Abstract A series of biodegradable Mg-Cu alloys is designed to induce osteogenesis, stimulate angiogenesis, and provide long-lasting antibacterial performance at the same time. The Mg-Cu alloys with precipitated Mg 2 Cu intermetallic phases exhibit accelerated degradation in the physiological environment due to galvanic corrosion and the alkaline environment combined with Cu release endows the Mg-Cu alloys with prolonged antibacterial effects. In addition to no cytotoxicity towards HUVECs and MC3T3-E1 cells, the Mg-Cu alloys, particularly Mg-0.03Cu, enhance the cell viability, alkaline phosphatase activity, matrix mineralization, collagen secretion, osteogenesis-related gene and protein expressions of MC3T3-E1 cells, cell proliferation, migration, endothelial tubule forming, angiogenesis-related gene, and protein expressions of HUVECs compared to pure Mg. The favorable osteogenesis and angiogenesis are believed to arise from the release of bioactive Mg and Cu ions into the biological environment and the biodegradable Mg-Cu alloys with osteogenesis, angiogenesis, and long-term antibacterial ability are very promising in orthopedic applications.

Monotonic tensile and cyclic deformation behaviours are investigated under different microstructural rafting states of a SC Ni-based superalloy, with emphasis on the influences of the rafting extent, type and loading orientation. The deformed microstructures and the dislocation configurations are characterized to give a micro-based understanding on the varying of deformation behaviours due to rafting. It is found that the decreases in the initial yield point and cyclic stress amplitude are only related to the rafting extent. Nevertheless, the rafting type (namely, the plate-like and needle-like morphology) has an undeniable contribution to the shape of hysteresis loops, where the plate-like rafting morphology results in more significant Bauschinger effect than needle-like rafting morphology. The variation of monotonic and cyclic deformation induced by rafting shares affinity with the alteration of internal stress and the movement of dislocations. Afterwards, a microstructure-sensitive constitutive model with two-phase flow rules has been developed. The effect of rafting on the monotonic and cyclic stress-strain responses is captured by introduce a series of microscopic mechanisms and a micromechanics-based back stress model that considers the morphology and size of the γ'/γ two-phase structures. The developed model is used to simulate the macroscopic stress-strain responses of the SC Ni-based superalloy under different rafting states. Model predictions are in good agreement with tests, capturing the reduction of cyclic stress amplitudes and the change in hysteresis loops. Finally, the impacts of the two-phase flow rules and the micromechanics-based back stress on the simulation capability have been discussed.

Interbody fusion is recognized as the golden standard of surgical intervention for degenerative disc disease (DDD). Interbody fusion cage made of polyetheretherketone (PEEK) is commonly used in lumbar interbody fusion surgery in the treatment of DDD worldwide. However, there are some limitations of PEEK including their bio-inert nature and impediment to host bone integration. This study aimed to evaluate the degradation profile and osteoinductive potential of biodegradable Mg-Zn-Nd-Zr cages with/without micro-arc oxidation (MAO) coatings. The Mg-Zn-Nd-Zr alloy cages, whether coated with MAO or not, demonstrated commendable biocompatibility and biomechanical properties. Immersion and electrochemical tests show better corrosion resistance of MAO coatings in vitro. mRNA sequencing, RT-qPCR and Western blotting revealed that Mg-Zn-Nd-Zr and Mg-Zn-Nd-Zr/MAO had a better effectiveness on osteoinductivity. In vivo evaluations in ovine models over 12 weeks and 24 weeks post-implantation revealed radiological and histological evidence of enhanced bone formation adjacent to the Mg-Zn-Nd-Zr alloy cages compared to PEEK counterparts. Moreover, the MAO-coated cages exhibited a reduced propensity for gas formation. The Mg-Zn-Nd-Zr alloy is as a superior osteoinductive material compared with PEEK, with the MAO coating offering an advantage in mitigating gas production. Nonetheless, further research is warranted to refine the alloy's composition or surface treatments, particularly to address the challenges associated with rapid gas evolution during the early post-implantation period.