热塑性碳纤维增强医用复合材料:从假肢到骨科医疗器械

   日期:2019-11-26     浏览:462    评论:0    
核心提示:体内植入实验是检测生物材料组织相容性的最有效方法之一,用于假肢的材料必须具备良好的生物相容性,无细胞毒性,不会造成局部或全身的损害,不影响组织的正常愈合,并且材料与皮肤之间摩擦不宜过大,防止其对皮肤以及对材料制品本身造成损伤。

有的医用材料需要植入人体体内,有的需要与人体皮肤进行直接接触,因此,除了一些固定的性能要求外,医用材料本身的安全性尤为关键。用于医疗的材料一旦在使用过程中释放出一定的有毒物质,这种材料就会与患者产生“不兼容”现象,给病人带来有害影响。

体内植入实验是检测生物材料组织相容性的最有效方法之一,用于假肢的材料必须具备良好的生物相容性,无细胞毒性,不会造成局部或全身的损害,不影响组织的正常愈合,并且材料与皮肤之间摩擦不宜过大,防止其对皮肤以及对材料制品本身造成损伤。

碳纤维材料本身的石墨层结构具有自润滑性能,可降低涂层的摩擦因数,在摩擦过程中,碳纤维又起到主要力学支撑,所以其具有摩擦因数稳定、耐磨性高、机械强度高、化学稳定性良好等突出优点,成为各类复合材料中常用的增强体。

而且,碳纤维材料最主要的特点是强度高、质量轻,以前大量被应用在航空、航天以及军事等领域,现在则越来越多地应用在假肢零部件方面。很多膝关节的壳体以及假脚的脚芯都是采用碳纤维复合材料制作的。特别是碳纤维复合材料制作的脚芯在能量储存与释放性能方面表现良好,所以运动型假脚几乎全部采用碳纤维复合材料制作。

临床上,早在1981年就出现了储能假肢Seattle脚,其不仅能支撑身体重量,在运动中产生推力,同时还代偿小腿三头肌和屈肌的作用。采用碳纤维复合材料制作的储能脚放/储能比可达95%以上,远远超出传统材料的50%,所以,目前流行的储能脚也基本上都是采用碳纤维增强树脂复合材料制作而成的,其在膝关节、踝关节及接受腔等方面也都有一定程度的应用。碳纤维人工韧带也已应用于临床,并显示出良好的生物相容性。

但是,这并不是说所有的碳纤维复合材料都具备工艺性优良、自润滑、耐磨损、生物相容性好等诸多特性。碳纤维增强树脂复合材料是否具有无毒性、无溶血活性等,是由树脂基体材料决定的,例如,最为常见的环氧树脂基这类热固性碳纤维复合材料就不适宜用作医疗材料。

现已临床证实聚醚醚酮(peek)热塑性碳纤维增强复合材料,在体外细胞培养、体内软组织及对骨组织方面具有良好的生物相容性,这类碳纤维复合材料和碳纤维共聚物由于其抗拉伸强度较大以及弹性模量接近骨皮质而被应用于全髋关节置换和全膝置换中。

在之前的短切或粉末碳纤维增强PEEK复合材料的基础上,国内的先进碳纤维制品生产商无锡智上新材料最新研发出连续碳纤维增强热塑性PEEK复合材料,用于制作骨外科医疗器械零部件,例如骨外科手术瞄准器、支架等,因为采用的都是食品级peek材料,所以其不仅在生物相容性上表现良好,而且在耐磨性、耐腐蚀等方面表现尤佳,临床使用效果可以与进口产品相媲美,但是市场价格上颇具优势。

从假肢到骨科医疗器械,热塑性碳纤维增强复合材料在医用领域的应用逐步扩大,随着无锡智上新材料推出的连续性碳纤维增强聚醚醚酮复合材料制品种类的增多,未来临床上将会出现越来越多的应用案例。

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