De ontwikkeling van lichtgewicht composietmaterialen in de medische industrie

Lichtgewicht materialen in de medische industrie

Experts schatten dat de markt voor medische hulpmiddelen in 2023 $ 409,5 miljard zal bereiken. Lichtgewicht materialen met composieten hebben een revolutie teweeggebracht in de markt. Meer vooruitgang leidt tot meer praktische toepassingen voor medicijnen.

Laten we eens kijken hoe composietmaterialen tot stand zijn gekomen. Terwijl we de geschiedenis van composietmaterialen verkennen, kunnen we speculeren waar ze ons in de toekomst zullen brengen.

Ontwikkeling van composietmaterialen

Wanneer we twee of meer verschillende materialen samensmelten, is het resultaat een composiet.
Laten we eens kijken hoe menselijke technologie de mogelijkheden van composieten heeft verbeterd.

Vroege composieten

De creatie van composieten gaat terug tot 1500 BCE. Dit is het moment waarop de oude Egyptenaren een mengsel van modder en stro maakten om sterke, duurzame stenen te maken. Ze gingen door met het ontwikkelen van dit mengsel en gebruikten het als versterking in aardewerk en het maken van boten.

Op een vergelijkbare manier vonden de Mongolen rond 1200 CE de eerste composietbogen uit. Ze gebruikten een combinatie van bot-, hout- en dierenlijm om krachtige en nauwkeurige bogen te maken. Deze bogen hielpen het leger van Genghis Khan om zijn militaire dominantie te bevestigen.

Geboorte van plastic

Veel van de composiettechnologie bleef rudimentair, tot de opkomst van composietkunststoffen.

Wetenschappers begonnen complexe harsen te ontwikkelen die het bindingsvermogen aanzienlijk verbeterden. Vroeger werden alleen natuurlijke harsen die in planten en dieren voorkomen als bindmiddel gebruikt. In het begin van de 20e eeuw maakten wetenschappers kunststoffen zoals:

• Vinyl
• Polystyreen
• Fenolisch
• Polyester

Deze nieuwe, synthetische verbindingen presteerden aanzienlijk beter dan de enkelvoudige, natuurlijke harsen. Hoewel kunststoffen goed werken als bondage-lijmen, bieden ze weinig structurele ondersteuning. Ze hadden nog steeds extra ondersteuning nodig om kracht en structuur te geven. Dit verminderde de levensvatbaarheid van plastic als lichtgewicht materiaal.

In 1935 vond wetenschapper Owens Corning de oplossing met zijn uitvinding van glasvezel. De combinatie van glasvezel met kunststof zorgde voor een revolutie op de markt voor lichtgewicht composietmaterialen. Het was niet alleen supersterk en ondersteunend, maar het was ook superlicht.

Deze vooruitgang bracht de dageraad van de vezelversterkte polymeren (FRP)-industrie.

Militaire vooruitgang

Hoe grimmig oorlog ook is, strategieën in oorlogstijd hebben aanzienlijke technologische vooruitgang geboekt.

De Tweede Wereldoorlog zorgde voor een vraag naar verbeteringen in composietmaterialen. Terwijl velen leden, floreerde de FRP-industrie.

Vooral militaire vliegtuigen zorgden voor een behoefte aan nieuwere, betere composietmaterialen. Deze constructies met explosieve wapens moesten in de lucht blijven terwijl ze onder vijandelijk vuur stonden. Deze vooruitgang zou later plaatsmaken voor het ontwerp en de bouw van ruimteschepen.

Ingenieurs zouden later de secundaire voordelen van composieten ontdekken. Ingenieurs ontdekten bijvoorbeeld dat glasvezel transparant was voor de radiofrequenties. Vervolgens hebben ze deze materialen aangepast om elektronische radarapparatuur te kunnen omhullen.

Marktuitbreiding

Het einde van de oorlog leidde niet tot de ondergang van de FRP-industrie.
Terwijl de vraag naar militaire toepassingen laag was, bleef het momentum van de vernieuwers van composieten bestaan. Transport werd de primaire focus van de industrie. Bijvoorbeeld de eerste commerciële bootromp gemaakt van composieten, uitgebracht in 1946.

