本文關(guān)鍵詞：AZ31鎂合金的生物降解行為研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第２８卷第２期２００９年２月

中國(guó)材料進(jìn)展

ＭＡＴＥＲＩＡＩ．ＳＣＨＩＮＡ

Ｖ０１．２８Ｎｏ．２

Ｆｅｂ．２００９

ＡＺ３

楊

１鎂合金的生物降解行為研究

（１．中國(guó)科學(xué)院金屬研究所，遼寧沈陽(yáng)１１００１６）（２．中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)１ｌｏ００２）

柯１，譚麗麗１，任伊賓１，張炳春１，張廣道２，艾紅軍２

摘要：研究了ＡＺ３１鎂合金作為生物醫(yī)用材料的體內(nèi)外生物降解行為。初步分析了其作為可降解生物醫(yī)用材料的可行性。

體外浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ＡＺ３ｌ鎂合金的降解行為與其所處環(huán)境有關(guān)，在Ｈａｎｋ’ｓ溶液中的降解速度較在０．９％ＮａＣＩ溶液中低；經(jīng)過(guò)熱處理后的ＡＺ３ｌ鎂合金較鑄態(tài)和鍛態(tài)降低了點(diǎn)蝕發(fā)生傾ｌ旬，降解速度更慢。體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ＡＺ３ｌ鎂合金與動(dòng)物不同組織接觸，其降解速度不同，在骨髓腔內(nèi)的降解速度更快。植入５周時(shí)，鎂合金已發(fā)生降解，２０周降解更為明顯。降解過(guò)程中鎂合金表面有Ｃａ—Ｐ物質(zhì)沉積，表面具有優(yōu)異的生物活性，其降解產(chǎn)物主要通過(guò)尿液進(jìn)行排泄。在表面制備ｃａ—Ｐ涂層可降低鎂合金的降解速度。ＡＺ３ｌ鎂合金是一種具有良好應(yīng)用前景的新型生物可降解醫(yī)用植入材料。

關(guān)鍵詞：ＡＺ３１鎂合金；生物降解行為；表面涂層；可降解植入材料中圖法分類號(hào)：ＴＧｌ４６．２＋２

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ

文章編號(hào)：１６７４—３９６２（２００９）０２—００２６—０５

ＳｔｕｄｙｏｎＢｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎＢｅｈａｖｉｏｒ

ｏｆＡＺ３１ＭａｇｎｅｓｉｕｍＡｌｌｏｙ

ＹＡＮＧＫｅｌ，ＴＡＮＬｉｌｉｌ，ＲＥＮＹｉｂｉｎｌ，ＺＨＡＮＧＢｉｎｇｃｈｕｎｌ，

ＺＨＡＮＧＧｕａｎｇｄａ０２，ＡＩ

（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

（２．Ｓｃｈｏｏｌ

Ｈｏｎｇｊｕｎ２

１１００１６，Ｃｈｉｎａ）１０００２，Ｃｈｉｎａ）

ｏｆＭｅｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ

ｏｆＳｔｏｍａｔｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎａＭｅｄｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ。ｔｈｅｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＡｚ３ｌｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｗａｓｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｉｔｓｐｏｔｅｎｔｉａｌａｓａｂｉｏｄｅ．ｇｒａｄａｂｌｅｍｅｄｉｃａｌｍａｔｅｒｉａｌｗａｓａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ＴｈｅｉｍｍｅｒｓｉｏｎｓｔｕｄｙｉｎｖｉｔｒｏｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆＡＺ３ｌａｌｌｏｙ

ｗａｓ

ａｆｆｅｃｔｅｄ

ｂｙ

ｔｈｅｉｍｍｅｍｉｏｎ

ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．ｈｉｇｈｅｒｉｎ０．９％ＮａＣｌ

ａｓ

ｓｏｌｕｔｉｏｎｔｈａｎｉｎ

Ｈａｎｋ’Ｓｓｏｌｕｔｉｏｎ：ｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ

ｄｅｃｒｅａｓｅｄｔｈｅｐｉｔｔｉｎｇｃｏｒｒｏｓｉｏｎｔｅｎｄｅｎｃｙｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ

ｒａｔｅ

ｗｅｌｌ

ａｓ

ｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ

ｒａｔｅ

ｏｆＡＺ３ｌａｌｌｏｙ．Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎｉｎｖｉｖｏｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅ

