可降解医用金属功能化表面改性研究进展

近年来,以镁、铁、锌为代表的可降解医用金属由于其独特的体内降解性能和优异的生物相容性成为国内外研究热点.这类可降解医用金属能够在体内逐渐被体液腐蚀降解,它们所释放的腐蚀产物能够给机体带来恰当的宿主反应,当协助机体完成组织修复的任务后将全部被体液溶解,避免了二次手术.前期研究表明,三种可降解医用金属在实际临床应用中尚存在一些不足:镁及镁合金的体内降解速率过快,降解过程中产生的氢气会对植入物周围组织和细胞产生不利影响;铁及铁合金的体内降解速率过慢;锌及锌合金的降解速率最符合临床要求,但是其较低的力学性能限制了锌及其合金的应用.鉴于此,可降解医用金属的功能化表面改性技术应运而生.功能化表面改性技术不仅可以实现对可降解医用金属腐蚀行为的调控,还可根据不同的临床需求提高其生物相容性、抗菌活性、抗凝血性能和促成骨性能等.目前,各类表面改性技术已能够有效改善各类可降解医用金属的性能.镁及其合金是研究最为广泛的一类可降解医用金属,各类表面改性技术,如转化涂层、沉积涂层、复合物涂层等已能够显著降低镁及其合金的腐蚀速率.针对铁及其合金的表面改性技术主要以纯铁以及Fe-Mn合金为主,但目前针对铁及其合金的表面改性技术尚难以满足其理想的降解模式要求.锌及其合金是新一代可降解医用金属,现有的表面改性技术主要是为了增强其生物相容性和抗菌性能.本综述归纳了各类表面改性技术的特点,对各类技术的制备方法、应用及目的进行了介绍,并对其未来研究趋势进行了展望.     

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。     

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。     

Fe-Mn合金在生物医学方面的应用及前景

生物可降解支架是在植入手术后血管修复期间为血管提供一定的支撑作用,然后预期在血管修复完成后一段时间内,通过与体内环境的相互作用转化成无毒性的降解产物被人体所吸收或排出体外。因此,人们对作为可降解支架的金属材料的力学性能、耐腐蚀性、降解特性、生物相容性等都提出了严格的要求。近年来,铁基合金作为可降解金属材料成为生物医学领域新的研究热点。纯铁是人体必需的微量元素之一,且具有优异的力学特性、耐腐蚀性、降解特性、生物性能以及加工成型性,这使得铁基合金作为生物医用可降解材料成为可能。然而,纯铁的降解速率过慢,这是阻碍其作为生物医用金属材料的主要问题之一。合金化在改善铁基材料降解性能的同时也可以改善力学性能,从而提高铁基材料的综合性能。在提高降解速率的同时,铁基材料也应保证足够的力学性能来支撑血管,并且力学性能越好、支架壁越薄、质量越小,则越能缩短降解时间,降解产物越少,对人体的毒性也越小。本文综述了铁基合金作为支架材料的研究现状,以及目前报道的铁锰合金的力学性能、腐蚀降解性能以及体外细胞相容性,并重点介绍了铁锰合金在生物可降解支架方面的研究现状以及需解决的关键问题,同时给出可能的解决方案。     

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。     

医用镁金属材料的研究进展

镁及其合金具有优良的综合力学性能、与人体良好的生物相容性能以及生物可降解吸收等特点,有望成为一类新型医用植入材料.综述了镁金属作为医用植入材料的研究发展现状,分析了其应用上的优势与不足,对医用镁金属的表面改性技术进行了简单的论述,并对其作为医用植入材料的发展前景进行了展望.     

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体外耐蚀性能进行了比较,展望了可降解生物医用材料的未来发展前景和研究方向.     

镁基合金应用于生物医用材料的研究进展

镁基合金具有较高的强韧性和加工性能以及较好的生物相容性,可应用于骨组织工程、整形外科以及血管支架中。而镁基合金在人体体液环境下的腐蚀性又反过来影响其使用寿命。采用适宜的改性方法不仅可以提高镁基合金的耐腐蚀性能,降低其生物降解速率,而且可以进一步提高其力学性能和表面生物活性。综述了镁基合金的力学相容性、生物相容性、可降解性以及针对以上性能的各种改性方法,并评述了国内外对镁基合金医用生物材料的应用研究概况。     

可降解金属血管支架研究进展

随着心血管疾病治疗技术的发展,各种金属血管支架作为治疗心血管疾病的最有效器械之一,已经越来越受到人们的关注。重点介绍了目前研究最广泛的2类可降解金属血管支架材料:镁基合金和铁基合金。总结了这2类血管支架用可降解金属材料的研究进展,血管支架器械的动物试验和临床试验研究成果。归纳了可降解金属血管支架的有限元结构设计、应力分析、体内体外降解性能和生物相容性等需要重点考虑的属性。指出了可降解金属血管支架目前存在的不足,并对可降解金属血管支架未来的研究方向和发展前景进行了展望。     

医用镁合金降解控制技术的研究进展

镁合金因其良好的生物相客性、生物降解-吸收性以及与自然骨相匹配的生物力学性能,有望成为理想的新型生物医用金属材料.然而,镁在生理环境下过快的降解速率成为制约其生物医用的主要瓶颈,因此,镁合金的生物降解控制至关重要.综述了镁合金生物降解机理及其主要控制技术,如开发高纯合金或新合金、热处理及成形加工、表面处理的国内外最新研究进展,并展望了其未来的研究方向.     

