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生物可降解镁合金支架的发展与展望
自腔内治疗问世以来,支架植入始终是治疗血管疾病的重要手段.随着材料学的不断发展,血管支架也不断升级换代,从传统金属裸支架到药物洗脱支架,虽然治疗效果逐渐提升,但是永久性金属残留所导致的二次干预困难与异物反应严重等问题始终严重影响着临床预后.可降解镁合金作为替代耐腐蚀金属的新型材料应运而生,已显现出巨大的应用价值.可降解镁合金支架可在植入早期提供有效的径向支撑力,而随着降解的开始镁合金逐渐被机体吸收,血管恢复原有收缩功能,在减少长期异物反应的基础上实现了同一部位多次干预的可能,解决了现阶段支架治疗中存在的沉疴,呈现出良好的应用潜力.基于此,本文就可降解镁合金支架的发展历史、研究现状及未来的前景予以综述.
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镁合金的浸泡试验
根据GB/T 16886.9的原则,对预期可降解的材料应该进行降解研究.GB/T 16886.15对金属与合金降解研究的试验设计提供了通用的要求指南,其中推荐的试验方法包括电化学试验和浸泡试验.采用浸泡试验对镁合金降解行为进行研究,选择0.9%氯化钠注射液、模拟体液、培养基、PBS缓冲液及去离子水作为浸泡介质,测量在不同时间点镁合金重量损失和浸泡介质pH变化,并且观察表面形貌变化.结果显示镁合金在0.9%氯化钠注射液中降解快,在含血清培养基中降解慢,浸泡介质中Cl-对镁合金的降解起加速作用,但随着浸泡介质中成分的增加,特别是有机成分的增加,镁合金降解速率明显降低.
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骨用Mg-4 Zn-xNd合金微观组织与生物力学性能影响研究
本文研究了Nd对骨用Mg-4 Zn合金微观组织和生物力学性能的影响,研究结果表明:铸态Mg-4Zn合金基体上分布着亮白的团状和条状组织,尺寸在5～20μm之间,该组织为Mg元素和Zn元素的共晶组织;添加0.5Nd后,在合金的枝间和晶界凝固析出含Mg、Zn和Nd元素的条状和团状共晶组织,随着Nd含量增加,共晶组织的体积分数明显增加,并终呈网状分布;Mg-4Zn合金二次树枝晶间距在10μm～100μm之间波动,当Mg-4Zn合金添加0.5％Nd后,合金的二次枝晶间距有所降低,合金的强度和延伸率也有所提高,当Nd添加量为1.0％时,二次枝晶间距降低至10～20μm,强度和延伸率达到高值.
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生物医用镁合金改性方法的比较
镁合金是一种生物相容性良好,市场潜在需求巨大的生物医用材料.但由于降解速率太快,成为其扩展应用的瓶颈.本文综述了镁合金主要采用的改性技术:纯化镁合金、镁合金的合金化、镁合金的热处理、镁合金的表面处理,其中主要比对了各种镁合金的表面改性方法,分析了各种方法的优缺点,为持续改善镁合金的降解性能提供一定的参考.
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新型可降解性镁金属合金的骨组织反应评价
目的 探讨组织工程用镁金属合金在大鼠体内的降解过程. 方法 1月龄SD大鼠15只,麻醉后股骨干钻孔,植入表面修饰后的镁合金金属棒,术后皮下注射庆大霉柰预防感染并每周皮下注射钙黄绿素.术后6、9、15、26和80周分别随机处死3只大鼠,并取出植入有金属棒的股骨,各组材料经体视显微镜、光镜、扫描电镜、倒置荧光显微镜观察并行能量色散谱元素分析. 结果 体视显微镜及光镜下观察,可见6、9、15、26周大鼠股骨髓腔中金属移植物周围包裹有新生骨,接触髓腔的金属界面受到不同程度的侵蚀,且侵蚀或降解程度随取材时间的延长而加大.倒置荧光显微镜下观察,可见移植物周围有新骨生成.能量色散谱元素分析表明,含有碳、氮、氧元素的基底膜层在金属移植物周围形成.术后80周大鼠股骨上,植入的金属材料全部降解,基底膜层消失,新生骨层裂解并逐渐被改造吸收. 结论 含有锌和锰元素的镁合金是一种新型体内可降解性金属合金,对体内诱导骨生成有良好作用.
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医用可降解镁合金的研究进展
镁合金用于医学领域的研究总体说来还处于探索起步阶段,如何有效控制降解时间,改善力学性能,使其更适合人体生理,是目前研究亟待解决的关键问题.但随着镁合金研究的深入,尤其是材料选择及涂层技术方面的改进,镁合金的降解时间和力学性能的维持时间都有很大的提高.本文对近些年有关镁合金在骨固定材料以及合金支架方面取得的相关成果及主要面临的挑战作一综述.