ｔｈｅｍａｒｒｏｗｃａｖｉｔｙ．Ｔｈｅ

ｏｆＡＺ３１ａｌｌｏｙｃｏｕｌｄｂｅｄｉｆｉｅｒｅｎｔｉｆｃｏｎｔａｃｔｉｎｇｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｓｓｕｅ．ｔｈｅｆａｓｔｅｓｔｉｎ

ｉｎ

ＡＺ３１

ａｌｌｏｙａｆｔｅｒｉｍｐｌａｎｔｅｄｆｏｒ５ｗｅｅｋｓｉｎ

ｗｅｒｅ

ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｃｃｕｒｒｅｄ２０一ｗｅｅｋ

ｖｉｖｏ．ａｎｄｍｏｒｅ

ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｃｏｕｌｄｂｅｆｏｕｎｄａｆｔｅｒ

ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅ

ｏｎ

Ｃａ—Ｐｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓ

Ｏｉｌ

ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆＡＺ３１ａｌｌｏｙｄｕｒｉｎｇｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ．ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄ

ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｂｉｏａｃｔｉｖｉｔｙｏｆＡＺ３ｌｕｒｉｎｅ．ＡＣａ—ＰｃｏａｔｉｎｇｉＳ

ａ

ａｌｌｏｙ．ＴｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｏｆＡＺ３１ａｌｌｏｙｉｍｐｌａｎｔｅｄｉｎｖｉｖｏｃｏｕｌｄｂｅｅｘｃｒｅｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈ

ｒａｔｅ

ＡＺ３ｌａｌｌｏｙｃｏｕｌｄｄｅｃｒｅａｓｅｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｌｌｏｙ．ＴｈｅｒｅｆｏｒｅＡＺ３ｌｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙ

ｐｏｔｅｎｔｉａｌｌｙｎｅｗｔｙｐｅｏｆｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｚ３ｌ

ｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙ；ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒ；ｓｕｒｆａｃｅｃｏａｔｉｎｇ；ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌ

１

引

１００ＧＰａ，而人骨只有１０～３０ＧＰａ，這樣會(huì)產(chǎn)生“應(yīng)力遮

言

擋”效應(yīng)，導(dǎo)致骨骼強(qiáng)度降低、愈合遲緩，甚至植入失敗。其次是材料中的金屬離子如Ｎｉ，Ｖ等，對(duì)人體健康存在潛在的危害。另外，常用的醫(yī)用金屬材料無(wú)法在人體中降解，部分植入體須經(jīng)第二次手術(shù)取出，增加了患者的痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

目前，不銹鋼、鈦合金等醫(yī)用金屬材料已在臨床上得到廣泛應(yīng)用，但它們?nèi)匀淮嬖谝欢ǖ娜秉c(diǎn)和不足。首先是力學(xué)性能，特別是彈性模量，不能與人骨組織相匹配，如不銹鋼的彈性模量約為２００ＧＰａ，鈦合金約為

雖然可降解聚乳酸類材料在臨床上已經(jīng)得到應(yīng)用，

收稿日期：２００８—１２—２１

基金項(xiàng)目：中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目資助（ＫＧＣＸＺ

—ＹＷ一２０７１

但這類聚合物材料仍然存在明顯的缺陷，如：降解產(chǎn)生的酸性環(huán)境，易導(dǎo)致炎癥發(fā)生；過(guò)低的力學(xué)性能，使其不能應(yīng)用于承重部位，限制了其應(yīng)用范圍。

生物陶瓷材料具有優(yōu)異的生物相容性，但由于自身

作者簡(jiǎn)介：楊柯，男。１９６１年生，教授

萬(wàn)方數(shù)據(jù)　

第２期楊柯等：ＡＺ３１鎂合金的生物降解行為研究

的力學(xué)性能問(wèn)題，如高的脆性，，在骨植入器械的應(yīng)用方面受到了限制。

利用鎂合金在體內(nèi)的易腐蝕性，發(fā)展新一代可降解

吸收的醫(yī)用金屬材料，有望解決現(xiàn)有醫(yī)用植入材料的很多不足。鎂合金作為醫(yī)用材料的突出優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在…：

