Wie man das richtige Metall für Medizinisches Gerät
Die Auswahl des richtigen Metalls für Medizinprodukte ist entscheidend für deren Wirksamkeit und Sicherheit.
Ob es sich um robuste rostfreier Stahl oder edles Platin, jedes Metall spielt eine einzigartige Rolle in der Gesundheitsfürsorge und erfordert ein empfindliches Gleichgewicht von Haltbarkeit und Kompatibilität für Implantate und chirurgische Instrumente.
Bei der Auswahl werden Faktoren wie Verfügbarkeit, Flexibilität und Kosten pro Einheit berücksichtigt, die sich auf die Zuverlässigkeit und Funktionalität des Medizinprodukts auswirken.
Dieser Blogbeitrag soll Ihnen bei der Auswahl des geeigneten Metalls für Ihr Projekt helfen!
Wie funktioniert Metall in medizinischen Geräten?
Metall wird seit langem bei der Herstellung von medizinischen Geräten und Instrumenten verwendet, sei es für ImplantateProthesen, chirurgische Instrumente oder andere Ausrüstung.
Metalle müssen strenge Anforderungen in Bezug auf Haltbarkeit, Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität erfüllen, um sicherzustellen, dass sie für die Verwendung im Körper oder auf medizinischen Instrumenten, die mit Körperflüssigkeiten in Berührung kommen, sicher sind.
Es stehen verschiedene Metallarten zur Auswahl, die je nach Verwendungszweck bestimmte Eigenschaften aufweisen, z. B. Verschleißfestigkeit und antimikrobiellen Schutz.
Auch die Anforderungen an den Temperaturbereich müssen bei der Verwendung eines Metalls berücksichtigt werden. Lesen Sie weiter, um mehr über Metalloptionen für medizinische Geräte zu erfahren!
Die Wahl des richtigen Metalls für medizinische Geräte
Bei der Auswahl von Metallen für die Herstellung von Medizinprodukten sind eine Reihe von Überlegungen zu berücksichtigen.
Von den Leistungseigenschaften bis hin zu den gesetzlichen Anforderungen kann die Art des gewählten Metalls weitreichende Auswirkungen auf seine Wirksamkeit haben und wertvolle Erkenntnisse für die Konstruktionsspezifikationen liefern.
Verfügbarkeit
Es gibt eine breite Palette von Metallen wie Edelstahl, Titan, Kupfer und andere, die jeweils einzigartige Eigenschaften für unterschiedliche Anforderungen bei der Konstruktion medizinischer Geräte bieten.
Flexibilität bei der Gestaltung
Ingenieure haben die Möglichkeit, Materialien auf der Grundlage von Leistung, Kosten, Sicherheit, Konformität, Ästhetik, Herstellbarkeit und Nachhaltigkeit auszuwählen, um Geräte für eine optimale Funktion maßzuschneidern.
Kosten pro Einheit
Hochwertige Materialien, die den medizinischen Standards entsprechen, können die Herstellungskosten erhöhen, was die Qualität und Erschwinglichkeit beeinträchtigen kann.
Andere Faktoren wie die mit der Produktion verbundenen Arbeitskosten, die Komplexität der Teile in der Konstruktion und die chemischen Eigenschaften des Materials können sich ebenfalls auf die Kosten pro Einheit während des Herstellungsprozesses auswirken.
Leistungseigenschaften
Die Eigenschaften des ausgewählten Metalls haben einen erheblichen Einfluss auf die Zuverlässigkeit und Funktion eines Geräts, wobei Aspekte wie Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und Haltbarkeit von entscheidender Bedeutung sind.
Edelstahl ist einer der am häufigsten verwendeten Werkstoffe für medizinische Geräte, da er korrosionsbeständig, verfügbar und kostengünstig ist, eine hohe Festigkeit und Haltbarkeit aufweist, seine Form auch unter Belastung oder bei extremen Temperaturen beibehält und ungiftig ist und somit die gesetzlichen Anforderungen erfüllt.
