可降解骨內(nèi)植入材料用鎂合金JDBM表面改性的研究.pdf

1、鎂及其合金具有密度小、比強度高以及生物相容性好的特點，作為生物醫(yī)用材料的潛力很大。鎂的耐蝕性能較差，但這一特點恰好符合可降解生物醫(yī)用材料的需要，再結(jié)合鎂的力學(xué)性能特點，鎂在可降解骨內(nèi)植入材料方面有很大的發(fā)展空間。目前存在的主要問題是控制鎂的降解速度，使其與骨組織愈合速度一致，合金化和表面改性則是解決這一問題最有效的兩種途徑。
　　本文主要對新型可降解骨科內(nèi)植入材料用鎂合金Mg-3.0Nd-0.2Zn-0.4Zr（下文簡稱JDBM）

2、進行了系統(tǒng)的研究。通過和商用鎂合金AZ31對比，分析了兩種合金在靜態(tài)和動態(tài)模擬環(huán)境中的腐蝕行為，并對兩者的生物相容性進行了評價。同時還通過兩種表面處理的方法——脈沖電化學(xué)沉積和微弧氧化對JDBM合金進行了表面改性，并對表面改性后的合金進行了腐蝕和生物相容性的評價，結(jié)果表明：
　　在靜態(tài)Hank’s液模擬體內(nèi)生物環(huán)境的浸泡腐蝕試驗中，通過失重法和析氫法計算得到的AZ31和JDBM的平均腐蝕速率相近，分別約為1.00mm/y和1.25

3、mm/y，都高于生物醫(yī)用材料要求的腐蝕速率的最低標準，但兩者的腐蝕方式不同。從靜態(tài)腐蝕后樣品表面及截面形貌觀察分析可知，腐蝕后兩種樣品表面均存在大量的白色腐蝕產(chǎn)物，去除腐蝕產(chǎn)物后發(fā)現(xiàn)AZ31在Hank’s液中的腐蝕方式為點蝕，表面存在大量的點蝕坑洞，腐蝕產(chǎn)物分布比較集中；JDBM在模擬體液中的腐蝕方式為均勻腐蝕，腐蝕后樣品表面平整，腐蝕產(chǎn)物分布均勻。電化學(xué)實驗進一步證實并解釋了這兩種合金腐蝕行為的區(qū)別。從靜態(tài)腐蝕產(chǎn)物物相分析可知，兩種鎂

4、合金在Hank’s液中腐蝕產(chǎn)物主要包括Mg(OH)2，HA(Ca10(PO4)6(OH)2)和(Ca, Mg)3(PO4)2，JDBM表面生成的腐蝕產(chǎn)物的膜層要比AZ31表面的更加致密，點蝕更難在其表面發(fā)生。另外HA的存在不僅提高材料的耐腐蝕性能，而且有利于提高植入材料的生物相容性，促進細胞的粘附和骨組織的再生。在動態(tài)Hank’s中液中，AZ31和JDBM的平均腐蝕速率分別為0.87mm/year和0.92mm/year，均小于同樣品在

5、靜態(tài)Hank’s液中的腐蝕速率1.03mm/y和1.28mm/y。試樣在動態(tài)Hank’s液中的腐蝕速率要小于靜態(tài)Hank’s液的主要原因可能是流動的Hank’s液會阻止其中的Cl-吸附溶解腐蝕產(chǎn)物，從而使腐蝕膜層更好的保護基體。血小板粘附實驗和溶血率實驗表明，JDBM在同類鎂合金中表現(xiàn)出較好的血液相容性，但是由于腐蝕引起溶血率過高仍然是制約其應(yīng)用的主要因素，這一問題可以通過表面改性等手段得到解決。
　　采用脈沖電化學(xué)沉積法，能在J

6、DBM表面制得厚度約為10μm的花瓣狀涂層，涂層主要成分為Ca10(PO4)6(OH)2，即HA（羥基磷灰石），涂層表面比較粗糙，作為生物材料，能為新生組織的長入提供支架和通道，提高生物相容性。靜態(tài)Hank’s液、動態(tài)Hank’s液以及電化學(xué)測試的結(jié)果顯示，經(jīng)過電化學(xué)沉積后的JDBM合金比未經(jīng)過表面處理的樣品在模擬體液中耐蝕性能有了很大的提高。腐蝕產(chǎn)物以生物相容性較好的鈣磷鹽為主，表明涂層確實有良好的生物誘導(dǎo)作用。溶血實驗結(jié)果表明，通過

7、電化學(xué)沉積HA涂層能有效提高JDBM合金的血液相容性，試樣的溶血率有明顯的下降，符合使用標準。
　　采用微弧氧化技術(shù)對JDBM進行表面改性后，試樣表面能形成粗糙多孔的微弧氧化膜層，涂層的成分主要由MgO和Mg3(P04)2兩種物相組成，通過后期在Hank’s液中的浸泡，試樣可以經(jīng)過自發(fā)的礦化生成磷灰石的腐蝕產(chǎn)物，表現(xiàn)出良好的生物相容性。經(jīng)過微弧氧化表面改性后的JDBM在Hank’s液中的耐蝕性能得到了一定的提高。但是由于微弧氧化涂