Covestro, Lotte i inne innowacyjne rozwiązania często pojawiały się w kontekście rosnącej popularności tworzyw sztucznych do zastosowań medycznych. Jakie są powszechnie stosowane tworzywa sztuczne do zastosowań medycznych?

Globalna epidemia zapalenia płuc wywołanego nowym wirusem koronowym, która rozpoczęła się na początku 2020 roku, wkroczyła w trzeci rok, ale mgła, która ją wywołała, od dawna była trudna do rozwiania. Teraz, w marcu i kwietniu 2022 roku, nie widać jeszcze wiosennego rozkwitu, ale ludzie czekają na gorzką „zimną wiosnę”. Sytuacja epidemiologiczna zmieniła się gwałtownie. Hongkong, Shenzhen, Jilin, Szanghaj… Przeszły fale epidemii krajowych. Sytuacja jest niepokojąca, wstrząsa sercami mieszkańców całego kraju.

W ciągu ponad dwóch lat pandemii wirusa większość łańcuchów dostaw tworzyw sztucznych pozostała otwarta, a przetwórcy medycznych materiałów przeciwepidemicznych, producenci i dostawcy materiałów żywicowych, sprzętu i form – wszyscy dokładają swoją cegiełkę do tej „bitwy” i wnieśli znaczący wkład. Umożliwili nam oni oglądanie pasków testowych produkowanych przez urządzenia do termoformowania i wytłaczarki folii, strzykawek do szczepionek produkowanych przez producentów form i wtryskarek, a także termometrów czołowych.

W wyniku epidemii nastąpił gwałtowny wzrost popytu na tworzywa sztuczne do zastosowań medycznych, takie jak PE, PP i PC, wśród producentów artykułów medycznych jednorazowego użytku, sprzętu medycznego i sprzętu. W rezultacie nastąpił gwałtowny wzrost popytu, a także nastąpił gwałtowny wzrost zapotrzebowania na różne rodzaje tworzyw sztucznych do zastosowań medycznych.

Osiem powszechnie stosowanych tworzyw sztucznych w medycynie

Istnieje około tuzina powszechnie stosowanych materiałów z tworzyw sztucznych do zastosowań medycznych, są to: polietylen (PE), polipropylen (PP), polichlorek winylu (PVC), poliuretan (PU), politetrafluoroetylen (PTFE), poliwęglan (PC), polistyren (PS) itp. Największy udział mają PVC i PE, stanowiące odpowiednio 28% i 24%; PS stanowi 18%; PP stanowi 16%, a tworzywa sztuczne konstrukcyjne 14%.

01. PCV

PVC to niedrogie, amorficzne tworzywo sztuczne o doskonałej odporności chemicznej i przeciwdrobnoustrojowej. Według szacunków rynkowych, PVC stanowi 28% rynku tworzyw sztucznych do zastosowań medycznych. Zaletą jest niski koszt żywicy PVC, szeroki zakres zastosowań i wyjątkowo łatwa obróbka. Wadą jest to, że PVC, jako materiał polarny, ma właściwości adsorpcyjne na niektórych lekach, a plastyfikator DEHP może wytrącać się, co może mieć szkodliwy wpływ na organizm ludzki.

Produkty z tworzywa PVC przeznaczone do zastosowań medycznych obejmują: worki na krew, rurki do hemodializy, maski oddechowe, rurki do inhalacji tlenem, worki na mocz, sztuczne uszy i nosy itp.

02. WP

PE to tworzywo sztuczne o największym udziale. Jego zaletami są dobre właściwości przetwórcze, niski koszt, nietoksyczność i brak smaku oraz dobra biokompatybilność. Zwykły PE może być zazwyczaj stosowany do produkcji butelek na leki, nakładek na igły, popychaczy strzykawek, regulatorów przepływu w zestawach infuzyjnych, zestawów infuzyjnych oraz torebek do pakowania strzykawek itp.

UHMWPE (polietylen o ultrawysokiej masie cząsteczkowej) to specjalne tworzywo konstrukcyjne o wysokiej odporności na uderzenia, dużej odporności na zużycie (tzw. korona plastiku), niskim współczynniku tarcia, obojętności biologicznej i dobrych właściwościach pochłaniania energii. Jego odporność chemiczna jest porównywalna z PTFE; jest to idealny materiał na sztuczne stawy biodrowe i stawy.

03. PP

PP charakteryzuje się doskonałą odpornością chemiczną, odpornością na zmęczenie, dobrą odpornością termiczną i może być sterylizowany w temperaturach powyżej 100°C. Łatwy w obróbce, nie powoduje pęknięć naprężeniowych. Medyczny PP charakteryzuje się większą przezroczystością, lepszymi właściwościami barierowymi i odpornością na promieniowanie.