Spezialmetalle wie Nitinol weisen einen Memory-Effekt auf und eignen sich daher ideal für Anwendungen, bei denen eine Formveränderung durch Hitze oder Krafteinwirkung erforderlich ist.
Kupfer hat außerdem einzigartige antibakterielle Eigenschaften, die bei Sterilisationsprozessen hilfreich sein können, und ist dabei im Vergleich zu anderen Metallen wie Gold- und Platinlegierungen, die höhere Preise haben können, kostengünstig.
Einhaltung von Vorschriften
Die Einhaltung der FDA- und ISO-Vorschriften ist für die Zulassung von entscheidender Bedeutung und erfordert eine sorgfältige Materialauswahl, Validierung, Biokompatibilitätstests und die Einhaltung von Normen.
Biokompatibilität
Metalle, die in medizinischen Implantaten verwendet werden, müssen strengen Tests unterzogen werden, um die Sicherheit und Kompatibilität mit Körpergeweben und -flüssigkeiten zu gewährleisten.
Ästhetik und Benutzerfreundlichkeit
Neben der Materialstärke sind Ästhetik und benutzerfreundliche Designelemente für den Produkterfolg von entscheidender Bedeutung und müssen mit den Marketingzielen und dem Nutzererlebnis in Einklang gebracht werden.
Effizienz in der Fertigung
Die Wahl des Metalls wirkt sich auf die Produktionsprozesse aus. Bestimmte Metalle bieten Vorteile wie Hitzebeständigkeit, geringeren Bearbeitungsaufwand und höhere Gesamteffizienz.
Andere Metalle wie Titan weisen ebenfalls hervorragende thermische Eigenschaften auf, einschließlich einer ausgezeichneten Oxidationsstabilität bei höheren Temperaturen, und bieten gleichzeitig optimale mechanische Eigenschaften.
Darüber hinaus ermöglicht Titan, wenn es nachhaltig beschafft wird, den Herstellern, ihre Gesamtkosten zu senken, indem sie leichte und dennoch stabile Komponenten bereitstellen, die sie problemlos in vollständige medizinische Baugruppen integrieren können, ohne das Gewichtsprofil des Geräts wesentlich zu erhöhen.
Sterilisation und Reinigung
Die Art der Sterilisation hängt von den Materialien ab, die bei der Konstruktion des Geräts verwendet werden, und gewährleistet Sicherheit, ohne die Funktion des Geräts zu beeinträchtigen.
Während Dampfautoklaven üblicherweise für harte Materialien wie Edelstahl verwendet werden, muss bei hitzeempfindlichen Komponenten wie Kunststoffen Ethylenoxid (EO) eingesetzt werden.
Für Handstücke, die nicht hitzesterilisiert werden können, kann nach jedem Gebrauch durch einen chemischen Prozess eine hochgradige Desinfektion erforderlich sein, damit sie nicht kontaminiert werden und das Risiko einer Kreuzkontamination verringert wird.
Nachhaltigkeit
Umweltverträglichkeit, Abfallvermeidung, Ressourcenverfügbarkeit und Entsorgung am Ende des Lebenszyklus werden bei der Entwicklung und Produktion von Medizinprodukten immer wichtiger.
Die 11 häufigsten Metallarten in medizinischen Geräten
Von Edelstahl über Gold bis hin zu Iridium: Erfahren Sie mehr über die verschiedenen Legierungen, die häufig in medizinischen Geräten verwendet werden, und ihre Anwendungen.
In dieser Liste finden Sie einen aufschlussreichen Einblick in das moderne Gesundheitswesen.
Rostfreier Stahl
Nichtrostender Stahl ist aufgrund der Kombination von Eigenschaften, Kosteneffizienz und Festigkeit die am häufigsten verwendete Metallart für medizinische Geräte.
Es verfügt über eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und eine hohe Beständigkeit gegen Säureangriffe, was es für biomedizinische Anwendungen wie Platten, Stäbe und Schrauben zur Frakturfixierung sehr haltbar macht.
