问题

为什么选择镁这种可降解金属作为医用植入材料?

回答
选择镁作为医用植入材料,与其说是一种“选择”,不如说是一种拨乱反正、回归本源的必然。在过往漫长的医疗实践中,金属材料一直是骨科、心血管科等领域不可或缺的基石。然而,传统的金属植入物,例如不锈钢、钛合金等,即便性能优异,其“永久性”也常常成为一把双刃剑。一旦植入体内,它们便如同外来者,需要身体长久地与之共存,引发一系列后续问题,也因此,镁的出现,恰恰填补了这一关键的空白。

抛开“永久”,拥抱“消逝”:镁的根本优势

镁之所以能被寄予厚望,最核心的优势在于它的“可降解性”。这绝非简单的“会消失”,而是一种精妙的设计,旨在让植入物在完成使命后,能够被身体自然、安全地吸收分解,最终融入人体自身的组织之中。

想象一下,一名患者因为骨折需要植入内固定物。传统的方法,通常是在骨骼愈合后,患者需要再次经历一次手术,取出这些金属。这不仅增加了患者的痛苦和经济负担,也伴随着二次手术的风险。而采用镁合金植入物,一旦骨折愈合,植入物会逐渐被身体内的体液分解,最终转化为对人体无害的镁离子,被身体代谢吸收。这就好比一双好用的拐杖,在你康复之后,它会悄然退场,而不会成为你身体的负担。

这种“可降解”的特性,使得镁植入物尤其适合以下场景:

儿童骨科: 儿童的骨骼仍在发育,频繁的手术对他们的身心都会造成更大的影响。镁合金植入物可以随着儿童的生长发育而逐渐降解,避免了多次手术的必要。
心血管支架: 传统的金属支架虽然能撑开血管,但也可能导致再狭窄。可降解镁支架在支撑血管的同时,随着时间推移逐渐分解,减少了支架长期留置带来的并发症。
临时性固定: 许多情况下,植入物仅仅是为了在骨骼愈合过程中提供暂时的支撑和固定。一旦愈合完成,这些植入物便完成了它的使命,镁的降解性正好满足了这种“即用即弃”的需求。

生物相容性:与身体的“和谐共处”

除了可降解性,另一个至关重要的考量是“生物相容性”。任何植入体都需要与人体组织和谐共处,不能引发强烈的免疫排斥或毒性反应。

镁,作为人体必需的微量元素之一,本身就参与着体内的多种生理活动。这意味着,当镁合金在体内分解时,产生的镁离子能够被身体有效地利用,甚至可以促进骨骼的生长和修复。相比之下,一些传统的金属植入物,虽然生物相容性也很好,但它们毕竟是外来物,长期留置体内,仍可能引发炎症反应、金属离子释放等问题。

当然,这里需要强调的是,并非所有的镁合金都能直接应用。为了控制降解速率,提高机械强度,并进一步优化生物相容性,科学家们通过合金化,例如添加锌(Zn)、钙(Ca)、稀土元素(如钕Nd)等,来调控镁的性能。这些添加的元素,许多本身也是人体必需的,或者在医学上有着广泛的应用,从而确保了整个植入物的安全性和有效性。

机械性能:能否胜任“骨骼”的重任?

然而,理想是丰满的,现实是骨感的。镁合金并非没有挑战。

镁的力学性能,尤其是其强度和硬度,相较于不锈钢和钛合金,仍存在一定的差距。这限制了它在一些需要承受巨大载荷的部位,例如承重骨骼的应用。此外,镁合金的降解速率也难以精确控制。过快降解可能导致植入物过早失效,而过慢降解则可能无法实现预期的“消失”。

科学家们正围绕这些挑战进行不懈的努力:

合金设计: 通过精密的合金配比和晶体结构调控,提高镁合金的屈服强度和抗拉强度。
表面改性: 利用涂层技术,例如生物陶瓷涂层、聚合物涂层等,来降低镁的表面腐蚀速率,延长植入物在体内的使用寿命,同时也可以进一步改善其生物活性。
复合材料: 将镁合金与其他生物材料,如生物陶瓷、生物活性玻璃等结合,制备复合材料,以期获得兼具优异力学性能和可控降解性的新型植入材料。

