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镁合金植入物治疗骨伤不损组织

2019年11月11日08:43 来源:科技日报

德国科学家正在研制一种由镁制成的小型植入物和螺钉,具有足够的机械稳定性,并在人体内的降解程度可控,不会导致人体组织损伤。

在骨头破裂的地方,医生通常会用植入物来固定骨头碎片,而选择哪种植入物需要慎重考虑。钛或钢制螺钉和固定板在机械、化学性能上非常稳定,但如果要拆卸就必须再次手术;有机材料植入物,则可能会慢慢溶解,还存在强度不足、溶解物对人体有害等缺点。

针对这一难题,德国联邦材料测试研究所利用镁开发出功能表面最佳的合金板和矫形螺钉。这种镁植入物尤其适用于骨骼迅速增长的儿童,生物降解的螺钉不会影响孩子的骨骼生长,可以免去二次手术,降低感染风险并节省成本。

研究人员艾利·布鲁尼克说:“镁合金植入物不仅具有生物相容性,而且在最初的脆弱愈合阶段具有与骨骼相似的机械性能,因此比钛更合适。”

在某些情况下,镁合金在降解过程中可能会产生氢,甚至在患者皮肤下形成气泡。如果形成的氢多于人体可以立即清除的量,那么脆弱骨骼的愈合过程就会受到干扰。

要开发新的植入物,人体组织液至关重要。但组织液的酸度比血液的酸度变化复杂得多。根据身体部位和组织状况,不同的部位和组织会影响所插入的螺钉。

为了对人体生物腐蚀的进展做出现实的预测,布鲁尼克开发了模拟人体PH调节的实验分析仪和流通池。在一个由10个流通池组成的电池组中,将镁合金样品浸泡在人造组织液中,并使组织液以在人体相同的速度流动。

研究人员模拟分析了人体在现实条件下的生物腐蚀,以获取镁和其他生物相容性元素的最佳合金比例,以及可吸收的镁螺钉新的表面功能,使植入物在人体内进行缓慢、受控的降解,不会形成气泡。布鲁尼克解释说,根据组织的酸度,反应会有所不同。在弱酸性环境中,镁腐蚀过程中会形成大量氢气;而在碱性环境,会形成含碳酸盐产物阻止降解。

布鲁尼克说:“流通池是一个很小实验室,可模拟现实生活中生物腐蚀的现实。”下一步将微型实验室中的合金样品与活细胞放在一起,以更详细地模拟人体内的腐蚀过程。(记者顾钢)

总编辑圈点

无论是医学,还是航空航天,抑或是信息科技,在我们能够想到的科技领域中,材料都扮演着极其重要的角色。材料的强度、柔韧度、耐腐蚀性、电子迁移率、比表面积等等各种物理、化学、电学性质,默默影响着最终产品性能的实现或发挥,甚至起着决定胜负的作用。这也是为什么很多科学家在孜孜不倦地寻找更多新型材料,因为新的材料性能,意味着全新的可能,为新技术的实现提供了崭新舞台。

(责编:李轶群、许晓华)


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