Métaux clés pour dispositifs médicaux durables et résistants à la corrosion

Aujourd'hui, la fabrication sous-traitante de dispositifs médicaux est une industrie en plein essor. Les équipements médicaux sont faits de métaux spécifiques pour garantir que l'équipement fonctionnera correctement pendant longtemps sans risque de corrosion ou d'être affecté par l'environnement environnant, car cela pourrait affecter la guérison du patient.

Si vous êtes un développeur de produits médicaux ou d'autres équipements utilisés dans l'environnement de santé, vous devez choisir les matériaux de fabrication avec soin. Généralement, pour les applications nécessitant la plus haute résistance et durabilité, le métal est généralement choisi plutôt que le plastique ou d'autres matériaux, surtout lorsqu'il est utilisé pour des outils qui supportent de grandes contraintes mécaniques ou comme articulations de remplacement.

De plus, en plus des propriétés purement mécaniques, les métaux utilisés dans les environnements médicaux doivent également répondre à des normes spécifiques que la plupart des autres produits ne peuvent pas atteindre. Par exemple, en présence de tissus humains ou de fluides corporels, ils peuvent devoir être non toxiques. Ou, ils peuvent devoir résister aux produits chimiques de nettoyage, comme les détergents et l'alcool. En plus d'être non toxiques, les métaux utilisés pour les implants doivent également être non magnétiques et non corrosifs.

Comprendre les différences entre ces matériaux et les nombreuses possibilités offertes par chaque métal donne aux concepteurs une certaine liberté dans le choix du grade ou de l'alliage approprié pour l'application. Les fabricants de dispositifs médicaux et de dispositifs implantables aujourd'hui peuvent choisir parmi une variété de métaux efficaces.

Dans cet article, nous étudierons quels matériaux conviennent à la fabrication de dispositifs médicaux. Plusieurs métaux et alliages métalliques courants sont devenus indispensables.

Acier inoxydable

Lorsqu'on donne des instructions pour intégrer des pièces métalliques dans une conception de dispositif médical, le choix habituel est l'un des aciers inoxydables de la série 300.

Ces alliages sont en fait non corrosifs. Diverses finitions de surface peuvent être fabriquées, du réfléchissant au mat ; ils offrent d'excellentes propriétés mécaniques et physiques ; et ils sont plus faciles à former à froid ou à usiner en différentes pièces.

L'alliage d'acier inoxydable est composé de 17 % à 25 % de chrome et de 8 % à 25 % de nickel. La présence de chrome fournit une certaine résistance à la corrosion de l'acier inoxydable en formant un film d'oxyde de chrome adhérent, invisible et passivant sur la surface de l'alliage.

L'acier inoxydable est un matériau idéal pour de nombreux types de dispositifs médicaux. Il est non toxique, non corrosif, durable, et peut être poli à une surface très fine pour un nettoyage facile.

Les types d'acier inoxydable les plus courants utilisés pour les implants médicaux et les piercings corporels sont le 316 et le 316L, qui ont une haute résistance à la corrosion. C'est important car la corrosion dans le sang peut causer une infection et éventuellement la mort. Beaucoup de gens ont aussi des réactions allergiques au nickel. Par conséquent, on peut remplacer par des variétés d'acier inoxydable à faible teneur en nickel.

La plupart des outils chirurgicaux sont faits d'acier inoxydable 440. Il n'est pas aussi résistant à la corrosion que le 316, mais a une teneur en carbone plus élevée, ce qui signifie qu'il peut être traité thermiquement pour créer des bords très tranchants pour les outils de coupe.

Il peut aussi être utilisé pour les pinces, hémostats et autres outils chirurgicaux, qui doivent être durables et faciles à nettoyer et désinfecter. De plus, le treillis en acier inoxydable est parfois utilisé pour les stents intravasculaires.

Titane

Parmi les matériaux métalliques couramment utilisés, le titane est l'un des métaux les plus populaires pour la fabrication de dispositifs médicaux. En plus des équipements médicaux pour usage interne, il est aussi utilisé pour fabriquer des équipements pour usage externe, comme les instruments chirurgicaux, équipements dentaires, et équipements orthopédiques. Le titane pur est le plus inerte et le plus cher — généralement utilisé pour des pièces ultra-fiables ou des pièces laissées sur le patient après la chirurgie. Le titane est maintenant un substitut courant de l'acier inoxydable et peut être utilisé pour fabriquer des supports osseux et des substituts osseux. Il est aussi résistant et durable que l'acier inoxydable, en même temps plus léger, et a une excellente biocompatibilité. Cela inclut les articulations de remplacement, les boîtiers de stimulateurs cardiaques et autres implants métalliques.

