塑料重塑耐磨医疗器械

2017年4月25日出版

医疗设备-技术智能

金属和陶瓷在医疗行业很普遍。然而,聚合物材料及其共混物的独特性能显示出更好地替代传统材料的潜力。

医疗技术的发展增加了对先进材料的需求,以及它们在医疗工业中的各种应用,从包装液体和固体到替代人体生物结构。医疗设备需求增加的主要驱动因素包括人口增长和老龄化、涉及电子设备的先进医疗程序和复杂/传染性疾病。

以下是塑料材料在医学中应用的一些突出领域:

  • 一般医疗用品:绷带、手套、血袋、导管、注射器、静脉输液包和导管。
  • 诊断和外科设备:核磁共振成像仪、心电监护仪和外科设备。
  • 耳鼻喉科:助听器。
  • 骨科:用于肩、肘、髋、膝等关节的假体已经得到广泛应用。
  • 药物输送系统:顾名思义,这包括可以将药物输送到确定目标的植入物。最近,人们对药物在体内的控制释放产生了浓厚的兴趣。
  • 牙科的:牙齿和牙龈容易被细菌腐蚀/破坏。在这种情况下,牙科植入物是有用的。
  • 心血管应用:由于脂肪沉积或其他原因,瓣膜和动脉容易松动或堵塞。更换或解锁装置可用于治疗受影响区域。

其他应用,如人工晶状体,可用于治疗与眼睛有关的残疾。


为什么塑料?

各种材料适合医疗器械行业。这些包括金属、复合材料和聚合物。早期用于治疗人类的医疗设备包括金属和陶瓷等材料。

以下是一些材料及其在医疗行业中的应用:

布料
应用

不锈钢

支架,手术器械。

钛及其合金

关节/骨置换、牙科植入物、正畸钢丝、支架和起搏器。

氧化铝和氧化锆

关节置换,牙齿植入。

瓷器

牙科修复。

聚合物/塑料

关节置换、包袋、绷带、缝线、假体、软组织置换、药物输送系统、血液接触装置、导管和牙科植入物。


金属和陶瓷在医疗行业很普遍;然而,它的独特性质高分子材料及其共混物显示出作为传统材料更好的替代品的潜力。

以下是行业中使用的各种材料的定性比较:医用塑料


医疗设备中必不可少的关键特性

医疗器械的基本性能


医用塑料的发展

聚合物系统在许多领域都有应用,由于其独特的性能,它们是其他材料的潜在替代品。例如,自18世纪初开始普遍使用的金属导管在20世纪40年代被一次性导管所取代。

下面是各种聚合物材料如何在工业中使用的示例医学应用过去的一个世纪:

聚合物在医学应用中的进展

注:上图描述了聚合物在医疗应用中的高水平趋势

这里流行的材料包括:

甲基丙烯酸:聚甲基丙烯酸甲酯

PDMS:聚二甲基硅氧烷

聚四氟乙烯:聚四氟乙烯/聚四氟乙烯

:聚乙二醇

经济增加值:乙烯醋酸乙烯酯

PBT:聚对苯二甲酸丁二醇酯

体育课:聚乙烯

:聚酰胺/尼龙

聚氨酯:聚氨酯

聚氯乙烯:聚氯乙烯

个人计算机:聚碳酸酯

FR-PS/PEEK:纤维增强–聚苯乙烯或聚醚醚酮


技术重点-可穿戴医疗设备

基于智能设备的生物医疗设备的最新发展提高了消费者/患者的便利性。这导致了远程/主动诊断、治疗和适应症。慢性疾病如心力衰竭可能导致立即死亡;这主要是由于缺乏/未能检测/分析症状。据说心脏病是一种进行性疾病。潜在心力衰竭的症状包括:

  • 疲劳
  • 肿胀 的
  • 肩痛,和
  • 心率异常

分析这些条件参观诊断中心这是必要的。但是,多亏了智能可穿戴设备,这项技术发展到了一个阶段,可以测试最简单的温度/心跳,直到主动给药或推荐治疗。

市场上已经有类似的产品。旁边是一个例子LifeVest耐磨除颤器由Zoll technologies提供。这种可穿戴设备不仅监测心脏状况的模式,还提供休克治疗以恢复正常心率。

正在研究用于诊断/治疗各种健康/医疗参数的类似技术,包括:

  • 心率
  • 身体质量指数计算器
  • 关节炎
  • 传感辅助装置
  • 疼痛管理
  • 温度
  • 身体姿势
  • 血糖监测,以及
  • 消化监测

