MXene:Promising materials for magnesium-ion batteries

Magnesium-ion batteries(MIBs)have attracted extensive attention due to their high theoretical capacity,superior safety,and low cost.Nonetheless,the development of MIBs is hindered by the lack of cathode materials with long cycle life and rate capability.MXene stands out as a prime choice for MIB cathode or collector for anode-free magnesium batteries(AFMBs)because of its larger surface area,adjustable surface properties,and good electrical conductivity.In this paper,we summarized the preparation and layering methods of MXene and discussed the prospects of MXene as a cathode or collector for MIBs.This review will be immensely beneficial in critically analyzing the synthesis techniques and the applications of MXene material as MIB cathode or AFMB collector.In addition,the challenges of the preparation and layering were concluded,along with raising the research strategies of MXene for storing Mg ions.

An aqueous magnesium-ion hybrid supercapacitor operated at-50℃

The recent advances in aqueous magnesium-ion hybrid supercapacitor(MHSC)have attracted great attention as it brings together the benefits of high energy density,high power density,and synchronously addresses cost and safety issues.However,the freeze of aqueous electrolytes discourages aqueous MHSC from operating at low-temperature conditions.Here,a low-concentration aqueous solution of 4 mol L^(-1) Mg(ClO_(4))_(2) is devised for its low freezing point(-67℃)and ultra-high ionic conductivity(3.37 mS cm^(-1) at-50℃).Both physical characterizations and computational simulations revealed that the Mg(ClO_(4))_(2) can effectively disrupt the original hydrogen bond network among water molecules via transmuting the electrolyte structure,thus yielding a low freezing point.Thus,the Mg(ClO_(4))_(2) electrolytes endue aqueous MHSC with a wider temperature operation range(-50℃–25℃)and a higher energy density of 103.9 Wh kg^(-1) at 3.68 kW kg^(-1) over commonly used magnesium salts(i.e.,MgSO_(4) and Mg(NO_(3))_(2))electrolytes.Furthermore,a quasi-solid-state MHSC based on polyacrylamide-based hydrogel electrolyte holds superior low-temperature performance,excellentflexibility,and high safety.This work pioneers a convenient,cheap,and eco-friendly tactic to procure low-temperature aqueous magnesium-ion energy storage device.

Quest for carbon and vanadium oxide based rechargeable magnesium-ion batteries

Rechargeable magnesium ion batteries are potential candidates to replace the lithium ion batteries due to their high volumetric energy density,dendrite free cycling,and low costs.In present work,we have critically reviewed the recent advances made in the field of cathode materials development to achieve the high reversible capacities and working potentials.In first part,carbon-based cathodes such as fluorinedoped graphene nanosheets and graphite fluoride(CF0.8)are discussed in terms of compatibilities of pos让ive electrode materials and electrolyte solutions for rechargeable magnesium-ion batteries.Whereas,the second part of this review focuses on crystal structure of vanadium oxide and its capability to accommodate the Mg^2+ions.Likewise,electrochemical performance of selected vanadium oxide based cathodes including VO2(B),FeVO4.0.9H2(X Mc)2.5+yVO9+δ,RFC/V2O5 and V2O5/Graphene composite,are discussed at different temperatures.To support the future research on magnesium ion batteries,particularly positive electrode material developments,several innovative research directions are proposed.

Is proton a charge carrier for δ-MnO_(2) cathode in aqueous rechargeable magnesium-ion batteries?

Manganese dioxide(MnO_(2)) is considered as a potential cathode material for aqueous magnesium-ion batteries. However, the charge/discharge mechanism of MnO_(2)in aqueous electrolyte is still unclear. In present study, highly porous δ-MnO_(2) is investigated, which delivers a high capacity of 252.1 m Ah g^(-1) at 0.05 A g^(-1) and excellent rate capability, i.e., 109.7 m Ah g^(-1) at 1 A g^(-1), but a low-capacity retention of 54.4% after 800 cycles at 1 A g^(-1). The two-step discharging process, namely a consequent H^(+) and Mg^(2+) insertion reaction, is verified, by comparing the electrochemical performance of δ-MnO_(2) in 1 M MgCl_(2) and 1 M MnCl_(2) aqueous electrolyte and analyzing detailedly the Mg content and the bonding state of Mn at different charge/discharge state. Furthermore, partial irreversibility of Mg^(-1) ion insertion/extraction is observed, which may be one of the major reasons leading to capacity decay.

