يتم استخدام المواد المركبة من ألياف الكربون بشكل متزايد في مجالات التشخيص والعلاج والرعاية الصحية والأجهزة الطبية ذات الصلة. مع الزيادة التدريجية في الطلب في السوق الطبية، تتوسع المواد الطبية المصنوعة من ألياف الكربون ذات الصلة باستمرار وتبتكر في طرق وأشكال التطبيق.
بدأ البحث عن مواد ألياف الكربون الطبية في وقت مبكر من الستينيات. في ذلك الوقت، وجد أن مواد ألياف الكربون تتمتع بخصائص ممتازة مضادة-لتخثر الدم في الأبحاث التي أجريت على المواد المضادة-لتخثر الأوعية الدموية الاصطناعية. بعد عام 1970، اقترح بوكروس استخدام مواد ألياف الكربون كأجهزة طبية حيوية. وفقًا للبحث العلمي الحديث، تتمتع مواد ألياف الكربون بتوافق حيوي جيد، وتهيج منخفض للأنسجة البيولوجية، وغير -سمية، وغير -مسببة للسرطان، وجاذبية نوعية منخفضة، ومعامل مرن مشابه للعظام البشرية. تتمتع بميزة محتملة تتمثل في أن تصبح الجيل الرابع من مواد الزرع.
مزايا المواد المركبة من ألياف الكربون في المجال الطبي
1. تباين الخواص وقابلية التصميم
المواد المركبة من ألياف الكربون هي مواد متباينة الخواص ذات خصائص مختلفة على طول اتجاه الألياف ومتعامدة مع اتجاه الألياف، مما يوفر حرية كبيرة في التصميم. من خلال تغيير طريقة التمديد (مثل زاوية التمديد، ترتيب التمديد) لتغيير مرونة وقوة المنتج، يمكن تلبية متطلبات الاستخدام المحددة. غالبًا ما تعمل مكونات المعدات الطبية على أجزاء مختلفة من جسم الإنسان، وتختلف متطلبات الأداء المحددة للمكونات المختلفة.
2. نفاذية عالية للأشعة السينية-.
ترتبط نفاذية الأشعة السينية- بالتركيب العنصري والعدد الذري والكثافة وسمك المادة التي يتم اختراقها. العناصر الرئيسية التي تتكون منها المواد المركبة من ألياف الكربون هي C وH وO، بأعداد ذرية صغيرة، كما أن معامل امتصاص كتلة الأشعة السينية أقل بكثير من المواد العامة. تبلغ نفاذية الأشعة السينية لألواح الألومنيوم بسمك 1 مم وألواح ألياف الكربون المركبة 78% و96% على التوالي، ويبلغ استهلاك التشتت والامتصاص لألواح الألومنيوم 22%، واستهلاك ألواح ألياف الكربون 4% فقط.
3. مقاومة جيدة للتعب
تحتوي المواد المركبة من ألياف الكربون على عدد لا يحصى من واجهات الألياف/الراتنج. عندما يتم إنشاء الشقوق بواسطة قوى خارجية مفرطة، يمكن لهذه الواجهات أن تمنع بشكل فعال الشقوق من التوسع بشكل أكبر وتأخير حدوث تلف الكلال. يتم إعادة استخدام الأجهزة الطبية كل يوم، ومقاومة التعب الجيدة للمواد المركبة من ألياف الكربون تضمن عمر خدمة الجهاز.
في مجال المعدات الطبية، يتم استخدام المواد المركبة من ألياف الكربون لتصنيع منصات متنقلة لآلات الفحص بالأشعة السينية -من خلال الاستفادة من نفاذية الأشعة السينية الكاملة- الخاصة بها؛ يتم استخدام مادة CFRP في تصنيع المعدات الطبية مثل جراحة العظام وزراعة الأعضاء، بالإضافة إلى منتجات إعادة التأهيل مثل الأطراف الاصطناعية وتقويم العظام من خلال الاستفادة من خصائصها الميكانيكية الممتازة.
