可降解生物医用镁合金JDBM作为颌骨修复材料的应用研究
新型镁合金骨钉的生物力学及体外降解特性研究

新型镁合金骨钉的生物力学及体外降解特性研究新型镁合金骨钉的生物力学及体外降解特性研究近年来,镁合金由于其良好的力学性能和生物相容性,成为骨修复材料中备受关注的候选材料之一。
然而,镁合金在骨修复应用中仍面临一些挑战,如其较快的生物降解速率和相对低的力学性能。
为了克服这些挑战,研究人员致力于设计开发新型镁合金骨钉,并研究其生物力学性能以及体外降解特性。
在本研究中,我们选择了一种新型镁合金(Mg-Zn-Ca-Mn),并制备了镁合金骨钉。
首先,我们对镁合金进行了化学成分分析和相组成分析,确认其具有适合骨修复应用的组分。
然后,使用压铸法制备了骨钉,并通过扫描电子显微镜(SEM)对其形貌和表面形态进行了观察。
为了评估镁合金骨钉的生物力学性能,我们进行了一系列的力学测试。
在抗剪测试中,我们发现镁合金骨钉具有较高的抗剪强度,表明其能够有效地支撑骨骼负载。
此外,我们还进行了压缩测试和弯曲测试,结果显示镁合金骨钉在这些方面也具有良好的力学性能。
为了研究镁合金骨钉的体外降解特性,我们进行了一系列的降解实验。
首先,我们将镁合金骨钉浸泡在模拟体液中,模拟体液的成分和pH值与人体生理环境相似。
通过定期取出样品并使用光学显微镜观察其表面形貌变化,我们发现镁合金骨钉在体液中逐渐发生降解。
进一步的电化学测试和离子浓度分析结果表明,镁合金骨钉的降解过程伴随着镁离子的释放,同时,钙和磷等元素的浓度也逐渐增加,这有助于促进骨组织的再生和修复。
综合上述研究结果,我们可以得出结论:新型镁合金骨钉具有良好的生物力学性能和适度的体外降解特性,可望成为一种理想的骨修复材料。
然而,为了进一步验证其应用前景,尚需进行大规模的体内实验,并进行相应的医学评估。
相信通过不断的研究努力,镁合金骨钉将为骨组织修复提供新的解决方案,为临床骨修复提供更好的选择综合以上研究结果,我们发现镁合金骨钉具有良好的生物力学性能和适度的体外降解特性。
它具有高的抗剪强度,能有效支撑骨骼负载,并在压缩和弯曲方面表现出良好的力学性能。
镁合金在生物医用材料领域的研究应用与发展

镁合金在生物医用材料领域的研究应用与发展摘要:镁基合金具有较高的强韧性和加工性能以及较好的生物相容性,目前集中于骨固定材料、多孔骨修复材料、牙种植材料、口腔修复材料以及心血管支架方面的研究。
但镁基合金在人体体液环境下的腐蚀性过快是很大难题,采用适宜的改性方法不仅可以提高镁基合金的耐腐蚀性能,降低其生物降解速率,而且可以进一步提高其力学性能和表面生物活性,进而才能推动镁基合金医用材料的开发及应用。
关键词:镁合金生物相容性骨骼医用材料血管支架正文:生物医用材料是人们最早应用的医用材料之一,也是目前全世界应用最多、最广的医用材料。
而在社会发展的今天,金属材料单一特性不能满足医用需求,人们也越来越意识到多种材料符合取长的发展前景可观,而如何开发新型合金材料,如何能对医用金属材料进行特定的表面改性,是医用材料方面一直关注并努力的方向[1]。
目前临床应用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金、钛合金、医用贵金属、医用形状记忆合金、纯金属钽、铌、锆等。
关于镁及镁合金的医用研究可追溯至1907年,但后来由于镁的耐腐蚀性差而被搁置。
近几年,随着加工方法及表面处理技术等的发展和成熟,镁合金的耐腐蚀性和力学性能得到很大提高,部分研究者又进一步开展镁合金医用材料研究。
1.镁基合金的医用研究1.1.骨固定材料目前,广泛应用于骨板、骨钉的生物医用材料主要是钛及钛合金、不锈钢及聚乳酸等。
但是,这些材料都存在一定的局限性。
钛及钛合金、不锈钢等金属材料会发生应力遮挡效应,即将金属材料植入人体后,因其与人骨材料的弹性模量不匹配产生的人骨受力被遮挡效应[2],会使骨骼强度降低、愈合迟缓。
而聚乳酸等高分子材料力学性能差,很难承受较大的负重。
因此,需要发展新的骨固定材料,即既要有类似于人骨的力学性能,又要有良好的生物相容性,并且不产生毒性。
研究表明镁及镁合金有可能作为新的骨固定材料,因为镁及镁合金有高的比强度和比刚度[3](如表1),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Ti6A14V的比强度(260 GPa/(g/cm3))高出近1倍。
生物可降解镁合金临床应用研究进展

王啸虎 , 阎 钧, 陈义刚, 郑 起
( 上海交通大学附属第六人 民医院普外科 , 上海 2 0 0 2 3 3 ) 摘要 近年来作为 生物 医学材料领域 的研 究热点 , 镁合金 因其优 良的力学性能 , 与人体 良好 的生物相容性 以
关键 词 镁合金 生物相容性 降解 临床应用 文献标识码 : A 中图分类号 : T G1 4 6 . 2 2
Re s e a r c h Pr o g r e s s i n Bi o d e g r a d a b l e Ma g ne s i u m Al l o y s f o r Me d i c a l Ap pl i c a t i o n
