可溶解镁合金油气开采及植入领域应用研究

可溶解镁合金油气开采及植入领域应用研究

李小清,马昌远

湖南理工学院南湖学院

摘要：镁合金具有自然的降解性能、综合的力学性能及良好的生物相容性等优点，引起了研究学者的广泛关注。本文介绍了可溶解镁合金在石油压裂球、骨科和心血管植入材料领域的应用，并总结了可溶解镁合金未来发展趋势。

关键词：可溶解镁合金，石油压裂球，骨科材料，血管支架 

可溶解镁合金具有高的比强度、综合的力学性能及良好的生物相容性等优点。其作为可溶解压裂球的材料，与一般的非金属材料相比，它既满足了可溶解压裂球所需要的力学性能，又具有天然的可降解性；作为骨科可降解材料，与钛合金、不锈钢等传统临床应用的惰性金属相比，它既能有效缓解“应力遮挡”效应，又能避免二次手术取出给患者带来经济负担和心理负担；作为心血管支架材料，它能有效避免内膜增生及再狭窄发生，具有广阔的应用前景。

一、可溶解压裂球

镁合金具有可溶解性、比强度高和化学性质活泼等优点，作为制备可溶解压裂球材料，在油气开采领域具有广泛的应用前景。纪志康[1]等通过制备漂珠/镁合金复合材料的压裂球发现，镁合金可溶复合材料抗压强度达到330MPa，表明镁合金可溶复合材料符合压裂球使用要求。何慧[2]等研究发现，镁合金材料制备的可溶解压裂球能够满足70MPa、90°C的工作条件。刘志斌[3]等发现，采用熔炼成型法制备的镁合金可溶解压裂球在承压70MPa时，返排压力≤3，容易返排；而且在电解质溶液中，可溶解压裂球不超过15d就能完全降解。因此镁合金作为可溶解压裂球材料既能在工作时完成承压，又能自然溶解。

二、可降解骨科材料

镁作为人体中不可缺少的元素，大概占人体总重量的0.05%，其中大部分以磷酸盐的形式参与骨骼的组成。因此镁合金作为骨科材料有良好的生物安全性。Gu等[4]通过细胞毒性实验发现，多种二元镁合金没有降低体内纤维细胞的细胞活力，说明了镁合金没有毒性。Wang等[5]通过体外细胞毒性研究发现，镁合金具有促进细胞生长的作用和良好的生物活性。陶海荣等[6]通过动物实验发现，镁锌合金在动物体内降解时能促进新骨生成，没有炎症细胞和纤维组织增生等现象，表明镁合金具有良好的生物相容性。

三、血管支架

镁合金作为血管支架材料，与传统的不可降解支架材料相比，植入人体后，能逐渐溶解且不会永久的留在体内，这引起了很多学者的关注。Heublein等［7］用镁合金制作了20个支架植入小猪冠状动脉中，发现支架在降解过程中没有造成血栓或心肌梗死。Waksman等[8]在小猪冠状动脉中植入镁合金支架，发现镁合金血管支架外围没有血栓形成，进一步证实了镁合金支架在猪冠脉中的可行性；张健[9]等在新西兰大白兔体内植入JDBM镁合金支架，发现支架具有良好的生物安全性。这些研究证实了镁合金作为血管支架可降解材料是可行的，拥有良好的发展前景。

发展趋势

镁合金具有密度低、可溶解、生物相容性好等优点。可溶解镁合金作为材料制备的压裂球，既能在工作时完成承压，又能自然溶解，这将使得可溶解镁合金在压裂球领域有着不容忽视的作用。随着技术不断发展，镁合金在骨科材料和血管支架领域中难以控制降解速率的问题也将会解决，应用潜力将会更大。总之,镁合金拥有很多亮点，在未来将会有更广泛的研究价值。

[1]纪志康,Al含量对漂珠/镁合金可溶复合材料组织与性能的影响[J].2018,35(5):1212-1216.

[2]何慧.可降解裂球与现场应用[J].2016,5:70-72.

[3]刘志斌, 程智远, 李梅, 等.油气井分段压裂用可降解压裂球研制与应用[J].2016,45(10):54-58.

[4]GU X N, ZHENG Y F, CHENG Y. et al. In vitro corrosion and biocompatibility of binary magnesium alloys.[J]. Biomaterials,2009,30(4): 484-498.

[5]Wang J L, Mukherjee S, Nisbet D R, et al. In vitro evaluation of biodegradable magnesium alloys containing micro-alloying additions of strontium, with and without zinc[J]. Journal of Materials Chemistry B, 2015, 3(45): 8874-8883.

[6]陶海荣,张岩,何耀华,等. 镁锌合金在动物体内降解及其相容性[J]. 中国组织工程研究与临床康复,2009,13(12):2232-2236.

[7]Heublein B, Rohde R, Kaese V, et al. Biocorrosion of magnesiumalloys: A new principle in cardiovascular implant technology [J].Heart,2003,89 651.

[8]Waksman R, Pakala R, Kuchulakanti P K, et al. Safety and efficacy of bioabsorbable magnesium alloy stents in porcine coronary arteries[J]. Catheter Cardiovasc. Interv., 2006, 68: 60.

[9]张健.血管支架用JDBM镁合金生物降解行为及其生物相容性研究[J]2016，