《n-βTCP/Mg-Zn複合材料的腐蝕降解機理與生物相容性研究》是依託天津理工大學，由陳民芳擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：n-βTCP/Mg-Zn複合材料的腐蝕降解機理與生物相容性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳民芳
- 依託單位：天津理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
重量輕、力學性能適宜、生物安全性高並可降解的鎂基材料在骨修復器材、血管支架和止血夾等方面孕育著巨大的臨床套用前景，但針對這一要求的材料的成分設計及其在生理環境中的腐蝕降解規律和機制尚有很多亟待解決的科學問題。以Mg-Zn合金為基體，可降解的βTCP納米顆粒為增強體，採用雙螺旋高剪下熔體攪拌、壓力鑄造技術製備n-βTCP /Mg-Zn複合材料，使納米生物陶瓷顆粒均勻分布於合金基體中，並形成良好的界面結合，以此提高材料的強度、塑性，增加抗蝕性和生物活性，並通過βTCP顆粒的尺度和添加量調控複合材料的降解速率，深入研究腐蝕降解機理。在體外細胞評價的基礎上，採用動物模型探索複合材料的體內降解規律和生物相容性。在開發出具有良好的生物降解性、安全性、細胞相容性和力學性能的鎂基複合材料的同時，開展納米顆粒增強、增塑和體內外降解機理的基礎研究，為其臨床套用打下堅實的理論與實驗基礎。
結題摘要
與其它植入金屬相比，鎂合金及其複合材料具有與自然骨最為接近的綜合力學性能和優異的生物腐蝕降解特性，為其作為可降解骨折內固定材料奠定了基礎。用鎂合金替代不鏽鋼、鈦合金等傳統醫用金屬材料, 在臨床可有效地避免二次手術，具有廣闊的套用前景。但鎂合金過快的腐蝕降解速率是制約其臨床套用的一大問題。而生物安全的鎂合金力學性能卻偏低，因此有必要採取相應的措施來控制其腐蝕速度，提高其力學性能。 本研究提出n-HA（或β-TCP） /Mg-Zn-Zr複合材料設計思路，進一步最佳化基體合金成分，通過冶煉方法製備複合材料，由納米陶瓷顆粒調控複合材料的晶粒度、力學性能和腐蝕性能，實現生物安全、生物相容和力學相容的性能要求。取得了一些具有創新性的研究成果： （1）Mg-Zn-Zr合金的強度隨Zn含量而增加,但塑性和耐蝕性下降。Mg-2.5wt%Zn-0.5wt%Zr合金的抗拉極限強度為305 MPa，延伸率達到21.0%，腐蝕電流密度為2.10 μ A/cm2，性能優於其他組分的Mg-Zn-Zr合金，以此作為複合材料的基體合金是適宜的。 （2）納米生物陶瓷n-HA和β-TCP與Mg-2.5wt%Zn-0.5wt%Zr合金製備的複合材料,其強度、塑性和耐腐蝕性都隨著HA和β-TCP含量的增大而有所提高，1wt%是較為適宜的含量。其塑性增加的機理可能是啟動了鎂基體的非基面滑移。 （3）納米生物陶瓷n-HA和β-TCP均能細化Mg-Zn-Zr合金基體，但β-TCP的影響更加顯著。可能的原因是其與密排六方晶體Mg之間存在取向關係，可形成半共格界面而成為α-Mg晶核的異質核心，減小形核功，增加形核率，細化晶粒。 （4）傳統攪拌工藝製備的複合材料中有顆粒團聚現象，且隨著增強體含量增多，團聚體的尺寸變大。高熔體剪下和雙螺旋高剪下攪拌技術（MCAST）可以有效地分散HA和β-TCP顆粒，使組織結構趨於均勻。 （5）脫鈣切片組織觀察顯示，鎂合金與骨組織界面結合良好，3個月後為完全骨整合界面；顯微CT下可見新生骨緊密包裹鎂合金，鎂合金種植體的降解率約在3個月和6個月後分別為34%和90%，而加入了HA的複合材料3個月時的降解率約為24%，6個月為60%。適於作為松質骨螺釘材料。
