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镁应用

生物医用金属材料在临床上的表现大放光彩！

发布时间：2023-07-17 作者：综合管理部

目录盘点

背景概述（前言）

镁合金材料临床应用逐年攀升

钛及钛合金材料临床应用蒸蒸日上

总结与展望


01背景概述（前言）



当生物医用金属材料广泛被用于植入材料时，长期的实用性与安全性便成为了对医用金属材料的第一要求。目前，医用金属材料在临床上已经取得了较为广泛的应用，同时也具备重要的研究价值。

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目前临床应用的医用金属材料主要有不锈钢、钛及钛合金、钴基合金、镁合金等。毋庸置疑，这些金属材料的使用,必须保证对人体无害。一旦金属发生腐蚀，就会溶出金属离子，便会对生物体的细胞组织会产生不良影响。因此，要选用不易腐蚀、高耐腐蚀的金属材料，而钛刚好具备高耐腐蚀性的优点。全世界在医疗事业中所使用的钛量,一年大约为1000t。此外，可生物降解镁合金因其优异的力学性能、良好的生物相容性和可生物降解的吸收特性，被多次引入医疗植入材料领域 。


02镁合金材料临床应用逐年攀升



心血管领域的应用

阻塞性血管疾病发病率呈逐年上升趋势，严重威胁着人类的健康。血管内支架植入手术已成为冠状动脉和外周血管阻塞性疾病的主要治疗手段。镁合金在生理条件下的力学性能及腐蚀动力学均具有良好的可控性，在达到扩张血管目的的同时，克服了植入体长期存留所造成的并发症，同时其生物降解性为同一病变进行多次介入干预，提供了可能。镁合金表面带有负电荷，具有低血栓源性和降低支架内急性血栓形成的功效，其降解产物镁是三磷酸腺苷酶的辅因子，也是生理性钙拮抗剂，可以有效预防各种缺血再灌注造成的钙超载损伤。


近日，瑞金医院心内科张瑞岩主任在瑞金海南医院接诊一名冠心病患者时，就选用了Magmaris镁合金可吸收支架植入术进行治疗。这次手术的顺利完成，不仅标志着瑞金医院心内科团队在可吸收支架的植入领域已走在世界前列，更是为这一创新器械能够惠及更多中国患者迈出了实质性的一步。

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而镁合金材质的Magmaris可吸收支架具有更优的支撑性，能够为病变部位提供有效的支撑，其降解产物镁是人体所需的常量元素，吸收及代谢更为安全。近年来中国的冠心病发病率越来越高，且发病年龄较之前也明显提前，患者的预期寿命更长，因而临床上对能够有效改善冠脉管腔直径并且避免永久性支架植入的需求越来越高。随着Magmaris可吸收镁合金支架等创新器械的广泛使用，让更多的冠心病患者看到了新的希望。

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骨科领域的应用

镁合金材料与人骨力学性能匹配，将镁合金作为骨固定材料会具有一定的优势。

一是镁及镁合金密度与人骨密度相接近，能有效降低应力遮挡效应，符合理想接骨板的力学性能要求；

二是镁降解生成的镁离子易被人体组织吸收或通过体液排出体外，其可生物降解性避免了患者二次手术的痛苦，兼具良好的生物相容性，使之成为了一种新型骨科医用材料。

现在已有相关研究表明，在多孔镁合金植入体的周围,可以发现更为活跃的成骨细胞增殖。Geng等专家认为, 经β-磷酸三钙涂层处理的多孔镁基体在耐腐蚀性、骨细胞粘附性和增殖能力方面的应用也发生了显著变化。关于不同孔隙率和孔径的镁合金研究中发现，孔隙率为35%的镁合金在力学性能上，与人体骨骼最为接近。由此可见，将多孔镁基材料运用于骨修复中表现出了良好的前景。

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 普外科领域的应用

镁合金具备的良好力学性能，能够对胆道管腔提供暂时的支撑作用，其可靠的生物相容性既可降解性的避免了植入支架对人体的危害和长期放置引起的并发症，也在肝胆外科尤其是胆道良性疾病的治疗方面有着广阔的发展前景。

 口腔科领域的应用

镁合金相对于其他金属材料而言更接近人体骨密质，作为牙种植体材料具有更好的生物力学相容性。同时，镁合金能促进钙磷的沉积，密质骨的生长，表明镁及其合金在口腔种植领域有良好的应用前景。


03钛及钛合金材料临床应用蒸蒸日上



随着钛合金的开发研制、钛材品种的增多及价格的降低，钛在民用工业中的应用成倍增加。细分市场占比超过5%的子行业包括体外诊断、心脏、影像诊断、骨科、眼科、整形六大细分领域。新型钛合金可兼顾骨科，齿科和血管介入等多种用途的先进材料。钛合金的生产技术应向着低模量、高强度、良好生物相容性和力学相容性的方向发展。从发展趋势来看，新型钛合金将成为未来发展的方向和医用钛合金市场的主流。

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与传统的生物医用不锈钢和钴铬合金相比，钛及钛合金材料由于其低弹性模量、高比强度、优异的生物相容性和耐腐蚀性等特点，具有更适宜的生物医用特性，被广泛应用于人工关节(髋、膝、肩、踝、肘、腕、指关节等)、骨创伤产品(髓内钉、固定板、螺钉等)、脊柱矫形内固定系统、牙种植体、牙托、牙矫形丝、人工心脏瓣膜、介入性心血管支架等医用材料。

牙科

钛与人体结缔的组织、骨骼上皮组织都具有良好的亲和性，优良的力学性能也体现其在医用合金中的优势，且密度小、质量轻、耐腐蚀性好、戴用舒适。因此，钛作为义齿(种植牙)材料受到广泛青睐。此外，钛义齿通过表面处理之后，美观性能增加，能够满足大众对美的需求，给人以视觉的享受。

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肢体矫正

据有关材料报道，每年世界上约有1亿病人患有膝关节和臂关节等有关炎症，进行替换手术治疗势在必行，因此具有优良替换功能的钛合金为患者带来福音。与陶瓷、不锈钢等材料相比，钛合金的弹性模量更接近于人体骨骼，在模量大小上更具有优势。因此钛合金在踝关节、肘关节等矫正中得以广泛应用。此外，多孔钛合金材料能够使假体具有生物活性，有助于股骨头的愈合，加之钛合金表面的生物相容性较好，能诱导骨细胞生长，因此被临床医生、骨科领域专家等所推崇。

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植入修复与替代

钛及钛合金作为植入修复物的优点主要有以下几点：

第一，强度高，化学稳定性及生物相容性好。

第二，无毒，对人体不会造成伤害。

第三，弹性模量低，与人体骨骼更匹配，其记忆合金中的弹性能力和形状恢复功能也对于人体恢复扮演着重要的角色。

第四，钛在颅骨修复方面也具有一定的功效，它可以利用钛网修复缺损的颅骨，同时也可以为人体心血管制备人造心脏瓣膜、血液过滤器、心脏起搏器和人工心脏泵等。


04总结与展望



可降解镁基材料以及钛合金等相对于传统金属医用材料来说，在生物相容性及力学性能上表现出了十分显著的优越性。这类新材料有望取代部分的传统生物医用金属材料在临床上的应用。就目前的发展趋势来看，新型生物医用金属材料未来将会带给患者更多的福音，从而造福全人类.....



来源: 轻合金国家工程研究中心应用基地、 中国有色金属工业协会镁业分会


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