新型可降解生物医用镁合金JDBM的研究进展

镁合金因具有与人体骨头接近的密度和弹性模量、高比强度和比刚度、生物可降解性以及生物相容性等优点,近10年来国内外研究人员对其应用于骨内植物、骨组织工程支架和心血管支架等领域进行了广泛的研究。然而,目前大多数研究均以现有商用镁合金为对象,如含Al元素的AZ31、AZ91以及含重稀土元素的WE43等,并未考虑到作为生物材料的安全性等问题。本文作者阐述镁合金作为生物医用材料的优势、面临的挑战以及应对策略;重点介绍上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心近年来围绕自行研发的新型生物医用镁合金JDBM开展的研究工作;最后展望可降解生物医用镁合金的应用前景和发展方向。

生物医用镁合金腐蚀与防护的研究进展

综述了生物医用镁合金的腐蚀机理,回顾了生物医用镁合金腐蚀的研究进展。介绍了改善生物医用镁合金腐蚀性能的方法,指出了生物医用镁合金腐蚀与防护中需要解决的问题及今后的研究方向。

Zn含量对生物医用镁合金耐Hank’s模拟体液腐蚀的影响

为了探讨Zn含量对Mg-Zn-Ca镁合金腐蚀性能的影响,采用熔融浇注法制备了Zn含量分别为4%,6%和8%的Mg-Zn-Ca镁合金,在37℃恒温下,以Hank’s模拟体液为腐蚀介质,研究了其腐蚀、电化学行为。结果表明:在Hank’s模拟体液中,4%Zn的镁合金腐蚀速率最小,自腐蚀电位最高;3种镁合金中,4%Zn的容抗弧最大,即耐腐蚀性能最佳。

生物医用镁合金表面改性的研究进展

随着医疗技术的高速发展,镁及镁合金因其良好的生物相容性和生物力学性能,在骨科植入物和心血管支架领域具有巨大的应用前景。然而,在生理环境中的高降解率限制了镁及镁合金的临床应用。从镁合金的耐腐蚀性及生物相容性角度,综述了近年来化学转化涂层、微弧氧化涂层、钙磷涂层及可降解聚合物涂层在镁合金表面改性中的应用及特点,并展望了未来表面改性在生物医用镁合金领域的发展方向及应用前景。

稀土镁合金在生物医用材料领域的研究进展

由于镁合金具有与人体骨接近的密度和弹性模量,再加上其生物可降解性及良好的生物相容性,因此,近年来受到了国内外广大科研工作者的极大关注.本文评述了添加稀土元素对镁合金的力学性能及腐蚀行为的影响,介绍了生物医用镁合金的降解特性及表面处理方法,并展望了可降解生物医用镁合金的应用前景和发展方向.

稀土元素在医用镁合金中应用的研究进展

由于良好的生物相容性,镁合金成为近来研究的热点医用合金,但是较低的耐蚀性制约了其应用的广泛性。稀土元素由于独特的结构,在改善合金组织及性能方面有着重要的作用。简述了稀土元素在镁合金应用中的优势,介绍了稀土元素对生物医用镁合金的组织、力学性能和耐蚀性能的影响以及其作为植入材料植入人体后细胞的毒性反应,并展望了稀土元素在医用镁合金方面的应用前景和发展方向。

生物医用Mg-6Zn-xGd合金的组织与力学性能

通过OM、SEM和XRD研究了Mg-6Zn-xGd（x=0-4）合金的铸态和挤压态组织，测试了其室温拉伸力学性能。结果表明：随着Gd含量的增加，铸态组织逐渐细化，二次枝晶臂间距明显减小，生成的Mg-Zn-Gd新相逐渐增多，而MgZn2相逐渐减少直至完全消失，第二相趋于连续网状分布于晶界处；挤压态组织明显细化，平均晶粒尺寸从Mg．6Zn合金的12μm逐渐减至Mg-6Zn-3．41Gd合金的2μm。随着Gd含量的增加，铸态抗拉强度ob、屈服强度on2和伸长率6先分别从Mg．6Zn合金的154MPa、67MPa、6．5％增至Mg-6Zn-0，66Gd合金的215MPa、78MPa、13％，接着逐渐降低。挤压态拉伸力学性能明显提高，ob和。眈分别从Mg．6Zn合金的295MPa和193MPa逐渐增至Mg．6Zn，3．41Gd合余的350MPa和325Ⅷa．6先降低后提高．日均不低于10％．

