Grundlagenwissen

Kunststoffe in der Medizin: Materialien, Anwendung und Verarbeitung

| Autor / Redakteur: jettegsk* / Peter Reinhardt

Spritzen sind ein typisches Beispiel für Medizinprodukte aus Kunststoff. Für den einmaligen Gebrauch bestimmt, werden sie millionenfach produziert.
Spritzen sind ein typisches Beispiel für Medizinprodukte aus Kunststoff. Für den einmaligen Gebrauch bestimmt, werden sie millionenfach produziert. (Bild: gemeinfrei / CC0)

Kunststoffe zählen zu den am meisten verwendeten Materialien in der Medizin. Warum ist das so, wo genau werden Kunststoffe in der Medizin eingesetzt und was sind die dabei die Vorteile und Herausforderungen?

Die Vorteile von Kunststoff in der Medizin sind sehr vielfältig. Kunststoff nimmt keine Gerüche an, ist beständig gegen Wasser und andere Flüssigkeiten. Zudem kann Kunststoff auf vielfältige Weise geformt und so an die jeweiligen Bedingungen angepasst werden. Kunststoff in der Medizin findet daher in nahezu allen Bereichen Anwendung. So hat Kunststoff in der Medizintechnik die Arbeit von Schwestern und Ärzten stark vereinfacht. Spritzen, Kanülen und Infusionsbestecke mussten über Jahrzehnte aufwendig sterilisiert werden, bevor sie neu verwendet werden konnten. Heute gelangen Kunststoff-Medizinprodukte steril verpackt an den Einsatzort und werden in der Regel nach einmaligem Gebrauch entsorgt. Dies ist nicht nur eine Arbeitserleichterung, sondern dient auch der Sicherheit. Die Sterilisation von Kunststoffen für die Medizin ist eine Frage des Verfahrens. Strahlen oder Ethylenoxid? Die Methode macht den Unterschied.

Abstimmung auf den individuellen Bedarf

Kunststoff in der Medizin kann sehr gut auf den individuellen Bedarf von Ärzten, Schwestern und Patienten abgestimmt werden. Medizintechnik-Hersteller arbeiten hierfür mit modernsten Methoden in der Konstruktion und Produktion, was eine präzise Herstellung von Kunststoffprodukten für die Medizin ermöglicht. Zudem ist Kunststoff für Medizintechnik in der Produktion sehr preiswert. Er gestaltet sich einfach in der Handhabung, er ist unzerbrechlich und er ist hautfreundlich.

Die Statistik zeigt die Anteile der Kunststoffsorten an der europäischen Kunststoffnachfrage in den Jahren von 2014 bis 2016. Das Gesamtvolumen des in Europa (EU-28, Norwegen, Schweiz) nachgefragten Kunststoffs belief sich im Jahr 2016 auf rund 50 Millionen Tonnen.
Die Statistik zeigt die Anteile der Kunststoffsorten an der europäischen Kunststoffnachfrage in den Jahren von 2014 bis 2016. Das Gesamtvolumen des in Europa (EU-28, Norwegen, Schweiz) nachgefragten Kunststoffs belief sich im Jahr 2016 auf rund 50 Millionen Tonnen. (Bild: PlasticsEurope; Consultic; myCEPPI / Statista)

Kunststoff in der Medizin hat das Risiko für Allergien gesenkt, die auftreten konnten, als noch Instrumente und Bestecke aus Nickel oder Aluminium verwendet wurden. Wenn Sie mit Kunststoff in der Medizintechnik arbeiten, können Sie sich von der großen Auswahl an verschiedenen Formen und Materialien überzeugen. Alle Instrumente und Hilfsmittel sind sehr handlich und für das jeweilige Einsatzgebiet optimiert. Die Verwendungsmöglichkeiten sind vielseitig, und es wird bei der Entwicklung der Produkte Wert darauf gelegt, die Belastung für den Patienten so gering wie möglich zu halten.

Kunststoffe in der Medizin: eine lange Erfolgsgeschichte

Im Übrigen geht die Geschichte von Kunststoffen in der Medizin schon viele Jahre zurück. Klassische wiederverwendbare Materialien wurden schon vor Jahrzehnten nach und nach durch die leichteren Kunststoffe ersetzt. Dabei spielte eine wesentliche Rolle, dass Kunststoffe in der Herstellung so preiswert sind, dass sie nach der einmaligen Verwendung weggeworfen werden können. Beide Kriterien führten dazu, dass Kunststoffe in der modernen Medizin in allen Bereichen vertreten sind – Kunststoffe für die Medizintechnik: nicht immer neu, aber immer besser.

