肋骨骨折是胸部创伤的主要表现形式。生物可降解锌合金为解决肋骨骨折内固定材料长期应力掩蔽、二次手术等临床问题提供了新的选择。本研究以Zn-0.5Li合金为具体对象，建立了高强可降解锌合金肋骨接骨板的全流程加工技术（授权发明专利ZL6.6），包括铸造、均匀化热处理、热-温轧制薄板、线切割、慢应变速率模压成形和后处理六个步骤，解决了高强锌合金肋骨接骨板夹持到肋骨的过程中容易断齿的问题。加工出来的锌合金肋骨接骨板的生物力学三点弯曲性能与商用纯钛TA1相当，远高于纯锌。此外，Zn-0.5Li合金对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌能力是这三种材料中最好的。虽然Zn-0.5Li合金对小鼠胚胎成骨细胞前体细胞（MC3T3-E1）的细胞相容性低于纯钛，但优于纯锌。本研究为今后多种生物可降解锌合金肋骨接骨板的开发提供了基础。

  目前已开发了一些用生物可降解锌合金制成的植入医疗器械，如冠脉支架、界面螺钉和止血夹等，但用于修复肋骨骨折的锌合金肋骨接骨板尚未见报道。在与创伤相关的死亡原因中，胸部创伤位居第二，仅次于颅脑创伤。胸部创伤会对胸膜、肺、心脏和肋骨等造成损害。其中，肋骨骨折是最常见的表现。理想的肋骨接骨板材料需要出示足够的力学支撑、生物可降解、拥有非常良好的生物相容性和成骨活性。Li元素的加入可以明显提高锌的强度。Zn-0.8Li合金的屈服强度可达261 MPa，极限拉伸强度可达401 MPa，断裂伸长率可达81%，且拥有非常良好的血液相容性。Zn-0.1Li丝材植入大鼠腹主动脉11个月未见明显炎症反应。Zn-0.4Li合金种植体植入大鼠股骨8周后周围可见大量新生骨组织。细胞毒性试验表明Zn-0.8Li-0.2Ag合金对小鼠成纤维细胞（L-929）无毒。因此，Zn-Li系合金可能是制造可降解肋骨接骨板的好材料。本文建立了高强Zn-0.5Li合金肋骨接骨板的全流程加工技术，首次评价了锌合金肋骨接骨板的生物力学性能、体外降解行为和生物相容性。

  a. 建立了高强可降解锌合金肋骨接骨板的全流程加工专利技术，热-温轧态Zn-0.5Li合金的室温屈服强度为248 MPa，抗拉强度为331 MPa，伸长率为98%，超过商用纯钛TA1（235 MPa、328 MPa和50%），远高于纯锌（85 MPa、100 MPa和20%）。

  b. 首次评价了可降解锌合金肋骨接骨板的生物力学性能，Zn-0.5Li合金肋骨接骨板的生物力学三点弯曲性能与商用纯钛TA1在同一水平。

  c. Zn-0.5Li合金肋骨接骨板在模拟体液中浸泡28天，大部分区域发生均匀降解。

  图3（a）拉伸力学性能；（b）工程应力-应变曲线；（c）真应力-应变曲线；（d）肋骨接骨板生物力学三点弯曲曲线Li合金室温的屈服强度（YS）为248 MPa，抗拉强度（UTS）为331 MPa，伸长率（EL）为98%。轧态商业纯钛（TA1）的YS、UTS和EL分别为235 MPa、328 MPa和50%，而纯锌的分别仅为85 MPa、100 MPa和20%。肋骨接骨板的最大弯曲力为Zn (26 N) Zn-0.5Li (59 N) TA1 (64 N)；这三种肋骨接骨板在达到量程内的最大位移14 mm时，均未断裂，表现出良好的弯曲塑性

  （a）XRD图谱；（b）SEM/EDS测量表面化学成分随浸泡时间的变化；（c）失重和降解速度随时间的变化；（d）5个时间点腐蚀产物的XPS谱图；（e）和（f）分别为28天的Zn 2p3/2和Li 1s的高分辨XPS谱图

  图6纯钛、Zn-0.5Li合金和纯锌的浸提液培养MC3T3-E1细胞的活/死染色结果

  图8多种生物可降解锌合金的抗拉强度（UTS）和伸长率（EL）统计图。其中，热-温轧态Zn-0.5Li和Zn-0.8Li合金的UTS和EL优于纯钛TA1。但是Zn-0.8Li合金肋骨接骨板在夹持到肋骨的过程中常出现断齿问题，其本质原因是该合金中β-LiZn4金属间化合物的体积分数太高。而Zn-0.5Li合金肋骨接骨板的夹持性良好，应用潜力更大

  （a）对比度（BC）、局部取向差（KAM）和形变再结晶（DefRex）图；（b）变形区、亚结构区和再结晶区的晶粒尺寸分布和比例；（c）极图。β-LiZn4/Zn片层结构区域及附近有比锌晶粒的更高的内应力。在模压成形过程中，塑性变形主要发生在齿根区，使该区内高应力区的面积为主体区内的约1.8倍

  本研究建立了生物可降解锌合金肋骨接骨板的全流程加工技术，研究了高强Zn-0.5Li合金、纯锌和商用纯钛肋骨接骨板的力学性能、体外降解行为、生物相容性和抗菌性，为含Li的锌合金肋骨接骨板的成分设计和加工工艺优化指明了方向，为未来高强可降解锌合金肋骨接骨板的大动物体内植入研究提供了基础。

  王鲁宁教授主要是做医用可降解金属材料及植入器械的设计制备与服役评价、腐蚀行为及表面改性研究。入选国家级科学技术人才，当选全国高校黄大年式教师小组成员和北京高校课程思政教学名师，担任国家中长期发展规划材料领域专家组成员。现任北京科技大学副校长、材料学部主任、北京材料基因工程高精尖创新中心副主任，兼任中国材料研究学会青年委员会副主任、秘书长和常务理事。主持国家自然科学基金重点项目、面上项目和国家重点研发计划课题等多项科研项目课题，在Adv. Mater、Acta Biomater.、Corros. Sci.和J. Mater. Sci. Technol.等高水平期刊发表学术论文80余篇，10余项授权发明专利转化企业实施了产业化，获得国家科学技术进步二等奖1项、省部级技术发明一等奖2项。

  石章智教授主要是做先进金属材料（锌合金、镁合金等）的设计与制备加工的研究，入选全球前2%顶级科学家2022榜单，获得全国有色金属优秀青年科技奖，当选全国高校黄大年式教师小组成员、北京高校优秀公共课主讲教师和北京高校课程思政教学名师。