生物可降解锌合金用于骨植入物的研究进展

生物可降解锌合金是新型的具有发展前景的人体骨植入物材料。讨论了生物可降解锌合金在力学性能、腐蚀降解行为和生物相容性等方面作为骨植入物材料的开发潜力和应用前景。重点综述了近年来不同合金元素的选择和添加量对生物可降解锌合金的强韧化影响、生物可降解性及生物相容性评价。同时,讨论了塑性变形过程对生物可降解锌合金力学性能的影响。另外,还介绍了生物可降解锌合金的体内外降解行为、生物腐蚀机理、生物相容性及其要求。明确了各种增强手段对生物可降解锌合金的影响,并分析讨论了各种手段的可取与不足之处。针对当前制备技术存在的问题,结合已有研究成果,指明生物锌合金未来的发展方向。生物锌合金的强化方法,如合金化、改变添加量、变形加工操作、表面改性处理等,可以有效提高纯锌的综合性能。锌合金的降解速率适中,不产生氢气袋,降解产物能起到保护层的作用,有助于提高细胞黏附性,增强抗菌能力。锌合金的生物相容性与锌离子的释放量密切相关。制备ZnP涂层的表面改性技术能够有效降低锌离子释放量,进而改善生物相容性。目前,生物可降解锌合金在生物体植入物中已经取得部分进展,但是,其力学性能和生物相容性仍是较长一段时间内努力的方向,开发新的增强手段及体内动态模拟试验和性能评估方法也都是未来的重要发展趋势。     

血管支架用可降解金属研究进展

在过去的20年间,随着对可降解金属研究的不断深入,从合金成分设计到熔炼制造加工,从毛细管到支架激光加工和药物涂覆等相关技术不断成熟。可降解金属支架也从一个概念发展为实际产品,并形成3个材料体系分支:可降解镁合金支架已经开展了大量的动物实验和临床实验,结果显示其良好的表现和临床安全性,Biotronik公司生产的可降解镁合金产品Magmaris在2016年获得CE认证;可降解铁合金支架目前处在动物实验阶段,注氮铁合金支架具有优异的力学性能,动物实验结果显示注氮铁支架具有良好的生物相容性;可降解锌合金支架近几年才得到人们的关注,目前的体内动物实验研究结果显示,纯Zn丝在小鼠体内具有良好的降解性能和生物相容性,暂未见体内支架研究报道。本文在综合评述可降解金属支架材料的研究现状基础上,展望了可降解金属支架在性能优化、药物洗脱和智能化方面的未来发展趋势。     

生物医用可降解镁锌合金研究进展

综述了镁锌合金的临床应用优势,介绍了合金元素对医用镁锌材料物化性能、腐蚀性能和生物相容性的影响及医用镁锌合金表面改性技术的研究现状,并展望了镁锌合金作为生物医用可降解材料的研究趋势和应用前景。     

医用镁及镁合金表面可生物降解有机高分子涂层的应用

近年来,镁及镁合金由于其生物可降解性和良好的生物相容性,在医疗器械领域的应用获得了迅速的发展,然而过快的降解速率限制了其在临床上的应用。可生物降解有机高分子涂层是一种降低镁及镁合金降解速率的有效表面改性方法,同时还可赋予镁及镁合金医疗器械多种功能性。首先综述了可降解有机高分子涂层对镁及镁合金耐腐蚀性能和生物相容性的影响。可降解聚合物涂层能阻碍腐蚀性介质与基体的接触,从而延长其降解时间。而涂层对基体的保护提供了碱性较弱的环境,更利于细胞的生长增殖;同时涂层随着基体一起降解,可降低聚合物长期存在生物体内可能引发炎症反应的风险。此外,对聚合物涂层在骨科以及心血管支架领域的应用以及进展进行了综述。一方面,可降解聚合物涂层能显著延长镁及镁合金在生物体内的作用时间;另一方面,涂层可以作为载体材料通过携带具有不同功能的试剂或者药物实现医疗器械的功能化,如促进骨愈合和药物的可控释放。因此,可降解聚合物涂层在镁和镁合金器械领域必将起到无可替代的作用。     

