การเพิ่มประสิทธิภาพโลหะสำหรับการผลิตอุปกรณ์การแพทย์

การเพิ่มขึ้นของจำนวนผู้ป่วยโรคโควิด-19 ส่งผลให้ความต้องการอุปกรณ์ทางการแพทย์เพิ่มมากขึ้น ซึ่งในทางกลับกันได้เน้นย้ำถึงความสำคัญของการเลือกวัสดุสำหรับนักออกแบบและผู้ผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ การเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับชิ้นส่วนและอุปกรณ์ทางการแพทย์เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง เพื่อให้มั่นใจถึงการใช้งาน คุณภาพ และการปฏิบัติตามมาตรฐาน การเลือกใช้วัสดุที่เหมาะสมสามารถให้ประโยชน์ในด้านความคุ้มค่าและความน่าเชื่อถือสูงสุด

วัสดุชีวภาพที่เป็นโลหะหรือโลหะทางการแพทย์ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการผลิตเครื่องช่วยและเครื่องมือในการผ่าตัด โดยมีตัวเลือกที่หลากหลายให้เลือก ความก้าวหน้าที่ประสบความสำเร็จของวัสดุ เช่น โลหะผสมโคบอลต์โครเมียม สแตนเลส ไทเทเนียม และโลหะผสมต่างๆ ควบคู่ไปกับการใช้งานอย่างแพร่หลายในด้านทันตกรรมและกระดูก ได้สร้างรากฐานที่มั่นคงให้กับความสำคัญของวัสดุทางการแพทย์ที่เป็นโลหะในการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์

เมื่อออกแบบอุปกรณ์เพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์และการดูแลสุขภาพ ผู้ผลิตจะต้องระมัดระวังในการเลือกวัตถุดิบที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง นอกเหนือจากการปฏิบัติตามข้อกำหนดทางวิศวกรรมที่จำเป็นสำหรับการใช้งานแล้ว วัสดุที่เลือกยังต้องแน่ใจว่าไม่มีความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นเมื่อสัมผัสกับร่างกายมนุษย์หรือสารเคมีต่างๆ ที่พบบ่อยในสภาพแวดล้อมทางคลินิก ต้องพิจารณาอย่างรอบคอบถึงข้อกำหนดด้านการใช้งานและความเข้ากันได้ของวัสดุกับการใช้งานตามวัตถุประสงค์

ในภาคการแพทย์และการดูแลสุขภาพ โลหะบริสุทธิ์และโลหะผสมจำนวนมากได้พิสูจน์คุณค่าแล้ว บทความนี้จะกล่าวถึงวัสดุชีวภาพโลหะและโลหะที่ใช้ในการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์สิบสามประเภทที่พบบ่อยที่สุด

• โลหะ 13 ประเภทสำหรับการผลิตชิ้นส่วนและอุปกรณ์การแพทย์

มาดูโลหะบริสุทธิ์และโลหะผสมที่พบบ่อยที่สุด 13 ประเภท การใช้งาน และข้อดีข้อเสียในการผลิตยาและอุปกรณ์ดูแลสุขภาพ

1. สแตนเลส

สแตนเลส เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องใช้ทางการแพทย์หลายประเภทเนื่องจากมีลักษณะไม่เป็นพิษ ไม่กัดกร่อน และทนทาน นอกจากนี้ยังสามารถขัดเงาให้ละเอียดและทำความสะอาดได้ง่ายอีกด้วย เนื่องจากสเตนเลสมีจำหน่ายในรูปแบบต่างๆ กัน โดยแต่ละชนิดมีคุณสมบัติทางกลและเคมีเฉพาะตัว การเลือกประเภทที่เหมาะสมจึงเป็นสิ่งสำคัญ

สแตนเลส 316 และ 316L เป็นประเภทที่ใช้บ่อยที่สุดสำหรับการปลูกถ่ายทางการแพทย์และการเจาะตามร่างกาย เนื่องจากมีความทนทานต่อการกัดกร่อนเป็นพิเศษ คุณลักษณะนี้มีความสำคัญในการป้องกันการกัดกร่อนในกระแสเลือด ซึ่งอาจนำไปสู่การติดเชื้อและอาจส่งผลร้ายแรงได้ นอกจากนี้ เหล็กกล้าไร้สนิมยังมีพันธุ์นิกเกิลต่ำ ดังนั้นผู้ป่วยจึงไม่ค่อยมีอาการแพ้นิกเกิล