Austenitische rostfreie Stähle werden aufgrund ihrer einzigartigen Ausgewogenheit zwischen Verformbarkeit und Festigkeit am häufigsten für Instrumente und Implantate verwendet.
Darüber hinaus weist Edelstahl eine gute Biokompatibilität auf, die das Risiko einer Sensibilisierung bei der Implantation in menschliches Gewebe verringert.
In den letzten Jahren wurden nickelfreie austenitische nichtrostende Stähle entwickelt, die mögliche Allergien aufgrund des Nickelgehalts herkömmlicher nichtrostender Stähle reduzieren können.
Kupfer
Kupfer verfügt über eine Reihe von Eigenschaften, die es für die Herstellung medizinischer Geräte gut geeignet machen, wie z. B. elektrische Leitfähigkeit und hervorragende Formbarkeit, die eine hochpräzise Fertigung komplexer Geometrien ermöglicht.
Darüber hinaus verfügt Kupfer über antimikrobielle Eigenschaften, was es ideal für die Verwendung als Oberflächenbeschichtung macht und sogar dazu beitragen kann, bakterielle Infektionen während der Implantation zu verhindern.
Die sichtbare Ummantelung von Kupfer ist besonders hilfreich bei der Herstellung von Teilen für medizinische Geräte, bei denen die Ästhetik des Materials zu einer besseren Nutzbarkeit des Produkts beitragen kann.
Kupfer muss bei der Verwendung in medizinischen Geräten sorgfältig gehandhabt werden. Bestimmte Oxidationsprozesse können jedoch zu einer Verschlechterung der Leistung dieser Teile führen, wenn sie bei der Herstellung nicht richtig behandelt werden.
Titan
Titan ist aufgrund seines beeindruckenden Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht, seiner Langlebigkeit und seiner hervorragenden Korrosions-, Hitze-, Wasser- und Salzbeständigkeit ein beliebtes Metall für die Herstellung medizinischer Geräte.
Seine hervorragenden Eigenschaften machen es zu einer idealen Wahl für implantierbare medizinische Geräte wie orthopädische chirurgische Implantate und Prothesen.
Zusätzlich zu seiner natürlichen Biokompatibilität mit menschlichem Gewebe - was bedeutet, dass es keine allergischen Reaktionen oder toxischen Auswirkungen bei der Verwendung gibt - bietet Titan Hochleistungselemente für viele anspruchsvolle Geräteanwendungen, die Festigkeit bei geringem Gewicht erfordern.
Wenn Sie mehr über Titan erfahren möchten, lesen Sie bitte dieser Blog.
Kobalt Chrom
Die Beliebtheit von Kobaltchrom ist vor allem auf seine ausgewogenen mechanischen und biokompatiblen Eigenschaften zurückzuführen.
Mit ihrer hohen Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit eignen sich Kobalt-Chrom-Legierungen hervorragend für die rauen Betriebsbedingungen im Gesundheitswesen.
Darüber hinaus können die nicht oxidierenden Eigenschaften einen langfristigen Erfolg bei implantierten Anwendungen gewährleisten, so dass es von der FDA für die Verwendung als Medizinprodukt oder Implantat zugelassen ist.
Dieses Material wird nicht nur in Krankenhäusern verwendet, sondern wird aufgrund seiner einzigartigen Kombination aus mechanischen und biokompatiblen Eigenschaften auch häufig in der Zahnmedizin eingesetzt.
All diese Vorteile erklären, warum Kobalt-Chrom zu einem der am häufigsten gewählten Metalle bei der Entwicklung komplexer medizinischer Instrumente wie implantierbarer Defibrillatoren oder orthopädischer Gelenkprothesen geworden ist.
Aluminium
Aluminium ist ein starkes, leichtes, korrosionsbeständiges und verformbares Metall, das in vielen medizinischen Geräten wie Rollstühlen, Gehhilfen, Krücken und anderen Hilfsmitteln verwendet wird.
