في السنوات الأخيرة ، حافظت صناعة الأجهزة الطبية العالمية على نمو سريع ومستقر ، بمتوسط معدل نمو يبلغ حوالي 4٪ ، وهو أعلى من معدل نمو الاقتصاد الوطني خلال نفس الفترة. تحتل الولايات المتحدة وأوروبا واليابان بشكل مشترك مكانة السوق الرئيسية في سوق الأجهزة الطبية العالمية. تعد الولايات المتحدة أكبر منتج ومستهلك للأجهزة الطبية في العالم ، ويحتل استهلاكها مكانة رائدة في هذه الصناعة. من بين أكبر عمالقة الأجهزة الطبية في العالم ، تمتلك الولايات المتحدة أكبر عدد من شركات الأجهزة الطبية وتمثل النسبة الأكبر.
تقدم هذه المقالة بشكل أساسي اللدائن الطبية الهندسية شائعة الاستخدام ، والتي تتكون من مواد ذات أشكال سهلة المعالجة. تميل هذه المواد البلاستيكية إلى أن تكون باهظة الثمن نسبيًا مقارنة بالوزن ، لأن معظم المواد تُفقد بسبب الحطام أثناء المعالجة.
مقدمة عن اللدائن الهندسية الشائعة في المجال الطبي
أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS)
يتكون terpolymer من SAN (ستايرين - أكريلونيتريل) ومطاط صناعي بوتادين. من هيكلها ، يمكن أن تكون السلسلة الرئيسية لـ ABS هي BS ، AB ، AS ، وسلسلة الفروع المقابلة يمكن أن تكون AS ، S ، AB ومكونات أخرى.
ABS عبارة عن بوليمر يتم فيه تشتيت الطور المطاطي في المرحلة المستمرة من الراتنج. لذلك ، فهو ليس مجرد بوليمر مشترك أو خليط من هذه المونومرات الثلاثة ، SAN (ستايرين - أكريلونيتريل) ، الذي يعطي صلابة ABS وإنهاء السطح ، ولكن البوتادين يعطي صلابة ، نسبة هذه المكونات الثلاثة يمكن تعديلها حسب الحاجة. عادةً ما يستخدم البلاستيك في صناعة ألواح بسمك 4 بوصات وقضبان بقطر 6 بوصات ، والتي يمكن ربطها بسهولة وتصفيحها لتشكيل ألواح ومكونات أكثر سمكًا. نظرًا لتكلفتها المعقولة وسهولة معالجتها ، فهي مادة شائعة لنماذج التصنيع الأولية للتحكم العددي بالكمبيوتر (CNC).
غالبًا ما يستخدم ABS لبثور قذائف المعدات الطبية على نطاق واسع. في السنوات الأخيرة ، تم استخدام ABS المملوء بالألياف الزجاجية في أماكن أكثر.
راتينج أكريليك (PMMA)
راتنجات الأكريليك هي في الواقع واحدة من أقدم المواد البلاستيكية للأجهزة الطبية ، ولا تزال تستخدم بشكل شائع في تشكيل الترميمات الكشمية. * الأكريليك هو في الأساس بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA).
راتينج الأكريليك قوي وواضح وقابل للمعالجة وقابل للربط. إحدى الطرق الشائعة لربط الأكريليك هي ربط المذيب بكلوريد الميثيل. يحتوي الأكريليك على أنواع غير محدودة تقريبًا من القضبان وأشكال الألواح والألواح والألوان المختلفة. راتنجات الأكريليك مناسبة بشكل خاص لأنابيب الإضاءة والتطبيقات البصرية.
يمكن استخدام راتينج الأكريليك للافتات والعرض في الاختبارات المعيارية والنماذج الأولية ؛ ومع ذلك ، يجب توخي الحذر لتحديد إصدار الدرجة الطبية قبل استخدامه في أي تجارب سريرية. قد تحتوي راتنجات الأكريليك التجارية على مقاومة للأشعة فوق البنفسجية ومثبطات اللهب ومعدلات التأثير ومواد كيميائية أخرى ، مما يجعلها غير مناسبة للاستخدام السريري.
