生物医用材料力学镁合金

医用镁及镁合金材料表面改性的应用摘要镁是可被人体吸收的常量元素, 且具有较高的比强度和比刚度, 在医用植入材料领域具有广阔的应用前景。

本文综述了医用镁及镁合金作为生物医用材料的表面改性技术的研究现状。

关键词：镁合金；表面改性；生物医用材料1 镁及镁合金作为医用材料的优点1.1 优良的机械性能镁属于轻金属，在现有的工程用金属中密度最小，仅为 1.74 g/cm3，并且与人骨的密质骨密度(1.80 g/cm 3)极为接近。

其导热率好，无磁性，对CT 或磁共振图像干扰小。

镁及镁合金的机械性能比其他常用金属材料更接近天然骨，如用作植入材料，其适中的弹性模量能够有效缓解应力遮挡效应，对骨折愈合、种植体的稳定具有重要作用。

镁合金具有很好的流动性与快速凝固率，尺寸稳定性好，是良好的压铸材料，且容易切削加工。

1.2 生物活性、介导成骨作用及生物相容性镁是人体必需的元素，人体含量仅次于钾、钠、钙，几乎参与人体所有的新陈代谢活动。

镁也是组成骨的主要成分，能促进骨、牙齿及细胞形成并在骨的矿物质代谢中起重要的调节作用。

含有镁离子的生物陶瓷种植体、胶原的表面成骨细胞黏附增加，整合素表达及信号传导蛋白基因表达增高，骨整合能力增强。

镁基种植体较聚乳酸表面有更多钙磷酸盐形成，周围骨量增加，提示高浓度的镁离子可提高成骨细胞的活性；在体外环境中镁可促进磷酸钙沉积，增加介导成骨作用，同时改善原位耐蚀性。

1.3 可降解性镁的标准平衡电位为-2.34 V ，低于其他工业合金；氧化膜疏松多孔，不能对基体起到良好的保护作用，尤其是在含有氯离子的腐蚀介质中，呈示出较高的化学和电化学活性，作为可降解材料具有其天然优势。

2 存在的问题镁及镁合金的耐蚀性能较差，很容易发生点蚀，在有Cl-存在的环境中腐蚀速率更快，且在周围介质的pH值低于11.5时，镁合金在人体内的腐蚀会加快。

人体内的pH值约为7.4，在手术后的人体代谢吸收过程中可能会引起人体内二级酸液过多症，使体内环境的pH值低于7.4 ，所以镁合金作为植入材料在体内会加速腐蚀。

生物医用镁合金的腐蚀与防护研究进展摘要由于具有优异的力学性能、生物相容性和可降解性，镁及其合金成为一种极具潜力的生物医用可降解金属植入材料，并且是目前该领域的研究热点。

但由于镁及其合金具有较快的腐蚀速率，严重制约了其在临床上的应用。

因此开发高强度、高韧性、高耐蚀且降解行为可控的高性能镁合金迫在眉睫。

本文结合近五年积累的众位科研人员关于医用镁合金腐蚀与防护的研究资料，在此基础上综述了生物医用可降解镁合金的最新研究进展，分别详细介绍了镁及其合金作为生物医用材料的优势与不足、腐蚀机理，腐蚀的表征技术和腐蚀的防护技术的相关研究，并一定程度上分析了未来医用镁合金发展中需要解决的问题和未来发展方向。

关键词：镁合金；生物医用；腐蚀；防护ABSTRACTDue to the excellent mechanical properties, biocompatibility and degradability, magnesium and its alloys become a potential biomedical degradable implant materials, which is the research focus in the field.However , the corrosion rate of magnesium and its alloys is faster,which severely restrict its clinical application.So the development of high strength, high toughness, high corrosion resistance and controllable degradation behavior of high performance magnesium alloys is bining with nearly five years of accumulation of medical research data about corrosion and protection of the magnesium alloy which is made by researchers , on which this paper summarizes the latest research progress of magnesium and its alloys was introduced in detail, such as the advantages and disadvantages of biomedical materials, corrosion mechanism, characterization of corrosion and corrosion protection technology research, and to some extent, the analysis of the problems need to be solved in the development of future medical magnesium alloys and the future development direction.Key Words:magnesium alloys ; biomedical;corrosion ;protection文献综述作为材料的一个重要分支，生物医用材料(Biomedicalmaterials)的发展和应用关系到人类的生命健康和社会文明的进步，正吸引着越来越多的关注。