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高功率磁控溅射AZ31/Ti-Si-N涂层结构及表面硬度研究
五用高功率磁控溅射( HPPMS)技术在无偏压及室温条件下,采用(Ti,Si10at％)靶在AZ31镁合金基体上制备了Ti-Si-N涂层,在基体与涂层之间插入Ti-Si及TiN层分别作为过渡层及缓冲层,对不同氮气流量下制备的涂层显微结构及纳米硬度进行了研究.实验表明:在AZ31软基体上可制备超硬度Ti-Si-N涂层,随着氮气流量增加膜中N含量增高,涂层颗粒尺寸远小于DCMS电源模式,当氩气氮气流量比为11∶5时TiN( 200)出现择优取向,纳米压痕大硬度值达48 GPa,远高于DCMS涂层硬度(33 GPa).
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微弧氧化阴阳极间距及时间对镁基生物涂层表面形貌的影响
通过对镁合金微弧氧化过程中阴阳极间距、氧化时间及超声波辅助处理作用研究,探讨其对涂层表面形貌及钙、磷离子的传输的影响规律.采用SEM及EDS分析涂层表面微观形貌、元素分布；借助Image J 6.0软件测定涂层表面孔隙率大小.结果表明:随着阴阳极间距增加,电极间电场集中效应减弱,钙等正离子附着磷酸团向阳离子游动的行程增加,不利于镀液成分沉积,但距离过小时,生物涂层表面孔隙分布不易控制.涂层生长的反应初期,表面的氧化膜薄易击穿,膜的生长速率大,随着时间增长膜厚的增加,击穿变得越来越困难,导致膜生成速率降低.在超声的作用下,增加了电解质扩散的速率,利于Ca等阳离子沉积,通过控制超声时间,可以调控涂层的孔隙率,获得内致密外多孔的生物涂层.
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AZ31镁合金循环冷轧及退火的组织和织构演变
变形镁合金通常形成较强单一性的织构,影响镁合金的深加工和应用,弱化织构强度的同时细化晶粒尺寸是有效提高室温延展性的途径.本文对商业AZ31镁合金板材进行循环小道次冷轧和退火处理,研究了该过程中的显微组织和织构演变,结果表明:4次循环处理使得平均晶粒尺寸从～ 52 μm降低到～10 μm,织构由初始的柱面织构转变为低强度的基面织构.压缩孪生与再结晶的交替作用促进了晶粒细化及基面织构漫散.
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镁合金中空螺钉内固定齿状突ⅡA型骨折生物力学研究
目的 研制应用于齿状突ⅡA型骨折前路内固定的新型镁合金中空螺钉,并进行生物力学研究.方法 将30个新鲜人体枢椎标本,根据年龄、性别、齿状突大小配对分为2组:镁合金螺钉组、钛合金螺钉组.将2组枢椎按齿状突ⅡA型骨折锯断,造成统一齿状突骨折模型,分别用镁合金螺钉、钛合金螺钉固定,在生物力学机上测量不同垂直负荷下齿状突载荷-位移关系、扭矩-位移关系及大拔出力.结果 分别加载不同垂直负荷作用于齿状突矢状面,当加载负荷＜400 N时,两组的位移差异无统计学意义(P＞0.05),当载荷＞500 N时骨折端产生的位移差异有统计学意义(P＜0.05).当颈部受到＜100 N/mm扭矩时两种材料螺钉固定的齿状突位移差异无统计学意义(P＞0.05),但当扭矩＞200 N/mm时两者的位移差异有统计学意义(P＜0.05).结论 镁合金中空螺钉在固定齿状突ⅡA型骨折端时足以防止前后移位的发生,但抗扭转能力较差,建议术后予以颈托制动.
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镁钙合金的细胞毒性研究
目的 观察镁钙合金对体外细胞生长的影响,对镁钙合金的生物相容性进行评价.方法 根据ISO 10993-5:1999及GB/T 16886.5-2003标准,将不同浓度镁钙合金浸提液与L-929细胞接触培养,进行细胞的形态学观察及四甲基偶氮唑盐(MTT)比色,评价镁钙合金的细胞毒性.结果 细胞形态学观察显示,阳性对照组细胞脱落、死亡,其余各组细胞贴壁生长,形态正常.MTT显示镁钙合金浸提液对细胞的毒性0级,无明显细胞毒性.结论 镁钙合金的细胞毒性为0级,符合临床应用的要求.
