【摘 要】
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当Mg-Zn-Ca非晶合金（Metallic glass,MG）中的Zn含量达到特定阈值（～28at.%）时,富锌的Mg-Zn-Ca非晶合金会显著减少氢气的释放,并有效避免在体内产生氢气气囊。此外,Mg-Zn-Ca非晶合金具有低腐蚀速率和均匀腐蚀的特性,因此在生物医学应用中受到广泛关注。然而,Mg-Zn-Ca非晶合金的临界尺寸仅为几毫米,这限制了其块体材料在临床中的实际应用。基于此,本文采用磁控溅
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当Mg-Zn-Ca非晶合金（Metallic glass,MG）中的Zn含量达到特定阈值（～28at.%）时,富锌的Mg-Zn-Ca非晶合金会显著减少氢气的释放,并有效避免在体内产生氢气气囊。此外,Mg-Zn-Ca非晶合金具有低腐蚀速率和均匀腐蚀的特性,因此在生物医学应用中受到广泛关注。然而,Mg-Zn-Ca非晶合金的临界尺寸仅为几毫米,这限制了其块体材料在临床中的实际应用。基于此,本文采用磁控溅射技术制备非晶态Mg65Zn30Ca5非晶合金薄膜（Thin film metallic glass,TFMG）,对生物惰性聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate,PET）材料进行表面改性,讨论Mg-Zn-Ca非晶合金的生物相容性,以及Mg-Zn-CaTFMG用作生物惰性材料表面改性涂层的可行性。研究内容如下:通过进行X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）、扫描电镜（Scanning electron microscope,SEM）观测和能谱（Energy dispersive spectroscopy,EDS）分析,揭示了所制的合金薄膜材料具有非晶态结构,且成分与Mg-Zn-Ca靶材接近。应用电子探针对薄膜截面进行观测,发现平行于靶面方向的薄膜沉积速率约为3μm/h,而垂于靶面方向的薄膜沉积速率约为1.7μm/h。使用拉拔法测量涂层与基底结合力,发现Mg-Zn-CaTFMG与PET基底间的结合力高达～559.2 N/cm2,并通过水接触角测量,揭示Mg-Zn-CaTFMG对PET表面润湿性具有一定的改善。析氢实验发现Mg-Zn-CaTFMG在模拟体液（Simulated body fluid,SBF）中的氢气释放体积随时间先急剧增加,后逐渐趋于稳定。通过X射线衍射、扫描电镜（能谱）和拉曼光谱测试,对浸泡腐蚀后的非晶薄膜进行结构、成分和表面基团进行研究,讨论了Mg-Zn-CaTFMG在模拟体液中腐蚀过程伴随富Zn相的产生和磷酸盐的沉淀。通过熔体旋淬工艺将Mg-Zn-Ca靶材制成非晶合金条带,并利用电化学测试研究了非晶合金的腐蚀行为,揭示了此成分的非晶合金具有优于高纯镁的耐腐蚀性能。通过细胞计数试剂（Cell Counting Kit-8,CCK-8）、活死细胞染色以及流式细胞分析三种方法,对Mg-Zn-Ca非晶合金浸提液中成骨细胞的细胞活性检测,发现Mg-Zn-Ca非晶合金能够提高成骨细胞的活力并降低细胞凋亡。在PET人工韧带表面分别溅射0、1和2小时,以获得不同厚度的Mg-Zn-CaTFMG,并对大鼠膝关节前交叉韧带重建实验。对术后大鼠进行血常规、血生化和血液ICP检测,揭示了不同厚度的Mg-Zn-CaTFMG都具有良好的血液相容性。通过大鼠的肝肾组织切片观察、膝关节的显微断层扫描（Micro computed tomography,micro CT）、磁共振（Magnetic resonance imaging,MRI）分析以及步态分析,讨论了不同厚度的Mg-Zn-CaTFMG的组织相容性,研究发现溅射2 h的Mg-Zn-CaTFMG能够显著提高人工韧带的骨整合效果。上述研究的展开,不仅表明了磁控溅射制备Mg-Zn-CaTFMG的应用可行性,而且近一步探索了Mg-Zn-CaTFMG在生理溶液中的腐蚀行为,深刻认识了金属的溶解顺序和Mg/Ca磷酸盐沉淀对非晶薄膜生物相容性的影响。从耐腐蚀性、细胞相容性、血液相容性与组织相容性多方面综合讨论了非晶态Mg-Zn-Ca的生物相容性,为Mg-Zn-CaTFMG用作生物惰性材料表面改性涂层提供体内、体外实验依据。
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