Hiilikuitukomposiittimateriaaleja käytetään yhä enemmän diagnoosin, hoidon, terveydenhuollon ja niihin liittyvien lääketieteellisten laitteiden aloilla. Lääketieteen markkinoiden kysynnän asteittaisen kasvun myötä merkitykselliset hiilikuituiset lääketieteelliset materiaalit laajenevat ja innovoivat jatkuvasti sovellusmenetelmissä ja -muodoissa.
Lääketieteellisten hiilikuitumateriaalien tutkimus alkoi jo 1960-luvulla. Tuolloin havaittiin, että hiilikuitumateriaalilla oli erinomaiset anti-hyytymistä estävät ominaisuudet keinotekoisten verisuonten anti-koagulaatiomateriaalien tutkimuksessa. Vuoden 1970 jälkeen Bokros ehdotti hiilikuitumateriaalien käyttöä biolääketieteellisinä laitteina. Nykyaikaisen tieteellisen tutkimuksen mukaan hiilikuitumateriaalilla on hyvä biologinen yhteensopivuus, vähäinen biologisten kudosten ärsytys, ei--myrkyllisyys, ei--karsinogeenisuus, alhainen ominaispaino ja kimmomoduuli, joka on samanlainen kuin ihmisen luut. Sillä on potentiaalinen etu, että siitä tulee neljäs sukupolvi implanttimateriaalit.
Hiilikuitukomposiittimateriaalien edut lääketieteen alalla
1. Anisotropia ja suunniteltavuus
Hiilikuitukomposiittimateriaalit ovat anisotrooppisia materiaaleja, joilla on erilaiset ominaisuudet kuidun suunnassa ja kohtisuorassa kuidun suuntaan, mikä tuo suurta vapautta suunnitteluun. Muuttamalla asennustapaa (kuten asennuskulmaa, asennusjärjestystä) tuotteen kimmoisuuden ja lujuuden muuttamiseksi, erityiset käyttövaatimukset voidaan täyttää. Lääketieteellisten laitteiden komponentit vaikuttavat usein ihmiskehon eri osiin, ja eri komponenttien erityiset suorituskykyvaatimukset ovat erilaiset.
2. Korkea röntgensäteen läpäisevyys-
Röntgensäteiden läpäisykyky liittyy lävistettävän materiaalin alkuainekoostumukseen, atomimäärään, tiheyteen ja paksuuteen. Pääelementit, joista hiilikuitukomposiittimateriaalit muodostuvat, ovat C, H ja O, joiden atomiluku on pieni, ja röntgensäteen massaabsorptiokerroin on paljon pienempi kuin tavallisten materiaalien. 1 mm paksuisten alumiinilevyjen ja hiilikuitukomposiittilevyjen röntgenläpäisevyys on 78 % ja hiilikuitukomposiittilevyjen 96 %, alumiinilevyjen sironta- ja absorptionkulutus on 22 % ja hiilikuitulevyjen vain 4 %.
3. Hyvä väsymiskestävyys
Hiilikuitukomposiittimateriaalit sisältävät lukemattomia kuitu/hartsi rajapintoja. Kun liialliset ulkoiset voimat aiheuttavat halkeamia, nämä rajapinnat voivat tehokkaasti estää halkeamien laajenemisen edelleen ja viivyttää väsymisvaurioiden syntymistä. Lääketieteellisiä laitteita käytetään uudelleen päivittäin, ja hiilikuitukomposiittimateriaalien hyvä väsymiskestävyys varmistaa instrumentin käyttöiän.
Lääketieteellisten laitteiden alalla hiilikuitukomposiittimateriaaleja käytetään siirrettävien alustojen valmistukseen röntgentarkastuskoneille käyttämällä niiden täyttä röntgensäteen läpäisykykyä. CFRP:stä valmistetaan lääkinnällisiä laitteita, kuten ortopediaa ja elinsiirtoja, sekä kuntoutustuotteita, kuten proteeseja ja ortoosia hyödyntäen sen erinomaisia mekaanisia ominaisuuksia.
