مواد کامپوزیت فیبر کربن به طور فزاینده ای در زمینه های تشخیص، درمان، مراقبت های بهداشتی و تجهیزات پزشکی مرتبط استفاده می شود. با افزایش تدریجی تقاضا در بازار پزشکی، مواد پزشکی فیبر کربن مربوطه نیز به طور مداوم در حال گسترش و نوآوری در روشها و اشکال کاربرد هستند.
تحقیقات بر روی مواد فیبر کربن پزشکی از اوایل دهه 1960 آغاز شد. در آن زمان، مشخص شد که مواد فیبر کربن دارای خواص ضد انعقادی عالی در تحقیقات بر روی مواد ضد انعقادی عروق خونی مصنوعی هستند. پس از سال 1970، بوکروس پیشنهاد کرد که از مواد فیبر کربنی به عنوان ابزارهای زیست پزشکی استفاده شود. طبق تحقیقات علمی مدرن، مواد فیبر کربنی زیست سازگاری خوب، تحریک کم برای بافتهای بیولوژیکی، غیر{7}}سمیتی، غیر سرطانزایی، وزن مخصوص کم و مدول الاستیک مشابه استخوانهای انسان دارند. این مزیت بالقوه تبدیل شدن به نسل چهارم مواد ایمپلنت را دارد.
مزایای مواد کامپوزیتی فیبر کربن در زمینه پزشکی
1. ناهمسانگردی و قابلیت طراحی
مواد کامپوزیتی فیبر کربن، مواد ناهمسانگرد با خواص متفاوت در امتداد جهت فیبر و عمود بر جهت فیبر هستند که آزادی زیادی در طراحی به ارمغان میآورد. با تغییر روش چیدمان (مانند زاویه چیدمان، ترتیب چیدمان) برای تغییر کشسانی و استحکام محصول، می توان شرایط استفاده خاص را برآورده کرد. اجزای تجهیزات پزشکی اغلب در قسمت های مختلف بدن انسان عمل می کنند و الزامات عملکردی خاص اجزای مختلف متفاوت است.
2. انتقال پرتو ایکس-بالا
میزان عبور پرتوهای ایکس{0}}به ترکیب عنصری، عدد اتمی، چگالی و ضخامت ماده نفوذ شده مربوط است. عناصر اصلی تشکیل دهنده مواد کامپوزیتی فیبر کربن C، H و O با اعداد اتمی کوچک هستند و ضریب جذب جرم اشعه X بسیار کمتر از مواد عمومی است. میزان عبور اشعه ایکس صفحات آلومینیومی با ضخامت 1 میلی متر و صفحات کامپوزیت فیبر کربن به ترتیب 78% و 96% است، مصرف پراکندگی و جذب صفحات آلومینیومی 22% و صفحات فیبر کربنی تنها 4% است.
3. مقاومت در برابر خستگی خوب
مواد کامپوزیتی فیبر کربنی دارای رابط های فیبر/رزین بی شماری هستند. هنگامی که ترک ها توسط نیروهای خارجی بیش از حد ایجاد می شوند، این رابط ها می توانند به طور موثری از گسترش بیشتر ترک ها جلوگیری کرده و وقوع آسیب خستگی را به تاخیر بیندازند. دستگاههای پزشکی هر روز دوباره مورد استفاده قرار میگیرند و مقاومت در برابر خستگی مواد کامپوزیت فیبر کربن، عمر مفید دستگاه را تضمین میکند.
در زمینه تجهیزات پزشکی، مواد کامپوزیت فیبر کربن برای ساخت پلت فرمهای متحرک برای دستگاههای بازرسی اشعه ایکس با استفاده از انتقال کامل پرتو ایکس- استفاده میشود. CFRP برای تولید تجهیزات پزشکی مانند ارتوپدی و پیوند اعضا و همچنین محصولات توانبخشی مانند پروتز و ارتز با استفاده از خواص مکانیکی عالی آن استفاده می شود.
