내구성·내식성 의료기기 필수 금속 소재 가이드

오늘날 의료기기 위탁 제조는 호황 산업입니다. 의료 장비는 장비가 오랜 시간 제대로 작동하고 부식 위험이나 주변 환경 영향 없이 환자 회복에 영향을 주지 않도록 특정 금속으로 제작됩니다.

의료 제품이나 의료 환경에서 사용되는 기타 장비 개발자라면 제조 소재를 신중하게 선택해야 합니다. 일반적으로 최고 강도와 내구성이 필요한 용도에는 플라스틱이나 기타 소재보다 금속이 선택되며, 특히 큰 기계적 스트레스를 견뎌야 하는 도구나 인공 관절 대체용으로 사용될 때 그렇습니다.

게다가 순수 기계적 특성 외에도 의료 환경에서 사용되는 금속은 대부분의 다른 제품이 충족할 수 없는 특정 표준을 충족해야 합니다. 예를 들어 인체 조직이나 체액이 있는 환경에서 무독성이어야 할 수 있습니다. 또는 세제, 알코올 등 세척 화학물질에 저항해야 할 수 있습니다. 무독성 외에도 임플란트용 금속은 비자성이어야 하고 비부식성이어야 합니다.

이러한 소재 간 차이와 각 금속이 제공하는 다양한 가능성을 이해하면 설계자에게 응용 분야에 적합한 등급이나 합금 선택에 일정한 자유도를 제공합니다. 오늘날 의료기기 및 임플란트 제조업체는 다양한 효과적인 금속을 선택할 수 있습니다.

이 글에서는 의료기기 제조에 적합한 소재를 연구합니다. 여러 일반적인 금속과 금속 합금이 필수적이 되었습니다.

스테인리스강(Stainless Steel)

의료기기 설계에 금속 부품 통합 지시를 내릴 때 일반적인 선택은 300계열 스테인리스강 중 하나입니다.

이 합금들은 실제로 비부식성입니다. 반사에서 무광까지 다양한 표면 마감을 제조할 수 있으며, 우수한 기계적 물리적 특성을 제공하고, 냉간 성형이나 다양한 부품으로 가공하기 쉽습니다.

스테인리스강 합금은 17~25% 크롬과 8~25% 니켈로 구성됩니다. 크롬의 존재는 합금 표면에 연구용, 접착성, 보이지 않는 산화크롬 막을 형성하여 스테인리스강의 내식성을 일부 제공합니다.

스테인리스강은 많은 유형의 의료기기에 이상적인 소재입니다. 무독성, 비부식성, 내구성이 있으며 매우 미세한 표면으로 연마되어 세척이 쉽습니다.

의료용 임플란트와 바디 피어싱에 가장 흔히 사용되는 스테인리스강은 316과 316L로 높은 내식성을 가집니다. 이는 혈액 내 부식이 감염을 일으키고 심지어 사망에 이를 수 있기 때문에 중요합니다. 많은 사람들이 니켈 알레르기 반응을 보이기도 합니다. 따라서 저니켈 스테인리스강으로 대체할 수 있습니다.

대부분의 수술 도구는 440 스테인리스강으로 만듭니다. 316만큼 내식성은 좋지 않지만 탄소 함량이 높아 열처리로 절삭 공구용 매우 날카로운 모서리를 만들 수 있습니다.

핀셋, 지혈집게 등 수술 도구에도 사용되며 내구성이 있어야 하고 세척 및 소독이 쉬워야 합니다. 또한 스테인리스강 메쉬는 때때로 혈관 내 스텐트에 사용됩니다.

티타늄(Titanium)

일반적으로 사용되는 금속 소재 중 티타늄은 의료기기 제조에 가장 인기 있는 금속 중 하나입니다. 체내용 의료기기 외에도 수술 기구, 치과 장비, 정형외과 장비 등 체외용 장비 제조에도 사용됩니다. 순수 티타늄은 가장 불활성이며 가장 비싸며, 보통 초고신뢰성 부품이나 수술 후 환자 체내에 남는 부품에 사용됩니다. 티타늄은 이제 스테인리스강의 일반적인 대체재로 뼈 지지대와 뼈 대체재 제작에 사용됩니다. 스테인리스강만큼 강하고 내구성이 있으며 동시에 더 가볍고 우수한 생체적합성을 가집니다. 인공 관절, 페이스메이커 캔, 기타 금속 임플란트 등이 포함됩니다.

