【摘要】：骨缺損修復在臨床上是骨科中極為常見的手術,要求骨移植替代物能夠加強對缺損處的修復作用進而促進骨愈合。目前臨床應用的骨修復材料都因為存在各自的缺點及挑戰(zhàn)而不能成為理想的骨移植替代材料。鎂合金以其良好的生物相容性、與骨組織匹配的力學性能以及可以在人體內(nèi)被降解吸收等特點,成為一類極具臨床應用前景的新型生物可降解骨植入材料。鎂鍶合金因為具有良好的促成骨、促血管化等生物醫(yī)學功能而被研究者關注,但鎂鍶合金過快的降解速度仍是阻礙其臨床應用的壁壘。本文通過調(diào)整合金成分和不同的加工方式來提高鎂鍶合金的耐腐蝕性能,并進一步研究其腐蝕機制。在此基礎上,選擇優(yōu)化處理的鎂鍶合金進行動物體內(nèi)實驗,初步探索合金在骨填充領域中應用的可行性。本文將具有促進骨骼發(fā)育和類骨質形成作用的鍶(Sr)元素添加到鎂基體中,制備了不同Sr含量的擠壓態(tài)Mg-Sr合金(Mg-1.OSr,Mg-1.5Sr,Mg-2.0Sr)。研究了 Sr含量的變化對擠壓態(tài)Mg-Sr合金的微觀組織和耐腐蝕性能的影響。擠壓態(tài)Mg-Sr合金是由合金基體和Mg17Sr2第二相組成,隨著Sr含量的增加,晶粒尺寸減小,第二相含量增多。Mg-1.5Sr合金在模擬體液中的耐蝕性最佳,Mg-2.0Sr合金的耐蝕性最差,這是微觀組織中晶粒尺寸和第二相雙重作用導致的結果。選擇Mg-1.5Sr合金為研究對象,通過擠壓和熱處理的加工方式得到不同狀態(tài)的Mg-1.5Sr合金,研究熱擠壓和熱處理對Mg-Sr合金降解行為的影響和Mg-Sr合金在模擬體液中的腐蝕機制。實驗結果表明,Mg-Sr合金的腐蝕行為與合金組織有很大的依賴關系,Mg-Sr合金中晶粒尺寸越小,耐蝕性越好,合金表面的腐蝕膜層越致密。第二相在Hank's溶液中腐蝕開裂,對合金基體沒有有效的阻擋作用。鑄態(tài)合金中網(wǎng)狀第二相覆蓋全部晶粒,嚴重的電偶腐蝕導致極差的耐蝕性,以晶間腐蝕為主。擠壓態(tài)Mg-Sr合金中第二相被碎化,電偶腐蝕減弱,主要以絲狀腐蝕和點蝕為主。擠壓態(tài)Mg-1.5Sr合金的腐蝕速率遠小于鑄態(tài)合金,優(yōu)化得到能夠獲得最佳耐蝕性能的擠壓態(tài)Mg-Sr合金的熱處理制度為450℃/5 h。將優(yōu)化處理后的Mg-Sr合金植入到新西蘭白兔的人造骨缺損中8周,利用micro-CT與組織學分析來表征植入物對骨缺損處和周圍骨組織的響應情況。結果表明,與臨床應用的TCP植入物相比,優(yōu)化處理后的Mg-Sr合金具有更優(yōu)異的促成骨和缺損修復的性能。適量的鎂離子釋放以及一個較穩(wěn)定的植入物表面是促進成熟新生骨貼附和生長的關鍵。因此,優(yōu)化處理后的擠壓態(tài)Mg-1.5Sr合金作為新一代骨填充材料極具應用潛力。
【圖文】：

