Biodegradable magnesium alloys with tailored microstructure

• Thesis title in Czech: Biodegradabilní hořčíkové slitiny s optimalizovanou mikrostrukturou.
• Thesis title in English: Biodegradable magnesium alloys with tailored microstructure
• Key words: biomateriál|hořčík|mikrostruktura|implantát
• English key words: biomaterial|magnesium|microstructure|implant
• Academic year of topic announcement: 2025/2026
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Physics of Materials (32-KFM)
• Supervisor: doc. Dr. rer. nat. Robert Král, Ph.D.

Guidelines

1. Sestavte přehled dostupných poznatků o biomateriálech na bázi hořčíku se zaměřením na vliv mikrostruktury na jejich fyzikální vlastnosti jako je pevnost a rychlost odbourávání ve fyziologickém prostředí.

2. Studujte vliv mikrostruktury potenciálně vhodných biomateriálů na pevnost a rychlost odbourávání in vitro.

3. Diskutujte naměřené výsledky a vyvoďte závěry.

References

[1] S. Virtanen, Biodegradable Mg and Mg alloys: corrosion and biocompatibility, Materials Science and Engineering B 176 (2011) 1600–1608.
[2] B. Heublein, R. Rohde, V. Kasese, M. Niemeyer, W. Hartung, A. Haverich, Biocorrosion of magnesium alloys: a new principle in cardiovascular implant technology, Heart 89 (2003) 651–656.
[3] P. Minárik, R. Král, B. Hadzima, Substantially higher corrosion resistance in AE42 magnesium alloy through corrosion layer stabilization by ECAP treatment, Acta Physica Polonica A 122 (2012) 614–617.
[4] P. Minárik, R. Král, M. Janeček, Effect of ECAP processing on corrosion resistance of AE21 and AE42 magnesium alloys, Applied Surface Science 281 (2013) 44-48.

Preliminary scope of work

Zajímavou vlastností hořčíku a některých jeho slitin je jeho biokompatibilita a biodegradabilita, což otevírá možnosti pro medicínské aplikace jako např. odbouratelné stenty [1-2]. Pro větší ortopedické implantáty je ale tento materiál dosud nevyhovující díky příliš rychlé korozi a následné ztrátě mechanické pevnosti, navíc spojené s vývojem vodíku v tkáni. Je proto třeba dosáhnout podstatného zlepšení korozní odolnosti při zachování biokompatibility a dobrých mechanických vlastností. Ukazuje se, že kromě vhodného složení je za určitých podmínek možné zvýšit korozní odolnost také zjemněním mikrostruktury materiálu. Tento efekt byl pozorován u určitých hořčíkových materiálů teprve v nedávné době [4,5] a k objasnění jeho fyzikální podstaty by měla přispět i tato práce.

Preliminary scope of work in English

The biomedical potential of the magnesium based alloys has been in the focus of researchers during the last years. Magnesium stents and small volume implants have started to be tested in vivo recently e.g. [1–2]. However, for larger implants and particularly for load-bearing implants desired to fix broken bones (pins, screws, etc.) the material is still unsatisfactory due to the rapid corrosion and subsequent loss of mechanical properties and rapid evolution of hydrogen. Significant improvement of the corrosion resistance is therefore required in Mg alloys, constrained at the same time by their biocompatibility and good mechanical properties. The thermomechanical processing of newly designed alloys and particularly the change of the microstructure [3,4] may substantially improve final corrosion properties of the material.