心血管支架用生物可降解镁合金的性能研究
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Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ／ｈ
Ｏ
Ｏ
。－ｍｏ．，１日 ９ＴＩ—ｏ＾．口｛声一ｏ≯∞ｇ警Ｊｐ禹雹
图７为电化学抛光前后支架切割面的表面粗糙度 三维图。尽管从数值上来说抛光前支架切割面的表面 凸出的最大值（１２．８３ ｇｍ）小于抛光后的最大值（１６．１４ ¨ｍ），然而，从切割面的不同高度分布来看，抛光前 的表面凹凸不平，而抛光后的表面颜色分布均匀，表 明表面更光滑。从图６的ＳＥＭ照片中可以观察到抛光 前支架切割面与外表面相对垂直，而抛光后切割面与
摘要：以Ｍｇ．３．１３Ｎｄ－０．１６Ｚｎ．．０．４１Ｚｒ（质量分数，％，ＪＤＢＭ）镁合金为研究对象，研究挤压态ＪＤＢＭ的细胞毒性和腐 蚀性能。通过热挤压工艺制备出心血管支架用镁合金微管，并观察其组织。采用激光切割、电化学抛光等工艺制备出 心血管支架，测试支架表面粗糙度和径向支撑力。结果表明，ＪＤＢＭ镁合金对内皮细胞无毒性，具有理想的耐蚀性能和 腐蚀方式；制备出的心血管支架的径向支撑力超过正常成年人血管收缩压的４倍，满足心血管支架对力学性能的要求。 关键词：生物可降解镁合金；心血管支架；细胞毒性；腐蚀性能；径向支撑力 中图法分类号：Ｒ１３８．０８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２．１８５（２０１３）０６．１３００．０６
章晓波等：心血管支架用Ｍｇ—Ｎｄ—ｚｎ．ｚｒ生物可降解镁合金的性能研究
Ｆｉｇ．５
一
图５
ＪＤＢＭ微管的光学显微照片 图７
ＯＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ＪＤＢＭ ｔｕｂｅ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ（ａ）ａｎｄ ｐａｒａｌｌｅｌ（ｂ）ｔｏ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ
ＪＤＢＭ心血管支架电化学抛光前后的表面粗糙度
第４２卷 ２０１３年
第６期
６月
ＲＡＲＥ
稀有金属材料与工程
ＭＥＴＡＬ ＭＡＴＥＲＩＡＩ．Ｓ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲ】ＮＧ
Ｖ０１．Ａ２，Ｎｏ．６ Ｊｕｎｅ ２０１３
心血管支架用Ｍｇ．Ｎｄ．Ｚｎ．Ｚｒ生物 可降解镁合金的性能研究
章晓波１，毛琳２，袁广银２，王章忠１
（１．南京工程学院，江苏南京２１１１６７） （２．上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心，上海２００２４０）
Ｆｉｇ．１ Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｔｉｍｅ／ｄ
誉
墨 至
８
图１
ＥＡ・ｈｙ９２６细胞在１００％挤压态ＪＤＢＭ浸提液中培养
ｌ、３、５
ｄ的细胞活性
Ｃｅｌｌ ｖｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆＥＡ・ｈｙ９２６ ｃｅｌｌ ｃｕｌｔｕｒｅｄ ｉｎ １００％ ａｓ－ｅｘｔｒｕｄｅｄ ＪＤＢＭ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｍｅｄｉｕｍ ｆｏｒ １．３ ａｎｄ ５ ｄ
