镁合金可在人体内完全降解,具有较高的机械强度和良好的生物安全性,且其弹性模量和密度与人皮质骨接近,可有效避免应力遮挡效应。因此,镁合金作为可降解骨修复材料具有很好的应用潜力,并受到广泛研究。然而,镁合金生物降解速度普遍过快并且表现为严重的局部腐蚀,这已成为其临床应用的最大挑战。本课题组开发了一种新型生物可降解镁合金Mg-Nd-Zn-Zr系列（Jiao Da Bio-Mg,简称JDBM）。前期研究表明,JDBM镁合金具有优异的均匀腐蚀行为,在SBF中的降解速度明显慢于WE43等镁合金,然而其初期降解速度依然偏快,溶血率也无法满足现采用的不锈钢、钛合金等传统医用材料的测试标准。本文首先对JDBM镁合金的生物降解机理进行了探讨,研究了细胞存在和腐蚀介质流速对JDBM腐蚀降解行为的影响。为了进一步降低JDBM的腐蚀速度并提高生物相容性,我们在JDBM镁合金的基础上,开发了一种可降解,具有生物活性和良好结合力的钙磷涂层（透钙磷石,CaHPO₄·2H₂O,DCPD）,以满足骨科内固定应用需求,并考察了DCPD涂层的体外降解行为以及生物相容性。最后分别设计了三种动物实验模型,综合评价了在不同体内环境中JDBM-DCPD作为骨修复材料的降解行为、安全性和有效性。主要研究内容和结论如下:细胞存在以及腐蚀介质的流动可影响镁合金的腐蚀行为。我们将成骨细胞种植在JDBM样品表面,发现细胞下方的腐蚀层比周围薄,说明这里的腐蚀反应更慢。成骨细胞可调控周围Ca元素分布,促进钙磷盐沉积在镁合金腐蚀层中。这可能使得腐蚀层更加致密稳定,从而对镁合金基体有更好的保护效果。腐蚀介质流速可影响镁合金降解。随着流速增大,镁合金的降解速度有增大的趋势,可能是由于溶液流动加速了镁合金腐蚀层溶解,减弱了其保护效果。相对于纯镁,流速变化对JDBM降解行为的影响更小,这可能是由于JDBM中含有的Nd、Zn、Zr等元素使腐蚀层更稳定。另外,溶液pH值和渗透压并无明显变化趋势。前者是由于溶液pH缓冲体系的存在,而后者由Mg离子释放和离子在腐蚀层中的沉积共同作用。DCPD涂层处理可同时提高JDBM镁合金的耐腐蚀性和生物相容性。我们通过化学转化法在JDBM镁合金表面制备了厚度为15-20μm的DCPD涂层。涂层表现出良好的结合力以及超亲水性。经过DCPD涂层处理后,JDBM在Hank‘s溶液中的腐蚀速度由0.54 mm·year^-1降低到0.39 mm·year^-1,耐腐蚀性提高了约30%。尤其是浸泡初期的腐蚀速度大大降低。浸泡10天后,依然有未降解的DCPD残留在样品表面。电化学测试显示,经过DCPD涂层处理后,JDBM样品的腐蚀电位显著提高,腐蚀电流明显降低,腐蚀反应更难进行。DCPD涂层处理使JDBM镁合金的溶血率由48%下降到0.68%,满足了目前的医疗器械材料标准要求。DCPD涂层没有明显的细胞毒性,且可促进成骨细胞粘附、增殖,同时可促进碱性磷酸酶的表达,以及I型胶原分泌和矿化作用。因此,DCPD涂层具有良好的细胞相容性和骨诱导性。我们分别将JDBM-DCPD螺钉和骨板植入到兔子胫骨、兔子下颌骨以及山羊股骨髁,以综合评价其在不同植入部位的降解行为、安全性和有效性。结果表明,JDBM-DCPD植入物具有良好的生物安全性,没有引发明显的炎症,对各个主要器官的功能没有明显影响,血清镁含量没有明显上升,并可促进新骨形成。在兔子胫骨中,DCPD涂层可有效保护JDBM基体,使螺钉的降解周期延长10周以上。植入4个月时,WE43、JDBM和JDBM-DCPD骨板的弯曲强度分别下降了约63%、48%和30%。在兔子下颌骨中植入1、4、7、18个月后,JDBM-DCPD螺钉残余体积分别为92.9%、84.3%、39.2%和10.7%。根据降解曲线外推得出,螺钉（尺寸为?2×4.6 mm）完全降解时间约为22-23个月,是比较合适的。植入18个月后,螺钉降解产物与周围骨组织结合良好,降解产物形成双层结构:外层有羟基磷灰石沉积,其与骨组织成分接近;内层有许多纳米级微孔,成分主要为C和O,可能是类骨质。Mg₁₂Nd第二相通过镁原子溶解的方式也已开始降解。植入山羊股骨髁1、3、6个月后,相对于JDBM和PLA螺钉,JDBM-DCPD螺钉周围有更多的新生骨形成,且有良好的骨结合。植入18个月后,JDBM-DCPD螺钉只降解10%左右,其降解速度可能偏慢。未来可通过减小涂层厚度来进一步调节其降解速度至合适的范围。