Można go stosować w workach infuzyjnych, strzykawkach jednorazowego użytku, łącznikach, opakowaniach żywienia pozajelitowego, membranach dializacyjnych itp.

04. PS, żywica K

Pod względem ilości polistyrenu (PS) w medycynie ustępuje jedynie PVC i PE. Jego tekstura jest twarda i krucha, a także charakteryzuje się wysokim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej. W związku z tym ogranicza to jego zastosowanie w inżynierii. W ostatnich dekadach opracowano modyfikowany polistyren i kopolimery na bazie styrenu, aby w pewnym stopniu przezwyciężyć wady polistyrenu. Jednym z nich jest żywica K.

Żywica K to kopolimer blokowy wytwarzany ze styrenu i butadienu jako monomerów. Jego główne cechy to wysoka przezroczystość i dobra udarność, niska gęstość, wysoka odporność na barwienie, doskonałe właściwości przetwórcze i nietoksyczność.

Żywica K jest stosowana głównie w medycznych produktach z tworzyw sztucznych wymagających trudnej technologii przetwarzania, wysokiej zawartości technicznej i wysokiej wartości dodanej, takich jak komora wymienna sztucznego płuco-oksygenatora, ujście naczynia krwionośnego tętniczego, ujście ujścia tętniczego urządzenia do odzyskiwania, głowica ssąca serca, intubacja aorty, filtr krwi, urządzenie ssące, zmieniacz temperatury itp. Żywica K spełnia wymagania klasy VI-50 amerykańskiego prawa dotyczącego opakowań leków.

05.ABS

tworzywo ABSJest terpolimerem trzech monomerów: akrylonitrylu (A), butadienu (B) i styrenu (S). Charakteryzuje się określoną sztywnością, twardością, odpornością na uderzenia i chemikalia, odpornością na promieniowanie oraz odpornością pierścieniową. Dezynfekcja tlenowa.

W medycynie ABS wykorzystuje się głównie do produkcji narzędzi chirurgicznych, klipsów rolkowych, plastikowych igieł, skrzynek narzędziowych, urządzeń diagnostycznych i obudów aparatów słuchowych, w szczególności obudów dużego sprzętu medycznego.

06.PC

PC charakteryzuje się dużą wytrzymałością, odpornością na wysokie temperatury i jest odporny na sterylizację parą, dzięki czemu jest preferowanym materiałem do produkcji filtrów do hemodializy, uchwytów narzędzi chirurgicznych i zbiorników tlenowych. Zastosowania PC w medycynie obejmują również systemy iniekcji bezigłowych, instrumenty perfuzyjne, misy i tłoki wirówek do krwi.

07. PTFE

PTFE to rodzaj fluoroplastu, nazywanego królem tworzyw sztucznych, charakteryzującego się najniższym znanym współczynnikiem tarcia i najlepszą odpornością chemiczną spośród wszystkich tworzyw sztucznych. Charakteryzuje się dobrą biokompatybilnością i właściwościami antykoagulacyjnymi, nie ulega rozkładowi, nie wykazuje niepożądanych reakcji w organizmie implantu, nie wykazuje widocznego starzenia i charakteryzuje się doskonałą odpornością termiczną. Temperatura pracy ciągłej wynosi 260°C, a dezynfekcja w wysokiej temperaturze jest możliwa.

W medycynie jest szeroko stosowany w różnego rodzaju sztucznych tchawicach, przełykach, przewodach żółciowych, cewkach moczowych, sztucznej otrzewnej, oponach twardych mózgu, sztucznej skórze, sztucznych kościach itp.

08. TPU

Elastomer termoplastyczny (TPU) charakteryzuje się doskonałą elastycznością w niskich temperaturach oraz odpornością na hydrolizę, krzepnięcie krwi i ataki drobnoustrojów. Może być stosowany w cewnikach medycznych, sztucznych sercach, maskach tlenowych, sprzęcie do podawania leków, złączach dożylnych, gumowych workach pęcherzowych do monitorów ciśnienia krwi, tkaninie do pakowania do stosowania miejscowego itp.

Innowacja w dziedzinie plastiku medycznego 01 – nowy zestaw do wykrywania koron w walce z epidemią
Wzrost popularności tego produktu w naturalny sposób wpłynie na wzrost popytu na materiały z górnego biegu łańcucha dostaw. Zestaw nowego sprzętu do testów koronowych zawiera wymazówkę nosogardłową/ustnogardłową, wkład testowy oraz probówkę do ekstrakcji odczynników.

