Tips vid val av biokompatibelt smörjmedel

Smörjmedel kan vara nödvändigt inom många olika typer av medicinska applikationer för att minska friktionen på rörliga delar. Vilka faktorer är viktiga att ta hänsyn till vid val av biokompatibelt smörjmedel till din medicinska applikation? Det ska vi nu gå igenom.

Biokompatibelt smörjmedel kan vara nödvändigt inom många olika typer av medicinska applikationer för att minska friktionen på rörliga delar. Vilka faktorer är viktiga att ta hänsyn till vid val av biokompatibelt smörjmedel till din medicinska applikation? Det ska vi nu gå igenom.

För mer information om vilka typer av biokompatibla smörjmedel som finns tillgängliga för medicinska applikationer, läs vårt tidigare blogginlägg som beskriver dessa.

Titta på typen av applikation

Biokompabiliteten på Nusils smörmedel testas enligt ISO 10993. Inom denna testspecifikation har man delat upp smörjmedlen inom två olika kategorier: för korttidsimplantering (mindre än 30 dagar) och för långtidsimplantering (över 30 dagar). Här ska du alltså se till att välja ett smörjmedel med rätt typ av klassning.

Vilken typ av friktionsreduktion behövs? Hydrofobicitet?

Till exempel:

  • Minska insättningskraft i mänsklig vävnad för nålar, kanyler, trokarer och skalpeller.
  • Reducera dragkraften mot andra komponenter eller mänsklig vävnad för katetrar, styrtrådar och skalpeller.
  • Minimera lossbrytningskraften för ventiler och kranar.
  • En hydrofob yta för till exempel insidan på sprutcylindrar.

Vilket material ska smörjas? Glas, plast, metall eller silikon?

Silikon

Ytan på härdade silikonelastomerer (silikongummi) har ofta en hög friktionskoeffeicient och kan kännas klibbiga, vilket försvårar för när dessa delar ska vara rörliga. Silikonelastomerer har också en tendens att klibba fast i varandra om de kommer för nära.

När det gäller smörjmedel för silikon är det viktigt att ta silikonernas kemi i beaktning. Om elastomeren och oljan är för lika kan oljan diffundera in i elastomeren vilket får den att svälla, och givetvis försämrar effekten av smörjningen. De allra flesta silikondetaljer är baserade på dimetyl-silikonpolymerer. Att då välja en fluorosilikon som smörjmedel förhindrar diffusion. Ett annat alternativ är att välja ett med högvisköst smörjmedel, som ett silikonfett, som kommer att ha svårare att migrera in i elastomeren. Förutom traditionella biokompatibla silikonsmörjmedel finns också härdande beläggningar som kan appliceras på silikonen. Dessa binder kemiskt till elastomerens yta och bildar en flexibel och tålig coating som inte förändrar elastomerens mekaniska egenskaper förutom att den sänker friktionskoefficienten. Ett annat icke-traditionellt alternativ är att sillverka silikondetaljen av en själ-smörjande silikon, där smörjmedlet alltså är inbyggt.

Metall

Metallytor på skalpeller, nålar och kanyler har en viss friktion. När dessa kommer i kontakt med eller till och med ska föras in i mänsklig vävnad, kan friktionen orsaka onödig skada och förstås orsaka patienten smärta. För att minska friktionen, har mycket ansträngning lagts på att optimera designen. Titta till exempel på en kanyl så ser du att nålspetsen har en speciell form som ska orsaka minst friktion. Den friktion som fortfarande är kvar kan minskas ännu mer genom att använda silikonsmörjmedel.

För metall är det speciellt viktigt att fundera över hur länge smörjmedlet behöver verka. Är det en engångsprodukt (t.ex. en injektionsspruta) eller flergångsprodukt (t.ex. suturnål som ju ska penetrera huden många gånger).

Ett vanligt val för smörjning av metall är att använda en silikonvätska (silikonolja). För engångsanvändning är lågviskösa vätskor passande, men för flergångsanvändning kan det vara bättre att använda ett högvisköst silikonsmörjmedel, kanske dispergerad i lösningsmedel för att enklare få en tunn och jämn smörjning.

Glas

Silikoner tenderar att ha god vidhäftning till glas tack vare deras liknande kemiska struktur med kiselsyre-kedjor. Att tillsätta värme kan göra att den annars så icke-reaktiva silikonen faktiskt tvärbinder till glaset för ännu bättre vidhäftning.

Ofta, när det gäller glas, så handlar smörjningen om att få en hydrofob yta. Det kan till exempel vara att belägga insidan av en sprutcylinder med silikonolja för att det ska gå enklare att trycka ut medicinen. Detta brukar kallas för silikonisering. En biokompatibel silikonolja eller silikonfett kan användas för smörjning av glas, eventuellt utblandad i lösningsmedel till en dispersion för appliceringens skull.

