镁合金为可降解金属材料，近年来，相关研究主要集中于可降解血管支架及可降解骨科产品等^[1]。镁合金的降解行为直接影响这类产品的性能，因此降解行为的研究对于镁合金材料至关重要。

GB/T 16886.9《医疗器械生物学评价 第9 部分：潜在降解产物的定性与定量框架》为材料降解产物的定性与定量研究提供了通用原则^[2]。而GB/T16886.15《医疗器械生物学评价第 15 部分：金属与合金降解产物的定性与定量》为金属材料的降解研究提供了指南，本标准推荐了两种试验方法，即电化学试验和浸泡试验^[3]。

其中浸泡试验是将待研究样品浸泡于浸泡介质中，一定时间后，采用测定样品失重、对浸泡介质中各种离子成分进行分析及对样品表面腐蚀情况进行观测等手段对金属材料的腐蚀情况进行评估。

除了标准中推荐的 0.9% 氯化钠注射液及人工血浆，本研究还增加了PBS、细胞培养基及去离子水等浸泡介质。0.9%氯化钠注射液是生物学评价中最常用的一种浸提介质，而人工血浆的选择与镁合金可应用于血管支架有关。

本研究选择的模拟体液（SBF），实际上可称为人工血浆，其主要离子成分和浓度与血浆相近^[4]。PBS及细胞培养基也是生物学评价中常使用的浸提介质，而选择去离子水可以研究没有离子存在时镁合金的降解情况。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

耗材：AZ31 镁合金管材，外径 3.0 mm，内径 2.8 mm，截成长1 cm 左右的小段备用。10 ml 的玻璃瓶、容量瓶、注射器针头、镊子等。

试剂：0.9%氯化钠注射液（双鹤）、PBS（Hyclone）、MEM细胞培养基（Corning）、去离子水、胎牛血清（天津康源）、氯化钠、碳酸氢钠、碳酸钠、氯化钾、磷酸氢二钾、氯化镁、盐酸、氢氧化钠、HEPES、氯化钙、硫酸钠、氧化铬及硝酸银，以上试剂均购自 Sigma 试剂公司。仪器：移液枪、烘箱、pH 计、磁力搅拌仪、天平、扫描电镜

1.2 方法

SBF 配制：参考 AyakoOyane 的 SBF 配制方法^[5]。CrO3-AgNO3 溶 液 配 制：分 别配制200 g/L 的 CrO3 和10 g/L的 AgNO3 溶液，然后将两种溶液按1:1的比例混合成 CrO3-AgNO3 溶液^[6]。

实验步骤：

（1 ）浸泡前对样品进行精确称重，并计算每个样品的表面积。

（2 ）在浸泡前测量浸泡液的 pH。

（3 ）按表面积与浸泡液体积1 ：1的比例将样品浸泡于玻璃瓶中，并确保样品完全于浸泡介质中。由于镁合金在浸泡过程中有氢气产生，因此在玻璃瓶盖上插入注射器针头，确保内外压力平衡。

（4）将加有样品及浸泡液的玻璃瓶静置于37 ℃烘箱中。

（5 ）在 1 d，3 d，7 d，将玻璃瓶取出，测量浸泡介质的 pH，然后取出样品在 CrO3-AgNO3 溶液中放置1 min，再用去离子水反复冲洗，最后将样品放入烘箱中烘干，并精确称量浸泡后镁合金质量。

（6 ）用扫描电镜对样品的表面进行观察。

2 结果

2.1 失重率

样品失重率（%）=（样品浸泡前重量-样品浸泡后重量）/样品浸泡前重量×100%。在所有时间点，镁合金在不同浸泡介质中的失重情况为NS>PBS>SBF>MEM>PW>MEM+。其中NS作为浸泡液时，镁合金重量损失最大，也就是降解最快。见图 1。

