碳纖維復(fù)合材料在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

碳纖維復(fù)合材料在診療、保健及相關(guān)醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，隨著醫(yī)療市場(chǎng)需求的逐步增大，有關(guān)碳纖維醫(yī)用材料也在應(yīng)用途徑和形式上不斷拓展和創(chuàng)新。

醫(yī)用碳纖維材料的研究最早從本世紀(jì)60年代開始，當(dāng)時(shí)在人造血管的抗血凝材料研究中發(fā)現(xiàn)了碳纖維材料具有優(yōu)秀的抗血凝性能。

1878年愛迪生和他的第二個(gè)留聲機(jī)

1879年，美國(guó)發(fā)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(dāng)時(shí)制得的纖維力學(xué)性能很低，工藝也不能工業(yè)化，未能獲得發(fā)展。

1970年，美國(guó)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(fā)展，并成為制造人工心瓣膜提出將碳纖維材料作為生物醫(yī)學(xué)器件。

根據(jù)現(xiàn)代科學(xué)研究表明，碳纖維材料具有良好的生物相容性，對(duì)生物體組織刺激性小、無(wú)毒、不致癌、比重小、彈性模量與人骨相近等優(yōu)點(diǎn)，有成為第四代植入材料的潛在優(yōu)勢(shì)。

碳纖維應(yīng)用：人工骨骼和人工關(guān)節(jié)

目前碳纖維復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于骨內(nèi)固定板、骨填料、髖關(guān)節(jié)柄、人工種植齒根、顱骨補(bǔ)修材料以及人工心臟材料等醫(yī)療領(lǐng)域中。

有公司更是研究出，使用碳纖維復(fù)合材料或其他生物材料制成的人工骨，更接近于真實(shí)的人骨，這對(duì)矯形醫(yī)學(xué)意義重大。

用它制成的人工關(guān)節(jié)在活動(dòng)連接處的耐磨性也比超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯及金屬制品要高。

Invibio公司是醫(yī)療器械的知名供應(yīng)商，它所開發(fā)的短切碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮（PEEK），具有優(yōu)良的力學(xué)強(qiáng)度和抗拉蠕變性，可承載骨頭、血液及人體組織所需的負(fù)荷，與人體的相容性良好。

這種人工骨的抗彎曲強(qiáng)度較其他生物材料制成的人工骨，更接近于真實(shí)的人骨，這對(duì)矯形醫(yī)學(xué)意義重大。用它制成的人工關(guān)節(jié)在活動(dòng)連接處的耐磨性也比超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯及金屬制品要高。

在國(guó)內(nèi)，新材料知名公司上海杰事杰開發(fā)了骨骼修復(fù)用連續(xù)碳纖維，樹脂基體采用聚甲基丙烯酸甲酯，碳纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%-60%。

由于該材料質(zhì)輕、對(duì)核磁共振成像檢查無(wú)干擾，同時(shí)經(jīng)生物毒理性試驗(yàn)證明符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，還具有很好的生物相容性，長(zhǎng)期植入生物體內(nèi)對(duì)生物體組織、血液和腦脊液等無(wú)不良反應(yīng)，無(wú)排異反應(yīng)，因此適用作骨折處固定用材料或骨折內(nèi)固定或骨骼修補(bǔ)材料。

那么總結(jié)一下，碳纖維復(fù)合材料在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，有哪些顯著的優(yōu)勢(shì)呢？

1、各向異性和可設(shè)計(jì)性

碳纖維復(fù)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(shè)計(jì)帶來(lái)很大的自由度，通過(guò)改變鋪層方式（例如鋪層角度、鋪層順序）來(lái)改變產(chǎn)品的彈性和強(qiáng)度等特性，滿足具體使用要求。

而醫(yī)療設(shè)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(guò)率高

X射線的透過(guò)率和所穿透物質(zhì)的元素組成、原子序數(shù)、密度、厚度有關(guān)，組成碳纖維復(fù)合材料的主要元素為C、H、O，原子序數(shù)小，X射線質(zhì)量吸收系數(shù)遠(yuǎn)低于—般材料。

1mm厚的鋁板和碳纖維復(fù)合材料板，它們的X射線透過(guò)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(fù)合材料中包含無(wú)數(shù)纖維/樹脂界面，當(dāng)受到過(guò)大的外力產(chǎn)生裂紋，這些界面能有效阻止裂紋的進(jìn)—步擴(kuò)大，推遲疲勞破壞的產(chǎn)生。

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

在醫(yī)療器械領(lǐng)域，利用其X射線全透射性，碳纖維復(fù)合材料被用于制造X光檢查儀用移動(dòng)平臺(tái)；利用CFRP優(yōu)異的機(jī)械性能，其被用于制造骨科用和器官移植用等醫(yī)療器械，以及制造假肢、矯形器等康復(fù)產(chǎn)品。

4、用于CT床板設(shè)備及輔助設(shè)備

這類是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多和最廣泛的碳纖維醫(yī)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(cè)儀用面板，以及支架等。

醫(yī)療用CT床板多采用絕緣電板，但其射線透過(guò)率低，力學(xué)性能差，成像清晰度差。碳纖維復(fù)合材料的吸收率和散射率與其相比要小得多，在診斷時(shí)可以相應(yīng)地降低X射線劑量，降低X光機(jī)的功率，延長(zhǎng)儀器使用壽命，節(jié)省電能。

更重要的是碳纖維復(fù)合材料因?yàn)檫@種優(yōu)異的X射線透過(guò)性能，允許射線以任何角度照射在床板上而不產(chǎn)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(duì)患者及醫(yī)護(hù)人員的危害。

碳纖維復(fù)合材料性能優(yōu)異，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于民用日常生活中，隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷進(jìn)步，不斷創(chuàng)新發(fā)展，碳纖維在醫(yī)療器械方面的投入應(yīng)用代表著新的趨勢(shì)和方向，未來(lái)必將迎來(lái)更加廣闊的應(yīng)用前景！