Es widersteht auch hohen Temperaturen, was es für die Sterilisation während der Produktion nützlich macht.
Aluminium kann auch eloxiert werden, was einen zusätzlichen Schutz gegen Abnutzung bietet und die Langlebigkeit medizinischer Geräte erhöht, während es gleichzeitig eine präzise Kalibrierung in bestimmten Instrumenten ermöglicht.
Es ist eines der wichtigsten Metalle, die für medizinische Instrumente verwendet werden, da es aufgrund seiner Biokompatibilitätseigenschaften im Laufe der Zeit bewiesen hat, dass es Patienten nicht schadet, wenn sie routinemäßig oder gelegentlich damit in Berührung kommen.
Magnesium
Magnesium ist ein leichtes, korrosionsbeständiges Metall, das eine ausgezeichnete Biokompatibilität mit menschlichem Gewebe aufweist, was es zu einem vielversprechenden Material für temporäre Implantate wie Knochenschrauben und -platten macht.
Es ist das achthäufigste Element in der Erdkruste und kommt in Mineralvorkommen auf der ganzen Welt vor.
Magnesium lässt sich auch relativ leicht mit herkömmlichen Bearbeitungsverfahren wie Gießen und Stanzen zu komplexen Formen verarbeiten.
Zu seinen einzigartigen Eigenschaften gehören ein besseres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht als bei anderen Metallen und eine geringe Toxizität bei der Freisetzung als Staub oder Dampf.
Diese erhöhten elektrischen Leitfähigkeiten können die Leistung des Geräts verbessern, die Lebensdauer aufgrund des geringeren Verschleißes der Komponenten während des Gebrauchs verlängern und den Patientenkomfort aufgrund des geringeren Gewichts erhöhen.
Gold
Gold ist ein unglaublich vielseitiges, haltbares und biokompatibles Metall, das sich in der Medizintechnik zunehmender Beliebtheit erfreut.
Dieses Edelmetall wird seit Jahrhunderten für chirurgische Instrumente und Implantate verwendet, da es sehr widerstandsfähig ist und auf die unterschiedlichen Säuregehalte des Körpers reagiert.
Gold wird heute häufig als Beschichtung für medizinische Geräte verwendet und trägt dazu bei, postoperative Infektionen zu reduzieren und schützt gleichzeitig vor Korrosion und Abrieb.
Für Zahnersatz wie Brücken, Kronen, Parodontalschienen und Inlays wird Gold häufig anderen Metallen vorgezogen, da es beim Kontakt mit menschlichem Gewebe keine unerwünschten Reaktionen hervorruft.
Gold eignet sich auch ideal für die Galvanisierung medizinischer Instrumente, bei denen es auf Ästhetik ankommt - der durch die Metallschicht erzeugte helle Glanz kann ein visuelles Feedback oder eine Bestätigung dafür sein, dass ein Instrument genau oder gründlich gearbeitet hat.
Platin
Platin ist ein seltenes und edles Metall, das in der Medizintechnik weit verbreitet ist. Seine einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften machen es zu einem idealen Material für medizinische Geräte wie Herzschrittmacher, implantierbare Defibrillatoren, Katheter, Stents und Krebsbehandlungen.
Im Vergleich zu vielen anderen Metallen ist Platin nicht nur besonders haltbar, d. h. seine Bestandteile sind in der Regel länger haltbar, sondern es zeichnet sich auch durch eine höhere Biokompatibilität im Kontakt mit dem menschlichen Körper aus.
Außerdem lassen sich Legierungen auf Platinbasis nach der Herstellung leichter sterilisieren, was das Risiko einer Kontamination bei Operationen minimiert.
Zusätzlich zu diesem beeindruckenden Leistungsprofil hat Platin die Fähigkeit, die Teilung lebender Zellen zu verlangsamen oder zu stoppen, was es besonders nützlich für Chemotherapeutika macht, die über Drug-Delivery-Systeme oder MIGS (minimalinvasive Glaukomchirurgie) verabreicht werden.
