引用本文： 杨俊宇, 徐永清, 何晓清. 镁及镁合金材料作为骨科内植物研究进展. 中国修复重建外科杂志, 2016, 30(12): 1562-1566. doi: 10.7507/1002-1892.20160321 复制
金属材料因其力学特性，一直是重要的骨修复及替代材料之一，目前骨科临床常用的金属材料有医用不锈钢、钛及其合金、铬合金等[1]。这类医用金属材料均为惰性金属，作为骨或关节替代物、骨折内固定物，已在临床长期使用，但仍存在以下缺点：一是力学缺陷，即植入物的弹性模量与骨组织不匹配，植入后会产生“应力遮挡”效应，导致骨愈合速度减慢、自体骨质吸收、骨质疏松[2]；二是生物学缺陷，即植入物长期留存在体内，可能与周围组织摩擦后产生磨屑，释放有毒离子，造成植入物周围炎性反应、过敏反应，影响机体健康，需要二次手术取出内植物[3]。
理想的骨科内植物材料需具有以下特性：①与骨组织的力学特性相匹配，可最大程度减少“应力遮挡”效应；②良好的组织相容性和生物安全性；③作为临时修复替代物时，能在体内降解吸收，无需二次手术取出；④作为骨填充物时，具有良好的骨组织传导性和诱导性。镁及镁合金是一种化学性质较活泼的金属；力学特性与骨组织相似；在生物体内易被腐蚀降解，可产生对机体无害的氧化产物，经肾脏及肠道排出，具有良好的组织相容性和生物安全性；并且其降解产物有一定成骨作用[4]，是近年来骨科生物可降解材料的研究热点。现就镁及镁合金材料作为骨科内植物的研究进展作一综述。
1 镁及镁合金的特点
①镁是一种密度极低的金属，密度为1.74 g/ cm2，与人骨密度（1.75 g/cm2）接近，铝和钢的密度分别是其1.6倍和4.5倍[5]。②镁的弹性模量为41~45 GPa，较传统的金属内植物更接近骨组织[6]（皮质骨弹性模量为9~15 GPa，松质骨为1.5~2.5 GPa，钛合金为110~117 GPa，不锈钢为189~205 GPa，铬合金为230 GPa）。其与骨组织相匹配的力学特性能够更好地满足修复材料的要求，并减少了传统金属材料带来的应力遮挡问题。③镁元素是人体内的微量元素之一，人体内Mg2+含量仅次于K+、Na+、Ca2+，其中一半存在于骨组织中。在细胞内，Mg2+是许多酶的辅基，并有使DNA和RNA的结构稳定、调节神经系统及运动系统活动的功能[6]。细胞外的Mg2+浓度通过肾脏及肠道调节，血清浓度维持在0.7~1.05 mmol/L，当血清Mg2+浓度超过1.05 mmol/L时，会出现肌肉麻痹、低血压、呼吸抑制；浓度超过6~7 mmol/L时，即出现心跳骤停[7]。肾脏是体内Mg2+的调节中心，肾脏的调节作用可使血清Mg2+的浓度维持在一定范围。因此，只要控制镁及镁合金内植物的腐蚀降解速率，植入镁及镁合金材料后不会引起血清Mg2+升高[8]，具有良好的生物安全性。④镁及镁合金在体液环境下易被腐蚀，而易被腐蚀性成为了其作为生物可降解材料的基础[9]。镁及镁合金被腐蚀后产生的无毒氧化物可通过肾脏经尿排出体外，并且当其用于骨组织周围时，其降解产物还具有成骨作用[10]。
2 镁及镁合金在骨科中的应用
2.1 内固定物
