碳纖維復合材料在醫療領域的應用優勢

碳纖維復合材料在診療、保健及相關醫療器械領域的應用越來越廣泛，隨著醫療市場需求的逐步增大，有關碳纖維醫用材料也在應用途徑和形式上不斷拓展和創新。

醫用碳纖維材料的研究最早從本世紀60年代開始，當時在人造血管的抗血凝材料研究中發現了碳纖維材料具有優秀的抗血凝性能。

1878年愛迪生和他的第二個留聲機

1879年，美國發明大王愛迪生曾以竹、亞麻或棉紗為原料，首先制得碳纖維并獲得專利，但當時制得的纖維力學性能很低，工藝也不能工業化，未能獲得發展。

1970年，美國人J.C.博克羅斯將熱解碳涂于金屬表面用于臨床。此后，碳涂層材料即得到迅速發展，并成為制造人工心瓣膜提出將碳纖維材料作為生物醫學器件。

根據現代科學研究表明，碳纖維材料具有良好的生物相容性，對生物體組織刺激性小、無毒、不致癌、比重小、彈性模量與人骨相近等優點，有成為第四代植入材料的潛在優勢。

碳纖維應用：人工骨骼和人工關節

目前碳纖維復合材料廣泛應用于骨內固定板、骨填料、髖關節柄、人工種植齒根、顱骨補修材料以及人工心臟材料等醫療領域中。

有公司更是研究出，使用碳纖維復合材料或其他生物材料制成的人工骨，更接近于真實的人骨，這對矯形醫學意義重大。

用它制成的人工關節在活動連接處的耐磨性也比超高相對分子質量聚乙烯及金屬制品要高。

Invibio公司是醫療器械的知名供應商，它所開發的短切碳纖維增強聚醚醚酮（PEEK），具有優良的力學強度和抗拉蠕變性，可承載骨頭、血液及人體組織所需的負荷，與人體的相容性良好。

這種人工骨的抗彎曲強度較其他生物材料制成的人工骨，更接近于真實的人骨，這對矯形醫學意義重大。用它制成的人工關節在活動連接處的耐磨性也比超高相對分子質量聚乙烯及金屬制品要高。

在國內，新材料知名公司上海杰事杰開發了骨骼修復用連續碳纖維，樹脂基體采用聚甲基丙烯酸甲酯，碳纖維的質量分數為20%-60%。

由于該材料質輕、對核磁共振成像檢查無干擾，同時經生物毒理性試驗證明符合國家標準，還具有很好的生物相容性，長期植入生物體內對生物體組織、血液和腦脊液等無不良反應，無排異反應，因此適用作骨折處固定用材料或骨折內固定或骨骼修補材料。

那么總結一下，碳纖維復合材料在醫療領域的應用，有哪些顯著的優勢呢？

1、各向異性和可設計性

碳纖維復合材料是各向異性材料，沿纖維方向和垂直于纖維方向的性能不同，給設計帶來很大的自由度，通過改變鋪層方式（例如鋪層角度、鋪層順序）來改變產品的彈性和強度等特性，滿足具體使用要求。

而醫療設備部件往往作用于不同的人體部位，不同部件具體性能要求不—樣。

2、X射線透過率高

X射線的透過率和所穿透物質的元素組成、原子序數、密度、厚度有關，組成碳纖維復合材料的主要元素為C、H、O，原子序數小，X射線質量吸收系數遠低于—般材料。

1mm厚的鋁板和碳纖維復合材料板，它們的X射線透過率分別為78%和96%，鋁板散射和吸收消耗為22%，碳纖維板只有4%。

3、抗疲勞性極為良好

碳纖維復合材料中包含無數纖維/樹脂界面，當受到過大的外力產生裂紋，這些界面能有效阻止裂紋的進—步擴大，推遲疲勞破壞的產生。

醫療器械每天都在重復使用，碳纖維復合材料良好的抗疲勞性能保證儀器的使用壽命。

在醫療器械領域，利用其X射線全透射性，碳纖維復合材料被用于制造X光檢查儀用移動平臺；利用CFRP優異的機械性能，其被用于制造骨科用和器官移植用等醫療器械，以及制造假肢、矯形器等康復產品。

4、用于CT床板設備及輔助設備

這類是目前國內應用最多和最廣泛的碳纖維醫用案例，較有代表性的有X光、CT和B超檢查床面板、診斷床用頭托、高清DR平板探測儀用面板，以及支架等。

醫療用CT床板多采用絕緣電板，但其射線透過率低，力學性能差，成像清晰度差。碳纖維復合材料的吸收率和散射率與其相比要小得多，在診斷時可以相應地降低X射線劑量，降低X光機的功率，延長儀器使用壽命，節省電能。

更重要的是碳纖維復合材料因為這種優異的X射線透過性能，允許射線以任何角度照射在床板上而不產生折射，只需小劑量的射線即可獲得清晰的造影，從而減少了對患者及醫護人員的危害。

碳纖維復合材料性能優異，已經廣泛應用于民用日常生活中，隨著醫療技術的不斷進步，不斷創新發展，碳纖維在醫療器械方面的投入應用代表著新的趨勢和方向，未來必將迎來更加廣闊的應用前景！