镁合金不溶性降解产物的研究及MAO镁合金的复合表面改性
发布时间：2021-06-22 05:43
目的:镁合金作为一种可降解的金属材料,广泛的应用于骨移植替代物方面。但是镁合金在含水环境下过快的降解速率会引发生物安全性问题,并且很难长时间的保持其机械性能的完整性。在生物安全性问题方面,关于不溶性降解产物没有系统性的研究。因此本研究的第一个部分主要研究了镁合金在细胞培养环境下的不溶性降解产物,并探究了该不溶性降解产物的生物相容性。微弧氧化（MAO）能够显著的增强镁合金的耐蚀性。但是MAO层有许多的孔洞,这些孔洞（特别是那些贯穿整个MAO层的孔洞）的存在便于腐蚀液直接腐蚀镁合金基体。因此本研究的第二个部分主要研究了甲基丙烯酰化明胶（GelMA）水凝胶等对MAO镁合金的表面改性,从而增强MAO镁合金的耐蚀性。研究方法:在第一部分的研究中,将AZ91镁合金浸泡于细胞培养基和磷酸缓冲盐（PBS）两种溶液中,并放在CO2培养箱中12天,从而得到并收集镁合金的不溶性降解产物。采用光学显微镜、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等对不溶性降解产物进行成分和形貌分析。再将AZ91镁合金和猪髋动脉内皮细胞（PIEC）直接培养,确定该条件下是否会形成不溶性降解产物。随后...
【文章来源】：中国医科大学辽宁省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
实验流程设计图
中国医科大学硕士学位论文103实验结果3.1浸泡实验3.1.1浸泡液的pH值变化图3.1为在细胞培养条件下，AZ91镁合金分别浸泡于细胞培养基(A-I)和PBS(A-II)两种溶液中的pH值变化图。图3.1AZ91镁合金分别在细胞培养基(A-I)和PBS(A-II)中浸泡12天后的pH值图从图3.1中总体可以看出，浸泡过程中，虽有时因腐蚀产物的作用pH值有下降的情况，但pH值总体呈上升趋势且其数值在6.0到9.0之间。这是因为镁合金的降解会导致周围环境的pH值上升。细节方面，当镁合金浸泡在细胞培养基中(A-I)时，前4天液体的pH值为7.0，无变化。第4天后，直到第7天，液体的pH值呈上升趋势。在第8天的测试中，pH值有所下降。之后直至第12天，pH值呈缓慢上升趋势，最后趋近平稳，达到8.5。而镁合金浸泡在PBS中(A-II)时，其pH值从6.5缓慢上升。在第4天时，却又有所降低。之后一路呈上升趋势，在第10天后，pH值趋近8.5，达到平稳状态。浸泡前期，pH值无上升趋势，可能是因为CO2的加入以及液体中HPO42-和HCO3-等缓冲离子的缓冲作用[7,8]。之后，镁合金的腐蚀仍然在发生，但是腐蚀产物的形成，也会阻碍pH值的急速增加，甚至可能会降低pH值。直到最后腐蚀产物的保护作用与液体对镁合金的腐蚀效果趋近平衡，pH值也就趋近平稳。而与PBS的pH值相比较，细胞培养基的pH值上升的早且其数值在浸泡的第1天到第7天都大于PBS的pH值。因此，镁合金浸泡在细胞培养基中的腐蚀情况要比浸泡在PBS中的腐蚀情况更严重。
中国医科大学硕士学位论文113.1.2镁合金的腐蚀形貌图3.2为在细胞培养条件下，AZ91镁合金分别在细胞培养基(A-I)和PBS(A-II)中浸泡12天后的腐蚀形貌。图3.2AZ91镁合金分别在细胞培养基(A-I)和PBS(A-II)中浸泡12天后的腐蚀形貌图图3.2(a)-(d)：数码照片；图3.2(e)-(j)：金相显微镜图。在图3.2(a)-(d)中可以看到，当镁合金在细胞培养基(A-I)中浸泡12天后，其表面存在有明显的腐蚀坑，局部腐蚀明显。而在PBS(A-II)中浸泡12天后的镁合金，其表面较为光滑，腐蚀不明显。采用金相显微镜进行更加细致的观察，图3.2(e)-(j)中也可
【参考文献】：
期刊论文
[1]Materials evolution of bone plates for internal fixation of bone fractures: A review[J]. Junlei Li,Ling Qin,Ke Yang,Zhijie Ma,Yongxuan Wang,Liangliang Cheng,Dewei Zhao. Journal of Materials Science & Technology. 2020(01)
[2]Recent advances in biodegradation controls over Mg alloys for bone fracture management: A review[J]. Ming-Shi Song,Rong-Chang Zeng,Yun-Fei Ding,Rachel W.Li,Mark Easton,Ivan Cole,Nick Birbilis,Xiao-Bo Chen. Journal of Materials Science & Technology. 2019(04)
