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郑玉峰教授课题组在可降解金属方面取得新进展

必威官网:2015-07-12 10:30  编辑:  来源:工学院

Scientific Reports最近刊发了必威官网工学院材料科学与工程系郑玉峰教授课题组的研究论文“Development of biodegradable Zn-1X binary alloys with nutrient alloying elements Mg, Ca and Sr”,报道了他们在新型可降解金属材料方面取得的最新研究进展。

进入21世纪,可降解金属(Biodegradable Metals)由于其独特的体内可降解、无需二次手术取出等特性成为生物材料领域的研究热点,在欧美被誉为一类革命性的金属生物材料(Revolutionized metallic biomaterial)。然而,前期大量研究表明,可降解镁合金降解速度过快,而可降解铁降解速度过慢。

为解决此问题,郑玉峰教授课题组提出以锌为基的新型可降解金属材料设计思路:基于元素锌的化学活性介于镁和铁之间(Mg的标准电极电位为-2.37V、Fe的标准电极电位为-0.440V,而Zn的标准电极电位为-0.763V),可以初步推断锌的降解速率慢于镁而快于铁;更重要的是,锌也是人体内必不可少的与成骨相关的生命必需营养元素,植入人体的安全性有保障。同时,研究人员注意到,纯锌存在质软、性脆、力学强度低等不足,因此巧妙地通过添加人体必需营养元素Mg、Ca和Sr元素,设计和开发出新型可降解锌基合金,并通过加工变形处理,改善其力学性能和脆性。在本文工作中,上述设想得到证实,相关的研究结果表明:Zn-1X(Mg、Ca或Sr)合金能够显著改善纯锌的力学强度和生物相容性, Zn-1X(Mg、Ca或Sr)植入物能够在动物骨内缓慢降解,并提供早期力学支撑,降解产物还能有效促进新骨生成。


 
Zn-1Mg, Zn-1Ca, Zn-1Sr可降解金属植入小鼠股骨远端8周后的组织学荧光染色照片


近年来,郑玉峰教授课题组在可降解金属的研究工作上形成了一定的国际影响力,有7篇论文入选ESI高被引论文[Biomaterials 29 (2008) 1329-1344(被引444次);Biomaterials 30 (2009) 484-498(被引349次);Biomaterials 31 (2010) 1093-1103(被引118次);Acta Biomater 7 (2011) 1880-1889(被引111次);Mater Sci Eng R 77 (2014) 1-34(被引56次);Acta Biomater 10 (2014) 544-556(被引17次);Corros Sci 79 (2014) 69-82(被引16次)]。2011年起,郑玉峰教授连续受邀担任第三到第七届可降解金属国际会议大会四位主席之一,博士生顾雪楠的学位论文“镁基材料的体液降解与生物相容性研究”入选2013 年全国优秀博士学位论文。

该研究得到国家973计划、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金委员会(NSFC)与香港研究资助局(RGC)联合科研资助基金等的大力支撑。文章第一编辑为李华芳博士(2014年材料系毕业),合编辑为香港中文大学秦岭教授课题组。

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