Amorphous germanium-crystalline bismuth films as a promising anode for magnesium-ion batteries

Magnesium-ion batteries(MIBs)are promising alternatives to lithium-ion batteries due to their safety and high theoretical specific capacity,and the abundance of magnesium reserves.However,their anodes and electro-lytes severely restrict the development of MIBs,so alloy-type anodes provide an effective strategy to circum-vent the surface passivation issue encountered with Mg metal in conventional electrolytes.Theoretically,a germanium anode can deliver a high specific capacity of 1476 mAh g?1,but hitherto,no experimental reports have described Ge in MIBs.Herein,we experimentally verified that Ge could reversibly react with Mg 2þions through the design of dual-phase Ge–Bi film electrodes fabricated by magnetron co-sputtering.Notably,a Ge 57 Bi 43 electrode delivered a high specific capacity of 847.5 mAh g?1,owing to the joint alloying reactions of Ge and Bi with Mg,which was much higher than the specific capacity of Bi(around 385 mAh g?1).Moreover,the Ge–Bi anode showed excellent rate performance,good cycling stability,and superior compatibility with conventional electrolytes such as Mg(TFSI)2.More importantly,the Mg storage mechanism of the Ge–Bi anode was unveiled by operando X-ray diffraction,and density functional theory calculations rationalized that the introduction of Bi to form Ge–Bi evidently decreased the defect formation energy and effectively boosted the electrochemical reactivity of Ge with Mg.

微咸水-腐植酸肥耦合滴灌条件下钙镁离子质量浓度对灌水器堵塞的影响

【目的】探明腐植酸肥施用条件下不同钙镁离子质量浓度对灌水器堵塞物质形成的影响效应与作用机制。【方法】以微咸水中钙镁离子耦合腐植酸肥滴灌为研究对象,选取4种不同额定流量(1.6、1.1、1.4、1.75 L/h)的非压力补偿内镶贴片式灌水器(FE1—FE4),其中设置3组钙离子质量浓度微咸水处理,离子质量浓度分别为100、150、200 mg/L(G1、G2、G3),3组镁离子质量浓度微咸水处理,离子质量浓度分别为100、150、200 mg/L(M1、M2、M3),以地下微咸水灌溉为对照(CK),研究不同离子质量浓度的灌水器平均流量(Dra)、滴灌系统灌水器的堵塞率分布、灌水器堵塞物质干质量(DW)动态变化规律,并分析了灌水器内部堵塞物质矿物组分。【结果】与CK相比,G1、G2、G3、M1、M2、M3处理的Dra分别降低了21.58%~29.68%、35.02%~39.71%、45.62%~55.68%、14.25%~20.41%、24.89%~45.69%、35.22%~56.75%,堵塞物质干质量分别增加了124.62%~178.49%、174.23%~230.33%、235.59%~270.09%、67.14%~120.28%、136.96%~191.18%、203.54%~213.35%。与G1、G2、G3处理相比,质量浓度相同镁离子处理M1、M2、M3处理的堵塞物质干质量分别降低了16.41%~27.26%、4.77%~13.60%、6.82%~15.34%。【结论】钙镁离子质量浓度的增加均显著加剧了灌水器的堵塞;在相同离子质量浓度条件下,镁离子处理显著减少了灌水器内堵塞物质的总量,因此镁离子在一定程度上能够降低灌水器堵塞风险。

钛白副产硫酸亚铁中镁离子的含量分析

本文研究以酸性铬蓝K为指示剂,以草酸铵为沉淀剂排除Fe^(2+)干扰,用紫外分光光度法测定钛白副产物FeSO_(4)中的Mg^(2+)的含量。实验结果表明,Mg-铬蓝K的最大吸收峰波长为540nm,最佳pH值为9.5,最佳沉淀剂草酸铵的用量为10mL。经加标回收的方法验证了方法的可行性,测出钛白副产物FeSO_(4)中Mg^(2+)含量为1.07%。

