CC BY
0УДК 61 Носков Н.С., Мусин И.Н.
Носков Н.С.
магистр
Казанский национальный исследовательский технологический университет (г. Казань, Россия)
Мусин И.Н.
канд. техн. наук, доцент кафедры «Медицинской инженерии» Казанский национальный исследовательский технологический университет (г. Казань, Россия)
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ И СУПЕРКОНСТРУКЦИОННЫХ ПЛАСТИКОВ В МЕДИЦИНЕ
Аннотация: в работе будет проведен сравнительный анализ применяемых в медицине пластиков и металлов, их свойства, преимущества и недостатки. Также будет рассмотрено техническое и экономическое обоснование использования пластиковых материалов в медицине и их перспективы на будущее.
Ключевые слова: инженерный пластик, суперконструкционный термопласт, медицина, металл, медицинские изделия, производство.
В активно развивающемся мире медицинских технологий выбор правильного материала для изготовления инструмента - это важное решение, которое может оказать значительное влияние как на производительность, так и на безопасность здоровья пациента. Когда речь заходит о разработке медицинских устройств и инструментов, два материала неизменно доказывают свою ценность и значимость: пластмассы и металлы. Каждый из этих материалов имеет свой набор преимуществ и недостатков, и выбор между ними
1996
является важным решением для производителей, рассмотрим общие характеристики, которые делают эти материалы незаменимыми в сфере производства медицинских изделий.
Пластмассы: Эти универсальные материалы, которые обеспечивают широкий спектр возможностей. Полимеры, такие как реактопласты и термопласты, идеально подходят для медицинских изделий благодаря своей универсальности и биосовместимости. Им можно придавать сложные формы и достигать различных уровней твердости. Например, термореактивные полиуретаны завоевали популярность благодаря своим исключительным физическим свойствам и свободе дизайна. Универсальность индивидуальных рецептур позволяет разработчикам продукции использовать широкий ассортимент материалов, высокую производительности и различные технологии формования для создания широкого спектра эффективных и безопасных медицинских изделий.
Металлы: Металлы, напротив, характеризуются широким диапазоном марок и прочностных характеристик. Нержавеющая сталь, в частности, известна своей способностью выдерживать суровые условия окружающей среды в течение длительного времени. Ее устойчивость к коррозии делает ее отличным выбором для хирургических инструментов и имплантируемых устройств, которые подвергаются воздействию жидкостей и химических веществ. Металлы можно подвергать точной механической обработке и полировке для достижения высокой степени гладкости.
Пластмассы и металлы имеют как ряд преимуществ, так и недостатков, которые играют важную роль при разработке и производстве медицинских устройств и инструментов. Чтобы принять обоснованное решение о выборе между пластмассами и металлами для проектирования медицинских устройств, необходимо детально изучить их физические свойства. Эти свойства играют ключевую роль в определении пригодности каждого материала для конкретного применения. Проведем сравнительный анализ между двумя
1997
востребованными материалами в медицинской промышленности термореактивными полиуретанами и нержавеющей сталью.
Таблица 1. Физические и химические характеристики материалов.
Параметр материала: Термопласт (термореактивный полиуретант) Металл (нержавеющая сталь)
Вес Легкий вес материала, что обеспечивает комфортную работу с инструментов при длительной эксплуатации. Более тяжелый материал, не является идеальным выбором для производства инструментов, рассчитанных на продолжительную работу.
Долговечность Имеет меньшую упругость при высоких нагрузках. Долговечность может быть повышена при правильном проектировании инструмента. Высокая износостойкость, обеспечивающая длительный срок службы.
Термостойкость Ограниченная термостойкость может потребовать осторожности в условиях высоких температур и при стерилизации инструмента. Высокая термостойкость, подходит для высокотемпературных сред.
Химическая стойкость Высокая совместимость с широким спектром химических веществ и методов стерилизации. Исключительная коррозионная стойкость к различным химическим веществам и методам стерилизации
Сложность обработки Различные методы формования и механической обработки для достижения сложных форм и размеров. Для достижения точности могут потребоваться более сложные и дорогостоящие процессы механической обработки.
Исходя из характеристик материалов, следует, что термореактивные полиуретаны предлагают уникальное сочетание гибкости и структурной целостности, что делает их хорошо подходящими для применения в элементах,
1998
требующих как изгиба или амортизации, так и жесткости в случае необходимости. С другой стороны, нержавеющая сталь обеспечивает высокую структурную целостность в сложных условиях. Хотя термореактивные полиуретаны могут иметь ограничения по термостойкости и износостойкости, они могут иметь любую твердость, форму и вид, например, эластомерный, вспененный или проводящий, что позволяет разработчикам изделий адаптировать материал к конкретным требованиям.
Пластмассы хорошо поддаются настройке и обеспечивают гибкость конструкции, что делает их идеальными для медицинских устройств и компонентов. Например, если главное требование к медицинскому устройству, легкость изделия и удобство передвижения для пациента, термореактивные полиуретаны - отличный выбор. Их способность формоваться в сложные формы позволяет создавать эргономичные конструкции.
Металлы идеально подходят для тех случаев, когда прочность и коррозионная стойкость имеют первостепенное значение. Например, хирургический скальпель требует острых и прочных краев для точных разрезов. Нержавеющая сталь является предпочтительным выбором благодаря своей устойчивости к коррозии и способности сохранять остроту кромки при многократном использовании.
Комбинация материалов иногда является оптимальным решением сочетанием свойств и характеристик пластмасс и металлов. Такой подход позволяет инженерам-проектировщикам изделий использовать преимущества обоих материалов в одном устройстве. Например, использование металлического стержня для прочности или пластиковой ручки для удобства захвата.
