Ưu điểm của việc sử dụng vật liệu sợi carbon trong thiết bị y tế là gì?

2025-09-18 13:59:04

Vật liệu tổng hợp sợi carbon với ưu điểm là trọng lượng nhẹ, độ bền cao và độ cứng uốn cao, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Việc sử dụng sợi carbon lần đầu tiên trong các thiết bị y tế bắt đầu vào những năm 1960, khi nghiên cứu về vật liệu chống đông máu cho mạch máu nhân tạo cho thấy đặc tính chống đông máu đáng chú ý của vật liệu carbon. Sau khi Bokros đi tiên phong trong việc sử dụng vật liệu cacbon làm thiết bị y sinh vào những năm 1970, vật liệu tổng hợp sợi cacbon đã thu hút được sự chú ý rộng rãi trong lĩnh vực y tế. Hãy thảo luận về những lợi ích của việc sử dụng vật liệu tổng hợp sợi carbon trong các thiết bị y tế.

1. Tính chất cơ học tuyệt vời của sợi carbon

Vật liệu tổng hợp sợi carbon mang lại lợi ích về cường độ nén cao và trọng lượng thấp, cường độ và mô đun riêng cao. Trong các thiết bị y tế, chúng có thể được sử dụng cho các bộ phận đòi hỏi độ cứng cao và trọng lượng nhẹ. Ví dụ như cáng và xe lăn bằng sợi carbon, có trọng lượng nhẹ và độ bền nén cao, giúp người dùng dễ dàng mang theo và sử dụng.

2. Tính bất đẳng hướng và khả năng thiết kế của sợi carbon

Một số thành phần trong thiết bị y tế yêu cầu độ lệch tối thiểu khi được tải theo các hướng nhất định, dẫn đến độ cứng cao. Vật liệu tổng hợp nhựa epoxy được gia cố bằng sợi carbon có thể biểu hiện tính dị hướng đáng kể, nghĩa là có sự khác biệt đáng kể về độ bền dọc theo trục sợi và vuông góc với nó. Tính dị hướng của vật liệu này mang lại sự linh hoạt đáng kể trong thiết kế.

3. Độ truyền tia X của sợi carbon

Hệ số suy giảm cường độ hoặc mức độ hấp thụ của tia X sau khi đi qua vật liệu có liên quan đến thành phần, số nguyên tử, mật độ và độ dày của vật liệu. Tương đương nhôm của vật liệu tổng hợp sợi carbon là 0,11 và của cấu trúc lớp xen kẽ bọt composite sợi carbon là 0,52. 

Độ truyền tia X của chúng vượt trội hơn đáng kể so với các vật liệu y tế truyền thống như nhôm, ván ép và nhựa phenolic. So với vật liệu tổng hợp sợi carbon, nhựa epoxy có thành phần nguyên tố là C, H và O, trong khi sợi carbon có thành phần nguyên tố là C. Khả năng hấp thụ khối lượng tia X của chúng thấp hơn đáng kể so với các vật liệu thông thường. Hơn nữa, vật liệu tổng hợp sợi carbon cho phép bức xạ chiếu vào ván giường từ bất kỳ hướng nào mà không gây ra phản xạ. Việc sử dụng ván giường y tế bằng sợi carbon trong chẩn đoán CT không chỉ có thể làm giảm mức tiêu thụ tia X mà còn giúp kết quả chẩn đoán rõ ràng và chính xác hơn.