Оптимизирање на метали за производство на медицински уреди

Зголемувањето на случаите на СОВИД-19 доведе до поголема побарувачка за медицинска опрема, што пак ја нагласи важноста на изборот на материјали за дизајнерите и производителите на медицински помагала. Од клучно значење е да се изберат соодветни материјали за медицински делови и опрема за да се обезбеди употребливост, квалитет и усогласеност со стандардите. Изборот за вистинските материјали може да ги понуди придобивките од максималната економичност и доверливост.

Металните биоматеријали или медицинските метали се широко користени во производството на хируршки помагала и алатки, нудејќи разновидна палета на опции за избор. Успешното унапредување на материјалите како легура на кобалт-хром, нерѓосувачки челик, титаниум и разни легури, заедно со нивната широка употреба во стоматологијата и ортопедијата, цврсто го утврдија значењето на металните медицински материјали во производството на медицински помагала.

При дизајнирање уреди за медицински и здравствени цели, од големо значење е производителите да бидат внимателни при изборот на соодветни суровини. Освен што ги исполнуваат потребните инженерски спецификации за апликацијата, избраните материјали мора да обезбедат и отсуство на какви било потенцијални ризици кога се во контакт со човечкото тело или различните хемикалии кои најчесто се среќаваат во клиничките средини. Мора внимателно да се разгледаат и функционалните барања и компатибилноста на материјалите со наменетата употреба.

Во медицинскиот и здравствениот сектор, бројни чисти метали и метални легури ја докажаа својата вредност. Оваа статија ќе ги разгледа тринаесетте најчести типови на метални биоматеријали и метали кои се користат во производството на медицински помагала.

• 13 Видови метали за производство на медицински делови и уреди

Ајде да ги видиме тринаесетте најчести типови на чисти метали и метални легури, нивните апликации и нивните добрите и лошите страни во производството на медицински и здравствени уреди.

1. Нерѓосувачки челик

Нерѓосувачки челик е многу погоден за широк спектар на медицински апарати поради неговата нетоксична, некорозивна и издржлива природа. Покрај тоа, може да се полира до фина завршница што може лесно да се исчисти. Бидејќи нерѓосувачкиот челик е достапен во различни варијации, секоја со уникатни механички и хемиски својства, изборот на соодветниот тип е од клучно значење.

Нерѓосувачкиот челик 316 и 316L се најчесто користените типови за медицински импланти и пирсинг на телото поради нивната исклучителна отпорност на корозија. Овој атрибут е од суштинско значење за спречување на корозија на крвотокот, што може да доведе до инфекции и потенцијално фатални последици. Покрај тоа, нерѓосувачкиот челик содржи сорти со ниска содржина на никел, така што пациентите ретко страдаат од алергиски реакции на никел.

440 нерѓосувачки челик најчесто се користи во производството на хируршки алатки. Иако може да понуди помала отпорност на корозија во споредба со 316, неговата поголема содржина на јаглерод дозволуватермичка обработка, што резултира со создавање наостри рабови погоден за инструменти за сечење. Не'рѓосувачкиот челик наоѓа широка употреба во ортопедијата, како што е замена на зглобови на колкот и стабилизација на фрактурирани коски со помош на завртки и плочи. Покрај тоа, тој често се користи за производство на издржливи и лесно чисти хируршки алатки како хемостати, пинцети, форцепси и друга опрема која бара и издржливост и стерилитет.

Бидејќи нерѓосувачкиот челик содржи железо, што може да доведе до корозија со текот на времето, постои ризик за околното ткиво бидејќи имплантот се влошува. За споредба, медицинските метали како титаниум или кобалт хром нудат поголема отпорност на корозија. Сепак, имајте предвид дека овие алтернативни метали може да бидат поскапи.

2. Бакар

Поради неговата релативно послаба сила,бакар не се користи интензивно за производство на хируршка опрема и импланти. Сепак, неговите забележителни антибактериски и антивирусни својства го прават преовладувачкиот избор во областа на хирургијата и превенцијата на болести.

Директната употреба на бакар за медицински импланти е невообичаена поради неговата мекост и потенцијална токсичност во ткивото. Сепак, одредени бакарни легури сè уште се користат во забните импланти и за да се ублажат ризиците од инфекција кајоперации за трансплантација на коски.

Бакарот навистина се истакнува како медицински метал поради неговите исклучителни антивирусни и антибактериски својства. Ова го прави бакарот идеален материјал за површини кои често се допираат, како што се рачките на вратите, шините за креветот и прекинувачите. Она што го издвојува бакарот е тоа штоФДАима одобрено над 400 различни легури на бакар како биоцидни, ефикасно спречувајќи пренесување на вируси како САРС-КоВ-2.

