鈦合金製成的髖關節與膝關節植入物雖然幫助許多患者恢復活動能力，但仍存在失敗風險。傳統鈦合金與人體骨骼的彈性模量差異大，容易導致應力集中在接合處，長期下來可能導致植入物鬆脫，而且植入物與人體骨骼有明顯的界線，如果這接觸面的細菌擴散則可能引發感染，最終導致骨骼與植入物的連接失敗，甚至需要進行二次手術。然而，澳洲福林德斯大學的研究團隊成功開發出一種新型合金，僅需在鈦合金中添加少量鎵，即可改善其抗菌性能與機械特性。
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鎵的抗菌與柔韌特性
研究團隊開發了兩種鎵鈦新型合金，其中鎵的含量分別為3%與5%。實驗結果顯示，這兩種合金在接觸銅綠假單胞菌後的6小時內，分別消滅了約90%（±5%）與95%（±3%）的細菌，遠高於傳統Ti-6Al-4V鈦合金的3%（±2%）。更重要的是，新合金的抗菌效力在最初6小時後仍持續發揮作用，且在24小時內未對人體細胞造成傷害。
強度與彈性優化
除了卓越的抗菌性能，這兩種鎵鈦合金的機械特性也有顯著改進。在強度測試中，3% 鎵合金的楊氏模量比傳統Ti-6Al-4V鈦合金低37%，而5% 鎵合金則降低44%，使其柔韌性更接近人體骨骼，減少了應力集中導致的植入物鬆脫偏移的風險，還減少患者承受的痛苦。儘管如此，這些新合金仍然具有足夠的硬度，可承受植入物的負荷，並有進一步提升硬度的潛力。
未來發展與臨床應用前景
該研究由Reza Hashemi博士與材料工程畢業生Rhianna McHendrie共同領導，並已發表於《功能性生物材料雜誌》。Hashemi博士表示：「這項研究的合金已展現出極具潛力的結果，並為改進骨科植入物材料帶來新的可能性。鎵的添加能夠產生兼具抗菌特性與良好機械性能的材料，有望改善患者的治療效果，同時降低併發症與長期植入物失敗的風險。」
這項研究的成果為骨科植入物材料的發展開啟了新篇章，未來進一步的研究與臨床測試，或將推動鎵鈦合金在實際醫療應用中的普及，為患者提供更安全、耐用的骨科植入物選擇。
參考文獻:
- 骨科植入物再進化！鈦合金添加少量鎵，抗菌柔韌性能兼具
- A dash of gallium may make for stabler hip and knee implants
- Development of Novel Antibacterial Ti-Nb-Ga Alloys with Low Stiffness for Medical Implant Applications
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