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新型柔韧超弹性金属合金在生物医学领域应用前景广阔

一个研究小组发现了一种以钴铬为基础的生物材料,它模仿了人类骨骼的灵活性,具有出色的耐磨性. 这种新的生物材料可以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《新萄京娱乐场》杂志上.

随着全球老年人口的增加, 人们越来越需要改良的生物材料来替代或支撑受损的骨骼. 为此,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,它们的灵活性减弱了.

To date, 大多数金属生物材料都比人类骨骼坚硬, 使用它们作为植入物会导致骨质萎缩,这是一种由于骨骼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失去了耐磨性.

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. 无镍合金没有复制镍钛合金的超弹性,使其不切实际.

研究小组, 研究人员来自新萄京娱乐场官网工程研究生院和材料研究所(IMR)。, 日本帕克研究中心, 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类骨骼之间的杨氏模量差距. 当一种材料具有弹性时,它的杨氏模量很低. 当它变硬时,它有很高的杨氏模量.

“因为杨氏模量取决于晶体取向, 新萄京娱乐场官网生长了具有特定晶体取向的单晶,小许说, 通讯作者,新萄京娱乐场工学研究生院助理教授.

挠性和韧性cocr基合金的单晶. ©肖旭等.

采用循环热处理技术, 徐和他的同事们成功地制备了几厘米大小的大型单晶. 研制的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, 钴铬基材料的显著耐磨性让新萄京娱乐场官网惊讶," 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.

这种新型钴铬基生物材料不仅具有与人类骨骼相似的低杨氏模量(10-30 GPa), 而且还具有很高的耐磨性, 打破了传统金属生物材料的交换关系. 这些合金还表现出巨大的可恢复超弹性应变,可达17.0% -是商用Ti-Ni的两倍. ©Takumi Odaira等人.
出版的细节:
生物医学用挠性和韧性超弹性Co-Cr合金
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.wixphoto.com
Website: http://www.material.wixphoto.com/english/labs/metallurgy/kainuma.html

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