Кога е изложен на околината, чистиот бакар лесно се подложува на оксидација, што резултира со зеленикава боја. И покрај ова, тој ги задржува своите антимикробни својства. Сепак, некои поединци може да ја сфатат промената на бојата како непривлечна. За да се реши ова, најчесто се користат легури, кои нудат различни нивоа на ефикасност против микробите. Друга опција е нанесување на премази со тенок филм за да се спречи оксидација додека се зачувуваат антибактериските својства на бакарот.

3. Титаниум

Титаниум е многу фаворизиран меѓу металите кои вообичаено се користат во производството на медицински помагала. Освен за внатрешна медицинска опрема, се користи и за производство на надворешни помагала како хируршки инструменти, стоматолошка опрема и ортопедска опрема. Чистиот титаниум, познат по тоа што е исклучително инертен, е најскапата опција често резервирана за компоненти со ултра висока доверливост или за оние наменети за долготрајна употреба во телото на пациентот по операцијата.

Во денешно време, титаниумот често се користи како замена за нерѓосувачки челик, особено во производството на коскени потпори и замени. Титаниумот поседува споредлива цврстина и издржливост со нерѓосувачкиот челик додека е полесен по тежина. Понатаму, тој покажува одлични својства на биокомпатибилност.

Легурите на титаниум се многу погодни и за забни импланти. Ова се должи на фактот дека титаниумот може да се користи вометално 3D печатење да се изработат целосно приспособени компоненти врз основа на скенирања и рендгенски снимки на пациентот. Ова овозможува беспрекорно вклопување и персонализирано решение.

Титаниумот се издвојува по неговата лесна и робусна природа, надминувајќи го нерѓосувачкиот челик во однос на отпорноста на корозија. Сепак, постојат одредени ограничувања што треба да се земат предвид. Легурите на титаниум може да покажат недоволна отпорност на замор од свиткување при континуирани динамички оптоварувања. Освен тоа, кога се користи во заменските споеви, титаниумот не е толку отпорен на триење и абење.

4. Кобалт хром

Составен од хром и кобалт,кобалт хром е легура која нуди неколку предности за хируршки инструменти. Неговата соодветност за3D печатењеиCNC обработка овозможува практично обликување на саканите форми. Понатаму,електрополирање се имплементира за да се обезбеди мазна површина, минимизирајќи го ризикот од контаминација. Со одлични атрибути како што се цврстина, отпорност на абење и издржливост на висока температура, кобалт хром е меѓу најдобрите избори за метални легури. Неговата биокомпатибилност го прави идеален за ортопедска протетика, замена на зглобови и забни импланти.

Легурите на кобалт хром се високо ценети медицински метали кои се користат за замена на штекерите за колковите и рамената. Сепак, имаше загриженост во врска со потенцијалното ослободување на јони на кобалт, хром и никел во крвотокот бидејќи овие легури постепено се истрошија со текот на времето.

5. Алуминиум

Ретко во директен контакт со телото,алуминиум останува широко користен во производството на разновидна опрема за поддршка која бара лесни, робусни и отпорни на корозија својства. Примерите вклучуваат интравенски стентови, стапчиња за одење, рамки за кревети, инвалидски колички и ортопедски стентови. Поради својата тенденција да 'рѓа или оксидира, алуминиумските компоненти обично бараат процеси на бојадисување или елоксирање за да се подобри нивната издржливост и животен век.

6. Магнезиум

Легурите на магнезиум се медицински метали познати по нивната исклучителна леснотија и цврстина, кои наликуваат на тежината и густината на природната коска. Покрај тоа, магнезиумот покажува биосигурност бидејќи природно и безбедно се биоразградува со текот на времето. Ова својство го прави погоден за привремени стентови или замена на коскениот графт, со што се елиминира потребата од секундарни процедури за отстранување.

Сепак, магнезиумот брзо се оксидира, што налага потребаповршински третман . Дополнително, обработката на магнезиум може да биде предизвик и мора да се преземат мерки на претпазливост за да се избегнат потенцијално испарливи реакции со кислород.

7. Злато

Златото, веројатно еден од најраните медицински метали користени, може да се пофали со одлична отпорност на корозија и биокомпатибилност. Неговата податливост овозможува лесно обликување, што го прави популарен избор во минатото за разни стоматолошки поправки. Сепак, оваа практика стана помалку распространета, а златото сега се заменува сосинтетички материјаливо многу случаи.

