Zdravotnická technika: sériově připravená s plastem

(Obrázek: ©Rodinger Kunststoff-Technik GmbH)

Průhlednost je jedním z nejdůležitějších kritérií při výběru plastů pro zdravotnické součástky. Průhledné kryty – jako zde na obrázku naskládané – umožňují analytické procesy pomocí mikroskopie, kamerové techniky nebo fluorescenčních měření. (Obrázek: ©Rodinger Kunststoff-Technik GmbH)

Malé dutiny v laboratoři na čipové cartridge (vpravo na obrázku): Složitá a jemná geometrie, jako je tato, může být díky vysoce přesné nástrojové technice a určitým plastům ve vstřikovacím procesu efektivně vyráběna. (Obrázek: ©Rodinger Kunststoff-Technik GmbH)

Plast je v medicínském průmyslu žádaným materiálem. To začíná u obalových výrobků, například vnějších dílů inzulinových per, přes diagnostické díly, které přicházejí do styku s látkami, jež jsou následně likvidovány, až po produkty, které přicházejí do kontaktu s látkami, jež jsou později znovu zaváděny do těla. V závislosti na oblasti použití existují různé předpisy a schválení pro plasty, které jsou uváděny pod označením Medical Grades. Základní požadavky na plasty třídy Medical jsou úplná sledovatelnost použitých výrobků a surovin, biokompatibilita, chemická odolnost, sterilizovatelnost a také spolehlivost dodávek.

Ačkoli v pozdější sériové výrobě dominují plasty, jsou produkty během vývojové fáze často testovány v laboratorních podmínkách s alternativními materiály, jako je sklo, kov nebo silikon. Především z ekonomických důvodů a dostupnosti se využívají standardní položky, které jsou na trhu k dispozici. Patří sem například Petriho misky, titrační destičky, květináče nebo skleněné destičky. Protože v laboratoři jsou procesy analyzovány například mikroskopií, kamerovou technikou nebo fluorescenčními měřeními, je transparentnost jednou z hlavních požadavků na používané pomůcky, což je především u skla. Existují však i transparentní varianty plastů. Sklo však vykazuje mírně vyšší průhlednost.

Plasty pro složité struktury

V mnoha případech, například u složitých laboratorních čipů, jsou standardní pomůcky vhodné pouze pro základní pokusy. Pokud se jedná o podrobnější vývoj procesů pro sériovou výrobu, vyžadují složité geometrie a mikrofluidní kanály jiné materiály, například určité plasty. Ty umožňují výrobu takových jemných struktur s minimální spotřebou energie.

První prototypy lze realizovat pomocí hlubokého tažení nebo sádrových nebo silikonových odlitků. Zde jsou jednorázové náklady na formovací nástroje přiměřené. Naopak výroba plastových dílů v laboratoři je relativně složitá a spojena s určitými kompromisy v kvalitě. Když pak začne sériová výroba vstřikováním, je poměr nákladů přesně opačný: investice do formy je vysoká, ale plastové díly lze s ní vyrobit ve velkém množství za nízké náklady.

Kompromisy v optice a volnosti tvarování

Použití plastů ve sériové výrobě medicínských a diagnostických produktů však může přinést určitá omezení. Zejména v oblasti optiky je třeba dělat kompromisy. Existují sice velmi průhledné plasty, které však nedosahují optických vlastností skla. Další omezení se týkají volnosti tvarování. Při vstřikování plastů musí být díly navrženy tak, aby šly uvolnit z formy. Navíc jsou při vstřikování nutné uvolňovací drážky, které ovlivňují volnost tvarování. Stěny dílu musí být při uvolnění vždy mírně šikmé, obvykle 0,5 až 3 stupně, ve vzácných případech až 10 stupňů. „To je téměř neviditelné opticky, ale pro tvarování je to nezbytné,“ vysvětluje Harald Höcherl, vedoucí techniky procesů ve společnosti Rodinger Kunststoff-Technik GmbH (RKT). „Obvykle nám tyto podmínky ve výrobě nedělají problém.“

Zpracování medicínsky kompatibilních plastů

Určení vhodného plastu pro konkrétní medicínskou nebo medicínskou technickou aplikaci je velmi široké téma. Zejména v medicíně se často používají plasty COC – především v diagnostice –, protože jsou vysoce průhledné, vykazují velmi nízkou optickou anizotropii a jsou také biokompatibilní. Pokud jde o hromadné výrobky, například jednorázové produkty, používají se převážně levné hromadné plasty, jako je PP, PE nebo PS, pokud to mechanické vlastnosti dovolí. Díly s vysokými mechanickými nároky (například vnitřní části inzulinových per) jsou vyráběny z technických termoplastů, jako jsou POM, PA nebo PPA. K nahrazení kovových dílů se často používají technické plasty s vysokým podílem vláken (skleněných nebo uhlíkových). Kryty jsou převážně vyráběny z nárazuvzdorných plastů, jako jsou ABS, PC/ABS, polyamidy nebo PBT.

„Při zpracování různých plastů je důležité znát určité technické finty a triky, aby bylo možné dosáhnout u každého materiálu co nejlepšího výsledku,“ říká Harald Höcherl. Výzvou může být například velmi malý rozměr dílu, který vyžaduje speciální vybavení při vstřikování, například mikrospritzové jednotky. U průhledných plastů COC je zase trikem zabránit žloutnutí; Harald Höcherl: „COC je velmi náchylné k kyslíku a při tavení se s ním spojuje, což způsobuje žloutnutí. Proto je třeba při zpracování oblast naplnit dusíkem. Tím se kyslík při tavení udrží mimo dosah.“ Navíc je COC relativně křehké a náchylné ke vzniku napěťových trhlin. Zde je důležité mít pevnější uvolňovací drážky. Další výzvou v zpracování plastů jsou požadavky na čisté prostory při výrobě určitých dílů pro diagnostiku. Podle požadavků zákazníka se zjišťuje, jaká třída čistého prostoru je pro daný produkt vhodná, zda jsou potřeba další testy na sterilitu, a podle těchto požadavků RKT navrhuje výrobní buňky v čistých prostorách.

RKT podporuje vývoj procesů

RKT se mimo jiné specializuje na doprovázení vývoje procesů u medicínských dílů až po sériovou výrobu. Ideálně se nejprve provádí předběžný inženýring a staví se prototypové nástroje, pokud je cílem realizace složitých geometrických tvarů z plastu vstřikováním. Na základě požadavků na díly jsou doporučovány vhodné plasty, vybírány a testovány v prototypových nástrojích. S pomocí vzorového dílu lze produkt dále vyvíjet a zdokonalovat. Nakonec je vytvořen sériový nástroj, který dokáže při vhodné složitosti vyrobit miliony dílů.

Závěr: vstřikování plastů – efektivní a hodnotné

Pro velké objemy a plynulé procesy je vstřikování plastů efektivní metodou pro výrobu vysoce kvalitních medicínských dílů v souladu s přísnými medicínskými normami. Sklo má určitě výhody v oblasti průhlednosti pro optické kontrolní procesy, avšak plast v oblasti ekonomičnosti a manipulace ve sériové výrobě vede.