镁合金在生物医用材料领域的应用及发展前景
镁合金在生物医用材料领域的研究应用与发展
镁合金在生物医用材料领域的研究应用与发展摘要：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，目前集中于骨固定材料、多孔骨修复材料、牙种植材料、口腔修复材料以及心血管支架方面的研究。
但镁基合金在人体体液环境下的腐蚀性过快是很大难题，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，进而才能推动镁基合金医用材料的开发及应用。
关键词：镁合金生物相容性骨骼医用材料血管支架正文：生物医用材料是人们最早应用的医用材料之一，也是目前全世界应用最多、最广的医用材料。
而在社会发展的今天，金属材料单一特性不能满足医用需求，人们也越来越意识到多种材料符合取长的发展前景可观，而如何开发新型合金材料，如何能对医用金属材料进行特定的表面改性，是医用材料方面一直关注并努力的方向[1]。
目前临床应用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金、钛合金、医用贵金属、医用形状记忆合金、纯金属钽、铌、锆等。
关于镁及镁合金的医用研究可追溯至1907年，但后来由于镁的耐腐蚀性差而被搁置。
近几年，随着加工方法及表面处理技术等的发展和成熟，镁合金的耐腐蚀性和力学性能得到很大提高，部分研究者又进一步开展镁合金医用材料研究。
1.镁基合金的医用研究1.1.骨固定材料目前，广泛应用于骨板、骨钉的生物医用材料主要是钛及钛合金、不锈钢及聚乳酸等。
但是，这些材料都存在一定的局限性。
钛及钛合金、不锈钢等金属材料会发生应力遮挡效应，即将金属材料植入人体后，因其与人骨材料的弹性模量不匹配产生的人骨受力被遮挡效应[2]，会使骨骼强度降低、愈合迟缓。
而聚乳酸等高分子材料力学性能差，很难承受较大的负重。
因此，需要发展新的骨固定材料，即既要有类似于人骨的力学性能，又要有良好的生物相容性，并且不产生毒性。
研究表明镁及镁合金有可能作为新的骨固定材料，因为镁及镁合金有高的比强度和比刚度[3]（如表1），纯镁的比强度为133GPa／(g／cm3)，而超高强度镁合金的比强度已达到480 GPa／(g／cm3)，比Ti6A14V的比强度(260 GPa／(g／cm3))高出近1倍。
镁合金的优势在哪？镁材料的应用在哪？
镁合金的优势在哪？镁材料的应用在哪？镁合金的优势在哪？镁材料的应用在哪呢？什么是镁合金？镁合金的优势在哪？镁材料的应用在哪？接下来，就带你了解一下吧！镁合金由于其比强度高、弹性模量大、散热好、消震性好、承受冲击载荷能力比铝合金大、耐有机物和碱的腐蚀性能好等特点，现已广泛应用于航空、航天、运输、化工、火箭等领域。
除此之外，镁合金在医疗器械上的应用潜力很大；如果金属镁企业能在加工性能和产品价格上取得突破，那么镁合金也将在LED产业得到广泛应用。
院士说左铁镛院士在今年新材料发展趋势高层论坛中说到：“就镁材料来说，近20年来，我国的镁材料已取得了三个“第一”的好成绩，分别是镁产量第一，镁储量第一和镁出口量第一。
现在我国在上海交通大学和重庆大学分别建立了镁材料研究中心，在山西、陕西等省份形成产业一体化的布局，大大促进了我国镁合金的研究应用。
目前，镁金属与铝金属相比，价格只高出20%，相较之前有大幅度降低，这也能极大的促进镁合金的研究发展和应用。
”那么，镁合金的优势在哪？镁材料的应用在哪呢？1镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一，镁的比重是1.74g/cm3，只有铝的2/3、钛的2/5、钢的1/4；镁合金比铝合金轻36%、比锌合金轻73%、比钢轻77%。
镁具有比强度、比刚度高，导热导电性能好,并具有很好的电磁屏蔽、阻尼性、减振性、切削加工性以及加工成本低、加工能量仅为铝合金的70%和易于回收等优点。
镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。
镁合金的比强度高于铝合金和钢，略低于比强度最高的纤维增强塑料；比刚度与铝合金和钢相当,远高于纤维增强塑料；耐磨性能比低碳钢好得多,已超过压铸铝合金A380；减振性能、磁屏蔽性能远优于铝合金。
镁合金是制造工业中可使用的最轻金属结构材料之一，其性能特点决定了众多的应用优势：一是减轻资源压力，镁合金产品的应用可以缓解铁矿和铝矿资源短缺的压力；二是减轻能源和环境压力，以汽车为例，镁合金大规模应用可降低10%—15%的油耗和排放；三是镁合金产品减震性能优越；四是镁合金能源特性好，在某种程度上可以说有镁就有电；五是镁合金产品可屏蔽电子辐射，可广泛用于手机和电脑外壳……中国有丰富的镁资源（占世界70%以上）和巨大的应用市场，为制造业减重的同时必将提升中国制造业的竞争力。
骨科新型医用可降解植入材料JDBM镁合金的生物毒性、髓内针及植入物感染细菌生物膜的基础研究
骨科新型医用可降解植入材料JDBM镁合金的生物毒性、髓内针及植入物感染细菌生物膜的基础研究一、概述随着医疗技术的不断进步，骨科植入材料在修复和重建人体骨骼系统方面发挥着日益重要的作用。
新型医用可降解植入材料的研究备受关注，其中JDBM镁合金因其良好的生物相容性、强度与塑韧性的平衡以及均匀的腐蚀行为，成为了骨科植入领域的研究热点。
本文旨在深入探讨JDBM镁合金在骨科应用中的生物毒性、髓内针及植入物感染细菌生物膜的基础研究，为其在临床中的安全有效应用提供理论依据。
JDBM镁合金是由上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心设计开发的一种新型高性能生物医用材料。
该合金系列通过添加少量细胞毒性轻微的轻稀土元素Nd，实现了良好的时效析出强化和固溶强化效果，同时提高了合金的耐均匀腐蚀性能。
Zn和Zr元素的微量加入进一步增强了合金的强度、塑性加工能力以及强韧性和耐蚀性。
这些特性使得JDBM镁合金在骨科植入材料领域具有广阔的应用前景。
作为一种新型植入材料，JDBM镁合金的生物毒性问题一直是研究者关注的焦点。
本文首先通过体外实验研究了JDBM镁合金及其中稀土元素Nd对小鼠胚胎成骨细胞株MC3T3E1的毒性作用，分析了其对成骨细胞生长和分化的影响。
体内实验部分则通过观察Nd对小鼠骨及周围组织的生理病理影响，以及在各器官组织中的分布情况，来评估其生物安全性。
髓内针及植入物感染细菌生物膜的形成是骨科植入手术后的常见并发症之一。
本文还针对这一问题展开了研究，通过构建细菌生物膜模型，探究JDBM镁合金在植入后对细菌生物膜形成和发展的影响，以及其对细菌感染的抵抗能力。
本文从多个角度对JDBM镁合金在骨科应用中的生物毒性、髓内针及植入物感染细菌生物膜问题进行了深入研究。
这些研究结果将为JDBM镁合金在临床中的安全有效应用提供重要的理论依据和实践指导，有望为骨科植入材料的发展开辟新的道路。
1. 骨科植入材料的研究背景及现状随着人口老龄化的加剧以及人们对生活质量要求的提高，骨科疾病的治疗和康复日益受到重视。
镁合金在生物医用材料上的发展
镁合金在生物医用材料上的发展随着时代的发展和人们对健康的重视，生物医学领域成为了一个备受关注的领域，很多新型材料被应用于医用领域，其中镁合金就是其中一种。
镁合金因其优良的生物相容性、生物降解性及良好的机械性能，在医学上越来越受到人们的重视。
近年来，镁合金应用于医学领域的研究逐渐加强，研究人员将其应用于支架、骨切削、螺钉和植入物等方面，优越的性能得到了广泛的认可。
在骨科领域，镁合金被应用于人工关节、骨折治疗等方面，可以大大改善手术后患者的生活质量。
在生物医用材料的研究中，医学领域对于生物相容性的要求较高，而镁合金材料在这方面表现的尤为出色。
镁合金具有高度的生物相容性，能够在体内逐渐降解并转化为人体所需的有机物质。
这一特点可以一定程度上减少炎症反应的发生，并且在植入体内后不会成为一种额外的负担。