2.2 pH 变化

图2为浸泡过程中浸泡介质的 pH 变化，NS 和 PBS 趋势相近，SBF，MEM+ 和 MEM- 趋势相近。NS 和 PBS 这两种浸泡液在1 d 时，pH 接近12，3 d 时超过12，7 d 时达到12.5左右。SBF，MEM+ 和 MEM- 这3种浸泡液在1 d 时，pH 上升至9.5左右，3 d 时到达10左右，7 d 时 pH 相对3 d 时变化不大。

2.3 SEM 观察

SEM 观察显示出的腐蚀情况与失重研究反映的情况一致，NS 浸泡时镁合金腐蚀情况最严重，而在含血清的MEM+ 培养基中腐蚀最慢。见图 3。

3 讨论

镁合金浸泡于 PW 中时降解第二慢，可见当浸泡介质中仅增加氯化钠成分时，镁合金的降解速率大大加快，说明增加的离子成分对镁合金的腐蚀起到加速作用。镁合金腐蚀的化学方程为 Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2。一般认为而当有Cl- 存在时，发生如下反应：Mg(OH)2+2Cl-=MgCl2+2OH-，这一反应使镁合金的腐蚀加速，从而导致降解加快^[7]。

由不同介质中失重率比较还可看出，随着浸泡液中成分逐渐增加，镁合金降解速率随之减慢。浸泡介质成分顺序 为 PW

根据图 1，可以看出镁合金在 SBF 中的失重率比PBS 低，而 SBF 除了无机离子成分比 PBS 多，还增加了HEPES 这种有机化合物作为缓冲物质。镁合金在 MEM 中的失重率比在 SBF 中的失重率更低，而 MEM 中除了含有 SBF中所有无机离子成分，还有大量的氨基酸、维生素及其他有机物质。因此进一步说明有机成分的增加减缓镁合金的腐蚀。而就 MEM 培养基而言，加与不加牛血清对镁合金腐蚀的影响也很明显，而血清中含有蛋白质、脂类、碳水化合物等天然大分子有机化合物。

这两组浸泡液 pH 变化趋势很大程度上受到浸泡介质的缓冲能力影响，SBF，MEM+ 和 MEM- 这组缓冲能力显然优于 NS 和 PBS。PW 在 0 d 和 1 d 时的 pH 异常，这是由于离子浓度过低，影响 pH 计电极的正常工作，随着镁合金表面逐渐腐蚀，离子浓度增加，3 d 时能稳定地测到 pH。本研究结果说明不同浸泡介质中镁合金的腐蚀情况相差很大，其中以 0.9% 氯化钠注射液作为浸泡介质时镁合金腐蚀最严重，在加有血清的培养基中镁合金的腐蚀最慢。Cl- 能加快镁合金的腐蚀，但随着浸泡介质中离子成分增加，特别是有机成分增加，能明显降低镁合金的降解速率。

［参考文献］

［1］Witte F. The history of biodegradable magnesium implants: A review[J]. Acta Biomater, 2015, 23(5): S28-S40.

［2］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 .GB/T 16886.9 医疗器械生物学评价 第9 部分：潜在降解产物的定性与定量框架[S].北京：中国标准出版社，2001.

［3］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 .GB/T 16886.15 医疗器械生物学评价 第15 部分：金属与合金降解产物的定性与定量 [S]. 北京：中国标准出版社，2003.

［4］Kokubo T. Apatite formation on surface of ceramics, metals and polymers in body environment[J]. Acta Mater, 1998, 46(7): 2519-2527.

［5］Oyane A, Kim HM, Furuya T, et al. Preparation and assessment of revised simulated body fluids[J]. J Biomed Mater Res A, 2003, 65(2): 188-195.

［6］Wang J, Witte F, Xi T, et al. Recommendation for modifying current cytotoxicity testing standards for biodegradable magnesium based materials[J]. Acta Biomater, 2015, 21(5): 237-249.

［7］Xin Y, Hu T, Chu PK. In vitro studies of biomedical magnesium alloys in a simulated physiological environment: A review[J]. Acta Biomater, 2011, 7(4): 1452-1459.