基本信息
- 项目名称：
- 可降解生物医用镁合金动态腐蚀性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 镁是人体所需的常量元素之一，利用镁及其合金的腐蚀特性开发医用可降解金属材料应该是安全的，同时还可以解决目前临床广泛应用的可降解高分子材料强度、刚性和稳定性较低等问题[5]。 本课题通过研究这种具有可控降解性能的生物植入镁合金，制作非永久性的生物植入构件，控制其降解时间，并进一步进行活体实验，来满足医学治疗的需要，以减少通过手术取出植入物时对病人造成的痛苦以及不必要的开销。
- 详细介绍：
- 镁是人体所需的常量元素之一，是人体内仅次于钙、钠和钾的常量元素，它参与体内的一系列新陈代谢的过程，包括骨细胞的形成，加速骨愈合能力等，镁还与神经、肌肉及心脏功能关系密切，能减少血液中胆固醇的含量，防止动脉硬化、高血压和心肌梗塞，提高心血管的抗病毒能力[1-2]。国外医学专家还发现镁有降低癌症发病率的功用[3]。可见，镁离子在适当范围内对人体是有益的。用镁及镁合金作硬组织植入材料，可以不考虑微量金属离子对细胞的毒性，成人每人每日需要量超过350mg[4]。利用镁及其合金的腐蚀特性开发医用可降解金属材料应该是安全的，同时还可以解决目前临床广泛应用的可降解高分子材料强度、刚性和稳定性较低等问题[5]。 本课题通过研究这种具有可控降解性能的生物植入镁合金，制作非永久性的生物植入构件，控制其降解时间，并进一步进行活体实验，来满足医学治疗的需要，以减少通过手术取出植入物时对病人造成的痛苦以及不必要的开销。
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撰写目的和基本思路
- 近几年来，镁及镁合金应用于医疗方面。而现在常用的医疗材料有不锈钢，高分子材料，钛合金等，但就当前使用的最为 广泛的钛合金，其弹性模量和骨骼的弹性模量并不匹配，会引起应力屏蔽效应，不利于骨骼的愈合。其次材料本身不能降解，患者需要进行二次手术，对患者造成二次损伤。由于镁及镁合金具有良好的生物相容性，我们在保证合金力学性能的基础上对其腐蚀速率进行分析，设计出具有良好降解性的生物镁合金材料
科学性、先进性及独特之处
- 目前我国运用较多的是钛合金，不仅价格昂贵而且生物相容性有限，特别是在弹性模量上与骨骼弹性模量不匹配，引起应力屏蔽效应，不利于骨骼的生长 镁合金的突出优点在于： ①资源丰富，价格低廉， ②良好的生物相容性和生物可降解性[6。 ③镁对于骨髓细胞的生长没有抑制作用,也没有发现细胞溶解现象 ④金属镁可以促进骨细胞的形成，加速骨的愈合；⑤对于可降解性镁合金，适量的腐蚀产物可以被人体吸收[7]。
应用价值和现实意义
- 镁合金具有良好的生物相容性和可降解性，对其进行合理的热处理,提高组织力学性能和腐蚀性能必然能够得到广泛的运用，加之，镁合金的资源丰富,价格低廉也必然会受到广大患者的青睐。
学术论文摘要
- 镁元素是是人体的常量元素,其合金具有较高的比强度、比刚度、良好的生物相溶性和可降解性，并最接近人的骨骼密度，在医用植入材料领域具有广阔的应用前景。本文对不同热处理状态的镁合金做了动态腐蚀性能研究，为镁合金应用在医用植入材料做了初步的工作，对今后更加深入的研究奠定了基础。 本文所用的镁合金功能材料是在纯镁中加入一定量的镁锆、镁钇中间合金和镧铈混合稀土熔炼而成的。对镁合金铸锭进行固溶和时效两种热处理工艺，并分别对其在人体模拟液Hank溶液中进行动态腐蚀试验，并与纯镁在人体模拟液Hank溶液中动态腐蚀进行比较。模拟液温度为37.5℃，液体流量为1. 3L/min，液体PH值为6.5。用电子天平测量不同状态试样的腐蚀失重情况，分析不同热处理工艺对合金腐蚀性能影响并和纯镁比较。 试验结果表明：成分为 1%Y 1%（La-Ce） 1%Zr 的镁合金固溶状态腐蚀速率最慢，固溶+时效状态最快。镁及镁合金初期腐蚀速度较快，随时间延长逐渐减慢最后趋于稳定。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 李龙川,高家诚,王勇.医用镁合金的腐蚀行为与表面改性[J].