Mg-Zn-Sr骨植入材料的制备及其降解性能与生物相容性研究

发布时间：2017-10-17 08:45

  本文关键词：Mg-Zn-Sr骨植入材料的制备及其降解性能与生物相容性研究

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【摘要】：近年来,随着人们对健康关注程度和临床需要的不断提高,镁合金展示了作为生物医用材料诸多优于其它生物金属材料的性能。本论文以制备适于生物医用的镁合金材料为目的,选取Mg、Zn、Sr三种元素,并结合目前已有的研究成果,优化设计Mg-4.0Zn-1.0Sr(wt.%)合金,进一步深入研究镁合金的腐蚀降解行为及生物相容性,并采用模拟骨折的方法将镁合金材料植入动物体内,对镁合金植入后动物全身的反应及材料对骨折愈合的影响进行评价,为可降解医用镁合金材料及其应用技术的研究和开发提供基础性参考数据。获得实验数据如下：(1)优化设计了Mg-4.0Zn-1.0Sr(wt.%)合金。对Mg-4.0Zn-1.0Sr(wt.%)合金锭坯进行固溶处理,晶界变细,晶内、晶界处的析出物已大部分固溶到基体内,硬度降低,组织均匀性提高,固溶处理条件为：440℃,12h。并进行了人工时效处理,来提高材料的力学性能,其最佳时效制度为：180℃,18h。时效后的Mg-4.0Zn-1.0Sr(wt.%)合金硬度值达到57.78HV,抗拉强度达到180.4MPa,延伸率为6.5%。(2)对Mg-4.0Zn-1.0Sr(wt.%)合金在DMEM溶液中进行体外模拟降解实验,腐蚀规律是点腐蚀→点腐蚀扩展加深→新表面发生点腐蚀的循环过程。表面存在白色的腐蚀产物,其主要成分为MgO及钙磷酸盐。Zn、Sr元素的添加,有利于镁合金表面钝化膜的形成,且生成的断续状第二相能够阻止腐蚀的扩展,从而提高了镁合金的耐腐蚀性能。随着时间的延长,在第8d腐蚀速率由初始的3.08mm/yr降低为0.58mm/yro DMEM溶液的pH值随着时间的延长不断增加,增加速率逐渐降低,在5d之后,增加速率趋于平缓,pH值的变化情况与腐蚀速率的变化一致。(3)研究了Mg-4.0Zn-1.0Sr(wt.%)合金的体外生物相容性。Mg-4.0Zn-1.0Sr(wt.%)合金的溶血率值仅为4.70%,说明具有良好的抗溶血性能；Mg-4.0Zn-1.0Sr(wt.%)合金在浸提液中培养3d的细胞毒性级别为1级轻微细胞毒性,细胞增殖度RGR%90%,符合生物材料对细胞毒性的要求。(4)采用模拟骨折的方法,研究Mg-4.0Zn-1.0Sr(wt.%)合金体内植入兔股骨后的生物相容性。兔植入Mg-4.0Zn-1.0Sr(wt.%)合金后,全身生理状况未受影响,手术部位愈合良好。兔子的心脏、肝脏、肾脏、脾脏未见不良的影响,血清中镁离子浓度无明显增加,随着镁合金的降解不断被排除体外,保持在身体允许范围内波动,对实验兔子循环、泌尿系统未造成明显影响,表现出良好的生物相容性。(5)随着的Mg-4.0Zn-1.0Sr(wt.%)合金的不断降解,降解产物残留在镁合金材料的界面与骨界面处,降解产物Ca、P、C的聚集为新骨的生长发育提供有利条件。新生骨组织中骨小梁结构分布均匀、排列整齐,虽然早期有溶骨现象,但后期成骨明显,未对周围组织产生不良的影响,术后镁合金材料表现出良好的骨诱导、骨传导活性。
【关键词】：Mg-4.0Zn-1.0Sr(wt.%)合金 热处理 体外降解 生物相容性 体内植入
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG146.22;R318.08
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 医用骨科材料概论12-16
• 1.1.1 生物医用材料12-13
