介孔生物玻璃涂层包覆镁合金的制备及降解性能研究
万天++李梦君++宋述鹏
摘 要：作为生物植入材料常用的是金属材料，主要包括不锈钢、钴铬及钛合金，它们具有良好的抗腐蚀性能，且相对于生物陶瓷材料的易脆和高分子材料的易分解，有更优良的综合力学性能。但是，传统金属材料在医疗应用上仍存在缺陷，比如因体内摩擦而产生磨屑或因腐蚀而产生有毒离子，造成局部过敏反应或者炎症，降低其生物相容性。因此，作为生物可降解材料的镁合金，其良好的生物相容性和机械性能，吸引了越来越多的学者开展研究。
关键词：生物植入材料 生物可降解材料 镁合金
中图分类号：TG146 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（c）-0120-02
1 可生物降解镁合金研究现状
镁合金具有良好的生物相容性和力学相容性、完全可降解性和成本低的优点，但在溶液中，特别是在含Cl-的生物体液内腐蚀过快，限制了其在生物体内的临床应用。较快的降解速率会导致植入材料在机体未痊愈之前就发生严重腐蚀，降低了材料的力学性能和稳定性，使材料失效甚至完全降解；并且镁合金的快速腐蚀会产生大量H2，导致气泡聚集，影响组织的恢复和治疗；此外，过快的降解速率将使植入体附近体液局部pH值升高，导致人体组织中蛋白质发生沉积和出现局部溶骨等不良现象。
目前研究表明，提高镁合金耐蚀性的途径一般包括以下几个方面：（1）高纯化：减少镁合金中有害杂质（Fe、Ni、Cu和Co）的含量，能消除杂质元素的不利影响，增加耐蚀性；（2）合金化：向镁合金中添加合金元素能细化组织，析出的第二相可以作为障碍物，抑制腐蚀的进行，而且还能增加有害杂质的固溶度，降低杂质的影响，提高耐蚀性；（3）表面改性：在镁合金表面涂覆涂层，能有效阻止腐蚀液进入基体，从而提高合金的耐蚀性和生物相容性。（4）加工工艺：较好的工艺能改善镁合金的组织，使第二相的析出减少或分布更均匀，有助于改善其耐蚀性。Li等[1]研究了Ca含量不同的Mg-Ca合金的耐腐蚀性能和细胞毒性，发现随Ca含量增加而耐蚀性下降，且Mg-1Ca合金无细胞毒性，具有良好的生物相容性。
2 生物镁合金制备方法介绍
制备生物镁合金的方法中的区域凝固法[2]和亚快速凝固技术[3]能有效增加合金耐蚀性。亚快速凝固技术综合了快速凝固和常规凝固的优点，控制冷却速率约为0～103 K/s时结晶。这样可减少常规凝固成分的偏析和缺陷，使有害杂质固溶于基体中，不会形成有害的析出相，减轻腐蚀程度，同时还能形成非晶态氧化膜，提高耐蚀性。区域凝固法制备的镁合金铸锭，能在其中间部位减少有害杂质的含量，是一种简单而可控的高纯镁合金制备工艺。
另外，压缩变形能有效地细化组织，是提高合金强韧性的有效方式，可以通过热挤压、热轧、往复挤压、高压扭转和等径角挤压等技术来改善镁合金组织的均匀性，且镁合金的开路腐蚀电位也会提高，增加其耐蚀性能。压缩变形的技术可以分為2类：热加工塑性变形，主要包括热挤压和热轧；剧烈塑性变形，主要包括高压扭转等。一般来说，热加工塑性变形一定程度上细化了镁合金晶粒组织，明显提高了强韧性，降低了镁合金腐蚀速率。
3 医用生物镁合金的腐蚀机理
