医用镁合金材料研发改进方向

　　进入 21 世纪以来，人们开始关注以生物可降解镁合金为代表的新一代医用金属材料的应用和发展，这种新型材料的应用解决了过去临床应用主要是以聚合物或某些陶瓷材料为主，强度偏低、塑韧性较差的现象，巧妙地利用镁合金材料在人体环境中易发生腐蚀（降解）的特性，减少了手术对人体的二次损伤，实现了金属植入物在体内逐渐降解，最终消失的医学临床目的。

　　1 可降解医用镁合金的特点及应用

　　医用镁合金的应用与镁这一金属特性分不开。镁具有良好的生物力学性能，是最接近人骨的优质金属材料，具有理想的生物力学相容性。它是一种非常轻的金属材料，密度在所有的金属结构材料中最小，与人体骨的密度十分接近，同时他的韧性却比陶瓷和其它生物材料要高很多，相比起其它金属材料，镁对人体是无毒性的，是人体必需的营养元素，能够促进骨组织的愈合，在人体内与能量代谢相关。人体内镁元素的不足会引起神经系统的失常，造成血液循环系统的障碍。

　　医用金属材料替代了过去陶瓷和高分子材料，在临床应用上有着明显的发展，其优良的机械技能，更适于承重等优点越来越被人所看重，但也产生了部分问题，如：由于金属材料的腐蚀造成毒性金属离子的释放引起强烈的炎症；材料的弹性模数比较高，植入时发生困难；作为短时期的植入材料，还要通过手术从体内取出，给病人带来痛苦和经济负担。相对于过去的金属医用材料，可降解医用镁合金材料有着显着的优越性，如可以有效的避免应力遮挡，病人痊愈后无需进行二次手术，减轻痛苦和医治费用；同时，它作为心血管的支架材料，对降低晚期血栓生成，减少血管再狭窄和内膜增生等现象的出现都有好处，受到业界一致好评。

　　2 医用镁合金材料应用面临的问题

　　虽然镁合金材料已经在骨科内植临床上得到了广泛的应用，但实际工作中也因为材料的缺陷有明显不足。其一是由于镁合金材料的降解速度大于骨组织的修复速度，腐蚀速度过快；其二是由于不同的镁合金在体内外腐蚀降解速度的差别，致使腐蚀不均匀，出现严重的局部点腐蚀的现象；针对这些问题，生物材料研究人员应想法进一步提高镁合金的耐腐蚀性能，选用使其表面改性的方法或通过设计可降解涂层等方式降低其腐蚀速度，实现降解行为能够调控，改善镁合金材料的耐腐蚀性能，实现均匀降解。此外，现有的商用镁合金作为生物材料都有部分不足，有的含有不属于人体需要的微量元素，甚至含有轻微的神经毒素，可能导致早老性痴呆，而重稀土元素在人体内过度累积也会产生毒性作用，一些含钙的镁合金材质太脆，加工后成形力度达不到要求等，研制出符合医疗需要，新型的高韧度、对人体安全的生物镁合金材料，是研究者们努力的方向。

　　3 医用镁合金材料研发改进方向

　　3.1 研发新型的医用生物镁合金

　　镁合金中的杂质含量是影响其耐腐性的重要原因之一，应重点加强对人体有害的元素含量的控制，使合金中这些有害毒素的含量减少到容许标准之下。目前使用的商用镁合金大都含有铝元素和少量的稀土元素，其中铝是神经毒性元素，而稀土元素容易在大脑中聚集，研究工作者的工作重点应是努力研制出新型的、保证原有医用水平的、低毒或无毒的镁合金，降低重金属的含量。生物材料研究人员已经开发出一种可以有效提高镁合金的耐腐蚀性能、力学性能，还有助于提高人体抗凝血能力的新型合金，正应用于实验室检验其生物相容性。

　　3.2 表面改性技术的应用

　　研究人员发现，通过在镁合金表面涂层改性的应用，可以提高镁合金在人体中的耐腐蚀性能，减缓材料的降解速度，改变其生物相容性，同时进一步改善了植入体的生物相容性，促使植入体与骨组织的快速化学融合，有利于尽快形成稳定状态，加快手术的愈合。早期涂层材料使用的主要是生物活性陶瓷或生物活性聚合物，运用电沉积、化学沉积、激光熔敷和离子束辅助沉积等手段，提高镁合金的耐腐性，但由于有结合力差、脆性较大的缺点已逐步淘汰。现在普遍应用的方式有：金属或合金的阳极氧化、电化学氧化形成的阳极氧化膜，这种方式材料具有良好的结合力，耐蚀性比较强。还有可降解高分子涂层、化学转化膜、金属离子注入涂层、惰性陶瓷涂层等多种先进的表面改性技术。表面改性技术除了要考虑到合金材质具备选择性的吸附能力、耐磨性能、抗腐蚀疲劳度等硬性指标，还应做到诱导组织再生成、界面功能生物化、兼备抗菌性、抗凝血性、抗组织增生等多样辅助功效，研究发现单一涂层往往很难达到这些综合要求，研究人员应综合材料学、生物工程学、医学、药学和其它相关的科学理论知识，开发出新型复合型涂层，满足医用的需要。

　　3.3 新型结构的生物医用镁合金材料的应用

　　镁金属元素本身具有生物活性，可帮助诱导体内细胞的分化和生长，有助于血管的生成，为细胞提供三维生长的空间；作为一种可降解的生物材料，它能加强体内营养物和代谢物的交换，帮助患者形成同原来组织和器官一致的具备同样功能和形态的细胞组织，帮助修复伤口，恢复原有功能。利用镁元素这一特性，研制出新型的生物医用镁合金材料是医用研究的又一方向。实验中运用粉末冶金法生成新的多孔镁合金，孔隙率值增加了，孔径大小也有所变动，材料的屈服强度就随之下降了。3 个多月后材质基本全部降解，并且对伤口周围组织没有产生副作用，促进了骨重塑，还有很好的生物相容性，可以在实践中慢慢推广。

　　3.4 医用镁合金材料研究的拓展

　　镁合金材料的生物医用价值，还有很多潜力待于挖掘。如：镁在降解过程中释放出的氢元素，经研究证明不仅对人体健康无害，适度的吸收还有助于病人早日恢复；用于心血管病的镁合金支架还具有明显抑制血栓生成，减弱血管狭窄等功效，我国的部分医疗研究中心已经在这些领域开展了一些积极地探索和深入的实践，取得了一些可喜的进展。可降解医用镁合金材料的发展前景非常乐观。

　　4 结语

　　医用镁合金材料具有可降解、生物安全性较高、力学相容性好、价格低等优势成为生物材料领域广为发展的中心，受到医学界的瞩目。而现阶段的人体临床上绝大多数应用的是商用镁合金，缺乏生物安全性。设计者应从生物安全性、强韧性、耐腐蚀性几个角度把握材料的特性，进行深入的研究，牢固掌控材质降解行为的可控度、体内降解产物的代谢机制、材质强韧性的设计理论，为今后的临床应用提供科学保证。

　　参考文献：

　　[1]袁广银，张佳，丁文江。可降解医用镁基生物材料的研究进展[J].中国材料进展 ,2011,02:44-50.

　　[2] 郑玉峰 , 顾雪楠 , 李楠 , 周维瑞 . 生物可降解镁合金的发展现状与展望 [J]. 中国材料进展 ,2011,04:30-43,29.