AZ31镁合金的生物降解行为研究

发布时间：2016-12-04 17:39

  本文关键词：AZ31镁合金的生物降解行为研究，由笔耕文化传播整理发布。

第２８卷第２期２００９年２月

中国材料进展

ＭＡＴＥＲＩＡＩ．ＳＣＨＩＮＡ

Ｖ０１．２８Ｎｏ．２

Ｆｅｂ．２００９

ＡＺ３

杨

１镁合金的生物降解行为研究

（１．中国科学院金属研究所，辽宁沈阳１１００１６）（２．中国医科大学附属口腔医学院，辽宁沈阳１ｌｏ００２）

柯１，谭丽丽１，任伊宾１，张炳春１，张广道２，艾红军２

摘要：研究了ＡＺ３１镁合金作为生物医用材料的体内外生物降解行为。初步分析了其作为可降解生物医用材料的可行性。

体外浸泡实验结果表明，ＡＺ３ｌ镁合金的降解行为与其所处环境有关，在Ｈａｎｋ’ｓ溶液中的降解速度较在０．９％ＮａＣＩ溶液中低；经过热处理后的ＡＺ３ｌ镁合金较铸态和锻态降低了点蚀发生倾ｌ旬，降解速度更慢。体内植入实验结果表明，ＡＺ３ｌ镁合金与动物不同组织接触，其降解速度不同，在骨髓腔内的降解速度更快。植入５周时，镁合金已发生降解，２０周降解更为明显。降解过程中镁合金表面有Ｃａ—Ｐ物质沉积，表面具有优异的生物活性，其降解产物主要通过尿液进行排泄。在表面制备ｃａ—Ｐ涂层可降低镁合金的降解速度。ＡＺ３ｌ镁合金是一种具有良好应用前景的新型生物可降解医用植入材料。

关键词：ＡＺ３１镁合金；生物降解行为；表面涂层；可降解植入材料中图法分类号：ＴＧｌ４６．２＋２

文献标识码：Ａ

文章编号：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，这样会产生“应力遮

言

挡”效应，导致骨骼强度降低、愈合迟缓，甚至植入失败。其次是材料中的金属离子如Ｎｉ，Ｖ等，对人体健康存在潜在的危害。另外，常用的医用金属材料无法在人体中降解，部分植入体须经第二次手术取出，增加了患者的痛苦和经济负担。

目前，不锈钢、钛合金等医用金属材料已在临床上得到广泛应用，但它们仍然存在一定的缺点和不足。首先是力学性能，特别是弹性模量，不能与人骨组织相匹配，如不锈钢的弹性模量约为２００ＧＰａ，钛合金约为

虽然可降解聚乳酸类材料在临床上已经得到应用，

收稿日期：２００８—１２—２１

基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目资助（ＫＧＣＸＺ

—ＹＷ一２０７１

但这类聚合物材料仍然存在明显的缺陷，如：降解产生的酸性环境，易导致炎症发生；过低的力学性能，使其不能应用于承重部位，限制了其应用范围。

生物陶瓷材料具有优异的生物相容性，但由于自身

作者简介：杨柯，男。１９６１年生，教授

万方数据　

第２期杨柯等：ＡＺ３１镁合金的生物降解行为研究

的力学性能问题，如高的脆性，，在骨植入器械的应用方面受到了限制。

利用镁合金在体内的易腐蚀性，发展新一代可降解

吸收的医用金属材料，有望解决现有医用植入材料的很多不足。镁合金作为医用材料的突出优点表现在…：

（１）镁的资源丰富，价格相对低廉，在地壳中镁的

储量约占２．７７％，海水中有０．１３％的镁；

（２）镁及其合金的密度在１．７４９／ｃｍ３左右，如表ｌ

所示，在所示几种医用材料中，镁及其合金与人骨密度最为接近；

裹１

人体骨骼、典型骨置换材料和镁合金的密度

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）镁及其合金具有高的比强度与比刚度，且加工

性能良好，纯镁的比强度约１３３ＧＰａ／ｇ?ｃｍ～，而超高强度镁合金的比强度已达到４８０ＧＰａ／ｇ?ｃｍ～，比Ｔｉ一６Ａ１—４Ｖ（２６０ＧＰａ／ｇ?ｃｍ’３）还高；

