近年來，以進(jìn)一步提高醫(yī)用金屬材料的生物相容性、力學(xué)相容性甚至生物活性等為目標(biāo)的研究和開發(fā)方興未艾，發(fā)展出眾多新型醫(yī)用金屬材料及相關(guān)表面改性技術(shù)，為金屬醫(yī)療器械產(chǎn)品的發(fā)展和應(yīng)用帶來了新的機(jī)遇。
與人體植入物相關(guān)的感染是醫(yī)學(xué)臨床中長期存在并迫切需要解決的一個(gè)重要問題。在骨科臨床中，即使是在嚴(yán)格執(zhí)行無菌手術(shù)操作并服用抗生素的前提下，關(guān)節(jié)置換、創(chuàng)傷固定等術(shù)后的感染發(fā)生率仍有相當(dāng)大的比例。
人類很早就開始利用銅(Cu)離子的殺菌功能，早在200 多年前就有人使用硫酸銅來防治小麥腥黑病。100多年前法國人Milharde 開發(fā)出著名的具有殺菌功能的含銅離子波爾多液，解決了法國波爾多地區(qū)的葡萄連年遭受病蟲害的問題。隨后相繼出現(xiàn)了很多種含銅離子殺菌劑，使銅離子的殺菌功能得以廣泛應(yīng)用。2008年，銅被美國環(huán)境保護(hù)署正式認(rèn)可為金屬抗菌劑。
1、醫(yī)用金屬銅的抗菌性
以往研究表明銅對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等具有良好的殺菌作用。有研究采用激光熔覆技術(shù)制備了含銅鈷基合金，并利用對金黃色葡球菌評估了合金的抗菌性能，結(jié)果顯示除了明顯的抑制作用，該合金對金黃色葡萄球菌抗菌率約為 98%。
多年來人們對銅的殺菌機(jī)制開展了大量研究，提出了多種銅離子殺菌機(jī)制：
銅離子與細(xì)菌外膜直接作用使細(xì)菌外膜破裂，細(xì)胞失去必要的營養(yǎng)物質(zhì)和水分，最終萎縮凋亡；
細(xì)菌與銅離子發(fā)生接觸時(shí)在細(xì)胞膜上發(fā)生短路，細(xì)胞膜產(chǎn)生破洞；
銅與推動新陳代謝反應(yīng)的酶結(jié)合可使細(xì)菌失去活性，細(xì)菌將無法呼吸、進(jìn)食、 消化和產(chǎn)生能量等。
加入銅元素的鈦合金材料不僅可以殺滅與材料直接接觸的細(xì)菌，而且游離的銅離子對周圍一定范圍內(nèi)的細(xì)菌仍有殺傷作用，抑制了游離細(xì)菌對鈦 - 骨界面的“表面競爭”，有效地阻止了細(xì)菌生物膜的形成。
2、醫(yī)用金屬銅的安全性
銅是人體中不可缺少的微量元素，其對于結(jié)締組織的形成、神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)以及骨骼的發(fā)育都十分重要。銅還參與鐵和能量的代謝，在許多酶的反應(yīng)中消耗分子氧而充當(dāng)還原劑的作用。銅在人體內(nèi)的含量為100～150mg，血清銅正常值為100～120μg/dL，是含量位居第二位的人體必需微量元素。世界衛(wèi)生組織建議成人每1kg 體重每天應(yīng)攝入0.03mg的銅。
銅在人體中主要通過膽汁進(jìn)行排泄，膽汁中含有低分子和高分子量的銅結(jié)合化合物，前者多存在肝膽汁中，后者則多在膽囊膽汁中。少量銅經(jīng)腸壁排泄，微量銅則經(jīng)尿液排泄。如果人體內(nèi)缺銅，那么將可能會導(dǎo)致貧血、骨質(zhì)疏松、冠心病等疾病的發(fā)生。
此外，適量的銅離子可以誘導(dǎo)成骨細(xì)胞的分化，促進(jìn)骨折愈合，并且銅在血管的生長過程中也有重要的作用，能通過刺激內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移，促進(jìn)新生血管的形成，抑制血管平滑肌細(xì)胞的增殖和血栓的形成。
眾多研究提供了大量相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明含銅金屬材料具備了作為植入物材料的生物安全性基礎(chǔ)。但目前仍存在較多問題有待解決：探索、優(yōu)化加入銅的含量、方式及采取合適的制備工藝使合金的抗菌性能、生物相容性、機(jī)械性能達(dá)到平衡需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)；表面改性對合金表面的微損傷是否會對合金造成不利影響；銅離子釋放速率的控制以及如何避免早期突然大量釋放銅離子的“突釋現(xiàn)象”。
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