臨床生物醫(yī)用金屬材料現(xiàn)狀

    鈦合金、316L不銹鋼和Co-Cr合金作為體內(nèi)植入的主流生物醫(yī)用金屬材料，在臨床已得到普遍應(yīng)用。但是，這些金屬生物材料由于腐蝕，磨損以及本身的性質(zhì)限制了實際使用。

    為何我們青睞鎂合金？

    與已用于臨床的金屬材料相比，鎂合金具有良好的生物兼容性，鎂本身也是人體新陳代謝所必需的，其彈性模量與人骨相差不多，而密度與人骨密度非常接近。所以鎂合金具備其他醫(yī)用金屬材料所不具備的特點。

   “白璧微瑕”的鎂合金材料

    鎂的化學(xué)性質(zhì)十分活潑，致使其耐蝕性較差，特別是在人體生物環(huán)境下更易被腐蝕。由于鎂合金在人體內(nèi)腐蝕過快，產(chǎn)生大量氣體，嚴重限制鎂合金在生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用。惟有較好的解決鎂合金耐蝕性的相關(guān)問題，才能消除鎂合金在該領(lǐng)域的發(fā)展阻力。

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    既然要尋找對策，我們首先應(yīng)當了解鎂合金的腐蝕究竟是如何發(fā)生的。在人體生理環(huán)境中，鎂容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕其反應(yīng)是：

  從上述化學(xué)式中，我們可以得到這樣兩個信息：

    1. 鎂比一般金屬的標準電極電勢低，鎂合金本身可以構(gòu)成原電池，鎂為陽極，其他合金化元素或微量雜質(zhì)元素為陰極，從而引起電化學(xué)腐蝕。

    2. 在大氣或溶液（這里是指人體中的水分）中，鎂合金表面形成的膜很薄且多孔，對鎂合金基體的保護作較差好，鎂合金易受到腐蝕。

    既然已經(jīng)得到了如上信息，則我們能夠從以下幾種方式改進其耐蝕性。

    純化鎂合金

    具體方法為改進冶煉工藝，高純度的原料選擇，鎂合金熔體凈化（去除雜質(zhì)和合金）。

    合金化處理

    在鎂中添加合金元素可以提高鎂的耐蝕性，但向生物醫(yī)用鎂合金中添加的元素必須具有良好的生物相容性；必須考慮合金對人體安全性，使用無毒或低毒的合金。

    由于Ca，Zn和Mn元素是必要的人體代謝元素，可以提高鎂合金的耐腐蝕性能，而且具有良好的生物相容性，是鎂合金的首選要素。而稀土元素可以進入鎂合金表面使其更加穩(wěn)定，從而提高鎂合金的耐蝕性。

    熱處理

    熱處理對鎂合金的腐蝕影響很大，常用的熱處理方法是均勻固溶熱處理，固溶時效熱處理和時效熱處理。

    鎂合金設(shè)計及工藝改進

    合理的鎂合金設(shè)計是提高鎂合金耐蝕性的重要方法，通過調(diào)整合金之間的比例，使不同合金發(fā)揮其優(yōu)良性能，盡量降低有害影響。近年來，激光熔覆技術(shù)和鎂合金復(fù)合材料技術(shù)有也所發(fā)展。

    對于改進過后的鎂合金，我們可以用腐蝕速度作為測量其耐蝕性的主要依據(jù)，也是鎂合金腐蝕評價的重要標準。常用于測量鎂合金腐蝕速度方法有標準失重方法、電化學(xué)方法。由于鎂合金在腐蝕過程中會析出氫氣，因此氫氣測量法也常用于鎂合金耐腐蝕性能的研究。而堿性測量、鎂離子檢測等方法測量鎂合金腐蝕速度僅適用于pH值與鎂離子的濃度都較低的溶液中。另外，腐蝕形貌觀察與腐蝕產(chǎn)物表征也經(jīng)常用作鎂合金耐蝕性的探究。

    在鎂合金耐腐蝕性能的研究中，為了避免單一方法測量造成的不準確性，可以采用多種方法相結(jié)合測量其腐蝕速度，將結(jié)果互相驗證補充，以便于可以準確可靠地表達出鎂合金耐腐蝕性能的差別。

    由于鎂合金優(yōu)異的自身性能，其成為生物醫(yī)用材料方面的一塊“美玉”，而其自身的耐蝕性問題則使這塊“美玉”稍顯瑕疵。如果通過我們后續(xù)的處理能夠解決這一問題，相信這塊“美玉”將會在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域綻放出自己的光彩。

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責任編輯：王元

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