离子微聚式物理除垢在油田供热系统中的应用

油田供热站锅炉,反冲洗水富含置换出来的钙镁离子,在高温下,造成反冲洗水管道结垢严重。通过介绍离子微聚式物理除垢技术原理,根据该技术在油田的应用分析,证实该技术在防垢除垢上的有效性,通过现场应用分析,可以看出离子微聚式防垢除垢效果明显,适用于污水排放管道系统。

静电纺丝聚偏氟乙烯压电仿生骨膜的生物相容性评价

背景:课题组前期研究发现,静电纺丝聚偏氟乙烯仿生骨膜具有良好的细胞相容性,但其生物相容性尚不清楚。目的:评价掺Zn2+、Mg2+聚偏氟乙烯仿生骨膜的生物相容性。方法:取前期研究采用静电纺丝技术制备的聚偏氟乙烯、掺1%Zn2+聚偏氟乙烯、掺1%Mg2+聚偏氟乙烯、掺1%Zn2++1%Mg2+聚偏氟乙烯仿生骨膜,制备各组仿生骨膜浸提液,选择SD大鼠为实验对象,进行溶血实验、短期全身毒性实验、热源实验,选择豚鼠为实验对象,进行皮肤致敏实验,检测4组仿生骨膜的生物相容性。结果与结论:①溶血实验结果显示,掺1%Zn2+聚偏氟乙烯、掺1%Mg2+聚偏氟乙烯、掺1%Zn2++1%Mg2+聚偏氟乙烯仿生骨膜及聚偏氟乙烯浸提液的溶血率分别为(0.130±0.013)%,(0.149±0.020)%,(0.466±0.018)%,(0.037±0.018)%,符合生物材料血液相容性性标准;②短期全身毒性实验结果显示,4组仿生骨膜浸提液灌胃干预后未引起SD大鼠体质量减轻、摄食量变化及呼吸困难等毒性体征,对大鼠的主要脏器无毒性作用;③热源实验结果显示,掺1%Zn2+聚偏氟乙烯、掺1%Mg2+聚偏氟乙烯、掺1%Zn2++1%Mg2+聚偏氟乙烯及聚偏氟乙烯仿生骨膜浸提液干预后,SD大鼠体温升高值分别为(0.133±0.058),(0.100±0.010),(0.300±0.010),(0.300±0.017)℃,均小于0.6℃,体温升高度数总和均小于1.4℃;④皮肤致敏实验结果显示,4组仿生骨膜浸提液干预后豚鼠皮下未见红斑与水肿。结果表明:聚偏氟乙烯与掺Zn2+、Mg2+聚偏氟乙烯仿生骨膜具有良好的生物相容性。

血清镁离子浓度与直肠癌患者谷氨酰转肽酶的关系

直肠癌患者血清镁离子(Mg^(2+))浓度对γ-谷氨酰转肽酶(γ-GT)的影响尚不明确,收集分析临床数据,Mg^(2+)浓度不呈正态分布(D=0.737,P<0.05),按照中位数分组,比较不同组间临床病理特征的差异,用局部加权散点平滑(LOWESS)、分段线性回归方法,拟合血清Mg^(2+)浓度与γ-GT的关系。结果发现,与Mg^(2+)浓度小于0.92 mmol/L组的直肠癌患者比较,Mg^(2+)浓度≥0.92 mmol/L组的γ-GT和血清总胆固醇较高(P均<0.05)。LOWESS的结果表明,原始数据中血清Mg^(2+)浓度的两个变化点分别为0.92 mmol/L和0.99 mmol/L,自然对数转换的数据中血清Mg^(2+)浓度的另外两个变化点分别为-0.167和-0.01。利用原始数据建立的两段线性回归模型表明,血清Mg^(2+)浓度的变化点为0.98 mmol/L,Mg^(2+)浓度<0.98 mmol/L对γ-GT有正向影响,Mg^(2+)≥0.98 mmol/L时有负向影响。另一个使用自然对数转换数据的两段线性回归模型显示,血清Mg^(2+)浓度的变化点为0.01,其中Mg^(2+)浓度的自然对数<0.01对γ-GT有正向影响,当Mg^(2+)浓度的自然对数≥0.01时则有负向影响。用原始数据LOWESS回归的2个拐点,即0.92 mmol/L和0.99 mmol/L的Mg^(2+)浓度,进行三段线性回归分析,结果显示,<0.980 mmol/L的Mg^(2+)浓度,对γ-GT的影响是正向的,且与<0.929 mmol/L的Mg^(2+)浓度区间的系数不同,影响程度不同,而在≥0.980 mmol/L的Mg^(2+)浓度区间,对γ-GT的影响是负向的,此外,用对数转换数据LOWESS的2个拐点进行的三段线性回归,也显示Mg^(2+)浓度的自然对数以-0.020为分界点时,对γ-GT的影响方向是相反的,但三段线性回归模型均没有统计学意义,总之,具有较高Mg^(2+)浓度的直肠癌患者,其γ-GT的水平也较高,Mg^(2+)浓度对γ-GT的影响存在拐点效应,为γ-GT的关联因素研究提供了基础。

