CA-P／AZ31B镁合金的生物相溶性研究

ｃ　ｉ　｛纵㈠２　１７　，　１６　２０１３　０４　１６　Ｉ…救　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｉｓｓｕｅＥｎｇｎＪｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈ　Ａｐｒｉｌ１６，２０１３　ＶｏＬ１　Ｎｏ，１６　…ｃ　唧。　ｄｏｉ　１０　３９６９／ｊ　ｉｓｓｎ　２０９５—４３４４　２０１３．１６　０１０　ｍｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃ＃ｅｒ．ｏｒｇ］　丧｜　｝：自．ｔ　ｉ｛０，＾ｌ　Ｉ　，｜　／＇／　ｎ．　！　小　１ｔ钆　一　、！．　４纽１　｜～　ｉ　。；　一｜　｜　鸯　ｌＩＪ３　１｜ｌ｜　・ｌ　ｌｊ　ｌ｝；ｆ。旬ｌ。７　２０１３　、７（１６）：２９２１．２９２６　镁锌合金植入动物体内的分子生物相容性术★　１郄州大学　一附　医　咒甲般．．ｄ．　９　１、Ｈ　河南　州市４５００５２　２一Ｌ诲之通大学附　第六人民医ｊ　焉一外针　上　夸市　２００２３３　３上湾文通大学计孝ｔ手　｝　工程■院　上海市　２００２４０　文章亮点　１实验使用的镁、锌等全营养素组成的镁合金弹性模量约为４５　ＧＰａ，更接近人体的弹性模量，能有效　降低应力遮挡效应。将镁锌合金植入动物体内，观察其在动物体内的分子生物相容性。　２实验以动物血液生化指标观察、血清血小板衍化生长因子检测、盲肠组织中转化生长因子Ｂ１表达情　况来评估镁锌合金植入动物体内的分子生物相容性。　３采用镁、锌、钙全部营养元素设计的可降解镁合金材料，肠道植入实验证实在分子水平有较好的生物　相容性，为促进可降解镁合金材料在体内的应用提供实验数据。由于经费限制，分子水平检测项目较少，　需增加检测指标进一步验证。　关键词：　生物材料：材料生物相容性；镁锌合金；纯钛；伤Ｉ：ｑ愈合；分子生物相容性；盲肠；丙转氨酶；肌酐：　镁离子：血小板衍化生长因子：转化生长因子１３１：国家自然科学基金　摘要　背景：前期研究显示镁锌合金长期植入动物体内有较好的生物安全性。　臼的：观察将镁锌合金植入大鼠盲肠的分子生物相容性。　袁青领★，男，１９８４年生，　河南省商丘市人，汉族，　２０１１年上海交通大学毕　业，硕士，主要从事甲状　腺疾病基础与临床研究。　ｙｕａｎｑｉｎｇｌｉｎｇｌ１３＠　ｓｉｎａ．ｃｏｍ　通讯作者：阎钧，博士，　主治医师，上海交通大学　附属第六人民医院普外　科，上海市２００２３３　ｚｈｅｎｇｑｉｌ　９５７＠ｈｏｔｍａｉｌ．　ｃｏｒｎ　中图分类号：Ｒ３１８　文献标识码：Ｂ　文章编号：２０９５－４３４４　（２０１３）１６－０２９２１－０６　方法：取７２只ｓＤ大鼠，随机分成假手术组、纯钛组和镁锌合金组，每组２４只。假手术组仅做盲肠切　：　。０１２＿－０８７．－２１　开缝合，纯钛组在盲肠切口周围包埋医用纯钛，镁锌合金组在盲肠切口周围包埋镁锌合金。手术前后检（２０１２０６１６０１０／ＧＷ．ｗ１　测血清谷丙转氨酶、肌酐、镁离子浓度及血小板衍化生长因子浓度，以及盲肠组织中转化生长因子Ｂ１　表达情况。　结果与结论：术后相同时间点３组间血清谷丙转氨酶、肌酐、镁离子浓及血清血小板衍化生长因子浓度，　以及盲肠组织中转化生长因子ｐ１表达差异无显著性意义（Ｐ＞０．０５）。镁锌合金组术后不同时间点血小板　衍化生长因子浓度明显高于术前水平（尸＜Ｏ．ｏ５）。表明镁锌合金对大鼠肠道伤口愈合无明显影响，在肠　道内有较好的分子生物相容性。　Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ａ　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ－ｚｉｎｃ　ａｌｌｏｙ　ｉｍｐｌａｎｔｅｄ　ｉｎ　ａｎｉｍａｌｓ　Ｙｕａｎ　Ｑｉｎｇ—ｌｉｎｇ　，Ｙａｎ　Ｊｕｎ　，Ｚｈｅｎｇ　Ｑｉ　Ｚｈａｎｇ　Ｓｈａｏ—ｘｉａｎｇ。，Ｚｈａｎｇ　Ｘｉａｏ—ｎｏｎｇ。　１　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｔｈｙｒｏｉｄ　Ｓｕ　ｒｇｅｒｙ，ｔｈｅ　Ｆｉ　ｒｓｔ　Ａｆｆｉｌｉａｔｅｄ　Ｈｏｓｐｉｔａｌ　ｏｆ　Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００５２，Ｈｅｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ　２　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｓｕｒｇｅｒｙ，ｔｈｅ　Ｓｉｘｔｈ　Ｈｏｓｐｉｔａｌ　Ａｆｆｉｌｉａｔｅｄ　ｔｏ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｊｉａｏ　Ｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００２３３，Ｃｈｉｎａ　３　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｊｉａｏ　Ｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００２４０　Ｃｈｉｎａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　ＢＡＣＫＧＲＯＵＮＤ：Ｐｒｅｖｉｏｕｓ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｈａｖｅ　ｓｈｏｗｎ　ｔｈａｔ　ｌｏｎｇ—ｔｅｒｍ　ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ－ｚｉｎｃ　ａｌｌｏｙ　ｉｎｔｏ　｜ＳＳＮ　２０９５—４３４４　ＣＮ　２１—１　５８１／Ｒ　Ｃ０ＤＥＮ：ｚＬＫＨＡＨ　２９２１

