Els materials compostos de fibra de carboni s'utilitzen cada cop més en els camps del diagnòstic, el tractament, l'assistència sanitària i els dispositius mèdics relacionats. Amb l'augment gradual de la demanda al mercat mèdic, els materials mèdics rellevants de fibra de carboni també s'estan expandint i innovant constantment en mètodes i formes d'aplicació.
La investigació sobre materials mèdics de fibra de carboni va començar a la dècada de 1960. En aquell moment, es va trobar que els materials de fibra de carboni tenien excel·lents propietats anticoagulants en la investigació sobre materials anticoagulants de vasos sanguinis artificials. Després de 1970, Bokros va proposar utilitzar materials de fibra de carboni com a dispositius biomèdics. Segons la investigació científica moderna, els materials de fibra de carboni tenen una bona biocompatibilitat, poca irritació dels teixits biològics, no-toxicitat, no-carcinogenicitat, baixa gravetat específica i mòdul elàstic similar als ossos humans. Té l'avantatge potencial de convertir-se en la quarta generació de materials d'implant.
Avantatges dels materials compostos de fibra de carboni en l'àmbit mèdic
1. Anisotropia i designabilitat
Els materials compostos de fibra de carboni són materials anisòtrops amb diferents propietats al llarg de la direcció de la fibra i perpendiculars a la direcció de la fibra, cosa que ofereix una gran llibertat de disseny. En canviar el mètode de col·locació (com ara l'angle de col·locació, l'ordre de col·locació) per canviar l'elasticitat i la resistència del producte, es poden complir els requisits específics d'ús. Els components dels equips mèdics sovint actuen en diferents parts del cos humà i els requisits de rendiment específics dels diferents components són diferents.
2. Alta transmitància de raigs X-
La transmitància dels raigs X- està relacionada amb la composició elemental, el nombre atòmic, la densitat i el gruix del material que es penetra. Els principals elements que formen els materials compostos de fibra de carboni són C, H i O, amb nombres atòmics petits, i el coeficient d'absorció de massa de raigs X- és molt inferior al dels materials generals. La transmitància de raigs X-de plaques d'alumini d'1 mm de gruix i plaques compostes de fibra de carboni és del 78% i el 96% respectivament, el consum de dispersió i absorció de les plaques d'alumini és del 22% i el de les plaques de fibra de carboni només és del 4%.
3. Bona resistència a la fatiga
Els materials compostos de fibra de carboni contenen infinitat d'interfícies de fibra/resina. Quan les esquerdes es generen per forces externes excessives, aquestes interfícies poden evitar eficaçment que les esquerdes s'expandeixin encara més i retardar l'aparició de danys per fatiga. Els dispositius mèdics es reutilitzen cada dia i la bona resistència a la fatiga dels materials compostos de fibra de carboni garanteix la vida útil de l'instrument.
En l'àmbit dels equips mèdics, els materials compostos de fibra de carboni s'utilitzen per fabricar plataformes mòbils per a màquines d'inspecció de raigs X-, utilitzant tota la seva transmitància de raigs X-; CFRP s'utilitza per fabricar equips mèdics com ortopèdia i trasplantament d'òrgans, així com productes de rehabilitació com pròtesis i ortesis utilitzant les seves excel·lents propietats mecàniques.
S'utilitza per a plaques de llit de TC, equips d'inspecció de raigs X-i equips auxiliars
Aquest tipus és el cas mèdic de fibra de carboni més utilitzat i més extens a la Xina. Els més representatius són els panells de llit d'inspecció de raigs X-, TC i B-ultrasòs, els recolzacaps de llit de diagnòstic, els panells detectors de pantalla plana DR d'alta definició i els suports.
Les plaques de llit de TC mèdiques utilitzen principalment plaques elèctriques aïllants, però la seva transmitància de raigs és baixa, les seves propietats mecàniques són pobres i la seva claredat d'imatge és deficient. La taxa d'absorció i la velocitat de dispersió dels materials compostos de fibra de carboni són molt més petites que la d'ells. Durant el diagnòstic, la dosi de raigs X-es pot reduir en conseqüència, es pot reduir la potència de la màquina de raigs X{-, es pot allargar la vida útil de l'instrument i es pot estalviar electricitat.
Més important encara, els materials compostos de fibra de carboni tenen una excel·lent transmitància-de raigs X, la qual cosa permet que els raigs s'irradiin a la taula del llit en qualsevol angle sense refracció. Només es necessita una petita dosi de raigs per obtenir imatges clares, reduint així el dany als pacients i al personal mèdic.
Fibra de carboni per a ossos artificials i articulacions artificials
Actualment, els materials compostos de fibra de carboni s'han utilitzat àmpliament en plaques de fixació òssia, farcits d'os, tiges d'articulacions de maluc, arrels de dents d'implants artificials, materials de reparació del crani i materials de cor artificial. La resistència a la flexió dels ossos humans és d'uns 100Mpa, el mòdul de flexió és de 7 ~ 20Gpa, la resistència a la tracció és d'uns 150Mpa i el mòdul de tracció és d'uns 20Gpa. La resistència a la flexió dels materials compostos de fibra de carboni és d'uns 89Mpa, el mòdul de flexió és de 27Gpa, la resistència a la tracció és d'uns 43Mpa i el mòdul de tracció és d'uns 24Gpa, que s'aproxima o supera la força dels ossos humans.
