边东，广东省人民医院医学研究部助理研究员，毕业于北京大学力学（先进材料与力学）专业，师从郑玉峰教授，主要从事医用可降解植入材料及器械方面研究，擅长新型医用可降解金属材料及其功能化设计。以第一作者（共同一作）发表SCI文章7篇，其中JCR一区5篇，申请发明专利6项，已获授权1项。担任Bioactive Materials期刊审稿人，参与编写英文书籍Magnesium Alloys Designed as Degradable Metallic Biomaterials（CRC Press, (2015) ISBN: 1466598042）中的第5、10、11章。

1. 引言

镁及镁合金作为一类新型的可降解医用金属材料得到了国内外的广泛关注，有望应用于骨科、心血管和胃肠吻合等医疗领域。镁稀土（Mg-RE）系列合金由于在力学性能和腐蚀行为上有突出的优势，从众多合金体系中脱颖而出。目前，暂无不同稀土对镁合金的力学性能、腐蚀行为和生物相容性的的对比性研究。“何种稀土对镁合金材料学、力学、腐蚀科学和生物学上的贡献如何，是好是坏？”等问题暂无定论。

2. 结果展示

1）基于Mg-RE二元相图，选择合适的成分点，分别将16种稀土：Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu加入到Mg，按照同样的熔炼制备合金方法和加工处理路径，成功制得二元Mg-RE模型合金，并通过挤压加工进一步调控合金组织结构，Mg-RE合金中的第二相多为Mg₁₂RE相。

2）室温条件下，测试了Mg-RE二元合金的拉伸力学性能，结果显示在Mg中加入不同含量和不同类别的RE后，可以在很宽的范围内对镁合金的力学性能进行调控，便于满足不同的应用场合需求。综合对比，Pr、Ce等稀土可以在较低添加量水平下显著提升强度。

3）对比研究了Mg-RE二元合金在Hank’s模拟体液中的腐蚀行为，发现含有轻稀土的合金体系耐蚀性整体优于含有重稀土的镁合金体系，适量的Sc、Pr、Sm、Eu(≤3 wt.%)添加对耐蚀性有利。

4）通过体外细胞毒性试验和血液相容性试验对比评估了Mg-RE二元合金的生物相容性，发现Mg-RE二元合金的浸提液培养MC3T3-E1细胞1-3 d后的细胞活度均大于90%，未显示出毒性；除Mg-Lu合金外，其余Mg-RE合金的溶血率均低于5%，满足ISO 10993–4要求，相关结果提示Mg-RE合金的细胞相容性可以通过严格控制RE的添加量及其释放速率得以保证。

5）从力学性能、腐蚀行为和生物相容性角度，综合评估，对不同RE的适用领域进行了初步划分，REE（Y、La、Ce、Pr）更适合于骨科应用，而REE（Sc、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Tm、Yb）更适合于心血管领域。此外，为了进一步开发具有更好的综合性能的含稀土镁合金，给出了添加其他非稀土元素（例如锌）进一步合金化的建议。

3. 研究思路及关键结论

4. 总结

本项工作中，进行了一系列对比性研究，考察16种稀土元素作为镁中的合金元素对其微观结构、力学性能、腐蚀行为和生物相容性的影响。相关研究结果表明，通过向镁中添加不同的稀土元素，可以在很大范围内调控机械性能，强韧性搭配可以通过冷热加工进行调节；观察到稀土元素（Sc、Y、Er、Tm）掺入腐蚀层，这有望提高镁合金的耐蚀性；此外，Mg-RE系列可降解金属的生物相容性可以通过严格控制RE的使用量和释放量得到保证，不同RE元素的在体代谢和长期生物安全性还有待实验验证。相关研究成果可供全球学者参考，丰富的基础数据对于新型医用Mg-RE合金的设计具有重要参考和指导意义。

 

原文链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1742706119307536（Acta Biomaterialia, IF=7.242）

 

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本文转自：GD省医公共实验室公众号

 

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