كلوريد البوليفينيل (PVC)
يتكون PVC من شكلين ، جامد ومرن ، اعتمادًا على إضافة الملدنات أم لا. يستخدم PVC عادة لأنابيب المياه. تتمثل العيوب الرئيسية لـ PVC في ضعف مقاومة الطقس ، وقوة تأثير منخفضة نسبيًا ، ووزن لوح البلاستيك الحراري مرتفع جدًا (الثقل النوعي 1.35). يمكن خدشه أو إتلافه بسهولة ، وله نقطة تشوه حراري منخفضة نسبيًا (160).
يتم إنتاج الـ PVC غير البلاستيكي في صيغتين رئيسيتين: النوع الأول (مقاومة التآكل) والنوع الثاني (عالي التأثير). النوع الأول PVC هو أكثر أنواع PVC شيوعًا ، ولكن في التطبيقات التي تتطلب قوة تأثير أعلى من النوع الأول ، يتمتع النوع الثاني بمقاومة تأثير أفضل ومقاومة تآكل منخفضة بشكل طفيف. في التطبيقات التي تتطلب تركيبات عالية الحرارة ، يمكن استخدام فلوريد البولي فينيلدين (PVDF) للتطبيقات عالية النقاء عند 280 درجة فهرنهايت تقريبًا.
تم استخدام المنتجات الطبية المصنوعة من كلوريد البوليفينيل الملدن (البلاستيكية البلاستيكية) في الأصل لاستبدال المطاط الطبيعي والزجاج في المعدات الطبية. سبب الاستبدال هو: مواد البولي فينيل كلوريد الملدنة يتم تعقيمها بسهولة ، وأكثر شفافية ، وتتمتع باستقرار كيميائي وفعالية اقتصادية أفضل. منتجات البولي فينيل كلوريد الملدنة سهلة الاستخدام ، وبسبب نعومتها ومرونتها ، يمكنها تجنب إتلاف الأنسجة الحساسة للمريض وتجنب جعل المريض يشعر بعدم الراحة.
البولي (الكمبيوتر)
البولي كربونات (PC) هو أقسى أنواع البلاستيك الشفاف وهو مفيد جدًا للأجهزة الطبية النموذجية ، خاصة إذا كان سيتم استخدام روابط المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. يحتوي الكمبيوتر الشخصي على عدة أشكال من القضبان واللوحة والصفائح ، ومن السهل الجمع.
على الرغم من أنه يمكن استخدام أكثر من اثنتي عشرة خصائص أداء لجهاز الكمبيوتر بمفردها أو مجتمعة ، إلا أنه غالبًا ما يتم الاعتماد على سبع خصائص. يتمتع الكمبيوتر الشخصي بقوة عالية التأثير ، وشفافية المياه الشفافة ، ومقاومة الزحف الجيدة ، ونطاق درجة حرارة التشغيل الواسع ، واستقرار الأبعاد ، ومقاومة التآكل ، والصلابة والصلابة ، على الرغم من ليونة.
يتغيّر لون الكمبيوتر الشخصي بسهولة عن طريق التعقيم الإشعاعي ، لكن درجات ثبات الإشعاع متوفرة.
البولي بروبلين (ب)
PP عبارة عن بلاستيك بولي أوليفين خفيف الوزن ومنخفض التكلفة مع نقطة انصهار منخفضة ، لذا فهو مناسب جدًا للتشكيل الحراري وتغليف المواد الغذائية. مادة البولي بروبيلين قابلة للاشتعال ، لذلك إذا كنت بحاجة إلى مقاومة الحريق ، فابحث عن درجات مقاومة اللهب (FR). مادة البولي بروبيلين مقاومة للانحناء ، والمعروفة باسم "غراء 100 مرة". بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب الانحناء ، يمكن استخدام PP.
البولي ايثيلين (PE)
البولي إيثيلين (PE) مادة شائعة الاستخدام في تغليف الأغذية ومعالجتها. يتميز البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي (UHMWPE) بمقاومة عالية للتآكل ، ومعامل احتكاك منخفض ، وتزييت ذاتي ، وعدم التصاق السطح ومقاومة ممتازة للتعب الكيميائي. كما أنه يحافظ على الأداء العالي في درجات حرارة منخفضة للغاية (على سبيل المثال ، النيتروجين السائل ، -259 درجة مئوية). يبدأ UHMWPE في التليين حوالي 185 درجة فهرنهايت ويفقد مقاومته للتآكل.