在减少内源性物质和异物反应方面，镁合金相对于其他物质具有更优的性能。
除了生物相容性方面，镁合金在机械性能方面也非常优秀。
它具有轻质、高强度、耐腐蚀性和良好的塑性，能够满足骨部受力的要求，并且保证了植入体在生物环境下的稳定性。
相对于其他材料，在生物医用材料方面，镁合金具有良好的可加工性能。
尽管在生物医用材料领域，镁合金具有良好的性能，但仍然存在一些问题需要解决。
通过合适的合金设计和合金元素的添加，可以使得镁合金在力学性能上和耐腐蚀性能上有所提高，然而，在制备过程中，仍然存在一些技术难点需要克服，例如，在制备过程中易受到空气中的氧化和金属离子溶出的影响。
此外，镁合金在降解过程中会产生氫氧化物，而这一物质会对周围的组织造成刺激，从而导致炎症的发生。
不过，这并不妨碍镁合金的发展，为了解决这些问题，许多科学家都在通过不断研究提高镁合金在生物医用材料领域的性能。
在生物医用材料领域，镁合金材料具有广泛的应用前景，将会成为医用骨科和牙科材料中的一种重要替代品，未来在生物医学领域，镁合金的应用前景也相当可观。
总之，镁合金因其优良的生物相容性、生物降解性和良好的机械性能等优点，已经成为生物医用材料中的一种新材料，并且在应用中得到了广泛的认可。
浅谈镁合金的应用领域和社会价值
浅谈镁合金的应用领域和社会价值镁合金作为最轻的工程金属材料，被誉为“21世纪的绿色工程材料”，强度高、耐冲击、散热好、尺寸稳定和弹性模量大，承受冲击载荷能力比铝合金强。
镁合金的应用领域十分广泛，如交通运输、电子工业、军工等领域。
尤其在航空航天、轨道交通、电子产品、生物医用、自行车、建筑装饰等领域应用前景广阔，已经成为未来新型材料的发展方向之一。
镁合金应用领域航空航天从20世纪开始，镁合金就在航空航天领域得到应用。
镁合金可以大大改善飞行器的气体动力学性能并能明显减轻其结构重量，因此，许多部件用镁合金制作。
一般航空用镁合金主要是板材和挤压型材，少部分是铸件。
经过先进的加工技术处理过的镁合金，拥有着耐高温、耐腐蚀等超强属性，被广泛应用在飞机、发动机、导弹等关键部位的制作上。
随着镁合金生产技术的发展，性能会不断提高，应用范围也会不断扩大。
高速列车凭借着速度快、能耗低、环境舒适的设计特点，高铁在现代运输手段中占据着极其重要的位置。
为了保证这些方面特性的优化，列车轻量化是非常必要的技术，镁合金自然担起了这份重任。
目前，法国、日本、中国等多个国家的高铁，已经在大量使用镁合金制作零部件，成为了高速列车轻量化的关键材料。
汽车零件镁合金已被发达国家广泛用于汽车仪表板、座椅支架、变速箱壳体、方向操纵系统部件、发动机罩盖、车门、发动机缸体、框架等零部件上。
用镁合金制造汽车零部件，可以显著减轻车重，降低油耗，减少尾气排放量，提高零部件的集成度，提高汽车设计的灵活性等。
通常汽车自重每减轻10%，燃油效率可提高5.5%，废气排放相应减少。
随着技术的发展，镁合金在汽车领域的应用范围会更广。
电子产品镁合金具有优异的薄壁铸造性能，其压铸件的壁厚可达0.6~1.0mm，并保持一定的强度、刚度和抗撞能力，这非常有利于产品超薄、超轻和微型化的要求。
另外，镁合金还具有防震、抗磨损及可屏蔽电磁波的特殊功能。
三星新推出的Notebook 9（2018）系列笔记本电脑中使用镁合金，以后也将用于三星旗下的手机、可穿戴设备，将使这些设备更轻、更坚固。
生物医用材料的研究现状与发展趋势是什么？
生物医用材料的研究现状与发展趋势是什么？生物医用材料是一类用于诊断、治疗、修复或替换人体组织、器官或增进其功能的新型高技术材料，其应用不仅挽救了数以千万计危重病人的生命，而且降低了心血管病、癌症、创伤等重大疾病的死亡率，在提高患者生命质量和健康水平、降低医疗成本方面发挥了重要作用。
伴随着临床的成功应用，生物医用材料及其制品产业已经形成，它不但是整个医疗器械产业的基础，而且是世界经济中最有生机的朝阳产业。
随着社会经济的发展，生活水平的提高，以及人口老龄化、新技术的注入，生物医用材料产业以高于20%的年增长率持续增长，正在成长为世界经济的支柱性产业。
发展生物医用材料科学与产业不仅是社会、经济发展的迫切需求，而且对国防事业以及国家安全也具有重要意义。
正如美国21世纪陆军战略技术报告中指出的，生物技术如战场快速急救、止血、创伤、手术机器人等技术，是未来30年增强战斗力最有希望的技术。
而生物医用材料，则是生物技术的重要组成部分。
作为一个人口大国，我国对生物医用材料和制品有巨大的需求，市场年增长率已高达30%以上。
多年来在国家相关科技计划支持下，我国生物医用材料的研究得到了快速发展，但与国际领先水平差距较大，占世界市场份额不到3%，生物医用高技术产品仍基本依靠进口，已成为导致我国医疗费用大幅度增加的重要原因之一。
生物医用材料科学的显著特点是多学科交叉，包括材料学、化学(特别是高分子化学与物理学)、生物学、医学/临床医学、药学及工程学等10余个学科。
因此，生物医用材料种类较多、应用范围广，是典型的小品种、多批量。
故本文简要概述生物医用材料的研究及应用现状与发展趋势。
生物医用材料的分类较多，可以从材料特性、使用范围等不同角度进行分类，本文从材料研究角度进行分类，主要包括高分子材料（含聚合物基复合材料）、金属、陶瓷(包括碳、陶瓷和玻璃)、天然材料(包括动植物材料)。
一、高分子材料1.高分子材料种类由于人体绝大部分组织与器官都是由高分子化合物构成，因此高分子材料在生物医学上具有独特的功效和重要的作用，是临床上应用最广的一类生物材料。
镁合金作为生物医用材料的潜在优势存在的问题及解决思路
镁合金作为生物医用材料的潜在优势、存在的问题及解决思路摘要近几十年来，镁及其合金在医疗领域的价值正飞速提升，应用也日益广泛，其作为硬组织植入材料与现有的各种临床金属植入材料相比有许多突出的优点[1]。
然而，镁合金当然也不完美，也存在缺点，令其应用受到限制[1]。
那么，这些优势和缺陷究竟是什么如何让其性能更完善呢本文就这些问题进行了简要论述。
然而由于笔者才疏学浅，加之时间仓促，文中疏漏之处在所难免，尚有待进一步修改和完善，同时敬请各位读者多多批评指正。
关键词：镁合金，医用材料，植入体，腐蚀一、引言目前的生物医用材料主要有部分金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料及仿生材料等[1]。
医用金属材料与高分子材料和无机非金属材料相比，具有较高的强度、韧性和加工性能，因此应用最为广泛[2]。
目前，临床应用的医用金属主要有不锈钢、钴基合金、钛合金、形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、镐等。
但临床应用表明，以上材料均存在弊端[3]，如：1.某些金属植入体含Al元素[4]。
该元素可对器官造成损伤，且能导致骨软化、贫血[5][6]、老年痴呆及神经紊乱等多种病症[5][6]；2.某些材料会在体内释放出毒性金属离子[1]，引起受体发炎和排异反应[7]；3.部分不锈钢植入体在生理系统环境中会发生缝隙腐蚀、摩擦腐蚀与疲劳腐蚀破裂等状况[8][9]，并因此释放出Ni2+、Cr3+及Cr5+等离子，同时造成假体松动，最终引起植入体失效[10]；4.相当一部分材料的弹性模量与人骨不够相近，例如：不锈钢的弹性模量约为200GPa，钛合金约100GPa[4]，而人骨仅10～40GPa。
这必然会导致应力遮挡效应，进而减少对新生骨组织生长和重塑的诱导作用[1]，并最终造成植入体的不稳定、组织愈合迟缓甚至植入失败等后果[1][11]。
5.不锈钢、钴基合金和钛基合金皆为生物惰性材料，在人体中不发生或仅发生微弱的化学反应，因而在生物环境中相当稳定[4]，无法自行降解[1]。
医用可降解镁合金应用及表面改性研究进展
