新材料模拟骨骼，创造更好的生物医学植入物

一种与骨骼具有相似弹性的“金属泡沫”可能意味着新一代的生物医学植入物，它将避免钛等更坚硬的植入材料经常导致的骨骼排斥反应。美国北卡罗来纳州立大学(North Carolina State University)的研究人员开发出了一种金属泡沫材料，它甚至比固体铝还要轻，可以完全由钢或钢铝结合制成。

在一篇新论文中，研究人员报告了最近的发现，除了他们的新型复合泡沫具有非凡的高能吸收能力和轻质外，泡沫的“弹性模量”与骨骼非常相似。弹性模量衡量的是材料在施加压力时变形的能力，以及在去除压力时恢复到原始形状的能力。泡沫表面的粗糙也会促进骨向种植体生长，提高种植体的强度。

弹性模量，以吉帕斯卡(GPa)为单位测量，对于生物医学植入物极其重要，Afsaneh Rabiei博士解释道，他是北卡罗来纳州机械和航空航天工程副教授，也是生物医学工程的副教授，也是这篇论文的合著者。

拉比伊说:“当骨科或牙科植入物被植入人体以替换一块或一部分骨头时，它需要像周围的骨头一样承受载荷。”“如果种植体的弹性模量比骨骼大太多，种植体就会承担起承重的责任，周围的骨骼就会开始死亡。这将导致植入物松动，最终以失败告终。这就是所谓的“应力屏蔽”。’”当这种情况发生时，患者将需要进行翻修手术来替换植入物。我们的复合泡沫可以作为植入物的完美匹配，以防止应力屏蔽，”Rabiei解释说。

为了了解骨弹性模量与传统种植体弹性模量的区别，骨弹性模量在10到30 GPa之间，而钛弹性模量约为100 GPa。这种新型复合泡沫具有与骨骼一致的模量，而且由于多孔性，所以相对较轻。

拉比伊说，金属泡沫的粗糙表面“将与周围形成的新骨头很好地结合，并让身体在其表面多孔性内建立。”这将增加体内植入物的机械稳定性和强度。”

这项名为“用实验和数值技术评估复合金属泡沫的弹性模量”的研究得到了美国国家科学基金的资助，并将在3月号发表材料科学与工程．这项研究是拉比伊和前北卡罗莱纳州博士生L. Vendra共同撰写的。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

复合材料泡沫金属弹性模量的实验和数值计算

作者: L. Vendra, Afsaneh Rabiei，北卡罗来纳州立大学

发表: 2010年3月,材料科学与工程

文摘:通过压缩试验、本构方程和二维有限元模拟等方法对用铸造技术制备的铝钢复合泡沫金属材料的弹性模量进行了表征。实验结果表明，铝钢复合泡沫材料的弹性模量为10 ~ 12 GPa，标度定律预测弹性模量的下限为3.5 GPa，上限为30 GPa。在完全弹性条件下建立泡沫复合材料的二维有限元模型并进行分析，得到的弹性模量为10 GPa，与实验结果吻合较好。