Bioabsorberbart metalliskt glas
Bioresorberbart (eller bioabsorberbart ) metalliskt glas är en typ av amorf metall , som är baserad på det ternära Mg-Zn-Katernära systemet . Dessa amorfa legeringar innehåller endast element som redan finns inuti människokroppen, nämligen Mg , Zn och Ca , och är en speciell typ av biologiskt nedbrytbar metall .
Historia
Det första rapporterade metallglaset var en legering (Au 75 Si 25 ) tillverkad vid Caltech av W. Klement (Jr.), Willens och Duwez 1960. Denna och andra tidiga glasbildande legeringar måste kylas extremt snabbt (i den ordningsföljd som på en megakelvin per sekund, 10 6 K / s) för att undvika kristallisation . En viktig konsekvens av detta var att metallglas endast kunde tillverkas i ett begränsat antal former (typiskt band, folier eller trådar) i vilka en eller flera dimensioner var små så att värme kunde utvinnas tillräckligt snabbt för att uppnå nödvändiga kylningshastigheter . Som ett resultat begränsades metallglasexemplar (med några få undantag) till tjocklekar på mindre än hundra mikrometer .
Mg-Zn-Ca-baserade metallglas är en relativt ny grupp av amorfa metaller, som har kommersiella och tekniska fördelar jämfört med tidiga kompositioner. Gu och hans medarbetare producerade den första Mg-Zn-Ca BMG 2005, och rapporterade hög glasformningsförmåga, hög hållfasthet och viktigast av allt exceptionell plasticitet . Detta lantanidfria , Mg-baserade glas väckte omedelbart intresse på grund av dess låga densitet och kostnad, och särskilt på grund av dess okaraktäristiskt höga duktilitet . Denna egenskap var oväntad för sådana kompositioner, eftersom beståndsdelarna har visat sig ha relativt lågt Poisson-förhållande , och därför bidrar lite till glasets inneboende plasticitet. Denna osannolika tillgång togs i beslag av Li 2008, som använde sig av Poisson-förhållandeprincipen och ökade Mg-halten på bekostnad av Zn för att ytterligare förbättra plasticiteten. Ytterligare förbättringar uppnåddes genom inkrementell tillsats av Ca till den binära kompositionen Mg72Zn28, vilket producerade ett flertal ternära legeringar längs 350 °C isotermen i Mg-Zn-Ca-systemet.
Ternära Ca-Mg-Zn-metallglas i bulk upptäcktes också 2005. I likhet med Mg-Zn-Ca är dessa två amorfa legeringar båda bioresorberbara metallglas och är baserade på samma ternära Mg-Zn-Ca-system . Elementen visas i ordning efter minskande atomkoncentration. Därför ligger skillnaden mellan dessa två metalliska glas i deras mest dominerande element , nämligen Ca och Mg . Dessa Ca-baserade bulkglaslegeringar hade sammansättningar av Ca 55 Mg 15+X Zn 30−X , Ca 60 Mg 10+Y Zn 30−Y och Ca 55+Z Mg 25−Z Zn 20 , där X = 0, 5 och 10; Y = 0, 5, 7,5, 10 och 15; och Z = 0, 5, 7,5, 10 och 15. Kritiska gjuttjocklekar på upp till 10 mm uppnåddes.
Egenskaper
Till skillnad från traditionellt stål eller titan löses detta material i organismer med en hastighet av ungefär 1 millimeter per månad och ersätts med benvävnad . Denna hastighet kan justeras genom att variera innehållet av zink.
Amorf Ca 65 Zn 20 Mg 15 legering uppvisar extremt dålig korrosionsbeständighet . Wang et al. rapporterade att nämnda amorfa legering sönderföll fullständigt efter inte mer än 3 timmars exponering i biokorrosionsmiljö. I statiskt destillerat vatten vid rumstemperatur, Dahlman et al. rapporterade också destruktiva korrosionsreaktioner av samma material, som sönderdelas till ett flerfaspulver.
Ca-BMGs med högre Zn- halter som rapporterats av Cao et al. visade en elasticitetsmodul i intervallet 35–46 GPa och en hårdhet på 0,7–1,4 GPa .
Senaste utvecklingen
Metallglas baserade på det ternära legeringssystemet Mg-Zn-Ca består endast av de element som redan finns inuti människokroppen. Som sådan undersöks det som ett potentiellt bioresorberbart biomaterial för användning i ortopediska tillämpningar.