의료 산업의 탄소 섬유 혁신

고관절 및 무릎 임플란트는 사람들의 이동성과 삶의 질을 향상시키는 데 놀라운 일을 해왔지만 공항 금속 탐지기에서는 약간 골칫거리입니다. 금속은 뼈보다 밀도가 훨씬 높기 때문에 엑스레이가 쉽게 통과하지 못하기 때문에 대기열이 발생하고 필연적인 패달이 발생합니다.

탄소 섬유 의료용 임플란트가 이를 바꿀 수 있습니다. 고관절과 무릎 관절에 대한 탄소 섬유 대체 작업이 계속되는 동안 이 재료가 이미 극적인 영향을 미치고 있는 많은 의료 응용 분야가 있습니다. 이 흥미로운 분야에 대한 이해는 탄소 섬유의 의학적 가치에 대한 이해로 시작하여 임플란트 및 기타 응용 분야에 대해 자세히 알아봅니다.

의료용 탄소 섬유의 특성

강철보다 가볍고 강한 탄소 섬유는 수십 년 동안 항공 우주, 모터 스포츠 및 자동차 응용 분야에서 사용되었습니다. 테이프 또는 시트로 시작하여 탄소 섬유는 뻣뻣하고, 강하고, 가벼우며, 티타늄과 같은 금속보다 더 피로에 강한 복잡한 구조로 성형될 수 있습니다. 이것은 더 강한 구조와 구성 요소를 만드는 동시에 무게를 줄입니다.

이러한 특성 외에도 탄소 섬유에는 의료 전문가가 관심을 갖는 세 가지 다른 특성이 있습니다. 그것은:

의료 장비의 탄소 섬유 사용

강도와 방사선 투과성은 탄소 섬유를 많은 이미징 응용 분야에서 선호하는 재료로 만듭니다. 예를 들어, CT 및 MRI 기계는 환자의 신체 주위를 360° 스캔해야 합니다. 환자가 눕는 테이블이 금속이라면 영상의 많은 부분을 차단할 것입니다. 이를 방지하기 위해 환자는 이미징 필드로 미끄러지는 캔틸레버형 탄소 섬유 의료 테이블에 누워 있습니다. 이 테이블은 편향되지 않고 방사선 전문의의 시야를 제한하지 않고 200파운드 이상을 견딜 수 있습니다.

탄소 섬유의 또 다른 의료 장비 응용 프로그램은 전동 공구입니다. 이를 위해서는 어느 방향으로도 누출되지 않고 임상 세척 및 멸균 요법을 견딜 수 있는 씰이 필요합니다. 탄성 중합체 씰과 달리 탄소 섬유로 채워진 PTFE로 만든 씰은 이러한 공정을 견디는 데 필요한 온도와 내화학성을 가지고 있습니다.

탄소 섬유의 보철 응용

절단 환자는 탄소 섬유를 이상적인 재료로 만드는 가벼우면서도 강하고 내구성 있는 보철물이 필요합니다. 많은 제조업체들이 탄소 섬유로 의수 소켓과 팔다리를 생산하고 있습니다. 원래 항공 우주 및 모터 스포츠를 위해 개발된 제조 기술은 보철물을 만드는 데 가장 일반적으로 사용됩니다. 여기에는 미리 함침된 테이프와 압축 또는 오토클레이브 성형으로 모양을 형성하는 작업이 수반됩니다. 그러나 짧은 탄소 섬유로 강화된 Ultramid 폴리아미드를 사용하는 이 새로운 의족에서 볼 수 있듯이 3D 프린팅의 사용이 증가하고 있습니다.

흥미롭고 다소 논란의 여지가 있는 탄소 섬유의 보철 적용은 발에 관한 것입니다. 운동 선수들은 탄소 섬유가 인간의 발이 제공할 수 있는 것보다 더 큰 에너지 저장 및 동적 반응을 제공한다는 것을 발견했습니다. 이것은 탄소 섬유 의족이 장애가 있는 운동선수에게 이점을 제공한다는 것을 의미합니다. 탄소 섬유는 또한 스포츠 신발에 통합될 때 성능 향상을 제공할 수 있습니다.

탄소 섬유 의료 임플란트

"임플란트용 탄소 섬유 생체 적합성"에 자세히 설명된 것과 같은 광범위한 연구를 통해 탄소 섬유는 의료용 임플란트에 안전할 뿐만 아니라 다른 임플란트 재료에 비해 몇 가지 이점이 있음을 확인했습니다. 여기에는 Wolff의 법칙에 따라 뼈를 강화하는 데 도움이 되는 우수한 하중 전달과 조직 형성을 촉진하는 전기적 특성이 포함됩니다.

정형외과용 임플란트는 일반적으로 탄소 섬유 강화 폴리에테르에테르케톤(CFR-PEEK)으로 생산됩니다. PEEK는 내화학성이 우수하고 융점이 높으며 유리 전이 온도가 약 289°F인 열가소성 중합체입니다. 믹스에 짧은 길이의 탄소 섬유를 추가하면 강하고 피로에 강하며 가벼운 합성물이 만들어집니다. 사출 성형의 파생물인 복합 유동 성형 공정은 CRF-PEEK 임플란트를 만드는 데 사용됩니다.

CFR-PEEK는 수년 동안 뼈 나사 및 임플란트에 사용되었습니다. 척추 케이지는 또 다른 확립된 응용 프로그램이며, 최근에는 의사들이 이 재료를 사용하여 척추 디스크를 교체하기 시작했습니다. 무릎 및 고관절 교체품에서 티타늄의 대안으로 CFR-PEEK 정형외과 임플란트를 사용하는 작업이 진행 중입니다.

흥미롭게도 임플란트는 탄소 섬유의 방사선 투과성이 그다지 유익하지 않은 응용 분야입니다. 여기서 문제는 그렇지 않습니다 X-레이에 나타나므로 의료 전문가가 위치를 결정하기가 더 어렵습니다. 탄소 섬유 의료 임플란트 제조업체는 X선을 산란시키는 재료, 특히 탄탈륨 와이어를 추가하여 이 문제를 해결합니다.

수백만 명의 삶을 개선하기

탄소 섬유를 항공우주, 모터스포츠 및 스포츠 용품(예:신발 및 자전거)에서 매우 매력적으로 만드는 특성은 또한 다양한 의료 용도로 사용할 수 있는 우수한 후보가 됩니다. 이것은 탄소 섬유가 방사선 투과성이며 인간의 뼈와 유사한 기계적 특성을 가지고 있기 때문에 더욱 뒷받침됩니다. 의료 장비 및 보철 사용이 급증하는 동안 임플란트 응용 프로그램은 임상 결과를 개선하고 삶의 질을 향상시킬 수 있는 가장 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 공항 금속 탐지기의 지연을 종식시킬 수도 있습니다!