Applicazioni in primo piano Materiali indispensabili: le materie plastiche in medicina

La medicina moderna non può quasi più fare a meno delle materie plastiche. Quello che per molti sembra un semplice materiale di uso quotidiano è in realtà una chiave per il futuro dell’assistenza sanitaria: malleabile, adattabile, igienico e sempre più sostenibile. 

Che si tratti di siringhe monouso, tubi per infusione o macchine cuore-polmone: in medicina le materie plastiche sono presenti ovunque. Sono leggere, facilmente modellabili e possono essere utilizzate in modo igienico per numerose applicazioni. In questo modo creano i presupposti fondamentali per i moderni metodi di trattamento, dal semplice materiale per medicazioni alla tecnologia medica altamente complessa.

Il seguente articolo offre una panoramica sulle applicazioni, le caratteristiche, i vantaggi e le tendenze future dei polimeri medicali. A tutti coloro che desiderano approfondire la pratica attuale, consigliamo la nostra rivista digitale «PlastXnow Medical», realizzata in collaborazione con la nostra consociata Vogel, Devicedmed, e disponibile da poco. 

Perché si utilizzano le materie plastiche in medicina?

Le materie plastiche vengono utilizzate in campo medico perché sono versatili, leggere, modellabili e adattabili alle diverse esigenze mediche. A seconda del tipo di materia plastica, è possibile definire in modo mirato caratteristiche quali la sterilizzabilità, la flessibilità, la trasparenza o la resistenza chimica.

I motivi principali sono:

• Peso ridotto: i prodotti in plastica sono nettamente più leggeri di molti prodotti in metallo o vetro.
• Buona modellabilità: le materie plastiche possono assumere praticamente qualsiasi forma, caratteristica importante per siringhe, cateteri, protesi, impianti o involucri per dispositivi medici.
• Caratteristiche versatili: grazie alla scelta di diverse materie plastiche e additivi, è possibile regolare la durezza, l’elasticità, la trasparenza, il coefficiente di attrito o la resistenza alla temperatura.
• Resistenza chimica: molte materie plastiche resistono ai fluidi corporei, ai farmaci e ai prodotti per la pulizia e la disinfezione.
• Sterilizzabilità: le materie plastiche idonee possono essere sterilizzate con metodi quali il vapore, le radiazioni o l'ossido di etilene.
• Igiene e applicazioni monouso: la plastica consente di realizzare prodotti sterili monouso a basso costo, riducendo così il rischio di contaminazioni incrociate.
• Biocompatibilità: alcune materie plastiche possono essere selezionate e lavorate in modo tale da renderle idonee al contatto con i tessuti, il sangue o i fluidi corporei.
• Efficienza in termini di costi: i prodotti in plastica possono spesso essere realizzati in grandi quantità in modo economicamente vantaggioso.

In breve: in ambito medico, le materie plastiche combinano funzionalità, libertà di progettazione, leggerezza e, in alcuni casi, un’ottima tollerabilità biologica. Per questo motivo si trovano sia in semplici prodotti monouso sia in impianti e dispositivi medici altamente sofisticati.

Quali materiali plastici vengono utilizzati in medicina?

In medicina vengono utilizzate materie plastiche molto diverse tra loro. La scelta del tipo da utilizzare dipende, ad esempio, dal fatto che debba essere flessibile, resistente alle sollecitazioni meccaniche, trasparente, sterilizzabile o particolarmente biocompatibile.

Politetrafluoroetilene per applicazioni ad alte prestazioni

Nel settore medico, i fluoropolimeri si distinguono soprattutto per la loro stabilità: sono infatti particolarmente indicati per un’ampia gamma di applicazioni. Ad esempio politetrafluoroetilene (PTFE), noto anche con il nome commerciale Teflon.

La gamma di applicazioni mediche del PTFE comprende utilizzi semplici come il rivestimento dei tappi dei flaconi farmaceutici. Esempi più complessi sono i tubi monouso resistenti, dotati di una certa resistenza alla formazione di biofilm. 

Poiché le superfici di queste materie plastiche sono molto lisce, sono adatte anche per iniezioni o impianti. Ad esempio, gli stent utilizzati negli interventi cardiaci o i mandrini per cateteri destinati all’uso nel sistema cardiovascolare sono realizzati in PTFE o in fluoropolimeri affini.

Polietilene per impianti

Il polietilene (PE) non solo è la plastica più diffusa in assoluto, ma riveste anche un ruolo importante nel settore medico. Questo materiale termoplastico viene utilizzato soprattutto negli imballaggi per prodotti clinici e farmaceutici, tra cui flaconi o pellicole, ma anche, ad esempio, siringhe. 

