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鎂基金屬材料具有良好的力學性能、機械性能和生物相容性等特點，是一種具有吸引力的可降解生物材料，在硬組織植入材料領域展現(xiàn)出良好的應用前景。但其在降解過程中存在降解速度過快，并伴隨強度下降等問題，從而抑制了其在許多生物醫(yī)學領域中的應用。本文對今年來有關報道進行分析和歸納，對鎂基骨植入材料的性質及研究新進展進行了總結。

在上世紀60、70年代，第一代生物醫(yī)用材料正式進入臨床并開始應用于人體，包括以鈦合金、不銹鋼為主的金屬材料，以氧化鋁、氧化鋯等為主的陶瓷材料以及硅橡膠等有機高分子材料等。這些生物醫(yī)用材料的運用是為了獲取與所替代組織大致相當?shù)奈锢硖匦?，從而使其對機體的毒副作用降到最低[1]。而這類生物醫(yī)用材料都有著一個共同的特性，那就是生物惰性。目前臨床常用的醫(yī)用金屬材料在彈性模量以及強度上均遠高于人體骨骼，由此導致最突出的缺點是顯著的應力遮擋效應，從而影響到骨骼的再生及塑形，使得骨骼在密度以及強度上降低，進而導致骨及周圍組織愈合較為緩慢[2]。同時，其具有生物相容性差，與骨組織的生物力學性質不匹配以及需要第二外科手術去除等許多缺點[3]。鑒于第一代材料的缺點及其導致的運用受限，包括生物活性材料和生物降解性材料在內的第二代生物醫(yī)用材料逐漸成為生物醫(yī)用材料研究的重點。上世紀80年代中期，生物活性材料，包括致密羥磷灰石陶瓷材料、生物活性玻璃材料、生物活性玻璃陶瓷材料，首先開始被廣泛應用在口腔科及骨科修復中[4]。生物降解材料在植入機體后逐漸被降解吸收，并最終為新生組織所代替。鎂及鎂合金是生物可降解材料的顯著代表，因更接近天然骨組織的生物力學性質和體內降解特性，將鎂及鎂合金作為醫(yī)用材料顯現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，但其植入人體后降解速度過快，影響其在臨床上的進一步應用。近年來，伴隨著鎂基金屬制作工藝的快速發(fā)展，鎂基新型植骨材料的研發(fā)也有了新的進展。目前，醫(yī)用鎂及鎂合金材料的研發(fā)主要聚焦在提高其耐腐蝕性和控制降解速度。

1 .鎂及鎂合金的性質

1.1 鎂及鎂合金的優(yōu)點

（1）鎂及鎂合金具有良好的力學性能：鎂基金屬密度為1.74-2.0g/cm3，其彈性模量為41-45GPa，相較于不銹鋼及鈦合金等醫(yī)用金屬，鎂及鎂合金的密度和楊氏彈性模量與人體骨組織最為接近[5]，并且鎂及鎂合金具有與骨相似的機械性能，這些優(yōu)點使其在植入后能在一定程度上減輕應力遮擋效應。

（2）鎂及鎂合金具有良好的生物相容性：鎂作為參與人體物質合成與代謝所必須的重要元素，具有良好的生物相容性，在維持人體的生理功能及正常的代謝中扮演了重要的角色[6]。美國RDN新標準規(guī)定成年男性鎂的日攝入量為350mg，女性一般為180mg[7]。鎂及鎂合金在降解過程中，釋放出無毒的MgO最終可通過尿液完全排泄出來[8]。

（3）鎂及鎂合金具有生物可降解性：鎂及鎂合金標準電極電位較低，在體內易于降解[9]。雖然鎂及鎂合金作為骨植入材料在體內降解后加大了體內鎂的吸收，然而實際日常生活中，鎂攝入量不足的情況仍較為普遍，因此其導致鎂攝入量過多的風險很低[10]。

（4）鎂及鎂合金具有促成骨作用：研究表明，鎂及鎂合金具有良好的骨誘導生成作用，特別是在體外骨髓干細胞來源的成骨細胞的黏附、生長增殖和成骨分化上均表現(xiàn)出了積極的作用[11-12]。Janning等[13]在動物體內，植入以鎂合金降解的主要產(chǎn)物氫氧化鎂制成的直徑為3mm的圓銷，通過觀察發(fā)現(xiàn)鎂合金的降解產(chǎn)物能夠刺激成骨。

