生物医用镁合金研究进展

由于具有优异的力学相容性、生物相容性和可降解性,镁及其合金成为新一代生物医用可降解金属植入材料的研究焦点。但镁及其合金由于较快的降解速率,严重制约了其在临床上的应用步伐。开发高强度、高韧性、高耐蚀,且降解行为可控的高性能镁合金迫在眉睫。综述了生物医用可降解镁合金的最新研究进展,详细介绍了镁及其合金作为生物医用材料的优势与不足、产品研发现状、降解机理及腐蚀行为和耐蚀性研究,并指出了研究中存在的问题和未来发展方向。     

可降解金属研究前沿进展

可降解金属研究是目前医用金属领域最活跃的研究方向。经过全世界科研机构与医疗器械企业界20余年的数据积累,先后有镁基可降解金属、铁基可降解金属和锌基可降解金属植介入器械进入临床或开展了人体实验研究,未来前景向好。本文回顾了可降解金属的定义、生物降解性与生物相容性双判据及其分类,分别介绍了镁基可降解金属、铁基可降解金属和锌基可降解金属的研究现状及尚未解决的科学问题,并对可降解金属未来的发展机遇与挑战进行了展望。随着人们对可降解金属植入体内的力学适配、降解适配和组织适配等科学问题更加深入的理解,未来将有更多的可降解金属新材料、新技术和新方法被研发,有效实现可降解金属材料降解与机体组织修复两个事件在时间和几何空间上的精准适配。     

生物医用镁合金材料的应用及耐蚀性研究进展

镁合金具有良好的力学性能,与人体生物相容性好,尤其是在人体内具有可生物降解的特点,是一种非常有前途的可降解生物医用金属材料.综述了镁和镁合金作为可降解生物医用材料的优越性和存在问题,生物医用镁合金的国内外研究现状,镁和镁合金的腐蚀机理及腐蚀类型,总结了当前用于提高生物医用纯镁和镁合金耐蚀性的方法,并对生物医用镁合金体内...     

可降解锌基合金在骨科领域的研究进展

进入21世纪以来,随着材料科学的进步,医用金属植入材料从传统的316L不锈钢、钛合金等惰性金属材料逐渐转向可降解金属材料。可降解金属材料由于其良好的生物相容性和适宜的降解速率,可以在完成植入任务时被人体吸收,无需二次手术将内植物取出,从而引起广泛关注。在过去的10多年里,镁和铁及其合金作为医用可降解金属被广泛研究。锌是人体所必需的营养元素之一,因具有良好的生物相容性和适宜的降解速率,锌基合金在最近几年里成为继镁基和铁基合金之后又一具有广泛应用前景的医用可降解金属。然而,对锌基合金的设计和制备等仍处于初步阶段,还有大量的研究工作需要完成。综述了生物降解锌近年来用于骨科领域的研究进展,重点讨论了锌及其合金的力学性能、生物降解性能和生物相容性以及锌的合金化和制造技术之间的关系。     

可降解医用镁基生物材料的研究进展

生物体内可降解吸收材料是生物材料发展的重要方向,由于金属材料具有较好的强度和塑韧性,因此金属基可降解吸收材料具有重要的临床应用价值.镁是所有金属材料中生物力学性能与人体骨最接近的金属材料,具有理想的生物力学相容性,因此,镁合金作为可降解生物材料具有巨大的应用潜力.首先介绍了镁基材料作为生物体内可降解植入材料的优点,然后简要回顾了镁基可降解生物材料的早期研究情况,同时系统地介绍和总结了目前的研究进展和遇到的挑战,最后展望了镁合金医用材料的应用前景和发展方向.     