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.     

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.     

从可降解金属的角度审视医用镁合金的元素选择

进入21世纪以来,可降解金属成为医用金属材料研究的热点。镁及镁合金是过去10余年被广泛研究的代表性可降解金属材料。Web of Science检索显示,过去10余年有关医用镁合金的基础研究工作在全球范围内已经发表了3000余篇文章,人们对可降解镁合金与机体的力学、化学和生物学相互作用机制有了较深入的认识,初步开展了"医用镁合金的成分设计与性能优化"、"镁合金在体内的降解机制及其调控方法"、"镁合金降解产物的生物安全性与代谢途径"、"镁合金降解过程中的力学强度退化"等基础科学研究。尽管已有大量的新配方镁合金被设计与研究用于生物医学,但多为工程材料专家们的炒菜式思维,企业对投入费时费钱的生物医学验证坐等,医学转化成效低。在成百上千的已有材料配方中,迄今在全球上市的医用镁合金植入式医疗器械只有德国WE43系镁合金和韩国Mg-Ca-Zn合金,国内进入创新医疗器械的两个产品是以纯镁为材料。因此,拟从生物材料专家的视角出发,摒弃对力学性能的追求,从可降解金属的生物降解性和生物安全性两个最基本的判据出发,对元素周期表中适合可降解金属的元素进行初步筛选,在此基础上选出用于医用镁合金的合金化元素,换一个角度,从更佳的生物学性能和生物功能性出发,对未来医用镁合金材料设计指明可以尝试的新方向。     

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.     

生物医用钛合金的新进展

1引言 钛及其合金由于具有良好的耐蚀性能、机械性能和生物相容性,因而用作人工髋关节和人工齿根等硬组织替代材料,是较理想的生物材料.金属材料适合用作硬组织替代材料,而在生物医用金属材料中,金属钛及其合金因其生物相容性最佳而引人注目.     

植入用镁及其合金可生物降解涂层的研究进展

镁及其合金具有在生物体内可生物降解吸收的特点,然而镁及其合金在体内过快的腐蚀降解速率成为限制其医学应用的关键科学问题。在合金表面制备可生物降解表面涂层是提高镁及其合金体内耐蚀性能的重要途径。为此,系统地综述了植入用镁合金可生物降解涂层的种类和制备方法,分析了各种涂层的优缺点,并指出其存在的问题和今后的研究方向。     

可降解铁基心血管支架材料的研究进展

概述了可降解铁基心血管支架材料的研究历史及现状,介绍了可降解铁基心血管支架的优势及其早期动物实验结果。结果表明,铁基合金是一种非常适宜制作可降解心血管支架的材料,但其存在降解速度过慢的问题。在分析可降解铁基合金的最新研究进展基础上,认为在提高铁基合金的降解速度方面虽然目前已经进行了很多有益的尝试,但是尚无极具意义的结果。同时提出,应在对人体环境下铁基合金的降解行为研究基础上发展新的提高铁基合金降解速度的方法。     

仿生涂层控制MgZnSrLa合金降解速率的研究

镁及其合金具有优良的生物相容性能、可降解性,避免二次手术,可以代替不锈钢、钛合金等传统的医用金属材料,具有广阔的发展前景。然而,目前镁合金作为生物材料面临最大的问题就是降解速率过快、力学性能低,这严重限制其在临床中的应用。利用仿生法在MgZnSrLa合金上制备羟基磷灰石(HA)涂层,利用X射线、扫描电子显微镜以及能谱分析仪对涂层进行表征。通过在人体模拟液中的电化学腐蚀、浸泡腐蚀实验,对比有无涂层合金试样的耐蚀性,结果表明有涂层的MgZnSrLa合金在人体模拟液(SBF)中有较好的耐腐蚀性能。     

镁基生物材料表面改性及其生物相容性的研究与发展现状

利用镁及镁合金耐蚀的特点,发展新型医用可降解的镁基生物材料引起广泛关注,成为当今金属生物材料领域新的研究热点.表面改性方法是控制镁基材料降解速率和改善生物活性的重要手段,是当前镁基生物材料研究的重要内容之一.文章介绍了镁基生物材料的性能优势,综述了当前镁基生物材料表面改性的研究进展及改性后材料的生物相容性,评述了各种改性方法的特点和当前研究重点,并展望了镁基材料未来表面改性的研究方向和前景.