【摘要】：鎂合金具有可降解性、良好的生物相容性和力學(xué)相容性、骨誘導(dǎo)作用等,近年來成為骨植入材料的研究熱點。但是,鎂合金降解速率過快,與骨愈合速率不匹配,在骨損傷未完全愈合時,鎂合金由于降解導(dǎo)致力學(xué)性能迅速衰減而無法起到支撐作用,從而致使植入失敗。因此,解決鎂合金降解速率與骨愈合速率不匹配的問題將是鎂合金大規(guī)模投入臨床醫(yī)用的關(guān)鍵。本文采用課題組自主開發(fā)的力學(xué)性能和耐蝕性能良好的Mg-Zn-Y-Nd-Zr擠壓態(tài)合金,首先對其在體外SBF中和體內(nèi)SD大鼠脛骨骨髓腔內(nèi)的降解行為及由于降解而導(dǎo)致的力學(xué)性能的變化進行研究,以了解鎂合金的力學(xué)性能演變規(guī)律;而后研究了其在SBF中的應(yīng)力腐蝕斷裂行為,以考察本文所用鎂合金的應(yīng)力腐蝕斷裂敏感性;最后研究了該合金在流動的SBF中軸向循環(huán)壓應(yīng)力下的降解行為并驗證了軸向循環(huán)壓應(yīng)力對骨愈合的促進作用。該研究為解決鎂合金的降解速率與骨愈合速率不匹配的難題提供了新的解決思路。(1)鎂合金在SBF中浸泡不同時間的降解產(chǎn)物的形狀都是塊狀的,降解產(chǎn)物中均含有C、O、Ca、P、Mg、Zn、Nd元素,浸泡前14d內(nèi),鎂合金表面的點蝕坑尺寸相對較小、分布均勻,抗拉強度和延伸率與未浸泡的參照樣相比沒有出現(xiàn)明顯的下降,浸泡14d后抗拉強度和延伸率分別下降17.4%和17.6%,浸泡21d后鎂合金表面的小點蝕坑發(fā)展成為尺寸更大、深度更深的腐蝕坑,由此導(dǎo)致其力學(xué)性能迅速衰減,浸泡28d后腐蝕坑進一步擴大,浸泡28d后抗拉強度和延伸率分別下降了 24.8%和60%。斷裂類型由前14d的韌性斷裂為主的混合型斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榻?1d和28d后的準(zhǔn)解理斷裂為主的混合型斷裂。(2)鎂合金在SD大鼠骨髓腔內(nèi)的降解與在SBF中相比更加均勻,植入28d后表面仍未見大的腐蝕坑,其降解速率比在體外SBF中的小3到5倍,最大彎曲載荷隨植入時間的延長而逐漸均勻的減小,植入28d后下降39.8%。(3)本文所用Mg-Zn-Y-Nd-Zr擠壓態(tài)合金在SBF中對應(yīng)力降解斷裂敏感性不高,作為骨植入材料在植入期間無需重點防護其應(yīng)力腐蝕斷裂。(4)軸向循環(huán)壓應(yīng)力沒有改變鎂合金在SBF中的降解產(chǎn)物形貌;在前14d應(yīng)力對鎂合金降解速率的影響較大,21d后影響減弱;實驗28d后,三個應(yīng)力(1500με、3000με、4500με)下鎂合金的抗拉強度分別下降了 25.5%、38.3%和29.4%,延伸率分別下降了58.6%、69.3%和65.6%。(5)將鎂合金骨髓針植入到SD大鼠脛骨骨折部位,不受力組術(shù)后28d骨折線仍清晰可見,愈合緩慢,而受力組術(shù)后7d已有明顯的骨痂生成,骨折線模糊,隨著受力時間的累積,骨痂進一步生長,應(yīng)力促進了骨折的愈合。本研究從提高骨愈合速率的角度出發(fā),采用施加應(yīng)力的手段來解決鎂合金的降解速率與骨愈合速率不匹配的問題,為鎂合金的臨床應(yīng)用提供了新的解決思路,并為在模擬生理應(yīng)力下鎂合金的降解提供了理論指導(dǎo)。
【圖文】：

２．１．１拉伸試樣的制備逡逑采用課題組自主開發(fā)的Ｍｇ－Ｚｎ－Ｙ－Ｎｄ－Ｚｒ擠壓態(tài)合金，標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣的尺寸逡逑如圖２．１所示，試樣機加工好后，用１００＃至１０００＃砂紙依次打磨，打磨完成后用逡逑拋光劑拋光，然后在無水乙醇中超聲清洗５ｍｈ，清洗后用去離子水沖洗，之后逡逑在真空干燥箱中干燥后備用。逡逑ｎ邐＾邐４——逡逑ｉ－ｌ邐廣邐＾邐逡逑＾邐３０邐＾邐＾邐３０邐＾邐１逡逑圖２．１拉伸試樣尺寸圖逡逑２．１．２疲勞試樣的制備逡逑用于循環(huán)壓應(yīng)力實驗的標(biāo)準(zhǔn)疲勞試樣的尺寸如圖２．２所示，其處理方式與逡逑２．１．１節(jié)相同，處理后備用。逡逑「Ｉ邐１邋邐＾邐！逡逑５邐二邋Ｉ邐Ｉ邋二爸逡逑Ｊ＿ｌ邐＾邐逡逑＾邐３０邐＾邐２０邋ｔ逡逑圖２．２疲勞試樣的尺寸圖逡逑２．１．３骨髓針的制備逡逑骨髓針用線切割機沿著擠壓方向切成直徑１．１＿、長度５５ｍｍ的試樣，其逡逑處理方式與２．１．１節(jié)相同，處理后備用，動物實驗試樣尺寸如圖２．３所示。逡逑＇邋１２逡逑

２．４慢應(yīng)變速率拉伸實驗逡逑考察鎂合金的應(yīng)力腐蝕斷裂（ＳＣＣ）的敏感性。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ／Ｔ邋１５９７０．７－逡逑２０００《金屬和合金的腐蝕應(yīng)力腐蝕試驗》實施實驗。試樣尺寸如圖２．１所示，，逡逑除標(biāo)距段其余部分用硅膠封裝，以保證只有標(biāo)距段與ＳＢＦ接觸，避免其他因素逡逑對實驗的影響。ＳＢＦ的溫度設(shè)定在３７°Ｃ，為了模擬體內(nèi)生理介質(zhì)的流動特性，逡逑用蠕動泵使ＳＢＦ持續(xù)的動態(tài)循環(huán)，同時還能避免ｐＨ值在標(biāo)距段的局部累積上逡逑升。使用ＭＴＳ伺服液壓實驗機進行慢應(yīng)變速率拉伸測試。實驗裝置如圖２．４所逡逑示。拉伸速率為１．２５Ｘ１０－Ｖ１和ｌＪＳｘｌＯ－Ｖ１，直到將試樣拉斷停止實驗，記錄逡逑試樣的抗拉強度和延伸率。在空氣中以相同的拉伸速率進行測試，與ＳＢＦ中的逡逑１４逡逑
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R318.08;TG146.22

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