Enhancement of Antibacterial and Osteogenic Properties in Novel Ti‐Mo‐Hf‐Cu Medium Entropy Alloys
Source abstract
Abstract
Abstract To enhance the success rate and osseointegration of medical implants, it is crucial to develop multifunctional titanium alloys with antibacterial and osteogenic properties. Novel medium entropy alloys (MEAs) are developed by introducing hafnium (Hf) and copper (Cu) into non‐equiatomic MEAs (TiMoHfCu x , x = 0, 5, 10), guided by d ‐electron alloy design theory and phase diagram calculations. Due to the sluggish diffusion effect in MEAs, nanoscale acicular (Ti, Hf) 2 Cu precipitates with a coherent interface are observed in TiMoHfCu 5 and TiMoHfCu 10 , alongside a β phase. Elastic modulus values decrease by 39, 31, and 20 GPa, respectively, for x = 0, 5, 10, compared to CP‐Ti, as Hf mitigates the adverse effects of Cu. TiMoHfCu 5 exhibits superior corrosion resistance and hydrophilicity. With an increase in Cu content to 10 at.%, the MEA demonstrates a 97% antibacterial rate against Escherichia coli , and superior osteogenesis in rat femoral condyles. (Ti, Hf) 2 Cu exhibits excellent antibacterial properties. Additionally, antibacterial and osteogenic properties are associated with the micro‐area potential difference (MAPD). By modifying the morphology of (Ti, Hf) 2 Cu through the combined addition of Hf and Cu, TiMoHfCu 10 leads to a combination of desirable mechanical properties, antibacterial characteristics, and osteogenic properties, highlighting its potential for biomedical applications.
Source: crossref · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: High Entropy Alloys Studies · Titanium Alloys Microstructure and Properties · Additive Manufacturing Materials and Processes
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Key Laboratory for Anisotropy and Texture of Materials (Ministry of Education) Northeastern University Shenyang 110819 China
Electrobiomaterials Institute Key Laboratory for Anisotropy and Texture of Materials (Ministry of Education) Northeastern University Shenyang 110819 China
School and Hospital of Stomatology China Medical University Liaoning Provincial Key Laboratory of Oral Diseases Shenyang 110001 China
Department of Orthopedics The First Hospital of China Medical University China Medical University Shenyang 110001 China
School of Materials Science and Engineering Northeastern University Shenyang 110819 China
National Frontiers Science Center for Industrial Intelligence and Systems Optimization Northeastern University Shenyang 110819 China
Key Laboratory of Data Analytics and Optimization for Smart Industry (Ministry of Education) Northeastern University Shenyang 110819 China
Department of Chemical and Biomolecular Engineering Institute for Corrosion and Multiphase Technology Ohio University Athens OH 45701 USA
Funding
National Science Fund for Distinguished Young Scholars · National Natural Science Foundation of China · National Key Research and Development Program of China · Higher Education Discipline Innovation Project
References (99)
