瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究人員首次在納米尺度上觀察到生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的鎂合金的腐蝕。這為更好預(yù)測(cè)人體植入物的降解，開(kāi)發(fā)量身定制的植入物材料邁出重要一步。研究結(jié)果已發(fā)表在《高級(jí)材料》雜志上。

鎂及其合金正越來(lái)越多地用于醫(yī)學(xué)，它可以作為骨外科手術(shù)中的植入物材料，例如螺釘或鋼板等；也可以作為支架材料，用以擴(kuò)張?jiān)谛难芡饪浦歇M窄的冠狀血管。

與不銹鋼、鈦或聚合物制成的常規(guī)植入物相比，輕金屬具有生物可吸收的優(yōu)勢(shì)，因此不需要第二次手術(shù)就可以從患者體內(nèi)取出植入物。鎂還促進(jìn)骨骼生長(zhǎng)，從而有利于骨折愈合。

但是純金屬鎂太軟，因此不適合此類(lèi)手術(shù)應(yīng)用。為了獲得必要的強(qiáng)度，必須添加合金元素，通常是稀土元素釔和釹。由于這些物質(zhì)對(duì)人體而言是異物，因此它們可能會(huì)在拆除植入物時(shí)在人體內(nèi)積聚，其后果尚難預(yù)料。對(duì)于兒童來(lái)說(shuō)，這種植入物更是不適宜。

來(lái)自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院金屬物理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的約爾格·洛夫勒教授開(kāi)發(fā)了一種新的合金家族，除了鎂以外，還含有低于1％的鋅和鈣元素。這些元素與鎂一樣，具有生物相容性，可以被人體吸收。

根據(jù)制造工藝的不同，在新開(kāi)發(fā)的合金中會(huì)形成由三種合金元素形成的沉淀。這些沉淀物的大小各不相同，通常只有幾十納米。但對(duì)于增強(qiáng)植入物材料良好機(jī)械性能必不可少，并且可能會(huì)影響材料的腐蝕速度。

然而，這些生物相容性鎂合金的廣泛外科手術(shù)應(yīng)用仍面臨障礙，主要是對(duì)在所謂生理?xiàng)l件下體內(nèi)金屬降解機(jī)理了解甚少。因此，無(wú)法獲得這種植入物在體內(nèi)保留多長(zhǎng)時(shí)間的可靠預(yù)測(cè)。

洛夫勒教授及其同事借助分析透射電子顯微鏡（TEM），能夠在幾秒到幾小時(shí)的模擬生理?xiàng)l件下，以前所未有的納米分辨率詳細(xì)觀察鎂合金的結(jié)構(gòu)和化學(xué)變化。使用這項(xiàng)現(xiàn)代技術(shù)證明了以前無(wú)法獲得的脫合金機(jī)制，該機(jī)制可確定鎂基質(zhì)中沉淀物的降解。

研究人員能夠近乎實(shí)時(shí)地觀察到鈣和鎂離子在與模擬體液接觸時(shí)如何從排泄物中逸出，而鋅離子仍然保留并積累。結(jié)果排泄物的化學(xué)組成連續(xù)變化，這也證明了它們的電化學(xué)活性在沉淀物中動(dòng)態(tài)變化的事實(shí)，即加速了植入物材料的降解。

該研究主要作者，洛夫勒教授的博士生瑪?shù)倌?middot;?；敉薹Q(chēng)，“這種認(rèn)識(shí)扭轉(zhuǎn)了先前的教條。迄今為止都假設(shè)鎂合金中析出相的化學(xué)成分在腐蝕過(guò)程中保持不變，這種假設(shè)導(dǎo)致大多數(shù)關(guān)于人體植入物持續(xù)時(shí)間的預(yù)測(cè)是錯(cuò)誤的。”

由于有了新的發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在可以設(shè)計(jì)鎂合金，從而可以更好地預(yù)測(cè)它們?cè)隗w內(nèi)的降解行為，并對(duì)其進(jìn)行更精確的控制。這對(duì)兒童植入手術(shù)尤其必要，因?yàn)閮和w內(nèi)的鎂植入物降解速度比成人快得多。另外，支架用鎂合金的降解速率明顯慢于骨板或螺釘?shù)慕到馑俾?。希霍娃表示?ldquo;憑借對(duì)詳細(xì)腐蝕行為的了解，我們已經(jīng)朝著為不同患者和醫(yī)療應(yīng)用量身定制合金的目標(biāo)邁出了關(guān)鍵一步。”