Materialele compozite din fibră de carbon sunt din ce în ce mai utilizate în domeniile diagnosticului, tratamentului, îngrijirii sănătății și dispozitivelor medicale aferente. Odată cu creșterea treptată a cererii pe piața medicală, materialele medicale relevante din fibră de carbon se extind și inovează în mod constant în metodele și formele de aplicare.
Cercetările asupra materialelor medicale din fibră de carbon au început încă din anii 1960. La acel moment, s-a descoperit că materialele din fibră de carbon aveau proprietăți excelente de anticoagulare în cercetarea asupra materialelor anti-coagulare a vaselor de sânge artificiale. După 1970, Bokros a propus să folosească materiale din fibră de carbon ca dispozitive biomedicale. Conform cercetărilor științifice moderne, materialele din fibră de carbon au o bună biocompatibilitate, iritație scăzută pentru țesuturile biologice, non-toxicitate, non-carcinogenitate, greutate specifică scăzută și modul elastic similar oaselor umane. Are avantajul potențial de a deveni a patra generație de materiale pentru implanturi.
Avantajele materialelor compozite din fibră de carbon în domeniul medical
1. Anizotropie și designabilitate
Materialele compozite din fibră de carbon sunt materiale anizotrope cu proprietăți diferite de-a lungul direcției fibrei și perpendicular pe direcția fibrei, ceea ce oferă o mare libertate de proiectare. Prin schimbarea metodei de așezare (cum ar fi unghiul de așezare, ordinea de așezare) pentru a modifica elasticitatea și rezistența produsului, pot fi îndeplinite cerințele specifice de utilizare. Componentele echipamentelor medicale acționează adesea asupra diferitelor părți ale corpului uman, iar cerințele specifice de performanță ale diferitelor componente sunt diferite.
2. Transmisie mare de raze X-
Transmitanța razelor X-este legată de compoziția elementară, numărul atomic, densitatea și grosimea materialului care este pătruns. Principalele elemente care alcătuiesc materialele compozite din fibră de carbon sunt C, H și O, cu numere atomice mici, iar coeficientul de absorbție a masei de raze X-este mult mai mic decât cel al materialelor generale. Transmitanța razelor X a plăcilor de aluminiu cu grosimea de 1 mm și a plăcilor compozite din fibră de carbon este de 78%, respectiv 96%, consumul de împrăștiere și absorbție al plăcilor de aluminiu este de 22%, iar cel al plăcilor din fibră de carbon este de doar 4%.
3. Bună rezistență la oboseală
Materialele compozite din fibră de carbon conțin nenumărate interfețe fibră/rășină. Atunci când fisurile sunt generate de forțe externe excesive, aceste interfețe pot împiedica eficient extinderea fisurilor și pot întârzia apariția deteriorării prin oboseală. Dispozitivele medicale sunt refolosite în fiecare zi, iar rezistența bună la oboseală a materialelor compozite din fibră de carbon asigură durata de viață a instrumentului.
În domeniul echipamentelor medicale, materialele compozite din fibră de carbon sunt utilizate pentru fabricarea platformelor mobile pentru mașinile de inspecție cu raze X-, utilizând transmisia totală a razelor X-; CFRP este utilizat pentru fabricarea de echipamente medicale, cum ar fi ortopedie și transplant de organe, precum și produse de reabilitare, cum ar fi proteze și orteze, utilizând proprietățile sale mecanice excelente.
Folosit pentru plăci de pat CT, echipamente de inspecție cu raze X-și echipamente auxiliare
Acest tip este cel mai utilizat și mai extins caz medical din fibră de carbon din China. Cele mai reprezentative sunt panourile patului de inspecție cu raze X-, CT și B-ultrasunete, tetierele pentru pat de diagnosticare, panourile detectoare cu ecran plat DR de înaltă definiție și suporturile.
Plăcile de pat medical CT folosesc în cea mai mare parte plăci electrice izolatoare, dar transmisia razelor lor este scăzută, proprietățile lor mecanice sunt slabe și claritatea imaginii lor este slabă. Rata de absorbție și rata de împrăștiere a materialelor compozite din fibră de carbon sunt mult mai mici decât cele ale acestora. În timpul diagnosticului, doza de raze X-poate fi redusă corespunzător, puterea aparatului cu raze X-poate fi redusă, durata de viață a instrumentului poate fi prelungită și se poate economisi electricitatea.
Mai important, materialele compozite din fibră de carbon au o transmisie excelentă a razelor X-, permițând razelor să fie iradiate pe placa patului în orice unghi, fără refracție. Este necesară doar o doză mică de raze pentru a obține imagini clare, reducând astfel daunele aduse pacienților și personalului medical.
Fibră de carbon pentru oase artificiale și articulații artificiale
În prezent, materialele compozite din fibră de carbon au fost utilizate pe scară largă în plăci de fixare a oaselor, materiale de umplutură osoase, tulpini ale articulațiilor șoldului, rădăcini artificiale dentare de implant, materiale pentru repararea craniului și materiale pentru inimă artificială. Rezistența la încovoiere a oaselor umane este de aproximativ 100Mpa, modulul de îndoire este de 7 ~ 20Gpa, rezistența la tracțiune este de aproximativ 150Mpa și modulul de tracțiune este de aproximativ 20Gpa. Rezistența la încovoiere a materialelor compozite din fibră de carbon este de aproximativ 89Mpa, modulul de îndoire este de 27Gpa, rezistența la tracțiune este de aproximativ 43Mpa și modulul de tracțiune este de aproximativ 24Gpa, care este aproape de sau depășește rezistența oaselor umane.