Однако в последнее время, использование пластиковых материалов в медицинской промышленности, доказывает свои существенные преимущества, приходя на замену традиционным металлам, за счет своих физических свойств и характеристик материала. Они намного дешевле в производстве по сравнению с металлическими или керамическими материалами, что позволяет
1999
снизить затраты на производство медицинских изделий и оборудования. Инженерные и суперконструкционные пластики обладают высокой прочностью, жесткостью, устойчивостью к износу и коррозии, а также отличными возможностями для формовки и обработки. Благодаря этим свойствам, пластиковые материалы могут использоваться для создания более легких, прочных и долговечных медицинских изделий, таких как имплантаты, протезы и инструменты. Пластиковые материалы обладают меньшим весом, что уменьшает расходы на транспортировку и хранение.
Кроме того, термопласты имеют более высокую степень биосовместимости по сравнению с металлическими аналогами, что снижает риск аллергических реакций и отторжения со стороны организма. Применение таких материалов в медицине уже нашло широкое применение, например, в создании имплантатов, медицинского оборудования и инструментов. Также их способности: быть формованными и модифицируемыми для конкретных задач и быть прозрачными или полупрозрачными, позволяет создавать инновационные решения в медицинской практике, облегчает наблюдение за ходом лечения и улучшает диагностику заболеваний.
Развивающая тенденция к переходу на одноразовые изделия (катетеры, зонды, трубки для переливания крови, одноразовые офтальмологические инструменты и т.д.) из термопластов (полиэтилена, полиамида, поливинилхлорида, полиэфиркетона и т.д), существенно увеличивают показатели применения термопластов в медицинской промышленности и масштабы производства. Рассмотрим наиболее популярные при производстве медицинских изделий, термопласты и области их применения. Полиэтилены экологически безопасны, так как не выделяют в окружающую среду опасных для здоровья человека веществ. Из них изготавливают катетеры, дренажные и ирригационные устройства, опорные пластины для полупроницаемых мембран капельных линий, лабораторную посуду. Из полипропилена производят одноразовые шприцы, детали и узлы оборудования для гемодиализа и оксигенации, сосудистые протезы и т. д. Полипропилен используется для
2000
производства одноразовых шприцев, деталей и узлов оборудования для гемодиализа и оксигенации. Полистирол и его сополимеры используются для производства лабораторной посуды, корпусов и других конструктивных элементов приборов и аппаратов, одноразовых шприцев, деталей медицинских инструментов. Поливинилхлорид используется в медицине как материал для катетеров, зондов, дренажных устройств, систем забора и переливания крови. Фторопластовый полимер нашел практическое применение в медицине благодаря высокой химической стойкости и биологической инертности. В этом он превзошел все другие металлические и неметаллические материалы, используемые в медицине. Из него изготавливают сердечно-сосудистые катетеры, детали и узлы аппаратуры для внепочечного очищения крови, вспомогательного кровообращения, искусственных кровеносных сосудов и др.
С точки зрения экономического обоснования, применение пластиковых материалов в медицине может существенно снизить затраты на производство и улучшить общее качество медицинских услуг. Более того, использование пластиковых материалов способствует развитию экологически чистых технологий в медицине, что в свою очередь благоприятно сказывается на окружающей среде.
Таким образом, использование инженерных и суперконструкционных пластиков в медицине имеет огромный потенциал для улучшения качества и эффективности медицинских изделий, открывает новые горизонты для развития современной медицинской техники и оборудования, активно заменяя собой металлы. Однако, выбор между пластмассами и металлами для медицинского инструмента в конечном итоге зависит от конкретной области применения и характеристик, необходимых изделию.
Дальнейшие исследования и разработки в этой области могут привести к созданию новых, более эффективных и инновационных решений, которые помогут улучшить здоровье и качество жизни пациентов. Так как будущее инженерных и суперконструкционных пластмасс выглядит многообещающим, процент использования их в медицинской промышленности неуклонно растет,
2001
поскольку постоянные исследования и разработки расширяют возможности этих материалов. Постоянный прогресс в материаловедении и производственных технологиях позволяет создавать еще более сложные и эффективные медицинские устройства, оборудование и инструменты с улучшенными характеристиками и долговечностью использования. В условиях растущего спроса на инновационные и эффективные решения в области здравоохранения применение инженерных и суперконструкционных пластмасс, как ожидается, будет играть важную роль в формировании будущего медицинской промышленности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Давыдов А.Б. Основные области использования и тенденции в разработках изделий из полимеров медицинского назначения //Медицинская техника. - 1994. - № 2. - С. 3 - 9;
2. Лавров Н.А., Крыжановская Т.С. Применение полимеров в медицине //Пластические массы. - 1995. - №2. - С. 44 - 47;
3. Марычев С.Н., Калинин Б.А. Полимеры в медицине. ВлГУ, 2020, 68 с;
4. Крыжановский, В. К. Технические свойства пластмасс, учебное пособие для студентов высших учебных заведений. Санкт-Петербург, 2014. - 246 с;
5. Шапиро М.С. Полимеры в медицине. - М.: Медицина, 1985. - 230 с
2002
Noskov N.S., Musin I.N.
Noskov N.S.
Kazan National Research University of Technology (Kazan, Russia)
Musin I.N.
Kazan National Research University of Technology (Kazan, Russia)
PROSPECTS FOR APPLICATION ENGINEERING AND SUPERCONSTRUCTION PLASTICS IN MEDICINE
Abstract: the work will conduct a comparative analysis of plastics and metals used in medicine, their properties, advantages and disadvantages. The technical and economic justification for the use ofplastic materials in medicine and their prospects for the future will also be discussed.
Keywords: engineering plastic, superstructural thermoplastic, medicine, metal, medical products, production.
2003
