快速需求植入式医疗器械,特别是心脏起搏器、除颤器和左心管辅助器械,使得医疗的环境足迹变得十分突出。 尽管这些拯救生命的技术极大地改善了患者的治疗结果,但其生产、使用和处置却产生大量废物,消耗了不可再生的资源。 使用可持续材料设计无害生态的心脏器械不仅仅是一种环境理想 — — 这是一种实际需要,可以减少生态危害、降低制造成本,甚至提高设备性能和病人的安全性。 通过重新考虑物质选择、制造过程和生命终结战略,医疗器械行业可以与更广泛的全球可持续性目标保持一致,而不会损害临床疗效。

日益需要可持续的心肌装置

每年,全世界植入的心脏起搏器和可植入的心脏脱颤器(ICD)超过100万个。 一个典型的心脏起搏器中包含锂碘电池、钛或不锈硫弹壳、聚氨酯铅以及各种电子部件 — — 其中许多是不可生物降解的,含有危险物质。 当这些装置的使用寿命(通常是5至12年 ) , 绝大多数都被植入并埋入垃圾填埋场或焚化,这加剧了医疗电子废物的日益严重的问题。

常规设备的环境足迹

  • 用于铅绝缘和装置住房的不可生物降解塑料[在环境中持续了几个世纪,在微塑料降解时释放出来。
  • 危险化学品,如邻苯二甲酸盐、双酚A(BPA)和阻燃剂,往往存在于传统材料中,经处理后渗入土壤和水中。
  • 能源密集型制造——钛电池和锂电池的生产需要高温加工和大量矿物燃料消耗,从而导致温室气体排放。
  • 低回收率——由于监管障碍、感染风险和缺乏既定的回收方案,目前被回收或再加工的植入心脏装置超过5%。

累积的环境负担很大,对典型的单室起搏器的生命周期评估估计,碳足迹相当于大约1,500公斤二氧化碳,与驾驶6,000公里的汽油动力汽车相比。

生态友好心电图装置创新材料

生物材料和绿色化学的进步为常规金属和聚合物创造了可行的替代品,心脏植入的理想可持续材料必须平衡生物兼容性[,生物降解性[(或可循环性],机械强度[,以及体内的长期稳定性。

可生物降解的聚合物

天然分解成良性副产品的聚变器对暂时植入成分有希望,如铅、绝缘涂层和药物的脱脂层。

  • PLA 来源于玉米淀粉或甘蔗等可再生资源,通过水解降解为乳酸,由身体代谢,对于心脏应用,PLA正在探索生物抗腐蚀性粘着剂和临时间距铅.
  • PHA是由微生物发酵制成,表现出极佳的生物兼容性和可捕性降解率,它在可植入装置中的使用仍处于早期阶段,但基于PHA的电影显示出减少炎症的希望。

正在调查的其他可生物降解聚合物包括多聚氯代丙酮、多聚(甘酸)和聚(乳酸)等共聚物,这些材料可经过几周到几个月的调整降解,使之适合需要临时支助或药物交付的应用。

可回收和生物聚变金属

传统的钛和不锈硫成分具有很高的耐用性,但难以在外植后再加工。 新出现的替代品侧重于在功能完成后可以随时回收或完全降解的金属:

  • 钛合金 由于其强度-重量比和耐腐蚀性,仍然是装置外壳的支柱,但是,使用回收的钛原料,采矿影响和能源消耗减少60%。
  • 镁合金-镁自然存在于人体中,通过腐蚀降解为无毒产品. 最近的临床试验证明镁基生物抗腐蚀脚手架用于冠状动脉,类似的概念也正在被修改为临时起搏器铅.
  • Zinc ⁇ 基合金降解速度比镁慢,为组织愈合提供了更大的窗口. 正在进行中,对瞬态心脏装置的锌氧化 ⁇ 基电极的研究.
  • Iron ⁇ 基金属降解缓慢,可合金调整机械性质;目前正在研究在完全生物可抗腐蚀的起搏器系统中的铅成分。