骨性

柔软却坚硬！？开发出与生物骨性质相似的金属材料

[研究背景] 在当今的超老龄化社会中，因疾病或受伤而患有骨骼和关节疾病的人数增加正在成为一个问题，对于植入体内进行治疗的生物材料的需求日益增加。金属材料具有强度与延展性优异的平衡性，且机械可靠性高，因此被广泛用作必须支撑大负荷的骨替代植入物。 植入物需要具有优异的耐磨性和耐腐蚀性。但由于它是一种高强度的金属材料，其力学性能一般与柔韧的活骨有显著差异，而且其特别高的杨氏模量是有问题的。当植入物的杨氏模量远高于骨骼时，大部分力会施加在植入物上而不是周围的骨骼上（这种现象称为应力屏蔽），这会导致骨质萎缩、骨矿物质密度降低和骨折风险增加。因此，近年来，需要开发具有与活骨相当的低杨氏模量的新型金属材料。 临床上最常用的生物医学金属材料是价格低廉的不锈钢SUS316L、耐磨性优良的CoCr合金、杨氏模量相对较低的Ti（钛）合金。然而，不锈钢和现有的钴铬合金的杨氏模量大约比活骨高10倍。虽然存在杨氏模量较低的Ti合金，但其杨氏模量高于活骨，且存在耐磨性低的问题。目前，很少有金属材料能具有与活体骨骼相当的杨氏模量，同时还具有优异的耐磨性和耐腐蚀性。特别是，低杨氏模量这一重要的机械性能通常与高耐磨性之间存在权衡关系，开发出一种兼具这些特性的新型合金一直很困难。 另一方面，在尖端医疗中使用的超弹性合金中，表现出约8％超弹性应变的NiTi（镍钛）合金的应用最为广泛。然而，NiTi合金中含有较高的Ni元素，人们担心其可能会引起过敏反应。为此，人们开发出了不含Ni的Ti基超弹性合金，但其超弹性应变仅为NiTi合金的一半左右。 【主要发现】