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镁合金AZ31B对兔骨骼肌细胞的生物学行为的影响
目的 研究镁合金AZ31B对兔骨骼肌细胞生物学行为的影响.方法 采用浸提液培养兔骨骼肌细胞,倒置显微镜观察细胞生长形态,CCK法研究其1、3、5、7 d的细胞增殖活性,荧光染色研究细胞活力,胞内总蛋白测定研究细胞蛋白表达情况.以钛合金浸提液为对照(对照组),设置镁合金浸提液组(镁合金组)及其pH值调节组.结果 3组骨骼肌细胞贴壁良好,随着培养时间的延长,细胞增殖活性逐渐增加,镁合金组细胞毒性为2级,pH值调节组未见细胞毒性,且可以促进骨骼肌细胞的增殖;荧光染色可见镁合金组存在部分细胞红染,提示镁合金组存在部分细胞毒性;蛋白检测提示镁合金组蛋白含量显著下降,pH值调节组蛋白含量则较正常升高.结论 镁合金AZ31B对于兔骨骼肌细胞具有良好的生物相容性,且能促进兔骨骼肌细胞的增殖及蛋白含量的增加,为镁合金AZ31B用于骨科置入材料提供了理论支持.
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镁铝合金界面螺钉骨腱固定重建前交叉韧带的实验研究——猪胫骨骨腱固定的生物力学分析
目的 探讨镁铝合金界面螺钉固定对骨-腱-骨重建的前交叉韧带(ACL)的初始力学特性.方法 在20个猪的胫骨标本应用骨-髌腱进行ACL重建.按不同材料制成的界面螺钉分成3组:镁铝合金组8个标本、钛合金组和聚乳酸组各6个标本.在MTS机进行疲劳(1000次25～150 N循环)及大负荷试验.结果 所有界面螺钉固定的骨-髌腱均能顺利完成循环负载.疲劳试验前后镁铝合金、钛合金和聚乳酸界面螺钉固定的复合体伸长度分别为(1.71±0.37)mm,(2.14±0.92)mm和(1.36±0.58)mm,各组间没有显著性差别(P=0.135);抗拉刚度分别为(121.01±28.94)N/mm、(92.64±11.52)N/mm和(119.93±26.55)N/mm,各组间没有显著性差别(P=0.091);大载荷分别为(522.68±82.87)N、(441.22±86.30)N和(674.10±191.12)N,各组间具有显著性差别(P=0.016).所有失效方式为2种,即韧带在体部的断裂和骨块从隧道中滑出,3种材料界面螺钉的失效方式无显著性差别(P=0.513).结论 镁铝合金界面螺钉固定对骨-腱-骨重建的前交叉韧带的初始力学强度能达到临床要求.
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镁及其合金在医学领域的应用进展
随着社会、科技与医学的发展,生物材料的研究和开发得到了学术界的广泛关注.在金属内植入生物材料领域,镁及其合金具有优良和独特的物理、化学和力学特点,其比强度和比刚度在金属材料中好,杨氏弹性模量更接近人骨,能有效降低应力遮挡效应,同时又具有良好的生物相容性,而且可以在生物体内自动进行降解,不需二次手术取出.镁及其合金具有很多优于其他金属内植入生物材料的性能,在金属内植入生物材料领域有着巨大的潜力和广阔的应用前景.本文主要回顾镁及镁合金作为金属内植入生物材料的发展历程,对镁及其合金作为金属内植人生物材料的可行性及其优良性能进行了分析,探讨其存在的问题及改进方法,为镁及其合金在医用生物材料领域的应用提供理论依据.
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镁合金中空螺钉固定治疗ⅡA型齿状突骨折的三维有限元分析
目的:建立正常枢椎及中空螺钉固定ⅡA型齿状突骨折的三维有限元模型,分析镁合金螺钉固定ⅡA型齿状突骨折的稳定性.方法:通过CT扫描l例正常成年男性志愿者颈椎获取枢椎的空间结构信息,导入三维重建软件Mimics 10.01、Solidworks 2010,建立正常枢椎及中空螺钉固定ⅡA型齿状突骨折的三维有限元模型.在有限元软件Ansys 13.0中分析正常枢椎模型、ⅡA型齿状突骨折中空螺钉(镁合金螺钉、钛合金螺钉)固定模型,分别模拟颈椎后伸、前屈时受到水平载荷50N、100N、150N、200N的作用力及颈椎旋转时分别受到50N· mm、100N· mm、150N· mm、300N· mm扭矩时,测量齿状突的大位移与大应力、枢椎椎体的大应力及螺钉的大应力.钛合金螺钉弹性模量为108000MPa,屈服强度为930MPa;镁合金螺钉弹性模量为45000MPa,屈服强度为193MPa.结果:所建正常枢椎及ⅡA型齿状突骨折中空螺钉固定有限元模型外形逼真,几何相似性好.颈部前屈、后伸、旋转三种活动状态下,受到不同载荷时镁合金螺钉的大应力均小于钛合金螺钉,两种螺钉的大应力均小于其屈服强度；两种材料中空螺钉固定的ⅡA型齿状突骨折模型中齿状突、枢椎椎体的大应力均小于皮质骨应力阀值(200MPa),齿状突的大位移是正常枢椎齿状突大位移的5～8倍,均小于1 mm(有限元模型中网格大小为1mm).结论:应用CT扫描获取枢椎空间结构信息建立的枢椎三维有限元模型可用于生物力学实验,镁合金中空螺钉在固定ⅡA型齿状突骨折时足以维持其稳定性.
