Mg-Zn-Mn合金在胰液中的降解机制：胰蛋白酶破坏钝化层对可降解胰管支架设计的启示

针对可降解镁合金胰管支架在生理环境中腐蚀机制不明的问题，研究人员系统评估了挤压态Mg-2Zn-xMn（x=0-1.5 wt.%）合金在真实胰液中的降解行为。发现胰液高碱性（pH 8.3-8.7）、HCO3-缓冲体系与胰蛋白酶协同作用，通过破坏Mg(OH)2/MgCO3钝化层诱发点蚀，其中Mg-2Zn-1.0Mn展现出最佳耐蚀性（2.94 mm·y-1）与力学性能（UTS 311 MPa）。该研究为开发适配胰腺特殊微环境的可降解支架提供了关键数据。

　　

胰腺疾病治疗领域正面临支架技术的革新挑战。传统塑料支架存在高再狭窄率，而金属支架又面临不可降解的局限。镁合金因其可降解性和生物相容性成为理想候选材料，但胰腺独特的碱性环境（pH 8.3-8.7）、富含HCO₃^-的缓冲系统以及消化酶（如胰蛋白酶）的复杂作用，使得常规模拟体液（SBF）的测试结果与真实生理环境存在显著差异。特别是胰液中胰蛋白酶与腐蚀产物的相互作用机制尚未阐明，这严重制约着可降解胰管支架的临床转化。

针对这一科学难题，重庆大学附属医院联合研究团队在《Journal of Magnesium and Alloys》发表了创新性研究。他们采用挤压工艺制备了四种不同Mn含量（0-1.5 wt.%）的Mg-2Zn-xMn合金，通过电化学测试（EIS、PDP）、浸泡实验（氢演化法、失重法）结合XPS表面分析，首次系统评估了合金在真实人胰液中的降解行为。研究发现Mn含量通过影响动态再结晶（DRX）程度调控晶粒尺寸（14.1→3.7 μm），而胰蛋白酶会特异性破坏钝化层中的有机组分，导致Ca₃(PO₄)₂/MgCO₃保护膜失效。

关键技术方法包括：1）采用CO₂/SF₆保护气氛熔炼制备合金；2）通过300℃热挤压（挤压比28.2:1）获得直径16 mm棒材；3）使用医院提供的人胰液进行浸泡实验（液面比20 mL:1 cm²）；4）结合激光共聚焦显微镜（LEXT OLS4100）和XPS分析腐蚀形貌；5）采用CCK-8法评估L929细胞相容性。

【材料制备与表征】
EBSD分析显示Mn添加使晶粒尺寸从14.1 μm（ZM0）降至3.7 μm（ZM1.5），并形成纳米级Mn富集相（图1g-j）。Zn在晶界处偏聚（图1k），而动态再结晶程度随Mn含量增加至85%（ZM1.5），基底织构强度从26.95降至12.23。

【力学性能】
Mn显著提升强度，ZM1.5的屈服强度（TYS）达270 MPa，较ZM0（156 MPa）提高73%。但过量Mn（1.5 wt.%）因第二相聚集导致延伸率降至14.8%，而ZM1.0展现最佳平衡（UTS 311 MPa，EL 17.5%）。

【腐蚀行为】
氢演化实验揭示三阶段机制（图11）：初期Cl^-攻击形成多孔Mg(OH)₂；中期HCO₃^-转化为CO₃^2-生成MgCO₃/Ca₃(PO₄)₂保护层；后期胰蛋白酶分解有机膜组分诱发点蚀。ZM1.0腐蚀速率最低（2.94 mm·y^-1），其EIS拟合显示最高电荷转移电阻（R_tp=4240 Ω·cm²）。

【细胞相容性】
CCK-8检测表明Mn≤1.0 wt.%时L929细胞活性>90%（图9），而ZM1.5因Mn离子释放出现毒性波动。活死染色显示ZM1.0组细胞形态最佳（图10），符合ISO 10993-5标准。

该研究首次阐明胰蛋白酶通过"有机组分分解-局部酸化-钝化膜破裂"的级联反应加速镁合金腐蚀，为胰管支架材料设计提供了关键理论依据。优选成分Mg-2Zn-1.0Mn兼具力学强度（311 MPa）、可控降解（2.94 mm·y^-1）和生物安全性，突破了传统SBF评价体系的局限性。研究强调生理相关环境测试的必要性，对推动可降解支架的临床转化具有里程碑意义。