镁锂钙合金在模拟体液中的腐蚀性能研究-生物工程专业毕业论文开题报告.doc

山 东 科 技 大 学本科毕业设计（论文）开题报告 题 目 镁锂钙合金在模拟体液中的腐蚀性能研究 学 院 名 称 化学与环境工程学院 专业班级 生物工程2012-1班 学生姓名 刘文欢 学 号 201201110922 指 导 教 师 邹玉红 填表时间： 2016 年3月 21日填表说明1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。设计（论文）题目镁锂钙合金在模拟体液中的抗腐蚀性能研究设计（论文）类型（划“”）工程实际科研项目实验室建设理论研究其它 一、 本课题的研究目的和意义目前具备生物相容性和生物可降解性的无生命材料已经成为生物材料发展的方向和前沿，其中，镁合金的可降解性、良好的生物相容性和力学性能使其在可降解生物医用材料领域展现出良好的应用前景。与传统惰性生物金属材料相比，镁合金材料植入后可以避免应力遮挡效应和二次取出等缺陷。但镁标准电位低，化学性质活泼，且表面氧化物膜疏松多孔，不能对基体形成有效保护，同时，生理电解质环境中的大量侵蚀性无机离子也会严重腐蚀镁合金。镁合金在体液中的快速降解成为限制其在生物医用领域应用的最大问题。本课题我们利用镁锂钙合金，进行模拟体液条件下的腐蚀行为研究，通过电化学分析技术以及其他各种分析测试分析方法研究镁锂钙合金在模拟体液中的降解行为和机制以揭示镁锂钙合金的降解机理。同时，本课题研究镁合金降解产物的组成、镁合金降解过程中的降解速度和镁离子的释放对周围环境的PH的影响以及降解过程中的电化学行为等。可降解镁合金是一种极具潜力的生物医用材料，通过研究其在模拟体液中的腐蚀机理，研究出具有良好生物力学特性、适当的降解率和生物安全性的植入材料,可以极大减少医疗成本，减轻患者的医疗负担，也可以减轻患者的痛苦。通过本课题的研究可以促进镁合金在医用生物材料领域的应用与发展。二、 本课题的主要研究内容（提纲） （1）镁锂钙合金的表面处理； （2）镁锂钙合金的浸泡实验； （3）浸泡过的镁锂钙合金的XRD实验； （4）镁锂钙合金的电化学分析实验；（5）镁锂钙合金在DMEM中的析氢实验； （6）镁锂钙合金腐蚀形貌和产物的分析； 。三、 文献综述（国内外研究情况及其发展）通过多年对临床试验中使用最多的几种惰性金属材料的研究发现，这几类金属不仅会在体内随着摩擦产生磨屑，还会产生一些可溶性离子，这主要是人体体液的特殊环境，会对金属产生不同程度的腐蚀，从而产生多种离子，不利于在生物医学方面的应用。而且，这几种金属材料不具有可降解性，植入人体的金属材料在骨骼痊愈后需要经过二次手术取出，这不仅增加了患者的心理负担，也增加了患者的经济负担。近年来，更多的研究工作人员将研究方向转向镁基生物医用材料的研究。镁及镁合金具有其他生物金属材料所不具有的特殊性能，主要表现在以下几个方面：（1）人体中存在镁，并且存在于人体的骨骼中。同时，镁及镁合金的密度比较低，且远远低于钛合金的密度，于人体骨骼的密度比较相近，（2）镁是人体内所必须的常量元素，且镁在蛋白质的合成过程中也起着至关重要的作用，人体内的多种镁可以被镁激活，另外，人体内的全部新陈代谢活动都需要镁的参与。（3）镁的标准电位很低，在有氯离子的环境中极易被腐蚀，而人体生理环境中含有大量的氯离子，在植入人体后，可以伴随器官的恢复被降解吸收，避免了因要取出而进行的二次手术。（4）在比刚度和强度方面，镁合金也具有较大的优势，可以使应力遮挡效应得到有效的缓解。 目前，医用镁合金的研究主要集中在两方面： （1） 医用镁合金在人体中的降解行为及其与人体组织的相互作用研究。大量的动物体内实验对镁合金在人体中的降解过程进行了系统的研究，但镁合金的降解机理及人体电解质环境中各种因素对镁合金降解行为的影响及其机制仍然未揭示清楚，镁合金降解产物的对周围组织和细胞的直接影响仍然未知； （2） 寻找合适、有效的方法来提高医用镁合金在人体中的耐腐蚀性能。医用镁合金耐腐蚀性能改良方案除了需要显著改善镁合金在生理环境中的耐腐蚀性能外，还需不影响医用镁合金金的生物相容性。 