Zn-Mg-Mn合金和Mg-Mn-Zn合金在模拟体液中静态和动态腐蚀性能的研究

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生物医用材料在植入人体之前必须进行有效的生物学评价。体内评价是一种将材料直接植入动物体或人体进行评价的方法,能够得到最真实的腐蚀信息,然而体内实验十分复杂,所以体外模拟实验成为体内实验的最佳替代形式。目前体外实验主要以静态实验为主,对体内动态环境的关注较少,已有的动态模拟实验主要采用失重方法来研究材料的腐蚀性能,无法实现动态实时监测。本文设计了一种体外动态腐蚀性能测试装置,采用电化学方法,实现在模拟生物体内的流体环境下对材料腐蚀的动态监测。实验表明,该装置具有准确性和可行性,能够模拟生物体流体环境。随后在该装置上,对两种可降解金属生物材料进行了静态和动态腐蚀性能研究。作为一种生物材料,锌合金具有优异的力学性能、良好的生物相容性和可降解特性。研究表明,随着镁含量的增加,Zn-Mg-Mn合金中Mg2Zn11含量增加,加剧了第二相与基体之间的电偶腐蚀,使腐蚀速率增加。锌合金在人工血浆(Artificial plasma,AP)和人工尿液(Artificial urine,AU)中的腐蚀速率不同。静态条件下,在人工尿液中腐蚀速率较高;而动态条件下,在人工血浆中的腐蚀速率反而较高。在人工血浆中,模拟心血管环境下的流速(28 cm/s)对锌合金的腐蚀有较大影响,动态腐蚀速率为静态的两倍左右。这是由于流体使合金表面钝化膜的结构发生了改变,腐蚀加快。然而在人工尿液中,模拟尿液环境的流速较慢(4 cm/s),动态腐蚀速率比静态稍有增加。镁合金作为生物医用金属材料,同样具有优异的性能,但镁合金最大的缺点为腐蚀速率过快。涂层是提高镁合金耐蚀性的一种有效手段。聚乳酸-羟基乙酸(poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA)具有良好的生物相容性,本文选择分子量分别为7万、10万和12万的聚乳酸-羟基乙酸作为涂层,并使用浸提法进行涂覆。PLGA涂层表面平整,与基体结合较好,且涂覆后PLGA结构没有发生变化。PLGA涂层能提高镁合金的耐蚀性且分子量越大,作用越明显。对未涂层的镁合金,动态腐蚀速率明显高于静态;涂层后的镁合金腐蚀速率可达未涂层时的1/7左右且动态和静态条件下的腐蚀速率相差较小。
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