In particolare, il polietilene ad alta densità (HDPE) si contraddistingue per l’elevata stabilità dimensionale e la resistenza agli agenti chimici. Questo materiale viene quindi utilizzato anche per gli impianti, ad esempio come cavità acetabolari in ortopedia. Inoltre, nei contenitori in PE è possibile evitare l’influenza degli additivi migranti.

Cloruro di polivinile per prodotti medici monouso

La seconda plastica utilizzata con particolare frequenza in medicina è il cloruro di polivinile (PVC). I principali vantaggi di questo materiale sono il prezzo contenuto, anche rispetto ad altre plastiche, e la facilità di lavorazione. Il materiale è inoltre molto ben tollerato dai tessuti e dal sangue. Grazie a queste caratteristiche, il PVC viene impiegato soprattutto in prodotti monouso come sacche per il sangue, guanti o cateteri, ma anche per tubi flessibili e rivestimenti sterilizzabili di dispositivi medici. 

Polistirolo per imballaggi medicali

Nel settore medico, per gli imballaggi di ogni tipo viene utilizzato soprattutto polistirolo (PS). Grazie alla sua elevata trasparenza, il materiale termoplastico viene impiegato soprattutto in applicazioni in cui altrimenti si utilizzerebbe il vetro. Tra queste si possono citare, ad esempio, i contenitori per materiale infettivo o tossico oppure, in ambito di laboratorio, le piastre di Petri e simili. Il PS trova tuttavia impiego anche, ad esempio, come pellicola nei blister dei farmaci.

Il polistirolo espanso (EPS), ampiamente conosciuto con il nome commerciale di Styropor, viene utilizzato come materiale espanso per proteggere i prodotti delicati. Inoltre, grazie alle sue proprietà termoisolanti, questo materiale trova impiego nella catena del freddo per il trasporto di medicinali.

Il polipropilene come materiale di sutura

Anche polipropilene (PP) viene utilizzato principalmente per gli imballaggi, ad esempio nei blister dei farmaci, ma anche per siringhe monouso o set per infusione. I tipi di polipropilene stabilizzati al calore sono inoltre facilmente sterilizzabili. Inoltre, il PP viene impiegato anche negli impianti e, grazie alla sua superficie liscia, svolge un ruolo importante come materiale di sutura.

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Quali sono le materie plastiche più comunemente utilizzate in medicina?

Il PE, il PVC, il PS e il PP sono di gran lunga i polimeri più diffusi nel settore medico e rappresentano complessivamente dall’80 al 90 per cento delle materie plastiche utilizzate in questo ambito. 

Polietere-etere-chetone per uso chirurgico

Polietereeterchetone (PEEK) viene utilizzato in medicina soprattutto per impianti e componenti medici che richiedono un'elevata resistenza meccanica, un peso ridotto e una buona resistenza ai fluidi corporei. Il PEEK trova impiego particolarmente frequente in ortopedia e nella chirurgia della colonna vertebrale, ad esempio per protesi discali e vertebrali, componenti di sostituzione ossea o gabbie per la stabilizzazione della colonna vertebrale. 

Questo materiale trova impiego anche in traumatologia e nella realizzazione di impianti su misura. Un vantaggio fondamentale del PEEK è la sua elasticità, simile a quella dell’osso, che lo rende più adatto di metalli molto rigidi per determinate applicazioni. Inoltre, il PEEK è radiotrasparente, per cui l’impianto risulta poco visibile nelle radiografie e nelle TAC, facilitando la valutazione del tessuto circostante. 

Altre materie plastiche

Oltre a queste, nella tecnologia medica si utilizzano anche una serie di altre materie plastiche:

• Polietilene tereftalato (PET): imballaggi per uso medico, alcune applicazioni nel campo degli impianti e dei tessuti
• Policarbonato (PC): componenti per siringhe, alloggiamenti, apparecchiature da laboratorio e diagnostiche
• Poliammide (PA): cateteri, fili chirurgici, componenti di dispositivi medici
• Poliuretano (PUR): cateteri, tubi flessibili, medicazioni, componenti per impianti
• Siliconi: cateteri, drenaggi, impianti, guarnizioni
• Polimetilmetacrilato (PMMA): cemento osseo, lenti a contatto, protesi

Sterilizzazione e ricondizionamento

Le materie plastiche utilizzate in ambito medico vengono sterilizzate, a seconda del materiale e del prodotto, ad esempio mediante vapore, ossido di etilene (EO), radiazioni o processi a bassa temperatura. La scelta del processo più adatto dipende soprattutto dalla resistenza termica e dalla stabilità chimica della materia plastica. 

