生物可降解镁合金支架研究现状
生物可降解医用镁合金市场应用情况及宜安科技业务布局分析
➢ 在体内腐蚀降解并充分吸收，避免二次手术 镁及镁合金材料和人体具有良好的生物相容性，避免了二次手术的痛苦以及创口，这点 对于面部整形手术具有较好的应用前景。
➢ 镁是人体中的常量元素，具有良好的生物相容性 镁骨钉在植入人体后，能够发生动态降解行为，其降解产物不会造成人体的过敏反应，
图表 28：创伤类理疗耗材场市场规模（亿元）
创伤类植入物耗材市场 160 140 120 100
80 60 40 20
0
同比 20% 18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 攀升（百万人）
65岁及以上人口 200 180 160 140 120 100
镁离子是人体第四大金属元素，成年人每天需要摄入 300-400 毫克的镁，过量的Mg 2 可
以通过尿液排出体外。同时，镁合金具有良好的细胞相容性，细胞可以在镁合金上有 效 地附着、扩散以及增殖。
➢ 良好的综合力学性能，与人体骨组织接近 相较于传统的钛合金、钴铬合金、不锈钢等传统的合金材料，镁及镁合金材料由于具有 与人体骨骼相匹配的密度以及弹性模量，能够很大程度上避免植入后产生的应力遮挡 效 应，即当两种或多种具有不同刚度的材料共同承载外力时，刚度较高的材料将会承 担较 高的载荷，而刚度较低的材料只需承担较低的载荷，导致应力集中在骨骼和植入 骨钉界 面上，从而降低骨钉的稳定性并抑制新骨骼生长。
主要问题在于过快的降解速率和气穴的产生：镁及镁合金可能因为过快的降解速率和较 严重的降解形貌导致患者恢复期前期固定作用不足，因而无法承担承重部位骨块的固定 ； 同时在体内由于镁化学性质活泼，电位较低(-2.37V vs SHE(标准氢电极))，在富含Cl 的 液体环境中，基体与第二相之间易形成原电池，产生电偶腐蚀，同时生成气体，化学
食管良性狭窄药物镁合金可降解支架研究现状及展望
食管良性狭窄药物镁合金可降解支架研究现状及展望杨凯;朱悦琦;程英升【摘要】支架在食管良性狭窄的治疗中发挥着越来越重要的作用。
临床应用的支架主要为金属支架，可分为永久性支架和暂时性可回收支架。
永久性金属支架长期植入易引起炎性增生、支架内再狭窄、穿孔、出血等并发症，暂时性可回收金属支架植入后1周内需取出，以避免食管瘢痕修复及支架内组织增生导致其取出困难、远期食管再狭窄复发率高。
药物洗脱支架在心血管系统疾病的治疗中已处于临床使用阶段，消化道药物洗脱支架目前处于研制及动物实验阶段；镁合金可降解支架已经在心血管系统广泛应用。
随着生物工程材料的发展，药物镁合金可降解支架已成为食管支架研究的热点和前沿。
本文对药物镁合金可降解支架研发的现状和展望进行全面详细阐述，重点介绍支架工艺：支架成型，覆膜改性，载药处理。
%Stent implantation plays a more and more important role in the treatment of benign esophageal stenosis. Metal stents are most commonly used in the clinical practice, which can be classified into permanent stents and temporary retrieval stents. Permanent implantation of metal stents is easy to cause complications such as inflammatory hyperplasia, in-stent restenosis, perforation, bleeding, etc. Temporary retrieval stents should be removed with one week after it is implanted in order to avoid esophageal scar tissue repair and in-stent tissue hyperplasia, which can cause difficulty in its removing and produce higher recurrence rate of esophageal restenosis. Clinically, drug-eluting stents have already been used in cardiovascular system procedures, but at present the gastrointestinal drug-eluting stents are still in development and animal experiment stage.Biodegradable magnesium alloy stents have been widely employed in cardiovascular system procedures. With the rapid development of biological engineering materials, drug-eluting magnesium alloy stent has become a hot spot and the frontier in research field. This paper aims to make a comprehensive review about the current research status and prospect of the drug-eluting magnesium alloy stents, focusing on the stent technology, stent molding, coating modification, and the treatment ofdrug-eluting.【期刊名称】《介入放射学杂志》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】5页(P452-456)【关键词】食管支架;可降解;镁合金;食管良性狭窄【作者】杨凯;朱悦琦;程英升【作者单位】200233 上海交通大学附属第六人民医院上海市第六人民医院放射科;200233 上海交通大学附属第六人民医院上海市第六人民医院放射科;200233上海交通大学附属第六人民医院上海市第六人民医院放射科【正文语种】中文【中图分类】R571.1目前，消化道支架的临床应用已经很普遍，如消化道良恶性狭窄、出血、瘘、穿孔和肠梗阻等均可以选择支架治疗。
镁合金在生物医用材料领域的研究应用与发展
镁合金在生物医用材料领域的研究应用与发展摘要：镁基合金具有较高的强韧性和加工性能以及较好的生物相容性，目前集中于骨固定材料、多孔骨修复材料、牙种植材料、口腔修复材料以及心血管支架方面的研究。
但镁基合金在人体体液环境下的腐蚀性过快是很大难题，采用适宜的改性方法不仅可以提高镁基合金的耐腐蚀性能，降低其生物降解速率，而且可以进一步提高其力学性能和表面生物活性，进而才能推动镁基合金医用材料的开发及应用。
关键词：镁合金生物相容性骨骼医用材料血管支架正文：生物医用材料是人们最早应用的医用材料之一，也是目前全世界应用最多、最广的医用材料。
而在社会发展的今天，金属材料单一特性不能满足医用需求，人们也越来越意识到多种材料符合取长的发展前景可观，而如何开发新型合金材料，如何能对医用金属材料进行特定的表面改性，是医用材料方面一直关注并努力的方向[1]。
目前临床应用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金、钛合金、医用贵金属、医用形状记忆合金、纯金属钽、铌、锆等。
关于镁及镁合金的医用研究可追溯至1907年，但后来由于镁的耐腐蚀性差而被搁置。
近几年，随着加工方法及表面处理技术等的发展和成熟，镁合金的耐腐蚀性和力学性能得到很大提高，部分研究者又进一步开展镁合金医用材料研究。
1.镁基合金的医用研究1.1.骨固定材料目前，广泛应用于骨板、骨钉的生物医用材料主要是钛及钛合金、不锈钢及聚乳酸等。
但是，这些材料都存在一定的局限性。
钛及钛合金、不锈钢等金属材料会发生应力遮挡效应，即将金属材料植入人体后，因其与人骨材料的弹性模量不匹配产生的人骨受力被遮挡效应[2]，会使骨骼强度降低、愈合迟缓。
而聚乳酸等高分子材料力学性能差，很难承受较大的负重。
因此，需要发展新的骨固定材料，即既要有类似于人骨的力学性能，又要有良好的生物相容性，并且不产生毒性。
研究表明镁及镁合金有可能作为新的骨固定材料，因为镁及镁合金有高的比强度和比刚度[3]（如表1），纯镁的比强度为133GPa／(g／cm3)，而超高强度镁合金的比强度已达到480 GPa／(g／cm3)，比Ti6A14V的比强度(260 GPa／(g／cm3))高出近1倍。
