医用可降解Zn-Fe系锌合金的研究进展及展望

摘要

因为生物相容性好、降解速率合适、抗菌性强等优点,锌成为继镁和铁之后很有发展前景的医用可降解金属.纯锌的强度低,加入营养元素Fe有强化效果.本文从微观组织、力学性能、降解行为与生物相容性四个方面综述了Zn-Fe系锌合金的研究进展.该类锌合金中的主要第二相是底心单斜结构的FeZn₁₃相,它形成Ⅰ型{110}<-1,1,-2.81>孪晶,在合金熔体凝固过程中以孪晶面{110}为择优生长界面.FeZn₁₃的硬度为208 HV,约为纯锌的4倍,压缩断裂应变为0.5%.少量Fe的加入便可以形成体积分数较高的FeZn₁₃相,Fe质量分数为2.6%时,FeZn₁₃相的体积分数达到50%.在Zn-Fe合金中添加Mg、Si、Mn和RE（稀土元素）可以提高强度,其中Mn的加入形成（Fe,Mn）Zn₁₃/MnZn₁₃核/壳结构第二相.FeZn₁₃的电位比Zn高317 mV,促进Zn相降解,降解产物主要为Zn（OH）₂、ZnO、Zn₃（PO₄）₂、ZnCl₂、ZnCO₃和Ca₃（PO₄）₂.Zn-Fe合金对多种细胞的存活率大于85%,溶血率小于5%,展现出较好的生物相容性.未来,Zn-Fe系锌合金的发展要解决FeZn₁₃相粗大导致的强化效果和降解均匀性较低的关键问题,并在大动物体内开展该种材料制成的植入器械的长期研究以推进临床应用.

关键词

锌合金 / 微观组织 / 力学性能 / 降解行为 / 生物相容性

基金资助

国家重点研发计划资助项目（2023YFB3812903）; 北京市科技新星计划资助项目(20220484178）; 国家自然科学基金资助项目（52231010,52301301）; 北京市医药卫生科技促进中心“优促计划”项目(YC202301QX0009）; 北京市通州区科技创新人才资助项目（JCQN2024023）; 首都医科大学附属北京潞河医院医学科技创新转化专项（LHCXZH-202403）