Inovasi Serat Karbon di Industri Medis

Implan pinggul dan lutut telah melakukan keajaiban untuk meningkatkan mobilitas dan kualitas hidup orang, tetapi mereka sedikit mengganggu detektor logam bandara. Logam jauh lebih padat daripada tulang, sehingga sinar-x tidak mudah melewatinya, yang menyebabkan antrian dan kerusakan yang tak terhindarkan.

Implan medis serat karbon dapat mengubah itu. Sementara pekerjaan pada penggantian serat karbon untuk sendi pinggul dan lutut terus berlanjut, ada banyak aplikasi medis di mana bahan ini sudah memiliki dampak yang dramatis. Memahami bidang yang menarik ini dimulai dengan apresiasi nilai medis dari serat karbon, diikuti dengan mendalami implan dan aplikasi lainnya.

Karakteristik Serat Karbon Menguntungkan untuk Aplikasi Medis

Lebih ringan dan lebih kuat dari baja, serat karbon telah digunakan untuk aplikasi luar angkasa, olahraga motor, dan otomotif selama beberapa dekade. Dimulai sebagai pita atau lembaran, serat karbon dapat dibentuk menjadi struktur kompleks yang kaku, kuat, ringan, dan lebih tahan lelah daripada logam apa pun yang setara, bahkan titanium. Ini menghemat berat sekaligus menciptakan struktur dan komponen yang lebih kuat.

Selain sifat-sifat ini, serat karbon memiliki tiga karakteristik lain yang menarik minat para profesional medis. Ini adalah:

• Radiolusen:Sinar-X dengan intensitas yang digunakan untuk pencitraan medis melewatinya
• Biokompatibel:Tubuh menerima implan serat karbon, dan bukti menunjukkan implan tersebut memfasilitasi osseointegrasi lebih baik daripada yang setara dengan logam
• Serupa dalam kepadatan dan elastisitas tulang

Penggunaan Serat Karbon dalam Peralatan Medis

Kekuatan dan radiolusen membuat serat karbon menjadi bahan pilihan di banyak aplikasi pencitraan. Misalnya, mesin CT dan MRI bergantung pada pengambilan pemindaian 360° di sekitar tubuh pasien. Jika meja pasien berbaring adalah logam, itu akan memblokir sebagian besar pencitraan. Untuk mencegah hal ini, pasien berbaring di meja medis serat karbon kantilever yang meluncur ke bidang pencitraan. Tabel ini dapat menahan beban lebih dari dua ratus pon tanpa defleksi dan tanpa membatasi pandangan ahli radiologi.

Aplikasi peralatan medis lain dari serat karbon adalah alat-alat listrik. Ini membutuhkan segel yang tidak bocor di kedua arah dan yang tahan terhadap pembersihan klinis dan rejimen sterilisasi. Tidak seperti seal elastomer, seal yang dibuat dengan PTFE berisi serat karbon memiliki suhu dan ketahanan kimia yang diperlukan untuk menahan proses ini.

Aplikasi Prostetik dari Serat Karbon

Orang yang diamputasi membutuhkan prostetik yang ringan, namun kuat dan tahan lama, yang menjadikan serat karbon sebagai bahan yang ideal. Sejumlah produsen memproduksi soket dan kaki palsu dari serat karbon. Teknik manufaktur awalnya dikembangkan untuk kedirgantaraan dan olahraga motor yang paling umum digunakan untuk membuat prosthetics. Ini memerlukan pembentukan bentuk dengan pita pra-diresapi dan kompresi atau cetakan autoklaf. Namun, penggunaan pencetakan 3D semakin meningkat, seperti terlihat pada kaki palsu baru ini, yang menggunakan poliamida Ultramid yang diperkuat dengan serat karbon pendek.

Aplikasi prostetik serat karbon yang menarik, dan agak kontroversial, menyangkut kaki. Para atlet telah menemukan bahwa serat karbon menawarkan penyimpanan energi dan respons dinamis yang lebih besar daripada yang dapat diberikan oleh kaki manusia. Ini berarti kaki palsu serat karbon memberikan keuntungan bagi atlet penyandang disabilitas. Serat karbon juga dapat memberikan peningkatan performa saat dimasukkan ke dalam sepatu olahraga.

Implan Medis Serat Karbon

Penelitian ekstensif, seperti yang dirinci dalam, “Biokompatibilitas Serat Karbon untuk Implan,” menegaskan bahwa serat karbon tidak hanya aman untuk implan medis, tetapi juga memberikan beberapa keunggulan dibandingkan bahan implan lainnya. Ini termasuk transfer beban yang unggul, yang, sesuai dengan Hukum Wolff, membantu memperkuat tulang, dan sifat listrik yang mendorong pembentukan jaringan.

Implan ortopedi biasanya dibuat dari polyetheretherketone yang diperkuat serat karbon (CFR-PEEK). MENGINTIP adalah polimer termoplastik dengan ketahanan kimia yang sangat baik, titik leleh yang tinggi, dan suhu transisi gelas sekitar 289°F. Menambahkan serat karbon panjang pendek ke dalam campuran menciptakan komposit yang kuat, tahan lelah, dan ringan. Proses pencetakan aliran komposit, yang merupakan turunan dari pencetakan injeksi, digunakan untuk membuat implan CRF-PEEK.

CFR-PEEK telah digunakan dalam sekrup tulang dan implan selama beberapa tahun. Kandang tulang belakang adalah aplikasi mapan lainnya, dan baru-baru ini, dokter mulai menggunakan bahan tersebut untuk menggantikan cakram tulang belakang. Pekerjaan sedang dilakukan untuk menggunakan implan ortopedi CFR-PEEK sebagai alternatif pengganti titanium dalam penggantian lutut dan pinggul.

Menariknya, implan adalah aplikasi di mana radiolusen serat karbon tidak begitu bermanfaat. Masalahnya di sini adalah tidak muncul di sinar-X, sehingga sulit bagi profesional medis untuk menentukan lokasi. Produsen implan medis serat karbon mengatasi hal ini dengan menambahkan bahan yang menyebarkan sinar-X, terutama kawat tantalum.

Membuat Hidup Lebih Baik untuk Jutaan Orang

Sifat-sifat yang membuat serat karbon begitu menarik di ruang angkasa, olahraga motor, dan barang-barang olahraga, seperti alas kaki dan sepeda, juga menjadikannya kandidat yang sangat baik untuk sejumlah kegunaan medis. Ini lebih lanjut didukung oleh serat karbon yang radiolusen dan memiliki sifat mekanik yang mirip dengan tulang manusia. Sementara peralatan medis dan penggunaan prostetik sedang booming, aplikasi implan memiliki potensi terbesar untuk meningkatkan hasil klinis dan meningkatkan kualitas hidup. Mungkin mereka bahkan akan mengakhiri penundaan di detektor logam bandara!