חומרים מרוכבים של סיבי פחמן נמצאים בשימוש הולך וגובר בתחומי האבחון, הטיפול, הבריאות והמכשירים הרפואיים הנלווים. עם העלייה ההדרגתית בביקוש בשוק הרפואי, החומרים הרפואיים הרלוונטיים של סיבי פחמן מתרחבים ומתחדשים כל הזמן בשיטות ובצורות היישום.
המחקר על חומרי סיבי פחמן רפואיים החל כבר בשנות ה-60. באותה תקופה, נמצא שלחומרי סיבי פחמן היו תכונות אנטי--קרישה מצוינות במחקר על חומרים אנטי--קרישה של כלי דם מלאכותיים. לאחר 1970, הציע בוקרו להשתמש בחומרי סיבי פחמן כמכשירים ביו-רפואיים. על פי מחקר מדעי מודרני, לחומרי סיבי פחמן יש תאימות ביולוגית טובה, גירוי נמוך לרקמות ביולוגיות, אי-רעילות, אי-סרטן, משקל סגולי נמוך ומודול אלסטי הדומה לעצמות האדם. יש לו יתרון פוטנציאלי להפוך לדור הרביעי של חומרי השתלים.
היתרונות של חומרים מרוכבים מסיבי פחמן בתחום הרפואי
1. אניזוטרופיה ויכולת עיצוב
חומרים מרוכבים של סיבי פחמן הם חומרים אנזוטרופיים בעלי תכונות שונות לאורך כיוון הסיבים ובמאונך לכיוון הסיבים, מה שמביא חופש גדול לעיצוב. על ידי שינוי שיטת ההנחה (כגון זווית הנחת, סדר הנחת) כדי לשנות את הגמישות והחוזק של המוצר, ניתן לעמוד בדרישות השימוש הספציפיות. רכיבי ציוד רפואי פועלים לעתים קרובות על חלקים שונים בגוף האדם, ודרישות הביצועים הספציפיות של רכיבים שונים שונות.
2. העברת קרני X- גבוהה
העברת קרני ה-X- קשורה להרכב היסודות, המספר האטומי, הצפיפות והעובי של החומר שאליו חודר. היסודות העיקריים המרכיבים חומרים מרוכבים של סיבי פחמן הם C, H ו-O, בעלי מספרים אטומיים קטנים, ומקדם בליעת מסת קרני ה-X- נמוך בהרבה מזה של חומרים כלליים. העברת קרני ה-X- של לוחות אלומיניום בעובי 1 מ"מ ולוחות מרוכבים של סיבי פחמן היא 78% ו-96% בהתאמה, צריכת הפיזור והספיגה של לוחות אלומיניום היא 22%, ושל לוחות סיבי פחמן היא רק 4%.
3. עמידות טובה לעייפות
חומרים מרוכבים של סיבי פחמן מכילים אינספור ממשקי סיבים/שרף. כאשר נוצרים סדקים על ידי כוחות חיצוניים מוגזמים, ממשקים אלו יכולים למעשה למנוע מהסדקים להתרחב עוד יותר ולעכב את התרחשות נזקי עייפות. במכשירים רפואיים נעשה שימוש חוזר מדי יום, ועמידותם הטובה של עייפות חומרים מרוכבים מסיבי פחמן מבטיחה את חיי השירות של המכשיר.
בתחום הציוד הרפואי, חומרים מרוכבים של סיבי פחמן משמשים לייצור פלטפורמות ניידות עבור מכונות בדיקת-רנטגן על ידי ניצול העברת קרני ה-X- המלאה שלהן; CFRP משמש לייצור ציוד רפואי כגון אורטופדיה והשתלת איברים, כמו גם מוצרי שיקום כגון תותבות ואורתוטיקה על ידי ניצול התכונות המכניות המעולות שלו.
