生物可降解金属材料体外腐蚀测试体系综述.doc

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1、生物可降解金属材料体外腐蚀测试体系综述生物町降解金属材料体外腐蚀测试体系综述甄珍、奚廷斐、郑玉峰1.北京人学前沿交叉学科研究院，生物材料与组织工程屮心，北京100871；2.温州医学院信息工程学院,温州325035；3.北京大学工学院，材料科学与工程系，北京100871摘要：随着生物可降解金属材料日益受到关注，人量的体外腐蚀测试体系被川来模拟其体内腐蚀行为。不同的测试体系具有其独特的优点和缺点。为建立一个合理的并且更接近体内真实情况的测试体系，对可降解金属材料的腐蚀机理和体外腐蚀测试体系进行•总结。从电解质溶液的

2、选择、样品农面粗糙度的影响、测试方法以及腐蚀速度的评价方法等儿个方面进行阐述，得到以下初步结论：电解质溶液应该选择与体液成分接近的含有蛋门的缓冲模拟体液，样品表面粗糙度和溶液体积与样品表面积之比应•该接近植入部位的实际要求，并且釆用动态腐蚀测试方法，同时多种腐蚀速度评价方法应当相互参照。关键词：生物可降解、金属材料、体外测试、镁、铁1、引言生物可降解的金属材料已经收到近年來越來越多的关注。山于生物降解性金属材料，所带來的负面效应的永久在体内存在的植入物的减少，如炎症引起的心血管支架，再狭窄和应力遮描引起的骨科植入

3、物。镁合金和铁合金两种生物降解这是硏•究人员所关注的金属。动物实验［1-7］利临床试验的［8-11］lA经证明的安全性和可行性生物可降解金属作为植入物，但同时有些缺点也暴露无遗。尽管巨人的这两种合金，快速降解率的潜力镁为基础的生物医学植入物和缓慢降解在铁基生物医学植入率生理环境小施加严格的限制许多临床应用。为了开发新种合金和评估的生物腐蚀特性材料，有一•定的体外腐蚀系统丿应建立了可以模拟的降解过程金属植入物在体内。体外腐蚀试验模拟并评估在体内通过一系列的体外方法，可降解过程如电化学测试，失重试验和氢进化试验。研究

4、人员在体外构建不同各种电解质溶液和模拟系统样品表面的不同比例，以溶液的体积，这会导致数据的不可比性。因此，除了主观处理的材料，如元件的选择，表血涂层，并且处理技术，客观条件应尽可能一致可能和接近体内条件。为了建立一个史合适的体外试验系统小，四个方面进行了讨论如下：1）电解质溶液选择；2）表曲粗糙度的影响力;3）测试方法：电化学测试和浸泡试验;4）评价腐蚀速率的方法.2、可生物降解合金的腐蚀机理2.1镁合金镁的溶解在水坏境中一般通过电化学与水反应所得产生的Mg(Oil)2和112［13］o全血腐蚀镁合金的反应还没有

5、被硏究系统。然而，这是合理的预期镁合金的腐蚀反应是类似的纯镁。李等人［14］报道的主要腐蚀产品的镁合金在体内和体外Mg(OH)2o在体外培养体系中，腐蚀过程主要包括化学反应如下：Mg->Mg2++2e(I)2H2O+2e-H2t+20H-(2)Mg2++2OH—-Mg(OH)2I(3)Li等［14］揭示了腐蚀过程并JI在随后的梵基磷灰石的形成镁钙的在合金/水溶液牛物腐蚀模型接口，如图1所示。也可以川该模型描述具它镁合金的腐蚀过程。2.2Fe合金从析氢反应不同镁合金，Fg合金出现氧化吸收腐蚀在水性环境中。基于该浸泡

6、在汉克的解决方案中的Fe的测试结果，该降解的作川机理是通过moravej等人的建议［15］如下。当铁浸渍在溶液屮或暴露于该溶液流，它被氧化成Fe2+的基础上反应式如下：Fe—Fe2++2e-(4)一些Fe2+的可以下转化为Fe：3+碱性pH和氣的环境条件Hank液和Fe(0H)3的制备：1/202+H20+2e——>20H-(5)Fe2++20H——>Fe(OH)2(6)Fc2+—Fe3++e-(7)Fe3++30H——>Fe(OH)3(8)当溶液被充气并且在存在氯离子,铁(0H)3的水解和针铁矿(a-FeO的(

7、OH))沉淀。Fe(Oil)2会再与FeO的一部分反应(011)和磁铁矿形成：Fe(0H)2+2F0(0H)—Fe304+H20(9)从溶液屮析出的Ca和P元索随看氢氣化物和氧化物形成的表血铁负责的最初几天之后减少。图2示出的Fe-Mr)的降解机理在修改的降解动态试验过程屮合金Hank溶液。图1.合金/溶液腐蚀的接口原理图：(GMg和Mg2Cd相之间的电偶腐蚀；(b)部分保护膜覆盖Mg2Ca合金表血；(c)将镁吸附的氯离子(0H)2为氯化镁；(d)瓮基磷灰石的形成由消耗的伽2+和3-P04；(e)瓦解掉颗粒形状的

8、残留体衬底图2.Fe-Mn系合金的腐蚀机理：(a)初始腐蚀反应；(b)氢氧化物层的形成；(c)坑的形成;钙/磷层(d)的形成3.体外腐蚀测试系统2.1电解质溶液的选择通过体外试验获得体内的腐蚀数据，最重要的因素是合适的电解质解决方案系统。齐种溶液的系统已经在过去的十年里用来模拟体液。该主要类型的解决方案，包括：0.9%NnCl水溶液解决方案，SBF(模拟体液),汉克的，P