[3]容面比对WE43镁合金在模拟体液中降解行为的影响[J]. 黄琼,李慧中,梁霄鹏,陈智. 湖南有色金属. 2018(04)
[4]大长径比三水碳酸镁晶须的制备及晶体生长机理[J]. 王余莲,印万忠,张夏翔,唐宏欣,戴绍书. 硅酸盐学报. 2018(07)
[5]流场环境中AZ31镁合金的腐蚀行为研究[J]. 韩林原,李旋,储成林,白晶,薛烽. 金属学报. 2017(10)
[6]New insights into the effect of Tris-HCl and Tris on corrosion of magnesium alloy in presence of bicarbonate,sulfate,hydrogen phosphate and dihydrogen phosphate ions[J]. Lan-Yue Cui,Yan Hu,Rong-Chang Zeng,Yong-Xin Yang,Dan-Dan Sun,Shuo-Qi Li,Fen Zhang,En-Hou Han. Journal of Materials Science & Technology. 2017(09)
[7]可生物降解镁合金微细管的加工成形:坯料超细晶化、工艺参数优化、新技术开发及应用[J]. 崔亚军,王昌,于振涛,赵利渊,王岚,张永涛,石瑾. 材料导报. 2016(15)
[8]可降解AZ31镁合金支架在兔腹主动脉内的降解时间和降解效果[J]. 张小青,李鑫. 中国组织工程研究. 2016(30)
[9]阳极氧化对镁合金在仿生溶液中降解性能影响的研究[J]. 张春艳,李盼妮,杨明波,徐超玲. 功能材料. 2016(06)
[10]新型医用Mg（98.7-x）-Zn1.0-Ca0.3-Mnx合金在hank’s模拟体液中的降解行为[J]. 王国斌,郭兵,丁雨田. 华中师范大学学报(自然科学版). 2016(01)
博士论文
[1]骨植入用新型可降解镁合金材料设计及生物医学功能研究[D]. 刘辰.南京理工大学 2016
硕士论文
[1]离子通道功能蛋白激酶TRPM7调控镁离子对成骨细胞的骨诱导作用[D]. 祖海越.大连大学 2018
[2]超疏水镁合金表面的构建及耐腐蚀性能研究[D]. 朱亚利.兰州交通大学 2016
[3]心血管支架用生物可降解ZK30-xCa镁合金的组织及性能研究[D]. 王陆.太原理工大学 2016
[4]可降解镁合金支架-MPM植入兔腹主动脉后降解的研究[D]. 陈亮.南方医科大学 2016
[5]AZ31镁合金细管塑性加工工艺及腐蚀研究[D]. 裴崇雷.哈尔滨工业大学 2015
[6]镁合金表面梯度降解生物涂层制备及性能表征[D]. 张毅.重庆理工大学 2015
[7]AZ31B镁合金微弧氧化陶瓷膜的制备及后封孔技术研究[D]. 齐素芳.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3242242
【文章来源】：中国医科大学辽宁省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
实验流程设计图
中国医科大学硕士学位论文103实验结果3.1浸泡实验3.1.1浸泡液的pH值变化图3.1为在细胞培养条件下，AZ91镁合金分别浸泡于细胞培养基(A-I)和PBS(A-II)两种溶液中的pH值变化图。图3.1AZ91镁合金分别在细胞培养基(A-I)和PBS(A-II)中浸泡12天后的pH值图从图3.1中总体可以看出，浸泡过程中，虽有时因腐蚀产物的作用pH值有下降的情况，但pH值总体呈上升趋势且其数值在6.0到9.0之间。这是因为镁合金的降解会导致周围环境的pH值上升。细节方面，当镁合金浸泡在细胞培养基中(A-I)时，前4天液体的pH值为7.0，无变化。第4天后，直到第7天，液体的pH值呈上升趋势。在第8天的测试中，pH值有所下降。之后直至第12天，pH值呈缓慢上升趋势，最后趋近平稳，达到8.5。而镁合金浸泡在PBS中(A-II)时，其pH值从6.5缓慢上升。在第4天时，却又有所降低。之后一路呈上升趋势，在第10天后，pH值趋近8.5，达到平稳状态。浸泡前期，pH值无上升趋势，可能是因为CO2的加入以及液体中HPO42-和HCO3-等缓冲离子的缓冲作用[7,8]。之后，镁合金的腐蚀仍然在发生，但是腐蚀产物的形成，也会阻碍pH值的急速增加，甚至可能会降低pH值。直到最后腐蚀产物的保护作用与液体对镁合金的腐蚀效果趋近平衡，pH值也就趋近平稳。而与PBS的pH值相比较，细胞培养基的pH值上升的早且其数值在浸泡的第1天到第7天都大于PBS的pH值。因此，镁合金浸泡在细胞培养基中的腐蚀情况要比浸泡在PBS中的腐蚀情况更严重。
