新型可降解生物医用镁合金JDBM的研究进展

镁合金因具有与人体骨头接近的密度和弹性模量、高比强度和比刚度、生物可降解性以及生物相容性等优点,近10年来国内外研究人员对其应用于骨内植物、骨组织工程支架和心血管支架等领域进行了广泛的研究。然而,目前大多数研究均以现有商用镁合金为对象,如含Al元素的AZ31、AZ91以及含重稀土元素的WE43等,并未考虑到作为生物材料的安全性等问题。本文作者阐述镁合金作为生物医用材料的优势、面临的挑战以及应对策略;重点介绍上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心近年来围绕自行研发的新型生物医用镁合金JDBM开展的研究工作;最后展望可降解生物医用镁合金的应用前景和发展方向。     

医用可降解镁合金应用及表面改性研究进展

镁及其合金作为新一代生物医用可降解材料,具有良好的经济性、力学性能、生物相容性、可降解性能,在骨科、心血管科、消化科等领域具有广阔的应用前景。镁合金具有较高的化学活性,因此其降解速率较快,力学性能的维持受限,植入时可能发生的细菌感染会引发炎症和腐蚀加速等问题,因此需要通过表面改性来制备多功能一体化的涂层。综述了医用可降解镁合金作为接骨板、螺钉、血管支架、胃肠吻合器、胆管支架等植入材料的应用现状及最新研究成果。讨论了医用可降解镁合金在植入生物体时面临的析氢、pH升高、腐蚀加速、力学性能衰减、稀土元素毒性及内膜增生等具体问题,在此基础上,考察了化学转化、等离子喷涂、微弧氧化、聚合物涂层等4种镁合金表面改性技术的最新研究动态。结合体内试验和体外试验,概述了表面改性对镁合金安全性、耐蚀性、抗菌性、生物相容性等方面的影响,并简要对比了几种表面改性技术的优缺点。最后展望了医用可降解镁合金表面改性技术的发展方向。     

骨植入生物可降解镁合金研究进展

Mg及镁合金作为新型骨植入材料,具有良好的力学性能、细胞相容性和生物可降解性,已经成为国内外研究的热点。然而,镁合金在体内过快降解严重制约了其在临床上的应用。因此,控制镁合金降解速率成为研究的重中之重。综述了镁合金作为骨植入材料的研究现状,详细介绍了主要合金元素对镁合金性能的影响以及改善抗腐蚀性的主要技术和方法。     

医用可降解镁合金抗菌性、溶血以及生物相容性的研究进展

镁及镁合金因其密度低、弹性模量与硬组织匹配、可降解吸收以及具有优异的生物相容性等优点已成为可降解生物材料领域的研究热点。但镁合金体内降解速率过快且降解时产生析氢反应并引发局部pH环境升高,这会影响周围组织的生长,甚至会发生溶血、溶骨现象,这严重限制其在临床上应用。采用添加适当合金元素以及镁合金表面改性被认为是减缓镁合金腐蚀速率以期达到其降解行为可控的有效方法。综述了可降解镁合金抗菌性和溶血性能的研究状况,系统阐述了近5年来可降解镁合金生物相容性的最新进展,展望了医用可降解镁合金未来的研究方向和挑战。     

可降解镁锌合金支架材料加工改性方法的研究进展

药物洗脱支架是冠心病支架治疗中的首选材料,但其永久存留在体内易损害内皮细胞,还有可能发生支架内血栓形成、支架内再狭窄等严重问题,而且现在冠心病发展越来越年轻化,导致药物洗脱支架在临床工作中的应用越来越受到限制。近年来,生物可降解材料逐渐被开发和探索,作为心脏支架材料的新生力量,被国内外多个研究机构看好。主要介绍了可降解镁锌合金材料。首先介绍了镁、锌元素的良好的生物相容性,它们是人体内含量丰富的元素,在体内多种生命活动中都发挥重要作用,缺乏镁、锌元素会增加人体患心血管等疾病的风险,镁锌元素组合还有助于改善各自不适宜的性能,使其更接近临床对可降解材料的需求。然而,镁锌合金支架降解产物局部浓度过高、支架的力学性能和降解速率可控机制等仍需要进一步提高。针对这些问题,重点讨论了近些年来常用于改善合金材料性能的加工改性方法,常用于改进镁锌合金材料的技术包括添加元素、表面改性、热处理、塑性加工、快速凝固、多种技术相结合等方法。介绍了这些方法的原理、效果、优点以及作为可降解血管支架改性方法的局限性,最后对生物可降解镁锌合金支架进行了展望。     

