含微量nd鎂基生物材料的研究現(xiàn)狀

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1、含微量Nd鎂基生物材料的研究現(xiàn)狀　　摘要：隨著科研人員對具有生物特性材料的研究不斷深入，越來越多的生物材料被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其是在牙科和骨科方面的實際應(yīng)用，金屬材料因其特有的強度、韌性、耐磨性和耐疲勞性能被廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的植入材料相比，鎂合金具有可降解性、力學(xué)性能優(yōu)良和生物相容性，這使其在醫(yī)學(xué)材料方面具有較大的優(yōu)勢，而且其對未來醫(yī)學(xué)植入材料有著十分重大的意義和影響。隨著研究的不斷深入，研究者們在控制鎂合金耐蝕性能和力學(xué)性能的技術(shù)方面有了重大突破?！　￡P(guān)鍵詞：生物材料鎂合金生物相容性　　中圖分類號：TQ11文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2016）09（a）-0059-02　

2、　1鎂合金的優(yōu)勢和不足　　鎂合金作為生物材料有以下的特點：（1）質(zhì)量輕，密度為1.74g/cm3，相對密度24，接近人骨密度。鎂在自然界中分布廣泛，同時在海水中也含有大量的鎂，價格相對便宜。（2）相較于鈦合金、不銹鋼等生物材料，鎂合金有其最大的優(yōu)勢――可降解性。（3）鎂合金有良好的力學(xué)性能，其楊氏模量為41.45GPa，遠(yuǎn)小于鈦合金和不銹鋼，這就能夠有效地緩解傳統(tǒng)金屬植入材料所引起的“應(yīng)力遮蔽效應(yīng)”，骨質(zhì)疏松甚至是二次骨折。（4）具有良好的生物相容性。鎂是人體必需的微量元素，成年人平均每天應(yīng)該攝入約400mg鎂離子，鎂的生物安全性高，無生物毒性?！　℃V的化學(xué)性能很活潑，耐腐蝕性能較差，這是

3、制約鎂合金在醫(yī)療方面進(jìn)一步應(yīng)用的最大阻力。通常，鎂合金的耐蝕性主要與生成的腐蝕產(chǎn)物層有關(guān)，當(dāng)生成的腐蝕產(chǎn)物大于溶解的腐蝕產(chǎn)物時，鎂具有好的耐蝕性。由于鎂表面的氧化物膜疏松多孔，對其難以形成保護(hù)作用：鎂在酸性條件下易腐蝕，腐蝕膜無法對鎂形成保護(hù)作用；鎂在堿性條件下雖然有較好的耐腐蝕性，但其形成的是松散沉淀物。以上原因使得鎂還不能滿足當(dāng)前醫(yī)學(xué)臨床上長周期植入物的要求?！　?鎂在體液中的降解過程　　生物鎂合金在植入人體后需要保持12周以上才能保證組織充分愈合和生長。人體的體液是由有機(jī)酸、金屬離子、陰離子以及蛋白質(zhì)、酶和細(xì)胞等構(gòu)成的復(fù)雜的電解質(zhì)環(huán)境，pH值7.35～7.45，溫度37℃。由于鎂的標(biāo)

4、準(zhǔn)電極電位極低（-2.37V），因此，易在人體環(huán)境中發(fā)生電化學(xué)腐蝕，其反應(yīng)過程有：　　由于體液成分的復(fù)雜性，鎂合金在體內(nèi)的腐蝕受很多因素的影響和制約。一方面血液中大量存在的Cl-，其溶解度大且半徑小，易穿透表面膜與基體接觸發(fā)生反應(yīng)，并為去極化劑和陽離子擴(kuò)散打開通道，加速腐蝕電流流動，還會將Mg（OH）2溶解成MgCl2，使其喪失保護(hù)膜層的作用；另一方面PO43-、HPO2-、SO42-和CO32-與鎂鈣離子反應(yīng)生成的難溶膜層和蛋白質(zhì)在鎂合金表面形成的吸附膜均會阻礙基體與體液接觸，阻礙鎂合金的進(jìn)一步腐蝕?！　?鎂合金的應(yīng)用與研究　　鎂合金在醫(yī)療上已有了諸多應(yīng)用，比如醫(yī)用螺釘、心血管支架、多孔

5、骨修復(fù)材料等。在醫(yī)用螺釘方面，由于鎂的彈性模量與人骨的接近，可以有效地緩解應(yīng)力遮蔽效應(yīng)，在骨折愈合初期，提供穩(wěn)定的力學(xué)性能，并逐步增加骨的受力，刺激骨的生長，加速愈合；而在心血管支架方面，相對于不可降解的不銹鋼支架，鎂合金心血管支架有更好的應(yīng)用前景；在作為多孔骨修復(fù)材料方面，由于其合適的力學(xué)性能、可降解性和本身的生物活性，能誘導(dǎo)細(xì)胞的分化和血管的生長?！　〉V合金作為植入材料，過快的降解速度仍然制約著鎂合金在臨床上的應(yīng)用，而且必須在服役期間內(nèi)滿足必要的力學(xué)與形態(tài)學(xué)要求，因此鎂合金的降解速度不宜過快，且要盡量避免發(fā)生點蝕，點蝕的發(fā)生會加快腐蝕速率，合金降解的時間也不可控制。目前的研究工作便是

6、近一步增加鎂合金的耐蝕性，促進(jìn)均勻腐蝕行為，滿足鎂合金醫(yī)用材料降解時間的可調(diào)控性和可預(yù)測性的設(shè)計，在長時期植入生?w內(nèi)期間，有效滿足新骨的生成速率和鎂合金降解速率相一致，最大地促進(jìn)骨的生長和治愈效果?！　?提高鎂合金耐蝕性的方法　　元素合金化是目前常用的鎂合金強化方法之一，即添加合金元素，使鎂的力學(xué)性能和耐腐蝕性得以提高，當(dāng)植入材料在人體內(nèi)進(jìn)行工作時，合金元素固然會隨之進(jìn)入人體內(nèi)，因此合金元素必須對人體無毒副作用，即具有良好的生物相容性。常用的可添加元素有Ca、Sr、Zn、Zr等和一些稀土元素。鈣是人體必不可少的元素之一，它是組成骨骼的主要元素。加入少量的鈣可以改善鎂合金的鑄造及機(jī)械性能。

7、鎂鈣合金中Ca的添加量低于wt.1.0%時表現(xiàn)出良好的生物相容性、低腐蝕速率以及適當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ亢蛷姸?。鍶能夠維護(hù)骨骼健康，增強骨強度和骨密度。鋅元素有助于青少年骨骼發(fā)育和組織再生，并能促進(jìn)傷口愈合，提高人體機(jī)能的免疫力。鋯本身的耐蝕性就很優(yōu)異，在鎂合金中與鐵等形成穩(wěn)定的化合物。鋯能夠細(xì)化鎂合金晶粒，提高合金的機(jī)械性能和耐蝕性能。　　另外，對鎂進(jìn)行表面改性處理是指通過化學(xué)或物理方法進(jìn)行處理，使其表面生成耐腐蝕膜，從而對基體