Biodegradation and Biocompatibility Evaluation of Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn Alloy

摘要

目前，常见的医用金属材料主要包括钛、钽、铌、锆、不锈钢、钴合金、钛合金以及镁合金等，主要用于各种人工关节、颅骨缺损修补以及冠脉支架等。镁及镁合金在牙科、骨科、心血管介入领域表现出巨大的医用优势。
　　近年来，镁合金作为新一代医用金属材料而因具有生物可降解特性受到了研究者们的关注。金属植入物在体内释放出金属离子，将会引起周围组织的短期或者长期生物学反应。金属材料的毒性不仅取决于材料组成元素，还决定于材料的抗腐蚀性能。因此，可降解生物材料的设计应当考虑到规避毒性元素。
　　本文设计了一种新型的生物医用的Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金。文中通过SEM、XRD、拉伸测试、浸渍实验、电化学实验、动物植入实验等对该合金的力学性能、腐蚀性能、体外降解及体内相容性进行研究。
　　镁合金可以在人体内环境下一定时间后而被降解掉，故可作为植入材料而受到研究者们的广泛关注。可降解材料在降解过程中会发生力学损失，因而镁合金材料的力学性能、生物安全性及器械优化设计之间的相匹配性直接影响临床应用。本文为提高Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金的力学性能，对其进行挤压加工处理，研究了挤压态合金的显微结构和力学性能；为了降低合金的腐蚀速率，对合金进行表面PLGA/PEG涂层修饰，研究了涂覆聚合物涂层前后的合金的体外降解行为，并植入到动物体内进行体内试验，结果表明PLGA/PEG涂层能够有效提高合金的耐腐蚀性。
　　研究发现，Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金在有无蛋白质环境的模拟体液中表现出不同的腐蚀行为，论文中还使用电化学的方法分别研究了两种介质以及有无PLGA/PEG涂层的合金的腐蚀行为。研究表明，Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金在含蛋白质的模拟体液中腐蚀速率较低。同时，文中采用SEM、EDS和浸渍实验研究了PLGA/PEG涂层对合金腐蚀性能的影响。
　　镁合金在生理环境中降解会生成氯化镁、氢氧化镁、磷酸盐等降解产物，镁合金作为一种可吸收金属，不但可完全降解并且降解产物对周围组织无毒性作用。文中将有无聚合物涂层的Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金植入到动物体内，研究了该镁合金材料的体内安全性。
　　研究结果表明，聚合物涂层能够使镁合金的腐蚀速率降低一个数量级，同时提高了镁合金的血液相容性，并降低其溶血率；实验动物的血镁浓度在正常值范围内，术后6个月对实验动物的肝、脾、肾、心等脏器组织及骨、肌肉等植入物周围组织进行病理切片，没有明显异常。研究认为，Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金降解后释放的镁离子不仅不会引起局部或全身毒性反应，还将会对细胞或局部组织产生有益的影响。

目录

封面

声明

英文摘要

中文摘要

目录

Chapter Ⅰ Exordium

1.1 Introduction

1.2 Magnesium Alloys for Medical Research

1.3 Kinds of Biomedical Magnesium Alloys

1.4 Surface Modification Techniques of Magnesium Alloys

1.5 Significance of the Study and the Contents

Chapter Ⅱ Materials and Methods

2.1 Melting of Magnesium Alloy

2.2 Preparation of Polymer Coating

2.3 In Vitro Degradation Experiments

2.4 Analysis of Materials Structure

2.5 Performance of Materials

2.6 Summary

Chapter Ⅲ In Vitro Degradation of Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn Alloy

3.1 Introduction

3.2 Microstructure and Properties of Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn Alloys

3.3 Degradation Behavior of Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn Alloy in the Simulated Body Fluid

3.4 Performance of Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn Alloy with PLGA/PEG Coating

3.5 Summary

Chapter Ⅳ In Vivo Evaluation of Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn Alloy

4.1 Introduction

4.2 Animal Implantation Experiment

4.3 In Vivo Biocompatibility and Safety Evaluation of Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn Alloy

4.4 In Vivo Biocompatibility and Safety Evaluation of Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn Alloy with PLGA/PEG Coating

4.5 Summary

Conclusions

参考文献

Publications

致谢