生物鎂合金腐蝕降解行為研究.pdf

1、近幾十年來，已有多種硬組織植入材料被成功地開發(fā)。金屬由于具有比陶瓷或聚合物更高的機(jī)械強(qiáng)度及韌性，在修復(fù)或替換骨組織的生物材料方面扮演著重要角色?，F(xiàn)有的醫(yī)用金屬生物材料主要包括不銹鋼，鈦合金及鎳鈷鉻合金。而這些合金存在一些弱點(diǎn)，一是經(jīng)過腐蝕或磨損會(huì)釋放有毒的金屬離子或者粒子，導(dǎo)致生物相容性的降低。二是現(xiàn)有金屬材料的彈性模量與骨組織不匹配，導(dǎo)致新骨生長減慢及變形。三是現(xiàn)在廣泛使用的金屬植入板、螺絲釘?shù)?，?dāng)組織愈合后需通過第二次手術(shù)將其取出。

2、
　　鎂合金是一種潛在的人體植入材料。鎂的密度、彈性模量等綜合力學(xué)性能與人體骨骼相近。更重要的是，鎂與人體的相容性極好，溶解的鎂離子正是人體必需的元素。Ca是人體中最重要的陽離子，是人體硬組織骨的主要組成之一，鎂鈣合金中富鈣相的腐蝕溶解將引起局部鈣濃度升高，從而促進(jìn)羥基磷灰石或可作其前驅(qū)物的其它磷酸鈣陶瓷的形成，有利于新生硬組織在合金表面沉積。本課題研究一種可降解的硬組織植入材料——MgCa合金，可望在腐蝕降解的同時(shí)誘導(dǎo)新骨生長，

3、最終被新骨完全取代，達(dá)到徹底治愈硬組織損傷的目的。
　　本課題研究了純鎂及鎂合金在體液浸泡實(shí)驗(yàn)中的腐蝕降解情況。通過金相觀察、腐蝕失重分析、pH值分析、X衍射分析、析氫速率測(cè)試、掃描電鏡形貌分析、電化學(xué)腐蝕速率測(cè)量，找出了鎂合金在仿生溶液中的腐蝕降解規(guī)律。最后對(duì)試樣進(jìn)行了細(xì)胞毒性等生物學(xué)性能測(cè)試及硬度等力學(xué)性能分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：
　　(1)自行設(shè)計(jì)、冶煉含0~2.0％Ca的鎂合金。通過控制中間合金的加入量，分別得到Mg-0

4、.7Ca、Mg-2.0Ca、Mg-0.74Ca-0.35Y、Mg-1.9Ca-0.45Y及Mg-2.0Ca-1.2Y五種不同組分的鎂基合金。其中，含0~1%Ca的鎂基合金在國內(nèi)是首創(chuàng)。
　　(2)上述五種合金與99.9%純鎂、Mg-Zn合金對(duì)比，在本實(shí)驗(yàn)仿生體液中浸泡后檢查分析，結(jié)果顯示，在以上所有合金中，Mg-0.7Ca合金的平均失重率最低，其值為1.11%/d；pH值變化最為緩慢；電化學(xué)腐蝕速率為2.298mA/mm2，僅次于

5、純鎂的2.086 mA/mm2；顯微硬度HV為85，較純鎂及其他合金均高；細(xì)胞毒性為0~1級(jí)，滿足細(xì)胞毒性的要求。因此，Mg-0.7Ca合金具有最佳的耐蝕性能、生物相容性等綜合性能。
　　(3)最佳組分配比的Mg-0.7Ca合金，在仿生體液浸泡前時(shí)顯微組織均致密、細(xì)小，XRD分析顯示，浸泡前主要為α-Mg及Mg2Ca相，浸泡后其表面主要為α-Mg及TCP[Ca3(PO4)2]相，且隨著時(shí)間增加，表面物相出現(xiàn)非晶化趨勢(shì)。同時(shí)，宏觀可

6、見致密、均勻的白色物質(zhì)并與基體結(jié)合良好。這些特征表明該合金在仿生體液環(huán)境下的腐蝕降解行為導(dǎo)致它良好的骨誘導(dǎo)性能，同時(shí)，該合金表面出現(xiàn)非晶化趨勢(shì)白色鈍化膜及生物TCP陶瓷，是該Mg-Ca合金耐蝕性能提高對(duì)原因之一。
　　(4)熱力學(xué)計(jì)算證明，由于鈣的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)低于純鎂，當(dāng)鈣固溶于鎂中，或者以單質(zhì)形式析出時(shí)，合金內(nèi)部產(chǎn)生微電化學(xué)反應(yīng)，鈣成為犧牲陽極，從而加速合金的腐蝕。而鑄態(tài)的鎂合金由于非平衡結(jié)晶鈣形成了Mg2Ca。因此，鑄態(tài)的Mg-C