镁基金属材料具有良好的力学性能、机械性能和生物相容性等特点，是一种具有吸引力的可降解生物材料，在硬组织植入材料领域展现出良好的应用前景。但其在降解过程中存在降解速度过快，并伴随强度下降等问题，从而抑制了其在许多生物医学领域中的应用。本文对今年来有关报道进行分析和归纳，对镁基骨植入材料的性质及研究新进展进行了总结。

在上世纪60、70年代，第一代生物医用材料正式进入临床并开始应用于人体，包括以钛合金、不锈钢为主的金属材料，以氧化铝、氧化锆等为主的陶瓷材料以及硅橡胶等有机高分子材料等。这些生物医用材料的运用是为了获取与所替代组织大致相当的物理特性，从而使其对机体的毒副作用降到最低[1]。而这类生物医用材料都有着一个共同的特性，那就是生物惰性。目前临床常用的医用金属材料在弹性模量以及强度上均远高于人体骨骼，由此导致最突出的缺点是显著的应力遮挡效应，从而影响到骨骼的再生及塑形，使得骨骼在密度以及强度上降低，进而导致骨及周围组织愈合较为缓慢[2]。同时，其具有生物相容性差，与骨组织的生物力学性质不匹配以及需要第二外科手术去除等许多缺点[3]。鉴于第一代材料的缺点及其导致的运用受限，包括生物活性材料和生物降解性材料在内的第二代生物医用材料逐渐成为生物医用材料研究的重点。上世纪80年代中期，生物活性材料，包括致密羟磷灰石陶瓷材料、生物活性玻璃材料、生物活性玻璃陶瓷材料，首先开始被广泛应用在口腔科及骨科修复中[4]。生物降解材料在植入机体后逐渐被降解吸收，并最终为新生组织所代替。镁及镁合金是生物可降解材料的显著代表，因更接近天然骨组织的生物力学性质和体内降解特性，将镁及镁合金作为医用材料显现出明显的优势，但其植入人体后降解速度过快，影响其在临床上的进一步应用。近年来，伴随着镁基金属制作工艺的快速发展，镁基新型植骨材料的研发也有了新的进展。目前，医用镁及镁合金材料的研发主要聚焦在提高其耐腐蚀性和控制降解速度。

1 .镁及镁合金的性质

1.1 镁及镁合金的优点

（1）镁及镁合金具有良好的力学性能：镁基金属密度为1.74-2.0g/cm3，其弹性模量为41-45GPa，相较于不锈钢及钛合金等医用金属，镁及镁合金的密度和杨氏弹性模量与人体骨组织最为接近[5]，并且镁及镁合金具有与骨相似的机械性能，这些优点使其在植入后能在一定程度上减轻应力遮挡效应。

（2）镁及镁合金具有良好的生物相容性：镁作为参与人体物质合成与代谢所必须的重要元素，具有良好的生物相容性，在维持人体的生理功能及正常的代谢中扮演了重要的角色[6]。美国RDN新标准规定成年男性镁的日摄入量为350mg，女性一般为180mg[7]。镁及镁合金在降解过程中，释放出无毒的MgO最终可通过尿液完全排泄出来[8]。

（3）镁及镁合金具有生物可降解性：镁及镁合金标准电极电位较低，在体内易于降解[9]。虽然镁及镁合金作为骨植入材料在体内降解后加大了体内镁的吸收，然而实际日常生活中，镁摄入量不足的情况仍较为普遍，因此其导致镁摄入量过多的风险很低[10]。

（4）镁及镁合金具有促成骨作用：研究表明，镁及镁合金具有良好的骨诱导生成作用，特别是在体外骨髓干细胞来源的成骨细胞的黏附、生长增殖和成骨分化上均表现出了积极的作用[11-12]。Janning等[13]在动物体内，植入以镁合金降解的主要产物氢氧化镁制成的直径为3mm的圆销，通过观察发现镁合金的降解产物能够刺激成骨。