نظرًا لأن UHMWPE لديه معدل تمدد وانكماش مرتفع نسبيًا عند تغير درجة الحرارة ، فإنه لا يوصى به لتطبيقات التسامح القريب في هذه البيئات.
نظرًا لطاقة سطحها العالية ، سطحها غير اللاصق ، قد يكون من الصعب ربط PE. المكونات أسهل في التوافق مع السحابات أو التداخل أو اللقطات. تنتج Loctite مواد لاصقة cyanoacrylate (CYA) (LoctitePrism غير حساسة للأسطح CYA والبرايمر) لربط هذه الأنواع من البلاستيك.
يستخدم UHMWPE أيضًا في عمليات زراعة العظام بنجاح كبير. إنها المادة الأكثر استخدامًا في الكأس الحُقي أثناء تقويم مفصل الورك بالكامل وهي المادة الأكثر شيوعًا في مكون الهضبة الظنبوبية أثناء تقويم مفصل الركبة الكلي. إنها مناسبة لسبائك الكوبالت والكروم المصقول للغاية. * يرجى ملاحظة أن المواد المناسبة لزراعة العظام هي مواد خاصة وليست إصدارات صناعية. يباع UHMWPE من الدرجة الطبية تحت الاسم التجاري Lennite من Westlake Plastics (Lenni ، PA).
بولي أوكسي ميثيلين (بوم)
تعد Delrin من DuPont واحدة من أكثر POMs شهرة ، ويستخدم معظم المصممين هذا الاسم للإشارة إلى هذا البلاستيك. يتم تصنيع بوم من الفورمالديهايد. تم تطوير POM في الأصل في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي كبديل للمعادن غير الحديدية القاسية المقاومة للحرارة والمعروفة باسم "Saigang". إنه بلاستيك صلب ذو معامل احتكاك منخفض وقوة عالية.
يصعب ربط Delrin و POM المماثل ، والتجميع الميكانيكي هو الأفضل. يشيع استخدام Delrin في النماذج الأولية للأجهزة الطبية والتركيبات المغلقة. إنها قابلة للمعالجة بشكل كبير ، لذا فهي مناسبة جدًا للنماذج الأولية لمعدات المعالجة التي تتطلب القوة والمقاومة الكيميائية والمواد التي تلبي معايير FDA.
أحد عيوب Delrin هو حساسيته للتعقيم الإشعاعي ، والذي يميل إلى جعل POM هشًا. في حالة التعقيم الإشعاعي ، قد تنكسر آلية الزنبرك البلاستيكي والقسم الرقيق تحت الحمل. إذا كنت ترغب في تعقيم أجزاء B-POM ، يرجى التفكير في استخدام EtO أو Steris أو الأوتوكلاف ، اعتمادًا على ما إذا كان الجهاز يحتوي على أي مكونات حساسة ، مثل الأجهزة الإلكترونية.
نايلون (PA)
النايلون متوفر في تركيبات 6/6 و 6/12. النايلون قوي ومقاوم للحرارة. تشير المعرفات 6/6 و 6/12 إلى عدد ذرات الكربون في سلسلة البوليمر ، و 6/12 عبارة عن نايلون طويل السلسلة يتمتع بمقاومة أعلى للحرارة. النايلون ليس قابلاً للمعالجة مثل ABS أو Delrin (POM) لأنه يميل إلى ترك رقائق لزجة على حواف الأجزاء التي قد تحتاج إلى إزالة.
النايلون 6 ، الأكثر شيوعًا هو النايلون المصبوب ، الذي طورته شركة دوبونت قبل الحرب العالمية الثانية. ومع ذلك ، لم يكن حتى عام 1956 ، مع اكتشاف المركبات (المحفزات المساعدة والمسرعات) التي أصبحت النايلون المصبوب قابلة للتطبيق تجاريًا. مع هذه التقنية الجديدة ، تزداد سرعة البلمرة بشكل كبير ، ويتم تقليل الخطوات المطلوبة لتحقيق البلمرة.