Specjalne cząstki tworzyw sztucznych do wykrywania zacięć to zazwyczaj polistyren (PS) lub polichlorek winylu (PCW). Dobra odporność na uderzenia może zmniejszyć ryzyko uszkodzeń w różnych warunkach, takich jak wysokie i niskie temperatury. Wystarczająco wysoka płynność formy zapewnia lepszą jakość formowania wtryskowego. Wydajność przetwarzania i doskonałe parametry grawerowania laserowego pozwalają na produkcję etykiet opakowaniowych, które zapewniają elastyczność i przejrzystość.

Wymazówki nosogardłowe/ustnogardłowe wykorzystują uchwyty z tworzywa termoplastycznego, a probówki do ekstrakcji odczynników są w większości formowane wtryskowo z polietylenu (PE), ponieważ PE charakteryzuje się doskonałym bezpieczeństwem biologicznym, odpornością chemiczną, a co najważniejsze, ma wysokie właściwości barierowe i jest ekonomiczny.

Firma Kumho Sunli, specjalizująca się w mikroinnowacjach, Suyouan™, opracowała niedawno specjalny materiał na powłokę nowego pojemnika do detekcji antygenów koronowych: HIPS N522. Ze względu na warunki magazynowania i transportu, produkt ten, ze względu na swoje właściwości, jest bardziej podatny na uszkodzenia, takie jak pęknięcia w pojemniku do detekcji antygenów. N522 rekompensuje wady tradycyjnego HIPS.

W porównaniu z tradycyjnym HIPS, N522 charakteryzuje się wyższym wskaźnikiem topnienia, szerszym oknem przetwarzania i krótszym cyklem formowania. W przypadku gwałtownego wzrostu popytu na rynku, N522 może szybciej go zdobyć. W porównaniu z konwencjonalnym HIPS, N522 umożliwia wyraźne grawerowanie w czerni i bieli, zapewniając wydajne znakowanie.

02. Końcówki pipet przewodzące

Wraz z postępem technologii medycznej, diagnostyka in vitro (IVD) jest coraz częściej wykorzystywana w praktyce klinicznej. Ciągły rozwój epidemii nowej korony przyspieszył eksplozję rynku diagnostyki in vitro, a przewodząca końcówka pipety, jeden z niezbędnych materiałów eksploatacyjnych w laboratorium diagnostycznym, również stała się gorącym towarem na rynku.

Końcówki pipet, zazwyczaj wykonane z tworzywa sztucznego, to długie, cienkie, stożkowe, puste w środku elementy z tworzywa sztucznego, używane w pipetach do pomiaru i dozowania cieczy w laboratoriach i środowiskach produkcyjnych. W systemach zautomatyzowanych końcówki pipet są często wykonane z przewodzących materiałów polimerowych, co pozwala im wykrywać ciecze.

Rynek przewodzących końcówek do pipet dynamicznie się rozwija, ale brakuje doskonałych materiałów. Końcówki te są produkowane z różnych żywic bazowych, takich jak ABS, PP, LCP, PA, PC, PPS i PEEK, aby zapewnić unikalne połączenie i optymalną równowagę przewodności elektrycznej, właściwości mechanicznych i przetwarzalności w produkcji materiałów eksploatacyjnych do laboratoriów. Producenci wytwarzają przewodzące końcówki do pipet o wyższej jakości i krótszym czasie wprowadzania na rynek.

03. Strzykawka LDS

W związku z trwającą na całym świecie kampanią szczepień przeciwko COVID-19 popyt na strzykawki, z których wytwarzany jest polipropylen (PP) o jakości medycznej, gwałtownie wzrósł.

LOTTE Chemical, duża koreańska firma chemiczna, wykorzystuje Irgastab® firmy BASF, nieodbarwiający stabilizator do przetwarzania tworzyw sztucznych, do produkcji medycznego polipropylenu (PP). Medyczny polipropylen firmy Lotte został wykorzystany do produkcji strzykawek LDS (o małej martwej przestrzeni) opracowanych przez koreańskiego producenta strzykawek medycznych. Ta specjalna strzykawka została zaprojektowana tak, aby zminimalizować ilość leku pozostającego w igle po wstrzyknięciu, zmniejszając tym samym ilość odpadów szczepionkowych. Dzięki zastosowaniu strzykawek LDS liczba osób zaszczepionych tą samą dawką szczepionki może wzrosnąć o 20%, co oznacza, że ​​strzykawki LDS cieszą się ogromnym globalnym popytem.

04. System obudów

Systemy kaniulowe to opakowania z płynnymi lekami w postaci fiolek lub wstępnie napełnionych strzykawek. Ponieważ w tych opakowaniach dostępne są również fiolki ze szczepionkami, pandemia COVID-19 spowodowała gwałtowny wzrost globalnego popytu na ten produkt.

