生物医用Mg-Zn-Zr合金体内外腐蚀降解机理的研究

摘要

Mg-Zn-Zr合金以其良好的力学性能及优异的生物相容性，特别是生物腐蚀吸收性能，成为新型生物可降解植入材料，在骨折内固定、血管支架等临床应用中孕育着巨大的市场前景。然而，该合金在体外模拟生理环境中的腐蚀降解机理，及其在生物体内降解的规律尚未得到研究。
　　 本研究制备了Mg-3wt％Zn-0.5wt％Zr合金，配置成四种含有人体体液重要侵蚀性离子的溶液及模拟体液(SBF)，对合金的的体外腐蚀降解和电化学行为进行了研究，系统揭示了生理环境中所含侵蚀性离子(Cl-、HPO42-、HCO3-、SO42-)对镁合金腐蚀降解行为的影响，进而揭示了合金在模拟体液中的腐蚀降解机理。将Mg-3wt％Zn-0.5wt％Zr合金标准试样植入白兔腿骨，采用多种手段分析评价了其在体内不同部位的降解行为，探索了降解机理。结果表明:
　　 1、Cl-离子会导致Mg-3wt％Zn-0.5wt％Zr合金发生多孔状点蚀;HPO42-离子能较强地抑制镁合金的腐蚀降解;HCO3-离子大大加快了镁合金的腐蚀降解速度，但由于能够在剧烈腐蚀部位诱导钝化，对合金点蚀的扩展具有抑制作用;SO42-离子对合金腐蚀降解的加速作用不明显。
　　 2、Mg-3wt％Zn-0.5wt％Zr合金在SBF中腐蚀降解初期，其降解速度较快。经过3天的腐蚀降解后，合金降解速率基本保持稳定，并远低于初期的腐蚀降解速率。该合金在降解过程中会发生微弱的点蚀，但其点蚀部位在SBF溶液中具有一定的自我修复能力。
　　 3、Mg-3wt％Zn-0.5wt％Zr合金植入动物体内不同部位，降解速率有所差异。在物质循环交换比较充分的松质骨部位，合金降解快于骨干等部位。随着降解时间的延长，合金降解的量会逐渐增加，降解速率却逐渐降低，三个月的残留合金量为48.4％，六个月的残留合金量为30.4％。组织学分析显示合金具有良好的生物相容性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 生物医用镁合金的潜在应用及存在的问题

1．2．1 生物医用镁合金的性能及特点

1．2．2 生物医用镁合金应用中存在的问题

1．3 生物医用镁合金体内外降解行为的研究进展

1．3．1 生物医用镁合金体外降解研究进展

1．3．2 镁合金体内降解的研究发展现状

1．4 课题的研究背景及研究内容

1．4．1 课题的研究背景

1．4．2 课题的研究内容

第二章 生理环境中侵蚀性离子对Mg-Zn-Zr合金体外腐蚀降解行为的影响

2．1 实验设计

2．2 实验材料、设备及方法

2．2．1 Mg-3wt％Zn-0．5wt％Zr合金的制备

2．2．2 实验设备及仪器

2．2．3 Mg-3wt％Zn-0．5wt％Zr合金体外降解测试

2．2．4 Mg-3wt％Zn-0．5wt％Zr合金电化学分析测试

2．3 实验结果与分析

2．3．1 腐蚀性阴离子对Mg-3wt％Zn-0．5wt％Zr合金腐蚀产物的影响

2．3．2 腐蚀性阴离子对Mg-3wt％Zn-0．5wt％Zr合金腐蚀形貌的影响

2．3．3 腐蚀性阴离子对Mg-3wt％Zn-0．5wt％Zr合金腐蚀速率的影响

2．3．4 Mg-3wt％Zn-0．5wt％Zr合金在测试溶液中的电化学行为

2．4 本章结论

第三章 Mg-Zn-Zr合金在SBF中的腐蚀降解机理研究

3．1 实验材料、设备及方法

3．1．1 Mg-3wt％Zn-0．5wt％Zr合金的制备

3．1．2 实验设备及仪器

3．1．3 模拟体液(SBF)配制

3．1．4 Mg-3wt％Zn-0．5wt％Zr合金在SBF中的体外降解测试

3．1．5 Mg-3wt％Zn-0．5wt％Zr合金在SBF中的腐蚀产物的表征

3．1．6 Mg-3wt％Zn-0．5wt％Zr合金在SBF中的电化学分析测试

3．2 实验结果与分析

3．2．1 Mg-3wt％Zn-0．5wt％Zr合金在SBF中的腐蚀产物分析

3．2．2 Mg-3wt％Zn-0．5wt％Zr合金在SBF中的腐蚀形貌分析

3．2．3 Mg-3wt％Zn-0．5wt％Zr合金在SBF中的腐蚀降解速率

3．2．4 Mg-3wt％Zn-0．5wt％Zr合金在SBF中的电化学行为

3．3 本章结论

第四章 Mg-Zn-Zr合金在生物体内降解的研究

4．1 实验材料、设备及方法

4．1．1 Mg-3wt％Zn-0．5wt％Zr合金的制备

4．1．2 实验设备

4．1．3 植入实验

4．1．4 X射线影像学检查

4．1．5 微观结构表征

4．1．6 Micro-CT测试

4．1．7 Micro-CT观测后的植入部位的组织切片检查

4．2 实验结果与分析

4．2．1 X射线影像学评价

4．2．2 微观结构的结果与分析

4．2．3 Micro-CT结果与讨论

4．2．4 组织学评价

4．3 本章结论

第五章 全文结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