Kde nalezneme plasty v medicíně?

Při návštěvě ordinace lékaře se setkáváme s plastovými výrobky, jako jsou injekční stříkačky, plastové rukavice, náplasti a léky balené v plastových obalech. Avšak pobyt v nemocnici znamená pro pozorného pozorovatele přímo explozi plastových dílů. Plasty jsou součástí moderních lůžek a chirurgické nástroje a přístroje pro vyšetření a léčení pacientů by bez plastových dílů nemohly vzniknout. A zajištění sterilního prostředí si bez jednorázově používaných plastových výrobků již ani neumíme představit.

Obr. 1 Kyčelní kloub – vložka UHMW PE firmy Endoimplant

Vlastnosti plastů umožňují oproti klasickým materiálům snadnou zpracovatelnost – plasty lze zpracovávat a upravovat vstřikováním, obráběním, vytlačováním, válcováním, litím a svařováním. Plasty se vyznačují mimořádnou tvárností zejména při zvýšené teplotě, která je umožněna jejich skladbou z vláknitých, řetězovitých makromolekul. Významným faktorem širokého uplatnění plastů v medicíně je zdravotní nezávadnost, sterilita a v neposlední řadě i výhodný poměr mezi užitnými vlastnostmi a cenou.

Lze rozdělit do tří kategorií:

1. Plastové výrobky určené pro jednorázové použití – k nim řadíme injekční stříkačky, sáčky, tkaniny, netkané textilie, plastové obaly.
2. Plastové díly zajišťující bezchybnou funkci lékařských přístrojů a strojů určených pro výrobu léků. Plasty jsou součástí dialyzátorů, tomografů, přístrojů pro okysličování krve a z plastů jsou také různé hadičky a spojovací prvky lékařských přístrojů, katétry či laboratorní potřeby.
3. Plastové implantáty umístěné přímo do lidského těla – jedná se kloubní náhrady, zubní implantáty, kontaktní čočky, srdeční chlopně, cévní protézy.

Jedním z materiálů, který nalezl uplatnění ve všech třech kategoriích, je polyetylen. Jedná se termoplastický polymer složený z uhlíku a vodíku (CH2-CH2)n, jenž vytváří několik druhů. Použitou technologií výroby vzniká polyetylen s různým rozsahem větvení řetězce, krystalinity a rozdílných molekulových hmotností (s velmi nízkou, střední a s ultravysokomolekulovou hmotností), což se odráží především v jeho mechanických vlastnostech, jež předurčují různé oblasti použití.

Do první kategorie výrobků z nízkohustotního polyetylenu (LDPE) jsou řazeny injekční stříkačky, farmaceutické lahve, ale patří sem i polyetylenové sáčky, fólie a netkané textilie. Tedy výrobky určené pro jednorázové použití. Důvodem, proč polyetylen (LDPE) nalezl široké uplatnění u lékařských výrobků jednorázové spotřeby, je jeho snadná tvárnost, čirost a nízké náklady na výrobu při zajištění sterility.

Do druhé kategorie patří plastové díly z vysokomolekulárního (HDPE) a ultravysokomolekulárního (UHMW PE) polyetylenu, které zajišťují správnou funkci farmaceutických přístrojů, strojů a výrobních linek, kde se plní plastové lahvičky léky a roztoky. Díly z polyetylenu (HDPE a UHMW PE) se vyznačují vynikajícími mechanickými vlastnosti, výbornou kluzností, otěruvzdorností a chemickou odolností. Tyto vlastnosti jsou využity především u dílů plnicích, etiketovacích strojů a dopravních linek určených k výrobě léčiv a lékařských přípravků. Další vynikající vlastností materiálu HDPE a UHMW PE je možnost vyrábět z něj modifikované typy materiálů s požadovanými vlastnostmi.

Materiál „S“ plus+AB obsahuje speciální aditiva s antibakteriálními vlastnostmi, které brání růstu bakterií a mikrobů na povrchu mezi 99,96 až 99,99 %. V porovnání s materiály bez speciálních aditiv efektivně brání vytvoření biofilmů.

Materiál „S“ plus+Bright ESD světle šedý je vyvinut pro prostředí, kde jsou ve farmacii povinné světlé povrchy. Materiál splňuje náročné hygienické nároky a antistatičnost při zajištění vysoké vodivosti odbouráním povrchového napětí uzemněných částí.

