Le développement de matériaux composites légers dans l'industrie médicale

Matériaux légers dans l'industrie médicale

Les experts estiment que le marché des dispositifs médicaux atteindra 409,5 milliards de dollars d'ici 2023. Les matériaux légers avec des composites ont révolutionné le marché. Plus de progrès mènent à des applications plus pratiques pour la médecine.

Voyons comment sont nés les matériaux composites. Alors que nous explorons l'histoire des matériaux composites, nous pouvons spéculer où ils nous mèneront à l'avenir.

Développement de matériaux composites

Lorsque nous fusionnons deux ou plusieurs matériaux différents, le résultat est un composite.
Regardons comment la technologie humaine a fait progresser les capacités des composites.

Les premiers composites

La création de composites remonte à 1500 avant notre ère. C'est à ce moment-là que les anciens Égyptiens ont fabriqué un mélange de boue et de paille pour créer des briques solides et durables. Ils ont continué à développer ce mélange, l'utilisant comme renfort dans la poterie et la fabrication de bateaux.

De la même manière, les Mongols ont inventé les premiers arcs composites vers 1200 CE. Ils ont utilisé une combinaison d'os, de bois et de colle animale pour créer des arcs puissants et précis. Ces arcs sont ce qui a aidé l'armée de Gengis Khan à affirmer sa domination militaire.

Naissance des plastiques

Une grande partie de la technologie composite est restée rudimentaire, jusqu'à l'essor des plastiques composites.

Les scientifiques ont commencé à développer des résines complexes qui ont considérablement amélioré les capacités de liaison. Auparavant, seules les résines naturelles présentes dans les plantes et les animaux étaient utilisées comme liants. Au début des années 1900, les scientifiques ont créé des plastiques tels que :

• Vinyle
• Polystyrène
• Phénolique
• Polyester

Ces nouveaux composés synthétiques ont largement surpassé les résines uniques d'origine naturelle. Bien que les plastiques fonctionnent bien comme adhésifs de bondage, ils offrent peu de soutien structurel. Ils avaient encore besoin d'un soutien supplémentaire pour donner de la force et de la structure. Cela a réduit la viabilité des plastiques en tant que matériau léger.

En 1935, le scientifique Owens Corning a trouvé la solution avec son invention de la fibre de verre. L'association de la fibre de verre et du plastique a révolutionné le marché des matériaux composites légers. Non seulement c'était super fort et solidaire comme le sien, mais c'était aussi super léger.

Cette avancée a fait naître l'industrie des polymères renforcés de fibres (PRF).

Progrès militaires

Aussi sombre que soit la guerre, les stratégies de temps de guerre ont fait des progrès technologiques significatifs.

La Seconde Guerre mondiale a suscité une demande de progrès dans les matériaux composites. Alors que beaucoup ont souffert, l'industrie du PRF a prospéré.

Les avions militaires, en particulier, ont entraîné un besoin de matériaux composites plus récents et de meilleure qualité. Ces structures transportant des armes explosives devaient rester en l'air sous le feu ennemi. Ces avancées ouvriront plus tard la voie à la conception et à la construction de vaisseaux spatiaux.

Les ingénieurs découvriront plus tard les avantages secondaires des composites. Par exemple, les ingénieurs ont appris que la fibre de verre était transparente aux fréquences radio. Ils ont ensuite adapté ces matériaux pour encastrer l'équipement radar électronique.

Expansion du marché

La fin de la guerre n'a pas entraîné la disparition de l'industrie du PRF.
Alors que la demande d'applications militaires était faible, l'élan des innovateurs composites est resté. Le transport est devenu le principal objectif de l'industrie. Par exemple, la première coque de bateau commercial en composite sorti en 1946.

Un innovateur s'est surpassé :Brandt Goldsworthy, « grand-père des composites ». Goldsworthy a fait progresser l'industrie avec de nouvelles méthodes de fabrication et de nouveaux produits. Par exemple, il a révolutionné le sport du surf avec la planche de surf en fibre de verre.

Goldsworthy a reçu de nombreux éloges pour un processus de fabrication qu'il a développé, connu sous le nom de pultrusion. C'est une méthode qui renforce les produits avec de la fibre de verre pour qu'ils soient solides et durables. Aujourd'hui, des produits sont toujours créés à l'aide de cette méthode, comme :

• Rails d'échelle
• Poignées d'outils
• Tuyaux
• Arbres de flèche
• Armure
• Etages des trains
• Appareils médicaux

Composites modernes

Les années 1970 ont apporté un autre changement dans l'industrie des composites.

Les méthodes de fabrication des résines plastiques ont mûri avec l'amélioration des fibres de renforcement. C'est maintenant qu'une fibre d'aramide connue sous le nom de Kevlar a été créée, parfaite pour les gilets pare-balles. Le Kevlar possède une résistance à la traction élevée et une densité élevée, tout en restant léger. De même, le développement de la fibre de carbone a commencé, remplaçant les composants en acier dans mes structures.

L'industrie des composites continue de se développer. L'accent est mis sur l'amélioration des méthodes d'énergie renouvelable et la mise à niveau des dispositifs médicaux.

Utilisations médicales des matériaux composites légers

Il existe des millions de produits composites utilisés pour diagnostiquer et traiter les blessures. Le marché des dispositifs médicaux va des bassins de base aux membres prothétiques complexes.

Examinons quelques applications en développement des matériaux composites dans le domaine médical. Si de nombreuses applications sont déjà disponibles sur le marché, les suivantes sont encore très en cours de recherche. Espérons qu'ils seront bientôt disponibles !

Nanotubes de carbone

Les chercheurs utilisent des composites polymères de nanotubes de carbone (CNT) pour incuber des cellules T cytotoxiques. Ce sont des globules blancs qui attaquent et tuent les cellules cancéreuses.

Cette nouvelle technique est en cours de test pour une utilisation en immunothérapie adoptive. Dans ce traitement, les cellules sont retirées du patient, améliorées avec des NTC en laboratoire, puis réinjectées au patient. Cela améliore la capacité du patient à lutter contre les infections et le cancer.

Plaques de traumatologie composites

Pendant des décennies, la chirurgie des fractures osseuses s'est appuyée sur le métal pour réparer les fractures complexes et les fractures graves.

Les plaques composites ont une résistance structurelle par rapport au métal, mais elles présentent une plus grande flexibilité. Ils ont également une radiotransparence, ce qui signifie qu'ils sont presque transparents aux rayons X. Les plaques sont également plus sûres en raison de leur faible adhérence aux tissus et de leur inertie biologique.

Cartilage composite

L'ingénierie tissulaire gagne en importance en tant que méthode de remplacement des tissus endommagés. C'est la pratique de combiner des cellules avec des composites modifiés et des molécules biologiquement actives. Cela crée un tissu fonctionnel.

Certains tissus artificiels sont arrivés sur le marché commercial, comme ceux destinés au soin des plaies. Beaucoup d'autres, comme le cartilage composite, restent au stade de la recherche intense.

Conclusion Composites

Comme vous l'avez lu, les matériaux composites légers ont révolutionné de nombreux marchés, y compris la médecine.

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Pour résumer, dites-nous comment SMI peut vous aider avec les matériaux composites médicaux.