生物镁合金在体内环境中的腐蚀类型可以分为4种：电偶腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳和磨蚀。由于镁合金中存在不同的相、成分和缺陷，且同一相的不同区域元素含量也不相同，很难形成均随着桉树传入、发展、地位等不断变化，与桉树相关话题的是是非非争论时起时伏，至今似乎又有新的、实际也是旧事再提的迹象。回顾刚掀起广泛种植桉树热的1996年，《广东科技报》在3月16日以头版头条刊登了一位地质工作者署名的《褒褒贬贬说桉树》文章，到2012年局部县市划定禁止种植桉树地带、2016年一些政府部门规定的水源地区禁止新种桉树、逐步退出桉树林地等行政规定，多把种植桉树与对生态造成重要影响挂钩。与此同时，速生桉的发展从国家、政府部门的关心，国营、个体和多种营林方式出现，从政策扶持到自觉自愿、不断开辟新造林区，甚至有不愿放弃经营的情况，这些群体的感觉多是造林营林收益可观，除了广西每年能够生产全国1/3的木材外，也发现许多现实并不与原来的宣传观点相同，许多问题正在或已经通过不同的方式去解决。
1 种植桉树评论最多之“弊”
对种植桉树评论最多之“弊”主要包括几方面：一是水的问题，认为桉树林使林地蓄水层干枯，对水资源造成不利影响；二是种植桉树因不断轮伐、长期生长同一树种，引起地力衰退；三是由于桉树人工林树种单一，从而影响林区生物多样性；四是大量单一无性系造林使遗传基因窄化，大大削弱桉树人工林控制病虫害的机制，生物群落受破坏、病虫灾害危机开始显现等。
2 速生桉种植生产实践体会
经过20多年来的桉树生产，众多林农在生产实践中对上述问题有了新的体会。速生桉是消耗大量水分的树种，所以生长迅速。凡在经常干旱的地段，不宜栽种桉树速生品种，同一林区，如土层瘠薄、沙质严重无法保水的，其生长量往往不及山脚或水分充足地段的产量1/2。幼林、中龄林是生长旺盛阶段，耗水量最大，尤其是广大林区都是以生产中径材为主，大多在6年之内主伐完毕、再重新萌芽成林，所以它的一生都在高耗水中度过。假若把速生桉培育为大规格材，林地植被能得到恢复并形成群落，截留雨水、涵养水源功能并不比其他树种的林区逊色。如桂南某地一村屯，村背后一座光秃秃大山种植任何树种不成林，后种桉树成活并形成大树，林下植被茂密、种类丰富，过去没有水流的山脚，却长年清泉不断，解决了这个村子用水难题，村民发现了这个宝贝，坚决不允许砍伐这片桉林。中、幼龄速生桉林消耗水分多，但根据科研人员测定，却比水稻、大叶相思等植物耗水少得多，在相同耗水量的情况下，桉树生产的干物质会比许多作物多，也就是说，桉树并没有“白吃”这些水分。在桂西山区的干旱季节，笔者目睹了一个大山的两种经营结果：一侧山头是全垦后种植玉米，另一侧是种植速生桉，经过连续干旱，玉米全部萎蔫干枯、几乎没有收成，而桉树林区的生长势头并未减弱。在相对均匀、年降雨量1 000 mL以上的广西大部分地区，尽管桉树消耗了大量水分，但它截留到林地上的水分，不见得比其他树种或荒山的少。至今，还没有人对不同树种的林区地径水流量、山塘水库蓄水库存进行过科学测定，至少没有公开报导，说明桉树林区在相同降雨情况下水量比其他树种减少的研究结果。假若老天爷长期不下雨，不管你栽种什么树种，大地干旱、水库没水依然如此，我国西北大面积干旱、广西区内也有经常干旱地带，其实与桉树种植无直接关连。
3 桉树的长期种植、采伐更新对林地肥力的衰退影响