Show source-provided references
1. 10.11607/jomi.286910.11607/jomi.2869 ↗
2. 10.1038/s41467-021-25383-z10.1038/s41467-021-25383-z ↗
3. 10.1007/s12598-022-02242-410.1007/s12598-022-02242-4 ↗
4. 10.1016/j.jallcom.2014.07.16810.1016/j.jallcom.2014.07.168 ↗
5. 10.3390/jfb1201000210.3390/jfb12010002 ↗
6. 10.1016/j.jmst.2021.01.01510.1016/j.jmst.2021.01.015 ↗
7. 10.1002/adma.20220230510.1002/adma.202202305 ↗
8. 10.1016/j.msec.2016.07.02710.1016/j.msec.2016.07.027 ↗
9. 10.1016/j.actbio.2023.11.01110.1016/j.actbio.2023.11.011 ↗
10. 10.1002/(SICI)1097-4636(19970605)35:3<309::AID-JBM5>3.0.CO;2-L10.1002/(SICI)1097-4636(19970605)35:3<309::AID-JBM5>3.0.CO;2-L ↗
11. 10.1016/j.biomaterials.2020.12023710.1016/j.biomaterials.2020.120237 ↗
12. 10.1016/j.pmatsci.2008.06.00410.1016/j.pmatsci.2008.06.004 ↗
13. 10.1016/j.jallcom.2023.17002410.1016/j.jallcom.2023.170024 ↗
14. 10.1016/j.jallcom.2017.08.12810.1016/j.jallcom.2017.08.128 ↗
15. 10.1016/j.matdes.2024.11292510.1016/j.matdes.2024.112925 ↗
16. 10.1016/j.cbpa.2016.03.01610.1016/j.cbpa.2016.03.016 ↗
17. 10.1016/j.msec.2020.11166110.1016/j.msec.2020.111661 ↗
18. 10.1007/s10853-015-9664-y10.1007/s10853-015-9664-y ↗
19. 10.1080/08927014.2010.52700010.1080/08927014.2010.527000 ↗
20. 10.1016/j.jmst.2020.10.04910.1016/j.jmst.2020.10.049 ↗
21. 10.1016/j.jmrt.2023.05.03610.1016/j.jmrt.2023.05.036 ↗
22. 10.1016/j.msec.2019.11032210.1016/j.msec.2019.110322 ↗
23. 10.1016/j.actamat.2013.04.05810.1016/j.actamat.2013.04.058 ↗
24. 10.1038/s41570-024-00602-510.1038/s41570-024-00602-5 ↗
25. 10.1016/j.jmst.2021.08.07310.1016/j.jmst.2021.08.073 ↗
26. 10.1016/j.scriptamat.2019.11.05910.1016/j.scriptamat.2019.11.059 ↗
27. 10.1016/j.actbio.2005.02.00610.1016/j.actbio.2005.02.006 ↗
28. 10.1016/S0142-9612(00)00275-110.1016/S0142-9612(00)00275-1 ↗
29. 10.1002/jbm.b.3016910.1002/jbm.b.30169 ↗
30. 10.1016/j.surfcoat.2009.07.00610.1016/j.surfcoat.2009.07.006 ↗
31. 10.1016/j.jmst.2020.03.00310.1016/j.jmst.2020.03.003 ↗
32. 10.1016/j.msec.2016.01.08110.1016/j.msec.2016.01.081 ↗
33. 10.1016/j.bioactmat.2021.05.02310.1016/j.bioactmat.2021.05.023 ↗
34. 10.1016/j.biomaterials.2009.10.00910.1016/j.biomaterials.2009.10.009 ↗
35. 10.1016/j.bioactmat.2020.09.01710.1016/j.bioactmat.2020.09.017 ↗
36. 10.1016/j.jot.2020.10.00410.1016/j.jot.2020.10.004 ↗
37. 10.1016/j.biomaterials.2016.08.03110.1016/j.biomaterials.2016.08.031 ↗
38. 10.1016/j.jmst.2021.01.06710.1016/j.jmst.2021.01.067 ↗
39. 10.1016/j.jmst.2019.03.04410.1016/j.jmst.2019.03.044 ↗
40. 10.1016/j.biomaterials.2010.01.00210.1016/j.biomaterials.2010.01.002 ↗
41. 10.1016/j.msec.2016.08.03310.1016/j.msec.2016.08.033 ↗
42. 10.1016/j.msec.2021.11211610.1016/j.msec.2021.112116 ↗
43. 10.1016/j.jallcom.2009.04.09510.1016/j.jallcom.2009.04.095 ↗
44. 10.1016/j.msec.2019.11043310.1016/j.msec.2019.110433 ↗
45. 10.1016/j.matdes.2022.11054010.1016/j.matdes.2022.110540 ↗
46. 10.1016/j.msea.2023.14521710.1016/j.msea.2023.145217 ↗
47. 10.2320/matertrans.46.281710.2320/matertrans.46.2817 ↗
48. 10.1007/s10853-018-2058-110.1007/s10853-018-2058-1 ↗
