葡萄糖对医用镁及合金降解及界面性能的影响

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镁及镁合金由于其良好的生物降解性、生物相容性、生物活性和与骨相近的力学性能而得到人们广泛的关注,作为新一代生物医用材料具有广泛的应用前景。然而,镁基植入材料最大的缺点是其在生理环境中过快的腐蚀速率。医用镁及其涂层的降解行为取决于材料与化学之间的交互作用及界面动力学。在患有糖尿病的患者体内,医用镁作为植入材料将面临更为特殊的高血糖环境。因此,有必要研究葡萄糖对镁合金在生理环境中的降解行为的影响。在此基础上,利用葡萄糖的分子识别作用诱导形成了钙磷涂层,提高了基体的耐蚀性。本文主要探究了在模拟体液(0.9%NaCl)中葡萄糖对镁合金AZ31腐蚀行为的影响以及葡萄糖和三羟甲基氨基甲烷(Tris)耦合作用对AZ31镁合金降解行为的影响。另外,利用葡萄糖诱导钙磷涂层来提高纯镁的耐蚀性。实验采用析氢、pH测量以及动电位电化学测试技术探究了镁在不同溶液的腐蚀性能和钙磷涂层的耐蚀性能。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对样品表面及其腐蚀产物进行了分析。研究表明,葡萄糖及葡萄糖和Tris耦合对镁合金AZ31在0.9%NaCl溶液中的腐蚀影响截然不同。在0.9%NaCl溶液中,1g/L的葡萄糖缓解了镁合金AZ31的腐蚀,而2g/L和3 g/L的葡萄糖则加速了镁合金AZ31的腐蚀。这主要是由于葡萄糖浓度为1 g/L时,葡萄糖能够吸附在样品表面阻止了腐蚀性氯离子的入侵进而降低了降解速率:而当葡萄糖浓度增加到2 g/L和3 g/L时,葡萄糖转化为葡萄糖酸,葡萄糖酸能够破坏具有保护作用的腐蚀产物氢氧化镁以致加速了降解速率。而在0.9%NaCl和Tris溶液中,Tris的水解促进了葡萄糖的转化,以致加入葡萄糖就加速了镁合金AZ31的腐蚀。葡萄糖具有良好的分子识别作用。在水热反应体系当中,葡萄糖可以迅速地转化为葡萄糖酸吸附在基体表面。葡萄糖酸能够吸引溶液中的Ca2+离子趋于样品表面,进而与PO43-和HPO4-离子反应形成钙磷产物沉积在样品表面。并且该反应环境是在碱性条件下,能够优先在基体表面形成具有保护作用的氢氧化镁涂层,减小了对基体纯镁的腐蚀。总之,葡萄糖诱导制备的钙磷涂层具有良好的结合力和耐蚀性。这使得镁及镁合金在生物医用领域具有潜在的应用价值。
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