或者上述兩種都會出現(xiàn)［２］。明顯骨缺損或者受傷后的并發(fā)癥，例如骨延遲愈逡逑合、骨不連、骨連接不正等，都需要骨移植材料來填充缺損部位。此外，骨腫瘤逡逑剔除后留下的缺損也需要骨移植替代材料的填充修復［３１。圖１．１為骨缺損修復的逡逑臨床治療示意圖。骨愈合與其他軟組織的愈合不同，它的愈合是通過新骨的生成逡逑完成的。骨修復需要四種必要的因素：（１）生長因子所提供的骨誘導信號；（２）逡逑可成骨的細胞（例如成骨細胞、骨垞細胞）；（３）邋—個骨傳導的基體；（４）足夠逡逑的營養(yǎng)供應和血運�，F(xiàn)在臨床上常用的骨修復材料也正是為了滿足這些需求而研逡逑發(fā)并應用。逡逑圖１．１骨缺損修復示意圖：（ａ）下領骨缺損填充；（ｂ）脛骨缺損填充逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｆｏｒ邋ｂｏｎｅ邋ｄｅｆｅｃｔ邋ｒｅｐａｉｒ逡逑１逡逑

逡逑此合金表面比內(nèi)部更加耐腐蝕。圖１．４是第二相能夠阻擋腐蝕擴展的示意圖。逡逑（Ａ）逡逑：一逡逑圖１．４第二相阻擋作用機制圖逡逑Ｆｉｇ．１．４邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｆｏｒ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｅｃｏｎｄ邋ｐｈａｓｅ邋ａｓ邋ｂａｒｒｉｅｒ邋ｔｏ邋ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ逡逑（３）綜合作用逡逑綜上，第二相對于鎂合金的腐蝕行為具有兩種截然不同的影響，哪一種作用逡逑在腐蝕過程中作為主導因素主要取決于第二相的數(shù)量和分布。當?shù)诙鄶?shù)量較少逡逑且分布不連續(xù)時，第二相所造成的電偶腐蝕作用占主導地位；而當合金中第二相逡逑呈網(wǎng)狀連續(xù)分布時，第二相則會成為阻礙腐蝕擴展的屏障。逡逑５．腐蝕產(chǎn)物膜層逡逑鎂合金在水溶液中的腐蝕可以看作是一種電化學反應，腐蝕產(chǎn)物為ＭｇＯ和逡逑Ｍｇ（ＯＨ）２。Ｚｈｕ等人［５５］研究了邋ＡＺ３１合金在浸泡３１天過程中其表面的Ｍｇ（ＯＨ）２逡逑和合金腐蝕速度之間的關系，發(fā)現(xiàn)溶液中的ｃｒ會攻擊表面膜層，并且隨著浸泡逡逑時間的延長會使腐蝕產(chǎn)物層變薄。浸泡７天時，研究者觀察到較小的裂紋出現(xiàn)在逡逑膜層上，這意味著點蝕的發(fā)生。因此，即使腐蝕產(chǎn)物膜層最終會被破壞，，但還是逡逑在短時間內(nèi)能夠給合金基體提供一定的保護作用。逡逑合金化、晶界尺寸以及第二相都會對膜層的致密度以及保護性有很大的影響。逡逑Ｌｉｕ等人［５６］研究發(fā)現(xiàn)
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.22;R318.08

【參考文獻】

相關期刊論文 前5條

1 Nan Li;Yufeng Zheng;;Novel Magnesium Alloys Developed for Biomedical Application:A Review[J];Journal of Materials Science & Technology;2013年06期

2 Qiang Zhang;Xiao Lin;Zhengrong Qi;Lili Tan;Ke Yang;Zhuangqi Hu;Yan Wang;;Magnesium Alloy for Repair of Lateral Tibial Plateau Defect in Minipig Model[J];Journal of Materials Science & Technology;2013年06期

3 ;Preliminary Study on Cytotoxic Effect of Biodegradation of Magnesium on Cancer Cells[J];Journal of Materials Science & Technology;2012年09期

4 吳璐;潘復生;楊明波;吳菊英;劉婷婷;;高鍶含量AZ31鎂合金的鑄態(tài)組織及含鍶相(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2011年04期

5 黃晶晶;任伊賓;張炳春;楊柯;;鎂及鎂合金的生物相容性研究[J];稀有金屬材料與工程;2007年06期

本文編號：2648798