Lambotte在1907年首次报道了使用镀金的镁合金钢板固定小腿骨折，但最终由于纯镁在体内降解过快（8 d），并且在降解过程中产生大量气体造成皮下气肿导致内固定失败[11]。随后，Troitskii和Tsitrin在1944年报道了34例使用含有少量钙的镁合金钢板固定各处骨折，其中有9例因感染、内植物放置困难、内植物降解过程中出现皮下气肿而失败，但所有患者均未出现血清Mg2+浓度升高[12]。Znamenski在1945年报道了2例使用镁铝合金治疗枪伤致骨折的病例，骨折均在6周后基本愈合，且内植物完全吸收[13]。这些早期报道中均指出：在使用镁和镁合金作为内固定物时，未出现全身毒性反应及局部炎性反应，但纯镁及这些简单的镁合金在体内的降解速率不能得到有效控制，内固定物过快降解吸收使其丧失机械完整性，从而导致固定失效；镁及镁合金降解过程中产生的氢气不能被周围组织吸收，造成皮下气肿的问题也未能解决。
近年来，随着冶金技术的提高和电化学工艺的发展，镁内固定物的纯度大大提高，并且多种类型镁合金的研发，使得降解速率问题也得到解决。Chaya等[14]将纯度为99.9%的镁螺钉及钢板植入兔尺骨，4周后评价骨折愈合情况，通过Micro-CT发现内固定物开始降解，镁并未抑制骨折断端的生长和塑形，并发现镁材料周围大量新生骨长入，桥接于骨折断端间；16周后骨折完全愈合，内植物完全降解；作者将患侧尺骨与健侧作弯曲试验对比，结果两侧可承受的弯曲载荷相当，经内固定治疗后的患侧骨质未出现自体骨质吸收和骨质疏松。Henderson等[15]分别将纯镁螺钉、AZ31镁合金植入兔下颌骨，与不锈钢螺钉对比了抗拔钉强度，结果显示3种材料螺钉的抗拔钉强度相当，均为40 N；在植入12周后通过Micro-CT观察内植物周围骨质生长情况，结果显示纯镁螺钉及AZ31镁合金螺钉已开始降解，骨重塑良好，螺钉周围均有骨组织长入。Yu等[16]使用可吸收镁合金螺钉联合带血管蒂的髂骨瓣移植治疗19例股骨颈骨折年轻患者，结果18例骨折平均在4.1个月后愈合，未出现股骨头缺血性坏死；仅有1例发生骨不连，于1年后行人工全髋关节置换术。Windhagen等[17]进行了一项前瞻性随机对照研究，将26例
2.2 骨填充材料
由于创伤、感染、肿瘤等原因造成的结构性骨缺损、骨不连是骨科临床上较棘手的问题。自体骨移植治疗骨缺损能够最大限度地发挥骨生长因子的作用，其骨诱导作用及骨生成作用强，成骨效果最好，一直被认为是骨移植的“金标准”；但自体骨骨量有限，取骨手术增加患者创伤及痛苦，延长了手术时间，增加手术并发症发生风险，且取骨处易并发慢性疼痛、感染等并发症[19]。同种异体骨移植也常用作骨填充材料，但仍存在感染、排斥反应的弊端；另一方面，同种异体骨因缺乏活细胞，不像自体骨一样具有骨生成功能，并且不同类型的同种异体骨其骨诱导、骨传导功能及机械强度受加工工艺的影响较大，使得植入效果不稳定[20]。
人工骨的出现扩大了骨移植材料的选择范围，目前临床常用的骨填充材料主要有金属填充材料（钛合金、钴合金）、硫酸钙、生物陶瓷材料及复合人工骨材料等。金属填充材料存在生物力学性能与骨组织不匹配、骨长入不明显等缺点。硫酸钙作为骨缺损填充材料的历史悠久，具有良好的组织相容性，并在一定程度上能够刺激成骨细胞增殖分化，但其主要问题是在体内降解过快[20]。生物陶瓷如羟基磷灰石类的骨填充材料组织相容性好，钙磷比与骨组织接近，能在体内降解，但主要缺点是自身脆性较大，与骨组织不匹配[21]。理想的骨填充材料应具有良好的生物相容性及降解性、良好的骨传导性及骨诱导性，以及与人体骨骼相匹配的生物力学特性[22]。Liu等[23]将多孔镁合金填充物植入兔股骨髁部，并与植入的羟基磷灰石作对比研究。