สแตนเลส 440 มักใช้ในการผลิตเครื่องมือผ่าตัด แม้ว่าอาจมีความต้านทานการกัดกร่อนต่ำกว่าเมื่อเทียบกับ 316 แต่ก็มีปริมาณคาร์บอนที่สูงกว่าการรักษาความร้อนส่งผลให้เกิดการสร้างขอบคม เหมาะสำหรับเครื่องมือตัด เหล็กกล้าไร้สนิมมีการใช้อย่างแพร่หลายในด้านศัลยกรรมกระดูก เช่น เพื่อใช้ทดแทนข้อสะโพก และการรักษาเสถียรภาพของกระดูกที่แตกหักโดยใช้สกรูและแผ่น นอกจากนี้ มักใช้ในการผลิตเครื่องมือผ่าตัดที่ทนทานและทำความสะอาดได้ง่าย เช่น อุปกรณ์ห้ามเลือด แหนบ คีม ​​และอุปกรณ์อื่นๆ ที่ต้องการทั้งความทนทานและปลอดเชื้อ

เนื่องจากสแตนเลสประกอบด้วยเหล็กซึ่งอาจนำไปสู่การกัดกร่อนเมื่อเวลาผ่านไป จึงมีความเสี่ยงต่อเนื้อเยื่อโดยรอบเนื่องจากวัสดุเทียมเสื่อมสภาพ เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว โลหะทางการแพทย์ เช่น ไทเทเนียมหรือโคบอลต์โครเมียม มีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่า อย่างไรก็ตาม โปรดทราบว่าโลหะทางเลือกเหล่านี้อาจมีค่าใช้จ่ายสูงกว่า

2. ทองแดง

เนื่องจากความแข็งแกร่งค่อนข้างอ่อนแอทองแดง ไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตอุปกรณ์ผ่าตัดและการปลูกถ่าย อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียและไวรัสที่โดดเด่นทำให้เป็นตัวเลือกที่แพร่หลายในด้านการผ่าตัดและการป้องกันโรค

การใช้ทองแดงโดยตรงในการปลูกถ่ายทางการแพทย์ถือเป็นเรื่องปกติเนื่องจากความอ่อนและความเป็นพิษที่อาจเกิดขึ้นภายในเนื้อเยื่อ อย่างไรก็ตาม โลหะผสมทองแดงบางชนิดยังคงถูกนำมาใช้ในรากฟันเทียมและเพื่อลดความเสี่ยงในการติดเชื้อการผ่าตัดปลูกถ่ายกระดูก-

ทองแดงมีคุณสมบัติเป็นเลิศในฐานะโลหะทางการแพทย์อย่างแท้จริง เนื่องจากมีคุณสมบัติต้านไวรัสและแบคทีเรียที่ยอดเยี่ยม ทำให้ทองแดงเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับพื้นผิวที่มีการสัมผัสบ่อยๆ เช่น ที่จับประตู ราวกั้นเตียง และสวิตช์ สิ่งที่ทำให้ทองแดงแตกต่างก็คืออยได้อนุมัติโลหะผสมทองแดงกว่า 400 ชนิดให้เป็นสารไบโอไซด์ ซึ่งป้องกันการแพร่เชื้อไวรัส เช่น SARS-CoV-2 ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เมื่อสัมผัสกับสิ่งแวดล้อม ทองแดงบริสุทธิ์จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ง่าย ส่งผลให้มีสีเขียว อย่างไรก็ตาม ก็ยังคงรักษาคุณสมบัติในการต้านจุลชีพเอาไว้ อย่างไรก็ตาม บางคนอาจมองว่าการเปลี่ยนสีนั้นไม่สวย เพื่อแก้ไขปัญหานี้ โลหะผสมจึงถูกนำมาใช้โดยทั่วไป ซึ่งมีระดับประสิทธิภาพในการต่อต้านจุลินทรีย์ที่แตกต่างกัน อีกทางเลือกหนึ่งคือการใช้การเคลือบฟิล์มบางเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันในขณะที่ยังคงคุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียของทองแดงไว้

3. ไทเทเนียม

ไทเทเนียม ได้รับความนิยมอย่างสูงในหมู่โลหะที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตอุปกรณ์การแพทย์ นอกเหนือจากอุปกรณ์ทางการแพทย์ภายในแล้ว ยังใช้ในการผลิตอุปกรณ์ภายนอก เช่น เครื่องมือผ่าตัด อุปกรณ์ทันตกรรม และอุปกรณ์เกี่ยวกับศัลยกรรมกระดูก ไทเทเนียมบริสุทธิ์ซึ่งขึ้นชื่อเรื่องความเฉื่อยอย่างยิ่ง เป็นตัวเลือกที่มีราคาสูงที่สุดที่มักสงวนไว้สำหรับส่วนประกอบที่มีความน่าเชื่อถือสูงเป็นพิเศษ หรือมีไว้สำหรับการใช้งานในระยะยาวภายในร่างกายของผู้ป่วยหลังการผ่าตัด

