用于食道支架材料的Mg-Gd系合金力学性能及腐蚀性能研究

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近年来,不健康的饮食习惯造成了晚期食管癌患者数量不断上升,威胁着人们的健康和生命安全。支架植入是目前治疗食管癌的重要方法,然而传统的支架植入材料如不锈钢等具有不可降解性,需要二次手术取出,且对食管癌细胞、成纤维细胞等病理细胞具有粘附和增殖作用,影响支架的有效性,造成食道再狭窄。因此,探索一种具有可生物降解并对相关病理细胞有抑制作用的食管支架材料迫在眉睫,镁合金由于其一系列优势成为其优良选择之一。本文选取Mg-2Gd-0.5Zr(简写为Mg-Gd-Zr)和Mg-5Gd-3Y-0.5Zn-0.5Zr(简写为Mg-Gd-Y-Zn-Zr)两种镁合金在模拟食道环境的PBS模拟体液中进行腐蚀降解研究,筛选出耐蚀性和对病理细胞抑制性较强的合金材料,进行了丝材的制备研究,为镁合金在可降解食管支架中的应用提供了理论和试验依据。电化学实验发现Mg-Gd-Zr合金和Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金在PBS模拟体液中的腐蚀电流密度分别为1.72×10-5 A/cm~2、2.15×10-5 A/cm~2;电化学阻抗谱拟合显示Mg-Gd-Zr合金的阻抗模值更高。拉伸实验表明Mg-Gd-Zr合金具有约40%的延伸率,Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金则具有约300 MPa的抗拉强度;体外腐蚀实验表明,Mg-Gd-Zr合金在PBS模拟体液中具有比Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金更强的耐蚀性,浸泡14天后Mg-Gd-Zr合金的平均腐蚀速率为0.23 mm/a。生物相容性实验表明,与Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金以及纯镁的浸提液相比,食管癌细胞EC109在Mg-Gd-Zr合金浸提液中具有较低的相对活性;食管癌细胞EC109直接接触材料培养实验中,在Mg-Gd-Zr合金表面培养的细胞存活率最低;以上结果表明了Mg-Gd-Zr合金对食道相关病理细胞的抑制增生的作用更强。针对编织法制备食管支架的应用前景,并综合考虑材料的降解性能、生物学性能和力学性能,选择Mg-Gd-Zr合金进行了丝材拉拔制备实验。结果表明,随着拉拔的进行,样品织构均以纤维织构为主,丝材拉拔后形成了以//ED方向为主的基面织构类型,退火后织构强度变弱。在PBS模拟体液中浸泡7天后,其耐蚀性随着丝材直径的减小而提高。
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