镁合金作为生物医用材料的潜在优势、存在的问题及解决思路摘要近几十年来，镁及其合金在医疗领域的价值正飞速提升，应用也日益广泛，其作为硬组织植入材料与现有的各种临床金属植入材料相比有许多突出的优点[1]。

然而，镁合金当然也不完美，也存在缺点，令其应用受到限制[1]。

那么，这些优势和缺陷究竟是什么如何让其性能更完善呢本文就这些问题进行了简要论述。

然而由于笔者才疏学浅，加之时间仓促，文中疏漏之处在所难免，尚有待进一步修改和完善，同时敬请各位读者多多批评指正。

关键词：镁合金，医用材料，植入体，腐蚀一、引言目前的生物医用材料主要有部分金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料及仿生材料等[1]。

医用金属材料与高分子材料和无机非金属材料相比，具有较高的强度、韧性和加工性能，因此应用最为广泛[2]。

目前，临床应用的医用金属主要有不锈钢、钴基合金、钛合金、形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、镐等。

但临床应用表明，以上材料均存在弊端[3]，如：1.某些金属植入体含Al元素[4]。

该元素可对器官造成损伤，且能导致骨软化、贫血[5][6]、老年痴呆及神经紊乱等多种病症[5][6]；2.某些材料会在体内释放出毒性金属离子[1]，引起受体发炎和排异反应[7]；3.部分不锈钢植入体在生理系统环境中会发生缝隙腐蚀、摩擦腐蚀与疲劳腐蚀破裂等状况[8][9]，并因此释放出Ni2+、Cr3+及Cr5+等离子，同时造成假体松动，最终引起植入体失效[10]；4.相当一部分材料的弹性模量与人骨不够相近，例如：不锈钢的弹性模量约为200GPa，钛合金约100GPa[4]，而人骨仅10～40GPa。

这必然会导致应力遮挡效应，进而减少对新生骨组织生长和重塑的诱导作用[1]，并最终造成植入体的不稳定、组织愈合迟缓甚至植入失败等后果[1][11]。

5.不锈钢、钴基合金和钛基合金皆为生物惰性材料，在人体中不发生或仅发生微弱的化学反应，因而在生物环境中相当稳定[4]，无法自行降解[1]。

据张小农介绍，他们研究的镁锌合金主要有五
降解速度控制问题仍待解决
整个研究过程也不是一帆风顺的。

张小农在研究中发现，镁锌合金这种
“作为当前生物材料研究的热门之一，我们研究的镁锌合金作为生物可
张小农说：“我们课题组已经创建了上海奥芮济医疗科技有限公司实施有关成果的实用转化，一些具有羟基磷灰石涂层的骨钉、髓内针等骨内固定器械预计将在本年度内研发完成。

而植入大动物的体内实验安排在明年初开展，此后6个月的植入实验研究结果出来后将会确定是否能进行下一步的人体实验。

我们希望未来的2~3年内可降解吸收生物镁锌合金能够走出实验室，制造出的各类医疗器械将走进普通人的生活中，从而提高人们的生活和健康水平。

”。

镁合金在生物医用材料上的发展随着时代的发展和人们对健康的重视，生物医学领域成为了一个备受关注的领域，很多新型材料被应用于医用领域，其中镁合金就是其中一种。

镁合金因其优良的生物相容性、生物降解性及良好的机械性能，在医学上越来越受到人们的重视。

近年来，镁合金应用于医学领域的研究逐渐加强，研究人员将其应用于支架、骨切削、螺钉和植入物等方面，优越的性能得到了广泛的认可。

在骨科领域，镁合金被应用于人工关节、骨折治疗等方面，可以大大改善手术后患者的生活质量。

在生物医用材料的研究中，医学领域对于生物相容性的要求较高，而镁合金材料在这方面表现的尤为出色。

镁合金具有高度的生物相容性，能够在体内逐渐降解并转化为人体所需的有机物质。

这一特点可以一定程度上减少炎症反应的发生，并且在植入体内后不会成为一种额外的负担。

在减少内源性物质和异物反应方面，镁合金相对于其他物质具有更优的性能。

除了生物相容性方面，镁合金在机械性能方面也非常优秀。

它具有轻质、高强度、耐腐蚀性和良好的塑性，能够满足骨部受力的要求，并且保证了植入体在生物环境下的稳定性。

相对于其他材料，在生物医用材料方面，镁合金具有良好的可加工性能。

尽管在生物医用材料领域，镁合金具有良好的性能，但仍然存在一些问题需要解决。

通过合适的合金设计和合金元素的添加，可以使得镁合金在力学性能上和耐腐蚀性能上有所提高，然而，在制备过程中，仍然存在一些技术难点需要克服，例如，在制备过程中易受到空气中的氧化和金属离子溶出的影响。

