科學家從納米尺度觀察到人體植入鎂合金降解速率

　　 瑞士蘇黎世聯邦理工學院研究人員首次在納米尺度上觀察到生物醫學應用的鎂合金的腐蝕。這為更好預測人體植入物的降解，開發量身定制的植入物材料邁出重要一步。研究結果已發表在《高級材料》雜志上。

　　鎂及其合金正越來越多地用于醫學，它可以作為骨外科手術中的植入物材料，例如螺釘或鋼板等；也可以作為支架材料，用以擴張在心血管外科中狹窄的冠狀血管。

　　與不銹鋼、鈦或聚合物制成的常規植入物相比，輕金屬具有生物可吸收的優勢，因此不需要第二次手術就可以從患者體內取出植入物。鎂還促進骨骼生長，從而有利于骨折愈合。

　　但是純金屬鎂太軟，因此不適合此類手術應用。為了獲得必要的強度，必須添加合金元素，通常是稀土元素釔和釹。由于這些物質對人體而言是異物，因此它們可能會在拆除植入物時在人體內積聚，其后果尚難預料。對于兒童來說，這種植入物更是不適宜。

　　來自蘇黎世聯邦理工學院金屬物理與技術實驗室的約爾格·洛夫勒教授開發了一種新的合金家族，除了鎂以外，還含有低于1％的鋅和鈣元素。這些元素與鎂一樣，具有生物相容性，可以被人體吸收。

　　根據制造工藝的不同，在新開發的合金中會形成由三種合金元素形成的沉淀。這些沉淀物的大小各不相同，通常只有幾十納米。但對于增強植入物材料良好機械性能必不可少，并且可能會影響材料的腐蝕速度。

　　然而，這些生物相容性鎂合金的廣泛外科手術應用仍面臨障礙，主要是對在所謂生理條件下體內金屬降解機理了解甚少。因此，無法獲得這種植入物在體內保留多長時間的可靠預測。

　　洛夫勒教授及其同事借助分析透射電子顯微鏡（TEM），能夠在幾秒到幾小時的模擬生理條件下，以前所未有的納米分辨率詳細觀察鎂合金的結構和化學變化。使用這項現代技術證明了以前無法獲得的脫合金機制，該機制可確定鎂基質中沉淀物的降解。

　　研究人員能夠近乎實時地觀察到鈣和鎂離子在與模擬體液接觸時如何從排泄物中逸出，而鋅離子仍然保留并積累。結果排泄物的化學組成連續變化，這也證明了它們的電化學活性在沉淀物中動態變化的事實，即加速了植入物材料的降解。

　　該研究主要作者，洛夫勒教授的博士生瑪蒂娜·希霍娃稱，“這種認識扭轉了先前的教條。迄今為止都假設鎂合金中析出相的化學成分在腐蝕過程中保持不變，這種假設導致大多數關于人體植入物持續時間的預測是錯誤的。”

　　由于有了新的發現，現在可以設計鎂合金，從而可以更好地預測它們在體內的降解行為，并對其進行更精確的控制。這對兒童植入手術尤其必要，因為兒童體內的鎂植入物降解速度比成人快得多。另外，支架用鎂合金的降解速率明顯慢于骨板或螺釘的降解速率。希霍娃表示：“憑借對詳細腐蝕行為的了解，我們已經朝著為不同患者和醫療應用量身定制合金的目標邁出了關鍵一步。”