49. 10.1016/j.matdes.2021.10954810.1016/j.matdes.2021.109548 ↗
50. 10.1016/j.scriptamat.2006.04.02210.1016/j.scriptamat.2006.04.022 ↗
51. 10.1016/j.msec.2015.12.07610.1016/j.msec.2015.12.076 ↗
52. 10.1016/j.matdes.2019.10806410.1016/j.matdes.2019.108064 ↗
53. 10.1016/j.jallcom.2024.17371610.1016/j.jallcom.2024.173716 ↗
54. 10.1016/j.matpr.2015.07.09910.1016/j.matpr.2015.07.099 ↗
55. 10.1016/j.jmst.2022.02.04410.1016/j.jmst.2022.02.044 ↗
56. 10.1016/j.jmst.2023.12.04410.1016/j.jmst.2023.12.044 ↗
57. 10.1016/j.msec.2013.11.02810.1016/j.msec.2013.11.028 ↗
58. 10.1016/j.jallcom.2025.18035210.1016/j.jallcom.2025.180352 ↗
59. 10.1038/491186a10.1038/491186a ↗
60. 10.1021/acs.chemrev.9b0044310.1021/acs.chemrev.9b00443 ↗
61. 10.1016/j.surfin.2018.05.00710.1016/j.surfin.2018.05.007 ↗
62. 10.1038/s41467-021-25283-210.1038/s41467-021-25283-2 ↗
63. 10.1016/j.jmst.2019.08.01010.1016/j.jmst.2019.08.010 ↗
64. 10.1016/j.matdes.2011.08.01210.1016/j.matdes.2011.08.012 ↗
65. 10.1016/j.msea.2006.09.17310.1016/j.msea.2006.09.173 ↗
66. 10.1016/j.jmrt.2022.08.11110.1016/j.jmrt.2022.08.111 ↗
67. 10.1016/j.msea.2024.14653210.1016/j.msea.2024.146532 ↗
68. 10.1007/s10856-019-6277-z10.1007/s10856-019-6277-z ↗
69. 10.1016/j.corsci.2024.11218510.1016/j.corsci.2024.112185 ↗
70. 10.1016/j.corsci.2023.11153110.1016/j.corsci.2023.111531 ↗
71. 10.1016/j.apsusc.2010.07.08610.1016/j.apsusc.2010.07.086 ↗
72. 10.1016/j.jallcom.2011.03.04510.1016/j.jallcom.2011.03.045 ↗
73. 10.1016/j.jma.2021.03.01010.1016/j.jma.2021.03.010 ↗
74. 10.1016/j.jmst.2023.05.02010.1016/j.jmst.2023.05.020 ↗
75. 10.1016/j.corsci.2021.10969310.1016/j.corsci.2021.109693 ↗
76. 10.1016/j.actamat.2011.06.02610.1016/j.actamat.2011.06.026 ↗
77. 10.1007/s10853-011-6193-110.1007/s10853-011-6193-1 ↗
78. 10.1016/S1359-6454(00)00368-210.1016/S1359-6454(00)00368-2 ↗
79. 10.1016/j.jmst.2023.11.02510.1016/j.jmst.2023.11.025 ↗
80. 10.1007/s11661-005-0283-010.1007/s11661-005-0283-0 ↗
81. 10.1016/j.actamat.2014.10.05310.1016/j.actamat.2014.10.053 ↗
82. 10.1016/j.actamat.2004.11.02410.1016/j.actamat.2004.11.024 ↗
83. 10.1016/j.matdes.2022.11138110.1016/j.matdes.2022.111381 ↗
84. 10.1016/j.bioactmat.2018.01.00410.1016/j.bioactmat.2018.01.004 ↗
85. 10.1016/j.jmst.2021.11.03010.1016/j.jmst.2021.11.030 ↗
86. 10.1016/j.msec.2014.12.00410.1016/j.msec.2014.12.004 ↗
87. 10.1021/acsami.9b1959610.1021/acsami.9b19596 ↗
88. 10.1016/j.bioactmat.2024.05.00310.1016/j.bioactmat.2024.05.003 ↗
89. 10.1016/j.bioactmat.2022.01.05010.1016/j.bioactmat.2022.01.050 ↗
90. 10.1016/j.bioactmat.2022.10.02110.1016/j.bioactmat.2022.10.021 ↗
91. 10.1007/s00223-017-0259-210.1007/s00223-017-0259-2 ↗
92. 10.1016/j.actbio.2015.07.01010.1016/j.actbio.2015.07.010 ↗
93. 10.1038/am.2016.910.1038/am.2016.9 ↗
94. 10.1016/j.jmst.2021.12.03110.1016/j.jmst.2021.12.031 ↗
95. 10.1016/j.msec.2021.11232510.1016/j.msec.2021.112325 ↗
96. 10.1038/s41467-023-42598-410.1038/s41467-023-42598-4 ↗
97. 10.1016/j.jmst.2022.02.00110.1016/j.jmst.2022.02.001 ↗
98. 10.1016/j.bbrc.2024.15101310.1016/j.bbrc.2024.151013 ↗
99. 10.1016/j.ajpath.2019.07.00810.1016/j.ajpath.2019.07.008 ↗