鎂合金在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用研究.pdf

1、醫(yī)用鎂合金是一種潛在的可降解植入材料，近年來獲得了很多的關(guān)注。相比于傳統(tǒng)的植入材料，鎂合金的可降解性，優(yōu)良的力學(xué)性能和生物相容性，都是其作為植入材料的優(yōu)勢。鎂合金在生理環(huán)境中能夠發(fā)生降解，從而在植入人體后不需要二次手術(shù)將其取出，這大大地降低了患者的痛苦，其降解產(chǎn)物對于人體來說無明顯的毒副作用，同時鎂合金的力學(xué)特性決定了其不僅能夠為患處提供足夠的力學(xué)支撐，并且擁有良好的力學(xué)相容性，也就是說鎂合金的力學(xué)性能與人骨更為接近，這就避免了一些傳統(tǒng)

2、植入材料帶來的問題，如應(yīng)力遮蔽效應(yīng)。但在應(yīng)用于臨床之前，醫(yī)用鎂合金在很多方面還需要更加深入的研究。本論文的研究主要分為三個部分:鎂合金的表面處理;力學(xué)性能;以及鎂合金的浸泡試驗方法研究。
　　首先，本論文開發(fā)了一種針對多相醫(yī)用鎂合金的表面處理方法——穩(wěn)定化處理，這種方法能夠降低表面膜層下基底的電化學(xué)活性。人體的生理環(huán)境中包含有許多具有腐蝕性的離子（如氯離子，碳酸氫根離子，硫酸根離子，磷酸根離子），它們對于鎂合金在生理環(huán)境中的降解行

3、為會產(chǎn)生不同的影響，其中，氯離子能夠誘引和深化局部腐蝕行為，而在浸泡初期，碳酸氫根離子能夠在鎂合金表面形成膜層，對局部腐蝕行為能夠起到一定的抑制作用。本論文利用氯離子和碳酸氫根離子的相互作用，一定時間內(nèi)使得微電偶腐蝕和膜層生成在鎂合金表面同時進(jìn)行，將高電化學(xué)活性區(qū)域轉(zhuǎn)化為過渡膜層，在膜層之下得到一個低活性的基底，過渡膜層隨后被水熱處理轉(zhuǎn)化成更具有保護(hù)性的膜層，同時過渡膜層能夠保護(hù)低電化學(xué)活性的基底不被水熱處理破壞，整個過程稱之為穩(wěn)定化處

4、理。電化學(xué)測試和浸泡測試表明穩(wěn)定化處理提升了鎂合金的抗腐蝕性能，尤其是提升了鎂合金的點蝕電位，這得益于穩(wěn)定化處理之后形成的特殊基底形貌。而在細(xì)胞增殖實驗中，穩(wěn)定化樣品對HEK293細(xì)胞顯出了更好的相容性。
　　除了生物材料的表面性質(zhì)之外，材料的力學(xué)性質(zhì)也是其能否作為植入材料的重要評判方面。人體環(huán)境是一個復(fù)雜的環(huán)境，手術(shù)對于植入體力學(xué)性能的要求會隨著患者的年齡、性別、身體狀況、受傷部位的不同而改變，因此，鎂合金植入體力學(xué)性能的可控性

5、具有很大的必要性。改變合金成分能夠調(diào)整鎂合金的力學(xué)性能，但是開發(fā)一種新醫(yī)用合金的成本和耗時都較高，并且由于醫(yī)用鎂合金生物相容性的要求，也限制了開發(fā)新醫(yī)用鎂合金時的元素選擇。本論文開發(fā)了一種由三層板材構(gòu)成的多層鎂合金植入體模型，相比于同厚度的單層裸基，這種多層植入體模型的彎曲強度和彎曲模量都有所降低，并且它的力學(xué)性能能夠通過調(diào)整模型中每塊板材的厚度進(jìn)行調(diào)控，所以這是一種力學(xué)性能可控的鎂合金植入體模型。多層植入體模型在受到外力后產(chǎn)生變形，板

6、與板之間存在摩擦力，這種摩擦力會降低植入體模型的整體力學(xué)性能，而這種摩擦力與每塊板材的變形性相關(guān)，板材的變形性與板的厚度相關(guān)，所以在保持植入體模型的總厚度不變時，通過改變?nèi)龎K板材的厚度就能夠調(diào)整植入體的力學(xué)性能。為了增加多層植入體模型的抗腐蝕性，本論文采用聚己內(nèi)酯(PCL)在模型上制備膜層。雖然多層植入體模型暴露在溶液中的表面積要大于單層裸基，但在浸泡測試中,pH值，離子析出量和失重情況都表明多層植入體模型的腐蝕速率相比于單層裸基沒有增

7、加。力學(xué)測試采用三點式測試法，結(jié)果顯示多層植入體模型的彎曲模量得到了有效降低。并且多層植入體模型的力學(xué)性能的降解過程更加穩(wěn)定。
　　通過結(jié)合本論文的工作和前人的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)體外測試實驗方法中仍存在一定的不足。體外測試實驗是一種簡易有效的能夠預(yù)測體內(nèi)實驗情況的方法，但是由于體外和體內(nèi)測試的實驗手段在許多方面存在不同，所以它們的實驗結(jié)果之間仍存在著差異。在動物體內(nèi)試驗中，骨板材料被固定在骨頭上，材料的兩個面暴露在不同的環(huán)境中:一個面

8、貼合骨骼;另外一個面則暴露于肌肉組織。而這兩個面的降解行為會因為面對不同的環(huán)境而有所不同。在傳統(tǒng)的體外測試中，測試樣品多是懸掛在測試液中，樣品各個面的腐蝕情況保持一致。為了更好地模擬體內(nèi)測試的真實環(huán)境，本論文開發(fā)了一種新型的用于體外實驗的樣品放置方式，這種放置方式是利用塑料骨釘將測試樣品固定在骨頭上，之后在動態(tài)的Hanks，溶液里進(jìn)行體外浸泡試驗。實驗結(jié)果表明不同的樣品放置方式對于體外浸泡試驗過程中鎂合金樣品的腐蝕行為會產(chǎn)生影響。在浸泡