植入人體的“革命性”生物材料：生物鎂合金

隨著社會人口的老齡化和生物技術(shù)的重大突破，生物醫(yī)用材料已逐漸步入各大醫(yī)院并實(shí)現(xiàn)臨床醫(yī)療。生物醫(yī)用材料是可以用來對人體進(jìn)行診斷、治療、修復(fù)或替換其病損組織、器官或增進(jìn)其功能的材料，其中醫(yī)用鎂合金被譽(yù)為“革命性”的生物醫(yī)用金屬材料，是一種可降解醫(yī)用材料。

為什么鎂合金可以作為生物材料？

Mg的密度為1.74 g/cm3，在所有的金屬結(jié)構(gòu)材料中密度最小，與人的骨密度相近。鎂的斷裂韌性比陶瓷生物材料羥基磷灰石要高，且其彈性模量約為41~45 GPa，更接近人骨的彈性模量，可有效緩解應(yīng)力遮擋效應(yīng)，促進(jìn)骨的生長和愈合并防止發(fā)生二次骨折。醫(yī)用鎂合金的研究始于上世紀(jì)初，早在1907年，人們就使用鎂合金來固定骨折的小腿。金屬植入物通常機(jī)械強(qiáng)度和斷裂韌性較好，承載力也較高，綜合力學(xué)性能優(yōu)于陶瓷和聚合物復(fù)合材料。生物鎂合金是輕質(zhì)金屬材料，具有很好的生物相容性，并具有與天然骨骼相似的力學(xué)性能，因此可以稱為新一代生物可降解醫(yī)用材料，生物鎂合金因具有可控的腐蝕速率，在心血管植入和骨修復(fù)上有很好的應(yīng)用前景。

生物鎂合金有哪些好的性能？

（1）生物鎂合金表面涂層性能

表面涂覆技術(shù)包括微弧氧化、化學(xué)轉(zhuǎn)換和電泳沉積涂覆等，涂層能很好的調(diào)控基體鎂合金在植入初期較快的腐蝕速率，并最終達(dá)到一個穩(wěn)定范圍的降解速率。而且還可以加強(qiáng)鎂合金在體內(nèi)的生物活性等，使植入體特別是在開始植入階段，能與周圍骨組織有機(jī)結(jié)合在一起，從而加快骨組織的愈合。

（2）生物鎂合金力學(xué)性能

選取特定的合金化元素和最佳的熱處理工藝，有望制備具有低腐蝕速率，高強(qiáng)韌性等力學(xué)性能統(tǒng)一的生物材料，并開發(fā)出更具有應(yīng)用前景的生物材料。好的力學(xué)性能使可降解鎂合金在植入初期有很好的承載能力，并在長期服役期間，保持力學(xué)性能完整性，促進(jìn)血管重構(gòu)、骨的生長和愈合。并且，對工藝和合金成分的調(diào)控后，生物鎂合金力學(xué)性能將會有極大改善，能更好地應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)。

（3）生物鎂合金可持續(xù)降解

由于鎂的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，于是鎂合金器械在人體的長期植入過程中，會自動溶解，并釋放無毒金屬離子，促進(jìn)傷患處愈合，因而，具有可降解性。且通過調(diào)控一系列關(guān)于鎂合金的雜質(zhì)元素、成分及工藝，可以達(dá)到生物體內(nèi)穩(wěn)定可持續(xù)降解的目的。這種生物鎂合金的可持續(xù)降解性可以減少患者二次手術(shù)所引起的傷痛、額外費(fèi)用及感染風(fēng)險(xiǎn)，且避免目前常用的鈦合金等醫(yī)用金屬植入物在體內(nèi)釋放有毒離子造成的炎癥反應(yīng)等隱患。

人體體液是一個復(fù)雜的生物環(huán)境。當(dāng)鎂合金在體液中腐蝕時，環(huán)境中的氯離子會加速鎂合金的腐蝕，而磷酸鹽和碳酸鹽卻會促進(jìn)表面保護(hù)性腐蝕產(chǎn)物層的生成。此外，人體溫度37 ℃是高于室溫，會加速腐蝕反應(yīng)，但也會有助于不同形式磷酸鈣等產(chǎn)物的形成。最后，其他環(huán)境因數(shù)，如血液pH為7.4、體內(nèi)蛋白質(zhì)、細(xì)菌等有機(jī)物也會進(jìn)一步協(xié)同影響腐蝕反應(yīng)的進(jìn)程。

（4）生物鎂合金表面抑菌性能

當(dāng)材料植入后，如果成骨細(xì)胞比細(xì)菌吸附得更快，則有利于骨組織增長；反之，則會引起感染。而鎂可能因?yàn)槠淙芙猱a(chǎn)生的局部堿性環(huán)境，對細(xì)菌吸附有較好的抑制作用。此外，細(xì)菌主要進(jìn)入骨缺損位置形成生物膜，而這種生物膜是骨科感染的主要因素，使在生物膜內(nèi)的細(xì)菌很難被人體免疫系統(tǒng)殺死。鎂可以抑制生物膜的形成，有很好的抗細(xì)菌感染性。在另一方面，添加一些抑菌的合金化元素，如Ag等，會使鎂合金具有更加優(yōu)良的抑菌性能。

綜上所述，生物鎂合金相比于傳統(tǒng)植入材料有許多潛在的優(yōu)勢，在臨床醫(yī)學(xué)上有極大的發(fā)展前景和應(yīng)用革新。然而，在研究成果和實(shí)際應(yīng)用之間仍有一道需跨越的溝渠。需要更多的理論研究，包括通過高純化、合金化、加工工藝改善和表面改性等方法精細(xì)調(diào)控和降低鎂合金服役期間的腐蝕速率，和大量的臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果，來構(gòu)建一架到達(dá)彼岸的橋梁。相信在未來鎂合金作為一種具有巨大潛力的可降解生物材料會廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)。