目前，针对镁合金腐蚀降解机理的研究，主要集中于体内植入与体外实验研究。与体内植入实验相比，体外实验具有实验周期较短、耗费较少、体外实验条件因素比较容易控制、重复性良好、实验灵敏的高、可同时对多种材料进行对比等优点。由于体外实验环境与体内环境有所差别，所以，所测得的结果可能存在差异。目前，对镁及镁合金的腐蚀研究主要集中于受化学和热学控制下的生理环境。通过研究发现，镁合金在植入人体期间，需要与体液进行较长时间的接触，生理电解质环境中具有较多的对镁合金具有侵蚀性的离子，这些离子对镁合金的降解速率和复试方式产生重要的影响。另外，生理环境中的氨基酸、蛋白和糖类都有可能加速镁合金的腐蚀。目前研究表明，大部分镁合金在人体生理环境中的稳定性为6-8周，在组织未完全愈合前就发生失效。镁合金在生理电解质环境中的快速降解已经成为限制其应用的主要问题。本课题属于生物医用镁合金应用基础研究，揭示镁合金在人体中的降解过程和机理，为镁合金的临床应用提供了重要基础知识和信息，并提出了改善医用镁合金耐腐蚀性能的有效方案。四、 拟解决的关键问题 镁锂钙合金不同时间下的浸泡实验分析； XRD分析镁锂钙合金在模拟体液中的腐蚀产物； 镁锂钙合金的电化学实验分析； 镁锂钙合金在不同模拟体液中的析氢情况分析；五、 研究思路和方法（1） 制备镁锂钙合金材料，在不同模拟体液中进行不同时间的浸泡实验，观察不同模拟体液中的PH变化；（2） 对不同浸泡时间的镁锂钙合金进行XRD实验，分析镁锂钙合金的腐蚀产物以及镁锂钙合金表面产物的差异；（3） 对不同模拟体液的镁锂钙合金进行电化学实验，分析镁锂钙合金在不同模拟体液中的电位变化；（4） 镁锂钙合金在模拟体液中的析氢实验，分析镁锂钙合金在不同模拟体液中的腐蚀速率以及溶液PH的变化；六、 本课题的进度安排1-2 周 检索文献资料，外文翻译，完成开题报告；3 周 镁锂钙合金的表面处理；4-5 周 镁锂钙合金在不同模拟体液中的浸泡实验；6-7 周 镁锂钙合金的XRD实验；8-9 周 镁锂钙合金的电化学分析实验；10 -11周 镁锂钙合金在DMEM中的析氢实验；12-13 周 实验数据的处理和实验情况的交流；14-14 周 得出相应的实验结论并进行需要补充的实验；15-16 周 撰写毕业论文说明书。七、 参考文献1 李涛,张海龙,何勇等.生物医用镁合金研究进展J.功能材料,2013,20(44):2913-2918.2 张佳,宗阳,袁广银,常建卫,付鹏怀,丁文江.新型医用Mg-Nd-Zn-Zr镁合金在模拟体液中的降解行为J.中国有色金属学报.2010(10)3 张娜,丁红燕,陈露露,周长培.医用镁合金的耐蚀性研究及其进展J.热加工工艺.2012(14)4 乔丽英. 镁基生物材料的表面改性和生物相容性研究D.重庆:重庆大学,2008.5 信运昌.医用镁合金在生理环境中降解机理及其表面改性研究D.北京:清华大学,2009.6 高家诚,胡德,宋长江.医用镁合金降解及其对人体的影响J.功能材料,2012,19(43):2577-2583.7 余琨,雷路,陈良建,陈福文,李少君.新型镁合金在生理体液环境下腐蚀行为评价J.金属功能材料.2011(02)8 PeterZartner,RobertCesnjevar,HelmutSinger,MichaelWeyand.First successful implantation of a biodegradable metal stent into the left pulmonary artery of a preterm babyJ. Cathet. Cardiovasc. Intervent. . 2005 (4)9 Sh. Mohajernia, S. Hejazi , A. Eslam et al. Modified nanostructured hydroxyapatite coating to control the degradation of magnesium alloy AZ31 in simulated body fluid J. Surface & Coatings