2024年生物可吸收支架市场分析现状
2024年生物可吸收支架市场分析现状引言生物可吸收支架是一种医疗器械，在心血管、骨科和消化道等领域得到广泛应用。
随着人们对健康意识的提高和医疗技术的不断发展，生物可吸收支架市场呈现出快速增长的态势。
本文将对生物可吸收支架市场的现状进行分析，以便了解市场的发展趋势和未来的前景。
生物可吸收支架的特点生物可吸收支架与传统的金属支架相比具有许多优势。
首先，生物可吸收支架可以在一定的时间内逐渐被吸收和代谢，减少了二次手术的需求。
其次，生物可吸收支架可以与周围组织进行良好的相容性，减少了异物排斥反应的风险。
此外，生物可吸收支架具有较低的血栓形成风险，可以提高手术的治疗效果。
生物可吸收支架市场的发展现状生物可吸收支架市场目前呈现出快速增长的趋势。
这主要归因于以下几个因素。
高发病率的慢性疾病慢性疾病的高发病率成为生物可吸收支架市场增长的推动力。
心血管疾病、骨科疾病和消化道疾病等慢性疾病对生物可吸收支架的需求量很大。
随着人口老龄化程度的加深，这些疾病的患者人数不断增加，市场需求也持续增长。
技术的不断进步生物可吸收支架的研发和生产技术不断进步，使其在临床应用中更加安全和有效。
传统的金属支架存在一些缺陷，如血栓形成风险、二次手术需求等，而生物可吸收支架可以弥补这些缺陷。
新技术的不断引入和改进，提高了生物可吸收支架的性能，满足了医疗机构和患者对安全和治疗效果的要求。
投资的增加生物可吸收支架市场吸引了越来越多的投资。
投资者看好生物可吸收支架市场的发展前景，愿意为其研发和生产提供资金支持。
这些投资不仅加速了技术进步，还提高了产品的生产能力和市场竞争力。
生物可吸收支架市场的前景展望生物可吸收支架市场的前景看好。
随着医疗技术的进步和人们健康意识的提高，生物可吸收支架的应用范围将进一步扩大。
目前，生物可吸收支架主要应用于心血管、骨科和消化道等领域，但未来可能还会在其他领域得到应用。
例如，生物可吸收支架在神经外科和泌尿外科等领域也有很大的潜力。
生物可降解医用镁合金体内外降解行为研究进展
第49卷2021年5月第5期第24-37页材料工程J o u r n a l o fM a t e r i a l sE n g i n e e r i n gV o l.49M a y2021N o.5p p.24-37生物可降解医用镁合金体内外降解行为研究进展R e s e a r c h p r o g r e s s i nd e g r a d a t i o nb e h a v i o ro f b i o d e g r a d a b l em e d i c a lM g-b a s e da l l o y si n v i v o a n d i n v i t r o田亚强,赵冠璋,刘芸,张源,郑小平,陈连生(华北理工大学教育部现代冶金技术重点实验室,河北唐山063210)T I A N Y a-q i a n g,Z H A O G u a n-z h a n g,L I U Y u n,Z HA N G Y u a n,Z H E N G X i a o-p i n g,C H E N L i a n-s h e n g(K e y L a b o r a t o r y o f t h eM i n i s t r y o fE d u c a t i o n f o rM o d e r n M e t a l l u r g yT e c h n o l o g y,N o r t hC h i n aU n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,T a n g s h a n063210,H e b e i,C h i n a)摘要:作为新一代医用可降解生物材料,镁合金凭借其良好的生物相容性㊁独特的降解性㊁优异的力学传递性,被誉为 革命性的医用金属材料 ㊂然而,镁合金耐蚀性能较差,存在降解过快以及降解不均匀等现象㊂本文从微合金化㊁热加工工艺㊁塑性变形工艺以及表面改性4种处理方式全面介绍了目前改善镁合金降解性能的研究进展,并对比了不同工艺处理方式下医用镁合金的体内外降解速率和降解模式,揭示了镁合金不同工艺处理条件下的组织演变㊁膜层特性对C l-的膜层破坏机制及三维降解形貌的影响规律,建立起在模拟液中不同工艺条件与镁合金腐蚀降解速率的关联数据分析模型,最后指出从多角度解析微观结构对镁合金降解性能的作用机制,构建微观组织对镁合金降解寿命预测模型是未来该领域的研究重点㊂关键词:可降解镁合金;体内降解;体外降解;降解速率;膜层特征d o i:10.11868/j.i s s n.1001-4381.2020.000338中图分类号:T G178;R318.08文献标识码:A 文章编号:1001-4381(2021)05-0024-14A b s t r a c t:A s an e w g e n e r a t i o no fm e d i c a l d e g r a d a b l eb i o m a t e r i a l s,m a g n e s i u ma l l o y sw e r ek n o w na s r e v o l u t i o n a r y m e d i c a lm e t a lm a t e r i a l s d u e t o t h e i r g o o db i o c o m p a t i b i l i t y,u n i q u ed e g r a d a b i l i t y a n d e x c e l l e n tm e c h a n i c a l t r a n s m i s s i o n.H o w e v e r,t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o fm a g n e s i u ma l l o y s i s p o o r a n d t h e r e a r e p h e n o m e n as u c ha sr a p i da n du n e v e nd e g r a d a t i o n.T h er e s e a r c h p r o g r e s s i ni m p r o v i n g t h e d e g r a d a t i o n p r o p e r t i e so fm a g n e s i u m a l l o y s w a s i n t r o d u c e df r o mf o u ra s p e c t s:m i c r o a l l o y i n g,h e a t t r e a t m e n t p r o c e s s,p l a s t i c d e f o r m a t i o n a n d s u r f a c em o d i f i c a t i o n.T h e d e g r a d a t i o n r a t e a n d d e g r a d a t i o n m o d e s o f m e d i c a lm a g n e s i u m a l l o y s i nv i v o a n d i nv i t r o u n d e rd i f f e r e n t p r o c e s s i n g m e t h o d s w e r e c o m p a r e d.T h ei n f l u e n c eo f m i c r o s t r u c t u r ee v o l u t i o na n df i l m c h a r a c t e r i s t i c so f m a g n e s i u m a l l o y s u n d e r d i f f e r e n t p r o c e s s i n g c o n d i t i o n so nt h ed e s t r u c t i o n m e c h a n i s mo f t h eC l-f o r t h e f i l ml a y e ra n d t h et h r e e-d i m e n s i o n a ld e g r a d a t i o n m o r p h o l o g y w e r er e v e a l e d.T h ec o r r e l a t i o n d a t aa n a l y s i s m o d e l b e t w e e nd i f f e r e n t p r o c e s s c o n d i t i o n s a