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Materiais Poliméricos no setor da Saúde: uma realidade em expansão

16 julho 2021

Artigo de João Silva, gestor de projeto, Marta Martins e Susana Sousa, investigadoras do INEGI na área dos materiais e estruturas compósitas.


Elevada flexibilidade de design e excelentes propriedades mecânicas, físicas e de durabilidade são algumas das características que têm impulsionado a utilização de materiais poliméricos avançados no setor da saúde1,2,3.

Nos últimos anos têm vindo a substituir os materiais tradicionalmente usados, como o aço inoxidável, titânio e ligas de magnésio, estimando-se que o mercado global associado aos materiais poliméricos médicos alcance os 46 mil milhões de euros em 2027. Entre 2020 e 2027 prevê-se que a Taxa de Crescimento Anual Composta (Compound Annual Growth Rate - CAGR) atinja os 7,1%.

Neste mercado em expansão, os compósitos avançados assumem-se como um segmento em destaque. São um tipo de materiais com matrizes poliméricas, reforçadas com fibras ou aditivos, com um crescimento previsto de 9% CAGR, entre 2020 e 2030, que aponta para um valor de mercado de mais de 420 milhões de euros até ao final de 2030, a nível mundial 4,5.

Aplicações são variadas e trazem vantagens desde o custo à produção

Os polímeros, ou plásticos como são vulgarmente chamados, podem ser naturais, como a borracha, amido, celulose, lipídios e proteínas, presentes em organismos animais e/ou vegetais; ou sintéticos, como o polietileno, o PVC (policloreto de vinilo), o teflon, etc. Nos anos 50, esta indústria foi amplamente massificada, possibilitando a produção, quer de origem natural quer sintética, de consumíveis médicos simples como frascos, seringas ou tubos, com elevadas cadências produtivas e custos mais reduzidos. Isto levou a que a perceção de valor destes materiais aumentasse, potenciando um desenvolvimento contínuo, que desde então tem resultado em novas aplicações no setor da saúde.

Membros artificiais, implantes, instrumentos cirúrgicos, equipamentos de diagnóstico por imagem ou de proteção são exemplos4, 5de produtos fabricados atualmente com materiais poliméricos. Apresentam, em geral, grandes vantagens como elevada disponibilidade, reciclabilidade, boa qualidade e capacidade de esterilização, contribuindo significativamente para a saúde da população a nível mundial 3, 5.

Paralelamente, também as tecnologias produtivas associadas aos polímeros avançados, como a impressão 3D, evoluíram, permitindo desenvolver soluções personalizadas a custos acessíveis e garantindo um maior conforto.

Atentando mais pormenorizadamente em alguns destes produtos, nota-se que os seus requisitos possuem, de facto, características compatíveis com o que os polímeros podem proporcionar.

As próteses e as ortóteses, por exemplo, devem ser leves, possuir elevada rigidez, durabilidade sob impacto, resistência à tração e à compressão, além de serem economicamente viáveis e fáceis de colocar ou retirar. É comum atletas amputados utilizarem dispositivos deste tipo fabricados com Polímeros Reforçados com Fibra de Carbono (CFRP), que garantem uma mobilidade mais célere. No entanto, a fibra de carbono possui um custo elevado, que poderá não ser viável para a maioria dos utilizadores de próteses ou ortóteses em CFRP, surgindo assim as fibras naturais, como a do cânhamo, como potenciais opções para a produção dispositivos ortóticos e protéticos mais económicos6,7,8.

No caso dos equipamentos de diagnóstico por imagem que envolvem sistemas de raios-x, os CFRP são também cada vez mais utilizados, devido ao facto de terem uma radioluscência quase nula. Apesar de não bloquear os raios-x, esta característica diminui a exposição à radiação, potenciando exames com maior rapidez, resolução e resultados mais precisos. Existem outros materiais compósitos, à base de carbono e não só, que já conseguiram evidenciar elevada capacidade de proteção a radiação aos raios-X. Encontram-se a ser explorados para aplicações em equipamentos de proteção individual, por serem leves, não tóxicos e eficazes9,10,11.