يُستخدم في لوحات سرير التصوير المقطعي المحوسب،-ومعدات الفحص بالأشعة السينية والمعدات المساعدة
هذا النوع هو الحالة الطبية المصنوعة من ألياف الكربون الأكثر استخدامًا والأكثر انتشارًا في الصين. وأكثرها تمثيلاً هي ألواح أسرة الفحص بالموجات فوق الصوتية -الأشعة السينية، والأشعة المقطعية، والبيولوجية-، ومساند رأس الأسرة التشخيصية، ولوحات الكشف المسطحة DR-عالية الوضوح، والأقواس.
تستخدم ألواح أسرة الأشعة المقطعية الطبية في الغالب لوحات كهربائية عازلة، لكن نفاذية الأشعة الخاصة بها منخفضة، وخصائصها الميكانيكية رديئة، ووضوح التصوير الخاص بها ضعيف. معدل الامتصاص ومعدل التشتت للمواد المركبة من ألياف الكربون أصغر بكثير من معدلها. أثناء التشخيص، يمكن تقليل جرعة الأشعة السينية- وفقًا لذلك، ويمكن تقليل قوة جهاز الأشعة السينية-، ويمكن إطالة عمر خدمة الجهاز، ويمكن توفير الكهرباء.
والأهم من ذلك، أن المواد المركبة من ألياف الكربون تتميز بنفاذية ممتازة للأشعة السينية-، مما يسمح بإشعاع الأشعة على لوح السرير بأي زاوية دون انكسار. ولا يلزم سوى جرعة صغيرة من الأشعة للحصول على تصوير واضح، وبالتالي تقليل الضرر على المرضى والطاقم الطبي.
ألياف الكربون للعظام الصناعية والمفاصل الصناعية
حاليًا، يتم استخدام المواد المركبة من ألياف الكربون على نطاق واسع في ألواح تثبيت العظام، وحشوات العظام، وسيقان مفصل الورك، وجذور الأسنان الاصطناعية المزروعة، ومواد إصلاح الجمجمة، ومواد القلب الاصطناعية. تبلغ قوة الانحناء للعظام البشرية حوالي 100 ميجا باسكال، ومعامل الانحناء 7 ~ 20 جيجا باسكال، وقوة الشد حوالي 150 ميجا باسكال، ومعامل الشد حوالي 20 جيجا باسكال. تبلغ قوة الانحناء للمواد المركبة من ألياف الكربون حوالي 89 ميجا باسكال، ومعامل الانحناء 27 جيجا باسكال، وقوة الشد حوالي 43 ميجا باسكال، ومعامل الشد حوالي 24 جيجا باسكال، وهو قريب من قوة العظام البشرية أو يتجاوزها.
وفي الوقت الحاضر، طورت بعض الشركات استخدام المواد المركبة من ألياف الكربون لصنع عظام ومفاصل صناعية. إن قوة الانحناء لهذا العظم الاصطناعي أقرب إلى العظام البشرية الحقيقية من العظام الاصطناعية المصنوعة من مواد حيوية أخرى، وهو أمر له أهمية كبيرة في طب العظام. كما أن مقاومة التآكل للمفاصل الصناعية المصنوعة منه أعلى أيضًا من تلك الموجودة في البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي والمنتجات المعدنية عند الوصلة المتحركة.
قامت شركة أخرى بتطوير ألياف الكربون المستمرة أو البلاستيك المقوى لإصلاح العظام. تستخدم مصفوفة الراتينج بولي ميثيل ميثاكريلات والجزء الكتلي من ألياف الكربون هو 20%-60%. نظرًا لأن المادة خفيفة، ولا تتداخل مع فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي، ولها توافق حيوي جيد، فإن الزرع طويل الأمد في الجسم ليس له أي ردود فعل سلبية على الأنسجة البيولوجية أو الدم أو السائل النخاعي وما إلى ذلك، ولا يوجد رد فعل رفض، فهو مناسب للاستخدام كمادة تثبيت الكسر أو التثبيت الداخلي للكسر أو مادة إصلاح العظام.
