基本信息
- 项目名称：
- MgZnCa金属玻璃的性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 通过高频电磁感应加热炉熔炼吸铸的方法获得MgZnCa合金材料，对获得的试样进行XRD检测发现，不同成分的两个试样，一个部分晶化一个为完全的非晶；对这两个试样进一步进行压缩测试，发现非晶的抗压强度较高，力学性能较好,在人体中可以起一定的支撑能力。电化学腐蚀测试表明，Mg65Zn30Ca5（x=5）金属玻璃的性能优良，与人体骨骼各方面相似，具有生物相容性。
- 详细介绍：
- 腐蚀是我们经常遇到的不良现象。尤其是在生物技术上的应用领域, 植入物的生物腐蚀是很重要的研究课题。要解决这个问题不仅需要进行移植物的调查，同样要设法避免永久性移植物的负面影响。这篇文章通过高频电磁感应加热炉熔炼吸铸的方法获得MgZnCa合金材料，XRD检测发现，不同成分的两个试样，一个部分晶化一个为完全的非晶；对这两个试样进一步进行压缩测试，发现非晶的抗压强度较高，力学性能较好,在人体中可以起一定的支撑能力。电化学腐蚀测试表明，Mg65Zn30Ca5（x=5）金属玻璃的性能优良，与人体骨骼各方面相似，具有生物相容性。这同时也说明镁是一种很有吸引性的生物材料。 治疗心血管疾病，铁、镁合金是可能的候选合金。而铁腐蚀非常缓慢，镁合金在人体体液中有适当的腐蚀速率。镁具有和人的骨骼类似的弹性模量，镁锌钙合金具有良好的生物相容性，这使它在医学方面有特别有趣的应用。通过对猪腹部外腔壁和腔内两种组织类型进行研究，我们已经确认了具有生物相容性的移植物镁材料，它在动物体内可以被溶解，并且在体内和体外的降解中只产生了少量的氢气。镁基金属玻璃的植入大大减少了氢气的产生，这是世界上第一个这样的研究报告，预示着在镁的生物相容性移植物上的有意义的进步。在合金连接中可看到足够的组织愈合性和高的机械强度，我们研究的富锌的Mg60+xZn35-xCa5合金是生物相容性移植物中很好的备选材料。如果可以的话我们可以应用此非晶合金解决人体心血管堵塞问题。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 要解决生物技术上的腐蚀问题不仅需要进行移植物的调查，同样要设法避免永久性移植物的负面影响。这篇文章说明镁是一种很有吸引性的生物材料，但它的腐蚀伴随着氢气的产生。如何避免或减少氢气的产生是很重要的内容。 通过熔化Mg60+xZn35-xCa5合金并吸铸出镁锌钙试样。对其进行XRD、电化学测试来解释Zn的腐蚀行为等分析发现性能优良，与人体骨骼各方面相似，具有生物相容性。
科学性、先进性及独特之处
- 铁、镁合金是可能的候选合金，用于治疗心血管疾病。而铁腐蚀非常缓慢，镁合金在人体体液中有适当的腐蚀速率。镁具有和人的骨骼类似的弹性模量，镁锌钙合金具有良好的生物相容性，这使它在医学方面有特别有趣的应用。
应用价值和现实意义
- 我们已经确认了具有生物相容性的移植物镁材料，它在动物体内可以被溶解，并且在体内和体外的降解中只产生了少量的氢气。镁基金属玻璃的植入减少了氢气的产生，这是世界上第一个这样的报告，预示着在镁的生物相容性移植物上的有意义的进步。在合金连接中可看到组织愈合性和高的机械强度，富锌的Mg60+xZn35-xCa5合金是很好的备选材料。可以的话我们能应用此非晶合金解决人体心血管堵塞问题。
学术论文摘要
- 通过对猪腹部外腔壁和腔内两种组织类型进行研究，我们已经确认了具有生物相容性的移植物镁材料，它在动物体内可以被溶解，并且在体内和体外的降解中只产生了少量的氢气。镁基金属玻璃的植入大大减少了氢气的产生，这是世界上第一个这样的研究报告，预示着在镁的生物相容性移植物上的有意义的进步。在合金连接中可看到足够的组织愈合性和高的机械强度，我们研究的富锌的Mg60+xZn35-xCa5合金是生物相容性移植物中很好的备选材料。如果可以的话我们可以应用此非晶合金解决人体心血管堵塞问题。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 崔福斋，冯庆玲．生物材料学．第2版．北京：清华大学版社，2004．2 [2] Kalpana S Katti．