（１）鎂的資源豐富，價(jià)格相對(duì)低廉，在地殼中鎂的

儲(chǔ)量約占２．７７％，海水中有０．１３％的鎂；

（２）鎂及其合金的密度在１．７４９／ｃｍ３左右，如表ｌ

所示，在所示幾種醫(yī)用材料中，鎂及其合金與人骨密度最為接近；

裹１

人體骨骼、典型骨置換材料和鎂合金的密度

Ｔａｂｌｅ

ｌ

Ｄｅｎｓｉｔｉｅｓｏｆｈｕｍａｎｂｏｎｅ，ｍａｔｅｆｌａｌｓｒｅｐｌａｃｅｄｆｏｒｂｏｎｅａｎｄｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｓＭａｔｅｒｉａｌｓＤｅｎｓｉｔｙ／ｇ?ｃｍ一３

Ｃｏｒｔｉｃａｉｂｏｎｅ

１．６—２．１

Ｍｇ１．７４ＡＺ３１ａｌｌｏｙ１．７８ＷＥ４３ａｌｌｏｙ

１．８４

Ｔｉ

４．５ｌ

Ｔｉ一６Ａｌ一４Ｖ４．４２Ｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ—７．８８ｉｓｈ

ｄｅｎｓｉｔｙ

ＰＥ

０．９２７—０．９４４

ＰＬＡ

～１

Ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ（ＨＡ）

３．１５６／３一ＣａＳｉ０３

３．０７

（３）鎂及其合金具有高的比強(qiáng)度與比剛度，且加工

性能良好，純鎂的比強(qiáng)度約１３３ＧＰａ／ｇ?ｃｍ～，而超高強(qiáng)度鎂合金的比強(qiáng)度已達(dá)到４８０ＧＰａ／ｇ?ｃｍ～，比Ｔｉ一６Ａ１—４Ｖ（２６０ＧＰａ／ｇ?ｃｍ’３）還高；

（４）如表２所示，目前臨床上常用醫(yī)用金屬材料的

裹２典型骨置換材料和人體骨骼的力學(xué)性能

Ｔａｂｌｅ２

Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｈｕｍａｎｂｏｎｅｓａｎｄｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓ

萬(wàn)　

方數(shù)據(jù)楊氏模量均在１００ＧＰａ以上，而鎂合金的楊氏模量約為

４５

ＧＰａ，更接近人骨的彈性模量（２０ＧＰａ左右），可有

效緩解應(yīng)力遮擋效應(yīng)。

（５）鎂是人體內(nèi)僅次于鈣、鈉和鉀的常量元素，它參與體內(nèi)一系列新陳代謝過(guò)程，包括骨細(xì)胞的形成，可加速骨愈合能力，成人每人每日需要量＞４００ｍｇ，用鎂

及鎂合金作為硬組織植入材料，不但不用考慮微量金屬離子的細(xì)胞毒性，而且其中的鎂離子的微量釋放有利于成骨細(xì)胞的生長(zhǎng)，具有優(yōu)良的生物活性。

ＡＺ３１鎂合金是鎂合金中的一種，應(yīng)用非常廣泛體

系，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。本實(shí)驗(yàn)將結(jié)合大量的相關(guān)研究，分析ＡＺ３１鎂合金的生物降解行為，初步論證其作為可降解生物醫(yī)用材料的可行性。