Wichtige Fakten:

  • Kunststoffe erleichtern die Arbeit in der Medizin
  • Kunststoffe in der Medizin senken das Allergierisiko
  • Kunststoffe in der Medizin bieten hohe Sicherheit für Patienten
  • Hohe Zuverlässigkeit des Materials ist ein Vorteil von Kunststoffen in der Medizin
  • In der Medizin sind Kunststoffe vielseitig verwendbar

Hochleistungskunststoffe für die besonderen Anforderungen in der Medizin

In der Medizin werden verschiedene Kunststoffe verwendet, die allesamt auf ihren Verwendungszweck abgestimmt wurden. Thermoplaste kommen aufgrund ihrer Vielseitigkeit und guten Verarbeitungsmöglichkeiten besonders häufig zum Einsatz. Sie haben isolierende Eigenschaften und knicken nicht. So können wiederverschließbare Infusionsbeutel, knickfreie Beatmungsschläuche und Spritzen hergestellt werden, die eine sehr exakte Dosierung ermöglichen. Auch Orthesen, Prothesen und Inlays, beispielsweise für Hörgeräte, werden aus Thermoplasten hergestellt.

Fachbuch „Kunststoffe auswählen“ Das Fachbuch "Kunststoffe auswählen" von Richter et al. bietet eine praktische Anleitung zur Gesamtbetrachtung der Materialauswahl für die industrielle Produktion. Die Inhalte zeigen einfach und verständlich die Abläufe bei der Materialauswahl auf – unterstützt durch Checklisten oder Prozess-Skizzen. Das Fachbuch „Kunststoffe auswählen“ kann hier versandkostenfrei oder als eBook bestellt werden.

Unter dem Oberbegriff der PEEK-Kunststoffe wird ein Hochleistungskunststoff zusammengefasst, der mit seinen sehr guten thermoplastischen Eigenschaften und einer hohen Temperaturbeständigkeit überzeugt. PEEK-Kunststoffe kommen daher sehr häufig in der Medizin zum Einsatz. Oftmals sind die Bedingungen, unter denen dieser Kunststoff Verwendung findet, sehr hart – so zum Beispiel bei chirurgischen Instrumenten. Im Operationssaal muss es schnell gehen, und der Mediziner muss sich ohne Ausnahme auf sein Handwerkszeug verlassen können. Mit der Verwendung thermoplastischer PEEK-Kunststoffe gibt es ein Material, das den hohen Anforderungen der Arbeit in der Medizin gerecht wird. Es findet aufgrund seiner robusten Eigenschaften unter anderem in der Zahnheilkunde und als Werkstoff für Implantate seinen Einsatz. Neueste Entwicklungen ermöglichen den 3D-Druck von PEEK.

Biokunststoffe und Biokompatibilität

In jüngerer Zeit finden auch Biokunststoffe immer häufiger ihren Einsatz in der Medizin. Ziel ist, die Belastung der Umwelt zu reduzieren. Denn mit dem intensiven Einsatz von Kunststoffen in der Medizin ist auch die Produktion von Müll sehr stark gestiegen. Biologisch abbaubare Kunststoffe leisten hier einen wichtigen Beitrag für den Umweltschutz.

Biokompatibilitätin der Medizin ist dagegen eine Frage der Verträglichkeit mit dem menschlichen Organismus. Diese ist nach ISO 10993 1-20 zu zertifizieren. Geprüfte Biokompatibilität für mehr Patientenschutz attestieren Benannte Stellen wie zum Beispiel der TÜV Rheinland. Mittels Beschichtungen können auch von Hause aus nicht biokompatible Kunststoffe Biokompatibilität erreichen.

Auch ABS wird als Kunststoff in der Medizin intensiv eingesetzt. ABS ist ein sehr schlagfester thermoplastischer Kunststoff, der ebenso wie PEEK sehr hohe Temperaturen aushält. Außerdem ist er absolut bruchsicher. Darüber hinaus kommen vermehrt auch glasfaserverstärkte Kunststoffe zum Einsatz, bei denen die Schlagfestigkeit nochmals erhöht ist. Dies ist vor allem für Notfalleinsätze wichtig, in denen sich Mediziner kaum um einen schonenden Umgang mit der Ausrüstung kümmern können, sondern ihren Fokus voll auf die Betreuung und Behandlung der Patienten richten. Deshalb ist stabile Ausrüstung, die zuverlässig funktioniert, lebensrettend. Dazu leisten hochwertige Kunststoffe einen sehr wichtigen Beitrag.