برای صفحات تخت CT، تجهیزات بازرسی اشعه ایکس-و تجهیزات کمکی استفاده می شود
این نوع پرکاربردترین و گسترده ترین مورد پزشکی فیبر کربن در چین است. نمونههایی که نشاندهندهتر هستند عبارتند از: پانلهای تخت بازرسی با اشعه X، CT و B-، تکیهگاههای تخت تشخیصی، پانلهای آشکارساز صفحه تخت DR با کیفیت بالا، و براکتها.
صفحات تخت سی تی طبی بیشتر از صفحات الکتریکی عایق استفاده می کنند، اما عبور اشعه آنها کم، خواص مکانیکی آنها ضعیف و وضوح تصویربرداری آنها ضعیف است. نرخ جذب و سرعت پراکندگی مواد کامپوزیتی فیبر کربن بسیار کمتر از آنها است. در حین تشخیص، میتوان دوز اشعه ایکس را کاهش داد، قدرت دستگاه اشعه ایکس را کاهش داد، عمر مفید دستگاه را افزایش داد و در مصرف برق صرفهجویی کرد.
مهمتر از آن، مواد کامپوزیتی فیبر کربن دارای قابلیت عبور پرتو ایکس- عالی هستند و به پرتوها اجازه میدهند در هر زاویهای بدون شکست بر روی تخته بستر تابش کنند. فقط دوز کمی از اشعه برای به دست آوردن تصویربرداری واضح مورد نیاز است، بنابراین آسیب به بیماران و کادر پزشکی کاهش می یابد.
فیبر کربن برای استخوان های مصنوعی و مفاصل مصنوعی
در حال حاضر، مواد کامپوزیت فیبر کربن به طور گسترده ای در صفحات تثبیت استخوان، پرکننده های استخوان، ساقه مفصل ران، ریشه دندان ایمپلنت مصنوعی، مواد ترمیم جمجمه و مواد قلب مصنوعی استفاده شده است. قدرت خمشی استخوان های انسان حدود 100 مگاپاسکال، مدول خمشی 7 تا 20 گیگا پاسکال، استحکام کششی حدود 150 مگاپاسکال و مدول کششی حدود 20 گیگا پاسکال است. استحکام خمشی مواد کامپوزیتی فیبر کربن حدود 89 مگاپاسکال، مدول خمشی 27 گیگا پاسکال، استحکام کششی حدود 43 مگاپاسکال و مدول کششی حدود 24 گیگا پاسکال است که نزدیک یا فراتر از استحکام استخوان های انسان است.
در حال حاضر، برخی از شرکت ها استفاده از مواد کامپوزیت فیبر کربن را برای ساخت استخوان ها و مفاصل مصنوعی توسعه داده اند. استحکام خمشی این استخوان مصنوعی به استخوانهای واقعی انسان نزدیکتر از استخوانهای مصنوعی ساخته شده از سایر مواد زیستی است که برای پزشکی ارتوپدی اهمیت زیادی دارد. مقاومت سایشی مفاصل مصنوعی ساخته شده از آن نیز بیشتر از محصولات پلی اتیلن و فلزی با وزن مولکولی فوقالعاده-در اتصال متحرک است.
شرکت دیگری فیبر کربن پیوسته یا پلاستیک های تقویت شده با نمد را برای ترمیم استخوان توسعه داده است. ماتریس رزین از پلی متیل متاکریلات استفاده می کند و کسر جرمی فیبر کربن 20٪-60٪ است. از آنجایی که این ماده سبک است، با معاینات MRI تداخل ندارد و زیست سازگاری خوبی دارد، کاشت طولانی مدت در بدن هیچ واکنش نامطلوبی به بافتهای بیولوژیکی، خون، مایع مغزی نخاعی و غیره ندارد و هیچ واکنش ردی ندارد، برای استفاده به عنوان ماده تثبیت شکستگی یا فیکساسیون داخلی شکستگی یا مواد ترمیم استخوان مناسب است.