ｍｍ］ａ。
０．００１，Ｍｇ余量。
ＪＤＢＭ镁合金铸锭在５４０℃下进行１０ ｈ的固溶处理， 然后挤压成函２０ ｍｍ的圆棒，挤压温度为３５０℃，挤 压比为２５。最后挤压出外径为３ ｍｍ，壁厚为０．２
ｍｉｌｌ
的微管。采用激光切割法将微管切割成心血管支架， 对切割成形的支架进行电化学抛光。 利用ＭＴＴ法测试挤压态ＪＤＢＭ对血管环境中内 皮细胞ＥＡ・ｈｙ９２６的细胞毒性，利用荧光倒置显微镜 观察细胞形貌。参照ＡＳＴＭ—Ｇ３１—７２，采用浸泡试验（析 氢和失重）测试挤压态ＪＤＢＭ在（３７士０．５）℃的人工 血浆（ＡＰ）中的腐蚀性能。ＡＰ成分及配比为：ＮａＣＩ ｆ６．８ ｇ／Ｌ）、ＣａＣｌ２（０．２ ｇ／Ｌ）、ＫＣＩ（０．４ ｅ／Ｌ）、ＭｇＳ０４（０．１ ｇ／Ｌ）、 ＮａＨＣ０３（２．２ ｇ／Ｌ）、Ｎａ２ＨＰ０４（０．１２６∥Ｌ）、ＮａＨ２Ｐ０４
镁合金作为心血管支架材料，具有以下突出优 点ＥＩ，２］：（Ｉ）镁是人体必须的元素，是人体内第４位金 属元素、细胞内仅次于Ｋ＋的第２位阳离子。它催化或 激活机体３００多种酶系，参与体内所有能量代谢。在 体内三大代谢中通过调节核糖体ＤＮＡ及ＲＮＡ的结构 而对蛋白质的合成起关键作用。对肌肉收缩、神经运 动机能、生理机能及预防循环系统疾病和缺血性心脏 病有重要作用。镁的排泄主要通过泌尿系统，镁在人 体内吸收不会导致血清镁含量的明显升高。（２）良好 的组织相容性、低致栓性和低炎性反应。（３）镁合金 生物材料具有价格优势。镁是包括海洋在内地球表层 最为丰富的金属元素，价格低廉。（４）镁的标准平衡 电位低，具有可降解性，作为可降解材料具有天然优 势。（５）镁合金支架完全降解后被原支架部位的血管 所吸收，在相应部位形成钙磷复合物，当支架完全降 解后依然可以被ＩＶＵＳ和ＣＴ等影像手段所识别发现， 有利于临床随访检查。 国际上Ｂｉｏｔｒｏｎｉｋ公司最先研制出镁合金心血管 支架，并进行动物实验及临床实验。Ｈｅｕｂｌｅｉｎ Ｂ等【３】 进行了第一例镁合金支架的动物实验，他们将ＡＥ２１ 镁合金支架植入猪的冠状动脉内，术后３５ ｄ发现由于 支架较深地压在血管壁而导致内膜增生，术后５６ ｄ支 架被完全吸收。该实验表明，可降解镁合金支架可望 成为治疗心血管疾病很有前途的植入材料。Ｚａｒｔｎｅｒ
实
验
实验采用的Ｍｇ—Ｎｄ—Ｚｎ—Ｚｒ镁合金的化学成分（质 量分数，％）为Ｎｄ ３．１３，Ｚｎ
０．１６，Ｚｒ ０．４１，Ｆｅ ０．００３， Ｎｉ ０．００１，Ｃｕ ０．００１，Ｓｉ ０．００３，Ｍｎ
看出，细胞在浸提液中培养１ ｄ后的细胞活性约为 ８６％，按照细胞毒性分类等级为１级，具有极轻微细 胞毒性；而培养３和５ ｄ后细胞活性分别为１０４％和 １１０％，为０级，无细胞毒性。实验结果表明ＪＤＢＭ对 ＥＡ・ｈｙ９２６细胞无细胞毒性，并且从培养３和５ ｄ的结 果来看，细胞在ＪＤＢＭ浸提液中的活性超过阴性对照 组，表明该合金对ＥＡ・ｈｙ９２６细胞的增殖有促进作用， 满足生物材料对细胞毒性的要求。图２为细胞在阴性 对照组和ＪＤＢＭ浸提液中培养１、３和５ ｄ的形貌照片。 可以看出，随着培养时间的延长，细胞数量增多。并 且观察到培养时间相同时，阴性对照组中坏死的细胞 （圆形）明显多于ＪＤＢＭ浸提液中的，进一步表明 ＪＤＢＭ对细胞的增殖具有促进作用。 ２．２腐蚀性能 图３为挤压态ＪＤＢＭ在温度为（３７＋０．５）℃的 ＡＰ溶液中浸泡２４０ ｈ的析氢曲线。可以看出，试样浸 泡前两天的氢气析出量最多，随着浸泡时间的延长， 氢气的析出量减少。失重实验测试结果表明该合金在 ＡＰ中的腐蚀速率为０．３４
