镁合金可以用来做生物材料。就重要性而言,在人体内仅次于钙的矿物质就是镁。镁在细胞里负责重要的能量传输功能,它帮助细胞膜适量调节对钙质的需要,促使生理功能正常化。
医学上很多病症都和缺镁有着直接关系,镁是对人体非常有益的元素,日本、美国、欧洲现在都有补镁剂。镁合金在人体环境中容易腐蚀,可以降解,被欧美等国家称为具有革命性的生物医用金属材料。目前,镁在生物材料领域的应用有心血管支架、骨固定材料等。
关于心血管支架,目前临床应用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金、钛合金等几大类。这些支架的植入存在很大的问题,会永久地保留在体内不能降解,可能需要病人长期服用抗排异的药物。另外,容易出现支架内再狭窄的情况,也就是说支架内可能出现再堵塞,需要二次手术,这个风险是很大的。如果选用镁材料,进行可控降解,这个问题就可以得到很好的解决。
镁合金支架的植入反应
镁合金支架在植入初期可对病变血管产生支撑作用,防止病变血管发生负性重构。随着病变血管周围环境的改善及血管结构重塑的完成,血管壁内的镁合金支架可以缓慢腐蚀,最终完全降解。镁合金支架的腐蚀产物对生物体不仅没有毒害,而且还可以起到补镁的作用,多余的腐蚀产物,会通过人体正常的新陈代谢排出。这样可以有效地避免在植入的后期,由于支架对血管壁的刺激而导致的内膜增生及再狭窄的发生。
镁合金腐蚀性如何解决?
腐蚀的可控制性,还表现在针对不同的人群,要使镁合金材料有着不同的降解速度。”丁院士补充道,“比如孩童,他们的血管恢复能力比较快,异物留在体内越少越好,要尽快地消耗掉,更快地腐蚀掉。而年纪大的人血管恢复功能较慢,需要使镁合金的耐腐蚀性能有所提高,使之与病人的血管恢复能力相匹配。
另外,青少年和孩童身体是不断发育的,不同时期需要不同尺寸的支架,而传统的不可降解金属支架一旦植入就很难取出更换,这是很麻烦的问题,可降解的镁合金支架可以对此很好地解决。同样,类似的还有对于小孩子的颅骨修补手术,目前最常用的是钛合金作为修复材料。这里面有很大的问题,钛合金在人体内是无法通过腐蚀而降解掉的,但小孩子的头颅却会渐渐长大。我们如果可以使用镁合金材料进行颅骨修补,控制其腐蚀速度,让小孩子颅骨自我修复的速度和镁降解的速度同步,最后镁消失了,颅骨也长好了,这个问题也就解决了。
目前,广泛应用于骨板、骨钉的生物医用材料主要是钛及钛合金、不锈钢等。但是,这些材料都存在一定的局限性。钛及钛合金、不锈钢等金属材料会发生应力遮挡效应,即将金属材料植入人体后,因其与人骨材料的弹性模量不匹配产生人骨受力被遮挡效应。另外,这些材料在人体内是不可降解的,当病人的骨头长好愈合后,需要通过二次手术取出。镁合金骨固定材料与人骨的力学性能更加匹配,可以有效地避免应力遮挡效应,在人体骨骼基本愈合后,降解成无毒无害的小分子,并经人体循环系统排出体外,避免了患者二次手术取出钢钉钢板的痛苦和费用。