金属离子抗炎作用的分子机制

背景:抵抗炎症反应是促进损伤组织修复的重要环节,改善医用生物植入材料所造成的局部炎症反应是近几年有待解决的关键问题。目的:综述常见金属离子的抗炎作用及相关分子机制,为改善生物植入材料导致的宿主早期炎症反应提供一定理论参考。方法:利用计算机检索PubMed、Web of Science、中国知网及万方数据库中相关文献,以“金属离子,镁离子,锌离子,银离子,铜离子,炎症,抗炎作用,氧化应激,免疫调节,信号通路”为中文检索词,以“metal ions,magnesium ion,zinc ion,silver ion,copper ion,inflammation,anti-inflammatory effects,oxidative stress,immunoregulation,signaling pathway”为英文检索词进行检索,通过阅读文题和摘要进行初步筛选,最终纳入80篇文献进行结果分析与总结。结果与结论:①镁、锌、银、铜等金属离子具有良好的抗炎作用,该抗炎作用的强弱与其剂量及作用时间具有强相关性,未来可考虑通过控制离子的释放速率以及调节适宜治疗浓度以达到最佳抗炎效果。②镁离子和锌离子表现出优异的抗炎活性,镁离子常以硫酸镁等化合物形式在抗炎治疗中发挥益处,锌离子则以锌饲料作为锌的主要补充来源调节机体炎症反应。③银离子和铜离子具有一定抗炎作用,但仍以优异的抗菌活性占首要地位,主要以纳米颗粒及生物涂层等方式发挥作用。④镁、锌等金属离子可与天然提取物结合形成复合物发挥抗炎作用,该方法具有价格低廉、来源广泛的优点,是可持续的绿色途径,值得临床推广。⑤镁、锌、银、铜等金属离子通过减少宿主氧化应激损伤、调节免疫细胞、抑制核转录因子κB、Toll样受体、STAT3和NOD等炎症信号通路共同发挥抗炎作用。⑥金属离子抗炎相关分子机制是一个复杂网络,并非是某个单一通路的作用,而应该是多个信号通路的集合,目前仍有许多潜在机制尚未被发掘,未来需要更加系统地阐明各个信号通路之间的相互联系。

掺镁纳米多孔钛涂层的生物特性及促成骨分化作用

目的:通过微弧氧化(micro-arc oxidation,MAO)将生物活性镁离子掺入纳米多孔钛基础涂层,探讨其物理特性及对成骨的影响。方法:通过改变MAO电解液成分,控制多孔钛涂层中掺镁量,制备非含镁和含镁钛多孔钛涂层(MAO、MAO-mg)。采用扫描电镜(SEM)、粗糙度及接触角和能量色散X射线光谱仪(EDS)对样品进行表征分析,电感耦合等离子体/光学发射光谱仪(ICP-OES)测定掺镁纳米多孔钛涂层的Mg^(2+)释放能力。通过活/死双染、CCK-8检测材料增殖-毒性,并使用FITC-鬼笔环肽通过染色β肌动蛋白,确定细胞骨架结构。通过茜素红(ARS)、碱性磷酸酶(ALP)染色及实时聚合酶链式反应(qRT-PCR)确定涂层对体外成骨分化的影响。采用SPSS 25.0软件包对数据进行统计学分析。结果:加入镁离子的MAO电解液不会改变多孔钛涂层物表面特征,MAO制备出的各组涂层具有相似的微孔结构(P>0.05),MAO处理组(MAO、MAO-mg)表面粗糙度和接触角无显著差异(P>0.05),但显著高于Ti组(P<0.05)。EDS及ICP分析显示,镁离子成功掺入并从材料中释放。活/死双染及细胞增殖测定显示,与Ti组相比,MAO处理组无毒(P>0.05),且随着细胞培养时间延长,MAO-mg显著促进细胞增殖(P<0.05)。MAO-mg组ALP、ARS染色效果显著高于其他组;qRT-PCR显示,MAO-mg组的Runx2 mRNA(P<0.05)、ALP(P<0.05)和骨钙素OCN(P<0.05)表达显著高于Ti、MAO组。结论:MAO成功制备含镁纳米多孔钛涂层,且表现出明显的促成骨分化作用。

