Биоабсорбируемое металлическое стекло - Bioabsorbable metallic glass

Биорезорбируемый (или же биоабсорбируемый) металлическое стекло это тип аморфный металл, который основан на Тройная система Mg-Zn-Ca.[1] Содержит только элементы которые уже существуют внутри человеческого тела, а именно Mg, Zn и Ca, эти аморфные сплавы особый тип биоразлагаемый металл.[2]

История

Первый сообщил металлическое стекло был сплав (Au75Si25) произведено в Калтех В. Клемент (мл.), Вилленс и Duwez в 1960 г.[3] Этот и другие ранние стеклообразующие сплавы пришлось охлаждать очень быстро (порядка одного мега-кельвин в секунду, 106 К / с), чтобы избежать кристаллизация. Важным следствием этого было то, что металлические стекла можно было производить только в ограниченном количестве форм (обычно ленты, фольги или проволоки), в которых один или несколько размеров были небольшими, чтобы тепло могло отводиться достаточно быстро для достижения необходимой скорости охлаждения. . В результате образцы металлического стекла (за некоторыми исключениями) были ограничены толщиной менее ста. микрометры.

Металлические стекла на основе Mg-Zn-Ca представляют собой относительно новую группу аморфных металлов, обладающих коммерческими и техническими преимуществами по сравнению с ранними составами. Гу и его сотрудники произвели первый Mg-Zn-Ca BMG в 2005 году, продемонстрировав высокую способность к стеклованию, высокую прочность и, что самое главное, исключительные пластичность. Этот лантаноид Стекло на основе магния, не содержащее магния, сразу привлекло интерес из-за его низкой плотности и стоимости, и особенно из-за его нехарактерно высокой пластичность. Это свойство было неожиданным для таких композиций, поскольку составляющие элементы оказались относительно низкими. коэффициент Пуассона и, следовательно, мало влияют на пластичность стекла. Этот маловероятный актив был захвачен Ли в 2008 году, который использовал принцип коэффициента Пуассона и увеличил содержание Mg за счет Zn для дальнейшего повышения пластичности. Дальнейшие улучшения были достигнуты путем постепенного добавления Ca к бинарной композиции Mg72Zn28, что дало многочисленные тройные сплавы вдоль 350 ° C изотерма системы Mg-Zn-Ca.

В 2005 году были обнаружены тройные объемные металлические стекла Ca-Mg-Zn.[4] Как и Mg-Zn-Ca, эти два аморфные сплавы оба являются биорезорбируемыми металлическими стеклами и основаны на одном и том же Тройная система Mg-Zn-Ca.[1] Элементы отображаются в порядке убывания атомной концентрации. Следовательно, различие между этими двумя металлические очки лежит в их наиболее доминирующих элемент, а именно Ca и Mg. Эти объемные стекловидные сплавы на основе Ca имели состав Ca55Mg15 + ХZn30 − X, Ca60Mg10 + YZn30 − лет, а Са55 + ZMg25 − ZZn20, где X = 0, 5 и 10; Y = 0, 5, 7,5, 10 и 15; и Z = 0, 5, 7,5, 10 и 15. Критическая толщина отливки до 10 мм были достигнуты.[4]

Характеристики

В отличие от традиционной стали или титана, этот материал растворяется в организмах со скоростью примерно 1 миллиметр в месяц и заменяется на костная ткань. Эту скорость можно регулировать, варьируя содержание цинка.[5]

Аморфный Ca65Zn20Mg15 сплав проявляет крайне плохое устойчивость к коррозии. Ван и другие.[6] сообщили, что указанный аморфный сплав полностью распался после не более 3 часов выдержки в среде биокоррозии. В статической дистиллированной воде при комнатной температуре, Дальман и другие.[7] также сообщалось о реакциях деструктивной коррозии того же материала, разлагающегося на многофазный порошок.

Ca-BMG с более высоким Zn содержание, как сообщает Цао и другие.[8] показал модуль упругости в диапазоне 35–46 ГПа, а твердость 0,7–1,4 ГПа.

Последние достижения

Металлические очки основанная на тройной системе сплава Mg-Zn-Ca состоит только из элементов, которые уже существуют внутри человеческого тела. Таким образом, он исследуется как потенциальный биорезорбируемый биоматериал для использования в ортопедический Приложения.[6][8][9][10][11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Тройная система Mg-Zn-Ca
  2. ^ Ibrahim, H .; Исфахани, С. Н .; Poorganji, B .; Дин, Д .; Элахиния, М. (январь 2017 г.). «Резорбируемые сплавы для фиксации кости, формование и обработка после изготовления». Материаловедение и инженерия: C. 70 (1): 870–888. Дои:10.1016 / j.msec.2016.09.069. PMID  27770965.
  3. ^ Klement, W .; Willens, R.H .; Duwez, POL (1960). «Некристаллическая структура в затвердевших сплавах золото-кремний». Природа. 187 (4740): 869–870. Дои:10.1038 / 187869b0. S2CID  4203025.
  4. ^ а б Сеньков, О.Н. Скотт, Дж. М. (2005). «Стеклообразующая способность и термическая стабильность тройных объемных металлических стекол Ca-Mg-Zn». Журнал некристаллических твердых тел. 351 (37–39): 3087–3094. Дои:10.1016 / j.jnoncrysol.2005.07.022.
  5. ^ «Фиксация костей растворимым стеклом». PhysicsWorld. 1 октября 2009 г.
  6. ^ а б Wang, Y.B .; и другие. (2011). «Биоразлагаемое объемное металлическое стекло из CaMgZn для потенциального каркасного применения». Acta Biomaterialia. 7 (8): 3196–3208. Дои:10.1016 / j.actbio.2011.04.027. PMID  21571105.
  7. ^ Dahlman, J .; Сеньков, О.Н. Scott, J.M .; Чудо, Д. (2007). «Коррозионные свойства объемных металлических стекол на основе Ca» (PDF). Материалы Сделки. 48 (7): 1850–1854. Дои:10.2320 / matertrans.mj200732.
  8. ^ а б Cao, J.D .; и другие. (2012). «Объемные металлические стекла Ca – Mg – Zn как саморассасывающиеся металлы». Acta Biomaterialia. 8 (6): 2375–2383. Дои:10.1016 / j.actbio.2012.03.009. PMID  22406910.
  9. ^ Миллс, Джорджи. «Лечение сломанных костей стеклом». Австралия Безлимитный. Получено 22 апреля 2013.
  10. ^ «BMG для электронных, биомедицинских и аэрокосмических приложений». Университет Нового Южного Уэльса. 28 апреля 2010 г. Архивировано с оригинал на 2013-01-05.
  11. ^ Киркланд, Н. (2012). «Магниевые биоматериалы: прошлое, настоящее и будущее». Коррозионная инженерия, наука и технологии. 47 (5): 322–328. Дои:10.1179 / 1743278212Y.0000000034. HDL:10069/29852. S2CID  135864605.

внешняя ссылка