可降解锌基骨植入材料及其表面改性研究进展

医用锌及锌合金有望成为新一代可降解骨植入物材料来促进骨缺损的修复。概述了可降解医用锌基材料的优势,包括较好的生物安全性和抗菌效果、能促进植入部位周围血管和新骨的生成以及骨相关基因的表达能力。在此基础上,从基底材料、细胞种类及实验结果等方面系统总结了近年来关于可降解医用锌基材料生物相容性和降解行为的研究。同时,归纳了可降解医用锌在临床修复骨缺损方面所面临的主要问题和挑战,包括较差的力学性能和较强的细胞毒性。可降解医用锌较差的力学性能可以通过合金化进行改善,概述了多种新型医用锌合金的力学性能及其生物相容性。表面改性是提高可降解医用锌基表面生物相容性和调控降解的有效手段。从基底样品、表面改性手段、使用的细胞或动物模型以及细胞相容性和降解行为等方面,综述了近年来可降解锌基骨植入材料表面改性的研究现状,提出了可降解锌基骨植入材料表面改性目前所面临的难点问题,包括传统表面改性手段加剧了锌离子的释放或在表面改性后可降解医用锌的生物相容性改善功效不足,以及未来的发展方向。     

可降解金属血管支架研究进展

随着心血管疾病治疗技术的发展,各种金属血管支架作为治疗心血管疾病的最有效器械之一,已经越来越受到人们的关注。重点介绍了目前研究最广泛的2类可降解金属血管支架材料：镁基合金和铁基合金。总结了这2类血管支架用可降解金属材料的研究进展,血管支架器械的动物试验和临床试验研究成果。归纳了可降解金属血管支架的有限元结构设计、应力分析、体内体外降解性能和生物相容性等需要重点考虑的属性。指出了可降解金属血管支架目前存在的不足,并对可降解金属血管支架未来的研究方向和发展前景进行了展望。     

生物医用锌基合金性能研究进展EI北大核心CSCD

医用金属植入体已广泛应用于临床骨组织修复中,但是随着临床手术案例的积累,发现不锈钢、钛、传统生物金属材料在生物体内长期存在会造成应力屏蔽、组织排异发炎等症状,二次手术会给患者带来极大痛苦。近年来,可降解金属植入体材料的概念被提出并引起重视,由可降解金属制备的植入体在生物体组织中可被吸收分解,并促进血管组织愈合与骨组织再生,被视为新一代医用植入体材料。锌合金由于其优异的降解特性及生物相容性成为近年来的研究热点,在血管腔内支架、骨科及口腔科内固定材料领域拥有巨大的应用潜力。锌合金发展迅速,须及时进行全面总结。总结归纳目前医用锌合金的主要制备方式、材料力学性能、降解行为和生物相容性。基于大量的数据分析与归纳,发现在锌合金中添加Li、Mg元素可细化晶粒,显著提高锌合金强度,添加Mn元素则可在塑性变形中细化晶粒,可提高锌合金的延伸率。与纯锌相比,锌合金中的Zn-(Fe、Cu、Ag)析出相与Zn基体形成的微电池作用提高了锌合金的降解速率。针对新型锌合金成分及先进制备工艺,提出以材料基因工程,指导适用于增材制造的三元高强锌合金体系开发,在提高力学性能的基础上匹配锌合金的降解速率和生物相容性,直接获得具有定制化结构的锌合金近终成型植入体。在系统性汇总的基础上,从性能、开发以及增材制造三个方面展望未来发展方向。     

医用可降解锌合金的生物相容性评价研究进展

锌合金由于其适宜的腐蚀速率、良好的力学性能，成为继镁合金与铁合金后的一种新型的可降解生物医用金属材料。近年来，研究者对锌合金的设计、加工制备以及降解机理进行了大量研究，但对其体内外生物相容性的研究尚不充分，仅评估了体外细胞毒性、溶血、凝血，少数材料植入动物体内进行了组织相容性的表征。然而生物相容性涉及细胞、组织、血液、免疫等复杂的局部反应和全身反应，除了材料本身的物理化学性质，还受到材料与机体相互作用的影响。本文分析了可降解医用锌合金的化学成分和物相组成，阐明了对其进行生物学评价的方法，并结合锌合金生物相容性研究现状，阐述未来的研究方向。     