Käytetään CT-aluslevyissä,{0}}röntgentarkastuslaitteissa ja apulaitteissa
Tämä tyyppi on Kiinan laajimmin käytetty ja laajin hiilikuitukotelo. Edustavampia ovat röntgen-, CT- ja B-ultraäänitarkastussänkypaneelit, diagnostiset sänkyjen niskatuet, terävä-tarkkuuden DR-litteät ilmaisinpaneelit ja kiinnikkeet.
Lääketieteellisissä CT-petilevyissä käytetään enimmäkseen eristäviä sähkölevyjä, mutta niiden säteenläpäisevyys on alhainen, mekaaniset ominaisuudet huonot ja kuvantamisen selkeys huono. Hiilikuitukomposiittimateriaalien absorptio- ja sirontanopeus ovat paljon pienempiä kuin niillä. Diagnoosin aikana röntgenannosta voidaan pienentää vastaavasti, röntgenlaitteen tehoa voidaan vähentää, instrumentin käyttöikää voidaan pidentää ja sähköä voidaan säästää.
Vielä tärkeämpää on, että hiilikuitukomposiittimateriaaleilla on erinomainen röntgensäteen läpäisykyky, mikä mahdollistaa säteiden säteilyttämisen lattialaudalle missä tahansa kulmassa ilman taittumista. Vain pieni annos säteitä tarvitaan selkeän kuvan saamiseksi, mikä vähentää potilaille ja hoitohenkilökunnalle aiheutuvia haittoja.
Hiilikuitu keinotekoisille luille ja tekonivelille
Tällä hetkellä hiilikuitukomposiittimateriaaleja on käytetty laajalti luun kiinnityslevyissä, luun täyteaineissa, lonkkanivelissä, keinotekoisissa implanttien hampaiden juurissa, kallonkorjausmateriaaleissa ja tekosydänmateriaaleissa. Ihmisen luiden taivutuslujuus on noin 100 Mpa, taivutusmoduuli on 7 ~ 20 Gpa, vetolujuus on noin 150 Mpa ja vetomoduuli noin 20 Gpa. Hiilikuitukomposiittimateriaalien taivutuslujuus on noin 89 Mpa, taivutusmoduuli on 27 Gpa, vetolujuus on noin 43 Mpa ja vetomoduuli on noin 24 Gpa, mikä on lähellä tai ylittää ihmisen luiden lujuuden.
Tällä hetkellä jotkut yritykset ovat kehittäneet hiilikuitukomposiittimateriaalien käyttöä keinotekoisten luiden ja nivelten valmistamiseen. Tämän keinotekoisen luun taivutuslujuus on lähempänä todellisia ihmisen luita kuin muista biomateriaaleista valmistettujen keinoluiden, millä on suuri merkitys ortopediselle lääketieteelle. Siitä valmistettujen tekonivelten kulutuskestävyys on myös korkeampi kuin ultra-korkean molekyylipainon polyeteenillä ja liikkuvan liitoksen metallituotteilla.
Toinen yritys on kehittänyt jatkuvatoimista hiilikuitu- tai huopavahvisteista muovia luun korjaukseen. Hartsimatriisissa käytetään polymetyylimetakrylaattia ja hiilikuidun massaosuus on 20 %-60 %. Koska materiaali on kevyttä, ei häiritse MRI-tutkimuksia ja sillä on hyvä bioyhteensopivuus, pitkäaikainen implantaatio elimistöön ei aiheuta haitallisia reaktioita biologisiin kudoksiin, vereen, aivo-selkäydinnesteeseen jne., eikä hyljintäreaktiota, se soveltuu käytettäväksi murtuman kiinnitysmateriaalina tai murtuman sisäisenä kiinnitys- tai luunkorjausmateriaalina.
