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2024年12月23-24日 | 苏州国际博览中心A馆

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医疗器械制造展Medtec China解密血管介入:高分子材料应用及国产医用高分子材料的兴起

2024-03-20

医用高分子材料

一:医用高分子材料

是指用以制造人体内脏、体外器官、药物剂型及医疗器械的聚合物材料,其来源包括天然生物高分子材料和合成生物高分子材料。按照材料的性质,医用高分子材料又可分为生物惰性高分子材料和可生物降解两大类。
1)惰性高分子材料
惰性高分子材料是指在生物环境下呈现化学和物理惰性的材料,其在生理环境中能够长期保持稳定,不发生降解、交联和物理磨损,具有良好的力学性能。这些材料包括:聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚砜、聚四氟乙烯(PTFE)、硅橡胶、聚氨酯、聚醚醚酮、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯酸类、聚丙烯酞胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)等。在生物惰性高分子材料医学领域中主要用于体内植入材料(implants),如人工骨和骨关节材料,器官修复材料,其次用于人造组织和人造器官的制造。
2)降解性高分子材料
降解型高分子材料是指在特定的环境条件下,其化学结构发生显著变化并造成某些性能下降的能被降解的材料。生物降解高分子材料在一定的条件下、一定的时间内能被细菌、霉菌、藻类等微生物降解。医用可降解生物材料包括:胶原、脂肪族聚酯、甲壳素、纤维素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚乳酸(PLA)、聚己内酯、聚碳酸酯、聚原酸酯类、聚酸酐类、聚磷腈等,这些材料能在生理环境中发生结构性破坏,且降解产物能通过正常的新陈代谢被机体吸收或排出体外,主要用于药物释放载体及非永久性植入器械。如手术缝合线、骨外科手术过程中的骨骼固定的骨水泥、骨钉等。

医用高分子材料的特点

一:血管介入类高分子材料的特点

1)力学性能稳定
医疗器械制造展Medtec China认为,临床使用过程中生物医用高分子材料必须具备匹配的强度,可完成机械制造以及治疗或者护理任务,耐疲劳度,确保该器械可长时间辅助或完成治疗及护理任务,耐磨性及尺寸稳定性强。
2)化学惰性较好
生物医用高分子材料在与人体接触时,不论是血液、体液、皮肤还是相关组织均不可出现任何的化学反应,防止排异反应,避免在治疗、检验或者护理过程中发生炎性反应。
3)物理性能稳定
医用高分子材料必须保持物理性能稳定,要求该物质在经过消毒、灭菌等操作过程中仍然保持原有形态及性能,要求该物质必须具备耐高温、耐高压等物理特性。
4)良好的生物相容性
生物的相容性不仅仅体现在组织相容性及血液相容性两个方面,还需要满足降解产物可吸收性这一点,才可确保植入后不会产生排异反应。

医用高分子材料的应用-尼龙篇

血管介入领域使用的医用高分子材料种类繁多,按照材料用途进行分类可以分为:通用高分子材料、工程高分子材料、特种工程高分子材料、超级工程高分子材料;如果按照材料结晶形态进行划分的话可以分为结晶高分子与非结晶高分子,以下小编将介绍各分类中的典型代表材料,如有分析不当之处请及时联系小编进行更正;
图1,高分子材料金字塔分类模型

2-PA(尼龙)材料性能与应用

一:简介

PA,聚酰胺,俗称尼龙,是一种性能优良的工程塑料,具有优异的力学性能,突出的耐腐蚀、耐油性、耐热性、高模量等优点。对其进行增强、阻燃改性,可以显著提高其耐热性、模量尺寸稳定性及阻燃性,广泛应用于汽车、电子电气、电动工具等行业。PA中的主要品种是PA6和PA66,占绝对主导地位,其次是PA11,PA12,PA610,PA 612等。

二:特点

尼龙作为大用量的工程塑料。广泛用于机械、电器、纺织器材、化工设备、航空等领域。成为各行各业中不可缺少的结构材料,其主要特点如下:

a)优良的力学性能,机械强度高,韧性好。

b)优良的耐热性,如尼龙46等高结晶性尼龙的热变形温度很高,可在150℃下长期使用;PA66经过玻璃纤维增强以后,其热变形温度达到250℃以上。

c)优异的电绝缘性能,尼龙的体积电阻很高,耐击穿电压高,是优良的电气、电器绝缘性材料;

d)自润性、耐摩擦性好,尼龙具有很好的自润性,摩擦系数小,从而作为传动部件使用寿命长;

e)优良的耐气候性;

f)吸水性:尼龙的吸水性大,饱和水可达到3%以上。在一定程度影响制件的尺寸稳定性;

