生物医用镁合金研究进展
医用镁合金材料研究进展
医用镁合金材料研究进展
首先，医用镁合金材料在骨修复方面具有广阔的应用前景。
镁合金具有与人体骨组织相近的密度和弹性模量，能够减少骨折部位的应力集中，促进骨骼的愈合。
此外，镁离子能够刺激骨细胞的增殖和分化，促进骨组织的再生。
因此，医用镁合金材料可用于制作骨修复植入物，如骨板、骨螺钉和骨融合器，用于治疗骨折、骨缺损和骨关节疾病等。
其次，医用镁合金材料在心血管介入治疗领域也有广泛的应用。
镁合金具有良好的生物相容性和血液相容性，能够避免血栓形成和血管狭窄。
同时，镁离子能够抑制平滑肌细胞的增殖，防止血管再狭窄。
因此，医用镁合金材料可用于制作血管支架、血管球囊扩张器和血栓滤器等，用于治疗冠心病、脑血管疾病和外周动脉疾病等。
此外，医用镁合金材料还可用于制作生物可降解的内固定器械。
传统的内固定器械一般采用不可降解的金属材料，需要手术后二次手术进行拆除。
而医用镁合金材料可以在人体内逐渐降解，避免了二次手术的痛苦和风险。
因此，医用镁合金材料可用于制作骨钉、骨螺钉和骨板等内固定器械，用于骨折和骨缺损的治疗。
然而，医用镁合金材料仍然存在一些挑战和问题。
首先，镁合金材料的腐蚀性较大，容易在体内产生气体和腐蚀产物，影响材料的稳定性和生物相容性。
其次，镁离子的释放速率过快可能导致组织刺激和炎症反应。
此外，医用镁合金材料的力学性能和加工性能还需要进一步改进和提高。
综上所述，医用镁合金材料在骨修复、心血管介入治疗和内固定器械等方面具有广阔的应用前景。
随着相关技术的不断进步和完善，相信医用
镁合金材料将在未来的医学领域发挥重要作用，为疾病的治疗和康复提供更好的选择。
生物医用镁合金的腐蚀与防护研究进展
生物医用镁合金的腐蚀与防护研究进展摘要由于具有优异的力学性能、生物相容性和可降解性，镁及其合金成为一种极具潜力的生物医用可降解金属植入材料，并且是目前该领域的研究热点。
但由于镁及其合金具有较快的腐蚀速率，严重制约了其在临床上的应用。
因此开发高强度、高韧性、高耐蚀且降解行为可控的高性能镁合金迫在眉睫。
本文结合近五年积累的众位科研人员关于医用镁合金腐蚀与防护的研究资料，在此基础上综述了生物医用可降解镁合金的最新研究进展，分别详细介绍了镁及其合金作为生物医用材料的优势与不足、腐蚀机理，腐蚀的表征技术和腐蚀的防护技术的相关研究，并一定程度上分析了未来医用镁合金发展中需要解决的问题和未来发展方向。
关键词：镁合金；生物医用；腐蚀；防护ABSTRACTDue to the excellent mechanical properties, biocompatibility and degradability, magnesium and its alloys become a potential biomedical degradable implant materials, which is the research focus in the field.However , the corrosion rate of magnesium and its alloys is faster,which severely restrict its clinical application.So the development of high strength, high toughness, high corrosion resistance and controllable degradation behavior of high performance magnesium alloys is bining with nearly five years of accumulation of medical research data about corrosion and protection of the magnesium alloy which is made by researchers , on which this paper summarizes the latest research progress of magnesium and