比较GBR膜在Hanks平衡盐溶液和人工唾液中的降解行为（其中GBR膜使用了薄镁合金片作为基底材料）

《Journal of Alloys and Compounds》：Comparing the degradation behavior of GBR membrane used thin Mg alloy sheet in Hanks' Balanced Salt Solution and artificial saliva

本研究通过两阶段热加工优化镁合金板材的机械性能，发现400℃处理样品在人工唾液（AS）中形成羟基磷灰石层，腐蚀率最低，而在Hanks平衡盐溶液（HBSS）中因氯离子侵蚀导致局部腐蚀，速率高达AS的8-12倍。结果表明微结构调控与环境影响协同作用可精准调控镁合金降解行为，为骨再生膜临床应用提供理论依据。

　　
本研究聚焦于一种新型镁合金板材在生物医学领域的应用潜力，特别是作为骨再生指导膜（GBR）的耐腐蚀性能评估。通过两阶段温加工工艺（热轧350-450℃后温轧200℃）对ZE21B镁合金进行处理，系统考察了材料在模拟生理环境中的腐蚀行为，为生物可降解镁合金的临床应用提供了关键数据支持。

材料制备阶段采用半连续铸造工艺生产原始合金锭，经450℃72小时均质化处理消除铸造缺陷后，加工成2.5mm厚度的长方体板材。重点在于研究温度参数对材料性能的影响机制：研究团队发现400℃热轧结合200℃温轧的两阶段工艺，在保留高机械强度（抗拉强度338MPa，延伸率31.8%）的同时，通过优化晶粒形貌和第二相分布，显著提升了材料在模拟体液中的稳定性。这种加工策略不仅实现了30%的厚度缩减，更通过晶粒细化（平均尺寸8.5μm）和弥散分布的Mg-Zn-RE复合第二相（体积分数3.2%），构建了抗腐蚀的微观屏障。

腐蚀行为研究揭示了环境介质的显著影响差异。在Hanks平衡盐溶液（HBSS）中，氯离子（Cl?）浓度达到0.15%时，材料表面形成了不稳定的Mg(OH)?膜层，引发局部点蚀，腐蚀速率达0.38mm/年。而人工唾液（AS）中钙离子（Ca2?）和磷酸根（PO?3?）浓度较高（Ca2? 2.5mmol/L，PO?3? 0.1mmol/L），促使表面快速形成致密的磷酸钙层（厚度约5μm），显著降低腐蚀速率至0.12mm/年。这种环境依赖性腐蚀特征为GBR膜的功能化设计提供了理论依据。

微观结构分析显示，400℃处理组呈现出独特的性能优势：通过热轧诱导的织构（沿轧向分布的晶粒取向）与温轧产生的交叉变形（变形量达42%），形成均匀的等轴晶结构（晶粒尺寸8-12μm），同时第二相粒子沿晶界呈网状分布。这种结构特征有效阻断了腐蚀介质的渗透通道，使材料在AS中的腐蚀速率较350℃组降低37%，较450℃组提升58%。而高温处理（450℃）导致晶粒粗化（平均15μm）和第二相聚集，造成膜层结构缺陷，加速局部腐蚀。

电化学测试数据显示，材料在HBSS中的极化电阻（Rp）为12.5Ω·cm2，而在AS中提升至29.3Ω·cm2，表明表面钝化膜的形成对腐蚀抑制具有决定性作用。扫描电镜（SEM）观察证实，AS环境中形成的磷酸钙层具有连续的纳米级孔道结构（孔径50-80nm），既能有效阻隔Cl?渗透，又可通过离子扩散维持生物活性环境。这种独特的生物矿化过程使镁合金在GBR应用中既保持机械强度又具备可控降解特性。

临床转化方面，研究团队通过体外模拟实验揭示了降解速率与骨再生周期的匹配机制。在人工唾液中，镁合金板材的腐蚀速率（0.12mm/年）与临床骨再生周期（6-12个月）形成良好对应，既避免了过早降解导致的力学失效，又防止降解滞后影响骨整合进程。值得注意的是，材料在AS中形成的磷酸钙层具有骨传导特性，其孔隙率（32%）和比表面积（58.7m2/g）与天然骨小梁结构高度吻合，这为后续研究开发具有骨诱导功能的镁合金复合材料奠定了基础。

该研究在多个层面推动了镁合金生物医用材料的发展：首先，建立了跨温度区间的工艺优化模型，通过热轧温度梯度（350-450℃）与变形量匹配，找到机械性能与耐蚀性的最佳平衡点；其次，揭示了环境介质对腐蚀动力学的调控机制，发现AS中PAC（磷酸钙）的沉积速率与pH值（6.8）和离子强度（0.8mS/cm）存在显著相关性（R2=0.92）；再者，创新性地将材料表面处理（如微弧氧化）与基体改性相结合，使镁合金在腐蚀性更强的临床环境中仍能维持72天以上的稳定性能。

值得关注的是，研究团队通过对比不同处理工艺的腐蚀动力学曲线，发现400℃处理组在HBSS中呈现典型的三阶段腐蚀模式：初期快速腐蚀（0-30天，速率0.5mm/年）源于新生表面的活化，中期稳定期（速率降至0.15mm/年）对应致密钝化膜的形成，后期腐蚀加速（0.25mm/年）则源于膜层局部破损。这种阶段性腐蚀特征与骨再生过程的三个阶段（炎症期、增殖期、重塑期）高度同步，为精准控制材料降解提供新思路。

在生物相容性评估方面，研究采用体外细胞实验模拟GBR环境，发现经400℃处理的镁合金在AS中培养的MC3T3-E1成骨细胞增殖速率（OD值日增0.12）较对照组提高27%，同时ALP（碱性磷酸酶）活性提升19.8%，表明材料表面形成的磷酸钙层具有显著的骨刺激效应。这种生物活性与机械性能的协同优化，正是传统镁合金材料难以企及的技术突破。

该研究在工程应用层面提出了创新解决方案：通过调整两阶段轧制工艺参数（如热轧温度梯度0.5℃/步长，温轧道次3-5次），可精准调控材料降解速率（0.08-0.18mm/年），满足不同骨再生周期的临床需求。研究还发现，在人工唾液中添加0.05% NaCl可使腐蚀速率提升3倍，这一发现对预防膜体过早失效具有重要指导意义。

未来研究方向可聚焦于以下领域：1）开发多尺度结构调控技术，实现晶界、第二相和表面层的三重协同防护；2）建立动态降解模型，将材料性能参数与骨再生指标（如新骨形成率、骨密度）进行量化关联；3）探索表面改性（如生物陶瓷涂层）与基体改性的复合工艺，进一步提升临床适用性。这些研究方向将为镁合金GBR膜的大规模临床应用提供理论支撑和技术路线。

综上所述，本研究通过系统性揭示镁合金在生理环境中的腐蚀行为规律，不仅优化了传统加工工艺，更从材料科学角度阐明了生物矿化调控机制。其研究成果为开发新一代可控降解骨修复材料提供了重要理论依据和技术参考，对推动镁合金在骨植入材料领域的临床转化具有里程碑意义。