可降解镁基金属的生物相容性研究进展

镁基金属以其良好的生物相容性、与骨组织匹配的力学性能以及在人体内可降解吸收等特点,成为极具临床应用前景的新型生物可降解植入材料,未来有望替代传统的医用金属材料(如不锈钢、钛合金等)应用于骨科内植入器件、心血管支架等领域。本文综合评述了近年来国内外可降解镁基金属的生物相容性研究进展,从合金化和表面改性2方面对镁基金属的体内外细胞相容性、血液相容性和组织相容性等相关研究进行了介绍,并对镁基金属未来在临床上的应用和发展趋势进行了展望。     

可生物降解镁及镁合金表面改性研究进展

生物医用镁及镁合金可降解吸收,具有良好的生物相容性,弹性模量与人体骨接近,是理想的人体植入物材料。在体液环境中,医用镁合金腐蚀速率较快,常常导致植入物过早失效。对镁合金表面进行适当改性,可调控合金降解速率、提高生物相容性。最常见的表面改性方法是在镁合金表面生成保护性涂层,这些涂层主要包括可降解高分子涂层和一些无机涂层。综述了近几年可生物降解镁及镁合金的表面改性涂层及改性技术的最新研究动态,探讨了镁及镁合金表面制备无机涂层和可降解高分子涂层的一些改性方法;简要介绍了阳极氧化、微弧氧化、离子注入、溶胶-凝胶、等离子喷涂及化学沉积等表面改性方法的原理,并比较其优缺点;提出了可生物降解镁及镁合金表面改性涂层研究中面临的问题,并展望了未来发展方向。     

含钇Mg-Zn系镁合金的研究现状

稀土镁合金已成为近些年的研究重点之一.综述了钇(Y)对Mg-Zn系合金的铸态组织、室温和高温力学性能、铸造性能以及耐腐蚀性的影响,以及Y和Ce、Mn和Nd等合金元素的复合加入对Mg-Zn系合金力学性能的影响.最后还指出了Mg-Zn-Y系合金目前存在的问题,并指明了其发展方向.     

双辊快淬制备镁合金薄带碎片的工艺研究

普通铸造镁合金的力学性能、抗腐蚀性能及室温塑性都较差,至今它的应用仍受到限制。快速凝固能显著细化晶粒,大幅度提高综合性能,为镁合金的广泛应用提供了一种可行途径。本研究利用雾化技术将液流破碎成细小液滴,用双辊熔体旋铸法制备了AZ91镁合金薄带碎片,其微观组织细小,平均显微硬度比铸态的有很大提高。文中介绍了镁合金快速凝固薄带碎片的制备原理及工艺方法,分析了后续热处理对快速凝固薄带碎片微观组织的影响。     

Synthesis of biodegradable Mg-Zn alloy by mechanical alloying: Statistical prediction of elastic modulus and mass loss using fractional factorial design

Biodegradable Mg-Zn alloy was synthesized using mechanical alloying where a statistical model was developed using fractional factorial design to predict elastic modulus and mass loss of the bulk alloy. The effects of mechanical alloying parameters (i.e., milling time, milling speed, ball-to-powder mass ratio and Zn content) and their interactions were investigated involving 4 numerical factors with 2 replicates, thus 16 runs of two-level fractional factorial design. Results of analysis of variance (ANOVA), regression analysis and R² test indicated good accuracy of the model. The statistical model determined that the elastic modulus of biodegradable Mg-Zn alloy was between 40.18 and 47.88 GPa, which was improved and resembled that of natural bone (30–57 GPa). Corrosion resistance (mass loss of pure Mg, 33.74 mg) was enhanced with addition of 3%–10% Zn (between 9.32 and 15.38 mg). The most significant independent variable was Zn content, and only the interaction of milling time and ball-to-powder mass ratio was significant as P-value was less than 0.05. Interestingly, mechanical properties (represented by elastic modulus) and corrosion resistance (represented by mass loss) of biodegradable Mg-Zn alloy can be statistically predicted according to the developed models.     

