت بالاتر است. نایلون به اندازه ABS یا Delrin (POM) قابل پردازش نیست زیرا تمایل دارد تراشه های چسبنده ای را در لبه های قطعات باقی بگذارد که ممکن است نیاز به کنده شدن داشته باشند.
نایلون 6 ، رایج ترین آن نایلون ریخته گری است که توسط DuPont قبل از جنگ جهانی دوم ساخته شده است. با این حال ، تنها در سال 1956 با کشف ترکیباتی (کاتالیزورها و شتاب دهنده ها) بود که نایلون از نظر تجاری زنده ماند. با استفاده از این فناوری جدید ، سرعت پلیمریزاسیون بسیار افزایش می یابد و مراحل لازم برای دستیابی به پلیمریزاسیون کاهش می یابد.
به دلیل محدودیت های پردازش کمتر ، نایلون 6 ریخته گری یکی از بزرگترین اندازه های آرایه و اشکال سفارشی هر ترموپلاستیک را فراهم می کند. ریخته گری شامل میله ، لوله ، لوله و صفحه است. اندازه آنها از 1 پوند تا 400 پوند است.
مواد نایلونی دارای استحکام مکانیکی و احساس دوستدار پوست هستند که مواد معمولی ندارند. با این وجود ، ارتوزهای مخصوص افتادگی پا ، صندلی های چرخدار توان بخشی و تخت های پرستاری پزشکی معمولاً به قطعاتی با ظرفیت تحمل بار خاص نیاز دارند ، بنابراین به طور کلی PA66 + 15٪ GF انتخاب می شود.
اتیلن پروپیلن فلورین شده (FEP)
اتیلن پروپیلن فلوئوریزه (FEP) از تمام خواص مطلوب تترا فلورواتیلن (TFE) (پلی تترا فلورواتیلن [PTFE]) برخوردار است ، اما دمای بقای آن پایین تر از 200 درجه سانتی گراد (392 درجه فارنهایت) است. برخلاف PTFE ، FEP را می توان با روش های معمول قالب گیری و به داخل میله ها ، لوله ها و پروفیل های مخصوص اکسترود کرد. این یک مزیت طراحی و پردازش نسبت به PTFE می شود. میله های تا 4.5 اینچ و صفحات تا 2 اینچ در دسترس هستند. عملکرد FEP تحت عقیم سازی اشعه کمی بهتر از PTFE است.
پلاستیک های مهندسی با کارایی بالا
پلی اتریمید (PEI)
Ultem 1000 یک پلیمر گرمازا پلی اتریمید گرمانرم است که توسط شرکت جنرال الکتریک برای قالب گیری تزریقی طراحی شده است. از طریق توسعه فن آوری اکستروژن جدید ، تولیدکنندگانی مانند AL Hyde ، Gehr و Ensinger مدل ها و اندازه های مختلف Ultem 1000 را تولید می کنند. Ultem 1000 ترکیبی از قابلیت پردازش عالی است و دارای مزایای صرفه جویی در هزینه در مقایسه با PES ، PEEK و Kapton در کاربردهای گرمای زیاد (استفاده مداوم تا 340 درجه فارنهایت). Ultem قابلیت پخش خودکار را دارد.
پلی اترترکتون (PEEK)
Polyetheretherketone (PEEK) علامت تجاری Victrex plc (انگلستان) است ، یک گرمانرم پلاستیکی با درجه حرارت بالا با مقاومت در برابر حرارت و شیمیایی عالی ، و همچنین مقاومت در برابر سایش عالی و مقاومت در برابر خستگی پویا. این برای اجزای الکتریکی که به دمای کار مداوم بالا (480 درجه فارنهایت) و انتشار بسیار کم دود و بخارهای سمی در معرض شعله های آتش نیاز دارند ، توصیه می شود.
PEEK نیازهای Underwriters Laboratories (UL) 94 V-0 ، 0.080 اینچ را برآورده می کند. این محصول دارای مقاومت فوق العاده شدید در برابر اشعه گاما ، حتی بیش از پلی استایرن است. تنها حلال رایج که می تواند به PEEK حمله کند اسید سولفوریک غلیظ است. PEEK مقاومت عالی در برابر هیدرولیز دارد و می تواند در بخار تا 500 درجه فارنهایت کار کند.
