市售纯铌在模拟人体生理环境炎症条件下的腐蚀行为

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目前临床上应用的人体植入金属材料在体外模拟生理环境溶液中可表现出良好的耐蚀性,但实际服役过程中却出现氧化膜过厚、金属离子释放量大等腐蚀相关的现象,这被认为与手术创伤、植入异物所引发的炎症反应有关。在植入体周围经生物化学反应生成过氧化氢(H2O2)以及pH值的降低,致使环境的侵蚀性变得更加苛刻。铌作为阀金属,表面能够自发生成致密的钝化膜,其耐蚀性可与生物相容性良好的钛及其合金相比肩。因此,了解铌在炎症条件下耐蚀性的变化对于铌及其合金作为人体植入材料的应用十分重要。本文选择在生理环境下耐蚀性和生物相容性良好的市售纯铌(c.p.Nb),通过OCP测量、动电位极化、EIS测量研究其电化学行为,利用表面化学成分分析表征钝化膜的化学特性,观察不同条件下的腐蚀形貌。针对c.p.Nb在模拟人体生理环境无炎症条件下钝化膜的生长过程、炎症条件下耐蚀性的变化、炎症后恢复至正常体液条件下耐蚀性的恢复开展了初步的研究,得出以下结论:  (一)在0.9 wt.% NaCl溶液(pH=6.0)模拟的无炎症条件下,c.p.Nb表面钝化膜的生长表现为与时间相关的动力学过程。稳定态的钝化膜具有很强的保护性和稳定性,是以Nb2O5为主要成分、厚度约为8nm的单层致密膜。  (二)在0.9 wt.% NaCl+150 mM H2O2溶液(pH=5.0)模拟的炎症条件下c.p.Nb表面氧化膜能够维持钝化态,且钝化过程在短时间内即可达到稳定,其保护性和稳定性较好。钝化膜为单层致密膜,由稳定氧化物Nb2O5和氢氧化物组成,厚度约为5nm。对比无炎症条件,体液中H2O2的引入对c.p.Nb的耐蚀性有一定程度的损伤。  (三)炎症期后将样品重新浸泡于0.9 wt.% NaCl溶液(pH=6.0)中以模拟炎症消失后的恢复条件,c.p.Nb表面钝化膜的生长再次表现出随时间变化的动力学过程。稳定态钝化膜是由Nb2O5组成的、厚度约为13 nm的单层致密膜,具有很好保护性。对比发现,炎症消失后c.p.Nb的耐蚀性可以恢复,甚至比未经历炎症环境的耐蚀性有所提高。  c.p.Nb在模拟人体炎症条件下良好的耐蚀性显示出作为人体植入候选材料的潜力。
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