Süsinikkiust komposiitmaterjale kasutatakse üha enam diagnoosimise, ravi, tervishoiu ja sellega seotud meditsiiniseadmete valdkonnas. Seoses meditsiinituru nõudluse järkjärgulise suurenemisega laienevad ja uuendavad ka asjakohased süsinikkiust meditsiinilised materjalid rakendusmeetodite ja vormide osas.
Meditsiiniliste süsinikkiudmaterjalide uurimine algas juba 1960. aastatel. Sel ajal leiti tehisveresoonte anti-hüübimismaterjalide uurimisel, et süsinikkiudmaterjalidel on suurepärased anti-hüübimisomadused. Pärast 1970. aastat tegi Bokros ettepaneku kasutada biomeditsiiniseadmetena süsinikkiudmaterjale. Kaasaegsete teadusuuringute kohaselt on süsinikkiudmaterjalidel hea biosobivus, bioloogiliste kudede vähene ärritamine, mitte-toksilisus, mitte-kantserogeensus, madal erikaal ja inimese luudele sarnane elastsusmoodul. Sellel on potentsiaalne eelis saada implantaadimaterjalide neljandaks põlvkonnaks.
Süsinikkiust komposiitmaterjalide eelised meditsiinivaldkonnas
1. Anisotroopia ja kujundatavus
Süsinikkiust komposiitmaterjalid on anisotroopsed materjalid, millel on erinevad omadused piki kiu suunda ja risti kiu suunaga, mis annab suure disainivabaduse. Paigaldusmeetodi (nagu paigaldusnurk, paigaldusjärjekord) muutmisega, et muuta toote elastsust ja tugevust, on võimalik täita konkreetsed kasutusnõuded. Meditsiiniseadmete komponendid mõjutavad sageli inimkeha erinevaid osi ja erinevate komponentide spetsiifilised jõudlusnõuded on erinevad.
2. Kõrge röntgenikiirguse läbilaskvus
Röntgenkiirte läbilaskvus on seotud läbitava materjali elementide koostise, aatomarvu, tiheduse ja paksusega. Peamised süsinikkiust komposiitmaterjalide elemendid on C, H ja O, mille aatomarvud on väikesed, ning röntgenkiirte massi neeldumistegur on palju madalam kui tavalistel materjalidel. 1 mm paksuste alumiiniumplaatide ja süsinikkiust komposiitplaatide röntgenikiirguse läbilaskvus on vastavalt 78% ja 96%, alumiiniumplaatide hajumise ja neeldumise kulu on 22% ning süsinikkiudplaatidel vaid 4%.
3. Hea väsimuskindlus
Süsinikkiust komposiitmaterjalid sisaldavad lugematul hulgal kiu/vaigu liideseid. Kui liigsed välised jõud tekitavad pragusid, võivad need liidesed tõhusalt takistada pragude edasist laienemist ja aeglustada väsimuskahjustuste tekkimist. Meditsiiniseadmeid taaskasutatakse iga päev ning süsinikkiust komposiitmaterjalide hea väsimuskindlus tagab instrumendi tööea.
Meditsiiniseadmete valdkonnas kasutatakse süsinikkiust komposiitmaterjale mobiilsete platvormide valmistamiseks röntgenkontrollimasinate jaoks, kasutades nende täielikku röntgenikiirguse läbilaskvust; CFRP-d kasutatakse meditsiiniseadmete, nagu ortopeedia ja elundite siirdamine, ning taastusravitoodete, nagu proteesid ja ortopeedilised vahendid, tootmiseks, kasutades ära selle suurepäraseid mehaanilisi omadusi.
Kasutatakse CT-alusplaatide,{0}}röntgenkontrolliseadmete ja abiseadmete jaoks
Seda tüüpi on Hiinas kõige laialdasemalt kasutatav ja ulatuslikum süsinikkiust meditsiiniline juhtum. Esinduslikumad on röntgeni--, CT- ja B-ultrahelikontrolli voodipaneelid, diagnostilised voodipeatoed, kõrglahutusega DR-lamepaneelide detektoripaneelid ja kronsteinid.
Meditsiinilistel CT voodiplaatidel kasutatakse enamasti isoleerivaid elektriplaate, kuid nende kiirte läbilaskvus on madal, mehaanilised omadused kehvad ja pildiselgus halb. Süsinikkiust komposiitmaterjalide neeldumis- ja hajumise kiirus on nende omast palju väiksem. Diagnoosimise ajal saab vastavalt vähendada röntgendoosi, vähendada röntgeniaparaadi võimsust, pikendada instrumendi kasutusiga ja säästa elektrit.
Veelgi olulisem on see, et süsinikkiust komposiitmaterjalidel on suurepärane röntgen{0}}läbilaskvus, mis võimaldab kiiritada voodilauale mis tahes nurga all ilma murdumiseta. Selge kujutise saamiseks on vaja vaid väikest annust kiiri, mis vähendab kahju patsientidele ja meditsiinitöötajatele.
Süsinikkiud kunstluude ja kunstliigeste jaoks
Praegu on süsinikkiust komposiitmaterjale laialdaselt kasutatud luu fikseerimise plaatides, luutäiteainetes, puusaliigese tüvedes, kunstimplantaadi hambajuurtes, koljuparandusmaterjalides ja tehissüdame materjalides. Inimese luude paindetugevus on umbes 100 Mpa, paindemoodul on 7 ~ 20 Gpa, tõmbetugevus on umbes 150 Mpa ja tõmbemoodul umbes 20 Gpa. Süsinikkiust komposiitmaterjalide paindetugevus on umbes 89Mpa, paindemoodul on 27Gpa, tõmbetugevus umbes 43Mpa ja tõmbemoodul umbes 24Gpa, mis on inimese luude tugevusele lähedane või suurem.