（４）如表２所示，目前临床上常用医用金属材料的

裹２典型骨置换材料和人体骨骼的力学性能

Ｔａｂｌｅ２

Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｈｕｍａｎｂｏｎｅｓａｎｄｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓ

万　

方数据杨氏模量均在１００ＧＰａ以上，而镁合金的杨氏模量约为

４５

ＧＰａ，更接近人骨的弹性模量（２０ＧＰａ左右），可有

效缓解应力遮挡效应。

（５）镁是人体内仅次于钙、钠和钾的常量元素，它参与体内一系列新陈代谢过程，包括骨细胞的形成，可加速骨愈合能力，成人每人每日需要量＞４００ｍｇ，用镁

及镁合金作为硬组织植入材料，不但不用考虑微量金属离子的细胞毒性，而且其中的镁离子的微量释放有利于成骨细胞的生长，具有优良的生物活性。

ＡＺ３１镁合金是镁合金中的一种，应用非常广泛体

系，具有优良的综合力学性能。本实验将结合大量的相关研究，分析ＡＺ３１镁合金的生物降解行为，初步论证其作为可降解生物医用材料的可行性。

２

实验材料与方法

本实验以ＡＺ３１镁合金作为实验材料，其化学成分

如表３所示，实验用化学试剂均为分析纯。

裹３实验用ＡＺ３１镁合金的化学成分（∥％）

Ｔａｂｌｅ３

ＣｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＡＺ３１

ａｌｌｏｙ

采用浸泡方法、电化学方法研究ＡＺ３１镁合金涂层

前后在体外的降解行为‘２川，并以家兔为实验动物进行

体内降解行为研究‘引。采用扫描电镜观察实验样品表

面、截面形貌，采用能谱分析表面成分，利用生化分析

方法研究动物血液、尿液中的镁离子浓度㈨。３

实验结果与讨论

３．１

ＡＺ３１镁合金的体外降解规律及影响因素

如图１所示，由铸态ＡＺ３１镁合金在０．９％ＮａＣＩ溶

液和Ｈａｎｋ’ｓ溶液浸泡过程中氢气释放规律的比较可以看

图Ｉ铸态ＡＺ３１在生理盐水和Ｈａｎｋ’８溶液中的氢气释放量

Ｆｉ昏ｌ

ＥｆｆｅｃｔｏｆｉｍｍｅｒｓｉｎｇｔｉｍｅＯＲ

ｖｏｌｕｍｅｓｏｆＨ２ｒｅｌｅａｓｅｆｏｒｔｈｅ

ＡＺ３１ａｌｌｏｙｉｍｍｅｒｓｅｄ

ｉｎ

０．９％ＮａＣＩａｎｄＨａｎｋ’ｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓ

中国材料进展

第２８卷

出，其在生理盐水中的氢气释放速率明显要高，达到

０．０３ｍｌ／ｃｍ２?ｈ以上，而在Ｈａｎｋ’ｓ溶液中的氢气释放速

有机体，不同部位的环境会存在一定差别，因而可以推

测镁合金在人体不同部位的降解速度应该存在差异。

图２为静态条件下，铸态、锻态和热处理态ＡＺ３１镁合金在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种不同状态的ＡＺ３ｌ镁合金表面均发现有明显蚀坑，铸态和热处理态的样品经过浸泡后表面形成的蚀坑较锻态的深。其中铸态样品的表面腐蚀最为严重，腐蚀破坏面积最大。

率则在０．００ｌｍｌ／ｃｍ２?ｈ左右。分析认为，Ｈａｎｋ’ｓ溶液

中含有的Ｐ０。”及ＨＰＯ。。与镁发生反应，其生成物可

在一定程度上降低镁合金的降解速度。镁合金表面处理中的磷化处理方法，就是利用该反应，在表面形成一层

保护层，以降低镁合金的腐蚀速度”’。由此说明，镁合

金的降解速度与其所处环境有关，而人体是一个复杂的

图２

Ｆｉ昏２

ＡＺ３１镁合金在０．９％ＮａＣＩ溶液中浸泡３０ｄ后的表面腐蚀形貌：（ａ）铸态，（ｂ）锻态，（ｃ）热处理态

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

ＳｕｄａｅｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆＡＺ３１ａｌｌｏｙｉｎ０．９％ＮａＣＩｓｏｌｕｔｉｏｎｆｏｒ３０

