镁合金在医疗植入物中的应用与挑战

镁合金在医疗植入物中的应用与挑战

杨永欣1屈辰鸣2冯雅珊3

郑州铁路职业技术学院机电工程学院 河南郑州 451460

摘要：随着生物医学工程领域的快速发展，生物可降解材料在医疗植入物中的应用越来越受到关注。镁合金作为一种生物可降解材料，具有许多理想的特性，如良好的机械性能、生物相容性和生物可降解性。这些特性使得镁合金成为医疗植入物领域的理想选择。本文将重点讨论镁合金在医疗植入物中的应用，并分析其在应用过程中所面临的挑战。

关键词：镁合金；医疗植入物；应用

1镁合金在医疗植入物中的特性与优势

1.1镁合金的生物相容性

镁合金作为一种新型生物材料，在医疗植入物领域具有广阔的应用前景。其生物相容性是其在医疗植入物中得以应用的重要特性之一。镁合金具有优异的生物相容性，其化学成分和生物相容性能使其成为一种理想的医疗植入材料。镁合金在体内腐蚀的产物主要是Mg2+，而Mg2+是人体内的必需微量元素，因此对人体组织没有毒性，可以逐渐被代谢和排出体外。此外，镁合金具有较低的密度和较高的比强度，有利于降低植入物的负担，减少植入物对人体组织的损伤，从而有利于组织修复和愈合。因此，镁合金在医疗植入物中展现出了良好的生物相容性，为其在医疗植入物中的应用提供了坚实的基础。

1.2镁合金的机械性能

首先，镁合金的密度较低，接近人体组织的密度，因此可以减轻植入物的负担，减少对人体组织的损伤。其次，镁合金具有良好的强度和塑性，能够满足医疗植入物在植入和使用过程中的力学性能要求。此外，镁合金还具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，这些特性使得镁合金在医疗植入物中能够长期稳定地发挥作用。因此，镁合金在医疗植入物中的机械性能表现出了明显的优势，为其在医疗植入物领域的应用提供了坚实的技术支撑。

1.3镁合金在医疗植入物中的优势与应用

目前，镁合金在医疗植入物中的应用已经涵盖了骨科植入物、心血管支架、生物吸收性植入物等多个领域。在骨科植入物中，镁合金可以促进骨组织的生长和修复，有助于提高植入物的生物相容性和功能性。在心血管支架中，镁合金可

以减少血管再狭窄的风险，降低二次手术的需求。在生物吸收性植入物中，镁合金可以逐渐降解并被人体代谢，避免了传统植入物在体内长期残留的问题，有利于组织修复和愈合。因此，镁合金在医疗植入物中的优势和应用前景广阔，为医疗植入物领域的发展带来了新的机遇和挑战。

2镁合金在医疗植入物中的挑战与问题

2.1镁合金生物腐蚀性

镁合金作为一种生物材料，其生物腐蚀性是医疗植入物应用中的重要挑战之一。在人体内，镁合金可能受到生物腐蚀的影响，导致材料的降解和释放。这种生物腐蚀性可能引起周围组织的炎症反应，影响植入物的长期稳定性和生物相容性。当前，针对镁合金生物腐蚀性的研究主要集中在材料的表面改性和涂层保护等方面，以提高镁合金在体内的稳定性和安全性。此外，镁合金生物腐蚀性的研究也需要考虑不同组织和器官对镁合金生物腐蚀性的差异性。例如，镁合金在骨骼系统中的生物腐蚀性表现可能与在心血管系统中的表现存在差异，这需要针对不同组织环境的特点进行深入研究和分析。因此，镁合金生物腐蚀性的挑战需要综合考虑材料的生物相容性、组织适应性以及长期稳定性等因素，以期望解决镁合金在医疗植入物中的生物腐蚀性问题。

2.2镁合金的可塑性与加工难度

在医疗植入物的制备过程中，需要对镁合金进行精细地加工和成形，以满足植入物的特定形状和尺寸要求。然而，镁合金材料的高塑性也使得其在加工过程中容易发生晶粒变形、组织不均匀等问题，影响材料的力学性能和稳定性。针对镁合金的可塑性和加工难度问题，需要开展材料成形工艺、加工设备和工艺参数的优化研究。通过改进加工工艺和技术手段，提高镁合金在医疗植入物制备过程中的加工效率和成型质量，以应对镁合金在医疗植入物中的可塑性和加工难度问题。

