打开镁合金生物医用前景的关键环节

目前，医学上采用的金属骨植入材料都是不可降解的不锈钢或钛合金，当骨折患者的骨骼愈合后，需要进行二次手术将其取出，增加了患者的痛苦和经济负担。由于镁合金具有与人体骨相近的密度和弹性模量，又具有高的比强度和比刚度等诸多优良的力学性能，作为现有金属植入材料的替代品表现出巨大的优势和潜力，近年来己成为生物医用材料领域的一个研究热点。 除了以上优点之外，镁合金与目前临床正在使用的各种金属植入材料相比，还具有以下特点:1)安全性：镁是人体内的常量元素，过量的镁可通过尿液排出体外，因此，镁以一定速率降解时不会对人体产生不良影响。2)生物学特性：镁离子可催化或激活体内300多种酶，参与体内一系列新陈代谢过程，并在维持钾离子平衡方而起着重要的作用；镁还是能量转运、贮存和利用的关键元素，对于调节细胞的生长和维持膜结构有重要作用。3)可降解性：镁具有很低的标准电极电位，在人体体液中易生成镁离子，被周围机体组织吸收或通过尿液排出体外，因此，镁可以被人体体液完全降解。 但是，镁合金作为生物医用材料也有其明显的不足之处：由于镁的化学性质极为活泼，并且在腐蚀介质中产生的氧化膜疏松多孔，导致镁合金的耐蚀性较差，尤其是在含氯离子的人体生理环境中更是如此。镁合金在人体内的腐蚀一般为非均匀腐蚀，降解速度过快。因此，要真正打开镁合金的生物医用前景，控制其在人体中的降解速度，实现镁合金降解行为的均匀可控至关重要。 研究表明，添加稀土元素不仅可以提高镁合金的力学性能，还可以通过改变腐蚀层结构、强化阴极相控制、影响腐蚀的电化学过程，从而提高合金的抗腐蚀性能。有些稀土元素在镁中具有较大的固溶度，加入这些元素，可以对镁合金起到很好的固溶强化作用；有些稀土元素会促进稀土元素与Mg之间的金属间化合物的形成，这些金属间化合物使镁合金电偶腐蚀过程中阴极性减弱，降低了镁合金的微电偶腐蚀。稀土元素的存在也改善了表面膜和腐蚀层的结构和组成，抑制了腐蚀的进行。例如，Mg-10Dy具有中等拉伸和压缩屈服强度，并具有良好的塑性和耐腐蚀性，经固溶处理后可使Dy在镁合金中的分布更加均匀，极大地提高合金的耐腐蚀性能。据报道，在镁合金AZ91D中添加稀土元素后，埋植在豚鼠股骨髓内18周后仍保持较完整的外形，而对照的AZ91D合金则基本降解了。初步应用表明，稀土镁合金植入体的最大拔出力、剪切强度等指标均优于钛合金植入体，镁合金周围有更多的骨组织与植入体结合，且没有发现排异反应，这说明稀土镁合金比钛合金具有更好的骨-植入体界面结合强度及成骨能力。稀土镁合金正成为新一代可降解生物医用材料的研发热点，目前欧洲己进入人体临床研究阶段。