腐蚀速率（ｒａｍ／ａ）＝８７．６Ｗ／ＤＡＴ

式中，肜为失重（Ｉｌｌｇ），Ｄ为金属密度（ｇ?ｃｍ。），Ａ为面积（ｃｍｚ），ｒ为暴露时间（ｈ）。由该公式计算得到的样品腐蚀速率随浸泡时间的变化曲线（见图３）进一步说明，腐蚀速率趋于稳定后，铸态样品的腐蚀速率最高，而经过热处理后的合金样品的腐蚀速率约为１ｍｍ／ａ，比锻

皆可观察到其表面失去原有金属光泽，边缘不清晰，干燥后表面出现疏松白色物质。图４为ＡＺ３１镁合金植入件植入动物体内２０周后的宏观照片。由于植入方式的原因，植入样品在骨组织中各植入部位的环境并不完全相同，所处位置分别与肌肉组织、骨组织及骨髓相接触。

态样品略高。由此说明，镁合金的自身状态可以影响其降解速度，镁合金经过热处理后，其成分、组织均匀性

均得到改善，可以降低电偶腐蚀及点蚀现象的发生。

图４植入兔体２０周后，ＡＺ３１镁合金植人体的ＳＥＭ照片

Ｆｉ昏４

ＳＥＭｍｉｃｍ掣＇ａｐｈｏｆＡＺ３１ａｌｌｏｙａｆｔｅｒｉｍｐｌａｎｔｅｄｒａｂｂｉｔｆｏｒ２０ｗｅｅｋｓ

ｉｎ

图４由右至左分别为植入材料与肌肉组织、骨组织

图３不同处理状态ＡＺ３１镁合金在３７℃．０．９％ＮａＣＩ溶液

浸泡过程中的平均腐蚀速率

Ｆｉｇ．３

Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｏａｋｉｎｇｔｉｍｅａｌｌｏｙｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔ

Ｏｎ

及骨髓的接触部分，可见ＡＺ３１镁合金在３个部位内的降解速度依次为：骨髓腔内＞肌肉内＞骨皮质内。分析认为，在骨髓腔内的体液不断冲刷植入件，会加速其降解；而其它两个部位由于组织的包裹作用，使植入材料

