医用可降解锌基材料的组织结构与性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文医用可降解锌基材料的组织结构与性能研究博士研究生：刘西伟指导教师：孙建科研究员学科、专业：材料科学与工程哈尔滨工程大学2016年7月万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文医用可降解锌基材料的组织结构与性能研究博士研究生：刘西伟指导教师：孙建科研究员学位级别：工学博士学科、专业：材料科学与工程所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2016年5月27日论文答辩日期：2016年7月5日学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据ClassifiedIndex:U.D.C:ADisserta

2、tionfortheDegreeofD.EngStudyontheMicrostructureandPropertyofBiodegradableZinc-basedMaterialsforMedicalApplicationCandidate:LiuXiweiSupervisor:Prof.SunJiankeAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:MaterialsScienceandEngineeringDateofSubmission:May27,2016.Dateo

3、fOralExamination:Jul.5,2016.University:HarbinEngineeringUniversity万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授

4、权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等

5、。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据医用可降解锌基材料的组织结构与性能研究摘要锌的电极电位介于镁和铁之间，腐蚀速率应该略快于铁而慢于镁，以之用作医用可降解金属材料应更符合临床需求；同时，锌具有较好的生物学效应，是人体必需的微量元素，参与人体新陈代谢，涉及到DNA、RNA和转录因子等的合成。因此，开发锌作为新型医用可降解金属材料为医用可降解材料的研究与开发提供了一个全新的方向。本论文工作正是基于这种考虑，发展锌及锌-镁基合金作为可降解金属材料，并对其成型工艺、微观结构、力学性能、降解特性、血液相容性及细胞毒性进行了系统研究

6、。首先评价了纯锌作为医用可降解金属材料的体外性能。研究发现，轧制处理使纯锌的拉伸强度和塑性显著提高，其中6N纯锌的性能分别提升至108.67MPa和70.31%，而对硬度的影响有限。轧制处理还会影响纯锌的电化学腐蚀性能，轧态6N纯锌表现出最高的电化学腐蚀速率。纯锌还表现出了较好的亲水性和血液相容性，轧态纯锌的浸提液对L929细胞表现出了极大的毒性，而稀释后的浸提液对其无毒性作用，甚至还有一定的促进细胞生长及增殖的功能。此外还发现，6N纯锌支架用细径薄壁管材在拉伸性能、硬度及径向支撑力上，比4N纯镁管材逊色，但其腐蚀速率较慢，30天时其管材仍

7、保持完整；6N纯锌的血液相容性良好，对红细胞无明显的破坏性影响；ECV304细胞和VSMC细胞的相对活性在75%以上，对6N纯锌表现出了一定的耐受性。在研究中发现，纯锌用于医用可降解金属支架材料具有极大的优势，但其力学性能，特别是强度和硬度有待于进一步提升。其次，基于纯锌的强度和硬度有待于进一步提升的认识，选择营养元素Mg进行合金化来开发Zn-Mg二元合金。研究发现，合金的显微组织由粗大的树枝晶和共晶组织组成，且随着Mg含量的增多，树枝晶逐次变少。Zn-Mg合金的强度和硬度得到显著的提升，但延伸率随着Mg含量的增多而逐渐降低；Zn-Mg合金

8、表现出易腐蚀倾向，具有更高的电化学腐蚀速率。热轧和热挤压处理可以显著提升合金的力学性能，其中Zn-0.5Mg合金的屈服强度（YS）、抗拉强度（UTS）和延伸率（EL）分别提升至1