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镁合金腐蚀研究进展(18)—Mg-Li-Ca合金体外降解行为与生物相容性
热度 2 rczeng 2017-7-5 22:38
镁合金腐蚀研究进展(18) Mg-Li-Ca合金体外降解行为与生物相容性:锂元素含量的影响 曾荣昌 山东科技大学 基于良好的延展性, Mg-Li 基合金作为潜在的生物材料,引起了大家的广泛注意。由于锂元素的存在, Mg-Li 二元合金表现出较低的机械强度与人们对其生物相容性的担忧。而在 Mg-Li 合金中添加钙元素则有利于提高其机械强度与生物相容性。本文中,通过光学显微镜、 X 射线衍射、拉力拉伸、浸泡实验以及电化学极化测试等综合评估了三种类型 (α 、 α + β 、 β) 的挤压态 Mg-Li (1 、 9 、 15 wt. %)-1Ca 合金的微观结构、力学性能以及腐蚀行为。体外生物相容性则通过细胞毒性、溶血以及凝血四项表征。结果表明, Mg-1Li-1Ca 和 Mg-15Li-1Ca 合金分别由 α-Mg 、 β-Li 以及 Mg 2 Ca 相构成;而 Mg-9Li-1Ca 则由 α-Mg 、 β-Li 双相以及 Mg 2 Ca 相构成。 Mg-1Li-1Ca 合金表现出最高的最大抗拉强度和屈服强度,但其延伸率最低,仅为 10.1 ± 1.24% ; Mg-9Li-1Ca 合金的延伸率最高,为 52.2 ± 0.01 % 。长时间浸泡实验表明,随着锂元素含量的增加,合金的耐蚀性逐渐降低。毒性试验结果表明,在 10 % 浸提液中 Mg-Li-Ca 合金对 L-929 细胞无明显毒性反应。 Mg-1Li-1Ca 表现出人体可以接受的溶血率。凝血四项实验结果指出,除 Mg-15Li-1Ca 外, Mg-1Li-1Ca 和 Mg-9Li-1Ca 合金无促凝性反应产生。 论文 “ In Vitro Degradation and Biocompatibility of Mg-Li-Ca Alloys–The Influence of Li Content ” 在线发表在《 Science China Materials 》(IF3.956)( 2017, doi: 10.1007/s40843-017-9071-y )。 图1 Mg-Li-Ca显微组织 图2 Mg-Li-Ca 的机械性能 图3 Mg-Li-Ca合金屈服强度与延伸率的关系 图4 Mg-Li-Ca合金析氢速率随时间的变化 图5 Mg-Li-Ca合金浸泡14天后的截面腐蚀形貌 相关链接: 镁合金腐蚀研究进展(4)—Mg-Li-Ca合金腐蚀机理及动力学表征 曾荣昌发表论文目录(Rong-Chang Zeng's Publications)(2001-)
个人分类: 科研进展|4869 次阅读|4 个评论
镁合金腐蚀研究进展(12)—Mg-Li-Ca合金表面改性及生物相容性
热度 3 rczeng 2016-3-31 23:15
医用Mg-Li-Ca合金腐蚀、表面改性及生物相容性研究进展 自 Frank Witte 发现 LAE442 ( Mg-4Li-4Al-2RE )具有优异的在体耐蚀性能以来, Mg-Li 合金的生物医用研究在德国受到特别关注。 我们课题组率先在国际上开展医用 Mg-Li-Ca 合金腐蚀机理、表面改性和生物相容性研究。有关进展情况简要介绍如下: (一) 腐蚀机理 工作比较了 Mg-Li-Ca 合金与 Mg-Ca 合金耐蚀性能,研究了 Mg-Li-Ca-(Y ) 合金腐蚀机理,论文发表在《金属学报》(2011)、《 Corrosion Science 》(2014)和《 Progress in Natural Science: Materials International 》(2014)。尤其是, 2014 年在《 Corrosion Science 》发表的双相 Mg-Li-Ca 合金腐蚀工作论文获得广泛关注,已被 EIS 高引。 (二) 表面改性 研究了 Mg-Li-Ca-(Y) 表面 Ca-P 涂层、 Zn-Ca-P 涂层和阳极氧化膜 / 聚乳酸复合膜,工作陆续发表在《重庆理工大学学报》(校庆专刊)(2010)、 《 Trans. Nonferrous Met. Soc. China 》(2013) 和《 Frontiers of Materials Science 》(2014) 。 (三)生物相容性 Zn-Ca-P 涂层 血液相容性发表在《 Frontiers of Materials Science 》(2016) ; 与青岛大学、北京大学合作研究工作,涉及MAO/PLA复合涂层血液相容性和细胞相容性研究,论文发表在《 中国组织工程研究》(2014) 。 最新工作发表在 生物材料权威刊物《 ACS Appl. Mater. Interfaces 》(2016)。 Title: In Vitro Corrosion and Cytocompatibility of a Microarc Oxidation Coating and Poly(L-lactic acid) Composite Coating on Mg-1Li-1Ca Alloy for Orthopaedic Implants Abstract Manipulating the degradation rate of biomedical magnesium alloys poses a challenge. The characteristics of a micro-arc oxidation (MAO), prepared in phytic acid, and poly (L-lactic acid) (PLLA) composite