3个月后，Micro-CT扫描显示镁金属填充物由外向内基本降解，在填充物外可见新生骨形成；而羟基磷灰石植入物并未吸收，仅在其表面有少量新生骨形成。多孔镁材料填充物在降解过程中仅产生少量气体，未对周围组织产生有害作用，表现出促进骨重建和可降解的优点。Zhai等[24]将纯镁浸泡于培养基中，模拟镁在体内的降解过程，通过此法获得了其浸提液，并发现该浸提液通过抑制NF-κB的活性，抑制破骨细胞的形成、分化，达到抑制骨质吸收的作用。Zhang等[25]使用纤维沉积热压生产技术制备了一种具有3D连通孔隙的镁合金骨填充物，其杨氏模量和抗压强度分别为0.10~0.37 GPa和11.1~30.3 MPa，与松质骨的杨氏模量及抗压强度相当。裴轶丰等[26]采用真空离子镀技术在多孔钛合金材料内外表面制备Mg涂层，并将该材料植入家兔股骨外侧髁部，与无涂层的多孔钛合金材料进行比较研究。植入后2、4、8周取材，通过Micro-CT检查发现使用Mg涂层的多孔钛合金组新生骨体积百分比远高于对照组。
3 镁及镁合金作为内植物存在的问题
①虽然镁及镁合金在作为骨科内固定物材料时具有其独特优势，且Mg2+是人体内存在的阳离子，但镁在体内降解，特别是在pH值为7.4~7.6的体液环境下，初期会快速降解，随之释放氢气，当释放氢气速度超过组织吸收速度时，易造成皮下气肿，导致内固定失败[27]。杨柯等[28]研究了AZ31镁合金在体外的生物降解行为，发现AZ31镁合金在生理盐水中氢气释放速率为0.03 mL/（cm2·h），在Hank液中为0.001 mL/（cm2·h），分析认为Hank液中的PO43-和HPO42-与Mg2+发生反应，其生成物可在一定程度上降低镁的降解速率。②镁在降解过程中可能导致植入物周围Mg2+浓度升高，内环境发生变化，从而产生细胞毒性并增加溶血率[29]。陈旭琼等[30]对AZ31B镁合金进行了初步的生物安全性评价，对镁合金材料生理盐水浸提液进行分析后发现，浸提液Mg2+浓度为1.33 mmol/L，浸提液pH值为10.10±0.29，有细胞毒性和溶血率，但将此浸提液注入小鼠腹腔内后并未出现急性毒性反应。③镁及镁合金内植物在体内降解过快，可能导致内植物的机械形态过早发生变化，从而失效[31]。
4 镁及镁合金研究方向
镁及镁合金目前存在的最大问题是初期降解过快，并且降解所产生的氢气对周围组织的影响尚不明确，而解决降解过快的问题不仅能够使内植物保留更长时间的机械完整性，还能减慢降解过程中释放氢气、Mg2+的速度，从而提高其生物安全性。为提高镁及镁合金耐腐蚀性，研究主要包括开发新型合金和各种保护性涂层两方面。
4.1 新型镁合金的开发
Wang等[32]研究了高纯度镁及AZ31镁合金（镁-铝合金）在Hank动态液和静态液中的降解行为，发现镁在提炼过程中的纯化及选择性合金化是降低降解速率的有效途径，在稳定环境下，镁的降解产物会堆积在材料表面，形成一层磷酸盐类保护膜，从而使镁降解减缓。此外，在合金中添加一定量稀土元素也能减缓镁的降解。Willbold等[33]在镁合金中添加镧、钕、铈3种稀土元素，发现不管是在体内和体外，添加稀土元素的镁合金管降解明显减慢。但一些稀土元素在人体内的代谢过程仍不明确，其安全性有待进一步验证。Gu等[34]研究了镁-锶二元合金，对比了添加质量分数为1%~4%的锶后合金的力学强度。结果发现当添加质量分数为2%的锶时，镁合金的力学强度最大，腐蚀速率最慢，且具有最低的细胞毒性和更高的诱导ALP活性，因此他们认为质量分数为2%的镁-锶合金为最优配比。Li等[35]将钙质量分数为1%的镁-钙合金螺钉植入兔股骨，并与钛合金螺钉作对照，结果发现90 d内镁-钙合金逐步降解，螺钉周围成骨良好，在不同降解阶段检测血清镁无明显差异，提出Mg-1Ca合金具有较好的生物相容性，可作为一种新型生物降解材料。