第６期
章晓波等：心血管支架用Ｍｇ－Ｎｄ－Ｚｎ－Ｚｒ生物可降解镁合金的性能研究
・１３０１・
生物相容性、力学性能和耐蚀性能。 Ｎｄ是轻稀土元素，Ｍｇ．Ｎｄ二元合金显Fra Baidu bibliotek出良好 的强化效果，已有研究表明Ｎｄ的加入可提高镁合金 的耐蚀性能‘７１，并且Ｎｄ元素无细胞毒性［引。Ｚｎ是人 体必需的营养元素，微量Ｚｎ的加入，可提高镁合金 的塑性和变形能力。Ｚｒ的加入可明显细化镁合金晶 粒，起到强化材料和提高耐蚀性能的作用，并且，微 量ｚｒ在镁合金中的生物相容性已经得到证实［９１。另 外，挤压变形工艺可细化镁合金组织，提高力学性能 和耐蚀性能［１０－１２］。因此，以Ｍｇ—Ｎｄ—Ｚｎ—Ｚｒ为研究对象， 研究该挤压态合金的细胞毒性和耐蚀性能，并通过挤 压、激光切割、电化学抛光等工艺制备出心血管支架 的雏形，研究支架的显微组织、表面粗糙度及径向支 撑力。 １
稀有金属材料与工程
第４２卷
图２
Ｆｉｇ．２
ＥＡ・ｈｙ９２６细胞在阴性对照和１００％ＪＤＢＭ浸提液中培养１、３、５ ｄ的细胞形态
Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ＥＡ。ｈｙ９２６ ｃｅｌｌ ｃｕｌｔｕｒｅｄ ｉｎ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ（ａ，ｂ，ｃ）ａｎｄ １００％ＪＤＢＭ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ（ｄ，ｅ，ｆ）ｆｏｒ １，３ ａｎｄ ５ ｄ
Ｐ
等［４】报道了首例成功植入可降解镁合金支架的案例， 他们将Ｂｉｏｔｒｏｎｉｋ公司产的ＷＥ４３支架植入早产儿左肺 动脉，观察到左肺动脉的再灌注，术后３３ ｄ肺动脉造 影正常，血清镁含量在术后第２ ｄ达到最大值１．７ ｍｍｏｌ／Ｌ（正常值０．３８～１．２ｍｍｏｌ／Ｌ），并且在４８ ｈ后 恢复正常。因此认为镁合金的降解对于婴儿是耐受的， 并推断镁合金的体内降解对成人也是耐受的。在我国， 中科院金属研究所将ＡＺ３ １镁合金心血管支架植入新 西兰大白兔腹主动脉中。结果表明术后一个月支架结构 完整，扩展完全；术后２个月部分支架支杆断裂，支架 变形，失去支撑作用，不利于抑制血管的晚期重构［５】。 然而，目前围绕镁合金心血管支架的研究，大都
（０．０２６ ｇ／Ｌ）。ＡＰ体积与腐蚀试样的表面积之比为３０
ｍＬ：１
ｃｍ２，ＡＰ每２４ ｈ更换一次，浸泡时间为２４０
ｈ。
利用电化学循环极化测试合金在ＡＰ中浸泡１ ｈ后的循 环极化曲线。采用光学显微镜（ＯＭ）观察ＪＤＢＭ微 管的组织。利用数码金相显微镜测试电化学抛光前后 支架的表面粗糙度。利用径向支撑力测试仪测试经电 化学抛光后支架的径向支撑力。采用扫描电子显微镜 （ＳＥＭ）观察合金在ＡＰ中浸泡２４０ ｈ后的腐蚀形貌以 及经过电化学抛光前后支架的表面形貌。 ２
是针对现有的商用镁合金如ＡＺ３１、ＷＥ４３等。这些商
用镁合金起初是作为结构材料设计的，因此，作为可 降解生物材料都存在明显不足。如ＡＺ系列合金中含 有的Ａｌ元素不属于人体的必需微量元素，被认为具有 神经毒性，是导致早老性痴呆的因素，可导致肌肉纤 维损伤，因此，可降解镁合金研究领域的专家Ｗｉｔｔｅ
Ｆ
