Trong lắp ráp thiết bị y tế, các loại vật liệu như Nylon, COC/COP (cyclic olefin copolymer/polymer) và PEBA (polyether block amide) được ưa chuộng vì các đặc tính ưu việt có thể đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của ngành y tế. Tuy nhiên, cấu trúc hóa học làm cho những vật liệu này có năng lượng bề mặt thấp, đặt ra những thách thức khi kết dính chúng lại với nhau. Bài viết này sẽ nói về các phương pháp kết dính hiệu quả, đảm bảo độ bền và độ tin cậy.

Giải pháp trong sản xuất thiết bị y tế

Tìm hiểu các vật liệu có năng lượng bề mặt thấp (LSE)

Nylon trong sản xuất thiết bị y tế

Vật liệu này được đánh giá cao vì độ bền và khả năng chịu nhiệt, hóa chất và áp suất tốt. Nylon có tính linh hoạt, độ bền cao và khả năng chịu nén tốt. Đây là những đặc điểm cần thiết cho các thiết bị sử dụng để chứa chất lỏng, trong các quy trình phẫu thuật và chẩn đoán. Một số loại nylon nói chung có tính tương thích sinh học, chịu được nhiều quy trình khử trùng khác nhau mà không bị phân hủy, do đó an toàn khi tiếp xúc với mô và các loại chất lỏng trong cơ thể.l

COC/COP (Cyclic Olefin Polymers và Copolymers) trong sản xuất thiết bị y tế

Vật liệu này được biết đến với độ tinh khiết, khả năng chống ẩm, độ trong suốt và khả năng tương thích khử trùng. Đây là chất liệu thay thế cực kỳ phù hợp thủy tinh trong các thiết bị y tế như ống tiêm, lọ huyết thanh,… do khả năng chống lại dung môi phân cực hữu cơ và khả năng cho phép truyền ánh sáng cao với độ mờ và quang sai màu thấp vì COC/COP có hàm lượng chất chiết xuất và chất thẩm thấu thấp.

PEBA (Polyether Block Amide) trong sản xuất thiết bị y tế

PEBA là một loại nhựa nhiệt dẻo có đặc tính ma sát thấp, khả năng chống xoắn và chịu áp lực tốt nhưng vẫn đảm bảo tính mềm mại và linh hoạt. PEBA không những có khả năng chống hóa chất, va đập đặc biệt,  vật liệu này còn rất nhẹ, tạo sự thoải mái cho bệnh nhân khi sử dụng trong các thiết bị y tế đeo trên người. PEBA ngày càng phổ biến trong các ứng dụng ống y tế, bao gồm ống thông, đầu nối, màng y tế, thiết bị cấy ghép,…

Giải pháp ống thông y tế

Vấn đề với các vật liệu khó kết dính trong trong lắp ráp thiết bị y tế

Mặc dù các loại hợp chất này có những đặc điểm ưu việt phù hợp để làm vật liệu trong sản xuất thiết bị y tế, nhà sản xuất cũng gặp phải những thách thức do bản chất nhựa nhiệt dẻo khó liên kết của chúng. Khái niệm kết dính bao gồm chất kết dính tương tác với các nhóm phản ứng (như C=O trong chất nền polycarbonate hoặc polyetherimide). Các nhóm phản ứng này cung cấp oxy mật độ electron cao, có thể liên kết chéo thông qua vị trí liên kết đôi. Trong khi đó, Nylon, COC/COP và PEBA có năng lượng bề mặt thấp, bề mặt nhẵn bóng, làm giảm khả năng thấm ướt của keo trên bề mặt, tạo ra diện tích tiếp xúc nhỏ và khó tạo ra liên kết bền chặt.

Nylon là chất kỵ nước hay đẩy nước. Tính chất này có là do sự xuất hiện của các chuỗi cacbon aliphatic trong cấu trúc của nylon không tương tác thuận lợi với các chất phân cực như nước. Cấu trúc hóa học của nylon bao gồm các liên kết amit lặp lại (–CO-NH–) trơ về mặt hóa học. Tính trơ này khiến các chất khác khó phản ứng với nylon. Cấu trúc hóa học của nylon, với các chuỗi cacbon dài không phản ứng giữa các vị trí liên kết, góp phần tạo nên các tính chất này. Ví dụ, Nylon 6 có 6 cacbon không phản ứng, nylon 12 có 12 cacbon không phản ứng giữa các vị trí liên kết, khiến những chất này ít linh hoạt và khó liên kết hơn.

