在治療創傷性損傷和關鍵疾病時，骨科植入物是非常常見的一種手術方式。過去的幾十年里，廣泛使用的是金屬植入物，其冰冷感以及負載產生的應力，給患者帶來不好的體驗，而如今更高性能的碳纖維增強聚醚醚酮骨科植入物正在慢慢取締它，來看看碳纖維增強聚醚醚酮(CFRPEEK)在植入上的潛在優勢。
醫療植入物能夠給我們患者快速的改善現有身體狀況，更為有效的進行身體恢復，過去主要是以金屬元件來承載負荷，這種材質能夠帶來強度，保證其實際的安全性，但也有一定的負擔，在機械磨損、產生應力導致骨質流失、植入部位強度變弱等多方面還存在瑕疵，這時候就需要更為接近真實骨質的材料。慢慢發展下來的新型的金屬合金就是技術的升級，比如鈷鉻合金、鈦合金植入物相比較下來，就能夠減少應力屏蔽和骨吸收的問題出現。而本文說到的這種碳纖維增強聚醚醚酮材質相對來說就能夠匹配出跟骨骼模量，則能夠更好的應用到身體植入，避免出現上訴的問題。
常見假體的使用壽命最終是有限的，在置換的假體上就特別需要關注，因為機械磨損、無菌性松動、感染、不穩定和假體周圍骨折是膝關節置換術翻修的原因。因此，很大一部分患者需要在初次手術后10 年內接受第二次膝關節置換術。因此，由創新材料CFPEEK制成的新型植入物正在被引入和評估，目的是提高植入物的存活率并減少修復手術的重要材料。
碳纖維增強聚醚醚酮復合材料
碳纖維增強聚醚醚酮復材提供了金屬材料難以比擬的設計自由度，PEEK基體下的材料具有優秀的機械性和生物學相容性耐久性，并且不同于金屬材料，在成像設備兼容，尤其是核磁共振成像，再通過碳纖維增強下，使得該材料的強度、剛度和沖擊性能優異，能夠媲美金屬材料。
這種碳纖維增強聚醚醚酮復材聚合物產品，能夠通過材料設計到產品布局，使得其彈性模量跟骨質非常接近，能夠更有效的實現應力傳遞，同時能夠滿足植入物反復消毒的耐用性、韌性以及優異的生物相容性。智上新材料科技生產的CF PEEK復合材料中增強體纖維可以控制在55%-65%左右，能夠提供更好的強度性能還能夠通過內部的纖維方向來使得CFPEEK制品的性能跟我們的骨質相似。
上圖是CFPEEK相對于常見金屬植入材料的相對剛度性能。
身體的皮質骨剛度大約在15-20GPa,在CRPEEK中，應力方向是纖維軸向，那就可以通過多角度平面配資，在實際的后續層中進行一定的偏移，比如45°、90°，從而獲得更加好的均衡性，能夠使得CFPEEK復合材料的剛度與骨質相似，遠勝于例如鈦合金。
CFPEEK復合材料的一大優勢在于它為醫療設備制造商提供了靈活的設計空間。纖維取向、濃度和成分，以及X射線造影劑的使用，都可以根據特定醫療設備應用的需求進行調整。例如，為了獲得最大強度或剛度，纖維可以沿著平行于主應力的方向排列，纖維成分和濃度可以優化以達到期望的性能。另外，可以選擇纖維成分、濃度和取向，使強度或剛度更接近人骨，并實現各向同性的機械性能。
CFPEEK復合材料在植入中還具有成像兼容性的顯著優點，由于其放射透性，CFPEEK使得術后能夠實現無偽影成像，并借助CT和X射線成像技術觀察組織和骨骼生長修復情況。由于是非金屬材質，CFPEEK復合材料也提供了近乎無偽影的MRI兼容性，從而清晰呈現臨床研究圖像。
那在檢測的時候還需要看到植入物的情況，但由CFPEEK復合材料制成的零件通常具有放射透性，幾乎無法通過X射線檢測。就通過添加諸如鉭絲之類的X射線散射材料，可以使植入物變得可見。可以看下圖展示了一個固定骨折骨頭的骨愈合板。可以看出，通過設計已對放射密度進行了定制，以便在盡量減少對骨折部位遮擋的同時可視化組件。重要的是，實現X射線可見性的同時也能保持清晰的MRI圖像。
生物相容性、毒理學與滅菌
對于任何潛在的植入材料，考慮其生物相容性至關重要。CFPEEK復合材料不釋放溶出物，因此不會影響患者的生命安全。PEEK聚合物已被全面驗證并通過審批，用作長期植入材料。碳纖維作為植入材料增強組件在臨床上已使用超過20年，未出現明顯的與溶出物相關的生物不相容性反應。其碳纖維的毒理學特性已經充分明確。
此外對于植入材料來說，還需要確保材料不具備溶解性，能夠在滅菌過程中不受損，整體的性能不發生變化。CFPEEK復合材料在經過高劑量伽馬射線(最高達73 kGy)照射和多次蒸汽循環后，再進行機械性能和生物相容性測試的時候發現，CFPEEK具有抵抗滅菌的能力，其機械性能幾乎不變。經過溶劑萃取后的細胞毒性研究和化學分析表明，該材料未釋放出細胞毒性濃度的物質，在滅菌后被視為安全。也因此該材料也被列入美國FDA清單中。
CFPEEK材料在骨科植入物中的使用，它既能緊密匹配天然骨的模量，同時保持高強度、良好的抗疲勞性能和耐用性能，并與MRI、CT和X射線技術兼容。現如今CFPEEK材料以及在脊柱、髖關節、膝關節以及骨折固定中的假體部件中得以應用，極好的融合率能夠進一步的減輕患者疼痛也改善著他們的生活質量。
