生物医用镁合金研究进展
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Ｔａ ｂｌ ｅ １ Ｓｕｍｍ ａ ｒ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｐ ｈｙｓ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎｄ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕｓ ｉ ｍｐｌ ａ ｎ ｔ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｉ ｎ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏｎ ｔ ｏ ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｂ ｏ ｎｅ ［ 。 ］
往 往 表 现为 强度 、 刚性、 稳定性较低 ； 金 属 材 料 由 于具
有 良好 的综合 力 学性 能 ， 在骨 科 、 口腔 修 复和 心 血 管治
疗 等 领域 一直 有 着广 泛 的应 用 。
目前 ， 广 泛应 用 于 临 床 的 金 属 植 入 材 料 包 括 不 锈 钢、 钴铬合金 及钛合金 ， 它 们 都 具 有 良好 的 抗 腐 蚀 性 能， 在体 内能够长期保持 结构稳定 ， 但 也 存 在 一 些 弊 端， 如 这 些材 料 因 体 内摩擦 而 产 生磨 屑 以及 因腐 蚀 而 产 生 有毒 离 子 ， 造 成 局部 过敏 反应 或 者炎 症 ， 降 低 其生
２ 镁 合 金 作 为 生 物 医用 材 料 的 优 势 与 不 足
２ ． １ 镁 合 金 的 优 势
镁 合 金之所 以成 为生 物 医用可 降解 金属 植 入材 料 领域 的研 究热 点 ， 其 原 因有 ： （ １ ）镁 合金 具 有 良好 的生 物相 容性 。镁是 人 体 内仅 次 于钙 、 钠 和 钾 的常 量 元 素 之一 ， 能够 激活 多 种 酶 ， 参 与 体 内一 系 列 代 谢 过 程 ， 促 进钙 的沉 积 ， 是 骨生 长 的必需元 素 ］ 。此 外 ， 体 内过 量 的镁 可通 过尿 液 排 出体 外 ， 不 会 导 致 血清 镁 含 量 的 明 显 升高 或沉 积 于 体 内而 引起 中毒 反 应 ［ ８ ； （ ２ ）镁 合 金 具有 良好 的力学 相 容性 。镁及 其合 金有 高 的 比强度 和
物相 容性 。此外 ， 这 些材 料 为不可 降解 材 料 ， 对 于 只需
二 次骨 折 ； （ ３ ）镁 合 金 具 有完 全 可 降解 性 。镁 具 有 很 低 的标 准 电极 电位 （ 一２ ． ３ ７ Ｖ） ， 易 发 生腐 蚀 反应 ， 在 含 有ｃ １ 的人 体 体液 环境 中易生 成 镁离 子被 周 围机体 组
织 吸收 或通 过 体 液 排 出体 外 ； （ ４ ）镁 合 金 成 本 低 。镁
的资源 丰富 ， 价格 相对低 廉 。
短期 植 入时 ， 在 人 体 组 织 功 能恢 复 之后 需 要 通 过 二 次
表 １ 不 同 植 入 材 料 相 对 于 自然 骨 的 物 理 和 力 学 性 能 总 结 。
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文 章编 号 ： １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ （ ２ ０ １ ３ ） ２ ０ — ２ ９ １ ３ — ０ ６
生物 医用 镁 合 金 研 究进 展
李 涛 ， 张 海龙 ， 何 勇 ， 张金 玲 ， 王 西 涛
（ ： ｌ ｌ ｓ 京 科技 大学 新金 属材 料 国家 重点实 验室 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ）
解 机理 及腐 蚀行 为 和耐 蚀 性 研究 进 行 了详 细介 绍 ， 并
蚀 性研 究 ， 并指 出 了研 究 中存 在 的 问题 和 未 来 发 展 方
向。
指 出了研究 中存 在 的问题 和未来 发展 方 向。
关键词 ： 镁 合金 ； 生 物 医用 ； 可 降解 ； 腐 蚀 中 图 分 类 号 ： ＴＧ１ ４ ６ ． ２ ２ 文献 标识 码 ： Ａ ＤｏＩ ： １ ０ ． ９ ６ ９ ／ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ ． ２ ０ １ ３ ． ２ ０ ． ０ ０ ２
摘 要 ： 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
手术 取 出 ， 增加 了患者 的痛苦 、 二 次手术 风 险 和医疗 成
本 。
鉴 于此 ， 近年 来 ， 国 内外 学者 对生 物 医用 可降 解金 属植 入 材料进 行 了大量 的研究 。由于镁 及 其合 金 表现 出诸 多 优势 ， 成为 此领域 的研究 热 点 一 。本 文就 生物 医用镁 合金 的最 新 研 究 进展 进 行 了综述 ， 对镁 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
