Композитни материјали од угљеничних влакана се све више користе у областима дијагнозе, лечења, здравствене заштите и сродних медицинских уређаја. Са постепеним повећањем потражње на медицинском тржишту, релевантни медицински материјали од угљеничних влакана се такође стално шире и иновирају у методама и облицима примене.
Истраживање медицинских материјала од угљеничних влакана почело је још 1960-их. Тада је откривено да материјали од угљеничних влакана имају одлична анти-коагулациона својства у истраживању анти-материјала за згрушавање вештачких крвних судова. После 1970. године, Бокрос је предложио да се материјали од угљеничних влакана користе као биомедицински уређаји. Према савременим научним истраживањима, материјали од угљеничних влакана имају добру биокомпатибилност, ниску иритацију биолошких ткива, не-токсичност, не-канцерогеност, ниску специфичну тежину и модул еластичности сличан људским костима. Има потенцијалну предност да постане четврта генерација материјала за имплантате.
Предности композитних материјала од угљеничних влакана у области медицине
1. Анизотропија и могућност пројектовања
Композитни материјали од угљеничних влакана су анизотропни материјали са различитим својствима дуж правца влакана и окомито на смер влакана, што доноси велику слободу дизајну. Променом методе полагања (као што је угао полагања, редослед полагања) да би се променила еластичност и чврстоћа производа, могу се испунити специфични захтеви за употребу. Компоненте медицинске опреме често делују на различите делове људског тела, а специфични захтеви за перформансе различитих компоненти су различити.
2. Висока пропусност Кс{1}} зрака
Пропустљивост Кс- зрака је повезана са елементарним саставом, атомским бројем, густином и дебљином материјала који се продире. Главни елементи који чине композитне материјале од угљеничних влакана су Ц, Х и О, са малим атомским бројевима, а коефицијент масеног апсорпције Кс- зрака је много нижи него код општих материјала. Пропустљивост Кс-зрака алуминијумских плоча дебљине 1 мм и композитних плоча од угљеничних влакана је 78% и 96% респективно, потрошња расејања и апсорпције алуминијумских плоча је 22%, а плоча од угљеничних влакана је само 4%.
3. Добра отпорност на замор
Композитни материјали од угљеничних влакана садрже безброј интерфејса влакна/смола. Када се пукотине генеришу прекомерним спољним силама, ови интерфејси могу ефикасно спречити даље ширење пукотина и одложити појаву оштећења услед замора. Медицински уређаји се поново користе сваки дан, а добра отпорност на замор композитних материјала од угљеничних влакана осигурава век трајања инструмента.
У области медицинске опреме, композитни материјали од угљеничних влакана се користе за производњу мобилних платформи за машине за Кс{0}}инспекцију користећи њихову пуну пропусност Кс- зрака; ЦФРП се користи за производњу медицинске опреме као што је ортопедија и трансплантација органа, као и производа за рехабилитацију као што су протезе и ортозе користећи своје одличне механичке особине.
Користи се за ЦТ креветне плоче, опрему за Кс{0}}инспекцију и помоћну опрему
Овај тип је најчешће коришћени и најобимнији медицински случај од угљеничних влакана у Кини. Репрезентативнији су рендгенски, ЦТ и Б-ултразвучни панели за инспекцију кревета, дијагностички наслони за кревете, ДР детекторски панели са равним екраном високе{3}}детекторске резолуције и носачи.
Медицинске ЦТ креветне плоче углавном користе изолационе електричне плоче, али њихова пропусност зрака је ниска, њихова механичка својства су лоша, а њихова јасноћа слике је лоша. Брзина апсорпције и брзина расејања композитних материјала од угљеничних влакана су много мање од њих. Током дијагнозе, доза рендгенских зрака се може смањити у складу са тим, снага рендгенске машине - може се смањити, радни век инструмента се може продужити и може се уштедети електрична енергија.
Што је још важније, композитни материјали од угљеничних влакана имају одличну пропусност Кс- зрака, што омогућава да зраци буду зрачени на дасци кревета под било којим углом без преламања. За добијање јасне слике потребна је само мала доза зрака, чиме се смањује штета за пацијенте и медицинско особље.
Карбонска влакна за вештачке кости и вештачке зглобове
Тренутно се композитни материјали од угљеничних влакана широко користе у плочама за фиксирање костију, филерима за кости, стабљикама зглобова кука, вештачким коренима зуба имплантата, материјалима за поправку лобање и материјалима за вештачко срце. Чврстоћа на савијање људских костију је око 100Мпа, модул савијања је 7~20Гпа, затезна чврстоћа је око 150Мпа, а модул затезања је око 20Гпа. Чврстоћа на савијање композитних материјала од угљеничних влакана је око 89Мпа, модул савијања је 27Гпа, затезна чврстоћа је око 43Мпа, а модул затезања је око 24Гпа, што је близу или премашује снагу људских костију.