Silber
Silber hat antimikrobielle Eigenschaften und reduziert Infektionen, die durch den Kontakt mit Bakterien und anderen Mikroorganismen von unsterilen Oberflächen verursacht werden.
Seine Kombination aus Festigkeit, Formbarkeit und Haltbarkeit macht es zu einer ausgezeichneten Wahl für Langzeitimplantate oder orthopädische Anwendungen, bei denen es auf Langlebigkeit ankommt.
Darüber hinaus weist dieses Metall bei richtiger Aufbereitung eine hohe Biokompatibilität mit menschlichem Gewebe auf, wodurch sich Silber für kardiovaskuläre Stents und andere komplexe medizinische Geräte eignet, die mit Körperflüssigkeiten oder Gewebe in Berührung kommen.
Gegenwärtig wird Silber vor allem als Bestandteil von Verbundwerkstoffen wie Legierungen verwendet, um den Komponenten medizinischer Geräte spezifische Eigenschaften zu verleihen.
Da es für Sterilisationsverfahren bei Temperaturen weit unter dem Siedepunkt empfänglich ist, können Silberteile und -werkzeuge leicht gereinigt werden, ohne dass ihre Unversehrtheit oder Leistungsqualität mit der Zeit beeinträchtigt wird.
Iridium
Iridium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Ir und der Ordnungszahl 77, das in der Erdkruste vorkommt und nicht radioaktiv ist.
Es ist bekannt für seine hervorragende Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu anderen Metallen. Dieses äußerst langlebige Metall hat auch einen hellen Glanz, der es in jeder medizinischen Anwendung ästhetisch ansprechend macht.
Es wird üblicherweise in Platin-Iridium-Drähten von Herzschrittmachern verwendet. Es zeichnet sich durch Eigenschaften wie Verschleißfestigkeit, geringen elektrischen Widerstand bei hohen Frequenzen und ausgezeichnete Biokompatibilität aus, was es aufgrund seiner Sicherheit und Wirksamkeit in Implantaten zur ersten Wahl bei medizinischen Materialien macht.
Tantal
Tantal ist eine wichtige Metalloption für Hersteller von Medizinprodukten, da es eine ausgezeichnete Biokompatibilität, hohe Korrosionsbeständigkeit und das Potenzial zur Förderung der Osseointegration bietet.
In Kombination mit anderen Elementen wie Eisen oder Niob kann Tantal zu einer starken Legierung verarbeitet werden, die gleichzeitig leicht und hochflexibel ist.
Diese Eigenschaften machen Tantal zu einer perfekten Wahl für die Herstellung komplizierter und dennoch haltbarer Komponenten biomedizinischer Geräte wie Herzschrittmacher, orthopädische Implantate, Scheren, Stents und vieles mehr.
Abgesehen von diesen Vorteilen eignet sich das Material aufgrund seiner unmagnetischen Beschaffenheit ideal für den Einsatz in MRT-kompatiblen medizinischen Geräten wie Scankathetern oder Lasersonden, die sich sicher durch enge Räume im Körper bewegen müssen, ohne dabei Risiken durch Magnetfeldstörungen einzugehen.
Schlussfolgerung
Hersteller medizinischer Geräte müssen bei der Auswahl von Metallen und Legierungen für ihre Produkte kritische Entscheidungen treffen und dabei Faktoren wie Sicherheit, Leistung, Vorschriften, Fertigungseffizienz und Kosten berücksichtigen.
Spezialmetalle wie Edelstahl, Titan, Kobalt-Chrom-Legierungen, Niob oder Nitinol bieten Vorteile wie Festigkeit, geringes Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und einzigartige Eigenschaften für komplizierte medizinische Anwendungen.
Die Kenntnis der Vorteile, Kosten und Grenzen der einzelnen Materialien hilft dabei, eine sachkundige Entscheidung für bestimmte Anwendungen von Medizinprodukten zu treffen.
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