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Alloying design of biodegradable zinc as promising bone implants for load-bearing applications.
Nature Communications ( IF 14.7 ) Pub Date : 2020-01-21 , DOI: 10.1038/s41467-019-14153-7 Hongtao Yang 1 , Bo Jia 2 , Zechuan Zhang 1 , Xinhua Qu 2 , Guannan Li 1 , Wenjiao Lin 3 , Donghui Zhu 4 , Kerong Dai 2 , Yufeng Zheng 1, 5
Nature Communications ( IF 14.7 ) Pub Date : 2020-01-21 , DOI: 10.1038/s41467-019-14153-7 Hongtao Yang 1 , Bo Jia 2 , Zechuan Zhang 1 , Xinhua Qu 2 , Guannan Li 1 , Wenjiao Lin 3 , Donghui Zhu 4 , Kerong Dai 2 , Yufeng Zheng 1, 5
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Magnesium-based biodegradable metals (BMs) as bone implants have better mechanical properties than biodegradable polymers, yet their strength is roughly less than 350 MPa. In this work, binary Zn alloys with alloying elements Mg, Ca, Sr, Li, Mn, Fe, Cu, and Ag respectively, are screened systemically by in vitro and in vivo studies. Li exhibits the most effective strengthening role in Zn, followed by Mg. Alloying leads to accelerated degradation, but adequate mechanical integrity can be expected for Zn alloys when considering bone fracture healing. Adding elements Mg, Ca, Sr and Li into Zn can improve the cytocompatibility, osteogenesis, and osseointegration. Further optimization of the ternary Zn-Li alloy system results in Zn-0.8Li-0.4Mg alloy with the ultimate tensile strength 646.69 ± 12.79 MPa and Zn-0.8Li-0.8Mn alloy with elongation 103.27 ± 20%. In summary, biocompatible Zn-based BMs with strength close to pure Ti are promising candidates in orthopedics for load-bearing applications.
中文翻译：
可生物降解锌的合金设计作为有前途的承载应用骨植入物。
作为骨植入物的镁基可生物降解金属（BM）具有比可生物降解聚合物更好的机械性能，但其强度大致小于350 MPa。在这项工作中，通过体外和体内研究系统地筛选了分别含有合金元素 Mg、Ca、Sr、Li、Mn、Fe、Cu 和 Ag 的二元锌合金。 Li对Zn表现出最有效的强化作用，其次是Mg。合金化会导致加速降解，但在考虑骨折愈合时，锌合金可以预期具有足够的机械完整性。在Zn中添加Mg、Ca、Sr和Li元素可以改善细胞相容性、成骨和骨整合。对三元Zn-Li合金体系进一步优化，得到极限抗拉强度为646.69±12.79 MPa的Zn-0.8Li-0.4Mg合金和延伸率为103.27±20%的Zn-0.8Li-0.8Mn合金。总之，强度接近纯钛的生物相容性锌基BM是骨科承重应用中很有前途的候选材料。
更新日期：2020-01-22
中文翻译：
可生物降解锌的合金设计作为有前途的承载应用骨植入物。
作为骨植入物的镁基可生物降解金属（BM）具有比可生物降解聚合物更好的机械性能，但其强度大致小于350 MPa。在这项工作中，通过体外和体内研究系统地筛选了分别含有合金元素 Mg、Ca、Sr、Li、Mn、Fe、Cu 和 Ag 的二元锌合金。 Li对Zn表现出最有效的强化作用，其次是Mg。合金化会导致加速降解，但在考虑骨折愈合时，锌合金可以预期具有足够的机械完整性。在Zn中添加Mg、Ca、Sr和Li元素可以改善细胞相容性、成骨和骨整合。对三元Zn-Li合金体系进一步优化，得到极限抗拉强度为646.69±12.79 MPa的Zn-0.8Li-0.4Mg合金和延伸率为103.27±20%的Zn-0.8Li-0.8Mn合金。总之，强度接近纯钛的生物相容性锌基BM是骨科承重应用中很有前途的候选材料。
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