1.2 鎂及鎂合金的缺點

鎂及鎂合金極高的降解速率導致在含氯環(huán)境中不能對組織形成良好的固定和保護作用。鎂及鎂合金作為骨折的內固定材料在骨折未完全愈合、材料還沒發(fā)揮作用的情況下，鎂基材料就被人體所吸收，無法起到支撐作用，使鎂及其合金在醫(yī)學上的應用收到嚴重影響[14]，目前鎂基材料臨床實施的障礙是降解速率過快，并伴隨著氫氣的釋放和有限的生物活性。由于組織-植入物界面處的細胞和組織與生物材料之間的相互作用是表面現(xiàn)象，在保持整體性質的同時改變表面性質的能力是重要的，并且形成具有生物相容性和耐腐蝕性的表面改性層一直是生物材料領域中的關注話題。

2. 鎂基材料醫(yī)學應用的研究方向

2.1 骨植入材料

鎂和鎂基合金在矯形和顱面修復應用中具有廣闊的應用前景，因為這些合金不僅具有與天然骨顯著相似的物理特性，而且還具有獨特的體內降解能力[15,16]。因此，這些合金可能成為整形外科固定板和螺釘裝置的候選者。這種植入物在完成其主要功能以提供對下面的骨折骨的支撐或不愈合的愈合之后在體內根據(jù)需要降解，確實是可取的，因為這種類型的植入物減少了與永久性植入物相關的長期并發(fā)癥的機會，包括異物反應，遲發(fā)型超敏反應和疼痛性二次切除手術[17]。

現(xiàn)今隨著大量不能通過簡單的外敷治療的嚴重性的骨折案例的出現(xiàn)，為了滿足臨床需求，近年來對生物降解性鎂植入材料研發(fā)有了更高的要求。針對以上情況，Lili Tan等[18]學者利用AZ31B鎂合金涂層制成骨內植入物，結果顯示經(jīng)AZ31B鎂合金涂層處理后的骨內植入物在生物降解方面表現(xiàn)出優(yōu)良的效果，在臨床運用方面具有研究前景。

2.2 多孔鎂材料

現(xiàn)在已有相關研究表明，在多孔鎂合金植入體的周圍,可以發(fā)現(xiàn)更為活躍的成骨細胞增殖。Geng等[19]認為, 經(jīng)β-磷酸三鈣涂層處理的多孔鎂基體在耐腐蝕性，骨細胞粘附性和增殖能力方面顯著提高。而在關于不同孔隙率和孔徑的鎂合金研究中發(fā)現(xiàn)，孔隙率為35%的鎂合金在力學性能上，與人體骨骼最為接近。由此可見，將多孔鎂基材料運用于骨修復中表現(xiàn)出了良好的前景[20]。

2.3 血管支架

阻塞性血管疾病發(fā)病率呈逐年上升趨勢，嚴重威脅著人類的健康。血管內支架植入手術已成為冠狀動脈和外周血管阻塞性疾病的主要治療手段[21]。在引入藥物洗脫支架之前，支架內再狹窄仍然是裸金屬支架的問題所在。抗有絲分裂藥物涂層和永久性金屬殘余物對愈合過程的抑制可以促進亞急性和延遲的支架血栓形成。因此，可生物降解支架的開發(fā)成為研究的主題。基于鎂的生物可吸收裝置可在血管處理的急性期提供足夠的徑向力并在水性環(huán)境中徹底降解，使其成為血管支架應用的潛在新候選者。鎂及鎂合金由于其高電化學腐蝕潛力而傾向于非常快速地降解。鎂及鎂合金的等離子體電解氧化改性改善了界面和降解性質，因此可以提高這些材料的血管支架應用的性能和適用性。

3. 結論與展望

可降解鎂基材料相對于傳統(tǒng)金屬醫(yī)用材料來說，在生物相容性及力學性能上表現(xiàn)出了十分顯著的優(yōu)越性。若作為骨內植入材料運用于臨床中，可降解鎂基材料可以明顯降低應力遮擋效應，促進骨組織良好愈合，從而也能有效減輕愈合后二次手術帶來的痛苦；若作為血管支架材料運用于臨床中，可降解鎂基材料可以成為血管支架應用的潛在新候選者，極大提高血管內支架植入手術的運用效果。但是以可降解鎂基材料為基礎的醫(yī)用材料在臨床中又面臨一些挑戰(zhàn)，如是否能改善鎂及鎂合金極高的降解速率等。相信隨著對可降解生物醫(yī)用鎂基材料研究的不斷深入，人們會對可降解生物醫(yī)用鎂基材料的認識更加深刻，找到能改善材料性能運用于臨床的處理方法，成為惠及人類健康的新型金屬生物材料。

來源：王一川, 彭巍, 單顯峰, 霍明月, 王學金. 鎂基金屬作為醫(yī)用植入材料的研究概況[J]. 全科口腔醫(yī)學電子雜志, 2018, 5(32): 39-40+42.