骨内植入用可降解镁合金中第二相物质的生物降解及生物相容性研究

The second phases,as a kind of strengthening factor, largely existing in magnesium alloys, are also applied widely in biodegradable magnesium alloys. Generally, in most magnesium alloys, the corroion potential of the second phase is higher than that of Mg matrix, which makes it possible that when the Mg matrix degrades to be disappeared the second phases still exist. In addition, the second phases have high alloying elements contents, which makes it possible that the biological properties of the second phases are different with those of Mg matrix. So bsed on the above analysis in this project, the biodegradable and biological porperties of the second phases in magnesium alloys will be studied, which will help to utilize and control the second phases with reason, and enrich the knowledge of the biodegradation and biosafety of magnesium alloys, promoting the development and clinical application of the magnesium alloys as novel biodegradable metal materials. Typical biodegradable magnesium alloys used for bone implants will be adopted, the in vitro and in vivo degradation behaviors of the second phases when and after the Mg matrix is disappeared, respectively, and the influencing factors of the second phases content, sizes and alloying elements composites on the biological properties of the second phases will be studied in detail.

第二相作为一种强化方式，大量存在于镁合金中，也被广泛应用于生物医用可降解镁合金中。一般认为，在大部分的镁合金中，第二相的腐蚀电位高于纯镁基体，因而对于医用可降解镁合金，在镁基体降解后第二相可能会依然存在。另外，第二相中的合金元素含量高，其生物学性能与纯镁可能会存在较大差异。因而本项目基于上述分析，对骨内植入用镁合金中第二相的生物降解和生物学行为进行研究，以便合理利用和调控镁合金中的第二相，进一步完善对镁合金的生物降解行为及生物安全性的认识，推动可降解镁合金这一新型医用金属材料的研究发展与临床应用。本研究选择有代表性医用镁合金作为研究对象，以骨内植入为应用背景，分别研究镁基体降解过程中和降解结束后两个阶段中第二相的体内外降解行为特征及相关机制；研究第二相含量、尺寸大小以及合金元素成分、含量等对第二相的生物安全性影响机制。

第二相作为一种强化方式，大量存在于镁合金中，也被广泛应用于生物医用可降解镁合金中。一般认为，在大部分的镁合金中，第二相的腐蚀电位高于纯镁基体，因而对于医用可降解镁合金，在镁基体降解后第二相可能会依然存在。另外，第二相中的合金元素含量高，其生物学性能与纯镁可能会存在较大差异。本项目采用热力学和动力学计算结合电化学和浸泡实验，研究了第二相在体液环境下的降解行为，证明第二相在体内依然可以发生降解，而且在炎性反应阶段，降解速度加快；研究了第二相的体外生物相容性，证明第二相具有低的溶血率、无细胞毒性、相对纯镁基体具有更好的细胞增殖作用但表现出低的细胞矿化能力。通过与巨噬细胞联合培养，证明与巨噬细胞相互作用时，第二相颗粒首先被细胞质包裹，然后吞噬细胞前驱体形成。吞噬体产生并与主要的溶酶体相融合，使得二次溶酶体形成。经过在二次溶酶体中发生的复杂的过程，一些第二相颗粒被分解，其它的称为残留物被排除。动物体内植入时，第二相对红细胞数量、血红蛋白、血小板无明显影响，但使得白细胞数量降低，第二相不会引起大鼠机体的系统性炎症反应，第二相对动物脏器没有负面影响，第二相植入部位临近组织出现不同程度的炎症细胞浸润，可能的原因为机体对外界异物（镁合金第二相）的非特异性反应。Mg41Nd5和Mg24Y5的炎症浸润程度明显高于MgZn和Mg2Ca，可能和植入的量有关系。本研究拓宽了人们对第二相在可降解镁合金中的作用认识，促进合理利用和调控镁合金中的第二相，从而为生物可降解镁合金的合金设计与制备加工提供理论依据，并能够进一步完善对医用镁合金的降解行为及生物学行为的认识，推动可降解镁合金这一新型医用金属材料的研究发展与临床应用。