Karbon fiber kompozit malzemeler teşhis, tedavi, sağlık hizmetleri ve ilgili tıbbi cihazlar alanlarında giderek daha fazla kullanılmaktadır. Medikal pazardaki talebin giderek artmasıyla birlikte, ilgili karbon fiber tıbbi malzemeler de sürekli olarak genişlemekte ve uygulama yöntemleri ve formlarında yenilikler yapılmaktadır.
Tıbbi karbon fiber malzemeler üzerine araştırmalar 1960'lı yılların başlarında başladı. O dönemde, yapay kan damarlarının pıhtılaşma önleyici malzemeleri üzerinde yapılan araştırmalarda, karbon fiber malzemelerin mükemmel-pıhtılaşma önleyici özelliklere sahip olduğu bulunmuştur. 1970'den sonra Bokros, karbon fiber malzemelerin biyomedikal cihaz olarak kullanılmasını önerdi. Modern bilimsel araştırmalara göre, karbon fiber malzemeler iyi biyouyumluluğa, biyolojik dokularda düşük tahrişe,-toksik olmayan,-kanserojen olmayan, düşük özgül ağırlığa ve insan kemiklerine benzer elastik modüle sahiptir. Dördüncü nesil implant malzemesi olma potansiyeline sahiptir.
Karbon fiber kompozit malzemelerin tıp alanında avantajları
1. Anizotropi ve tasarlanabilirlik
Karbon fiber kompozit malzemeler, fiber yönü boyunca ve fiber yönüne dik olarak farklı özelliklere sahip olan ve tasarımda büyük özgürlük sağlayan anizotropik malzemelerdir. Ürünün esnekliğini ve mukavemetini değiştirmek için döşeme yönteminin (döşeme açısı, döşeme sırası gibi) değiştirilmesiyle özel kullanım gereksinimleri karşılanabilir. Tıbbi ekipman bileşenleri sıklıkla insan vücudunun farklı kısımlarını etkiler ve farklı bileşenlerin spesifik performans gereksinimleri farklıdır.
2. Yüksek X-ışını geçirgenliği
X-ışınlarının geçirgenliği, nüfuz eden malzemenin element bileşimi, atom numarası, yoğunluğu ve kalınlığı ile ilgilidir. Karbon fiber kompozit malzemeleri oluşturan ana elementler atom numaraları küçük olan C, H ve O'dur ve X-ışını kütle soğurma katsayısı genel malzemelerinkinden çok daha düşüktür. 1 mm kalınlığındaki alüminyum plakaların ve karbon fiber kompozit plakaların X-ışını geçirgenliği sırasıyla %78 ve %96'dır, alüminyum plakaların saçılma ve soğurma tüketimi %22'dir ve karbon fiber plakalarınki ise yalnızca %4'tür.
3. İyi yorulma direnci
Karbon fiber kompozit malzemeler sayısız fiber/reçine arayüzü içerir. Aşırı dış kuvvetler nedeniyle çatlaklar oluştuğunda, bu arayüzler çatlakların daha fazla genişlemesini etkili bir şekilde önleyebilir ve yorulma hasarının oluşmasını geciktirebilir. Tıbbi cihazlar her gün yeniden kullanılır ve karbon fiber kompozit malzemelerin iyi yorulma direnci, cihazın servis ömrünü garanti eder.
Tıbbi ekipman alanında, karbon fiber kompozit malzemeler, X-ışını muayene makineleri için tam X-ışını geçirgenliğini kullanarak mobil platformlar üretmek amacıyla kullanılır; CFRP, mükemmel mekanik özelliklerinden yararlanılarak ortopedi ve organ nakli gibi tıbbi ekipmanların yanı sıra protez ve ortez gibi rehabilitasyon ürünlerinin üretiminde de kullanılıyor.
CT yatak plakaları, X-ışını inceleme ekipmanı ve yardımcı ekipman için kullanılır
Bu tip, Çin'de en yaygın kullanılan ve en kapsamlı karbon fiber tıbbi kılıftır. Daha temsili olanlar X-ışını, CT ve B-ultrason muayene yatağı panelleri, teşhis yatağı kafalıkları, yüksek çözünürlüklü DR düz panel dedektör panelleri ve braketlerdir.
Tıbbi CT yatak plakaları çoğunlukla yalıtkan elektrikli plakalar kullanır, ancak ışın geçirgenlikleri düşüktür, mekanik özellikleri zayıftır ve görüntüleme netlikleri zayıftır. Karbon fiber kompozit malzemelerin soğurma oranı ve saçılma oranı bunlardan çok daha küçüktür. Teşhis sırasında X-ışını dozu buna göre azaltılabilir, X- makinesinin gücü azaltılabilir, cihazın servis ömrü uzatılabilir ve elektrik tasarrufu yapılabilir.
Daha da önemlisi, karbon fiber kompozit malzemeler mükemmel X-ışını geçirgenliğine sahiptir ve ışınların yatak tahtası üzerinde herhangi bir açıda kırılma olmadan ışınlanmasına olanak tanır. Net görüntüleme elde etmek için yalnızca küçük dozda ışınlara ihtiyaç duyulur, böylece hastalara ve tıbbi personele verilen zarar azalır.
Yapay kemikler ve yapay eklemler için karbon fiber
Günümüzde karbon fiber kompozit malzemeler kemik sabitleme plakaları, kemik dolguları, kalça eklemi gövdeleri, yapay implant diş kökleri, kafatası onarım malzemeleri ve yapay kalp malzemelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. İnsan kemiklerinin bükülme mukavemeti yaklaşık 100Mpa, bükülme modülü 7~20Gpa, gerilme mukavemeti yaklaşık 150Mpa ve gerilme modülü yaklaşık 20Gpa'dır. Karbon fiber kompozit malzemelerin bükülme mukavemeti yaklaşık 89Mpa'dır, bükülme modülü 27Gpa'dır, gerilme mukavemeti yaklaşık 43Mpa'dır ve gerilme modülü yaklaşık 24Gpa'dır; bu, insan kemiklerinin mukavemetine yakın veya onu aşar.
