粉末冶金法制备Zn-1Mn-0.3Ti-1HA-xGNP可降解复合材料在骨科应用中的潜力评估

本文通过粉末冶金（PM）技术制备了石墨烯纳米片（GNP）增强的Zn-1Mn-0.3Ti-1HA-xGNP（x=0、0.1、0.5 wt%）复合材料，系统评估其作为骨科可降解植入材料的潜力。研究表明，0.5 wt% GNP的添加使复合材料压缩强度（UCS）提升53.48%，腐蚀速率降至0.048 mm/year，且稀释提取物展现>75%细胞活性，兼具优异力学性能、可控降解性和生物相容性（cytocompatibility），为骨科植入物设计提供新思路。

　　

Highlight

锌基复合材料因其降解速率与生物相容性的理想平衡，作为可降解植入材料备受关注。然而纯锌的力学性能不足限制了其应用。本研究通过粉末冶金法开发了石墨烯纳米片（GNP，0-0.5 wt%）增强的锌基复合材料，发现0.5 wt% GNP的添加使压缩强度（UCS）较未添加组提升53.48%，腐蚀速率低至0.048 mm/年（20天浸泡测试）。生物相容性实验显示，复合材料稀释提取物在10%-50%浓度下无细胞毒性，0.5 wt% GNP组3天后细胞存活率>75%，证实其优异的细胞相容性（cytocompatibility）。

Preparation of zinc composite sample

采用高纯锌粉（99.9%）、锰粉（99%）、钛粉（99%）和GNP（99%）为原料，通过粉末冶金三步工艺（粉末混合→液压压实→350°C烧结4小时）制备了三种复合材料：Zn-1Mn-0.3Ti-1HA（Zn0G）、含0.1 wt% GNP（Zn0.1G）和含0.5 wt% GNP（Zn0.5G）。

Microstructure of zinc composite

X射线衍射（XRD）分析显示，所有样品均存在三相结构。原始GNP在2θ=26.5°处出现（002）晶面衍射峰，但复合材料中未检测到碳峰，表明GNP在基体中均匀分散且未破坏晶体结构。

Conclusion

通过粉末冶金法制备的GNP增强锌基复合材料展现出：1）GNP显著提升力学性能；2）0.5 wt% GNP组具有最低腐蚀速率；3）所有组分均表现良好生物相容性，为骨科可降解植入物提供了有前景的候选材料。