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为解决 AISI 316L 不锈钢因镍离子释放引发的腐蚀及过敏问题，研究人员开展氧化石墨烯（GO）改性低镍医用不锈钢（LNBGSS）的研究。通过粉末冶金法制备复合材料，发现 GO 可显著提升耐腐蚀性，且体内实验显示生物相容性良好，为医用金属材料改良提供新方向。
在医学领域，金属植入物的安全性与耐久性一直是备受关注的焦点。传统的 AISI 316L 不锈钢作为常用医用材料，虽具备良好的机械性能，但在体液环境中易发生腐蚀，释放的镍离子可能引发过敏反应甚至毒性作用，这极大地限制了其在长期植入场景中的应用。如何在降低镍含量的同时，提升材料的耐腐蚀性与生物相容性，成为困扰科研人员的重要难题。
为攻克这一挑战，来自埃及法尤姆大学（Physics Department, Faculty of Science, Fayoum University）、赫尔万大学（Basic Science Department, Faculty of Technology and Education, Helwan University）等机构的研究人员开展了一项创新性研究。他们将目光聚焦于纳米材料氧化石墨烯（Graphene Oxide, GO），尝试通过粉末冶金技术将其引入低镍医用不锈钢（Low Nickel Bio-grade Stainless Steel, LNBGSS）基体，以改善材料性能。这项研究成果发表在《Scientific Reports》上，为医用金属材料的优化提供了新的思路与方向。
研究人员采用的关键技术方法包括：粉末冶金法制备复合材料，通过精确控制 GO 含量（0.5 wt%、1.0 wt%、1.5 wt%）并在氮气环境中退火；利用 X 射线衍射（XRD）和场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）分析材料微观结构；通过电化学分析（如动电位极化、电化学阻抗谱）评估耐腐蚀性；以白化大鼠为模型开展体内生物相容性研究，检测血液学参数（如血红蛋白 HB、白细胞 WBC、红细胞 RBC 等）及肝肾功能指标（如丙氨酸转氨酶 ALT、天冬氨酸转氨酶 AST、尿素氮 UN 等）。
研究结果
微观结构分析
XRD 结果表明，GO 的引入未显著改变 LNBGSS 的主要晶相（α-Fe?O?），但当 GO 含量达 1.5 wt% 时，部分衍射峰展宽并合并，提示晶体结构可能因 GO 与基体的相互作用产生轻微畸变。FE-SEM 图像显示，GO 在 LNBGSS 基体中实现有效分散，低含量 GO（0.5 wt%、1.0 wt%）导致颗粒轻微团聚，而 1.5 wt% GO 时，GO 片层广泛覆盖于不锈钢颗粒表面，平均粒径（Dav）从 0.491 μm 降至 0.466 μm，表明 GO 与基体的结合随含量增加而增强。
耐腐蚀性评估
电化学测试显示，随着 GO 含量增加，腐蚀电流密度（Jcorr）显著降低。与未改性的 LNBGSS（Jcorr=1.3×10?? A/cm2）相比，1.5 wt% GO 复合材料的 Jcorr 降至 1.89×10?? A/cm2，腐蚀速率从 1.773 mm / 年骤降至 0.031 mm / 年，抑制效率（ηp%）高达 98.5%。电化学阻抗谱显示，极化电阻（Rct）从 0.811 kΩ 提升至 98.30 kΩ，进一步证实 GO 通过物理覆盖与化学作用双重机制显著提升材料的耐腐蚀屏障性能。
体内生物相容性评价
36 只白化大鼠被随机分为 6 组（包括对照组、GO 组、LNBGSS 组及三种 GO 含量的复合材料组），经膝关节腔内注射后观察 10 天。结果显示，所有组别的血液学参数（如 HB、RBC、血小板等）均在正常范围内，仅纯 LNBGSS 组（S0）的部分指标略低但无统计学差异（P>0.05）。肝肾功能指标（ALT、AST、UN、血清肌酐 SCR 等）在各组间无显著差异（P>0.05），且动物体重正常增长，无明显炎症或毒性反应。这表明 GO 改性复合材料在体内具有良好的生物安全性。
结论与讨论
本研究证实，通过粉末冶金法将 GO 引入 LNBGSS 基体可显著提升材料的耐腐蚀性，其机制可能与 GO 的物理屏障作用及与基体的界面相互作用有关。同时，体内实验表明该复合材料无明显血液毒性、肝毒性及肾毒性，生物相容性符合医用标准。GO 的加入不仅未破坏不锈钢的晶体结构，反而通过优化微观形貌与界面结合，实现了性能的协同提升。
这项工作为解决传统医用不锈钢的镍相关缺陷提供了可行方案，开拓了纳米材料在生物医学领域的应用场景。未来若能进一步优化 GO 的分散工艺及与基体的化学键合，有望开发出更高效、安全的下一代医用金属材料，为骨科植入物、心血管器械等领域的发展奠定基础。研究结果不仅在材料科学领域具有创新性，更为临床应用中提升患者预后、减少植入物相关并发症提供了重要的科学依据。