三:PA6与PA66的区别

1)物理特性区别

尼龙6(PA6)为聚己内酰胺,而尼龙66(PA66)为聚己二酸己二胺,PA66比PA6要硬l2%,PA6的化学物理特性和PA66很相似,然而,它的熔点较低,而且工艺温度范围很宽。它的抗冲击性和抗溶解性比PA66要好,但吸湿性也更强,PA66是一种半晶体-晶体材料,有较高的熔点,在较高温度也能保持较强的强度和刚度。

2)产品性能区别

PA6:具有优异的热稳定性,高耐热性;抗冲击性和抗溶解性优于PA66,材料尺寸稳定性好;高表面质量;防翘曲性好;

PA66:具有优良的耐磨性,耐高冲击性好,尺寸稳定性好。

3)用途的区别

PA6:一般用于汽车零部件、机械部件、电子电器产品、工程配件等产品;

PA66:广泛应用于汽车工业、仪器壳体以及其它需要有抗冲击性和高强度要求的产品,如船用螺旋桨、齿轮、滚子、滑轮、辊轴、泵体中叶轮、风扇叶片、高压密封圈、阀座、垫片、衬套、各种把手、支撑架、电线包内层等。

3-PA(尼龙)材料医疗器械中的应用

一:尼龙弹性体

尼龙弹性体(TPAE)是热塑性聚酰胺弹性体的俗称,指由高熔点结晶性聚酰胺(尼龙)硬链段和非结晶性的聚醚或聚酯软链段组成的一类嵌段共聚物。

分子式为:

材料结构为:

(1)物性对比

(2)材料特点

1)拉伸强度及低温抗冲强度高,柔软性好,弹性回复率高,在低温达-40~0’℃的低温环境下,仍能保持冲击强度和柔韧性不发生变化;

2)曲挠性变化小,有良好的耐磨性及曲挠性,其耐性可以与相同硬度的热塑性聚氨酯(PU)和聚醚酯相美;

3)耐化性能优异,相比较于其他热塑性弹性体(TPEEITPU/TPV等),在化学环境复杂的情况下,更耐受;

(3)应用场景

造影导管/PTCA球囊导管/微导管/中间导管/指引导管等医用介入导管;如下图2所示。

图2,尼龙弹性体应用举例

(4)国产尼龙弹性体优势

1)医疗器械制造展Medtec China发现,根据软、硬段的百分含量和种类,尼龙弹性体硬度分布广泛;市面上大部分类型:长碳链尼龙+聚醚醇(Arkema/赢创等外资巨头),国内捷脉新材料(上海)有限公司:长碳链尼龙+聚醚胺,相比较进口树脂,具有交期更快、成本更低、成型稳定的优势,材料经过了生物学评价,可安全使用;

2)国内捷脉新材料(上海)有限公司:尼龙弹性体(TPAE)还原物质远低于PEBAX材料还原物质;

3)国内捷脉新材料(上海)有限公司:尼龙弹性体(TPAE)硬度失效少,制成导管后,抗弯折能力相比于PEBAX更佳。

4)国内捷脉新材料(上海)有限公司:尼龙弹性体(TPAE)吸水率更低,经过血液或液体浸泡,支撑力等力学性能相比于PEBAX更佳。

捷脉新材料(上海)有限公司产品规格:TPAE A 对标PEBAX 7233;TPAE B对标PEBAX 6333;TPAE C 对标 PEBAX 5533;TPAE D 对标 PEBAX 4533。

二:透明尼龙

透明尼龙是通过脂肪环二元胺和二元酸缩合产生的,为非晶结构或微晶结构聚酰胺,为非晶结构或微晶结构聚酰胺,是众多高分子透明材料中的一员。透明尼龙因具有优于其他透明塑料的耐油、耐腐蚀、耐磨、耐划痕等性能,广泛用于汽车、电子电气、机械、光学、体育、医疗器械等领域。
(1)物性对比

(2)材料特点

1)透明度:一般透明材料按照透明度从大到小的顺序为PMMA、透明尼龙、玻璃、电脑。透明尼龙的透明度仅次于PMMA、厚度2mm的透明尼龙,对可见光的透过率超过90%,能够满足最严格的应用需要;

2)耐药性:透明尼龙耐稀酸、碱、脂肪族烃、芳香族烃、酯类、醚类、油、脂肪,耐环境压力裂纹性优于PC和PMMA。

3)低吸水率:相较于PA6和PA66,极低的吸水率;