its alloys was introduced in detail, such as the advantages and disadvantages of biomedical materials, corrosion mechanism, characterization of corrosion and corrosion protection technology research, and to some extent, the analysis of the problems need to be solved in the development of future medical magnesium alloys and the future development direction.Key Words:magnesium alloys ; biomedical;corrosion ;protection文献综述作为材料的一个重要分支，生物医用材料(Biomedicalmaterials)的发展和应用关系到人类的生命健康和社会文明的进步，正吸引着越来越多的关注。
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。
生物可降解镁合金临床应用研究进展
王啸虎 ， 阎 钧， 陈义刚， 郑 起
（ 上海交通大学附属第六人 民医院普外科 ， 上海 ２ ０ ０ ２ ３ ３ ） 摘要 近年来作为 生物 医学材料领域 的研 究热点 ， 镁合金 因其优 良的力学性能 ， 与人体 良好 的生物相容性 以
关键 词 镁合金 生物相容性 降解 临床应用 文献标识码 ： Ａ 中图分类号 ： Ｔ Ｇ１ ４ ６ ． ２ ２
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ Ｂｉ ｏ ｄ ｅ ｇ ｒ ａ ｄ ａ ｂ ｌ ｅ Ｍａ ｇ ｎｅ ｓ ｉ ｕ ｍ Ａｌ ｌ ｏ ｙ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｍｅ ｄ ｉ ｃ ａ ｌ Ａｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
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骨科新型医用可降解植入材料JDBM镁合金的生物毒性、髓内针及植入物感染细菌生物膜的基础研究
骨科新型医用可降解植入材料JDBM镁合金的生物毒性、髓内针及植入物感染细菌生物膜的基础研究一、概述随着医疗技术的不断进步，骨科植入材料在修复和重建人体骨骼系统方面发挥着日益重要的作用。
新型医用可降解植入材料的研究备受关注，其中JDBM镁合金因其良好的生物相容性、强度与塑韧性的平衡以及均匀的腐蚀行为，成为了骨科植入领域的研究热点。
本文旨在深入探讨JDBM镁合金在骨科应用中的生物毒性、髓内针及植入物感染细菌生物膜的基础研究，为其在临床中的安全有效应用提供理论依据。
JDBM镁合金是由上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心设计开发的一种新型高性能生物医用材料。
该合金系列通过添加少量细胞毒性轻微的轻稀土元素Nd，实现了良好的时效析出强化和固溶强化效果，同时提高了合金的耐均匀腐蚀性能。
Zn和Zr元素的微量加入进一步增强了合金的强度、塑性加工能力以及强韧性和耐蚀性。
这些特性使得JDBM镁合金在骨科植入材料领域具有广阔的应用前景。
作为一种新型植入材料，JDBM镁合金的生物毒性问题一直是研究者关注的焦点。
本文首先通过体外实验研究了JDBM镁合金及其中稀土元素Nd对小鼠胚胎成骨细胞株MC3T3E1的毒性作用，分析了其对成骨细胞生长和分化的影响。
体内实验部分则通过观察Nd对小鼠骨及周围组织的生理病理影响，以及在各器官组织中的分布情况，来评估其生物安全性。
髓内针及植入物感染细菌生物膜的形成是骨科植入手术后的常见并发症之一。
本文还针对这一问题展开了研究，通过构建细菌生物膜模型，探究JDBM镁合金在植入后对细菌生物膜形成和发展的影响，以及其对细菌感染的抵抗能力。