Praegu on mõned ettevõtted välja töötanud süsinikkiust komposiitmaterjalide kasutamise kunstlike luude ja liigeste valmistamiseks. Selle tehisluu paindetugevus on inimese luudele lähemal kui muudest biomaterjalidest tehisluud, millel on ortopeedilise meditsiini jaoks suur tähtsus. Sellest valmistatud tehisliidete kulumiskindlus on samuti kõrgem kui üli-kõrge molekulmassiga polüetüleenist ja liikuva liitekoha metalltoodetel.
Teine ettevõte on luude parandamiseks välja töötanud pideva süsinikkiust või vildist tugevdatud plasti. Vaigumaatriksis kasutatakse polümetüülmetakrülaati ja süsinikkiu massiosa on 20%-60%. Kuna materjal on kerge, ei sega MRT-uuringuid, on hea biosobivusega, pikaajalisel kehasse implanteerimisel puuduvad kõrvaltoimed bioloogilistele kudedele, verele, tserebrospinaalvedelikule jm ning puudub äratõukereaktsioon, sobib see kasutamiseks luumurdude fikseerimise materjalina või luumurdude sisefiksatsiooni või luuparandusmaterjalina.
Hammaste taastamine
Euroopas ja Ameerika Ühendriikides kasutatakse kliinilises praktikas üha enam mitte{0}}metallist taastamist-eelvormitud kiudpostisüsteemi ning seda peetakse järk-järgult tõhusaks alternatiiviks traditsioonilisele metallist post- ja südamikusüsteemile hammaste jääkjuurte ja -kroonide parandamiseks. Süsinikkiust postide füüsikaliste ja keemiliste omaduste ning bioloogiliste omaduste uuringud näitavad, et süsinikkiust postidel on mehaanilised omadused, mis sobivad paremini hambakudedega. Nende elastsusmoodul, mis on sarnane dentiini omaga, võib pinget ühtlasemalt jaotada mööda posti korpust, mis on kasulik hambajuure kaitsmisel; samal ajal on neil palju eeliseid, nagu hea biosobivus ja korrosioonikindlus, lihtne eemaldamine ja mugav sekundaarne remont.
Süsinikkiust protees
Proteesi ja inimkeha vahelist ühendus- ja ülekandeosa nimetatakse vastuvõtuõõnsuks, mis peamiselt mähib jääkjäseme ja edastab jõudu. Sellel osal on kõrged koormus-kandenõuded ja see ei tohi olla liiga raske. Selle detaili valmistamise materjalidena saab kasutada ka süsinikkiudmaterjale. Osa, mis sisaldab jääkjäseme, võib olla valmistatud polüetüleenplaadist ja tugikorpus võib olla valmistatud süsinikkiust, et luua raami struktuur, et saavutada lihtne tugi ja jõu ülekandmine.
Inimkeha pahkluu ja labajala vaheline side mängib keha tasakaalus ja toetamises võtmerolli. Süsinikkiust valmistatud hüppeliiges suudab realiseerida inimkeha hüppefunktsiooni. Lisaks saab pahkluu ja sääreproteesi ühendusosa realiseerida ka süsinikkiuga. Üldine toode on väga peen ja toimib hästi ka kahjustuste ohutuse osas.
Süsinikkiust ratastool
Süsinikkiu tihedus on vaid 1,7 g/cm3. Sama spetsifikatsiooniga tarvikud on alumiiniumisulamist üle poole kergemad, kuid tugevus on palju suurem. Lisaks on süsinikkiud väga korrosioonikindel-. Märkimisväärne osa ratastoolipatsiente seisavad silmitsi selliste probleemidega nagu uriinipidamatus ning sagedane kokkupuude süstide ja ravimitega. Sel juhul näitavad süsinikkiust komposiitmaterjalidest valmistatud tarvikud vastupidavust, mida on raske üldiste metallmaterjalidega sobitada.
Praegu kasutatakse süsinikkiust komposiitmaterjale peamiselt sellistes tarvikutes nagu käetoed, käetoed, jalatoed, jalatoed, seljatoed, seelikud ja raamitorud. Enamiku nende tarvikute kõrgust saab reguleerida. Süsinikkiust komposiitmaterjale on mehaanilise ühenduse kaudu lihtne ratastooliga tervikuna kokku panna. Kõige olulisem on see, et pärast nende tarvikute kasutamist süsinikkiust komposiitmaterjalides on ratastooli kogukaal oluliselt vähenenud ning sageli kasutatava komponendina on see muutunud tugevamaks ja vastupidavamaks.
Süsinikkiust komposiitmaterjalidel on suurepärane jõudlus ja neid on laialdaselt kasutatud tsiviil igapäevaelus. Neid on kontrollinud ka aastakümnete pikkune rakendus. Need on keskkonnale ja inimeste tervisele ohutud ja usaldusväärsed.
Meditsiinitehnoloogia pideva arenguga uuendatakse ja arenevad pidevalt ka meditsiiniseadmed. Süsinikkiudesse investeerimine ja selle kasutamine meditsiiniseadmetes kujutab endast uut suundumust ja suunda ning toob kindlasti kaasa laiema kasutusvõimaluse tulevikus.