ในปัจจุบัน ไทเทเนียมมักถูกใช้แทนเหล็กกล้าไร้สนิม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตอุปกรณ์พยุงกระดูกและวัสดุทดแทน ไทเทเนียมมีความแข็งแรงและความทนทานเทียบได้กับสแตนเลสในขณะที่มีน้ำหนักเบากว่า นอกจากนี้ ยังแสดงคุณสมบัติความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีเยี่ยมอีกด้วย

โลหะผสมไทเทเนียมมีความเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการปลูกรากฟันเทียมเช่นกัน นี่เป็นสาเหตุมาจากความจริงที่ว่าไทเทเนียมสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้การพิมพ์ 3 มิติโลหะ เพื่อสร้างส่วนประกอบที่ปรับแต่งตามความต้องการโดยอาศัยการสแกนและการเอ็กซ์เรย์ของผู้ป่วย สิ่งนี้ทำให้เกิดความพอดีที่ไร้ที่ติและเป็นโซลูชันเฉพาะตัว

ไทเทเนียมโดดเด่นด้วยน้ำหนักเบาและทนทาน เหนือกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมในแง่ของความต้านทานการกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อจำกัดบางประการที่ต้องพิจารณา โลหะผสมไทเทเนียมอาจมีความต้านทานไม่เพียงพอต่อความล้าจากการโค้งงอภายใต้แรงไดนามิกที่ต่อเนื่อง นอกจากนี้ เมื่อนำมาใช้ในข้อต่อทดแทน ไทเทเนียมจะไม่ทนทานต่อการเสียดสีและการสึกหรอ

4. โคบอลต์โครเมียม

ประกอบด้วยโครเมียมและโคบอลต์โคบอลต์โครเมียม เป็นโลหะผสมที่มีข้อดีหลายประการสำหรับเครื่องมือผ่าตัด มันเหมาะสมกับการพิมพ์ 3 มิติและเครื่องจักรกลซีเอ็นซี ช่วยให้สามารถจัดรูปทรงตามต้องการได้สะดวก นอกจากนี้,การขัดด้วยไฟฟ้า ถูกนำมาใช้เพื่อให้แน่ใจว่าพื้นผิวเรียบลดความเสี่ยงของการปนเปื้อน ด้วยคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น ความแข็งแกร่ง ความทนทานต่อการสึกหรอ และความทนทานต่ออุณหภูมิสูง โคบอลต์โครเมียมจึงเป็นหนึ่งในตัวเลือกอันดับต้นๆ สำหรับโลหะผสม ความเข้ากันได้ทางชีวภาพทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับกายอุปกรณ์เกี่ยวกับศัลยกรรมกระดูก การเปลี่ยนข้อต่อ และการปลูกรากฟันเทียม

โลหะผสมโครเมียมโคบอลต์ถือเป็นโลหะทางการแพทย์ที่ได้รับการยกย่องอย่างสูง ซึ่งใช้สำหรับการเปลี่ยนเบ้าข้อสะโพกและไหล่ อย่างไรก็ตาม มีความกังวลเกี่ยวกับการปล่อยไอออนโคบอลต์ โครเมียม และนิกเกิลเข้าสู่กระแสเลือด เนื่องจากโลหะผสมเหล่านี้จะค่อยๆ เสื่อมสภาพเมื่อเวลาผ่านไป

5.อลูมิเนียม

ไม่ค่อยสัมผัสโดยตรงกับร่างกายอลูมิเนียม ยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตอุปกรณ์สนับสนุนต่างๆ ที่ต้องการคุณสมบัติน้ำหนักเบา ทนทาน และทนต่อการกัดกร่อน ตัวอย่าง ได้แก่ ขดลวดเข้าเส้นเลือดดำ ไม้เท้า โครงเตียง รถเข็น และขดลวดกระดูก เนื่องจากมีแนวโน้มที่จะเกิดสนิมหรือออกซิไดซ์ ส่วนประกอบอะลูมิเนียมจึงมักต้องใช้กระบวนการพ่นสีหรืออโนไดซ์เพื่อเพิ่มความทนทานและอายุการใช้งาน

6. แมกนีเซียม

โลหะผสมแมกนีเซียมเป็นโลหะทางการแพทย์ที่ขึ้นชื่อเรื่องความเบาและความแข็งแรงเป็นพิเศษ คล้ายกับน้ำหนักและความหนาแน่นของกระดูกตามธรรมชาติ นอกจากนี้ แมกนีเซียมยังแสดงให้เห็นถึงความปลอดภัยทางชีวภาพ เนื่องจากสามารถย่อยสลายทางชีวภาพตามธรรมชาติและปลอดภัยเมื่อเวลาผ่านไป คุณสมบัตินี้ทำให้เหมาะสำหรับการใส่ขดลวดชั่วคราวหรือการปลูกถ่ายกระดูก ทำให้ไม่จำเป็นต้องมีขั้นตอนที่สองในการถอดออก