生物可降解锌基金属材料研究进展

随着人们医疗观念的转变和材料科学的进步,医用金属植入材料的选择从传统316L不锈钢、钴铬合金、钛合金等惰性金属逐渐转向可降解材料。为了减轻与耐腐蚀支架相关的副作用(即慢性炎症和晚期血栓形成),目前正在开发新一代的生物可吸收支架,支架在完成任务后会被逐渐降解和吸收。目前的可降解金属主要包括镁合金、铁合金和锌合金,铁在动脉中产生大量的氧化产物而镁及其合金又腐蚀得太快。其中,锌合金具有更适宜的降解速度、良好的降解行为和较好的力学性能,基于锌的生物可吸收材料是近年兴起的最具发展潜力的可降解医用金属材料。本文主要介绍了纯锌、锌铜系、锌镁系及其他锌基合金近年来的主要研究进展。     

医用金属表面含锶涂层耐蚀性和生物相容性研究进展

随着全球人口老龄化进展以及骨关节疾病发病率的增加,人们对于骨修复医用金属材料的需求日益增多.生物医用金属材料包括不可降解钛及可降解金属镁和铁.金属材料在耐蚀性及骨整合方面存在一些不足,有必要对其表面改性进一步优化.锶元素具有促进成骨抑制破骨的作用,将其用作改性成分对提高医用金属表面骨细胞活性具有重要意义.本文主要对近年来医用金属钛、镁和铁表面掺锶涂层在耐蚀性和生物相容性方面进行了归纳及比较.重点介绍了锶与降解性、生物相容性好的载体(如羟基磷灰石、透钙磷石等)结合制备的复合涂层在钛合金、镁合金表面及铁合金表面提高骨整合性能的研究.最后,提出将锶元素与锌元素结合使得金属材料在促进骨修复的同时具有抗菌性能的建议.     

生物可降解镁合金的发展现状与展望

镁合金作为新型可降解医用金属材料,近年来成为生物材料领域的研究热点,并越来越受到生物、材料和医学界的关注和重视.从工程用镁合金、新型医用镁合金、表面改性镁合金和新颖结构镁合金4个方面综述了国际和国内生物可降解镁合金方面的研究现状,系统地介绍和总结了目前生物可降解镁合金材料的合金设计、力学性能、体液腐蚀特性、细胞毒性和动物体内植入实验的相关结果,展望了未来生物可降解镁合金亟待解决的科学问题和应用前景.     

可降解镁合金临床应用的最新研究进展

作为新一代可降解医用金属材料,镁合金具有良好的力学性能、生物可降解性以及生物相容性。镁合金用作骨修复材料时,可以有效避免应力遮挡效应,有利于促进骨愈合;用作血管支架材料时,可以在狭窄的血管内经过一段时间支架支撑和药物治疗完成正性重构后,自行降解消失,从而降低再狭窄的风险。因此镁合金作为可降解医用材料具有很广阔的临床应用前景,在骨内植物器械和血管支架等领域有巨大的应用潜力。首先介绍了镁合金作为可降解医用材料所具有的优点以及目前所面临的主要挑战,然后分别阐述了镁合金在骨内植物器械和血管支架领域临床应用研究的最新进展,重点介绍了上海交通大学有关可降解医用镁合金的最新进展,最后总结并展望了可降解医用镁合金未来的发展前景。     

AZ31镁合金的生物降解行为研究

研究了AZ31镁合金作为生物医用材料的体内外生物降解行为.初步分析了其作为可降解生物医用材料的可行性.体外浸泡实验结果表明,AZ31镁合金的降解行为与其所处环境有关,在Hank's溶液中的降解速度较在0.9%NaCl溶液中低;经过热处理后的AZ31镁合金较铸态和锻态降低了点蚀发生倾向,降解速度更慢.体内植入实验结果表明,AZ31镁合金与动物不同组织接触,其降解速度不同,在骨髓腔内的降解速度更快.植入5周时,镁合金已发生降解,20周降解更为明显.降解过程中镁合金表面有Ca-P物质沉积,表面具有优异的生物活性,其降解产物主要通过尿液进行排泄.在表面制备Ca-P涂层可降低镁合金的降解速度.AZ31镁合金是一种具有良好应用前景的新型生物可降解医用植入材料.     