COC/COP (Cyclic Olefin Polymers and Copolymers) là một chất khó liên kết với các loại keo do cấu trúc hóa học. Đây là loại copolyme có độ trong suốt cao chủ yếu bao gồm etylen với các nhóm norbornene xen kẽ ngẫu nhiên. Cấu trúc này tạo ra một vật liệu có rất ít vị trí liên kết tự nhiên để chất kết dính bám vào, khiến quá trình liên kết trở nên khó khăn hơn. Ngoài ra, COC/COP là polyme vô định hình, góp phần tạo nên độ trong suốt và khả năng chống ẩm nhưng cũng khiến chúng ít phản ứng hơn với các tác nhân liên kết. Khả năng chống lại các dung môi phân cực hữu cơ của vật liệu này làm phức tạp thêm quá trình liên kết, vì nhiều chất kết dính dựa vào các dung môi này để tạo liên kết. Thông thường, vật liệu này sẽ cần phải xử lý trước để đạt được độ bám dính tốt.

PEBA bao gồm các khối xen kẽ của polyamide cứng (nylon) và các đoạn polyether dẻo. Các đoạn này được kết nối thông qua liên kết amide, góp phần tạo nên các đặc tính tổng thể của vật liệu. Độ khó liên kết của PEBA tương tự như của nylon vì các công thức PEBA có chứa nylon như một thành phần của chúng. Hàm lượng nylon càng cao (được chỉ ra bởi độ cứng của PEBA), thì càng khó liên kết.

Việc xử lý bề mặt sẽ giúp cải thiện đáng kể khả năng liên kết của các chất nền khó bám dính trên thông qua tăng năng lượng bề mặt, loại bỏ chất gây ô nhiễm và tối ưu hóa các điều kiện bám dính.

Đọc thêm tại: Các phương pháp Xử lý bề mặt trước khi Kết dính/ Lắp ráp trong các ngành Công nghiệp Sản xuất

Phương pháp liên kết hiệu quả cho các vật liệu khó kết dính trong sản xuất thiết bị y tế

Để kết dính được những vật liệu này, nhà sản xuất có thể cân nhắc một số phương pháp sau:

Hàn nhựa siêu âm (Ultrasonic Plastic Welding)

Hàn nhựa bằng sóng siêu âm, hay còn được gọi là hàn qua nóng chảy, là một phương pháp được sử dụng để nối các bộ phận nhựa bằng cách phát rung động âm thanh siêu âm tần số cao vào hai bề mặt được ép chặt với nhau. Các rung động gây ra sự gia nhiệt cục bộ do ma sát và chuyển động giữa các phân tử, làm tan chảy nhựa tại bề mặt của các bộ phận.

Hàn dung môi (Solvent Welding)

Hàn dung môi là phương pháp được sử dụng để nối các bộ phận nhựa bằng cách sử dụng dung môi hóa học để hòa tan tạm thời bề mặt của nhựa. Từ đó các bộ phận nhựa sẽ hợp lại với nhau và đông lại khi dung môi bay hơi.

While ultrasonic plastic welding and solvent welding offer fast processes and strong bonds, manufacturers face several challenges when using these techniques in medical device assembly. Manufacture can refer our solution to overcome the challenges of those methods, ensuring reliable and durable bonding of substrates like Nylon, COC/COP, and PEBA.

Mặc dù hàn nhựa siêu âm và hàn dung môi giúp đẩy nhanh quy trình và tạo ra các liên kết mạnh, các nhà sản xuất sẽ gặp một số hạn chế khi sử dụng các kỹ thuật này trong lắp ráp thiết bị y tế. Nhà sản xuất có thể tham khảo giải pháp của Prostech để giải quyết những hạn chế này, đảm bảo liên kết chắc chắn của các vật liệu như Nylon, COC/COP và PEBA.

Liên kết bằng keo dính

Another popular technique currently preferred in the market is adhesive where it could optimize the process, improve aesthetic and can be integrated automatically. Selecting a suitable adhesive is a cure to ease your pain:

Một kỹ thuật phổ biến khác hiện đang được ưa chuộng trên thị trường là keo dính, vừa giúp tối ưu hóa quy trình, cải thiện tính thẩm mỹ và có thể tự động hóa quy trình. Việc lựa chọn keo dán phù hợp là giải pháp giải quyết các vấn đề tồn tại:

 Xem các sản phẩm keo y tế

Trong quá trình giải quyết các thách thức trong lắp ráp thiết bị y tế, việc lựa chọn loại keo phù hợp đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất sản phẩm, tính an toàn và tuân thủ quy định. Prostech luôn sẵn sàng cung cấp tư vấn chuyên môn và hỗ trợ cho quá trình lựa chọn keo phù hợp cho ứng dụng cụ thể của khách hàng. Với kinh nghiệm trong sản xuất thiết bị y tế và hiểu biết sâu sắc về công nghệ keo, Prostech có thể đưa ra hướng dẫn phù hợp để giải quyết các vấn đề và tối ưu hóa quy trình. Liên hệ với Prostech ngay hôm nay để được tư vấn miễn phí!