具有革命性的醫(yī)用材料——鎂合金
2017年01月04日 9:7 10402次瀏覽 來源： 中國有色網 分類： 鎂資訊 作者： 張文毓
鎂合金與其他臨床應用生物醫(yī)用金屬材料相比，具有諸多顯著優(yōu)點，如密度（1.74g~2.0g/cm3）接近于人骨密度（1.8g~2.1g/cm3），強度較高，可有效緩解應力遮擋效應；其次，鎂又是人體細胞內第二重要的陽離子，能激活體內多種酶，參與體內蛋白質的合成、肌肉收縮及體溫調節(jié)；此外，鎂的標準電極電位(-2.37V)很低，在含有Cl-的人體生理環(huán)境中腐蝕更快，利用鎂合金耐蝕性差的特點可將其發(fā)展成為生物可降解金屬。
可降解生物鎂合金研究現狀
從本世紀初開始，以生物可降解鎂合金為代表的具有生物可降解（吸收）特性的新一代醫(yī)用金屬材料研究發(fā)展迅速，受到了人們的特別關注。這類新型醫(yī)用金屬材料拋棄人們通常將金屬植入材料作為生物惰性材料使用的傳統思想，而巧妙地利用鎂基金屬材料（純鎂及鎂合金）在人體環(huán)境中易發(fā)生腐蝕（降解）的特性，來實現金屬植入物在體內逐漸降解直至最終消失的醫(yī)學臨床目的。此外，由于鎂合金所具有的金屬材料特性，其強度、塑性等都要遠優(yōu)于現已開始臨床應用的陶瓷、硫酸鈣和聚乳酸等可吸收材料，同時，其彈性模量和密度更接近骨組織，因而具有在骨修復方面臨床應用的優(yōu)勢和潛力。
可降解鎂合金材料的研究目前處于起步階段。鎂合金能否成為醫(yī)用可降解材料，材料的安全性和降解速率的控制有2個基本條件，一方面，可降解材料生物相容性的系統評價是其成為醫(yī)用材料的基礎；另一方面，可降解生物材料要求材料降解速度與組織新生或者愈合速度之間匹配。所以，可降解鎂合金在生理環(huán)境下的腐蝕降解過程和機制、過程控制方法、骨誘導性能的機理研究、生物相容性等問題還亟待進一步解決。
可降解生物鎂合金應用
鎂是人體內含量僅次于鉀的細胞內陽離子，在新陳代謝過程中起著重要作用，鎂也是組成生物體骨的主要成分，能夠促進骨、牙齒及細胞形成并在骨的礦物質代謝中具有重要的調節(jié)作用。此外，由于鎂合金所具有的金屬材料特性，其塑性、剛度、加工性能等都要遠優(yōu)于現已開始臨床應用的聚乳酸等可降解高分子材料，因而更適于在骨等硬組織修復和介入治療方面的臨床應用。
令人欣喜的是，全球現有實驗中所選用的鎂合金在血液及骨環(huán)境下進行短期實驗觀察時均沒有不良后果產生。可以預測，醫(yī)用可降解鎂合金材料的醫(yī)學臨床應用，可大大提升現有金屬植入器械的醫(yī)療功能，并可能產生新的醫(yī)療效果，從而為廣大患者帶來新的福音。
心血管支架
傳統心血管支架一般由不銹鋼與高分子制成，旨在減少冠狀動脈成形術后管腔的彈性回縮，可用于治療各種類型的心絞痛、急性心肌梗死等。但傳統支架有一定的弊端，如不銹鋼支架永久存在血管內，可引發(fā)局部炎癥反應，有供血血管再狹窄的可能性；高分子支架力學性能較差，在降解期間，容易在植入處造成酸性環(huán)境，延緩病愈。鎂合金因易降解性及力學性能符合植入材料要求，可被制成可降解心血管支架。