Silikon für die Herstellung von Medizinprodukten

Silikon ist ein Material, das gleichermaßen flexibel biegsam und reißfest ist. Daher ist es für den Bedarf in der Medizin sehr gut geeignet. Eine Vielzahl an Schläuchen und Verbindern, die in der Versorgung der Patienten täglich zum Einsatz kommen, werden aus Silikon hergestellt. Auch Brust-Implantate werden aus Silikon hergestellt. Traurige Berühmtheit hat Silikon in diesem Zusammenhang mit dem sogenannten PIP-Skandal erreicht, als der französische Implantate-Hersteller Poly Implant Prothèse (PIP) anstelle von zertifiziertem medizinischen Silikon nicht zugelassenes Industrie-Silikon verwendete. Die Folge dieser kriminellen Machenschaften waren tausende Betroffene Frauen in Deutschland und Frankreich. Dies ist jedoch ein Einzelfall, der dem Ruf von Silikon als zugelassenem Werkstoff für Medizinprodukte keinen Abbruch tun sollte. Ganz hervorragend lässt sich Silikon für die Herstellung von Hart-Weich-Verbindungen verwenden.

Wichtige Fakten:

  • Kunststoffe haben eine lange Erfolgsgeschichte in der Medizin
  • Thermoplastische Eigenschaften eignen sich für viele Medizinprodukte
  • Hochleistungskunststoffe sind biokompatibel und hitzebeständig
  • Silikon ist ein guter Werkstoff für Hart-Weich-Verbindungen

Keine Gesundheitsgefährdung durch Kunststoffe in der Medizin

Abgesehen vom PIP-Skandal besteht bei den meisten Kunststoffen keine Gefahr einer Gesundheitsgefährdung. Denn Kunststoffe lösen anders als Metalle keine Allergien aus. Wichtig ist jedoch, dass in der Herstellung einige Dinge beachtet werden. So sollten die Kunststoffe, die in der Medizin Anwendung finden, kein Bisphenol A und keine Phthalate enthalten. Die Rohstofflieferanten sind mit diesen Vorgaben vertraut.

Kunststoffe in medizinischen Anwendungen

Medizinprodukte, die aus Kunststoffen hergestellt werden, sind sehr vielfältig. So werden Kunststoffe für medizinische Anwendungen, für Implantate und für Schläuche verwendet. Aber auch Gehäuse aus Kunststoff für den Schutz medizinischer Geräte und Anlagen kommen zum Einsatz. Insofern begegnen Kunststoffe, die für die Fertigung von Produkten für medizinische Anwendungen eingesetzt werden, Medizinern, Klinikpersonal und Patienten jeden Tag. So bestehen beispielsweise Spritzen und Medizinlöffel aus Kunststoff – und werden nach der einmaligen Verwendung entsorgt. Medizinflaschen aus Kunststoff sind ebenfalls sehr praktisch, denn sie haben ein geringes Eigengewicht und sind sehr robust. Aufgrund der geringen Herstellungskosten können sie ebenfalls weggeworfen werden. Die früher notwendige aufwendige Reinigung fällt somit weg.

Medizinische Implantate können aus ästhetischen oder therapeutischen Gründen gelegt werden. Besonders bekannt ist der Aufbau der Brust durch Silikon, wenn eine Frau an Krebs erkrankt ist oder aus psychischen Gründen eine Veränderung wünscht. Kunststoffe für medizinische Implantate kommen aber auch in anderen Bereichen zum Einsatz. So gibt es Implantate, die den Patienten ihr Hörvermögen zurückgeben. Für Hörgeräte oder als Hörschutz bei einer hohen Lärmbelästigung werden medizinische Kunststoff-Ohrstecker eingesetzt. Nicht zu vergessen sind künstliche Gelenke sowie Knochenplatten, Knochenschrauben und Knochennägel aus Kunststoff. Mitunter handelt es sich dabei heute schon um Einzelteile, die speziell für den Bedarf eines Patienten angefertigt werden. Additive Fertigung beziehungsweise 3D-Druck lautet hier das Stichwort.

Medizinische Schläuche und Schlauchklemmen aus Kunststoff

Schwerkranke Patienten bekommen häufig einen Katheter. Als Material wird auch hier Kunststoff verwendet. Die hohe Hautverträglichkeit, das geringe Eigengewicht und die Biegsamkeit sind ideale Eigenschaften für das Legen eines Katheters. Da der Kunststoff sich auch dann nicht verändert, wenn er sich im Körper befindet, kann er über Monate oder sogar Jahre liegen bleiben.

