[實用新型]一種鎂合金表面薄液膜電化學實驗裝置

有效

• 申請號: 201420387819.3
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN204027983U
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 曾榮昌;戚威臣;劉麗君
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N17/02
• 分類號: G01N17/02
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 毛勝昔

技術領域

本實用新型涉及一種表面薄液膜電化學實驗裝置，尤其涉及一種鎂合金表面薄液膜電化學實驗裝置，屬于電化學領域。

背景技術

生物醫用材料包括醫療上能夠植入生物體或能夠與生物組織相結合的材料，主要用于治療或替換生物機體中原有的組織和器官，以修正、補償或提高其功能。

在醫藥衛生領域內，生物可降解的醫用材料得到了大力開發，被廣泛應用于人體組織工程材料、體內縫合線、外科用正骨材料等，有著良好的應用前景。

生物醫用金屬材料要求具有以下性能，包括：良好的組織相容性，無毒性，不致畸致癌，不引起過敏反應和干擾機體的免疫，不破壞臨近組織等；物理化學性質穩定，強度、彈性、尺寸、耐腐蝕及耐磨性穩定；易于加工成型，能容易制成各種需要的形狀。

目前臨床應用的骨科內植入材料中，不銹鋼及鈦合金以良好的生物相容性、耐蝕性能和力學性能成為應用廣泛的材料。但是不銹鋼和鈦合金等現有金屬植入材料中存在一個普遍問題是與生物骨的力學相容性差。不銹鋼、鈦合金等的抗拉強度比天然骨高5倍以上，彈性模量更是高10倍以上。這樣的材料植入人體后可對局部骨組織產生很大的“應力遮擋”效應。由于基體骨所受應力刺激下降，骨改建出現負平衡，導致骨吸收增加，骨形成減少，誘發遮擋性骨質缺失。通常，植入材料與生物組織力學相容性差在醫學上會導致三種嚴重的后果：

(1)、植入材料周圍的原有生物骨脆弱化；

(2)、植入材料周圍的新生骨生長不良；

(3)、植入材料與生物骨間的界面出現應力集中，從而引起炎癥。

由此可見，植入材料的彈性模量和生物骨不能存在太大差異，研制力學與生物相容性更理想的骨科內植物材料是解決當前植入材料所存在問題的根本出路。同時不銹鋼、鈦合金接骨板、骨釘等植入體在骨組織痊愈后需通過再次手術取出，增加了患者的痛苦及醫療費用負擔。此外，目前臨床應用的血管支架主要以不銹鋼和鎳鈦合金為主。這些血管支架除了存在鎳離子溶出可能引起毒副作用外，還存在血管再狹窄和血栓、血管內膜增生、出現意外時無法進行血管再造術等弊端。

研究和開發高強韌且可以在生物體內降解的醫用材料成為上述領域(骨科內植物、血管內支架)的重要發展方向。鎂是目前所有金屬材料中生物力學性能與人體骨最接近的金屬材料。鎂合金的彈性約為45GPa，比目前廣泛應用的生物材料鈦合金(100GPa)更接近人骨的彈性模量(20GPa)，能有效降低“應力遮擋效應”，促進骨的愈合。同時鎂合金具有較高的屈服強度，可以承受較大的載荷，應用于骨組織承載部位、也可以應用于血管內支架，起到支撐血管的作用。鎂是人體內重要的營養元素之一，是人體內第4位金屬元素、細胞內僅次于K+的第2位的陽離子。

它催化或激活機體325種酶系，參與體內所有能量代謝。對肌肉收縮、神經運動機能、生理機能及預防循環系統疾病和缺血性心臟病有重要作用。世界衛生組織建議成人每天需要攝鎂量為280-300mg，少年兒童為250mg，嬰幼兒80mg。

鎂的排泄主要通過泌尿系統，鎂在人體內吸收不會導致血清鎂含量的明顯升高。因此，采用高強韌鎂合金作為醫用可降解生物材料具有良好的醫學安全性基礎，尤其適用于骨科內植物材料和血管內支架材料。

然而，鎂合金的耐蝕性能差，在氯離子存在的腐蝕環境中或者當介質的pH值小于11.5時，其腐蝕尤其嚴重。作為生物植入材料，鎂合金必須在服役期間嚴格滿足必要的力學與形態學要求，因此其腐蝕降解速率不宜過快。人體內環境的正常pH值在7.4左右，而且體液中存在大量的氯離子，加之人體內是一個復雜的腐蝕環境，這些都會造成鎂合金在人體內的腐蝕速率變化。目前可降解醫用植入鎂合金領域的研究主要集中在開發耐蝕性好且力學性能特別是塑性變形能力強的合金，而這兩點很難同時滿足。目前進入臨床應用的鎂合金骨科內植入材料存在強度低、降解過快的問題；而作為心血管支架的鎂合金存在塑性變形能力不夠、降解過快的問題。此外，目前研究的醫用鎂合金大多都含有Al元素，該元素不屬于人體的必需微量元素，被認為具有神經毒性，是導致早老性癡呆的因素，含Al的鎂合金在人體內耐受極限僅為1g/year。

鎂及鎂合金因其良好的生物相容性和骨誘導性是一種有前途的生物材料。生物醫用鎂合金植入體內后會緩慢降解，可以避免二次手術取出植入體帶來的痛苦和高昂的費用。鎂合金臨床應用的主要障礙是其低耐腐蝕性能，目前這一問題可以通過合金化和表面處理技術來降低鎂合金的腐蝕速率延長服役期限。