【摘 要】
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随着第三代生物医用材料概念的提出,镁合金作为生物医用材料的潜力引起人们的广泛关注。镁合金曾因过快的降解速率使其难以应用在医学领域。经过多年的材料学发展和医学理念的进步,镁合金优秀的力学性能和生物相容性使其成为潜在的完美的可降解医用材料。而控制其降解速率便成为目前研究的最重要的目标。本文采用人体常量元素Ca对Mg-Zn-Zr合金进行组织结构优化和性能调控,首先进行了细胞毒性的评价,之后通过OM、SE
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随着第三代生物医用材料概念的提出,镁合金作为生物医用材料的潜力引起人们的广泛关注。镁合金曾因过快的降解速率使其难以应用在医学领域。经过多年的材料学发展和医学理念的进步,镁合金优秀的力学性能和生物相容性使其成为潜在的完美的可降解医用材料。而控制其降解速率便成为目前研究的最重要的目标。本文采用人体常量元素Ca对Mg-Zn-Zr合金进行组织结构优化和性能调控,首先进行了细胞毒性的评价,之后通过OM、SEM、XRD等表征手段分析合金的组织特征,研究了镁合金的腐蚀行为,建立了腐蚀产物膜的形成与破坏机理;之后选取降解性能较好的镁合金,拟合了镁合金在模拟体液中质量损失随降解时间变化的函数,并预测了完全降解时间。进一步探究了模拟体液中不同成分在镁合金降解过程中的作用,建立了模拟体液中各成分在腐蚀过程中的腐蚀动力学模型,分析了其中的腐蚀机理。具体结论如下:Mg-Zn-Zr-x Ca（x=0,0.5,1,1.5）镁合金在培养1天、3天和5天时细胞存活率均高于70%,而Mg-Zn-Zr-1.2 Ca镁合金表现出轻微毒性。通过添加Ca元素,改变了镁合金中析出相的组成与分布,当Ca含量逐渐增加时,镁合金中出现分布在晶内的Mg2Ca相和分布在晶界处的Ca2Mg6Zn3相。经固溶时效处理后,镁合金晶粒尺寸随Ca含量的变化并不明显,Mg-Zn-Zr和Mg-Zn-Zr-1Ca具有较低的降解速率。Mg-Zn-Zr-x Ca合金的腐蚀产物膜一方面会被Cl-的溶解破坏,另一方面当腐蚀产生的气泡逸散时,会扩大Mg（OH）2产物膜的孔隙从而对合金产物膜造成破坏。并且在腐蚀过程中,伴随基体的原电池腐蚀和脱落现象。Mg-Zn-Zr-1 Ca镁合金在SBF中腐蚀速率最快腐蚀以点蚀为主,在MEM和Hank’s溶液中腐蚀速率相近均以丝状腐蚀为主。拟合出镁合金在最接近人体体液成分的MEM模拟体液中质量损失与降解时间的函数关系式y=1.25×10-3+2.07x×10-4+1.87x~2×10-6,经预测实验样品完全降解的时间约为341天。模拟体液中HCO3-和HPO42-在腐蚀过程中起到稳定p H的作用,同时与阳离子生成腐蚀产物减少Mg（OH）2产物膜的孔隙;蛋白质黏附在基体表面阻碍了基体的腐蚀;Cl-具有减少溶解氧进而减缓腐蚀速率和破坏腐蚀产物膜的双重作用。
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