1. Wprowadzenie
Wraz z ciągłym postępem technologii medycznych, Materials Science odgrywa coraz bardziej kluczową rolę w innowacji urządzeń medycznych. W przeszłości system materiałowy zdominowany przez metal i szkło był stopniowo zastępowany zmodyfikowanymi tworzywami inżynierskimi o lżejszej masie, silniejszej wydajności i wyższej możliwości projektowania. Takie materiały mogą nie tylko spełniać rygorystyczne wymagania branży medycznej w zakresie wysokiej bezpieczeństwa, wysokiej precyzji i wysokiej trwałości, ale także zapewnić możliwość noszenia, zminiaturyzowanych i spersonalizowanych urządzeń medycznych.
2. Co to jest Zmodyfikowane tworzywa inżynierskie ? Jakie są zmodyfikowane tworzywa inżynierskie?
Zmodyfikowane tworzywa sztuczne to materiały, które modyfikują tradycyjne tworzywa sztuczne inżynieryjne metodami fizycznymi lub chemicznymi w celu poprawy ich właściwości mechanicznych, stabilności termicznej, izolacji elektrycznej, odporności chemicznej lub innych właściwości określonych.
Wspólne zmodyfikowane tworzywa inżynierskie obejmują:
PEEK (Polyetherethetone): Wysoka wytrzymałość, odporność na wysoką temperaturę, implantację w ludzkim ciele, szeroko stosowany w ortopedii, stomatologii i innych dziedzinach.
PPSU (polifenylosulfon): można sterylizować za pomocą pary w wysokiej temperaturze, odpowiedni dla instrumentów chirurgicznych i sprzętu infuzyjnego.
PC (poliwęglan): wysoka przezroczystość, dobra odporność na uderzenie, często stosowana w oknach przenoszenia światła, obudowie medyczne.
PA (nylon), POM (polioksymetylen): używany do złączy, przekładni, pomp i zaworów oraz innych części strukturalnych.
Metody modyfikacji obejmują:
Dodanie wzmocnienia włókien szklanych → Poprawa sztywności i stabilności wymiarowej
Leczenie opóźniającego płomienie → spełnianie standardów bezpieczeństwa medycznego
Leczenie przeciwbakteryjne → Poprawa żywotności służby w środowiskach szpitalnych
Dodanie odporności chemicznej → odporność na korozję przez środki dezynfekujące i środki czyszczące
3. Bezpieczeństwo i biokompatybilność w zastosowaniach medycznych bezpieczeństwo i biokompatybilność w zastosowaniach medycznych
W dziedzinie medycyny bezpieczeństwo pacjentów jest głównym założeniem. Dlatego każdy materiał z tworzywa sztucznego stosowany do kontaktu z ludzkim ciałem musi przejść serię rygorystycznych testów biokompatybilności. Zmodyfikowane tworzywa inżynierskie mogą zwykle spełniać te standardy, ponieważ można je dostosować zgodnie z potrzebami.
Standardy bezpieczeństwa, które muszą spełnić tworzywa sztuczne:
ISO 10993: Standardowy system oceny biokompatybilności materiałów urządzeń medycznych
USP Klasa VI: Klasyfikacja toksyczności i reakcji fizjologicznych materiałów medycznych przez Pharmacopeia Stanów Zjednoczonych
Certyfikacja FDA: spełnia wymagania regulacyjne amerykańskiej administracji żywności i leków na materiały, które mają kontakt z ludzkim ciałem
Zalety bezpieczeństwa:
Nietoksyczne i nieszkodliwe: nie indukuje odrzucenia odporności ani reakcji tkanki
Sterylizowany: odporny na wysokie temperatury, promieniowanie i czyszczenie chemiczne
Substancje niehygroskopiczne i nieprecypitujące: utrzymuje stabilną wydajność podczas długoterminowego użytkowania
Na przykład PPSU można wielokrotnie sterylizować w warunkach parowych pod wysokim ciśnieniem przez ponad 1000 razy bez degradacji wydajności, co czyni go bardzo odpowiednim dla instrumentów chirurgicznych wielokrotnego użytku.