s o r p t i o n c h a r a c t e r i s t i c s ,ma g n e s i u m a l l o y s h a v e b e e n a h o t s p o t i n t h e f i e l d o f b i o me d i c a l ma t e r i a l s a n d a l s o a t t r a c t e d i n c r e a s i n g a t t e n t i o n i n t h e f i e l d o f me d i c i n e .Bu t t h e r e s e a r c h f o r me d i c a l a p p l i c a t i o n i s s t i l l i n t h e e a r l y s t a g e o f e x p l o — r a t i o n . Th e r e s e a r c h p r o g r e s s i n ma g n e s i u m a l l o y s f o r me d i c a l a p p l i c a t i o n a r e r e v i e we d .Th e d e g r a d a t i o n me c h a n i s m i n v i v o ,a s we l l a s t h e me t h o d s wh i c h i n t e n d t o i mp r o v e c o r r o s i o n r e s i s t a n t o f ma g n e s i u m a l l o y s a r e e x p l a i n e d . Th e a d ~ v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f i t s a p p l i c a t i o n a s me d i c a l i mp l a n t ma t e r i a l s a r e p o i n t e d o u t ,a n d t h e d e v e l o p i n g t e n d e n c y o f ma g n e s i u m- b a s e d me d i c a l a t m e r i a l s i n t h e f u t u r e a r e p r o s p e c t e d . Ke y wo r d s ma g n e s i u m a l l o y ,b i o c o mp a t i b i l i t y,d e g r a d a t i o n,me d i c a l a p p l i c a t i o n
骨科新型医用可降解植入材料JDBM镁合金的生物毒性、髓内针及植入物感染细菌生物膜的基础研究

骨科新型医用可降解植入材料JDBM镁合金的生物毒性、髓内针及植入物感染细菌生物膜的基础研究一、概述随着医疗技术的不断进步,骨科植入材料在修复和重建人体骨骼系统方面发挥着日益重要的作用。
新型医用可降解植入材料的研究备受关注,其中JDBM镁合金因其良好的生物相容性、强度与塑韧性的平衡以及均匀的腐蚀行为,成为了骨科植入领域的研究热点。
本文旨在深入探讨JDBM镁合金在骨科应用中的生物毒性、髓内针及植入物感染细菌生物膜的基础研究,为其在临床中的安全有效应用提供理论依据。
JDBM镁合金是由上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心设计开发的一种新型高性能生物医用材料。
该合金系列通过添加少量细胞毒性轻微的轻稀土元素Nd,实现了良好的时效析出强化和固溶强化效果,同时提高了合金的耐均匀腐蚀性能。
Zn和Zr元素的微量加入进一步增强了合金的强度、塑性加工能力以及强韧性和耐蚀性。
这些特性使得JDBM镁合金在骨科植入材料领域具有广阔的应用前景。
作为一种新型植入材料,JDBM镁合金的生物毒性问题一直是研究者关注的焦点。
本文首先通过体外实验研究了JDBM镁合金及其中稀土元素Nd对小鼠胚胎成骨细胞株MC3T3E1的毒性作用,分析了其对成骨细胞生长和分化的影响。
体内实验部分则通过观察Nd对小鼠骨及周围组织的生理病理影响,以及在各器官组织中的分布情况,来评估其生物安全性。
髓内针及植入物感染细菌生物膜的形成是骨科植入手术后的常见并发症之一。
本文还针对这一问题展开了研究,通过构建细菌生物膜模型,探究JDBM镁合金在植入后对细菌生物膜形成和发展的影响,以及其对细菌感染的抵抗能力。
本文从多个角度对JDBM镁合金在骨科应用中的生物毒性、髓内针及植入物感染细菌生物膜问题进行了深入研究。
这些研究结果将为JDBM镁合金在临床中的安全有效应用提供重要的理论依据和实践指导,有望为骨科植入材料的发展开辟新的道路。
1. 骨科植入材料的研究背景及现状随着人口老龄化的加剧以及人们对生活质量要求的提高,骨科疾病的治疗和康复日益受到重视。
可降解镁基合金骨折固定及骨修复材料的研究进展

Tianjin Med J,July 2020,Vol.48No.7可降解镁基合金骨折固定及骨修复材料的研究进展姜洪丰1,陈民芳2△,刘德宝2摘要:可降解镁基合金材料具有良好的力学性能、突出的生物相容性和成骨诱导性。
其作为有临床应用前景的骨折固定及骨修复替代材料近年来备受关注。
本文就可降解医用镁合金材料在骨折固定及骨修复领域的研究进行总结,分别从镁合金骨折固定及骨修复材料的优势、发展历史、研究及应用现状、存在的问题与挑战等几个方面进行了综述。