n dc o r r o s i o nd e g r a d a t i o nr a t eo fm a g n e s i u ma l l o y s i ns i m u l a t e d s o l u t i o nw a s e s t a b l i s h e d.F i n a l l y,i tw a s p o i n t e d o u t t h a t t h e f o c u s o f f u t u r e r e s e a r c h i n t h i s f i e l d i s t o a n a l y s e t h e m a i na c t i o n m e c h a n i s m o f m i c r o s t r u c t u r eo n m a g n e s i u m a l l o y sd e g r a d a t i o n p r o p e r t i e s f r o m m u l t i p l e p e r s p e c t i v e sa n dt ob u i l da p r e d i c t i o n m o d e lo f m i c r o s t r u c t u r eo n m a g n e s i u m a l l o y s d e g r a d a t i o n l i f e.K e y w o r d s:d e g r a d a b l eM g a l l o y;d e g r a d a t i o n i n v i v o;d e g r a d a t i o n i n v i t r o;d e g r a d a t i o n r a t e;f i l ml a y e r f e a t u r e第49卷第5期生物可降解医用镁合金体内外降解行为研究进展相比于传统医用可植入生物材料(T i,C o-C r,不锈钢,聚合物,陶瓷等)而言,镁合金由于具有优异的力学性能㊁独特的降解能力以及良好的生物相容性,使其作为体内植入物优于高分子材料㊁陶瓷材料以及其他金属材料[1]㊂并且镁合金材料由于具有与人体骨骼相匹配的弹性模量,能够很大程度上避免植入后产生的应力遮挡效应(当两种或多种具有不同刚度的材料共同承载外力时,具有刚度较高的材料将会承担较高的载荷,而刚度较低的材料只需承担较低的载荷)[2]㊂同时,镁合金在人体服役后,能够发生动态降解行为,其降解产物不会造成人体的过敏反应,且过量的M g2+通常会通过循环系统排出体外[3],故成为生物医疗器械的首选[4-5]㊂另外,在细胞毒性方面,镁合金具有良好的细胞相容性,细胞可以在镁合金上有效地附着㊁扩散以及增殖[6]㊂此外,在骨修复方面,过量M g2+富集会刺激脊神经节释放降钙素基因相关肽(c a l c i t o n i n g e n e r e l a t e d p e p t i d e,C G R P),诱导相关蛋白的产生,促进骨成型[5],因此镁合金常用作骨折内部固定的医疗器械㊂但是,由于镁化学性质活泼,电位较低(-2.37V v s S H E(标准氢电极)),在富含C l-的液体环境中,基体与第二相之间易形成原电池,产生电偶腐蚀,同时生成O H-和H2㊂伴随着M g基体缺陷处渗透进入的腐蚀介质对膜结构的共同侵蚀作用,破坏M g合金基体的完整结构㊂其反应主要如下所示:M g+2H2O+2C l-ңM g C l2+H2+2O H-(1)在骨成型过程中,H2会导致气穴的产生,占据骨痂生长空间,最终影响骨成型的速度与形态[7],目前,在镁合金的研究过程中,鉴于对镁合金降解行为的认知程度匮乏以及降解机理认识的不足,导致镁合金作为植入物在生理环境下的动态降解速率得不到有效控制,降解形貌不均匀㊂D i n g等[6]将M g-Z n-C a合金作为手术夹夹闭老鼠颈动脉血管㊂在3个月时,靠近心脏的一侧出现了明显的断裂行为,主要是由于血液流动产生的脉动应力加快了镁合金手术夹的降解;W a n g 等[8]将铸态的M g-Z n-C a合金植入新西兰白兔左股骨处,并采用M i c r o-C T系统观察了其在体内的动态降解行为㊂在第8周时,可以清晰地观察到镁合金种植体表面出现了许多降解坑,降解过快且不均匀;L i 等[9]进行了M g-Z n-Z r合金骨钉在兔骨骨髁部位的体内实验㊂在兔子体内实验时,螺钉在2个月时便发生严重降解,3个月时发现了颈部骨折,到第6个月时只剩下少量残余合金,进一步证实了镁合金材料降解的过快与不可控性㊂此外,为了探究镁合金在生理条件下如何获得最佳的降解性能,国内外学者还进行了大量的体外实验,但部分镁合金在模拟体液环境中仍显示出较快的降解速率以及较严重的降解形貌㊂目前体外实验的降解速率评定主要通过3种实验途径,分别为浸泡实验㊁电化学实验以及析氢演变实验,其降解速率的具体计算方法如下[10]:P w=2.10ΔW(2)P i=22.85i c o r r(3)P H=2.279V H(4)式中:P w,P i,P H分别为3种实验方法测得的降解速率, m m/a;ΔW为失重速率,m g㊃c m-2/d;i c o r r为合金的腐蚀电流密度,m g㊃c m-2;V H为析氢体积,m L㊃c m-2/d㊂体内外降解研究结果表明,镁合金在接近中性生理环境中的降解方式以腐蚀为主,其降解机制如下所示[7]:2H2O+2e-ңH2+2O H-(阴极反应)(5)M gңM g n++n e-(阳极反应)(6)M g n++n O H-ңM g(O H)2(降解产物)(7)通常在腐蚀介质中,M g作为阳极转变为M g2+与阴极产生的O H-发生反应生成M g(O H)2,随着浸泡时间的延长,合金表面缺陷处可作为C l-渗透到膜结构中与M g(O H)2反应的特殊通道,导致表面产生点蚀现象㊂另外,基体与第二相(金属间相)会由于电化学电位差异产生以镁基体为阳极的电偶腐蚀,加快合金的降解进程[11]㊂为了更好地解决镁合金在生理环境中所出现的降解过快及降解不均匀等问题,本文结合本课题组前期的研究工作(微合金化㊁纳米H A/C a O微复合㊁热处理㊁塑性加工)[12-15],通过对合金的微观㊁宏观结构与降解速率之间关系的建立,深入分析并探究了合金在生理环境下所发生的静态以及动态降解机制,系统地概括了合金化工艺㊁热处理工艺㊁塑性加工工艺和表面改性处理工艺对镁合金体内外降解的影响规律以及耐蚀性能提高的微观机理的研究现状㊂1微合金化工艺通常医用镁合金在未满服役周期前便快速降解,因此,至少在达到预定服役期限之前,需要良好的降解性能来维持植入物在人体使用过程中的完整性㊂合金化常被作为一种有效的途径来提高镁合金的降解性能㊂与其他工艺相比,通过适当添加合金元素进行微观组织调控,不仅可以起到改变合金的析出相种类以及合金晶粒度的作用,而且还可以改变表面膜的组成结构,从而达到减缓降解速率的效果㊂但需要注意的是合金元素的选择问题,镁合金降解后向周围组织释52材料工程2021年5月放的其他金属离子可能会在短期或较长时间内引起生物反应,因此合金元素添加不当可能会引起严重的毒物学问题㊂并且添加的元素如果固溶度过低,这些残留的过量合金元素会导致大量的第二相产生,而过量的第二相会与镁基体形成电偶腐蚀,加快镁合金的降解进程㊂目前常见的生物医用镁合金主要包含M g-C a,M g-Z n,M g-M n,M g-S r以及M g-R E合金,这些经过合金化处理的合金具有良好的生物相容性,对组织无不良影响㊂合金化处理对于医用镁合金体内外降解机制的影响主要如下:C a是人体骨骼的主要成分,对细胞内的化学信号传递至关重要,其释放的离子有利于骨骼固化,是一种矿物质营养素㊂因此,钙的添加引起了研究学者们的广泛关注㊂J e o n g等[16]对比了在H a n k s溶液中不同C a含量的添加对铸态以及挤压态M g-C a合金降解性能的影响㊂结果显示当C a含量增加时(0.4%ң1%ң2%ң3%,质量分数,下同),由电化学实验测得的铸态合金的降解速率也呈现不断升高的趋势(0.161ң0.223ң0.241ң0.585m m/a),挤压态合金具有相同的变化趋势(0.179ң0.193ң0.194ң0.245m m/a)㊂该现象产生的原因主要与M g2C a相的析出有关,C a含量的增加会导致第二相体积分数的增大,基体镁与第二相之间容易发生电偶腐蚀,从而加快了合金降解进程㊂M o h a m e d等[17]将铸态M g-0.8C a和纯镁在H a n k s平衡盐溶液中的降解速率做了对比㊂结果显示,M g-0.8C a的降解速率大约是纯镁的3倍(M g-0.8C a降解速率为(1.08ʃ0.38)m m/a,纯镁降解速率为(0.35ʃ0.17)m m/a)㊂这同样与晶界处M g2C a的产生有关,M g2C a相通常作为阴极与阳极的α-M g发生电偶腐蚀,从而增加了降解速率㊂但随着浸泡时间的延长,M