常用的生物医用材料主要有金属材料、无机材料、高分子材料、复合材料及仿生材料等。而其中医用生物金属材料与其它几种相比,其强度、韧度和可加工性均较高,应用范围也最广。目前已经临床得到应用的金属医用材料主要包括不锈钢、钛合金、钴合金及一些贵金属等[4]。但实际临床应用表明,常见的医用金属材料在植入服役过程中也会带来一些问题[5]:(1)由于金属材料的弹性模量与人骨不匹配会产生应力遮挡效应,不利于骨骼的生长和愈合,有可能会导致二次骨折;(2)现有的医用金属材料均具有不可降解性,植入体服役期满后,需二次手术取出,给病人和家属带来了巨大的身体上的痛苦和沉重的经济负担;(3)某些金属离子在体内的溶出可能导致的病变和炎症,不利于病人的康复。因此,研究工作者迫切希望找到一种与人体自然骨力学性能相近,并且可以在人体生理环境中可降解的新型的金属生物医用材料。81223

    近几年,生物可降解的镁基合金作为潜在的金属生物医用材料受到材料学者和医学专家的特别关注。研究人员巧妙利用镁的高活性易腐蚀无毒性的特点,在治疗期限内,镁或镁合金植入体会在体内逐渐降解直至消失,避免了次生病变和二次手术。

1  镁及镁合金材料的优点

 镁及镁合金作为生物可降解材料具有很多鲜明的优点。比如[6,7](1)镁元素是人体所必须的微量元素之一,在人体内含量排在第4位,仅次于钙、钾、钠,在成人体中含量约25克。镁近乎参与人体新陈代谢的所有过程,刺激人体多种酶的生成,抑制神经异常兴奋,加速骨细胞的形成和骨愈合;(2)镁的密度和机械性能与人骨最为相近,它的比强度在金属材料是最高的。其密度约1。7g/cm3,与人骨密度1。75g/cm3极其接近;镁及镁合金杨氏模量约45GPa,与人骨杨氏模量最相近,应力遮挡效应在植入后可以有效地避免,促进骨骼生长愈合。(3)镁具有良好的生物相容性。食物中的部分可吸收,体内多余的镁可以通过肾脏调节排除。因此镁及镁合金植入体降解后不会对人体造成危害,具备良好的医学安全性。(4)地球上镁资源丰厚,价格便宜,目前金属镁锭的价位标准约在两万元/吨,而钛锭的价位在八万元/吨以上。这是镁合金可以用于生物医用材料临床应用的一个条件。论文网

镁及镁合金是金属材料中质量最轻、密度最小的合金材料,用其作为结构件,可以大大降低整个金属材料的质量。临床上应用的生物金属材料多少有些不同的问题,例如临床上的镍钛合金,植入人体后被腐蚀会释放出Ni+离子,从而对人体产生毒性危害[8];还有目前得到普遍应用的钛及钛合金被植入人体后会发生过敏反应[9]。将镁及镁合金用于生物植入,与其他材料相比,镁的断裂韧性比陶瓷生物材料羟基磷灰石要高,而且其弹性模量和抗压屈服强度比其他金属材料更接近体骨,与人体骨骼的力学性能最为接近[10]。与其他生物金属材料相比,镁基生物金属材料具有(1)无毒性;(2)生物学特性;(3)可降解性;(4)力学性能相近。使其受到了生物医学领域的广泛关注。

2  镁基非晶合金在生物材料的研究现状

镁的化学行为极为活泼,在并且在腐蚀环境中会产生疏松多孔的氧化膜,尤其在含金属氧化物或杂质的镁及镁合金中,会发生电化学反应导致镁合金抗腐蚀性能变更差。这个问题一直以来都是将镁合金用于植入材料的最大阻碍。二十世纪初曾经在临床得到较为广泛的应用。1907年,Lambotte用纯镁及镀金的铁钉在小腿骨骨折处固定,但是因为纯镁在人体内腐蚀速度过快,术后八天纯镁铁钉发生脆裂并且在皮下析出大量气体[11]。同时由于钛合金、不锈钢等具有优良机械性和耐腐蚀性的材料出现,镁及镁合金曾一度被认为没有生物医用的可能。近年来,由于对镁合金腐蚀认识的加深以及镁基非晶合金的应用,镁合金在体内的腐蚀速率可控已经变成可能。因此,镁及其合金又一次引起了研究人员的重视,利用它易腐蚀特点,使其应用在医用生物可降解植入物的方面。

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