Тренутно су неке компаније развиле употребу композитних материјала од угљеничних влакана за израду вештачких костију и зглобова. Чврстоћа на савијање ове вештачке кости је ближа правим људским костима него вештачким костима направљеним од других биоматеријала, што је од великог значаја за ортопедску медицину. Отпорност на хабање вештачких спојева направљених од њега је такође већа од отпорности полиетилена ултра- високе молекуларне тежине и металних производа на покретном зглобу.
Друга компанија је развила континуирану пластику ојачану карбонским влакнима или филцом за поправку костију. Матрица смоле користи полиметил метакрилат, а масени удео угљеничних влакана је 20%-60%. Пошто је материјал лаган, не омета МРИ прегледе и има добру биокомпатибилност, дуготрајна имплантација у тело нема нежељених реакција на биолошка ткива, крв, цереброспиналну течност итд., и нема реакцију одбацивања, погодан је за употребу као материјал за фиксацију прелома или унутрашњу фиксацију прелома или материјал за поправку кости.
Рестаурација зуба
У Европи и Сједињеним Америчким Државама, у клиничкој пракси се све више користи не-неметални систем за рестаурацију-преформансираних влакана и постепено се сматра ефикасном алтернативом традиционалном металном шиљцима и систему језгра за поправку резидуалних корена и круница зуба. Студије о физичким и хемијским својствима и биолошким својствима стубова од угљеничних влакана показују да стубови од угљеничних влакана имају механичка својства која су компатибилнија са зубним ткивима. Њихов модул еластичности, сличан модулу дентина, може учинити да се напон равномерније распореди дуж тела стуба, што је корисно за заштиту корена зуба; у исто време, они имају многе предности као што су добра биокомпатибилност и отпорност на корозију, лако уклањање и погодна секундарна поправка.
Протеза од карбонских влакана
Веза и трансмисиони део између протезе и људског тела назива се пријемна шупљина, која углавном обавија заостали екстремитет и преноси силу. Овај део има високе захтеве{1}}о носивости и не може бити претежак. Као материјали за израду овог дела могу се користити и материјали од угљеничних влакана. Део који садржи заостали крак може бити направљен од полиетиленске плоче, а потпорно тело може бити направљено од карбонских влакана како би се направила структура оквира за лаку подршку и пренос силе.
Веза између скочног зглоба и стопала људског тела игра кључну улогу у равнотежи и подршци телу. Зглоб скочног зглоба направљен од карбонских влакана може остварити функцију скакања људског тела. Поред тога, спојни део између скочног зглоба и протезе потколенице може се реализовати и са карбонским влакнима. Целокупни производ је веома изврстан и такође се добро понаша у погледу безбедности од оштећења.
Инвалидска колица од карбонских влакана
Густина угљеничних влакана је само 1,7 г/цм3. Додатна опрема исте спецификације је више него упола лакша од оне од легуре алуминијума, али је чврстоћа много већа. Поред тога, угљенична влакна су такође веома отпорна на корозију-. Значајан део пацијената у инвалидским колицима суочава се са проблемима као што су инконтиненција и чести контакти са ињекцијама и лековима. У овом случају, додаци од композитних материјала од угљеничних влакана показују издржљивост коју је тешко ускладити са општим металним материјалима.
Тренутно се композитни материјали од угљеничних влакана углавном користе у додацима као што су наслони за руке, наслони за руке, наслони за ноге, наслони за ноге, наслони за леђа, сукње и цеви оквира. Већина ових додатака може се подесити по висини. Композитни материјали од карбонских влакана се лако склапају са инвалидским колицима као целином путем механичке везе. Најважније је да је након употребе ових додатака у композитним материјалима од угљеничних влакана, укупна тежина инвалидских колица значајно смањена, а као често коришћена компонента постала је јача и издржљивија.
Композитни материјали од карбонских влакана имају одличне перформансе и нашироко се користе у цивилном свакодневном животу. Они су такође проверени деценијама примене. Они су безбедни и поуздани за животну средину и здравље људи.
Уз континуирани напредак медицинске технологије, медицинска опрема се такође стално иновира и развија. Улагање и примена угљеничних влакана у медицинске уређаје представља нови тренд и правац, и сигурно ће увести ширу перспективу примене у будућности.