此外，镁合金在降解过程中会产生氫氧化物，而这一物质会对周围的组织造成刺激，从而导致炎症的发生。

不过，这并不妨碍镁合金的发展，为了解决这些问题，许多科学家都在通过不断研究提高镁合金在生物医用材料领域的性能。

在生物医用材料领域，镁合金材料具有广泛的应用前景，将会成为医用骨科和牙科材料中的一种重要替代品，未来在生物医学领域，镁合金的应用前景也相当可观。

总之，镁合金因其优良的生物相容性、生物降解性和良好的机械性能等优点，已经成为生物医用材料中的一种新材料，并且在应用中得到了广泛的认可。

镁合金生物相容性研究镁合金作为一种新兴的生物材料，近年来备受关注。

它具有重量轻、生物相容性好、生物降解性强等特点，因此被广泛应用于骨科和心血管等领域。

但是，与传统生物材料相比，镁合金的生物相容性还存在一些问题，因此研究镁合金的生物相容性，对于更好地应用于医疗领域具有重要意义。

首先，我们来了解一下镁合金的生物相容性。

镁合金作为一种金属材料，其化学性质决定了其在人体内的生物相容性。

镁合金中的镁元素具有良好的生物相容性，可被人体组织吸收和代谢。

此外，镁合金独特的表面反应性也有助于促进骨组织的再生和修复。

这些优点使得镁合金成为一种理想的生物材料候选者。

然而，需要指出的是，镁合金的生物相容性也存在一些挑战。

首先，镁合金在人体内的生物降解速度较快，这可能导致材料的力学性能下降，影响植入材料的长期稳定性。

其次，镁合金的腐蚀性较高，可能引起周围组织的炎症反应。

此外，镁合金的放电行为也可能对人体产生不良影响。

因此，进一步研究镁合金的生物相容性，探索解决上述问题的方法，尤为重要。

为了提高镁合金的生物相容性，研究人员采取了一系列措施。

一方面，通过合金化改变镁合金的成分，可以影响其生物降解速度和力学性能。

例如，添加稀土元素、锌等合金化元素，可以减缓镁合金的生物降解速度，同时提高其抗腐蚀性能和力学性能。

另一方面，采用表面改性的方法，通过改变镁合金的表面形貌和化学活性，可以调控其与组织细胞的相互作用。

例如，采用生物活性涂层、多孔结构等方法，可以增加镁合金与骨组织的亲和力，促进骨再生和修复。

这些研究为改善镁合金的生物相容性提供了新的思路和方法。

此外，还有一些其他方面的研究也值得关注。

例如，研究镁合金在心血管领域的应用潜力。

心血管疾病是当前全球范围内的主要健康问题之一，而镁合金具有良好的生物相容性和生物降解性，可以有效地用于血管支架和心脏瓣膜等方面的应用。

此外，还可以通过纳米技术、生物活性涂层等手段提高镁合金的性能。

这些研究将进一步推动镁合金在医疗领域的应用。

医用镁合金的材料设计与成骨作用机制医用镁合金是一类在医疗领域中应用的材料，其主要成分包括镁及其合金。

这些合金通常包括锌、锶、铝等元素，以调节合金的性能。

医用镁合金具有良好的生物相容性和可降解性，逐渐被用于骨科领域，主要用于骨折固定器材和骨修复。

材料设计：1.生物相容性：医用镁合金要求具有较好的生物相容性，以减少对人体的排斥反应。

通过调整合金中的元素组成，尤其是添加微量的锌、锶等元素，可以改善合金的生物相容性。

2.机械性能：骨科材料需要具备适当的机械性能，以提供足够的强度和稳定性。

通过合金中添加不同比例的元素，可以调控材料的强度、延展性等机械性能。

3.降解性：医用镁合金的降解性是其独特的优势，可以避免二次手术去除植入物。

合金的降解速度可以通过控制合金中镁的含量和表面涂层等方式来调节。

成骨作用机制：1.促进骨细胞活性：医用镁合金的表面有助于骨细胞的黏附、增殖和分化，从而促进骨细胞的活性，有利于骨组织的生长。

2.提供必需元素：镁元素是人体骨骼中的重要组成部分，通过医用镁合金释放出的镁离子，有助于提供人体所需的元素，促进骨细胞的生长和骨组织的再生。

