吸附蛋白/腐蚀产物层生成行为对镁合金腐蚀降解的阻滞作用

生物腐蚀在镁及其合金体内降解过程中起重要作用，其主要受生物环境中的无机与有机成分的影响。最近研究表明，在血浆中含量为60～80 g/l的血浆蛋白阻滞镁及镁合金的腐蚀，但其阻滞作用机制尚不明确。本研究拟建立含蛋白质生物生理环境，探讨腐蚀产物生成过程中蛋白质与镁合金的相互作用对镁合金腐蚀降解的阻滞机制，内容包括：（1）在镁合金腐蚀降解过程中，蛋白质在其表面/界面的吸附行为；（2）已吸附蛋白膜层与腐蚀产物生成的相互关系，并建立镁合金腐蚀不同阶段的吸附蛋白/腐蚀产物层的生成模型；（3）利用现代电化学研究手段，探究吸附蛋白作用下镁合金腐蚀的产生和发展规律、吸附蛋白/腐蚀产物层的稳定性和阻挡效应，揭示吸附蛋白/腐蚀产物层生成行为对镁合金腐蚀的阻滞作用，进而阐明蛋白质阻滞镁合金腐蚀降解的作用机制。本项目的研究可以丰富镁合金的生物降解机理，为镁合金植入材料的应用开发提供基础实验依据和理论基础。

针对蛋白质阻滞医用镁及镁合金腐蚀降解的科学问题，应用材料学、化学等理论与现代电化学腐蚀测试技术对蛋白质作用下医用镁及镁合金的体外腐蚀降解行为规律、吸附蛋白/降解产物层的生成行为对镁合金腐蚀的阻滞作用进行了实验研究与理论分析。实验选用了铸造纯镁（4N），AZ91D，AZ31及Mg-Ca镁合金，蛋白质选用了牛血清白蛋白（Bovine Serum Albumin，BSA）、牛血清纤维蛋白原（Fibrinogen from bovine plasma，FIB）及胎牛血清（Fetal Bovine Serum, FBS）。研究结果表明：在静态模拟生物生理环境中，BSA和FIB加入蒸馏水均能促进纯镁和AZ91D镁合金的腐蚀，且浓度越高作用越强。BSA或FIB在磷酸盐缓冲液(pH=7.3)中的存在会抑制纯镁的腐蚀，且随着两者浓度的增大，抑制作用增强。在Hank’s溶液的pH值在5.0~7.5变化时，纯镁与AZ31镁合金的腐蚀速率逐渐降低；当BSA加入后，在pH值小于6.0时，BSA的添加可显著降低纯镁与AZ31镁合金的腐蚀速率，且随着BSA浓度的提高（0.05~5 g/L），效果更加显著；在pH值高于6.0时，相同浓度的BSA添加抑制试样腐蚀的效果更加显著。在充O2的模拟环境中，BSA的添加对纯镁腐蚀行为的影响较小，但在充CO2的模拟环境中，BSA的添加会在一定程度上促进纯镁的腐蚀。当在模拟体液中同时加入BSA与FIB时，纯镁与AZ31镁合金在含1.0g/L FIB模拟体液中的腐蚀速率随着BSA浓度的增大而升高。在动态模拟生物生理环境（流速设为0.5 ，1.0 m/s）中，BSA或FBS的加入在一定程度上加速了AZ31与Mg-Ca镁合金的腐蚀速率。在充CO2的动态模拟体液环境中，BSA的添加会使得AZ31与Mg-Ca镁合金在饱和二氧化碳溶液中的腐蚀倾向出现一定程度的下降。.在模拟体液中，BSA、FIB或FBS的存在不会影响镁合金腐蚀类型与表面腐蚀产物的成分。在蒸馏水中，腐蚀产物主要为Mg(OH)2；在含有Cl-，HPO42-的溶液中，腐蚀产物层主要含有Mg, O, P元素，主要为Mg(OH)2与Mg3(PO4)2；在充CO2的Hank’s模拟体液中，镁合金腐蚀产物的主要成分构成为：Mg(OH)2，(Mg,Ca)CO3和Ca2Mg(PO4)2•2H2O。但上述有机成分的存在会通过影