Plast

Det finns många plaster med användning inom medicinsk industri. Friktionspunkter hos plaster kan kräva smörjmedel. För att få kolvar och proppar av olika slag att glida bättre är silikonfett vanligt att använda då denna typ av smörjmedel tenderar att migrera minst. Om du vill använda en dispersion – se till att plasten tål lösningsmedlet.

Vilken typ av process är möjlig?

Fundera över om det finns möjlighet att applicera värme (för värmehärdande alternativ), om luftfuktigheten är stabil (för fukthärdande alternativ) och om ni kan tänka er att ha lösningsmedel i er process.

Hur ska jag applicera smörjmedlet?

Med torkduk, pensel/borste, sprayning eller doppning? Ska processen vara manuell eller automatiserad?

Hur många cykler ska smörjmedlet ha effekt?

En eller några få – välj en låg viskositet.

Flera – välj en högre viskositet eller härdande system.

Urvalsguide för Nusils biokompatibla silikonsmörjmedel

Har du fler frågor, tveka inte att kontakta oss för guidning!

4 sätt att sänka friktionen på silikon

Silikon har generellt hög friktion vilket gör att den kan vara svår att använda i rörliga delar. Vi går här igenom 4 olika sätt att sänka friktionen på silikon!

Silikon har generellt hög friktion och är naturligt klibbig. Ju mjukare silikonen är, desto mer ju desto mer klibbig blir dess yta. Detta innebär att silikon ofta har en tendens att dra åt sig bl.a. damm och att den enkelt klibbar fast i både sig själv (”blocking”) och andra material. Silikonen kan även vara svår att använda i rörliga delar. Dessa egenskaper kan ofta bli problematiska i applikationer som kräver att en silikondetalj ska kunna glida bra eller röra sig lätt. Då är det bra att ha koll på hur du kan sänka friktionen på silikon.

Här är 4 olika sätt att sänka friktionen på silikon:

1.      Friktionssänkande beläggning

Ett effektivt och långsiktigt sätt att sänka friktionen på silikon, till exempel för att minska insättningskraften, är att belägga ytan med en härdande coating. Nusil har speciella beläggningar som sänker friktionskoefficienten på silikon. Dessa produkter är lösningsmedelsbaserade, så se till att din process tolererar användningen av dessa.

När beläggningen härdat, har den bildat en flexibel och torr hinna som inte kan migrera men inte heller påverkar de mekaniska egenskaperna (så som hårdhet) hos silikonen. En friktionssänkande beläggning kan sänka den statiska friktionskoefficienten med upp till 74 % och den kinetiska med upp till 54 % på en typisk LSR. Dessutom kommer beläggningen att öka silikonens nötningsbeständighet.

Det finns två typer av härdningsmekanismer tillgängliga:
platina-katalyserad 2-komponents för platinakatalyserade gummin (de flesta LSR och HCR) eller
fukthärdande för silikoner som innehåller tenn (kondensationshärdande silikoner).

2.      Silikonolja

En silikonolja är det traditionella sättet att minska lossbrytningskraften, insättningskraften och dragkraften för silikon. När du väljer en silikonolja till din silikon är det viktigt att ta hänsyn till silikongummits kemi. Om en vanlig silikonolja används på ett vanligt silikongummi (PDMS) kommer oljan att migrera in i silikonen vilket får den att svälla och förlora sina smörjande egenskaper. Välj då istället en fluorosilikon-baserad silikonolja för vanlig silikon och en vanlig silikonolja för fluorosilikon.

Nusil självsmörjande silikon för att sänka friktionen på silikon

Silikonoljan kan appliceras som den är eller spädas ut i lösningsmedel för applicering av tunnare skikt. Fundera över vilken visksoitet på oljan som är optimal för just din applikation. En olja med högre visksoitet kommer att migrera långsammare vilket ger ett resultat som håller längre.

3.      Silikonfett

Ett silikonfett minimerar också lossbrytningskraften för silikon. Fördelen med att välja ett silikonfett istället för en vätska är att fettet migrera mindre vilket också gör att din silikondetalj smörjs under en längre tid.

Samma sak som för silikonolja gäller: använd ett fluorosilikonbaserat fett till vanlig silikon och vice versa. Fettet kan appliceras som det är eller utspätt i lösningsmedel.

4.      Välj en självsmörjande silikon

För att förenkla processen och slippa extra steg för smörjning, kan en självsmörjande silikon vara ett bra val. Denna teknologi innebär att din LSR eller HCR redan är laddad med smörjmedel. Smörjmedlet kommer efter vulkanisering att migrera ut från silikongummit i en jämn takt. Själva silikonen liksom mängden smörjmedel kan anpassas för att passa den specifika applikationen.

