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醫用鎂合金的性能優化
生物體內可降解吸收材料是生物材料發展的一個重要方向。由于金屬材料具有較好的強度和塑韌性,因此金屬基可降解吸收材料具有重要的臨床應用價值。由于鎂合金是所有金屬材料中生物力學性能與人體骨最接近的金屬材料,因此顯示出作為可降解生物材料的巨大應用潛力,被譽為在金屬植入器械的應用和發展中具有里程碑式意義的革命性金屬生物材料,受到廣大生物材料研究者的高度矚目。
但是,普通鎂合金的生物醫學使用存在著在體內降解速率過快的問題。比如在用于骨折的情況下,降解時間只能維持到骨折痊愈,無法維持到讓傷口充分愈合的時間,同時還需要處理由腐蝕而產生的組織內氣體積聚的問題。目前鎂合金醫用材料的研究所遇到的最大困難是如何進一步降低鎂合金在體內環境中的降解速度,以便確保在修復器官恢復功能前維持其必要的強韌性。
可見,要拓寬鎂合金在生物醫學上的應用前景,必須提高鎂合金耐蝕性。目前這方面的研究進展有:
一.降低鎂合金的雜質含量。雜質含量是影響鎂合金耐蝕性的最重要因素之一,尤其是Fe,Ni,Cu,Co等元素。這些有害元素的含量必須控制在容許極限以下,Fe、Cu、Ni在鎂合金中的最高溶限量分別為170×10-6,1000×10-6和5×10-6。一般來說,降低冶金中重金屬雜質的含量,可以有效提高合金的耐蝕性能。
二.稀土微合金化。稀土微合金化是開發耐腐蝕鎂合金的一個重要方向。鎂合金中適量加入輕稀土元素,不但可有效提高合金的耐腐蝕性能和力學性能,同時還有利于提高生物植入體的抗凝血行為。上海交通大學目前已經開發出一種高耐蝕同時具有良好力學性能和生物相容性的醫用鎂合金材料,該合金的屈服強度最高可達380MPa,在標準鹽霧實驗中腐蝕速率為0.25mm/a,超過了迄今為止公開報道的鎂合金耐Cl腐蝕的最好性能,特別是可以實現在Cl介質中的均勻腐蝕降解。目前,該校已成功開發出具有國際先進水平的心血管支架和骨板原型。
三.表面涂層。通過在鎂合金表面構筑生物活性涂層,不僅能提高植入物的生物相容性,促使植入體與骨組織間形成直接的化學鍵性結合,有利于植入體早期穩定和縮短手術后的愈合期,而且可以延緩植入物基體在體液中的腐蝕和降解速率。所使用的涂層材料主要是生物活性陶瓷,也可以是生物活性聚合物。目前的研究主要集中在磷酸鈣基生物陶瓷涂層上。
四.等離子體氧化沉積。又稱微弧氧化技術,是近幾年才發展起來的一項在有色金屬表面原位生長氧化物陶瓷層的新技術,可在金屬表面形成多孔、耐蝕、耐磨的薄氧化層。已有工作表明,經過微弧氧化表面改性后的鎂合金,其耐蝕性及耐磨性均得到顯著提高。
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