Carbon và composite - vật liệu thay thế xương

Carbon - vật liệu đa chức năng

Carbon là nguyên tố rất gần với chúng ta (nó tồn tại trong than đá, mùn cưa, tro trấu, bùn...) nhưng có lẽ ít ai ở Việt Nam để ý tới nó một cách tỉ mỉ và đặc biệt lại không nghĩ nó có thể sẽ được chế tạo để thay một phần rất quan trọng trong cơ thể con người, đó là xương.

Ngày nay carbon được phát hiện thêm những đặc tính cực kỳ độc đáo đã và đang là vật liệu cao cấp không thể thiếu trong kỹ nghệ hàng không vũ trụ, hạt nhân, quốc phòng và các ngành mũi nhọn khác. ít có vật liệu nào mà ở nhiệt độ càng cao thì độ bền càng lớn như carbon. Nó có thể làm việc ổn định ở nhiệt độ 3000 ^oC, khi mà các nguyên tố khác đã hóa thành hơi. Carbon còn là vật liệu trùng sinh học tốt nhất trong các loại vật liệu bởi cơ thể chúng ta cũng cấu tạo trên cơ sở nguyên tố này.

Chính từ những đặc tính trên, từ năm 1996, Trung tâm công nghệ laser đã triển khai nghiên cứu những ứng dụng trên nền vật liệu carbon và đã có những thành công quan trọng.

Các nhà khoa học còn phát triển một số công cụ xử lý ô nhiễm dầu sử dụng vật liệu carbon như carbon hoạt tính dạng vải hoặc dạng khối ứng dụng trong các điều kiện nhiệt độ môi trường cao, khắc nghiệt.

Một thành công của Trung tâm công nghệ laser đó là chế tạo INTOST-4, vật liệu carbon xốp ứng dụng trong lĩnh vực chấn thương, chỉnh hình. Cho đến tận bây giờ, các nhà khoa học thế giới và Việt Nam đều cho rằng đây là vật liệu carbon độc nhất vô nhị có thể ứng dụng làm vật liệu thay thế xương.

Sử dụng vật liệu này trong chấn thương chỉnh hình cho thấy, khi trám xương, các tế bào xương có thể mọc qua lỗ xốp, mao dẫn của carbon và liền xương nhanh chóng. INTOST-4 không hề thua kém vật liệu thay thế xương dạng xốp tương tự Hydroapatit, Interpore-200 (Mỹ) về mọi góc độ. Carbon xốp có thể sử dụng trám xương, chế tạo khớp, phần lót cho đĩa đệm cột sống, trám hốc mắt... Ngoài ra, nhiều ngành công nghiệp khác cũng sử dụng vật liệu này.

Một sản phẩm nữa cũng đang được triển khai nghiên cứu là Piro carbon- carbon sital. Vật liệu này được chế tạo ở nhiệt độ cao (1400 ^oC-1500 ^oC) nên mật độ carbon tập trung cao, độ bền rất lớn (có thể gấp 3-4 lần thép) nhưng lại có độ đàn hồi phù hợp cho sự kết hợp với xương. Nga, Anh và Mỹ là ba quốc gia hiện đang sản xuất và tiêu thụ hàng triệu các van tim nhân tạo bằng vật liệu này.

Riêng ngành y học, ngoài các ứng dụng trên, vật liệu này có thể thay thế một cách tuyệt vời cho đinh nội tủy, chỏm xương đùi chân răng giả...

Composite cao cấp tương thích, bảo vệ cơ thể con người

Một số chủng loại vật liệu composite sợi carbon đã và đang được nghiên cứu phát triển tại phòng thí nghiệm công nghệ vật liệu của Trung tâm công nghệ laser. ứng dụng quan trọng nhất của loại vật liệu này là sản phẩm nẹp kết hợp xương, xương sọ cấy ghép.

Khi sử dụng trong lâm sàng nẹp composite carbon, GS Nguyễn Quang Long (Bệnh viện Chợ Rẫy) cho biết, lần đầu tiên trong thực tiễn phẫu thuật đã phát hiện thấy sự rớm máu tân tạo trên xương sau 20 tháng mổ, hiện tượng này chưa bao giờ quan sát thấy đối với trường hợp nẹp kim loại. Lại thêm một ưu điểm, một lợi thế rất đáng ghi nhận đối với vật liệu này trong quá trình liền xương, phục hồi chức năng sau phẫu thuật.

Vật liệu composite sợi carbon - bazan đang được nghiên cứu chế tạo thử để làm chân tay giả và nạp chỉnh hình. Loại vật liệu này có tính năng nhẹ, độ bền cao, ít hấp thụ hơi nước... Quan trọng nhất là giá thành có thể chấp nhận được đối với thu nhập của người Việt Nam.

Công nghệ vật liệu composite sợi tổng hợp không chỉ dùng cho chế tạo cấu kiện chân tay giả mà nó còn dùng để làm dụng cụ chỉnh hình, kéo dài xương. Các hệ nẹp chỉnh hình bằng vật liệu composite đang được sử dụng trên một số bệnh nhân ở Bệnh viện quân y 108, Bệnh viện chợ Rẫy... để điều trị cho những ca gãy xương.

Nghiên cứu công nghệ chế tạo pregreg và cấu kiện composite sợi siêu bền Kevlar và sợi tổng hợp Kevlar-bazan cũng đang được xúc tiến. Những kết quả bước đầu rất tốt cho phép hy vọng rằng, việc sản xuất các sản phẩm đặc biệt như áo, mũ chống đạn trong nước với chất lượng tương tự như hàng nhập ngoại không còn là điều quá xa vời. Nhiều dụng cụ thể thao bằng composite sợi carbon - armide cho tập luyện thể thao và thi đấu quốc tế cũng đang được chế tạo thử nghiệm và cung cấp cho một số cơ sở thể dục thể thao trong nước.

Đây là những thành công bước đầu trong quá trình hướng tới một ngành vật liệu carbon - composite công nghệ cao hứa hẹn nhiều tiềm năng ở Việt Nam.

Nguồn: www.nhandan.com.vn ngày 17/09/2004