4.2 保护性涂层的研究
目前研究的保护性涂层主要有金属涂层、无机涂层、有机涂层三大类。卢俊英[36]采用真空离子镀技术对镁进行表面镀钛，并从耐腐蚀性方面进行了医学可行性研究，结果表明涂层有效提高了镁合金的耐腐蚀性。Tan等[37]将具有硅涂层的AZ31B镁合金螺钉植入兔体内，并与无涂层的AZ31B镁合金螺钉及聚乳酸螺钉作对照。研究发现，具有硅涂层的AZ31B镁合金螺钉降解较无涂层的镁合金螺钉及聚乳酸螺钉更慢，更适合于临床应用。Zomorodian等[38]将一种含有聚醚酰亚胺和羟基磷灰石的涂层运用于AZ31镁合金表面，并将其浸泡在Hank液中；扫描电镜观察发现，这种新型涂层材料不仅延缓了AZ31镁合金的降解速率，而且还提高了成骨细胞的增殖能力。Diez等[39]在WE43镁合金表面添加了羟基磷灰石/左旋聚乳酸双层涂层，发现双层涂层为镁合金提供了良好保护，增强了其耐腐蚀性，降低了降解速率。
5 展望
镁及镁合金具有与骨组织相似的力学特性，在体内可降解吸收，作为骨科内植物材料的潜力巨大。利用其在人体内环境中易发生腐蚀的特性，可实现在人体内逐渐降解吸收的目的，为开发新型生物可降解材料提供了一条新的思路。目前镁及镁合金除了强度、可塑性可达到骨科临床内植物的需求，其生物安全性、组织相容性、降解速率可控性仍需要进行大量研究。因此，开发无毒性、组织相容性良好、降解速度与正常骨组织修复速度相匹配的镁及镁合金是将来研究重点。相信随着研究的深入，镁及镁合金材料内植物将体现出更多优势，在骨科中的运用也会得到进一步发展。
金属材料因其力学特性，一直是重要的骨修复及替代材料之一，目前骨科临床常用的金属材料有医用不锈钢、钛及其合金、铬合金等[1]。这类医用金属材料均为惰性金属，作为骨或关节替代物、骨折内固定物，已在临床长期使用，但仍存在以下缺点：一是力学缺陷，即植入物的弹性模量与骨组织不匹配，植入后会产生“应力遮挡”效应，导致骨愈合速度减慢、自体骨质吸收、骨质疏松[2]；二是生物学缺陷，即植入物长期留存在体内，可能与周围组织摩擦后产生磨屑，释放有毒离子，造成植入物周围炎性反应、过敏反应，影响机体健康，需要二次手术取出内植物[3]。
理想的骨科内植物材料需具有以下特性：①与骨组织的力学特性相匹配，可最大程度减少“应力遮挡”效应；②良好的组织相容性和生物安全性；③作为临时修复替代物时，能在体内降解吸收，无需二次手术取出；④作为骨填充物时，具有良好的骨组织传导性和诱导性。镁及镁合金是一种化学性质较活泼的金属；力学特性与骨组织相似；在生物体内易被腐蚀降解，可产生对机体无害的氧化产物，经肾脏及肠道排出，具有良好的组织相容性和生物安全性；并且其降解产物有一定成骨作用[4]，是近年来骨科生物可降解材料的研究热点。现就镁及镁合金材料作为骨科内植物的研究进展作一综述。
1 镁及镁合金的特点