医用可降解镁合金腐蚀疲劳行为研究进展

镁合金由于良好的生物安全性和力学承载性,同时兼具可控的体内外降解速率,被誉为新一代的"革命性医用金属材料"。然而,在湿润气氛条件下镁合金的耐蚀性能较差,尤其是在复杂载荷和腐蚀疲劳作用下(经历动态交变载荷及腐蚀介质协同作用)镁合金的力学固定/支撑功能急剧骤减,导致植入物过早/提前失效。因此,本文从医用镁合金疲劳失效的施加载荷、频率与腐蚀因素的耦合机理出发,针对医用镁合金体内外腐蚀疲劳寿命、断口微区特征和腐蚀速率间定量关系,阐述交变载荷下腐蚀疲劳失效微观机制。同时,深入解析了疲劳微裂纹萌生/扩展机理,全面总结了提升镁合金腐蚀疲劳性能的举措,以及展望了生物医用可降解镁合金的应用前景和发展方向。     

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。     

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。     

心血管支架用Mg-Nd-Zn-Zr生物可降解镁合金的性能研究

以Mg-3.13Nd-0.16Zn-0.41Zr(质量分数,%,JDBM)镁合金为研究对象,研究挤压态JDBM的细胞毒性和腐蚀性能。通过热挤压工艺制备出心血管支架用镁合金微管,并观察其组织。采用激光切割、电化学抛光等工艺制备出心血管支架,测试支架表面粗糙度和径向支撑力。结果表明,JDBM镁合金对内皮细胞无毒性,具有理想的耐蚀性能和腐蚀方式;制备出的心血管支架的径向支撑力超过正常成年人血管收缩压的4倍,满足心血管支架对力学性能的要求。     

可降解镁合金的动物体内骨诱导作用

将两种形态的AZ31B镁合金(条型内固定板和片状多孔板)植入实验动物(新西兰兔)体内,并以钛合金板作为对照,研究了镁合金在修复实验动物下颌骨表面不同形态骨缺损时的骨诱导作用.结果表明,镁合金条形内固定板植入90和180 d后,周围有新骨生成,新骨生成量高于对照组;而片状多孔板植入180 d后,其下方出现不同程度的成骨和溶骨.AZ31B镁合金具有明显的诱导动物机体新骨生成的能力;但当镁合金降解产生的局部镁离子浓度过高时,则会引起局部的溶骨反应.     

镁合金功能材料的研究进展

与其它结构金属材料相比镁合金具有质轻的显著优点,因此被广泛应用于交通运输和航空等领域。随着研究的深入和研究范围的扩大,镁合金更多的优点被开发利用：较高的理论能量密度,较大的阻尼容量和屏蔽效能以及良好的生物相容性,因此镁合金具有作为储氢材料、可再充电电池、阻尼材料、可生物降解的植入材料、电磁屏蔽材料、导热材料的潜力,但是每一种功能性材料都存在未解决的瓶颈问题,本文对近十年的大量的研究进行了概括,总结了镁及镁合金作为以上六种功能材料的主要研究方向及研究进展,讨论了未来主要的研究方向。     

外科植入物用新型医用钛合金材料设计、开发与应用现状及进展

介绍了生物医用钛合金材料的定义、分类与基本特性,综述了国内外生物医用钛合金材料的发展历程,针对改善和提高医用钛合金材料的生物相容性和力学相容性问题,重点分析和讨论了医用钛合金在合金设计、显微组织和相变控制以及表面状态优化等方面存在的不足和未来研究方向,最后介绍了新型介稳定β型钛合金在设计、开发与应用方面的最新进展。     

