俄羅斯尤里·加加林薩拉托夫國立技術(shù)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種用于鈦合金醫(yī)療植入體的鈮金屬“防護(hù)層”。該團(tuán)隊(duì)通過真空濺射工藝將鈮沉積于鈦材表面，使植入體硬度提升六倍以上。相關(guān)研究成果已發(fā)表于《莫斯科動(dòng)力工程學(xué)院學(xué)報(bào)》。

骨科植入物多采用鈦合金制造，因其生物相容性優(yōu)異。但純鈦強(qiáng)度不足以承受行走或跑步時(shí)的持續(xù)負(fù)荷，傳統(tǒng)做法是添加鋁、釩等雜質(zhì)增強(qiáng)強(qiáng)度。然而這些元素隨時(shí)間推移可能從植入體中析出，引發(fā)周圍組織炎癥并增加排異風(fēng)險(xiǎn)。

為規(guī)避上述問題，研究人員選用鈮作為強(qiáng)化成分。鈮與鈦一樣對(duì)人體無毒，且能顯著提升材料硬度。由于鈮難以單獨(dú)加工成型，團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)而探索將其制成富氧薄層涂覆于成品鈦植入體上的方案。具體工藝為：將商用鈦測試圓盤置于真空腔內(nèi)，對(duì)面放置環(huán)形鈮靶材，利用感應(yīng)電流將靶材加熱至2000攝氏度以上。鈮受熱蒸發(fā)后以微粒形式沉降，嵌入鈦材表層。

團(tuán)隊(duì)通過調(diào)節(jié)加熱電流強(qiáng)度與濺射時(shí)長尋找工藝參數(shù)，并對(duì)比不同條件下的涂層成分、結(jié)構(gòu)與硬度。實(shí)驗(yàn)表明，電流越強(qiáng)、濺射時(shí)間越長，保護(hù)層越厚。鈮向鈦圓盤滲透深度可達(dá)70微米，主要強(qiáng)化作用即發(fā)生在此區(qū)域。經(jīng)涂層處理后，樣品硬度較純鈦提升逾六倍。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、材料與生物醫(yī)學(xué)工程系主任亞歷山大·福明表示，該技術(shù)有望為骨科等高要求領(lǐng)域提供可靠耐用的醫(yī)療植入方案。未來團(tuán)隊(duì)計(jì)劃拓展濺射材料范圍，重點(diǎn)考察鉬元素的影響，進(jìn)一步提升植入結(jié)構(gòu)的耐磨性與可靠性。