２

實(shí)驗(yàn)材料與方法

本實(shí)驗(yàn)以ＡＺ３１鎂合金作為實(shí)驗(yàn)材料，其化學(xué)成分

如表３所示，實(shí)驗(yàn)用化學(xué)試劑均為分析純。

裹３實(shí)驗(yàn)用ＡＺ３１鎂合金的化學(xué)成分（∥％）

Ｔａｂｌｅ３

ＣｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＡＺ３１

ａｌｌｏｙ

采用浸泡方法、電化學(xué)方法研究ＡＺ３１鎂合金涂層

前后在體外的降解行為‘２川，并以家兔為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行

體內(nèi)降解行為研究‘引。采用掃描電鏡觀察實(shí)驗(yàn)樣品表

面、截面形貌，采用能譜分析表面成分，利用生化分析

方法研究動(dòng)物血液、尿液中的鎂離子濃度㈨。３

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

３．１

ＡＺ３１鎂合金的體外降解規(guī)律及影響因素

如圖１所示，由鑄態(tài)ＡＺ３１鎂合金在０．９％ＮａＣＩ溶

液和Ｈａｎｋ’ｓ溶液浸泡過(guò)程中氫氣釋放規(guī)律的比較可以看

圖Ｉ鑄態(tài)ＡＺ３１在生理鹽水和Ｈａｎｋ’８溶液中的氫氣釋放量

Ｆｉ昏ｌ

ＥｆｆｅｃｔｏｆｉｍｍｅｒｓｉｎｇｔｉｍｅＯＲ

ｖｏｌｕｍｅｓｏｆＨ２ｒｅｌｅａｓｅｆｏｒｔｈｅ

ＡＺ３１ａｌｌｏｙｉｍｍｅｒｓｅｄ

ｉｎ

０．９％ＮａＣＩａｎｄＨａｎｋ’ｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓ

中國(guó)材料進(jìn)展

第２８卷

出，其在生理鹽水中的氫氣釋放速率明顯要高，達(dá)到

０．０３ｍｌ／ｃｍ２?ｈ以上，而在Ｈａｎｋ’ｓ溶液中的氫氣釋放速

有機(jī)體，不同部位的環(huán)境會(huì)存在一定差別，因而可以推

測(cè)鎂合金在人體不同部位的降解速度應(yīng)該存在差異。

圖２為靜態(tài)條件下，鑄態(tài)、鍛態(tài)和熱處理態(tài)ＡＺ３１鎂合金在３７℃，０．９％ＮａＣｌ溶液中浸泡３０ｄ后的表面形貌。可以看出，浸泡３０ｄ后，３種不同狀態(tài)的ＡＺ３ｌ鎂合金表面均發(fā)現(xiàn)有明顯蝕坑，鑄態(tài)和熱處理態(tài)的樣品經(jīng)過(guò)浸泡后表面形成的蝕坑較鍛態(tài)的深。其中鑄態(tài)樣品的表面腐蝕最為嚴(yán)重，腐蝕破壞面積最大。

率則在０．００ｌｍｌ／ｃｍ２?ｈ左右。分析認(rèn)為，Ｈａｎｋ’ｓ溶液

中含有的Ｐ０�！奔埃龋校稀�。與鎂發(fā)生反應(yīng)，其生成物可

在一定程度上降低鎂合金的降解速度。鎂合金表面處理中的磷化處理方法，就是利用該反應(yīng)，在表面形成一層

保護(hù)層，以降低鎂合金的腐蝕速度”’。由此說(shuō)明，鎂合

金的降解速度與其所處環(huán)境有關(guān)，而人體是一個(gè)復(fù)雜的

圖２

Ｆｉ昏２

ＡＺ３１鎂合金在０．９％ＮａＣＩ溶液中浸泡３０ｄ后的表面腐蝕形貌：（ａ）鑄態(tài)，（ｂ）鍛態(tài)，（ｃ）熱處理態(tài)

ｄ：（ａ）嬲一ｃａｓｔ，（ｂ）ａ８一ｆｏｒｇｅｄ，ａｎｄ（ｃ）∞一ｈｅａｔｔｒｅａｔｅｄ

ＳｕｄａｅｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆＡＺ３１ａｌｌｏｙｉｎ０．９％ＮａＣＩｓｏｌｕｔｉｏｎｆｏｒ３０

腐蝕速率（ｒａｍ／ａ）＝８７．６Ｗ／ＤＡＴ

式中，肜為失重（Ｉｌｌｇ），Ｄ為金屬密度（ｇ?ｃｍ。），Ａ為面積（ｃｍｚ），ｒ?yàn)楸┞稌r(shí)間（ｈ）。由該公式計(jì)算得到的樣品腐蝕速率隨浸泡時(shí)間的變化曲線（見(jiàn)圖３）進(jìn)一步說(shuō)明，腐蝕速率趨于穩(wěn)定后，鑄態(tài)樣品的腐蝕速率最高，而經(jīng)過(guò)熱處理后的合金樣品的腐蝕速率約為１ｍｍ／ａ，比鍛

