Τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στους τομείς της διάγνωσης, της θεραπείας, της υγειονομικής περίθαλψης και των σχετικών ιατρικών συσκευών. Με τη σταδιακή αύξηση της ζήτησης στην ιατρική αγορά, τα σχετικά ιατρικά υλικά από ανθρακονήματα επεκτείνονται επίσης συνεχώς και καινοτομούν σε μεθόδους και μορφές εφαρμογής.
Η έρευνα για τα ιατρικά υλικά από ανθρακονήματα ξεκίνησε ήδη από τη δεκαετία του 1960. Εκείνη την εποχή, διαπιστώθηκε ότι τα υλικά από ανθρακονήματα είχαν εξαιρετικές ιδιότητες κατά της πήξης-στην έρευνα για τα αντιπηκτικά υλικά των τεχνητών αιμοφόρων αγγείων. Μετά το 1970, ο Bokros πρότεινε να χρησιμοποιηθούν υλικά από ανθρακονήματα ως βιοϊατρικές συσκευές. Σύμφωνα με τη σύγχρονη επιστημονική έρευνα, τα υλικά από ανθρακονήματα έχουν καλή βιοσυμβατότητα, χαμηλό ερεθισμό στους βιολογικούς ιστούς, μη-τοξικότητα, μη-καρκινογένεση, χαμηλό ειδικό βάρος και συντελεστή ελαστικότητας παρόμοιο με τα ανθρώπινα οστά. Έχει το πιθανό πλεονέκτημα να γίνει η τέταρτη γενιά υλικών εμφυτευμάτων.
Πλεονεκτήματα των σύνθετων υλικών από ανθρακονήματα στον ιατρικό τομέα
1. Ανισοτροπία και δυνατότητα σχεδιασμού
Τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα είναι ανισότροπα υλικά με διαφορετικές ιδιότητες κατά μήκος της κατεύθυνσης της ίνας και κάθετα προς την κατεύθυνση της ίνας, γεγονός που προσφέρει μεγάλη ελευθερία στο σχεδιασμό. Με την αλλαγή της μεθόδου τοποθέτησης (όπως γωνία τοποθέτησης, σειρά τοποθέτησης) για αλλαγή της ελαστικότητας και της αντοχής του προϊόντος, μπορούν να ικανοποιηθούν οι συγκεκριμένες απαιτήσεις χρήσης. Τα εξαρτήματα ιατρικού εξοπλισμού συχνά δρουν σε διαφορετικά μέρη του ανθρώπινου σώματος και οι ειδικές απαιτήσεις απόδοσης διαφορετικών εξαρτημάτων είναι διαφορετικές.
2. Υψηλή μετάδοση ακτίνων Χ-
Η μετάδοση των ακτίνων Χ-σχετίζεται με τη στοιχειακή σύνθεση, τον ατομικό αριθμό, την πυκνότητα και το πάχος του υλικού που διεισδύει. Τα κύρια στοιχεία που αποτελούν τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα είναι τα C, H και O, με μικρούς ατομικούς αριθμούς και ο συντελεστής απορρόφησης μάζας ακτίνων Χ είναι πολύ χαμηλότερος από αυτόν των γενικών υλικών. Η μετάδοση ακτίνων Χ των πλακών αλουμινίου πάχους 1 mm και των σύνθετων πλακών από ανθρακονήματα είναι 78% και 96% αντίστοιχα, η κατανάλωση σκέδασης και απορρόφησης των πλακών αλουμινίου είναι 22% και των πλακών από ανθρακονήματα μόνο 4%.
3. Καλή αντοχή στην κόπωση
Τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα περιέχουν αμέτρητες διεπαφές ίνας/ρητίνης. Όταν οι ρωγμές δημιουργούνται από υπερβολικές εξωτερικές δυνάμεις, αυτές οι διεπαφές μπορούν αποτελεσματικά να αποτρέψουν την περαιτέρω επέκταση των ρωγμών και να καθυστερήσουν την εμφάνιση ζημιών λόγω κόπωσης. Οι ιατρικές συσκευές επαναχρησιμοποιούνται καθημερινά και η καλή αντοχή στην κόπωση των σύνθετων υλικών από ανθρακονήματα εξασφαλίζει τη διάρκεια ζωής του οργάνου.
Στον τομέα του ιατρικού εξοπλισμού, τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα χρησιμοποιούνται για την κατασκευή κινητών πλατφορμών για μηχανές επιθεώρησης ακτίνων Χ-χρησιμοποιώντας την πλήρη μετάδοσή τους ακτίνων Χ-. Το CFRP χρησιμοποιείται για την κατασκευή ιατρικού εξοπλισμού όπως ορθοπεδικά και μεταμοσχεύσεις οργάνων, καθώς και προϊόντα αποκατάστασης όπως προθέσεις και ορθωτικά, χρησιμοποιώντας τις εξαιρετικές μηχανικές του ιδιότητες.
