髋关节和 膝关节植入物 为改善人们的流动性和生活质量创造了奇迹，但它们在机场金属探测器中有点麻烦。金属比骨头密度大得多，因此 X 射线不容易穿过金属，这可能会导致划痕和不可避免的搜身。
碳纤维医疗植入物可以改变这一现状。虽然髋关节和膝关节的碳纤维替代品的研究仍在继续，但这种材料已经在许多医疗应用中产生了巨大影响。了解这个令人兴奋的领域首先要了解碳纤维的医学价值，然后再深入研究植入物和其他应用。
膝关节
碳纤维比钢更轻、更坚固，数十年来一直在航空航天、赛车运动和汽车应用中发挥作用。从带材或片材开始，碳纤维可以模制成复杂的结构，比任何金属等同物甚至钛都更硬、更强、更轻、更耐疲劳。这样可以减轻重量，同时创建更坚固的结构和组件。
除了这些特性之外，碳纤维还具有医疗专业人员感兴趣的其他三种特性。这是
不透射线：医学成像强度的 X 射线可以穿过它
生物相容性：身体接受碳纤维植入物，并且有证据表明它们比金属同类物更好地促进骨整合
密度和弹性与骨相似。
四连杆髋关节
强度和射线渗透性使碳纤维成为许多成像应用的首选材料。例如，CT 和 MRI 机器依赖于 360° 对患者身体进行扫描。如果患者躺在金属桌子上，金属桌子可能会遮挡大部分成像。为了防止这种情况，患者躺在滑入成像区域的悬臂式碳纤维医疗台上。这些工作台可以支撑超过 200 磅的重量，不会发生偏转，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。这些需要密封件在任一方向上都不会泄漏，并且能够承受临床清洁和灭菌方案。与弹性密封件不同，由碳纤维填充 PTFE 制成的密封件具有承受这些过程所需的温度和耐化学性。
四杆气动膝关节
截肢者需要轻质、坚固且耐用的假肢，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巢和假肢。最初为航空航天和赛车运动开发的制造技术最常用于制造假肢。这些需要使用预浸渍胶带并压缩或高压釜成型来形成形状。
碳纤维在假肢中的一项有趣且有争议的应用涉及足部。运动员发现碳纤维提供的能量存储和动态响应比人脚更大。这意味着 碳纤维假脚 为残疾运动员提供优势。当碳纤维融入运动鞋时，还可以增强性能。
广泛的研究（例如“植入物的碳纤维生物相容性”中详细介绍的研究）已证实，碳纤维不仅对于医疗植入物是安全的，而且与其他植入材料相比具有多种优势。其中包括卓越的负载转移（根据沃尔夫定律，有助于强化骨骼）和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，这是一种热塑性聚合物，具有优异的耐化学性、高熔点和约 289 的玻璃化转变温度°F. 在混合物中添加短长度的碳纤维可产生坚固、抗疲劳且轻质的复合材料。复合材料流动成型工艺是注塑成型的衍生工艺，用于制造 CRF-PEEK 植入物。
不锈钢单轴机械髋关节
CFR-PEEK 多年来一直用于接骨螺钉和植入物。脊柱笼是另一种成熟的应用，最近，医生开始使用这种材料来替代椎间盘。使用 CFR-PEEK 骨科植入物作为膝关节和髋关节置换术中钛的替代品的工作正在进行中。
有趣的是，在植入物应用中，碳纤维的射线可透性并不是那么有利。这里的问题是它不’X 射线上看不到，使医疗专业人员更难确定位置。碳纤维医疗植入物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。
碳纤维的特性使碳纤维在航空航天、赛车运动以及鞋类和自行车等体育用品中如此有吸引力，也使其成为许多医疗用途的绝佳选择。碳纤维具有射线可透过性并且具有与人骨相似的机械性能，这一事实进一步支持了这一点。虽然医疗设备和假肢的使用正在蓬勃发展，但植入物的应用在改善临床结果和提高生活质量方面具有最大的潜力。也许他们甚至会结束机场金属探测器的延误！