În prezent, unele companii au dezvoltat utilizarea materialelor compozite din fibră de carbon pentru a face oase și articulații artificiale. Rezistența la încovoiere a acestui os artificial este mai apropiată de oasele umane reale decât de oasele artificiale realizate din alte biomateriale, ceea ce are o mare importanță pentru medicina ortopedică. Rezistența la uzură a îmbinărilor artificiale realizate din acesta este, de asemenea, mai mare decât cea a polietilenei cu greutate moleculară ultra-și a produselor metalice la îmbinarea mobilă.
O altă companie a dezvoltat materiale plastice armate cu fibră de carbon continuă sau pâslă pentru repararea oaselor. Matricea de rășină folosește metacrilat de polimetil și fracțiunea de masă a fibrei de carbon este de 20%-60%. Deoarece materialul este ușor, nu interferează cu examinările RMN și are o bună biocompatibilitate, implantarea pe termen lung în organism nu are reacții adverse la țesuturile biologice, sânge, lichidul cefalorahidian etc. și nicio reacție de respingere, este potrivit pentru utilizare ca material de fixare a fracturilor sau material de fixare internă a fracturilor sau material de reparare a osului.
Restaurare dentara
În Europa și Statele Unite, sistemul de stâlpi din fibre preformate pentru restaurare ne-metalic- este utilizat din ce în ce mai mult în practica clinică și este considerat treptat o alternativă eficientă la sistemul tradițional de stâlp și miez metalic pentru repararea rădăcinilor și coroanelor reziduale ale dinților. Studiile privind proprietățile fizice și chimice și proprietățile biologice ale stâlpilor din fibră de carbon arată că stâlpii din fibră de carbon au proprietăți mecanice care sunt mai compatibile cu țesuturile dentare. Modulul lor elastic, care este similar cu cel al dentinei, poate face ca stresul să fie distribuit mai uniform de-a lungul corpului stâlpului, ceea ce este benefic pentru protejarea rădăcinii dintelui; în același timp, au multe avantaje, cum ar fi biocompatibilitatea bună și rezistența la coroziune, îndepărtarea ușoară și repararea secundară convenabilă.
Proteză din fibră de carbon
Legătura și partea de transmisie dintre proteză și corpul uman se numește cavitate de primire, care învelește în principal membrul rezidual și transmite forța. Această piesă are cerințe ridicate-de încărcare și nu poate fi prea grea. Materialele din fibră de carbon pot fi, de asemenea, utilizate ca materiale pentru realizarea acestei piese. Partea care conține membrul rezidual poate fi realizată din placă de polietilenă, iar corpul de susținere poate fi din fibră de carbon pentru a face o structură a cadrului pentru a obține o susținere ușoară și o transmitere a forței.
Legătura dintre glezna și piciorul corpului uman joacă un rol cheie în echilibrul și susținerea corpului. Articulația gleznei din fibră de carbon poate realiza funcția de săritură a corpului uman. In plus, partea de legatura dintre glezna si proteza gambei poate fi realizata si cu fibra de carbon. Produsul general este foarte rafinat și, de asemenea, funcționează bine în ceea ce privește siguranța daunelor.
Scaun cu rotile din fibra de carbon
Densitatea fibrei de carbon este de numai 1,7 g/cm3. Accesoriile din aceeași specificație sunt cu mai mult de jumătate mai ușoare decât cele din aliaj de aluminiu, dar rezistența este mult mai mare. În plus, fibra de carbon este foarte rezistentă-la coroziune. O proporție considerabilă de pacienți în scaun cu rotile se confruntă cu probleme precum incontinența și contactul frecvent cu injecțiile și medicamentele. În acest caz, accesoriile realizate din materiale compozite din fibră de carbon prezintă o durabilitate greu de egalat cu materialele metalice generale.
În prezent, materialele compozite din fibră de carbon sunt utilizate în principal în accesorii precum cotiere, cotiere, suporturi pentru picioare, suport pentru picioare, spătare, fuste și tuburi de cadru. Majoritatea acestor accesorii pot fi reglate pe înălțime. Materialele compozite din fibră de carbon sunt ușor de asamblat cu scaunul cu rotile ca întreg prin conexiune mecanică. Cel mai important lucru este că, după ce aceste accesorii sunt folosite în materiale compozite din fibră de carbon, greutatea totală a scaunului cu rotile a fost redusă semnificativ, iar ca componentă folosită frecvent, acesta a devenit mai puternic și mai durabil.
Materialele compozite din fibră de carbon au performanțe excelente și au fost utilizate pe scară largă în viața de zi cu zi a civililor. Ele au fost, de asemenea, verificate prin decenii de aplicare. Sunt sigure și fiabile pentru mediu și sănătatea umană.
Odată cu progresul continuu al tehnologiei medicale, echipamentele medicale inovează și se dezvoltă constant. Investiția și aplicarea fibrei de carbon în dispozitivele medicale reprezintă o nouă tendință și direcție și cu siguranță va introduce o perspectivă de aplicare mai largă în viitor.
