生物醫(yī)用鎂合金

1、生物醫(yī)用鎂合金概述概述 鎂及鎂合金由于密度低，比強(qiáng)度、比剛度高等優(yōu)異的綜合性能已被廣泛應(yīng)用在航空航天、電子通信、汽車制造等領(lǐng)域。從這十幾年來國內(nèi)外對鎂及鎂合金各方面的報(bào)道發(fā)現(xiàn)鎂作為硬組織植入材料，與現(xiàn)已投入臨床使用的各種金屬植入材料相比，具有資源豐富、與人骨的密致骨密度相近、加工性能良好、能有效地緩解應(yīng)力遮擋效應(yīng)等優(yōu)勢，另外鎂離子對人體的微量釋放是有益的，且鎂及其合金與生物相容性好、資源豐富、價(jià)格低。 潛在優(yōu)勢潛在優(yōu)勢鎂合金作為生物醫(yī)用材料，在力學(xué)性能、生物相容性和可降解性三方面具有突出的優(yōu)勢 。1、力學(xué)性能、力學(xué)性能鎂及鎂合金有高的比強(qiáng)度和比剛度,純鎂的比強(qiáng)度為133GPa/(g/cm3),

2、而超高強(qiáng)度鎂合金的比強(qiáng)度已達(dá)到480 GPa/(g/cm3),比Ti6Al4V的比強(qiáng)度(260 GPa/(g/cm3)高出近1倍。鎂及鎂合金的楊氏模量（約為45GPa）更接近人骨的彈性模量(20GPa),能有效降低應(yīng)力遮擋效應(yīng)。鎂與鎂合金的密度（約為1.7g/cm3）與人骨密度(1.75g/cm3)接近, 符合理想接骨板的要求。因而用鎂及鎂合金作為骨固定材料,能夠在骨折愈合的初期提供穩(wěn)定的力學(xué)環(huán)境,逐漸而不是突然降低其應(yīng)力遮擋作用,使骨折部位承受逐步增大乃至生理水平的應(yīng)力刺激,從而加速愈合,防止局部骨質(zhì)疏松和再骨折。 鎂合金、不銹鋼以及人體骨骼的力學(xué)性能參數(shù)：2、生物相容性 毒性試驗(yàn)表明,鎂合

3、金浸提液無細(xì)胞毒性,不會(huì)顯著降低成纖維細(xì)胞和成骨細(xì)胞的存活率。與純鎂對比,鎂合金溶血率更低,黏附的血小板數(shù)量也更少,因此適當(dāng)添加合金元素,可以將鎂基合金應(yīng)用在骨骼和血管植入物材料方面。此外，體外溶血率和細(xì)胞黏附試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)其具有良好的生物相容性,并能加快前成骨細(xì)胞在合金表面的黏附。3、可降解性可降解性 鎂基合金在人體生理環(huán)境中可腐蝕降解,但是與其它類型的可降解材料相比,其具有明顯高的強(qiáng)韌性和更優(yōu)的加工性能。由于體液中存在氯離子，同時(shí)鎂元素在氯離子溶液中降解速率較快，于是鎂基合金在生物體內(nèi)具有可降解性。另外，有實(shí)驗(yàn)表明，熱處理狀態(tài)可以改變鎂合金在體內(nèi)的降解速率，一般而言熱處理的較鑄態(tài)和鍛態(tài)而言降

4、低了點(diǎn)蝕發(fā)生傾向,降解速度更慢。生物醫(yī)用鎂合金的應(yīng)用 心血管支架：心血管支架：利用鎂制成的可降解心血管支架的臨床醫(yī)用已有報(bào)道，在降解過程中不會(huì)對患者的生理造成任何負(fù)面影響。 骨固定材料：骨固定材料：鎂合金骨固定材料是一種新型醫(yī)用材料，它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)醫(yī)學(xué)中的鋼釘?shù)裙枪潭ú牧?，與人骨的力學(xué)性能更加匹配，避免應(yīng)力遮擋效應(yīng)，即人體骨骼基本愈合后，降解成無毒無害的小分子，并經(jīng)人體循環(huán)系統(tǒng)排出體外，避免了患者二次手術(shù)取出鋼釘?shù)耐纯唷?牙種植材料：牙種植材料：鎂及鎂合金的機(jī)械性能，尤其是彈性模量，比其他金屬材料更接近人體密質(zhì)骨，作為牙種植體材料具有更好的生物力學(xué)相容性，并且，含有鎂離子的材料表面可促進(jìn)骨細(xì)胞

5、附著。生物醫(yī)用鎂合金的改性生物醫(yī)用鎂合金的改性 雖然有很多優(yōu)于其他生物金屬材料的性能，但鎂及鎂合金的耐蝕性能較差，并且較差，并且在腐蝕介質(zhì)中產(chǎn)生的氧化膜疏松多孔，不松多孔，不能對基體產(chǎn)生很好的保護(hù)作用。因此，要使鎂及鎂合金替代現(xiàn)有金屬生物材料成為可能，必須對其進(jìn)行表面改性，以滿足臨床應(yīng)用對生物材料耐蝕性能的苛刻要求。1、純化鎂合金 由于醫(yī)用鎂合金在體內(nèi)主要通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生腐蝕，雜質(zhì)元素在鎂合金基體中作為陰極相，促進(jìn)微電偶電池的形成，加速了基體的電化學(xué)腐蝕。因而，提高醫(yī)用鎂合金的純度，控制有害元素的含量，使其處在允許的極限濃度范圍內(nèi)，可以顯著降低材料的腐蝕速率和改善鎂合金的力學(xué)性能。 通過純化

6、鎂合金的方法，雖然可以有效減緩鎂合金的降解，但是往往在去除雜質(zhì)的同時(shí)，因?yàn)楣潭ㄏ嗟臏p少，導(dǎo)致相應(yīng)的力學(xué)性能降低2、鎂合金的合金化 鎂的耐蝕性也可以通過合金化加以改善。新型醫(yī)用鎂合金的開發(fā)可以通過選用營養(yǎng)元素作為合金元素，以避免Al、Zr及部分稀土元素等對人體潛在的生物毒性；同時(shí)，引進(jìn)有益元素Ca，不僅緩解了鎂合金的降解，而且有利于骨骼的生長。3、鎂合金的熱處理 通過固溶等熱處理可使鎂合金的顯微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，雜質(zhì)元素及夾雜物充分?jǐn)U散固溶到晶粒內(nèi)部，從而得到均質(zhì)結(jié)構(gòu)，有效降低了發(fā)生電偶腐蝕的幾率。例如，熱處理退火后形成的熱氧化膜能有效保護(hù)基體，提高耐蝕性能 。其次通過成形加工影響材料的微觀結(jié)構(gòu)，細(xì)化晶粒，減輕組織的微觀偏析，也能改善鎂合金的耐蝕性能。4、鎂合金的表面處理 由于表面處理，能夠保持材料的基體結(jié)構(gòu)，從而有效維持材料的力學(xué)性能，因而被廣泛應(yīng)用于醫(yī)用鎂合金的改性，從而提高其生物相容性和耐蝕性能。醫(yī)用鎂合金的表面處理研究的內(nèi)容非常復(fù)雜，主要有以下幾種方法 ： 化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、微弧氧化、有機(jī)涂層、金屬離子注入涂層、溶膠凝膠法和電化學(xué)沉積法等。發(fā)展前景 鎂合金作為現(xiàn)有的金屬生物材