Иако златото поседува некои биоцидни својства, вреди да се забележи дека неговата цена и реткост ја ограничуваат неговата употреба. Вообичаено, златото се користи во многу тенки облоги наместо како цврсто злато. Златните облоги најчесто се наоѓаат на проводници, жици и други микро-електронски компоненти кои се користат во импланти со електро-стимулација исензори.

8. Платина

Платина, уште еден длабоко стабилен и инертен метал, се смета за одлична опција за хируршки уреди и опрема поради неговата биокомпатибилност и исклучителна спроводливост. Деликатните платински жици широко се користат во внатрешни електронски импланти како слушни помагала и пејсмејкери. Покрај тоа, платината ги наоѓа своите апликации поврзани со невролошки нарушувања и следење на мозочните бранови.

9. Сребрена

Слично на бакарот, среброто поседува својствени антимикробни својства, што го прави вредно во различни примени. Употреба е во стентови и неносливи импланти, па дури и се инкорпорира во цементни соединенија што се користат за малтерисување на коските. Дополнително, среброто се легира со цинк или бакар за да се добијат забни пломби.

10. Тантал

Танталот покажува извонредни карактеристики како што се висока отпорност на топлина, одлична обработливост, отпорност на киселини и корозија, како и комбинација на еластичност и цврстина. Како високопорозен огноотпорен метал, го олеснува растот и интеграцијата на коските, што го прави погоден за импланти во присуство на коски.

Танталот наоѓа примена во различни медицински инструменти и дијагностички маркер ленти поради неговиот имунитет на телесни течности и отпорност на корозија. Доаѓањето на3D печатењеовозможил танталот да се користи во замена на кранијалните коски и забни уреди како коронки илизавртка објави. Сепак, поради неговата реткост и цена, танталот често се користи во композитни материјали наместо во чиста форма.

11. Нитинол

Нитинол е легура составена од никел и титаниум, позната по својата исклучителна отпорност на корозија и биокомпатибилност. Неговата уникатна кристална структура му овозможува да покаже супереластичност и обликуван мемориски ефект. Овие својства ја револуционизираа индустријата за медицински уреди дозволувајќи му на материјалот да се врати во првобитната форма по деформацијата, врз основа на одредена температура.

Во медицинските процедури каде што прецизноста е од клучно значење, нитинол нуди флексибилност за навигација во тесни простори, додека одржува издржливост за да издржи значителен напор (до 8%). Неговата лесна природа и одличните перформанси го прават идеален избор за производство на различни биомедицински апликации. Примерите вклучуваат ортодонтски жици, котви за коски, спојници, уреди за растојание, алатки за срцеви залистоци, водич и стентови. Нитинол, исто така, може да се користи за создавање маркери и дијагностички линии за лоцирање на тумори на дојка, нудејќи помалку инвазивни опции за дијагноза и третман на рак на дојка.

12. Ниобиум

Ниобиумот, огноотпорен специјален метал, наоѓа примена во современата медицинска опрема. Препознатлив е по својата исклучителна инертност и биокомпатибилност. Покрај неговите вредни атрибути, вклучувајќи висока топлинска и електрична спроводливост, ниобиумот често се користи во производството на мали компоненти за пејсмејкери.

13. Волфрам

Волфрамот најчесто се користи во медицинската опрема, особено во производството на цевки за минимално инвазивни процедури како лапароскопија и ендоскопија. Нуди механичка сила и може да ја исполни потребата за радиопропазност, што го прави погоден за апликации за инспекција на флуоресценција. Дополнително, густината на волфрамот ја надминува онаа на оловото, што го прави еколошки прифатлива алтернатива за материјалите за заштита од радијација.

Биокомпатибилни материјали достапни за медицински помагала

Кога станува збор за биокомпатибилни материјали што се користат во здравствените установи, тие мора да се придржуваат до специфични критериуми кои можеби нема да важат за други производи.

На пример, тие треба да бидат нетоксични кога се во контакт со човечко ткиво или телесни течности. Дополнително, тие треба да поседуваат отпорност на хемикалии што се користат за стерилизација, како што се средства за чистење и дезинфекција. Во случај на медицински метали што се користат за импланти, тие мора да бидат нетоксични, некорозивни и немагнетни. Истражувањата постојано истражуваат нови метални легури, како и други материјали какопластикаикерамика , да се оцени нивната соодветност како биокомпатибилни материјали. Понатаму, некои материјали може да бидат безбедни за краткотраен контакт, но не се соодветни за трајни импланти.