ｌ８８ｏ　财　许　２００７年增刊（３８）卷　

ＡＺ３　１Ｂ可降解镁合金的研究木　

黄晶晶　，一，张广道３，任伊宾　，张炳春　，杨柯　

（１．中国科学院金属研究所，辽宁沈阳１１００１６；２．中国科学院研究生院，北京１００８６４：　

３．中国医科大学，辽宁沈阳Ｉ１０００１）　

摘要：研究了铸态、挤压态及热处理态ＡＺ３１Ｂ镁合金　

的力学性能和耐蚀性能，选出性能最优的ＡＺ３ＩＢ镁合金，　

植入动物下颌骨处进一步研究其在体内的降解行为及其　降解产物对动物体的影响。研究结果表明，ＡＺ３１Ｂ镁合　

金经过挤压和固溶时效处理可以提高其力学性能和耐腐　

蚀性能．将处理后的ＡＺ３ＩＢ镁合金植入兔下颌骨后发现，　

材料降解未对动物体造成不良影响，并且降解过程不会影　

响下颌骨骨折固定的稳定性。因此，可降解ＡＺ３１Ｂ镁合　

金有望用于制作下颌骨骨折后的内固定系统。　

关键词：　可降解：镁合金；植入；性能　

中图分类号：　Ｒ３１３．０８：ＴＧＩ４６．２　２　文献标识码：Ａ　

文章编号：　１００１．９７３１（２００７）增刊．１８８０　０４　

１　引　言　

镁及镁合金的化学性质活泼，腐蚀性能差。一方面是　

由于镁合金表面形成的氧化膜（ＭｇＯ）的ｐＢ值＜Ｉ，不　

能形成有效的稳定保护膜；另一方面是由于第二相或杂质　

元素引起的电偶腐蚀【】捌。在潮湿环境及ｃ１。存在的条件下，　

镁及镁合金更容易发生腐蚀，其腐蚀问题成为制约其进一　

步应用的瓶颈，但却为其作为医用可降解植入材料提供了　

依据。目前，镁及镁合金作为硬组织植入材料的应用研究　

受到了广泛关注，不仅由于其作为可降解植入材料的力学　

性能优势，而且在研究中还发现镁有促进骨生长的作用，　

有可能缩短骨折修复期，并可以免除二次手术为患者带来　

的痛苦　。但由于人体体内环境的复杂性，体液中不仅　

包含ａ一，而且还存在无机盐及有机物，并且体内植入部　位的改变也会影响到腐蚀过程嘲，所以镁及镁合金作为可　

降解植入材料的研究还有待进一步深入。本文作者在早期　进行的镁的植入安全性实验研究中已经证明：镁及镁合金　

2014.06医苑纵横

2811 前言目前用于临床的金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛合金。经过临床应用，上述医用金属材料是临床上很重要的。镁作为手术中植入材料的研究在1907年，早期临床应用证实了镁合金的生物相容性、但均因镁合金在体内腐蚀过快，并且它在皮下产生产生过量氢气而失败。从20世纪90年代起、随着人们对镁合金的研究，在镁合金耐腐蚀性和力学性能的技术方面得到很大的提高，研究者开始进一步开展镁及其合金作为外科材料的研究。这些年来，镁合金医用材料的主要优势是在它的生物特性上与其他金属有许多不同的地方。（1）镁是人体内含量最多的阳离子之一、吴茂江研究表明几乎参与人体内所有的新陈代谢过程，稳定DNA和RNA的结构，能激活体内多种酶,调节神经肌肉和中枢神经系统的活力，调节细胞内流动的钙元素,有减压助眠和放松表情的功效，有效防治某些疾病的作用[1]。（2）具有良好的机械性能，其弹性模量（约45Gpa）与人骨的弹性模量（约10-30Gpa）非常接近，可以显著减少由于植入体与人骨之间弹性模量不匹配而引起的＂应力遮挡效应＂，从而促进骨组织的愈合从而促进骨组织的愈合[2]。witter等的实验证明高镁离子浓度可能导致骨细胞的激活[3]。常晓峰等进行了动物实验，早期加入镁合金可以加快骨痂牵引成骨的速度，促进骨质的成熟[4]。