葡萄糖对镁体外腐蚀/降解行为的影响

曾荣昌 山东科技大学  

【按】Nature出版集团旗下的《Scientific Reports》（科学报告）刊发了我课题组在医用镁腐蚀机理方面的科学发现。论文题目为“Invitro degradation of pure Mg in response to glucose” （5:13026, DOI: 10.1038/srep13026）。  

随着人口老龄化日趋严重，人们越来越关注血糖水平、糖尿病的患病率以及血糖调节障碍等问题。在全球范围内，预估糖尿病患者的数量将从2000年的1.71亿增至2030的3.66亿。全球老龄化对生物材料的需求日益增加，这使得高血糖和糖尿病患者在植入生物材料问题上面临着巨大的挑战。

镁及镁合金具有独特的生物相容性、生物降解性和力学相容性，作为新一代生物医用材料具有广泛的应用前景。然而，镁非常活泼，耐蚀性能较差。镁的腐蚀问题则是制约其广泛应用的瓶颈因素。虽然有关镁合金在模拟生理溶液中的腐蚀行为已有大量的研究，并取得了明显的进展。因人体内环境因素的复杂性，医用镁及合金腐蚀机理仍然没有得到很好的阐释。

影响医用镁及合金腐蚀的因素包括阳离子（Mg^­2+、Ca²⁺等）、阴离子（Cl^-、HCO₃^-、HPO₄²和^- H₂PO₄^-等）以及有机化合物（氨基酸，蛋白质和葡萄糖等）。然而，有关葡萄糖对镁合金腐蚀影响的研究很少报道。众所周知，高血糖可能导致糖尿病的发生，高血糖或糖尿病人植入镁合金后可能面临较大风险。另外，镁还是一种重要的细胞间离子，在血糖和胰岛素的调解中扮演重要角色。所以，研究葡萄糖对镁合金腐蚀行为影响具有重要意义。

论文基于材料与化学交互作用，以己六醇作为对照物，通过电子探针、光电子能谱等现代表面分析和电化学测试技术，全面地分析了葡萄糖对纯镁腐蚀行为的影响，加深了人们对镁腐蚀过程的认识。此项研究阐明了镁在不同浓度葡萄糖模拟体液中的腐蚀机理，为医用镁合金研究开启了一扇新窗户。

上述研究工作得到了国家自然科学基金项目和山东科技大学科研创新团队经费的支持。

Abstract: Magnesium and its alloys are promising biodegradable biomaterials but are still challenging to be used in person with high levels of blood glucose or diabetes. To date, the influence of glucose on magnesium degradation has not yet been elucidated, this issue requires more attention. Herein, we present pure Mg exhibiting different corrosion responses to saline and Hank’s solutions with different glucose contents, and the degradation mechanism of pure Mg in the saline solution with glucose in comparison with mannitol as a control. On one hand, the corrosion rate of pure Mg increases with the glucose concentration in saline solutions. Glucose rapidly transforms into gluconic acid, which attacks the oxides of the metal and decreases the pH of the solution; it also promotes the absorption of chloride ions on the Mg surface and consequently accelerates corrosion. On the other hand, better corrosion resistance is obtained with increasing glucose content in Hank’s solution due to the fact that glucose coordinates Ca2+ ions in Hank’s solution and thus improves the formation of Ca-P compounds on the pure Mg surface. This finding will open up new avenues for research on the biodegradation of bio-Mg materials in general, which could yield many new and interesting results.

In vitro degradation of pure Mg in response to glucose.pdf