Поради бројните вклучени варијабли, регулаторните тела како FDA во Соединетите Американски Држави, заедно со другите глобални агенции, не ги потврдуваат суровините за медицински помагала сами по себе. Наместо тоа, класификацијата се доделува на финалниот производ, а не на неговиот составен материјал. Сепак, изборот на биокомпатибилен материјал останува почетниот и клучен чекор кон постигнување на саканата класификација.

Зошто металите се претпочитан материјал за компонентите на медицинскиот уред?

Во ситуации кога се бара исклучителна цврстина и вкочанетост, металите, особено во мали пресеци, често се префериран избор. Тие се добро прилагодени за компоненти кои треба да се обликуваат или обработуваат во сложени форми, како на пр.сонди , сечила и точки. Понатаму, металите се истакнуваат во механичките делови кои комуницираат со други метални компоненти како што се лостовите,запчаници , слајдови и предизвикувачи. Тие се исто така погодни за компоненти кои се подложени на стерилизација со висока топлина или бараат супериорни механички и физички својства во споредба со материјалите базирани на полимер.

Металите обично нудат издржлива и сјајна површина што го олеснува лесното чистење и стерилизација. Титаниум, легури на титаниум, нерѓосувачки челик и легури на никел се многу омилени во медицинската опрема поради нивната способност да ги задоволат строгите барања за чистење во здравствените апликации. Спротивно на тоа, металите склони кон неконтролирана и деструктивна оксидација на површината, како што се челик, алуминиум или бакар, се исклучени од таквите апликации. Овие метали со високи перформанси може да се пофалат со уникатни својства, некои ограничувања и исклучителна разновидност. Работата со овие материјали бара иновативни пристапи за дизајн, кои може да се разликуваат од оние што обично се користат со стандардни метали или пластика, нудејќи мноштво можности за инженерите на производи.

Претпочитани форми на одреден метал што се користат за медицински помагала

Постојат неколку форми на легури на титаниум, нерѓосувачки челик и легури коишто се стврднуваат кои вообичаено се користат во медицинската индустрија, вклучувајќи плоча, прачка, фолија, лента, лим, шипка и жица. Овие различни форми се неопходни за да се исполнат специфичните барања на компонентите на медицинскиот уред, кои често се мали и сложени по природа.

За производство на овие форми, автоматскиштанцување преси обично се вработени. Ленти и жица се најчесто користени почетни материјали за овој тип на обработка. Овие мелнички форми доаѓаат во различни големини, со дебелина на лентата која се движи од ултра-тенка фолија од 0,001 инчи до 0,125 инчи, и рамна жица достапна во дебелини од 0,010 инчи до 0,100 инчи и ширина од 0,150 инчи до 0,750 инчи .

Размислувања за употреба на метали во производството на медицински уреди

Во овој сектор, ќе поминеме низ четири главни фактори при користење на метали за производство на медицински помагала, тоа се обработка, формабилност, контрола на тврдоста ифиниш на површината.

1. Обработка

Машинските својства на легурата 6-4 многу наликуваат на оние на аустенитичните нерѓосувачки челици, со оценка на двата материјали околу 22% од челикот AISI B-1112. Сепак, треба да се забележи дека титаниумот реагира со карбидниот алат и оваа реакција се интензивира со топлина. Затоа, се препорачува да се користи силно поплавување со течност за сечење при обработка на титаниум.

Важно е да се избегнува употреба на течности што содржат халоген, бидејќи тие можат да претставуваат ризик да предизвикаат корозија на стрес ако не се отстранат темелно по операциите на обработка.

2. Формабилност

Стамперите обично претпочитаат материјали што се лесни за ладни. Сепак, вреди да се напомене дека формабилноста е обратно поврзана со специфичните својства што купувачите ги бараат при изборот на овие легури, како што се одличната цврстина и цврстина.

На пример, хируршките спојници треба да поседуваат максимална јачина за да се спречи одвојување, дури и со многу тенок пресек. Во исто време, тие мора да бидат екстремно обликливи за да им овозможат на хирурзите цврсто да ги затворат без да бараат инвазивни основни алатки.

Постигнувањето рамнотежа помеѓу силата и формабилноста може ефективно да се постигне за време на фазата на превртување. Со внимателно тркалање на лентата до саканиот мерач и примена на жарење помеѓу премините за да се спротивстави на ефектите од стврднувањето на работа, се постигнува оптимално ниво на формабилност.