A necessidade de conforto, manobrabilidade e transportabilidade leva a que também na produção de cadeiras de rodas se recorra a materiais compósitos. A sua leveza e resistência garantem a versatilidade e autonomia exigidas na utilização quotidiana destes dispositivos, sem a necessidade do auxílio de outras pessoas12,13,14.

Inovação & Desenvolvimento contribuem para a sustentabilidade

No INEGI têm vindo a ser realizados vários projetos de I&D no desenvolvimento de materiais de base polimérica avançados para o setor da saúde, grande parte focados também na aplicação das lógicas de economia circular.

É fundamental assegurar a saúde e bem-estar não só das pessoas, mas também do planeta. Desenvolver novos materiais e equipamentos que possam ser esterilizados, reutilizados ou reciclados, com vista a aumentar o ciclo de vida destes produtos, torna-se impreterível para garantir um futuro mais saudável e sustentável.


Artigo publicado originalmente na edição 2021/1 da Revista Interplast.


Referências

1  Li, C. S., Vannabouathong, C., Sprague, S., & Bhandari, M. (2015). The use of carbon-fiber-reinforced (CFR) PEEK material in orthopedic implants: a systematic review. Clinical Medicine Insights: Arthritis and Musculoskeletal Disorders, 8, CMAMD-S20354.

2  Nambiar, S., & Yeow, J. T. (2012). Polymer-composite materials for radiation protection. ACS applied materials & interfaces, 4(11), 5717-5726.

3  Modjarrad, K., & Ebnesajjad, S. (Eds.). (2013). Handbook of polymer applications in medicine and medical devices. Elsevier.

4  https://www.transparencymarketresearch.com/medical-composites-market.html 

5  https://www.fortunebusinessinsights.com/medical-plastics-market-102136

6  Shahar, F. S., Sultan, M. T. H., Lee, S. H., Jawaid, M., Shah, A. U. M., Safri, S. N. A., & Sivasankaran, P. N. (2019). A review on the orthotics and prosthetics and the potential of kenaf composites as alternative materials for ankle-foot orthosis. Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 99, 169-185.

7  Chen, R. K., Jin, Y. A., Wensman, J., & Shih, A. (2016). Additive manufacturing of custom orthoses and prostheses—a review. Additive Manufacturing, 12, 77-89.

8  Ali, M. H., Smagulov, Z., & Otepbergenov, T. (2021). Finite element analysis of the CFRP-based 3D printed ankle-foot orthosis. Procedia Computer Science, 179, 55-62.

9  http://www.dexcraft.com/articles/carbon-fiber-composites/carbon-fiber-x-rays-radiolucency/ 

10 Hashemi, S. A., Mousavi, S. M., Faghihi, R., Arjmand, M., Sina, S., & Amani, A. M. (2018). Lead oxide-decorated graphene oxide/epoxy composite towards X-Ray radiation shielding. Radiation Physics and Chemistry, 146, 77-85.

11  Elbary, A. A., & Tammam, M. T. (2019). Physical and mechanical properties of polyamide 6/polystyrene (PA6/PS) reinforced by PbO2 composites for X-ray shielding. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 0892705719872524.

12  https://www.compositesworld.com/articles/portable-lightweight-active-wheelchair-design-eases-travel-accessibility 

13  Ehrig, T., Koschichow, R., Dannemann, M., Modler, N., & Filippatos, A. (2018, June). Design and development of an active wheelchair with improved lifting kinematics using CFRP-compliant elements. In ECCM18–18th European Conference on Composite Materials, Athens, Greece (pp. 24-28).

14  Gebrosky, B., Grindle, G., Cooper, R., & Cooper, R. (2020). Comparison of carbon fibre and aluminium materials in the construction of ultralight wheelchairs. Disability and Rehabilitation: Assistive Technology, 15(4), 432-441.



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