ابتكارات ألياف الكربون للصناعة الطبية

الورك و يزرع الركبة لقد فعلت العجائب لتحسين قدرة الناس على الحركة ونوعية حياتهم، لكنها تمثل إزعاجًا بعض الشيء في أجهزة الكشف عن المعادن في المطارات. المعدن أكثر كثافة من العظام، لذلك لا تمر الأشعة السينية من خلاله بسهولة، مما قد يؤدي إلى ظهور خطوط وعمليات تفتيش لا مفر منها.

يمكن للغرسات الطبية المصنوعة من ألياف الكربون تغيير ذلك. بينما يستمر العمل على بدائل ألياف الكربون لمفاصل الورك والركبة، فإن هذه المادة لها بالفعل تأثير كبير في العديد من التطبيقات الطبية. يبدأ فهم هذا المجال المثير بفهم القيمة الطبية لألياف الكربون قبل الخوض في عمليات الزرع والتطبيقات الأخرى.

مفصل الركبة

خصائص ألياف الكربون مناسبة للتطبيقات الطبية

تعتبر ألياف الكربون أخف وأقوى من الفولاذ، وكانت مفيدة في مجال الطيران ورياضة السيارات وتطبيقات السيارات لعقود من الزمن. بدءًا من الأشرطة أو الصفائح، يمكن تشكيل ألياف الكربون في هياكل معقدة أكثر صلابة وأقوى وأخف وزنًا وأكثر مقاومة للتعب من أي معدن مكافئ أو حتى من التيتانيوم. وهذا يسمح بتوفير الوزن مع إنشاء هياكل ومكونات أقوى.

بالإضافة إلى هذه الخصائص، تتمتع ألياف الكربون بثلاث خصائص أخرى تهم العاملين في المجال الطبي. إنها

ظليل للأشعة: تمر عبره الأشعة السينية ذات الشدة المستخدمة في التصوير الطبي

التوافق الحيوي: يتقبل الجسم غرسات ألياف الكربون وهناك أدلة على أنها تعزز التكامل العظمي بشكل أفضل من نظيراتها المعدنية

كثافة ومرونة تشبه العظام.

مفصل الورك بأربعة أشرطة

استخدامات ألياف الكربون في الأجهزة الطبية

القوة ونفاذية الأشعة تجعل ألياف الكربون المادة المفضلة للعديد من تطبيقات التصوير. على سبيل المثال، تعتمد أجهزة التصوير المقطعي والتصوير بالرنين المغناطيسي على 360 درجة° مسح جسم المريض. إذا كان المريض مستلقيًا على طاولة معدنية، فقد يؤدي ذلك إلى حجب جزء كبير من التصوير. ولمنع حدوث ذلك، يستلقي المرضى على طاولة طبية من ألياف الكربون تنزلق إلى منطقة التصوير. يمكن لهذه الطاولات أن تدعم أكثر من 200 رطل دون انحراف ودون تقييد رؤية أخصائي الأشعة.

تطبيق آخر للأجهزة الطبية لألياف الكربون هو الأدوات الكهربائية. وتتطلب هذه موانع تسرب لا تتسرب في أي من الاتجاهين ويمكنها تحمل بروتوكولات التنظيف والتعقيم السريرية. على عكس الأختام المرنة، فإن الأختام المصنوعة من مادة PTFE المملوءة بألياف الكربون تتمتع بدرجة الحرارة والمقاومة الكيميائية اللازمة لتحمل هذه العمليات.

مفصل ركبة هوائي بأربعة أشرطة

التطبيقات الاصطناعية لألياف الكربون

يحتاج مبتوري الأطراف إلى أطراف صناعية خفيفة الوزن وقوية ومتينة، مما يجعل ألياف الكربون مادة مثالية. يقوم العديد من الشركات المصنعة بإنتاج أعشاش وأطراف صناعية من ألياف الكربون. تُستخدم تقنيات التصنيع التي تم تطويرها في الأصل من أجل الطيران ورياضة السيارات بشكل شائع لإنشاء أطراف صناعية. يتطلب ذلك استخدام شريط مشرب مسبقًا وضغط أو قولبة الأوتوكلاف لتشكيل الشكل.

