Überblick
Polyetheretherketon (PEEK) gewinnt als Biomaterial in implantierbaren und nicht implantierbaren Geräten an Bedeutung, da es über hervorragende Eigenschaften verfügt, nämlich hervorragende Ermüdungs-/Verschleißfestigkeit, ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und Biokompatibilität. Darüber hinaus dürfte die Vielseitigkeit von PEEK dazu führen, dass Compounder und Hersteller von Fertigprodukten zahlreiche Verarbeitungstechnologien wie Spritzguss, Extrusion und Beschichtung bevorzugen.
Laut Data Bridge Market Research wurde der globale PEEK-Markt im Jahr 2021 auf 0,75 Milliarden US-Dollar geschätzt und soll bis Ende 2029 einen Wert von 1,27 Milliarden US-Dollar erreichen, was einem durchschnittlichen jährlichen Wachstum von 6,8 % zwischen 2022 und 2029 entspricht.
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Hersteller medizinischer Geräte bevorzugen PEEK-Komponenten, da sie im Vergleich zu anderen technischen Polymeren mit diagnostischen Bildgebungsverfahren kompatibel sind und keine Artefakte aufweisen. Darüber hinaus können durch die Faserverstärkung in PEEK die mechanischen Eigenschaften wie Steifigkeit entsprechend den Anwendungsanforderungen angepasst werden.
Fortschritte im Gesundheitssektor haben den Weg für eine steigende Nachfrage nach technischen Polymeren wie PEEK auf globaler Ebene geebnet, da letzteres in künstlichen Knochen als Alternative zu metallbasierten Diagnosegeräten wie Diabetiker-Haushaltsprodukten, Dialysegeräten und orthopädischen Geräten eingesetzt werden kann. Der Gesamtmarkt wird im Prognosezeitraum voraussichtlich auch eine breite Palette von Anwendungen in der Medizinbranche erleben. PEEK wird für Zwecke der Wirbelsäulenchirurgie verwendet und wird voraussichtlich für weitere klinische Anwendungen und kommerzielle Medizinprodukte verwendet, wobei umfangreiche Ausgaben für Forschung und Entwicklung laufen.
Akzeptanz von PEEK als Biomaterial in verschiedenen Anwendungen gewinnen
PEEK hat sich als eine der ersten Wahlen für verschiedene Implantatanwendungen herausgestellt, darunter Wirbelsäulen- und orthopädische Anwendungen. Das Segment Wirbelsäulenanwendungen umfasst die Verwendung des Produkts in Anwendungen wie Bandscheibenprothetik, vorderen Halswirbelplatten, Interspinalräumen und hinteren Wirbelsäulenstabilisierungsstäben. Andererseits wird PEEK im orthopädischen Segment in verschiedenen Bereichen umfassend eingesetzt, nämlich bei Knie- und Schulterarthroskopie, Hüftpfannen, Tibiaschraubenankern und Hülsen. Verbesserte Stabilität, hervorragende Verschleißfestigkeit und weniger Revisionsbedarf sind einige der Eigenschaften von PEEK, die die orthopädischen Experten begeistert haben.
In den letzten Jahren haben Spezialchemieunternehmen wie Evonik PEEK der nächsten Generation mit hervorragender Biokompatibilität, Biostabilität und Röntgentransparenz entwickelt. Das in Deutschland ansässige Unternehmen Evonik ist in der Herstellung und im Vertrieb von VESTAKEEP PEEK für medizinische Anwendungen tätig, beispielsweise als i-Grades für permanente chirurgische Implantate, Dental-Grades und Care-Grades für medizinische Geräte. Es ist bekannt, dass Metalle in Wirbelsäulenkäfigen und anderen Implantaten des menschlichen Körpers eingesetzt werden. Metallimplantate unterliegen während der Operation und der Überwachung des Heilungsprozesses Einschränkungen. Diese herkömmlichen Implantate absorbieren Röntgenstrahlen und erzeugen aufgrund ihrer Dichte Artefakte auf den Röntgenbildern. PEEK soll aufgrund seiner Röntgentransparenz einzigartige Eigenschaften aufweisen. Darüber hinaus wird angenommen, dass die Elastizität von VESTAKEEP i-Grade PEEK im Vergleich zu metallischen Gegenstücken der von kortikalem Knochen näher kommt und eine hohe Elastizität aufweist. Daher führt die Verwendung von PEEK dazu, dass der Stressabschirmungseffekt auf den Knochen verringert wird und den behandelten Patienten ein längeres und gesünderes Leben ermöglicht wird. Daher finden i-Grade-Formate Anwendung in zahlreichen Bereichen, nämlich in den Bereichen Wirbelsäule, Sportmedizin, Herz-Kreislauf, Schädel-Kiefer-Gesichtschirurgie und Orthopädie.