3.调控骨髓基质：医用镁合金与骨髓基质相互作用，促使骨基质的分泌和沉积，有助于新骨组织的形成。

4.降解释放生物活性物质：医用镁合金在降解过程中，会释放出一些生物活性物质，如氧化镁、氧化锌等，对骨组织的生长和修复具有促进作用。

在使用医用镁合金时，需要考虑合金的具体成分、制备工艺和应用环境等因素，以确保其在植入体内的可控性和安全性。

此外，医用镁合金的研究还在不断发展，以进一步提高其性能，拓展在医学领域的应用。

镁合金在生物医学上的应用与发展镁合金由于其在生物医学领域的一系列独特性能，正在逐渐成为一种有潜力的新型生物医学材料。

本文将对镁合金在生物医学上的应用与发展进行详细介绍。

首先，镁合金具有优异的生物相容性。

镁是人体中的一种必需元素，具有良好的生物相容性和生物活性。

与传统的金属材料（如不锈钢、钛合金）相比，镁合金可以更好地适应人体环境，减轻组织炎症反应，促进人体自愈。

此外，镁合金还能够释放镁离子，镁离子对于骨骼生长和修复非常重要，有利于骨组织再生和愈合。

其次，镁合金具有轻质优势。

镁合金的密度只有铝和钛的两三分之一，使得它成为制造骨科和牙科植入物的理想材料。

由于轻质性质，镁合金可以显著减轻患者的负担，降低手术风险，并增加人工关节和牙齿等植入物的生物相容性和使用舒适性。

第三，镁合金具有良好的机械性能。

镁合金具有较高的抗拉强度和弹性模量，可以有效承受在人体内持久的机械负荷。

这使得它成为制造骨钉、骨板和牙种植体等植入物的理想材料，提高了治疗效果和患者的生活质量。

此外，镁合金还具有可降解性。

镁合金在体内能够逐渐降解，并逐步被人体新生组织所代替，最终完全被吸收。

这种可降解性能使得镁合金成为制造支架、螺钉和导管等临时植入物的理想材料，避免了二次手术的需要，减轻了患者的痛苦。

然而，镁合金在生物医学上的应用也存在一些挑战。

首先，镁合金在生物体内的腐蚀速度仍然需要进一步控制。

过快的腐蚀速度会导致过多的金属离子释放，可能对周围组织产生毒性影响。

其次，镁合金的力学性能尚不如传统的金属材料。

需要进一步改进镁合金的力学性能，以满足临床实际应用的需要。

尽管面临挑战，镁合金在生物医学领域的应用前景仍然广阔。

未来的发展方向包括优化镁合金的成分和制备工艺，增强其力学性能和可降解性能，控制其腐蚀速度，并进一步探索其在骨组织工程、心血管介入、神经修复和药物传递等方面的应用。

总结起来，镁合金在生物医学上的应用与发展具有巨大潜力。

它的优异生物相容性、轻质性能、良好机械性能和可降解性能，使其成为制造植入物的理想材料。

镁合金在生物材料中的应用
近年来，随着生物医学领域的发展和人们对健康的关注不断提高，镁合金逐渐成为生物材料领域的研究热点。

镁合金具有轻质、高强度、良好的生物相容性和生物降解性等特点，非常适合用于医疗器械、种植材料、组织工程等领域。

在医疗器械方面，镁合金已经广泛应用于支架、螺钉、骨板等医疗器械的制造中。

由于镁合金具有生物活性，可以促进骨组织再生，因此在骨科医疗设备中的应用越来越受到关注。

在种植材料方面，镁合金也可以用于制造人工关节、牙齿种植体和骨修复材料等。

由于镁合金的生物相容性极佳，可以与人体组织充分结合，在种植材料领域的应用也有很大的潜力。

在组织工程方面，镁合金可以用于制造三维支架和生物可降解植入物，可以在细胞培养中提供细胞生长的支撑和微环境，促进组织工程的成功。

总之，镁合金在生物材料中的应用前景非常广阔，可以为人类的健康事业做出更大的贡献。

未来，我们可以期待镁合金在生物医学领域中的更多创新应用和新突破。

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医用镁合金的临床应用
医用镁合金的临床应用指的是将镁合金作为医用材料，用于治疗和修复人体损伤或疾病的过程。