g-C a合金表面除M g (O H)2保护层外,会伴随有羟基磷灰石的产生,该产物对骨愈合具有明显的促进作用,证实了M g-C a合金潜在的植入价值㊂L i u等[18]在挤压态M g-1B i-1Z n合金中加入了0.6%C a,获得的光学组织与晶粒分布显示,随着微量C a的加入,会导致合金的平均晶粒尺寸减小,动态再结晶晶粒比例显著增大㊂去除降解产物的表面S E M形貌如图1所示,M g-1B i-1Z n合金出现很多尺寸较大的点蚀坑,而加入C a后的合金降解形貌相对比较均匀㊂且电化学实验测得合金降解速率由0.41m m/a下降为0.32m m/a㊂其产生原因为:加入C a后生成的第二相粒子M g2B i2C a(相比于M g3B i2相)与基体镁相比具有更高的电势差,如图2中扫描K e l v i n探针力显微镜(S K P F M)结果显示,在降解过程中更易作为阴极位置,导致降解产物层的密度更大,形成速度更快㊂合金表面氧化膜的X P S分析显示,相比于M g-1B i-1Z n合金,在M g-1B i-1Z n-1C a合金表面有C a(O H)2产生,其反应主要如下所示:M gңM g2++2e-(8)C aңC a2++2e-(9)2H2O+2e-ңH2ʏ+2O H-(10)M g2++2O H-ңM g(O H)2(11)C a2++2O H-ңC a(O H)2(12)M g2++1/2O2ңM g O(13) C a元素的加入改变了膜层结构,在一定程度上提高了合金降解性能㊂王勇等[19]研究了C a含量的添加对于Z M61合金在S B F中降解性能的影响㊂结果显示,当C a含量控制在0.5%时,由于晶粒的细化以及晶界处网状析出相的产生,导致其具有最佳的降解抗性㊂通过以上研究表明:C a元素的添加可通过调整晶粒度㊁析出物的形态与类型以及表面产物膜成分,从而在一定程度上提高镁合金的耐蚀性能㊂同时,一些学者对M g-C a合金也进行了相应的体内实验,X i a等[20]将挤压态的M g-4.0Z n-0.2C a合金植入家兔股骨处㊂结果显示合金的植入并未导致任何炎症反应的产生,且骨与种植体之间接触良好㊂随后利用S E M对植入3个月的种植体进行了表面形貌的观察,发现在种植体表面产生了保护膜㊂利用E D S分析了保护膜的成分组成,结果显示保护膜主要成分为C a和P,这些成分能在很大程度上促进骨成型㊂在3个月的植入实验中,合金体积中有35%发生了降解,证实了M g-C a合金的医用可行性㊂Z n是人体重要的微量元素之一,是骨和软骨可选酶的辅助因子,因而M g-Z n合金是一种具有较大潜力的生物材料㊂K o c等[21]对比了铸态M g-x Z n在S B F 中的电化学降解速率㊂结果显示,随着Z n含量的增多(0%ң0.5%ң1%ң2%ң3%),M g-Z n合金的降解速率逐渐降低(4.342ң3.062ң2.833ң2.628ң2.331m m/a)㊂产生此现象的主要原因是Z n元素在M g-Z n合金中具有细化晶粒的作用,Z n含量的增多使得晶粒细化从而降低了合金的降解速率㊂A b d e l-g a w a d等[22]在M g-0.6C a合金中加入了不同含量的Z n元素,测得其在S B F模拟液中的电化学降解速率㊂结果显示,添加2%Z n时合金的降解性能最佳,为0.043m m/a㊂该现象产生的主要原因是微量Z n的加入细化了晶粒,并且形成了C a2M g6Z n3保护层作为保护屏障,从而降低了降解速率㊂Z h a n g等[23]将M g-6Z n合金和纯镁植入老鼠的膀胱处,2周后取出结果显示:M g-6Z n合金已降解体积明显高于纯镁,这主要是由于Z n(O H)2膜层的破裂同62第49卷第5期生物可降解医用镁合金体内外降解行为研究进展图1挤压态M g-1B i-1Z n(1)与M g-1B i-1Z n-0.6C a(2)合金浸泡在S B F不同时间去除降解产物后的S E M图[18](a)30m i n;(b)4h;(c)8hF i g.1S E Mi m a g e s o f t h e e x t r u d e d M g-1B i-1Z n(1)a n d M g-1B i-1Z n-0.6C a(2)a l l o y s o f r e m o v i n g d e g r a d a t i o n p r o d u c t s a f t e r i m m e r s e di nS B F f o r d i f f e r e n t t i m e[18](a)30m i n;(b)4h;(c)8h图2挤压态M g-1B i-1Z n-0.6C a合金S K P F M图片(a)以及A线对应的电势分布图(b)[18]F i g.2S K P F Mi m a g e(a)o f t h e e x t r u d e d M g-1B i-1Z n-0.6C a a l l o y a n d c o r r e s p o n d i n g V o l t a p o t e n t i a l p r o f i l e a l o n g l i n e sA(b)[18]基体与第二相产生的电偶腐蚀耦合作用的结果㊂C i h o v a等[24]对不同Z n含量的挤压态M g-Z n-C a合金在幼年大鼠的股骨中进行了植入实验㊂植入后的M i c r o-C T显示,与M g-1.25Z n-0.25C a合金相比,M g-1Z n-0.3C a合金具有更低的降解速率㊂在植入后的第4周,降解体积分数控制在(5ʃ3)%范围内,在第26周达到了(36ʃ8)%,M g-1Z n-0.3C a合金与M g-1.25Z n-0.25C a合金在第52周测得的降解速率分别72材料工程2021年5月为(0.091ʃ0.032)m m/a和(0.123ʃ0.025)m m/a㊂组织学分析结果显示两种合金与骨接触良好,无不良反应,证明了镁合金材料在肌肉骨骼疾病治疗中的应用价值㊂M n是一种无毒元素,在体内多种酶系统的激活中起主要作用,另外,在合金元素中加入一定量的M n 能去除有害杂质,并在合金表面形成氧化锰膜,实现提高合金降解抗性的目的㊂C h o等[25]研究表明微量M n 的添加使得晶粒细化,从而提高了M g-4Z n-0.5C a合金的耐蚀性㊂通过对比M g-4Z n-0.5C a-x M n(x=0, 0.4,0.8)合金的降解形貌,发现含高M n合金(M g-4Z n-0.5C a-0.8M n)的降解形貌较均匀,具有较高的耐蚀性㊂由电化学实验测得的降解速率分别为0.202, 0.095m m/a和0.065m m/a,产生此现象的原因主要有两方面:一是晶粒的细化降低了微电偶腐蚀,二是M n的加入可使表面形成M n O和M n O2膜层,膜层的产生可作为镁合金的降解屏障,阻碍了C l-的进一步侵蚀,从而提高了合金膜层的稳定性㊂X u等[26]将M g-Z n-M n合金用作骨移植植入物植入老鼠体内㊂在植入的第9周,种植体100%固定,无过敏反应,氧化产物膜成分以C a,O,P等元素为主㊂在种植体周围发现了新骨的形成,约10%~17%的种植体发生降解㊂而在第18周时,已有54%的镁合金发生了降解,但Z n,M n元素仍均匀分布在残余的镁合金㊁降解层和骨组织中,证实了M g-Z n-M n合金的医用价值㊂S r是人体中的一种微量元素,具有促进骨成型和减少骨吸收的作用㊂Z h a o等[27]将不同S r含量的挤压态M g-x S r(x=0.5,1,1.5,2.5)合金在H a n k s模拟体液中的降解速率做了对比㊂实验结果显示随着S r 含量的增加(0.5%ң1%ң1.5%ң2.5%),浸泡降解速率明显升高(0.036ң0.038ң0.043ң0.055m m/a),电化学实验所测得的降解速率具有相同的变化趋势(0.15ң0.165ң0.204ң0.265m m/a)㊂两种降解速率对比表明S r含量为0.5%时具有最佳的降解抗性㊂该现象的产生主要与晶粒尺寸有关,当S r含量为0.5%时,合金中具有较多的细小等轴晶粒,但随着S r 含量的增多,晶粒多变为长条状,从而降低了降解抗性㊂C h e n g等[28]对比了M g-5Z n-x S r在不同腐蚀环境(0.9%N a C l溶液和H a n k s溶液)中的降解速率㊂当S r含量增加时(0%ң0.2%ң0.3%ң1%),合金在两种腐蚀环境下的电化学降解速率都有相同的变化趋势:降低ң升高ң降低(N a C l溶液中的降解速率: 1.005ң0.797ң0.993ң0.944m m/a,H a n k s溶液中的降解速率:0.772ң0.512ң0.723ң0.608m m/a)㊂两种腐蚀环境下对比发现,当加入0.2%S r时降解速率最低(分别为0.797m m/a和0.512m m/a),其主要原因为微量S r的加入能极大地细化晶粒,提高材料的耐蚀性㊂且对比M