王程越等自制AZ31镁合金牵引器在牵引完成后4周可提高下颌骨的高度[5]，洪岩松等将两种形态的AZ31B镁合金植入实验动物体镁及镁合金在医学中的应用袁　月　刘童斌　王晶晶吉林大学口腔医院　吉林省长春市　130000 【摘　要】镁及其合金具有优良的综合学性能、与人体良好的生物相容性能以及生物可降解吸收、生物力学性能、骨诱导效应等特点、作为口腔生物材料具有显著优势，有望成为一类新型医用植入口腔的材料，综述了镁金属作为口腔生物医用植入材料的研究发展现状，分析了其应用上的优势与不足、对医用镁合金的表面改性技术进行了简单的论述、并对其发展前景进行了展望。【关键词】微弧氧化；骨诱导作用；表面涂层；镁合金内，结果显示， AZ31B镁合金具有很明显的使动物机体生成新骨的能力，但是当镁合金大量降解，使产生的局部镁离子浓度过大时，则会引起局部的溶骨反应[5-6]。（3）具有生物可降解性、避免二次手术取出镁合金对病人造成的痛苦和精神压力[7]。镁的耐腐蚀性能差、点蚀， PH值低于11.5时，镁的腐蚀速率加快。而正常体内环境的PH值在7.4左右，之体内时一个复杂的腐蚀环境，种种原因都会造成镁金属在体内的腐蚀加速。杨柯等研究表明镁合金的降解速度与材料处理状态有关，其中热处理状态较铸态和锻态的降解速度慢。AZ31镁合金的降解速度与所处的环境有关，在Hank's溶液中较0.9Nacl溶液中慢，在骨髓腔中较肌肉及骨皮质中快。对肾脏、肝脏无影响M学者实验证明二氧化碳和温度明显影响镁的降解[8]，AZ31镁合金植入动物体内，可观察到明显的降解现象，降解过程中表面有ca-p物质沉积，增加了表面生物活性。T学者证明镁的腐蚀过程加快取决于它的腐蚀环境，目前ASTM标准得出的结论体外腐蚀测试不能用来预测体内腐蚀效率的镁合金[9]，镁合金降解时有氢气产生，对氢气的处理报道不等，用针筒穿刺让氢气排出。但其存在感染危险性。Li等[14]报在1个月后氢气在软组织和骨髓腔内多处人体组织内发现，未经处理，但是最后消失。M学者证明二氧化碳，温度都明显影响镁的降解。而本研究镁合金降解时产生的氢气也自行吸收，但与前者吸收的时间长短不一[10]，然而镁金属在生物环境中的腐蚀速度太快，这成为应用于临床的最大障碍。2 减少镁合金的降解程度：目前最常用的方法是：合金化和表面改性两种方法 （1）合金化。目前常用于医学研究的镁合金植入包括铝、锰、锌、钙、锂、鋯，等这些元素，上诉元素不仅能够增强材料的机械强度和强化材料的物理性质，最重要的是降低局部腐蚀倾向、有的是通过钝化作用、有的则是通过细化镁合金基体阴极相变的细小弥散。但是、合金化的发展受到以下一些条件的限制：1)镁合金很复杂，这种因素往往会导致合金冶炼生产成本的上升；2)镁合金中的元素量需要严格监控。（2）表面改性。与单纯的合金相比、材料表面改性处理这种方法在保留材料原有的基础上在表面材料的特性、降低了材料成本、因此、目前镁合金的研究热点和方向。对镁合金表面进行改性处理的方法主要包括：化学转换法，电化学沉积法（目前应用最多的就是HA涂层）及阴极沉积法，阳极氧化，微弧氧化法（MAO），化学气相沉积法，其中以MAO是工业上提高镁合金较有效的方法，微弧氧化是一种将陶瓷涂层沉淀在金属或合金表面的阳极氧化技术、这项技术是利用微弧区高温烧结作用，直接在金属表面原位生长氧化陶瓷膜，是陶瓷膜和金属间实现冶金结合。齐峥嵘研究证明MAO能提高这种材料的抗腐蚀性，在体外实验中表现出很好的抗腐蚀性、生物相容性，皮质骨的密度大，血运较差，不能完全包埋材料，并且不能实现材料评估，观察镁合金材料在松质骨内有很高端研究价值。这个实验研究还证明了镁合金和MAO置入大鼠松质骨以后的相应骨反应及生物相容性与PLLA（左旋聚乳酸骨钉：<

