钛合金制成的髋关节与膝关节植入物虽然帮助许多患者恢复活动能力，但仍存在失败风险。传统钛合金与人体骨骼的弹性模量差异大，容易导致应力集中在接合处，长期下来可能导致植入物松脱，而且植入物与人体骨骼有明显的界线，如果这接触面的细菌扩散则可能引发感染，最终导致骨骼与植入物的连接失败，甚至需要进行二次手术。然而，澳洲福林德斯大学的研究团队成功开发出一种新型合金，仅需在钛合金中添加少量镓，即可改善其抗菌性能与机械特性。
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镓的抗菌与柔韧特性
研究团队开发了两种镓钛新型合金，其中镓的含量分别为3%与5%。实验结果显示，这两种合金在接触铜绿假单胞菌后的6小时内，分别消灭了约90%（±5%）与95%（±3%）的细菌，远高于传统Ti-6Al-4V钛合金的3%（±2%）。更重要的是，新合金的抗菌效力在最初6小时后仍持续发挥作用，且在24小时内未对人体细胞造成伤害。
强度与弹性优化
除了卓越的抗菌性能，这两种镓钛合金的机械特性也有显著改进。在强度测试中，3% 镓合金的杨氏模量比传统Ti-6Al-4V钛合金低37%，而5% 镓合金则降低44%，使其柔韧性更接近人体骨骼，减少了应力集中导致的植入物松脱偏移的风险，还减少患者承受的痛苦。尽管如此，这些新合金仍然具有足够的硬度，可承受植入物的负荷，并有进一步提升硬度的潜力。
未来发展与临床应用前景
该研究由Reza Hashemi博士与材料工程毕业生Rhianna McHendrie共同领导，并已发表于《功能性生物材料杂志》。 Hashemi博士表示：「这项研究的合金已展现出极具潜力的结果，并为改进骨科植入物材料带来新的可能性。镓的添加能够产生兼具抗菌特性与良好机械性能的材料，有望改善患者的治疗效果，同时降低并发症与长期植入物失败的风险。」
这项研究的成果为骨科植入物材料的发展开启了新篇章，未来进一步的研究与临床测试，或将推动镓钛合金在实际医疗应用中的普及，为患者提供更安全、耐用的骨科植入物选择。
参考文献:
- 骨科植入物再进化！钛合金添加少量镓，抗菌柔韧性能兼具
- 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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