碳纤维复合材料作为医用碳材料的研究,是本世纪60年代开始的,碳材料具有良好的生物相容性,对生体组织刺激性小,无毒,不致癌,比重小,弹性模量与人骨相近等优点,已广泛应用于医学的各个领域,本文来对几个医疗领域的案例做个简单的分析。
1.牙体修复
近十年来,在欧美国家,非金属修复–预成纤维桩系统正越来越多地应用于临床,并逐渐被认为可有效替代传统的金属桩核系统修复牙齿的残根残冠。对碳纤维桩的理化性能、生物学性能研究表明,碳纤维桩具有与牙体组织更匹配的机械性能,其近似于牙本质的弹性模量可以使应力沿着桩体更均匀地分布,有利于保护牙根。同时具有良好的生物相容性及耐腐蚀性、易拆除、便于二次修复等众多优点。
2.骨骼修复材料
骨骼修复用连续碳纤维或其毡增强塑料,树脂基体采用聚甲基丙烯酸甲酯,碳纤维的质量分数和理性试验证明符合国家标准,还具有很好的生物相容性,长期植入生物体内对生物体组织、血液和脑脊液等无不良反应,无排异反应,因此适用作骨折处固定用材料或骨折内固定或骨骼修补材料。
3.中空纤维分离膜
中空纤维分离膜在医疗领域占有举足轻重的地位。中空纤维透析膜(人工肾)95%以上为中空纤维型。目前全球最大的中空纤维透析膜厂家是德国Fresenius医疗保健公司,所用中空纤维材质为聚砜。中空纤维人工肺:通过气体分离用中空纤维膜可以将空气中的氧浓度由21%提高至30%~40%,用于医用急救。
4.医疗辅助设备
包括:①X-光、CT和B超床板:碳纤维复合材料、②诊断床用头托:碳纤维复合材料、③轻量轮椅和担架:碳纤维复合材料、④药物动态试验装置及预防医学元件。
脑外科手术应用的碳纤维支架
在脑外科手术中,用来固定患者头部的立架般果用金属制造。但是金属本身不品被x射线穿迢,会干扰脑部血管造影,影响医生的读断。但是为了保证忠者的头部在脑外科手术中本晃动,固定主架卫必须保证足够的刚度。使用碳纤维和聚酰胺亚胺树脂制成,对x射线的穿透影响最小。
5.急救用品与治疗用品
①医用富氧:气体分离用中空纤维,使空气中的氧浓度由21%提高至30%~40%、②血浆交换治疗:中空纤维膜元件、③腹水浓缩治疗:中空纤维透析器、④尿毒症治疗:中空纤维透析器、⑤由大肠杆菌抽出蛇腹毒素遗传因子:导电性中空纤维、⑥医用双氧水:用中空纤维气体分离膜浓缩过氧化氢等。
手术缝合线包括:①医用缝合线:超高相对分子质量聚乙烯纤维等、②吸收性或自降解性缝合线:身体吸收性纤维和自降解纤维。
医院护理用品包括:①手术罩布:防菌透气的超细纤维非织造布、②特种手术衣:超细纤维非织造布和一次性自降解纤维布、③特种病人服:抗菌消臭纤维和一次性微生物降解纤维、④床上用品:抗菌消臭纤维和微生物降解纤维、⑤特种口罩:活性碳纤维、超细纤维非织造布及毡和竹碳纤维。
6药物控释载体
通过选用该材料可达到最有效传递药物的作用,减少供药次数和供药量,提高利用率。例如,将抗癌药物紫杉醇和阿霉素嵌入纳米PLA纤维中,就可提高疗效。
随着近代外科医疗技术的不断提高,对可植入人体的生物材料的需求也在增大,这种应用条件,一方面材料要具有能承担一定功能的力学性质,另一方面也要求植入假体能满足生物相容性的要求。任何人工材料,要同时满足这两方面的要求,存在着一定的困难性和复杂性,这正是生物医学材料的研究工作所必须解的问题。新型复合材料有规律地进入市场,并且随着研究深入也在不断拓展新的医用领域和研发新的医用纤维。
阅读延伸:《碳纤维医疗床板的设计优势简析》