Разработка легких композитных материалов в медицинской промышленности

Легкие материалы в медицинской промышленности

По оценкам экспертов, к 2023 году рынок медицинского оборудования достигнет 409,5 млрд долларов. Легкие материалы с композитами произвели революцию на рынке. Дальнейшие достижения приводят к большему количеству практических приложений в медицине.

Давайте посмотрим, как появились композитные материалы. Изучая историю композитных материалов, мы можем предположить, куда они приведут нас в будущем.

Разработка композитных материалов

Когда мы соединяем два или более разных материала, получается композит.
Давайте посмотрим, как человеческие технологии расширили возможности композитов.

Ранние композиции

Создание композитов датируется 1500 годом до нашей эры. Именно тогда древние египтяне изготавливали из глины и соломы прочные и долговечные кирпичи. Они продолжили разработку этой смеси, используя ее в качестве арматуры в гончарных изделиях и производстве лодок.

Подобным образом монголы изобрели первые составные луки около 1200 г. н.э. Они использовали комбинацию кости, дерева и клея животных для создания мощных и точных луков. Эти луки помогли армии Чингисхана утвердить свое военное превосходство.

Рождение пластика

Большая часть композитных технологий оставалась рудиментарной до появления композитных пластиков.

Ученые начали разработку сложных смол, которые значительно улучшили связывающие способности. Ранее в качестве связующих использовали только натуральные смолы, содержащиеся в растениях и животных. В начале 1900-х годов ученые создали такие пластмассы, как:

• Винил
• Полистирол
• Фенольный
• Полиэстер

Эти новые синтетические соединения значительно превзошли отдельные смолы природного происхождения. В то время как пластмассы хорошо работают в качестве связующих клеев, они не имеют большой структурной поддержки. Им по-прежнему требовалась дополнительная поддержка, чтобы придать им силу и структуру. Это снизило жизнеспособность пластика как легкого материала.

В 1935 году ученый Оуэнс Корнинг нашел решение, изобретя стекловолокно. Сочетание стекловолокна с пластиком произвело революцию на рынке легких композитных материалов. Он был не только суперсильным и поддерживающим, но и очень легким.

Это достижение положило начало индустрии армированных волокном полимеров (FRP).

Военные достижения

Как ни мрачна война, стратегии военного времени привели к значительному прогрессу в технологиях.

Вторая мировая война вызвала потребность в улучшении композитных материалов. Хотя многие пострадали, промышленность FRP процветала.

В частности, военная авиация вызвала потребность в более новых и лучших композитных материалах. Эти конструкции, несущие взрывное оружие, должны были оставаться в воздухе, находясь под огнем противника. Позднее эти достижения позволят разработать и построить космические корабли.

Позже инженеры откроют для себя вторичные преимущества композитов. Например, инженеры узнали, что стекловолокно прозрачно для радиочастот. Затем они адаптировали эти материалы для корпусного электронного радарного оборудования.

Расширение рынка

Конец войны не привел к упадку отрасли FRP.
В то время как спрос на военные приложения был низким, импульс инноваций композитных материалов сохранился. Транспорт стал основным направлением деятельности отрасли. Например, корпус первой коммерческой лодки из композитов выпущен в 1946 году.

Один новатор поднялся над остальными:Брандт Голдсуорси, «дедушка композитов». Голдсуорси способствовал развитию отрасли, предлагая новые методы производства и продукты. Например, он произвел революцию в серфинге, создав доску для серфинга из стекловолокна.

Goldsworthy’s получил высокую оценку за разработанный им производственный процесс, известный как пултрузия. Это метод усиления прочности и долговечности изделий из стекловолокна. Сегодня продукты все еще создаются с использованием этого метода, например:

• Лестничные перила
• Ручки для инструментов
• Трубы
• Стрелки
• Броня
• Этажи поездов
• Медицинское оборудование

Современные композиты

1970-е принесли новый сдвиг в индустрии композитов.

Способы изготовления пластичных смол совершенствовались с улучшением армирующих волокон. Именно сейчас было создано арамидное волокно, известное как кевлар, идеально подходящее для бронежилетов. Кевлар обладает высокой прочностью на разрыв и высокой плотностью, но при этом остается легким. Точно так же началась разработка углеродного волокна, заменившего стальные компоненты в моих конструкциях.

Индустрия композитов продолжает развиваться. Основное внимание уделяется совершенствованию методов использования возобновляемых источников энергии и обновлению медицинского оборудования.

Применение легких композитных материалов в медицине

Для диагностики и лечения травм используются миллионы композитных продуктов. Рынок медицинского оборудования варьируется от простых покрывал до сложных протезов конечностей.

Давайте посмотрим на некоторые развивающиеся области применения композитных материалов в области медицины. Хотя многие приложения уже доступны на рынке, следующие все еще находятся в стадии исследования. Будем надеяться, что они скоро станут доступны!

Углеродные нанотрубки

Исследователи используют полимерные композиты на основе углеродных нанотрубок (УНТ) для инкубации цитотоксических Т-клеток. Это белые кровяные тельца, которые атакуют и убивают раковые клетки.

Этот новый метод проходит испытания для использования в адоптивной иммунотерапии. При таком лечении клетки удаляются из организма пациента, усиливаются с помощью УНТ в лаборатории, а затем вводятся обратно пациенту. Это улучшает способность пациента бороться с инфекциями и раком.

Композитные пластины для травм

На протяжении десятилетий хирургия переломов костей полагалась на металл для восстановления сложных переломов и серьезных переломов.

Композитные плиты имеют конструктивную прочность, сопоставимую с металлом, но при этом обладают большей гибкостью. Они также обладают рентгенопрозрачностью, что означает, что они почти прозрачны для рентгеновских лучей. Пластины также более безопасны из-за низкой адгезии к тканям и биологической инертности.

Составной хрящ

Тканевая инженерия приобретает все большее значение как метод замены поврежденной ткани. Это практика комбинирования клеток с инженерными композитами и биологически активными молекулами. Это создает функциональную ткань.

Некоторые искусственно созданные ткани, например, для ухода за ранами, вышли на коммерческий рынок. Многие другие, например композитный хрящ, все еще находятся на стадии интенсивных исследований.

Заключение композитов

Как вы читали, легкие композитные материалы произвели революцию на многих рынках, в том числе в медицине.

SMI занимает уникальное положение в группе компаний Mayco. Таким образом, это обеспечивает невероятную гибкость и универсальность при работе со многими отраслями. Это предлагает решения для проектирования и проектирования, а также индивидуальные инструменты для совместных проектов.

Свяжитесь с нами сейчас, если у вас остались вопросы или комментарии о композитах. SMI предоставляет качественные запчасти и услуги с превосходным обслуживанием клиентов. Мы сосредоточены на том, как лучше всего служить вам.

Подводя итог, дайте нам знать, чем SMI может помочь вам с медицинскими композитными материалами.