의료기기 제조에 특화된 의료용 티타늄 합금이 있습니다. 티타늄 6AL4V ELI와 티타늄 6AL4V는 4% 바나듐과 6% 알루미늄으로 구성된 합금입니다. 티타늄 합금은 인체와 조화롭게 결합하여 의료기기 제조에 매우 적합합니다. 티타늄 합금도 다공성으로 만들 수 있는 것은 당연합니다.

의료기기에 사용되는 다른 티타늄으로는 Gr.23과 Gr.5가 있으며, 특정 의료기기 제조업체가 사용하는 특수 등급입니다. Ti-6AL-4V ELI와 Ti-6AL-4V는 높은 파단 저항성 때문에 치과 임플란트와 치과 장비 제조에 흔히 사용됩니다.

구리 티타늄도 박테리아에 강해 수술 장비에 이상적입니다. 박테리아에 노출되어도 오염 걱정 없이 안전하게 사용할 수 있고, 방사선 방출 장비와도 안전하게 사용할 수 있습니다.

알루미늄(Aluminum)

신체와 직접 접촉은 드물지만 알루미늄은 경량, 강도, 내식성이 요구되는 다양한 지원 장비에 매우 흔히 사용됩니다. 예: 침대 프레임, 휠체어, 보행 지팡이, 정형외과 보조기, 수액 스탠드. 원시 알루미늄은 녹슬거나 산화되기 쉬우므로 알루미늄 부품은 보통 도장이나 아노다이징으로 내구성을 높입니다.

니오븀(Niobium)

니오븀은 오늘날 의료기기에 사용되는 내열 특수 금속 중 하나입니다. 니오븀은 고도로 불활성이며 생체적합성이 뛰어납니다. 높은 열전도율과 전기전도율 등 가치 있는 특성 외에도 심박조율기의 작은 부품 제작에 자주 사용됩니다. 탄탈룸은 고다공성 내열 금속으로 뼈 성장을 촉진하고 부착되어 뼈가 있는 임플란트에 사용할 수 있습니다. 이 소재는 진단 마커 테이프에도 사용됩니다. 그러나 원소의 비용과 희소성으로 인해 탄탈룸은 복합 소재로 자주 사용됩니다.

텅스텐(Tungsten)

텅스텐도 의료기기 일부로 자주 사용됩니다. 최소 침습 복강경 및 내시경 시술에 사용되는 튜브 등입니다. 기계적 강도 제공 외에도 텅스텐은 방사선 불투과성이 필요한 곳에 사용되며, 주로 형광 검사 응용에 쓰입니다. 텅스텐 밀도는 납보다 크며, 방사선 차폐 소재로 환경에 무해한 납 대체재로도 사용됩니다.

니티놀(Nitinol)

니티놀은 니켈과 티타늄 조합으로 만든 합금입니다. 이 금속은 초탄성 특성으로 인해 응력이 가해지면 가역적으로 반응합니다. 형상 기억은 니티놀이 특정 온도에서 변형되었다가 변태 온도 이상에 노출되면 원래 모양을 회복하는 능력을 표현하는 용어입니다.

큰 변형을 견딜 수 있는 능력으로 니티놀은 의료기기 설계 및 엔지니어링에 이상적인 소재로 널리 사용됩니다. 이 금속으로 만든 의료기기에는 생검 장치, 소형 집게 도구 등이 있습니다. 쉽게 확장되어 넓은 영역으로 펼칠 수 있는 의료 도구 제조에 이상적입니다.

독특한 성능과 경량 특성으로 니티놀은 스테이플, 심장 판막 도구, 복잡한 스페이서 장치, 뼈 앵커, 심장 판막 장치, 다양한 임플란트 등 생물의학 응용 제조에 매우 적합합니다.

유방 종양 위치결정용 국소화 마커와 진단 라인 제작에도 사용할 수 있습니다. 이 장치들은 유방암 진단과 치료에서 침습성이 적어 선호됩니다.