植入人體的“革命性”生物材料：生物鎂合金

隨著社會(huì)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(lái)對(duì)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(zhǎng)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(lái)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(chēng)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(gè)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(kāi)始植入階段，能與周?chē)墙M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(kāi)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(zhǎng)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(zhǎng)和愈合。并且，對(duì)工藝和合金成分的調(diào)控后，生物鎂合金力學(xué)性能將會(huì)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(zhǎng)期植入過(guò)程中，會(huì)自動(dòng)溶解，并釋放無(wú)毒金屬離子，促進(jìn)傷患處愈合，因而，具有可降解性。且通過(guò)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(gè)復(fù)雜的生物環(huán)境。當(dāng)鎂合金在體液中腐蝕時(shí)，環(huán)境中的氯離子會(huì)加速鎂合金的腐蝕，而磷酸鹽和碳酸鹽卻會(huì)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(huì)加速腐蝕反應(yīng)，但也會(huì)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(huì)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(zhǎng)；反之，則會(huì)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(duì)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(huì)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(shì)，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(guò)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(lái)構(gòu)建一架到達(dá)彼岸的橋梁。相信在未來(lái)鎂合金作為一種具有巨大潛力的可降解生物材料會(huì)廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)。