Χρησιμοποιείται για πλάκες κρεβατιού CT, -εξοπλισμό επιθεώρησης ακτίνων Χ και βοηθητικό εξοπλισμό
Αυτός ο τύπος είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη και πιο εκτεταμένη ιατρική περίπτωση από ανθρακονήματα στην Κίνα. Τα πιο αντιπροσωπευτικά είναι τα πάνελ κρεβατιού ελέγχου ακτίνων Χ, CT και Β-υπέρηχων, διαγνωστικά προσκέφαλα κρεβατιού, πάνελ ανιχνευτή επίπεδης οθόνης DR υψηλής-ευκρίνειας και βραχίονες.
Οι ιατρικές πλάκες κρεβατιού CT χρησιμοποιούν ως επί το πλείστον μονωτικές ηλεκτρικές πλάκες, αλλά η μετάδοση ακτίνων τους είναι χαμηλή, οι μηχανικές τους ιδιότητες είναι κακές και η διαύγεια απεικόνισης είναι χαμηλή. Ο ρυθμός απορρόφησης και ο ρυθμός διασποράς των σύνθετων υλικών από ανθρακονήματα είναι πολύ μικρότερος από αυτούς. Κατά τη διάγνωση, η δόση ακτίνων Χ μπορεί να μειωθεί ανάλογα, η ισχύς της μηχανής ακτίνων Χ μπορεί να μειωθεί, η διάρκεια ζωής του οργάνου μπορεί να παραταθεί και να εξοικονομηθεί ηλεκτρική ενέργεια.
Το πιο σημαντικό, τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα έχουν εξαιρετική μετάδοση ακτίνων Χ-, επιτρέποντας στις ακτίνες να ακτινοβολούνται στην σανίδα του κρεβατιού σε οποιαδήποτε γωνία χωρίς διάθλαση. Απαιτείται μόνο μια μικρή δόση ακτίνων για τη λήψη καθαρής απεικόνισης, μειώνοντας έτσι τις βλάβες για τους ασθενείς και το ιατρικό προσωπικό.
Ανθρακονήματα για τεχνητά οστά και τεχνητές αρθρώσεις
Επί του παρόντος, τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε πλάκες στερέωσης οστών, πληρωτικά οστών, στελέχη αρθρώσεων ισχίου, ρίζες δοντιών τεχνητών εμφυτευμάτων, υλικά επισκευής κρανίου και υλικά τεχνητής καρδιάς. Η αντοχή κάμψης των ανθρώπινων οστών είναι περίπου 100Mpa, ο συντελεστής κάμψης είναι 7~20Gpa, η αντοχή εφελκυσμού είναι περίπου 150Mpa και ο συντελεστής εφελκυσμού είναι περίπου 20Gpa. Η αντοχή κάμψης των σύνθετων υλικών από ανθρακονήματα είναι περίπου 89Mpa, ο συντελεστής κάμψης είναι 27Gpa, η αντοχή εφελκυσμού είναι περίπου 43Mpa και ο συντελεστής εφελκυσμού είναι περίπου 24Gpa, που είναι κοντά ή υπερβαίνει την αντοχή των ανθρώπινων οστών.
Προς το παρόν, ορισμένες εταιρείες έχουν αναπτύξει τη χρήση σύνθετων υλικών από ανθρακονήματα για την κατασκευή τεχνητών οστών και αρθρώσεων. Η δύναμη κάμψης αυτού του τεχνητού οστού είναι πιο κοντά στα πραγματικά ανθρώπινα οστά από τα τεχνητά οστά που κατασκευάζονται από άλλα βιοϋλικά, κάτι που έχει μεγάλη σημασία για την ορθοπεδική ιατρική. Η αντοχή στη φθορά των τεχνητών αρθρώσεων που κατασκευάζονται από αυτό είναι επίσης υψηλότερη από αυτή των προϊόντων πολυαιθυλενίου και μετάλλου υπερ-υψηλού μοριακού βάρους στον κινητό σύνδεσμο.
Μια άλλη εταιρεία έχει αναπτύξει συνεχείς ίνες άνθρακα ή πλαστικά ενισχυμένα με τσόχα για την επισκευή των οστών. Η μήτρα της ρητίνης χρησιμοποιεί μεθακρυλικό πολυμεθυλεστέρα και το κλάσμα μάζας των ανθρακονημάτων είναι 20%-60%. Επειδή το υλικό είναι ελαφρύ, δεν παρεμβαίνει στις εξετάσεις μαγνητικής τομογραφίας και έχει καλή βιοσυμβατότητα, η μακροχρόνια εμφύτευση στο σώμα δεν έχει αρνητικές αντιδράσεις σε βιολογικούς ιστούς, αίμα, εγκεφαλονωτιαίο υγρό κ.λπ.