关键词:骨折固定术;生物相容性材料;可降解镁基合金;骨修复;成骨诱导性中图分类号:R318.08文献标志码:ADOI :10.11958/20200320Research progress of biodegradable magnesium alloys for fracture fixation and bone repair materialsJIANG Hong-feng 1,CHEN Min-fang 2△,LIU De-bao 21The 4th Department of Spine Surgery,Tianjin Hospital,Tianjin 300211,China;2School of Materials Science andEngineering,Tianjin University of Technology△Corresponding AuthorE-mail:****************Abstract:In recent years,biodegradable magnesium-based alloys are showing great potential to be used as a new classof materials and are attracting much attention owing to their characteristics of biodegradation and good osteogenesis inductivity,biocompatibility and other biofunctional properties.These advantages make them promising candidates forfracture fixation and bone repair applications.This paper summarizes the advantages,history,challenges and the recentresearch progress of biodegradable magnesium-based alloys for orthopedic application.Key words:fracture fixation;biocompatible materials;biodegradable Mg-based alloy;bone repair;osteogenesisinductivity基金项目:国家自然科学基金资助项目(51871166)作者单位:1天津市天津医院脊柱四科(邮编300211);2天津理工大学材料科学与工程学院作者简介:姜洪丰(1972),男,博士,副主任医师,主要从事脊柱外科相关研究△审校者E-mail :****************新型可生物降解植入材料是生物材料领域最前沿的研究课题之一。
医用可降解镁合金应用及表面改性研究进展

第53卷第7期表面技术2024年4月SURFACE TECHNOLOGY·15·医用可降解镁合金应用及表面改性研究进展王国庆,李广芳,刘宏芳*(华中科技大学a.化学与化工学院b.生物医用与防护材料湖北省工程研究中心c.能量转换与存储材料化学教育部重点实验室d.材料化学与服役失效湖北省重点实验室,武汉 430074)摘要:镁及其合金作为新一代生物医用可降解材料,具有良好的经济性、力学性能、生物相容性、可降解性能,在骨科、心血管科、消化科等领域具有广阔的应用前景。
镁合金具有较高的化学活性,因此其降解速率较快,力学性能的维持受限,植入时可能发生的细菌感染会引发炎症和腐蚀加速等问题,因此需要通过表面改性来制备多功能一体化的涂层。
综述了医用可降解镁合金作为接骨板、螺钉、血管支架、胃肠吻合器、胆管支架等植入材料的应用现状及最新研究成果。
讨论了医用可降解镁合金在植入生物体时面临的析氢、pH升高、腐蚀加速、力学性能衰减、稀土元素毒性及内膜增生等具体问题,在此基础上,考察了化学转化、等离子喷涂、微弧氧化、聚合物涂层等4种镁合金表面改性技术的最新研究动态。
结合体内试验和体外试验,概述了表面改性对镁合金安全性、耐蚀性、抗菌性、生物相容性等方面的影响,并简要对比了几种表面改性技术的优缺点。
最后展望了医用可降解镁合金表面改性技术的发展方向。
关键词:镁合金;可降解;植入材料;表面改性;耐蚀性中图分类号:TG174.4;R318.08 文献标志码:A 文章编号:1001-3660(2024)07-0015-16DOI:10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.07.002Research Progress in Application and Surface Modificationof Medical Degradable Magnesium AlloysWANG Guoqing, LI Guangfang, LIU Hongfang*(a. School of Chemistry and Chemical Engineering, b. Hubei Engineering Research Center for Biomedical andProtective Materials, c. Key Laboratory of Material Chemistry for Energy Conversion and Storage,Ministry of Education, d. Hubei Key Laboratory of Materials Chemistry and Service Failure,Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China)ABSTRACT: As a new generation of biodegradable materials for medical use, magnesium and its alloys exhibit excellent affordability, mechanical property, biocompatibility and