碳纖維增強(qiáng)PEEK在骨科臨床應(yīng)用中的特殊意義
優(yōu)勢(shì)一:質(zhì)輕力強(qiáng)
聚醚醚酮(簡(jiǎn)稱peek)的剛性高、尺寸穩(wěn)定性好、線膨脹系數(shù)小、能承受極大的應(yīng)力,不會(huì)因時(shí)間的延長(zhǎng)而產(chǎn)生明顯的延伸,而且其密度小,加工性能好,適宜于對(duì)精細(xì)度要求高的部件。在上述這些要素中,碳纖維材料與聚醚醚酮的特點(diǎn)高度重合,碳纖維不僅是典型的輕量化材料之一,在力學(xué)性能上也是出類拔萃的。因此,使用碳纖維增強(qiáng)的聚醚醚酮復(fù)合材料與傳統(tǒng)的金屬材料相比,至少可以減重70%以上,而且集中了二者的優(yōu)勢(shì),成為骨科外固定器、瞄準(zhǔn)器等醫(yī)療器械理想的原材料之一。
優(yōu)勢(shì)二:耐磨損
聚醚醚酮材料(peek)本身就很耐磨,與碳纖維之間良好的界面結(jié)合又進(jìn)一步提高了它的耐磨性,無錫智上新材按照GB 3960-83國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)自己生產(chǎn)的碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料部件和鈷合金材料進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn),在23℃下,使用M-200的磨損機(jī)以400rpm轉(zhuǎn)速磨損100分鐘后發(fā)現(xiàn),碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料表面光滑,磨痕細(xì)小,碳纖維與PEEK的結(jié)合良好,無纖維抽出現(xiàn)象。相比而言,鈷合金的表面磨痕則非常明顯,甚至有大量的磨損顆粒出現(xiàn),金屬內(nèi)部雜質(zhì)影像可見。不僅如此,碳纖維增強(qiáng)peek的耐磨性能還顯著優(yōu)于Ti,磨損率僅為陶瓷股骨頭與超高分子聚乙烯相磨損的1/30,經(jīng)過1000萬次循環(huán)載荷實(shí)驗(yàn),未發(fā)現(xiàn)疲勞損傷,經(jīng)掃描電鏡證實(shí)材料的纖維基質(zhì)結(jié)合良好。碳纖維peek復(fù)合材料的這種耐磨性對(duì)骨科臨床來說意義尤為重大。
優(yōu)勢(shì)三:生物相容性
經(jīng)過國(guó)內(nèi)外學(xué)者相關(guān)的體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)證明,碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料不僅無細(xì)胞毒性,還能促進(jìn)骨細(xì)胞的蛋白合成和成骨,用作人工關(guān)節(jié)假體時(shí)呈現(xiàn)出良好的促成骨細(xì)胞增生及粘附能力,碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料與骨的界面結(jié)合強(qiáng)度優(yōu)于其它人工關(guān)節(jié)材料,臨床應(yīng)用療效明顯優(yōu)于金屬材料產(chǎn)品,能從根本上緩解目前關(guān)節(jié)假體金屬材料由于力學(xué)和生物學(xué)不相容所導(dǎo)致的假體松動(dòng)并發(fā)癥等問題。可行的應(yīng)用形式有腰椎融合器、接骨板等。
優(yōu)勢(shì)四:耐腐蝕性
peek在熱水、蒸汽、溶劑和化學(xué)試劑等中都能表現(xiàn)出較高的機(jī)械強(qiáng)度和水解穩(wěn)定性,用于碳纖維增強(qiáng)的peek復(fù)合材料制作的骨科瞄準(zhǔn)器、外固定支架等適用于醫(yī)院常規(guī)的器械消毒過程,例如蒸汽高溫滅菌。高溫蒸汽所帶來的水分子會(huì)使復(fù)合材料吸濕,吸濕后的復(fù)合材料基體和纖維二者之間的結(jié)合就會(huì)變差,界面就容易發(fā)生脫粘,這種脫粘不僅造成了部分纖維被拔出,而且會(huì)降低纖維和基體間的應(yīng)力傳遞,導(dǎo)致復(fù)合材料強(qiáng)度的下降。但是,經(jīng)過嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)證明,只有超過1小時(shí)以上的120℃以上的高溫蒸汽才會(huì)在極微小的程度上對(duì)材料的彎曲和剪切強(qiáng)度產(chǎn)生影響,而15-20分鐘的常規(guī)高溫滅菌并不會(huì)對(duì)碳纖維增強(qiáng)peek復(fù)合材料的醫(yī)療器械產(chǎn)生任何性能上的消極影響,這也是大多數(shù)金屬類材質(zhì)無法比擬的優(yōu)勢(shì)。
優(yōu)勢(shì)五:良好的X光透過性
與不銹鋼、硬鋁合金材質(zhì)的骨外固定器相比,這三種材質(zhì)在X光片上所呈現(xiàn)的影像差別很大,不銹鋼、鋁合金的骨外固定部件的影像在X光片仍然可見,而碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料在X射線下卻沒有干擾視覺的可能性。碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料的材質(zhì)體現(xiàn)出優(yōu)越的X射線穿透能力,在臨床上,碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮的這種穿透性有利于醫(yī)生能夠更好地進(jìn)行骨折的整復(fù)治療,也便于其更清晰地觀察到病灶的愈合情況。
目前,國(guó)內(nèi)較為常見的碳纖維增強(qiáng)peek復(fù)合材料產(chǎn)品大多屬于短切碳纖維或碳纖維粉末增強(qiáng)類型,不過在骨科臨床使用過程中發(fā)現(xiàn),短切碳纖維增強(qiáng)peek復(fù)合材料制作成的骨外固定器等容易發(fā)生孔位偏移等問題,特別是在高頻率、高載荷的運(yùn)行中這種缺陷愈發(fā)明顯。為此,我公司汲取國(guó)外同行的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),使用連續(xù)碳纖維增強(qiáng)peek作為原材料替代短切碳纖維增強(qiáng)peek,有效地避免了上述問題。
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