Polimer takviyeli kompozitler elektrik ve enerji depolama uygulamaları gibi birçok uygulamada talep görmektedir. Yüksek enerji yoğunluğu, düşük maliyet, yapısal çeşitlilik ve tasarım esnekliği gibi üstün özellikleri nedeniyle iletken polimer matris, süper kapasitörler, elektrokimyasal sensörler ve lityum iyon pillerde yaygın olarak uygulanmaktadır.

Fiber takviyeli polimer kompozitler (FRP’ler), hafif ağırlıkları, yüksek sertlik özellikleri ve biyo-uyumlulukları nedeniyle tıp sektöründe de oldukça uygulama bulmaktadır. Yapay uzuvlar gibi harici bileşenler kompozit üretiminin yüksek spesifik özelliklerini, yorulma direncini ve esnekliğini avantaj olarak kullanmaktadır. Karbon fiberin kimyasal eylemsizliği, malzemenin metalik ve polimerik malzemelerle birlikte veya bunların yerine kullanıldığı bir dizi cerrahi uygulamaya sebep olmaktadır.

Yapay uzuvların ilk tasarımlarında, ana yükü taşıyan yapı olarak presle kalıplanmış karbon fiber kompozitler kullanılmaktaydı. Günümüz teknolojisinde ise eklem mekanizmasındaki ani yüklenmeleri sönümlemek için elastomerler hibrit tasarımlara dâhil edilmekte ve daha geniş bir karbon fiber kullanımı amaçlanmaktadır.

Ultra yüksek moleküler ağırlıklı bir polietilen (UHMWPE) , çelik parçaya kıyasla, eklem mekanizmalarındaki yapay bağlantıların davranışını polimerin aşınma özelliklerini iyileştirerek geliştirilebilmektedir. UHMWPE, isteneni sağlamak için kısa (~3 mm) karbon fiberlerin rastgele dağılımıyla güçlendirilebilmektedir.

Karbon fiber kompozitler, hasarlı alanların biyolojik olarak yeniden yüzeylenmesini teşvik etmek için kıkırdağa implante edilmektedir. Malzemenin açık dokuma yapısı, tek tek lifler boyunca hücre büyümesini desteklemekte ve uygun bir onarım ile sonuçlanmaktadır.

Tek tek veya örgülü olarak kullanılan karbon fiber tokalar da hasarlı bağın onarımında kullanılmaktadır. Malzeme halkaları bitişik kemik yapılarında açılan deliklerden geçirilmekte ve daha sonra hastaya uygun gerilimi elde etmek için uzunlukları ayarlanmaktadır.

Genellikle kendi kendine sertleşen bir akrilik olan kemik onarım malzemelerinin mekanik özellikleri, karbon liflerinin eklenmesiyle geliştirilebilmektedir. Çekme, basınç ve kesme dayanımlarının yanı sıra sürünme ve yorulma performansının tümü iyileştirilebilmekte ve bu malzemenin daha geniş klinik kullanımına sebebiyet vermektedir.

Kullanım alanları

Kompozit malzemeler ortopedik uygulamalarda özellikle kemik sabitleme plakalarında, kalça eklemi replasmanında ve kemik greftlerinde geniş kullanım alanı bulmaktadır. PEEK veya polisülfon matrislerdeki karbon fiber kompozitler, değiştirildikleri kemiğe benzer sertlik ve gerilme mukavemeti ile üretilebilmektedir. PEEK, polisülfon, sıvı kristalli polimer (LCP) ve polieterimid (PEI) içindeki lamine tek yönlü karbon fiberlerden yapılan ve presle oturtulan femoral gövdeler bu duruma örnek oluşturmaktadır.

Ahşap, alüminyum ve deri gibi geleneksel protez ve ortez malzemelerinin yerini büyük ölçüde yüksek performanslı kompozitler ve termoplastikler almıştır. Yapay kollarda paslanmaz çeliğin yerini almak için CFR epoksi boru kullanılmaktadır. Epoksi önceden emprenye edilmiş saten dokuma karbon fiber kumaş, Endolite TF protezinin gövdesini yapmak için kullanılmaktadır.

Reçine bazlı kompozitler diş hekimliğinde de yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, biyo uyumlulukları ile ilgili kritik durumlar hala devam etmektedir. Bu nedenle, bu malzemelerin toksikolojisini ölçmek için çok sayıda rapor yayımlanmıştır. Bu yapılar, polimerizasyon büzülme stresi ve reaksiyona girmemiş monomerlerin varlığı ile sınırlanmaktadır. Son yıllarda, bu kompozitlerin yenilenme davranışını geliştirmek için yeni polimerizasyon prosesleri tasarlanmaktadır.

Klinik pratikte ön ve arka dişleri restore etmek için kompozit malzemeler kullanılmaktadır. Çoğu uygulamada dental kompozit, seramik partiküllerle güçlendirilmiş polimerik akrilik veya metakrilik matristen oluşmaktadır.

Köprüler ve hareketli diş protezleri ile ilgili sorunların üstesinden gelmek için diş implantları geliştirilmiştir. Hasarlı veya eksik diş, yapay bir kalıcı implant ile değiştirilmektedir. SiC ve karbon elyaf takviyeden oluşan kompozitler bu işlem için önerilmektedir. Bu malzemelerin seramik ve metal alaşımlara göre avantajı: doğal dişlere benzer şekilde yeterli mukavemeti düşük elastisite modülü ile birleştirmesidir.

Sonuç

Kompozit malzemeler, üstün özellikleri ve çeşitli uygulamaları ile araştırma ve geliştirme için gelecek vaat eden malzemeler olarak kabul edilmektedir. Biyo-uygulamalar bağlamında, polimer kompozitlerin düşük maliyet ve mevcut doğal ve sentetik matrisleri kullanmanın yanı sıra kolay ve ayarlanabilir üretim teknikleri gibi sayısız avantajı vardır. Elektro-eğirme, eriyik ekstrüzyon, çözelti karıştırma, lateks teknolojisi ve yerinde işlemler, polimer matrisli kompozitlerin işlenmesi için en çok bildirilen tekniklerdir. Ek olarak, polimer kompozitler doku mühendisliği, diş hekimliği ve yara iyileşmesindeki etkinlikleri nedeniyle büyük ilgi görmektedir. Doku mühendisliği uygulamaları için polimer bazlı yapı iskeleleri, implantasyon üzerine yüksek hücre yapışması, biyo uyumluluk, biyolojik olarak parçalanabilirlik ve düşük inflamatuar reaksiyon göstermektedir. Yine de, polimer kompozitler, asidik yan ürünleri serbest bırakmak ve zayıf hücre afinitesi sergilemek gibi bazı sınırlamalardan muzdariptir. Gelecekteki çalışmalar, nano-biyoseramikleri daha hızlı bozunma oranlarıyla entegre ederek ve biyoaktif molekülleri dahil ederek bu dezavantajları azaltmalıdır.