Hampaiden restaurointi
Euroopassa ja Yhdysvalloissa ei--metallisten restaurointi-esimuotoiltuja kuitutolppajärjestelmiä käytetään yhä enemmän kliinisessä käytännössä, ja sitä pidetään vähitellen tehokkaana vaihtoehtona perinteiselle metallitolppa- ja ydinjärjestelmälle jäännösjuurten ja hampaiden kruunujen korjaamiseen. Hiilikuitupylväiden fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia sekä biologisia ominaisuuksia koskevat tutkimukset osoittavat, että hiilikuitutolppien mekaaniset ominaisuudet ovat paremmin yhteensopivia hammaskudosten kanssa. Niiden kimmokerroin, joka on samanlainen kuin dentiinin, voi saada jännityksen jakautumaan tasaisemmin nastan runkoon, mikä on hyödyllistä hampaan juuren suojaamisessa; Samalla niillä on monia etuja, kuten hyvä bioyhteensopivuus ja korroosionkestävyys, helppo irrotus ja kätevä toissijainen korjaus.
Hiilikuituproteesi
Proteesin ja ihmiskehon välistä linkki- ja välitysosaa kutsutaan vastaanottoonteloksi, joka pääosin kietoo jäännösraajan ja välittää voimaa. Tällä osalla on korkeat-kuormituksen kantovaatimukset, eikä se voi olla liian raskas. Tämän osan valmistuksessa voidaan käyttää myös hiilikuitumateriaaleja. Jäljelle jäävän osan sisältävä osa voidaan valmistaa polyeteenilevystä ja tukirunko hiilikuidusta runkorakenteen muodostamiseksi helpon tuen ja voimansiirron saavuttamiseksi.
Ihmiskehon nilkan ja jalkaterän välinen yhteys on avainasemassa kehon tasapainossa ja tukemisessa. Hiilikuidusta valmistettu nilkkanivel voi toteuttaa ihmiskehon hyppytoiminnon. Lisäksi nilkan ja pohjeproteesin välinen liitososa voidaan toteuttaa myös hiilikuidulla. Kokonaisuutena tuote on erittäin hieno ja toimii hyvin myös vahinkoturvallisuuden suhteen.
Hiilikuitupyörätuoli
Hiilikuidun tiheys on vain 1,7 g/cm3. Saman spesifikaation lisävarusteet ovat yli puolet kevyempiä kuin alumiiniseoksen, mutta lujuus on paljon suurempi. Lisäksi hiilikuitu on myös erittäin korroosionkestävää-. Huomattava osa pyörätuolipotilaista kohtaa ongelmia, kuten inkontinenssi ja toistuva kosketus injektioiden ja lääkkeiden kanssa. Tässä tapauksessa hiilikuitukomposiittimateriaaleista valmistetut tarvikkeet osoittavat kestävyyttä, jota on vaikea verrata yleisiin metallimateriaaleihin.
Tällä hetkellä hiilikuitukomposiittimateriaaleja käytetään pääasiassa lisätarvikkeissa, kuten käsinojassa, käsinojassa, jalkatuissa, jalkatuissa, selkänojassa, hameissa ja runkoputkissa. Useimpien lisävarusteiden korkeutta voidaan säätää. Hiilikuitukomposiittimateriaalit on helppo koota pyörätuolin kanssa kokonaisuutena mekaanisen liitoksen avulla. Tärkeintä on, että kun näitä lisävarusteita on käytetty hiilikuitukomposiittimateriaaleissa, pyörätuolin kokonaispaino on vähentynyt merkittävästi ja usein käytettynä komponenttina siitä on tullut vahvempi ja kestävämpi.
Hiilikuitukomposiittimateriaalien suorituskyky on erinomainen, ja niitä on käytetty laajalti siviilielämässä. Ne on myös todennettu vuosikymmenten soveltamisella. Ne ovat turvallisia ja luotettavia ympäristölle ja ihmisten terveydelle.
Lääketieteen tekniikan jatkuvan kehittymisen myötä myös lääketieteelliset laitteet innovoivat ja kehittyvät jatkuvasti. Hiilikuidun investoiminen ja soveltaminen lääkinnällisiin laitteisiin edustaa uutta trendiä ja suuntaa, ja se tuo varmasti laajemman sovellusnäkymän tulevaisuudessa.