①镁是一种密度极低的金属，密度为1.74 g/ cm2，与人骨密度（1.75 g/cm2）接近，铝和钢的密度分别是其1.6倍和4.5倍[5]。②镁的弹性模量为41~45 GPa，较传统的金属内植物更接近骨组织[6]（皮质骨弹性模量为9~15 GPa，松质骨为1.5~2.5 GPa，钛合金为110~117 GPa，不锈钢为189~205 GPa，铬合金为230 GPa）。其与骨组织相匹配的力学特性能够更好地满足修复材料的要求，并减少了传统金属材料带来的应力遮挡问题。③镁元素是人体内的微量元素之一，人体内Mg2+含量仅次于K+、Na+、Ca2+，其中一半存在于骨组织中。在细胞内，Mg2+是许多酶的辅基，并有使DNA和RNA的结构稳定、调节神经系统及运动系统活动的功能[6]。细胞外的Mg2+浓度通过肾脏及肠道调节，血清浓度维持在0.7~1.05 mmol/L，当血清Mg2+浓度超过1.05 mmol/L时，会出现肌肉麻痹、低血压、呼吸抑制；浓度超过6~7 mmol/L时，即出现心跳骤停[7]。肾脏是体内Mg2+的调节中心，肾脏的调节作用可使血清Mg2+的浓度维持在一定范围。因此，只要控制镁及镁合金内植物的腐蚀降解速率，植入镁及镁合金材料后不会引起血清Mg2+升高[8]，具有良好的生物安全性。④镁及镁合金在体液环境下易被腐蚀，而易被腐蚀性成为了其作为生物可降解材料的基础[9]。镁及镁合金被腐蚀后产生的无毒氧化物可通过肾脏经尿排出体外，并且当其用于骨组织周围时，其降解产物还具有成骨作用[10]。
2 镁及镁合金在骨科中的应用
2.1 内固定物
Lambotte在1907年首次报道了使用镀金的镁合金钢板固定小腿骨折，但最终由于纯镁在体内降解过快（8 d），并且在降解过程中产生大量气体造成皮下气肿导致内固定失败[11]。随后，Troitskii和Tsitrin在1944年报道了34例使用含有少量钙的镁合金钢板固定各处骨折，其中有9例因感染、内植物放置困难、内植物降解过程中出现皮下气肿而失败，但所有患者均未出现血清Mg2+浓度升高[12]。Znamenski在1945年报道了2例使用镁铝合金治疗枪伤致骨折的病例，骨折均在6周后基本愈合，且内植物完全吸收[13]。这些早期报道中均指出：在使用镁和镁合金作为内固定物时，未出现全身毒性反应及局部炎性反应，但纯镁及这些简单的镁合金在体内的降解速率不能得到有效控制，内固定物过快降解吸收使其丧失机械完整性，从而导致固定失效；镁及镁合金降解过程中产生的氢气不能被周围组织吸收，造成皮下气肿的问题也未能解决。
近年来，随着冶金技术的提高和电化学工艺的发展，镁内固定物的纯度大大提高，并且多种类型镁合金的研发，使得降解速率问题也得到解决。Chaya等[14]将纯度为99.9%的镁螺钉及钢板植入兔尺骨，4周后评价骨折愈合情况，通过Micro-CT发现内固定物开始降解，镁并未抑制骨折断端的生长和塑形，并发现镁材料周围大量新生骨长入，桥接于骨折断端间；16周后骨折完全愈合，内植物完全降解；作者将患侧尺骨与健侧作弯曲试验对比，结果两侧可承受的弯曲载荷相当，经内固定治疗后的患侧骨质未出现自体骨质吸收和骨质疏松。Henderson等[15]分别将纯镁螺钉、AZ31镁合金植入兔下颌骨，与不锈钢螺钉对比了抗拔钉强度，结果显示3种材料螺钉的抗拔钉强度相当，均为40 N；在植入12周后通过Micro-CT观察内植物周围骨质生长情况，结果显示纯镁螺钉及AZ31镁合金螺钉已开始降解，骨重塑良好，螺钉周围均有骨组织长入。Yu等[16]使用可吸收镁合金螺钉联合带血管蒂的髂骨瓣移植治疗19例股骨颈骨折年轻患者，结果18例骨折平均在4.1个月后愈合，未出现股骨头缺血性坏死；仅有1例发生骨不连，于1年后行人工全髋关节置换术。Windhagen等[17]进行了一项前瞻性随机对照研究，将26例