总结:一场关于“适时而退”的医学探索

选择镁作为医用植入材料,是对传统“永久性”植入物思维的一次深刻反思。它不仅仅是材料的更换,更是医学理念的一次进化——从“对抗”到“融合”,从“永久存在”到“适时而退”。

镁合金的出现,为我们提供了一种更符合人体自然生理过程的解决方案。它有望减轻患者的痛苦,降低医疗成本,并为生物医学材料领域开辟新的视野。尽管目前仍面临一些挑战,但随着科学技术的不断进步,我们有理由相信,镁合金将在未来的医学植入领域扮演越来越重要的角色,成为真正意义上“与身体一同成长,一同消逝”的智能材料。这是一种追求更高层次的“和谐”,一种关于“适时而退”的精妙设计,也是一场仍在继续的、激动人心的医学探索。

网友意见

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相比于钛合金,镁合金最大的劣势是强度低、耐腐蚀性差。而作为可降解植入材料的时候,这两点就成为了最大的优势。

镁合金的强度和骨骼相近,而钛合金的强度要远高于骨骼。过高的强度导致骨骼生长过程中受力不均,拿走钛合金支架之后又后受力又会发生猛然的变化,不利于骨骼生长和恢复。

镁是一种比较活泼的金属元素,容易被腐蚀,换句话说就是容易被降解。作为人体必需的元素之一,降解后的镁离子不会带来毒性,还有助于骨骼的生长。多余的镁离子可以通过尿液代谢离开人体,不会在体内聚集。

此外镁的生物相容性也非常好,密度和人骨也类似。综上所述,通过合适的处理,调节镁合金降解的速度,可以最大程度的配合人骨的生长和恢复,也免去了二次手术的烦恼。


参考文献:百度文库里面一堆关于镁合金生物医用植入材料的中文综述……

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如果你要着手研发一款“医用”、“植入”材料,首先你要考虑一个问题:材料的生物相容性!什么意思呢?就是你鼓捣的这东东埋进去,对人体不能有害,而且也要适合人体需求,让人体能够接受它。就是要经受得起安全性和有效性评价。

安全性评价好理解:万万不可让植入的东西趁你病,要你命!一般通过体外细胞急性毒性试验来证明材料无细胞毒性。不仅如此,还要科学评价植入物滞留人体的时间周期内其本体及其降解物是否引起人体组织和器官的炎性反应、免疫反应,致癌性如何,等等(参见ISO10883-1医疗器械生物学评价;国内等同为CB/T16886.1)。

镁,是人体必需的常量元素之一,它是安全的! 过量摄入的镁可以通过尿液排出体外,所以我们可以安心地选择将它植入体内。

伤残的身体不得不借助外物来修补,当然希望植入物性能要好,不说比原生的物件更佳,至少也得差不多吧。垫个鼻梁,观之挺翘悦目,刮之手感柔滑;接个手筋,伸缩自如,挽个剑花乱人眼目。要达到这效果,选材很!重!要!

骨修复中,金属合金是个不错的选择。镁及其合金的密度与骨的密度相近,很符合理想的接骨板的要求;其强度够高,有足够的支撑能力;其杨氏模量与骨组织相近,植入后的应力遮挡效应较其它金属合金要低;镁的化学性质比较活泼,在完成其辅助骨再生的任务后,可自行降解,部分被骨组织吸收,多余的排出体外,避免了二次手术,可大大减轻病患的痛苦。

  可见,镁,是制备医用-可降解-金属-植入材料的很好选择。

  是不是听上去很美? 

  但实际应用上,还有很多需改进之处,最大的问题是其太活泼,降解速度太快,快过了新骨再生的速度。材料研究人员还有很多工作要做啊!可以是镁合金中成分的调配,也可以是表面涂层的创新,相信办法总比困难多! 

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