指出含Ａｌ镁合金只能作为试验合金进行工艺改进和 表面改性技术研究，而不能植入人体内【６】。而重稀土元 素一般认为在体内的过度积累也将表现为毒性作用［＿７１。 同时，商用镁合金还存在腐蚀速率过快的问题，腐蚀 速率过快会导致支架在疾病未治愈便失去机械支撑作 用。因此，在设计生物镁合金时，必须考虑镁合金的
２．１
图４为ＪＤＢＭ在ＡＰ中浸泡２４０ ｈ后表面腐蚀产 物、除去腐蚀产物及腐蚀试样侧面的ＳＥＭ照片。从图 ４ａ中可以看出，试样表面形成了一层均匀的腐蚀层， 在吹干试样过程中导致腐蚀层出现裂纹。从图４ｂ中可 以观察到，洗去腐蚀产物后试样的腐蚀表面形貌主要由 均匀分布的腐蚀坑点组成，表明该合金的腐蚀方式为均
三维图片
Ｆｉｇ．７
Ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｉｍａｇｅｓ ｓｈｏｗｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ
ＪＤＢＭ
ｓｔｅｎｔ
ｂｅｆｏｒｅ（ａ）ａｎｄ ａｉｄｅｒ（ｂ）ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ
实验结果
细胞毒性 图１为内皮细胞ＥＡ・ｈｙ９２６在挤压态ＪＤＢＭ镁合
匀腐蚀。从图４ｃ中可以看出腐蚀层的厚度不足２岬。
２．３微管的组织 图５为经挤压成形的外径为３ ｍｍ，壁厚为０．２
ｍｍ
金１００％浸提液中培养１、３和５ ｄ的细胞活性。可以
的ＪＤＢＭ微管沿挤压方向和垂直挤压方向的光学显微
万方数据
・１３０２・
收稿日期：２０１２．０６．１０
基金项目：中国博士后科学基金（２０１００４７００３０）；南京工程学院引进人才科研启动基金项１目（ＹＫＪ２０１２０１） 作者简介：章晓波，男，１９８１年生，博士，南京工程学院材料工程学院，江苏南京２１１１６７，Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｂｘｂｚｈａｎ９２００３＠１６３．ｃｏｒｎ
万方数据
２ Ｏ
ｇｍ。组织中有分布相对均匀的黑色第二相析出。此
外，２个方向上组织无明显差别。
Ｏ
２．４表面粗糙度 图６为激光切割成形的ＪＤＢＭ镁合金心血管支架 （长度为１５ ｍｍ，外径３ ｍｍ，杆宽０．２ ｍｍ，壁厚０．２
Ｏ
Ｏ
ｍｍ）经电化学抛光前后的ＳＥＭ照片。未经过电化学 抛光的支架上附有切割残渣及毛刺，切割面比较粗糙 （图６ａ）。经电化学抛光后，切割残渣及毛刺被清除， 且支架内外表面及切割面相对光滑（图６ｂ）。
Ｆｉｇ．４
ＳＥＭ
ｉｍａｇｅｓ ｏｆ
ａｓ・ｅｘｔｒｕｄｅｄ ＪＤＢＭ ｉｍｍｅｒｓｅｄ ｉｎ ＡＰ ｆｏｒ ２４０ ｈ：（ａ）ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，（ｂ）ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ
ａｆｔｅｒ ｒｅｍｏｖｉｎｇ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ
ａｎｄ（ｃ）ｃｒｏｓｓ
ｓｅｃｔｉｏｎ
万方数据
第６期
图３挤压态ＪＤＢＭ在人工血浆中浸泡２４０ ｈ的析氢曲线
Ｆｉｇ．３ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎＡＰｆｏｒ２４０ ｈ
ｃｕｒｖｅ
ｏｆ ａｓ－ｅｘｔｒｕｄｅｄ ＪＤＢＭ ｉｍｍｅｒｓｅｄ