อย่างไรก็ตาม แมกนีเซียมจะออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วซึ่งจำเป็นการรักษาพื้นผิว - นอกจากนี้ การตัดเฉือนแมกนีเซียมอาจเป็นเรื่องท้าทาย และต้องใช้ความระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาที่อาจเกิดขึ้นกับออกซิเจน

7. ทอง

ทองคำซึ่งอาจเป็นหนึ่งในโลหะทางการแพทย์ที่เก่าแก่ที่สุดที่ใช้ มีความต้านทานการกัดกร่อนและความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีเยี่ยม ความอ่อนตัวของมันทำให้ง่ายต่อการจัดทรง ทำให้เป็นตัวเลือกยอดนิยมในอดีตสำหรับการซ่อมแซมทันตกรรมต่างๆ อย่างไรก็ตาม การปฏิบัติเช่นนี้เริ่มแพร่หลายน้อยลง โดยในปัจจุบันมีการใช้ทองคำเข้ามาแทนที่วัสดุสังเคราะห์ในหลายกรณี.

แม้ว่าทองคำจะมีคุณสมบัติในการฆ่าเชื้อทางชีวภาพ แต่ก็คุ้มค่าที่จะทราบว่าราคาและความหายากจำกัดการใช้งาน โดยทั่วไปแล้ว ทองคำจะถูกใช้ในการชุบบางๆ แทนที่จะเป็นทองคำแข็ง การชุบทองมักพบบนตัวนำ สายไฟ และส่วนประกอบไมโครอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ที่ใช้ในการปลูกถ่ายการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าและเซ็นเซอร์-

8. แพลตตินัม

แพลตตินัมซึ่งเป็นโลหะเฉื่อยที่มีความเสถียรอย่างยิ่งอีกชนิดหนึ่ง ถือเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับอุปกรณ์และอุปกรณ์การผ่าตัด เนื่องจากมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพและมีค่าการนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม ลวดแพลตตินัมที่ละเอียดอ่อนสามารถนำไปใช้อย่างกว้างขวางในการปลูกถ่ายอิเล็กทรอนิกส์ภายใน เช่น เครื่องช่วยฟังและเครื่องกระตุ้นหัวใจ นอกจากนี้ แพลทินัมยังพบการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับความผิดปกติทางระบบประสาทและการติดตามคลื่นสมอง

9. เงิน

เช่นเดียวกับทองแดง เงินมีคุณสมบัติในการต้านจุลชีพโดยธรรมชาติ ทำให้มีคุณค่าในการใช้งานต่างๆ พบประโยชน์ใช้สอยได้ในขดลวดและการปลูกถ่ายที่ไม่รับน้ำหนัก และยังรวมเข้ากับสารประกอบซีเมนต์ที่ใช้สำหรับการฉาบกระดูกอีกด้วย นอกจากนี้ เงินยังผสมกับสังกะสีหรือทองแดงเพื่อผลิตวัสดุอุดฟัน

10. แทนทาลัม

แทนทาลัมมีลักษณะพิเศษที่โดดเด่น เช่น ทนความร้อนสูง ใช้งานได้ดีเยี่ยม ทนทานต่อกรดและการกัดกร่อน รวมถึงมีความเหนียวและความแข็งแรงผสมผสานกัน เนื่องจากเป็นโลหะทนไฟที่มีรูพรุนสูง จึงช่วยให้กระดูกเจริญเติบโตและบูรณาการได้ดีขึ้น ทำให้เหมาะสำหรับการฝังรากฟันเทียมในบริเวณที่มีกระดูกอยู่

แทนทาลัมพบการใช้งานในเครื่องมือทางการแพทย์และเทปมาร์กเกอร์เพื่อการวินิจฉัยหลายชนิด เนื่องจากมีภูมิคุ้มกันต่อของเหลวในร่างกายและทนต่อการกัดกร่อน การมาของการพิมพ์ 3 มิติได้เปิดใช้งานแทนทาลัมเพื่อใช้ในการเปลี่ยนกระดูกกะโหลกศีรษะและอุปกรณ์ทันตกรรมเช่นครอบฟันหรือสกรู โพสต์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากหายากและราคา แทนทาลัมจึงมักถูกใช้ในวัสดุคอมโพสิตมากกว่าในรูปแบบบริสุทธิ์

11. นิทินอล

นิทินอลเป็นโลหะผสมที่ประกอบด้วยนิกเกิลและไทเทเนียม ซึ่งเป็นที่รู้จักในด้านความต้านทานการกัดกร่อนและความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ยอดเยี่ยม โครงสร้างผลึกที่เป็นเอกลักษณ์ช่วยให้มีความยืดหยุ่นสูงและเอฟเฟกต์การจำรูปทรง คุณสมบัติเหล่านี้ได้ปฏิวัติอุตสาหกรรมอุปกรณ์การแพทย์โดยปล่อยให้วัสดุกลับคืนสู่รูปร่างเดิมหลังจากการเสียรูป โดยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่กำหนด

