淺析可降解醫用鎂基生物材料的研究進展

王治昕

摘 要 可降解材料是醫學生物研究中的重要方向。本文闡述了鎂材料的概念及其作為生物材料的優勢，通過研究現狀和發展前景兩方面著重探討了可降解醫用鎂基生物材料的研究進展。

關鍵詞 鎂合金;生物可降解材料;研究進展

引言

現階段，臨床使用的生物材料主要有磷酸鈣及聚乳酸等，但皆存在一些局限性。如磷酸鈣韌性不強，聚乳酸強度不高等，為此醫學領域也研究出了可降解的金屬類生物材料，其中鎂合金優勢明顯，所以筆者就此展開討論，目的是探討鎂基材料的研究進展及發展方向。

1鎂概述

鎂屬于生物體中的必需元素，能有效促進人體內蛋白質及核酸的合成，還能平衡細胞電位，確保人體脫氧核糖核酸及核糖核酸的穩定。對于健康的成年人來講，日需鎂量約在360-380毫克之間，過多攝入的鎂會隨尿液排出。而鎂基材料具有密度低、韌性強、可降解的特點，而且其與人皮質骨的密度相近，較為適用于生物材料的研發。

2鎂基生物材料的優勢

鎂多存在于人體骨骼中，能有效促進骨骼生長，若缺鎂則容易引起骨質疏松、生長緩慢等問題，所以鎂作為骨骼移植材料具有一定優勢。早在1907年，鎂材料就被國外著名醫學專家應用到了骨組織中，鎂板在骨折的腿部內起到固定作用，一周后鎂板被分解而鋼釘仍存在，足以證明鎂材料的降解性很強。除此之外，鎂的活性較高，在常溫條件下即可與H2O和CO2產生反應，人體內含有大量水，因此會與鎂反應生成氫氧化鎂和氫氣，此時析出的氫氧化鎂會包裹鎂材料，防止其繼續腐蝕，但隨著氫氧化鎂沉淀的逐漸消失，鎂材料將會被繼續降解。根據早期的案例可知鎂幾乎對人體無負面影響，而且有利于骨骼的生長和愈合，但需要應用專業鎂合金，普通的純鎂以及鎂合金降解速度過快，難以達到支撐骨骼愈合的目的[1]。

3可降解醫用鎂基生物材料的研究進展

3.1 研究現狀

可降解醫用鎂基材料的研發推動了生物醫學領域的發展，改善了傳統鎂合金材料性能上的缺陷，使其降解速度能與人體愈合速度保持一致，為此，相關人員做了一系列研究。

14年前，Witte等將四種鎂合金用于植入實驗，以豚鼠股骨作為植入部位，7天后所有豚鼠股骨位置均出現了氣囊反應，但半個月時間后又自行消失，對豚鼠并未產生負面效果。經研究，四種鎂合金在豚鼠體內反應階段均出現了礦物層，半個月后骨骼快速生長愈合。3年后，Duygulu等又將實驗對象轉變為羊，以螺釘的形式植入其髖骨內，一段時間后發現此部分已新生骨骼。而張廣道等醫學研究者則將材料植入于兔子的下頜骨上，前期周圍組織出現發炎反應，而且清晰可見組織周圍密布毛細血管，在第八周以后，骨骼組織已經初步形成，在觀察期間，兔子為出現其他不良反應，抽取的血清中鎂含量在標準值范圍內，但尿液中鎂含量升高，可證明鎂的排出方式不是經血液吸收，而是通過腎臟以尿液的形式排除體外。而后Li等學者將鎂與鈣的合金材料植入兔子骨骼中，判斷二者合金是否會出現排異反應，實驗結果是歷經90天后，材料已經完全降解，兔子的體質特征正常，而且新骨骼生長發育良好，為鎂合金材料的應用和發展奠定了基礎。

2013年，鎂合金材料正式被應用于人體臨床研究，患者存在腳趾外翻情況，將合金釘植入腳內無異常反應，趾間關節也未出現僵直現象，經X光片顯示植入處無氣泡或壞死情況，半年后腳趾完全恢復正常，骨骼痊愈。兩年后，國外專家在股骨骨折治療中應用了鎂螺釘，臨床接受治療的十九人中只有一人出現了排異情況，其他患者在一年后體內鎂螺釘完全降解，骨骼生成速度也較快。根據實時跟蹤研究發現螺釘在植入一個月左右骨骼就有愈合的征兆，半年后鎂螺釘體積明顯減小，約一年的時間，鎂螺釘已經完全消失，骨骼愈合完全。臨川研究表明患者在治療期間無明顯不適或疼痛情況，活動正常。血清檢測數據無異常，除鎂海量外，其他鈣、磷、鐵等微量元素也在正常指標內，所以證明大部分人體可適應鎂合金。以此為依據，同年德國公司既開發生產了鎂合金螺釘，可固定小骨骼，韓國公司研制的鈣鎂合金螺釘主要可用于骨折部位固定。我國對美基生物材料的研發也走上了新臺階，多家企業開始了動物實驗中，還有處于臨床審批階段的鎂產品。但是市場上的鎂材料多為螺釘，但其強度相較于傳統金屬材料強度較低，所以多應用于非承重部分[2]。

3.2 發展前景

經過前期的研究和發展，醫學領域已經基本掌握了鎂合金材料的性能及特點，隨著科學技術的發展，鎂基材料研究也將步入新的發展階段，未來研究的主要領域在于控制鎂合金在人體內的降解速度，提高其力學強度。鎂合金將在醫學領域作為骨科的主要研究對象，推動醫學行業的發展。筆者預測未來鎂合金研究方向應是從復合角度出發，發揮復合材料的性能優勢，有效控制鎂合金的反應速度，使其強度滿足人體承重范圍，還要對生物體的功能起到助推作用，優化局部骨骼或組織的重構過程，在生物材料不斷發展的今天發揮其優勢和價值，為醫學治療提供有利條件。

4結束語

總而言之，鎂合金既有金屬材料的韌性，又有可降解的優勢，可直接被人體吸收，避免傳統生物材料需要二次取出的局限性，而且滅菌加工環節較為方便快捷，受到了醫學研究領域的廣泛關注。但需要明確的是，鎂合金降解速度應與組織愈合速度相吻合，而且要將其是否存在其他副作用作為研究的重點內容。

參考文獻

[1] 毛金龍.鎂基生物材料表面腐殖酸涂層的構建及腐蝕和生物相容性研究[D].成都：西南交通大學，2016.

[2] 龔才華.表面有機改性鎂基生物材料的制備及生物相容性研究[D].重慶：重慶大學，2016.