【摘 要】
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可降解生物医用合金由于其良好的力学性能、生物相容性和体内可降解性,可以作为生物医用植入材料的一种新的选择,近年来被广泛关注和研究。可降解生物医用合金主要有镁基合金、铁基合金和锌基合金三大类,其中前两者相关研究相对较多。然而镁基合金降解速率过快,铁基合金降解速率过慢,而锌基合金的电极电位位于二者之间,因而具有适中的降解速率,更符合人体和临床的需求。但是由于纯锌是密排六方结构,因而其固有力学性能较差。
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可降解生物医用合金由于其良好的力学性能、生物相容性和体内可降解性,可以作为生物医用植入材料的一种新的选择,近年来被广泛关注和研究。可降解生物医用合金主要有镁基合金、铁基合金和锌基合金三大类,其中前两者相关研究相对较多。然而镁基合金降解速率过快,铁基合金降解速率过慢,而锌基合金的电极电位位于二者之间,因而具有适中的降解速率,更符合人体和临床的需求。但是由于纯锌是密排六方结构,因而其固有力学性能较差。可以通过合金化和变形加工的方式优化组织结构,提高力学性能。锂元素和镁元素是锌合金中最有效的两种无毒强化元素。本文选取锂作为添加元素,研究了铸态情况下四种不同锂元素添加量对锌合金微观组织结构、力学性能、腐蚀性能及生物相容性的影响,具体成分为Zn-0.05Li,Zn-0.15Li,Zn-0.45Li和Zn-0.75Li。通过电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）确定了锂元素实际含量,通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、金相显微镜确定合金的物相和微观结构;通过显微硬度、拉伸试验分析合金力学性能;通过浸泡失重实验和电化学测试分析合金腐蚀性能;通过细胞毒性实验（MTT）、高内涵成像和血液相容性分析合金生物相容性。研究结果表明随锂元素的添加量的增加,锌合金综合性能先升高后降低,优选出了性能最佳的Zn-0.45Li合金,进行下一步研究。下一步研究主要通过分析比较三种不同变形加工工艺对Zn-0.45Li合金微观组织结构、力学性能、生物相容性及腐蚀性能的影响,具体工艺为热挤压加工、热挤压+室温多道次拉拔加工和旋锻加工。除进行铸态锌合金相同的研究实验外,采用透射电子显微镜（TEM）、电子背散射衍射（EBSD）确定了第二相LiZn4的存在,分析了晶粒尺寸,确认在足够道次的变形加工后能获得超细晶材料。三种变形加工后锌合金的力学性能均有较大提升,尤其是合金塑性提高显著,其中热挤压+多道次拉拔加工后锌合金具有最好的力学性能,屈服强度可以达到416MPa、抗拉强度可以达到567MPa、断后延伸率可以达到55%。模拟体液（c-SBF）中浸泡失重实验表明所有锌合金降解速率均低于0.2mm/year,变形加工后腐蚀形貌也更为均匀,同时细胞毒性实验也表明锌锂合金在低浸提液浓度时对L-929小鼠成纤细胞毒性较低,能满足医用植入材料的要求。综合考虑各方面性能,后续可以进行三种不同变形加工形态Zn-0.45Li合金的动物体内植入实验,研究该合金在体内的生物相容性。
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