A szénszálas kompozit anyagokat egyre gyakrabban használják a diagnosztika, a kezelés, az egészségügy és a kapcsolódó orvostechnikai eszközök területén. Az orvosi piac iránti kereslet fokozatos növekedésével a releváns szénszálas gyógyászati anyagok is folyamatosan bővülnek, és az alkalmazási módok és formák terén is folyamatosan megújulnak.
Az orvosi szénszálas anyagok kutatása már az 1960-as években elkezdődött. Abban az időben azt találták, hogy a szénszálas anyagok kiváló anti-alvadásgátló tulajdonságokkal rendelkeznek a mesterséges erek véralvadásgátló-anyagainak kutatása során. 1970 után Bokros javasolta a szénszálas anyagok felhasználását orvosbiológiai eszközökként. A modern tudományos kutatások szerint a szénszálas anyagok jó biokompatibilitással, alacsony biológiai szövetirritációval, nem-toxicitású, nem-karcinogenitásúak, alacsony fajsúlyúak és az emberi csontokhoz hasonló rugalmassági modulusúak. Megvan az a potenciális előnye, hogy az implantációs anyagok negyedik generációjává válik.
A szénszálas kompozit anyagok előnyei az orvostudományban
1. Anizotrópia és tervezhetőség
A szénszálas kompozit anyagok anizotróp anyagok, amelyek a szál iránya mentén és a szálirányra merőlegesen eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek, ami nagy szabadságot biztosít a tervezéshez. A fektetési mód (például fektetési szög, fektetési sorrend) megváltoztatásával a termék rugalmasságának és szilárdságának megváltoztatása érdekében a konkrét felhasználási követelmények teljesíthetők. Az orvosi berendezések alkatrészei gyakran az emberi test különböző részein hatnak, és a különböző alkatrészek specifikus teljesítménykövetelményei eltérőek.
2. Magas röntgenáteresztő képesség
A röntgensugarak áteresztőképessége az áthatolt anyag elemi összetételétől, rendszámától, sűrűségétől és vastagságától függ. A szénszálas kompozit anyagok fő elemei a C, H és O, kis atomszámúak, és a röntgensugár tömegelnyelési együtthatója sokkal alacsonyabb, mint az általános anyagoké. Az 1 mm vastag alumíniumlemezek és a szénszálas kompozit lemezek röntgenáteresztő képessége 78%, illetve 96%, az alumíniumlemezek szórás- és abszorpciós fogyasztása 22%, a szénszálas lemezeké pedig csak 4%.
3. Jó fáradtságállóság
A szénszálas kompozit anyagok számtalan szál/gyanta interfészt tartalmaznak. Ha túlzott külső erők repedéseket okoznak, ezek a határfelületek hatékonyan megakadályozhatják a repedések további tágulását, és késleltetik a kifáradás okozta károsodást. Az orvosi eszközöket minden nap újrahasznosítják, és a szénszálas kompozit anyagok jó fáradtságállósága biztosítja a műszer élettartamát.
Az orvosi berendezések területén szénszálas kompozit anyagokat használnak mobil platformok gyártására röntgenvizsgáló gépekhez, teljes röntgenáteresztő képességük felhasználásával; A CFRP-t kiváló mechanikai tulajdonságainak felhasználásával orvosi berendezések, például ortopédiai és szervátültetési eszközök, valamint rehabilitációs termékek, például protézisek és ortopédiai termékek gyártására használják.
CT-ágylemezekhez, röntgenvizsgáló berendezésekhez és kiegészítő berendezésekhez{0}}használható
Ez a típus a legszélesebb körben használt és legkiterjedtebb szénszálas orvosi eset Kínában. A reprezentatívabbak a röntgen-, CT- és B-ultrahang-ellenőrző ágypanelek, a diagnosztikai ágyfejtámlák, a nagy-felbontású DR síkpaneles detektorpanelek és a konzolok.
Az orvosi CT ágylemezek többnyire szigetelő elektromos lemezeket használnak, de sugáráteresztő képességük alacsony, mechanikai tulajdonságaik rosszak, képi tisztaságuk rossz. A szénszálas kompozit anyagok abszorpciós sebessége és szórási sebessége jóval kisebb, mint azoké. A diagnosztika során ennek megfelelően csökkenthető a röntgendózis, csökkenthető a röntgengép teljesítménye, meghosszabbítható a műszer élettartama, elektromos áram takarítható meg.
Ennél is fontosabb, hogy a szénszálas kompozit anyagok kiváló röntgenáteresztő képességgel rendelkeznek, ami lehetővé teszi, hogy a sugarak bármilyen szögben, törés nélkül besugározzák az ágydeszkát. Csak egy kis dózisú sugárzás szükséges a tiszta képalkotáshoz, ezáltal csökkentve a betegeket és az egészségügyi személyzetet érő károkat.
Szénszál műcsontokhoz és műízületekhez
Jelenleg a szénszálas kompozit anyagokat széles körben használják csontrögzítő lemezekben, csonttöltő anyagokban, csípőízületi szárban, mesterséges implantátum foggyökerekben, koponyajavító anyagokban és mesterséges szívanyagokban. Az emberi csontok hajlítószilárdsága körülbelül 100 Mpa, a hajlítási modulus 7 ~ 20 Gpa, a szakítószilárdsága körülbelül 150 Mpa, a szakítószilárdsága pedig körülbelül 20 Gpa. A szénszálas kompozit anyagok hajlítószilárdsága körülbelül 89 Mpa, a hajlítási modulus 27 Gpa, a szakítószilárdsága körülbelül 43 Mpa, a szakítószilárdsága pedig körülbelül 24 Gpa, ami közel áll az emberi csontok szilárdságához vagy meghaladja azt.