生物医用Mg-Zn合金微管的显微组织和腐蚀性能

研究了不同成分的镁锌合金微管的显微组织、在Hank’s溶液中的耐蚀性以及电化学性能。结果表明:在相同工艺下制备出的镁合金微管显微组织发生完全再结晶,并且晶粒尺寸随着锌含量的提高而降低。锌含量低于5wt%时呈现接近单相的显微组织,而当锌含量达到6wt%时出现了第二相,形成沿加工方向排列的带状组织。随锌含量的上升,耐蚀性先提高随后下降,其中Mg-5Zn的腐蚀速率最低,仅为0.03mm/a,而Mg-6Zn腐蚀速率最高为1.76 mm/a。与此同时,Mg-5Zn具有最高的自腐蚀电位和最小的自腐蚀电流密度。锌元素在合金中固溶度高且显微组织接近单相的镁锌合金,对提高耐蚀性具有重要作用。

医用镁合金合金化与表面处理的研究现状

新型可降解医用金属材料,是近年来生物材料领域的研究热点,镁合金材料因其具有良好的力学性能、生物可降解性和生物相容性等优点,在骨内植物、骨组织工程支架和心血管支架等领域有巨大的应用潜力。由于镁的化学性质十分活泼,标准腐蚀电位较低(-2.372V),在腐蚀介质中十分容易发生腐蚀,这种特性使得镁合金的临床应用受到很大的限制,因此,提高并控制镁合金的耐腐蚀性能,是镁合金临床应用的关键。本文综述了生物医用镁合金与其他医用植入材料相比的优势,以及在临床应用上所面临的问题,阐述了通过合金化、表面处理等方法提高镁合金耐腐蚀性能的研究现状,展望了未来生物医用镁合金的研究方向。

生物医用Mg-6Zn-xGd合金的挤压组织与腐蚀性能

通过光学显微镜和扫描电子显微镜研究了Mg-6Zn-x Gd（x=0～4）合金的挤压态组织,测试了其拉伸力学性能和耐蚀性能。结果表明：随着Gd含量的增加,挤压态组织明显细化,平均晶粒尺寸从Mg-6Zn合金的12mm逐渐减至Mg-6Zn-3.41Gd合金的2mm;挤压态拉伸力学性能明显提高,抗拉强度σ_b和屈服强度σ_（0.2）分别逐渐提高至Mg-6Zn-3.41Gd合金的350 MPa和325 MPa,延伸率δ先降低后提高,且均不低于10%。挤压态Mg-6Zn合金的腐蚀速率较慢,为典型的局部腐蚀;添加少量Gd（质量分数0.66%）后,合金的腐蚀速率稍增大,但腐蚀变得更均匀,朝着均匀腐蚀的方式发展;添加较多量Gd（1.66%和3.41%）后,合金的耐蚀性能急剧恶化。

T6处理对Mg-9Gd-1Zn-0.2Ca合金腐蚀性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜等研究了经不同温度固溶及时效处理后Mg-9Gd-1Zn-0.2Ca合金的显微组织,利用质量损失法、析氢法和电化学法测试了热处理后合金在模拟体液中的腐蚀性能。结果表明:经过固溶与时效处理之后,合金组织呈树枝状,在晶界或晶粒内部观察到层片状长周期堆垛有序(LPSO)结构;随着固溶温度的升高,共晶相逐渐减少,而晶粒内逐渐析出块状的析出相。由质量损失法和析氢法可知,随着固溶温度的增加,合金的腐蚀速率先增加后降低;固溶温度分别为370、420、470和520℃的合金的腐蚀电流密度分别为3.18×10^-4、5.89×10^-4、2.91×10^-4和2.74×10^-4 A·cm^-2,与浸泡法得到的趋势一致。不同温度固溶处理的合金在模拟体液(SBF)中的腐蚀速率从高到低的顺序为:420℃>370℃>470℃>520℃,均低于铸态合金的腐蚀速率,且520℃固溶处理的合金的腐蚀速率最小,约为铸态合金腐蚀速率的1/10,表明T6处理可显著提高合金的耐蚀性能。