生物可降解锌基金属材料研究进展

随着人们医疗观念的转变和材料科学的进步,医用金属植入材料的选择从传统316L不锈钢、钴铬合金、钛合金等惰性金属逐渐转向可降解材料。为了减轻与耐腐蚀支架相关的副作用(即慢性炎症和晚期血栓形成),目前正在开发新一代的生物可吸收支架,支架在完成任务后会被逐渐降解和吸收。目前的可降解金属主要包括镁合金、铁合金和锌合金,铁在动脉中产生大量的氧化产物而镁及其合金又腐蚀得太快。其中,锌合金具有更适宜的降解速度、良好的降解行为和较好的力学性能,基于锌的生物可吸收材料是近年兴起的最具发展潜力的可降解医用金属材料。本文主要介绍了纯锌、锌铜系、锌镁系及其他锌基合金近年来的主要研究进展。     

双氧水和pH值对可降解挤压态Mg-0.5Sr合金腐蚀行为的影响

模拟骨科植入材料植入体内时的生理环境,采用浸泡测试、动电极化测试和电化学阻抗测试研究了模拟生理环境中双氧水浓度和pH值变化对可降解挤压态Mg-0.5Sr合金腐蚀行为的影响。结果表明,在不同pH值(7.4和5.2)的Hank溶液中添加H_2O_2促进腐蚀反应,增加H_2O_2浓度进一步加速腐蚀。降低pH值不仅导致镁合金腐蚀速率增加,而且改变了镁合金的腐蚀机理。结果表明模拟植入时的生理环境加速了镁合金植入体的腐蚀,该研究为可降解镁合金骨科植入体的设计、选择和临床应用提供了重要的信息。     

可降解镁合金临床应用的最新研究进展

作为新一代可降解医用金属材料,镁合金具有良好的力学性能、生物可降解性以及生物相容性。镁合金用作骨修复材料时,可以有效避免应力遮挡效应,有利于促进骨愈合;用作血管支架材料时,可以在狭窄的血管内经过一段时间支架支撑和药物治疗完成正性重构后,自行降解消失,从而降低再狭窄的风险。因此镁合金作为可降解医用材料具有很广阔的临床应用前景,在骨内植物器械和血管支架等领域有巨大的应用潜力。首先介绍了镁合金作为可降解医用材料所具有的优点以及目前所面临的主要挑战,然后分别阐述了镁合金在骨内植物器械和血管支架领域临床应用研究的最新进展,重点介绍了上海交通大学有关可降解医用镁合金的最新进展,最后总结并展望了可降解医用镁合金未来的发展前景。     

Fe-Mn合金在生物医学方面的应用及前景

生物可降解支架是在植入手术后血管修复期间为血管提供一定的支撑作用,然后预期在血管修复完成后一段时间内,通过与体内环境的相互作用转化成无毒性的降解产物被人体所吸收或排出体外。因此,人们对作为可降解支架的金属材料的力学性能、耐腐蚀性、降解特性、生物相容性等都提出了严格的要求。近年来,铁基合金作为可降解金属材料成为生物医学领域新的研究热点。纯铁是人体必需的微量元素之一,且具有优异的力学特性、耐腐蚀性、降解特性、生物性能以及加工成型性,这使得铁基合金作为生物医用可降解材料成为可能。然而,纯铁的降解速率过慢,这是阻碍其作为生物医用金属材料的主要问题之一。合金化在改善铁基材料降解性能的同时也可以改善力学性能,从而提高铁基材料的综合性能。在提高降解速率的同时,铁基材料也应保证足够的力学性能来支撑血管,并且力学性能越好、支架壁越薄、质量越小,则越能缩短降解时间,降解产物越少,对人体的毒性也越小。本文综述了铁基合金作为支架材料的研究现状,以及目前报道的铁锰合金的力学性能、腐蚀降解性能以及体外细胞相容性,并重点介绍了铁锰合金在生物可降解支架方面的研究现状以及需解决的关键问题,同时给出可能的解决方案。     

