新型可降解镁合金的表面改性及相关性能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 徐丽萍 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-12-31 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 杨柯 |
| 关键词 | 镁合金 生物材料 降解/腐蚀 表面改性 生长因子 骨 |
| 其他题名 | Studies on Surface Modification and Relevant Properties of New Biodegradable Magnesium Alloys |
| 学位专业 | 材料加工工程 |
| 中文摘要 | 镁合金具有良好的生物相容性和与自然骨相匹配的力学性能，并且可以生物降解，因此镁合金作为医用硬组织修复材料具有潜在的优越性。本文研究了Mg-Mn和Mg-Mn-Zn两种新型医用镁合金的体外、体内降解性能及骨反应，并采用化学方法对挤压态Mg-Mn-Zn进行了表面生物活性改性处理，优化了处理工艺。同时对转化膜的成膜机理进行了初步探讨。最后，采用体外和体内相结合的方法对表面改性后镁合金的生物相容性进行了评价。得到如下主要研究结果： 电化学测试结果表明，Mg-Mn和Mg-Mn-Zn两种合金在SBF（Simulated body fluid）磷酸盐缓冲液中均表现出较长的钝化平台和较正的击穿电位，说明两种合金在SBF磷酸盐缓冲液中能够迅速在表面生成一层钝化层。浸泡实验表明，尽管合金的腐蚀速率不同，但是两种镁合金都表现出同样的腐蚀行为，即浸泡初期腐蚀较快，浸泡24小时后，合金表面形成含Mg、Na和Ca的磷酸盐膜。这层磷酸盐对合金起到一定的保护作用，因此随后镁合金浸泡的腐蚀显著减缓，腐蚀速率达到稳定状态。 动物体内植入实验表明，Mg-Mn和Mg-Mn-Zn合金植入体表面会迅速形成一含镁的磷酸钙盐降解反应层。降解后的Mg、Mn和Zn元素可以被周围的骨组织吸收。长达26周的血液常规和生化检测表明，镁合金的体内降解并没有造成大鼠血液成分的变化，也没有造成大鼠肝脏、肾脏的异常反应和无机盐成分的增加。病理分析表明，镁合金植入体的骨反应过程可以归纳为：镁合金植入体周围血肿的形成并机化；表面形成含镁的磷酸钙晶体降解层。这层磷酸盐层减缓了镁合金基体与血液的反应速度，并提高了合金表面的生物相容性；成骨细胞接触并黏附在磷酸盐层上，然后生长、分化、分泌基质和钙化；最终，新生骨组织在镁合金植入体表面形成。 采用回归正交实验，确定了适用于Mg-Mn-Zn合金的磷酸钙盐化学转化膜生物活化工艺条件：Ca/Zn>1.50，pH>3.5，T>44℃，t>5min。转化膜为具有良好生物相容性的CaHPO4•2H2O（Dicalcium phosphate-dehydrate, DCPD）。该磷酸盐转化膜可以显著提高镁合金的在模拟体液中的耐腐蚀性能。对成膜机理的初步探讨认为：成膜过程可以分为四个阶段，即初期的基体腐蚀溶解阶段、钝化膜形成阶段、DCPD缓慢成膜阶段和稳态生长阶段。基体腐蚀溶解阶段表现为开路电位迅速下降至最低点，此时主要发生基体合金的快速腐蚀溶解。在钝化膜形成阶段，合金表面形成了一薄层由Mg、Ca、P、O组成的钝化膜层，表面呈致密的网状结构，表现为开路电位随时间呈线性增加。在缓慢成膜阶段，电位随时间缓慢升高，此时DCPD在钝化膜表面不断沉积、长大，合金表面被条状DCPD晶粒覆盖。在稳态生长阶段，膜的生成与溶解同时进行，直至二者达到动态平衡，成膜过程基本结束，表现为电位基本稳定，不再随时间变化。 电化学实验表明，磷酸盐表面改性处理显著提高了镁合金的自腐蚀电位和极化电阻，即提高镁合金的耐腐蚀性能。表面X射线衍射分析（XRD）及傅立叶变换红外光谱（FTIR）结果证实，镁合金表面的磷酸盐活化膜在模拟体液浸泡过程中转变为更稳定的羟基磷灰石（Hydroxyapatite, HA）。 MTT实验结果显示，表面改性镁合金较未改性合金表现出更小的细胞毒性。细胞培养实验表明，表面磷酸盐改性促进了细胞在表面上的粘附、增殖、生长状态及基质分泌，验证了表面磷酸盐涂层具有良好的细胞相容性和细胞传导性。 体内植入病理分析表明，表面改性镁合金与骨组织界面处无炎症反应，具有较好的细胞亲和力及骨生长传导能力。骨生长因子的免疫组化染色研究表明，表面磷酸盐改性显著地提高了镁合金的表面生物活性（p<0.05），显著地促进了合金表面的骨形成和早期骨整合(p<0.05)。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 133 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17051]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 徐丽萍. 新型可降解镁合金的表面改性及相关性能研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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