ในขั้นตอนทางการแพทย์ที่ความแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญ นิทินอลให้ความยืดหยุ่นในการเคลื่อนย้ายในพื้นที่แคบ ในขณะเดียวกันก็รักษาความทนทานเพื่อทนต่อความเครียดอย่างมาก (สูงถึง 8%) ลักษณะน้ำหนักเบาและประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการผลิตการใช้งานด้านชีวการแพทย์ต่างๆ ตัวอย่าง ได้แก่ ลวดจัดฟัน สมอกระดูก ลวดเย็บ อุปกรณ์เว้นระยะ เครื่องมือลิ้นหัวใจ ลวดนำทาง และขดลวด นอกจากนี้ นิทินอลยังสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างเครื่องหมายและเส้นวินิจฉัยสำหรับการค้นหาเนื้องอกในเต้านม ซึ่งเสนอทางเลือกที่รุกรานน้อยกว่าสำหรับการวินิจฉัยและการรักษามะเร็งเต้านม

12. ไนโอเบียม

ไนโอเบียมเป็นโลหะชนิดพิเศษที่ทนไฟ พบการใช้งานในอุปกรณ์ทางการแพทย์สมัยใหม่ ได้รับการยอมรับถึงความเฉื่อยและความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ยอดเยี่ยม นอกเหนือจากคุณลักษณะอันมีค่าของมัน เช่น การนำความร้อนและไฟฟ้าสูงแล้ว ไนโอเบียมยังถูกใช้บ่อยครั้งในการผลิตชิ้นส่วนขนาดเล็กสำหรับเครื่องกระตุ้นหัวใจ

13. ทังสเตน

ทังสเตนมักใช้ในอุปกรณ์ทางการแพทย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตหลอดสำหรับขั้นตอนที่มีการบุกรุกน้อยที่สุด เช่น การส่องกล้องและการส่องกล้อง มีความแข็งแรงเชิงกลและยังตอบสนองความต้องการด้านกัมมันตภาพรังสี ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานตรวจสอบเรืองแสง นอกจากนี้ ความหนาแน่นของทังสเตนยังมีมากกว่าตะกั่ว ทำให้เป็นทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสำหรับวัสดุป้องกันรังสี

วัสดุที่เข้ากันได้ทางชีวภาพที่มีให้สำหรับอุปกรณ์การแพทย์

เมื่อพูดถึงวัสดุที่เข้ากันได้ทางชีวภาพที่ใช้ในสถานพยาบาล วัสดุเหล่านั้นจะต้องปฏิบัติตามเกณฑ์เฉพาะที่อาจใช้ไม่ได้กับผลิตภัณฑ์อื่นๆ

ตัวอย่างเช่น ต้องไม่เป็นพิษเมื่อสัมผัสกับเนื้อเยื่อของมนุษย์หรือของเหลวในร่างกาย นอกจากนี้ ควรมีความทนทานต่อสารเคมีที่ใช้ในการฆ่าเชื้อ เช่น น้ำยาทำความสะอาดและน้ำยาฆ่าเชื้อ ในกรณีของโลหะทางการแพทย์ที่ใช้สำหรับการปลูกถ่าย โลหะเหล่านั้นจะต้องไม่เป็นพิษ ไม่กัดกร่อน และไม่เป็นแม่เหล็ก การวิจัยอย่างต่อเนื่องสำรวจโลหะผสมใหม่ๆ รวมถึงวัสดุอื่นๆ เช่นพลาสติกและเซรามิก เพื่อประเมินความเหมาะสมในฐานะวัสดุที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ นอกจากนี้วัสดุบางชนิดอาจปลอดภัยสำหรับการสัมผัสในระยะสั้น แต่ไม่เหมาะสำหรับการปลูกถ่ายแบบถาวร

เนื่องจากมีตัวแปรมากมายที่เกี่ยวข้อง หน่วยงานกำกับดูแล เช่น FDA ในสหรัฐอเมริกา พร้อมด้วยหน่วยงานระดับโลกอื่นๆ จึงไม่รับรองวัตถุดิบสำหรับอุปกรณ์การแพทย์แยกกัน แต่การจำแนกประเภทจะถูกกำหนดให้กับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายแทนที่จะเป็นวัสดุที่เป็นส่วนประกอบ อย่างไรก็ตาม การเลือกวัสดุที่เข้ากันได้ทางชีวภาพยังคงเป็นขั้นตอนเริ่มต้นและสำคัญในการบรรลุการจำแนกประเภทที่ต้องการ