Silikonisering / smörjning av nålar – Minska friktionen mellan nål och hud

Injektionsnålar kan ofta ha en hög friktion som resultat av dess tillverkningsprocess.

För att minska friktionen mellan nål och hud kan en silikon användas för att belägga nålspetsen och på så vis smörja den. Detta kallas för silikonisering.

Med ett mycket tunt lager silikon på nålspetsen minskar friktionen avsevärt, vilket gör att patienten slipper obehag.

Injektionsnålar är utformade för att kunna penetrera hud med så lite kraft som möjligt, men metallens yta ger friktion som försvårar, både vid själva sticket (penetration force) och då nålen ska dras genom huden (drag force).

Denna friktion leder till att mer kraft behöver användas och nålsticket ger större skador i huden där den förs in och även obehag för patienten.

Vilka typer av silikoner används till silikonisering?

Det finns flera olika typer av silikonprodukter som kan användas för silikonisering:

  • En silikonolja, dvs en icke-härdande silikon (PDMS). Kan ha varierande viskositet (längd på silikonpolymererna) och därför ge olika effekter.
  • En silikonolja kan också vara dispergerad i lösningsmedel för att på så sätt få en vanligtvis högviskös silikon att bli hanterbar.
  • Ibland används även härdande silikoner. Dessa har vanligtvis aminogrupper inbyggd i sin struktur som tvärbinder silikonpolymererna till varandra. På så sätt fås ett mer hållbart resultat eftersom silikonen inte lika gärna skavs loss. Det går också att använda en härdande silikonelastomer med lågfriktionsegenskaper.

Förutom att ge så bra friktionsminskning som möjligt kan det också vara viktigt att ”smörjningen” behåller sin vidhäftning mot nålen.

En suturnål till exempel, behöver bibehålla komforten under flera stick genom huden medan andra nålar är gjorda för engångsanvändning.

Även en vanlig blodprovsnål kan behöva flera försök för att pricka rätt.

I en studie gjord av Nusil (Needle Coatings to Relieve Penetration and Drag Forces of Needles, 2012), testades friktionen vid flera nålstick i följd.

Resultaten från studien visade att alla typer av silikonisering ger en förbättring jämfört med en obehandlad nålspets.

Den produkt som klarade av flest stick utan försämring av silikonets effekt var en icke-härdande silikondispersion med mycket hög molekylvikt.

Denna produkt jämfördes med härdande silikoner av olika slag.

Anledningen tros vara att de långa polymerkedjorna trasslar in sig i varandra runt nålspetsen och hålls kvar med hjälp av intermolekylära krafter.

Då silikonen kommer att komma i kontakt med patienten och faktiskt implanteras under en kort stund, är ett annat viktigt krav att silikonen är medicinskt godkänd för detta ändamål.

ISO-10993 för korttidsimplantering är ett lämpligt krav att utgå ifrån.

Produkter att överväga:

Bäst i test: Nusil MED-4162 (dispergerad silikonolja med hög molekylvikt)

Härdande: MED10-6670, Nusil MED-4159, Nusil MED10-4161

Icke-härdande silikonolja: Nusil MED-361

Nusil Lubrication flyer.

Applicering av silikonen

Doppning

Vid silikonisering av nålar används ofta en silikonolja som späds till rätt viskositet för en doppningsprocess.

Då lösningsmedel lätt evaporerar är det viktigt att kontinuerligt mäta viskositeten som doppningsbadet har och vid behov späda så det håller sig inom önskat viskositetsfönster, då detta direkt påverkar silikonbeläggningens tjocklek.

aplicering av silikon
Jetting

Den senaste, och lite mer sofistikerade, metoden för silikonisering av nålar innebär att man istället använder en liten jettingventil baserad på piezo-teknologi för att applicera önskad mängd silikonlösning på nålen.

Nålen förs in i en speciell beläggningskammare, där silikonen doseras ut samtidigt som en luftpuls får silikonen att dimma sig och på det sättet belägga nålen i mycket tunna skikt runt nålen.

Mängden silikonolja kan styras helt beroende på vad som krävs. Eventuellt överskott sugs bort från kammaren i kontrollerad form.

Många fördelar

Silikonen ligger med detta system helt kapslad innan den skickas in till beläggningskammaren. Därmed finns ingen risk för avdunstning av lösningsmedlet vilket innebär att behovet av viskositetskontroll minskar.

En annan intressant fördel är att jettingsystemet även klarar att belägga mycket tunna skikt med mera högvisköst material, vilket ofta medför att man inte behöver späda silikonoljan så mycket och därmed förbrukas betydligt mindre mängd lösningsmedel i sin process.

Exempelvis har Nordson EFD utvecklat ett bra system inom detta område. Kolla in den här videon här nedan.

Kontakta gärna oss om ni har några frågor så hjälper vi er.