Magnesium based degradable biomaterials: A review

Magnesium has been suggested as a revolutionary biodegradable metal for biomedical applications. The corrosion of magnesium, however, is too rapid to match the rates of tissue healing and, additionally, exhibits the localized corrosion mechanism. Thus it is necessary to control the corrosion behaviors of magnesium for their practical use. This paper comprehensively reviews the research progress on the development of representative magnesium based alloys, including Mg-Ca, Mg-Sr, Mg-Zn and Mg-REE alloy systems as well as the bulk metallic glass. The influence of alloying element on their microstructures, mechanical properties and corrosion behaviors is summarized. The mechanical and corrosion properties of wrought magnesium alloys are also discussed in comparison with those of cast alloys. Furthermore, this review also covers research carried out in the field of the degradable coatings on magnesium alloys for biomedical applications. Calcium phosphate and biodegradable polymer coatings are discussed based on different preparation techniques used. We also compare the effect of different coatings on the corrosion behaviors of magnesium alloys substrate.     

生物医用可降解锌基合金的研究进展

锌基合金是近几年新兴的一种医用可降解材料,有望应用于心血管支架及骨植入等医疗器械。锌是人体必需的营养元素,具有良好的生物相容性及适宜的体内降解速率,作为可降解合金的基体有很广的应用前景。然而,生物可降解锌基合金的设计、加工、强化及降解机理等研究尚处于起步阶段,还需要做大量的基础研究工作。本文以最终医疗器械产品的理想标准要求为切入点,从生物相容性、力学性能及抗腐蚀性能等方面对近几年医用锌基合金的研究成果进行了综述分析,并展望了其未来的发展方向。     

可降解血管支架材料降解行为研究进展

目前可降解血管支架材料包括聚合物、镁合金、铁合金及锌合金,它们的降解特性直接影响其作为血管支架植入后的支撑能力、局部反应和血管修复的预后。聚合物降解时间较易调整、生物相容性较好,但力学性能不足;镁合金的降解存在降解速率快、释氢反应和微环境pH值变化较大的问题;铁合金降解速率太慢;锌合金的降解速率适中,是近年可降解血管内植入材料研究热点。除了材料自身的特性,可降解材料的血管内降解行为还受到环境的离子浓度、酶、pH值和温度等多种因素的影响。综述了目前不同血管内可降解支架材料在模拟体液及动物体内生物降解行为的研究结果,以期为血管内可降解材料研究和产品开发提供参考。     

可生物降解镁合金微细管的加工成形:坯料超细晶化、工艺参数优化、新技术开发及应用

镁合金作为新型可生物降解材料在血管支架等植介入产品领域具有广阔的应用前景,然而镁合金微细管材的精密加工特别是冷成形十分困难,这是制约其大规模临床推广应用的主要因素之一。全面综述了近期关于可生物降解镁合金微细管加工成形的研究进展,重点介绍了镁合金坯料显微组织的调控,镁合金微细管精密加工参数的优化和新型加工技术的开发及应用。最后,指出了可生物降解镁合金微细管加工成形的研究方向。     

可生物降解医用镁合金的合金化研究进展

镁合金被认为是一种革命性的可生物降解医用金属材料。然而,在组织的愈合期间合金局部腐蚀过快,以致服役期力学性能下降或产生对人体有毒副作用的产物,严重限制了其在临床上的应用。合金化是提高镁合金力学性能和生物相容性的一种有效方法。全面综述了生物医用镁合金的合金化研究进展,包括添加生物营养元素(Ca、Sr、Zn 等),微量无毒元素(Zr、Nd、Y)及有毒元素(Al、Li、Ce 等)对合金的体内外细胞毒性、组织反应、耐腐蚀性能和力学性能的影响。此外,还简单总结了镁合金中多种合金化元素复合添加的最新研究情况,展望了可降解镁合金材料合金化研究的方向。     

The effect of selected alloying element additions on properties of Mg-based alloy as bioimplants: A literature review

