聚乙烯(PE)是一种应用很广的塑料材料,属于五大通用塑料之一。PE的合成较简单,通过乙烯的聚合反应即可获得。PE材料稳定性好,同时具有很好的生物相容性,所以被广泛应用于医疗和食品包装领域。
PE是个大家族,包括高密度聚乙烯(HDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等。根据分子量大小、密度大小及分子链的线性情况等又有很多不同分支,这些不同的特点最终表现为材料完全不同的特性,例如UHMWPE表现出非常优异的耐磨性能。以下主要就PE在医疗器械中的应用举例展开说明。
PE在医疗领域的典型应用
医疗包装
PE材料适合热焊接、超声波及高周波焊接,所以包装袋和封口膜都大量使用PE材料作为封合层。很多医疗器械的外包装也大量用到PE袋。双层PE袋包装可以很好地阻隔空气中的有害物质污染器械。与特卫强等材料形成的纸塑包装也是常见的医疗器械包装,几乎所有环氧乙烷ETO灭菌的医疗器械都可以采用这类包装。
医药包装
LDPE和LLDPE材料具有良好的柔韧性,同时回弹性也非常好,很适合作为药瓶原料,特别是一些带滴药功能的药瓶,如眼药水瓶、生物检测试剂提取管等,可以很好地控制滴液量并快速回弹,瓶身不易破裂。
PE的化学稳定性很好,所以一些化学药品包装也使用PE桶或袋子。因耐化学性能优于很多塑料,PE在实验室耗材中也有大量应用。
护套保护
普通分子量或者低分子量PE因为本身非常柔软,常被作为保护套,如穿刺针的套管大部分都是用PE或者PP生产的。柔软材料可以很好的保护针尖,防止针尖和管壁摩擦时损伤,同时可以预防管身变形对针的挤压变形。护套保护大量应用于各种穿刺领域,包括留置针盖罩和注射器盖罩等。
介入类应用
PE具有良好的生物相容性,所以用于很多进入体内的介入类器械,如腔镜导管、取样管等很多管道类器械都使用PE成型。PE的热稳定性很好,材料从熔点到分解温度有很大空间,所以常规的使用环境不需要担心PE分解带来一些有毒有害物质。
医用PE产品的应用热点
1.骨科应用
UHMWPE在骨科或需要承重、耐磨等领域有越来越多应用,其中人工关节是一个比较常见的应用。因为UHMWPE强度很高,又具有极好的自润滑性,通过烧结或者采用机加工车削打磨后用作人工关节,有经久耐用、磨损量小的特点、UHMWPE关节和陶瓷关节、已经成为骨科领域目前最热门的两种材料选择,但从成本和制造过程看,UHMWPE有很大优势,因为塑料加工工艺、CNC切削和打磨抛光比陶瓷容易,良率也更高。
此外,UHMWPE材料熔点较高,可以利用其不易完全熔化的特点烧结,例如可以制造一些烧结棒材和烧结产品,用做滤芯、滤棒等。
2.多层共挤应用
在多层共挤的复合膜领域,PE的应用也越来越多。PE有优良的封合性能,同时还可以调整为易撕开或者不易撕的状态,满足了使用过程中需要将封口位置撕开或者只能用刺破的取样方式,从而衍生出很多应用领域。在IVD检测行业,试剂提取管上面封的铝箔实际是PE、PET和铝箔的复合膜,PE能够很好地保持封膜密闭性,同时又可以通过不同工艺调整出易撕口系列,方便取样。在PE全密封应用上也有很多案例,比如需要自动取样的领域,通常采用封口膜封口之后上机器,机器通过采样针取样。
3.薄膜基微流控
PE是一种非极性聚合物。由于PE的分子结构主要是由碳和氢原子组成,其中没有带电的极性键,因此它是一种非极性物质。在PE分子中,碳和氢原子之间通过共价键相连,电子云密度均匀分布,不会形成明显的正负电荷区域。这使得PE具有一定的惰性和稳定性,不易与其他极性物质发生化学反应,同时也影响了其与极性溶剂或其他极性的相容性。这个特性使得PE成为新型微流控芯片设计开发常常选用的材料之一,PE通过处理实现对溶液亲水或疏水的区别,使不同溶液在对应区域内流动性不一致,从而可以进行流动区分。近年来典型的应用包括薄膜基微流控设计与开发,以及微流控芯片盘片等产品的封膜、键合等。
选择PE医用材料的关注点
PE表面光滑,带有自润滑性,这种特性让PE材料不容易染上污迹,包装瓶也很容易清洗,缺点是PE瓶子表面难以印刷文字,涂料易脱离。在PE用于医疗器械或医药包装选材时要充分利用好材料本身的优点。
PE材料价格低廉,如果能够满足医疗器械或医药的相关使用要求,将有助于降低最终器械的销售价格。正是基于此,PE材料大家族一直保持在医疗器械领域较大的应用量,很多器械一直沿用PE或由其他材料切换为PE材料。PE材料以其优异的稳定性、良好的生物相容性,以及不同型号的性能差异化,成为医疗器械制造厂商乐于选用的材料之一。
在选择PE作为医疗器械材料时,需要根据具体的使用要求和环境条件来综合考虑其性能优劣,以确保医疗器械的质量安全可靠性。