ترمیم دندان
در اروپا و ایالات متحده، سیستم پست فیبر پیشفرمشده{{0}غیر فلزی-بهطور فزایندهای در عمل بالینی مورد استفاده قرار میگیرد و به تدریج به عنوان جایگزین مؤثری برای سیستم پست فلزی و هسته سنتی برای ترمیم ریشههای باقیمانده و تاج دندانها در نظر گرفته میشود. مطالعات انجام شده بر روی خواص فیزیکی و شیمیایی و خواص بیولوژیکی پست های فیبر کربنی نشان می دهد که پست های فیبر کربنی دارای خواص مکانیکی هستند که سازگاری بیشتری با بافت های دندان دارند. مدول الاستیک آنها، که شبیه به عاج است، می تواند استرس را به طور یکنواخت در طول بدنه پست توزیع کند، که برای محافظت از ریشه دندان مفید است. در عین حال، مزایای زیادی مانند زیست سازگاری خوب و مقاومت در برابر خوردگی، حذف آسان و تعمیر ثانویه راحت دارند.
پروتز فیبر کربن
بخش پیوند و انتقال بین پروتز و بدن انسان، حفره گیرنده نامیده می شود که عمدتاً اندام باقی مانده را می پوشاند و نیرو را منتقل می کند. این قطعه نیازمند باربری-بالا است و نمیتواند خیلی سنگین باشد. برای ساخت این قطعه می توان از مواد فیبر کربنی نیز استفاده کرد. بخشی که شامل اندام باقی مانده است را می توان از تخته پلی اتیلن ساخت و بدنه پشتیبانی را می توان از فیبر کربن ساخته تا ساختار قاب ایجاد کند تا به پشتیبانی و انتقال آسان نیرو دست یابد.
پیوند بین مچ پا و پای بدن انسان نقش کلیدی در تعادل و حمایت از بدن دارد. مفصل مچ پا ساخته شده از فیبر کربن می تواند عملکرد پرش بدن انسان را درک کند. علاوه بر این، قسمت اتصال بین مچ پا و پروتز ساق پا نیز با فیبر کربن قابل تحقق است. محصول کلی بسیار نفیس است و همچنین از نظر ایمنی آسیب عملکرد خوبی دارد.
ویلچر فیبر کربن
چگالی فیبر کربن تنها 1.7 گرم بر سانتی متر مکعب است. لوازم جانبی با مشخصات مشابه بیش از نیمی سبک تر از آلیاژ آلومینیوم هستند، اما استحکام آن بسیار بیشتر است. علاوه بر این، فیبر کربن نیز بسیار مقاوم در برابر خوردگی-است. بخش قابل توجهی از بیماران ویلچری با مشکلاتی مانند بی اختیاری و تماس مکرر با تزریقات و داروها مواجه هستند. در این مورد، لوازم جانبی ساخته شده از مواد کامپوزیتی فیبر کربن دوام را نشان می دهند که به سختی با مواد فلزی عمومی مطابقت دارد.
در حال حاضر مواد کامپوزیتی فیبر کربن عمدتاً در لوازم جانبی مانند زیر دستی، زیر دستی، زیرپایی، زیرپایی، پشتی، دامن و لوله های فریم استفاده می شود. اکثر این لوازم جانبی قابلیت تنظیم ارتفاع دارند. مواد کامپوزیت فیبر کربن به راحتی با ویلچر به عنوان یک کل از طریق اتصال مکانیکی مونتاژ می شوند. مهمترین چیز این است که پس از استفاده از این لوازم جانبی در مواد کامپوزیت فیبر کربنی، وزن کلی ویلچر به میزان قابل توجهی کاهش یافته و به عنوان یک جزء پرکاربرد، استحکام و دوام بیشتری پیدا کرده است.
مواد کامپوزیت فیبر کربن عملکرد عالی دارند و به طور گسترده در زندگی روزمره غیرنظامیان مورد استفاده قرار گرفته اند. آنها همچنین با چندین دهه کاربرد تأیید شده اند. آنها برای محیط زیست و سلامت انسان ایمن و قابل اعتماد هستند.
با پیشرفت مداوم فناوری پزشکی، تجهیزات پزشکی نیز دائما در حال نوآوری و توسعه هستند. سرمایهگذاری و استفاده از فیبر کربن در دستگاههای پزشکی نشاندهنده یک روند و جهت جدید است و مطمئناً چشمانداز کاربرد گستردهتری را در آینده ایجاد خواهد کرد.