Biomaterials in total joint replacement colloids and surfaces．Biomaterials，2004，39：133 [3]Goodman S B．Wear particles，periprosthetic osteolysis and the immune system．Biomaterials，2007，28(34)：5044 [4] 任伊宾，杨柯，梁勇．新型生物医用金属材料的研究和进展，材料导报，2002，16(2)：12 [5] Nagels J，Stokdijk M，Rozing P M．Stress Shielding and bone resorption in shoulder arthroplasty．J Shoulder and EI-bow Surgery，2003，12(1)：35 [6]Mark P Staiger，Alexi M，et al．Magnesium and its alloys as orthopedic biomaterials：A review．Biomaterials，2006，27：1728 [7]Dyugulu O，Kaya RA，Oktay G，et al．Investigation on the potential of magnesium alloy AZ31 as a bone implant．Mater Sci Forum，2007，546-549：421 [8]Denkena B，Witte F，Podolsky C，et al．Degradable implants made of magnesium alloys．Proc．of 5th Euspen International Conference，MontPellier，France，2005
同类课题研究水平概述
- 目前已应用于临床的医用金属植入材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合金三大类,均为生物惰性材料。经过临床应用，上述医用金属材料均显现了一些弊端，如材料在体内摩擦产生磨屑以及在体液环境中腐蚀产生可溶性离子。这些磨屑以及可溶性离子会产生一定的生物毒性，造成局部过敏反应或者炎症，甚至导致植入失败。力学性能特别是弹性模量不能与人骨组织相匹配，如不锈钢的弹性模量约为200GPa，钛合金约为100GPa，而人骨的弹性模量只有10-30GPa，这样会产生应力遮挡效应，导致愈合迟缓，甚至植入失败。此外，这些医用金属材料均为不可降解材料，对于短期植入材料，在人体自身机能恢复之后，须通过再次手术取出，增加了患者的痛苦及医疗费用负担。 Witte等研究了开孔AZ91镁合金骨修复支架材料的生物相容性。研究表明，镁的降解对周围骨组织不造成任何有害影响，且在植入物周围的骨细胞增殖更为明显。但同时指出，镁作为骨修复材料存在降解过快的问题，在骨再生的初期不能提供足够的力学强度，需要进一步改善其耐腐蚀性能。Reifenrath等的研究同样证明了镁合金骨修复材料具有良好的生物相容性，耐蚀性能需要进一步改进。Wen等研究了不同孔隙率和孔径对多孔镁合金力学性能的影响。研究发现随着孔隙率和孔径的增加，材料的杨氏模量及屈服强度均下降，当孔隙率为35%、孔径为70μm时，杨氏模量为1.3GPa，屈服强度保持在16MPa，与人体骨骼的力学性能最为相近。 . 国外研究者在镁合金支架研究方面已经取得了一些进展, Waksman等把镁合金支架和不锈钢支架同时植入到猪动脉中，研究镁合金支架对猪动脉内膜形成的长期影响，结果，表明镁合金支架的植入是安全和有效的；Mario等把由WE43制成的LektonMagic镁合金支架植入到猪动脉中,发现支架的植入降低了平滑肌细胞生长的同时提高了内皮化；Heublein等把20个AE21的镁合金支架植入到11头猪的动脉中，研究了镁合金支架完全降解所需要的时间以及支架的生物相容性。 MgZnCa金属玻璃在动物体内可以被溶解，并且在体内和体外的降解中只产生了少量的氢气，具有比合金更好的性能。镁基金属玻璃的植入大大减少了氢气的产生，这是这个世界上第一个这样的研究报告，预示了在镁的生物相容性移植物上的一个有意义的进步。目前国内只有部分镁基非晶玻璃的报道。
