自20世纪60年代首次用低温热解同性碳制造出人工机械心瓣并临床应用成功以后，由于碳素材料具有十分突出的生物相容性和适中的机械性能，国内外对新型医用材料的开发应用研究一直十分活跃。总体上看，医用碳素材料主要是作为假体植入到体内修复或替代被破坏的器官的功能。一方面，医用碳素材料是一种化学惰性材料，具有良好的生物相容性，在体内不会因被腐蚀或磨损，不会产生对机体有害的离子，低温热解同性碳还具有罕见的抗血凝性能，可直接应用于心血管系统；另一方面，与金属材料相比，医用碳素材料又具有良好的“生物力学相容性”，尤其是碳纤维问世以来，碳/碳复合材料、碳纤维增强树脂等多种高性能结构材料不断涌现，它们可容高强度低模量于一身，并具有很好的抗疲劳性能，因此医用碳素材料作为修复或替代受损骨组织的材料已较为广泛地应用于骨伤外科。这里重点介绍医用碳素材料在临床应用方面的进展。
医用的碳素材料
1.医用碳素材料在心血管系统中的应用
人工机械心脏瓣膜自1969年临床应用成功后，不到10年时间就有20多万人植入了这种人工心瓣，其中大约70％是用掺硅低温热解同性碳制成的。同类型机械心瓣在国内也于1978年应用于临床。通过完善机械心瓣的结构来不断改善心瓣的功能仍是当前研究的热点，国内已有双叶翼型瓣的开发研究报告。
2.医用碳素材料在修复结缔组织中的应用
碳纤维及其织造物作为修复损伤的韧带与肌腱，国内已广泛应用于临床，当碳纤维作为腱的取代物移入体内后起柔性固定的作用，碳纤维相当于支架，新的腱逐渐在碳纤维周围形成并最终取而代之。通过碳纤维网袋悬吊术可治疗肾下垂。用碳纤维增强的壳聚糖复合膜的力学性能和抗卷曲性可得到明显改善，可望用于张力部位的体内修补和缝合。
3.医用碳素材料在牙科中的应用
碳素材料在牙科主要是作为骨内种植体代替损失的牙根，广泛应用于宇航工业的碳/碳复合材料制成的牙种植体在强度上已能满足要求。与金属牙种植体相比，碳质种植体的优势在于弹性模量与骨质相近，表面易制出多孔膜，所以这种种植体植入后不易松动。有一期临床试验结果表明：使用碳/碳复合材料制成的牙种植体可以防止牙槽骨的吸收。在提高牙种植体与牙槽骨的结合强度方面，主要有两种方法：一种是在牙种植体的表面制成一层坚固的细密网架结构薄层(FRS膜)；另一种方法是将碳质种植体表面用钙、磷离子膜化。
4.医用碳素材料在骨伤外科中的应用
在下肢不等长畸形的肢体延长矫正手术中，用碳—碳复合材料制成的圆骨针取代不锈钢圆骨针可减少组织反应和感染的机会。处理骨折时为避免金属内骨板带来的应力屏蔽效应，可采用碳—碳复合材料或碳纤维增强树脂制造的内骨板，国内已有碳纤维增强塑料内置式接骨板的研制报告。用碳纤维编织带内固定治疗髌骨骨折也已用于临床。对于难以愈合的关节损伤，有时必须考虑关节置换术。国内应用于临床的有碳—钛组合式股骨头和碳质髋臼杯、碳质肱骨头、碳纤维增强塑料人工肋骨等。尽管碳素材料良好的生物相容性已被公认，但也有一例碳纤维植入致骨坏死的报告，所以临床应用碳素材料时也应注意个体差异。
知识点：碳纤维
碳纤维，顾名思义，不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。它是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。
碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为230~430Gpa亦高于钢。
碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。
