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Die Medizintechnik ist ein weites Feld, das viele Arten von Instrumenten, Apparaten, Implantaten, Software und anderen Artikeln umfasst. Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass es auf dem Markt zwei Millionen verschiedene Arten von Medizinprodukten gibt, die in mehr als 7,000 generische Gruppen eingeteilt sind.
Zur Herstellung dieser Gerätevielfalt werden viele verschiedene Materialien verwendet – von Metallen über Thermoplaste und Keramik bis hin zu medizinischen Produkten aus Gewebezüchtung und biologischen Materialien. Jedes Material hat seine individuellen Vorteile für bestimmte Anwendungen, aber ein Material zeichnet sich durch einen anderen Grund aus: Vielseitigkeit.
Medizinisches Silikon
Silikon findet in den meisten Bereichen der Medizintechnik Anwendung, da es hervorragende physikalische Eigenschaften und Beständigkeit gegen chemische und thermische Zersetzung bietet. Am wichtigsten ist vielleicht, dass Silikon chemisch inert ist, was seine Biokompatibilität gewährleistet.
Während das synthetische Polymer im medizinischen Sektor erstmals zur Beschichtung von Glaswaren und Nadeln verwendet wurde, haben Silikonunternehmen in den letzten 60 Jahren eine breite Palette medizinischer Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften und Härtegraden auf den Markt gebracht. Flüssigsilikonkautschuk ist eines der moderneren Konzepte. Bei seiner Einführung veränderte es die Produktionsmöglichkeiten, indem es eine kostengünstigere Verarbeitungsmethode namens Flüssigkeitsspritzguss ermöglichte.
Laut Michael Goglia, Healthcare Market Manager für Amerika bei Elkem Silicones, ist es die Kombination aus Verarbeitbarkeit und hervorragender Biokompatibilität von Silikon, die es zu einem so beliebten Material in diesem Bereich gemacht hat.
„Jedes Mal, wenn ein Material in den menschlichen Körper implantiert wird, kann es manchmal zu einer Fremdkörperreaktion oder FBR kommen, die eine Entzündung um das implantierte Material herum hervorruft. Im Laufe historischer Studien hat sich gezeigt, dass Silikone diese Reaktion hervorragend verhindern können“, erklärt Goglia. „Es hat auch die Fähigkeit, sich mit anderen Substraten wie Thermoplasten zu verbinden, sodass es in Kombination mit anderen Materialien verwendet werden kann, um dem Gerät sowohl eine weiche als auch eine starre Komponente zu verleihen.“
Ein weiterer Faktor für die Vielseitigkeit von Silikon sei die Vielfalt der den Herstellern zur Verfügung stehenden Aushärtungsmechanismen, fügt er hinzu und nennt Beispiele wie die Aushärtung durch Feuchtigkeit bei Umgebungstemperatur, die thermische Aushärtung, die den Prozess durch erhöhte Temperaturen beschleunigt, und sogar UVC-Systeme, die Licht verwenden.
„Darüber hinaus können Silikone heute 3D-gedruckt werden“, bemerkt Goglia. „Sie können mit dem 3D-Druck Prototypen erstellen und diese dann mit herkömmlichen Formverfahren in die tatsächliche Produktion umwandeln.“
Weitere Vorteile und Einsatzmöglichkeiten
All dies hat den OEMs im Medizinbereich eine Welt voller Möglichkeiten eröffnet, die es ihnen ermöglicht, die zahlreichen Vorteile und breiten Verarbeitungsparameterbereiche von Silikon zu nutzen. Aufgrund seiner Biokompatibilität ist es sogar sicher für die Verwendung in langfristig implantierten Geräten wie Stents, Herzschrittmachern und implantierbaren Medikamentenverabreichungsgeräten geeignet.
Da sie sich weich anfühlen und anschmiegsam sind, gibt es auch Silikone, die zur Verbesserung des Patientenkomforts in Druckbetten (Prothetik und Orthesen), Beatmungsmasken und atraumatischen Klebstoffen verwendet werden. Die Hydrophobie des Materials macht es zu einer effektiven Gleitbeschichtung für chirurgische Instrumente und Spritzen, während diese Wasserabweisung auch dazu beiträgt, die Bakterienresistenz zu gewährleisten – ein großer Vorteil für die medizinische Industrie.
Silikon findet auch eine wichtige Anwendung in Diagnosegeräten, die eine Batterie und eine Internetverbindung benötigen, um Aspekte der Patientengesundheit kontinuierlich in Echtzeit zu überwachen. Silikon ist ein Schlüsselmaterial für das Funktionieren dieser Kombination, da es bei niedrigeren Temperaturen als herkömmliche Kunststoffe geformt werden kann und entweder mechanisch oder durch chemische Bindungen an mehreren Substraten haftet.
Es ist leicht zu verstehen, warum Silikon in all seinen verschiedenen Formen zu einem beliebten Material für medizinische Geräte geworden ist. Um weitere Vorteile zu erkunden, werfen wir einen genaueren Blick auf die verschiedenen Arten von Silikon, die in der Industrie verwendet werden.
Arten von medizinischem Silikon
Flüssigsilikonkautschuk (LSR) ist eine beliebte Wahl. Typischerweise wird es in Spritzgussmaschinen verwendet, wo es vollständig und schnell aushärtet, um komplexe Teile mit feinen Details, engen Toleranzen und geringen Schrumpfraten herzustellen.