เหตุใดโลหะจึงเป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับส่วนประกอบของอุปกรณ์การแพทย์

ในสถานการณ์ที่จำเป็นต้องมีความแข็งแรงและความแข็งเป็นพิเศษ โลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนตัดขวางขนาดเล็ก มักเป็นตัวเลือกที่ต้องการ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนประกอบที่ต้องขึ้นรูปหรือตัดเฉือนให้อยู่ในรูปแบบที่ซับซ้อน เช่นโพรบ ใบมีด และจุด นอกจากนี้ โลหะยังโดดเด่นในชิ้นส่วนกลไกที่ทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบโลหะอื่นๆ เช่น คันโยกเกียร์ สไลด์ และทริกเกอร์ นอกจากนี้ยังเหมาะสำหรับส่วนประกอบที่ผ่านการฆ่าเชื้อด้วยความร้อนสูงหรือจำเป็นต้องมีคุณสมบัติทางกลและทางกายภาพที่เหนือกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุที่ใช้โพลีเมอร์

โลหะมักมีพื้นผิวที่ทนทานและมันวาว ช่วยให้ทำความสะอาดและฆ่าเชื้อได้ง่าย ไทเทเนียม โลหะผสมไทเทเนียม เหล็กกล้าไร้สนิม และโลหะผสมนิกเกิลได้รับความนิยมอย่างสูงในอุปกรณ์ทางการแพทย์ เนื่องจากสามารถตอบสนองข้อกำหนดการทำความสะอาดที่เข้มงวดในการใช้งานด้านการดูแลสุขภาพ ในทางกลับกัน โลหะที่มีแนวโน้มที่จะเกิดออกซิเดชันบนพื้นผิวที่ไม่สามารถควบคุมและทำลายได้ เช่น เหล็ก อลูมิเนียม หรือทองแดง จะไม่รวมอยู่ในการใช้งานดังกล่าว โลหะประสิทธิภาพสูงเหล่านี้มีคุณสมบัติเฉพาะตัว ข้อจำกัดบางประการ และความสามารถรอบตัวที่โดดเด่น การทำงานกับวัสดุเหล่านี้จำเป็นต้องมีแนวทางการออกแบบที่เป็นนวัตกรรม ซึ่งอาจแตกต่างจากวิธีทั่วไปที่ใช้กับโลหะหรือพลาสติกมาตรฐาน ทำให้วิศวกรผลิตภัณฑ์มีความเป็นไปได้มากมาย

รูปแบบที่ต้องการของโลหะบางชนิดที่ใช้สำหรับอุปกรณ์การแพทย์

โลหะผสมไททาเนียม เหล็กกล้าไร้สนิม และโลหะผสมชุบแข็งมีอยู่หลายรูปแบบที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมการแพทย์ รวมถึงแผ่น แท่ง ฟอยล์ แถบ แผ่น แท่ง และลวด รูปแบบต่างๆ เหล่านี้จำเป็นเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดเฉพาะของส่วนประกอบอุปกรณ์ทางการแพทย์ ซึ่งมักมีขนาดเล็กและซับซ้อน

เพื่อผลิตรูปทรงเหล่านี้โดยอัตโนมัติปั๊มกด มักมีการจ้างงาน แถบและลวดเป็นวัสดุเริ่มต้นที่ใช้บ่อยที่สุดสำหรับการแปรรูปประเภทนี้ แบบฟอร์มโรงสีเหล่านี้มีหลายขนาด โดยมีความหนาของแถบตั้งแต่ฟอยล์บางเฉียบที่ 0.001 นิ้วถึง 0.125 นิ้ว และลวดแบนที่มีความหนา 0.010 นิ้วถึง 0.100 นิ้ว และความกว้าง 0.150 นิ้วถึง 0.750 นิ้ว .

ข้อควรพิจารณาในการใช้โลหะในการผลิตอุปกรณ์การแพทย์

ในภาคนี้ เราจะพูดถึงปัจจัยหลักสี่ประการเมื่อใช้โลหะสำหรับการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ ได้แก่ การตัดเฉือน ความสามารถในการขึ้นรูป การควบคุมความแข็ง และการตกแต่งพื้นผิว-

1. การตัดเฉือน

คุณสมบัติการตัดเฉือนของโลหะผสม 6-4 คล้ายคลึงกับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกอย่างใกล้ชิด โดยวัสดุทั้งสองมีคะแนนประมาณ 22% ของเหล็กกล้า AISI B-1112 อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าไทเทเนียมทำปฏิกิริยากับเครื่องมือคาร์ไบด์ และปฏิกิริยานี้จะรุนแรงขึ้นเมื่อความร้อน ดังนั้นจึงขอแนะนำให้ใช้น้ำยาตัดกลึงที่มีน้ำท่วมอย่างหนักเมื่อตัดเฉือนไทเทเนียม