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镁合金在外周血管疾病的应用研究进展及Mg－6％Zn合金的特点
近年来，无机材料、高分子材料、复合材料以及医用金属材料等已广泛应用于临床。相对于无机和高分子材料等而言，生物医用金属材料具备优良的理化性能和生物相容性，部分金属合金材料还具有可控的生物可降解性［1］，理论上可能更适合作为人体组织的植入材料，在临床诊疗中起重要作用。本文就近年来对镁合金在血管疾病方面的应用研究，尤其是对新型的可降解镁锌合金研发及应用前景做一综述。
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可注射镁合金/硫酸钙成骨复合材料的制备及性能研究
目的:本研究采用半水硫酸钙晶体(Calcium sulphate hemihydrate,CSH)与可吸收镁合金(Magnesium alloys,Mgalloys)制备出一种可注射的新型复合人工骨材料,并研究其可注射性,机械性能,生物相容性、生物降解等各方面的性能.方法:对比不同比例Mg/CSH复合材料的初、终凝时间、压缩强度、注射特性;采用X线衍射分析(X-ray diffraction analysis,XRD)和能量弥散X射线探测器(Energy Dispersive X-ray Detector,EDX)对材料成分进行分析;模拟体内液态环境,测试材料在37℃浸泡环境下的生物活性及在磷酸缓冲盐浸泡下的重量变化以及pH变化;材料表面形态采用扫描电镜(Scaning electron microscopy,SEM)观察;用大肠杆菌抑菌性实验对材料的抗菌性进行检测.结果:与纯CSH组相比,添加Mg的复合材料凝固时间延长,复合材料的可注射性显著提高(纯CSH的可注射比例为43％,20％ Mg/CSH为69％).随着Mg含量的提高,抗压强度方面也有所提高(K0.05).XRD及EDX检测结果均证明材料中含有CSH以及Mg晶体.不同复合材料在浸泡环境下的结果表明,Mg的添加对复合材料的pH无影响;降解率方面,在浸泡时间小于21d时,纯CSH与Mg/CSH复合材料的降解速度差异无统计学意义;在浸泡21d后,复合材料的降解性明显优于纯CSH (P＜ 0.05).SEM检测浸泡前后材料表面,结果表明浸泡对材料差异无统计学意义;20％ Mg/CSH及10％ Mg/ CSH与纯CSH 24h后抑菌性能的差异有统计学意义.结论:添加镁合金的可注射硫酸钙复合材料展示出良好的机械性能,在可注射能力、抗菌性,体内生物相容性方面也表现良好.该材料具有潜在的临床应用价值.
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可降解骨折内固定物研究进展
骨折常常需要内固定物的辅助以促进愈合.传统的不可降解内固定物由于组织反应、应力遮挡等常需要二次手术取出.目前,可降解内固定物是生物材料研究领域的热点.聚乳酸作为一种较为成熟的可降解内固定物,已实际投入临床使用,由于其机械性能较差,多应用于颌骨的非承重部位.镁合金是现在可降解内固定物的研究热点,但是其降解速率过快,降解产生氢气是其主要缺点.有关锌合金内固定物的研究较少,其十分具有发展潜力,很可能成为新一代可降解内固定系统.本文将对聚乳酸、镁合金、锌合金作为内固定系统进行综述.
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生物可降解镁合金支架在冠状动脉血管中应用进展
随着技术发展和实验探索,在冠状动脉介入术中,生物可降解支架有望替代金属永久性支架.应用支架是为发生血管重构和内皮愈合的早期(6～12个月)提供持续的支撑力.理想的可降解材料应具有和316 L不锈钢一样良好的力学性能,材料本身和降解产物是无毒性的,并且可以被生物体细胞和血液所吸收、利用.基于以上所涉及的特性,该文主要论述镁合金作为生物可降解材料的近期应用进展.
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镁生物材料的研究进展
近年来,镁金属由于自身良好的生物相容性和降解特性得到了骨科领域的广泛关注,目前的研究通过各种方法改变镁的生物学特性,治愈后不需再次手术取出,而且具有价格低廉等优点,逐渐得到了医学工作者的关注.研究包括镁合金的制备,多孔镁金属的研制,镁的表面改性,镁离子的表面灌注技术等,在此评述了各种方法的特点.目前已有一些研究成果应用于临床,但镁作为生物医用植入材料还有很大的潜力需要进一步研究.