燃煤锅炉烟气湿法脱硫废水中重金属及钙镁离子沉淀规律研究

燃煤锅炉烟气湿法脱硫废水中的重金属及钙镁等离子危害较大,开展其沉淀去除规律的研究有利于废水中有用元素的资源化回收和废水的回用。采用碱液沉淀法对脱硫废水进行分级处理,对沉淀产物采用SEM-EDS等手段进行表征。结果表明,采用氢氧化钙作为沉淀剂可以实现去除重金属、回收镁资源及去除氟化物和降低废水硬度等多种目标。在去除重金属离子的过程中,当脱硫废水pH值为9.0~9.5时,废水中的重金属离子可得到有效去除且达到污水排放标准,镁离子几乎没有损失,钙增加率也较低,仅为4.6%以下;将废水pH值调整为9.5~9.7可有效回收废水中的镁元素,镁的回收率在62%以上,回收效果较好。在碱性条件下,向废水中投加Na_(2)CO_(3)可有效降低废水中的钙离子和残留的镁离子,实现废水降硬的目标。不同pH值下沉淀物的SEM-EDS能谱显示,对脱硫废水进行梯级pH处理可以达到分级去除重金属污染物和回收镁元素的目标。通过对脱硫废水中重金属及钙镁结垢离子的沉淀规律研究,实现了废水的分质分盐有用成分的资源化回用,避免了产生杂盐危废造成二次污染的可能,达到了脱硫废水的零排放的目标。

二维BeB_(2)作为镁离子电池阳极材料的理论研究

为了加快镁离子电池的开发与应用,寻找合适的镁离子电池阳极材料势在必行.此外,具有较低摩尔质量的阳极材料有利于获得较高的理论存储容量.因此,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算系统地研究了BeB_(2)单层材料作为镁离子电池阳极的潜力.计算结果表明,基于声子谱检测,BeB_(2)结构展现了优异的动力学稳定性.此外,从BeB_(2)的能带结构可以看到清晰的狄拉克锥,表明其具有良好的导电性能.BeB_(2)可以稳定吸附镁离子,并且镁离子在该材料上表现了较低的扩散势垒(0.04 eV),这意味着更快的充放电速率.重要的是,BeB_(2)展现了超高的理论容量(5250 mA·h·g^(–1))、较低平均开路电压(0.33 V)以及较小的体积膨胀(2%).此外,Mg离子在双层BeB_(2)结构中的吸附能为–1.38—–2.24 eV,扩散势垒为0.134—0.84 eV.综合以上性能,我们相信BeB_(2)可以作为一种优秀的镁离子电池阳极材料.

低镁血症与肾移植:免疫影响及感染风险的研究进展

镁作为细胞内含量丰富且具有广泛作用的阳离子,在免疫功能方面发挥着积极的作用,备受关注。在多种因素的影响下,如使用钙调磷酸酶抑制剂等,肾移植术后低镁血症的发生并不罕见。感染是肾移植术后常见的并发症,也是导致肾移植受者死亡的常见原因之一。近年来的临床研究表明,肾移植术后低镁血症与移植后感染风险密切相关。在肾移植受者中关注并监测镁浓度可能有助于预防感染的发生,改善受者及移植物预后。因此,本文就镁与免疫反应、肾移植术后低镁血症发生的原因及肾移植术后低镁血症与感染的相关研究进展进行综述,以期为肾移植术后感染的预防与治疗提供参考。