Il existe des alliages de titane de grade médical spécifiquement utilisés pour fabriquer des dispositifs médicaux. Le Titane 6AL4V ELI et le Titane 6AL4V sont des alliages composés de 4 % de vanadium et 6 % d'aluminium. L'alliage de titane s'harmonise avec le corps humain, il est donc très approprié pour la fabrication de dispositifs médicaux. Il n'est pas surprenant que les alliages de titane puissent aussi être transformés en nombreuses perforations.

D'autres types de titane utilisés dans les dispositifs médicaux incluent Gr.23 et Gr.5, qui sont des grades spéciaux utilisés par des fabricants de dispositifs médicaux spécifiques. Ti-6AL-4V ELI et Ti-6AL-4V sont couramment utilisés dans la fabrication d'implants dentaires et d'équipements dentaires, principalement en raison de leur haute résistance à la fracture.

Le titane-cuivre est aussi résistant aux bactéries et idéal pour l'équipement chirurgical, car s'il est exposé aux bactéries, il n'y a pas à s'inquiéter de la contamination, et il peut être utilisé en toute sécurité avec des équipements émettant des radiations.

Aluminium

Bien qu'il entre rarement en contact direct avec le corps, l'aluminium est très couramment utilisé pour divers types d'équipements de support, qui doivent être légers, résistants et résistants à la corrosion. Exemples : cadres de lit, fauteuils roulants, cannes, orthèses et supports intraveineux. Comme l'aluminium brut rouille ou s'oxyde facilement, les pièces en aluminium doivent généralement être peintes ou anodisées pour améliorer la durabilité.

Niobium

Le niobium est l'un des métaux spéciaux réfractaires utilisés dans les équipements médicaux aujourd'hui. Le niobium est hautement inerte et biocompatible. En plus de ses propriétés précieuses comme la haute conductivité thermique et électrique, il est souvent utilisé pour fabriquer de petites pièces de stimulateurs cardiaques. Le tantale est un métal réfractaire hautement poreux qui favorise la croissance osseuse et y adhère, de sorte que le tantale peut être utilisé pour les implants en présence d'os. Ce matériau est aussi utilisé pour les bandes de repérage diagnostiques. Cependant, en raison du coût et de la rareté de l'élément, le tantale est souvent utilisé comme matériau composite.

Tungstène

Le tungstène fait aussi souvent partie des équipements médicaux, comme les tubes utilisés pour effectuer des procédures de laparoscopie et d'endoscopie minimalement invasives. En plus de fournir une résistance mécanique, le tungstène peut aussi être utilisé là où la radiopacité est requise, principalement dans les applications d'inspection par fluorescence, et la densité du tungstène est supérieure à celle du plomb, et il peut aussi être utilisé comme substitut de plomb écologiquement inoffensif pour les matériaux de blindage contre les radiations.

Nitinol

Le Nitinol est un alliage fait d'une combinaison de nickel et de titane. Ce métal répond de manière réversible lorsque le stress est appliqué en raison de ses propriétés superélastiques. La mémoire de forme est un terme utilisé pour exprimer la capacité du Nitinol à subir une déformation à une certaine température, puis à retrouver sa forme originale lorsqu'il est exposé à une température supérieure à sa température de transformation.

En raison de sa capacité à supporter de grandes déformations, le Nitinol est largement utilisé comme matériau idéal pour la conception et l'ingénierie d'équipements médicaux. Certains dispositifs médicaux fabriqués avec ce métal incluent des outils tels que les dispositifs de biopsie et les petits outils de préhension. Idéal pour la fabrication d'outils médicaux qui peuvent être facilement étendus et déployés sur une grande zone.

En raison de ses performances uniques et de ses caractéristiques légères, le Nitinol est très approprié pour la fabrication d'applications biomédicales, telles que les agrafes, outils de valve cardiaque, dispositifs d'espacement complexes, ancrages osseux, dispositifs de valve cardiaque, et divers implants.

Il peut aussi être utilisé pour fabriquer des marqueurs localisables et des lignes de diagnostic pour la localisation des tumeurs du sein. Ces dispositifs sont préférés car ils sont moins invasifs dans le diagnostic et le traitement du cancer du sein.