第53卷第7期表面技术2024年4月SURFACE TECHNOLOGY·15·医用可降解镁合金应用及表面改性研究进展王国庆，李广芳，刘宏芳*（华中科技大学a.化学与化工学院b.生物医用与防护材料湖北省工程研究中心c.能量转换与存储材料化学教育部重点实验室d.材料化学与服役失效湖北省重点实验室，武汉 430074）摘要：镁及其合金作为新一代生物医用可降解材料，具有良好的经济性、力学性能、生物相容性、可降解性能，在骨科、心血管科、消化科等领域具有广阔的应用前景。
镁合金具有较高的化学活性，因此其降解速率较快，力学性能的维持受限，植入时可能发生的细菌感染会引发炎症和腐蚀加速等问题，因此需要通过表面改性来制备多功能一体化的涂层。
综述了医用可降解镁合金作为接骨板、螺钉、血管支架、胃肠吻合器、胆管支架等植入材料的应用现状及最新研究成果。
讨论了医用可降解镁合金在植入生物体时面临的析氢、pH升高、腐蚀加速、力学性能衰减、稀土元素毒性及内膜增生等具体问题，在此基础上，考察了化学转化、等离子喷涂、微弧氧化、聚合物涂层等4种镁合金表面改性技术的最新研究动态。
结合体内试验和体外试验，概述了表面改性对镁合金安全性、耐蚀性、抗菌性、生物相容性等方面的影响，并简要对比了几种表面改性技术的优缺点。
最后展望了医用可降解镁合金表面改性技术的发展方向。
关键词：镁合金；可降解；植入材料；表面改性；耐蚀性中图分类号：TG174.4；R318.08 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)07-0015-16DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.07.002Research Progress in Application and Surface Modificationof Medical Degradable Magnesium AlloysWANG Guoqing, LI Guangfang, LIU Hongfang*(a. School of Chemistry and Chemical Engineering, b. Hubei Engineering Research Center for Biomedical andProtective Materials, c. Key Laboratory of Material Chemistry for Energy Conversion and Storage,Ministry of Education, d. Hubei Key Laboratory of Materials Chemistry and Service Failure,Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China)ABSTRACT: As a new generation of biodegradable materials for medical use, magnesium and its alloys exhibit excellent affordability, mechanical property, biocompatibility and biodegradability, and possess extensive application prospects in orthopedics, cardiovascular treatment and gastroenterology. However, the high chemical activity of magnesium alloys leads to excessive degradation rates and limited maintenance of mechanical performance, and the possible bacterial infection during implantation can also lead to problems such as inflammation and accelerated corrosion, so surface modification is necessary to收稿日期：2023-04-18；修订日期：2023-09-25Received：2023-04-18；Revised：2023-09-25基金项目：国家自然科学基金（52171069）Fund：National Natural Science Foundation of China (52171069)引文格式：王国庆, 李广芳, 刘宏芳. 医用可降解镁合金应用及表面改性研究进展[J]. 表面技术, 2024, 53(7): 15-30.WANG Guoqing, LI Guangfang, LIU Hongfang. Research Progress in Application and Surface Modification of Medical Degradable Magnesium Alloys[J]. Surface Technology, 2024, 53(7): 15-30.*通信作者（Corresponding author）·16·表面技术 2024年4月form integrated multifunctional coatings. Starting from the current application of medical degradable magnesium alloys in various fields, the work aims to describe the research status of magnesium alloys as several types of implant materials, and clarify the specific challenges faced by magnesium alloys when implanted in organisms. Based on this, the latest research developments of four kinds of surface modification techniques of magnesium alloys are reviewed, and by evaluating the advantages and disadvantages of these techniques, targeted improvement directions are indicated to facilitate the development and practical application of surface modification techniques of medical degradable magnesium alloys. Medical degradable magnesium alloys are suitable as bone implant materials because of their osteogenic properties. When magnesium alloys are used as bone plates and screws, the mass loss and mechanical performance attenuation in long-term service are unacceptable, and they suffer from hydrogen evolution and pH increase simultaneously. Magnesium alloys can also serve as vascular stents because of their arrhythmia prevention and antithrombotic