biodegradability, and possess extensive application prospects in orthopedics, cardiovascular treatment and gastroenterology. However, the high chemical activity of magnesium alloys leads to excessive degradation rates and limited maintenance of mechanical performance, and the possible bacterial infection during implantation can also lead to problems such as inflammation and accelerated corrosion, so surface modification is necessary to收稿日期:2023-04-18;修订日期:2023-09-25Received:2023-04-18;Revised:2023-09-25基金项目:国家自然科学基金(52171069)Fund:National Natural Science Foundation of China (52171069)引文格式:王国庆, 李广芳, 刘宏芳. 医用可降解镁合金应用及表面改性研究进展[J]. 表面技术, 2024, 53(7): 15-30.WANG Guoqing, LI Guangfang, LIU Hongfang. Research Progress in Application and Surface Modification of Medical Degradable Magnesium Alloys[J]. Surface Technology, 2024, 53(7): 15-30.*通信作者(Corresponding author)·16·表面技术 2024年4月form integrated multifunctional coatings. Starting from the current application of medical degradable magnesium alloys in various fields, the work aims to describe the research status of magnesium alloys as several types of implant materials, and clarify the specific challenges faced by magnesium alloys when implanted in organisms. Based on this, the latest research developments of four kinds of surface modification techniques of magnesium alloys are reviewed, and by evaluating the advantages and disadvantages of these techniques, targeted improvement directions are indicated to facilitate the development and practical application of surface modification techniques of medical degradable magnesium alloys. Medical degradable magnesium alloys are suitable as bone implant materials because of their osteogenic properties. When magnesium alloys are used as bone plates and screws, the mass loss and mechanical performance attenuation in long-term service are unacceptable, and they suffer from hydrogen evolution and pH increase simultaneously. Magnesium alloys can also serve as vascular stents because of their arrhythmia prevention and antithrombotic effects. Nevertheless, besides the rapid corrosion rate, the vascular stenosis caused by intimal hyperplasia should be considered, and the toxicity of rare earth elements in the new stent is not yet clear. When used as gastrointestinal staples as well as bile duct stents, the degradation rate of magnesium alloys needs to be more strictly controlled due to the corrosive digestive