Mg-Ca-Sr合金的腐蚀降解及其降解产物的生物学效应

Sr是人体的微量元素，可促进骨形成，抑制骨吸收。前人工作发现：口服含Sr的药物可治疗骨质疏松，含Sr-HA 骨水泥可促进骨细胞粘附和矿化，有利于骨生长和整合。本课题拟在前期基金项目（30670560）所发展出的Mg-Ca合金（Biomaterials 29 (2008)1329-1344）中添加元素Sr，设计并制备出新型Mg-Ca-Sr 体系可降解金属材料，考察其冷热加工性能和力学性能，研究其在体外和体内多种生理环境下的腐蚀降解行为与相关机制，探明其化学成分、加工状态、腐蚀介质与腐蚀方式之间的关系，揭示Mg、Ca、Sr 离子的溶出规律；通过细胞毒性、细胞粘附、矿化行为研究，探讨Mg-Ca-Sr合金降解产物对细胞活性、细胞在其表面粘附能力和矿化能力的影响规律，通过动物体内植入实验，考察Mg、Ca、Sr 离子共同释放对于周围骨组织生长和吸收的影响规律，揭示引发其产生生物学效应的内在机理。

镁及其合金具有金属材料的强度以及体内可降解性，是一种比较理想的短期植入材料，目前越来越受到研究者关注。申请人前期发展出了适合骨环境应用的可降解Mg-Ca二元合金，其中Mg-1Ca具有临床应用的潜质，但是其在三个月内就完全降解，其耐蚀性能需要提高。Sr是人体必需的金属微量元素，大部分都存在于骨和牙齿。从材料学角度来看，Sr也是镁合金的重要合金元素。Sr的添加能够细化晶粒，同时也能提高合金的耐蚀性能。因此本项目设计制备了Mg-Ca-Sr系列镁合金。研究其显微结构、力学性能、腐蚀降解性能以及生物相容性能。研究表明，Sr的加入能够细化合金晶粒，改善合金的抗蚀能力，而Mg-1Ca-1Sr合金具有良好的抗蚀能力、力学性能、生物相容性能和成骨活性。我们还设计制备了Mg-Sr以及Mg-Ca-Sr-Zn系列合金。在二元合金中，合金的力学性能和抗蚀能力随着Sr含量的增加先增加而后降低，Mg-2Sr合金最有最好的抗蚀能力、力学性能和生物相容性能。但是其在动物体内四周内大部分降解，其抗蚀性能需进一步提高。对于Mg-Ca-Sr-Zn四元合金，Sr、Zn的加入对合金的显微结构、力学性能、腐蚀降解性能影响较为复杂。综合来说Mg-1Ca-(0.2,0.5,1)-2Zn以及Mg-1Ca-2Sr-4Zn合金具有较好的力学性能、抗蚀性能以及体外生物相容性和成骨活性。在体内试验中，Mg-1Ca-(0.2,0.5)Sr-2Zn合金在三个月内完全降解Mg-1Ca-1Sr-2Zn以及Mg-1Ca-2Sr-4Zn合金在植入三个月后在体内仍有残留，表明其具有较好的抗蚀能力，显示具备作为可降解植入材料的潜力。