Αποκατάσταση δοντιών
Στην Ευρώπη και τις Ηνωμένες Πολιτείες, το σύστημα μη{0}}μεταλλικής αποκατάστασης-προσχηματισμένου στύλου από ίνες χρησιμοποιείται ολοένα και περισσότερο στην κλινική πράξη και σταδιακά θεωρείται ως μια αποτελεσματική εναλλακτική λύση στο παραδοσιακό σύστημα μεταλλικών στύλων και πυρήνων για την επιδιόρθωση υπολειμματικών ριζών και στεφάνων των δοντιών. Μελέτες σχετικά με τις φυσικές και χημικές ιδιότητες και τις βιολογικές ιδιότητες των στύλων από ανθρακονήματα δείχνουν ότι οι στύλοι από ανθρακονήματα έχουν μηχανικές ιδιότητες που είναι πιο συμβατές με τους ιστούς των δοντιών. Το μέτρο ελαστικότητάς τους, το οποίο είναι παρόμοιο με αυτό της οδοντίνης, μπορεί να κάνει την πίεση να κατανέμεται πιο ομοιόμορφα κατά μήκος του κορμού, γεγονός που είναι ευεργετικό για την προστασία της ρίζας του δοντιού. Ταυτόχρονα, έχουν πολλά πλεονεκτήματα όπως καλή βιοσυμβατότητα και αντοχή στη διάβρωση, εύκολη αφαίρεση και βολική δευτερεύουσα επισκευή.
Προσθετική από ανθρακονήματα
Ο σύνδεσμος και το τμήμα μετάδοσης μεταξύ της πρόσθεσης και του ανθρώπινου σώματος ονομάζεται κοιλότητα υποδοχής, η οποία τυλίγει κυρίως το υπολειπόμενο μέλος και μεταδίδει δύναμη. Αυτό το εξάρτημα έχει υψηλές απαιτήσεις φόρτωσης-και δεν μπορεί να είναι πολύ βαρύ. Τα υλικά από ανθρακονήματα μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως υλικά για την κατασκευή αυτού του εξαρτήματος. Το τμήμα που περιέχει το υπολειπόμενο άκρο μπορεί να είναι κατασκευασμένο από σανίδα πολυαιθυλενίου και το σώμα στήριξης μπορεί να είναι κατασκευασμένο από ανθρακονήματα για να δημιουργήσει μια δομή πλαισίου για την εύκολη στήριξη και μετάδοση δύναμης.
Η σύνδεση μεταξύ του αστραγάλου και του ποδιού του ανθρώπινου σώματος παίζει βασικό ρόλο στην ισορροπία και την υποστήριξη του σώματος. Η άρθρωση του αστραγάλου από ανθρακονήματα μπορεί να πραγματοποιήσει τη λειτουργία άλματος του ανθρώπινου σώματος. Επιπλέον, το τμήμα σύνδεσης μεταξύ του αστραγάλου και της πρόθεσης της γάμπας μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί με ανθρακονήματα. Το συνολικό προϊόν είναι πολύ εκλεπτυσμένο και επίσης αποδίδει καλά από την άποψη της ασφάλειας ζημιών.
Αναπηρικό καροτσάκι από ανθρακονήματα
Η πυκνότητα των ανθρακονημάτων είναι μόνο 1,7 g/cm3. Τα αξεσουάρ ίδιας προδιαγραφής είναι περισσότερο από το μισό ελαφρύτερα από αυτά του κράματος αλουμινίου, αλλά η αντοχή είναι πολύ μεγαλύτερη. Επιπλέον, οι ίνες άνθρακα είναι επίσης πολύ ανθεκτικές στη διάβρωση-. Ένα σημαντικό ποσοστό ασθενών με αναπηρικό αμαξίδιο αντιμετωπίζει προβλήματα όπως η ακράτεια και η συχνή επαφή με ενέσεις και φάρμακα. Σε αυτή την περίπτωση, τα αξεσουάρ από σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα παρουσιάζουν ανθεκτικότητα που δύσκολα ταιριάζει με γενικά μεταλλικά υλικά.
Επί του παρόντος, τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα χρησιμοποιούνται κυρίως σε αξεσουάρ όπως υποβραχιόνια, υποβραχιόνια, υποπόδια, υποπόδια, πλάτες, φούστες και σωλήνες πλαισίου. Τα περισσότερα από αυτά τα αξεσουάρ μπορούν να ρυθμιστούν σε ύψος. Τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα συναρμολογούνται εύκολα με το αναπηρικό καροτσάκι στο σύνολό του μέσω μηχανικής σύνδεσης. Το πιο σημαντικό είναι ότι μετά τη χρήση αυτών των αξεσουάρ σε σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα, το συνολικό βάρος της αναπηρικής πολυθρόνας έχει μειωθεί σημαντικά και ως συχνά χρησιμοποιούμενο εξάρτημα, έχει γίνει ισχυρότερο και πιο ανθεκτικό.
Τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα έχουν εξαιρετική απόδοση και έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στην καθημερινή ζωή των πολιτών. Έχουν επίσης επαληθευτεί από δεκαετίες εφαρμογής. Είναι ασφαλή και αξιόπιστα για το περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία.
Με τη συνεχή πρόοδο της ιατρικής τεχνολογίας, ο ιατρικός εξοπλισμός επίσης συνεχώς καινοτομεί και αναπτύσσεται. Η επένδυση και η εφαρμογή ανθρακονημάτων σε ιατροτεχνολογικά προϊόντα αντιπροσωπεύει μια νέα τάση και κατεύθυνση και σίγουρα θα οδηγήσει σε μια ευρύτερη προοπτική εφαρμογής στο μέλλον.