g-5Z n合金,S r的快速溶解会导致p H值的升高,从而使得Z n(O H)2析出,其相比M g(O H)2具有更强的保护作用,并且较高含量的Z n(O H)2和M g(O H)2能够修复点蚀,延缓降解,其反应如下:M O+H2OңM(O H)2(M=S r,M g)(14) M+2H2OңM g2++2O H-+H2(M=S r,M g,Z n)(15)M2++2O H-ңM(O H)2(M=Z n,M g)(16) 3M2++2P O3-4ңM3(P O4)2(M=S r,M g)(17) P a n等[29]对铸态M g-Z n-M n-x S r合金在H a n k s 溶液中进行了动态降解机制的研究㊂结果发现,随着S r含量的不断上升(0.5%ң1%ң1.5%ң3%),在7天时测得的失重速率变化同样具有逐渐上升的趋势(0.115ң0.149ң0.23ң1.006m m/a)㊂产生该现象的主要原因在于第二相的变化,S E M结果显示随着S r含量的增加,合金晶粒尺寸逐渐降低,但第二相体积出现明显升高的趋势,并逐渐由粒子状转变为不连续网状结构㊂X R D结果表明第二相主要成分为M g17S r2㊂S K P F M结果显示金属间化合物比α-M g具有更高的电位,导致α-M g更易在降解过程中作为微观阳极,从而加快电偶腐蚀㊂除体外降解外,研究学者同样对M g-S r合金进行了体内研究:G a o等[30]对比了纯镁与添加S r,G a元素的镁合金在老鼠体内的降解速率,结果表明,纯镁的降解速率明显高于经过合金化处理的镁合金,这主要与表面膜的致密程度有关,经合金化处理的合金表面膜致密程度高,因此具有较高的降解抗性㊂B o r n a p o u r等[31]将M g-S r-C a合金支架在狗的左右动脉进行了血管植入实验,结果显示:由于M g-S r-C a合金在外层形成了S r-H A/H A的保护层,且该保护层覆盖于整个合金表面,从而增加了降解抗性,减缓了降解速率㊂T i e等[32]对M g-S r合金以及纯镁在白兔体内进行了植入实验㊂其降解形貌㊁降解速率以及X P S分析显示,M g-S r合金以均匀降解为主,相比于纯镁具有更低的降解速率,降解层主要由M g O, M g(O H)2和H A组成,并且在后续的实验过程中发现S r的稳定持续释放,还可以起到促进骨成型的作用㊂M g-R E合金凭借其优异的力学性能和降解性能,也逐渐成为目前研究的热点㊂常见的稀土元素主要包括Y,N d,G d等,微量稀土元素的添加可以限制晶粒82第49卷第5期生物可降解医用镁合金体内外降解行为研究进展尺寸,改变析出物形态,从而起到调控镁合金降解速率的目的[33-34]㊂其中N d由于在镁中具有较高的固溶度以及降解产物的无毒性,同时还具有良好的生物相容性,使其作为一种新型生物医用材料得到了人们的重视㊂本课题组[12]在K o k u b o s模拟液中研究了M g-Z n-M n-x N d(M Z M-x N d)合金的降解行为㊂结果显示,随着N d含量的增加(0%ң0.6%ң1.2%ң1.8%),降解速率出现了先降低后升高的现象(8.43ң1.15ң2.23ң3.82m m/a)㊂去除降解产物后,材料的三维降解形貌如图3所示,其去除降解产物后合金表面的降解坑深度㊁分布显示,随着N d含量的增加,合金表面腐蚀坑深度低且分布均匀㊂但随着N d含量的进一步增加,合金局部降解严重㊂产生的原因为:S E M 结果显示随着N d含量的增加,晶粒逐渐细化,然而析出相逐渐增多,导致降解速率的提高㊂并且微量N d 的添加可以提高表面膜的致密性,如图4所示,微量N d的添加使表面膜层更加致密,极大地降低合金的腐蚀敏感性,从而增强合金的降解抗性㊂此外,经X R D分析,试样表面有H A的产生,其具体反应如下所示:H2P O-4+2O H-ңP O3-4+2H2O(18)2H P O2-4+2O H-ң2P O3-4+2H2O(19) M g2++C a2++P O3-4+O H-ң(C a M g)x(P O4)y(O H)(20)图3去除降解产物后不同合金的3D降解形貌[12](a)M Z M;(b)M Z M-0.6N d;(c)M Z M-1.2N d;(d)M Z M-1.88N dF i g.33Dd e g r a d a t i o nm o r p h o l o g i e s o f d i f f e r e n t a l l o y s a f t e r d e g r a d a t i o n p r o d u c t r e m o v a l[12](a)M Z M;(b)M Z M-0.6N d;(c)M Z M-1.2N d;(d)M Z M-1.88N dH A的产生同样可以作为阻碍合金降解的屏障,但随着N d含量的增加,表面膜会逐渐变得疏松,从而降低了合金的降解抗性㊂C a i等[35]研究表明添加0.2%~0.6%的N d能细化合金晶粒,形成C a H P O4㊃2H2O膜层,增加了降解抗性㊂但过量N d的添加会导致第二相晶粒尺寸增大,加速电偶腐蚀㊂L u o等[11]在3.5%92材料工程2021年5月图4不同合金浸泡在S B F溶液中10天后的S E M形貌[12](a)M Z M;(b)M Z M-0.6N d;(c)M Z M-1.2N d;(d)M Z M-1.88N dF i g.4S E M m o r p h o l o g i e s o f d i f f e r e n t a l l o y s a f t e r i m m e r s e d f o r10d a y s i nS B F[12](a)M Z M;(b)M Z M-0.6N d;(c)M Z M-1.2N d;(d)M Z M-1.88N dN a C l溶液中测试了M g-6G d-2Y-(0ң0.5%ң1%ң1.5%)N d-0.2Z r合金的降解性能,电化学实验测得的降解速率表明在添加0.5%N d时合金的降解速率最低(1.819ң1.17ң2.063ң3.921m m/a),降解抗性最高㊂而当N d的含量在1.5%时,合金的降解抗性最低㊂该现象的产生主要与第二相的体积分数有关,在添加1.5%N d时第二相析出较多,易发生电偶腐蚀,加快了合金的降解进程㊂C h e n等[36]研究发现在M g-2Z n-x G d-0.5Z r合金中随着G d含量的增加(0ң0.5%ң1%ң2%),合金的降解速率先降低后升高(0.25ң0.15ң0.1ң0.28m m/a)㊂这主要是由于随着G d含量的升高,晶粒会逐渐得到细化,第二相析出逐渐增多㊂当G d含量较低时,第二相分布较均匀,这些均匀分布的第二相可作为屏障阻碍合金的降解进程,但当G d含量过高时,会导致大量第二相的析出,从而形成电偶腐蚀,推动降解进程㊂L i u等[37]研究了在0.1m o l/L的N a C l溶液中M g-Y合金的降解速率,结果表明:随着Y含量的增加(1%ң2%ң3%ң5%),M g-Y合金的降解速率呈现上升趋势(0.279ң0.411ң0.418ң0.457m m/a)㊂这主要是由于Y含量的增加,生成了富Y区,同时也导致更多的Y元素固溶进入基体,提高了基体的化学活性,从而加速了合金的降解,但是网状的富Y区可产生一定的屏障作用来阻碍降解进程㊂Z h a n g等[38]将挤压态M g-N d-Z n-Z r合金支架在兔颈总动脉进行了20个月的植入研究,发现支架在植入白兔颈总动脉20个月后生物安全性良好㊂M g,Z n 元素可以安全代谢,而N d和Z r不会在器官特别是大脑中持续积累㊂整个内皮化过程耗时28天㊂M g在J D B M支架中的完全吸收时间约为4个月,降解产物主要为C a磷酸盐复合物,这些复合物可在25个月内完全降解,消除了在镁合金支架降解过程中可能出现的血管钙化问题㊂L u k y a n o v a等[39]将W E43合金植入小鼠体内,皮下植入后,结果显示:W E43合金的生物降解率较低,且无大量氢气的产生㊂样品表面与周围组织形成亲密接触,未见损伤组织,接触区有新生血管的形成,重要的是,形态学研究表明,在小鼠体内植入W E43合金并没有造成重大的全身损害,在一定程度上证实了镁合金作为医用材料的可行性㊂2热处理工艺热处理也可作为提高镁合金降解抗性的一种有效手段,通过热处理可以在改变晶粒尺寸的同时调控析出物的数量以及形态,从而在一定程度上抑制电偶腐蚀的产生,达到增强降解抗性的效果,其原理主要在于不同合金元素的溶解度会随温度产生变化㊂03第49卷第5期生物可降解医用镁合金体内外降解行为研究进展在此基础上,本课题组[40]对比了在不同热处理工艺条件下,M g-2Z n-0.2M n-1C a合金在S B F模拟液中的降解行为㊂研究表明,随着热处理时间的延长(无ң300ң360ң420ң460ң500ħ),S E