新型Mg-Nd-Zn-Zr合金在模擬體液中的降解行為研究.pdf

1、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,鎂與人體的相容性好,溶解的鎂離子正是人體必需的元素。早期的臨床應(yīng)用證實(shí)了鎂金屬的生物相容性以及應(yīng)用于生物醫(yī)用材料的可行性,鎂能在體液中形成可溶的、無毒的氧化物,通過體內(nèi)的代謝達(dá)到平衡,使鎂合金材料在人體內(nèi)逐步降解吸收,然后隨尿液排出體外。所以,鎂合金是一種有潛力的人體植入材料。本論文對(duì)高純鎂(99.99％),AZ91D和Mg-3.0Nd-0.2Zn-0.4Zr(以下簡(jiǎn)稱JDBM

2、)合金材料進(jìn)行了一系列的測(cè)試與分析,包括腐蝕前的金相顯微組織觀察、模擬體液(SBF)腐蝕過程中的失重分析、pH值變化分析、析氫速度測(cè)試、腐蝕產(chǎn)物物相分析、腐蝕前后試樣表面形貌的掃描電鏡觀察分析、電化學(xué)測(cè)試、力學(xué)性能測(cè)試、細(xì)胞毒性測(cè)試、溶血實(shí)驗(yàn)測(cè)試以及擠壓和陽極氧化表面改性等,結(jié)果表明:固溶狀態(tài)下,在Hank’s模擬體液中,JDBM的平均腐蝕速率可為0.25mm/year,接近高純Mg(0.20mm/year),遠(yuǎn)低于AZ91D(2.64

3、mm/year);JDBM周圍模擬體液的pH值變化幅度和規(guī)律均很接近于高純鎂,在120h內(nèi)從最初的7.4穩(wěn)定在了最后的8.6左右,而AZ91D則在最后達(dá)到了10.2左右。所以JDBM的植入不會(huì)引起植入部位周圍pH值的較大變動(dòng),有利于維持體內(nèi)原有的最佳生理環(huán)境;三種鎂合金表面的腐蝕產(chǎn)物主體成分均為Mg(OH)2加少量的羥基磷灰石(Ca10(P04)6(OH)2)與(Ca,Mg)3(PO4)2。羥基磷灰石的存在可提高材料的生物相容性和骨結(jié)合

4、能力;高純鎂和JDBM的腐蝕方式為均勻腐蝕,降解膜層為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),在膜層脫落的部位會(huì)重新生成一層新的保護(hù)膜。而AZ91D的腐蝕方式為點(diǎn)蝕,試樣表面存在許多點(diǎn)蝕坑洞;阻抗頻譜和動(dòng)電位極化曲線也驗(yàn)證了三種材料的耐蝕性按照AZ91D,JDBM和高純鎂的順序依次遞增的規(guī)律;細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)表明三種鎂合金均沒有細(xì)胞毒性(Р＞0.05),JDBM在三種材料中的溶血率最低,但仍然高達(dá)55.2%,沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)GB/T16886.4-2003中規(guī)定的“＜5%”

5、的要求。擠壓狀態(tài)下,擠壓態(tài)的JDBM合金的金相組織得到了很大的細(xì)化,相對(duì)于固溶態(tài)JDBM,在模擬體液中的降解速度從0.25mm/year降低到了0.14mm/year,析氫速度也有所降低,腐蝕表面仍然平整,腐蝕方式仍然為均勻腐蝕。陽極氧化狀態(tài)下,對(duì)于陽極氧化處理后的AZ91D和JDBM合金,試樣表面形成了一層具有微孔結(jié)構(gòu)的保護(hù)性陶瓷膜層,有利于成骨細(xì)胞附著、骨組織長(zhǎng)入的表面形貌,提高了生物相容性,實(shí)現(xiàn)了金屬與陶瓷的優(yōu)點(diǎn)的有機(jī)結(jié)合。在模擬