coating, fabricated on a novel Mg-1Li-1Ca alloy, were investigated through field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), electron probe X-ray microanalysis (EPMA), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD). The corrosion behaviours of the samples were evaluated via hydrogen evolution, potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy in Hanks’ solution. The results indicated that the MAO/PLLA composite coatings significantly enhanced the corrosion resistance of the Mg-1Li-1Ca alloy. MTT and ALP assays using MC3T3 osteoblasts indicated that the MAO/PLLA coatings greatly improved the cytocompatibility, and the morphology of the cells cultured on different samples exhibited good adhesion. Haemolysis tests showed that the composite coatings endowed the Mg-1Li-1Ca alloys with a low haemolysis ratio. The increased solution pH resulting from the corrosion of magnesium could be tailored by the degradation of PLLA. The degradation mechanism of the composite coatings was discussed. The MAO/PLLA composite coating may be appropriate for applications on degradable Mg-based orthopaedic implants. 图 1 Mg-1Li-1C a 合金表面 MAO (阳极氧化膜)/ PLLA (聚乳酸)复合涂层降解机理示意图 相关论文及发明专利: 医用Mg-Li-Ca合金表面Ca-P涂层腐蚀研究,重庆理工大学学报(自然科学版)(校庆专刊) ,2010, 24(10): 34-39 医用 Mg-Ca 和 Mg-Li-Ca 合金腐蚀研究,金属学报 ,2011, 47(11): 1477-1482. 医用新型Mg-Li-Ca合金材料体外生物相容性及生物活性评价. 中国组织工程研究. 2014, 18(52):8409-13. Influence of solution temperatureon corrosion resistance of Zn-Ca phosphateconversion coating on biomedical Mg-Li-Ca alloys, Trans. NonferrousMet. Soc. China, 23(11), 2013: 3293- 3299. Corrosion andcharacterisation of dual phase Mg-Li-Ca alloy in Hank’s solution:the influence of microstructural features . Corrosion Science,79, 2014: 69-82. In vitro corrosion of Mg–1.21Li–1.12Ca-1Y alloy . Progress in Natural Science: Materials International, 24(5), 2014: 492–499. In vitro degradation of MAO/PLA coating on Mg-1.21Li-1.12Ca-1.0Y alloy. Frontiers of Materials Science, 2014. 8(4): 343-353. In Vitro Corrosion and Cytocompatibility of a Microarc Oxidation Coating and Poly(L-lactic acid) Composite Coating on Mg-1Li-1Ca Alloy for Orthopaedic Implants ,ACS Appl.Mater. Interfaces, 2016, DOI: 10.1021/acsami.6b00527. Blood compatibility of zinc–calcium phosphate conversion coating on Mg–1.33Li–0.6Ca alloy , Frontiers of Materials Science, 2016, 10(3): 281–289. 医用镁合金表面植酸微弧阳极氧化膜及聚乳酸涂层及工艺,发明专利,201210184704.X.(已授权)
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