打开镁合金生物医用前景的关键环节
发布时间:2017-10-16 06:35
作者:互联网
来源:
48
目前,医学上采用的
金属骨植入材料都是不可降解的
不锈钢或
钛合金,当骨折患者的骨骼愈合后,
需要进行二次手术将其取出,增加了患者的痛苦和
经济负担。由于
镁合金具有与人体骨相近的
密度和弹性模量,又具有高的比
强度和比
刚度等诸多优良的力学性能,作为现有
金属植入材料的替代品表现出巨大的优势和潜力,近年来己成为生物医用材料领域的一个研究
热点。除了以上优点之外,
镁合金与目前临床正在使用的各种金属植入材料
相比,还具有以下特点:1)安全性:镁是人体内的常量元素,过量的镁可通过尿液排出体外,因此,镁以一定速率降解时不会对人体产生不良影响。2)生物学特性:镁
离子可催化或激活体内300多种酶,参与体内一系列新陈代谢过程,并在维持
钾离子平衡方而起着重要的作用;镁还是能量转运、贮存和利用的关键元素,对于调节细胞的生长和维持膜结构有重要作用。3)可降解性:镁具有很低的
标准电极电位,在人体体液中易生成镁离子,被周围机体组织吸收或通过尿液排出体外,因此,镁可以被人体体液完全降解。但是,镁合金作为生物医用材料也有其明显的不足之处:由于镁的化学性质极为活泼,并且在
腐蚀介质中产生的氧化膜
疏松多孔,导致镁合金的耐蚀性较差,尤其是在含氯离子的人体生理环境中更是如此。镁合金在人体内的腐蚀一般为非均匀腐蚀,降解速度过快。因此,要真正打开镁合金的生物医用前景,
控制其在人体中的降解速度,实现镁合金降解
行为的均匀可控至关重要。研究表明,添加
稀土元素不仅可以提高镁合金的力学性能,还可以通过改变腐蚀层结构、强化阴极相控制、影响腐蚀的电化学过程,从而提高合金的抗腐蚀性能。有些稀土元素在镁中具有较大的
固溶度,加入这些元素,可以对镁合金起到很好的固溶强化作用;有些稀土元素会促进稀土元素与Mg之间的金属间化合物的形成,这些金属间化合物使镁合金电偶腐蚀过程中阴极性减弱,降低了镁合金的微电偶腐蚀。稀土元素的存在也
改善了表面膜和腐蚀层的结构和组成,抑制了腐蚀的进行。例如,Mg-10Dy具有中等
拉伸和压缩屈服强度,并具有良好的塑性和耐腐蚀性,经固溶处理后可使Dy在镁合金中的分布更加均匀,极大地提高合金的耐腐蚀性能。据报道,在镁合金AZ91D中添加稀土元素后,埋植在豚鼠股骨髓内18周后仍保持较完整的外形,而对照的AZ91D合金则基本降解了。初步应用表明,稀土镁合金植入体的最大拔出力、
剪切强度等
指标均优于
钛合金植入体,镁合金周围有更多的骨组织与植入体结合,且没有发现排异反应,这说明稀土镁合金比钛合
金具有更好的骨-植入体
界面结合强度及成骨
能力。稀土镁合金正成为新一代可降解生物医用材料的研发热点,目前欧洲己进入人体临床研究
阶段。(
钢研)
备注:数据仅供参考,不作为投资依据。