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可降解镁合金的关键基础科学问题
结题报告
批准号:
51431002
项目类别:
重点项目
资助金额:
355.0 万元
负责人:
郑玉峰
依托单位:
学科分类:
E0104.金属结构材料与力学行为
结题年份:
2019
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
姜保国、李岩、杨明、李楠、吴远浩、刘洋、边东、毕衍泽、郑洋
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中文摘要
与传统惰性医用金属相比,医用镁合金易被体液腐蚀,在植入机体后将全周期地与机体发生动态相互作用,直到完全降解;相应的亟待研究的关键科学问题是材料与机体之间的化学、生物学和力学相互作用机制。项目选择对新骨形成过程各阶段具有特异刺激效应的锌、钙、锶、硅作为镁的合金化/涂层元素,设计新型医用镁合金及表面涂层结构,调控其组织结构与力学性能,研究其降解行为和离子溶出过程,对其生物相容性做体外和体内综合评价,揭示其力学性能随降解时间的退化规律,从分子、细胞和动物水平探明其降解产物与机体之间的化学与生物学作用机制,研究降解产物在体内的转运与代谢机制,建立起最佳镁合金成分和表面改性工艺参数与其体内降解行为之间的对应关系,实现可控降解速度和均匀降解模式,发挥降解所释放出元素的生理学功效,使得在机体完成组织修复的过程中镁合金植入物的降解过程在时间、空间和生物功能上完美匹配,为发展可降解医用金属材料提供新思路。
英文摘要
In comparison to the traditional bio-inert biomedical metallic materials, biodegradable magnesium alloy is easily bio-corroded by the body fluid, and it interact dynamically with the host throughout its implantation period until a complete degradation. Corresponding key scientific issues are the chemical, biological and mechanical interaction mechanisms between biodegradable Mg alloy and its host. The purpose of the present work is to develop new kinds of biodegradable Mg alloys with the elements of Zn, Ca, Cr and Si as alloying elements/ surface coating components, which exhibit the special stimulation effect on the formation of new bone. After controlling the microstructure/substructure and mechanical property of the resulting materials, we will investigate the biocorrosion/biodegradation behavior and the ion release procedure, and evaluate the in vitro and in vivo biocompatibility and biosafety of the experimental materials, and reveal the evolution of the mechanical property of the materials with the implantation time inside the host. Furthermore, the chemical and biological interactions between biocorrosion products of the materials and the host will be studied on the molecule, cell and animal levels, and the transport and metabolism mechanism of the biocorrosion products inside the host body will be investigated. Finally the outcome of the present work will give a guideline on the optimization of the chemical composition and surface modification technology of the experimental Mg alloys with the controllable biodegradation rate and uniform biodegradation mode and the realized biological effects of the metal elements, and the optimal Mg alloy materials would biodegrade gradually matching perfect with the reconstruction of the tissue and the organ in the time, space and biofunctions. The results of the present work will provide new idea for the future development of biodegradable metallic materials.
与传统惰性医用金属相比,医用镁合金易被体液腐蚀,在植入机体后将全周期地与机体发生动态相互作用,直到完全降解;相应的亟待研究的关键科学问题是材料与机体之间的化学、生物学和力学相互作用机制。项目选择了对新骨形成过程各阶段具有特异刺激效应的锌、钙、锶、硅作为镁的合金化/涂层元素,设计了新型医用镁合金及表面涂层结构,调控其组织结构与力学性能,建立了适合骨内植入要求的可降解镁合金其合金成分、加工及热处理工艺、显微组织、表面结构与相组成、力学性能、降解性能、生物医学特性之间的内在联系,研究了其降解行为和离子溶出过程,对其生物相容性进行了体外和体内综合评价,揭示其力学性能随降解时间的退化(应力腐蚀和腐蚀疲劳)规律,从分子、细胞和动物水平探明了其降解产物与机体之间的化学与生物学作用机制,研究了降解产物在体内的转运与代谢机制,建立了最佳镁合金成分和表面改性工艺参数与其体内降解行为之间的对应关系,实现可控降解速度和均匀降解模式,发挥降解所释放出元素的生理学功效,使得在机体完成组织修复的过程中镁合金植入物的降解过程在时间、空间和生物功能上完美匹配,为发展可降解医用金属材料及其表面功能涂层提供了新思路。基于对可降解金属的理解,提出了可降解金属的双重筛选标准:生物可降解能力和生物相容性,并根据该标准对适合作为可降解金属的合金元素进行选择,并提出未来可降解金属的发展方向。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1038/srep23627
发表时间:2016-04-01
期刊:Scientific reports
影响因子:4.6
作者:Huang T;Zheng Y
通讯作者:Zheng Y
DOI:10.1016/j.matlet.2017.06.055
发表时间:2017-10
期刊:Materials Letters
影响因子:3
作者:Liu Jiao;Zheng Yang;Bi Yanze;Li Yan;Zheng Yufeng
通讯作者:Zheng Yufeng
DOI:--
发表时间:2017
期刊:金属学报
影响因子:--
作者:郑玉峰;杨宏韬
通讯作者:杨宏韬
Creep properties of biodegradable Zn-0.1Li alloy at human body temperature: implications for its durability as stents
可生物降解的 Zn-0.1Li 合金在人体温度下的蠕变特性:对其支架耐久性的影响
DOI:10.1080/21663831.2019.1610106
发表时间:2019-05
期刊:Materials Research Letters
影响因子:8.3
作者:Zhu Suming;Wu Chengcheng;Li Guannan;Zheng Yufeng;Nie Jian Feng
通讯作者:Nie Jian Feng
In vitro corrosion behavior and cytocompatibility of pure Fe implanted with Ta
植入Ta的纯Fe的体外腐蚀行为和细胞相容性
DOI:10.1016/j.surfcoat.2017.01.051
发表时间:2017-06
期刊:Surface and Coatings Technology
影响因子:5.4
作者:Wang Henan;Zheng Yang;Jiang Chengbao;Li Yan;Fu Yongqing
通讯作者:Fu Yongqing
纳米晶可降解锌合金的设计制备及抗菌抗肿瘤机制
  • 批准号:
    U22A20121
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    255.00万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    郑玉峰
  • 依托单位:
剧烈塑性变形法制备纳米晶锌锂系可降解合金的显微组织、力学与生物学性能研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    15万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    郑玉峰
  • 依托单位:
Mg-RE(Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)二元合金的体内外生物相容性对比研究
  • 批准号:
    51871004
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    郑玉峰
  • 依托单位:
Mg-Ca-Sr合金的腐蚀降解及其降解产物的生物学效应
  • 批准号:
    31170909
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    郑玉峰
  • 依托单位:
具有抑菌功能的TiNiAg形状记忆合金研究
  • 批准号:
    51041004
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    郑玉峰
  • 依托单位:
钛基大块非晶合金作为生物材料的探索性研究
  • 批准号:
    30770580
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    36.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    郑玉峰
  • 依托单位:
Mg-Ca合金的腐蚀降解及其生物医用可能性研究
  • 批准号:
    30670560
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    郑玉峰
  • 依托单位:
国内基金
海外基金