Inovações em fibra de carbono para a indústria médica

Quadril e implantes de joelho fizeram maravilhas para melhorar a mobilidade e a qualidade de vida das pessoas, mas são um pouco incômodos nos detectores de metais dos aeroportos. O metal é muito mais denso que o osso, por isso os raios X não passam facilmente através dele, o que pode levar a linhas e às inevitáveis ​​buscas de revista.

Os implantes médicos de fibra de carbono podem mudar isso. Enquanto o trabalho continua em substituições de fibra de carbono para articulações de quadril e joelho, este material já está causando um enorme impacto em muitas aplicações médicas. A compreensão deste campo emocionante começa com a compreensão do valor médico da fibra de carbono antes de se aprofundar em implantes e outras aplicações.

Articulação do joelho

Propriedades da fibra de carbono favoráveis ​​para aplicações médicas

Mais leves e mais fortes que o aço, as fibras de carbono têm sido úteis em aplicações aeroespaciais, automobilísticas e automotivas há décadas. Começando com fitas ou folhas, as fibras de carbono podem ser moldadas em estruturas complexas que são mais rígidas, mais fortes, mais leves e mais resistentes à fadiga do que qualquer equivalente metálico ou mesmo titânio. Isso permite economia de peso ao mesmo tempo em que cria estruturas e componentes mais fortes.

Além dessas propriedades, a fibra de carbono possui outras três propriedades que interessam aos profissionais médicos. Isso é

Radiopaco: raios X da intensidade usada para imagens médicas passam por ele

Biocompatibilidade: o corpo aceita implantes de fibra de carbono e há evidências de que eles promovem a osseointegração melhor do que seus equivalentes metálicos

Densidade e elasticidade semelhantes às do osso.

Articulação do quadril de quatro barras

Usos de fibra de carbono em dispositivos médicos

A resistência e a permeabilidade aos raios tornam as fibras de carbono o material preferido para muitas aplicações de imagem. Por exemplo, máquinas de tomografia computadorizada e ressonância magnética contam com um 360° varredura do corpo do paciente. Se o paciente estiver deitado sobre uma mesa de metal, isso poderá bloquear grande parte da imagem. Para evitar isso, os pacientes deitam-se em uma mesa médica de fibra de carbono em balanço que desliza para dentro da área de imagem. Estas mesas podem suportar mais de 200 libras sem deflexão e sem restringir a visão do radiologista.

Outra aplicação de dispositivos médicos para fibra de carbono são as ferramentas elétricas. Eles exigem vedações que não vazem em nenhuma direção e que possam suportar protocolos clínicos de limpeza e esterilização. Ao contrário das vedações elastoméricas, as vedações feitas de PTFE preenchido com fibra de carbono têm a temperatura e a resistência química necessárias para suportar esses processos.

Articulação pneumática do joelho de quatro barras

Aplicações protéticas para fibras de carbono

Os amputados precisam de próteses leves, fortes e duráveis, o que torna a fibra de carbono um material ideal. Muitos fabricantes estão produzindo ninhos e membros protéticos em fibra de carbono. As técnicas de fabricação originalmente desenvolvidas para o setor aeroespacial e automobilístico são mais comumente usadas para criar membros protéticos. Isso requer o uso de fita pré-impregnada e moldagem por compressão ou autoclave para formar o formato.

Uma aplicação interessante e controversa da fibra de carbono para próteses envolve o pé. Os atletas descobriram que a fibra de carbono proporciona maior armazenamento de energia e resposta dinâmica do que o pé humano pode fornecer. Isso significa que pés protéticos de fibra de carbono oferecer uma vantagem aos atletas com deficiência. As fibras de carbono também podem proporcionar melhorias de desempenho quando incorporadas em calçados esportivos.

Pé Sach de energia para armazenamento de fibra de carbono

Implantes médicos de fibra de carbono

Uma extensa pesquisa, como a detalhada em “Biocompatibilidade de Fibra de Carbono para Implantes”, confirmou que a fibra de carbono não é apenas segura para implantes médicos, mas também oferece diversas vantagens sobre outros materiais de implante. Estes incluem transferência de carga superior, que, de acordo com a Lei de Wolff, ajuda a fortalecer os ossos, e propriedades elétricas que promovem a formação de tecidos.

Os implantes ortopédicos são normalmente feitos de polieteretercetona reforçada com fibra de carbono (CFR-PEEK), um polímero termoplástico com excelente resistência química, alto ponto de fusão e temperatura de transição vítrea de aproximadamente 289°F. A adição de comprimentos curtos de fibra de carbono à mistura resulta em um compósito forte, resistente à fadiga e leve. O processo de moldagem por fluxo de compósito é um derivado da moldagem por injeção e é usado para fazer implantes CRF-PEEK.

Articulação mecânica do quadril de eixo único de aço inoxidável

O CFR-PEEK tem sido utilizado em parafusos e implantes ósseos há vários anos. As gaiolas espinhais são outra aplicação estabelecida e, mais recentemente, os médicos começaram a usar o material para substituir os discos espinhais. Estão em andamento trabalhos para usar implantes ortopédicos CFR-PEEK como alternativas ao titânio em substituições de joelho e quadril.

Curiosamente, os implantes são uma aplicação onde a radiolucência da fibra de carbono não é tão benéfica. A questão aqui é que isso não'Não aparece nas radiografias, tornando mais difícil para os profissionais médicos determinarem a localização. Os fabricantes de implantes médicos de fibra de carbono abordam esta questão adicionando materiais que dispersam os raios X, nomeadamente fio de tântalo.

Tornando a vida melhor para milhões de pessoas

As mesmas propriedades que tornam a fibra de carbono tão atraente na indústria aeroespacial, no automobilismo e em artigos esportivos, como calçados e bicicletas, também a tornam uma ótima candidata para muitos usos médicos. Isto é ainda apoiado pelo facto de as fibras de carbono serem permeáveis ​​aos raios e terem propriedades mecânicas semelhantes às do osso humano. Embora o uso de dispositivos médicos e próteses esteja em expansão, as aplicações de implantes têm o maior potencial para melhorar os resultados clínicos e melhorar a qualidade de vida. Talvez eles até acabem com os atrasos nos detectores de metais nos aeroportos!