2.3镁合金医疗植入物的长期稳定性问题

镁合金医疗植入物的长期稳定性是该材料在医疗应用中面临的另一个重要挑战。由于人体内环境的复杂性和多变性，镁合金医疗植入物在长期使用过程中可能受到多种因素的影响，如生物腐蚀、力学疲劳、应力集中等。这些因素可能导致镁合金医疗植入物的性能退化、材料断裂等问题，直接影响植入物的安全性和稳定性。为解决镁合金医疗植入物的长期稳定性问题，需要开展长期耐久性评价和性能监测研究。通过对镁合金医疗植入物在长期使用过程中的材料性能变化、组织结构演变等方面进行综合分析，以及结合不同组织器官环境的实际情况，寻求提高镁合金医疗植入物长期稳定性的途径和策略。同时，也需要结合现代仿生材料的设计理念，开发出更符合人体工程学和生物力学要求的镁合金医疗植入物，以期望解决长期稳定性问题。

3镁合金在医疗植入物中的改进与应对策略

3.1镁合金表面处理技术与改进

由于镁合金本身在医疗植入物中存在腐蚀性能不足的挑战，因此表面处理技术的改进对于提高镁合金的生物相容性和生物降解性具有重要意义。目前，常用的表面处理技术包括阳极氧化、溅射镀膜、化学转化涂层等。这些技术能够有效地改善镁合金表面的耐蚀性和力学性能，从而增强其在医疗植入物中的应用前景。另外，针对镁合金表面处理技术的改进，还可以通过表面形貌设计和生物功能化改进来提高其生物相容性和降解性能。通过在镁合金表面形成微纳米结构，可以有效增加表面积，提高生物相容性；同时，通过生物功能化改进，加载药、生物活性物质修饰等手段，可以使镁合金在医疗植入物中具有更好的生物活性和生物亲和性。因此，镁合金表面处理技术的改进是提高镁合金医疗植入物应用性能的关键之一。

3.2镁合金与其他材料复合的解决方案

目前，常见的镁合金复合材料包括镁基生物复合材料、镁基复合涂层等。镁基生物复合材料通过将镁合金与生物降解聚合物等材料复合，能够有效提高镁合金的生物降解性能，并且降低其腐蚀速率，从而减少对周围组织的损伤。此外，镁合金与生物活性陶瓷、生物活性玻璃等材料的复合，也是改进镁合金医疗植入物的重要途径。这种复合材料不仅可以提高镁合金的生物相容性，还能够在一定程度上弥补镁合金力学性能不稳定的问题，从而进一步拓展了镁合金在医疗植入物中的应用范围。

3.3镁合金医疗植入物的生物功能化改进

生物功能化改进是提高镁合金医疗植入物性能的重要途径之一。通过生物功能化改进，可以使镁合金具有更好的生物相容性、促进骨组织生长和修复等特性。常见的生物功能化改进策略包括载药、生物活性物质修饰、表面生物活性分子吸附等。通过将生物活性物质载入镁合金材料中，可以实现对特定生物活性物质的缓释释放，从而促进骨组织修复和生长；同时，通过表面生物活性分子的修饰，也能够有效地改善镁合金的生物相容性和生物降解性能。因此，生物功能化改进为镁合金医疗植入物的性能提升提供了重要的技术支持。镁合金在医疗植入物中的改进与应对策略主要包括表面处理技术的改进、与其他材料复合以及生物功能化改进。这些策略的实施将有助于提高镁合金医疗植入物的生物相容性、生物降解性和力学性能，为其在医疗领域的应用提供重要的支持和保障。随着这些策略的不断完善和创新，相信镁合金医疗植入物将迎来更加广阔的发展前景。

结束语

镁合金在医疗植入物中的应用具有巨大的潜力，但仍需克服一些挑战。为了解决这些挑战，研究人员正在努力改进镁合金的性能，如控制生物降解速率、提高机械性能和改善生物相容性。此外，还可以通过表面处理和复合材料技术来增强镁合金的性能。随着研究的深入和技术的进步，我们有理由相信镁合金在医疗植入物中的应用将会更加广泛。

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基金项目：河南省高等学校重点科研项目：22B430033

第一作者：杨永欣（1988—），男，博士研究生，研究方向为生物材料表面及界面，E-mail:yangyongxinkt@yeah.net

通讯作者：冯雅珊himalaya_2002@163.com