2.2 骨填充材料
由于创伤、感染、肿瘤等原因造成的结构性骨缺损、骨不连是骨科临床上较棘手的问题。自体骨移植治疗骨缺损能够最大限度地发挥骨生长因子的作用，其骨诱导作用及骨生成作用强，成骨效果最好，一直被认为是骨移植的“金标准”；但自体骨骨量有限，取骨手术增加患者创伤及痛苦，延长了手术时间，增加手术并发症发生风险，且取骨处易并发慢性疼痛、感染等并发症[19]。同种异体骨移植也常用作骨填充材料，但仍存在感染、排斥反应的弊端；另一方面，同种异体骨因缺乏活细胞，不像自体骨一样具有骨生成功能，并且不同类型的同种异体骨其骨诱导、骨传导功能及机械强度受加工工艺的影响较大，使得植入效果不稳定[20]。
人工骨的出现扩大了骨移植材料的选择范围，目前临床常用的骨填充材料主要有金属填充材料（钛合金、钴合金）、硫酸钙、生物陶瓷材料及复合人工骨材料等。金属填充材料存在生物力学性能与骨组织不匹配、骨长入不明显等缺点。硫酸钙作为骨缺损填充材料的历史悠久，具有良好的组织相容性，并在一定程度上能够刺激成骨细胞增殖分化，但其主要问题是在体内降解过快[20]。生物陶瓷如羟基磷灰石类的骨填充材料组织相容性好，钙磷比与骨组织接近，能在体内降解，但主要缺点是自身脆性较大，与骨组织不匹配[21]。理想的骨填充材料应具有良好的生物相容性及降解性、良好的骨传导性及骨诱导性，以及与人体骨骼相匹配的生物力学特性[22]。Liu等[23]将多孔镁合金填充物植入兔股骨髁部，并与植入的羟基磷灰石作对比研究。3个月后，Micro-CT扫描显示镁金属填充物由外向内基本降解，在填充物外可见新生骨形成；而羟基磷灰石植入物并未吸收，仅在其表面有少量新生骨形成。多孔镁材料填充物在降解过程中仅产生少量气体，未对周围组织产生有害作用，表现出促进骨重建和可降解的优点。Zhai等[24]将纯镁浸泡于培养基中，模拟镁在体内的降解过程，通过此法获得了其浸提液，并发现该浸提液通过抑制NF-κB的活性，抑制破骨细胞的形成、分化，达到抑制骨质吸收的作用。Zhang等[25]使用纤维沉积热压生产技术制备了一种具有3D连通孔隙的镁合金骨填充物，其杨氏模量和抗压强度分别为0.10~0.37 GPa和11.1~30.3 MPa，与松质骨的杨氏模量及抗压强度相当。裴轶丰等[26]采用真空离子镀技术在多孔钛合金材料内外表面制备Mg涂层，并将该材料植入家兔股骨外侧髁部，与无涂层的多孔钛合金材料进行比较研究。植入后2、4、8周取材，通过Micro-CT检查发现使用Mg涂层的多孔钛合金组新生骨体积百分比远高于对照组。
3 镁及镁合金作为内植物存在的问题
①虽然镁及镁合金在作为骨科内固定物材料时具有其独特优势，且Mg2+是人体内存在的阳离子，但镁在体内降解，特别是在pH值为7.4~7.6的体液环境下，初期会快速降解，随之释放氢气，当释放氢气速度超过组织吸收速度时，易造成皮下气肿，导致内固定失败[27]。杨柯等[28]研究了AZ31镁合金在体外的生物降解行为，发现AZ31镁合金在生理盐水中氢气释放速率为0.03 mL/（cm2·h），在Hank液中为0.001 mL/（cm2·h），分析认为Hank液中的PO43-和HPO42-与Mg2+发生反应，其生成物可在一定程度上降低镁的降解速率。②镁在降解过程中可能导致植入物周围Mg2+浓度升高，内环境发生变化，从而产生细胞毒性并增加溶血率[29]。陈旭琼等[30]对AZ31B镁合金进行了初步的生物安全性评价，对镁合金材料生理盐水浸提液进行分析后发现，浸提液Mg2+浓度为1.33 mmol/L，浸提液pH值为10.10±0.29，有细胞毒性和溶血率，但将此浸提液注入小鼠腹腔内后并未出现急性毒性反应。③镁及镁合金内植物在体内降解过快，可能导致内植物的机械形态过早发生变化，从而失效[31]。