Ärzte und Schwester in Krankenhäusern und Arztpraxen haben aber auch darüber hinaus täglichen Umgang mit medizinischen Schläuchen. Zum Blutabnehmen werden sie ebenso benötigt wie für die Beatmung oder für das Anlegen einer Infusion. Medizinische Schläuche sind oft durchsichtig, sodass die Flüssigkeit im Inneren jederzeit beobachtet werden kann. Sie können in verschiedenen Längen und Stärken hergestellt und so exakt auf den individuellen Bedarf angepasst werden. Als Ergänzung wird die Schlauchklemme aus Kunststoff in der Medizin verwendet. Schlauchklemmen aus anderen Materialien finden mittlerweile keine Verwendung mehr. Die Schlauchklemmen werden benötigt, um eine Blut- oder Flüssigkeitszufuhr zu stoppen. Sie können sehr einfach arretiert und ebenso leicht wieder entfernt werden. Die Schlauchklemmen sind für die Wiederverwendung optimiert. Sie werden in verschiedenen Farben geliefert und sind damit gut zu unterscheiden.

Die Verwendung von Kunststoffgehäusen in der Medizin

Auch als Werkstoff für Gehäuse sind Kunststoffe aus der Medizin nicht mehr wegzudenken. Diese dienen dem Transport und Schutz empfindlicher Medizintechnik, die beispielsweise bei Notfalleinsätzen mobil verwendet wird. Aber auch stationär eingesetzte Geräte, Apparate und Instrumente, die mit empfindlicher Elektronik ausgestattet sind und auf den Stationen der Krankenhäuser für die Versorgung der Patienten eingesetzt werden, sind in Kunststoffgehäusen sicher geschützt. Instrumente, mit denen der Hausarzt arbeitet, aber auch Konserven von Blut und Plasma werden ebenfalls in Gehäusen aus Kunststoff aufbewahrt und transportiert. Die Vorteile sind auch hier eindeutig. Kunststoff lässt sich leicht reinigen, ist robust, wetterfest und sehr stabil. In der Summe sind dies ideale Bedingungen, um wichtige Instrumente und Geräte vor Fehleinwirkungen von außen zu schützen.

Wichtige Fakten:

  • Verschiedene Produkte erfordern angepasste Kunststoffe
  • Biegsamkeit und Transparenz ist bei Schläuchen sehr wichtig
  • Hochwertiges Silikon kommt in der ästhetischen Chirurgie zum Einsatz
  • Kunststoffe werden im Inneren des Körpers gut vertragen
  • Kunststoffgehäuse schützen empfindliche Medizinelektronik beim Transport und stationär

Kunststoffverarbeitung: Kunststoff-Spritzguss in der Medizintechnik

An die Kunststoffverarbeitung werden seitens der Medizin sehr hohe Ansprüche gestellt, dem die Kunststofftechnik gerecht zu werden hat. In den letzten Jahren wurden die Möglichkeiten der Kunststofftechnologie sehr erweitert. Eine hohe Präzision ist erforderlich, denn viele Teile haben nur eine sehr geringe Größe und kaum Gewicht. Die Herstellung ist dennoch möglich, denn es kommen hochmoderne Maschinen und Anlagen zum Einsatz, die es ermöglichen, auch kleinste Teile mit komplexen Geometrien zu fertigen. Auf der Fakuma – Internationale Fachmesse für Kunststoffverarbeitung war das im vergangenen Jahr deutlich zu sehen: Große Spritzgussmaschinen produzieren winzig kleine Bauteile.

3D-Animation: das Prinzip des Spritzgießens eines Kunststoff-Spritzgussteils.

Das am häufigsten eingesetzte Verfahren ist der Kunststoff-Spritzguss, der bei Medizintechnikteilen Anwendung findet, die in großen Mengen benötigt und somit in Serie gefertigt werden. Die Herstellung ist mit einer hohen Präzision möglich. Der Kunststoff-Spritzguss lässt sich mit Spritzgießmaschinen, die heute immer häufiger voll-elektrisch oder hybrid anstelle von hydraulisch betrieben werden.

Eine Vielzahl an Kunststoffen ist für den Kunststoff-Spritzguss in der Medizintechnik sehr gut geeignet. Dabei handelt es sich um Kunststoffe, die durch Erhitzen gezielt aufgeschmolzen und plastifiziert werden, um sie anschließend in die gewünschte Form zu bringen. Es besteht die Möglichkeit, Kleinserien und mittlere Serien herzustellen oder große Serien mit mehreren Millionen Teilen pro Jahr zu fertigen.