的降解速率减慢。在扫描电镜下观察发现，植入手术中

ａｖｅｒａｇｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒａｔｅｏｆＡＺ３１

ｓｔａｔｅｉｎ３７。Ｃ０．９％ＮａＣＩｓｏｌｕｔｉｏｎ

３．２

Ａ乃１镁合金在动物体内的降解行为

ＡＺ３１镁合金植入动物体内２周以上取出时，肉眼

将样品大部分置于骨髓腔内时，由于其下端与骨内膜接

万方数据　

第２期

杨柯等：ＡＺ３１镁合金的生物降解行为研究

触而在表面很快沉积一层钙盐（新骨的形成主要是在骨膜及骨内膜附近），从而使样品在骨髓腔内部分的降解也在减慢。由此说明，植入部位环境的不同，会对镁合

金在体内的降解行为产生不同的影响。

图５为ＡＺ３１镁合金植入件植入兔体内５周和２０周后的截面图片。由图可见，５周内植入件已发生降解，２０周后降解更为明显。同时还可以观察到，ＡＺ３ｌ镁合

金在动物体内的降解方式不同于可降解聚乳酸类材料，

主要是面腐蚀与点腐蚀。在降解过程中，未降解部分的ＡＺ３１镁合金依然保持金属材料的结构特征，从而依然无孔洞、间隙等存在，说明植入件表面与周围组织具有

良好的生物相容性。

图５

ＡＺ３１镁合金植入兔体内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）

图６是ＡＺ３１镁合金植入兔体内５周后表面的ＳＥＭ

万　

方数据从而可见，镁合金的降解过程可促使Ｃａ—Ｐ物质在其表面沉积，具有优异的生物活性。据此分析认为，图５中植入体可与周围组织形成紧密结合是该Ｃａ—Ｐ物质作用

的结果。

图６

ＡＺ３１镁合金植入兔体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

图７

ＡＺ３１镁合金植入动物体内５周后表面成分的ＥＤＳ谱

Ｆｉｇ．７

ＥＤＳ

ｓｐｅｃｔｒｕｍ

ｏｎ

ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆＡＺ３１ａｌｌｏｙｉｍｐｌａｎｔｅｄ

ｉｎａｎｉｍａｌｆｏｒ５

ｗｅｅｋｓ

图８为ＡＺ３１镁合金植入动物体内动物血液及尿液中镁离子浓度的动态变化结果㈨。由图可见，各时间点

的血液中的镁离子浓度在０．７９—１．０５ｍｍｏＬ／Ｌ的很小范

ＩｍｐｌａｎｔｉｎｇＴｉｍｅ／ｗｅｅｋ

图８

Ａｚ３１镁合金植入动物体内血中及尿中镁离子浓度

隧８

Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ

ｉｏｎ

ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ

ｉｎｂｏｔｈｂｌｏｏｄａｎｄｕｒｉｎｅｏｆ

ｔｈｅａｎｉｍａｌｓｗｉｔｈＡＺ３１

ａｌｌｏｙ

ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ

保持其自身的力学性能。植入件与周围组织结合紧密，照片。从图６看出表面覆盖了一层降解产物。降解层表

面粗糙。结构疏松，强度低，呈现不规则的龟裂状。图

７是降解产物的ＥＤＳ谱图，表明该降解层主要由Ｃａ，Ｍｇ，Ｐ。ＡＩ，Ｏ等元素组成，即除ＡＺ３１镁合金本身含

有的元素外，还出现了含量较高的Ｃａ和Ｐ元素。这两种元素都是机体形成新骨时所必需的成分，是新骨形成的平台，它们的存在会进一步诱导成骨细胞分化和钙盐

的沉积，刺激新骨生成。Ｖａｓｕｄｅｖｌ６０和Ｓｃｔｄｉｅｐｈａｋｅ川的

实验研究也发现，表面经过钙磷涂层处理的钛合金植入物较未处理过的钛合金有更强的诱导新骨生成的能力。

中国材料进展

第２８卷

围内波动，且属正常值范围内（正常值为０．８２～２．２２

ｍｍｏｌ／Ｌ），因而不会对人体血液产生影响。而尿液中的

镁离子浓度升高，且波动范围很大。有研究认为，镁离子在体内主要通过肾脏以尿液的形式排出体外哺ｏ。因而

可以判断，镁合金植入动物体内后，其主要降解产物Ｍｇ“除参与新骨形成及一系列的人体所需正常反应外，

多余的Ｍ９２＋主要通过尿液进行排泄，从而引起了尿液中镁离子浓度升高，且波动范围较大。

３．３

表面改性对ＡＺ３１镁合金降解行为的影响

研究认为，镁合金直接作为植入材料，存在的一个

问题是降解速度太快一１。由此可能会导致两个不利结

果：一是影响生物相容性，尤其是降解过程产生的ｐＨ

值升高会使材料的溶血率（＞７０％）远远超过标准要求

