髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)植入物在改善人們的活動能力和生活質(zhì)量方面創(chuàng)造了奇跡，但它們對機(jī)場金屬探測器來說有點麻煩。 金屬比骨頭密度大得多，因此 X 射線無法輕易穿透，導(dǎo)致排隊和不可避免的搜身。

碳纖維醫(yī)療植入物可能會改變這一點。 盡管對碳纖維髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的研究仍在繼續(xù)，但這些材料已經(jīng)在許多醫(yī)療應(yīng)用中產(chǎn)生了巨大影響。

01.碳纖維特性有利于醫(yī)療應(yīng)用

碳纖維比鋼更輕、更堅固，幾十年來一直用于民用航空、運動和車輛應(yīng)用。 碳纖維較初是雙向條帶或片材，可以加工成比金屬（甚至鈦）更堅固、更輕且更耐疲勞的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。 這樣可以減輕重量，同時生產(chǎn)更堅固的結(jié)構(gòu)和部件。

除此功能外，碳纖維還具有其他三個功能，引起了醫(yī)療專業(yè)人士的興趣。 主要包括：

射線可透性：醫(yī)學(xué)成像中使用的 X 射線可以穿過它

生物相容性：人體接受碳纖維植入物，有證據(jù)表明碳纖維植入物比金屬植入物更好地促進(jìn)骨整合。

密度和彈性與骨相似

02.碳纖維在醫(yī)療器械中的應(yīng)用

碳纖維的剛度和射線可透過性使其成為許多成像應(yīng)用的優(yōu)選材料。 例如，CT和MRI設(shè)備依賴于對患者身體的360°掃描。 如果患者所躺的椅子是金屬的，則會阻礙大部分成像。 為了避免這些情況，患者躺在滑入成像區(qū)域的懸臂式碳纖維醫(yī)療臺上。 該椅子可以支撐超過 200 磅的重量，而不會移動或限制放射科醫(yī)生的視野。

碳纖維的另一個醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用是電動工具。 這些要求密封件不會在任何方向泄漏，并且還能夠承受臨床清潔和滅菌協(xié)議。 與彈性密封件不同，由碳纖維填充 PTFE 制成的密封件具有承受該過程所需的空氣溫度和物理阻力。

03.碳纖維在修復(fù)中的應(yīng)用

對輕質(zhì)、堅固且耐用的盲人假肢的需求使得碳纖維成為理想的材料。 許多制造商正在用碳纖維生產(chǎn)假肢塞和假肢。 較初為民用航空航天和賽車運動開發(fā)的制造技術(shù)通常用于制造假肢。

這需要使用預(yù)浸帶并進(jìn)行壓縮或熱壓罐成型處理。 但 3D 打印的使用正在增加，例如這款新型假肢，它使用短碳纖維增強(qiáng)的聚丙烯復(fù)合材料。

碳纖維在假肢中的一個有趣且有些爭議的應(yīng)用與腳有關(guān)。 運動員發(fā)現(xiàn)碳纖維比人腳提供更大的能量存儲和動態(tài)響應(yīng)。 這意味著碳纖維假腳為殘疾運動員帶來了優(yōu)勢。 碳纖維融入運動鞋后還可以提高性能。

04.碳纖維醫(yī)療植入物

大量研究否認(rèn)碳纖維可安全用于醫(yī)療植入物以外的任何領(lǐng)域，并且與其他植入材料相比具有一些優(yōu)勢。 這包括卓越的負(fù)載轉(zhuǎn)移，根據(jù)沃爾夫定理，有助于抬起骨骼，并促進(jìn)組織產(chǎn)生的電特性。

外科植入物通常由碳纖維增強(qiáng)硅醚酮（CFR-PEEK）制成。 PEEK 是一種熱塑性聚合物，具有優(yōu)異的物理耐受性、高熔點和約 289°F 的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。 在混合物中添加短切碳纖維可產(chǎn)生堅硬、抗疲勞且重量輕的復(fù)合材料。 復(fù)合材料旋壓成型工藝是注塑成型的衍生工藝，用于制造 CRF-PEEK 植入物。

CFR-PEEK 多年來一直用于接骨螺釘和植入物。 脊柱籠是另一種成熟的應(yīng)用，較近，醫(yī)生已經(jīng)開始使用這些材料來替代椎間盤。 使用 CFR-PEEK 外科植入物替代膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中的鈦的工作也在進(jìn)行中。

有趣的是，碳纖維射線可透性對于植入物來說并不是一個很好的特征，因為它不會出現(xiàn)在 X 射線上，這使得醫(yī)療專業(yè)人員更難以確定位置。 而且，碳纖維醫(yī)療植入物制造商通過添加散射 X 射線的材料（特別是鉭絲）解決了這個問題。