皆可觀察到其表面失去原有金屬光澤，邊緣不清晰，干燥后表面出現(xiàn)疏松白色物質(zhì)。圖４為ＡＺ３１鎂合金植入件植入動(dòng)物體內(nèi)２０周后的宏觀照片。由于植入方式的原因，植入樣品在骨組織中各植入部位的環(huán)境并不完全相同，所處位置分別與肌肉組織、骨組織及骨髓相接觸。

態(tài)樣品略高。由此說(shuō)明，鎂合金的自身狀態(tài)可以影響其降解速度，鎂合金經(jīng)過(guò)熱處理后，其成分、組織均勻性

均得到改善，可以降低電偶腐蝕及點(diǎn)蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

圖４植入兔體２０周后，ＡＺ３１鎂合金植人體的ＳＥＭ照片

Ｆｉ昏４

ＳＥＭｍｉｃｍ掣＇ａｐｈｏｆＡＺ３１ａｌｌｏｙａｆｔｅｒｉｍｐｌａｎｔｅｄｒａｂｂｉｔｆｏｒ２０ｗｅｅｋｓ

ｉｎ

圖４由右至左分別為植入材料與肌肉組織、骨組織

圖３不同處理狀態(tài)ＡＺ３１鎂合金在３７℃．０．９％ＮａＣＩ溶液

浸泡過(guò)程中的平均腐蝕速率

Ｆｉｇ．３

Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｏａｋｉｎｇｔｉｍｅａｌｌｏｙｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔ

Ｏｎ

及骨髓的接觸部分，可見(jiàn)ＡＺ３１鎂合金在３個(gè)部位內(nèi)的降解速度依次為：骨髓腔內(nèi)＞肌肉內(nèi)＞骨皮質(zhì)內(nèi)。分析認(rèn)為，在骨髓腔內(nèi)的體液不斷沖刷植入件，會(huì)加速其降解；而其它兩個(gè)部位由于組織的包裹作用，使植入材料

的降解速率減慢。在掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，植入手術(shù)中

ａｖｅｒａｇｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒａｔｅｏｆＡＺ３１

ｓｔａｔｅｉｎ３７。Ｃ０．９％ＮａＣＩｓｏｌｕｔｉｏｎ

３．２

Ａ乃１鎂合金在動(dòng)物體內(nèi)的降解行為

ＡＺ３１鎂合金植入動(dòng)物體內(nèi)２周以上取出時(shí)，肉眼

將樣品大部分置于骨髓腔內(nèi)時(shí)，由于其下端與骨內(nèi)膜接

萬(wàn)方數(shù)據(jù)　

第２期

楊柯等：ＡＺ３１鎂合金的生物降解行為研究

觸而在表面很快沉積一層鈣鹽（新骨的形成主要是在骨膜及骨內(nèi)膜附近），從而使樣品在骨髓腔內(nèi)部分的降解也在減慢。由此說(shuō)明，植入部位環(huán)境的不同，會(huì)對(duì)鎂合

金在體內(nèi)的降解行為產(chǎn)生不同的影響。

圖５為ＡＺ３１鎂合金植入件植入兔體內(nèi)５周和２０周后的截面圖片。由圖可見(jiàn)，５周內(nèi)植入件已發(fā)生降解，２０周后降解更為明顯。同時(shí)還可以觀察到，ＡＺ３ｌ鎂合

金在動(dòng)物體內(nèi)的降解方式不同于可降解聚乳酸類材料，

主要是面腐蝕與點(diǎn)腐蝕。在降解過(guò)程中，未降解部分的ＡＺ３１鎂合金依然保持金屬材料的結(jié)構(gòu)特征，從而依然無(wú)孔洞、間隙等存在，說(shuō)明植入件表面與周圍組織具有

良好的生物相容性。

圖５

ＡＺ３１鎂合金植入兔體內(nèi)５周（ａ）和２０周（ｂ）后截面

的ＳＥＭ照片

Ｆｉｇ．５

ＳＥＭｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓｏｆｃｎ鼬一ｓｅｃｔｉｏｎｓｏｆＡＺ３１ａｌｌｏｙａｌｔｅｒ

ｉｍｐｌａｎｔｅｄ

ｉｎ

ｒａｂｂｉｔｆｏｒ５

ｗｅｅｋｓ（ａ）ａｎｄ２０ｗｅｅｋｓ（ｂ）

圖６是ＡＺ３１鎂合金植入兔體內(nèi)５周后表面的ＳＥＭ

萬(wàn)　