สิ่งสำคัญคือต้องหลีกเลี่ยงการใช้ของเหลวที่มีฮาโลเจน เนื่องจากสารดังกล่าวอาจมีความเสี่ยงที่จะทำให้เกิดการกัดกร่อนจากความเค้นได้ หากไม่ได้ขจัดออกอย่างทั่วถึงหลังการตัดเฉือน

2. การขึ้นรูป

โดยทั่วไปแล้วตัวประทับตราจะชอบวัสดุที่ขึ้นรูปเย็นได้ง่าย อย่างไรก็ตาม เป็นที่น่าสังเกตว่าความสามารถในการขึ้นรูปนั้นสัมพันธ์ผกผันกับคุณสมบัติเฉพาะที่ผู้ซื้อมองหาเมื่อเลือกโลหะผสมเหล่านี้ เช่น ความแข็งและความแข็งแกร่งที่ดีเยี่ยม

ตัวอย่างเช่น ลวดเย็บที่ใช้ในการผ่าตัดจำเป็นต้องมีความแข็งแรงสูงสุดเพื่อป้องกันการแยกออกจากกัน แม้ว่าจะมีหน้าตัดที่บางมากก็ตาม ในเวลาเดียวกัน จะต้องมีรูปร่างที่ขึ้นรูปได้อย่างมากเพื่อให้ศัลยแพทย์ปิดได้อย่างแน่นหนาโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือเย็บแผล

การบรรลุความสมดุลระหว่างความแข็งแกร่งและความสามารถในการขึ้นรูปสามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพในระหว่างขั้นตอนการม้วนใหม่ ด้วยการค่อยๆ รีดแถบไปยังเกจที่ต้องการ และทำการอบอ่อนระหว่างรอบเพื่อตอบโต้ผลกระทบของการชุบแข็ง จะทำให้ได้ระดับการขึ้นรูปที่เหมาะสมที่สุด

ผู้ลูกกลิ้งใช้กระบวนการบำบัดความร้อนแบบสลับและรีดเย็นเพื่อให้วัสดุขึ้นรูปได้ซึ่งเหมาะสำหรับการขึ้นรูป การวาด และการเจาะโดยใช้อุปกรณ์ปั๊มหลายสไลด์และหลายแม่พิมพ์ทั่วไป

แม้ว่าความเหนียวของไทเทเนียมและโลหะผสมอาจต่ำกว่าโลหะโครงสร้างทั่วไปอื่นๆ แต่ผลิตภัณฑ์ที่เป็นแถบยังสามารถขึ้นรูปได้ง่ายที่อุณหภูมิห้อง แม้ว่าจะในอัตราที่ช้ากว่าเหล็กกล้าไร้สนิมก็ตาม

หลังจากการขึ้นรูปเย็น ไททาเนียมจะสปริงกลับเนื่องจากมีโมดูลัสความยืดหยุ่นต่ำ ซึ่งมีค่าประมาณครึ่งหนึ่งของเหล็ก เป็นที่น่าสังเกตว่าระดับการสปริงกลับจะเพิ่มขึ้นตามความแข็งแรงของโลหะ

เมื่อความพยายามที่อุณหภูมิห้องไม่เพียงพอ การขึ้นรูปสามารถดำเนินการได้ที่อุณหภูมิสูง เนื่องจากความเหนียวของไทเทเนียมจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ โดยทั่วไป แถบและแผ่นไทเทเนียมที่ไม่ได้เจือจะถูกขึ้นรูปเย็น

อย่างไรก็ตาม มีข้อยกเว้นสำหรับโลหะผสมอัลฟ่า ซึ่งบางครั้งจะถูกทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิระหว่าง 600°F ถึง 1200°F เพื่อป้องกันไม่ให้สปริงกลับ เป็นเรื่องที่คุ้มค่าที่จะทราบว่าที่อุณหภูมิเกิน 1100°F การเกิดออกซิเดชันของพื้นผิวไทเทเนียมจะกลายเป็นปัญหา ดังนั้นจึงอาจจำเป็นต้องทำการขจัดตะกรัน

เนื่องจากคุณลักษณะการเชื่อมเย็นของไททาเนียมสูงกว่าสเตนเลส การหล่อลื่นที่เหมาะสมจึงเป็นสิ่งสำคัญเมื่อดำเนินการใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับไททาเนียมที่สัมผัสกับโลหะตายหรืออุปกรณ์ขึ้นรูป

