基于材料基因工程的可降解镁合金设计与器械开发
关绍康 *，王红艳，方哲，李亚飞，王超，魏晓秀，梅迪，王剑锋
郑州大学，郑州，450001，中国

详细摘要： 镁及其合金由于具有良好的生物相容性、力学相容性和可降解性而受到了广泛关注。然而，绝大部分已有商用镁合金含有毒性或是潜在毒性的合金化元素，如铝和稀土等；而且，这些商用合金在模拟体液和动物体内的降解行为大多呈现严重的局部腐蚀，而临床上使用的镁合金只有均匀降解才能避免器件因局部降解而过早失去支撑力。由此可见，它们不适合应用于可降解生物医学领域。因此，如何快速开发新型符合需求的专用生物镁合金材料器件是可降解金属材料领域的前沿课题之一。材料基因工程是材料领域的颠覆性前沿技术，将对材料研发模式产生革命性的变革，全面加速材料从设计到工程化应用的进程，大幅度提升新材料的研发效率，缩短研发周期，降低研发成本，促进工程化应用。本课题将材料基因工程的研究方法应用于生物医用镁合金材料成分设计和器械开发。课题围绕生物医用镁合金及器械的可控降解性、强韧性和生物性能的“三性合一”设计理念，聚焦“镁合金表面生物分子的吸附”、“第二相与镁基体间的电偶腐蚀”、“缓蚀剂高通量筛选与预测”、以及“医用镁合金器械构型‘三性合一’耦合设计”等关键问题，采用第一性原理和分子动力学、有限元多目标设计和机器学习等计算和模拟方法，并结合验证试验，快优化速筛选出“三性合一”的生物医用镁合金材料和镁合金血管支架构型。该课题研究为可降解生物镁合金材料和器件的开发应用提供了可行的技术支撑。