Ve třetí kategorii, kam řadíme plastové implantáty umístěné přímo do lidského těla, nalezneme kloubní náhrady (kyčelní a kolení), které jsou vyráběny z ultravysokomolekulárního polyetylenu (UHMW PE) se speciální úpravou povrchu a kvalitní sterilizací. Důvodem použití polyetylenu u kyčelních a koleních náhrad jsou výborné mechanické vlastnosti, houževnatost, tuhost, pružnost, otěruvzdornost, kluznost, odolnost vůči absorpci tekutin a především biokompatibilita při zaručení necytotoxicity a nehemolyticity. Ozařováním povrchu kloubní náhrady docílíme síťování polymeru a významného zvýšení odolnosti vůči oxidačnímu poškození (degradaci), což vede k prodloužení životnosti. Sterilizaci dílců z polyetylenu umožňuje klasické gama ozáření nebo využití biokompatibilních stabilizátorů.

Lékařská technologie vyžaduje speciální přístroje, stroje k výrobě léků, ale i vybavení nemocničních pokojů. Vlastnosti plastů předurčují jejich použití v medicíně a farmacii, přičemž technologie výroby musí zaručit stanovené hygienické standardy. Plasty mají velmi rozmanité vlastnosti a žádný plast nedokáže pokrýt celou škálu požadavků. Plasty jsou rezistentní vůči dezinfekčním prostředkům a rozpouštědlům, teplotně odolné i vůči přehřáté páře používané ke sterilizaci. Plasty musí mít vhodné elektrické vlastnosti a schopnost odolávat gama záření, UV záření a součastně být viditelné v rentgenových snímcích. Dále musí odolávat hydrolýze a nesmí absorbovat tekutiny. Plastové díly musí být stálobarevné a povrch musí mít odolnost proti vzniku trhlin i při dloudobém používání. U všech materiálů s těmito výjimečnými vlastnostmi použitých při aplikacích v lékařství a medicíně výrobce dokládá požadované certifikáty zdravotní nezávadnosti a během výroby musí zajistit tam, kde to dílce vyžadují, sterilitu výrobního prostředí.

Výrobce přidává přísady – aditiva – do polymerů a tak odstraňuje jejich nedostatky nebo zlepšuje jejich zpracovatelnost. Mezi nejčastější odstraňované nedostatky patři malá odolnost vůči degradaci (je nutno přidávat tepelné a světelné stabilizátory, stabilizátory pro UV záření, antiozonanty, antioxidanty). K dalším nevhodným vlastnostem patří možnost vzniku elektrostatického náboje na povrchu, nedostatečná houževnatost a tvrdost, omezená odolnost vůči chemikáliím, malá tvrdost za tepla atd.

Podíl spotřeby komoditních plastů,ke kterým patří polyetyleny (LDPE), polypropyleny (PP) a polyvinylchloridy (PVC), polystyrenové plasty (PS a HPS) a výrobky z nich, jež jsou určeny pro jednorázovou spotřebu, činí z celkové spotřeby plastů v medicíně 25 %. Mnohatisícové série dílců se vyrábějí především vstřikováním. Druhou významnou skupinou jsou technické (inženýrské) plasty s vynikajícími mechanickými vlastnostmi, a proto se v medicíně často používají pro různé konstrukční prvky přístrojů. Na celkové spotřebě se podílejí zhruba 12 %. Hlavními zástupci jsou ultravysokomolekulární polyetylen (UHMW PE), polyetereterketon (PEEK), polyvinyliden (PVDF), polytetrafluoretylen (PTFE), polyamid (PA), polykarbonát (PC), polyacetal (POM) a polysulfon (PSU). Dílce se vyrábějí třískovým obráběním, případně vstřikováním či lisováním.

Dvě hlavní skupiny plastů doplňují reaktoplasty, které se podílejí na spotřebě v oboru cca 9 %, a elastomery, které se v oboru medicíny používají hlavně ze skupiny termoplastických elastomerů (TPE) s podílem spotřeby necelých 5 %. Nacházejí použití v celé řadě aplikací, z hlavních se uvádějí různé hadičky a spojovací prvky lékařských přístrojů.

Z výše uvedeného vyplývají náročné požadavky na znalosti, ale i na schopnosti výrobce plastových dílů zajistit spolehlivé fungování přístroje, strojního zařízení či výrobní linky nejen z pohledu mechanického, ale i materiálového, neboť nevhodně použitý materiál může v dloudobém časovém horizontu ovlivnit funkci přístroje a tím ohrozit život pacientů.

Společnost Murtfeldt plasty, s. r. o., obrábí technické plasty používané ve farmacii a medicíně a nabízí profesionální a odborné technické poradenství získané ve spolupráci s mateřskou firmou z německého trhu a dvacetileté zkušenosti z České republiky a Slovenska.

Zpracoval: Ing. Libor Galatík

libor.galatik@murtfeldt.cz

Tab. Aplikace syntetických nerozložitelných polymerů v medicíně