نظرًا لقيود المعالجة الأقل ، يوفر النايلون المصبوب 6 أحد أكبر أحجام الصفيف والأشكال المخصصة لأي لدائن حرارية. تشمل المسبوكات قضبان وأنابيب وأنابيب وألواح. يتراوح حجمها من 1 جنيه إلى 400 جنيه.
تتمتع مواد النايلون بقوة ميكانيكية وشعور لطيف على الجلد لا تحتوي عليه المواد العادية. ومع ذلك ، عادةً ما تتطلب أجهزة تقويم القدم الخاصة بالمعدات الطبية ، والكراسي المتحركة لإعادة التأهيل ، وأسرة التمريض الطبية أجزاء ذات قدرة تحمل معينة ، لذلك يتم تحديد PA66 + 15٪ GF بشكل عام.
بروبيلين الإيثيلين المفلور (FEP)
يحتوي بروبيلين الإيثيلين المفلور (FEP) على جميع الخصائص المرغوبة لرباعي فلورو إيثيلين (TFE) (بولي تترافلورو إيثيلين [PTFE]) ، ولكنه يتمتع بدرجة حرارة بقاء أقل تبلغ 200 درجة مئوية (392 درجة فهرنهايت). على عكس PTFE ، يمكن تشكيل FEP بالحقن وبثقه إلى قضبان وأنابيب وملامح خاصة بالطرق التقليدية. تصبح هذه ميزة تصميم ومعالجة على PTFE. تتوفر قضبان يصل حجمها إلى 4.5 بوصة وألواح يصل حجمها إلى 2 بوصة. أداء FEP تحت التعقيم الإشعاعي أفضل قليلاً من أداء PTFE.
اللدائن الهندسية عالية الأداء
بولي إيثيرميد (PEI)
Ultem 1000 عبارة عن بوليمر عالي الحرارة بولي إيثيرميد لدن بالحرارة ، تم تصميمه بواسطة شركة جنرال إلكتريك لقولبة الحقن. من خلال تطوير تقنية البثق الجديدة ، تنتج الشركات المصنعة مثل AL Hyde و Gehr و Ensinger نماذج وأحجام مختلفة من Ultem 1000. يجمع Ultem 1000 بين قابلية المعالجة الممتازة ومزايا توفير التكلفة مقارنةً بـ PES و PEEK و Kapton في تطبيقات الحرارة العالية (الاستخدام المستمر حتى 340 درجة فهرنهايت). Ultem قابل للتعقيم بالبخار المضغوط.
بولي إيثير كيتون (نظرة خاطفة)
Polyetherketone (PEEK) هي علامة تجارية لشركة Victrex plc (المملكة المتحدة) ، وهي مادة بلاستيكية حرارية بلورية ذات درجة حرارة عالية مع مقاومة ممتازة للحرارة والكيميائية ، فضلاً عن مقاومة التآكل الممتازة ومقاومة التعب الديناميكي. يوصى باستخدامه للمكونات الكهربائية التي تتطلب درجة حرارة تشغيل مستمرة عالية (480 درجة فهرنهايت) وانبعاثات منخفضة للغاية من الدخان والأبخرة السامة المعرضة للهب.
نظرة خاطفة تلبي متطلبات مختبرات أندررايترز (UL) 94 V-0 ، 0.080 بوصة. يتمتع المنتج بمقاومة قوية للغاية لإشعاع جاما ، حتى أنه يتجاوز مقاومة البوليسترين. المذيب الشائع الوحيد الذي يمكنه مهاجمة PEEK هو حمض الكبريتيك المركز. تتمتع PEEK بمقاومة ممتازة للتحلل المائي ويمكن أن تعمل في بخار حتى 500 درجة فهرنهايت.
