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镁是人体必需的常量元素,具有与人骨相近的密度、弹性模量,比强度高及良好的生物相容性和可降解等特点,在骨科植入物、心血管支架、骨组织工程支架等生物医用领域具有广阔的应用前景,成为材料、生物、医学科研工作者研究的热点。最初镁合金作为生物医用材料大多集中在现有商用镁合金,如AZ31、AZ91、WE43等。随着研究的不断深入,商用镁合金作为人体植入材料在生物安全性方面存在隐患,在降解速率上也存在降解过快和局部腐蚀等问题。因此,需要开发具有生物安全性、高强韧性、均匀降解和降解速率可控性的新型可降解生物镁合金。
本文以上海交大自主开发的Mg-Nd-Zn-Zr生物镁合金(简称JDBM)为研究对象。采用MTT法研究了JDBM的细胞毒性,优化了JDBM的挤压及热处理工艺,采用析氢和失重法评价了JDBM在模拟体液中的生物腐蚀性能,结合心血管支架对合金力学性能的要求,探索出调节JDBM屈强比的规律,成功制备出JDBM心血管支架雏形,并开发出适合JDBM心血管支架的电化学抛光技术。
细胞毒性的研究结果表明JDBM对小鼠成纤维细胞L-929、骨环境中的成骨细胞和血管环境中的内皮细胞均无毒性,满足生物材料对细胞毒性的要求。在力学和腐蚀性能方面,相同工艺条件下,JDBM的室温力学性能和在模拟体液中的腐蚀性能均优于商用镁合金AZ31和WFA3,并且其腐蚀方式为均匀腐蚀。初步建立了合金组织与力学性能、生物腐蚀性能之间的关系:细小、均匀的组织可获得高强度耐蚀镁合金。针对合金作为心血管支架对力学性能的要求,通过合理的热处理工艺,将合金的屈强比由0.92调节至0.87、0.81、0.66、0.58等。并且可根据需要进行可控调节。采用激光切割法制备出JDBM心血管支架,并探索出适合其表面抛光的电化学抛光技术。
综合实验结果,JBDM具有无细胞毒性、高强韧性(室温屈服强度可高达400 Mpa以上)、高耐蚀性和均匀腐蚀等优点,并且可通过调节控制加工制备工艺来调控力学性能和腐蚀性能。作为可降解生物医用材料,JDBM在骨科植入物、心血管支架、骨组织工程等领域具有光明的应用前景,有望成为替代传统惰性植入物的理想选择。