effects. Nevertheless, besides the rapid corrosion rate, the vascular stenosis caused by intimal hyperplasia should be considered, and the toxicity of rare earth elements in the new stent is not yet clear. When used as gastrointestinal staples as well as bile duct stents, the degradation rate of magnesium alloys needs to be more strictly controlled due to the corrosive digestive fluids they are exposed to. To improve the overall performance of medical degradable magnesium alloys, researchers have prepared various organic and inorganic coatings. The coatings including chemical conversion coatings, plasma spray coatings and micro-arc oxidation films are inorganic coatings. Chemical conversion coatings can effectively improve the biocompatibility and corrosion resistance of magnesium alloys, but the formation mechanism and long-term biological effects of the coatings should be further studied. Especially, attention needs to be paid to the coating formation mechanisms and health risks of the rare earth conversion coatings. Plasma spray, as a conventional method, can firmly integrate the coatings onto the surface of the magnesium alloy substrate, but it is difficult to avoid the formation of micro-pores and thermal stress residues, and further optimization of the spraying process or other post-treatment techniques is required. Micro-arc oxidation films are in-situ formed ceramic layers with excellent bonding strength and hardness. Similar to plasma spray coatings, their surfaces are also distributed with inherent micro-pores or micro-cracks, and these micro-defects are suitable as micro-containers and nano-containers or outer adhesion sites. Polymer coatings belong to organic coatings, which are denser than inorganic coatings, but they are prone to peel off from the substrate and their strength and hardness are not as good as those of inorganic coatings. A better strategy is to utilize the inorganic coating as an intermediate layer to provide sufficient adhesive strength and the polymer layer as a sustained drug release system, thus combining the advantages of the both. At present, the application of medical degradable magnesium alloys has been gradually extended from orthopedics and cardiovascular treatment to gastroenterology, oral and maxillofacial surgery. This change has put forward higher requirements on the comprehensive performance of magnesium alloys. Future research on surface modification of magnesium alloys should focus on key factors such as cell adhesion, controlled degradation, antimicrobial performance and biocompatibility, while moving from static simulations to the dynamic organisms and ensuring the effective functioning of the coatings after implantation.KEY WORDS: magnesium alloys; degradable; implant material; surface modification; corrosion resistance生物可降解材料是一类在生物机体中体液及核酸的作用下不断被降解、吸收或排出体外，最终完全被新生组织取代的生物医用材料，它包括生物可降解陶瓷、生物可降解高分子材料、生物可降解金属材料、复合材料及生物衍生材料等5类[1-2]。
镁合金在生物医学上的应用与发展
镁合金在生物医学上的应用与发展镁合金由于其在生物医学领域的一系列独特性能，正在逐渐成为一种有潜力的新型生物医学材料。
本文将对镁合金在生物医学上的应用与发展进行详细介绍。
首先，镁合金具有优异的生物相容性。
镁是人体中的一种必需元素，具有良好的生物相容性和生物活性。
与传统的金属材料（如不锈钢、钛合金）相比，镁合金可以更好地适应人体环境，减轻组织炎症反应，促进人体自愈。
此外，镁合金还能够释放镁离子，镁离子对于骨骼生长和修复非常重要，有利于骨组织再生和愈合。
其次，镁合金具有轻质优势。
镁合金的密度只有铝和钛的两三分之一，使得它成为制造骨科和牙科植入物的理想材料。
由于轻质性质，镁合金可以显著减轻患者的负担，降低手术风险，并增加人工关节和牙齿等植入物的生物相容性和使用舒适性。
第三，镁合金具有良好的机械性能。
镁合金具有较高的抗拉强度和弹性模量，可以有效承受在人体内持久的机械负荷。
这使得它成为制造骨钉、骨板和牙种植体等植入物的理想材料，提高了治疗效果和患者的生活质量。
