据最新的一项市场研究报告称,全球医疗复合材料市场预计从2016~2020年的年复合增长率将达到6.91%。

作为医用碳材料的研究,是本世纪60年代开始的,当时在人造血管的抗血凝材料研究中发现了碳材料具有优良的抗血凝性能。l 9 70年以后,Bokros提出碳材料作为生物医学器件的开拓性工作以后,引起了广泛的关注。研究表明,碳材料具有良好的生物相容性,对生体组织刺激性小,无毒,不致癌,比重小,弹性模量与人骨相近等优点,有成为第四代植入材料潜在优势。

高科技纤维中的功能纤维、智能纤维和某些高性能纤维,已广泛应用于医学的各个领域。其中医药级的碳纤维及其复合材料、中空纤维分离膜、纳米纤维及其非织造布、碳纳米管、各种富有个性的功能纤维以及新近出现的一系列传感探测用智能纤维,都是医疗领域的重要品种。

医用纤维的应用领域:

牙体修复

近十年来,在欧美国家,非金属修复–预成纤维桩系统正越来越多地应用于临床,并逐渐被认为可有效替代传统的金属桩核系统修复牙齿的残根残冠。对碳纤维桩的理化性能、生物学性能研究表明,碳纤维桩具有与牙体组织更匹配的机械性能,其近似于牙本质的弹性模量可以使应力沿着桩体更均匀地分布,有利于保护牙根;同时具有良好的生物相容性及耐腐蚀性;易拆除、便于二次修复等众多优点。

骨骼修复材料

上海杰事杰新材料股份有限公司开发了骨骼修复用连续碳纤维或其毡增强塑料,树脂基体采用聚甲基丙烯酸甲酯,碳纤维的质量分数和理性试验证明符合国家标准,还具有很好的生物相容性,长期植入生物体内对生物体组织、血液和脑脊液等无不良反应,无排异反应,因此适用作骨折处固定用材料或骨折内固定或骨骼修补材料。

中空纤维分离膜

中空纤维分离膜在医疗领域占有举足轻重的地位。中空纤维透析膜(人工肾)95%以上为中空纤维型;目前全球最大的中空纤维透析膜厂家是德国Fresenius医疗保健公司,所用中空纤维材质为聚砜。中空纤维人工肺:通过气体分离用中空纤维膜可以将空气中的氧浓度由21%提高至30%~40%,用于医用急救。最大的生产厂家是美国空气产品与化学品公司,选用聚砜的中空纤维膜,商品名“Prism”。此外,还有美国Praxair公司采用创新的膜系统,中空纤维材质选用有涂层的聚砜膜。

再生医疗和创伤治愈

再生医疗的目标是改善、修复或交换人体的组织或脏器,而纳米纤维的立足点是把再生医疗的酵素或触媒固定在创伤的部位,即作为床上绷带或适合作人造血管的基材,还可用于阻止手术后与伤口粘连的屏障,以及控制药物传递体系的介质。应用于再生医疗的静电纺丝纳米纤维及纤维网,必须考虑到素材的选择、纤维的方向、多孔性、表面改性、组织结构的应用等,可选用具有生物体适应性和生物学功能的骨胶原、藻朊酸盐、蚕丝蛋白质、透明阮酸、纤维阮原、壳聚糖、淀粉等天然高分子。同时,可通过与合成聚合物相混合,改善细胞的互换性。例如静电纺丝法所制成的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纤维网片,其孔隙率达90%以上,表面积很大,细胞很容易附着,形成高密度的生物活性分子,而且由于具有不同直径的纳米纤维形成了许多不匀的粘合点,因此是再生医疗的理想基础材料,可应用于包含在血管、骨头、神经、腱、韧带等的各种细胞的再生。

医疗辅助设备

包括:①X-光、CT和B超床板:碳纤维复合材料;②诊断床用头托:碳纤维复合材料;③轻量轮椅和担架:碳纤维复合材料;④药物动态试验装置及预防医学元件。

2015年在日本医疗器械设计制造展览会上,帝人集团展示了旗下碳纤维复合材料在医疗领域的应用产品:脑外科手术应用的碳纤维支架

在脑外科手术中,用来固定患者头部的立架般果用金属制造。但是金属本身不品被x射线穿迢,会干扰脑部血管造影,影响医生的读断。但是为了保证忠者的头部在脑外科手术中本晃动,固定主架卫必须保证足够的刚度。有鉴于此,该公司用了与金属刚度相当甚至更忧的碳纤维复合材料。使用碳纤维和聚酰胺亚胺树脂制成,对x射线的穿透影响最小。除此之件,碳纤维可导电却无磁性。

急救用品与治疗用品

①医用富氧:气体分离用中空纤维,使空气中的氧浓度由21%提高至30%~40%;②血浆交换治疗:中空纤维膜元件;③腹水浓缩治疗:中空纤维透析器;④尿毒症治疗:中空纤维透析器;⑤由大肠杆菌抽出蛇腹毒素遗传因子:导电性中空纤维;⑥医用双氧水:用中空纤维气体分离膜浓缩过氧化氢等。

手术缝合线包括:①医用缝合线:超高相对分子质量聚乙烯纤维等;②吸收性或自降解性缝合线:身体吸收性纤维和自降解纤维。医院护理用品包括:①手术罩布:防菌透气的超细纤维非织造布;②特种手术衣:超细纤维非织造布和一次性自降解纤维布;③特种病人服:抗菌消臭纤维和一次性微生物降解纤维;④床上用品:抗菌消臭纤维和微生物降解纤维;⑤特种口罩:活性碳纤维、超细纤维非织造布及毡和竹碳纤维。

药物控释载体

通过选用该材料可达到最有效传递药物的作用,减少供药次数和供药量,提高利用率。例如,将抗癌药物紫杉醇和阿霉素嵌入纳米PLA纤维中,就可提高疗效。

随着近代外科医疗技术的不断提高,对可植入人体的生物材料的需求也在增大,这种应用条件, 一方面材料要具有能承担一定功能的力学性质, 另一方面也要求植入假体能满足生物相容性的要求。任何人工材料, 要同时满足这两方面的要求, 存在着相当的困准和复杂性, 这正是生物医学材料的研究工作所必须解的问题。

不难看出高科技纤维在医学及其相关保健领域、医疗器械等方面的应用十分广泛,新型复合材料有规律地进入市场,而且还在不断拓展新的医用领域和研发新的医用纤维,在这方面我国与发达国家特别是美、日、德的差距比较大,我国应加大在主要医用纤维及其新医用领域的研发投入,逐步实现主要品种及其制品的商品化和国产化,为今后迈入世界医用纤维强国打下坚实基础。

作者简介

孟庆丽,资深碳纤维领域投资人士,专注于碳纤维已经有3年多了,具备宏观和微观视角,也和多家优质的企业及行业专家进行交流,并投资过碳纤维产业链公司。目前就职于一家投资管理公司,关注领域包括:消费升级、新材料、医药健康、TMT。