镁合金作为生物医用材料的腐蚀与防护研究进展

镁合金具有良好的生物相容性及可降解性能,因而有潜力应用于生物医用领域.最近几年,生物医用镁合金的研究得到了广泛的重视.镁合金用于生物医用植入材料的主要问题是耐蚀性差,提高耐蚀性能的方法主要有调整合金成分和采用适当的表面处理技术.本文对镁合金作为生物医用材料的腐蚀机理和影响腐蚀的因素进行了介绍,并总结了最近几年在提高生物医用镁合金耐蚀性能方面取得的进展,最后对生物医用镁合金研究中需要解决的问题和研究趋势进行了分析.     

生物医用镁合金表面改性涂层研究进展

镁合金凭借其优异的生物安全性、良好的载荷传递性及独特的降解性,在医用植入领域表现出巨大的应用潜力和发展前景。然而镁合金在生理环境下的腐蚀溶解速率过快,导致材料力学性能衰减加速进而过早失效。表面改性作为镁合金耐蚀性能提升的重要途径,不仅能通过表层物理屏障的形成来减缓金属材料的溶解速率,还能抑制合金内部腐蚀电偶反应的强烈程度及调控其生物相容性。概述了典型表面改性工艺的技术优势,包括涂层在合金表面的多覆盖度、高膜层厚度、强附着力以及良好生物相容性等。同时归纳了几种表面改性工艺所存在的问题,包括较差的长期耐蚀性、低应力承受能力以及技术安全性等。在此基础上,重点综述了近年来镁合金表面改性涂层的最新研究动态,其中简要介绍了化学转化、微弧氧化、等离子喷涂等几种常见的表面改性涂层形成机制。系统阐述了涂层对镁合金降解过程和生物相容性的影响规律,以及部分元素或粒子对涂层微观结构以及生物性能的作用机理。最后展望了医用镁合金表面改性涂层的发展方向。     

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。     

高性能稀土镁合金的研究进展

随着近年来汽车等工业节能减排对更高性能轻质镁合金的迫切需求,镁合金在工业应用中展现出了很大的发展前途。稀土镁合金系由于具有高温强度高、优良抗蠕变性能及耐热性能以及良好的塑性和耐腐蚀性等高性能,已经成为越来越受到重视的镁合金系之一,并在航空航天、电子、汽车、通讯等领域得到了广泛应用。目前,国内外已开发了Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Gd-Y、Mg-Y-Gd等一系列稀土镁合金。综述了高性能稀土镁合金的研究进展和应用现状,主要介绍了Mg-Y和Mg-Gd二元和多元合金系的研究开发及应用的新进展,以及含长周期堆垛有序结构（Long Period Stacking Ordered Structure,简称LPSO结构）的Mg-Y-Zn、Mg-Gd-Zn、Mg-Gd-Y-Zn、Mg-Y-Gd-Zn合金系的研究现状。最后,展望了高性能稀土镁合金的发展趋势。     

镁基能源材料研究进展

作为最轻的金属结构材料,Mg合金在轻量化方面已经得到了越来越多的应用。Mg具有较低的电极电位及储氢量较大的特点使得Mg在能源材料方面发挥越来越重要的作用。综述了Mg作为储氢材料和电池材料的研究进展,着重介绍了Mg基储氢材料的性能改善、制备方法等,同时对Mg二次电池和燃料电池体系进行了简要介绍。此外,还较详细地介绍了具有高容量储氢性能的Mg基复杂氢化物的研究现状及结果。     

镁合金半固态成形技术的研究进展

综述了目前国内外镁合金半固态成形技术的研究及其应用现状，展望了镁合金半固态成形技术在我国的发展前景。讨论了半固态镁合金的微观组织、流变行为、成形工艺及其成形件的性能。