可降解镁合金材料的研究新进展

可降解镁合金材料因力学性能佳、生物相容性好以及可降解吸收等特点在植入材料领域成为研究热点。综述了可降解镁合金材料作为心血管支架、骨固定材料和多孔修复材料等的最新研究进展,阐述了其在体内的降解机理以及通过高纯镁合金开发、合金化、表面处理和快速凝固工艺等方法提高镁合金材料耐体液腐蚀性能,指出了目前可降解镁合金材料研究需要解决的问题和未来研究方向,并展望了其今后的临床应用前景。     

AZ31镁合金的生物降解行为研究

研究了AZ31镁合金作为生物医用材料的体内外生物降解行为.初步分析了其作为可降解生物医用材料的可行性.体外浸泡实验结果表明,AZ31镁合金的降解行为与其所处环境有关,在Hank's溶液中的降解速度较在0.9%NaCl溶液中低;经过热处理后的AZ31镁合金较铸态和锻态降低了点蚀发生倾向,降解速度更慢.体内植入实验结果表明,AZ31镁合金与动物不同组织接触,其降解速度不同,在骨髓腔内的降解速度更快.植入5周时,镁合金已发生降解,20周降解更为明显.降解过程中镁合金表面有Ca-P物质沉积,表面具有优异的生物活性,其降解产物主要通过尿液进行排泄.在表面制备Ca-P涂层可降低镁合金的降解速度.AZ31镁合金是一种具有良好应用前景的新型生物可降解医用植入材料.     

生物医用镁合金研究进展

由于具有优异的力学相容性、生物相容性和可降解性,镁及其合金成为新一代生物医用可降解金属植入材料的研究焦点。但镁及其合金由于较快的降解速率,严重制约了其在临床上的应用步伐。开发高强度、高韧性、高耐蚀,且降解行为可控的高性能镁合金迫在眉睫。综述了生物医用可降解镁合金的最新研究进展,详细介绍了镁及其合金作为生物医用材料的优势与不足、产品研发现状、降解机理及腐蚀行为和耐蚀性研究,并指出了研究中存在的问题和未来发展方向。     

可生物降解/吸收药物洗脱支架临床应用现状综述

药物洗脱支架的出现为冠脉疾病支架介入治疗术后支架内血栓和再狭窄率过高的问题提供了开拓性的解决方案。近年来,可生物降解/吸收药物洗脱支架作为新一代革命性的药物洗脱支架,得到了世界各个国家医疗和材料工作者的广泛关注,并在其不懈努力下取得了重大进展。目前可降解/吸收药物洗脱支架的材料主要分为可降解聚合物材料和镁合金材料两大类,对聚合物药物洗脱支架和镁合金药物洗脱支架的发展历程、临床研究及应用现状进行了综述,并总结了目前可生物降解/吸收药物洗脱支架所面临的问题和挑战。最后,对未来可降解/吸收药物洗脱支架的发展趋势进行了展望。     

可降解镁合金在胃肠外科中的应用展望

近年来镁合金凭借其良好的腐蚀特性以及出色的张力特性,成为材料科学、生物医学等领域的研究热点。随着研究的不断深入,镁合金的应用研究逐渐深入到不同的医学学科分支,尤以骨科固定器以及血管支架方面的研究为主。然而在胃肠、胆肠吻合中的应用研究才刚起步。分析了可降解镁合金在降解速率、生物相容性、表面涂层等方面的最新研究现状,并对镁合金在胃肠领域的应用与开发进行了展望。     

AZ31B可降解镁合金的研究

研究了铸态、挤压态及热处理态AZ31B镁合金的力学性能和耐蚀性能，选出性能最优的AZ31B镁合金，植入动物下颌骨处进一步研究其在体内的降解行为及其降解产物对动物体的影响。研究结果表明，AZ31B镁合金经过挤压和固溶时效处理可以提高其力学性能和耐腐蚀性能．将处理后的AZ31B镁合金植入兔下颌骨后发现，材料降解未对动物体造成不良影响，并且降解过程不会影响下颌骨骨折固定的稳定性。因此，可降解AZ31B镁合金有望用于制作下颌骨骨折后的内固定系统。     