4 镁及镁合金研究方向
镁及镁合金目前存在的最大问题是初期降解过快，并且降解所产生的氢气对周围组织的影响尚不明确，而解决降解过快的问题不仅能够使内植物保留更长时间的机械完整性，还能减慢降解过程中释放氢气、Mg2+的速度，从而提高其生物安全性。为提高镁及镁合金耐腐蚀性，研究主要包括开发新型合金和各种保护性涂层两方面。
4.1 新型镁合金的开发
Wang等[32]研究了高纯度镁及AZ31镁合金（镁-铝合金）在Hank动态液和静态液中的降解行为，发现镁在提炼过程中的纯化及选择性合金化是降低降解速率的有效途径，在稳定环境下，镁的降解产物会堆积在材料表面，形成一层磷酸盐类保护膜，从而使镁降解减缓。此外，在合金中添加一定量稀土元素也能减缓镁的降解。Willbold等[33]在镁合金中添加镧、钕、铈3种稀土元素，发现不管是在体内和体外，添加稀土元素的镁合金管降解明显减慢。但一些稀土元素在人体内的代谢过程仍不明确，其安全性有待进一步验证。Gu等[34]研究了镁-锶二元合金，对比了添加质量分数为1%~4%的锶后合金的力学强度。结果发现当添加质量分数为2%的锶时，镁合金的力学强度最大，腐蚀速率最慢，且具有最低的细胞毒性和更高的诱导ALP活性，因此他们认为质量分数为2%的镁-锶合金为最优配比。Li等[35]将钙质量分数为1%的镁-钙合金螺钉植入兔股骨，并与钛合金螺钉作对照，结果发现90 d内镁-钙合金逐步降解，螺钉周围成骨良好，在不同降解阶段检测血清镁无明显差异，提出Mg-1Ca合金具有较好的生物相容性，可作为一种新型生物降解材料。
4.2 保护性涂层的研究
目前研究的保护性涂层主要有金属涂层、无机涂层、有机涂层三大类。卢俊英[36]采用真空离子镀技术对镁进行表面镀钛，并从耐腐蚀性方面进行了医学可行性研究，结果表明涂层有效提高了镁合金的耐腐蚀性。Tan等[37]将具有硅涂层的AZ31B镁合金螺钉植入兔体内，并与无涂层的AZ31B镁合金螺钉及聚乳酸螺钉作对照。研究发现，具有硅涂层的AZ31B镁合金螺钉降解较无涂层的镁合金螺钉及聚乳酸螺钉更慢，更适合于临床应用。Zomorodian等[38]将一种含有聚醚酰亚胺和羟基磷灰石的涂层运用于AZ31镁合金表面，并将其浸泡在Hank液中；扫描电镜观察发现，这种新型涂层材料不仅延缓了AZ31镁合金的降解速率，而且还提高了成骨细胞的增殖能力。Diez等[39]在WE43镁合金表面添加了羟基磷灰石/左旋聚乳酸双层涂层，发现双层涂层为镁合金提供了良好保护，增强了其耐腐蚀性，降低了降解速率。
5 展望
镁及镁合金具有与骨组织相似的力学特性，在体内可降解吸收，作为骨科内植物材料的潜力巨大。利用其在人体内环境中易发生腐蚀的特性，可实现在人体内逐渐降解吸收的目的，为开发新型生物可降解材料提供了一条新的思路。目前镁及镁合金除了强度、可塑性可达到骨科临床内植物的需求，其生物安全性、组织相容性、降解速率可控性仍需要进行大量研究。因此，开发无毒性、组织相容性良好、降解速度与正常骨组织修复速度相匹配的镁及镁合金是将来研究重点。相信随着研究的深入，镁及镁合金材料内植物将体现出更多优势，在骨科中的运用也会得到进一步发展。