• Nella sterilizzazione a vapore in autoclave si utilizzano tipicamente temperature comprese tra 121 e 134 °C. Le materie plastiche idonee, come il PP o il PEEK, sono in grado di resistere a queste condizioni, mentre quelle sensibili alla temperatura possono deformarsi o subire alterazioni delle loro proprietà meccaniche. 
• La sterilizzazione con ossido di etilene avviene a temperature relativamente basse ed è quindi adatta anche a molti prodotti in plastica sensibili alla temperatura. Tuttavia, è necessario assicurarsi successivamente che i residui dell’agente sterilizzante vengano rimossi in modo adeguato. 
• Nella sterilizzazione con radiazioni, ad esempio con raggi gamma o fasci di elettroni, le materie plastiche possono essere sterilizzate direttamente nella loro confezione. Tuttavia, in questo caso le radiazioni possono causare alterazioni della struttura polimerica, quali infragilimento, scolorimento o modifica delle proprietà meccaniche. 
• Anche i processi a bassa temperatura, come la sterilizzazione al plasma con perossido di idrogeno, sono adatti per determinati dispositivi medici delicati. 

In generale, vale quanto segue: i materiali plastici non solo devono essere sterili, ma devono anche rimanere funzionali e biocompatibili dopo la sterilizzazione. La scelta del materiale plastico e del processo di sterilizzazione deve quindi essere coordinata.

Tendenze future: in che direzione si sta evolvendo la medicina?

Nel settore delle materie plastiche per uso medico si profilano diverse tendenze significative per il futuro. Una tendenza fondamentale è lo sviluppo di materiali ancora più biocompatibili, ben tollerati dall’organismo e in grado di interagire in modo mirato con i tessuti circostanti. 

Allo stesso tempo, stanno acquisendo sempre più importanza le le plastiche biodegradabili, che si degradano in modo controllato dopo aver svolto la loro funzione all’interno del corpo e che, ad esempio, nel caso di determinati impianti, possono rendere superflua la loro successiva rimozione. 

Anche la produzione additiva apre nuove possibilità: impianti e protesi possono essere sempre più personalizzati in base all’anatomia del paziente. 

Inoltre, sono in corso ricerche sulle materie plastiche intelligenti, in grado, ad esempio, di reagire alla temperatura, alla pressione, al valore del pH o ad altri cambiamenti biologici e di rilasciare in modo mirato sostanze attive. 

Un altro aspetto fondamentale è la sostenibilità. Ciò riguarda, tra l’altro, i materiali riciclabili, un minor consumo di materiali e lo sviluppo di materie plastiche che causino un minore impatto ambientale durante l’intero ciclo di vita. Infine, anche le materie plastiche ad alte prestazioni come il PEEK, poiché sono resistenti alle sollecitazioni meccaniche, leggere e particolarmente adatte a determinate applicazioni mediche. 

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Uno sguardo alla rivista
 

• Plastica: un materiale per un’assistenza sanitaria sicura

• Monitoraggio del glucosio: sviluppato un processo di giunzione a ultrasuoni per un nuovo dispositivo medico

• Macchine per stampaggio a iniezione: perché in Engel è il componente a dettare il ritmo

• Produzione additiva: come la micro-stampa 3D sta trasformando l'innovazione nel settore dei dispositivi medici

• Sistemi di barriera sterile: blister in polipropilene e pellicole di sistema validate 

Assistenza

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Conclusioni e prospettive

Le materie plastiche sono ormai indispensabili nella medicina moderna (+). Le loro proprietà versatili – dalla leggerezza e dall’elevata modellabilità alla resistenza chimica e alla buona biocompatibilità – ne consentono l’impiego in un’ampia gamma di applicazioni, ad esempio siringhe, cateteri, tubi, imballaggi e impianti. 

A seconda delle esigenze mediche, vengono utilizzati diversi tipi di materie plastiche, quali PE, PP, PVC, siliconi o materie plastiche ad alte prestazioni come il PEEK. Una sfida particolare consiste nel selezionare e lavorare i materiali in modo tale che mantengano le loro proprietà anche dopo la necessaria sterilizzazione e possano essere utilizzati in tutta sicurezza in ambito medico. 

Allo stesso tempo, il settore è in continua evoluzione. Le tendenze future, quali le materie plastiche biodegradabili e intelligenti, gli impianti personalizzati realizzati con la stampa 3D e i materiali più sostenibili, aprono nuove possibilità. Le materie plastiche rimangono quindi una componente importante dello sviluppo medico, con il potenziale di rendere le terapie più sicure, personalizzate ed efficienti.