方數(shù)據(jù)從而可見(jiàn)，鎂合金的降解過(guò)程可促使Ｃａ—Ｐ物質(zhì)在其表面沉積，具有優(yōu)異的生物活性。據(jù)此分析認(rèn)為，圖５中植入體可與周圍組織形成緊密結(jié)合是該Ｃａ—Ｐ物質(zhì)作用

的結(jié)果。

圖６

ＡＺ３１鎂合金植入兔體５周后表面的ＳＥＭ照片

Ｆｉｇ．６

ＳＥＭｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｏｆＡＺ３１ａｌｌｏｙａｆｔｅｒｉｍｐｌａｎｔｅｄｉｎｒａｂｂｉｔｆｏｒ５ｗｅｅｋｓ

挑Ｃａ

．＾．Ｖ．ｖ’■■ｈ＿＿

１

２

ＬＩ

３

４

５

ＢｉｎｄｉｎｇＥｎｅｒｇｙ／ｋｅＹ

圖７

ＡＺ３１鎂合金植入動(dòng)物體內(nèi)５周后表面成分的ＥＤＳ譜

Ｆｉｇ．７

ＥＤＳ

ｓｐｅｃｔｒｕｍ

ｏｎ

ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆＡＺ３１ａｌｌｏｙｉｍｐｌａｎｔｅｄ

ｉｎａｎｉｍａｌｆｏｒ５

ｗｅｅｋｓ

圖８為ＡＺ３１鎂合金植入動(dòng)物體內(nèi)動(dòng)物血液及尿液中鎂離子濃度的動(dòng)態(tài)變化結(jié)果㈨。由圖可見(jiàn)，各時(shí)間點(diǎn)

的血液中的鎂離子濃度在０．７９—１．０５ｍｍｏＬ／Ｌ的很小范

ＩｍｐｌａｎｔｉｎｇＴｉｍｅ／ｗｅｅｋ

圖８

Ａｚ３１鎂合金植入動(dòng)物體內(nèi)血中及尿中鎂離子濃度

隧８

Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ

ｉｏｎ

ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ

ｉｎｂｏｔｈｂｌｏｏｄａｎｄｕｒｉｎｅｏｆ

ｔｈｅａｎｉｍａｌｓｗｉｔｈＡＺ３１

ａｌｌｏｙ

ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ

保持其自身的力學(xué)性能。植入件與周圍組織結(jié)合緊密，照片。從圖６看出表面覆蓋了一層降解產(chǎn)物。降解層表

面粗糙。結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度低，呈現(xiàn)不規(guī)則的龜裂狀。圖

７是降解產(chǎn)物的ＥＤＳ譜圖，表明該降解層主要由Ｃａ，Ｍｇ，Ｐ。ＡＩ，Ｏ等元素組成，即除ＡＺ３１鎂合金本身含

有的元素外，還出現(xiàn)了含量較高的Ｃａ和Ｐ元素。這兩種元素都是機(jī)體形成新骨時(shí)所必需的成分，是新骨形成的平臺(tái)，它們的存在會(huì)進(jìn)一步誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化和鈣鹽

的沉積，刺激新骨生成。Ｖａｓｕｄｅｖｌ６０和Ｓｃｔｄｉｅｐｈａｋｅ川的

實(shí)驗(yàn)研究也發(fā)現(xiàn)，表面經(jīng)過(guò)鈣磷涂層處理的鈦合金植入物較未處理過(guò)的鈦合金有更強(qiáng)的誘導(dǎo)新骨生成的能力。

中國(guó)材料進(jìn)展

第２８卷

圍內(nèi)波動(dòng)，且屬正常值范圍內(nèi)（正常值為０．８２～２．２２

ｍｍｏｌ／Ｌ），因而不會(huì)對(duì)人體血液產(chǎn)生影響。而尿液中的

鎂離子濃度升高，且波動(dòng)范圍很大。有研究認(rèn)為，鎂離子在體內(nèi)主要通過(guò)腎臟以尿液的形式排出體外哺ｏ。因而

可以判斷，鎂合金植入動(dòng)物體內(nèi)后，其主要降解產(chǎn)物Ｍｇ“除參與新骨形成及一系列的人體所需正常反應(yīng)外，

多余的Ｍ９２＋主要通過(guò)尿液進(jìn)行排泄，從而引起了尿液中鎂離子濃度升高，且波動(dòng)范圍較大。

３．３

表面改性對(duì)ＡＺ３１鎂合金降解行為的影響

研究認(rèn)為，鎂合金直接作為植入材料，存在的一個(gè)

