Os materiais compósitos de fibra de carbono são cada vez mais utilizados nas áreas de diagnóstico, tratamento, cuidados de saúde e dispositivos médicos relacionados. Com o aumento gradual da demanda no mercado médico, os materiais médicos relevantes de fibra de carbono também estão em constante expansão e inovação nos métodos e formas de aplicação.
A pesquisa sobre materiais médicos de fibra de carbono começou já na década de 1960. Naquela época, descobriu-se que os materiais de fibra de carbono tinham excelentes propriedades anti-coagulantes na pesquisa de materiais anti{3}}coagulantes de vasos sanguíneos artificiais. Depois de 1970, Bokros propôs o uso de materiais de fibra de carbono como dispositivos biomédicos. De acordo com pesquisas científicas modernas, os materiais de fibra de carbono têm boa biocompatibilidade, baixa irritação aos tecidos biológicos, não-toxicidade, não-carcinogenicidade, baixa gravidade específica e módulo de elasticidade semelhante ao dos ossos humanos. Tem a vantagem potencial de se tornar a quarta geração de materiais de implante.
Vantagens dos materiais compósitos de fibra de carbono na área médica
1. Anisotropia e designabilidade
Os materiais compósitos de fibra de carbono são materiais anisotrópicos com diferentes propriedades ao longo da direção da fibra e perpendiculares à direção da fibra, o que traz grande liberdade ao design. Ao alterar o método de assentamento (como ângulo de assentamento, ordem de assentamento) para alterar a elasticidade e resistência do produto, os requisitos específicos de uso podem ser atendidos. Os componentes de equipamentos médicos geralmente atuam em diferentes partes do corpo humano e os requisitos específicos de desempenho de diferentes componentes são diferentes.
2. Alta transmitância-de raios X
A transmitância dos raios X-está relacionada à composição elementar, número atômico, densidade e espessura do material que está sendo penetrado. Os principais elementos que compõem os materiais compósitos de fibra de carbono são C, H e O, com números atômicos pequenos, e o coeficiente de absorção de massa de raios X- é muito menor do que o dos materiais em geral. A transmitância de raios X-de placas de alumínio com 1 mm de espessura e placas compostas de fibra de carbono é de 78% e 96%, respectivamente, o consumo de espalhamento e absorção das placas de alumínio é de 22% e o das placas de fibra de carbono é de apenas 4%.
3. Boa resistência à fadiga
Os materiais compósitos de fibra de carbono contêm inúmeras interfaces fibra/resina. Quando as trincas são geradas por forças externas excessivas, essas interfaces podem efetivamente impedir que as trincas se expandam ainda mais e retardar a ocorrência de danos por fadiga. Os dispositivos médicos são reutilizados todos os dias e a boa resistência à fadiga dos materiais compósitos de fibra de carbono garante a vida útil do instrumento.
Na área de equipamentos médicos, materiais compósitos de fibra de carbono são usados para fabricar plataformas móveis para máquinas de inspeção-de raios X, utilizando sua transmitância total de-raios X; O CFRP é utilizado na fabricação de equipamentos médicos, como ortopedia e transplante de órgãos, bem como produtos de reabilitação, como próteses e órteses, utilizando suas excelentes propriedades mecânicas.
Usado para placas de tomografia computadorizada, equipamentos-de inspeção por raios X e equipamentos auxiliares
Este tipo é o caso médico de fibra de carbono mais amplamente utilizado e extenso na China. Os mais representativos são painéis de cama de inspeção de ultrassom-de raios X, tomografia computadorizada e B-, encostos de cabeça de cama de diagnóstico, painéis detectores de tela plana DR de alta-definição e suportes.
As placas médicas para tomografia computadorizada usam principalmente placas elétricas isolantes, mas sua transmitância de raios é baixa, suas propriedades mecânicas são ruins e sua clareza de imagem é ruim. A taxa de absorção e a taxa de dispersão dos materiais compósitos de fibra de carbono são muito menores do que a deles. Durante o diagnóstico, a dose de raios X-pode ser reduzida adequadamente, a potência da máquina de raios X-pode ser reduzida, a vida útil do instrumento pode ser estendida e a eletricidade pode ser economizada.
Mais importante ainda, os materiais compósitos de fibra de carbono têm excelente transmitância de-raios X, permitindo que os raios sejam irradiados na placa da cama em qualquer ângulo sem refração. Apenas uma pequena dose de raios é necessária para obter imagens nítidas, reduzindo assim os danos aos pacientes e à equipe médica.
Fibra de carbono para ossos artificiais e articulações artificiais
Atualmente, os materiais compósitos de fibra de carbono têm sido amplamente utilizados em placas de fixação óssea, preenchimentos ósseos, hastes de articulações do quadril, raízes dentárias de implantes artificiais, materiais de reparo de crânio e materiais de coração artificial. A resistência à flexão dos ossos humanos é de cerca de 100Mpa, o módulo de flexão é de 7 ~ 20Gpa, a resistência à tração é de cerca de 150Mpa e o módulo de tração é de cerca de 20Gpa. A resistência à flexão dos materiais compósitos de fibra de carbono é de cerca de 89Mpa, o módulo de flexão é de 27Gpa, a resistência à tração é de cerca de 43Mpa e o módulo de tração é de cerca de 24Gpa, que é próximo ou excede a resistência dos ossos humanos.
