可降解Mg-Zn-Ca合金腹腔镜手术止血夹的制备及其性能研究

摘要

钛合金止血夹是目前腹腔镜手术临床常用的止血夹，虽然对人体毒性较小，但其永久留存体内会带来离子溶出炎症、干扰影像学诊断以及造成患者心理负担等问题。可吸收高分子止血夹可在体内降解，但结构较复杂，对操作者技术要求高，且成本较高。针对以上问题，本文利用镁及其合金良好的生物安全性、力学性能、特别是体内可生物降解的特性开发了新型可降解镁合金腹腔镜手术止血夹，解决目前该类产品存在的局限性，对于提高手术质量以及患者术后身心健康具有重要的现实意义。
　　本文采用自行研发的Mg-3Zn-0.2Ca合金，设计了可降解镁合金止血夹的加工工艺流程，制备了可降解Mg-3Zn-0.2Ca合金止血夹，并对制备过程中止血夹的显微组织演变、力学性能、体外降解行为、细胞毒性、动物体内组织相容性以及实际止血效果等方面进行了研究，为进一步优化镁合金止血夹的制备工艺以及实际应用效果打下了实验基础，本文研究工作的主要结论如下：
　　1.铸态Mg-3Zn-0.2Ca合金热挤压后，晶粒显著细化，并形成了平行于挤压方向的形变织构。冲裁成型后，止血夹边缘部分晶粒细化；织构特征为（0001）基面平行于挤压法向平面。退火后，止血夹显微组织变得均匀，晶粒尺寸随退火温度的升高、保温时间的延长而增大；经300℃，120min退火后止血夹织构类型以（0001）基面织构为主，织构密度减弱、强度降低。
　　2. ANSYS14.0有限元模拟结果表明，可降解Mg-3Zn-0.2Ca合金止血夹发生大塑性变形直至闭合，最大应变为0.247，分布于中间顶端，与实际情况相符。退火使镁合金挤压态板材强度降低，延伸率增加，止血夹闭合断裂倾向减小。退火工艺的优化结果为：退火温度300℃，保温时间120min。此工艺处理后，镁合金止血夹夹闭断裂现象基本消除，可使乳胶管完全闭合，能抵制乳胶内压力，且一周内夹持力无明显降低，具有良好的力学性能。
　　3.可降解Mg-3Zn-0.2Ca合金止血夹体外浸泡48h内，pH值、失重均随浸泡时间的延长而升高，降解程度加重，腐蚀产物在表面大量堆积。止血夹对乳胶管的夹持力随降解反应的发生而下降，浸泡初期降解程度较小，夹持力降低速率较缓慢；浸泡前48小时止血夹未发生断裂，浸泡四天内近20％止血夹断裂，浸泡一周内止血夹全部断裂。
　　4. Mg-3Zn-0.2Ca合金对小鼠成纤维细胞无毒性。镁合金止血夹大鼠体内生物相容性良好：肌肉间植入止血夹1~4周内，大鼠生命活动正常；血生化指标正常；组织反应合格。镁合金止血夹能完全夹闭大鼠左肾门血管，血管残端无出血，术后两周大鼠未发生渗血，止血夹结构完整，表面发生降解。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2传统腹腔镜手术止血夹

1.3镁合金在生物医疗领域的应用

1.4纯镁、镁基复合材料及镁合金止血夹的研究进展

1.5本文研究内容

第二章 实验方法与设备

2.1镁合金可降解止血夹的制备工艺

2.2 可降解Mg-3Zn-0.2Ca合金止血夹显微组织观察及织构分析

2.3 可降解Mg-3Zn-0.2Ca合金止血夹力学性能测试及夹闭断裂情况

2.4体外浸泡实验

2.5细胞毒性试验

2.6动物实验

第三章 可降解Mg-Zn-Ca合金止血夹的制备及其显微组织与织构演变

3.1铸态及均匀化热处理后Mg-3Zn-0.2Ca合金的显微组织

3.2 挤压态Mg-3Zn-0.2Ca合金板材的显微组织和织构分析

3.3 冲裁成型的可降解Mg-3Zn-0.2Ca合金止血夹显微组织和织构分析

3.4 退火对可降解Mg-3Zn-0.2Ca合金止血夹显微组织与织构的影响

3.5本章小结

第四章 可降解Mg-Zn-Ca合金止血夹的力学性能及夹闭断裂分析

4.1 止血夹夹闭的有限元分析

4.2 Mg-3Zn-0.2Ca合金挤压态板材的拉伸力学性能

4.3 退火对Mg-3Zn-0.2Ca合金挤压态板材力学性能的影响

4.4 退火对成型后Mg-3Zn-0.2Ca合金止血夹力学性能的影响

4.5 可降解Mg-3Zn-0.2Ca合金止血夹体外的夹闭效果测试

4.6本章小结

第五章 可降解Mg-Zn-Ca合金止血夹的体外降解

5.1 可降解Mg-3Zn-0.2Ca合金止血夹的体外浸泡实验

5.2 降解对可降解Mg-3Zn-0.2Ca合金止血夹夹闭效果的影响

5.3本章小结

第六章 可降解Mg-Zn-Ca合金止血夹的生物学评价

6.1 Mg-3Zn-0.2Ca合金的体外细胞毒性试验

6.2 Mg-3Zn-0.2Ca可降解止血夹体内生物相容性评价

6.3 Mg-3Zn-0.2Ca可降解止血夹动物体内血管夹闭效果

6.4本章小结

第七章 全文结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