生物医用材料力学镁合金
医用镁及镁合金材料表面改性的应用
医用镁及镁合金材料表面改性的应用摘要镁是可被人体吸收的常量元素, 且具有较高的比强度和比刚度, 在医用植入材料领域具有广阔的应用前景。
本文综述了医用镁及镁合金作为生物医用材料的表面改性技术的研究现状。
关键词：镁合金；表面改性；生物医用材料1 镁及镁合金作为医用材料的优点1.1 优良的机械性能镁属于轻金属，在现有的工程用金属中密度最小，仅为 1.74 g/cm3，并且与人骨的密质骨密度(1.80 g/cm 3)极为接近。
其导热率好，无磁性，对CT 或磁共振图像干扰小。
镁及镁合金的机械性能比其他常用金属材料更接近天然骨，如用作植入材料，其适中的弹性模量能够有效缓解应力遮挡效应，对骨折愈合、种植体的稳定具有重要作用。
镁合金具有很好的流动性与快速凝固率，尺寸稳定性好，是良好的压铸材料，且容易切削加工。
1.2 生物活性、介导成骨作用及生物相容性镁是人体必需的元素，人体含量仅次于钾、钠、钙，几乎参与人体所有的新陈代谢活动。
镁也是组成骨的主要成分，能促进骨、牙齿及细胞形成并在骨的矿物质代谢中起重要的调节作用。
含有镁离子的生物陶瓷种植体、胶原的表面成骨细胞黏附增加，整合素表达及信号传导蛋白基因表达增高，骨整合能力增强。
镁基种植体较聚乳酸表面有更多钙磷酸盐形成，周围骨量增加，提示高浓度的镁离子可提高成骨细胞的活性；在体外环境中镁可促进磷酸钙沉积，增加介导成骨作用，同时改善原位耐蚀性。
1.3 可降解性镁的标准平衡电位为-2.34 V ，低于其他工业合金；氧化膜疏松多孔，不能对基体起到良好的保护作用，尤其是在含有氯离子的腐蚀介质中，呈示出较高的化学和电化学活性，作为可降解材料具有其天然优势。
2 存在的问题镁及镁合金的耐蚀性能较差，很容易发生点蚀，在有Cl-存在的环境中腐蚀速率更快，且在周围介质的pH值低于11.5时，镁合金在人体内的腐蚀会加快。
人体内的pH值约为7.4，在手术后的人体代谢吸收过程中可能会引起人体内二级酸液过多症，使体内环境的pH值低于7.4 ，所以镁合金作为植入材料在体内会加速腐蚀。
生物医用镁合金的腐蚀与防护研究进展
生物医用镁合金的腐蚀与防护研究进展摘要由于具有优异的力学性能、生物相容性和可降解性，镁及其合金成为一种极具潜力的生物医用可降解金属植入材料，并且是目前该领域的研究热点。
但由于镁及其合金具有较快的腐蚀速率，严重制约了其在临床上的应用。
因此开发高强度、高韧性、高耐蚀且降解行为可控的高性能镁合金迫在眉睫。
本文结合近五年积累的众位科研人员关于医用镁合金腐蚀与防护的研究资料，在此基础上综述了生物医用可降解镁合金的最新研究进展，分别详细介绍了镁及其合金作为生物医用材料的优势与不足、腐蚀机理，腐蚀的表征技术和腐蚀的防护技术的相关研究，并一定程度上分析了未来医用镁合金发展中需要解决的问题和未来发展方向。
关键词：镁合金；生物医用；腐蚀；防护ABSTRACTDue to the excellent mechanical properties, biocompatibility and degradability, magnesium and its alloys become a potential biomedical degradable implant materials, which is the research focus in the field.However , the corrosion rate of magnesium and its alloys is faster,which severely restrict its clinical application.So the development of high strength, high toughness, high corrosion