镁合金的双面人生:上至航空器械,下至医用金属

2013年,中国科学报报道了一篇题为“镁合金医用材料应用难题待解”的文章,深刻揭示出将镁合金医用材料真正应用到临床上所面临的巨大挑战:“这几年我国医用镁合金领域中60%至70%的人都在做研究工作,真正能开发出产品的并不多。”
近年来:具有优秀性能的镁合金成研究热点

说起镁合金,很多人对其的印象是“一种航空航天、交通工具制造领域中常用的原材料”。事实上,镁合金在医学中也是十分抢手的,由于其具有良好的可吸收性和生物相容性,具有可控的腐蚀速率,能促进成骨,并可在骨愈合后自行降解消失等特点,被誉为“革命性的金属生物材料”。

与可降解支架相比,金属支架的劣势呼之欲出:金属支架一旦植入,就要和患者的身体终身相伴;此外由于身体对外来金属的排斥反应,很容易引发血栓,危害患者生命。进入21世纪,镁因为越来越多的优势正在被人们发现,人们对将其作为骨固定材料的欲望十分强烈。可降解金属不仅成为生物医用金属材料领域最热、最活跃的研究方向,也成为国际生物材料学术界普遍接受的一个新的学术分支。

各国如火如荼开展可降解金属研究

2008年,美国国家自然科学基金会批复 “革命性医用金属材料”工程研究中心,投资1800万美金用于可降解镁合金材料及植入器件研究。

2007年德国BIOTRONIK公司在柳叶刀杂志报道了镁合金裸支架的临床研究成果,2013年1月又在柳叶刀杂志报道了镁合金冠脉药物洗脱支架临床研究成果。2013年2月Nature子刊给予高度评价,指出“可吸收支架的梦想变为现实”。上述事实使得我们有理由看好可降解金属的未来临床应用。

国外开展火热,我国也不能落下,目前,我国的可降解金属研究与国际同步且水平相当,特别是可降解镁合金的设计与制备、表面改性、降解行为、生物相容性等方面已开展了大量的探索研究工作并已开始进入临床应用研究阶段;除此之外,我国还率先在国际上开展了可降解金属的临床试验研究(目前仅有德国、中国和韩国)的国家;这些都反映了我国科学家在可降解金属研究的学术水平和影响力,也体现出可降解金属对于发展国家先进医疗事业的重要性。

尽管优势独特,但其关键技术难突破

“镁的腐蚀速度太快了,甚至快到我们无法控制。”一位研究人员这样无奈地说。尽管镁合金有着种种诱人优势,但是世界上总没有十全十美的事物。镁合金存在着腐蚀速度过快的问题,尤其是目前绝大部分商用镁合金在含CI-介质中呈现严重的局部腐蚀,但其并不是临床上需要的均匀腐蚀,只有实现均匀降解腐蚀,才能更好的延长医疗器械的使用使用寿命,因此,如何通过可控的方式实现镁合金在体内的降解,就成为业界亟待解决的关键问题。

方法总比困难多

面对镁合金很难达到植入物在人体所需要的“服役期”,降解过快又会导致溶血、溶骨等问题,近日,来自皇家墨尔本理工大学的李云苍副教授在参加第六届先进制造技术与材料工程国际学术会议(AMTME2018)时,就分享了他关于生物相容性镁基生物可降解植入材料的研究进展。“我认为解决这一挑战的最有效方法之一是战略性地设计具有增强的耐腐蚀性,生物相容性和机械性能的新镁合金。” 李云苍副教授在会上如是说,其研究开发的新系列的镁锆(Zr) - 锶(Sr) - 稀土元素(REE)合金,用于生物降解植入物应用,成功增强了镁合金的腐蚀和生物学行为。以可控的方式达成镁合金在体内的降解,一直是业界亟待解决的关键问题,如今这项研究对于镁合金在医疗器械中的应用无疑具有突破性的进步!

今后20~30年内,生物医用金属材料仍将是生物医学工程产业的基础和临床应用的主体,而表面改性会发挥越来越重要的作用,为再生医学提供可诱导组织或器官再生或重建则是其发展的趋势。各种新材料、新技术在不断改进材料性能的同时,也将拓宽生物医用金属材料的应用领域。

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本文作者2020-6-17 08:35
镁途
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