照片。可以看出，ＪＤＢＭ在挤压过程中发生了完全动 态再结晶，微管的组织均匀细小，晶粒平均尺寸不到
图４挤压态ＪＤＢＭ在人工血浆中浸泡２４０ ｈ后的ＳＥＭ照片
Ｏ
Ｏ
。－ｍｏ．，１日 ９ＴＩ—ｏ＾．口｛声一ｏ≯∞ｇ警Ｊｐ禹雹
图７为电化学抛光前后支架切割面的表面粗糙度 三维图。尽管从数值上来说抛光前支架切割面的表面 凸出的最大值（１２．８３ ｇｍ）小于抛光后的最大值（１６．１４ ¨ｍ），然而，从切割面的不同高度分布来看，抛光前 的表面凹凸不平，而抛光后的表面颜色分布均匀，表 明表面更光滑。从图６的ＳＥＭ照片中可以观察到抛光 前支架切割面与外表面相对垂直，而抛光后切割面与
摘要：以Ｍｇ．３．１３Ｎｄ－０．１６Ｚｎ．．０．４１Ｚｒ（质量分数，％，ＪＤＢＭ）镁合金为研究对象，研究挤压态ＪＤＢＭ的细胞毒性和腐 蚀性能。通过热挤压工艺制备出心血管支架用镁合金微管，并观察其组织。采用激光切割、电化学抛光等工艺制备出 心血管支架，测试支架表面粗糙度和径向支撑力。结果表明，ＪＤＢＭ镁合金对内皮细胞无毒性，具有理想的耐蚀性能和 腐蚀方式；制备出的心血管支架的径向支撑力超过正常成年人血管收缩压的４倍，满足心血管支架对力学性能的要求。 关键词：生物可降解镁合金；心血管支架；细胞毒性；腐蚀性能；径向支撑力 中图法分类号：Ｒ１３８．０８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２．１８５（２０１３）０６．１３００．０６
章晓波等：心血管支架用Ｍｇ—Ｎｄ—ｚｎ．ｚｒ生物可降解镁合金的性能研究
Ｆｉｇ．５
一
图５
ＪＤＢＭ微管的光学显微照片 图７
ＯＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ＪＤＢＭ ｔｕｂｅ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ（ａ）ａｎｄ ｐａｒａｌｌｅｌ（ｂ）ｔｏ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ
ＪＤＢＭ心血管支架电化学抛光前后的表面粗糙度
第４２卷 ２０１３年
第６期
６月
ＲＡＲＥ
稀有金属材料与工程
ＭＥＴＡＬ ＭＡＴＥＲＩＡＩ．Ｓ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲ】ＮＧ
Ｖ０１．Ａ２，Ｎｏ．６ Ｊｕｎｅ ２０１３
心血管支架用Ｍｇ．Ｎｄ．Ｚｎ．Ｚｒ生物 可降解镁合金的性能研究
章晓波１，毛琳２，袁广银２，王章忠１
（１．南京工程学院，江苏南京２１１１６７） （２．上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心，上海２００２４０）
Ｆｉｇ．１ Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｔｉｍｅ／ｄ
誉
墨 至
８
图１
ＥＡ・ｈｙ９２６细胞在１００％挤压态ＪＤＢＭ浸提液中培养
ｌ、３、５
ｄ的细胞活性
Ｃｅｌｌ ｖｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆＥＡ・ｈｙ９２６ ｃｅｌｌ ｃｕｌｔｕｒｅｄ ｉｎ １００％ ａｓ－ｅｘｔｒｕｄｅｄ ＪＤＢＭ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｍｅｄｉｕｍ ｆｏｒ １．３ ａｎｄ ５ ｄ
ｍｍ］ａ。
０．００１，Ｍｇ余量。
