近日，机械工程学院赵颖超团队，在可降解金属骨科植入材料的3D打印构建及其多功能一体化研究中取得重要进展。相关成果以《Exploring optimal Cu content in SLMed Fe-30Mn alloys for orthopedic application: Tailored accelerated biodegradation, antibacterial activity, and cytocompatibility》（中文译名：探索SLM成形Fe-30Mn合金中最佳Cu含量用于骨科应用：定制加速生物降解、抗菌活性与细胞相容性）为题，发表于国际期刊《Smart Materials in Manufacturing》，该期刊最新影响因子13.3。论文第一作者为赵颖超，通讯作者为冯军。

植入材料需满足多重标准，包括足够强度、高耐磨与低摩擦特性、高耐蚀性、抗菌性、生物相容性等，即遵循“结构-性能-功能”一体化理念。铁基可降解合金因强度高、生物相容性良好，在骨科植入领域受到广泛关注，但其在生理环境中降解过慢，限制了骨重塑与植入物及时吸收。铜合金化可同时加速腐蚀并赋予抗菌活性，但如何确定最佳铜含量，以平衡降解动力学、力学完整性、耐磨性和生物相容性，仍是关键难题。

图形摘要

本研究采用选择性激光熔化（SLM）技术制备了Fe-30Mn-xCu（x=0、4、6、8、10、12 wt%）合金，系统评价了其显微组织、力学性能、摩擦学性能、生物降解行为、抗菌性能及细胞相容性。研究表明：随着Cu含量增加，合金晶粒显著细化，并在晶界形成富Cu第二相；硬度、抗压强度和耐磨性先升高后降低，在10 wt% Cu时达到峰值，其中硬度约290 HV、抗压强度约880 MPa，磨损体积较无Cu合金降低约89.6%。生物降解动力学则在8 wt% Cu时达到峰值，表现为最负的腐蚀电位、最高的腐蚀电流密度和最小的容抗弧直径，这归因于富Cu晶界相与γ-奥氏体基体之间的微电偶腐蚀加速作用，以及腐蚀产物/钝化膜屏障效应之间的竞争平衡。当Cu含量不低于8 wt%时，合金对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率均超过99.9%，且MC3T3-E1细胞表现出良好的细胞相容性。

基于上述结果，研究提出应用导向的成分配比策略：对于承重骨科场景，10 wt% Cu因具有最高强度和最佳耐磨性更为合适；对于以降解和抗感染为主导需求的场景，8 wt% Cu则因降解最快、抗菌优异且力学性能充足而成为最优选择。该研究通过SLM微结构调控，实现了加速降解、抗菌功能与生物相容性的协同，为患者特异性抗感染骨修复植入材料提供了新思路，也构建了“成分设计—增材制造—微结构调控—性能/生物功能”一体化研究框架。该研究通过跨学科的合作，不仅融合了材料科学和生物医学的前沿技术，还整合了医学需求与工程实践，以医工交叉为引领，推动研究成果更具实际应用可行性。目前，正在努力将研发成果从实验室到生物健康材料产品应用的转化。

本研究由国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、以及南华大学博士启动基金的联合资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.smmf.2026.100149。