生物医用镁合金.ppt
生物医用镁合金,概述,镁及镁合金由于密度低，比强度、比刚度高等优异的综合性能已被广泛应用在航空航天、电子通信、汽车制造等领域。从这十几年来国内外对镁及镁合金各方面的报道发现镁作为硬组织植入材料，与现已投入临床使用的各种金属植入材料相比，具有资源丰富、与人骨的密致骨密度相近、加工性能良好、能有效地缓解应力遮挡效应等优势，另外镁离子对人体的微量释放是有益的，且镁及其合金与生物相容性好、资源丰富、价格低。,潜在优势,镁合金作为生物医用材料，在力学性能、生物相容性和可降解性三方面具有突出的优势。1、力学性能镁及镁合金有高的比强度和比刚度,纯镁的比强度为133GPa/(g/cm3),而超高强度镁合金的比强度已达到480 GPa/(g/cm3),比Ti6Al4V的比强度(260 GPa/(g/cm3)高出近1倍。镁及镁合金的杨氏模量（约为45GPa）更接近人骨的弹性模量(20GPa),能有效降低应力遮挡效应。镁与镁合金的密度（约为1.7g/cm3）与人骨密度(1.75g/cm3)接近,符合理想接骨板的要求。因而用镁及镁合金作为骨固定材料,能够在骨折愈合的初期提供稳定的力学环境,逐渐而不是突然降低其应力遮挡作用,使骨折部位承受逐步增大乃至生理水平的应力刺激,从而加速愈合,防止局部骨质疏松和再骨折。,镁合金、不锈钢以及人体骨骼的力学性能参数：,2、生物相容性,毒性试验表明,镁合金浸提液无细胞毒性,不会显著降低成纤维细胞和成骨细胞的存活率。与纯镁对比,镁合金溶血率更低,黏附的血小板数量也更少,因此适当添加合金元素,可以将镁基合金应用在骨骼和血管植入物材料方面。此外，体外溶血率和细胞黏附试验结果证实其具有良好的生物相容性,并能加快前成骨细胞在合金表面的黏附。,3、可降解性,镁基合金在人体生理环境中可腐蚀降解,但是与其它类型的可降解材料相比,其具有明显高的强韧性和更优的加工性能。由于体液中存在氯离子，同时镁元素在氯离子溶液中降解速率较快，于是镁基合金在生物体内具有可降解性。另外，有实验表明，热处理状态可以改变镁合金在体内的降解速率，一般而言热处理的较铸态和锻态而言降低了点蚀发生倾向,降解速度更慢。,生物医用镁合金的应用,心血管支架：利用镁制成的可降解心血管支架的临床医用已有报道，在降解过程中不会对患者的生理造成任何负面影响。骨固定材料：镁合金骨固定材料是一种新型医用材料，它可以代替传统医学中的钢钉等骨固定材料，与人骨的力学性能更加匹配，避免应力遮挡效应，即人体骨骼基本愈合后，降解成无毒无害的小分子，并经人体循环系统排出体外，避免了患者二次手术取出钢钉的痛苦。牙种植材料：镁及镁合金的机械性能，尤其是弹性模量，比其他金属材料更接近人体密质骨，作为牙种植体材料具有更好的生物力学相容性，并且，含有镁离子的材料表面可促进骨细胞附着。,生物医用镁合金的改性,虽然有很多优于其他生物金属材料的性能，但镁及镁合金的耐蚀性能较差，并且在腐蚀介质中产生的氧化膜疏松多孔，不能对基体产生很好的保护作用。因此，要使镁及镁合金替代现有金属生物材料成为可能，必须对其进行表面改性，以满足临床应用对生物材料耐蚀性能的苛刻要求。,1、纯化镁合金,由于医用镁合金在体内主要通过电化学反应产生腐蚀，杂质元素在镁合金基体中作为阴极相，促进微电偶电池的形成，加速了基体的电化学腐蚀。因而，提高医用镁合金的纯度，控制有害元素的含量，使其处在允许的极限浓度范围内，可以显著降低材料的腐蚀速率和改善镁合金的力学性能。通过纯化镁合金的方法，虽然可以有效减缓镁合金的降解，但是往往在去除杂质的同时，因为固定相的减少，导致相应的力学性能降低,2、镁合金的合金化,镁的耐蚀性也可以通过合金化加以改善。新型医用镁合金的开发可以通过选用营养元素作为合金元素，以避免Al、Zr及部分稀土元素等对人体潜在的生物毒性；同时，引进有益元素Ca，不仅缓解了镁合金的降解，而且有利于骨骼的生长。,3、镁合金的热处理,通过固溶等热处理可使镁合金的显微结构产生变化，杂质元素及夹杂物充分扩散固溶到晶粒内部，从而得到均质结构，有效降低了发生电偶腐蚀的几率。例如，热处理退火后形成的热氧化膜能有效保护基体，提高耐蚀性能。其次通过成形加工影响材料的微观结构，细化晶粒，减轻组织的微观偏析，也能改善镁合金的耐蚀性能。,4、镁合金的表面处理,由于表面处理，能够保持材料的基体结构，从而有效维持材料的力学性能，因而被广泛应用于医用镁合金的改性，从而提高其生物相容性和耐蚀性能。医用镁合金的表面处理研究的内容非常复杂，主要有以下几种方法：化学转化处理、微弧氧化、有机涂层、金属离子注入涂层、溶胶凝胶法和电化学沉积法等。,发展前景,镁合金作为现有的金属生物材料的新一代替代品，具有许多无可比拟的优势，但同时它自身的耐腐蚀性能偏低仍然是我们面临的亟待解决的问题，相信，随着研究的逐步深入化和系统化，在不久的将来，镁及镁合金必将在未来的生物材料领域得到广泛的应用。,谢谢！,