M结果显示析出物数量不断减少,但晶粒尺寸不断增大㊂由电化学实验测得的降解速率出现了先降低而后升高的趋势(13.11ң11.1ң10.6ң5.94ң8.1ң8.83m m/a),且在420ħ热处理时具有最佳的抗降解性能㊂降解速率降低的原因主要有以下3点:一方面,第二相溶解到基体中,提高了基体的腐蚀电位,降解速率下降㊂另一方面,降解产物成核优先出现在基体与第二相之间,随着第二相的逐渐溶解,微电偶腐蚀明显减弱㊂此外,表面无缺陷,合金形成的致密膜层可以降低腐蚀敏感性,缓解界面区域间的电流交换㊂而后降解速率升高的现象表明降解速率受晶粒尺寸以及第二相体积的共同调控作用影响㊂J a n b o z o r g i等[41]对比了铸态和固溶态M g-2Z n-1G d-1C a合金在S B F中的降解性能,结果显示:当经过500ħ固溶处理后,浸泡降解速率由9.45m m/a下降至3.82m m/a,电化学降解速率由3.09m m/a下降至1.85m m/a㊂固溶处理后降解速率明显降低,这主要源于大量析出物的溶解,从而在一定程度上抑制了电偶腐蚀㊂Z h o n g等[10]对挤压前时效(a g i n gp r i o r t o e x t r u s i o n,A P E)处理前后的M g-8S n-2Z n-0.2M n合金在3.5%N a C l溶液中的降解性能进行了对比㊂浸泡实验后合金降解速率由5.88m m/a降至4.31m m/a,电化学实验测得的降解速率由0.487m m/a降至0.315m m/a㊂A P E处理可明显改善合金的降解性能,其主要原因在于A P E处理的合金和未进行A P E 处理的合金相比,第二相M g2S n相较小,且弥散均匀分布,而降解多发生在粗大的M g2S n相上,因此,A P E 处理后合金具有更高的降解抗性㊂L i u等[42]将M g-G d-Z n-Z r铸态及热处理态合金的降解性能进行了对比,发现合金的降解速率主要受基体与第二相之间产生的微电偶腐蚀所影响㊂根据S K P F M以及高分辨率透射X射线层析成像(H R T X T)结果分析,铸态合金中的共晶相具有最高的局部电位(290m V)和体积分数(42.8%),因此,在共晶相和M g基体之间存在显著的微电偶效应㊂然而,经过T4处理后,铸态合金中的共晶相转变为长周期堆垛有序相(l o n g p e r i o d s t a c k i n g o r d e r e d,L P S O)㊂相比于共晶相,L P S O相的局部电势和体积分数减小,分别为243m V和27%,因此,第二相与M g基体之间的微电流效应明显减小,经T6处理后,析出物的弥散分布提高了α-M g基体的电势,从而降低了电势差,减弱了微电偶腐蚀,提高了合金的降解抗性㊂在体内方面,T o r r o n i等[43]将铸态和热处理态的W E43合金植入绵羊的头盖骨中,结果显示,与铸态合金相比,热处理态合金表现出更优异的稳定性㊁更低的降解速率和促成骨性能㊂基于此,可以推测热处理态合金的性能使其更适合用于断裂部位㊂3变形工艺除了优化镁合金的元素组成以及进行热处理以外,还可以通过塑性变形的方式来提升镁合金的降解性能㊂塑性变形可以迅速改变析出物的尺寸以及分布方式,同时还可以改变晶粒度,通过抑制电偶腐蚀来调控降解速率㊂常见的塑性变形工艺主要有挤压㊁轧制以及锻造㊂热挤压作为一种有效方式用来改善镁合金的降解性能,Z h o n g等[10]发现合金中的部分长条相,在热挤压过程中更容易破碎成颗粒,从而起到降低电偶腐蚀的作用㊂Z h a n g等[44]对比了铸态和挤压态的M g-Y-Z n-Z r合金的降解性能,研究发现,挤压态合金的降解抗性明显高于铸态合金㊂产生的原因在于,在挤压过程中,M g12Y Z n相破碎且弥散分布,阻碍再结晶晶粒的迁移,抑制晶粒的长大,从而提高了降解抗性,降低了降解速率㊂X u等[45]对比了不同挤压比对M g-Y合金在3.5%N a C l溶液中降解性能的影响㊂结果显示挤压后的合金晶粒明显细化,并随着挤压比的增大,剪切带流动平行线越来越明显,且平行线上分布着大量细小的等轴晶,使合金具有更高的降解抗性㊂H o u 等[46]对比了铸态与挤压态M g-3S n-1Z n-0.5M n合金在S B F中的降解性能㊂结果表明:电化学测试的降解速率由0.574m m/a降至0.301m m/a㊂产生的主要原因在于在热挤压过程中,M g-3S n-1Z n-0.5M n合金发生完全动态再结晶,组织多为细小的等轴晶,并且对比铸态合金,挤压态合金的第二相并没有明显的增多,因此挤压态合金表现出了更好的降解抗性㊂G u i 等[47]对比了铸态及挤压态M g-G d-Z n-Z r-M n合金在H a n k s溶液中的降解性能㊂拟合结果表明,挤压合金的R c t明显高于铸态合金㊂铸态合金第二相在晶界处呈现网状结构,挤压态合金第二相沿挤压方向呈现小的粒子分布㊂材料的电化学降解速率由0.38m m/a 降至0.34m m/a,降解形貌显示:铸态合金表面出现大面积降解,挤压态局部点蚀,挤压成型合金的大部分区域得到了很好的保护,并且随着反应活性的增加以及氧化膜在晶粒细化材料表面成核位点的增多,使得挤压态合金可以更快地形成保护层㊂谢鑫等[48]研究了挤压温度对M g-G d-Y-N d-Z r合金在H a n k s溶液中13。
生物可降解支架的现状和研究进展
BVS支架——meta分析
C、全因死亡率无差异 D、心梗发生率无差异
Lancet. 2016 Mar 26;387(10025):1277-89
BVS支架——meta分析
E、缺血驱动的靶病变再血管化无差异 F、血栓无差异
Lancet. 2016 Mar 26;387(10025):1277-89
J Am Coll Cardiol. 2017 Dec 12;70(23):2852-2862
J Am Coll Cardiol. 2017 Dec 12;70(23):2852-2862
BVS组血栓风险高于DES（晚期更明显）
J Am Coll Cardiol. 2017 Dec 12;70(23):2852-2862
共纳入ABSORB系列研究4项，3389例患者
Lancet. 2016 Mar 26;387(10025):1277-89
BVS支架——meta分析
A、患者死亡、心梗、再血管化无差异 B、TLF（心源性死亡、靶血管心梗、缺血驱动靶病 变再次血运重建）无差异
Lancet. 2016 Mar 26;387(10025):1277-89
ABSORB BVS治疗的靶病变失败率（心源性死亡，靶 血管心肌梗死，靶病变血管重建）及支架内血栓风险
较XIENCE高，有统计学差异。 2017.3.18FDA对BVS使用提出警示和建议。
DESolve 支架
特点： 1、轻微贴壁不良时可自我纠正； 2、扩张时支架破裂风险较低。 3、目前尚未大规模用于临床，一项随访3年的DESolve Nx 研究正在进行中。
ABSORB系列研究表明，1年，BVS的安全性 和有效性可媲美DES。
2011年、2016年先后获CE、FDA批准。
临床医学学术动态：冠状血管生物可吸收支架的最新进展
可吸收支架理论上有多个可能的好处：支架被吸收后可恢复血管正常收缩性，阻止血管再狭窄的发生；重建普通支架置入后消失的血管动力；可在同一病变处进行多次介入干预；对患先天性疾病的儿童可使用，不需要频繁的再干预。
因此，目前，国际上已有几家公司和研究机构正在进行这方面的研究。
可吸收镁支架的研究现状医用镁合金研究早在1907年就最先报导过，1944年用于治疗骨折研究。
目前在冠状动脉血管内支架研究方面I期临床研究已取得了成功，正在进行较大规模的研究。
2005年美国心脏学会科学大会上，德国Essen大学的RaimundErbel医生报告了Biotronick公司研发的以镁为基础的冠状动脉可吸收金属支架（AMS）的人体内研究结果，“预示该支架大有前途”。
在2006年美国ACC年会summit论坛上，Erbel医师公布了AMS临床试验PROGRESS-1研究结果。
该中心63例患者研究达到预期结果，操作技术成功率高，AMS在冠脉重建中与核磁成像（MRT）和CT兼容，无支架内血栓形成，4个月后血管内支架（IVUS）检查证实了支架降解，靶血管重建率与不锈钢药物洗脱支架（DES）有可比性。
在本届ACC年会summit论坛上，专家们给出了明确的回答，目前应用的DEs并不完美，可吸收金属支架（absorbablemetalstent，AMS）是其未来的发展方向。
比利时Deloose医生还在17届国际血管内治疗研讨会上，报告一种外周血管新型生物可吸收金属镁支架，不但可有效改善下肢闭塞血管的再通率，而且可降低传统金属支架引起再狭窄风险。
以上研究预示未来支架的发展方向——AMS支架有完全可吸收性，良好的生物兼容性，以及有效的支撑性。
未来以AMS为平台的DES具备更精确的药物动力释放和定向的特点。