此外，镁合金还具有可降解性。
镁合金在体内能够逐渐降解，并逐步被人体新生组织所代替，最终完全被吸收。
这种可降解性能使得镁合金成为制造支架、螺钉和导管等临时植入物的理想材料，避免了二次手术的需要，减轻了患者的痛苦。
然而，镁合金在生物医学上的应用也存在一些挑战。
首先，镁合金在生物体内的腐蚀速度仍然需要进一步控制。
过快的腐蚀速度会导致过多的金属离子释放，可能对周围组织产生毒性影响。
其次，镁合金的力学性能尚不如传统的金属材料。
需要进一步改进镁合金的力学性能，以满足临床实际应用的需要。
尽管面临挑战，镁合金在生物医学领域的应用前景仍然广阔。
未来的发展方向包括优化镁合金的成分和制备工艺，增强其力学性能和可降解性能，控制其腐蚀速度，并进一步探索其在骨组织工程、心血管介入、神经修复和药物传递等方面的应用。
总结起来，镁合金在生物医学上的应用与发展具有巨大潜力。
它的优异生物相容性、轻质性能、良好机械性能和可降解性能，使其成为制造植入物的理想材料。
镁及镁合金在医学中的应用
2014.06医苑纵横2811 前言目前用于临床的金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛合金。
经过临床应用，上述医用金属材料是临床上很重要的。
镁作为手术中植入材料的研究在1907年，早期临床应用证实了镁合金的生物相容性、但均因镁合金在体内腐蚀过快，并且它在皮下产生产生过量氢气而失败。
从20世纪90年代起、随着人们对镁合金的研究，在镁合金耐腐蚀性和力学性能的技术方面得到很大的提高，研究者开始进一步开展镁及其合金作为外科材料的研究。
这些年来，镁合金医用材料的主要优势是在它的生物特性上与其他金属有许多不同的地方。
（1）镁是人体内含量最多的阳离子之一、吴茂江研究表明几乎参与人体内所有的新陈代谢过程，稳定DNA 和RNA 的结构，能激活体内多种酶,调节神经肌肉和中枢神经系统的活力，调节细胞内流动的钙元素,有减压助眠和放松表情的功效，有效防治某些疾病的作用[1]。
（2）具有良好的机械性能，其弹性模量（约45Gpa ）与人骨的弹性模量（约10-30Gpa ）非常接近，可以显著减少由于植入体与人骨之间弹性模量不匹配而引起的＂应力遮挡效应＂，从而促进骨组织的愈合从而促进骨组织的愈合[2]。
witter 等的实验证明高镁离子浓度可能导致骨细胞的激活[3]。
常晓峰等进行了动物实验，早期加入镁合金可以加快骨痂牵引成骨的速度，促进骨质的成熟[4]。
王程越等自制AZ31镁合金牵引器在牵引完成后4周可提高下颌骨的高度[5]，洪岩松等将两种形态的AZ31B 镁合金植入实验动物体镁及镁合金在医学中的应用袁 月 刘童斌 王晶晶吉林大学口腔医院 吉林省长春市 130000【摘 要】镁及其合金具有优良的综合学性能、与人体良好的生物相容性能以及生物可降解吸收、生物力学性能、骨诱导效应等特点、作为口腔生物材料具有显著优势，有望成为一类新型医用植入口腔的材料，综述了镁金属作为口腔生物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、对医用镁合金的表面改性技术进行了简单的论述、并对其发展前景进行了展望。
生物医用镁合金 PPT课件
生物医用镁合金
概述
潜在优势
• 镁合金作为生物医用材料，在力学性能、生物 相容性和可降解性三方面具有突出的优势 。
• 1、力学性能
• 镁及镁合金有高的比强度和比刚度,纯镁的比强度为 133GPa/(g/cm3),而超高强度镁合金的比强度已达到480 GPa/(g/cm3),比Ti6Al4V的比强度(260 GPa/(g/cm3))高 出近1倍。镁及镁合金的杨氏模量（约为45GPa）更接 近人骨的弹性模量(20GPa),能有效降低应力遮挡效应。 镁与镁合金的密度（约为1.7g/cm3）与人骨密度 (1.75g/cm3)接近, 符合理想接骨板的要求。因而用镁及 镁合金作为骨固定材料,能够在骨折愈合的初期提供稳定 的力学环境,逐渐而不是突然降低其应力遮挡作用,使骨 折部位承受逐步增大乃至生理水平的应力刺激,从而加速 愈合,防止局部骨质疏松和再骨折。
1、纯化镁合金
• 由于医用镁合金在体内主要通过电化学反应产生 腐蚀，杂质元素在镁合金基体中作为阴极相，促 进微电偶电池的形成，加速了基体的电化学腐蚀。 因而，提高医用镁合金的纯度，控制有害元素的 含量，使其处在允许的极限浓度范围内，可以显 著降低材料的腐蚀速率和改善镁合金的力学性能。
• 通过纯化镁合金的方法，虽然可以有效减缓镁合 金的降解，但是往往在去除杂质的同时，因为固 定相的减少，导致相应的力学性能降低
• 镁及镁合金由于密度低，比强度、比刚度高等优 异的综合性能已被广泛应用在航空航天、电子通 信、汽车制造等领域。从这十几年来国内外对镁 及镁合金各方面的报道发现镁作为硬组织植入材 料，与现已投入临床使用的各种金属植入材料相 比，具有资源丰富、与人骨的密致骨密度相近、 加工性能良好、能有效地缓解应力遮挡效应等优 势，另外镁离子对人体的微量释放是有益的，且 镁及其合金与生物相容性好、资源丰富、价格低。
医用镁合金的临床应用
医用镁合金的临床应用
医用镁合金的临床应用指的是将镁合金作为医用材料，用于治疗和修复人体损伤或疾病的过程。
医用镁合金作为一种可降解的生物医用材料，具有许多优点，如良好的生物相容性和可吸收性，以及与骨相近的密度和弹性模量等。
这使得医用镁合金在某些特定的医学领域具有一定的应用价值。
一些常见的医用镁合金临床应用包括：
1.骨科植入物：医用镁合金可以用于制造人工关节、骨折固定器等骨科植入
物。
由于其与骨相近的密度和弹性模量，镁合金植入物可以与骨骼形成良好的生物固定，减少排异反应和并发症的发生。
2.心血管支架：医用镁合金可以制成支架，用于治疗冠心病和心肌梗死等疾
病。
镁合金支架具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，可以在人体内安全降解，避免了传统金属支架可能引起的排异反应和并发症。
3.药物载体：医用镁合金可以作为药物载体，用于局部药物输送和治疗。
通
过将药物与镁合金材料结合，可以实现在病变部位的精准释放，提高药物治疗效果，减少副作用。
需要注意的是，医用镁合金的临床应用仍处于探索和发展阶段，对于其应用范围和治疗效果仍需进一步研究和验证。
同时，医用镁合金的生产和质量控制也需要符合相关标准和规范，以确保其安全性和有效性。
新型可降解生物医用镁合金JDBM的研究进展
新型可降解生物医用镁合金JDBM的研究进展袁广银;章晓波;牛佳林;陶海荣;陈道运;何耀华;蒋垚;丁文江【摘要】镁合金因具有与人体骨头接近的密度和弹性模量、高比强度和比刚度、生物可降解性以及生物相容性等优点,近10年来国内外研究人员对其应用于骨内植物、骨组织工程支架和心血管支架等领域进行了广泛的研究.然而,目前大多数研究均以现有商用镁合金为对象,如含Al元素的AZ31、AZ91以及含重稀土元素的WE43等,并未考虑到作为生物材料的安全性等问题.本文作者阐述镁合金作为生物医用材料的优势、面临的挑战以及应对策略；重点介绍上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心近年来围绕自行研发的新型生物医用镁合金JDBM开展的研究工作；最后展望可降解生物医用镁合金的应用前景和发展方向.