„Dies ist für Mediziningenieure zum Material der Wahl geworden, da es skalierbar und kostengünstig ist und weithin für seine hervorragenden biokompatiblen Eigenschaften bekannt ist“, sagt Goglia. „Kleinformatige Designs können in einer Tischumgebung auf einer 3D-gedruckten Form erstellt und bis hin zu einer vollautomatischen Multi-Kavitäten-Einspritzumgebung skaliert werden, die rund um die Uhr läuft.“
Hochkonsistenzkautschuk (HCR) hat eine höhere Viskosität und eignet sich besser für hochfeste Form- und Extrusionsprozesse. Zu den typischen Anwendungen gehören pharmazeutische Transferschläuche und Dichtungen, Flüssigkeitshandhabung und Ernährungssonden sowie hochfeste Ballons, die in Kathetern verwendet werden können. Insgesamt können die Leistungsmerkmale von LSR und HCR ähnlich sein und jedes Material bietet eine große Vielfalt an medizinischen Anwendungen. Die Wahl zwischen ihnen hängt in der Regel von den erforderlichen physikalischen Eigenschaften und der Herstellungsmethode ab. Elkem Silicones produziert weltweit Materialien in HCR-Qualität in den USA, Europa und Asien, wobei verschiedene Qualitäten unterschiedliche Leistungskriterien erfüllen.
Andere Formen von Silikon haben Klebeeigenschaften, was sie zu einer großartigen Dichtungslösung für Anwendungen macht, bei denen hochfeste elastische Verbindungen zwischen Substraten erforderlich sind. Diese Materialien sind sowohl in feuchtigkeitshärtenden Einkomponentensystemen als auch in zweikomponentigen Additionshärtesystemen erhältlich. Sie eignen sich hervorragend zum sicheren und effektiven Verkleben von Silikon auf Silikon sowie von verschiedenen anderen häufig verwendeten medizinischen Substraten.
Dieselben Eigenschaften ergänzen die lange Liste von Silikon um eine weitere medizinische Anwendung: die Haftung auf der Haut. Silikonklebstoffe wie Silbione™ Silikon-Hautklebstoffe werden für Wundversorgung, medizinisches Klebeband und Pflaster zur transdermalen Medikamentenverabreichung eingesetzt und sorgen für eine zuverlässige, aber dennoch nicht traumatische und hypoallergene Haftung auf der Haut. Sie ermöglichen außerdem das Entfernen und Ersetzen von Medien im Laufe der Zeit, was eine größere Flexibilität des Patienten ermöglicht.
Bei Raumtemperatur vulkanisierende Silikone (RTV) in medizinischer Qualität bestehen aus einem zweiteiligen System, das leicht gemischt und zu weichen, aber haltbaren Elastomeren ausgehärtet werden kann. RTVs eignen sich ideal für Prothesenauskleidungen, orthopädische Einlagen, Bandagen und Schuheinlagen und bieten Komfort und Biokompatibilität bei der Herstellung von Weichteilen, die mit der Haut eines Patienten in Kontakt kommen.
Silikone sind auch in Gelen und Flüssigkeiten erhältlich. Gele sind sehr weiche Elastomere, die in Geräten wie Kissen und Brustprothesen verwendet werden. Silikonflüssigkeiten werden aus Polydimethylsiloxanflüssigkeiten, -emulsionen und RTV-Gleitmitteln hergestellt und zum Beschichten und Schmieren parenteraler Verpackungskomponenten wie Fläschchen und Spritzen sowie chirurgischer Instrumente verwendet.
Da es Silikon in so vielen verschiedenen Formen gibt und eine Reihe von Vorteilen bietet, verwenden Entwickler medizinischer Geräte häufig verschiedene Arten von Silikon in einem einzigen Gerät. Am Beispiel eines tragbaren Geräts erklärt Philipp Schattling, Projektleiter für Diagnostik und medizinische Langzeitimplantate bei Elkem: „Tragbare Geräte bestehen aus vielen verschiedenen Komponenten und vielen verschiedenen Bausteinen, und jeder Baustein kann unterschiedliche Eigenschaften und Leistungsmerkmale erfordern.“ .
„Das kann eine Herausforderung sein, da man mit nur einer Technologie meist nicht alle Anforderungen abdecken kann. Der Vorteil von Silikonen besteht darin, dass sie ein breites Spektrum unterschiedlicher Technologien abdecken. Wir haben den Kleber, das Dichtmittel, den Klebstoff, das LSR für das Gehäuse und das HCR für die Schläuche.“
Für eine vollständige Auswahl an Silikontechnologien in medizinischer Qualität können OEMs von Medizingeräten die Silbione™-Reihe von Elkem Silicones mit LSR-, HCR-, Silikonkleber-, Silikon-Hautkleber-, RTV-, Silikongel- und Silikonflüssigkeitsprodukten erkunden. Die Materialien bieten außergewöhnliche physikalische Eigenschaften, die den Kunden helfen, ihre Produkte zu differenzieren und eine präzise Endleistung sicherzustellen. Sie sind außerdem auf eine einfache Verarbeitung ausgelegt und sorgen so für eine höhere Produktivität und eine verbesserte Wettbewerbsfähigkeit der Kunden.
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