Jelenleg néhány vállalat kifejlesztette a szénszálas kompozit anyagok használatát mesterséges csontok és ízületek készítésére. Ennek a mesterséges csontnak a hajlítószilárdsága közelebb áll a valódi emberi csontokhoz, mint a más bioanyagból készült mesterséges csontoké, aminek nagy jelentősége van az ortopédiai gyógyászatban. A belőle készült mesterséges kötések kopásállósága is magasabb, mint az ultra-nagy molekulatömegű polietilén és a mozgatható kötésnél lévő fém termékeké.
Egy másik cég folyamatos szénszálas vagy nemezerősítésű műanyagokat fejlesztett ki csontjavításhoz. A gyantamátrix polimetil-metakrilátot használ, és a szénszál tömeghányada 20%-60%. Mivel az anyag könnyű, nem zavarja az MRI-vizsgálatokat, jó a biokompatibilitása, a szervezetbe történő hosszú távú beültetés során nincs káros reakció a biológiai szövetekre, vérre, agy-gerincvelői folyadékra, stb., és nincs kilökődési reakció sem, alkalmas törésrögzítő anyagként vagy törés belső rögzítésére, illetve csontjavító anyagra.
Fog helyreállítása
Európában és az Egyesült Államokban a nem{0}}fémes helyreállítású-előformázott szálas oszloprendszert egyre gyakrabban használják a klinikai gyakorlatban, és fokozatosan a hagyományos fémoszlop- és magrendszer hatékony alternatívájának tekintik a visszamaradó foggyökerek és -koronák javítására. A szénszálas oszlopok fizikai és kémiai tulajdonságaival és biológiai tulajdonságaival kapcsolatos tanulmányok azt mutatják, hogy a szénszálas oszlopok mechanikai tulajdonságai jobban kompatibilisek a fogszövetekkel. A dentinhez hasonló rugalmassági modulusuk egyenletesebben oszlatja el a feszültséget az oszloptest mentén, ami előnyös a foggyökér védelmében; ugyanakkor számos előnnyel rendelkeznek, mint például a jó biokompatibilitás és a korrózióállóság, a könnyű eltávolíthatóság és a kényelmes másodlagos javítás.
Szénszálas protézis
A protézis és az emberi test közötti összekötő és átviteli részt befogadó üregnek nevezzük, amely főként a maradék végtagot körbeveszi és erőt ad át. Ennek az alkatrésznek nagy teherbírási-követelményei vannak, és nem lehet túl nehéz. Szénszálas anyagok is felhasználhatók anyagként ennek az alkatrésznek az elkészítéséhez. A maradék szárat tartalmazó rész készülhet polietilén lapból, a tartótest pedig szénszálból készülhet, hogy vázszerkezetet készítsen a könnyű alátámasztás és erőátvitel érdekében.
Az emberi test boka és lábfeje közötti kapcsolat kulcsszerepet játszik a test egyensúlyában és támogatásában. A szénszálból készült bokaízület megvalósíthatja az emberi test ugró funkcióját. Ezen kívül a boka és a vádliprotézis összekötő része is megvalósítható szénszálas anyaggal. A teljes termék nagyon kitűnő, és a sérülések biztonsága szempontjából is jól teljesít.
Szénszálas kerekesszék
A szénszál sűrűsége mindössze 1,7 g/cm3. Az azonos specifikációjú tartozékok több mint felével könnyebbek, mint az alumíniumötvözetek, de a szilárdság sokkal nagyobb. Ezenkívül a szénszál nagyon korrózióálló-. A kerekesszékes betegek jelentős része olyan problémákkal küzd, mint az inkontinencia, valamint az injekciókkal és gyógyszerekkel való gyakori érintkezés. Ebben az esetben a szénszálas kompozit anyagokból készült tartozékok olyan tartósságot mutatnak, amelyet nehéz összehozni az általános fém anyagokkal.
Jelenleg a szénszálas kompozit anyagokat főleg olyan tartozékokban használják, mint a kartámaszok, kartámaszok, lábtámaszok, lábtámaszok, háttámlák, szoknyák és keretcsövek. A legtöbb ilyen tartozék magassága állítható. A szénszálas kompozit anyagok mechanikus csatlakozással könnyen összeszerelhetők a kerekesszék egészével. A legfontosabb az, hogy miután ezeket a tartozékokat szénszálas kompozit anyagokban használták, a kerekesszék össztömege jelentősen csökkent, gyakran használt alkatrészként pedig erősebb és tartósabb lett.
A szénszálas kompozit anyagok kiváló teljesítményt nyújtanak, és széles körben használják a polgári mindennapi életben. Ezeket több évtizedes alkalmazás is igazolta. Biztonságosak és megbízhatóak a környezet és az emberi egészség szempontjából.
Az orvosi technológia folyamatos fejlődésével az orvosi berendezések is folyamatosan újulnak és fejlődnek. A szénszálak orvosi eszközökbe történő befektetése és alkalmazása új trendet és irányt jelent, és minden bizonnyal szélesebb körű alkalmazási lehetőségeket nyit a jövőben.
