作为可降解生物金属材料,镁及镁合金与自然骨的抗拉强度、抗压强度、弹性模量和密度均比较相似,力学相容性以及生物相容性好,因此,镁及镁合金逐渐成为最具有开发潜力的可降解生物材料。本文采用热挤压变形和时效处理等工艺方法制备生物Mg-8Gd-4Y-xZn-0.5Zr(x=1,2 wt%)合金,利用电化学腐蚀实验和浸泡腐蚀降解实验,对比研究不同状态合金在Hank’s模拟体液中的腐蚀降解速率;通过采用OM, SEM,XRD等技术手段对腐蚀后的试样表面及腐蚀产物形貌进行分析,探究其腐蚀类型和腐蚀程度及腐蚀机理;借助MTT法考察不同Mg-8Gd-4Y-xZn(x=0, 1,2, 3 wt%)合金对小鼠预成骨细胞(MC3T3-E1)、人骨肉瘤细胞(Saos-2)、骨髓间充质干细胞(hTMSC)的细胞毒性。得到以下结论:(1)时效处理后Mg-8Gd-4Y-1Zn-0.5Zr合金析氢量从28 ml降至20 ml,腐蚀速率从7.247 mm/a 降至 5.691 mm/a,而 Mg-8Gd-4Y-2Zn-0.5Zr 的析氢量从 30 ml 降至 23ml,腐蚀速率从8.748 mm/a降至7.164 mm/a。由此可见,时效处理减轻了合金的腐蚀。(2)SEM形貌显示腐蚀产物均为片层状龟裂结构,大部分比较平整,出现了典型的点蚀坑。时效过程中,合金发生了静态回复,空位数量、位错密度降低,残余应力得以释放,有利于合金耐蚀性能的提高。XRD结果表明,腐蚀产物主要由Mg(OH)2组成,并掺杂有MgO、Mg3(PO4)2、Ca(PO3)2等物质。时效后合金的开路电位、极化曲线趋于向正移动,腐蚀电流减小,高频容抗弧也随之增大,合金耐蚀性都有所增强,腐蚀速率有所降低。(3)合金在SBF溶液腐蚀过程中,合金表面会发生反应析出大量的H2,随着溶液不断的被碱化,浸泡10 h后溶液pH达到10.5左右。挤压态合金在SBF溶液中的腐蚀速度高于时效态合金的腐蚀速度。试样的离子浓度在SBF和培养液中规律基本一致,在时效态合金中的析出量较挤压态合金的低。(4) MC3T3-E1 细胞、hTMSC 细胞在 Mg-8Gd-4Y-xZn(x=0, 1,2, 3 wt%)浸提液中培养1天和3天后,当浸提液浓度为100 %时,合金的细胞毒性均属于无毒或微毒范畴,当浸提液浓度为50 %和25 %时,细胞增殖率达到80 %以上,细胞毒性均为0级。证明合金的生物性良好,适宜用作生物医用植入材料。(5) MC3T3-E1细胞和hTMSC细胞经过25%浸提液培养24 h后,大部分细胞呈梭形,几乎无任何异常状态出现。随着Zn含量的增加,细胞的增殖呈现出先增加后降低的趋势。扫描电镜观察hTMSC细胞的生长状态,细胞多为长梭形,时效态合金浸提液培养过后的伸展状态良好,并且细胞长出伪足与临近细胞交联呈网状。