משמש עבור לוחות מיטה CT, ציוד בדיקת רנטגן וציוד עזר.-
סוג זה הוא המקרה הרפואי הנרחב והנפוץ ביותר בסיבי פחמן בסין. המייצגים יותר הם לוחות מיטה לבדיקת X-, CT ו-B-אולטרסאונד, משענות ראש למיטה אבחנתיות, לוחות גלאים שטוחים של DR בחדות גבוהה- וסוגריים.
צלחות מיטות CT רפואיות משתמשות בעיקר בפלטות חשמליות מבודדות, אך העברת הקרניים שלהן נמוכה, התכונות המכניות שלהן גרועות ובהירות ההדמיה שלהן ירודה. קצב הספיגה וקצב הפיזור של חומרים מרוכבים מסיבי פחמן קטנים בהרבה מזה שלהם. במהלך האבחון, ניתן להפחית את מינון -רנטגן בהתאם, להפחית את הספק של מכשיר הרנטגן, להאריך את חיי השירות של המכשיר ולחסוך בחשמל.
חשוב מכך, לחומרים מרוכבים של סיבי פחמן יש העברת קרני X- מצוינת, המאפשרת להקרין את הקרניים על לוח המיטה בכל זווית ללא שבירה. יש צורך במינון קטן בלבד של קרניים כדי לקבל הדמיה ברורה, ובכך להפחית את הנזק לחולים ולצוות הרפואי.
סיבי פחמן עבור עצמות מלאכותיות ומפרקים מלאכותיים
נכון לעכשיו, נעשה שימוש נרחב בחומרים מרוכבים של סיבי פחמן בפלטות קיבוע עצם, מילוי עצם, גבעולים של מפרקי הירך, שורשי שיניים מלאכותיים, חומרים לתיקון גולגולת וחומרי לב מלאכותיים. חוזק הכיפוף של עצמות אדם הוא כ-100Mpa, מודול הכיפוף הוא 7~20Gpa, חוזק המתיחה הוא כ-150Mpa, ומודול המתיחה הוא כ-20Gpa. חוזק הכיפוף של חומרים מרוכבים של סיבי פחמן הוא כ-89Mpa, מודול הכיפוף הוא 27Gpa, חוזק המתיחה הוא כ-43Mpa, ומודול המתיחה הוא כ-24Gpa, שהוא קרוב או עולה על החוזק של עצמות האדם.
כיום, חברות מסוימות פיתחו את השימוש בחומרים מרוכבים של סיבי פחמן לייצור עצמות ומפרקים מלאכותיים. חוזק הכיפוף של עצם מלאכותית זו קרוב יותר לעצמות אנושיות אמיתיות מאשר עצמות מלאכותיות העשויות מחומרים ביולוגיים אחרים, שיש לו משמעות רבה לרפואה האורטופדית. עמידות הבלאי של מפרקים מלאכותיים העשויים ממנו גבוהה גם מזו של פוליאתילן ומוצרי מתכת בעלי משקל מולקולרי גבוה במיוחד במפרק הנעים.
חברה אחרת פיתחה סיבי פחמן רציפים או פלסטיק מחוזק לבד לתיקון עצמות. מטריצת השרף משתמשת בפולימתיל מתאקרילט ושבריר המסה של סיבי פחמן הוא 20%-60%. מכיוון שהחומר קל, אינו מפריע לבדיקות MRI ובעל תאימות ביולוגית טובה, להשתלה ארוכת טווח בגוף אין תגובות שליליות לרקמות ביולוגיות, דם, נוזל מוחי וכו', וללא תגובת דחייה, הוא מתאים לשימוש כחומר לקיבוע שברים או כחומר לקיבוע פנימי של שבר או לתיקון עצם.
