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AZ31镁合金具有良好的生物相容性,生物安全性,其生物力学性能更接近天然骨组织,可在体液环境中发生腐蚀而被降解吸收,在骨修复和心血管植入材料领域展现了巨大的潜在应用前景。AZ31合金在临床应用中已经取得了良好的治疗效果。然而,之前有关AZ31的研究基本上都是在模拟正常体液的条件下进行的,而很少考虑发生病变的特殊体质患者(比如糖尿病患者,高尿酸患者和高乳酸血症患者)的情况。研究AZ31合金在特殊体液条件下的腐蚀行为,对确定合金是否适合这些特殊体质的人群,以及如何根据需要改变材料设计和防护,对AZ31合金的合理有效使用具有重要的指导意义。本文对AZ31合金在不同血糖,乳酸和尿酸浓度的模拟体液中的腐蚀行为进行了研究。采用XRD、EDX、XPS、SEM等手段对腐蚀产物及浸液前后的表面形貌变化进行了表征,并对腐蚀过程进行了电化学分析和浸渍腐蚀试验。结果表明:(1)在生理盐水中研究血糖浓度对AZ31镁合金腐蚀行为的影响。以无糖生理盐水为空白对照,葡萄糖浓度研究范围分别为正常人体的1gdm-3,高血糖患者的2gddm-3和4gdm-3。浸渍初期,AZ31镁合金在生理盐水中具有很高的腐蚀速率(20.99mmy-1)。实验发现,葡萄糖对镁合金腐蚀的影响具有时间依赖性。随着葡萄糖浓度的增加,镁合金的阳极过程受到抑制,AZ31镁合金腐蚀速率明显下降。葡萄糖浓度在4gdm-3时,合金的腐蚀速度为8.99mmy-1,虽然比不含葡萄糖的溶液有明显降低,但仍具有较高的腐蚀速率。这表明,吸附在镁合金表面的葡萄糖能够在一定程度上抑制腐蚀的发生。长期浸渍时,空气中的C02会进入溶液,导致腐蚀产物成分发生变化,有碱式碳酸盐(Mg2(OH)2CO3 3H2O和Mg2(OH)2CO3 4H2O)生成,但含量较少。镁合金表面腐蚀层经过长时间积累,会导致腐蚀速率明显降低(2.02 mm y-1)。研究表明,葡萄糖的加入会影响腐蚀产物的成核和生长,促进碱式碳酸盐的生成,增加CO2的溶解,从而导致溶液pH下降。实验显示,随着葡萄糖含量的增加,AZ31镁合金腐蚀速度先减慢后加快。在葡萄糖浓度为1 g dm-3的正常范围内,AZ31合金的腐蚀速度降低至1.43 mmy-1。随着葡萄糖浓度的增加,表面腐蚀层变得疏松,对材料的保护能力变弱,导致AZ31合金的腐蚀速率增加(1.74 mm y-1)。整体而言,在生理盐水中,葡萄糖对AZ31镁合金的腐蚀影响相对较弱。(2)在汉克生理盐水溶液液中(Hank’s balanced salt solution,HBSS)研究了血糖浓度对AZ31镁合金腐蚀行为。葡萄糖浓度研究范围分别为0 g dm-3,正常人体的1gdm-3,高血糖患者的2gdm-3和4gdm-3。研究发现,镁合金在无糖汉克生理盐水溶液中的腐蚀速度最高(0.44 mmy-1)。随着葡萄糖浓度的增加,合金腐蚀速度下降。当葡萄糖浓度为4 g dm-3时,合金具有最低腐蚀速率(0.29 mm y-1)。分析发现,在镁合金表面(Ca8H2(PO4)6 5H2O)和(Ca10(PO4)6(OH)2)等产物的生成,能明显抑制腐蚀的发生。总之,在汉克生理盐水体液中,葡萄糖能够有效抑制镁合金的腐蚀,这与葡萄糖能够促进Ca-P化合物在镁合金表面生成有关。(3)在HBSS溶液中研究了乳酸浓度对AZ31镁合金腐蚀行为的影响。乳酸浓度研究范围分别为0 mmol dm-3,2 mmol dm-3,4 mmol dm-3,8 mmol dm-3 和16 mmol dm-3。研究发现,在浸渍初期,随着乳酸浓度的增加,镁合金的腐蚀速度增加。镁合金在含2 mmol dm-3具有最低的腐蚀速度(1.703 mm y-1),随着乳酸浓度增加,腐蚀速度增大。当乳酸浓度为16 mmol dm-3,腐蚀速度最高(37.581 mm y-1)。随着浸渍时间的延长,乳酸被消耗后,由于表面腐蚀产物的形成,镁合金的腐蚀受到抑制。研究表明,随着模拟体液中乳酸浓度的增加,溶液pH降低,从而加速AZ31镁合金的腐蚀。乳酸能够显著影响AZ31镁合金的电化学行为。(4)在无葡萄糖的汉克生理盐水溶液(Hank’s balanced salt solution without glucose,HBSSWG)中研究了尿酸浓度对AZ31镁合金腐蚀行为影响。乳酸浓度研究范围分别为 0 mmol dm-3,0.2 mmol dm-3,0.4 mmol dm-3,0.6 mmol dm-3和0.8 mmol dm-3。研究显示,在浸渍初期,随着尿酸浓度的增加,AZ31镁合金的腐蚀速度先降低后增加。当尿酸的浓度不超过0.6 mmol dm-3时,AZ31镁合金腐蚀受到明显的抑制,腐蚀速率降低至1.57 mm y-1。继续增加尿酸的浓度为0.8 mmoldm-3,镁合金合金腐蚀明显加快,腐蚀速率升高到3.88 mmy-1。分析表明,2,6,8—三羟基嘌呤离子有利于表面膜层的形成,尿酸会抑制AZ31镁合金阳极过程。尿酸能够显著影响AZ31镁合金的电化学行为。