fluids they are exposed to. To improve the overall performance of medical degradable magnesium alloys, researchers have prepared various organic and inorganic coatings. The coatings including chemical conversion coatings, plasma spray coatings and micro-arc oxidation films are inorganic coatings. Chemical conversion coatings can effectively improve the biocompatibility and corrosion resistance of magnesium alloys, but the formation mechanism and long-term biological effects of the coatings should be further studied. Especially, attention needs to be paid to the coating formation mechanisms and health risks of the rare earth conversion coatings. Plasma spray, as a conventional method, can firmly integrate the coatings onto the surface of the magnesium alloy substrate, but it is difficult to avoid the formation of micro-pores and thermal stress residues, and further optimization of the spraying process or other post-treatment techniques is required. Micro-arc oxidation films are in-situ formed ceramic layers with excellent bonding strength and hardness. Similar to plasma spray coatings, their surfaces are also distributed with inherent micro-pores or micro-cracks, and these micro-defects are suitable as micro-containers and nano-containers or outer adhesion sites. Polymer coatings belong to organic coatings, which are denser than inorganic coatings, but they are prone to peel off from the substrate and their strength and hardness are not as good as those of inorganic coatings. A better strategy is to utilize the inorganic coating as an intermediate layer to provide sufficient adhesive strength and the polymer layer as a sustained drug release system, thus combining the advantages of the both. At present, the application of medical degradable magnesium alloys has been gradually extended from orthopedics and cardiovascular treatment to gastroenterology, oral and maxillofacial surgery. This change has put forward higher requirements on the comprehensive performance of magnesium alloys. Future research on surface modification of magnesium alloys should focus on key factors such as cell adhesion, controlled degradation, antimicrobial performance and biocompatibility, while moving from static simulations to the dynamic organisms and ensuring the effective functioning of the coatings after implantation.KEY WORDS: magnesium alloys; degradable; implant material; surface modification; corrosion resistance生物可降解材料是一类在生物机体中体液及核酸的作用下不断被降解、吸收或排出体外,最终完全被新生组织取代的生物医用材料,它包括生物可降解陶瓷、生物可降解高分子材料、生物可降解金属材料、复合材料及生物衍生材料等5类[1-2]。
