介入医疗用镁金属的降解性能及其表面改性

• 作 者: 左敏超
• 出 处: 上海交通大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 可降解材料 镁 生理溶液 表面改性 生物相容性

镁合金由于优异的力学性能、良好的生物安全性和生物相容性以及可降解性被认为是最有应用潜力的新型生物医用材料,在国内外引起了广泛关注。就介入支架领域而言,目前对于镁合金用作植入材料的研究大多集中在冠脉血管支架,在人体其他部位的支架植入可行性研究较少。本论文将设计实验探究镁金属用作人体尿道及胆道植入体的可行性,选用性能优异的高纯镁材为实验材料,m-SBF、人工尿液及人体胆汁为模拟人体不同部位环境的生理溶液,设计电化学实验和体外浸泡实验以探究高纯镁在不同生理溶液中的腐蚀降解性能。同时,本研究对镁金属进行了表面改性,并对经过表面改性的材料进行一系列的性能表征及生物相容性实验。实验结果表明,高纯镁丝组织结构均匀、力学性能优异,Φ1.00mm的镁丝的晶粒尺寸约为10³0μm,抗拉强度达到176 MPa,延伸率为7%。镁在胆汁中腐蚀均匀,未出现在m-SBF及人工尿液中的局部腐蚀坑的现象,这表明镁金属是非常有潜力的胆道植入体材料。腐蚀产物的物相分析结果表明,高纯镁在m-SBF及人体胆汁中的腐蚀产物多为无定型的非晶态钙镁磷酸盐及碳酸盐,而在人工尿液中的腐蚀产物主要由难溶性的结晶态钙磷盐组成,这可能是尿结石的前驱体,表面改性改进镁金属在尿液中的腐蚀性能或许是一种有效的方式。氟化处理表面改性可在镁金属表面生成一层表面平整、均匀致密、完整性好的MgF₂涂层,涂层的厚度大约在2μm左右,对于镁金属在人工尿液中的有效保护时间约为5天。电化学实验及体外浸泡实验均表明,氟化处理可以有效地提升高纯镁金属在人工尿液中的耐腐蚀性能,大大降低镁金属在介质中的腐蚀速率（经过氟化处理的高纯镁在人工尿液中3天的腐蚀速率仅为裸镁金属腐蚀速率的三分之一）。更低的腐蚀速率导致腐蚀产物的生成量更少,能有效降低尿结石形成的风险。生物学实验表明,细胞在经过氟化处理后的镁金属表面大量增殖、迁移,随着培养时间的延长,细胞数量明显增多,细胞形态多为狭长型,丝状伪足数量多。而作为对比,两种细胞在裸镁金属表面的增殖及迁移行为受到一定的阻碍,其中,A7r5细胞在裸镁金属表面培养48小时后基本无正常细胞黏附,细胞全部死亡。因此得出结论,氟化处理在高纯镁表层形成的MgF₂涂层具有良好的生物安全性和生物相容性。总而言之,通过本论文的实验研究为后续设计医用镁作为人体尿道及胆道植入体提供了参考性建议。