Kompozitné materiály z uhlíkových vlákien sa čoraz viac používajú v oblasti diagnostiky, liečby, zdravotnej starostlivosti a súvisiacich zdravotníckych pomôcok. S postupným zvyšovaním dopytu na medicínskom trhu sa aj príslušné medicínske materiály z uhlíkových vlákien neustále rozširujú a inovujú v aplikačných metódach a formách.
Výskum materiálov z medicínskych uhlíkových vlákien sa začal už v 60. rokoch minulého storočia. V tom čase sa zistilo, že materiály z uhlíkových vlákien majú vynikajúce anti{2}}koagulačné vlastnosti pri výskume anti-koagulačných materiálov umelých krvných ciev. Po roku 1970 Bokros navrhol použiť materiály z uhlíkových vlákien ako biomedicínske zariadenia. Podľa moderného vedeckého výskumu majú materiály z uhlíkových vlákien dobrú biologickú kompatibilitu, nízku dráždivosť pre biologické tkanivá, nie sú-toxické,-karcinogénne, majú nízku špecifickú hmotnosť a modul pružnosti podobný ľudským kostiam. Má potenciálnu výhodu stať sa štvrtou generáciou implantačných materiálov.
Výhody kompozitných materiálov z uhlíkových vlákien v oblasti medicíny
1. Anizotropia a navrhovateľnosť
Kompozitné materiály z uhlíkových vlákien sú anizotropné materiály s rôznymi vlastnosťami v smere vlákna a kolmo na smer vlákna, čo prináša veľkú voľnosť pri navrhovaní. Zmenou spôsobu pokládky (ako je uhol pokládky, poradie pokládky), aby sa zmenila elasticita a pevnosť produktu, môžu byť splnené špecifické požiadavky na použitie. Komponenty zdravotníckych zariadení často pôsobia na rôzne časti ľudského tela a špecifické požiadavky na výkon rôznych komponentov sú rôzne.
2. Vysoká priepustnosť röntgenového žiarenia
Priepustnosť röntgenových lúčov súvisí s elementárnym zložením, atómovým číslom, hustotou a hrúbkou materiálu, ktorým preniká. Hlavnými prvkami, ktoré tvoria kompozitné materiály s uhlíkovými vláknami, sú C, H a O s malými atómovými číslami a koeficient absorpcie hmoty X- žiarenia je oveľa nižší ako u bežných materiálov. Priepustnosť röntgenového žiarenia hliníkových platní s hrúbkou 1 mm a kompozitných platní z uhlíkových vlákien je 78 % a 96 %, spotreba rozptylu a absorpcie hliníkových platní je 22 % a platní z uhlíkových vlákien iba 4 %.
3. Dobrá odolnosť proti únave
Kompozitné materiály z uhlíkových vlákien obsahujú nespočetné množstvo rozhraní vlákno/živica. Pri vzniku trhlín nadmernými vonkajšími silami môžu tieto rozhrania účinne zabrániť ďalšiemu rozširovaniu trhlín a oddialiť vznik únavového poškodenia. Zdravotnícke zariadenia sa každý deň znovu používajú a dobrá odolnosť kompozitných materiálov z uhlíkových vlákien zaisťuje životnosť nástroja.
V oblasti zdravotníckych zariadení sa kompozitné materiály z uhlíkových vlákien používajú na výrobu mobilných platforiem pre röntgenové kontrolné prístroje s využitím ich plnej priepustnosti pre röntgenové lúče; CFRP sa používa na výrobu lekárskeho vybavenia, ako je ortopédia a transplantácia orgánov, ako aj rehabilitačných produktov, ako sú protézy a protézy, pričom sa využívajú jeho vynikajúce mechanické vlastnosti.
Používa sa na CT lôžkové dosky, röntgenové kontrolné zariadenia a pomocné zariadenia
Tento typ je najpoužívanejším a najrozsiahlejším lekárskym puzdrom z uhlíkových vlákien v Číne. Tie reprezentatívnejšie sú röntgenové, CT a B -ultrazvukové inšpekčné lôžkové panely, opierky hlavy diagnostických lôžok, detekčné panely s plochým panelom DR s vysokým-rozlíšením a držiaky.
Lekárske CT lôžkové dosky väčšinou používajú izolačné elektrické dosky, ale ich priepustnosť lúčov je nízka, ich mechanické vlastnosti sú zlé a ich obrazová čistota je slabá. Miera absorpcie a rýchlosť rozptylu kompozitných materiálov z uhlíkových vlákien sú oveľa menšie ako u nich. Počas diagnostiky je možné primerane znížiť dávku röntgenového žiarenia, znížiť výkon röntgenového prístroja, predĺžiť životnosť prístroja a ušetriť elektrickú energiu.
Ešte dôležitejšie je, že kompozitné materiály z uhlíkových vlákien majú vynikajúcu priepustnosť röntgenových lúčov, čo umožňuje ožarovanie lúčov na dosku postele v akomkoľvek uhle bez lomu. Na získanie čistého zobrazenia je potrebná len malá dávka lúčov, čím sa zníži poškodenie pacientov a zdravotníckeho personálu.
Uhlíkové vlákno pre umelé kosti a umelé kĺby
V súčasnosti sa kompozitné materiály z uhlíkových vlákien široko používajú v doštičkách na fixáciu kostí, výplniach kostí, driekoch bedrových kĺbov, zubných koreňoch umelých implantátov, materiáloch na opravu lebky a materiáloch na umelé srdce. Pevnosť v ohybe ľudských kostí je asi 100 Mpa, modul ohybu je 7 ~ 20 Gpa, pevnosť v ťahu je asi 150 Mpa a modul v ťahu je asi 20 Gpa. Pevnosť v ohybe kompozitných materiálov z uhlíkových vlákien je asi 89 Mpa, modul ohybu je 27 Gpa, pevnosť v ťahu je asi 43 Mpa a modul v ťahu je asi 24 Gpa, čo je blízko alebo presahuje pevnosť ľudských kostí.