Atualmente, algumas empresas desenvolveram o uso de materiais compósitos de fibra de carbono para fazer ossos e articulações artificiais. A resistência à flexão deste osso artificial está mais próxima dos ossos humanos reais do que dos ossos artificiais feitos de outros biomateriais, o que é de grande importância para a medicina ortopédica. A resistência ao desgaste das juntas artificiais feitas dele também é maior do que a do polietileno de ultra{2}}alto peso molecular e dos produtos metálicos na junta móvel.
Outra empresa desenvolveu plásticos reforçados com fibra de carbono contínua ou feltro para reparo ósseo. A matriz de resina utiliza polimetilmetacrilato e a fração mássica de fibra de carbono é de 20%-60%. Como o material é leve, não interfere nos exames de ressonância magnética e tem boa biocompatibilidade, a implantação a longo prazo no corpo não apresenta reações adversas aos tecidos biológicos, sangue, líquido cefalorraquidiano, etc., e nenhuma reação de rejeição, é adequado para uso como material de fixação de fraturas ou fixação interna de fraturas ou material de reparo ósseo.
Restauração dentária
Na Europa e nos Estados Unidos, o sistema de pinos de fibra pré-formados para restauração não metálica-está sendo cada vez mais usado na prática clínica e está sendo gradualmente considerado uma alternativa eficaz ao sistema tradicional de pinos e núcleos metálicos para reparar raízes residuais e coroas de dentes. Estudos sobre as propriedades físicas e químicas e biológicas dos pinos de fibra de carbono mostram que os pinos de fibra de carbono possuem propriedades mecânicas mais compatíveis com os tecidos dentários. Seu módulo de elasticidade, semelhante ao da dentina, pode fazer com que o estresse seja distribuído de maneira mais uniforme ao longo do corpo do pino, o que é benéfico para proteger a raiz do dente; ao mesmo tempo, eles têm muitas vantagens, como boa biocompatibilidade e resistência à corrosão, fácil remoção e reparo secundário conveniente.
Prótese de fibra de carbono
A parte de ligação e transmissão entre a prótese e o corpo humano é chamada de cavidade receptora, que envolve principalmente o membro residual e transmite força. Esta peça tem altos requisitos de carga-e não pode ser muito pesada. Materiais de fibra de carbono também podem ser usados como materiais para fazer esta peça. A parte que contém o membro residual pode ser feita de placa de polietileno, e o corpo de suporte pode ser feito de fibra de carbono para formar uma estrutura para facilitar o suporte e a transmissão de força.
A ligação entre o tornozelo e o pé do corpo humano desempenha um papel fundamental no equilíbrio e suporte do corpo. A articulação do tornozelo feita de fibra de carbono pode realizar a função de salto do corpo humano. Além disso, a parte de ligação entre o tornozelo e a prótese da panturrilha também pode ser realizada com fibra de carbono. O produto geral é muito requintado e também tem um bom desempenho em termos de segurança contra danos.
Cadeira de rodas de fibra de carbono
A densidade da fibra de carbono é de apenas 1,7g/cm3. Os acessórios da mesma especificação são mais da metade mais leves que os de liga de alumínio, mas a resistência é muito maior. Além disso, a fibra de carbono também é muito resistente-à corrosão. Uma proporção considerável de pacientes em cadeiras de rodas enfrenta problemas como incontinência e contato frequente com injeções e medicamentos. Neste caso, os acessórios feitos de materiais compósitos de fibra de carbono apresentam durabilidade difícil de igualar com materiais metálicos em geral.
Atualmente, os materiais compósitos de fibra de carbono são usados principalmente em acessórios como apoios de braços, apoios de braços, apoios para os pés, apoios para pernas, encostos, saias e tubos de estrutura. A maioria desses acessórios pode ser ajustada em altura. Os materiais compósitos de fibra de carbono são fáceis de montar com a cadeira de rodas como um todo através de conexão mecânica. O mais importante é que após a utilização desses acessórios em materiais compósitos de fibra de carbono, o peso total da cadeira de rodas foi significativamente reduzido e, como componente frequentemente utilizado, tornou-se mais resistente e durável.
Os materiais compostos de fibra de carbono têm excelente desempenho e têm sido amplamente utilizados na vida cotidiana civil. Eles também foram verificados por décadas de aplicação. Eles são seguros e confiáveis para o meio ambiente e a saúde humana.
Com o avanço contínuo da tecnologia médica, os equipamentos médicos também estão em constante inovação e desenvolvimento. O investimento e a aplicação de fibra de carbono em dispositivos médicos representam uma nova tendência e direção, e certamente inaugurarão uma perspectiva de aplicação mais ampla no futuro.