AZ31B生物可降解镁合金植入兔下颌骨生物学行为的实验研究的开题报告

AZ31B生物可降解镁合金植入兔下颌骨生物学行为的实验
研究的开题报告
题目:AZ31B生物可降解镁合金植入兔下颌骨生物学行为的实验研究
摘要:
生物可降解金属材料是一种新兴的材料,具有良好的生物相容性和生物降解性能,被广泛应用于医学领域。
AZ31B生物可降解镁合金作为一种新型的生物可降解金属材料,有望成为股骨头、牙槽突等骨组织修复和植入材料的首选。
本研究旨在探究AZ31B生物可降解镁合金植入兔下颌骨的生物学行为。
首先,
通过对AZ31B合金的化学成分、显微组织结构等进行分析,确定材料的物理化学性质。
其次,采用兔下颌骨植入试验,观察材料在骨组织中的降解速度、生物活性、细胞反
应等生物学特性。
最后,利用扫描电镜、组织学和化学染色等方法,对植入部位进行
形态学和组织学分析,探究AZ31B生物可降解镁合金的生物学行为。
本研究的成果将有助于深入了解AZ31B生物可降解镁合金在骨组织中的生物学
行为,为其在临床医学领域应用提供参考。
关键词:生物可降解金属材料;AZ31B生物可降解镁合金;兔下颌骨;生物学行为。
骨科用生物可降解镁合金材料研制及骨科相关生物学功能研究

骨科用生物可降解镁合金材料研制及骨科相关生物学功能研究目的:医用镁合金作为一种可降解的骨科生物医用材料具有十分光明的临床应用前景。
但是目前镁合金为医用材料在应用上存在的最大的障碍就是它腐蚀速度过快,而且腐蚀时会伴有大量气体产生,这大大限制了镁合金的开发和应用。
从骨科学角度讲,镁合金的力学性能、降解性能及生物相容性等方面的研究是在骨科领域应用的研究热点。
尽管有很多报道或文献使人们对生物可降解镁合金成为骨科新一代内植物材料的前景抱有期望,但目前并无可降解镁合金产品,说明其还需要改进和研究。
本论文的研究思路是通过分析选择合金成分,通过合金化设计和制备,在镁基体中添加其他特定合金化元素,来观察其性能的变化,对可降解镁合金力学性能、腐蚀性能、生物相容性、降解产气、毒性等多个方面进行研究和观察,选择或评价各个特性及其结果,为今后的可降解镁合金设计、制备及研究方式选择打下基础,提供可靠依据,为可降解镁合金的研发和应用提供力所能及的支持。
方法:(1)镁合金材料成分设计制备及性能研究,从医学和冶金学两方面考察各种合金元素的作用,分析并选定合适的合金元素,通过铸造的方式来制备生物医用镁合金;通过研究镁合金的微观组织、力学性能和耐腐蚀性能,来评价各组分镁合金的性能优劣。
(2)镁合金材料体外实验中,通过溶血性研究和细胞毒性研究,进一步评价镁合金的生物相容性中的血液相容性和细胞毒性,并作为筛选镁合金进入下一阶段研究的依据。
(3)镁合金材料体外实验中,通过抑菌实验研究来探讨和评价镁合金材料的抗感染潜力及其特点。
(4)镁合金材料体内实验中,通过大体观察、血液生化检查及影像学检查等方法,系统观察分析镁合金产气现象。
(5)镁合金材料体内实验中,通过血液生化检查及等方法,研究分析在体镁合金对组织、器官的毒性作用。
(6)镁合金材料体内实验中,通过病理学检查及扫描电镜实验等方法,研究分析在体镁合金对周围组织的炎症影响和纤维膜形成情况。
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可降解生物医用镁合金JDBM作为颌骨修复材料的应用研究本论文旨在通过体外评价及体内评价两方面,针对可降解生物医用镁合金JDBM作为颌骨修复材料的临床应用前景作出相关的研究。
论文首先以无涂层JDBM,钙磷涂层JDBM(CJDBM)及医用不锈钢316L作为研究对象,评价三种材料的体外生物相容性。
CCK-8方法测量细胞活性实验以及r BMMSC细胞在三种材料表面粘附实验表明,JDBM、CJDBM及316L三种样品均表现出良好的生物安全性及生物相容性。
聚合酶链式反应结果显示,CJDBM样品浸提液能够显著促进成骨细胞标记蛋白的基因表达。
其次,选择CJDBM骨钉植入白兔颌骨,研究其体内生物相容性以及骨修复性能,以316L骨钉作为对照组。
研究发现,CJDBM颌骨骨钉植入一个月时,由于手术创伤及Mg2+的释放,会升高白兔血清镁含量;但随着植入时间增加以及白兔自身调节,血清镁含量会逐渐恢复正常。
颌骨骨钉的植入未对白兔内脏造成过重负担而引起病变。
实验组与对照组的白兔内脏组织切片观察结果显示,心、肝、脾、肾功能均正常,无组织坏死或炎症反应发生。
骨组织切片观察结果显示,CJDBM骨钉在成骨诱导及分化方面明显优于316L 不锈钢骨钉,骨再生前期对类骨质等不成熟骨组织的促进作用更为明显。
植入4个月后,CJDBM骨钉周围骨组织更快进入成熟期,骨缝线愈合情况优于不锈钢骨钉。
从同步辐射断层扫描三维重构结果及扫描电子显微镜观察涂层降解结果分析,植入1个月后涂层未完全降解,仍对内部JDBM基体起到一定保护作用;植入4
个月后涂层降解完全,镁合金基体发生轻度降解;植入7个月后镁合金基体持续降解,降解速率有所提升。
因此,利用合金化研制开发的新型生物医用镁合金JDBM具有优异的生物安全性及生物相容性。
通过表面处理沉积钙磷陶瓷涂层后,能够显著提高JDBM镁合金成骨诱导性并在一定程度上实现镁合金骨钉在动物体内的可控降解,以解决降解速率不匹配可能导致的材料失效情况,从而满足可降解镁合金作为颌骨植入修复材料的临床要求。
因此,可降解生物医用镁合金JDBM在颌骨修复的临床应用方面具有巨大的潜力与前景。