resistance and controllable degradation behavior of high performance magnesium alloys is bining with nearly five years of accumulation of medical research data about corrosion and protection of the magnesium alloy which is made by researchers , on which this paper summarizes the latest research progress of magnesium and its alloys was introduced in detail, such as the advantages and disadvantages of biomedical materials, corrosion mechanism, characterization of corrosion and corrosion protection technology research, and to some extent, the analysis of the problems need to be solved in the development of future medical magnesium alloys and the future development direction.Key Words:magnesium alloys ; biomedical;corrosion ;protection文献综述作为材料的一个重要分支，生物医用材料(Biomedicalmaterials)的发展和应用关系到人类的生命健康和社会文明的进步，正吸引着越来越多的关注。
镁合金作为生物医用材料的潜在优势存在的问题及解决思路
镁合金作为生物医用材料的潜在优势、存在的问题及解决思路摘要近几十年来，镁及其合金在医疗领域的价值正飞速提升，应用也日益广泛，其作为硬组织植入材料与现有的各种临床金属植入材料相比有许多突出的优点[1]。
然而，镁合金当然也不完美，也存在缺点，令其应用受到限制[1]。
那么，这些优势和缺陷究竟是什么如何让其性能更完善呢本文就这些问题进行了简要论述。
然而由于笔者才疏学浅，加之时间仓促，文中疏漏之处在所难免，尚有待进一步修改和完善，同时敬请各位读者多多批评指正。
关键词：镁合金，医用材料，植入体，腐蚀一、引言目前的生物医用材料主要有部分金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料及仿生材料等[1]。
医用金属材料与高分子材料和无机非金属材料相比，具有较高的强度、韧性和加工性能，因此应用最为广泛[2]。
目前，临床应用的医用金属主要有不锈钢、钴基合金、钛合金、形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、镐等。
但临床应用表明，以上材料均存在弊端[3]，如：1.某些金属植入体含Al元素[4]。
该元素可对器官造成损伤，且能导致骨软化、贫血[5][6]、老年痴呆及神经紊乱等多种病症[5][6]；2.某些材料会在体内释放出毒性金属离子[1]，引起受体发炎和排异反应[7]；3.部分不锈钢植入体在生理系统环境中会发生缝隙腐蚀、摩擦腐蚀与疲劳腐蚀破裂等状况[8][9]，并因此释放出Ni2+、Cr3+及Cr5+等离子，同时造成假体松动，最终引起植入体失效[10]；4.相当一部分材料的弹性模量与人骨不够相近，例如：不锈钢的弹性模量约为200GPa，钛合金约100GPa[4]，而人骨仅10～40GPa。