阴极Mg^(2+)污染物对PEMFC电化学性能及电化学阻抗影响

质子交换膜燃料电池经过长期运行后,其部件(弹性垫片、极板等)会发生损伤,并产生金属离子污染物(如Ca^(2+)、Mg^(2+)),这将影响燃料电池长期运行的稳定性和耐久性。通过向燃料电池阴极空气流中添加不同浓度(100、300和500 mg/L)的Mg^(2+)溶液,研究了极化曲线以及电化学阻抗谱,分析了阴极Mg^(2+)污染物对燃料电池电化学性能及电化学阻抗的影响。极化曲线实验结果表明3种浓度梯度的阴极Mg^(2+)污染物均对燃料电池的电化学性能有明显负面影响,污染后的燃料电池的电流密度出现下降,且下降程度与阴极Mg^(2+)污染物浓度和污染时间呈正相关。极化曲线理论分析结果表明:3种浓度梯度的阴极Mg^(2+)污染物均显著影响质子交换膜的渗透性并增大质子交换膜对氢离子的阻抗,且污染时间越长,质子交换膜性能恶化越严重。电化学阻抗谱分析结果表明:3种浓度梯度的阴极Mg^(2+)污染物均会增大质子交换膜对氢离子的阻抗以及阴极法拉第电阻,且质子交换膜对氢离子的阻抗随污染时间增加而增大;阴极双电层结构受这3种浓度梯度的阴极Mg^(2+)污染物影响不明显。

Recent developments on anode materials for magnesium-ion batteries:a review

In recent years,there has been significant growth in the demand for secondary batteries,and researchers are increasingly taking an interest in the development of nextgeneration battery systems.Magnesium-ion batteries(MIBs)have been recognized as the optimal alternative to lithium-ion batteries(LIBs)due to their low cost,superior safety,and environment-friendliness.However,research and development on rechargeable MIBs are still underway as some serious problems need to be resolved.One of the most serious obstacles is the generation of an irreversible passivation layer on the surface of the Mg anode during cycling.In addition to exploring new electrolytes for MIBs,alternative anode materials for MIBs might be an effective solution to this issue.In this review,the composition and working principle of MIBs have been discussed.In addition,recent advances in the area of anode materials(metals and their alloys,metal oxides,and two-dimensional materials)available for MIBs and the corresponding Mg-storage mechanisms have also been summarized.Further,feasible strategies,including structural design,dimension reduction,and introduction of the second phase,have been employed to design high-performance MIB anodes.

镁离子电池的专利技术分析

随着世界能源资源的日益短缺,而对能源的需求量日益增加,新能源技术愈发引起关注,而镁离子电池作为新型二次电池,因具有较高的能量密度、有成本低、安全性高而成为新能源研发热点之一,通过对于镁离子电池专利文献的收集、标引和梳理,分析了镁离子电池的专利技术概况,并且通过正极、负极和电解质三个技术主题进行了具体分析。