ＪＤＢＭ镁合金铸锭在５４０℃下进行１０ ｈ的固溶处理， 然后挤压成函２０ ｍｍ的圆棒，挤压温度为３５０℃，挤 压比为２５。最后挤压出外径为３ ｍｍ，壁厚为０．２
ｍｉｌｌ
的微管。采用激光切割法将微管切割成心血管支架， 对切割成形的支架进行电化学抛光。 利用ＭＴＴ法测试挤压态ＪＤＢＭ对血管环境中内 皮细胞ＥＡ・ｈｙ９２６的细胞毒性，利用荧光倒置显微镜 观察细胞形貌。参照ＡＳＴＭ—Ｇ３１—７２，采用浸泡试验（析 氢和失重）测试挤压态ＪＤＢＭ在（３７士０．５）℃的人工 血浆（ＡＰ）中的腐蚀性能。ＡＰ成分及配比为：ＮａＣＩ ｆ６．８ ｇ／Ｌ）、ＣａＣｌ２（０．２ ｇ／Ｌ）、ＫＣＩ（０．４ ｅ／Ｌ）、ＭｇＳ０４（０．１ ｇ／Ｌ）、 ＮａＨＣ０３（２．２ ｇ／Ｌ）、Ｎａ２ＨＰ０４（０．１２６∥Ｌ）、ＮａＨ２Ｐ０４
镁合金作为心血管支架材料，具有以下突出优 点ＥＩ，２］：（Ｉ）镁是人体必须的元素，是人体内第４位金 属元素、细胞内仅次于Ｋ＋的第２位阳离子。它催化或 激活机体３００多种酶系，参与体内所有能量代谢。在 体内三大代谢中通过调节核糖体ＤＮＡ及ＲＮＡ的结构 而对蛋白质的合成起关键作用。对肌肉收缩、神经运 动机能、生理机能及预防循环系统疾病和缺血性心脏 病有重要作用。镁的排泄主要通过泌尿系统，镁在人 体内吸收不会导致血清镁含量的明显升高。（２）良好 的组织相容性、低致栓性和低炎性反应。（３）镁合金 生物材料具有价格优势。镁是包括海洋在内地球表层 最为丰富的金属元素，价格低廉。（４）镁的标准平衡 电位低，具有可降解性，作为可降解材料具有天然优 势。（５）镁合金支架完全降解后被原支架部位的血管 所吸收，在相应部位形成钙磷复合物，当支架完全降 解后依然可以被ＩＶＵＳ和ＣＴ等影像手段所识别发现， 有利于临床随访检查。 国际上Ｂｉｏｔｒｏｎｉｋ公司最先研制出镁合金心血管 支架，并进行动物实验及临床实验。Ｈｅｕｂｌｅｉｎ Ｂ等【３】 进行了第一例镁合金支架的动物实验，他们将ＡＥ２１ 镁合金支架植入猪的冠状动脉内，术后３５ ｄ发现由于 支架较深地压在血管壁而导致内膜增生，术后５６ ｄ支 架被完全吸收。该实验表明，可降解镁合金支架可望 成为治疗心血管疾病很有前途的植入材料。Ｚａｒｔｎｅｒ
实
验
实验采用的Ｍｇ—Ｎｄ—Ｚｎ—Ｚｒ镁合金的化学成分（质 量分数，％）为Ｎｄ ３．１３，Ｚｎ
０．１６，Ｚｒ ０．４１，Ｆｅ ０．００３， Ｎｉ ０．００１，Ｃｕ ０．００１，Ｓｉ ０．００３，Ｍｎ
看出，细胞在浸提液中培养１ ｄ后的细胞活性约为 ８６％，按照细胞毒性分类等级为１级，具有极轻微细 胞毒性；而培养３和５ ｄ后细胞活性分别为１０４％和 １１０％，为０级，无细胞毒性。实验结果表明ＪＤＢＭ对 ＥＡ・ｈｙ９２６细胞无细胞毒性，并且从培养３和５ ｄ的结 果来看，细胞在ＪＤＢＭ浸提液中的活性超过阴性对照 组，表明该合金对ＥＡ・ｈｙ９２６细胞的增殖有促进作用， 满足生物材料对细胞毒性的要求。图２为细胞在阴性 对照组和ＪＤＢＭ浸提液中培养１、３和５ ｄ的形貌照片。 可以看出，随着培养时间的延长，细胞数量增多。并 且观察到培养时间相同时，阴性对照组中坏死的细胞 （圆形）明显多于ＪＤＢＭ浸提液中的，进一步表明 ＪＤＢＭ对细胞的增殖具有促进作用。 ２．２腐蚀性能 图３为挤压态ＪＤＢＭ在温度为（３７＋０．５）℃的 ＡＰ溶液中浸泡２４０ ｈ的析氢曲线。可以看出，试样浸 泡前两天的氢气析出量最多，随着浸泡时间的延长， 氢气的析出量减少。失重实验测试结果表明该合金在 ＡＰ中的腐蚀速率为０．３４