这必然会导致应力遮挡效应，进而减少对新生骨组织生长和重塑的诱导作用[1]，并最终造成植入体的不稳定、组织愈合迟缓甚至植入失败等后果[1][11]。
5.不锈钢、钴基合金和钛基合金皆为生物惰性材料，在人体中不发生或仅发生微弱的化学反应，因而在生物环境中相当稳定[4]，无法自行降解[1]。
医用镁合金的优缺点以及局限性
据张小农介绍，他们研究的镁锌合金主要有五
降解速度控制问题仍待解决
整个研究过程也不是一帆风顺的。
张小农在研究中发现，镁锌合金这种
“作为当前生物材料研究的热门之一，我们研究的镁锌合金作为生物可
张小农说：“我们课题组已经创建了上海奥芮济医疗科技有限公司实施有关成果的实用转化，一些具有羟基磷灰石涂层的骨钉、髓内针等骨内固定器械预计将在本年度内研发完成。
而植入大动物的体内实验安排在明年初开展，此后6个月的植入实验研究结果出来后将会确定是否能进行下一步的人体实验。
我们希望未来的2~3年内可降解吸收生物镁锌合金能够走出实验室，制造出的各类医疗器械将走进普通人的生活中，从而提高人们的生活和健康水平。
”。
镁合金在生物医用材料上的发展
镁合金在生物医用材料上的发展随着时代的发展和人们对健康的重视，生物医学领域成为了一个备受关注的领域，很多新型材料被应用于医用领域，其中镁合金就是其中一种。
镁合金因其优良的生物相容性、生物降解性及良好的机械性能，在医学上越来越受到人们的重视。
近年来，镁合金应用于医学领域的研究逐渐加强，研究人员将其应用于支架、骨切削、螺钉和植入物等方面，优越的性能得到了广泛的认可。
在骨科领域，镁合金被应用于人工关节、骨折治疗等方面，可以大大改善手术后患者的生活质量。
在生物医用材料的研究中，医学领域对于生物相容性的要求较高，而镁合金材料在这方面表现的尤为出色。
镁合金具有高度的生物相容性，能够在体内逐渐降解并转化为人体所需的有机物质。
这一特点可以一定程度上减少炎症反应的发生，并且在植入体内后不会成为一种额外的负担。
在减少内源性物质和异物反应方面，镁合金相对于其他物质具有更优的性能。
除了生物相容性方面，镁合金在机械性能方面也非常优秀。
它具有轻质、高强度、耐腐蚀性和良好的塑性，能够满足骨部受力的要求，并且保证了植入体在生物环境下的稳定性。
相对于其他材料，在生物医用材料方面，镁合金具有良好的可加工性能。
尽管在生物医用材料领域，镁合金具有良好的性能，但仍然存在一些问题需要解决。
通过合适的合金设计和合金元素的添加，可以使得镁合金在力学性能上和耐腐蚀性能上有所提高，然而，在制备过程中，仍然存在一些技术难点需要克服，例如，在制备过程中易受到空气中的氧化和金属离子溶出的影响。
此外，镁合金在降解过程中会产生氫氧化物，而这一物质会对周围的组织造成刺激，从而导致炎症的发生。
不过，这并不妨碍镁合金的发展，为了解决这些问题，许多科学家都在通过不断研究提高镁合金在生物医用材料领域的性能。
在生物医用材料领域，镁合金材料具有广泛的应用前景，将会成为医用骨科和牙科材料中的一种重要替代品，未来在生物医学领域，镁合金的应用前景也相当可观。
总之，镁合金因其优良的生物相容性、生物降解性和良好的机械性能等优点，已经成为生物医用材料中的一种新材料，并且在应用中得到了广泛的认可。
镁合金生物相容性研究
镁合金生物相容性研究镁合金作为一种新兴的生物材料，近年来备受关注。
它具有重量轻、生物相容性好、生物降解性强等特点，因此被广泛应用于骨科和心血管等领域。
但是，与传统生物材料相比，镁合金的生物相容性还存在一些问题，因此研究镁合金的生物相容性，对于更好地应用于医疗领域具有重要意义。
首先，我们来了解一下镁合金的生物相容性。
镁合金作为一种金属材料，其化学性质决定了其在人体内的生物相容性。
镁合金中的镁元素具有良好的生物相容性，可被人体组织吸收和代谢。
此外，镁合金独特的表面反应性也有助于促进骨组织的再生和修复。
