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毕业论文

文献综述

院（系）名称工学院机械系专业名称材料成型及控制工程学生姓名指导教师

2015年04月10日

医用Mg-Zn-Ca合金
前言
生物医用材料是指能够植入生物体或与生物组织相结合的材料，可用于诊断、治疗，以及替换生物机体中的组织、器官或增进其功能。目前用于临床的生物医用材料主要生物医用金属材料、生物医用有机材料(主要指有机高分子材料)、生物医用无机非金属材料(主要指生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料)以及生物医用复合材料等。与生物陶瓷及生物高分子材料相比，生物医用金属材料，如不锈钢、钴基合金、钛和钛合金以及贵金属等具有高强度、良好的韧性及抗弯曲疲劳强度、优异的加工性能等许多其他医用材料不可替代的优良性能。生物医用金属材料在应用中面临的主要问题，是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散以及植入材料自身性质的退变，前者可能导致毒副作用，后者可能导致植入失效。因此研究和开发性能更优、生物相容性更好的新型生物医用金属材料是材料工作者和医务工作者共同关心的课题。
1医用金属材料
1.1生物医学对材料的要求
医用金属材料严格满足如下的生物学要求：
(1)良好的组织相容性，包括无毒性、无热源反应、不致畸、不致癌、不引起过敏反应或干扰机体的免疫机理、不破坏临近组织，也不发生材料表面的钙化沉着等。
(2)物理和化学稳定性好，包括强度、弹性、尺寸稳定性、耐腐蚀性、耐磨性以及界面稳定性等。
(3)易于加工成型，材料易于制造，价格适当。(4)对于植入心血管系统或与血液接触的材料，除能满足以上条件外，还须具有良好的血液相容性，即不凝血(抗凝血陛好)、不破坏红细胞(不溶血)、不破坏血小板、不改变血中蛋白(特别是脂蛋白)、不扰乱电解质平衡等。
2镁基生物医用金属材料的研究现状
镁在地壳中的储藏量极其丰富（如图2.1所示），其储藏量达到百分之2.8，位居第6位。我国是镁资源大国，储藏量居世界首位;产量也居十世界首位，占全球2/3;但是我国并非镁工业强国，镁工业还处十起步阶段，原镁生产规模小而分散，技术比较落后，品质不够稳定，出口的产品大部分是初级的廉价的原料产品。国家政府部门已经投入大量的资金进行相关问题的研究和开发。随着国际国内镁产品开发空间的增大，镁资源将发挥更为重要的作用，镁有可能继铜、铝后的下一代热门行业。
从近几十年来的研究报告不难发现，镁合金作为生物医用金属材料与现在已经临床使用的其它生物医用金属材料相比具有明显优势:1资源丰富，价格低廉;2优异的生物相容性和生物可降解性;3镁离子是人体必不可缺的金属阳离子，几乎参与所有的能量代谢;4良好的力学相容性，以镁为基体的合金的弹性模量和密度最接近人体骨骼弹性模量和密。更为重要的是，镁合金本身在生物体中可以逐渐降解，由新生骨组织逐渐代替原先的植入体，是理想的生物支架材料。
Wittea等人通过研究不同类型的镁合金在生物体内的腐蚀降解情况，发现镁合金更能促进周围骨组织的生长。也有研究表明添加稀土元素能以高镁合金的生物相容性，如在镁中加入CeCI3可以抑制肿瘤的产生，加Y203的轻基磷灰石能更好的与骨组织结合。根据人骨组织是多孔结构的特点，还开发出了多孔铁合金，新骨可以在多于合金的孔洞中生长，镁合金与新骨的结合强度明显提高

图2.1地壳中各元素的含量

3镁基生物医用金属材料的优势与存在问题
3.1医用镁合金生物相容性
近年来，开发出来的许多金属基生物材料或多或少存在一定的问题。如NiTi形状记忆合金会释放对人体有害的镍离子钦合金植入人体后产生过敏和应力遮挡效应镁元素是新陈代谢和骨组织中的基本元素，是人体内合成卵磷脂酶的激活剂。在成人体内，镁含量约为20-30g，其中70%以上以磷酸盐形式参与骨骼与牙齿的组成，其余分布在软组织和体液中，成人一般镁的口需求量为200-300mg。由于人体很容易通过新陈代谢把镁离子排出体外，所以没对人体几乎没有毒害作用。
3.2医用镁合金可降解性
钴镁的电极电位比较低，化学性质活泼，尤其是在含有氯离子的在人体体液中可以以一定速率降解，降解以后的镁参与人体内所有新陈代谢过程。杨柯指出:经过热处理后的AZ31镁合金在植入体内5周后就发生了降解，降解过程中表面生成具有优异生物活性的Ca-P沉积物。张广道等通过对动物体内植入镁合金的早期实验研究中发现，与目前临床常用的Ti-6A1-4V钦合金相比，镁合金更容易诱导新骨生长，降解后的产物一部分被组织吸收，另一部分通过代谢排出体外。
3.3医用镁合金力学相容性
镁是一种轻质金属，具有密排六方晶体结构，与人体骨具有相近的密度和弹性模量等优点，可有效避免应力遮挡效应
表3.1镁合金与临床上常用的医用金属材料力学性能比较

表3.1是镁合金与临床上应用最广的不锈钢、钻基合金和钦及钦合金相比较。可以