可控降解镁合金与HA/β-TCP双相连续三维贯通复合材料的构建与性能研究

镁合金和双相磷酸钙陶瓷（HA/β-TCP）都是理想的骨组织工程材料。但镁合金的主要局限是降解速度太快,HA/β-TCP的低强度和低韧性也使其在骨缺损修复方面的应用受到限制。本项目旨在结合二者优势，构建镁合金与HA/β-TCP复合材料体系，实现性能上的相互取长补短。首先合成具有不同成分和孔结构的多孔HA/β-TCP，再利用自制的真空吸铸仪向其中吸铸入分别含Ca、Zn、Sn、Y、Zr无毒元素的二元镁合金液制备双相连续三维贯通复合材料体系。设计并改变复合材料成分配比方案和内部结构，考察其凝固特性、界面反应、力学性能和磨损性能，研究在不同生理溶液中的体外腐蚀行为与离子溶出规律，评价细胞毒性和血液相容性，最终建立镁合金与HA/β-TCP复合材料成分、结构与力学性能、耐磨性能、腐蚀行为和生物相容性之间的内在联系，为设计和开发新型生物医用骨组织工程材料提供指导性原理和试验依据。

项目首先采用液相沉淀法合成了β-TCP和HA粉末，再以聚氨酯泡沫为模板，采用有机泡沫浸渍法制备了不同HA/β-TCP比例的多孔HA+β-TCP。然后利用自制的真空吸铸仪，分别将Mg-Ca、Mg-Y、Mg-Sn和Mg-Zn合金吸入多孔HA+β-TCP中制备镁合金基复合材料体系。重点研究复合材料的相组成、微观结构、力学性能、耐腐蚀性能和体外生物相容性。. 研究结果表明：制备的多孔HA+β-TCP具有三维通孔结构，孔隙率在92%左右。多孔HA+β-TCP在SBF溶液中浸泡10天和20天后，未发生显著降解。制备的几种复合材料为互穿网络结构，基本实现了镁合金在多孔HA+β-TCP宏孔和微孔中的充分渗透。HA/TCP配比对金属-陶瓷的界面结合有一定的影响，随着HA比例的升高，金属对陶瓷的润湿性能下降。. (HA+β-TCP)/MgCa复合材料的压缩强度高于多孔HA+β-TCP的500-1000倍，为MgCa合金的 1/4-1/2。复合材料的耐腐蚀性能好于MgCa 基体合金的，而且在整个浸泡过程中，复合材料中镁合金不断降解，但多孔陶瓷支架仍然存在，这种多孔结构可以为细胞的增殖和分化提供条件。当HA的含量低于50%时，复合材料的溶血率都在生物材料溶血率的允许范围之内。100%浸提液的复合材料细胞毒性为Ⅱ级。而对于50%和10%浸提液，细胞生存能力明显改善，细胞毒性为Ⅰ级。. HA+β-TCP与Mg-Y、Mg-Sn和Mg-Zn形成的复合材料的压缩强度介于114MPa和196MPa之间，基本可以满足对植入材料强度的要求。这几种复合材料的腐蚀倾向均低于其相应合金的。复合材料表现出了多种腐蚀机制：对于(HA+β-TCP)/Mg-2Y系列复合材料，不论HA/β-TCP配比如何变化均表现为点蚀、缝隙腐蚀和晶间腐蚀的共同作用，因而耐蚀性能较差；而对于(HA+β-TCP)/Mg-5Sn和(HA+β-TCP)/Mg-3Zn系列复合材料，当HA/β-TCP配比较低时，腐蚀以陶瓷-金属融合区的点蚀为主；配比稍高时则耐蚀性能较好；当配比达到50/50时则主要表现为严重的缝隙腐蚀。. 几种复合材料的力学性能和耐腐蚀性能可以通过控制HA的量调整，除了(HA+β-TCP)/Mg-2Y外，其它几种复合材料都有做为新型医用材料的可能。