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Mg-3Sn-0.5Mn合金的降解行为及生物相容性

作　者: 刘西伟
导　师: 李莉
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 材料学
关键词: 镁合金可生物降解蛋白质生物相容性体内实验
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

以镁合金为代表的具有生物可降解特性的新一代医用金属材料，其优良的综合力学性能、良好的生物相容性，在生物医用金属植入材料领域展现出广阔的应用前景而受到研究者们的广泛关注。然而，目前在研的医用镁合金多集中在工业用镁合金，多含有Al、重稀土元素，有的学者对这些元素的安全毒性提出了质疑。本论文工作基于自主研发的新型无毒可降解Mg-Sn-Mn系合金，选用综合性能优异Mg-3Sn-0.5Mn合金，对不同处理工艺的该种合金进行降解行为及生物相容性探究。首先，本文研究了固溶处理（T4）、轧制、挤压等不同工艺对Mg-3Sn-0.5Mn合金的组织结构及性能的影响。研究结果表明，轧制及挤压处理后的合金其晶粒发生细化，强度及延伸率得到了显著提高，合金强度分别由铸态的129.7MPa及固溶态的154.7MPa提高至233.5MPa （轧制态）和243.4MPa（挤压态），延伸率分别由铸态的14.7%及固溶态的20.6%提高到24.9%（轧制态）和25.2%（挤压态）。溶血率结果显示，经轧制及挤压后合金的血液相容性也得到改善，均低于5%，溶血率分别由铸态的4.5%降至2.7%（轧制态）和2.7%（挤压态）。其次，本文采用电化学实验与浸泡实验两种方法研究了Mg-3Sn-0.5Mn合金在模拟体液（SBF）中的降解行为。电化学实验的结果显示，在SBF中四种状态的合金腐蚀速率的顺序：铸态>轧制态>固溶态>挤压态；经过720h的浸泡，结果显示，虽然挤压态镁合金表现出较低的失重率（6.95%），其他三种合金表现出较大的失重率，但是随着浸泡的持续，呈现出相同的变化趋向，在浸泡初期均表现出较快的腐蚀速率，随着时间的延长，腐蚀逐渐变慢。在蛋白质环境中对挤压态Mg-3Sn-0.5Mn合金采用电化学实验与浸泡实验两种方法进行了降解行为研究。电化学实验结果显示，蛋白质能够抑制镁合金的降解，并且随着蛋白质含量的增加抑制效果增强。浸泡实验结果显示，在浸泡的初始阶段由于镁合金表面快速吸附蛋白质而形成保护层，腐蚀速率较为缓慢；随着浸泡的持续，蛋白质螯合作用效果逐渐凸显出来，当螯合作用加速腐蚀的影响大于吸附蛋白质腐蚀钝化效果时，表现出较快的腐蚀速率。最终，本文选择挤压态Mg-3Sn-0.5Mn合金分别植入到大白兔背部肌肉和股骨骨干处，研究了该合金的体内降解行为及生物相容性。实验早期观察发现有皮下气泡出现，但随着植入时间延长气泡消失；监测实验动物在不同时间节点血镁浓度的变化，结果显示均在正常值内波动；对实验动物脏器组织（心、肝、肾、脾）做病理切片，观察到各组织没有明显的变化，未见合金试样的植入对动物机体的循环、免疫、泌尿系统产生负面影响。体内的降解结果显示植入位置不同表现出不同的降解状态，植入到股骨内降解速度较快；在基体表面形成一层粗糙而疏松的腐蚀产物层，EDS结果显示，腐蚀产物表面含有C、O、Mg、P、Ca、N，XRD和FT-IR图谱结果表明主要成分为Mg(OH)2及少量的HA。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-27
  1.1 引言  11
  1.2 镁及镁合金在医学领域中的应用前景  11-14
    1.2.1 镁及镁合金的医用优势  11-12
    1.2.2 医用镁合金的潜在应用领域  12-14
  1.3 医用镁合金体液降解行为研究现状  14-20
    1.3.1 医用镁合金材料在模拟体液中降解行为研究现状  14-19
    1.3.2 蛋白质环境中医用镁合金的降解行为研究进展  19-20
  1.4 医用镁合金生物相容性研究进展  20-25
    1.4.1 医用镁合金材料的体外生物相容性研究  20-21
    1.4.2 医用镁合金材料的动物实验研究现状  21-24
    1.4.3 医用镁合金材料的临床研究进展  24-25
  1.5 选题意义及内容  25-27
第2章实验材料与研究方法  27-35
  2.1 实验材料及处理工艺  27-29
    2.1.1 合金成分与熔炼  27
    2.1.2 热处理  27
    2.1.3 轧制  27
    2.1.4 挤压  27-28
    2.1.5 实验试剂  28-29
  2.2 实验方案  29-30
  2.3 组织分析与力学性能测试  30
    2.3.1 金相组织观察  30
    2.3.2 物相分析  30
    2.3.3 力学性能测试  30
  2.4 体外降解测试  30-32
    2.4.1 电化学实验  31
    2.4.2 浸泡实验  31-32
    2.4.3 浸泡初期随时间变化的电化学实验  32
    2.4.4 腐蚀产物分析  32
  2.5 材料的生物相容性研究  32-34
    2.5.1 血液相容性评价  32-33
    2.5.2 动物实验  33-34
  2.6 本章小结  34-35
第3章 Mg-3Sn-0.5Mn 合金的降解行为研究  35-54
  3.1 引言  35
  3.2 Mg-3Sn-0.5Mn 合金组织结构及力学性能  35-38
  3.3 Mg-3Sn-0.5Mn 合金在 SBF 中的降解行为  38-48
    3.3.1 电化学腐蚀  38-42
    3.3.2 浸泡腐蚀  42-48
  3.4 Mg-3Sn-0.5Mn 合金在蛋白质环境中的降解行为  48-53
    3.4.1 电化学腐蚀  48-49
    3.4.2 浸泡腐蚀  49-53
  3.5 本章小结  53-54
第4章 Mg-3Sn-0.5Mn 合金的生物相容性研究  54-63
  4.1 引言  54
  4.2 Mg-3Sn-0.5Mn 合金的血液相容性  54-55
  4.3 Mg-3Sn-0.5Mn 合金在动物体内早期植入实验  55-60
  4.4 Mg-3Sn-0.5Mn 合金的体液降解机理分析  60-62
  4.5 本章小结  62-63
结论  63-65
参考文献  65-74
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  74-75
致谢  75

Mg-3Sn-0.5Mn合金的降解行为及生物相容性

内容摘要

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