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新型柔韧超弹性金属合金在生物医学领域的应用前景

一个研究小组发现了一种基于钴铬的生物材料,它模仿了人类骨骼的灵活性,并具有优异的耐磨性. 这种新型生物材料可用于髋关节或膝关节置换和骨板等植入物, 减轻与传统植入材料相关的问题.

他们的研究细节发表在2022年5月9日的《地图》杂志上.

随着全球老年人口的增加, 对改良生物材料的需求已经上升,这些材料可以替代或支持受损的骨骼. 为此目的,金属因其强度和延展性而被广泛使用. 然而,由于它们的强度,它们的灵活性降低了.

To date, 大多数金属生物材料都比人骨坚硬, 使用它们作为植入物会导致骨萎缩,这是一种由于骨物质和结构的破坏而导致骨密度降低的情况. 同时,具有较高柔韧性的生物材料会失去耐磨性.

虽然超弹性材料由镍钛(Ni-Ti)合金制成, 哪些是常用的支架和正畸钢丝, 保持高度的灵活性和从紧张中恢复的能力, 镍是一种过敏元素. 无镍合金没有复制Ni-Ti合金的超弹性,使它们不切实际.

研究小组, 该小组由新萄京娱乐场官网工程研究生院和材料研究所的研究人员组成,, J-PARC中心, 日本原子能机构, 以及捷克科学院, 专注于缩小金属植入物和人体骨骼之间的杨氏模量差距. 当一种材料具有弹性时,它具有较低的杨氏模量. 当它是刚性的时候,它有很高的杨氏模量.

“因为杨氏模量取决于晶体取向, 新萄京娱乐场官网培育了具有特定晶体取向的单晶,小许说, 通讯作者,新萄京娱乐场官网工程研究生院助理教授.

柔性和韧性cocr基合金的单晶. ©肖旭等.

采用循环热处理技术, 徐和他的同事成功地制备了几厘米大小的大型单晶. 开发的Co-Cr-Al-Si (CCAS)合金的应变回收率为17%,是商用Ti-Ni形状记忆合金的两倍. 此外,CCAS的杨氏模量极低,类似于人类骨骼的灵活性.

“新萄京娱乐场官网知道铬具有很强的耐腐蚀性, 但是超弹性, 灵活性, 而钴铬基材料的显著耐磨性让新萄京娱乐场官网感到惊讶," added Xu.

前进, 研究小组希望探索为什么他们的CCAS能获得如此优越的性能. 这样做可以开发出性能更好的下一代材料.

这种新型co - cr基生物材料不仅具有与人骨相似的低杨氏模量(10-30 GPa), 而且还具有很高的耐磨性, 打破传统金属生物材料的平衡关系. 这些合金还表现出高达17的巨大可恢复超弹性应变.0% -是商用Ti-Ni的两倍. ©Takumi Odaira et al.
出版的细节:
柔性和坚韧的超弹性Co-Cr合金用于生物医学应用
作者:Takumi Odaira, Sheng Xu, 吴克群Hirata, Xiao Xu, Toshihiro Omori, 植木北岛康介本人, Kyosuke建筑师, 孝Narushima, Makoto Nagasako, Stefanus她, Takuro川崎, 露西Bodnarova, 切赫Sedlak, Hanuš围网渔船, Ryosuke Kainuma
期刊:先进材料
DOI: 10.1002/adma.202202305

新闻稿(日文)

Contact:

Xiao Xu
工程研究生院材料科学系“,
Email: xumaterial.imp-auto.com
Website: http://www.material.imp-auto.com/english/labs/metallurgy/kainuma.html

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