中国医科大学硕士学位论文113.1.2镁合金的腐蚀形貌图3.2为在细胞培养条件下，AZ91镁合金分别在细胞培养基(A-I)和PBS(A-II)中浸泡12天后的腐蚀形貌。图3.2AZ91镁合金分别在细胞培养基(A-I)和PBS(A-II)中浸泡12天后的腐蚀形貌图图3.2(a)-(d)：数码照片；图3.2(e)-(j)：金相显微镜图。在图3.2(a)-(d)中可以看到，当镁合金在细胞培养基(A-I)中浸泡12天后，其表面存在有明显的腐蚀坑，局部腐蚀明显。而在PBS(A-II)中浸泡12天后的镁合金，其表面较为光滑，腐蚀不明显。采用金相显微镜进行更加细致的观察，图3.2(e)-(j)中也可
【参考文献】：
期刊论文
[1]Materials evolution of bone plates for internal fixation of bone fractures: A review[J]. Junlei Li,Ling Qin,Ke Yang,Zhijie Ma,Yongxuan Wang,Liangliang Cheng,Dewei Zhao. Journal of Materials Science & Technology. 2020(01)
[2]Recent advances in biodegradation controls over Mg alloys for bone fracture management: A review[J]. Ming-Shi Song,Rong-Chang Zeng,Yun-Fei Ding,Rachel W.Li,Mark Easton,Ivan Cole,Nick Birbilis,Xiao-Bo Chen. Journal of Materials Science & Technology. 2019(04)
[3]容面比对WE43镁合金在模拟体液中降解行为的影响[J]. 黄琼,李慧中,梁霄鹏,陈智. 湖南有色金属. 2018(04)
[4]大长径比三水碳酸镁晶须的制备及晶体生长机理[J]. 王余莲,印万忠,张夏翔,唐宏欣,戴绍书. 硅酸盐学报. 2018(07)
[5]流场环境中AZ31镁合金的腐蚀行为研究[J]. 韩林原,李旋,储成林,白晶,薛烽. 金属学报. 2017(10)
[6]New insights into the effect of Tris-HCl and Tris on corrosion of magnesium alloy in presence of bicarbonate,sulfate,hydrogen phosphate and dihydrogen phosphate ions[J]. Lan-Yue Cui,Yan Hu,Rong-Chang Zeng,Yong-Xin Yang,Dan-Dan Sun,Shuo-Qi Li,Fen Zhang,En-Hou Han. Journal of Materials Science & Technology. 2017(09)
[7]可生物降解镁合金微细管的加工成形:坯料超细晶化、工艺参数优化、新技术开发及应用[J]. 崔亚军,王昌,于振涛,赵利渊,王岚,张永涛,石瑾. 材料导报. 2016(15)
[8]可降解AZ31镁合金支架在兔腹主动脉内的降解时间和降解效果[J]. 张小青,李鑫. 中国组织工程研究. 2016(30)
[9]阳极氧化对镁合金在仿生溶液中降解性能影响的研究[J]. 张春艳,李盼妮,杨明波,徐超玲. 功能材料. 2016(06)
[10]新型医用Mg（98.7-x）-Zn1.0-Ca0.3-Mnx合金在hank’s模拟体液中的降解行为[J]. 王国斌,郭兵,丁雨田. 华中师范大学学报(自然科学版). 2016(01)
博士论文
[1]骨植入用新型可降解镁合金材料设计及生物医学功能研究[D]. 刘辰.南京理工大学 2016
硕士论文
[1]离子通道功能蛋白激酶TRPM7调控镁离子对成骨细胞的骨诱导作用[D]. 祖海越.大连大学 2018
[2]超疏水镁合金表面的构建及耐腐蚀性能研究[D]. 朱亚利.兰州交通大学 2016
[3]心血管支架用生物可降解ZK30-xCa镁合金的组织及性能研究[D]. 王陆.太原理工大学 2016
[4]可降解镁合金支架-MPM植入兔腹主动脉后降解的研究[D]. 陈亮.南方医科大学 2016
[5]AZ31镁合金细管塑性加工工艺及腐蚀研究[D]. 裴崇雷.哈尔滨工业大学 2015
[6]镁合金表面梯度降解生物涂层制备及性能表征[D]. 张毅.重庆理工大学 2015
[7]AZ31B镁合金微弧氧化陶瓷膜的制备及后封孔技术研究[D]. 齐素芳.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3242242
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