أحد التطبيقات المثيرة للجدل والمثيرة للجدل لألياف الكربون في الأطراف الصناعية يتعلق بالقدم. لقد وجد الرياضيون أن ألياف الكربون توفر تخزينًا أكبر للطاقة واستجابة ديناميكية أكبر مما يمكن أن توفره قدم الإنسان. هذا يعني ذاك أقدام صناعية من ألياف الكربون تقديم ميزة للرياضيين ذوي الإعاقة. يمكن أن توفر ألياف الكربون أيضًا تحسينات في الأداء عند دمجها في الأحذية الرياضية.

قدم تخزين الطاقة من ألياف الكربون

زراعة ألياف الكربون الطبية

أكدت الأبحاث المكثفة، مثل تلك المفصلة في "التوافق الحيوي لألياف الكربون في عمليات الزرع"، أن ألياف الكربون ليست آمنة للزرعات الطبية فحسب، ولكنها توفر أيضًا العديد من المزايا مقارنة بمواد الزرع الأخرى. وتشمل هذه الخصائص نقل الحمل الفائق، والذي يساعد، وفقًا لقانون وولف، على تقوية العظام، والخصائص الكهربائية التي تعزز تكوين الأنسجة.

عادةً ما تُصنع الغرسات العظمية من البولي إيثر كيتون المقوى بألياف الكربون (CFR-PEEK)، وهو بوليمر لدن بالحرارة يتمتع بمقاومة كيميائية ممتازة، ونقطة انصهار عالية، ودرجة حرارة انتقال زجاجي تبلغ حوالي 289 درجة.°F. تؤدي إضافة أطوال قصيرة من ألياف الكربون إلى المزيج إلى الحصول على مركب قوي وخفيف الوزن ومقاوم للتعب. تعد عملية قولبة التدفق المركب مشتقة من قولبة الحقن وتستخدم في صنع غرسات CRF-PEEK.

مفصل الورك الميكانيكي ذو المحور الواحد من الفولاذ المقاوم للصدأ

تم استخدام CFR-PEEK في مسامير العظام والمزروعات لعدة سنوات. تعتبر أقفاص العمود الفقري تطبيقًا آخر راسخًا، وقد بدأ الأطباء مؤخرًا في استخدام المادة لاستبدال أقراص العمود الفقري. يجري العمل حاليًا على استخدام غرسات العظام CFR-PEEK كبدائل للتيتانيوم في عمليات استبدال الركبة والورك.

ومن المثير للاهتمام أن الغرسات هي أحد التطبيقات التي لا يكون فيها الضوء الإشعاعي لألياف الكربون مفيدًا جدًا. المشكلة هنا هي أنها لا تفعل ذلك'لا تظهر على الأشعة السينية، مما يجعل من الصعب على المتخصصين الطبيين تحديد الموقع. يعالج مصنعو الغرسات الطبية المصنوعة من ألياف الكربون هذه المشكلة عن طريق إضافة مواد تشتت الأشعة السينية، ولا سيما سلك التنتالوم.

جعل الحياة أفضل لملايين الناس

نفس الخصائص التي تجعل ألياف الكربون جذابة للغاية في مجال الطيران ورياضة السيارات والسلع الرياضية مثل الأحذية والدراجات تجعلها أيضًا مرشحًا رائعًا للعديد من الاستخدامات الطبية. ويدعم هذا أيضًا حقيقة أن ألياف الكربون قابلة لنفاذ الأشعة ولها خصائص ميكانيكية مماثلة لتلك الموجودة في العظام البشرية. في حين أن استخدام الأجهزة الطبية والأطراف الصناعية يزدهر، فإن تطبيقات زراعة الأعضاء لديها القدرة الأكبر على تحسين النتائج السريرية وتحسين نوعية الحياة. ربما سيضعون حدًا لتأخير أجهزة الكشف عن المعادن في المطار!