Şu anda bazı şirketler yapay kemik ve eklemlerin yapımında karbon fiber kompozit malzemelerin kullanımını geliştirmiştir. Bu yapay kemiğin bükülme mukavemeti, ortopedik tıp açısından büyük önem taşıyan diğer biyomateryallerden yapılmış yapay kemiklere göre gerçek insan kemiğine daha yakındır. Bundan yapılan yapay bağlantıların aşınma direnci, hareketli bağlantı yerindeki ultra-yüksek molekül ağırlıklı polietilen ve metal ürünlerden daha yüksektir.
Başka bir şirket, kemik onarımı için sürekli karbon fiber veya keçe takviyeli plastikler geliştirdi. Reçine matrisi polimetil metakrilat kullanır ve karbon fiberin kütle oranı %20-%60'tır. Malzeme hafif olduğundan, MRI incelemelerini etkilemediğinden ve iyi biyouyumluluğa sahip olduğundan, vücutta uzun süreli implantasyonun biyolojik dokulara, kana, beyin omurilik sıvısına vb.
Diş restorasyonu
Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'nde, -metalik olmayan restorasyon-önceden şekillendirilmiş fiber post sistemi klinik uygulamada giderek daha fazla kullanılmaktadır ve dişlerin kalan köklerini ve kronlarını onarmak için giderek geleneksel metal post ve çekirdek sistemine etkili bir alternatif olarak kabul edilmektedir. Karbon fiber postların fiziksel ve kimyasal özellikleri ile biyolojik özellikleri üzerine yapılan çalışmalar, karbon fiber postların diş dokularıyla daha uyumlu mekanik özelliklere sahip olduğunu göstermektedir. Dentininkine benzer elastik modülleri, stresin post gövdesi boyunca daha eşit şekilde dağılmasını sağlayabilir, bu da diş kökünün korunmasında faydalıdır; aynı zamanda iyi biyouyumluluk ve korozyon direnci, kolay çıkarılma ve uygun ikincil onarım gibi birçok avantaja sahiptirler.
Karbon fiber protez
Protez ile insan vücudu arasındaki bağlantı ve aktarım kısmına, esas olarak kalan uzvu saran ve kuvvet ileten alıcı boşluk adı verilir. Bu parçanın yük-taşıma gereksinimleri yüksektir ve çok ağır olamaz. Bu parçanın yapımında malzeme olarak karbon fiber malzemeler de kullanılabilir. Artık uzuv içeren kısım polietilen levhadan yapılabilir ve destek gövdesi, kolay destek ve kuvvet aktarımı sağlamak üzere bir çerçeve yapısı oluşturmak için karbon fiberden yapılabilir.
İnsan vücudunda ayak bileği ile ayak arasındaki bağlantı, vücudun dengesinde ve desteklenmesinde önemli bir rol oynar. Karbon fiberden yapılmış ayak bileği eklemi, insan vücudunun atlama işlevini gerçekleştirebilir. Ayrıca ayak bileği ile baldır protezi arasındaki bağlantı kısmı da karbon fiber ile gerçekleştirilebilmektedir. Ürünün geneli çok zariftir ve aynı zamanda hasar güvenliği açısından da iyi performans gösterir.
Karbon fiber tekerlekli sandalye
Karbon fiberin yoğunluğu yalnızca 1,7g/cm3'tür. Aynı spesifikasyona sahip aksesuarlar, alüminyum alaşımlı aksesuarlara göre yarıdan daha hafiftir ancak mukavemeti çok daha fazladır. Ayrıca karbon fiber korozyona-da oldukça dayanıklıdır. Tekerlekli sandalye hastalarının önemli bir kısmı idrar kaçırma, enjeksiyon ve ilaçlarla sık temas gibi sorunlarla karşılaşmaktadır. Bu durumda karbon fiber kompozit malzemelerden yapılmış aksesuarlar, genel metal malzemelerle eşleşmesi zor olan bir dayanıklılık gösterir.
Günümüzde karbon fiber kompozit malzemeler ağırlıklı olarak kolçaklar, kolçaklar, ayaklıklar, bacaklıklar, sırtlıklar, etekler ve çerçeve boruları gibi aksesuarlarda kullanılmaktadır. Bu aksesuarların çoğunun yüksekliği ayarlanabilir. Karbon fiber kompozit malzemelerin mekanik bağlantı sayesinde tekerlekli sandalyeye bir bütün olarak montajı kolaydır. En önemlisi, bu aksesuarların karbon fiber kompozit malzemelerde kullanılmasıyla birlikte tekerlekli sandalyenin toplam ağırlığı önemli ölçüde azalmış ve sıklıkla kullanılan bir bileşen olarak daha güçlü ve dayanıklı hale gelmiştir.
Karbon fiber kompozit malzemeler mükemmel performansa sahiptir ve sivil günlük yaşamda yaygın olarak kullanılmaktadır. Onlarca yıllık uygulamayla da doğrulanmıştır. Çevre ve insan sağlığı açısından emniyetli ve güvenilirdirler.
Tıbbi teknolojinin sürekli ilerlemesiyle birlikte tıbbi ekipmanlar da sürekli olarak yenileniyor ve gelişiyor. Karbon fiberin tıbbi cihazlara yatırımı ve uygulanması yeni bir trendi ve yönelimi temsil ediyor ve kesinlikle gelecekte daha geniş bir uygulama beklentisine yol açacak.