Kunststoffe extrudieren und schweißen

Ein gänzlich anderes Verfahren ist die Kunststoff-Exstrusion von Medizinprodukten. Mit diesem Pressvorgang werden unter anderem Schläuche, Folien und Beutel hergestellt. Auch hierfür wird das Ausgangsmaterial zunächst aufgeschmolzen. Anders als beim Kunststoff-Spritzgießen wird es jedoch nicht in Kavitäten gegossen, sondern kontinuierlich durch Düsen gepresst, ehe es in der gewünschten Form abgekühlt wird und erstarrt.

Bubbleschläuche, außen gestreifte, mehrlumige sowie koextrudierte Schläuche aus medizinischen Verbundstoffen.
Bubbleschläuche, außen gestreifte, mehrlumige sowie koextrudierte Schläuche aus medizinischen Verbundstoffen. (Bild: Medical Tubing)

Eine Ergänzung zu den vorgenannten Fertigungsverfahren, die für die Herstellung von Teilen aus Kunststoff in der Medizintechnik eingesetzt werden, ist das Kunststoffschweißen. Ähnlich wie beim klassischen Verschweißen von Metall können auch Kunststoffe durch aufschmelzen verbunden werden. Das Kunststoffschweißen eignet sich sowohl für die Serienfertigung als auch für Einzelstücke.

Wichtige Fakten:

  • Spritzguss ermöglicht die Serienfertigung komplex geformter Teile in mittleren bis großen Stückzahlen
  • Medizinische Schläuche und Folien werden extrudiert
  • Kunststoffschweißen zur Verbindung verschiedener Elemente
  • Herstellung von einzelnen Elementen und Serienfertigung

Material-Lieferanten sind gute Berater

Die Materialien, die bei Lieferanten bestellt werden können, entsprechen den gängigen Standards. Sie werden von den Herstellern nach dem jeweiligen Bedarf ausgewählt. Kunststoff ist in vielen verschiedenen Varianten erhältlich. Es gibt Materialien, die weich und biegsam sind. Andere sind sehr hart und robust. Sie verbiegen sich nicht und bieten einen sehr guten Schutz beim Transport empfindlicher Instrumente oder organischer Stoffe, die für die Therapie des Patienten benötigt werden.

Grundsätzlich kommen in der Medizin Kunststoffe zum Einsatz, die auf das Produkt perfekt abgestimmt sind. Dies auch können Compounds sein, also Kunststoffe, denen während der Fertigung verschiedene Additive beigemischt werden. Die Lieferanten bieten stets eine Auswahl an verschiedenen Materialien und können eine individuelle Beratung erteilen, welcher Kunststoff für ein bestimmtes Produkt besonders geeignet ist. Alleine auf dem B2B-Marktplatz„Wer liefert was?“ finden sich über 150 Anbieter von Kunststoff-Compounds. Entscheiden Sie sich für einen Lieferanten, der über ein hohes Maß an spezieller Erfahrung in Bezug auf Medizinprodukte verfügt und Ihnen die besten Materialien zur Verfügung stellt. Dann können Sie sicher sein, dass die Materialien perfekt an den jeweiligen Verwendungszweck angepasst sind.

Kunststoffverarbeiter sind Full-Service-Anbieter

Viele Medizintechnik-Hersteller greifen heute auf die Dienste spezialisierter Kunststoffverarbeiter zurück, um sich auf ihre Kernkompetenzen zu konzentrieren. Als Partner für die Medizin verfügen diese über ein sehr hohes Maß an Erfahrung in ihren individuellen Bereichen. Häufig sind sie inzwischen als Full-Service-Dienstleister aufgestellt. Von der Produktentwicklung über den Prototypen- und Werkzeugbau bis zur Produktion, Qualitätssicherung und Logistik übernehmen sie quasi alle Wertschöpfungsschritte. Zu den führenden Auftragsfertigern für die Medizintechnik im deutschsprachigen Raum zählen unter anderem:

  • B. Braun
  • Frank Plastic
  • Freudenberg Medical
  • Novoplast / Fleima
  • Philips Medisize
  • Raumedic
  • Riegler
  • Rose Medical Plastic Packaging
  • Starlim Sterner
  • Trelleborg
  • Balda Medical

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* jettegsk hat eine Ausbildung zur Krankenschwester absolviert und im zweiten Bildungsweg u.a. Germanistik studiert. Seit 2008 arbeitet sie freiberuflich als Texterin, Autorin und Lektorin. Sie lebt und arbeitet in der Nähe von Potsdam.

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