这些优点使得镁合金成为一种理想的生物材料候选者。
然而，需要指出的是，镁合金的生物相容性也存在一些挑战。
首先，镁合金在人体内的生物降解速度较快，这可能导致材料的力学性能下降，影响植入材料的长期稳定性。
其次，镁合金的腐蚀性较高，可能引起周围组织的炎症反应。
此外，镁合金的放电行为也可能对人体产生不良影响。
因此，进一步研究镁合金的生物相容性，探索解决上述问题的方法，尤为重要。
为了提高镁合金的生物相容性，研究人员采取了一系列措施。
一方面，通过合金化改变镁合金的成分，可以影响其生物降解速度和力学性能。
例如，添加稀土元素、锌等合金化元素，可以减缓镁合金的生物降解速度，同时提高其抗腐蚀性能和力学性能。
另一方面，采用表面改性的方法，通过改变镁合金的表面形貌和化学活性，可以调控其与组织细胞的相互作用。
例如，采用生物活性涂层、多孔结构等方法，可以增加镁合金与骨组织的亲和力，促进骨再生和修复。
这些研究为改善镁合金的生物相容性提供了新的思路和方法。
此外，还有一些其他方面的研究也值得关注。
例如，研究镁合金在心血管领域的应用潜力。
心血管疾病是当前全球范围内的主要健康问题之一，而镁合金具有良好的生物相容性和生物降解性，可以有效地用于血管支架和心脏瓣膜等方面的应用。
此外，还可以通过纳米技术、生物活性涂层等手段提高镁合金的性能。
这些研究将进一步推动镁合金在医疗领域的应用。
医用镁合金的材料设计与成骨作用机制
医用镁合金的材料设计与成骨作用机制医用镁合金是一类在医疗领域中应用的材料，其主要成分包括镁及其合金。
这些合金通常包括锌、锶、铝等元素，以调节合金的性能。
医用镁合金具有良好的生物相容性和可降解性，逐渐被用于骨科领域，主要用于骨折固定器材和骨修复。
材料设计：1.生物相容性：医用镁合金要求具有较好的生物相容性，以减少对人体的排斥反应。
通过调整合金中的元素组成，尤其是添加微量的锌、锶等元素，可以改善合金的生物相容性。
2.机械性能：骨科材料需要具备适当的机械性能，以提供足够的强度和稳定性。
通过合金中添加不同比例的元素，可以调控材料的强度、延展性等机械性能。
3.降解性：医用镁合金的降解性是其独特的优势，可以避免二次手术去除植入物。
合金的降解速度可以通过控制合金中镁的含量和表面涂层等方式来调节。
成骨作用机制：1.促进骨细胞活性：医用镁合金的表面有助于骨细胞的黏附、增殖和分化，从而促进骨细胞的活性，有利于骨组织的生长。
2.提供必需元素：镁元素是人体骨骼中的重要组成部分，通过医用镁合金释放出的镁离子，有助于提供人体所需的元素，促进骨细胞的生长和骨组织的再生。
3.调控骨髓基质：医用镁合金与骨髓基质相互作用，促使骨基质的分泌和沉积，有助于新骨组织的形成。
4.降解释放生物活性物质：医用镁合金在降解过程中，会释放出一些生物活性物质，如氧化镁、氧化锌等，对骨组织的生长和修复具有促进作用。
在使用医用镁合金时，需要考虑合金的具体成分、制备工艺和应用环境等因素，以确保其在植入体内的可控性和安全性。
此外，医用镁合金的研究还在不断发展，以进一步提高其性能，拓展在医学领域的应用。
镁合金在生物医学上的应用与发展
镁合金在生物医学上的应用与发展镁合金由于其在生物医学领域的一系列独特性能，正在逐渐成为一种有潜力的新型生物医学材料。
本文将对镁合金在生物医学上的应用与发展进行详细介绍。
首先，镁合金具有优异的生物相容性。
镁是人体中的一种必需元素，具有良好的生物相容性和生物活性。
与传统的金属材料（如不锈钢、钛合金）相比，镁合金可以更好地适应人体环境，减轻组织炎症反应，促进人体自愈。
此外，镁合金还能够释放镁离子，镁离子对于骨骼生长和修复非常重要，有利于骨组织再生和愈合。
其次，镁合金具有轻质优势。
镁合金的密度只有铝和钛的两三分之一，使得它成为制造骨科和牙科植入物的理想材料。