V súčasnosti niektoré spoločnosti vyvinuli použitie kompozitných materiálov z uhlíkových vlákien na výrobu umelých kostí a kĺbov. Pevnosť v ohybe tejto umelej kosti je bližšia skutočným ľudským kostiam ako umelým kostiam vyrobeným z iných biomateriálov, čo má veľký význam pre ortopedickú medicínu. Odolnosť umelých kĺbov, ktoré sú z neho vyrobené, je tiež vyššia ako odolnosť ultra-polyetylénu s vysokou molekulovou hmotnosťou a kovových výrobkov na pohyblivom kĺbe.
Iná spoločnosť vyvinula kontinuálne plasty vystužené uhlíkovými vláknami alebo plsťou na opravu kostí. Živicová matrica používa polymetylmetakrylát a hmotnostný podiel uhlíkových vlákien je 20 %-60 %. Vzhľadom na to, že materiál je ľahký, neinterferuje s MRI vyšetreniami a má dobrú biokompatibilitu, dlhodobá implantácia do organizmu nemá žiadne nepriaznivé reakcie na biologické tkanivá, krv, likvor a pod., ani rejekčnú reakciu, je vhodný na použitie ako materiál na fixáciu zlomeniny alebo ako materiál na vnútornú fixáciu zlomeniny alebo materiál na opravu kosti.
Obnova zubov
V Európe a Spojených štátoch sa v klinickej praxi čoraz viac používa systém predtvarovaných vláknitých čapov s nekovovou výplňou- a postupne sa považuje za účinnú alternatívu k tradičnému systému kovových čapov a jadier na opravu zvyškov koreňov a koruniek zubov. Štúdie fyzikálnych a chemických vlastností a biologických vlastností kolíkov z uhlíkových vlákien ukazujú, že kolíky z uhlíkových vlákien majú mechanické vlastnosti, ktoré sú kompatibilnejšie s tkanivami zubov. Ich modul pružnosti, ktorý je podobný modulu dentínu, môže spôsobiť rovnomernejšie rozloženie napätia pozdĺž tela kolíka, čo je prospešné pre ochranu koreňa zuba; zároveň majú mnoho výhod, ako je dobrá biokompatibilita a odolnosť proti korózii, ľahké odstránenie a pohodlná sekundárna oprava.
Protéza z uhlíkových vlákien
Spojovacia a prenosová časť medzi protézou a ľudským telom sa nazýva prijímacia dutina, ktorá hlavne obaluje zvyškovú končatinu a prenáša silu. Táto časť má vysoké{1}}požiadavky na nosnosť a nemôže byť príliš ťažká. Materiály z uhlíkových vlákien môžu byť tiež použité ako materiály na výrobu tejto časti. Časť, ktorá obsahuje zvyškové rameno, môže byť vyrobená z polyetylénovej dosky a nosné teleso môže byť vyrobené z uhlíkových vlákien, aby sa vytvorila rámová konštrukcia na dosiahnutie ľahkej podpory a prenosu sily.
Spojenie medzi členkom a chodidlom ľudského tela hrá kľúčovú úlohu pri rovnováhe a podpore tela. Členkový kĺb vyrobený z uhlíkových vlákien dokáže realizovať skokovú funkciu ľudského tela. Spojovací diel medzi členkom a lýtkovou protézou je navyše možné realizovať aj z uhlíkových vlákien. Celkový produkt je veľmi vynikajúci a funguje dobre aj z hľadiska bezpečnosti pred poškodením.
Invalidný vozík z uhlíkových vlákien
Hustota uhlíkových vlákien je iba 1,7 g/cm3. Príslušenstvo rovnakej špecifikácie je o viac ako polovicu ľahšie ako príslušenstvo z hliníkovej zliatiny, ale pevnosť je oveľa väčšia. Uhlíkové vlákno je navyše veľmi odolné voči korózii-. Značná časť pacientov na invalidnom vozíku čelí problémom, ako je inkontinencia a častý kontakt s injekciami a liekmi. V tomto prípade doplnky vyrobené z kompozitných materiálov s uhlíkovými vláknami vykazujú odolnosť, ktorá sa len ťažko porovnáva s bežnými kovovými materiálmi.
V súčasnosti sa kompozitné materiály z uhlíkových vlákien používajú najmä v doplnkoch, ako sú lakťové opierky, podrúčky, stupačky, opierky nôh, opierky chrbta, sukne a rámové trubky. Väčšinu tohto príslušenstva je možné výškovo nastaviť. Kompozitné materiály z uhlíkových vlákien sa dajú jednoducho zmontovať s invalidným vozíkom ako celkom pomocou mechanického spojenia. Najdôležitejšie je, že po použití týchto doplnkov v kompozitných materiáloch z uhlíkových vlákien sa výrazne znížila celková hmotnosť invalidného vozíka a ako často používaný komponent sa stal pevnejším a odolnejším.
Kompozitné materiály z uhlíkových vlákien majú vynikajúci výkon a sú široko používané v každodennom civilnom živote. Boli tiež overené desaťročiami používania. Sú bezpečné a spoľahlivé pre životné prostredie a ľudské zdravie.
S neustálym pokrokom v medicínskych technológiách sa aj zdravotnícke vybavenie neustále inovuje a vyvíja. Investícia a aplikácia uhlíkových vlákien v zdravotníckych pomôckach predstavuje nový trend a smer a určite prinesie širšiu perspektívu použitia v budúcnosti.
