Inovações em fibra de carbono na indústria médica

Os implantes de quadril e joelho têm feito maravilhas para melhorar a mobilidade e a qualidade de vida das pessoas, mas são um pouco incômodos no detector de metais do aeroporto. O metal é muito mais denso que o osso, então os raios X não passam por ele prontamente, o que leva a filas e à inevitável verificação.

Os implantes médicos de fibra de carbono podem mudar isso. Enquanto o trabalho em substituições de fibra de carbono para as articulações do quadril e joelho continua, existem muitas aplicações médicas onde este material já está tendo um impacto dramático. A compreensão desse campo emocionante começa com uma apreciação do valor médico da fibra de carbono, seguido por um mergulho em implantes e outras aplicações.

Características da fibra de carbono favoráveis ​​para aplicações médicas

Mais leve e mais forte que o aço, a fibra de carbono tem sido usada em aplicações aeroespaciais, automobilísticas e automotivas há várias décadas. Começando como uma fita ou folha, a fibra de carbono pode ser moldada em estruturas complexas que são rígidas, fortes, leves e mais resistentes à fadiga do que qualquer equivalente de metal, até mesmo titânio. Isso economiza peso ao criar estruturas e componentes mais fortes.

Além dessas propriedades, a fibra de carbono possui três outras características que interessam ao profissional médico. Isto é:

• Radiotransparente:raios-X da intensidade usada para imagens médicas passam por ele
• Biocompatível:o corpo aceita implantes de fibra de carbono e as evidências mostram que eles facilitam a osseointegração melhor do que os equivalentes de metal
• Semelhante em densidade e elasticidade ao osso

Usos de fibra de carbono em equipamentos médicos

A resistência e a radioluscência tornam a fibra de carbono um material preferido em muitas aplicações de imagem. Por exemplo, as máquinas de TC e ressonância magnética dependem de uma varredura de 360 ​​° ao redor do corpo do paciente. Se a mesa em que os pacientes se deitassem fosse de metal, isso bloquearia grande parte da imagem. Para evitar isso, os pacientes deitam em uma mesa médica de fibra de carbono em balanço que desliza para o campo de imagem. Essas mesas podem suportar mais de cem quilos sem deflexão e sem restringir a visão do radiologista.

Outra aplicação de fibra de carbono em equipamentos médicos são as ferramentas elétricas. Isso requer vedações que não vazem em nenhuma direção e que resistam a regimes clínicos de limpeza e esterilização. Ao contrário das vedações elastoméricas, aquelas feitas com PTFE preenchido com fibra de carbono têm a temperatura e a resistência química necessárias para suportar esses processos.

Aplicações protéticas de fibra de carbono

Amputados exigem próteses leves, mas fortes e duráveis, o que torna a fibra de carbono o material ideal. Vários fabricantes estão produzindo próteses e membros de fibra de carbono. As técnicas de fabricação originalmente desenvolvidas para aeroespacial e automobilismo são mais comumente usadas para criar próteses. Isto implica formar a forma com fita pré-impregnada e moldagem por compressão ou autoclave. No entanto, o uso da impressão 3D está crescendo, como pode ser visto nesta nova perna protética, que usa uma poliamida Ultramid reforçada com fibra curta de carbono.

Uma aplicação protética interessante e um tanto controversa de fibra de carbono diz respeito aos pés. Os atletas descobriram que a fibra de carbono oferece maior armazenamento de energia e resposta dinâmica do que o pé humano. Isso significa que os pés protéticos de fibra de carbono oferecem uma vantagem aos atletas com deficiência. A fibra de carbono também pode fornecer ganhos de desempenho quando incorporada em calçados esportivos.

Implantes médicos de fibra de carbono

Pesquisas extensas, como as detalhadas em “Biocompatibilidade da fibra de carbono para implantes”, confirmam que a fibra de carbono não é apenas segura para implantes médicos, mas confere várias vantagens sobre outros materiais de implante. Isso inclui transferência superior de cargas, que, de acordo com a Lei de Wolff, ajuda a fortalecer os ossos e propriedades elétricas que estimulam a formação de tecidos.

Os implantes ortopédicos são normalmente produzidos a partir de polieteretercetona reforçada com fibra de carbono (CFR-PEEK). PEEK é um polímero termoplástico com excelente resistência química, um alto ponto de fusão e uma temperatura de transição vítrea de cerca de 289 ° F. Adicionar fibra de carbono de comprimento curto à mistura cria um composto que é forte, resistente à fadiga e leve. Um processo de moldagem por fluxo composto, que é uma derivação da moldagem por injeção, é usado para fazer implantes de CRF-PEEK.

CFR-PEEK tem sido usado 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. O trabalho está em andamento no uso de implantes ortopédicos CFR-PEEK como alternativas ao titânio em substituições de joelho e quadril.

Curiosamente, os implantes são uma aplicação em que a radioluscência da fibra de carbono não é tão benéfica. O problema aqui é que não aparecem nas radiografias, tornando mais difícil para os profissionais médicos determinarem a localização. Os fabricantes de implantes médicos de fibra de carbono resolvem isso adicionando materiais que dispersam os raios X, principalmente o fio de tântalo.

Tornando a vida melhor para milhões

As propriedades que tornam a fibra de carbono tão atraente na indústria aeroespacial, nos esportes motorizados e nos artigos esportivos, como calçados e bicicletas, também a tornam uma excelente candidata para uma série de usos médicos. Isto é ainda suportado pela fibra de carbono sendo radiotransparente e possuindo propriedades mecânicas semelhantes às do osso humano. Enquanto o uso de equipamentos médicos e próteses está crescendo, 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 metal do aeroporto!