文 | 劉茗賀 鄭州外國語中學(xué)

1. 引言

生物醫(yī)用材料是一類具有特殊性能、多種功能，常用在人造器官、外科手術(shù)、康復(fù)理療、疾病的診斷和治療，并對人體無毒副作用的材料。生物醫(yī)用材料具有較理想的生物再生過程，且在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)引起急性或慢性危害。由于傳統(tǒng)生物醫(yī)用材料具有不可降解性，需服藥抵抗或手術(shù)取出，會(huì)對宿主造成二次危害，因此近年來可降解生物醫(yī)用材料受到大家的廣泛關(guān)注。可降解生物醫(yī)用材料具有更好的生物相容性，物理和力學(xué)性能穩(wěn)定可靠，而且可降解性也是其最大優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)材料組成和性質(zhì)可分為可降解醫(yī)用高分子，可降解醫(yī)用生物陶瓷，可降解醫(yī)用金屬，可降解醫(yī)用復(fù)合材料。

其中，生物醫(yī)用可降解鎂合金材料相對于其余材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能、完全可降解性和杰出的生物相容性，有望廣泛應(yīng)用于臨床硬組織修復(fù)或替代。

2. 鎂合金材料的抗腐蝕研究鎂合金具有諸多顯著的優(yōu)點(diǎn)：①鎂合金生物相容性良好。鎂是人體內(nèi)僅次于鈣、鈉和鉀的常量元素，體內(nèi)過量的鎂可通過尿液排出，不會(huì)發(fā)生中毒反應(yīng)。

②鎂合金材料有著優(yōu)異的力學(xué)相容性。

同時(shí)其合金有高的比強(qiáng)度和比剛度，密度接近自然骨。③鎂合金具有完全可降解的特性。其標(biāo)準(zhǔn)電極電位較低，在體內(nèi)易于降解。④鎂合金成本低。由于其資源豐富，易獲取，價(jià)格低廉。但是，鎂合金在生物體內(nèi)降解速度過快，導(dǎo)致其不能對組織形成很好的固定和保護(hù)作用，因而嚴(yán)重影響了其大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。

針對這一問題，廣大的研究者提出了多種方案來緩解其在生物體內(nèi)過快的降解速度，主要分為以下四類：合金化處理、表面改性處理、非晶化處理和復(fù)合材料。

（1）合金化處理合金化是指向鎂中添加一定的合金元素，以此來提升材料的耐蝕性能和機(jī)械性能。合金化能夠細(xì)化組織，強(qiáng)烈降低局部腐蝕傾向，并且稀土元素等還能起到鈍化作用。Mahallawy 等制備了 Mg-5Sn-2Zn-0.1Mn 合金，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過合金化處理后其抗壓強(qiáng)度得到了顯著的提升，同時(shí)其腐蝕降解速度也明顯降低。Cui 等研究了 Li 含量對 Mg-Li-Ca 合金的性能影響，發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)異的生物相容性，同時(shí)適量的Li可以顯著降低其降解速度。

（2）表面改性處理表面改性處理是指改變鎂合金表面的物相組成的處理方式。鎂合金的表面涂層化處理能夠在其表面形成致密的氧化膜，提高其耐腐蝕性。部分表面改性方法還可提高生物相容性，誘導(dǎo)骨組織的生長。Wang 等人通過將 AZ31 鎂合金浸泡在含有 NaNO 3 、Ca（H 2 PO 4 ） 2 ·2H 2 O和H 2 O 2 的混合溶液中，靜置一段時(shí)間后，在鎂合金的表面便得到了Ca-P基涂層。

改良后的鎂合金大大提升了其在體內(nèi)外的抗腐蝕性能，同時(shí)在體外實(shí)驗(yàn)中，其對細(xì)胞粘附和增殖能力也有明顯改善。

Zhao 等在 Mg-ZnCa（PO 4 ） 2 復(fù)合物表面制備了殼聚糖涂層，研究表明，改性材料在體內(nèi)外的抗腐蝕性都有顯著提升，且沒有明顯的細(xì)胞毒性。

（3）非晶化處理非晶化處理是指運(yùn)用物理氣相沉積、固相燒結(jié)法、離子輻射法、甩帶法和機(jī)械法等方法使金屬材料在原子尺度上結(jié)構(gòu)無序。鎂基大塊非晶合金的無晶界、化學(xué)均勻性和單相結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)能夠有效減弱電偶腐蝕效應(yīng)，使其耐蝕性優(yōu)于同成分的晶態(tài)合金。Wang 等人通過向體系中添加 Fe 顆粒的方法大大增強(qiáng)了Mg-Zn-Ca 塊狀非晶合金復(fù)合材料的機(jī)械性能和耐腐蝕性，研究表明，隨著 Fe顆粒的增多，非晶基體中嵌入了延展性較好的 a-Mg 和 Mg-Zn 樹枝晶，從而增加了體系的斷裂應(yīng)變和抗壓強(qiáng)度。Zberg等設(shè)計(jì)了一組富 Zn 的 MgZnCa 塊體非晶合金成分，同時(shí)做了電化學(xué)測試，結(jié)果顯示非晶態(tài)的 Mg 基合金的耐蝕性能明顯優(yōu)于同成分的晶態(tài)合金，有望作為植入體應(yīng)用于生物體中。

（4）鎂合金復(fù)合材料鎂合金復(fù)合材料是指通過物理或化學(xué)的方法將鎂合金與其他一種或一種以上性質(zhì)不同的材料，在微觀或者宏觀上組成的具有新性能的材料。Jaiswal 等采用加熱鑄造法制備了 Mg-3Zn-HA 復(fù)合材料的方法，發(fā)現(xiàn)加入適量的 HA 可以使其腐蝕率顯著降低。此外，Khalajabadi等通過粉末冶金技術(shù)制備了 Mg/HA/TiO 2 復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)其腐蝕速度得到控制，抗壓性能和生物相容性也較好。

3. 結(jié)論與展望生物醫(yī)用鎂合金具有良好的生物相容性、力學(xué)相容性和可降解性，因而受到了廣泛關(guān)注。但是腐蝕速率過快又限制了其實(shí)際應(yīng)用。針對這個(gè)問題，研究者提出了鎂合金的合金化、表面處理、非晶化和復(fù)合材料等四類解決方案。結(jié)果表明鎂合金的抗腐蝕性能得到了明顯改善。但是，上述方案都沒有完全解決鎂合金在實(shí)用化道路上的所有問題，因此需要更好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和方案來解決這些問題。我們認(rèn)為可以從如下三個(gè)方面著手解決：（1）選擇對生物體無毒無害的恰當(dāng)?shù)暮辖鹪負(fù)饺腈V合金體系，使其綜合性能得到提高；（2）結(jié)合上述兩種甚至多種策略同時(shí)對鎂合金進(jìn)行處理，從而同時(shí)優(yōu)化其各項(xiàng)性能指標(biāo)；（3）進(jìn)一步完善和規(guī)范生物醫(yī)用鎂合金材料的體外和體內(nèi)測試標(biāo)準(zhǔn)，加速其大規(guī)模實(shí)用化的應(yīng)用研究。