第６期
章晓波等：心血管支架用Ｍｇ－Ｎｄ－Ｚｎ－Ｚｒ生物可降解镁合金的性能研究
・１３０１・
生物相容性、力学性能和耐蚀性能。 Ｎｄ是轻稀土元素，Ｍｇ．Ｎｄ二元合金显Fra Baidu bibliotek出良好 的强化效果，已有研究表明Ｎｄ的加入可提高镁合金 的耐蚀性能‘７１，并且Ｎｄ元素无细胞毒性［引。Ｚｎ是人 体必需的营养元素，微量Ｚｎ的加入，可提高镁合金 的塑性和变形能力。Ｚｒ的加入可明显细化镁合金晶 粒，起到强化材料和提高耐蚀性能的作用，并且，微 量ｚｒ在镁合金中的生物相容性已经得到证实［９１。另 外，挤压变形工艺可细化镁合金组织，提高力学性能 和耐蚀性能［１０－１２］。因此，以Ｍｇ—Ｎｄ—Ｚｎ—Ｚｒ为研究对象， 研究该挤压态合金的细胞毒性和耐蚀性能，并通过挤 压、激光切割、电化学抛光等工艺制备出心血管支架 的雏形，研究支架的显微组织、表面粗糙度及径向支 撑力。 １
稀有金属材料与工程
第４２卷
图２
Ｆｉｇ．２
ＥＡ・ｈｙ９２６细胞在阴性对照和１００％ＪＤＢＭ浸提液中培养１、３、５ ｄ的细胞形态
Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ＥＡ。ｈｙ９２６ ｃｅｌｌ ｃｕｌｔｕｒｅｄ ｉｎ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ（ａ，ｂ，ｃ）ａｎｄ １００％ＪＤＢＭ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ（ｄ，ｅ，ｆ）ｆｏｒ １，３ ａｎｄ ５ ｄ
Ｐ
等［４】报道了首例成功植入可降解镁合金支架的案例， 他们将Ｂｉｏｔｒｏｎｉｋ公司产的ＷＥ４３支架植入早产儿左肺 动脉，观察到左肺动脉的再灌注，术后３３ ｄ肺动脉造 影正常，血清镁含量在术后第２ ｄ达到最大值１．７ ｍｍｏｌ／Ｌ（正常值０．３８～１．２ｍｍｏｌ／Ｌ），并且在４８ ｈ后 恢复正常。因此认为镁合金的降解对于婴儿是耐受的， 并推断镁合金的体内降解对成人也是耐受的。在我国， 中科院金属研究所将ＡＺ３ １镁合金心血管支架植入新 西兰大白兔腹主动脉中。结果表明术后一个月支架结构 完整，扩展完全；术后２个月部分支架支杆断裂，支架 变形，失去支撑作用，不利于抑制血管的晚期重构［５】。 然而，目前围绕镁合金心血管支架的研究，大都
（０．０２６ ｇ／Ｌ）。ＡＰ体积与腐蚀试样的表面积之比为３０
ｍＬ：１
ｃｍ２，ＡＰ每２４ ｈ更换一次，浸泡时间为２４０
ｈ。
利用电化学循环极化测试合金在ＡＰ中浸泡１ ｈ后的循 环极化曲线。采用光学显微镜（ＯＭ）观察ＪＤＢＭ微 管的组织。利用数码金相显微镜测试电化学抛光前后 支架的表面粗糙度。利用径向支撑力测试仪测试经电 化学抛光后支架的径向支撑力。采用扫描电子显微镜 （ＳＥＭ）观察合金在ＡＰ中浸泡２４０ ｈ后的腐蚀形貌以 及经过电化学抛光前后支架的表面形貌。 ２
是针对现有的商用镁合金如ＡＺ３１、ＷＥ４３等。这些商
用镁合金起初是作为结构材料设计的，因此，作为可 降解生物材料都存在明显不足。如ＡＺ系列合金中含 有的Ａｌ元素不属于人体的必需微量元素，被认为具有 神经毒性，是导致早老性痴呆的因素，可导致肌肉纤 维损伤，因此，可降解镁合金研究领域的专家Ｗｉｔｔｅ
Ｆ
指出含Ａｌ镁合金只能作为试验合金进行工艺改进和 表面改性技术研究，而不能植入人体内【６】。而重稀土元 素一般认为在体内的过度积累也将表现为毒性作用［＿７１。 同时，商用镁合金还存在腐蚀速率过快的问题，腐蚀 速率过快会导致支架在疾病未治愈便失去机械支撑作 用。因此，在设计生物镁合金时，必须考虑镁合金的
