可降解鎂合金血管支架的制備、表面改性及其性能研究.pdf

1、在冠狀動(dòng)脈血管分支處的動(dòng)脈粥樣硬化（冠心?。┖湍X血管狹窄（腦血栓）產(chǎn)生的心腦血管疾病正危及著人類的健康，最有效的治療方式是采用微創(chuàng)介入治療的經(jīng)皮腔內(nèi)冠狀動(dòng)脈成形術(shù)。目前，臨床應(yīng)用的血管支架以藥物洗脫支架（基體為不銹鋼、鈷鉻合金和鈦合金）為主，這些支架永久地保留在體內(nèi)，長期服用抗凝和抗炎藥物，特別是植入后期，增加了再狹窄的風(fēng)險(xiǎn)程度。為了克服或解決這些問題，開展可降解血管支架材料設(shè)計(jì)及其制備工藝和性能研究具有重要的意義。
　　本文以可

2、降解Mg-3Al-Zn-Ce鎂合金為研究對象，采用大塑性變形真空熱擠壓工藝（斷面收縮率＞99％）制備鎂合金細(xì)絲和微細(xì)管。經(jīng)過激光加工后將微細(xì)管制備成鎂合金裸支架，在微弧氧化電解液中加入納米石墨碳粉（粒徑＜30 nm）對鎂合金進(jìn)行微弧氧化處理（MAO+C）。通過正擠壓+激光加工+微弧氧化三大工序，制備出表面帶有多孔膜層的可降解鎂合金支架。
　　鑄態(tài) Mg-3Al-Zn-Ce鎂合金的顯微組織主要是由灰色α-Mg基體、沿晶界析出的β-M

3、g17Al12相（使得晶界呈黑色）和在晶內(nèi)析出少量的粒狀或針狀 Al11Ce3相所組成。鑄態(tài)鎂合金的抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率分別為179 MPa和1.7%，室溫拉伸性能較差，腐蝕電位約為-1.53 V，腐蝕電流密度為1.834 mA·cm-2，表明Mg-3Al-Zn-Ce鎂合金耐蝕性很差。
　　固溶態(tài)鎂合金塊體表面經(jīng)MAO+C表面改性后，MAO+C膜層表面質(zhì)量較好，厚度約為10μm，相組成為基體Mg、Mg2SiO4、MgO和MgAl2

4、O4以及Mg3SiOF2。采用拉曼光譜對膜層粉末進(jìn)行掃描發(fā)現(xiàn)了納米石墨碳粉的帶頻 D和 G，證實(shí)了納米石墨碳粉分布在膜層內(nèi)部，膜層表面的碳含量為6.23 wt.%。腐蝕試驗(yàn)和電化學(xué)性能測試結(jié)果表明：MAO+C工藝進(jìn)一步提高了Mg-3Al-Zn-Ce鎂合金膜層的耐蝕性。
　　研究結(jié)果表明：在相同擠壓應(yīng)力條件下低溫大塑性變形熱擠壓制備的Mg-3Al-Zn-Ce鎂合金細(xì)絲（φ0.5 mm），其晶粒比較細(xì)小，孿晶較多，表面光亮；高溫時(shí)得到

5、晶粒粗大，力學(xué)性能較差的鎂合金細(xì)絲。在相同擠壓溫度和不同外加擠壓應(yīng)力條件下，低應(yīng)力擠壓制備的鎂合金細(xì)絲，顯微組織粗大，孿晶細(xì)??；高應(yīng)力擠壓得到流線型的纖維狀組織。溫度和壓力對鎂合金細(xì)絲的顯微組織和力學(xué)性能影響明顯，比較理想的熱擠壓工藝為210 ℃+119 MPa。在此工藝條件下制備的鎂合金細(xì)絲，其抗拉強(qiáng)度為386 MPa，斷裂延伸率為18.7%，可見通過大塑性變形可以大幅提高鎂合金的力學(xué)性能。
　　鎂合金細(xì)絲經(jīng)MAO+C表面改性后

6、，MAO+C膜層的表面質(zhì)量（孔徑約為1μm）比對應(yīng)的鎂合金塊體膜層（孔徑約為5μm）更好，且在其表面上分布較淺的均勻圓形微孔。MAO+C膜層截面具有較少的微孔、微裂紋?？梢姡琈AO+C表面改性工藝進(jìn)一步提高了擠壓態(tài)鎂合金細(xì)絲表面氧化膜層的致密性，其中 MAO+C膜層表面含碳量大約是對應(yīng)的鎂合金塊體膜層的3倍，達(dá)到17.96 wt.%。表面帶有MAO+C膜層的鎂合金細(xì)絲，其腐蝕降解速率和抗拉強(qiáng)度衰減程度比相應(yīng)的MAO膜層都小，主要原因是：

7、MAO+C膜層致密，表面質(zhì)量較好。納米石墨碳粉分布在氧化膜層內(nèi)部極大地降低了鎂合金細(xì)絲在模擬血液流動(dòng)狀態(tài)下的降解速率。
　　三種鎂合金細(xì)絲的血液相容性和內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC304）相容性評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果表明：表面帶有MAO+C膜層的鎂合金細(xì)絲的細(xì)胞毒性為1級(jí)，低于MAO膜層的（2~1級(jí)）和裸絲的（2級(jí)），細(xì)胞毒性降低；三種鎂合金細(xì)絲的浸提液對細(xì)胞正常生長有影響，培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)有細(xì)胞死亡，但是表面含有 MAO+C膜層的死亡細(xì)胞最少。從溶

8、血、凝血、補(bǔ)體系統(tǒng)三方面，采用不同的單個(gè)指標(biāo)分別評(píng)價(jià)三種鎂合金細(xì)絲的血液相容性，試驗(yàn)結(jié)果表明：表面含有MAO+C膜層的鎂合金細(xì)絲具有顯著的抗凝效果，血液相容性良好。
　　通過非穩(wěn)態(tài)真空熱擠壓工藝參數(shù)的變化，深入地研究了變形溫度、外加壓應(yīng)力以及變形時(shí)間對變形抗力的影響，建立了變形抗力與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和熱激活二者之間的本構(gòu)方程：(此處公式省略）
　　該方程合理地解釋了試驗(yàn)過程中擠壓溫度和外加壓應(yīng)力對瞬時(shí)流變行為和平均流變行為的影響，并

9、且制備出鎂合金微細(xì)管，其尺寸大小為：外徑1.5~2.5 mm，壁厚0.1 mm，作為血管支架的先驅(qū)體。選取外徑2.2 mm，壁厚0.1 mm的微細(xì)管，對其進(jìn)行激光加工雕刻（支架結(jié)構(gòu)特征為S-余弦型），制備了鏤空網(wǎng)狀鎂合金支架，通過MAO表面改性工藝制備出兩種含C的和不含C的多孔氧化膜層的可降解鎂合金支架。三種鎂合金支架（包括裸支架）均可通過球囊擴(kuò)張輸送系統(tǒng)將其外徑擴(kuò)張至4.4 mm，擴(kuò)張率為100%，而沒有斷裂，最大擴(kuò)張力為6 Pa左右