这种轻质金属具有生物可吸收的巨大优势，这与传统的植入材料如不锈钢、钛或聚合物形成了鲜明对比。这使得从体内移除植入物的第二次手术变得没有必要。除此之外，镁还可以促进骨骼生长，从而积极促进骨折愈合。

然而，纯镁本身太软，不适合在外科手术中使用，必须添加合金元素来增强它。这些通常是稀土元素，如钇或钕。然而，这些元素对人体来说是外来的，可以在植入物降解过程中积累在器官中，其后果目前尚不清楚。因此，它们尤其不适用于儿科手术。

实现了一个新的合金系列

因此，由Jorg F. Loffler教授领导的苏黎世联邦理工学院金属物理与技术实验室的研究人员开发出了一种新的合金系列，这种合金除了镁之外，只含有合金元素锌和钙，其含量故意低于1%。

锌和钙就像镁一样具有生物相容性，可以被人体吸收。经过特殊的处理，新的合金会形成不同大小和密度的沉淀物，这些沉淀物是由这三种元素组成的。这些只有几十纳米大小的沉淀物对改善机械性能至关重要，并可能影响降解速度。

尽管有这些有前景的结果,一个重要因素仍然阻碍了镁合金广泛部署这些生物相容性在外科的应用:了解太少的机制通过这些材料在体内的降解在所谓的生理条件下,和可行的预测多久这样的植入物将保持在人体是不可能的。

在纳米尺度上监测变化

使用分析透射电子显微镜(TEM), Jorg Loffler和他的同事们玛蒂娜Cihova和罗宾Schaublin已经详细监控管理结构和化学变化在模拟生理条件下镁合金在许多小时,几秒钟的时间尺度与几纳米到目前为止未覆盖的决议。他们最近在《先进材料》杂志上发表了他们的研究结果。

在现代TEM技术的帮助下，由ETH的能力中心ScopeM提供，研究人员能够记录到一个迄今为止未观察到的脱合金机制，该机制显著地控制着镁基体中沉淀的溶解。他们观察到——实际上是实时的——钙和镁离子一旦接触模拟体液就会从沉淀物中溶解，而锌离子则保持稳定并积累。由此产生的沉淀化学成分的持续变化，被称为脱合金，使其电化学活性发生动态变化，从而加速了镁合金的整体降解。

利用尖端技术，ETH的研究人员能够观察到以前没有记载的镁合金脱合金机理。图片来源:苏黎世联邦理工学院金属

Loffler说:“这个发现推翻了一个流行的教条，即认为镁合金中的沉淀物的化学成分保持不变。”之前的假设导致了关于退化时间的错误预测。Jorg Loffler的博士生、该研究的第一作者Martina Cihova补充说:“我们报道的机制似乎是普遍适用的，我们预计它将出现在其他镁合金和其他含有金属间沉淀物的活性材料中。”

由于上述的新见解，现在有可能设计出能够更好地预测和更精确地控制镁合金在体内的降解速率的镁合金。考虑到镁植入物在儿童体内的降解速度要比成人快得多，而且支架的降解速度要比骨板或螺钉慢得多，因此这是一个重要的进步。“通过收集作用腐蚀机制的详细知识，我们已经朝着使镁合金适应不同患者和医疗应用迈出了关键的一步，”Cihova评论道。为了进一步加强对腐蚀机理的理解，她的博士后研究现在将集中于体内镁植入物的电子显微镜分析。

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