[发明专利]动态腐蚀环境中医用金属体外腐蚀降解实验装置

说明书

技术领域

本发明属于腐蚀研究试验技术领域，涉及一种适用于生物医用可降解金属材料体外腐蚀模拟测试的装置，特别是提供了可降解金属材料体外腐蚀过程的电化学参数测试、材料近表面pH值测定及原位腐蚀形貌微观监测的装置。

背景技术

目前，临床上使用的不锈钢、钴基合金和钛合金等惰性植入金属器件为体内承力器官功能恢复起到重要作用，然而，在大多数情况下，植入物在体内所提供的功能需求都是暂时性的。长期存留在体内的惰性金属植入物会带来不可预期的负面影响。鉴于上述原因，近年来，国内外学者开始对可生物降解的医用金属材料进行了深入研究，研究的金属主要集中在镁及镁合金、铁及铁合金和钨等。

与医用高分子材料通过溶胀/溶解和链断裂实现降解不同，目前研究的医用可降解金属材料主要通过在人体体液中的腐蚀实现逐步降解。由于人体的特殊环境导致很难预测医用金属材料在体内的降解是否可控，因此，在临床应用前，必须利用高效、低耗的体外腐蚀降解试验进行测试，以评估其在体内的降解特性。

经对现有技术的文献检索发现，目前主要利用失重法、析氢测量以及电化学腐蚀测试来对上述金属的腐蚀降解特性进行研究。研究发现，测试溶液的成分、温度、气氛对可降解金属的腐蚀行为也存在较大的影响。虽然目前研究中考虑了影响可降解金属腐蚀行为的各种因素，但是，其不足之处在于，大部分试验都是在静态模拟体液中进行的，不能最大限度地模拟材料在体内的腐蚀环境，所获得的结果对体内试验的可参考性较差。举例来讲，将镁合金置于静态模拟体液中测得的失重腐蚀速率与体内试验结果相反，而且腐蚀过程中测试溶液的pH值会逐渐增大，影响其腐蚀行为。对此，专利号CN -101004403A公开了一种生物医用材料体外动态腐蚀模拟装置，实现了与人体血流状态相近的体外测试环境。但是，该装置更多地实现原位腐蚀情况的宏观检测，不能实时获得材料腐蚀过程中的电化学信号和材料近表面pH值等重要参数，此外，本装置也没有考虑测试环境中所含气体成分与浓度的变化。归结起来，目前体外腐蚀降解试验测试装置的设计缺陷，导致了不能深入阐释镁及镁合金等可降解金属材料的腐蚀降解行为与机理。

发明内容

针对目前现有技术存在的缺点，本发明提供一种仿真模拟人体体液循环的可降解金属材料体外腐蚀降解试验装置，实现腐蚀降解过程中电化学腐蚀信号实时监测、材料近表面pH值测定及微观腐蚀形貌原位监测，解决现有试验装置不能有效模拟可降解金属材料在体内腐蚀环境中降解过程的问题，对可降解金属材料在体内环境中的腐蚀降解行为、规律和机理评价研究具有重要的意义。且本发明提供的模拟试验装置的试样夹持方式和数据连接系统都更规范、更简单，可方便地实现不同测试参数的监测转换。

本发明提供的体外腐蚀降解试验装置包括供液系统、材料近表面pH测定系统、电化学腐蚀监测系统及微观腐蚀形貌原位监测系统，各个系统之间采用分体式结构设计；所述供液系统通过硅橡胶管、动力源微型水泵分别与材料近表面pH测定系统、电化学腐蚀监测系统及微观腐蚀形貌原位监测系统连接，并在材料近表面pH测定系统、电化学腐蚀监测系统及微观腐蚀形貌原位监测系统的进液口处安装阀门和流量控制计，分别形成各自的测试介质循环回路，利用动力源微型水泵实现测试介质的流动，通过流量控制阀门实现流速的控制，通过流量控制计获得具有一定流速的测试介质，材料近表面pH测定系统、电化学腐蚀监测系统及微观腐蚀形貌原位监测系统通过数据线与试验数据采集设备相连接，实时获得材料腐蚀电化学数据，材料近表面pH值及微观腐蚀形貌的变化。该装置建立了温度、流速及气氛可控的测试介质供液系统，保证测试试样始终处在较为稳定的动态腐蚀环境中，实现腐蚀降解过程中材料近表面pH值测定、电化学腐蚀信号实时监测及微观腐蚀形貌原位监测，各系统之间即相互独立又彼此联系，确保测试试样始终处于流动测试介质中。

所述的供液系统包括储液池、温度监测装置、加热装置、充气装置、稳压装置以及液体循环装置。储液池的底端侧壁内置石英加热管作为加热元件，通过热电偶与置于储液池外的交流接触器和温度显示器相连实现电解液的温度稳定。储液池底端侧壁设有充气管，与储液池底部的多孔充气板相连通；充气管与气体流量计管道相连通；在储液池顶盖设有压强测试装置，用以控制整个系统内部压强；动力源微型水泵与设置在储液池侧壁的管道连接，同时在相对一侧设有测试介质回流管道。通过上述装置，实现测试介质温度、气氛及流速的准确控制。