پلی تترا فلورواتیلن (PTFE)
TFE یا PTFE (پلی تترافلوئوراتیلن) که معمولاً تفلون نامیده می شود ، یکی از سه رزین فلوروکربن در گروه فلوروکربن است که کاملاً از فلورین و کربن تشکیل شده است. رزینهای دیگر این گروه که به آنها تفلون نیز می گویند ، فلوروکربن پرفلوئورالوکسی (PFA) و FEP هستند.
نیروهایی که فلوئور و کربن را به هم متصل می کنند ، یکی از قوی ترین پیوندهای شیمیایی شناخته شده را در بین اتم های کاملاً متقارن ترتیب می دهند. نتیجه این مقاومت پیوند به علاوه پیکربندی زنجیره ای ، یک پلیمر نسبتاً متراکم ، از نظر شیمیایی بی اثر و از نظر حرارتی پایدار است.
TFE در برابر گرما و تقریباً در برابر تمام مواد شیمیایی مقاومت می کند. به جز چند گونه خارجی ، در تمام مواد آلی غیر قابل حل است. عملکرد الکتریکی آن بسیار خوب است. اگرچه از مقاومت ضربه بالایی برخوردار است ، در مقایسه با سایر ترموپلاستیک های مهندسی ، مقاومت در برابر سایش ، مقاومت در برابر کشش و مقاومت در برابر خزش کم است.
TFE دارای کمترین ثابت دی الکتریک و کمترین ضریب اتلاف در بین کلیه مواد جامد است. به دلیل اتصال شیمیایی قوی ، TFE برای مولکولهای مختلف تقریباً جذاب نیست. این منجر به ضریب اصطکاک تا 05/0 می شود. اگرچه PTFE ضریب اصطکاک کمی دارد ، اما به دلیل مقاومت در برابر خزش کم و خاصیت سایش کم ، برای کاربردهای ارتوپدی تحمل کننده مناسب نیست. سر جان چارنلی این مشکل را در کارهای پیشگامانه خود در زمینه تعویض کامل مفصل ران در اواخر دهه 1950 کشف کرد.
پلی سولفون
پلی سولفون در اصل توسط BP Amoco ساخته شده و در حال حاضر توسط Solvay با نام تجاری Udel تولید می شود و پلی فنیل سولفون با نام تجاری Radel به فروش می رسد.
پلی سولفون یک ترموپلاستیک شفاف (کهربا سبک) مقاوم ، سخت و محکم است که می تواند خواص خود را در یک محدوده دمایی گسترده از -150 درجه فارنهایت تا 300 درجه فارنهایت حفظ کند. برای تجهیزات مورد تأیید FDA طراحی شده است ، همچنین تمام آزمایشات کلاس USP (بیولوژیک) را نیز پشت سر گذاشته است. از استانداردهای آب آشامیدنی بنیاد ملی بهداشت ، تا 180 درجه فارنهایت برخوردار است. پلی سولفون از ثبات ابعادی بسیار بالایی برخوردار است. پس از قرار گرفتن در معرض آب جوش یا هوا در دمای 300 درجه فارنهایت ، تغییر ابعاد خطی معمولاً یک دهم 1٪ یا کمتر است. پلی سولفون مقاومت بالایی در برابر اسیدهای معدنی ، قلیایی ها و محلول های نمک دارد. حتی در دماهای بالا و تحت تنش متوسط ، مقاومت خوبی در برابر شوینده ها و روغن های هیدروکربن دارد. پلی سولفون در برابر حلال های آلی قطبی مانند کتون ، هیدروکربن های کلر دار و هیدروکربن های معطر مقاوم نیست.
Radel برای سینی های ساز که به مقاومت در برابر حرارت بالا و مقاومت در برابر ضربه زیاد نیاز دارند و همچنین برای کاربردهای سینی اتوکلاو در بیمارستان استفاده می شود. رزین مهندسی پلی سولفون مقاومت بالا و مقاومت طولانی مدت در برابر عقیم سازی مکرر بخار را ترکیب می کند. ثابت شده است که این پلیمرها جایگزینی برای فولاد ضد زنگ و شیشه هستند. پلی سولفون از نظر پزشکی از نظر بیولوژیکی بی اثر است ، دارای عمر طولانی منحصر به فردی در فرآیند عقیم سازی است ، می تواند شفاف یا مات باشد و در برابر بیشتر مواد شیمیایی رایج بیمارستان مقاوم است.