２．１
图４为ＪＤＢＭ在ＡＰ中浸泡２４０ ｈ后表面腐蚀产 物、除去腐蚀产物及腐蚀试样侧面的ＳＥＭ照片。从图 ４ａ中可以看出，试样表面形成了一层均匀的腐蚀层， 在吹干试样过程中导致腐蚀层出现裂纹。从图４ｂ中可 以观察到，洗去腐蚀产物后试样的腐蚀表面形貌主要由 均匀分布的腐蚀坑点组成，表明该合金的腐蚀方式为均
三维图片
Ｆｉｇ．７
Ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｉｍａｇｅｓ ｓｈｏｗｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ
ＪＤＢＭ
ｓｔｅｎｔ
ｂｅｆｏｒｅ（ａ）ａｎｄ ａｉｄｅｒ（ｂ）ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ
实验结果
细胞毒性 图１为内皮细胞ＥＡ・ｈｙ９２６在挤压态ＪＤＢＭ镁合
匀腐蚀。从图４ｃ中可以看出腐蚀层的厚度不足２岬。
２．３微管的组织 图５为经挤压成形的外径为３ ｍｍ，壁厚为０．２
ｍｍ
金１００％浸提液中培养１、３和５ ｄ的细胞活性。可以
的ＪＤＢＭ微管沿挤压方向和垂直挤压方向的光学显微
万方数据
・１３０２・
收稿日期：２０１２．０６．１０
基金项目：中国博士后科学基金（２０１００４７００３０）；南京工程学院引进人才科研启动基金项１目（ＹＫＪ２０１２０１） 作者简介：章晓波，男，１９８１年生，博士，南京工程学院材料工程学院，江苏南京２１１１６７，Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｂｘｂｚｈａｎ９２００３＠１６３．ｃｏｒｎ
万方数据
２ Ｏ
ｇｍ。组织中有分布相对均匀的黑色第二相析出。此
外，２个方向上组织无明显差别。
Ｏ
２．４表面粗糙度 图６为激光切割成形的ＪＤＢＭ镁合金心血管支架 （长度为１５ ｍｍ，外径３ ｍｍ，杆宽０．２ ｍｍ，壁厚０．２
Ｏ
Ｏ
ｍｍ）经电化学抛光前后的ＳＥＭ照片。未经过电化学 抛光的支架上附有切割残渣及毛刺，切割面比较粗糙 （图６ａ）。经电化学抛光后，切割残渣及毛刺被清除， 且支架内外表面及切割面相对光滑（图６ｂ）。
Ｆｉｇ．４
ＳＥＭ
ｉｍａｇｅｓ ｏｆ
ａｓ・ｅｘｔｒｕｄｅｄ ＪＤＢＭ ｉｍｍｅｒｓｅｄ ｉｎ ＡＰ ｆｏｒ ２４０ ｈ：（ａ）ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，（ｂ）ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ
ａｆｔｅｒ ｒｅｍｏｖｉｎｇ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ
ａｎｄ（ｃ）ｃｒｏｓｓ
ｓｅｃｔｉｏｎ
万方数据
第６期
图３挤压态ＪＤＢＭ在人工血浆中浸泡２４０ ｈ的析氢曲线
Ｆｉｇ．３ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎＡＰｆｏｒ２４０ ｈ
ｃｕｒｖｅ
ｏｆ ａｓ－ｅｘｔｒｕｄｅｄ ＪＤＢＭ ｉｍｍｅｒｓｅｄ
照片。可以看出，ＪＤＢＭ在挤压过程中发生了完全动 态再结晶，微管的组织均匀细小，晶粒平均尺寸不到
图４挤压态ＪＤＢＭ在人工血浆中浸泡２４０ ｈ后的ＳＥＭ照片