根據(jù)早期美國一家研究機(jī)構(gòu)發(fā)布的肢體喪失患病率的論文，預(yù)計(jì)到2050年美國國內(nèi)肢體缺失患者將翻一番，總?cè)藬?shù)達(dá)到360萬。目前，以金屬復(fù)合材料為原料的假肢已成為常態(tài)，但碳纖維將會(huì)改變這一行業(yè)。

隨著醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步，碳纖維假肢將不再是奢侈品行業(yè)的一部分，而是成為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。隨著業(yè)內(nèi)人士對(duì)碳纖維應(yīng)用真實(shí)范圍的調(diào)研，越來越多的醫(yī)學(xué)專家對(duì)其感興奮。雖然在本文中重點(diǎn)是關(guān)注碳纖維修復(fù)，但外科碳纖維植入物的使用也在爆炸式增長(zhǎng)。為什么碳纖維會(huì)適用于醫(yī)療領(lǐng)域，它的基本特征是什么？

碳纖維比鋼更輕、更堅(jiān)固�？梢酝ㄟ^使用高壓釜固化、高壓釜外固化、氣囊成型、鑄造成型和壓縮成型等多種加工形式來加工碳纖維產(chǎn)品。

使用碳纖維材料生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)件可以達(dá)到最高標(biāo)準(zhǔn)，并可以按照所需的精確形式創(chuàng)建。此外，與鈦等金屬相比，材料特性會(huì)變得更硬、更輕、更耐用。

最重要的是，碳纖維有幾個(gè)突出的固有特性，非常適合醫(yī)療用途，例如：

• X射線可以穿透碳纖維

• 身體可以接受碳纖維植入物

• 密度和彈性與骨骼相似

根據(jù)一項(xiàng)名為碳纖維植入物生物相容性的大鼠研究，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料刺激了脛骨骨髓內(nèi)的骨整合。此外，碳纖維增加了骨面積百分比（PBA）。

當(dāng)碳纖維和鈦合金的表面積同為0.1毫米（0.0039英寸）時(shí)，相比之下，碳纖維的表面積比鈦合金的19.3%高出77.7%。雖然這一切都集中在植入物上，但碳纖維假體將受益于該材料的許多固有特性。

碳纖維假肢的好處

通過使用堅(jiān)固靈活的材料，可以創(chuàng)建適合日常使用的修復(fù)解決方案。因?yàn)樘祭w維具有輕量化、高靈活、高強(qiáng)度，且具有廣泛的適應(yīng)能力。此外，當(dāng)碳纖維和聚合物的混合時(shí)會(huì)提供更廣泛的使用范圍。

碳纖維復(fù)合材料的機(jī)械性能包括其輕質(zhì)、柔韌性和高強(qiáng)度，使其成為一種很好的應(yīng)用材料。當(dāng)一個(gè)人體重的壓縮負(fù)荷被施加在假肢上時(shí)，這些特性使其可以儲(chǔ)存能量。在下一步抬腳時(shí)會(huì)導(dǎo)致減壓，材料會(huì)恢復(fù)到其原始形狀，釋放儲(chǔ)存的能量。因此，碳纖維復(fù)合材料在站立階段儲(chǔ)存彈性能，并在有助于擺動(dòng)腿的步驟中釋放彈性能。

這種能量?jī)?chǔ)存和釋放系統(tǒng)可以提高假肢的性能。在描述假肢系統(tǒng)的行為時(shí)，可以假設(shè)它的行為像一個(gè)完美的彈簧，這意味著其適用于胡克定律，應(yīng)力和應(yīng)變之間存在線性關(guān)系，不會(huì)損失能量。

就材料的組成而言，碳纖維的浸沒強(qiáng)度和聚合物的柔韌性都有助于提高材料的柔韌性。由于當(dāng)平行于纖維方向和橫向方向施加載荷時(shí)，纖維以不同的機(jī)械方式響應(yīng)，因此平均材料性能對(duì)幾何結(jié)構(gòu)敏感。因此，不僅假肢的設(shè)計(jì)對(duì)其功能很重要，而且為了調(diào)整個(gè)人的性能，可以改變材料的組成。

無論從事什么活動(dòng)，重量對(duì)于假肢來說都是至關(guān)重要的。由于碳纖維假肢要比金屬復(fù)合材料輕得多，因此可以加工制成更薄的假肢。