ترميم الأسنان
في أوروبا والولايات المتحدة، يتم استخدام-نظام الترميم غير المعدني- بشكل متزايد في الممارسة السريرية، ويتم اعتباره تدريجيًا بديلاً فعالاً للعمود المعدني التقليدي والنظام الأساسي لإصلاح الجذور المتبقية وتيجان الأسنان. أظهرت الدراسات التي أجريت على الخواص الفيزيائية والكيميائية والخصائص البيولوجية لأعمدة ألياف الكربون أن أعمدة ألياف الكربون لها خواص ميكانيكية أكثر توافقًا مع أنسجة الأسنان. يمكن لمعاملها المرن، الذي يشبه معامل العاج، أن يجعل الضغط موزعًا بشكل متساوٍ على طول الجسم القائم، وهو أمر مفيد لحماية جذر السن؛ وفي الوقت نفسه، تتمتع بالعديد من المزايا مثل التوافق الحيوي الجيد ومقاومة التآكل وسهولة الإزالة والإصلاح الثانوي المريح.
بدلة من ألياف الكربون
يُطلق على جزء الارتباط والنقل بين الطرف الاصطناعي وجسم الإنسان اسم تجويف الاستقبال، والذي يغلف بشكل أساسي الطرف المتبقي وينقل القوة. يحتوي هذا الجزء على متطلبات تحمل عالية-ولا يمكن أن يكون ثقيلًا للغاية. يمكن أيضًا استخدام مواد ألياف الكربون كمواد لصنع هذا الجزء. يمكن تصنيع الجزء الذي يحتوي على الطرف المتبقي من لوح البولي إيثيلين، ويمكن تصنيع الجسم الداعم من ألياف الكربون لعمل هيكل إطاري لتحقيق الدعم ونقل القوة بسهولة.
يلعب الارتباط بين الكاحل والقدم في جسم الإنسان دورًا رئيسيًا في توازن الجسم ودعمه. يمكن لمفصل الكاحل المصنوع من ألياف الكربون تحقيق وظيفة القفز لجسم الإنسان. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا تحقيق جزء الاتصال بين الكاحل الاصطناعي وعضلة الساق باستخدام ألياف الكربون. المنتج العام رائع جدًا ويعمل أيضًا بشكل جيد من حيث السلامة من الأضرار.
كرسي متحرك من ألياف الكربون
تبلغ كثافة ألياف الكربون 1.7 جرام/سم 3 فقط. الملحقات بنفس المواصفات أخف بمقدار النصف من تلك المصنوعة من سبائك الألومنيوم، ولكن قوتها أكبر بكثير. بالإضافة إلى ذلك، تتميز ألياف الكربون أيضًا بمقاومتها العالية للتآكل-. تواجه نسبة كبيرة من مرضى الكراسي المتحركة مشاكل مثل سلس البول والاتصال المتكرر بالحقن والأدوية. وفي هذه الحالة، تُظهر الملحقات المصنوعة من مواد مركبة من ألياف الكربون متانة يصعب مطابقتها مع المواد المعدنية العامة.
في الوقت الحاضر، تُستخدم المواد المركبة من ألياف الكربون بشكل أساسي في الملحقات مثل مساند الأذرع، ومساند الأذرع، ومساند القدمين، ومساند الأرجل، ومساند الظهر، والتنانير، وأنابيب الإطار. يمكن تعديل ارتفاع معظم هذه الملحقات. من السهل تجميع المواد المركبة من ألياف الكربون مع الكرسي المتحرك ككل من خلال التوصيل الميكانيكي. والشيء الأكثر أهمية هو أنه بعد استخدام هذه الملحقات في المواد المركبة من ألياف الكربون، تم تقليل الوزن الإجمالي للكرسي المتحرك بشكل كبير، وباعتباره مكونًا يستخدم بشكل متكرر، فقد أصبح أقوى وأكثر متانة.
تتمتع المواد المركبة من ألياف الكربون بأداء ممتاز وقد تم استخدامها على نطاق واسع في الحياة اليومية المدنية. كما تم التحقق منها من خلال عقود من التطبيق. فهي آمنة وموثوقة للبيئة وصحة الإنسان.
مع التقدم المستمر للتكنولوجيا الطبية، فإن المعدات الطبية أيضًا تبتكر وتتطور باستمرار. يمثل استثمار واستخدام ألياف الكربون في الأجهزة الطبية اتجاهًا واتجاهًا جديدًا، وسيؤدي بالتأكيد إلى آفاق تطبيق أوسع في المستقبل.