4)低密度:透明尼龙密度为0.99~1.1 g/cm,低于PC和PMMA。密度低意味着更舒适的顾客体验,例如更轻的运动眼镜和太阳镜的生产。

5)耐磨性:透明尼龙经常用作外壳,比标准规格的PC和PMMA材料具有更高的耐磨性和耐磨性。

6)灵活性:PC和PMMA是弯曲模量大、硬的材料,但透明尼龙柔软性高、形状记忆能力强,可以生产更柔软的产品。

(3)应用场景

医用领域,透明尼龙的高强度和耐化性能也使其脱颖而出,在医疗器械零部件上大放异彩。值得注意的是,尼龙的耐温性能会是其在医疗领域(消毒)中是否能够突破应用限制的关键因素。

图3,透明尼龙应用举例

(4)国产透明尼龙优势
1)捷脉新材料(上海)有限公司:透明尼龙相比较于EMS TR系列更加透明,不泛黄。
2)捷脉新材料(上海)有限公司:透明尼龙可配合国产尼龙弹性体导管/PEBAX管进行一体注塑成型,省去胶水,可直接粘接尼龙弹性体,不但提高粘接强度,又提高生产效率。
3)相较于PC(聚碳酸酯)/PP/ABS等材料,捷脉新材料(上海)有限公司:透明尼龙的耐药品性、耐化性、耐开裂更具有优势。

三:长碳链尼龙

长碳链尼龙–高性能特种聚酰胺,通过直链脂肪族二元胺和直链脂肪族二元酸缩聚产生。其中癸二酸和癸二胺都是通过多步化学过程从可再生生物原料蓖麻油中获得;
捷脉产品有如下规格:
(1)物性对比

(2)材料特点

1)相比较于PA6和PA66,拥有极低的吸水率2%-3%(饱和);
2)优异的耐化、耐候、耐水解的性能;
3)尺寸稳定,不容易发生变化;
4)低密度,1.03g/cm³-1.075g/cm³ ;
(3)应用场景
主要应用于球囊导管、介入导管等;

图4;长碳链尼龙应用举例

(4)推荐规格
1)高粘度PA610 对标EMS L25 球囊远端外管&连接管;
2)中粘度PA610 对标 ML25/ML21/L1940 硫酸钡改性加硬;
3)高粘度PA1012 对标 EMS L25 球囊远端外管&连接管;
4)中粘度PA1012 对标 ML25/ML21/L1940 硫酸钡改性加硬。

四:聚烯烃管

以4-甲基-1-戊烯为基础的烯烃共聚物,其润滑性能等同于氟材料一种高性能树脂,是氟材料最佳替代产品结构特点如下:

(1)材料特点

1)低密度:833KG/m³;
2)易剥离性,表面张力24N/m(氟树脂:20N/m);
3)耐化学药品、耐蒸煮;
4、环保可降解、不含卤素等物质;

(2)性能特点

该材料表面张力低,仅次于氟树脂。在半成品管材上,表面润滑表现几乎与氟树脂同等,耐化性能优于聚烯烃(PP&PE)类其他材料;

与PTFE对比有以下优势:
1)易加工,可注塑、挤出、拉膜、涂敷等等;
2)可降解材料,符合去氟化的趋势;
3)可硫酸钡改性,无腐蚀性;

4)省略蚀刻工艺,相较于PTFE蚀刻管,成本低(接枝技术);

(3)应用场景

介入血管鞘的鞘管或扩张器应用、指引导管、血管鞘等介入导管产品内层Liner结构;

图5;聚烯烃管应用举例

5-玻纤增强尼龙PA6/PA66

五:玻纤增强尼龙PA6/PA66
(1)定义

尼龙6单体为己内酰胺,是由己内酰胺聚合而成的高分子化合物。为了提高尼龙6的机械特性,经常加入各种各样的改性剂。玻纤就是最常见的添加剂;

尼龙66一般是由己二酸和己二胺缩聚制得。通过玻璃纤维改性,制成增强尼龙66以提高刚性,降低蠕变性,并使制品的成型收缩率变小、尺寸稳定性变好。
(2)特点

1)良好的生物相容性:不会对人体组织产生刺激或过敏反应,可安全用于医疗器械;并且具有稳定化学性质,不会与人体组织或体液发生反应;

2)高的强度和刚度:可以承受较大的载荷,满足医疗器械对机械性能的要求;

3)优异的抗冲击性能:可以承受较大的冲击载荷,防止医疗器械在使用过程中因撞击或跌落而损坏;

4)耐腐蚀性和耐化学性:可以耐受各种酸、碱、盐、有机溶剂和化学试剂的侵蚀,确保医疗器械的长期使用寿命。并且具有较高耐温性和较强的抗紫外线能力,防止老化或变色,确保外观和性能的稳定性;

5)良好的电绝缘性和阻燃性:防止电击和触电事故发生,并且可以防止医疗器械在使用中发生火灾,确保安全;

