髋关节和膝关节植入物在改善人们的活动能力和生活质量领域创造了奇迹，但它们在机场金属探测器上有点麻烦。金属比骨骼密度大得多，所以X射线不容易穿透，这就导致排队和不可避免的搜身。

碳纤维医用植入物可以改变这一点。虽然碳纤维髋关节和膝关节替代物的研究仍在继续，但在许多医学应用中，这种材料已经产生了巨大的影响。

01、利于医疗应用的碳纤维特性

碳纤维比钢更轻、更坚固，几十年来一直用于航空航天、体育运动和汽车应用。碳纤维从单向带或薄板开始，可以加工成复杂的结构，这些结构比金属（甚至是钛）更坚固、轻便、更耐疲劳。这样可以在加工更坚固的结构和组件的同时节省重量。

除了上述这些特性外，碳纤维还有三个其他特性引起了医学专业人士的兴趣。主要包括：

射线可透性：用于医学成像的X射线可通过它

生物相容性：人体可接受碳纤维植入物，有证据表明碳纤维植入物比金属植入物更能促进骨整合

密度和弹性与骨骼相似

02、碳纤维在医疗设备中的应用

强度和射线可透性使碳纤维成为许多成像应用的首选材料。例如，CT和MRI设备依赖于对患者身体进行360°扫描，如果病人躺着的桌子是金属的，它会阻碍大部分成像。为了防止这种情况的发生，患者躺在一个滑入成像区域的悬臂式碳纤维医疗台上，这些桌子可以承受200磅以上的重量，不会产生偏斜，也不会限制放射科医生的视野。

碳纤维的另一个医疗设备应用是电动工具。这些要求密封件不会向任何方向泄漏，并且能够承受临床清洗和灭菌方案。与弹性密封不同，由碳纤维填充的PTFE制成的密封具有承受这些过程所需的温度和耐化学性。

03、碳纤维在修复中的应用

截肢者需要重量轻、坚固耐用的假肢，这使得碳纤维成为理想的材料。许多制造商正在用碳纤维生产假肢插座和假肢。最初为航空航天和赛车运动开发的制造技术常用于制造假肢。

这些需要使用预浸带和压缩或高压釜成型加工。然而，3D打印的使用正在越来越多，正如这条新的假肢，它使用了一种用短碳纤维增强聚酰胺复合材料。

碳纤维在假肢上的一个有趣的、有点争议的应用与脚有关。运动员们发现碳纤维比人的脚能提供更大的能量储存和动态响应。这意味着碳纤维假足给残疾运动员带来了优势。碳纤维在融入运动鞋中时还可以提高性能。

04、碳纤维医用植入物

目前已有广泛的研究证实了碳纤维不仅用于医疗植入物是安全的，而且与其他植入物材料相比具有一些优势。根据沃尔夫定律，这包括优越的负荷转移，有助于增强骨骼，以及促进组织形成的电特性。

骨科植入物通常由碳纤维增强聚醚醚酮（CFR-PEEK）制成。PEEK是一种热塑性聚合物，具有优异的耐化学性、高熔点和约289°F的玻璃化转变温度。在混合物中添加短切碳纤维可产生强度高、耐疲劳且重量轻的复合材料。复合流动成型工艺是注射成型的衍生工艺，用于制造CRF-PEEK植入物。

CFR-PEEK 已用于接骨螺钉和植入物多年。脊柱保持架是另一种成熟的应用，最近，医生们开始使用这种材料来代替椎间盘。在膝关节和髋关节置换术中使用 CFR-PEEK 骨科植入物替代钛的工作也正在进行中。

有趣的是，碳纤维射线可透性对于植入物而言不是一项优异特性，因为它不会出现在 X 射线上，这使得医疗专业人员更难确定位置。但是，碳纤维医疗植入物的制造商通过添加散射 X 射线的材料（特别是钽丝）来解决这个问题。