%Mg alloys have been extensively studied in the last decade in the fields of bone implants, bone tissue engineering scaffolds and cardiovascular stents due to their excellent properties, such as close density and elastic modulus to those of nature bone, high specific strength and rigidity, biodegradation and biocompatibility. However, most of the Mg alloys studied for biodegradable materials are aluminium-containing alloys, such as AZ31 and AZ91 and some heavy rare earth elements-containing alloys such as WE43. These alloys were originally developed for structural materials which did not consider the bio-safety as biomaterials. In this work, the advantages, challenges and strategies of the Mg alloys as biomedical materials are briefly introduced. The work on biomedical Mg alloys of the National Engineering Research Center of Light Alloy Net Forming, Shanghai Jiao Tong University, is highlighted. Finally, the applicationprospects and direction of the biodegradable biomedical Mg alloys are prospected.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2011(021)010【总页数】13页(P2476-2488)【关键词】可降解生物医用镁合金;骨内植物;心血管支架;生物相容性;生物降解性能【作者】袁广银;章晓波;牛佳林;陶海荣;陈道运;何耀华;蒋垚;丁文江【作者单位】上海交通大学材料科学与工程学院轻合金精密成型国家工程研究中心,上海200240;上海交通大学材料科学与工程学院轻合金精密成型国家工程研究中心,上海200240;上海交通大学材料科学与工程学院轻合金精密成型国家工程研究中心,上海200240;上海交通大学附属第三人民医院骨科,上海201900;上海交通大学附属第六人民医院骨科,上海200233;上海交通大学附属第六人民医院骨科,上海200233;上海交通大学附属第六人民医院骨科,上海200233;上海交通大学材料科学与工程学院轻合金精密成型国家工程研究中心,上海200240【正文语种】中文【中图分类】R318.08从21世纪初开始，以生物可降解镁合金为主要代表的具有生物可降解特性的新一代医用金属材料的研究发展迅速，受到了人们的特别关注[1-2]。
镁合金在生物医用材料上的发展
镁合金在生物医用材料上的发展
随着科学技术的不断发展，镁合金作为一种新型材料，其在生物医用领域中的应用逐渐受到重视。
相比于传统的金属材料，镁合金具有生物相容性好、生物吸收性强等优点，因此被广泛应用于生物医用材料的制备中。
在医疗器械方面，镁合金已经开始被用于制造支架、植入物等。
镁合金支架可以通过调整合金成分和热处理工艺来降低其生物腐蚀性，同时也可以减少支架塑性变形等问题。
镁合金植入物则可以通过其生物吸收性来减少对人体的损伤，减少二次手术的风险。
此外，在口腔修复材料、骨修复材料等方面，镁合金也有着广泛的应用前景。
研究表明，镁合金可以促进骨细胞的生长、增强骨折修复等，因此被认为是一种非常有潜力的骨修复材料。
在口腔修复方面，镁合金合成的口腔修复材料可以更好地模拟天然牙齿的形态和性能，因此具有非常广阔的市场前景。
总之，镁合金作为一种新型生物医用材料，其在医疗器械、骨修复、口腔修复等方面的应用前景十分广阔。
相信随着技术的不断发展，镁合金将会在生物医用领域中扮演越来越重要的角色。
- 1 -。
镁锂合金在生物医学方面的应用及前景
Material Sciences 材料科学, 2019, 9(7), 691-698Published Online July 2019 in Hans. /journal/mshttps:///10.12677/ms.2019.97087Biomedical Applications and Prospectof Mg-Li AlloysYuling Liu, Xiuqing ZhangEast China University of Science and Technology, ShanghaiReceived: June 27th, 2019; accepted: July 12th, 2019; published: July 19th, 2019AbstractThe mechanical properties, corrosion, degradation, pathophysiology and toxicology of currently reported magnesium-lithium alloys, as well as its applications in biomedical fields were summa-rized in the paper. The article focuses on the magnesium-lithium alloys for biodegradable scaf-folds and the key problems to be solved. The objective of this review is to describe the application requirements and research progress of biodegradable scaffolds, such as design criteria, basic principles, advantages and drawbacks of magnesium-lithium alloys.KeywordsMg-Li Alloys, Coronary Stents, Biodegradable Stents, Medical Application镁锂合金在生物医学方面的应用及前景刘玉玲，张修庆华东理工大学，上海收稿日期：2019年6月27日；录用日期：2019年7月12日；发布日期：2019年7月19日摘要本文综述了目前报道的镁锂合金的力学性能、腐蚀性能、降解性能和病理生理学和毒理学研究，以及镁锂合金在生物医学领域的应用现状。
医用镁合金微弧氧化
第52卷第12期表面技术2023年12月SURFACE TECHNOLOGY·315·医用镁合金微弧氧化/有机复合涂层的研究现状及演进方向冀盛亚a，常成b，常帅兵c，倪艳荣a，李承斌a（河南工学院 a.电缆工程学院 b.车辆与交通工程学院c.电气工程与自动化学院，河南 新乡 453003）摘要：医用镁及镁合金过快的降解速率严重缩短了其有效服役时间，过高的析氢速率引发局部炎症，束缚了其临床应用前景。
微弧氧化（MAO）/有机复合涂层良好的抑蚀降析性能，在医用镁及镁合金表面改性领域展现出巨大的应用潜力。
首先，从有机材料（植酸（PA）、壳聚糖（CS）、硬脂酸（SA）、多巴胺（DA）、聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA）、聚乳酸（PLA）、聚已内酯（PCL））自身的组织及性能特征入手，分析了单一有机涂层提高镁及镁合金耐蚀性的作用机理，并指出单一涂层自身的性能弱点（单一MAO涂层微孔和裂纹的不可避免，单一有机涂层与镁合金结合强度低，易于剥落）限制了对镁合金降解保护效能。