بولي تترافلورو إيثيلين (PTFE)
TFE أو PTFE (polytetrafluoroethylene) ، وعادة ما يسمى Teflon ، هو واحد من راتنجات الفلوروكربون الثلاثة في مجموعة الفلوروكربون ، والتي تتكون بالكامل من الفلور والكربون. الراتنجات الأخرى في هذه المجموعة ، والمعروفة أيضًا باسم Teflon ، هي بيرفلوروالكوكسي فلوروكربون (PFA) و FEP.
توفر القوى التي تربط الفلور والكربون معًا واحدة من أقوى الروابط الكيميائية المعروفة بين الذرات المنتظمة بشكل متماثل. نتيجة تكوين قوة الرابطة زائد السلسلة هذه عبارة عن بوليمر كثيف نسبيًا وخامل كيميائيًا ومستقرًا حراريًا.
يقاوم TFE الحرارة وجميع المواد الكيميائية تقريبًا. باستثناء بعض الأنواع الأجنبية ، فهو غير قابل للذوبان في جميع المواد العضوية. أداؤها الكهربائي جيد جدا. على الرغم من أن لها قوة تأثير عالية ، مقارنة مع اللدائن الحرارية الهندسية الأخرى ، إلا أن مقاومة التآكل وقوة الشد ومقاومة الزحف منخفضة.
يحتوي TFE على أقل ثابت عازل وأقل عامل تبديد لجميع المواد الصلبة. نظرًا لارتباطه الكيميائي القوي ، فإن TFE يكاد يكون غير جذاب للجزيئات المختلفة. ينتج عن هذا معامل احتكاك منخفض يصل إلى 0.05. على الرغم من أن مادة PTFE لها معامل احتكاك منخفض ، إلا أنها غير مناسبة لتطبيقات تقويم العظام الحاملة بسبب مقاومتها المنخفضة للزحف وخصائص التآكل المنخفضة. اكتشف السير جون تشارنلي هذه المشكلة في عمله الرائد على استبدال مفصل الورك في أواخر الخمسينيات.
بولي سلفون
تم تطوير Polysulfone في الأصل بواسطة BP Amoco ويتم تصنيعه حاليًا بواسطة Solvay تحت الاسم التجاري Udel ، ويباع polyphenylsulfone تحت الاسم التجاري Radel.
بولي سلفون هو لدائن حرارية صلبة وصلبة وعالية القوة وشفافة (كهرماني خفيف) يمكنها الحفاظ على خصائصها في نطاق درجة حرارة واسع من -150 درجة فهرنهايت إلى 300 درجة فهرنهايت. تم تصميمه للمعدات المعتمدة من قِبل إدارة الغذاء والدواء ، وقد اجتاز أيضًا جميع اختبارات USP Class VI (البيولوجية). يفي بمعايير مياه الشرب لمؤسسة الصرف الصحي الوطنية ، حتى 180 درجة فهرنهايت. يتمتع Polysulfone بثبات أبعاد عالي جدًا. بعد التعرض للماء أو الهواء المغلي عند 300 درجة فهرنهايت ، يكون التغير الخطي في الأبعاد عادة عُشر 1٪ أو أقل. يتمتع Polysulfone بمقاومة عالية للأحماض غير العضوية والقلويات ومحاليل الملح ؛ حتى في درجات الحرارة العالية تحت مستويات الإجهاد المعتدلة ، فهي تتمتع بمقاومة جيدة للمنظفات والزيوت الهيدروكربونية. بولي سلفون ليس مقاومًا للمذيبات العضوية القطبية مثل الكيتونات والهيدروكربونات المكلورة والهيدروكربونات العطرية.
يستخدم Radel في صواني الأجهزة التي تتطلب مقاومة عالية للحرارة وقوة تأثير عالية ، ولتطبيقات صينية الأوتوكلاف في المستشفيات. يجمع راتينج هندسة البولي سلفون بين القوة العالية والمقاومة طويلة الأمد للتعقيم بالبخار المتكرر. أثبتت هذه البوليمرات أنها بدائل للفولاذ المقاوم للصدأ والزجاج. مادة البولي سلفون الطبية خاملة بيولوجيًا ، ولها عمر طويل فريد في عملية التعقيم ، ويمكن أن تكون شفافة أو غير شفافة ، ومقاومة لمعظم المواد الكيميائية الشائعة في المستشفيات.