由于轻质性质，镁合金可以显著减轻患者的负担，降低手术风险，并增加人工关节和牙齿等植入物的生物相容性和使用舒适性。
第三，镁合金具有良好的机械性能。
镁合金具有较高的抗拉强度和弹性模量，可以有效承受在人体内持久的机械负荷。
这使得它成为制造骨钉、骨板和牙种植体等植入物的理想材料，提高了治疗效果和患者的生活质量。
此外，镁合金还具有可降解性。
镁合金在体内能够逐渐降解，并逐步被人体新生组织所代替，最终完全被吸收。
这种可降解性能使得镁合金成为制造支架、螺钉和导管等临时植入物的理想材料，避免了二次手术的需要，减轻了患者的痛苦。
然而，镁合金在生物医学上的应用也存在一些挑战。
首先，镁合金在生物体内的腐蚀速度仍然需要进一步控制。
过快的腐蚀速度会导致过多的金属离子释放，可能对周围组织产生毒性影响。
其次，镁合金的力学性能尚不如传统的金属材料。
需要进一步改进镁合金的力学性能，以满足临床实际应用的需要。
尽管面临挑战，镁合金在生物医学领域的应用前景仍然广阔。
未来的发展方向包括优化镁合金的成分和制备工艺，增强其力学性能和可降解性能，控制其腐蚀速度，并进一步探索其在骨组织工程、心血管介入、神经修复和药物传递等方面的应用。
总结起来，镁合金在生物医学上的应用与发展具有巨大潜力。
它的优异生物相容性、轻质性能、良好机械性能和可降解性能，使其成为制造植入物的理想材料。
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生物医用材料力学镁合金
随着生物医学领域的不断发展和进步，材料科学在医疗器械和人工植入物方面起到了至关重要的作用。
力学镁合金作为一种具有优异生物相容性的材料，受到了广泛关注和研究。
力学镁合金是由镁和其他合金元素如钙、锌、锰等组成的复合材料。
镁作为第七大元素，具有重量轻、强度高、生物相容性好等优点，因此在生物医学领域有着广泛的应用前景。
而添加其他合金元素可以进一步改善材料的性能，如增加硬度、耐腐蚀性和生物降解性等。
力学镁合金具有优异的生物相容性。
生物相容性是指材料与生物体组织之间相互作用的能力。
力学镁合金具有与人体骨骼和软组织相似的密度和弹性模量，能够减少对周围组织的刺激和排异反应。
此外，镁合金还可以促进骨细胞的生长和再生，有利于骨骼修复和植入物的稳定性。
因此，力学镁合金在骨折修复、骨植入和人工关节等领域具有广泛应用前景。
力学镁合金具有良好的力学性能。
力学性能是指材料在外力作用下的变形和破坏行为。
力学镁合金具有较高的比强度和比刚度，能够承受较大的载荷和应力，同时保持良好的韧性和延展性。
这使得力学镁合金在医疗器械和植入物中能够承受人体复杂的力学环境，如骨骼运动和承载力等。
此外，镁合金还具有较好的耐腐蚀性，能够在体液和体内环境下长期稳定地工作。
力学镁合金具有良好的生物降解性。
生物降解性是指材料在生物体内逐渐分解和吸收的能力。
力学镁合金可以通过调节合金元素的含量和比例来控制其生物降解速度，从而满足不同临床应用的需要。
例如，在骨折修复中，力学镁合金可以逐渐降解为镁离子，促进骨细胞的生长和骨组织的再生。
而在人工植入物中，力学镁合金可以逐渐被周围组织所吸收，避免了二次手术取出植入物的需求，减少了患者的痛苦和风险。
然而，力学镁合金在应用过程中仍然存在一些挑战和问题。
首先，镁合金的腐蚀性较高，容易与体液中的氧、水和氯等发生反应，形成腐蚀产物。
其次，力学镁合金的加工性较差，难以制备出复杂形状和精密尺寸的植入物。
此外，镁合金的生物毒性和热稳定性也需要进一步研究和改进。
力学镁合金作为一种具有优异生物相容性和力学性能的材料，在生物医学领域具有广泛的应用前景。
随着材料科学和制备技术的不断进步，力学镁合金将为生物医学领域带来更多的创新和发展。
我们期待着力学镁合金能够在医疗器械和植入物中发挥更大的作用，为患者的健康和生活质量做出更大的贡献。