其次，从结合强度、耐蚀性、多功能性（生物安全性、生物相容性、诱导再生性、抑菌抗菌性、载药缓释性等）的角度，详细阐述了各MAO/有机复合涂层的结构特点、优势特征。
在此基础上，明确指出以MAO/PCL （MAO/CS）复合涂层为基底涂层，通过PCL（CS）涂层与其他涂层的交叉组合，是实现医用镁合金植入材料的生物活性及多功能性的最佳路径。
最后，对镁合金MAO/有机复合涂层的演进方向进行了科学展望。
关键词：镁合金；微弧氧化；有机材料；复合涂层；演进方向中图分类号：TG174.4 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)12-0315-20DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.12.026Research Status and Evolution Direction of Micro-arc Oxidation/Organic Composite Coating on Medical Magnesium Alloy SurfaceJI Sheng-ya a, CHANG Cheng b, CHANG Shuai-bing c, NI Yan-rong a, LI Cheng-bin a(a. School of Cable Engineering, b. School of Vehicle and Traffic Engineering, c. School of Electrical Engineering andAutomation, Henan Institute of Technology, Henan Xinxiang 453003, China)ABSTRACT: Good biosafety, biocompatibility and valuable self-degradation properties endow medical magnesium and magnesium alloys with great potential to replace inert implant materials in the field of traditional clinical applications.The excessive degradation rate of magnesium alloy, however, leads to its premature loss of structural integrity and mechanical support, being unable to complete the effective service time necessary for tissue healing of the implant site. At the same time, it is also its excessive degradation rate that leads to the intensification of hydrogen evolution reaction of收稿日期：2023-02-01；修订日期：2023-05-14Received：2023-02-01；Revised：2023-05-14基金项目：河南省科技攻关项目（222102310337，222102240104，232102241029）；博士科研资金（9001/KQ1846）Fund：Henan Province Science and Technology Research Project (222102310337, 222102240104, 232102241029); Doctoral Research Funding (9001/KQ1846)引文格式：冀盛亚, 常成, 常帅兵, 等. 医用镁合金微弧氧化/有机复合涂层的研究现状及演进方向[J]. 表面技术, 2023, 52(12): 315-334.JI Sheng-ya, CHANG Cheng, CHANG Shuai-bing, et al. Research Status and Evolution Direction of Micro-arc Oxidation/Organic Composite·316·表面技术 2023年12月magnesium alloy. Because it cannot be absorbed by the human body in a short time, the excessive H2 will easily gather around the implant or form a subcutaneous airbag, which will not only cause the inflammation of the implant site, but also hinder the adhesion and growth of cells in the implant, limiting its clinical application prospects. Surface modification technology can effectively delay the degradation rate of medical magnesium and magnesium alloys, and reduce the rate of hydrogen evolution.Firstly, starting from the structure and performance characteristics of organic materials (phytic acid (PA), chitosan (CS), stearic acid (SA), dopamine (DA), polylactic acid glycolic acid copolymer (PLGA), polylactic acid (PLA), and polycaprolactone (PCL)), the mechanism of improving the corrosion resistance of magnesium and magnesium alloys by a single organic coating was analyzed, and the performance weaknesses of a single coating were also pointed out: ①Micro arc oxidation (MAO) is an anodic oxidation process that generates a highly adhesive ceramic oxide coating on the surface of an alloy immersed in an electrolyte through high voltage (up to 300 V) spark discharge. The continuous high voltage discharge and the bubbles generated by the reaction bring about the inevitable occurrence of a large number of volcanic micropores and cracks in the coating. The diversity of discharge modes also gives rise to the unpredictable morphology of micropores and cracks. Therefore, the preparation