可降解鎂合金血管支架是鎂合金作為可降解生物材料研究領域的最大進展。德國Biotronik公司采用激光雕刻技術對WE43(質量分數：Mg-4%Y-3%Re)鎂合金管進行加工而成世界首例鎂合金支架，且在臨床實驗中證明該材料具有良好的生物相容性與物理力學性能。目前，商用化的鎂及鎂合金種類就包括純鎂、AZ31、AZ91、WE43、AE21、LAE442、ZK60等。
在目前研究中的可降解鎂合金支架有：AE21、AM60、wE43、錸釔鎂合金支架、鎂鋅鋰合金支架等。
骨固定材料
鎂合金作為骨固定材料，在骨折愈合初期能夠提供穩(wěn)定的力學性能，逐漸而不是突然降低其應力遮擋作用，使骨折部位承受逐步增大直至生理水平的應力刺激，從而加速骨折愈合與塑形，防止局部骨質疏松和再骨折的發(fā)生。
鎂合金材料與人骨力學性能匹配，避免了應力遮擋效應，同時其可生物降解性避免了患者二次手術的痛苦，兼具良好的生物相容性，使之成為了一種新型骨科醫(yī)用材料。
多孔骨修復材料
骨修復研究的最終目標是人工骨不僅可以替代受損的骨骼，還應在體內逐漸降解，并同時引導骨細胞生長，最終實現骨再生。發(fā)展新的骨組織工程修復材料，既要有良好的力學性能，又要有類似于骨的多孔結構和生物可降解性能。
常用的多孔骨組織工程材料有生物陶瓷和聚乳酸,這些材料力學性能差。多孔鎂作為一種可降解的生物材料,其力學性能符合要求,且其本身具有生物活性,可誘導細胞分化生長和血管長入。
普外科領域的應用
鎂合金良好的力學性能能夠對膽道管腔提供暫時的支撐作用，其可靠的生物相容性及可降解性避免了植入支架對人體的危害和長期放置引起的并發(fā)癥，在肝膽外科尤其是膽道良性疾病的治療方面有著廣闊的發(fā)展前景。
口腔科領域的應用
鎂合金相對于其他金屬材料而言更接近人體密質骨，作為牙種植體材料具有更好的生物力學相容性，鎂合金還能促進鈣磷的沉積，密質骨的生長，表明鎂及其合金在口腔種植領域有良好的應用前景。同時，鎂合金材料與其他金屬材料相比不僅具有相似的韌性，而且其可降解的特性可避免二次手術給病人帶來的痛苦，同時，作為金屬材料，更易加工和滅菌。因此，鎂合金作為可降解生物材料具有巨大的應用潛力，目前可降解生物鎂合金已被譽為“革命性的金屬生物材料”,而受到廣大醫(yī)療工作者和生物材料研究者的高度矚目。
臨床上經常發(fā)生因細菌感染導致骨內植物植入手術失敗而需取出的案例，所以骨內植入物材料具有廣譜抗菌功能對臨床而言意義重大。為此，上海交通大學、中國工程院院士丁文江和該校教授袁廣銀團隊致力于研發(fā)醫(yī)用鎂合金JDBM（Jiaoda Bio-Mg交大生物鎂），具有良好的廣譜抗菌功能。該材料應用于制備骨內植物器械，可望解決臨床上常發(fā)生的因細菌感染導致骨內植物手術失敗的臨床實際問題，造福廣大患者。
鎂合金以其優(yōu)良的機械性能、良好的生物相容性和可降解性能，表現出巨大的優(yōu)勢與潛力，已經引起國內外越來越多研究者的關注，成為當今研究的熱點之一。但作為新一代的硬組織材料，鎂合金的研究才剛剛起步。若要將鎂合金作為醫(yī)用材料應用于醫(yī)學領域，對鎂合金的物理、化學、生物性能也提出了更加嚴格的要求。相信隨著科學技術的進步和研究的進一步深入，鎂合金產品會越來越廣泛的為人類應用，為人類造福。
（作者單位：中國船舶重工集團公司第七二五研究所）
責任編輯：于璐
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