Реролерите користат процес на наизменична термичка обработка иладно валањеза да се обезбеди обликуван материјал кој е добро прилагоден за обликување, цртање и дупчење со користење на конвенционална опрема за штанцување со повеќе лизгачи и повеќеслојни.

Додека еластичноста на титаниумот и неговите легури може да биде помала од онаа на другите најчесто користени структурни метали, производите од ленти сè уште можат лесно да се формираат на собна температура, иако со побавна брзина од нерѓосувачкиот челик.

По ладно формирање, титаниумот повторно се враќа во пролет поради неговиот низок модул на еластичност, кој е приближно половина од оној на челикот. Вреди да се напомене дека степенот на пролетта назад се зголемува со јачината на металот.

Кога напорите за собна температура не се доволни, операциите за формирање може да се извршат на покачени температури бидејќи еластичноста на титаниумот се зголемува со температурата. Општо земено, нелегираните титаниумски ленти и листови се ладно формирани.

Сепак, постои исклучок заалфа легури , кои повремено се загреваат на температури помеѓу 600°F до 1200°F за да се спречи враќањето на пролетта. Вреди да се напомене дека над 1100°F, оксидацијата на површините на титаниум станува загрижувачка, па може да биде потребна операција за отстранување бигор.

Бидејќи атрибутот за ладно заварување на титаниумот е повисок од оној на не'рѓосувачки челик, правилното подмачкување е од клучно значење кога се изведува каква било операција која вклучува титаниум што доаѓа во контакт сометал умираили опрема за формирање.

3. Контрола на цврстина

Користење на процес на тркалање и жарење за да се постигне рамнотежа помеѓу формабилноста и цврстината во легурите. Со жарење помеѓу секоја тркалачка патека, ефектите од стврднувањето се елиминираат, што резултира со посакуваниот темперамент кој ја одржува цврстината на материјалот додека ја обезбедува потребната формабилност.

За да се исполнат строгите спецификации и да се минимизираат трошоците, експертите наHUAYI GROUP може да помогне во изборот на легура и да понуди сеопфатни решенија за вашата медицинска обработка на метали. Ова осигурува дека легурите ја поседуваат саканата комбинација на својства, усогласувајќи се со специфичните барања и ограничувања.

4. Површинска завршница

За време на фазата на превртување, се одредува финишот на површината на производите од титаниум и ленти од нерѓосувачки челик. Дизајнерите имаат различни опции за избор, вклучувајќи светла и рефлектирачка завршница, мат површина што го олеснува преносот на подмачкување или други специјализирани површини неопходни за лепење, лемење или заварување.

Површинските облоги се создаваат со контакт помеѓу работните ролни и материјалот во валавницата. На пример, користењето на високо полирани ролни од карбид резултира со осветлена и рефлектирачка завршница како огледало, додека челичните ролни издупчени произведуваат мат финиш со грубост од 20-40 µin. RMS. Карбидните ролни со пукање обезбедуваат досадна завршница со 18-20 µin. RMS грубост.

Овој процес е способен да произведе површина со грубост до 60 µin. RMS, што претставува релативно високо ниво нагрубост на површината.

Најчесто користени метали и легури за медицински апликации

Не'рѓосувачки челик, титаниум и легури базирани на никел се сметаат за понапредни материјали во споредба со конвенционалните. Сепак, тие носат и поширок опсег на способности на масата. Овие материјали имаат способност да ги менуваат нивните механички карактеристики преку процеси како што се загревање, ладење и гаснење. Покрај тоа, за време на обработката, тие можат да подлежат на дополнителни модификации по потреба. На пример, тркалањето на металите во потенки мерачи може да ја зголеми нивната цврстина, додека жарењето може да ги врати нивните својства до прецизен темперамент, овозможувајќи исплатливо обликување.

Овие метали добро функционираатмедицински апликации . Тие покажуваат исклучителна отпорност на корозија, поседуваат високи механички способности, нудат широк спектар на опции за површинска обработка и обезбедуваат одлична сестраност на производството штом дизајнерите ќе се запознаат со нивната сложеност.

Заклучок

Кога се произведува медицинска опрема, од клучно значење е внимателно да се изберат соодветните метали. Најчесто користените метали за оваа намена вклучуваат нерѓосувачки челик, титаниум, кобалт хром, бакар, тантал и платина. Овие метали се претпочитаат поради нивната одлична биокомпатибилност и издржливост. Иако паладиумот исто така добива признание, неговата употреба е релативно ограничена поради повисоките трошоци. Се надеваме дека овој водич ќе ви помогне да го пронајдете соодветниот метал што ги исполнува вашите медицински проекти или апликации.