材料导报,2003.10,17(10) [2] 谭小伟,高家诚,王勇等.医用纯镁的热处理试验研究[J].科技导报.2006.2:67-69 [3] 许涛,贺春宝.元素镁概论[J].微量元素与健康研究,2004,21(3):60-61 [5] 任伊宾,黄晶晶,杨柯等.纯镁的生物腐蚀研究[J].金属学报,2005.11,41（11）:1228-1232 [8] 黄晶晶,杨柯.镁合金的生物医用研究[J].材料导报.2006.4:67-69 [10] 余耀庭,张兴栋.生物医用材料[M].天津:天津大学出版社,2000.74 [19] 翟春泉,曾小勤,丁文江等.镁合金的开发与应用[J].机械工程材料.2001.1:6-10. [20] 吴振宁,李培杰,刘树勋等.镁合金腐蚀问题研究现状[J].铸造.2001.10:583-586 [21] 黎业生,董定乾,吴子平.稀土镁合金的研究现状及应用前景[J].轻合金加工技术.2006.4:1-6. [22] 范才河,陈刚,严红革等.稀土在镁及镁合金中的作用[J].材料导报.2005.7:61-63,68. [23] 范益,李华基,饶劲松等.稀土阻燃镁合金研究进展[J].重庆科技学院学报(自然科学版).2006.6:39-41,46. [24] 汪正保,刘静,袁则喜.镁合金的合金化阻燃[J].上海有色金属,2005.12:171-175. [25] 董丽君,吴安如.Mg-Y二元合金的制备与组织观察[J].工程材料应用,2006.3:49-50,53. [26] 黄晓峰,周宏,何振明.富铈稀土对镁合金起燃温度的影响[J].中国有色金属学报.2001.8:638-641. [28] 马刚,郭胜利.稀土在镁合金中的应用[J].宁夏工程技术.2005.9:268-272. [29] 李娜,刘建睿,王栓强等.稀土在镁及镁合金中的应用[J].铸造技术.2006.10:1133-1136 [31] 李玉宝.生物医用材料[M].北京:化学工业出版社,2003:205 [36] 宗刚军. 生物可降解血管内支架研究现状[J]. 国际心血管病杂志.2007.11,34(6):4
同类课题研究水平概述
- 目前，国内将镁及镁合金作为生物医用材料的研究和应用还较少。但是，在国际上已有研究人员作了研究和尝试。镁及镁合金的生物医用研究通常是用于以下一些方面：骨固定材料、骨组织工程多孔支架材料、冠状动脉植入支架材料以及口腔植入材料和整形外科材料等。 如今广泛应用于骨板、骨钉的生物医用材料主要是钛及钛合金、不锈钢及聚乳酸等。但是，这些材料都存在一定的局限性。例如：采用钛及钛合金、不锈钢等金属材料作为生物医用材料时会发生应力遮挡效应，即将该金属材料植入人体后，因其与人骨材料的弹性模量不匹配而产生的人骨受力被遮挡的效应，这会使骨骼强度降低、愈合迟缓。而聚乳酸等高分子材料力学性能较差，很难承受较大的负重。而镁及镁合金有高的比强度和比刚度，且镁及其合金的杨氏模量约为45GPa，更接近人骨的弹性模量（20GPa），能有效降低应力遮挡效应。 对于发展骨组织工程支架材料，需要它既要有良好的力学性能，又要有类似于骨的多孔结构和生物可降解性能。近期的研究表明，镁的性能基本符合骨组织工程多孔支架的要求，即较低的弹性模量、适当的强度、良好的生物相容性、生物可降解性和生物可吸收性能等。作为冠状动脉内支架的研究，自从1976年德国医生安德里亚•格隆茨戈首次提出支架的设想，最早是于1986年由Sigwart及其同事使用网状管形金属丝植入冠状动脉内，旨在减少冠状动脉成形术后管腔的弹性回缩。可用于治疗各种类型的心绞痛、急性心肌梗死等[31]。到20世纪90年代冠脉支架广泛应用临床以来，已经出现了第三代可吸收药物洗脱支架。但目前以不锈钢和钴铬合金为基础的药物洗脱支架（DES）仍不能从根本上解决亚急性血栓形成和再狭窄的问题[32-35]，于是生物可降解支架开始成为关注的焦点和热点。镁合金具有理想的机械支撑力、良好的生物相容性且容易降解，其降解产物参与新陈代谢。因此，镁合金被认为是比较合适的生物可降解支架材料[36]。 总之，目前大部分的研究都处于实验状态，并没有被广泛使用，因此对于这方面进行研究和开发是很有必要的。