本文从多个角度对JDBM镁合金在骨科应用中的生物毒性、髓内针及植入物感染细菌生物膜问题进行了深入研究。
这些研究结果将为JDBM镁合金在临床中的安全有效应用提供重要的理论依据和实践指导，有望为骨科植入材料的发展开辟新的道路。
1. 骨科植入材料的研究背景及现状随着人口老龄化的加剧以及人们对生活质量要求的提高，骨科疾病的治疗和康复日益受到重视。
镁基合金应用于生物医用材料的研究进展
ｓｅ ｔ ｕ ｏｔ ｅｒｈｇ ｏ ｇ ｎ ｓ ，ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｅ ｆｒ ｎ ｅａ ｄｇ ｏ ｉｃ ｍｐ ｔ ｉｔ．Ｔｈ ｏｒ ｓｏ ｆｍａ ｎ ｓｕ ａ— ｔｎ ｓｄ ｅｔ ｈ ｉ ｉｈｔ ｕ ｈ ｅ ｓ ｒ ｃ ｓｉｇ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｎ ｏ ｄｂｏ ｏ ａ ｉ ｌ ｙ ｂｉ ｅｃ ｒｏ ｉｎｏ ｇ ｅ ｉｍ ｌ
０ 引言
镁 是人体 必需 的 金 属元 素 ， 是 细 胞 内 重要 的 阳离 子 ， 也 有许多 极为 重要 的生理 生 化 作 用 。镁 作 为生 物 医 用 植 人 材
料 ， 但不 用考 虑释 放 的微 量 镁 离 子 对 细 胞 的毒 性 ， 且植 不 而
耐磨 性 、 生物 相容 性 、 学 相 容性 等 为 目标 的 改性 研 究 受 到 力 许多研 究者 的关 注 ， 势必会 进一 步提 高镁 基 合金 植入 材 料 的
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 ， 可应 用于骨组 织工程 、 整形外科 以及
血管 支架 中。而镁基合金在人体体液环境 下的腐蚀性又反过 来影响其使 用寿命 。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 ， 且 可 以进 一 步 提 高其 力 学 性 能 和 表 面 生 物 活性 。 综 述 了镁 基 合 而
金 的力学相容性 、 生物相容性 、 可降解性以及针 对以上性能的各种改性方法 ， 并评述 了国 内外对镁 基合金 医用生物材 料 的应用研 究概况 。
关 键 词 镁基合金 力学相容性 生物相容性 可降解性
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｄｅ ｅ ｏ ｍ ｅ ｔ ｆＭ ａ ｎｅ ｉ ｍ ｌ ｙ ｓ Ｂｉ ｍ ｅ ｉ ａ ａ ｅ ｉ ｌ ｓａ ｃ ｖ ｌｐ ｎ ｓｏ ｇ ｓ ｕ Ａｌｏ ｓ ａ ｏ ｄ ｃ ｌＭ ｔ ｒ ａ
镁合金生物相容性研究
镁合金生物相容性研究镁合金作为一种新兴的生物材料，近年来备受关注。
它具有重量轻、生物相容性好、生物降解性强等特点，因此被广泛应用于骨科和心血管等领域。
但是，与传统生物材料相比，镁合金的生物相容性还存在一些问题，因此研究镁合金的生物相容性，对于更好地应用于医疗领域具有重要意义。
首先，我们来了解一下镁合金的生物相容性。
镁合金作为一种金属材料，其化学性质决定了其在人体内的生物相容性。
镁合金中的镁元素具有良好的生物相容性，可被人体组织吸收和代谢。
此外，镁合金独特的表面反应性也有助于促进骨组织的再生和修复。
这些优点使得镁合金成为一种理想的生物材料候选者。
然而，需要指出的是，镁合金的生物相容性也存在一些挑战。
首先，镁合金在人体内的生物降解速度较快，这可能导致材料的力学性能下降，影响植入材料的长期稳定性。
其次，镁合金的腐蚀性较高，可能引起周围组织的炎症反应。
此外，镁合金的放电行为也可能对人体产生不良影响。
因此，进一步研究镁合金的生物相容性，探索解决上述问题的方法，尤为重要。
为了提高镁合金的生物相容性，研究人员采取了一系列措施。
一方面，通过合金化改变镁合金的成分，可以影响其生物降解速度和力学性能。
例如，添加稀土元素、锌等合金化元素，可以减缓镁合金的生物降解速度，同时提高其抗腐蚀性能和力学性能。
另一方面，采用表面改性的方法，通过改变镁合金的表面形貌和化学活性，可以调控其与组织细胞的相互作用。