This review investigates the current application limitations of Mg and Mg alloys. The key issues hindering the application of biodegradable Mg alloys as implants are their fast degradation rate and biological consideration. We have discussed the effect of some selected alloying element additions on the properties of the Mg-based alloy, especially the nutrient elements in human (Zn, Mn, Ca, Sr). Different grain sizes, phase constituents and distributions consequently influence the mechanical properties of the Mg alloys. Solution strengthening and precipitation strengthening are enhanced by the addition of alloying elements, generally improving the mechanical properties. Besides, the hot working process can also improve the mechanical properties. Combination of different processing steps is suggested to be adopted in the fabrication of Mg-based alloys. Corrosion properties of these Mg-based alloys have been measured in vitro and in vivo. The degradation mechanism is also discussed in terms of corrosion types, rates, by-products and response of the surrounding tissues. Moreover, the clinical response and requirements of degradable implants are presented, especially for the nutrient elements (Ca, Mn, Zn, Sr). This review provides information related to different Mg alloying elements and presents the promising candidates for an ideal implant.     

Biocorrosion properties of as-extruded Mg-Nd-Zn-Zr alloy compared with commercial AZ31 and WE43 alloys

A new type of patented biodegradable biomedical magnesium alloy Mg-Nd-Zn-Zr (hereafter, denoted as JDBM) was prepared in this study. The biocorrosion properties of the as-extruded JDBM alloy were investigated in simulated body fluid (SBF) by hydrogen evolution, mass loss and electrochemical tests. The biocorrosion properties of as-extruded AZ31 and as-extruded WE43 alloys as well as the mechanical properties at room temperature were also studied in order to compare with the novel JDBM biodegradable biomedical magnesium alloy. The results show that the as-extruded JDBM alloy not only owns much better mechanical properties at room temperature but also exhibits much better biocorrosion properties in SBF.     

Predicting the degradation behavior of magnesium alloys with a diffusion-based theoretical model and in vitro corrosion testing

Magnesium alloys have shown great potential for their use in the medical device field, due to the promising biodegradability. However, it remains a challenge to characterize the degradation behavior of the Mg alloys in a quantitative manner. As such, controlling the degradation rate of the Mg alloys as per our needs is still hard, which greatly limits the practical application of the Mg alloys as a degradable biomaterial. This paper discussed a numerical model developed based on the diffusion theory, which can capture the experimental degradation behavior of the Mg alloys precisely. The numerical model is then implemented into a finite element scheme, where the model is calibrated with the data from our previous studies on the corrosion of the as-cast Mg-1Ca and the as-rolled Mg-3Ge binary alloys. The degradation behavior of a pin implant is predicted using the calibrated model to demonstrate the model’s capability. A standard flow is provided in a practical framework for obtaining the degradation behavior of any biomedical Mg alloys. This methodology was further verified via the comparison with enormous available experimental results. Lastly, the material parameters defined in this model were provided as a new kind of material property.     

可生物降解镁合金血管支架管坯的材料制备及成形研究进展

对可生物降解镁合金血管支架的研究现状进行了综述。镁合金作为新型可降解物材料成为了研究热点,其中血管支架是其最有前景的应用方向之一。镁合金微细管材成形困难及镁合金血管支架腐蚀速率过快,是制约其大规模临床应用的2个主要因素。作者介绍了近期国内外的相关研究,包括改善镁合金力学性能,以及为提高成形极限采取的新成形方法,为提高镁合金耐腐蚀性而采取的各种处理方法等。     

仿生涂层形貌对MgZnSrCa合金降解速率的影响

镁合金降解速率过快限制了其作为生物医用材料的应用,对镁合金降解速率的控制成为了研究的热点。采用仿生法在MgZnSrCa合金基体表面形成羟基磷灰石涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及能谱仪对涂层结构、形貌和成分进行分析和观察。通过失重法、析氢法、pH值测定等方法,研究不同涂层形貌的合金试样在人体模拟体液(SBF)中的降解速率。实验结果表明:羟基磷灰石(HA)涂层可以降低合金的降解速率,可以通过控制涂层形貌对合金的降解速率进行控制。