Bioabsorbierbares Metallglas - Bioabsorbable metallic glass
Bioresorbierbares (oder bioabsorbierbares ) Metallglas ist eine Art amorphes Metall , das auf dem ternären Mg-Zn-Ca-System basiert . Diese amorphen Legierungen enthalten nur Elemente, die bereits im menschlichen Körper vorhanden sind, nämlich Mg , Zn und Ca , und sind eine spezielle Art von biologisch abbaubarem Metall .
Geschichte
Das erste gemeldete metallische Glas war eine Legierung (Au 75 Si 25 ), die 1960 von W. Klement (Jr.), Willens und Duwez bei Caltech hergestellt wurde. Diese und andere frühe glasbildende Legierungen mussten extrem schnell abgekühlt werden (in der Reihenfolge) eine Mega- Kelvin pro Sekunde, 10 6 K / s) zu vermeiden Kristallisation . Eine wichtige Folge davon war, dass metallische Gläser nur in einer begrenzten Anzahl von Formen (typischerweise Bändern, Folien oder Drähten) hergestellt werden konnten, in denen eine oder mehrere Abmessungen klein waren, so dass die Wärme schnell genug extrahiert werden konnte, um die erforderlichen Abkühlraten zu erreichen . Infolgedessen waren metallische Glasproben (mit wenigen Ausnahmen) auf Dicken von weniger als einhundert Mikrometern beschränkt .
Metallgläser auf Mg-Zn-Ca-Basis sind eine relativ neue Gruppe amorpher Metalle, die gegenüber frühen Zusammensetzungen kommerzielle und technische Vorteile besitzen. Gu et al. Produzierten 2005 das erste Mg-Zn-Ca-BMG, das über eine hohe Glasformbarkeit, hohe Festigkeit und vor allem außergewöhnliche Plastizität berichtet . Das Lanthanid -freien, Mg-basierten Glas angezogen unmittelbares Interesse aufgrund seiner geringen Dichte und Kosten, und vor allem wegen seiner ungewöhnlich hohe Duktilität . Diese Eigenschaft war für solche Zusammensetzungen unerwartet, da festgestellt wurde, dass die Bestandteile ein relativ niedriges Poisson-Verhältnis aufweisen und daher wenig zur inhärenten Plastizität des Glases beitragen. Dieser unwahrscheinliche Vermögenswert wurde 2008 von Li beschlagnahmt, der das Poisson-Verhältnis-Prinzip nutzte und den Mg-Gehalt auf Kosten von Zn erhöhte, um die Plastizität weiter zu verbessern. Weitere Verbesserungen wurden durch schrittweise Zugabe von Ca zur binären Mg72Zn28-Zusammensetzung erzielt, wobei zahlreiche ternäre Legierungen entlang der 350 ° C- Isotherme des Mg-Zn-Ca-Systems erzeugt wurden.
Ternäre metallische Ca-Mg-Zn-Massengläser wurden ebenfalls im Jahr 2005 entdeckt. Ähnlich wie Mg-Zn-Ca sind diese beiden amorphen Legierungen beide bioresorbierbare metallische Gläser und basieren auf demselben ternären Mg-Zn-Ca-System . Die Elemente werden in der Reihenfolge abnehmender Atomkonzentration angezeigt. Daher liegt die Unterscheidung zwischen diesen beiden metallischen Gläsern in ihrem dominantesten Element , nämlich Ca und Mg . Diese glasartigen Massenlegierungen auf Ca-Basis hatten Zusammensetzungen von Ca 55 Mg 15 + X Zn 30 - X , Ca 60 Mg 10 + Y Zn 30 - Y und Ca 55 + Z Mg 25 - Z Zn 20 , wobei X = 0,5 und 10; Y = 0, 5, 7,5, 10 und 15; und Z = 0, 5, 7,5, 10 und 15. Kritische Gussdicken von bis zu 10 mm wurden erreicht.
Eigenschaften
Im Gegensatz zu herkömmlichem Stahl oder Titan löst sich dieses Material in Organismen mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1 Millimeter pro Monat und wird durch Knochengewebe ersetzt . Diese Geschwindigkeit kann durch Variation des Zinkgehalts eingestellt werden.
Amorphe Ca 65 Zn 20 Mg 15 -Legierungen weisen eine extrem schlechte Korrosionsbeständigkeit auf . Wang et al. berichteten, dass die amorphe Legierung nach nicht mehr als 3 Stunden Exposition in einer Biokorrosionsumgebung vollständig zerfiel. In statisch destilliertem Wasser bei Raumtemperatur haben Dahlman et al. berichteten auch über zerstörerische Korrosionsreaktionen desselben Materials, die sich in ein mehrphasiges Pulver zersetzten.
Ca-BMGs mit höheren Zn- Gehalten, wie von Cao et al. zeigten einen Elastizitätsmodul im Bereich von 35–46 GPa und eine Härte von 0,7–1,4 GPa .
Kürzliche Entwicklungen
Metallische Gläser auf Basis des ternären Mg-Zn-Ca-Legierungssystems bestehen nur aus den Elementen, die bereits im menschlichen Körper vorhanden sind. Als solches wird es als potenzielles bioresorbierbares Biomaterial für orthopädische Anwendungen untersucht.