医用镁合金作为一种可降解的生物医用材料，具有许多优点，如良好的生物相容性和可吸收性，以及与骨相近的密度和弹性模量等。

这使得医用镁合金在某些特定的医学领域具有一定的应用价值。

一些常见的医用镁合金临床应用包括：
1.骨科植入物：医用镁合金可以用于制造人工关节、骨折固定器等骨科植入
物。

由于其与骨相近的密度和弹性模量，镁合金植入物可以与骨骼形成良好的生物固定，减少排异反应和并发症的发生。

2.心血管支架：医用镁合金可以制成支架，用于治疗冠心病和心肌梗死等疾
病。

镁合金支架具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，可以在人体内安全降解，避免了传统金属支架可能引起的排异反应和并发症。

3.药物载体：医用镁合金可以作为药物载体，用于局部药物输送和治疗。

通
过将药物与镁合金材料结合，可以实现在病变部位的精准释放，提高药物治疗效果，减少副作用。

需要注意的是，医用镁合金的临床应用仍处于探索和发展阶段，对于其应用范围和治疗效果仍需进一步研究和验证。

同时，医用镁合金的生产和质量控制也需要符合相关标准和规范，以确保其安全性和有效性。

生物医用镁合金的制备及性能表征生物医用镁合金是一种新型材料，具有轻量、高强度、良好的机械性能和生物相容性等优良特性，能够广泛应用于人体植入物和修复手术中。

本文将介绍生物医用镁合金的制备及性能表征，以期进一步推动其在生物医学领域的应用。

一、制备方法目前，生物医用镁合金的制备主要有两种方法：传统熔铸法和粉末冶金法。

传统熔铸法主要是通过高温熔融、浇铸的方式制备材料。

该方法操作简单，成本相对较低，但是易出现气孔、缺陷等问题，降低了材料的性能和生物相容性。

粉末冶金法则是将镁合金粉末通过压制、烧结等工艺形成原始坯料，再通过热压、热挤压等加工制备成型产品。

该方法能够有效改善材料的机械性能和生物相容性，但是制备工艺复杂，成本较高。

二、性能表征为了了解生物医用镁合金的性能和生物相容性，需要进行一系列的表征和测试。

1. 机械性能机械性能是指材料在外界力的作用下发生的变形和破坏情况。

常见的测试方法包括拉伸试验、压缩试验、硬度测试等。

在拉伸试验中，生物医用镁合金的强度和延伸率会随着合金成分、热处理和加工工艺等因素的不同而有所变化。

通常来说，镁合金的强度和延伸率呈负相关，强度越高，延伸率越低。

2. 腐蚀性能腐蚀性能是指材料在生物体内或外界环境中的稳定性和耐蚀性能。

在生物体内，生物医用镁合金会与体液接触，受到腐蚀的影响，产生氢气和碱性物质，影响材料的生物相容性和机械性能。

因此，在设计生物医用镁合金时需要考虑其耐腐蚀性能，常用的测试方法包括电化学测试和离子溶解度测试等。

3. 生物相容性生物相容性是指材料与生物体接触后所产生的生物学反应，包括毒性、炎症等反应。

生物医用镁合金具有良好的生物相容性，能够被生物体吸收和代谢。

在实际使用中，生物医用镁合金会随着时间的推移逐渐被生物体吸收代谢，最终被排出体外，从而避免了二次手术的风险。

三、应用前景随着人们对健康的关注度不断提高，生物医用材料的需求量日益增加。

生物医用镁合金因其优良的性能和生物相容性，能够广泛应用于人体植入物和修复手术中，例如内固定钢板、人工骨等。

镁合金在生物医用材料上的发展
随着科学技术的不断发展，镁合金作为一种新型材料，其在生物医用领域中的应用逐渐受到重视。

相比于传统的金属材料，镁合金具有生物相容性好、生物吸收性强等优点，因此被广泛应用于生物医用材料的制备中。

在医疗器械方面，镁合金已经开始被用于制造支架、植入物等。

镁合金支架可以通过调整合金成分和热处理工艺来降低其生物腐蚀性，同时也可以减少支架塑性变形等问题。

镁合金植入物则可以通过其生物吸收性来减少对人体的损伤，减少二次手术的风险。

此外，在口腔修复材料、骨修复材料等方面，镁合金也有着广泛的应用前景。

研究表明，镁合金可以促进骨细胞的生长、增强骨折修复等，因此被认为是一种非常有潜力的骨修复材料。

在口腔修复方面，镁合金合成的口腔修复材料可以更好地模拟天然牙齿的形态和性能，因此具有非常广阔的市场前景。

总之，镁合金作为一种新型生物医用材料，其在医疗器械、骨修复、口腔修复等方面的应用前景十分广阔。

相信随着技术的不断发展，镁合金将会在生物医用领域中扮演越来越重要的角色。

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镁合金的生物医用研究黄晶晶1,2,杨　柯1(1　中国科学院金属研究所,沈阳110016;2　中国科学院研究生院,北京100049) 摘要 镁是可被人体吸收的常量元素,且具有较高的比强度和比刚度,在医用植入材料领域具有广阔的应用前景。