可降解镁合金作为胃肠吻合材料的可行性研究

目的研究镁合金在体内外降解特性及生物相容性，初步了解其作为胃肠道吻合材料的安全性及可行性，为镁合金成为吻合器材料提供科学依据。方法将AZ31B、AZ80、AZ91D三种镁合金置入人工肠液中4周，观察镁合金的腐蚀情况，计算降解速率，选择一种耐腐蚀性能较强的镁合金作为下一步实验的备选材料。

将AZ91D镁合金分别置于林格式液及人工肠液中4周，观察溶液PH值变化情况及合金降解情况，计算降解速率。观察镁合金的表面腐蚀情况。

将AZ91D镁合金植入家兔脊柱两侧的肌肉内，观察家兔的一般情况，HE染色后显微镜下观察植入物周围肌肉组织炎性改变情况，评价该镁合金在动物体内的生物相容性。将AZ91D镁合金浸提液于小鼠腹腔注入，通过计算微核率了解细胞变异受损情况，观察镁合金对机体的致突变性。

将AZ91D镁合金浸提液从家兔耳缘静脉注入，在浸提液注入15分钟后每隔30分钟记录家兔体温变化情况，连续6次。观察其热源反应。

结果体外降解实验：AZ31B、AZ80、AZ91D镁合金在人工肠液中4周的平均降解速率（单位：mg/cm2·day）依次为：0.36、0.39、0.34。第1、2、3、4周的平均降解速率依次为VAZ31B：0.37、0.37、0.36、0.36；VAZ80：0.40、0.40、0.38、0.39；VAZ91D：0.35、0.34、0.33、0.33。

各组试件的腐蚀速度均呈现逐步减慢的特点。在相同的浸泡阶段，镁合金失重和腐蚀速率为：VAZ80＞VAZ31B＞VAZ91D；显示AZ91D的降解速率最慢。

进一步实验表明：AZ91D镁合金在人工肠液中平均降解速率为0.33mg/cm2·day；在林格式液中的平均降解速率约为4.33mg/cm2·day，与人工肠液腐蚀速率相比较，林格液的腐蚀速率是其13.12倍。同时，随着浸泡时间的延长，镁合金浸泡液PH值逐渐升高趋势。