問(wèn)題是降解速度太快一１。由此可能會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)不利結(jié)

果：一是影響生物相容性，尤其是降解過(guò)程產(chǎn)生的ｐＨ

值升高會(huì)使材料的溶血率（＞７０％）遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求

（≤５％）；二是在降解過(guò)程中，承載能力降低過(guò)快。為了降低鎂合金的降解速度，可在鎂合金表面制備防護(hù)涂

層，對(duì)鎂合金基體進(jìn)行一定程度的保護(hù)。本研究中，在

ＡＺ３１鎂合金表面制備了具有生物活性的Ｃａ—Ｐ層。

圖９是表面制備Ｃａ—Ｐ涂層前后ＡＺ３１鎂合金在３７℃的Ｈａｎｋ’ｓ溶液中的動(dòng)電位極化曲線。從圖中可以看出，ＡＺ３１合金表面制備Ｃａ—Ｐ涂層后，其極化曲線

較未處理合金有明顯正移，自腐蝕電位增加約２００

ｍＶ，

表明表面制備Ｃａ—Ｐ涂層后明顯降低了ＡＺ３１鎂合金的

腐蝕傾向。從表４可以看出，Ａ７＿３１鎂合金表面制備Ｃａ—Ｐ

圖９表面制備Ｃａ—Ｐ涂層前后Ａ７３１鎂合金在３７℃的

Ｈａｎｋ’ｓ溶液中的動(dòng)電位極化曲線

Ｆｉｇ．９

Ｐｏｔｅｎｔｉｏｄｙｎａｍｉｃｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓ

ｏｆＡＺ３１

ａｌｌｏｙｗｉｔｈ

ａｎｄｗｉｔｈｏｕｔＣａ—Ｐ

ｃｏａｔｉｎｇｉｎ

Ｈａｎｋ’８ｓｏｌｕｔｉｏｎａｔ

３７℃

表４

ＡＺ３１鎂合金經(jīng)涂層前后在Ｈａｎｋ’８溶液中的腐蝕

電流密度、腐蝕電位和極化電阻值

Ｔａｂｌｅ

４

ｔⅫ，ＥⅫａｎｄＲⅫｏｆ

ＡＺ３１ａｌｌｏｙｗｉｔｈａｎｄｗｉｔｈｏｕｔ

Ｃａ—ＰｃｏａｔｉｎｇｉｎＨａｎｋ’Ｓｓｏｌｕｔｉｏｎ萬(wàn)　

方數(shù)據(jù)涂層后，其腐蝕電流低于未處理樣品，而極化電阻（月。。）高于未處理樣品。說(shuō)明表面制備涂層后，鎂合金的腐蝕速率明顯下降，涂層起到了控制鎂合金降解、降低鎂合金在模擬體液中腐蝕速率的作用。

４

結(jié)論

鎂合金的降解速度與材料處理狀態(tài)有關(guān)，其中熱處

理態(tài)較鑄態(tài)和鍛態(tài)的降解速度慢。ＡＺ３１鎂合金的降解

速度與所處環(huán)境有關(guān)，在Ｈａｎｋ’ｓ溶液中較０．９％ＮａＣｌ溶液中慢，在骨髓腔中較肌肉及骨皮質(zhì)中快。ＡＺ３１鎂合金植入動(dòng)物體內(nèi)，可觀察到明顯的降解現(xiàn)象，降解過(guò)程中表面有Ｃａ—Ｐ物質(zhì)沉積。增加了表面生物活性。

ＡＺ３１鎂合金在動(dòng)物體內(nèi)的降解產(chǎn)物主要以尿液的形式排出體外，不會(huì)對(duì)血液產(chǎn)生影響。表面制備Ｃａ—Ｐ涂層

后可降低ＡＺ３１鎂合金的降解速度。由此可見(jiàn)，ＡＺ３１鎂

合金由于具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能、有別于可降解聚乳酸的降解行為以及優(yōu)異的生物相容性，是一種極有應(yīng)用

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