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生物醫用金屬材料現狀與進展( 四 )


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其他生物醫用金屬材料
大塊非晶合金具有不同于晶態合金的獨特性質 ， 如高強度、高硬度、高耐磨耐蝕性、高疲勞抗力、低彈性模量等 ， 有可能用于接骨板、螺釘、起搏器等方面 。 因此開展了大量的有關研究 ， 其中尤以鈦基、鋯基、鐵基、鎂基、鈣基為主 。
高熵合金是另一類具有研究前途的新型金屬材料 ， 這是基于大塊非晶合金具有超高玻璃化形成能力的合金 。 高熵合金一般由5種以上的元素按照原子比或接近于等原子比合金化 ， 其混合熵高于合金的熔化熵 。 五元合金相圖中 ， 在中間位置存在固溶體相區 。 高熵合金具有一些傳統合金所無法比擬的優異性能 ， 如高強度、高硬度、高耐磨耐蝕性、低彈性模量、良好的生物相容性等 。 另外 ， 通過添加不同的元素 ， 如銀、銅等還可以具有抗菌性能 。
從未來發展趨勢上看 ， 可生物降解醫用金屬材料的研究將集中在：
(1)通過合金化、冷加工、熱處理和表面處理等方法改善鎂合金和鐵合金的腐蝕速度；
(2)合金化后添加元素對于材料生物相容性的影響；
(3)為了避免植入物在早期失效 ， 對于腐蝕過程中材料力學性能變化的分析；
(4)可生物降解醫用金屬材料腐蝕產物的成分分析以及生物安全性評價；
(5)尋找新的可生物降解合金體系 ， 挖掘潛在的應用可能；
(6)建立更為完善的體外評價標準 ， 使得體外實驗對于體內實驗結果的預測更加精確 。 隨著可生物降解性醫用金屬材料研究的不斷深入 ， 可以預見材料的性能將逐漸完善以滿足臨床應用的需求 ， 這類新材料有望部分取代部分傳統的生物醫用金屬材料在臨床上獲得實際應用 。
生物醫用金屬材料應用進展
目前臨床應用的醫用金屬材料主要有不銹鋼、鈦及鈦合金、鈷基合金等 ， 生物可降解鎂合金是近年來快速發展的新型醫用金屬材料 ， 有誘人的臨床應用潛力 。 醫用金屬材料主要應用于骨科、齒科及矯形外科的內植入物及人工假體等植入醫療器械的制造 ， 以心血管支架為典型代表的各類管腔支架 ， 以及各式各樣的外科手術器械和工具 ， 為延長患者壽命、改善患肢功能、提高患者的整體生活質量發揮了重要作用 。
抗菌醫用金屬材料的應用進展
由植入器械引發的細菌感染是臨床上亟待解決的重要問題 。 抗菌醫用金屬材料具有強烈的廣譜殺菌功能 ， 可以抑制細菌生物膜的形成 ， 具有廣闊的應用前景 。 不銹鋼、鈦合金、鈷基合金等醫用金屬材料應用于制造各類植入醫療器械 ， 通過在這些醫用金屬材料中加入適量具有強烈抗菌功能的銅元素 ， 使其在生理環境中持續和微量釋放銅離子 ， 從而起到顯著的抗菌作用 ， 是降低臨床上發生細菌感染的一個新思路和有效途徑 。
表面改性是進一步提高現有醫用金屬材料表面性能的重要途徑 ， 已經廣泛應用于各類金屬植入器件 。 因此 ， 在醫用金屬材料表面改性層中添加適量具有強烈抗菌作用的銅、銀等金屬元素或抗菌肽等其他類型抗菌物質是應對金屬植入器件相關感染的直接措施 ， 受到了人們的廣泛關注 ， 并為之開展了大量的相關研究 。 抗菌金屬骨針、抗菌不銹鋼外科手術器械、抗菌鈦合金牙種植體、抗菌鈷基合金牙冠等產品均進入臨床實驗階段 。
鎂合金材料臨床應用進展

生物醫用金屬材料現狀與進展
本文插圖


(1) 心血管領域的應用
鎂合金在生理條件下的力學性能及腐蝕動力學均具有良好的可控性 ， 在達到擴張血管目的的同時 ， 克服了植入體長期存留所造成的并發癥 ， 同時其生物降解性為在同一病變進行多次介入干預提供了可能 。 鎂合金表面帶有負電荷 ， 具有低血栓源性 ， 降低了支架內急性血栓的形成 。 鎂合金的降解產物鎂是三磷酸腺苷酶的輔因子 ， 也是生理性鈣拮抗劑 ， 可以有效預防各種缺血再灌注造成的鈣超載損傷 。
(2) 骨科領域的應用
鎂合金材料與人骨力學性能匹配 ， 將鎂合金作為骨固定材料會具有一定的優勢 。 一是鎂及鎂合金密度與人骨密度相接近 ， 能有效降低應力遮擋效應 ， 符合理想接骨板的力學性能要求；二是鎂降解生成的鎂離子易被人體組織吸收或通過體液排出體外 ， 其可生物降解性避免了患者二次手術的痛苦 ， 兼具良好的生物相容性 ， 使之成為了一種新型骨科醫用材料 。 鎂合金材料作為骨固定材料 ， 在骨折愈合初期能夠提供穩定的力學環境 ， 逐漸而不是突然降低其應力遮擋作用 ， 使骨折部位承受逐步增大直至生理水平的應力刺激 ， 從而加速骨折愈合與塑形 ， 防止局部骨質疏松和再骨折的發生 。 骨修復研究的最終目標是人工骨不僅可以替代受損的骨骼 ， 還應在體內逐漸降解 ， 并同時引導骨細胞生長 ， 最終實現骨再生 。 因此 ， 多孔鎂基合金材料作為骨修復材料具有很大的可操作性 。

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