医用镁合金降解及其对人体的影响

镁合金具有比高分子更高的强度、比陶瓷材料更好的韧性,与人体自然骨的密度、弹性模量和力学性能也更为接近。更重要的是,其植入人体后将会逐步腐蚀降解,既无毒副作用也无需二次手术,是一种极具潜质的新型可降解生物金属材料。但镁在人体生理环境中腐蚀速度太快,可能导致镁离子、氢气、局部pH值和腐蚀沉淀物在体内发生堆积,同时镁合金的机械完整性和力学性能也会因此丧失,达不到预期的治疗目的,甚至引起不良反应和治疗失败。从镁在人体的腐蚀机理和降解产物对人体造成的影响进行综述,并分析了镁合金在未来的发展方向和挑战。     

仿生涂层形貌对MgZnSrCa合金降解速率的影响

镁合金降解速率过快限制了其作为生物医用材料的应用,对镁合金降解速率的控制成为了研究的热点。采用仿生法在MgZnSrCa合金基体表面形成羟基磷灰石涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及能谱仪对涂层结构、形貌和成分进行分析和观察。通过失重法、析氢法、pH值测定等方法,研究不同涂层形貌的合金试样在人体模拟体液(SBF)中的降解速率。实验结果表明:羟基磷灰石(HA)涂层可以降低合金的降解速率,可以通过控制涂层形貌对合金的降解速率进行控制。     

Electrochemical noise analysis on the pit corrosion susceptibility of biodegradable AZ31 magnesium alloy in four types of simulated body solutions

Magnesium alloys have been investigated as biodegradable implant materials since the last century. Non-uniform degradation caused by local corrosion limits their application, and no appropriate technology has been used in the research. In this study, electrochemical noise has been used to study the pit corrosion on magnesium alloy AZ31 in four types of simulated body solutions, and the data have been analyzed using wavelet analysis and stochastic theory. Combining these with the conventional polarization curves, mass loss tests and scanning electron microscopy, the electrochemical noise results implied that AZ31 alloy in normal saline has the fastest corrosion rate, a high pit initiation rate, and maximum pit growth probability. In Hanks’ balanced salt solution and phosphate-buffered saline, AZ31 alloy has a high pit initiation rate and larger pit growth probability, while in simulated body fluid, AZ31 alloy has the slowest corrosion rate, lowest pit initiation rate and smallest pit growth probability.     

海水介质中高活性镁合金负极的电化学性能

研制了一种新型镁合金负极材料；用电化学方法测定了镁合金负极在人造海水介质中的电化学性能，用浸泡法测定了材料在人造海水介质中的自腐蚀速度，用扫描电子显微镜观察了镁合金腐蚀后的表面形貌，并与AP65合金和纯镁进行了比较。结果表明，新研制的镁合金在人造海水介质中的开路电位增加，自腐蚀速度降低，稳定工作电位提高，电极表面腐蚀均匀，可开发用于高电性能电池的负极材料。     

生物医用镁合金腐蚀行为的研究进展EI北大核心CSCD

近年来,镁合金作为生物可降解材料受到了越来越多研究者的关注,由于其具有良好的生物相容性、力学性能及可降解吸收等特点,被誉为一种“革命性的生物材料”。然而,由于腐蚀速率过快和存在局部腐蚀的缺点,目前的生物镁合金仍达不到临床应用的要求。本文从高纯化、合金化、热处理工艺、表面改性等方面综述了最近几年生物镁合金在提高腐蚀性能方面的研究进展,并从添加无毒性合金元素,适当的表面涂覆,先进的制备技术及热处理工艺方面,对如何研制出腐蚀性能更好的生物可降解材料进行了展望。     

可生物降解镁合金血管支架管坯的材料制备及成形研究进展

对可生物降解镁合金血管支架的研究现状进行了综述。镁合金作为新型可降解物材料成为了研究热点,其中血管支架是其最有前景的应用方向之一。镁合金微细管材成形困难及镁合金血管支架腐蚀速率过快,是制约其大规模临床应用的2个主要因素。作者介绍了近期国内外的相关研究,包括改善镁合金力学性能,以及为提高成形极限采取的新成形方法,为提高镁合金耐腐蚀性而采取的各种处理方法等。     

