Sr和Cu元素调控Ca基生物医用材料的非晶形成能力与腐蚀行为：机制探索与性能优化

为解决Ca基块体非晶合金（BMGs）玻璃形成能力（GFA）不足和降解速率调控困难的问题，研究人员通过添加Sr和Cu元素系统研究了Ca63 Mg20 Zn17 合金的GFA、腐蚀行为及细胞相容性。结果表明，Sr降低GFA但提升耐蚀性，Cu在1 at.%内协同优化GFA与耐蚀性，所有合金均展现良好生物相容性，为可降解骨植入材料设计提供理论支撑。

　　

在生物医用材料领域，传统钛合金等不可降解金属植入物需二次手术取出，给患者带来身心负担。而钙基块体非晶合金（Bulk Metallic Glasses, BMGs）因其高强度、低弹性模量和优异的耐腐蚀性成为研究热点，但其非晶形成能力（Glass-Forming Ability, GFA）有限且降解速率难以精确控制，制约了临床应用。

为解决这一难题，研究人员以Ca₆₃
Mg₂₀
Zn₁₇
合金为基础，通过添加Sr和Cu元素探究其对材料性能的影响。研究发现，未添加Sr的合金呈现完全非晶态，而Sr的引入导致晶体相析出，降低T_rg
（约化玻璃转变温度）和GFA，但显著提升耐蚀性；相反，Cu在1 at.%含量内可协同提高GFA和耐蚀性，过量则导致性能下降。细胞毒性实验证实所有合金均无细胞毒性，满足生物医学要求。

关键技术方法
研究采用铜模喷铸法制备Φ3 mm×80 mm的合金棒材，通过X射线衍射（XRD）分析晶体结构，差示扫描量热法（DSC）测定热力学参数，电化学测试和氢演化实验评价腐蚀行为，并结合细胞培养评估生物相容性。

研究结果

1. 晶体结构：XRD显示Sr掺杂导致Ca₆₃
   Mg₂₀
   Zn₁₇
   合金中晶体相析出，而Cu在1 at.%内维持非晶态。
2. 热力学性能：DSC证实Sr降低T_rg
   和γ参数，Cu则提高非晶稳定性。
3. 腐蚀行为：极化曲线显示Sr使腐蚀电位正移，Cu在1 at.%时腐蚀电流密度最低。
4. 生物相容性：MTT实验表明所有合金浸提液对细胞增殖无抑制。

结论与意义
该研究阐明了Sr和Cu对Ca基BMGs微观结构与性能的调控机制：Sr通过形成致密腐蚀产物层增强耐蚀性，而Cu优化原子堆垛效率提升GFA。成果为设计兼具可控降解性和力学性能的骨修复材料提供了新思路，推动可降解植入物临床应用。论文发表于《Journal of Non-Crystalline Solids》，通讯作者为Geng Guihong（耿桂宏）。