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复合金属泡沫材料未来可用作膝盖骨 - China Medical Device Manufacturer
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Fri, January 19th, 2018

2010年5月CMDM电子快讯 » 技术新知
复合金属泡沫材料未来可用作膝盖骨

铝与钢合金泡沫及3.7-和的1.4-mm钢与钢粉末冶金泡沫横断面,这两种复合金属泡沫可应用于整形外科植入物领域。
北卡罗来纳州立大学(北卡罗来纳州;Raleigh;www.ncsu.edu)的科学家正在开发一种新型金属泡沫,希望使之成为受损骨骼的替代材料,应用于未来的整形外科和牙种植体领域。由于该材料的弹性模量与骨骼相似,因此Afsaneh Rabiei教授和北卡罗来纳州立大学前博士研究生Lakshmi Vendra都相信它可以防止骨骼排斥反应。排斥反应在更硬质的植入物材料(如钛)中较为常见。

北卡罗来纳州立大学机械和航天工程学系副教授兼生物医学工程系成员Rabiei称复合金属泡沫(CMF)的质量较固体金属轻,可用它来制成各种不同的合金。CMF是利用预制的空心微球形成金属基质制成的,可以采用一种材料或两种不同的材料。其制造方法是在空心微球周围浇铸熔态金属或者将微球与金属粉末混合,置于熔炉中烘烤。骨骼植入物本身可以在模具中铸造或热压CMF完成或者将其加工为理想的形状。

“我们首先制造钢与钢及铝与钢的合金,”Rabiei 指出,“但现在我们已能够利用钛、钴铬及其它金属或金属合金制造复合金属泡沫。”

Rabiei指出,复合泡沫的质量较块体金属原材料轻约65%。“这意味着其中约有65%的气孔。我们可以通过控制微球的直径和壁厚改变孔率百分比。这样,就可以根据患者的年龄或骨骼状况,将其与患者的骨骼孔率相匹配。”

由于其均衡了天然骨骼和植入物的负重能力,因此该材料适用于骨骼替换领域。“当植入物置入骨骼时,这两种材料需要共同承担重量,”Rabiei解释说。“如果骨骼的弹性模量低于植入物的弹性模量,则植入物将会取代骨骼的负重功能,从而导致周围的骨骼坏死。”这种现象称为压力防护,使植入物放松,导致其最终失效,需要进行补救性手术。骨骼的弹性模量——材料在压力作用下变形的能力以及压力消失时恢复原形的能力的测量值——在10至30 GPa之间,而钛的模量近100 GPa。CMF的模量与骨骼一致。此外,多孔轻质的材料具有高能量吸收能力,且其粗糙的表面可以促进骨骼的生长。

医学研究的一个主要目标就是开发出具有骨结合特性的植入物。NC州立大学的科学家开发的金属泡沫材料通过使骨骼长入植入物的孔隙中,逐渐锚定于骨骼内部,从而实现了这种功能。“即使您将其与骨水泥一同使用,骨水泥也可与泡沫的孔隙形成良好的接合,”Rabiei说。“这可以将植入物固定于骨骼上。”

“CMF除具有骨骼替代材料的潜在优点外,还可应用于需要轻质牢固材料的领域,包括体内或体外使用的医疗器械。” Bob Michaels说道。

本文最初发表《医疗产品制造新闻》(Medical Product Manufacturing News)2010年4月刊英文版。
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