Eén innovator stak boven de rest uit:Brandt Goldsworthy, 'grootvader van composieten'. Goldsworthy bevorderde de industrie met nieuwe productiemethoden en producten. Hij zorgde bijvoorbeeld voor een revolutie in de surfsport met de surfplank van glasvezel.

Goldsworthy's kreeg veel lof voor een productieproces dat hij ontwikkelde, bekend als pultrusie. Het is een methode die producten versterkt met glasvezel om sterk en duurzaam te zijn. Vandaag de dag worden er nog steeds producten gemaakt met deze methode, zoals:

• Ladderrails
• Gereedschapshandvatten
• Pijpen
• Pijlschachten
• Bepantsering
• Treinvloeren
• Medische apparaten

Moderne composieten

De jaren zeventig brachten een nieuwe verschuiving in de composietenindustrie.

De methoden voor het maken van kunststofharsen rijpten met de verbetering van versterkende vezels. Het is nu dat een aramidevezel, bekend als Kevlar, is gemaakt, perfect voor kogelvrije vesten. Kevlar heeft een hoge treksterkte en een hoge dichtheid, maar blijft toch licht van gewicht. Evenzo begon de ontwikkeling van koolstofvezel, waarbij stalen componenten in mijn constructies werden vervangen.

De composietenindustrie blijft zich ontwikkelen. De focus ligt op het verbeteren van methoden voor hernieuwbare energie en het upgraden van medische apparaten.

Medisch gebruik voor lichtgewicht composietmaterialen

Er worden miljoenen composietproducten gebruikt om verwondingen te diagnosticeren en te behandelen. De markt voor medische hulpmiddelen varieert van eenvoudige bedpannen tot complexe prothetische ledematen.

Laten we eens kijken naar enkele zich ontwikkelende toepassingen van composietmaterialen op medisch gebied. Hoewel er al veel toepassingen op de markt zijn, wordt er nog volop onderzoek gedaan naar de volgende toepassingen. Laten we hopen dat ze snel beschikbaar komen!

Koolstof nanobuisjes

Onderzoekers gebruiken composieten van koolstofnanobuisjes (CNT) om cytotoxische T-cellen te incuberen. Dit zijn witte bloedcellen die kankercellen aanvallen en doden.

Deze nieuwe techniek wordt momenteel getest voor gebruik bij adoptieve immunotherapie. Bij deze behandeling worden cellen uit de patiënt verwijderd, verbeterd met CNT's in het laboratorium en vervolgens terug in de patiënt geïnjecteerd. Dit verbetert het vermogen van de patiënt om infecties en kanker te bestrijden.

Samengestelde traumaplaten

Decennia lang is bij botbreukchirurgie gebruik gemaakt van metaal om samengestelde fracturen en ernstige breuken te herstellen.

Composietplaten hebben een structurele sterkte in vergelijking met metaal, maar zijn toch flexibeler. Ze hebben ook radiolucentie, wat betekent dat ze bijna transparant zijn op röntgenfoto's. De platen zijn ook veiliger omdat ze een lage weefseladhesie hebben en biologisch inert zijn.

Samengesteld kraakbeen

Tissue engineering wint aan bekendheid als een methode om beschadigd weefsel te vervangen. Het is de praktijk om cellen te combineren met geconstrueerde composieten en biologisch actieve moleculen. Hierdoor ontstaat functioneel weefsel.

Sommige gemanipuleerde weefsels hebben de commerciële markt bereikt, zoals die voor wondverzorging. Vele andere, zoals samengesteld kraakbeen, bevinden zich nog in de intensieve onderzoeksfasen.

Afsluitende composities

Zoals je hebt gelezen, hebben lichtgewicht composietmaterialen een revolutie teweeggebracht in veel markten, waaronder de geneeskunde.

SMI heeft een unieke positie binnen de Mayco Group van bedrijven. Daarom zorgt dit voor ongelooflijke flexibiliteit en veelzijdigheid door met veel industrieën samen te werken. Dit biedt oplossingen voor ontwerp en engineering tot aangepaste tooling voor samenwerkingsprojecten.

Neem nu contact met ons op als u nog vragen of opmerkingen heeft over composieten. SMI biedt kwaliteitsonderdelen en -services met een superieure klantenservice. Onze focus ligt op hoe we u het beste van dienst kunnen zijn.

Kortom, laat ons weten hoe SMI u kan helpen met medische composietmaterialen.