[發(fā)明專利]一種鎂合金靜壓應(yīng)力腐蝕電化學行為模擬實驗裝置及其實驗方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710040935.6
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106872349B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾榮昌;丁自友;戚威臣;崔藍月;殷正正;張芬;李碩琦;張偉偉;鄒玉紅
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N17/02
• 分類號: G01N17/02;G01N3/08
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 毛勝昔

本發(fā)明公開了一種鎂合金靜壓應(yīng)力腐蝕電化學行為模擬實驗裝置及其實驗方法，其中，模擬實驗裝置包括電解液槽、測試裝置、計算機終端和電化學工作站。其中，測試裝置放置在電解液槽內(nèi)；電解液槽內(nèi)的電解液由高精度蠕動泵強制循環(huán)蠕動。模擬實驗裝置整體結(jié)構(gòu)簡單，靜壓力可連續(xù)調(diào)節(jié)。其實驗方法通過調(diào)節(jié)測試裝置的螺桿，以對鎂合金試樣施加不同的靜壓應(yīng)力，并通過蠕動泵調(diào)節(jié)電解液的流速，在體外仿真性模擬生物體微環(huán)境，以進行開路電位、極化曲線、交流阻抗譜和電化學噪聲等一系列電化學測試操作，測試結(jié)果真實穩(wěn)定，重現(xiàn)性與再現(xiàn)性良好。本發(fā)明可充分滿足鎂合金在人骨微環(huán)境承受靜壓應(yīng)力的相關(guān)研究使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鎂合金腐蝕電化學行為模擬實驗裝置及其實驗方法，尤其涉及一種鎂合金靜壓應(yīng)力腐蝕電化學行為模擬實驗裝置及其實驗方法，屬于電化學領(lǐng)域。

技術(shù)背景

生物醫(yī)用材料包括醫(yī)療上能夠植入生物體或能夠與生物體組織相結(jié)合的材料，主要用于治療或替換生物機體中原有已損壞的組織和器官，以修正、補償或提高其功能。

在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域，可降解的醫(yī)用金屬材料得到了大力開發(fā)，被廣泛應(yīng)用于生物體組織工程材料、體內(nèi)縫合線、外科用正骨材料等，有著良好的應(yīng)用前景。生物醫(yī)用金屬材料要求具有以下性能：無毒，不致畸致癌，無過敏反應(yīng)和干擾機體的免疫，不破壞臨近組織；物理化學性質(zhì)穩(wěn)定，強度、硬度及彈性滿足實際需求、耐蝕性及耐磨性穩(wěn)定；加工成型性優(yōu)良，容易制成需要的各種形狀；同時，可降解的醫(yī)用金屬材料在滿足植入材料的以上的性能，還應(yīng)在降解性能上與生物體良好相容：即降解的同時，滿足植入材料的本身力學性能要求，又不會對生物體產(chǎn)生不良反應(yīng)，降解產(chǎn)物無毒無害并能及時排除生物體。

目前臨床應(yīng)用的骨科內(nèi)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(yīng)用廣泛的材料。

但是，不銹鋼和鈦合金等現(xiàn)有金屬植入材料中存在一個普遍問題是與生物體骨組織的力學相容性差，材料植入人體后可對局部骨組織產(chǎn)生很大的“應(yīng)力遮擋”效應(yīng)。骨組織所受應(yīng)力刺激下降，骨改建出現(xiàn)負平衡，導(dǎo)致骨吸收增加，骨形成減少，誘發(fā)遮擋性骨質(zhì)缺失。

通常，植入材料與生物組織力學相容性差在醫(yī)學上會導(dǎo)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(xiàn)應(yīng)力集中，從而引起炎癥。

不銹鋼、鈦合金制骨板、骨釘?shù)戎踩塍w內(nèi)在骨組織痊愈后需通過再次手術(shù)取出，增加了患者的痛苦及醫(yī)療費用負擔。此外，目前臨床應(yīng)用的血管支架主要以不銹鋼和鈦鎳合金為主，這些血管支架除了存在鎳離子溶出可能引起毒副作用外，還存在血管再生狹窄和血栓、血管內(nèi)膜增生、出現(xiàn)意外時無法進行血管再造術(shù)等弊端。

由此可見，醫(yī)用金屬材料的彈性模量和生物體骨組織存在的差異要控制在一定范圍之內(nèi)，研究和開發(fā)力學相容性與生物相容性更理想的醫(yī)用材料成為上述領(lǐng)域(骨科內(nèi)植物、血管內(nèi)支架)的重要發(fā)展方向。鎂及鎂合金因其良好的生物相容性和骨組織誘導(dǎo)性是一種有前途的生物材料，力學性能與人體天然骨最接近，能夠有效降低“應(yīng)力遮擋效應(yīng)”，促進骨組織的愈合。同時鎂合金具有較高的屈服強度，可以承受較大的載荷，應(yīng)用于生物體骨組織承載部位、也可以應(yīng)用于血管內(nèi)支架，起到支撐血管的作用。鎂是人體重要的營養(yǎng)元素之一，第4位金屬元素，細胞內(nèi)僅次于K⁺的陽離子；鎂元素參與催化或激活生物體325種酶系，參與體內(nèi)所有能量代謝，對肌肉收縮、神經(jīng)運動機能、生理機能及預(yù)防循環(huán)系統(tǒng)疾病和缺血性心臟病有重要作用；鎂合金植入體內(nèi)后會緩慢降解又不會導(dǎo)致血清鎂含量的明顯升高，其排泄主要通過泌尿系統(tǒng)，且可以避免二次手術(shù)取出植入體帶來的痛苦和高昂的手術(shù)費用，極大降低手術(shù)風險。因此，采用生物、力學相容性良好的鎂合金作為醫(yī)用可降解生物材料具有醫(yī)學安全性基礎(chǔ)，尤其適用于骨科內(nèi)植物材料和血管內(nèi)支架材料。