综述了镁及镁合金作为医用植入材料的研究现状,并对医用镁及镁合金的表面改性技术进行了简单叙述。

关键词 镁及镁合金　植入材料　改性技术R esearch on Magnesium Alloys for Bio2medical ApplicationsHUAN G Jingjing1,2,YAN G Ke1(1　Institute of Metal Research,Chinese Academy of Sciences,Shenyang110016;2　Graduate School of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049)Abstract Magnesium is a macroelement that can be absorbed by human bodies,and with high specific strength and stiff ness,it has a broad application prospect in the field of medical implant materials.The paper reviews the current research status on magnesium and its alloys as the implants materials.The promising modification technol2 ogies for medical magnesium and its alloys are also briefly described.K ey w ords magnesium and magnesium alloys,implant materials,modification technology0　引言从近十几年来国内外各方面对镁及镁合金的报道不难发现,镁作为医用植入材料,与现在已投入临床使用的各种金属植入材料相比,具有以下突出的优点:①资源丰富,价格低廉,金属镁锭的价格在2万元/吨以下,而钛锭的价格在6万元/吨以上[1];②良好的生物相容性和生物可降解性[2,3];③是人体内仅次于钾、钠、钙的细胞内正离子,参与蛋白质合成,能激活体内多种酶,调节神经肌肉和中枢神经系统的活动,保障心肌正常收缩。

2018•08技术应用与研究当代化工研究Chenmical I ntermediate ^^可降解生物医用镆合金材料的研究进展*刘茗贺(郑州外国语中学河南450001)摘要：生物医用材料因其在现代医学领域的许多重要应用而引起了越来越多的学者的兴趣。

其中，镁合金由于具有优异的生物相容性和 力学性能而在众多材料中脱颖而出，成为潜力非凡的可降解金属骨移植材料。

但是其在生物体内降解速率过快，严重限制了其实际应用。

针对这一问题，本文概述了镁合金的合金化、表面处理、非晶化和复合材料等四类减缓其降解速度的研究现状，并提出展望，以期对生物 医用镇合金的实际应用提供参考•关鍵词：可降解镁合金；合金化；表面处理；非晶化；复合材料中图分类T文献标识码：AResearch Progress of Degradable Biomedical Magnesium Alloy MaterialsLiu Minghe(Zhengzhou Foreign Language Middle School，He’nan,450001)Abstract: Biomedical m aterials have a ttracted m ore and m ore s cholars' i nterest d ue to their m any important a pplications in thefield o f m odem medicine. Among them, magnesium alloy s tands out among many materials due to its excellent biocompatibility and m echanical p roperties, becoming a degradable metal bone graft material with extraordinary p otential. However, its degradation rate in organisms is too f ast, which severely limits its practical application. In view of t his p roblem, this p aper summarizes the status of f our types of r esearch which can slow down the degradation rate of m agnesium alloy, including alloying, surface treatment, amorphous and composite materials, and p uts f orward the p rospect, hoping to p rovide a reference f or the p ractical application o f b iomedical magnesium alloy.Key wordsi degradable magnesium alloys alloying% surface treatment-, amorphous；composite material1■引言生物医用材料是一类具有特殊性能、多种功能，常用在 人造器官、外科手术、康复理疗、疾病的诊断和治疗，并对人体无毒副作用的材料。

生物医用AZ31B镁合金表面改性及性能研究不锈钢,钛和铬基合金,作为生物硬组织植入材料,已经被应用于临床。

但是,这些金属生物材料因在植入人体内发生体液腐蚀而释放出有毒的离子,而导致炎症发生,降低了生物相容性并且导致组织损坏。

另外,金属基生物材料的弹性模量与人骨组织相差过大,会产生应力遮挡效应。

不利于新骨的生长和重塑,易导致二次骨折。

随着对生物医用植入材料不断深入研究,开发具有良好力学性能和生物相容性,又可在体内安全降解的新型植入材料具有重要意义。

与已应用于临床的金属基植入材料相比,镁合金具有多方面的优点:(1)镁是人体中的必需元素;(2)良好的生物相容性、优异的生物活性;(3)更接近骨组织的力学性能;(4)与骨组织更为接近的密度;(6)原材料成本低。

