استفاده از توری های فایبرگلاس در تجهیزات پزشکی به دلیل ویژگی های منحصربه فردی مانند مقاومت در برابر حرارت بالا، سبکی، استحکام و سازگاری با فرآیندهای استریلیزاسیون، کاربردهای مهمی دارد. در ادامه جزئیات این کاربردها توضیح داده می شود:
1.ساخت پروتزها (اعضای مصنوعی) فایبرگلاس در تولید پروتزها به دلایل زیر استفاده می شود:
سبکی و استحکام:فایبرگلاس نسبت به فلزات سبک تر است و در عین حال استحکام بالایی دارد، که برای پروتزهای اندام تحتانی (مثل پای مصنوعی) یا دست ها ایده آل است.
قابلیت شکل پذیری:امکان ساخت پروتزهای سفارشی با طراحی دقیق متناسب با آناتومی بدن بیمار.
مقاومت در برابر خوردگی:پروتزهای ساخته شده با فایبرگلاس در برابر عرق، رطوبت و مواد شیمیایی بدن مقاومت بالایی دارند.
مثال ها:پروتزهای ارتوپدی: برای جای گزینی استخوان ها یا مفاصل آسیب دیده.
پوشش های محافظ: در اسپلینت ها (آتل های طبی) برای ثابت نگه داشتن اندامها بدون ایجاد حساسیت پوستی.
2. ابزارهای مقاوم در برابر استریلیزاسیون (حرارت بالا)
تجهیزات پزشکی باید در فرآیندهای استریلیزاسیون (مانند اتوکلاو با دمای ۱۲۱–۱۳۴ درجه سانتی گراد) مقاوم باشند. فایبرگلاس به دلیل ویژگی های زیر در این زمینه استفاده می شود:
تحمل دمای بالا:فایبرگلاس تا دمای ۵۰۰ درجه سانتی گراد بدون تغییر شکل یا تخریب مقاوم است.
عدم انتشار گازهای سمی:برخلاف برخی پلاستیک ها، در مواجهه با حرارت، گازهای خطرناک منتشر نمی کند.
ضدخوردگی و ضدزنگ:مناسب برای تجهیزاتی که با مایعات بدن یا مواد شیمیایی استریل کننده تماس دارند.
کاربردهای کلیدی:
سینی ها و محفظه های جراحی: برای نگهداری ابزارهای استریل شده در اتاق عمل.
قطعات دستگاههای پزشکی: مانند محفظه های دستگاههای تصویربرداری (MRI یا CT Scan) که نیاز به عایق الکتریکی و مقاومت حرارتی دارند.
ابزارهای قابل اتوکلاو: مثل برخی قالب های دندانپزشکی یا ابزارهای جراحی.
3. کاربردهای دیگر توری فایبرگلاس در پزشکی
پانل های محافظ تابشی:در تجهیزات پرتودرمانی یا رادیولوژی به عنوان عایق ضد اشعه ایکس.
تجهیزات آزمایشگاهی:ساخت سینی ها، نگهدارنده ها یا فیلترهای مقاوم در برابر مواد شیمیایی قوی.
کامپوزیت های دندانی:در ساخت قالب های دندان یا روکش های موقت با دوام بالا.
مزایای فایبرگلاس در تجهیزات پزشکی
بیوکامپاتیبل (سازگار با بدن):عدم ایجاد واکنشهای آلرژیک یا التهاب در تماس با پوست یا بافت های بدن.
عمر طولانی:کاهش هزینه های تعویض تجهیزات به دلیل مقاومت در برابر سایش و خوردگی.
عایق الکتریکی:ایمنی بالا در تجهیزات الکتروم edical مانند دستگاه های مونیتورینگ.
استانداردهای ایمنی:تجهیزات پزشکی ساخته شده از فایبرگلاس باید مطابق با استانداردهای زیر باشند:
ISO 10993: ارزیابی زیست سازگاری مواد.
ISO 13485: سیستم مدیریت کیفیت برای دستگاه های پزشکی.