例如，采用生物活性涂层、多孔结构等方法，可以增加镁合金与骨组织的亲和力，促进骨再生和修复。
这些研究为改善镁合金的生物相容性提供了新的思路和方法。
此外，还有一些其他方面的研究也值得关注。
例如，研究镁合金在心血管领域的应用潜力。
心血管疾病是当前全球范围内的主要健康问题之一，而镁合金具有良好的生物相容性和生物降解性，可以有效地用于血管支架和心脏瓣膜等方面的应用。
此外，还可以通过纳米技术、生物活性涂层等手段提高镁合金的性能。
这些研究将进一步推动镁合金在医疗领域的应用。
生物镁合金耐腐蚀性能研究进展
据研究表明 [4]，对可降解骨科植入镁合金的性能要求是 ：为 保证有效服役期达到 90 ～ 180 天，在 37℃模拟体液（SBF）中的 腐蚀速率小于 0.5mm/ 年 ；对于骨板等内固定受力件，屈服强度 大于 200MPa，伸长率大于 10% ；对于心血管支架材料，要求具
Mg 是人体必需的微量元素之一，在动物体内含量仅次于 钙、钠、钾，在细胞内的含量仅次于钾 [1] ；镁及其合金的密度约 1.7g/cm3，与人骨密度（1.75g/cm3 左右）几乎完全相等 [2]。镁及 镁合金的杨氏模量与人体骨骼（10 ～ 40GPa）大致相似，约为 45GPa[3]。另外，镁的标准电极电位非常低。体内产生的离子可 以被人体组织吸收，然后通过体液从体内排出。 1.2 性能要求
就目前来看，镁合金的净化方法主要从以下三方面着手 ： 一是镁合金原料的高纯度 ；二是在高纯合金的制备过程中，必 须保持工艺和设备的完整性和高真空度，避免引入其他杂质元 素 ；三是可添加其他强化合物形成元素在合金制备过程中进行 杂质去除处理 [8]。
109
S 科学技术 cience and technology
用领域还有很大的潜能。
关键词 ：生物合金 ；镁合金 ；耐腐蚀性
中图分类号 ：TG13
文献标识码 ：A
文章编号 ：11-5004（2020）12-0109-2
1 生物镁合金的腐蚀问题 1.1 应用背景
可用于生物体的合金有医用不锈钢、医用钴基合金、医用钛 及其合金、医用镁生物合金等，其中医用不锈钢在医疗中应用最 为广泛。虽然廉价易加工，但极易产生点蚀和表面腐蚀，不适合 长期使用，稳定性差 ；溶解可能产生诱发肿瘤形成的离子 ；生 物相容性差 ；同时不具有生物活性 ；而医用钴基合金虽然具有 不锈钢的十倍以上的耐腐蚀性，一般情况下不会产生严重的组 织反应，其耐磨性和承载能力都很好，Co 离子的释放易引起细 胞和组织坏死、皮肤过敏反应等。医用钛及其合金具有良好的生 物相容性，但合金的耐磨性、抗疲劳性差、有毒元素多。
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往 往 表 现为 强度 、 刚性、 稳定性较低 ； 金 属 材 料 由 于具
有 良好 的综合 力 学性 能 ， 在骨 科 、 口腔 修 复和 心 血 管治
疗 等 领域 一直 有 着广 泛 的应 用 。
目前 ， 广 泛应 用 于 临 床 的 金 属 植 入 材 料 包 括 不 锈 钢、 钴铬合金 及钛合金 ， 它 们 都 具 有 良好 的 抗 腐 蚀 性 能， 在体 内能够长期保持 结构稳定 ， 但 也 存 在 一 些 弊 端， 如 这 些材 料 因 体 内摩擦 而 产 生磨 屑 以及 因腐 蚀 而 产 生 有毒 离 子 ， 造 成 局部 过敏 反应 或 者炎 症 ， 降 低 其生
２ 镁 合 金 作 为 生 物 医用 材 料 的 优 势 与 不 足
２ ． １ 镁 合 金 的 优 势
镁 合 金之所 以成 为生 物 医用可 降解 金属 植 入材 料 领域 的研 究热 点 ， 其 原 因有 ： （ １ ）镁 合金 具 有 良好 的生 物相 容性 。镁是 人 体 内仅 次 于钙 、 钠 和 钾 的常 量 元 素 之一 ， 能够 激活 多 种 酶 ， 参 与 体 内一 系 列 代 谢 过 程 ， 促 进钙 的沉 积 ， 是 骨生 长 的必需元 素 ］ 。此 外 ， 体 内过 量 的镁 可通 过尿 液 排 出体 外 ， 不 会 导 致 血清 镁 含 量 的 明 显 升高 或沉 积 于 体 内而 引起 中毒 反 应 ［ ８ ； （ ２ ）镁 合 金 具有 良好 的力学 相 容性 。镁及 其合 金有 高 的 比强度 和