6)良好的透射性:可以透射可见光、红外线和紫外线,减少光线在透射过程中的损失,保证医疗器械具有清晰的图像和良好的可见性;

良好的可塑性和可成型性:可以采用多种成型工艺,如模压、注射成型、拉挤成型和缠绕成型,满足不同医疗器械的大规模生产。

三、产品规格

PA6-GF10~60 *玻纤含量范围可进行调整;
PA66-GF10~60 *玻纤含量范围可进行调整 。

四、应用场景

尼龙玻纤主要用于医疗植入物、医疗设备、医疗包装、医疗实验室用品、医疗防护装备、医疗器械耗材;

图6;玻纤增强尼龙应用举例

其他树脂介绍及应用

一:PC合金
(1)定义
PC与ABS共混制得,该材料既具有PC树脂的优良耐热耐候性、尺寸稳定性和耐冲击性能,又具有ABS树脂优良的加工流动性;
(2)特点

1)优良的外观性,可用于外饰件;

2)易于进行注塑加工,流动性佳;

3)可染色,进行颜色定制;

4)耐热、耐候性佳,适用于暴露在室外器件;

(3)产品规格

PC/ABS *可定制各种颜色,如:瓷白、乳白、亮白等 ;

(4)应用场景

1、案例产品:压力泵传动齿条护套/压力泵装饰盖材质:PC/ABS;

2、要求:①老化试验后不会开裂②定制颜色 ③无明显黑点;

二:ABS医疗级

(1)产品简介定义

ABS塑料是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体的三元共聚物,三种单体相对含量可任意变化,制成各种树脂。

(2)产品特点
1) 优良的外观性,可用于外饰件;
2) 易于进行注塑加工,流动性佳;
3) 可染色,进行颜色定制;
4) 耐热、耐化性能好,耐候性佳;
5) 符合ISO10993相关医疗级认证;
(3)产品规格
ABS *可定制各种颜色,如:瓷白、乳白、亮白等 ;
(4)应用场景

ABS在医疗上的应用主要用作外科工具、滚筒夹子、塑料针、工具盒、诊断器件和助听器外壳,特别是一些大型医疗设备的外壳。

三:PC医疗级/普通级

(1)产品简介

PC是一种强韧的热塑性树脂,其名称来源于其内部的-O-C(=O)-O-基团。可由双酚A和碳酰氯(COCl2)合成。熔融法和光气法是生产PC的主要工艺。

(2)产品特点

1)外观透明,透过率最高可达到90%以上;

2)高分子树脂中,抗冲击性能优异;

3)具备一定的耐化学性能,可进行各种方式的消毒;

4)成本相对低廉;

5)部分牌号符合ISO10993相关医疗级认证;

(3)产品规格

1)PC医用级/食品级 从低融指到高融指;

2)PC普通级 从低融指到高融指;

(4)应用场景

注射器套筒、旋塞阀、Y型阀、T型阀、医用接头等。

四:无菌硬质吸塑盒 PETG/GAG/APET材质
(1)产品简介

PETG属于非晶型聚脂,对于三类医疗器械生产厂商,PETG硬吸塑包装是再熟悉不过了。在中国大陆多为淡蓝透明材料,材料厚度多在0.5-1.0之间,不仅外观高端大方,且适合于环氧乙烷(EO)、辐照(γ或e-beam)、低温等离子等多种灭菌方式。

PETG材料易于生产出造型复杂及拉伸比较大的制品。具有较好的坚韧性、耐候性、环保型。因此用PETG材料所制成无菌硬质包装盒,也同样具备了卓越的冲击强度和韧性、优异的耐化学性能。充分满足其加工性能和终端应用(如:卡扣固定和洁净开启)。也是咱们医疗器械无菌包装的首选材料。

(2)产品特点
1)足够的机械强度,可抵御外力冲击;
2)可染色,可透明;
3)可选材质较多,APET/GAG/PETG等;
4)耐高温、低温,抗开裂性能优异;5)符合ISO10993相关医疗级认证

五:显影等改性

改性种类:硫酸钡树脂改性/三氧化二铋树脂改性/玻纤改性/染色(潘通)/加硬。

Medtec China同期举办ADTE高端有源医疗装备技术展,展示品类涵盖芯片传感,集成电路,连接器线束,电源电机,软件配套,AI,5G智慧医疗,影像设备核心组件,光学组件,内窥镜部件,激光器,成像解决方案等。历年来参展品牌包括:海康慧影,雷莫,夸迈,欧卓斯,环球特科,为实光电,嘉恒中自 ,远讯光电,毕科电子,庆泰线缆,程业五金,雨菲电子,高拓,踢踢,永征,三平影像等,点击报名参展为您拓展商机。

文章来源:MedTalk of Vascular

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