• 1.1.2 生物医用骨科植入材料13-15
• 1.1.3 传统金属生物医用骨科材料15-16
• 1.2 镁合金生物医用骨科材料的研究现状16-18
• 1.2.1 纯镁及镁合金的概述16-17
• 1.2.2 镁合金作为生物医用骨科材料的研究现状17-18
• 1.3 合金元素对镁合金生物医用骨科材料组织性能的影响18-20
• 1.3.1 常用元素在镁合金生物医用骨科材料中的研究现状18-19
• 1.3.2 Zn对镁合金生物医用骨科材料组织性能的影响19-20
• 1.3.3 Sr对镁合金生物医用骨科材料组织性能的影响20
• 1.4 镁合金生物医用骨科材料的加工制备方法20-21
• 1.5 镁合金生物医用骨科材料的生物相容性评估21-24
• 1.5.1 镁合金生物医用骨科材料体外生物相容性评估21-23
• 1.5.2 镁合金生物医用骨科材料体内生物相容性评估23-24
• 1.6 本课题研究的意义与内容24-26
• 1.6.1 研究意义及目的24-25
• 1.6.2 研究内容25-26
• 第2章 Mg-Zn-Sr合金生物医用材料的制备与加工26-42
• 2.1 实验26-30
• 2.1.1 实验材料26-27
• 2.1.2 实验设备27-28
• 2.1.3 镁合金生物医用材料锭坯制备28
• 2.1.4 试样制备28-30
• 2.1.5 生物医用镁合金的热处理30
• 2.2 Mg-xSr合金铸态组织分析30-34
• 2.3 Mg-Zn-Sr合金的组织性能分析34-41
• 2.3.1 固溶处理对Mg-Zn-Sr合金组织性能的影响34-37
• 2.3.2 时效处理对Mg-Zn-Sr合金组织性能的影响37-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第3章 Mg-Zn-Sr合金生物医用材料体外降解性能及生物相容性研究42-57
• 3.1 实验42-46
• 3.1.1 实验材料42
• 3.1.2 实验仪器及试剂42-43
• 3.1.3 体外降解实验43-44
• 3.1.4 溶血实验44-45
• 3.1.5 细胞毒性实验45-46
• 3.2 Mg-Zn-Sr合金在DMEM溶液中的降解行为46-54
• 3.2.1 Mg-Zn-Sr合金的腐蚀产物与形貌46-50
• 3.2.2 Mg-Zn-Sr合金的降解速率与pH值变化50-52
• 3.2.3 腐蚀机理52-54
• 3.3 Mg-Zn-Sr合金的生物相容性54-55
• 3.3.1 Mg-Zn-Sr合金的抗溶血性54
• 3.3.2 Mg-Zn-Sr合金的细胞毒性54-55
• 3.4 本章小结55-57
• 第4章 Mg-Zn-Sr合金生物医用材料植入兔股骨体内生物相容性研究57-79
• 4.1 实验57-61
• 4.1.1 Mg-Zn-Sr合金植入材料的制备57-58
• 4.1.2 实验方法58-59
• 4.1.3 术后方法及各组实验动物的处理59-61
• 4.2 Mg-Zn-Sr合金对动物生理的影响61-72
• 4.2.1 动物体征分析61-62
• 4.2.2 Mg-Zn-Sr合金植入物对实验兔全身的影响62-66
• 4.2.3 Mg-Zn-Sr合金植入物对右股骨的局部影响66-72
• 4.3 Mg-Zn-Sr合金植入试样体内降解行为研究72-78
• 4.3.1 Mg-Zn-Sr合金体内降解后样品形貌分析72-76
• 4.3.2 Mg-Zn-Sr合金体内降解后表面产物分析76-78
• 4.4 本章小结78-79
• 第5章 结论79-80
• 参考文献80-85
• 致谢85

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