获奖项目名称：

医用镁合金在葡萄糖与多因素耦合下的生物腐蚀、剥蚀机理及应用

第一完成单位：

山东科技大学

项目联系人：

崔蓝月

联系人电话：

18765928984

联系人邮箱：

cuilanyue2010@126.com

项目简介：

  该项目属于材料科学与生物医学交叉领域，是材料失效与保护研究国际前沿课题。随着人口快速老化，我国是当前全球糖尿病发病率最严重的国家之一，糖尿病患者人数居全球首位。糖尿病人易发骨折，其特殊的微环境导致可降解镁金属植入物面临腐蚀不可控，更高的细菌微生物感染风险。镁合金具有可降解性和良好的力学与生物相容性，应用于骨固定材料、骨诱导膜和心血管支架可避免应力遮蔽效应和二次手术。然而，不同于惰性医用金属（不锈钢、钛及合金、钴铬合金），医用镁合金面临全新的腐蚀形态：葡萄糖腐蚀机制及其诱导细菌增殖及多因素耦合腐蚀防护机制、剥蚀机制尚不清楚。因此，该项目主要研究在模拟人体体液中葡萄糖与金属镁交互作用、葡萄糖诱导实验室环境下微生物腐蚀和在葡萄糖及蛋白质多因素耦合下的变形镁合金剥蚀机理不明等问题，首次揭示了镁合金葡萄糖腐蚀、葡萄糖细菌腐蚀及葡萄糖与蛋白质耦合剥蚀机理，主要科学发现点有：
  （1）首次通过与葡萄糖相似性分子己六醇对照，揭示了葡萄糖分子在模拟人体溶液中的醛基酸化、促进氯离子吸附和钙磷盐形成机制。阐明了葡萄糖、蛋白质耦合作用下通过形成糖胺化合物及与金属离子螯合，在抑制氯离子吸附的同时调控腐蚀产物层结构的降解机制。
  （2）首次通过16S rRNA高通量测序技术和微生物分离培养技术，鉴定了Hank’s溶液中细菌群落及分离了两种产酸菌：微杆菌和香坊肠杆菌，揭示了葡萄糖对Mg-1Li-1Ca合金腐蚀速率和微生物活动的影响规律，发现葡萄糖加速了镁合金的细菌入侵，细菌加速点蚀、腐蚀速率和力学性能劣化，阐明了镁合金在含葡萄糖与不含葡萄糖的Hank’s溶液中细菌从附着、增殖到活性衰退过程中表现出的降解机制。
  （3）首次发现了变形镁合金Mg-xLi-1Ca剥蚀这一腐蚀新机制，阐明了基于点蚀、丝状腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀的协同作用诱发的剥蚀机制，提出了葡萄糖与蛋白质耦合作用通过调控腐蚀产物层成分和界面电荷分布对挤压态Mg-xLi-1Ca合金剥蚀行为的影响机理，填补了镁合金腐蚀形态空白。
该成果得到3项国家自然科学基金和山东科技大学科研创新团队经费等项目资助，在本领域内权威期刊发表论文30篇，其中5篇代表性论文分别发表在Bioactive Materials、Scientific Reports、JMST、npj Materials Degradation。论文被英国皇家工程院院士Seeram Ramakrishna教授等引用，SCI他引2374次，篇均SCI他引81次，单篇最高他引324次。论文被邀在2022美国和2023瑞典斯德哥尔摩先进材料大会、2021第11届全国腐蚀大会等重要学术会议做大会报告及特邀报告110余次；另外，还在全国50多所高校和研究机构做学术报告。研究成果“曾荣昌：创新技术推进镁合金产业发展”被中国腐蚀与防护网（2019-09-19）、“中国科协科学传播专家团队”网站首页头条（2021年4月）报道。“提质降耗构建高性能镁合金设计与腐蚀机制”被新华网（2025年9月）报道。该项目培养已毕业硕士研究生76人，读博率41%，发表高水平论文近300篇。
  该成果强调了生理环境中有机成分（如血糖、蛋白质）、微生物（细菌）在医用镁及合金体外腐蚀评估中的关键作用，革命性地开创了全球医用镁及合金-葡萄糖生物腐蚀/降解机理研究方向，为糖尿病患者体内镁植入物的降解行为预测提供了理论依据，建立的“葡萄糖-蛋白质-微生物-金属腐蚀”多因素分析模型，为体外模拟生理微环境提供了新方法，推动了可降解金属从单一电化学评估向复杂生物环境模拟的转变。发现了镁合金剥蚀这一新的腐蚀形态，构建了医用镁腐蚀新的理论体系，推动了镁合金腐蚀学科的发展，具有重大的理论价值和应用前景。