AZ31镁合金在Hank’s模拟体液中的腐蚀行为研究

研究了AZ31镁合金在Hank's模拟体液中的腐蚀行为,包括腐蚀形貌、腐蚀速度和腐蚀电化学特征参数.通过扫描电子显微镜(SEM)比较了不同腐蚀环境中镁合金样品的腐蚀形貌特征.利用失重法测量了镁合金的腐蚀速度,并依此分析了Hank's模拟体液中各成分对镁合金腐蚀速度的影响.测量并分析了不同pH值下的动电位动态极化曲线.结果表明,镁合金在Hank's模拟体液中的腐蚀主要为氯离子引起的点蚀;H_2PO_4~-和HPO_4~(2-)具有缓蚀作用;pH值的升高可以提高镁合金腐蚀反应的自腐蚀电位,降低腐蚀反应的热力学倾向,稳定腐蚀过程中形成的钝化膜,从而降低了腐蚀速度.     

Effect of different processings on mechanical property and corrosion behavior in simulated body fluid of Mg-Zn-Y-Nd alloy for cardiovascular stent application

The biomagnesium alloys have been considered to be one of the most potential biodegradable metal materials due to its good mechanical compatibility, biological compatibility, biological security and biodegradable characteristics. However, the two major problems of high degradation rates in physiological environment and low mechanical properties prevent the development of biomagnesium alloys. In the present work, the samples of Mg-Zn-Y-Nd alloy were prepared by cyclic extrusion compression （CEC） and equal channel angular pressing （ECAP）. The microstructures, mechanical properties of alloy and its corrosion behavior in simulated body fluid （SBF） were evaluated. The results reveal that Mg-Zn-Y-Nd alloy consists of equiaxial fine grain structure with the homogeneous distribution of micrometer size and nano-sized second phase, which was caused by the dynamic recrystallization during the ECAP and CEC. The corrosion resistance of alloy was improved. The tensile and corrosion resistance were improved, especially the processed alloy exhibit uniform corrosion performances and decreased corrosion rate. This will provide theoretical ground for Mg-Zn-Y-Nd alloy as vascular stent application.     

Controlling the degradation rate of AZ91 magnesium alloy via sol–gel derived nanostructured hydroxyapatite coating

Magnesium (Mg) alloys have been introduced as new generation of biodegradable orthopedic materials in recent years since it has been proved that Mg is one of the main minerals required for osseous tissue revival. The main goal of the present study was to establish a desired harmony between the necessities of orthopedic patient body to Mg^2 + ions and degradation rate of the Mg based implants as a new class of biodegradable/bioresorbable materials. This prospect was followed by providing a sol–gel derived nanostructured hydroxyapatite (n-HAp) coating on AZ91 alloy using dip coating technique. Phase structural analysis, morphology study, microstructure characterization, and functional group identification were performed using X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM) techniques. The prepared samples were immersed in simulated body fluid in order to study the formation of apatite-like precipitations, barricade properties of the n-HAp coating, and to estimate the dosage of released Mg^2 + ions within a specified and limited time of implantation. Electrochemical polarization tests were carried out to evaluate and compare the corrosion behavior of the n-HAp coated and uncoated samples. The changes of the in vitro pH values were also evaluated. Results posed the noticeable capability of n-HAp coating on stabilizing alkalization behavior and improving the corrosion resistance of AZ91 alloy. It was concluded that n-HAp coated AZ91 alloy could be a good candidate as a type of biodegradable implant material for biomedical applications.     

Developing an empirical relationship to predict the corrosion rate of friction stir welded AZ61A magnesium alloy under salt fog environment

Magnesium (Mg) alloys shows the lowest density among other engineering metallic materials. As a consequence, this light alloy has a promising future. However, these alloys have great affinity for oxygen and other chemical oxidizing agents. The limitation of low corrosion resistance restricts their practical applications. Extruded Mg alloy plates of 6 mm thick of AZ61A grade were butt welded using friction stir welding (FSW) process. Corrosion behavior of the welds was evaluated by conducting salt fog test in NaCl solution at different chloride ion concentrations, pH value and spraying time. Also an attempt was made to develop an empirical relationship to predict the corrosion rate of friction stir welded AZ61A magnesium alloy. Three factors and a central composite design were used to minimize the number of experimental conditions. Response surface method was used to develop their relationship. The developed relationship can be effectively used to predict the corrosion rate of friction stir weld AZ61A magnesium alloy at 95% confidence level.