4. Precyzja dla precyzyjnych wymagań urządzeń medycznych o wysokiej wydajności w wysokowydajnych urządzeniach medycznych
Wiele kluczowych elementów nowoczesnych urządzeń medycznych, takich jak mikro koła, złącza, systemy rurowe, ciała pompy itp., Ma wyjątkowo wysokie wymagania dotyczące precyzji strukturalnej. Zmodyfikowane tworzywa inżynierskie stały się preferowanym materiałem dla bardzo precyzyjnych części ze względu na ich doskonałą stabilność wymiarową i wydajność przetwarzania.
Zalety obejmują:
Precyzja formowania wysokiego wtrysku: Można osiągnąć formowanie na poziomie mikrona
Niski współczynnik rozszerzalności termicznej: Utrzymaj stabilny kształt w gorących i zimnych środowiskach
Silna możliwość przetwarzania: może sprostać złożonej geometrycznej konstrukcji struktury
Nadaje się do drukowania CNC i 3D: szczególnie odpowiednie dla niestandardowych urządzeń medycznych
Zmodyfikowany PA lub POM jest szeroko stosowany w bardzo precyzyjnych komponentach, takich jak przesuwane części w sztucznych stawach, aby zapewnić precyzyjne dopasowanie po długoterminowym zużyciu.
5. Trwałość i oporność w środowiskach klinicznych trwałość i oporność w środowiskach klinicznych
Sprzęt medyczny musi wytrzymać test trudnych środowisk w użyciu klinicznym: sterylizacja w wysokiej temperaturze, częste stosowanie, chemiczne środki czyszczące, napromienianie itp., Które mogą uszkodzić materiał. Zmodyfikowane tworzywa inżynierskie mają doskonałą wydajność w oporności na przeciwstarze, przeciwdziałającą i korozji, znacznie przedłużając żywotność obsługi sprzętu.
Wspólne właściwości obejmują:
Oporność w wysokiej temperaturze: PEEK może wytrzymać temperatury ciągłego użytkowania do 250 ° C
Odporność na korozję chemiczną: PPSU nie jest skorodowane przez wspólne środki czyszczące, takie jak alkohol, nadtlenek wodoru i hipochloryt sodu
Odporność na promień promieniowania UV i gamma: odpowiednia do produktów jednorazowych lub sterylizowanych opakowań
Wysoka wytrzymałość mechaniczna i odporność na zmęczenie: nie jest podatna na pękanie i deformacja przy długotrwałym stosowaniu przy wysokim obciążeniu
Właściwości te sprawiają, że zmodyfikowane tworzywa inżynierskie są szczególnie odpowiednie dla kluczowych komponentów, które należy ponownie użyć lub działać przez długi czas, takie jak sprzęt OIOM, instrumenty chirurgiczne i obudowy pompy wtryskowej.
6. Przypadki użycia rzeczywistych
Implanty ortopedyczne:
PEEK jest szeroko stosowany w kręgosłupach fuzji, śrubach zębów, dystansach kolanowych itp. Ma nie tylko dobrą biokompatybilność, ale można go również obserwować za pomocą promieni rentgenowskich, unikając interferencji obrazowania spowodowanych przez implanty metalu.
Instrumenty chirurgiczne:
PPSU służy do produkcji narzędzi wielokrotnego użytku, takich jak nożyczki, szczypce i haczyki, z wyjątkowo wysoką tolerancją sterylizacji i odpornością na uderzenie.
Jednorazowe materiały medyczne:
Zmodyfikowany PC, TPE itp. Można stosować do strzykawek, części pompy infuzyjnej i interfejsów cewnika, aby spełnić wymagania czystości i opłacalności.
Urządzenia medyczne do noszenia:
Zmodyfikowany TPE/TPU jest szeroko stosowany w monitorowaniu glukozy we krwi, paskach tętna i innych urządzeniach oraz ma dobry komfort kontaktu z ludźmi i możliwość recyklingu.
