医用镁合金降解控制技术的研究进展

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1、·86·材料导报：综述篇2010年11月(上)第24卷第11期医用镁合金降解控制技术的研究进展刘通，张永君(华南理工大学机械与汽1工～一程学一一院一～，广一一州一～510一．一重640～一)～一．一一摘要镁合金因其良好的生物相容性、生物降解吸收性以及与自然骨相匹配的生物力学性能．有望成为理想的新型生物医用金属材料。然而，镁在生理环境下过快的降解速率成为制约其生物医用的主要瓶颈，因此。镁合金的生物降解控制至关重要。综述了镁合金生物降解机理及其主要控制技术，如开发高纯合金或新合金、热处理及成形加工、表面处理的国内外最新研究进展，并展望了其未来的研究方向。关键词生物

2、医用材料镁合金降解控制中图分类号：TG146．2+2；TG174．4文献标识码：ADevelopmentofBio-degradationControlforBiomedicalMagnesiumAlloysIJUTong，ZHA一NG一Y～on一gj～un一一～(SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640)一一一一一一一～删一一一一一密质骨密度(1．75g／cm。)，其杨氏弹性模量约为4j(；-Pa，与人0引言骨的弹性模

3、量(20GPa)相当，可有效避免“应力屏蔽效应”L。近年来，可降解生物医用材料已成为生物材料研究的前但是在苛刻的侵蚀性人体生理环境下，镁腐蚀降解速度过沿课题。与传统的惰性金属植入材料如不锈钢、钴铬合金、快，往往在组织完全愈合之前镁制品的力学性能就遭到破钛合金等相比，可降解金属材料可以在患者康复之后完全降坏．同时降解产生的氢气在植入体周围积累致使皮下气肿，解，不需二次手术取出，同时能克服医用高分子材料的强度、延缓了组织的愈合。因此镁作为医用生物材料使用，首先刚性、稳定性等较低的缺陷uj。镁合金以其优异的生物医学必须合理控制其在体内环境中的降解速率．使其能在特定时

4、性能，有望成为理想的可降解金属植入材料。间段内保持机械完整性，在骨组织愈合后缓慢降解，最终被镁是人体必需的常量元素之一，是人体内含量仅次于自然骨取代。钠、钾、钙，细胞内含量仅次于钾的阳离子，几乎参与人体所1降解机理有的新陈代谢过程。人体内约有1／2的镁分布在骨组织内，具有调节骨细胞增殖与分化、加速骨愈合的功能_2]。研究表镁的标准电极电位为一2．37V(SCE)．化学性质极为活明j，镁在生物体内降解过程中释放的镁离子可以促进骨泼，在酸性、中性和弱碱性介质巾皆易遭受侵蚀破坏。镁合的生长和愈合，不会对细胞的生长产生抑制作用，具有优异金的生物降解行为受到体液中无机物

5、、有机物叫以及植入的生物相容性。镁的化学性质活泼，在生理环境的侵蚀下可部位血液流速ls]、氢扩散系数[=loj等因素的影响，与动物不同被逐渐降解，降解产物可被组织吸收并最终排出体外]。纯组织接触，其降解速度也不相同，且体内、体外实验结果相差镁的密度在1．74g／cm。左右，与临床常用的不锈钢(密度为较大Ellj。从腐蚀电化学的角度而言，在水基溶液中，镁及镁8．0g／cm。)和钛合金(密度为4．43g／cm)相比，最接近人体合金的腐蚀以析氢反应为主【J，涉及总反应方程式如下：*国家自然科学基金资助项目(30700179)；中央高校基本科研业务专项资金资助重点项目

6、(2009ZZ0063)刘通：男，硕士研究生，主要从事材料腐蚀与防护研究E-mail：liutongyes@163．coin张永君：通讯作者，男，博士，主要研究领域为镁合金应用技术开发Email：zhangyjl@scut．edu．cn医用镁合金降解控制技术的研究进展／刘通等·87·LiuCI等u研究固溶和时效处理对铸态AZ63的影响时发M+HO-~M(OH)+要H2(1)现，f3相MgA1随时效处理It},IN的延长固溶更充分，均匀的在不考虑中间步骤的前提下，上述总反应可以分解成如微观组织提高了合金的耐蚀性能。在TyrodeS溶液中浸泡下反应：14天的测试结

7、果表明其降解速率较处理前降低了5O，时阳极溶解：M—M”+ne一(2)效态试样的主要腐蚀形式为丝状腐蚀和点蚀，而原始态试样阴极析氢：2H2O+2e—H2+20H(3)的则为均匀腐蚀。MajumdarDJ等。对AZ91进行了恒温副反应：M+0H—M(()H)(4)热氧化处理(200

8、C×25h)，显著改善了材料的耐磨性和耐蚀式中：M代表Mg及其主要合金元素。镁及镁合金发生生物性，且能促进L929成纤维细胞增殖。降解时，首先在晶界或表面缺陷处发生阳极溶解，阳极反应通过成形加工影响材料的微观结构，细化晶粒，减轻组主要产物Mg与阴极反应产物OH发生副反应生成Mg织的微

9、观偏析，亦能改善镁合金的耐蚀性能。经锻