生物可吸收聚合材料支架的研究进展2006年10月24日在华盛顿召开的第18届国际心脏病学会会议上，雅培（Abbott）公司报告了正在进行的ABSORB临床试验中获得的早期临床结果。
医用可降解镁合金应用及表面改性研究进展
第53卷第7期表面技术2024年4月SURFACE TECHNOLOGY·15·医用可降解镁合金应用及表面改性研究进展王国庆，李广芳，刘宏芳*（华中科技大学a.化学与化工学院b.生物医用与防护材料湖北省工程研究中心c.能量转换与存储材料化学教育部重点实验室d.材料化学与服役失效湖北省重点实验室，武汉 430074）摘要：镁及其合金作为新一代生物医用可降解材料，具有良好的经济性、力学性能、生物相容性、可降解性能，在骨科、心血管科、消化科等领域具有广阔的应用前景。
镁合金具有较高的化学活性，因此其降解速率较快，力学性能的维持受限，植入时可能发生的细菌感染会引发炎症和腐蚀加速等问题，因此需要通过表面改性来制备多功能一体化的涂层。
综述了医用可降解镁合金作为接骨板、螺钉、血管支架、胃肠吻合器、胆管支架等植入材料的应用现状及最新研究成果。
讨论了医用可降解镁合金在植入生物体时面临的析氢、pH升高、腐蚀加速、力学性能衰减、稀土元素毒性及内膜增生等具体问题，在此基础上，考察了化学转化、等离子喷涂、微弧氧化、聚合物涂层等4种镁合金表面改性技术的最新研究动态。
结合体内试验和体外试验，概述了表面改性对镁合金安全性、耐蚀性、抗菌性、生物相容性等方面的影响，并简要对比了几种表面改性技术的优缺点。
最后展望了医用可降解镁合金表面改性技术的发展方向。
关键词：镁合金；可降解；植入材料；表面改性；耐蚀性中图分类号：TG174.4；R318.08 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)07-0015-16DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.07.002Research Progress in Application and Surface Modificationof Medical Degradable Magnesium AlloysWANG Guoqing, LI Guangfang, LIU Hongfang*(a. School of Chemistry and Chemical Engineering, b. Hubei Engineering Research Center for Biomedical andProtective Materials, c. Key Laboratory of Material Chemistry for Energy Conversion and Storage,Ministry of Education, d. Hubei Key Laboratory of Materials Chemistry and Service Failure,Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China)ABSTRACT: As a new generation of biodegradable materials for medical use, magnesium and its alloys exhibit excellent affordability, mechanical property, biocompatibility and biodegradability, and possess extensive application prospects in orthopedics, cardiovascular treatment and gastroenterology. However, the high chemical activity of magnesium alloys leads to excessive degradation rates and limited maintenance of mechanical performance, and the possible bacterial infection during implantation can also lead to problems such as inflammation and accelerated corrosion, so surface modification is necessary to收稿日期：2023-04-18；修订日期：2023-09-25Received：2023-04-18；Revised：2023-09-25基金项目：国家自然科学基金（52171069）Fund：National Natural Science Foundation of China (52171069)引文格式：王国庆, 李广芳, 刘宏芳. 医用可降解镁合金应用及表面改性研究进展[J]. 表面技术, 2024, 53(7): 15-30.WANG Guoqing, LI Guangfang, LIU Hongfang. Research Progress in Application and Surface Modification of Medical Degradable Magnesium Alloys[J]. Surface Technology, 2024, 53(7): 15-30.*通信作者（Corresponding author）·16·表面技术 2024年4月form integrated multifunctional coatings. Starting from the current application of medical degradable magnesium alloys in various fields, the work aims to describe the research status of magnesium alloys as several types of implant materials, and clarify the specific challenges faced by magnesium alloys when implanted in organisms. Based on this, the latest research developments of four kinds of surface modification techniques of magnesium alloys are reviewed, and by evaluating the advantages and disadvantages of these techniques, targeted improvement directions are indicated to facilitate the development and practical application of surface modification techniques of medical degradable magnesium alloys. Medical degradable magnesium alloys are suitable as bone implant materials because of their osteogenic properties. When magnesium alloys are used as bone plates and screws, the mass loss and mechanical performance attenuation in long-term service are unacceptable, and they suffer from hydrogen evolution and pH increase simultaneously. Magnesium alloys can also serve as vascular stents because of their arrhythmia prevention and antithrombotic effects. Nevertheless, besides the rapid corrosion rate, the vascular stenosis caused by intimal hyperplasia should be considered, and the toxicity of rare earth elements in the new stent is not yet clear. When used as gastrointestinal staples as