碳纖維復(fù)合材料在診療、保健及相關(guān)醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，隨著醫(yī)療市場需求的逐步增大，有關(guān)碳纖維醫(yī)用材料也在應(yīng)用途徑和形式上不斷拓展和創(chuàng)新。

醫(yī)用碳纖維材料的研究最早從本世紀(jì)60年代開始，當(dāng)時(shí)在人造血管的抗血凝材料研究中發(fā)現(xiàn)了碳纖維材料具有優(yōu)秀的抗血凝性能。1970年以后，Bokros提出將碳纖維材料作為生物醫(yī)學(xué)器件。根據(jù)現(xiàn)代科學(xué)研究表明，碳纖維材料具有良好的生物相容性，對生物體組織刺激性小、無毒、不致癌、比重小、彈性模量與人骨相近等優(yōu)點(diǎn)，有成為第四代植入材料的潛在優(yōu)勢。

碳纖維復(fù)合材料在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢

1、各向異性和可設(shè)計(jì)性

碳纖維復(fù)合材料是各向異性材料，沿纖維方向和垂直于纖維方向的性能不同，給設(shè)計(jì)帶來很大的自由度，通過改變鋪層方式（例如鋪層角度、鋪層順序）來改變產(chǎn)品的彈性和強(qiáng)度等特性，滿足具體使用要求。而醫(yī)療設(shè)備部件往往作用于不同的人體部位，不同部件具體性能要求不—樣。

2、X射線透過率高

X射線的透過率和所穿透物質(zhì)的元素組成、原子序數(shù)、密度、厚度有關(guān)，組成碳纖維復(fù)合材料的主要元素為C、H、O，原子序數(shù)小，X射線質(zhì)量吸收系數(shù)遠(yuǎn)低于—般材料。1mm厚的鋁板和碳纖維復(fù)合材料板，它們的X射線透過率分別為78%和96%，鋁板散射和吸收消耗為22%，碳纖維板只有4%。

3、良好的抗疲勞性

碳纖維復(fù)合材料中包含無數(shù)纖維/樹脂界面，當(dāng)受到過大的外力產(chǎn)生裂紋，這些界面能有效阻止裂紋的進(jìn)—步擴(kuò)大，推遲疲勞破壞的產(chǎn)生。醫(yī)療器械每天都在重復(fù)使用，碳纖維復(fù)合材料良好的抗疲勞性能保證儀器的使用壽命。

在醫(yī)療器械領(lǐng)域，利用其X射線全透射性，碳纖維復(fù)合材料被用于制造X光檢查儀用移動平臺；利用CFRP優(yōu)異的機(jī)械性能，其被用于制造骨科用和器官移植用等醫(yī)療器械，以及制造假肢、矯形器等康復(fù)產(chǎn)品。

用于CT床板、X光檢查等設(shè)備及輔助設(shè)備

這類是目前國內(nèi)應(yīng)用最多和最廣泛的碳纖維醫(yī)用案例，較有代表性的有X光、CT和B超檢查床面板、診斷床用頭托、高清DR平板探測儀用面板，以及支架等。

醫(yī)療用CT床板多采用絕緣電板，但其射線透過率低，力學(xué)性能差，成像清晰度差。碳纖維復(fù)合材料的吸收率和散射率與其相比要小得多，在診斷時(shí)可以相應(yīng)地降低X射線劑量，降低X光機(jī)的功率，延長儀器使用壽命，節(jié)省電能。

更重要的是碳纖維復(fù)合材料因?yàn)檫@種優(yōu)異的X射線透過性能，允許射線以任何角度照射在床板上而不產(chǎn)生折射，只需小劑量的射線即可獲得清晰的造影，從而減少了對患者及醫(yī)護(hù)人員的危害。

此前，日本醫(yī)療器械設(shè)計(jì)制造展覽會上，帝人集團(tuán)展示了旗下碳纖維復(fù)合材料在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用產(chǎn)品——腦外科手術(shù)應(yīng)用的碳纖維支架。

用于人工骨和人工關(guān)節(jié)的碳纖維

目前碳纖維復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于骨內(nèi)固定板、骨填料、髖關(guān)節(jié)柄、人工種植齒根、顱骨補(bǔ)修材料以及人工心臟材料等。人體骨骼的彎曲強(qiáng)度在100Mpa左右，彎曲模量在7~20Gpa，拉伸強(qiáng)度約150Mpa，抗拉模量約在20Gpa。而碳纖維復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為89Mpa左右，彎曲模量為27Gpa，拉伸強(qiáng)度約43Mpa、抗拉模量約24Gpa，相較而言已接近或超越人體骨骼的強(qiáng)度。