۱. مواد اولیه و زیست سازگاری (Biocompatibility):فایبرگلاس مورد استفاده در پزشکی باید مطابق با استانداردهای سخت گیرانه زیست سازگاری باشد:
الیاف شیشه ای بدون آلکالی:برای جلوگیری از تحریک پوست یا بافت، از الیاف شیشه ای با pH خنثی (مثل Eglass یا Sglass) استفاده می شود.
رزین های پزشکی:رزین های اپوکسی یا پلی استر مورد استفاده در کامپوزیت ها باید فاقد مواد سمی (مثل استایرن) و تأییدشده توسط سازمان های نظارتی (مثل FDA) باشند.
پوشش های محافظ:برخی توری ها با پوشش های سیلیکونی یا پلی اورتان پوشانده می شوند تا تماس مستقیم الیاف با بدن را کاهش دهند.
۲. فرآیندهای ساخت پیشرفته
قالب گیری خلأ (Vacuum Bag Molding):برای ساخت پروتزهای سبک و دقیق با شکل پیچیده (مثل جمجمه مصنوعی یا مفاصل).
پرینت سه بعدی ترکیبی:ترکیب فایبرگلاس با پلیمرهای زیست تخریب پذیر برای ساخت ایمپلنت های موقت (مثل پلیلاکتیک اسید + فایبرگلاس).
پوشش دهی نانومواد:افزودن نانوذرات نقره یا تیتانیوم به سطح فایبرگلاس برای خاصیت ضد باکتریایی.
3. مثال های دقیق از کاربردها
الف. ایمپلنت های استخوانی
ترمیم شکستگی ها:صفحات و پیچ های فایبرگلاس کامپوزیتی به عنوان جای گزین فلزات در جراحی های ارتوپدی (به ویژه برای بیماران آلرژیک به تیتانیوم).
مزیت:
عدم ایجاد اختلال در تصویربرداری MRI (برخلاف فلزات).
ب. دستگاههای کمک شنوایی
قاب سمعک:فایبرگلاس در ساخت قاب های سبک و مقاوم به جای پلاستیک های معمولی استفاده می شود.
ج. ابزارهای جراحی رباتیک
بازوهای رباتیک:در ساخت اجزای سبک و مستحکم برای ربات های جراحی (مثل دستگاه داوینچی).
4. مقاومت در برابر روشهای استریلیزاسیون
توری های فایبرگلاس در برابر روش های مختلف استریلیزاسیون پزشکی مقاوم اند:
| روش استریلیزاسیون | شرایط | مقاومت فایبرگلاس |
| اتوکلاو | ۱۲۱°C، فشار بالا | مقاوم کامل تا ۲۰۰°c |
| اشعه گاما | پرتوهای یونیزه | بدون تخریب ساختاری |
| اتیلن اکساید (EtO) | گاز شیمیایی | مقاوم در برابر خوردگی |
| پلاسما (H₂O₂) | رادیکالهای آزاد | پایدار بدون تغییر شیمیایی |
5. چالشها و محدودیتها
شکنندگی نسبی:فایبرگلاس در مقایسه با فلزات، انعطاف پذیری کمتری دارد و ممکن است در بارهای ضرب های ترک بخورد.
هزینه تولید:فرآیند ساخت کامپوزیت های پزشکی با کیفیت بالا هزینه بر است.
ملاحظات زیست محیطی:بازیافت فایبرگلاس پزشکی پیچیده است و نیاز به سیستم های خاص دارد.
6. آینده فایبرگلاس در پزشکی
کامپوزیت های هوشمند:ادغام حس گرهای فشار یا دما در پروتزهای فایبرگلاس برای نظارت بر عملکرد اندام.
مواد زیست فعال:پوشش دهی فایبرگلاس با هیدروکسی آپاتیت برای تحریک رشد استخوان در ایمپلنت ها.
استفاده در بیوالکترونیک:ساخت پایه های انعطاف پذیر برای ایمپلنت های عصبی یا قلبی.