Dla firmy Röchling Medical z Niemiec system kaniul to nowe zastosowanie, które stawia przed produkcją metodą formowania wtryskowego jeden warunek: elastyczność.

Wymiary opakowań typu sleeve są znormalizowane, a podczas napełniania i przetwarzania fiolki ze szczepionką pozostają w gnieździe, dzięki czemu nie przewracają się i nie ocierają o siebie. W strukturze plastra miodu fiolki, zazwyczaj wykonane ze szkła, są dobrze chronione. Gniazdo mieści 16 fiolek po 50 ml dawek. Im mniejsza objętość napełnienia, tym więcej fiolek mieści się w opakowaniu i tym więcej wkładów typu plaster miodu jest zagnieżdżonych.

Do tej bardzo wymagającej geometrii komponentu zastosowano materiał polioksymetylenowy POM, który może bezpiecznie wytrzymać czyszczenie przed procesem napełniania, będąc jednocześnie ekonomicznym. Jednak ze względu na swój silny skurcz, POM stawia wysokie wymagania co do stabilności i powtarzalności procesu formowania wtryskowego. Firma produkuje obecnie zagnieżdżone wkładki w pięciu rozmiarach przy użyciu dwóch całkowicie elektrycznych dużych wtryskarek e-motion firmy ENGEL o sile zamykania 5,000 kN, czasach cyklu do 40 sekund i produkcji 24/7 przy pełnej wydajności. Dwie duże maszyny są częścią większego pakietu od ENGEL do Röchling. Łącznie osiem wtryskarek e-motion o sile zamykania 1600, 2800 i 5000 kN jest używanych do produkcji pipet, oprócz systemu obudów Materiały antyepidemiczne, takie jak końcówki i uchwyty na płytki mikrotitracyjne.

05. Sprzęt medyczny zapobiegający rozprzestrzenianiu się wirusa

Światło ultrafioletowe (UVC) ma silne działanie bakteriobójcze na bakterie i wirusy, a lampy LED UVC są coraz częściej stosowane do dezynfekcji powierzchni w placówkach medycznych. Sterylizacja ma jednak wpływ na niektóre materiały, dlatego inżynierowie i projektanci muszą wybierać materiały, które zachowują swoje właściwości fizyczne i estetyczne nawet po wielokrotnej sterylizacji UVC.

W miarę rozprzestrzeniania się pandemii COVID-19, branża wyrobów medycznych poszukuje nowych sposobów sterylizacji produktów, które mogłyby pomóc w zapobieganiu rozprzestrzenianiu się COVID-19 i innych patogenów. Mieszanki poliwęglanu PC Makrolon® i PC + ABS Bayblend® opracowane przez Covestro są odporne na częstą sterylizację, a po obróbce promieniowaniem UVC zachowują w pełni swoje właściwości fizyczne, takie jak wytrzymałość i odporność na ciepło. Biały materiał zmienił kolor na żółty, podczas gdy czarny był w dużej mierze pozbawiony przebarwień i we wszystkich przypadkach zachował wykończenie powierzchni, co umożliwiło częstą dezynfekcję i przyczyniło się do rozwoju dezynfekcji powierzchni.

06. Okulary medyczne

Okulary medyczne mogą zapobiegać przedostawaniu się wirusa do oczu i zmniejszać ryzyko zakażenia personelu medycznego. Lubrizol nawiązał współpracę z Nike, aby produkować pełne osłony twarzy i maski PAPR, chroniące pracowników służby zdrowia na pierwszej linii frontu walki z COVID-19.

Pełna osłona twarzy Nike zmienia elementy obuwia i odzieży własnej marki, w tym wykonane z termoplastycznego poliuretanu. Zespół ds. innowacji Lubrizolu szybko dokonał oceny materiałów, opracował zalecenia dotyczące optymalizacji wydajności oraz zreorganizował produkcję i łańcuchy dostaw, aby wytwarzać i przekazywać do użytku termoplastyczny poliuretan (TPU) ESTANE®, materiał niezbędny dla Nike.

TPU ESTANE jest również stosowany w osłonach hełmów z aktywnym filtrem przeciwpyłowym (PAPR) w celu ochrony przed patogenami unoszącymi się w powietrzu. Łącząc elastyczność gumy ze sztywnością tworzywa sztucznego, TPU ESTANE może być również stosowany w medycznej odzieży ochronnej, sprzęcie medycznym, materacach medycznych, sztywnych rurkach, wężach, urządzeniach medycznych i wielu innych krytycznych produktach.