物相 容性 。此外 ， 这 些材 料 为不可 降解 材 料 ， 对 于 只需
二 次骨 折 ； （ ３ ）镁 合 金 具 有完 全 可 降解 性 。镁 具 有 很 低 的标 准 电极 电位 （ 一２ ． ３ ７ Ｖ） ， 易 发 生腐 蚀 反应 ， 在 含 有ｃ １ 的人 体 体液 环境 中易生 成 镁离 子被 周 围机体 组
织 吸收 或通 过 体 液 排 出体 外 ； （ ４ ）镁 合 金 成 本 低 。镁
的资源 丰富 ， 价格 相对低 廉 。
短期 植 入时 ， 在 人 体 组 织 功 能恢 复 之后 需 要 通 过 二 次
表 １ 不 同 植 入 材 料 相 对 于 自然 骨 的 物 理 和 力 学 性 能 总 结 。
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文 章编 号 ： １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ （ ２ ０ １ ３ ） ２ ０ — ２ ９ １ ３ — ０ ６
生物 医用 镁 合 金 研 究进 展
李 涛 ， 张 海龙 ， 何 勇 ， 张金 玲 ， 王 西 涛
（ ： ｌ ｌ ｓ 京 科技 大学 新金 属材 料 国家 重点实 验室 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ）
解 机理 及腐 蚀行 为 和耐 蚀 性 研究 进 行 了详 细介 绍 ， 并
蚀 性研 究 ， 并指 出 了研 究 中存 在 的 问题 和 未 来 发 展 方
向。
指 出了研究 中存 在 的问题 和未来 发展 方 向。
关键词 ： 镁 合金 ； 生 物 医用 ； 可 降解 ； 腐 蚀 中 图 分 类 号 ： ＴＧ１ ４ ６ ． ２ ２ 文献 标识 码 ： Ａ ＤｏＩ ： １ ０ ． ９ ６ ９ ／ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ ． ２ ０ １ ３ ． ２ ０ ． ０ ０ ２
摘 要 ： 由于具有 优异 的力 学相 容 性 、 生 物相 容 性 和 可 降 解性 ， 镁 及 其 合 金 成 为 新 一 代 生 物 医用 可 降 解金 属植 入 材料 的研 究焦 点 。但 镁及 其 合金 由于 较 快 的降
解速 率 ， 严 重制 约 了其 在 临床 上 的应 用 步伐 。开 发 高 强度 、 高韧 性 、 高 耐蚀 ， 且 降 解 行 为 可控 的 高 性 能镁 合 金 迫在 眉 睫 。综述 了生物 医用可 降解镁 合 金 的 最新 研
究进展 ， 详 细 介 绍 了镁 及 其 合 金 作 为 生 物 医 用 材 料 的 优 势 与 不足 、 产 品研 发 现 状 、 降 解 机 理 及 腐 蚀 行 为 和 耐
手术 取 出 ， 增加 了患者 的痛苦 、 二 次手术 风 险 和医疗 成
本 。
鉴 于此 ， 近年 来 ， 国 内外 学者 对生 物 医用 可降 解金 属植 入 材料进 行 了大量 的研究 。由于镁 及 其合 金 表现 出诸 多 优势 ， 成为 此领域 的研究 热 点 一 。本 文就 生物 医用镁 合金 的最 新 研 究 进展 进 行 了综述 ， 对镁 及 其 合 金 作 为生物 医用 材料 的优 势与不 足 、 产 品研 发现 状 、 降
比刚度 ， 且 密 度 接 近 自然 骨 ， 如表 １ ＿ ９ 所示 ， 其 弹 性 模 量约 为 ４ １ ￣４ ５ ＧＰ ａ ， 更 接近 于人 骨的 弹性模 量 ， 可有 效 缓解 应力 遮挡 效 应 ， 促 进 骨 的 生长 和 愈合 并 防止 发 生
１ 引 言
近年 来 ， 生物 植 入 材 料 显 示 出 巨大 的市 场 潜 力 和 发 展 前景 。在 生 物 植 入 材 料 中 ， 陶瓷 材 料 因脆 性 太 强 在 体 内冲击 载荷 情 况 下 存 在 潜 在 风 险 ； 高 分 子 材 料 又