生物医用镁合金

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。
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。
• 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。
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。
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。
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• 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
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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。
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
潜在优势
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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。