医療産業における軽量複合材料の開発
医療業界の軽量材料
専門家は、医療機器市場は2023年までに4,095億ドルに達すると予測しています。複合材料を使用した軽量材料は、市場に革命をもたらしました。より多くの進歩は、医学のより実用的なアプリケーションにつながります。
複合材料がどのようにして生まれたのかを見てみましょう。複合材料の歴史を探求するとき、それらが将来私たちをどこに連れて行くかを推測することができます。
複合材料の開発
2つ以上の異なる材料を融合すると、複合材料ができあがります。
人間の技術が複合材料の機能をどのように進歩させたかを見てみましょう。
初期のコンポジット
コンポジットの作成は紀元前1500年までさかのぼります。これは、古代エジプト人が泥とわらを混ぜ合わせて、丈夫で耐久性のあるレンガを作ったときです。彼らはこの混合物を開発し続け、陶器やボート作りの補強材として使用しました。
同様の方法で、モンゴル人は西暦1200年頃に最初の複合弓を発明しました。彼らは、骨、木、動物の接着剤を組み合わせて、強力で正確な弓を作成しました。これらの弓は、チンギスカン軍がその軍事的優位性を主張するのに役立ったものです。
プラスチックの誕生
複合プラスチックが登場するまで、複合技術の多くは初歩的なままでした。
科学者たちは、結合能力を大幅に改善する複雑な樹脂の開発を始めました。以前は、植物や動物に見られる天然樹脂のみが結合剤として使用されていました。 1900年代初頭、科学者は次のようなプラスチックを作成しました。
- ビニル
- ポリスチレン
- フェノリック
- ポリエステル
これらの新しい合成化合物は、単一の天然樹脂を大幅に上回りました。プラスチックはボンデージ接着剤としてはうまく機能しますが、構造的なサポートはほとんどありません。彼らはまだ強さと構造を与えるために追加のサポートを必要としました。これにより、軽量材料としてのプラスチックの実行可能性が低下しました。
1935年、科学者のオーウェンスコーニングは、グラスファイバーの発明で解決策を見つけました。ガラス繊維とプラスチックの組み合わせは、軽量複合材料の市場に革命をもたらしました。それ自体が非常に強力でサポート的であるだけでなく、超軽量でもありました。
この進歩により、繊維強化ポリマー（FRP）業界の幕開けがもたらされました。
軍事的進歩
戦争は厳しいものですが、戦時中の戦略はテクノロジーに大きな進歩をもたらしました。
第二次世界大戦は、複合材料の進歩に対する需要をもたらしました。多くの人が苦しんでいる間、FRP産業は繁栄しました。
特に軍用機は、より新しく、より優れた複合材料の必要性をもたらしました。爆発性の武器を搭載したこれらの建造物は、敵の攻撃を受けている間、空中にいる必要がありました。これらの進歩は、後で宇宙船の設計と建設に道を譲るでしょう。
エンジニアは後で複合材料の二次的な利点を発見するでしょう。たとえば、エンジニアはグラスファイバーが無線周波数に対して透過的であることを学びました。次に、これらの資料を電子レーダー装置のケースに適合させました。
市場拡大
戦争の終結はFRP産業の終焉をもたらさなかった。
軍事用途の需要は低かったが、複合材料の革新者の勢いは残った。輸送は業界の主な焦点となりました。たとえば、1946年にリリースされた複合材料で作られた最初の商用ボートの船体。
1人のイノベーターが他のイノベーターを上回りました。BrandtGoldsworthy、「コンポジットの祖父」です。 Goldsworthyは、新しい製造方法と製品で業界をさらに発展させました。たとえば、彼はグラスファイバーサーフボードでサーフィンのスポーツに革命をもたらしました。
Goldsworthy’sは、プルトルージョンとして知られる彼が開発した製造プロセスで高い評価を受けました。グラスファイバーで製品を強化し、丈夫で耐久性のある方法です。現在でも、次のような製品はこの方法を使用して作成されています。
- ラダーレール
- ツールハンドル
- パイプ
- アローシャフト
- 鎧
- トレインフロア
- 医療機器
モダンコンポジット
1970年代は、複合材業界に新たな変化をもたらしました。
強化繊維の改良により、プラスチック樹脂の製造方法が成熟しました。これで、ボディアーマーに最適なケブラーと呼ばれるアラミド繊維が作成されました。ケブラーは高い引張強度と高密度を備えていますが、軽量のままです。同様に、炭素繊維の開発が始まり、私の構造物の鉄鋼部品に取って代わりました。
複合材産業はまだ発展を続けています。焦点は、再生可能エネルギーの方法の改善と医療機器のアップグレードにあります。
軽量複合材料の医療用途
怪我の診断と治療に使用される何百万もの複合製品があります。医療機器市場は、基本的な便器から複雑な義肢まで多岐にわたります。
医療分野での複合材料の開発中のアプリケーションを見てみましょう。多くのアプリケーションがすでに市場に出回っていますが、以下はまだ非常に研究中です。すぐに利用できるようになることを願っています！
カーボンナノチューブ
研究者は、カーボンナノチューブ（CNT）ポリマー複合材料を使用して細胞傷害性T細胞を培養しています。これらは、癌細胞を攻撃して殺す白血球です。
この新しい技術は、養子免疫療法で使用するためにテスト中です。この治療では、細胞が患者から取り出され、ラボでCNTで強化されてから、患者に注入されます。これにより、感染症や癌と戦う患者の能力が向上します。
複合外傷プレート
何十年もの間、骨折手術は複合骨折と重度の骨折を修復するために金属に依存してきました。
複合プレートは、金属に比べて構造強度がありますが、柔軟性が高くなっています。それらはまた放射線透過性を持っています、それはそれらがX線でほとんど透明であることを意味します。組織の接着性が低く、生物学的に不活性であるため、プレートはより安全です。
複合軟骨
組織工学は、損傷した組織を置き換える方法として注目を集めています。これは、細胞を人工複合材料や生物学的に活性な分子と組み合わせる方法です。これにより、機能的な組織が作成されます。
創傷治療用の組織のように、いくつかの人工組織が商業市場に出回っています。複合軟骨のような他の多くのものは、集中的な研究段階にとどまっています。
結論のコンポジット
あなたが読んだように、軽量の複合材料は、医学を含む多くの市場に革命をもたらしました。
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