生物活性离子改性透钙磷石骨水泥的生物和理化性能

背景:透钙磷石骨水泥作为一种骨替代和骨填充材料,因其具有良好的生物相容性、骨传导性等优点,尤其是相比于其他磷酸钙类骨水泥具有更好的生物降解能力,在骨修复方面有重要应用价值,但也因其存在机械性能不足、固化反应快及注射性能差等问题的限制,目前一般只能用于非负重区骨的修复。目的:探讨生物活性离子(金属离子和非金属离子)改性透钙磷石骨水泥,以期拓展使用范围。方法:利用Pub Med、Science Direct和中国知网、万方数据库检索2018-2023年发表的文献,中文检索词为“金属离子,铁,铜,锶,镁,锌,非金属离子,改性,骨,透钙磷石骨水泥”;英文检索词为“metal ion,iron,Fe,copper,Cu,strontium,Sr,magnesium,Mg,zinc,Zn,non-metal ion,modification,bone,Brushite Cements”。通过阅读标题、摘要对所得文献进行初筛,排除重复及内容不相关文献,最终纳入64篇文献进行综述。结果与结论:(1)生物活性离子影响透钙磷石骨水泥水化反应过程,不同离子以离子取代的方式掺入透钙磷石骨水泥晶体结构中,改变了骨水泥晶体形态,引起凝固时间、注射性、抗压强度等理化性能改变。(2)离子改性的透钙磷石骨水泥因不同的晶体结构而产生不同的离子释放效应,不同类型离子具有如促血管生成/成骨、抗菌及抗肿瘤等特性而发挥作用,此外,透钙磷石骨水泥具有良好的生物降解性,这对于各离子性能的发挥具有极大优势。(3)不同离子改性透钙磷石骨水泥理化性能影响如下:铁、铜、锶、镁、锌、银、钴可延长凝固时间;锶、镁可提高注射性能;铜、锶、镁、银、硅可增强抗压强度;能同时改善透钙磷石骨水泥以上3种理化性能的离子有锶、镁;良好的理化性能是临床应用的前提,故离子改善透钙磷石骨水泥的凝固时间、注射性及抗压强度等性能对骨水泥的研究应用具有重要意义。(4)不同离子改性透钙磷石骨水泥生物性能影响如下:铜、锶、镁、锌、钴、锂、硅、硒具有促血管生成/成骨效应;铁、铜、镁、锌、银具有抗菌特性;镁离子具有抗炎特性;铜、硒具有抗肿瘤性。(5)综上所述,镁离子能改善透钙磷石骨水泥凝固时间、注射性和抗压强度,同时具有促新生血管生成/成骨及抗菌性,对合并感染的骨缺损治疗具有良好应用前景;此外,铜还具有抗肿瘤特性,因此铜离子在感染、肿瘤引起的骨缺损治疗方面有巨大潜力;只是目前相关研究仍处于基础研究阶段,不同离子掺杂浓度和合成条件等对透钙磷石骨水泥理化性能的影响需进一步探索,同时对于生物性能影响也需更长期的研究观察。

钙锶镁锌交联藻酸盐水凝胶的制备及其细胞相容性研究

目的:制备4组含不同种类二价金属离子Ca^(2+)、Sr^(2+)、Mg^(2+)、Zn^(2+)交联的藻酸盐凝胶支架,检测其理化性能,观察MC3T3-E1细胞在各组凝胶表面的黏附、增殖及成骨分化情况。方法:配制4组离子总浓度为6.5g/L且含不同种类Ca^(2+)、Sr^(2+)、Mg^(2+)、Zn^(2+)的混合溶液作为交联剂,与海藻酸钠溶液发生螯合反应制备多离子交联水凝胶,依据所含离子种类分为Ca组、Ca-Sr组、Ca-Sr-Mg组、Ca-Sr-Mg-Zn组,Ca组为对照组。使用扫描电镜观察凝胶冻干后的表面形态,检测其降解、溶胀性能及Sr^(2+)、Mg^(2+)、Zn^(2+)析出浓度。将MC3T3-E1细胞接种在水凝胶表面,观察细胞黏附形态,采用CCK-8法和活死染色法评价其生物安全性和细胞增殖能力。诱导MC3T3-E1细胞成骨分化,检测ALP活性,茜素红染色观察钙盐沉积情况,RT-qPCR检测成骨基因的表达。结果:与Ca组相比,Ca-Sr组、Ca-Sr-Mg组、Ca-Sr-Mg-Zn组水凝胶的孔隙更均匀致密,凝胶的降解速度与溶胀率均减小(P<0.05),细胞在凝胶表面的黏附形态由球形变为多角形;与Ca组比较,Ca-Sr组、Ca-Sr-Mg组、Ca-Sr-Mg-Zn组水凝胶表面的细胞增殖活性、细胞内ALP活性、钙结节生成面积及I型胶原、骨形态发生蛋白2、Runt相关转录因子2等成骨基因的表达量升高(P<0.05),且Ca-Sr组、Ca-Sr-Mg组、Ca-Sr-Mg-Zn组水凝胶表面的细胞增殖活力及成骨分化效果依次提高(P<0.05)。结论:较Ca^(2+)交联的海藻酸钙水凝胶相比,使用Ca^(2+)、Sr^(2+)、Mg^(2+)、Zn^(2+)混合金属阳离子作为交联剂,能改善藻酸盐水凝胶的理化性能,促进MC3T3-E1细胞在凝胶表面的黏附及成骨分化。