科学家开发新型超弹性金属合金 可用于更安全的植入物

2022年05月31日 11:41 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

科学家们在实验用于医疗植入物的金属合金构成时取得了重大突破,产生了一种具有最高弹性和耐磨性的生物材料。该团队的新型超弹性合金克服了一些关键的安全问题,提供了在人体中长期使用所需的应变恢复和耐久性。

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这种新的金属合金是日本东北大学科学家们的杰作,他们着手解决目前用于医疗植入物的生物材料的一些关键问题。这些材料可能被用作髋关节或膝关节置换的一部分,尽管目前使用的金属材料比骨质更硬,这可能导致骨质萎缩,或密度损失。同时,更灵活的材料往往会随着时间的推移失去其耐磨性。

现有的超弹性金属合金通常用于支架和正畸线,显示出在耐用性和柔性之间行走的前景,但它们含有镍,有过敏反应的风险。科学家们一直无法生产出不含镍的版本,以提供同样的超弹性,因此新研究的作者开始工作,以找到一个解决方案。

这涉及到对所谓的杨氏模量的关注,杨氏模量是衡量一种材料能多容易拉伸和变形的标准,由其晶体结构决定。柔性材料的杨氏模量低,而刚性材料的杨氏模量高。该团队试图缩小人骨和用于医疗植入物的金属之间的杨氏模量差距。

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该研究的通讯作者Xiao Xu说:“由于杨氏模量取决于晶体取向,我们生长了具有特定晶体取向的单晶。”

这些实验导致了一种基于铬的柔性而坚韧的新型超弹性合金的诞生,它的应变恢复率是市售镍钛合金的两倍,达到17%。同时,杨氏模量极低,该合金具有类似人体骨骼的灵活性。

Xu说:“我们知道铬具有很强的抗腐蚀性,但是钴铬基材料的超弹性、柔性和显著的耐磨性让我们感到惊讶。”

科学家们现在正在努力更好地理解为什么他们的合金——被称为Co-Cr-Al-Si(CCAS)会表现出如此出色的性能,并希望能进一步改进它们。然而,在其目前的形式下,科学家们得出结论,这种新型生物材料是生物医学应用的一个有希望的候选者。

该研究发表在《先进材料》杂志上。

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