1.2 镁及镁合金的缺点

镁及镁合金极高的降解速率导致在含氯环境中不能对组织形成良好的固定和保护作用。镁及镁合金作为骨折的内固定材料在骨折未完全愈合、材料还没发挥作用的情况下，镁基材料就被人体所吸收，无法起到支撑作用，使镁及其合金在医学上的应用收到严重影响[14]，目前镁基材料临床实施的障碍是降解速率过快，并伴随着氢气的释放和有限的生物活性。由于组织-植入物界面处的细胞和组织与生物材料之间的相互作用是表面现象，在保持整体性质的同时改变表面性质的能力是重要的，并且形成具有生物相容性和耐腐蚀性的表面改性层一直是生物材料领域中的关注话题。

2. 镁基材料医学应用的研究方向

2.1 骨植入材料

镁和镁基合金在矫形和颅面修复应用中具有广阔的应用前景，因为这些合金不仅具有与天然骨显着相似的物理特性，而且还具有独特的体内降解能力[15,16]。因此，这些合金可能成为整形外科固定板和螺钉装置的候选者。这种植入物在完成其主要功能以提供对下面的骨折骨的支撑或不愈合的愈合之后在体内根据需要降解，确实是可取的，因为这种类型的植入物减少了与永久性植入物相关的长期并发症的机会，包括异物反应，迟发型超敏反应和疼痛性二次切除手术[17]。

现今随着大量不能通过简单的外敷治疗的严重性的骨折案例的出现，为了满足临床需求，近年来对生物降解性镁植入材料研发有了更高的要求。针对以上情况，Lili Tan等[18]学者利用AZ31B镁合金涂层制成骨内植入物，结果显示经AZ31B镁合金涂层处理后的骨内植入物在生物降解方面表现出优良的效果，在临床运用方面具有研究前景。

2.2 多孔镁材料

现在已有相关研究表明，在多孔镁合金植入体的周围,可以发现更为活跃的成骨细胞增殖。Geng等[19]认为, 经β-磷酸三钙涂层处理的多孔镁基体在耐腐蚀性，骨细胞粘附性和增殖能力方面显著提高。而在关于不同孔隙率和孔径的镁合金研究中发现，孔隙率为35%的镁合金在力学性能上，与人体骨骼最为接近。由此可见，将多孔镁基材料运用于骨修复中表现出了良好的前景[20]。

2.3 血管支架

阻塞性血管疾病发病率呈逐年上升趋势，严重威胁着人类的健康。血管内支架植入手术已成为冠状动脉和外周血管阻塞性疾病的主要治疗手段[21]。在引入药物洗脱支架之前，支架内再狭窄仍然是裸金属支架的问题所在。抗有丝分裂药物涂层和永久性金属残余物对愈合过程的抑制可以促进亚急性和延迟的支架血栓形成。因此，可生物降解支架的开发成为研究的主题。基于镁的生物可吸收装置可在血管处理的急性期提供足够的径向力并在水性环境中彻底降解，使其成为血管支架应用的潜在新候选者。镁及镁合金由于其高电化学腐蚀潜力而倾向于非常快速地降解。镁及镁合金的等离子体电解氧化改性改善了界面和降解性质，因此可以提高这些材料的血管支架应用的性能和适用性。

3. 结论与展望

可降解镁基材料相对于传统金属医用材料来说，在生物相容性及力学性能上表现出了十分显著的优越性。若作为骨内植入材料运用于临床中，可降解镁基材料可以明显降低应力遮挡效应，促进骨组织良好愈合，从而也能有效减轻愈合后二次手术带来的痛苦；若作为血管支架材料运用于临床中，可降解镁基材料可以成为血管支架应用的潜在新候选者，极大提高血管内支架植入手术的运用效果。但是以可降解镁基材料为基础的医用材料在临床中又面临一些挑战，如是否能改善镁及镁合金极高的降解速率等。相信随着对可降解生物医用镁基材料研究的不断深入，人们会对可降解生物医用镁基材料的认识更加深刻，找到能改善材料性能运用于临床的处理方法，成为惠及人类健康的新型金属生物材料。

来源：王一川, 彭巍, 单显峰, 霍明月, 王学金. 镁基金属作为医用植入材料的研究概况[J]. 全科口腔医学电子杂志, 2018, 5(32): 39-40+42.