（≤５％）；二是在降解过程中，承载能力降低过快。为了降低镁合金的降解速度，可在镁合金表面制备防护涂

层，对镁合金基体进行一定程度的保护。本研究中，在

ＡＺ３１镁合金表面制备了具有生物活性的Ｃａ—Ｐ层。

图９是表面制备Ｃａ—Ｐ涂层前后ＡＺ３１镁合金在３７℃的Ｈａｎｋ’ｓ溶液中的动电位极化曲线。从图中可以看出，ＡＺ３１合金表面制备Ｃａ—Ｐ涂层后，其极化曲线

较未处理合金有明显正移，自腐蚀电位增加约２００

ｍＶ，

表明表面制备Ｃａ—Ｐ涂层后明显降低了ＡＺ３１镁合金的

腐蚀倾向。从表４可以看出，Ａ７＿３１镁合金表面制备Ｃａ—Ｐ

图９表面制备Ｃａ—Ｐ涂层前后Ａ７３１镁合金在３７℃的

Ｈａｎｋ’ｓ溶液中的动电位极化曲线

Ｆｉｇ．９

Ｐｏｔｅｎｔｉｏｄｙｎａｍｉｃｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓ

ｏｆＡＺ３１

ａｌｌｏｙｗｉｔｈ

ａｎｄｗｉｔｈｏｕｔＣａ—Ｐ

ｃｏａｔｉｎｇｉｎ

Ｈａｎｋ’８ｓｏｌｕｔｉｏｎａｔ

３７℃

表４

ＡＺ３１镁合金经涂层前后在Ｈａｎｋ’８溶液中的腐蚀

电流密度、腐蚀电位和极化电阻值

Ｔａｂｌｅ

４

ｔⅫ，ＥⅫａｎｄＲⅫｏｆ

ＡＺ３１ａｌｌｏｙｗｉｔｈａｎｄｗｉｔｈｏｕｔ

Ｃａ—ＰｃｏａｔｉｎｇｉｎＨａｎｋ’Ｓｓｏｌｕｔｉｏｎ万　

方数据涂层后，其腐蚀电流低于未处理样品，而极化电阻（月。。）高于未处理样品。说明表面制备涂层后，镁合金的腐蚀速率明显下降，涂层起到了控制镁合金降解、降低镁合金在模拟体液中腐蚀速率的作用。

４

结论

镁合金的降解速度与材料处理状态有关，其中热处

理态较铸态和锻态的降解速度慢。ＡＺ３１镁合金的降解

速度与所处环境有关，在Ｈａｎｋ’ｓ溶液中较０．９％ＮａＣｌ溶液中慢，在骨髓腔中较肌肉及骨皮质中快。ＡＺ３１镁合金植入动物体内，可观察到明显的降解现象，降解过程中表面有Ｃａ—Ｐ物质沉积。增加了表面生物活性。

ＡＺ３１镁合金在动物体内的降解产物主要以尿液的形式排出体外，不会对血液产生影响。表面制备Ｃａ—Ｐ涂层

后可降低ＡＺ３１镁合金的降解速度。由此可见，ＡＺ３１镁

合金由于具有优良的综合力学性能、有别于可降解聚乳酸的降解行为以及优异的生物相容性，是一种极有应用

前景的新型生物可降解医用植入材料。参考文献Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ［１］Ｍａｒｋ

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ａ

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Ｈ，ＳｃｈａｍｗｅｂｅｒＤ，ＤａＭＭ，甜ａ１．ＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＰｅｒ－

ｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＢｉｏｍｉｍｅｔｉｅＣａｌｃｉｕｍＰｈｏｓｐｈａｔｅＣｏａｔｉｎｇｏｆＴｉｔａｎｉｕｍ

Ｉｍｐｌａｎｔｓ

ｉｎ

ｔｈｅＤｏｇＭａｎｄｉｂｌｅ［Ｊ】．ＪＢ／ｏｍｅｄＭａｔｅｒＲｅｓ，２００３，

６４Ａ：２２５—２３４．

［８］Ｓａｒｉｓ

ＮＥＬ．Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ：ＡｎＵｐ，ｊ且ｔｅ

ｏｎ

Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ，Ｃｌｉｎｉｃａｌａｎｄ

Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ，ｂｐｏｅｔｓＥＪ］．ＣｌｉｎＣｈｉｍＡｃｔａ，２０００，２９４：１—２６．

［９］ＷｉｔｔｅＦ。ＫａｅｓｅＶ。ＨａｆｅｒｋａｍｐＨ。甜ａ１．ＩｎＶｉｖｏｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｆ

ＦｏｕｒＭａｇｎｅｓｉｕｍＡＨｏｙｓａｎｄｔｈｅＡｓｓｏｃｉａｔｅｄ

Ｂｏｎｅ

Ｒｅｓｐｏｎｓｅ［Ｊ］．

Ｂｉｏｍａｔｅｒ／ａｌｓ，２００５，２６（１７）：３５５７—３５６３．

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