因此镁合金作为一种新型可降解植入材料而受到了广泛关注。

然而,作为生物医用材料,镁合金降解速度过快,这将造成植入部位局部碱化,氢气释放过快,形成皮下气肿,影响其在临床上的应用。

本文选择AZ31B镁合金作为基体材料,在其表面制备一层含Mg2SiO4和SiO2的陶瓷涂层,以控制镁合金基体的降解速度,并对涂层的制备工艺、微观形貌、相组成、涂层形成机理、降解性能等进行了系统研究。

在此基础上,本文选择硅涂层作为重点研究对象,对其在体外的降解性能和降解过程中的生物相容性进行了深入研究。

本文主要的研究结论如下:(1)采用正交实验方法确定了涂层的最佳工艺:NaOH的质量-体积浓度40g/L时,Na2SiO3·9H2O的质量-体积浓度为40g/L、以及处理时间为7h,处理温度100℃。

(2)所制备的涂层表面致密均匀光滑,肉眼观察呈金黄色,扫描电镜下可见由球状晶体组成,厚约为1.9μm。

XPS结果表明,涂层主要由Mg2SiO4、MgO和少量SiO2组成。

(3)浸泡实验表明,涂层有效降低了镁合金基体的降解速度,尤其在在浸泡初期效果更明显,表面改性前后的AZ31B镁合金在不同的模拟体液中显示了不同的降解规律。

骨科新型医用可降解植入材料JDBM镁合金的生物毒性、髓内针及植入物感染细菌生物膜的基础研究一、概述随着医疗技术的不断进步，骨科植入材料在修复和重建人体骨骼系统方面发挥着日益重要的作用。

新型医用可降解植入材料的研究备受关注，其中JDBM镁合金因其良好的生物相容性、强度与塑韧性的平衡以及均匀的腐蚀行为，成为了骨科植入领域的研究热点。

本文旨在深入探讨JDBM镁合金在骨科应用中的生物毒性、髓内针及植入物感染细菌生物膜的基础研究，为其在临床中的安全有效应用提供理论依据。

JDBM镁合金是由上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心设计开发的一种新型高性能生物医用材料。

该合金系列通过添加少量细胞毒性轻微的轻稀土元素Nd，实现了良好的时效析出强化和固溶强化效果，同时提高了合金的耐均匀腐蚀性能。

Zn和Zr元素的微量加入进一步增强了合金的强度、塑性加工能力以及强韧性和耐蚀性。

这些特性使得JDBM镁合金在骨科植入材料领域具有广阔的应用前景。

作为一种新型植入材料，JDBM镁合金的生物毒性问题一直是研究者关注的焦点。

本文首先通过体外实验研究了JDBM镁合金及其中稀土元素Nd对小鼠胚胎成骨细胞株MC3T3E1的毒性作用，分析了其对成骨细胞生长和分化的影响。

体内实验部分则通过观察Nd对小鼠骨及周围组织的生理病理影响，以及在各器官组织中的分布情况，来评估其生物安全性。

髓内针及植入物感染细菌生物膜的形成是骨科植入手术后的常见并发症之一。

本文还针对这一问题展开了研究，通过构建细菌生物膜模型，探究JDBM镁合金在植入后对细菌生物膜形成和发展的影响，以及其对细菌感染的抵抗能力。

本文从多个角度对JDBM镁合金在骨科应用中的生物毒性、髓内针及植入物感染细菌生物膜问题进行了深入研究。

这些研究结果将为JDBM镁合金在临床中的安全有效应用提供重要的理论依据和实践指导，有望为骨科植入材料的发展开辟新的道路。

1. 骨科植入材料的研究背景及现状随着人口老龄化的加剧以及人们对生活质量要求的提高，骨科疾病的治疗和康复日益受到重视。

科技成果——微合金化医用可降解镁合金成果简介常见的生物可降解材料有聚合物材料（如聚乳酸）、某些陶瓷材料（如磷酸钙）和金属材料等，其中聚合物材料的强度较低，而陶瓷材料的韧性较差。

