近日，南方医科学大学第五附属医院教授钟华团队联合湘潭大学教授张德闯团队、澳大利亚皇家墨尔本理工大学教授Cuie Wen团队，在高性能生物锆合金研究方面取得重要进展。相关成果在线发表于《材料科学技术学报》（Journal of Materials Science & Technology）。

调幅异质结构Zr-Ta合金提升力学相容性，磁共振兼容性及生物安全性示意图。研究团队供图

目前，骨科植入手术已成为治疗关节置换和创伤骨修复的重要手段，而植入材料的性能直接关系到手术成功率和患者生活质量。然而，传统材料如钛合金往往存在“应力遮挡”问题——植入物弹性模量远高于人体骨骼，导致骨骼“用进废退”，引发骨吸收、植入物松动甚至失败。如何让植入物既足够坚固，又与骨骼“和谐共处”，一直是临床与材料科学交叉领域的难点。

研究团队基于锆（Zr）-钽（Ta）二元相图，选取了Zr₇₀Ta₃₀、Zr₆₀Ta₄₀、Zr₅₀Ta₅₀三种成分，通过吸铸法制备出具有纳米级调幅分解异质结构的锆合金。其中，Zr₇₀Ta₃₀合金表现尤为突出：其微观结构由交替分布的纳米级Zr富集软相与Ta富集硬相组成，两相界面完全共格，形成了“软硬交替、协同变形”的独特构型。

在性能方面，该合金实现了高强度，低模量与良好塑性的平衡：屈服强度达1374 MPa，弹性容许应变达1.70%，是Ti6Al4V的2.2倍、商用纯钛的3.6倍，断裂延伸率为11.6%，兼顾加工性能与韧性。这意味着该植入物在体内能够长期稳定承重，同时显著降低应力遮挡风险。此外，该合金的磁化率约为Ti6Al4V的三分之一，在患者术后进行核磁共振检查时，可有效减少伪影，为精准诊断提供更清晰的影像条件。

更为重要的是，该合金在体外细胞实验中表现出优异的生物相容性：MC3T3-E1成骨细胞在其表面黏附良好、铺展充分，相对细胞存活率超过96%，符合国际标准ISO 10993-5的无细胞毒性要求。此外，合金表现出优异的耐磨性能，表面形成的稳定氧化膜也赋予了材料良好的耐腐蚀性能。

该研究从微观结构设计出发，系统探索了Zr-Ta合金在力学性能、磁共振兼容性及生物安全性方面的综合优势，为难治性骨缺损修复提供了新的材料选择思路。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2026.01.060