שיקום שיניים
באירופה ובארצות הברית, מערכת עמודי סיבים שאינה-מתכתית-נמצאת יותר ויותר בשימוש בתרגול קליני, ונחשבת בהדרגה כחלופה יעילה למערכת עמודי המתכת ולמערכת הליבה המסורתית לתיקון שאריות שורשים וכתרים של שיניים. מחקרים על התכונות הפיזיקליות והכימיות והתכונות הביולוגיות של עמודי סיבי פחמן מראים שלעמודי סיבי פחמן יש תכונות מכניות שמתאימות יותר לרקמות השן. מודול האלסטי שלהם, הדומה לזה של דנטין, יכול לגרום ללחץ להתפזר באופן שווה יותר לאורך גוף העמוד, מה שמועיל להגנה על שורש השן; יחד עם זאת, יש להם יתרונות רבים כגון תאימות ביולוגית טובה ועמידות בפני קורוזיה, הסרה קלה ותיקון משני נוח.
תותבת סיבי פחמן
חלק הקישור וההעברה בין התותבת לגוף האדם נקרא חלל הקבלה, העוטף בעיקר את האיבר השיורי ומעביר כוח. לחלק הזה יש דרישות גבוהות של נשיאת עומס- ולא יכול להיות כבד מדי. חומרי סיבי פחמן יכולים לשמש גם כחומרים לייצור חלק זה. החלק המכיל את האיבר השיורי יכול להיות עשוי מלוח פוליאתילן, וגוף התמיכה יכול להיות עשוי מסיבי פחמן ליצירת מבנה מסגרת להשגת תמיכה קלה והעברת כוח.
הקישור בין הקרסול לכף הרגל של גוף האדם ממלא תפקיד מפתח באיזון ובתמיכה של הגוף. מפרק הקרסול העשוי מסיבי פחמן יכול לממש את תפקוד הקפיצה של גוף האדם. בנוסף, ניתן לממש את חלק החיבור בין הקרסול לתותבת השוק גם בסיבי פחמן. המוצר הכולל הוא מעולה מאוד וגם מתפקד היטב מבחינת בטיחות נזקים.
כיסא גלגלים מסיבי פחמן
הצפיפות של סיבי פחמן היא רק 1.7g/cm3. האביזרים מאותו מפרט קלים יותר מחצי מאלו של סגסוגת אלומיניום, אך החוזק גדול בהרבה. בנוסף, סיבי פחמן עמידים מאוד בפני קורוזיה-. חלק ניכר מהמטופלים בכסא גלגלים מתמודדים עם בעיות כמו בריחת שתן ומגע תכוף עם זריקות ותרופות. במקרה זה, אביזרים העשויים מחומרים מרוכבים מסיבי פחמן מראים עמידות שקשה להתאים לחומרי מתכת כלליים.
כיום, חומרים מרוכבים מסיבי פחמן משמשים בעיקר באביזרים כגון משענות, משענות, משענות לרגליים, משענות גב, חצאיות וצינורות מסגרת. רוב האביזרים הללו ניתנים להתאמה לגובה. חומרים מרוכבים של סיבי פחמן קלים להרכבה עם כיסא הגלגלים כולו באמצעות חיבור מכני. הדבר החשוב ביותר הוא שלאחר שימוש באביזרים אלו בחומרים מרוכבים מסיבי פחמן, משקלו הכולל של כסא הגלגלים הצטמצם משמעותית, וכרכיב בשימוש תכוף הוא הפך חזק ועמיד יותר.
לחומרים מרוכבים של סיבי פחמן יש ביצועים מצוינים ונעשה בהם שימוש נרחב בחיי היומיום האזרחיים. הם גם אומתו על ידי עשרות שנים של יישום. הם בטוחים ואמינים עבור הסביבה ובריאות האדם.
עם התקדמות מתמשכת של הטכנולוגיה הרפואית, גם הציוד הרפואי מתחדש ומתפתח כל הזמן. ההשקעה והיישום של סיבי פחמן במכשירים רפואיים מייצגים מגמה וכיוון חדשים, ולבטח יפתחו סיכוי יישום רחב יותר בעתיד.