of a single MAO coating on different alloy surfaces does not only require proper adjustment of MAO electrical parameters (current density, voltage, duty cycle, frequency, oxidation time) and the coupling effect of its electrolyte system to decrease (small) the pores and cracks on the MAO coating surface, but also increases the sealing process at the later stage. ② A single organic coating has a low bonding strength with magnesium alloy, being easy to flake off. These performance weaknesses limit the protection effect of a single coating on magnesium alloy degradation.Secondly, from the perspectives of bonding strength, corrosion resistance, and versatility (biosafety, biocompatibility, induced regeneration, antibacterial and antibacterial properties, drug loading and sustained-release properties, and so on), the structural characteristics and advantages of each MAO/organic composite coating were elaborated in detail. It has revealed that MAO/organic composite coating has an enormous application potentiality in the field of surface modification of medical magnesium and magnesium alloys, thanks to its good corrosion inhibition and degradation performance. On this basis, it is clearly pointed out that, in order to achieve the biological activity and versatility of medical magnesium alloy implant materials, the best way is to adopt the MAO/PCL (MAO/CS) composite coating as the base coating and make the cross combination of PCL (CS) coating and other coatings. Finally, the evolution direction of magnesium alloy MAO/organic composite coating is scientifically predicted.KEY WORDS: magnesium alloy; micro-arc oxidation; organic materials; composite coating; evolution direction作为人体所必须的营养元素，镁不但辅助600多种酶的合成(包括参与、维护DNA和RNA聚合酶的正确结构和活性)，而且改善胰岛素稳定和糖类正常代谢、舒张血管、降低冠心病、高血压及糖尿病的患病风险[1]。
镁及镁合金在医学中的应用
镁及镁合金在医学中的应用作者：袁月刘童斌王晶晶来源：《现代养生·下半月》2014年第06期【摘要】镁及其合金具有优良的综合学性能、与人体良好的生物相容性能以及生物可降解吸收、生物力学性能、骨诱导效应等特点、作为口腔生物材料具有显著优势，有望成为一类新型医用植入口腔的材料，综述了镁金属作为口腔生物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、对医用镁合金的表面改性技术进行了简单的论述、并对其发展前景进行了展望。
【关键词】微弧氧化；骨诱导作用；表面涂层；镁合金1 前言目前用于临床的金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛合金。
经过临床应用，上述医用金属材料是临床上很重要的。
镁作为手术中植入材料的研究在1907年，早期临床应用证实了镁合金的生物相容性、但均因镁合金在体内腐蚀过快，并且它在皮下产生产生过量氢气而失败。
从20世纪90年代起、随着人们对镁合金的研究，在镁合金耐腐蚀性和力学性能的技术方面得到很大的提高，研究者开始进一步开展镁及其合金作为外科材料的研究。
这些年来，镁合金医用材料的主要优势是在它的生物特性上与其他金属有许多不同的地方。
（1）镁是人体内含量最多的阳离子之一、吴茂江研究表明几乎参与人体内所有的新陈代谢过程，稳定DNA和RNA的结构，能激活体内多种酶，调节神经肌肉和中枢神经系统的活力，调节细胞内流动的钙元素，有减压助眠和放松表情的功效，有效防治某些疾病的作用[1]。
（2）具有良好的机械性能，其弹性模量（约45Gpa）与人骨的弹性模量（约10-30Gpa）非常接近，可以显著减少由于植入体与人骨之间弹性模量不匹配而引起的"应力遮挡效应"，从而促进骨组织的愈合从而促进骨组织的愈合[2]。
witter等的实验证明高镁离子浓度可能导致骨细胞的激活[3]。
常晓峰等进行了动物实验，早期加入镁合金可以加快骨痂牵引成骨的速度，促进骨质的成熟[4]。
王程越等自制AZ31镁合金牵引器在牵引完成后4周可提高下颌骨的高度[5]，洪岩松等将两种形态的AZ31B镁合金植入实验动物体内，结果显示， AZ31B镁合金具有很明显的使动物机体生成新骨的能力，但是当镁合金大量降解，使产生的局部镁离子浓度过大时，则会引起局部的溶骨反应[5-6]。
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镁合金在生物医用材料领域的应用及发展前景
作者：张佳， 宗阳， 付彭怀， 袁广银， 丁文江， Zhang Jia， Zong Yang， Fu Peng-huai，Yuan Guang-yin， Ding Wen-jiang
作者单位：张佳,宗阳,付彭怀,Zhang Jia,Zong Yang,Fu Peng-huai(上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心,上海市,200240)， 袁广银,丁文江,Yuan Guang-yin,Ding Wen-jiang(上海交
通大学轻合金精密成型国家工程研究中心,上海市,200240;上海交通大学金属基复合材料国
家重点实验室,上海市,200030)
刊名：
中国组织工程研究与临床康复
英文刊名：JOURNAL OF CLINICAL REHABILITATIVE TISSUE ENGINEERING RESEARCH
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本文链接：/Periodical_xdkf200929040.aspx。