各种各样的高分子材料有助于实用和廉价的可穿戴设备。这是可穿戴式聚合物的指示性清单医疗设备

  • 聚氨酯:弹性体/泡沫制成的耐磨装置。
  • 粘合剂(亲水胶体聚合物、环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸):用于粘贴补片的粘合剂。
  • 聚二甲基硅氧烷:需要透明和节能的柔性材料。
  • 聚酰亚胺/聚酯:结构材料,其中薄膜、无纺布或纺织品,用于柔性电子设备等。
  • 聚吡咯/聚硫烯/聚苯胺:导电聚合物取代金属。
  • 单壁纳米管:电子皮肤。
  • 阳离子自组装聚合物:影响测量和药物输送系统。
  • 聚乙二醇凝胶:添加着色剂可作为尿布等物体的视觉指示器。

其他结构聚合物包括商品/工程聚合物,例如:

  • 聚乙烯
  • 聚丙烯
  • 聚碳酸酯
  • 聚酰胺
  • 聚氯乙烯
  • 聚乙烯醇
  • 聚酯,以及
  • 聚酰胺


值得注意的材料供应商包括:

  • 杜邦: pe872, pe772, pe410, pe773
  • 巴斯夫:湿度®Ultraform®
  • 陶氏化学物质:健康+,阿斯彭,道莱克斯
  • 伊内奥斯: Eltex®
  • 萨比奇聚碳酸酯,ULTEM赛科洛伊
  • 科夫斯特罗:DUREFLEX,帕蒂隆
  • 拜耳马克罗布伦德®,模克隆®,亚太经合组织®, Texin®
  • 汉高:乐泰®,靛蓝®, Flashcure®,努瓦岛®


材料的选择还取决于医疗应用的类别,如:

  • 永久植入
  • 暂时植入
  • 尽量少接触人体组织或体液


聚合物在各种可穿戴医疗设备中的应用

  • BlackBox Biometrics等公司已经发展起来脑震荡可穿戴传感器,包括覆盖塑料/聚合物的印刷电路板。该传感器主要用于测量运动员和士兵的创伤性脑损伤
  • 先进的创新产品,如Vitaliti™ 习惯于监测超过15种医疗状况.Vitaliti由CloudDx开发。为了制造这种轻量化和安全的设备,各种聚合物被用于部件,如车身和电路。
  • 麻省理工学院开发了一种可交联的硅酮基聚合物,可以作为面霜涂在皮肤上,并通过催化剂液体固化。聚合物形成一种人造皮肤层并且可以使用用于治疗和美容应用
  • 软测量套装由尼龙条制成,如Ecoflex®橡胶,其中包含由柔性电路制成的传感器。这套衣服可以用来穿监测髋关节、膝关节和踝关节矢状面关节角度
  • 可穿戴贴片/吊舱已在市场上提供,并被广泛使用对于药物输送治疗糖尿病、烟草滥用和激素失衡等疾病。Isulet公司是可穿戴贴片的主要制造商。
  • 美国FDA已批准使用Pulsewave®等腕带,该腕带可提供实时无创读数,包括心率、血压和呼吸频率. 这些设备使用导电弹性聚合物,如聚二甲基硅氧烷和其他弹性体。
  • 目前正在对这一问题进行广泛的研究监测接头.这些研究包括膝关节角度监测和疼痛传感器的主动监测。这种装置可以作为贴片佩戴,也可以嵌入尼龙等材料制成的带子中。
  • 鞋类和服装应用包括监测应变和压缩模式. 这些产品由聚氨酯、聚二乙炔和其他静电纺丝聚合物等材料制成。
  • 变色成分用于尿布和医用敷料;当接触人类液体或血液时会变色的成分。这些产品中使用烯烃基材料的聚合物/共聚合物。
  • 胶粘剂/密封剂在…中起关键作用将医疗组件放在人体附近.温和胶粘剂,如MEDIFIX Solutions™,HydroSoft™胶粘剂,和AR SoftWear™,已在市场上出售。


结论

由于其独特的性能,塑料/聚合物的应用在过去的各种应用中获得了重要的地位。当聚合物材料与独特的电子传感/检测特性相结合时,可用于先进的应用,如可穿戴医疗设备。聚合物在结构和功能方面的应用研究已经取得了进展。这些设备可用于诊断、治疗、指示和执行远程监测。随着对可穿戴医疗设备的研究日益关注,观察功能材料的最新发展是一件有趣的事情。

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这篇文章第一次出现在SpecialChem.com