7. استانداردهای کلیدی
ISO 109931: ارزیابی سمیت و تحریک پذیری.
ASTM F2902: استاندارد کامپوزیت های پلیمری تقویت شده برای کاربردهای پزشکی.
FDA 510(k): تأییدیه فروش برای دستگاه های پزشکی در ایالات متحده.
فناوری نانو و فایبرگلاس در ایمپلنت ها
الف. نانوپوشش های هوشمند
نانوذرات نقره:افزودن نانوذرات نقره به سطح فایبرگلاس برای ایجاد خاصیت ضدمیکروبی، که در ایمپلنت های دندانی یا پروتزهای ارتوپدی کاربرد دارد.
مثال: ایمپلنت های فایبرگلاس با پوشش نانوذرات نقره برای کاهش عفونت پس از جراحی.
نانولوله های کربنی:ترکیب نانولوله های کربنی با فایبرگلاس برای افزایش هدایت الکتریکی در ایمپلنت های عصبی.
ب. کامپوزیت های زیست فعال
پوشش هیدروکسی آپاتیت:ایجاد پوششی شبیه به ساختار معدنی استخوان روی فایبرگلاس برای تحریک استئواینتگریشن (پیوند استخوان با ایمپلنت).
مثال: صفحات فایبرگلاس هیدروکسی آپاتیت برای ترمیم شکستگی های جمجمه.
2. نوآوری های آینده
الف. ایمپلنت های جذب شدنی
کامپوزیت های فایبرگلاس + پلیمرهای زیست تخریب پذیر:ساخت ایمپلنت هایی که پس از ترمیم بافت، به تدریج در بدن جذب می شوند (مثلاً برای ترمیم غضروف یا استخوانهای کوچک).
مزیت: جلوگیری از جراحی دوم برای خارج کردن ایمپلنت.
ب. پروتزهای عصبی مکانیکی
ادغام فایبرگلاس با الکترودهای نرم:ساخت پروتزهای دست که سیگنال های عصبی را از عضلات دریافت کرده و حرکت طبیعی را شبیه سازی می کنند.
مثال: پروژه “Luke Arm” (یک بازوی مصنوعی پیشرفته با حسگرهای فایبرگلاس).
ج. چاپ چهاربعدی (4D Printing)
فایبرگلاس پاسخگو به محرک ها:ساخت ایمپلنت هایی که در پاسخ به دما، رطوبت یا pH بدن تغییر شکل می دهند (مثلاً برای انطباق بهتر با رشد استخوان در کودکان).
3. مثال های واقعی از تحقیقات اخیر
الف. دانشگاه MIT (2023)
پروژه “نانوفایبرگلاس انعطاف پذیر”:توسعه الیاف فایبرگلاس با قطر نانومتری که انعطاف پذیری بالاتری دارند و برای ساخت عروق مصنوعی استفاده می شوند.
ب. شرکت Medtronic
دستگاه های پایش قلب: استفاده از فایبرگلاس در ساخت پایه های سبک و مقاوم برای دستگاه های ضربان ساز قلبی (Pacemaker) جهت کاهش وزن و بهبود سازگاری با بدن.
ج. پژوهشگاه Fraunhofer آلمان
ایمپلنت های گوش میانی:ساخت پروتزهای فایبرگلاس تیتانیوم برای جای گزینی استخوانچه های گوش در بیماران با نقص شنوایی.
4. غلبه بر چالش ها
الف. بهبود انعطاف پذیری
الیاف هیبریدی:ترکیب فایبرگلاس با الیاف کربن یا پلی اورتان برای افزایش مقاومت در برابر ضربه.
ب. بازیافت
فناوری پیرولیز:تجزیه فایبرگلاس در دمای بالا بدون انتشار گازهای سمی (در حال آزمایش در شرکت ECOCYCLE).
ج. کاهش هزینه ها
چاپ سه بعدی کامپوزیت ها:استفاده از پرینترهای سه بعدی صنعتی برای تولید قطعات پزشکی با دقت بالا و ضایعات کمتر.