Die Langlebigkeitsgarantie für nicht implantierbare medizinische Geräte wird voraussichtlich in naher Zukunft den Einsatz von Peek vorantreiben
Es wurde beobachtet, dass PEEK aufgrund seiner Undurchlässigkeit gegenüber einer Vielzahl von Chemikalien, Lösungsmitteln und Desinfektionsmitteln in Gesundheitseinrichtungen sowie medizinischen Laboren einen Vorsprung gegenüber anderen technischen Polymeren hat. Dieses technische Polymer kann eine außergewöhnlich lange Lebensdauer für Komponenten bieten, die voraussichtlich viele Hunderte von Zyklen in allen gängigen Sterilisationsmethoden überstehen. So führte beispielsweise einer der größten Harzlieferanten Tests durch, die ergaben, dass PEEK seine Festigkeit und Duktilität sogar nach 1.000 Autoklavzyklen behält. Infolgedessen wurde PEEK aufgrund der oben genannten Eigenschaften in verschiedenen nicht implantierbaren Geräten wie Pumpen, Kolben, Dichtungen, Lagern und Ventilen verwendet. Beispielsweise wurde PEEK zur Herstellung von Dichtungen und Lagern verwendet, die für Anwendungen wie Dialysegeräte, Blutpumpen, wiederverwendbare medizinische Instrumente, Infusionspumpen, Gewebeschneidewerkzeuge und Vorrichtungen für medizinische Geräte vorgesehen sind.
Der Boom des 3D-Drucks im Gesundheitssektor dürfte Unternehmen neue Möglichkeiten zur Wertschöpfung eröffnen
In den letzten Jahren hat der 3D-Druck im Gesundheitssektor an Akzeptanz gewonnen, da er im Vergleich zu herkömmlichen Methoden zur Herstellung medizinischer Geräte und Komponenten eine kürzere Fertigungsvorlaufzeit aufweist. Es hat sich gezeigt, dass diese Methode eingesetzt wird, um komplexe Gerüste zu schaffen, die die Struktur menschlicher Organe nachahmen. Solche Gerüste ebnen den Weg für das Zellwachstum und erleichtern so die Geweberegeneration in menschlichen Organen.
Technologische Fortschritte wie CAD/CAM führen zu Modifikationen in weniger teuren und zeitaufwändigen Verfahren als frühere Verfahren. Die Entwicklung innovativer 3D-Drucker, die verschiedene Technologien wie Elektronenstrahlschmelzen, Laserstrahlschmelzen, Photopolymerisation, Droplet Deposition (DD) oder extrusionsbasierte Technologien sowie dreidimensionales Drucken (3DP) oder Kleben oder Binder Jetting nutzen, erweist sich für die Gesundheitsbranche als vorteilhaft.
Der Einsatz von PEEK im 3D-Druckverfahren fördert die Rekonstruktion von Geweben im äußeren Randbereich von Implantaten und beschleunigt so die Osteointegration. Die PEEK-Hersteller beobachten solche Entwicklungen aufmerksam und erhöhen daher ihre Ausgaben für die Entwicklung von PEEK-basierten 3D-Druck-Biomaterialien. So brachte Evonik im Juni 2021 ein neues PEEK-basiertes 3D-Druckfilament unter dem Markennamen VESTAKEEP Care M40 3DF auf den Markt. Das Hochleistungs-Konstruktionsmaterial kann mithilfe eines gängigen Hochtemperatur-FDM-3D-Druckers, der PEEK verarbeiten kann, im 3D-Druckverfahren hergestellt werden. VESTAKEEP Care M40 3DF ist in einem Durchmesser von 1,75 mm erhältlich, wobei jede Spule 500 g wiegt. Evonik behauptet, dass das Produkt unter Reinraumbedingungen hergestellt wird, wobei das 3D-Druckfilament den strengen Qualitätsmanagementstandards für medizinische Materialien unterliegt. Diese Produktinnovation soll die Anwendungsbasis von Evonik in zahlreichen Segmenten der individuellen Patientenversorgung erweitern, darunter insbesondere Hörgeräte, Orthesen, Prothesen, zahnärztliche Bohrführungen und chirurgische Instrumente.
