智能拉伸扩展髋关节植入物的性能

荷兰的科学家设计了一种延长髋关节植入物使用寿命的材料利用一种前所未有的特性:材料在被压缩和拉伸时变得更厚。

一般的人工髋关节拥有者都不是懒骨头。每年，他们要走大约400万步。然而，所有这些运动都造成了损失。大约15年后，植入物往往会从股骨上脱落，需要更换。

为了解决这个棘手的问题，由阿米尔Zadpoor代尔夫特理工大学的研究人员设计了一种可以在关节内保持舒适的植入材料。这听起来像是一个简单的目标，但要实现它需要一些聪明的伸展。

大多数材料，从金属大梁到披萨面团，在变形时往往保持体积不变。换句话说，当被压缩时，它们向侧面膨胀;当拉伸时，它们变薄。用泊松比(泊松比与横向应变和轴向应变有关)来描述，这些材料都具有正值。这对披萨来说是件好事，但对人工髋关节来说却是个痛点。髋关节植入物必须在股骨内略微弯曲，以正确定位腿部和骨盆。站立和行走可以压缩假体弯曲的内侧，拉伸假体外侧。在泊松比为正的情况下，所有现有的植入物都在拉伸的一侧变薄，牵拉相邻的骨头并使其处于张力之下。这就是植入物松动的原因，通常会导致植入物失败。

扎德普尔的团队已经解决了这个长期存在的问题，他们制造了一种植入物，在被压缩的一侧有正的泊松比——这不是什么新东西——但在被拉伸的一侧有负的泊松比。因此，这种植入物的表现与其他植入物不同:当骨头弯曲时，它会膨胀以压缩骨头的两侧。没有张力，植入物应该持续更长时间。

“你可以在材料的微观结构中设计泊松比，”他解释说Eline Kolken他和扎德普尔一起开发了这种植入物。“我们选择了两种(微观结构):一种是传统的蜂窝结构，它的泊松比为正;还有一个倒蜂巢，它的泊松比为负。然后将这两种设计嵌入到材料中，一种在植入物的两侧，使用一种被称为增材制造的工艺，有选择地将钛合金层熔化成所需的图案。

这个团队目前只造出了植入物的原型，但是圣扎迦利Nicolaou他是美国西北大学负泊松比材料方面的专家，他赞扬了这项工作，并表示这种材料提供了“传统材料所不具备的非凡性能……肯定会有更多的进步随之而来。”扎德普尔补充说，“类似的技术将在医疗保健领域有广泛的应用，比如手术器械、外部假肢或外伤服。”他已经在考虑下一个弯道会发生什么。