Actualment, algunes empreses han desenvolupat l'ús de materials compostos de fibra de carboni per fer ossos i articulacions artificials. La resistència a la flexió d'aquest os artificial s'acosta més als ossos humans reals que als ossos artificials fets d'altres biomaterials, la qual cosa és de gran importància per a la medicina ortopèdica. La resistència al desgast de les juntes artificials fetes d'ell també és superior a la dels productes metàl·lics i de polietilè de pes molecular ultra-a l'articulació mòbil.
Una altra empresa ha desenvolupat plàstics reforçats amb fibra de carboni contínua o feltre per a la reparació dels ossos. La matriu de resina utilitza metacrilat de polimetil i la fracció en massa de fibra de carboni és del 20%-60%. Com que el material és lleuger, no interfereix amb els exàmens de ressonància magnètica i té una bona biocompatibilitat, la implantació a llarg termini al cos no té reaccions adverses als teixits biològics, la sang, el líquid cefaloraquidi, etc., i no hi ha cap reacció de rebuig, és adequat per utilitzar-lo com a material de fixació de fractures o material de fixació interna de fractures o reparació òssia.
Restauració dental
A Europa i als Estats Units, el sistema de postes de fibra preformada no-restauració metàl·lica- s'utilitza cada cop més a la pràctica clínica i, a poc a poc, s'està considerant una alternativa eficaç al sistema tradicional de pals i nuclis metàl·lics per reparar arrels i corones de dents residuals. Els estudis sobre les propietats físiques i químiques i les propietats biològiques dels pals de fibra de carboni mostren que els pals de fibra de carboni tenen propietats mecàniques més compatibles amb els teixits dentals. El seu mòdul elàstic, que és similar al de la dentina, pot fer que l'estrès es distribueixi més uniformement al llarg del cos del post, cosa que és beneficiós per protegir l'arrel de la dent; al mateix temps, tenen molts avantatges com una bona biocompatibilitat i resistència a la corrosió, una fàcil eliminació i una còmoda reparació secundària.
Pròtesis de fibra de carboni
La part d'enllaç i transmissió entre la pròtesi i el cos humà s'anomena cavitat receptora, que embolcalla principalment l'extremitat residual i transmet la força. Aquesta peça té requisits-de suport de càrrega elevats i no pot ser massa pesada. Els materials de fibra de carboni també es poden utilitzar com a materials per fer aquesta peça. La part que conté l'extremitat residual es pot fer de tauler de polietilè, i el cos de suport es pot fer de fibra de carboni per fer una estructura de marc per aconseguir un suport fàcil i transmissió de força.
L'enllaç entre el turmell i el peu del cos humà té un paper clau en l'equilibri i el suport del cos. L'articulació del turmell feta de fibra de carboni pot realitzar la funció de salt del cos humà. A més, la part de connexió entre el turmell i la pròtesi de panxell també es pot realitzar amb fibra de carboni. El producte en general és molt exquisit i també funciona bé pel que fa a la seguretat dels danys.
Cadira de rodes de fibra de carboni
La densitat de la fibra de carboni és de només 1,7 g/cm3. Els accessoris de la mateixa especificació són més de la meitat més lleugers que els d'aliatge d'alumini, però la resistència és molt més gran. A més, la fibra de carboni també és molt resistent a la corrosió-. Una proporció considerable de pacients amb cadira de rodes s'enfronten a problemes com la incontinència i el contacte freqüent amb injeccions i medicaments. En aquest cas, els accessoris fets amb materials compostos de fibra de carboni mostren una durabilitat difícil de combinar amb els materials metàl·lics generals.
Actualment, els materials compostos de fibra de carboni s'utilitzen principalment en accessoris com ara recolzabraços, recolzabraços, reposapeus, reposacames, respatllers, faldilles i tubs de marc. La majoria d'aquests accessoris es poden ajustar en alçada. Els materials compostos de fibra de carboni són fàcils de muntar amb la cadira de rodes en conjunt mitjançant una connexió mecànica. El més important és que després d'utilitzar aquests accessoris en materials compostos de fibra de carboni, el pes total de la cadira de rodes s'ha reduït significativament i, com a component d'ús freqüent, s'ha tornat més fort i durador.
Els materials compostos de fibra de carboni tenen un rendiment excel·lent i s'han utilitzat àmpliament en la vida quotidiana civil. També s'han verificat per dècades d'aplicació. Són segurs i fiables per al medi ambient i la salut humana.
Amb l'avenç continu de la tecnologia mèdica, l'equip mèdic també innova i es desenvolupa constantment. La inversió i l'aplicació de fibra de carboni en dispositius mèdics representa una nova tendència i direcció, i segurament marcarà el començament d'una perspectiva d'aplicació més àmplia en el futur.
