[发明专利]一种镁合金静压应力腐蚀电化学行为模拟实验装置及其实验方法

说明书

本发明公开了一种镁合金静压应力腐蚀电化学行为模拟实验装置及其实验方法，其中，模拟实验装置包括电解液槽、测试装置、计算机终端和电化学工作站。其中，测试装置放置在电解液槽内；电解液槽内的电解液由高精度蠕动泵强制循环蠕动。模拟实验装置整体结构简单，静压力可连续调节。其实验方法通过调节测试装置的螺杆，以对镁合金试样施加不同的静压应力，并通过蠕动泵调节电解液的流速，在体外仿真性模拟生物体微环境，以进行开路电位、极化曲线、交流阻抗谱和电化学噪声等一系列电化学测试操作，测试结果真实稳定，重现性与再现性良好。本发明可充分满足镁合金在人骨微环境承受静压应力的相关研究使用。

技术领域

本发明涉及一种镁合金腐蚀电化学行为模拟实验装置及其实验方法，尤其涉及一种镁合金静压应力腐蚀电化学行为模拟实验装置及其实验方法，属于电化学领域。

技术背景

生物医用材料包括医疗上能够植入生物体或能够与生物体组织相结合的材料，主要用于治疗或替换生物机体中原有已损坏的组织和器官，以修正、补偿或提高其功能。

在医药卫生领域，可降解的医用金属材料得到了大力开发，被广泛应用于生物体组织工程材料、体内缝合线、外科用正骨材料等，有着良好的应用前景。生物医用金属材料要求具有以下性能：无毒，不致畸致癌，无过敏反应和干扰机体的免疫，不破坏临近组织；物理化学性质稳定，强度、硬度及弹性满足实际需求、耐蚀性及耐磨性稳定；加工成型性优良，容易制成需要的各种形状；同时，可降解的医用金属材料在满足植入材料的以上的性能，还应在降解性能上与生物体良好相容：即降解的同时，满足植入材料的本身力学性能要求，又不会对生物体产生不良反应，降解产物无毒无害并能及时排除生物体。

目前临床应用的骨科内植入材料中，不锈钢及钛合金以良好的生物相容性、耐蚀性能和力学性能成为应用广泛的材料。

但是，不锈钢和钛合金等现有金属植入材料中存在一个普遍问题是与生物体骨组织的力学相容性差，材料植入人体后可对局部骨组织产生很大的“应力遮挡”效应。骨组织所受应力刺激下降，骨改建出现负平衡，导致骨吸收增加，骨形成减少，诱发遮挡性骨质缺失。

通常，植入材料与生物组织力学相容性差在医学上会导致三种严重的后果：

(1)植入材料周围的原有生物骨脆弱化；

(2)植入材料周围的新生骨生长不良；

(3)植入材料与生物骨间的界面出现应力集中，从而引起炎症。

不锈钢、钛合金制骨板、骨钉等植入体内在骨组织痊愈后需通过再次手术取出，增加了患者的痛苦及医疗费用负担。此外，目前临床应用的血管支架主要以不锈钢和钛镍合金为主，这些血管支架除了存在镍离子溶出可能引起毒副作用外，还存在血管再生狭窄和血栓、血管内膜增生、出现意外时无法进行血管再造术等弊端。

由此可见，医用金属材料的弹性模量和生物体骨组织存在的差异要控制在一定范围之内，研究和开发力学相容性与生物相容性更理想的医用材料成为上述领域(骨科内植物、血管内支架)的重要发展方向。镁及镁合金因其良好的生物相容性和骨组织诱导性是一种有前途的生物材料，力学性能与人体天然骨最接近，能够有效降低“应力遮挡效应”，促进骨组织的愈合。同时镁合金具有较高的屈服强度，可以承受较大的载荷，应用于生物体骨组织承载部位、也可以应用于血管内支架，起到支撑血管的作用。镁是人体重要的营养元素之一，第4位金属元素，细胞内仅次于K⁺的阳离子；镁元素参与催化或激活生物体325种酶系，参与体内所有能量代谢，对肌肉收缩、神经运动机能、生理机能及预防循环系统疾病和缺血性心脏病有重要作用；镁合金植入体内后会缓慢降解又不会导致血清镁含量的明显升高，其排泄主要通过泌尿系统，且可以避免二次手术取出植入体带来的痛苦和高昂的手术费用，极大降低手术风险。因此，采用生物、力学相容性良好的镁合金作为医用可降解生物材料具有医学安全性基础，尤其适用于骨科内植物材料和血管内支架材料。