生物可降解腹腔镜手术止血夹用镁合金的研究

摘要

本文主要研究目的为开发一种具有降解特性的腹腔镜手术止血夹。根据止血夹服役性能要求，即所需力学性能和降解性能，采用生物相容性良好的和可降解特性的镁合金进行制备止血夹镁合金成分设计、材料制备、加工成型以及相关的显微组织、力学性能、降解行为方面研究。主要研究内容包括：熔炼制备了Mg-3.0wt％Zn-0.8wt％Zr合金和Mg-xwt％Zn-0.2wt％Ca合金(x=3.0，4.0)。铸态合金首先热挤压成合金板材，研究了板材合金的显微组织、力学性能、电化学性能和体外浸泡腐蚀降解性能。对铸态Mg-Zn-Ca合金进行了不同道次A路径的等通道转角挤压（ECAE）变形，初步地研究了ECAE变形Mg-Zn-Ca合金显微组织、织构及电化学性能。选取具有优良综合性能的Mg-3.0wt％Zn-0.2wt％Ca合金板材作为原材料加工制备了腹腔镜止血夹，并进行了其应用的初步研究，研究的主要结论为：
　　1.铸态合金Mg-Zn-Ca合金晶粒尺寸比Mg-Zn-Zr合金略大，经过热挤压后，两种合金的晶粒尺寸都明显减小，其中后者挤压后晶粒尺寸减小了将近10倍，而前者晶粒尺寸减小了近30倍。挤压Mg-Zn-Ca合金板材的抗拉强度和屈服强度分别达到290MPa和211MPa，比挤压Mg-Zn-Zr合金板材的282MPa和199MPa更高，且延伸率达到29.4％。挤压Mg-Zn-Ca合金板材耐蚀性比Mg-Zn-Zr合金板材略差。经过2周浸泡后者生成了一些镁取代的钙磷酸盐，而前者的腐蚀更严重，生成的腐蚀产物主要为Mg(OH)2和羟基磷灰石(HA)。
　　2.ECAE变形可以有效细化铸态Mg-Zn-Ca合金的晶粒组织，而且随着变形道次的增加，合金的显微组织更加均匀。使用路径A变形4道次后，平均晶粒度细化至20μm；合金大多数{002}面与ED方向呈39°，同时存在少数{002}面接近平行于ED方向；合金的TD方向是耐蚀性最好的；经过36h模拟体液浸泡，ND和TD方向截面的高频区容抗弧是逐渐增大的，而ED方向截面容抗弧先增大后减小。
　　3.Mg-Zn-Ca合金腹腔镜手术止血夹的组织由等轴晶和未完全再结晶的大晶粒组成，平均晶粒尺寸大约2.5μm。闭合后组织中出现了大量孪晶，并出现大约200μm的微裂纹。止血夹闭合部的硬度呈现中间低、边缘高的规律。手术止血夹夹闭于橡胶管上，经过2周浸泡后，止血夹逐渐断裂失效，失重先快后慢。止血夹保持力学性能完整性是目前亟待解决的问题。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 腹腔镜手术的止血方法

1.3 传统止血夹存在的主要问题

1.4 医用镁合金研究进展

1.5 课题的研究背景及研究思路

第二章 试验方法与设备

2.1 实验材料及设备

2.2 镁合金的制备

2.3 镁合金组织观察及性能测试方法

2.4 镁合金的体外降解测试

第三章 Mg-Zn-Zr合金的制备、板材成型及组织性能研究

3.1 引言

3.2 铸态Mg-Zn-Zr合金的显微组织

3.3 挤压态Mg-Zn-Zr合金板材的微观组织及力学性能

3.4 挤压态Mg-Zn-Zr合金板材电化学性能测试

3.5 挤压态Mg-Zn-Zr合金板材体外降解测试

3.6 本章小结

第四章 Mg-Zn-Ca合金的制备、板材成型及组织性能研究

4.1 引言

4.2 铸态Mg-Zn-Ca合金的显微组织及物相分析

4.3 挤压态Mg-Zn-Ca合金板材的微观组织及力学性能

4.4 挤压态Mg-Zn-Ca合金板材电化学性能测试

4.5 挤压态Mg-Zn-Ca合金板材体外降解测试

4.6 本章小结

第五章 Mg-Zn-Ca合金的ECAE变形工艺及组织性能研究

5.1 引言

5.2 ECAE变形Mg-Zn-Ca合金的显微组织

5.3 ECAE变形Mg-Zn-Ca合金的织构

5.4 ECAE变形Mg-Zn-Ca合金的电化学性能

5.5 本章小结

第六章 止血夹制备与体外性能研究

6.1 引言

6.2 镁合金止血夹的制备

6.3 镁合金止血夹金相显微观察

6.4 硬度测试

6.5 体外浸泡实验

6.6 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