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高家诚 等 ：医用镁合金降解及其对人体的影响 医用镁合金降解及其对人体的影响 高家诚 ，胡 德 ，宋长江 (重庆大学 材料科学与工程学院，国家镁合金材料工程技术研究中心，重庆 400045) 摘 要 ： 镁合金具有比高分子更高的强度 、比陶瓷材 复杂的受力情况会造成镁合金的结构完整性丧失和力 料更好的韧性 ，与人体 自然骨的密度 、弹性模量和力学 学性能下降，严重时导致材料断裂，发生二次骨折L7]。 性 能也更为接近 。更重要 的是 ，其植入人体后将会逐 因此 ，了解医用镁合金材料在体 内环境的腐蚀行 步腐蚀降解，既无毒副作用也无需二次手术 ，是一种极 为及其对人体生理功能 的影响规律 ，进而寻找适当的 具潜质的新型可降解生物金属材料 。但镁在人体 生理 表面改性技术和加工工艺 ，得到适当的降解速度和稳 环境 中腐蚀速度太快，可能导致镁 离子、氢气、局部 pH 定的机械性能，是镁基生物材料在临床上取得广泛应 值和腐蚀沉淀物在体 内发生堆积，同时镁合金的机械 用的关键 。本文拟从镁在人体的腐蚀机理和降解产物 完整性和力学性能也会 因此丧失，达不到预期 的治疗 对人体造成的影响进行综合评述，并分析镁合金在未 目的，甚至引起 不 良反应和治疗失败 。从镁在人体的 来的发展方向和挑战。 腐蚀机理和降解产物对人体造成的影响进行综述，并 2 医用镁合金在体 内的腐蚀 分析 了镁合金在未来的发展方向和挑战。 关键词 ： 镁合金 ；生物材料 ；降解 ；氨气 ；力学性能 人体生理是由有机酸、金属离子 、阴离子 以及蛋 白 中圈分类号 ： TB31；R318．08 文献标识码 ：A 质、酶和细胞等构成 ，pH值在 7．35～7．45之间，温度 文章编号：1001-9731(2012)19—2577—07 为 37。C的复杂电解质环境 ]。镁 的标准 电极 电位极 低 (一2．37V)，很容 易在苛刻的生理环境 中发生 电化 1 引 言 学腐蚀_l9]，其反应过程可用 以下反应式来表征_6。’“]。 早在 1907年 ，镁合金就因为 良好的力学性能和生 总反应 ： 物相容性被引人生物材料领域 ，A．Lambottel1将纯镁 M g(。)+ 2H2O()一 M g(OH)2()+ H2(g) (1) 板和镀金钢用于 固定小腿骨折 ，但因镁板 的腐蚀速度 阳极反应： 过快 ，大量皮下气泡 的产生而失败 。随后大量关于镁 Mg()一 Mg抖+ 2e一 (2) 合金生物材料 的研究随之展开 ，但因为腐蚀速度 的不 阴极反应： 可控性和不锈钢的推广而被放弃一]。随着最近几十 2H2O(q)+ 2e一一 H2(g)十 2OH_aI_) (3) 年冶金技术的进步和对镁腐蚀机理认识 的成熟，通过 腐蚀产物形成 ： 提纯、合金化 、热处理、表面改性等方法 ，镁合金的耐蚀 M g抖+ 2OHAq)一 M g(OH)2() (4) 性能得到大幅度提高，镁合金作为生物材料 的课题再 M g + Ca件+ HPO 一 M g Ca (PO4) (5) 次引起了人们的重视。 事实上 ，因为体液成分的复杂性，镁合金在体内的 镁合金在治疗初期可以提供足够的力学支撑以避 腐蚀受很多因素影响。表 1列举了人体血液 中的常见 免骨骼再次破裂 ，随着骨 的愈合逐步降解 ，产生的镁离 离子及浓度