Im März 2023 kündigte Invibio Biomaterial Solutions Pläne für die Markteinführung von PEEK-OPTIMA AM Filament an, einem implantierbaren PEEK-Polymer, das für die additiven Fertigungsverfahren Fused Deposition Modelling (FDM) und Fused Filament Fabrication (FFF) optimiert ist. Darüber hinaus wird das Produkt als Pulver, Granulat und Stäbe erhältlich sein. Invibio behauptet, dass die Verwendung dieser PEEK-Produktformen es Krankenhäusern ermöglicht, PEEK-Geräte vor Ort am Behandlungsort mithilfe von FDM/FFF-kompatiblen Maschinen anzupassen. Darüber hinaus bietet PEEK-OPTIMA AM Filament medizinischem Fachpersonal zahlreiche Vorteile, insbesondere in Fachgebieten wie CMF, wo die Parameter, nämlich Designpräzision und schnelle Herstellung, erforderlich sind.
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Die zunehmende Akzeptanz von Operationsrobotern im Gesundheitssektor wird den Anwendungsbereich von PEEK in neuen Segmenten erweitern
In den letzten zwei Jahrzehnten hat der weltweite Mangel an medizinischem Fachpersonal wie Chirurgen und Ärzten sowie die zunehmende Bevorzugung automatisierter Instrumente für Operationen eine Schlüsselrolle bei der Förderung des Einsatzes von Operationsrobotern gespielt. Darüber hinaus haben die zunehmende Zahl von Knochendegenerationserkrankungen in Verbindung mit steigenden Ausgaben für Hüft- und Kniegelenkersatzoperationen angesichts der zunehmenden Zahl von Patienten, die an Arthritis und Osteoporose leiden, eine Schlüsselrolle bei der zunehmenden Bedeutung von Operationsrobotern gespielt.
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Laut OECD-Statistiken ist die Zahl der Hüft- und Kniegelenkersatzoperationen in den meisten OECD-Ländern, nämlich Deutschland, Italien, Frankreich und den OECD-32-Ländern, stark gestiegen. Davon abgesehen sind die Hüft- und Kniegelenkersatzraten in den OECD-Ländern zwischen 2009 und 2019 um 19 % bzw. 35 % gestiegen. Darüber hinaus wird laut der American Academy of Orthopaedic Surgeons geschätzt, dass in den USA jährlich mehr als 450.000 Hüftgelenkersatzoperationen durchgeführt werden. Daher wird erwartet, dass dieser Anstieg der Zahl der Hüft- und Kniegelenkersatzoperationen die Bedeutung von Operationsrobotern bei Chirurgen erhöht.
Die Gesundheitseinrichtungen setzen Operationsroboter ein, da sie zahlreiche Vorteile bieten, wie weniger Narben, weniger Schmerzen nach der Operation, präzisere Ergebnisse, kürzere Krankenhausaufenthalte und ein geringeres Infektionsrisiko. PEEK gilt als effektives, modernes Material für Operationsroboter, da es die Autoklavierung mehrerer Komponenten von Operationsrobotern ermöglicht, die wiederholter Sterilisation standhalten muss. Darüber hinaus führt die Verwendung von PEEK bei der Herstellung von Operationsrobotern zu einzigartigen Eigenschaften wie hoher mechanischer Belastung und Hochgeschwindigkeitsrotation. Vor diesem Hintergrund wird erwartet, dass die zunehmende Akzeptanz von Operationsrobotern im Bereich der Ersatzchirurgie die Aussichten für PEEK als Biomaterial in den nächsten Jahren hoch halten wird.
Paradigmenwechsel von wiederverwendbarer Ausrüstung zu Einweg-Biopharma-Ausrüstung im Gesundheitssektor dürfte die Branchendurchdringung von PEEK erhöhen
In den letzten Jahren haben die Akteure der Pharmaindustrie Trends in Bezug auf die Einführung von Kostensenkungsmaßnahmen, die Beseitigung von Kreuzkontaminationsrisiken und eine verbesserte Produktionsflexibilität beobachtet. Die Pharmaunternehmen haben zunehmend in die Umstellung von wiederverwendbaren Verbrauchsmaterialien und Geräten, bei denen ein hohes Risiko besteht, dass sie in Reinräume gelangen, auf Einwegtechnologien investiert, um Bedenken hinsichtlich Zeit, Kosten und Nichtsterilität zu verringern. Die Einführung von Einwegtechnologien soll die Verringerung von Bedenken wie Zeit, Kosten und Nichtsterilität gewährleisten, die mit wiederverwendbaren Verbrauchsmaterialien und Geräten verbunden sind.
