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随着人们生活水平不断提高,传统医用骨植入体材料不可降解需二次手术取出、易引起应力遮蔽效应等缺点日益显现。而医用镁合金由于其自发降解、可被人体吸收、力学性能良好等诸多优点,引起人们的广泛关注。但是,镁合金材料依然存有降解速率过快,生物相容性不足等缺陷。本文设计铸造了 Mg-2Zn-0.3Ca,Mg-2Zn-0.5Ca,Mg-3Zn-0.3Ca,Mg-3Zn-0.5Ca,Mg-3Zn-0.15Sr,Mg-3Zn-0.5Sr,Mg-3Zn-1Sr七种三元镁合金。通过组织结构、力学性能、电化学测试和体外模拟体液浸泡等检测方法比较评估,探讨了合金元素对合金各项性能的影响机制,并确定铸态均匀化处理后的Mg-2Zn-0.5Ca及Mg-3Zn-0.5Sr兼具良好的力学性能,生物相容性和耐蚀性。另外,制备了挤压态Mg-3Zn-0.5Sr合金并研究了挤压处理对合金组织结构、力学性能、耐蚀性的影响机制。结果表明,适量Zn,Ca元素的添加能够一定程度上细化镁合金晶粒。Sr元素对镁合金晶粒细化作用更为显著,但抗张强度及伸长率随Sr含量增添而减小。适量均匀分布的第二相对腐蚀起到一定阻碍作用,但过多的第二相会加剧电偶腐蚀。挤压态合金晶粒是细小的等轴晶,热挤压处理可以极大地细化晶粒,晶粒直径减小为铸态的十分之一,从而引起细晶强化,使得合金抗拉强度提高了一倍,达到250±12.5MPa;抗压强度也提高一倍多,达到146±8.3MPa;硬度和伸长率也得到较大提高,达到了自然骨中皮质骨所需的强度要求。然而挤压处理使合金中晶界增多,加速了晶间腐蚀。因而依然选取铸态Mg-2Zn-0.5Ca及Mg-3Zn-0.5Sr作为基体开展下一步研究。合金化对提高镁合金耐蚀性效果是有限的,本文接下来采取了微弧氧化(MAO)的表面处理方法对合金进行改性。以Mg-2Zn-0.5Ca合金为基体,将10g/L Na5P3O10,2g/LNaOH,10mL/L C3H8O3 作为基础电解液,选取 Na2WO4,NaF,K2TiF6,纳米羟基磷灰石(n-HA)四种不同的添加剂,每种添加剂确定三种浓度,设计了四因素三水平正交试验L9(34),在基体表面制备出自封孔含钛钙磷生物活性陶瓷膜层。研究各添加剂对膜层形貌,力学性能,相组成,耐蚀性,生物相容性的影响机理。结果表明Na2WO4,n-HA的加入可提高膜层与基体的结合强度,适量的NaF和K2TiF6促进了 MgF2的形成并增加了膜层厚度和稳定性。由于K2TiF6和n-HA的愈合封孔作用,样品耐蚀性显著提高。另外还探讨了膜层形成机理,确定添加剂的最佳组合为:0g/L Na2WO4,2.5g/L NaF,5g/L n-HA,5g/L K2TiF6。基于正交试验,在Mg-3Zn-0.5Sr合金表面制备了含银自封孔抗菌微弧氧化膜。电解液中添加了不同浓度的CH3COOAg(0,1,2,3 g/L)以探究添加剂对MAO膜层性能的影响。结果说明,在电解液中添加CH3COOAg导致纳米Ag2O和Ag2CO3相的形成,密封了膜层中的微孔,使膜层具有自封孔的特性,从而显著提高了样品的耐蚀性。膜层中存在的纳米级含银颗粒以及降解过程中逐渐释放的Ag+,分别起到了接触杀菌和释放杀菌作用,显示出对大肠杆菌的强大抗菌能力。经验证,添加2g/LCH3COOAg制备的样品具有最高的结合强度,致密均匀的结构,优异的耐腐蚀性,细胞相容性和抗菌性能,不会引起小鼠全身急性毒性反应。在此基础上本文通过层层自组装(LbL)方法在含银微弧氧化膜层表面制备了含A/W或TiO2的壳聚糖/肝素钠复合膜层,研究复合膜层的界面结合、体外和体内降解情况。通过控制循环制备LbL层的次数和LbL层中TiO2的含量实现灵活调控样品性能的目的,揭示循环次数和TiO2浓度对复合膜层的力学性能、耐蚀性、生物相容性等的影响规律,并探讨了复合膜层样品在模拟体液中的体外降解机理。研究结果表明,经过3次循环制备的LbL膜层样品有效地密封了 MAO膜层中的微孔,呈现出最均匀紧密的微观形貌,与MAO膜层间结合良好,表现出最佳耐蚀性。肝素钠层的叠加减缓了壳聚糖的溶胀作用,提高了复合膜层的耐蚀性,并有效抑制了血小板粘附,降低了凝血率,提高了血液相容性。TiO2的加入会增强膜层亲水性,促进细胞黏附,TiO2添加量为4g/L时细胞黏附数目最多,细胞相容性最佳,在SBF中浸泡15天过程中的腐蚀速率最慢,为5.03×10-6 g/(cm2·h),耐蚀性最佳。且降解过程中pH稳定,体现出良好的生物相容性和生物活性。所有复合膜层样品不会造成小鼠全身急性毒性反应。由Micro-CT数据可看出Mg合金组体内降解较快,28周后股骨内仍存在许多空腔,CS-4组降解相对较慢,骨组织愈合状况良好。AgAC-2和CS-4试棒植入大鼠股骨后骨质吸收较少,新骨形成和骨组织矿化量较多,膜层对基体起到了有效保护作用,减缓了降解,调节了 Mg2+释放速度,增强了成骨细胞活性,加速了新骨生成和组织愈合。骨组织及周围肌肉组织中没有明显炎症迹象。本文的研究极大地提高了镁基材料作为骨植入体的综合性能,为镁合金进一步的临床应用打下了坚实基础。