AZ91D镁合金微弧氧化表面改性及生物相容性研究

论文摘要

镁是一种特别的轻金属。密度是1.74 g/cm3,比铝和铁密度少1.6和4.5倍,与人体的密质骨密度（1.75g/cm3）极为接近。镁的抗折裂韧性比陶瓷生物材料如羟基磷灰石高,同时其弹性系数和压缩屈服强度相比其他常用的金属种植体更接近天然骨。此外,镁是人新陈代谢所必需的并且为骨组织中的主要组成成分。它是人体中第四丰富的正离子,一个正常的70kg成年人估计有1 mol Mg2+,大约有一半存在于骨组织中。镁是众多酶的共同因子,可稳定DNA及RNA结构。由于在骨组织中的功能作用及为骨组织的天然成分,镁可能对新生骨组织的生长有刺激作用。因此,镁及其合金被认为可作为一种轻金属、超负荷及良好生物相容性的骨植入材料。但是,镁及镁合金的化学性能活泼,耐蚀性差,必须作适当的表面改性处理才可满足长期植入材料的使用。微弧氧化（micro-arc-oxidation,MAO）技术可在金属表面形成致密多孔、耐腐蚀、耐磨损、与基体结合良好的薄氧化陶瓷层,是一种很有希望的医用金属植入体表面生物改性技术。本课题首次将AZ91D镁合金引入口腔植入材料领域的研究,采用微弧氧化技术对镁合金表面进行生物学改性,并对其微观结构、相组成、耐蚀性及生物相容性进行了研究,为其临床应用提供依据。第一部分AZ91D镁合金微弧氧化表面改性后微观结构观察及耐腐蚀性能检测目的:研究AZ91D镁合金微弧氧化表面改性后的微观结构及改性后的耐腐蚀性能,探讨其作为骨植入材料的临床应用前景。方法:采用微弧氧化方法对AZ91D镁合金表面改性,扫描电镜（scanning electron microscope,SEM）、X射线衍射仪（X-ray diffraction,XRD）分析改性后的合金表面形貌、物相组成。采用浸泡实验及电化学腐蚀实验评价其耐腐蚀性能。结果:AZ91D镁合金微弧氧化陶瓷膜SEM观察表面粗糙多孔,类似于“火山口”。XRD图谱分析可见微弧氧化陶瓷层中主体相为Mg0.36Al2.44O4、MgAl2O4、Mg3Al2Si3O12、Al12Mg17等含硅的尖晶石型氧化物和不含硅的镁、铝复合氧化物。浸泡实验21 d内未处理试件失重是微弧氧化试件的15倍,而电化学腐蚀实验中,微弧氧化处理将AZ91D镁合金在Hank’s溶液中的开路电压由-1.5786 V提高到-0.4301V,腐蚀电流密度I0由0.0287 A/cm2降低到2.0456×10-7A/cm2。结论:微弧氧化AZ91D镁合金表面形态适合骨植入材料,微弧氧化陶瓷层能有效的提高镁合金基体在模拟人工体液中的耐腐蚀性能。第二部分微弧氧化AZ91D镁合金的细胞毒性评价目的:评价AZ91D镁合金表面应用微弧氧化技术改性后的细胞毒性。方法:采用微弧氧化技术对AZ91D镁合金试件表面改性,制备试件的100%、50%及25%的浸提液,体外培养小鼠成纤维细胞L929细胞1 d、3 d、5 d后,测定吸光度值（OD值）,并计算细胞相对增殖率,以6级毒性分类法评级,采用单因素方差分析法对各实验组及对照组的OD值进行统计学分析,显微镜观察细胞的生长状况。结果:各观察期细胞生长良好,形态正常,表面改性镁合金材料的细胞毒性为0～1级。结论:微弧氧化表面改性后的AZ91D镁合金无明显的细胞毒性。第三部分微弧氧化AZ91D镁合金的全身毒性作用评价目的:评价AZ91D镁合金表面应用微弧氧化技术进行改性后的生物安全性,为其临床应用提供依据。方法:参照GB/T 16886技术报告相关标准,对微弧氧化AZ91D镁合金的分别进行SD大鼠急性毒性实验、AMES实验、皮肤致敏实验、溶血实验及口腔黏膜刺激实验,评价该材料的生物相容性。结果:微弧氧化AZ91D镁合金急性毒性实验结果无毒;微生物回复突变实验结果为阴性,不具有点突变诱变性;无明显的致敏作用;溶血率为1.10%,口腔黏膜刺激实验未见异常组织学反应。结论:微弧氧化AZ91D镁合金具有良好生物相容性,安全无毒。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 前言
• 正文
• 第一部分 AZ91D镁合金微弧氧化表面改性后微观结构观察及耐腐蚀性能检测
• 材料与方法
• 结果
• 分析与讨论
• 第二部分 微弧氧化AZ91D镁合金的细胞毒性评价
• 材料与方法
• 结果
• 分析与讨论
• 第三部分 微弧氧化AZ91D镁合金的全身毒性作用
• 实验一 急性全身毒性实验（经口途径）
• 实验二 溶血实验
• 实验三 致敏实验
• 实验四 口腔私膜刺激实验
• 实验五 AMES实验
• 参考文献
• 全文小结
• 附录
• 致谢
• 文献综述
• 参考文献