目前有公司研究出使用碳纖維復(fù)合材料制作人工骨和關(guān)節(jié)，這種人工骨的抗彎曲強(qiáng)度較其他生物材料制成的人工骨，更接近于真實(shí)的人骨，這對矯形醫(yī)學(xué)意義重大。用它制成的人工關(guān)節(jié)在活動連接處的耐磨性也比超高相對分子質(zhì)量聚乙烯及金屬制品要高。

Invibio公司是醫(yī)療器械的知名供應(yīng)商，它所開發(fā)的短切碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮（PEEK），具有優(yōu)良的力學(xué)強(qiáng)度和抗拉蠕變性，可承載骨頭、血液及人體組織所需的負(fù)荷，與人體的相容性良好。這種人工骨的抗彎曲強(qiáng)度較其他生物材料制成的人工骨，更接近于真實(shí)的人骨，這對矯形醫(yī)學(xué)意義重大。用它制成的人工關(guān)節(jié)在活動連接處的耐磨性也比超高相對分子質(zhì)量聚乙烯及金屬制品要高。

還有一家公司開發(fā)了骨骼修復(fù)用連續(xù)碳纖維或其氈增強(qiáng)塑料，樹脂基體采用聚甲基丙烯酸甲酯，碳纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%-60%。由于該材料質(zhì)輕、對核磁共振成像檢查無干擾，還具有很好的生物相容性，長期植入生物體內(nèi)對生物體組織、血液和腦脊液等無不良反應(yīng)，無排異反應(yīng)，因此適用作骨折處固定用材料或骨折內(nèi)固定或骨骼修補(bǔ)材料。

牙體修復(fù)

在歐美國家，非金屬修復(fù)–預(yù)成纖維樁系統(tǒng)正越來越多地應(yīng)用于臨床，并逐漸被認(rèn)為可有效替代傳統(tǒng)的金屬樁核系統(tǒng)修復(fù)牙齒的殘根殘冠。對碳纖維樁的理化性能、生物學(xué)性能研究表明，碳纖維樁具有與牙體組織更匹配的機(jī)械性能，其近似于牙本質(zhì)的彈性模量可以使應(yīng)力沿著樁體更均勻地分布，有利于保護(hù)牙根；同時(shí)具有良好的生物相容性及耐腐蝕性，易拆除、便于二次修復(fù)等眾多優(yōu)點(diǎn)。

碳纖維假肢

假肢和人體的鏈接傳遞部分稱為接受腔，主要包裹殘肢和傳遞力量。這個(gè)部分承重要求高、且不能太重，碳纖維材料也可作為制作此部位的材料。包容殘肢的部分可用聚乙烯板，支撐體可使用碳纖維制作框架結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)輕松支撐和傳遞力量。

人體的腳踝和腳的連動對于身體的平衡和支撐有著關(guān)鍵的作用，碳纖維制作的踝關(guān)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)人體跳躍功能，另外腳踝和小腿假肢的銜接部分也可用碳纖維實(shí)現(xiàn)，制作出來的產(chǎn)品整體非常精美，在破損安全性方面也表現(xiàn)出色。

碳纖維輪椅

碳纖維的密度只有1.7g/cm3，同規(guī)格的配件比鋁合金材質(zhì)的還要輕一半以上，但是強(qiáng)度要大得多，另外，碳纖維還具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，相當(dāng)比例的輪椅患者面臨著大小便失禁以及要經(jīng)常與針劑藥水接觸等問題，在此情況下，碳纖維復(fù)合材料的配件就展現(xiàn)出一般金屬材質(zhì)所難以匹敵的耐用性。

目前碳纖維復(fù)合材料主要用于扶手、臂托、腳托、腿托、靠背、護(hù)裙板以及框架管等配件中，這些配件大都可以調(diào)節(jié)高度，碳纖維復(fù)合材料便于通過機(jī)械連接與輪椅整體進(jìn)行裝配，最為重要的是這些配件在使用了碳纖維復(fù)合材料后，輪椅的整體重量得到了明顯的縮減，而且作為使用頻率很高的部件，也變得更加結(jié)實(shí)耐用。

碳纖維復(fù)合材料性能優(yōu)異，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于民用日常生活中，也經(jīng)過了幾十年的應(yīng)用驗(yàn)證，其對環(huán)境和人體健康是安全可靠的。

隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷進(jìn)步，醫(yī)療設(shè)備也在不斷創(chuàng)新發(fā)展，碳纖維在醫(yī)療器械方面的投入應(yīng)用代表著新的趨勢和方向，未來必將迎來更加廣闊的應(yīng)用前景。