桉树的长期种植、采伐更新、萌芽成林对林地肥力的衰退影响严重。这种现象已经被林农认识和接受。不论种植什么作物、什么品种，都会消耗土壤中的养分，这和种植水稻、玉米、小麦等都无差异。认为种树靠“吃雾水”长大的，种树不用施肥的传统习惯在最初桉树发展阶段还没有被林农改变，从而一些只想收成，不愿投资施肥，导致土壤肥力下降的情况出现。经过多年生产实践证明，施肥与否，收益会有天壤之别。一个林农，在一小片林地上种了桉树，从此不再管理，杂草荆棘丛生，5年后“主伐”，产量不足0.2 m3，成为一个笑话。另外，开始大量种植桉树的20世纪90年代，由于当时沼气、电力等在农村尚未普及，柴火是当时生活必须品。主伐时的大小径材出卖获取收入，枝叶、树桩、树皮也被搜刮一空。通常林农每年每株桉树0.5～1 kg的N、P、K为主的肥料并不能生产出来的桉树整株物质，却全部搬移出了林地外，势必造成地力下降。近年来林农逐渐认识肥料对桉树生产的重要性，把每株年施肥量提高到0.75～1.5 kg。同时随着农村生活用电、沼气应用，以植物枝叶为燃料的习惯正在退出生活舞台，不仅桉树枝叶、树桩没有人去索取，林下灌木杂草也无人问津，一些更新林区由于枯枝、杂灌太多反而使作业困难，但却为林地肥力恢复做出了重要贡献。除此，桉树专用肥料生产厂家也逐步认识到补充微量元素的重要性并进行添加；近年来又生产桉树专用缓释肥料品种，减少肥料损耗以利于桉树的吸收。营林人希望有主伐林木的机械运用，通过粉碎林木残留物，增加肥力返还土壤，保证肥力维持现状甚至逐年上升、达到永续利用的目的。桉树林地肥力衰退现象，目前已经有一部分得到了改善。
4 关于树种单一影响生态多样性的问题
目前广泛种植的速生桉品种、品系实际只有几种，以尾叶桉、尾巨桉、巨尾桉为主。由于父本、母本品种过少，树种多样性无疑是欠缺的。最好能够培育出其他速生桉树或者树种，从而取代目前树种过少是理想的选择，但现实中并未实现。近年来推出的黄梁木、绿桐（泡桐杂交品种）生长速度也十分可观，但要证实它们的应用价值仍需时日。在10多年前，全部采用整个山头炼山形式，许多天然乡土树种和其他生物体系受到破坏；林地采用全垦形式使土壤肥力流失；造林密度过大使林下植物丧失竞争能力；不适地适树、种植品种单一、施肥不足、砍伐过早、全树利用等確实影响林区生态多样性的存在。但是，实践中也证明了当前种植的品种（品系）仍然是至今最高产的优良杂交品系，正如农民不愿拒绝袁隆平推出的优良品种一样而受到采用。农业生产道理也一样，没有人愿意在广大农田上为生态平衡而让农作物和野草杂灌生长在一起，精耕细作、高投入、高产出已经成为高效的或商品性经营的重要手段。改善营林方式，如保留山沟杂灌、块状造林、发展其他山上作物或多年生的珍贵树种、自觉保护林下植被、采用有机肥料、加强病虫害的观察和防治等正在被营林者所接受。根据近两年来广西林业有害生物的普查，桉树林区内以桉树谋生的昆虫超过了500种，与这些害虫相关的天敌种类又超过了100种，桉树林区的动物增加、土质改善也在实际中演变。
5 结语
营造桉树林有利有弊，经过科学经营，减弊而增利，不断改善生态是可以实现的。
参考文献
[1] 杨朝应.浅谈桉树在生态建设中的利与弊[J].临沧科技，2008（2）：31-32.
[2] 韦玉姬.浅谈广西桉树人工林种植情况对生态环境的影响[J].农业与技术，2017（1）：54-55.
[3] 鲜红.浅谈桉树工业原料林对生态环境的影响[J].环境科学导刊，2011（4）：68-70.