比刚度 ， 且 密 度 接 近 自然 骨 ， 如表 １ ＿ ９ 所示 ， 其 弹 性 模 量约 为 ４ １ ￣４ ５ ＧＰ ａ ， 更 接近 于人 骨的 弹性模 量 ， 可有 效 缓解 应力 遮挡 效 应 ， 促 进 骨 的 生长 和 愈合 并 防止 发 生
１ 引 言
近年 来 ， 生物 植 入 材 料 显 示 出 巨大 的市 场 潜 力 和 发 展 前景 。在 生 物 植 入 材 料 中 ， 陶瓷 材 料 因脆 性 太 强 在 体 内冲击 载荷 情 况 下 存 在 潜 在 风 险 ； 高 分 子 材 料 又
往 往 表 现为 强度 、 刚性、 稳定性较低 ； 金 属 材 料 由 于具
有 良好 的综合 力 学性 能 ， 在骨 科 、 口腔 修 复和 心 血 管治
疗 等 领域 一直 有 着广 泛 的应 用 。
目前 ， 广 泛应 用 于 临 床 的 金 属 植 入 材 料 包 括 不 锈 钢、 钴铬合金 及钛合金 ， 它 们 都 具 有 良好 的 抗 腐 蚀 性 能， 在体 内能够长期保持 结构稳定 ， 但 也 存 在 一 些 弊 端， 如 这 些材 料 因 体 内摩擦 而 产 生磨 屑 以及 因腐 蚀 而 产 生 有毒 离 子 ， 造 成 局部 过敏 反应 或 者炎 症 ， 降 低 其生
２ 镁 合 金 作 为 生 物 医用 材 料 的 优 势 与 不 足
２ ． １ 镁 合 金 的 优 势
镁 合 金之所 以成 为生 物 医用可 降解 金属 植 入材 料 领域 的研 究热 点 ， 其 原 因有 ： （ １ ）镁 合金 具 有 良好 的生 物相 容性 。镁是 人 体 内仅 次 于钙 、 钠 和 钾 的常 量 元 素 之一 ， 能够 激活 多 种 酶 ， 参 与 体 内一 系 列 代 谢 过 程 ， 促 进钙 的沉 积 ， 是 骨生 长 的必需元 素 ］ 。此 外 ， 体 内过 量 的镁 可通 过尿 液 排 出体 外 ， 不 会 导 致 血清 镁 含 量 的 明 显 升高 或沉 积 于 体 内而 引起 中毒 反 应 ［ ８ ； （ ２ ）镁 合 金 具有 良好 的力学 相 容性 。镁及 其合 金有 高 的 比强度 和
物相 容性 。此外 ， 这 些材 料 为不可 降解 材 料 ， 对 于 只需
二 次骨 折 ； （ ３ ）镁 合 金 具 有完 全 可 降解 性 。镁 具 有 很 低 的标 准 电极 电位 （ 一２ ． ３ ７ Ｖ） ， 易 发 生腐 蚀 反应 ， 在 含 有ｃ １ 的人 体 体液 环境 中易生 成 镁离 子被 周 围机体 组
织 吸收 或通 过 体 液 排 出体 外 ； （ ４ ）镁 合 金 成 本 低 。镁
的资源 丰富 ， 价格 相对低 廉 。
短期 植 入时 ， 在 人 体 组 织 功 能恢 复 之后 需 要 通 过 二 次
表 １ 不 同 植 入 材 料 相 对 于 自然 骨 的 物 理 和 力 学 性 能 总 结 。
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文 章编 号 ： １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ （ ２ ０ １ ３ ） ２ ０ — ２ ９ １ ３ — ０ ６
生物 医用 镁 合 金 研 究进 展
李 涛 ， 张 海龙 ， 何 勇 ， 张金 玲 ， 王 西 涛
（ ： ｌ ｌ ｓ 京 科技 大学 新金 属材 料 国家 重点实 验室 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ）
解 机理 及腐 蚀行 为 和耐 蚀 性 研究 进 行 了详 细介 绍 ， 并
蚀 性研 究 ， 并指 出 了研 究 中存 在 的 问题 和 未 来 发 展 方
向。
指 出了研究 中存 在 的问题 和未来 发展 方 向。
关键词 ： 镁 合金 ； 生 物 医用 ； 可 降解 ； 腐 蚀 中 图 分 类 号 ： ＴＧ１ ４ ６ ． ２ ２ 文献 标识 码 ： Ａ ＤｏＩ ： １ ０ ． ９ ６ ９ ／ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ ． ２ ０ １ ３ ． ２ ０ ． ０ ０ ２
摘 要 ： 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
手术 取 出 ， 增加 了患者 的痛苦 、 二 次手术 风 险 和医疗 成
本 。
鉴 于此 ， 近年 来 ， 国 内外 学者 对生 物 医用 可降 解金 属植 入 材料进 行 了大量 的研究 。由于镁 及 其合 金 表现 出诸 多 优势 ， 成为 此领域 的研究 热 点 一 。本 文就 生物 医用镁 合金 的最 新 研 究 进展 进 行 了综述 ， 对镁 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
比刚度 ， 且 密 度 接 近 自然 骨 ， 如表 １ ＿ ９ 所示 ， 其 弹 性 模 量约 为 ４ １ ￣４ ５ ＧＰ ａ ， 更 接近 于人 骨的 弹性模 量 ， 可有 效 缓解 应力 遮挡 效 应 ， 促 进 骨 的 生长 和 愈合 并 防止 发 生
１ 引 言
近年 来 ， 生物 植 入 材 料 显 示 出 巨大 的市 场 潜 力 和 发 展 前景 。在 生 物 植 入 材 料 中 ， 陶瓷 材 料 因脆 性 太 强 在 体 内冲击 载荷 情 况 下 存 在 潜 在 风 险 ； 高 分 子 材 料 又