近年来，以生物可降解镁合金为代表的新一代医用可降解金属材料的研究受到人们的关注。

镁合金的优势表现在：（1）镁（1.738g/cm3）及其合金（1.75-1.85g/cm3）密度低，不到医用钛合金密度的1/3，与人密质骨（1.75g/cm3）极其相近。

（2）镁及镁合金有高的比强度与比刚度，杨氏模量约为45GPa，不到医用钛合金弹性模量（109-112GPa）的1/2，与人体骨弹性模量最为接近，能有效缓解骨科植入物的应力遮挡效应。

（3）镁是人体所必需的一种重要元素，在人体的正常含量为25g，半数存在于骨骼中，它与生命的维持、身体的健康有着极其密切的关系。

（4）镁化学性质活泼，在人体环境极易腐蚀，可实现金属植入体在体内逐渐降解直至最终消失的临床医学目的。

但是由于其可降解的特性，镁合金中全部元素都将进入人体，其合金化元素的毒性问题就显得尤为重要。

目前用于研究的商用镁合金大都含有铝（Al）和稀土元素，人体对这些合金化元素的摄入存在一个安全范围，过量的Al的摄入会导致老年痴呆，而过量重稀土元素的摄入会很容易在脑中富集而表现出毒性作用。

基于元素毒性考虑的新型医用合金体系的设计与开发是亟待解决的问题。

针对现有技术中对镁合金的需求，本项研发出一种微合金化医用可降解镁合金及其制备方法，通过在镁基体中选择性的加入微量的无毒或低毒性的锶（Sr）、镧（La）、钕（Nd）、钆（Gd）、锆（Zr），构成了微锶-微稀土-微锆的新型镁合金体系；在高纯镁的基础上，通过微量加入Sr、La、Nd、Gd、Zr合金化元素达到了细化晶粒、增强增韧、提高耐腐蚀能力的作用；同时，有效控制植入体进入人体的各合金化元素的总含量，将其控制在生物安全范围内。

本发明的优点在于：（1）本发明所述的微合金化医用可降解镁合金，通过选用人体必需元素Sr以及低毒性元素La、Nd、Gd、Zr并控制元素添加量在较低水平，来降低医用可降解镁合金的生物毒性。

新型镁合金骨钉的生物力学及体外降解特性研究新型镁合金骨钉的生物力学及体外降解特性研究近年来，镁合金由于其良好的力学性能和生物相容性，成为骨修复材料中备受关注的候选材料之一。

然而，镁合金在骨修复应用中仍面临一些挑战，如其较快的生物降解速率和相对低的力学性能。

为了克服这些挑战，研究人员致力于设计开发新型镁合金骨钉，并研究其生物力学性能以及体外降解特性。

在本研究中，我们选择了一种新型镁合金（Mg-Zn-Ca-Mn），并制备了镁合金骨钉。

首先，我们对镁合金进行了化学成分分析和相组成分析，确认其具有适合骨修复应用的组分。

然后，使用压铸法制备了骨钉，并通过扫描电子显微镜（SEM）对其形貌和表面形态进行了观察。

为了评估镁合金骨钉的生物力学性能，我们进行了一系列的力学测试。

在抗剪测试中，我们发现镁合金骨钉具有较高的抗剪强度，表明其能够有效地支撑骨骼负载。

此外，我们还进行了压缩测试和弯曲测试，结果显示镁合金骨钉在这些方面也具有良好的力学性能。

为了研究镁合金骨钉的体外降解特性，我们进行了一系列的降解实验。

首先，我们将镁合金骨钉浸泡在模拟体液中，模拟体液的成分和pH值与人体生理环境相似。

通过定期取出样品并使用光学显微镜观察其表面形貌变化，我们发现镁合金骨钉在体液中逐渐发生降解。

进一步的电化学测试和离子浓度分析结果表明，镁合金骨钉的降解过程伴随着镁离子的释放，同时，钙和磷等元素的浓度也逐渐增加，这有助于促进骨组织的再生和修复。

综合上述研究结果，我们可以得出结论：新型镁合金骨钉具有良好的生物力学性能和适度的体外降解特性，可望成为一种理想的骨修复材料。

然而，为了进一步验证其应用前景，尚需进行大规模的体内实验，并进行相应的医学评估。

相信通过不断的研究努力，镁合金骨钉将为骨组织修复提供新的解决方案，为临床骨修复提供更好的选择综合以上研究结果，我们发现镁合金骨钉具有良好的生物力学性能和适度的体外降解特性。

它具有高的抗剪强度，能有效支撑骨骼负载，并在压缩和弯曲方面表现出良好的力学性能。