well as bile duct stents, the degradation rate of magnesium alloys needs to be more strictly controlled due to the corrosive digestive fluids they are exposed to. To improve the overall performance of medical degradable magnesium alloys, researchers have prepared various organic and inorganic coatings. The coatings including chemical conversion coatings, plasma spray coatings and micro-arc oxidation films are inorganic coatings. Chemical conversion coatings can effectively improve the biocompatibility and corrosion resistance of magnesium alloys, but the formation mechanism and long-term biological effects of the coatings should be further studied. Especially, attention needs to be paid to the coating formation mechanisms and health risks of the rare earth conversion coatings. Plasma spray, as a conventional method, can firmly integrate the coatings onto the surface of the magnesium alloy substrate, but it is difficult to avoid the formation of micro-pores and thermal stress residues, and further optimization of the spraying process or other post-treatment techniques is required. Micro-arc oxidation films are in-situ formed ceramic layers with excellent bonding strength and hardness. Similar to plasma spray coatings, their surfaces are also distributed with inherent micro-pores or micro-cracks, and these micro-defects are suitable as micro-containers and nano-containers or outer adhesion sites. Polymer coatings belong to organic coatings, which are denser than inorganic coatings, but they are prone to peel off from the substrate and their strength and hardness are not as good as those of inorganic coatings. A better strategy is to utilize the inorganic coating as an intermediate layer to provide sufficient adhesive strength and the polymer layer as a sustained drug release system, thus combining the advantages of the both. At present, the application of medical degradable magnesium alloys has been gradually extended from orthopedics and cardiovascular treatment to gastroenterology, oral and maxillofacial surgery. This change has put forward higher requirements on the comprehensive performance of magnesium alloys. Future research on surface modification of magnesium alloys should focus on key factors such as cell adhesion, controlled degradation, antimicrobial performance and biocompatibility, while moving from static simulations to the dynamic organisms and ensuring the effective functioning of the coatings after implantation.KEY WORDS: magnesium alloys; degradable; implant material; surface modification; corrosion resistance生物可降解材料是一类在生物机体中体液及核酸的作用下不断被降解、吸收或排出体外，最终完全被新生组织取代的生物医用材料，它包括生物可降解陶瓷、生物可降解高分子材料、生物可降解金属材料、复合材料及生物衍生材料等5类[1-2]。
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【 要 】 目前 介 入 治疗 中 主要 以金 属永 久 性 支 架 为 主 ， 类 支 架存 在血 栓 形 成 和 再 狭 窄 的 问题 。生 摘 这
物 可 降 解镁 合金 支架 开始 成 为关 注 的焦 点 和 热 点 ， 它理 论 上 克服 了永 久 性 支 架 的缺 点 ， 未 来 支 架 发 展 是 方 向之 一 。相 信 在 不 久 的将 来 ， 物 可 降解 镁 合 金 支 架在 许 多 疾 病 中都 将得 到广 泛 应 用 。 生
１７ ９ ７年 经皮 穿刺 冠状 动 脉腔 内成 形 术 （ Ｔ Ａ） ＰＣ 的发 明 ， 使介 入 治疗 开始 应用 于 临床 。１ ８ ９ ７年 冠状
动脉支架 问世 ， 入治疗 逐渐 成为治 疗冠 心病 ， 介 尤其 是 急性 心肌梗 死后 心肌 血运重 建 的主要 手段 。随着
窄 。 目前研 究 中的 Ｂ Ｓ主要 有 ： 可 降解镁 合 金支 Ｄ ① 架 ； 可 降解 聚合 物材 料 支架 ， 括 聚 乙二 醇 酸／ ② 包 聚
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【 键 词 】 生 物 可 降解 支架 ； 合 金 ； 狭 窄 关 镁 再
中 图分 类 号 ： ４ 文 献标 志码 ： Ｒ５ Ａ 文 章编 号 ：０ ８７ ４ ２ １ ）Ｏ —０ ２ ０ １０ —９ Ｘ（０ １ 一 １０ ６ —３
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介 入 放 射 学杂 志 ２ １ ０ １年 １月第 ２ Ｏ卷 第 １期
ＪＩｔ ｖｎ ａｉｌ ０ １ Ｖ １ ０ Ｎ０１ ｅ ｅ ｔ ｄｏ １ ， ｏ． ， ． ｎｒ Ｒ ２ ２
・
综
述
Ｇ ｎ ｒｌ ｅｉ ｅ ｅａ ｒｖ ｗ・ ｅ
生物可降解镁合金支架研究现状
陈 华 ， 赵 仙 先
介入 器械 改进 和 治疗 技术 的不 断提 高 ， 原来 被 列 为 禁 忌 证 的复杂 、 高危 病变 ， 如多 支血 管病 变 、 医师进行介 入治 疗 。但 是 ，
乳 酸 （Ｇ ／ Ｌ 、 Ｐ Ａ Ｐ Ａ） 聚左 旋 乳 酸 （Ｌ Ａ） 聚 辛 酸 内酯 ＰＬ 、
（ Ｃ ） 聚 羟基 戊 酯 （ Ｈ Ｖ） ； 生 物 可 降解 铁 支 ＰＬ、 ＰＢ 等 ⑧
架 。本 文主要 综述 生物 可降解 镁合金 支架 的研 究现 状及 应用 前景 。 １ 可 降解 镁 合金支 架 的优 点