連續(xù)碳纖維增強(qiáng)peek在骨外固定支架中的應(yīng)用優(yōu)勢
臨床骨折的固定主要涉及內(nèi)固定、外固定和外固定器這幾種,內(nèi)固定是通過手術(shù)在直視下對骨折處以鋼板、螺絲釘?shù)冗M(jìn)行復(fù)位和固定,外固定即以傳統(tǒng)的石膏、夾板對骨折部位進(jìn)行局部外固定以保持穩(wěn)定,外固定器則是通過固定支架將特制的鋼釘打入骨中以達(dá)到穩(wěn)定的目的。
對于伴有大面積軟組織損傷或傷口嚴(yán)重污染的骨折、多段骨折、不穩(wěn)定尤其是粉碎嚴(yán)重的骨折、需多次搬動和分期處理的批量傷員的骨折、骨不連、肢體延長、燒傷合并骨折、多發(fā)性骨折以及合并顱腦損傷的骨折,骨外固定器可以在遠(yuǎn)離病灶區(qū)取穿針和架空創(chuàng)傷處固定,既能對骨骼牽開延長,又能對骨折端加壓,手術(shù)的操作和遠(yuǎn)離骨折端的鋼針可以避免加重骨折局部區(qū)域的破壞,體外固定裝置也不會影響到傷肢血液循環(huán),可糾正早期成角和旋轉(zhuǎn)畸形,能更好地解決固定與相關(guān)治療之間的矛盾。而且,骨外固定器比內(nèi)固定手術(shù)操作更加簡單,創(chuàng)傷小、不用輸血、骨愈合快、治愈率高、并發(fā)癥少而輕,且愈合后鋼針便于取出,無需二次手術(shù),有利于在各種復(fù)雜情況下對骨折進(jìn)行及時有效的固定。
用于制作骨外固定器的原材料不僅要滿足固定、牽伸、加壓等基本功能,還要有利于骨折的再修復(fù),其構(gòu)型、體積、重量和靈活性也很重要。一般具有良好固定作用的原材料能實(shí)現(xiàn)原始骨的愈合,但是其應(yīng)力遮擋現(xiàn)象卻不利于外骨痂的形成,骨折愈合往往需要持續(xù)很長時間,還易于發(fā)生二次骨折,所以骨外固定器在材料上必須選用強(qiáng)度好、質(zhì)量輕以及能透X射線的優(yōu)質(zhì)材料。
傳統(tǒng)的骨外固定器多選用金屬材質(zhì),如鈦合金、鈷鉻鉬合金等,彈性模量多在100GPa以上,但是人體骨質(zhì)彈性模量一般僅為1-3GPa,過高的彈性模量必然會產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力遮擋,所以輕度高而彈性模量適當(dāng)?shù)膹?fù)合材料相對而言就要適合得多。我公司根據(jù)國外骨科外固定器的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),使用長絲碳纖維增強(qiáng)PEEK復(fù)合材料代替一般的短切或粉末碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制作外固定器零部件,在耐磨性等方面應(yīng)用價值更為突出。
聚醚醚酮(PEEK)材料密度小、加工性能好,具有耐水解性、耐腐蝕性、阻燃性和絕緣性,PEEK樹脂無毒、質(zhì)量輕,是與人體骨骼最接近的材料,可與肌體相結(jié)合,但是其韌性和耐沖擊強(qiáng)度偏差,當(dāng)與增強(qiáng)纖維碳纖維結(jié)合使用時,其機(jī)械性能將明顯增加,材料的磨損率和摩擦系數(shù)也會隨之降低,另外,復(fù)合材料性能的可設(shè)計(jì)性還可以使其在很大范圍內(nèi)滿足多種剛度需求,總體呈現(xiàn)出熱穩(wěn)定性好、耐腐蝕、自重輕、透電磁射線好等特征,而且PEEK與碳纖維之間有良好的界面結(jié)合,碳纖維增強(qiáng)后的PEEK復(fù)合材料在抗蠕變、耐濕熱、耐老化和抗沖擊性能等方面都表現(xiàn)優(yōu)異。
醫(yī)療器械在使用過程中必須面對蒸汽消毒的問題,一般說來,蒸汽消毒的過程會引發(fā)纖維與樹脂基體的變化,并可通過擴(kuò)散進(jìn)入復(fù)合體系的界面,引起界面脫粘,導(dǎo)致材料的力學(xué)性能下降,我公司通過先進(jìn)的工藝處理,使長絲碳纖維增強(qiáng)的PEEK復(fù)合材料在經(jīng)過15-20分鐘的常規(guī)蒸汽滅菌消毒后,力學(xué)性能幾乎沒有變化,在高達(dá)數(shù)萬次的70%以上為載荷的彎曲疲勞后,彎曲模量也沒有顯著變化,纖維與基體的結(jié)合仍然很好,更好地滿足骨外固定材料在使用期間承受循環(huán)彎曲應(yīng)力的需求。
不僅如此,我公司的產(chǎn)品研發(fā)部對我們自己生產(chǎn)的PEEK碳纖維骨外固定器零部件進(jìn)行了對比性實(shí)驗(yàn),證明碳纖維增強(qiáng)PEEK復(fù)合材料具有極其優(yōu)越的X射線穿透能力,這對骨外科病人來說意義重大。因?yàn)榕R床醫(yī)生不僅需要借助X射線對骨折斷端進(jìn)行修復(fù)或固定手術(shù)操作,還需要經(jīng)常檢查病人的骨折愈合情況,在此情況下,將長絲碳纖維增強(qiáng)PEEK復(fù)合材料作為骨外固定器械材料,在骨外科的臨床應(yīng)用中受到了肯定和歡迎。
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