3. การควบคุมความแข็ง

ใช้กระบวนการรีดและการอบอ่อนเพื่อให้เกิดความสมดุลระหว่างความสามารถในการขึ้นรูปและความแข็งแรงในโลหะผสม โดยการหลอมระหว่างแต่ละรอบการรีด ผลของการชุบแข็งในงานจะถูกกำจัด ส่งผลให้ได้อุณหภูมิที่ต้องการซึ่งคงความแข็งแรงของวัสดุในขณะที่ให้ความสามารถในการขึ้นรูปที่จำเป็น

เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดที่เข้มงวดและลดต้นทุน ผู้เชี่ยวชาญที่กลุ่มห้วยอี้ สามารถช่วยในการเลือกโลหะผสมและนำเสนอโซลูชั่นที่ครอบคลุมสำหรับการตัดเฉือนโลหะทางการแพทย์ของคุณ ซึ่งจะทำให้แน่ใจได้ว่าโลหะผสมมีคุณสมบัติผสมกันตามที่ต้องการ ซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดและข้อจำกัดเฉพาะ

4. การตกแต่งพื้นผิว

ในระหว่างขั้นตอนการม้วนใหม่ จะมีการพิจารณาการตกแต่งพื้นผิวของผลิตภัณฑ์แถบไทเทเนียมและสเตนเลส นักออกแบบมีตัวเลือกมากมายให้เลือก รวมถึงพื้นผิวที่สว่างและสะท้อนแสง พื้นผิวด้านที่ช่วยให้การหล่อลื่นสะดวก หรือพื้นผิวพิเศษอื่นๆ ที่จำเป็นสำหรับการติด การประสาน หรือการเชื่อม

การตกแต่งพื้นผิวถูกสร้างขึ้นโดยการสัมผัสระหว่างลูกกลิ้งงานกับวัสดุในโรงรีด ตัวอย่างเช่น การใช้ม้วนคาร์ไบด์ขัดเงาสูงส่งผลให้ได้ผิวเคลือบที่สว่างเหมือนกระจกและสะท้อนแสง ในขณะที่ม้วนเหล็กที่ผ่านการพ่นทรายจะสร้างผิวด้านที่มีความหยาบ 20-40 µin อาร์เอ็มเอส ม้วนคาร์ไบด์ที่ผ่านการพ่นทรายจะทำให้ได้ผิวงานที่ไม่เรียบด้วยความหนา 18-20 µin ความหยาบ RMS

กระบวนการนี้สามารถสร้างพื้นผิวที่มีความหยาบได้ถึง 60 µin RMS ซึ่งแสดงถึงระดับที่ค่อนข้างสูงของความหยาบผิว-

โลหะและโลหะผสมที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการใช้งานทางการแพทย์

เหล็กกล้าไร้สนิม ไทเทเนียม และโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักถือเป็นวัสดุขั้นสูงกว่าเมื่อเทียบกับวัสดุทั่วไป อย่างไรก็ตาม พวกเขายังนำความสามารถที่หลากหลายมาสู่โต๊ะด้วย วัสดุเหล่านี้มีความสามารถในการปรับเปลี่ยนคุณลักษณะทางกลผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การทำความร้อน การทำความเย็น และการชุบแข็ง นอกจากนี้ ในระหว่างการประมวลผล พวกเขาสามารถแก้ไขเพิ่มเติมได้ตามต้องการ ตัวอย่างเช่น การรีดโลหะให้เป็นเกจที่บางลงสามารถเพิ่มความแข็งได้ ในขณะที่การหลอมสามารถคืนคุณสมบัติของโลหะให้คงสภาพได้แม่นยำ ซึ่งช่วยให้ได้รูปทรงที่คุ้มค่า

โลหะเหล่านี้ทำงานได้ดีในการใช้งานทางการแพทย์ - มีความทนทานต่อการกัดกร่อนเป็นพิเศษ มีความสามารถเชิงกลสูง มีตัวเลือกการรักษาพื้นผิวที่หลากหลาย และให้ความคล่องตัวในการผลิตที่ยอดเยี่ยมเมื่อนักออกแบบเริ่มคุ้นเคยกับความซับซ้อนแล้ว

บทสรุป

เมื่อผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ การเลือกโลหะที่เหมาะสมอย่างรอบคอบเป็นสิ่งสำคัญ โลหะที่นิยมใช้เพื่อการนี้ ได้แก่ สแตนเลส ไทเทเนียม โคบอลต์โครเมียม ทองแดง แทนทาลัม และแพลทินัม โลหะเหล่านี้เป็นที่ต้องการเนื่องจากมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพและความทนทานที่ดีเยี่ยม แม้ว่าแพลเลเดียมจะได้รับการยอมรับ แต่การใช้ประโยชน์ค่อนข้างจำกัดเนื่องจากมีต้นทุนที่สูงขึ้น เราหวังว่าคู่มือนี้จะช่วยคุณในการค้นหาโลหะที่เหมาะสมที่ตอบสนองโครงการทางการแพทย์หรือการใช้งานของคุณ