生物可降解镁合金的发展现状与展望

镁合金作为新型可降解医用金属材料,近年来成为生物材料领域的研究热点,并越来越受到生物、材料和医学界的关注和重视。从工程用镁合金、新型医用镁合金、表面改性镁合金和新颖结构镁合金4个方面综述了国际和国内生物可降解镁合金方面的研究现状,系统地介绍和总结了目前生物可降解镁合金材料的合金设计、力学性能、体液腐蚀特性、细胞毒性和动物体内植入实验的相关结果,展望了未来生物可降解镁合金亟待解决的科学问题和应用前景。     

Zn元素对Mg-Sr镁合金显微组织、力学性能及腐蚀行为的影响

镁锶系列镁合金是最有前景的生物可降解金属材料之一。锶具有促进成骨和再生的作用,具有良好的生物相容性。但是镁锶合金具有强度不足、降解快速等缺点。添加适量的人体营养元素Zn在Mg-2Sr合金中,通过锌在镁合金中的固溶作用来细化晶粒以提高Mg-2Sr合金的强度和塑性。在模拟体液浸泡降解过程中,Mg-2Sr-2Zn合金生成的腐蚀保护层较致密,阻碍了浸泡过程中氯离子渗透,从而具有较好的耐蚀性。     

纳米羟基磷灰石对血管内支架用可降解Mg-Zn-Zr 合金性能的影响

作为可降解血管内支架材料的探索,制备了Mg-3Zn-0.8Zr合金(质量分数,%,下同)及Mg-3Zn-0.8Zr-1HA复合材料,研究了纳米羟基磷灰石(n-HA)对合金力学性能和生物腐蚀降解性能的影响。n-HA均匀分布于镁合金基体中,使晶粒细化,抗拉强度和延伸率均高于未添加n-HA合金。模拟体液(SBF)浸泡实验表明：随着浸泡时间延长,两种材料表面形貌差异明显。浸泡20 d后,含n-HA的复合材料表面完整,有Ca、P沉积层形成,电化学测试计算的电流密度为0.701×10-5A·cm-2;而不含HA的合金表面严重脱落形成凹坑,对应腐蚀电流密度为1.034×10-5A·cm-2,显示n-HA显著增加了镁合金的耐腐蚀能力     

耐热镁合金及其研究进展

综述了耐热镁合金及其研究进展.介绍了Mg-Al、Mg-Zn、Mg-RE、Mg-Th、Mg-Ag合金系及镁基复合材料、快速凝固镁合金在耐热性能方面的发展;认为Mg-RE系合金由于其优良的耐热性能,可在我国大力发展,但碱土金属可部分代替昂贵的稀土元素.对这些合金来说,研究耐热相及结构对提高合金的高温强度和热稳定性是非常重要的.     

快速凝固镁合金挤压棒材及其组织性能研究

双辊快速凝固技术能够细化晶粒、增大合金固溶度,可以大幅度地提高传统结构材料的综合性能。文中以镁合金快速凝固薄片为原料挤压制备了快速凝固棒材,介绍了快速凝固薄片的挤压设备和工艺,分析了快速凝固挤压棒材的微观组织和力学性能。发现在适当的工艺条件下,可以制备出比镁合金铸锭挤压棒材的组织性能更优良的快速凝固镁合金挤压棒材。     

合金元素对镁及镁合金腐蚀性能影响

由元素的化学电化学等多项参数论述了元素在镁及镁合金中的腐蚀特点,并对镁及其合金在不同环境、介质中的腐蚀数据进行了分析,为镁及镁合金进行合金化强化力学性能的同时提供相关元素腐蚀方面的依据。