打開(kāi)鎂合金生物醫(yī)用前景的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

目前，醫(yī)學(xué)上采用的金屬骨植入材料都是不可降解的不銹鋼或鈦合金，當(dāng)骨折患者的骨骼愈合后，需要進(jìn)行二次手術(shù)將其取出，增加了患者的痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。由于鎂合金具有與人體骨相近的密度和彈性模量，又具有高的比強(qiáng)度和比剛度等諸多優(yōu)良的力學(xué)性能，作為現(xiàn)有金屬植入材料的替代品表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)和潛力，近年來(lái)己成為生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

除了以上優(yōu)點(diǎn)之外，鎂合金與目前臨床正在使用的各種金屬植入材料相比，還具有以下特點(diǎn):1)安全性：鎂是人體內(nèi)的常量元素，過(guò)量的鎂可通過(guò)尿液排出體外，因此，鎂以一定速率降解時(shí)不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不良影響。2)生物學(xué)特性：鎂離子可催化或激活體內(nèi)300多種酶，參與體內(nèi)一系列新陳代謝過(guò)程，并在維持鉀離子平衡方而起著重要的作用；鎂還是能量轉(zhuǎn)運(yùn)、貯存和利用的關(guān)鍵元素，對(duì)于調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)和維持膜結(jié)構(gòu)有重要作用。3)可降解性：鎂具有很低的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，在人體體液中易生成鎂離子，被周?chē)鷻C(jī)體組織吸收或通過(guò)尿液排出體外，因此，鎂可以被人體體液完全降解。

但是，鎂合金作為生物醫(yī)用材料也有其明顯的不足之處：由于鎂的化學(xué)性質(zhì)極為活潑，并且在腐蝕介質(zhì)中產(chǎn)生的氧化膜疏松多孔，導(dǎo)致鎂合金的耐蝕性較差，尤其是在含氯離子的人體生理環(huán)境中更是如此。鎂合金在人體內(nèi)的腐蝕一般為非均勻腐蝕，降解速度過(guò)快。因此，要真正打開(kāi)鎂合金的生物醫(yī)用前景，控制其在人體中的降解速度，實(shí)現(xiàn)鎂合金降解行為的均勻可控至關(guān)重要。

研究表明，添加稀土元素不僅可以提高鎂合金的力學(xué)性能，還可以通過(guò)改變腐蝕層結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化陰極相控制、影響腐蝕的電化學(xué)過(guò)程，從而提高合金的抗腐蝕性能。有些稀土元素在鎂中具有較大的固溶度，加入這些元素，可以對(duì)鎂合金起到很好的固溶強(qiáng)化作用；有些稀土元素會(huì)促進(jìn)稀土元素與Mg之間的金屬間化合物的形成，這些金屬間化合物使鎂合金電偶腐蝕過(guò)程中陰極性減弱，降低了鎂合金的微電偶腐蝕。稀土元素的存在也改善了表面膜和腐蝕層的結(jié)構(gòu)和組成，抑制了腐蝕的進(jìn)行。例如，Mg-10Dy具有中等拉伸和壓縮屈服強(qiáng)度，并具有良好的塑性和耐腐蝕性，經(jīng)固溶處理后可使Dy在鎂合金中的分布更加均勻，極大地提高合金的耐腐蝕性能。據(jù)報(bào)道，在鎂合金AZ91D中添加稀土元素后，埋植在豚鼠股骨髓內(nèi)18周后仍保持較完整的外形，而對(duì)照的AZ91D合金則基本降解了。初步應(yīng)用表明，稀土鎂合金植入體的最大拔出力、剪切強(qiáng)度等指標(biāo)均優(yōu)于鈦合金植入體，鎂合金周?chē)懈嗟墓墙M織與植入體結(jié)合，且沒(méi)有發(fā)現(xiàn)排異反應(yīng)，這說(shuō)明稀土鎂合金比鈦合金具有更好的骨-植入體界面結(jié)合強(qiáng)度及成骨能力。稀土鎂合金正成為新一代可降解生物醫(yī)用材料的研發(fā)熱點(diǎn)，目前歐洲己進(jìn)入人體臨床研究階段。