Przemysł sprzętu medycznego gwałtownie rośnie, co powoduje, że jego producenci muszą wyróżniać się na rynku. Dlatego też coraz większą uwagę zwraca się na powłoki funkcjonalne PVD. Dla ochrony i estetyki można je nanosić na stal nierdzewną, tytan i inne materiały, z których wykonywane są takie narzędzia jak skalpele, prowadniki igieł, piły do kości czy rozwiertaki.
Fot. geudki / pixabay.com
Początkowo powlekanie przyrządów medycznych stosowano tylko w celach estetycznych oraz aby łatwiej było je rozróżnić w czasie operacji. Najpopularniejszym materiałem powłokowym był wówczas złoty azotek tytanu.
Obecnie jednak wytwórcy stosują azotek tytanu i inne innowacyjne powłoki PVD, by poprawić odporność na zużycie, właściwości cierne, a nawet utrzymać ostrość krawędzi tnących. Te same powłoki mogą też służyć dodatkowymi funkcjonalnościami – zmniejszyć połysk narzędzi w salach operacyjnych z silnym oświetleniem, zapewnić właściwości antybakteryjne, chronić przed zanieczyszczeniami (co ważne w przypadku kontaktu z krwią i tkankami). Niektóre pozwalają nawet użyć ponownie tego samego przyrządu, dotychczas dostępnego tylko w wersji jednorazowej.
Tradycyjne rozwiązania i ich mankamenty
Często wykorzystywanym przez wytwórców sprzętu medycznego materiałem powłokowym jest PTFE klasy medycznej. Co prawda polimer ten ma niski współczynnik tarcia, ale nie jest zalecany do pracy w dużych obciążeniach. Jest bowiem stosunkowo miękki i może się zetrzeć lub ulec mikropęknięciom pod wpływem nacisku.
Fot. rawpixel / pixabay.com
Druga często stosowana opcja to anodyzacja, czyli powlekanie elektrolityczne podłoży metalowych. Niestety jednak nie ma możliwości anodowania stali nierdzewnej bez pogorszenia jej odporności na zużycie oraz wytrzymałości. Ponadto na takim podłożu powłoka ta może sprzyjać korozji. Dlatego jest stosowana tylko na aluminium lub tytanie, co do pewnego stopnia ogranicza możliwości jej wykorzystania w branży narzędzi medycznych.
Powłoka PVD – nie doceniona od razu
Aby przeskoczyć te ograniczenia, coraz częściej wykorzystywana jest metoda PVD. Pod pojęciem tym rozumie się cały szereg metod osadzania w warunkach próżniowych, pozwalających uzyskać bardzo twardą, cienką powłokę na stali nierdzewnej, tytanie, ceramice i innych materiałach. Otrzymana powłoka ma bardzo wysoką twardość powierzchniową, niski współczynnik tarcia oraz właściwości antykorozyjne. Do tego jest cienka (zwykle 1-4 μm), dzięki czemu obiekt zachowuje swoją formę i wymiary.
Po raz pierwszy technologia ta została zastosowana w medycynie 20 lat temu. Mimo wysokiej twardości (2200 do 2400 Vickersów) i odporności na zużycie powłok PVD takich jak azotek tytanu (TiN), były one wówczas stosowane w tej branży wyłącznie jako wykończenia dekoracyjne. Jak wyjaśnia Matt Thompson, manager ds. rozwoju biznesu na rynku Ameryka Północna w Oerlikon Balzers (firmie specjalizującej się w powłokach PVD od ponad 70 lat), początkowo branża szukała przede wszystkim sposobu, by łatwo rozróżniać poszczególne przyrządy, a to umożliwiły powłoki TiN. Pierwszym sektorem medycyny, który zaczął korzystać z możliwości wytrzymałościowych i ochronnych powłok PVD – i zaczął je stosować na wiertarkach, rozwiertakach i gwintownikach – był przemysł ortopedyczny.
Nowe rodzaje, nowe zastosowania
Do dziś powłoki TiN są najczęściej stosowanym rodzajem powłok PVD w branży medycznej. Z czasem zaczęto również interesować się innymi materiałami w tej roli – popularne stały się węgiel diamentopodobny (DLC) i azotek glinowo-tytanowy (AlTiN). Cieszą się one wzięciem zwłaszcza na stali nierdzewnej. To ważne, bo niewiele jest powłok, które mogą być stosowane na tym podłożu bez wpływu na właściwości funkcjonalne.
Fot. skeeze / pixabay.com
DLC, tłumaczy Thompson, doskonale łączy niski współczynnik tarcia (zbliżony do PTFE) z twardością ceramiki. Doskonała jest jego odporność na zużycie, smarowność, właściwości antykorozyjne i antyadhezyjne. Poza tym powłoka ta pomaga zachować na dłużej ostrość narzędzi tnących, wydłużając ich trwałość. A czystsze krawędzie tnące wspomagają gojenie rany i rekonwalescencję pacjenta.
Ochrona przed infekcjami
Inwazyjne instrumenty chirurgiczne przerywają naturalną linię obrony ciała – istotne jest więc, aby ich powierzchnia miała właściwości antymikrobowe, co zmniejsza ryzyko infekcji. Właściwości te można uzyskać dzięki powłoce TiN-Ag, a więc z dodatkiem srebra. Podobna technologia z oferty Oerlikon Blazers wykazała w testach odporność na bakterie Staphylococcus aureus (gronkowiec złocisty) oraz MRSA. Badania potwierdziły też, że nie ma ona działania cytotoksycznego (zgodnie z ISO 10993-5).
Nawet jednak jeśli powłoka skutecznie chroni przed bakteriami, okazuje się bezużyteczna, jeśli ulega odwarstwieniu po umieszczeniu narzędzia w autoklawie. Dlatego też upewniono się, że powłoka Oerlikon Blazers jest odporna nawet na takie warunki – nawet po 50 cyklach w autoklawie zachowuje swoje właściwości.
Obecnie wytwórcy narzędzi medycznych sięgają najczęściej po powłoki PVD jako po metodę ostatniej szansy – gdy już inne, tradycyjne zawiodą. Szukają wówczas skuteczniejszych, innowacyjnych rozwiązań. Oerlikon Blazers liczy na to, że w niedalekiej przyszłości przekonają się, że warto sięgać po tę technologię w pierwszej kolejności.
Źródło: pcimag.com