Einwegtechnologie wird in verschiedenen Produktformen eingesetzt, nämlich in Schläuchen, Ionenaustauschmembran-Chromatographiegeräten, Kapselfiltern, Bioreaktoren, Mischern und Probenbehältern. PEEK gilt als eines der wichtigsten modernen Materialien, das die Ziele der Implementierung von Einwegtechnologie erfüllen könnte, da es verschiedene Eigenschaften bietet, wie z. B. eine hohe Kompatibilität mit Gammasterilisation, geringe Auslaugung in Biopharma-Chemikalien sowie hohe Reinheit und USP-Klasse-VI-Konformität.
Die Integration von PEEK-Displays als kostengünstiges Material in den Gesundheitssektor eröffnet der Branche neue Investitionsbereiche
Es wird erwartet, dass PEEK aufgrund seiner außergewöhnlichen mechanischen, optischen und elektrischen Eigenschaften eines der Materialien für Bildschirme der nächsten Generation bleibt. Die Einbindung von PEEK in die Display-Produktformen soll daher ein einzigartiges visuelles Erlebnis bieten, das sich durch hohe Auflösung, lebendige Farben und außergewöhnliche Klarheit auszeichnet. PEEK-Displays sollen außerdem Haltbarkeit und Flexibilität gewährleisten, da sie als äußerst widerstandsfähig gegen Stöße, Kratzer und thermische Belastungen gelten. Daher wird erwartet, dass die Käufer von Display-Produkten PEEK als nachhaltige Lösung verwenden, die den häufigen Austausch begrenzt und so die Gesamtbetriebskosten senkt.
Die Bedeutung der Energieeffizienz als Mittel zur Kostensenkung hat im gesamten B2B-Käufersegment zugenommen. Daher wird erwartet, dass das PEEK-Display eine Komplettlösung ist, um erhebliche Energieeffizienzvorteile zu erzielen, da es nicht nur einen geringen Stromverbrauch bei gleichzeitiger Verlängerung der Batterielebensdauer gewährleistet.
Der Gesundheitssektor ist einer der wichtigsten Branchen, die von der Nützlichkeit von PEEK-Displays profitieren könnten. Das verbesserte visuelle Erlebnis und die überlegene Haltbarkeit von PEEK-Displays dürften es medizinischen Fachkräften ermöglichen, die Expertise des Produkts in der diagnostischen Bildgebung, bei chirurgischen Verfahren und in der Patientenversorgung zu nutzen. Darüber hinaus verfügen PEEK-Displays über Eigenschaften wie hohe Auflösung und genaue Farbdarstellung, die Radiologen dabei helfen, subtile Anomalien in medizinischen Bildern zu erkennen und eine präzise Diagnose zu gewährleisten.
Abschluss
Die zunehmende Bereitschaft in der Gesundheitsbranche, Produkte mit außergewöhnlichen Eigenschaften wie überlegener Biokompatibilität und ausgezeichneter mechanischer Festigkeit zu verwenden, dürfte den Einsatz von PEEK als fortschrittliches Material der nächsten Generation fördern. Technologische Fortschritte wie der aktive Einsatz von 3D-Druck und die zunehmende Akzeptanz chirurgischer Roboter bei Knie- und Hüftersatz werden die Marktreichweite von PEEK in naher Zukunft voraussichtlich erweitern. Branchenteilnehmer wie Evonik und Invibio Biomaterial Solutions haben die Kaufgewohnheiten und das Bewusstsein der Käufer in Bezug auf die Verwendung von PEEK genau verfolgt. Diese Unternehmen haben PEEK-Produktformen der nächsten Generation auf den Markt gebracht, die für zielgerichtete Anwendungen in den Bereichen Zahnmedizin, Orthopädie, Wirbelsäule, Schädel und Herz-Kreislauf vorgesehen sind. Industrieländer wie die USA, Deutschland, Großbritannien, Frankreich und Japan werden voraussichtlich die wichtigsten Ländermärkte für PEEK bleiben, da fortschrittliche technische Materialien in ihren heimischen Gesundheitssektoren stark angenommen werden. Das wachsende Gesundheitssegment in Schwellenländern wie China, Indien, Taiwan und Vietnam aufgrund unterstützender Regierungspolitiken dürfte jedoch neue Wege für PEEK-Hersteller eröffnen, in neue Regionen zu investieren.
