王 珩，馬義明，黎軍頑，陳海大

（1.蘇州市祥冠合金研究院有限公司，江蘇蘇州 215431；2.上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200072；3.安徽銅冠有色金屬（池州）有限責(zé)任公司，安徽池州 247000）

在疾病治療領(lǐng)域，生物醫(yī)用材料通常是指用來修復(fù)人體器官或組織的一類功能型材料，在修復(fù)過程中不會(huì)對人體器官或組織帶來不良的反應(yīng)，即不會(huì)產(chǎn)生副作用[1]。隨著生物醫(yī)用材料的發(fā)展，目前除了人體大腦不能替代外，人體大部分組織和器官都可以使用生物醫(yī)用材料替代。由于生物醫(yī)用材料可直接用于人體器官或組織，因此對其的要求越來越高，這其中有一類是不可降解的生物醫(yī)用材料，這類材料一旦植入人體中，在人體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一系列的機(jī)體反應(yīng)，需要通過服用藥物進(jìn)行免疫抵抗，有時(shí)需要通過手術(shù)將其取出，無疑會(huì)增加患者的痛苦，因此，不可降解生物醫(yī)用材料逐漸被人們放棄[2]。正因如此，可降解生物醫(yī)用材料作為疾病治療領(lǐng)域的新材料發(fā)展起來[3]。

可降解生物醫(yī)用材料研究最早可追溯至1901年，當(dāng)時(shí)瑞士醫(yī)生Erwin Payr 首次使用人造鎂合金血管植入患者體內(nèi)，保護(hù)血管不受血栓侵蝕，同時(shí)采用鎂合金進(jìn)行關(guān)節(jié)定位，二項(xiàng)試驗(yàn)均獲得成功[4]。1907 年，比利時(shí)醫(yī)生A.Lambotte 首次利用純鎂板與鍍金鋼釘共同對小腿骨折的患者進(jìn)行修復(fù)，在修復(fù)過程中發(fā)現(xiàn)鎂元素存在可降解性[5]。對于醫(yī)用高分子材料，美國早在1949 年就進(jìn)行研究并發(fā)表了高水平醫(yī)學(xué)論文，當(dāng)時(shí)主要是進(jìn)行了兩方面研究：一是將人體的關(guān)節(jié)、股骨甚至是頭蓋骨使用有機(jī)玻璃代替，二是手術(shù)縫合線使用聚酰胺纖維代替，兩項(xiàng)工作都取得了很好的結(jié)果，這應(yīng)該算作生物醫(yī)用高分子材料的開端之作，后續(xù)工作逐步展開[6]。近期生物醫(yī)用可降解材料主要集中在心臟支架上面，如2001 年德國漢諾威獸醫(yī)大學(xué)M.Peuster 等人對純鐵支架進(jìn)行了研究，他們采用新西蘭大白兔為試驗(yàn)標(biāo)本，在其主動(dòng)脈內(nèi)植入16 個(gè)純鐵支架，并按照6 個(gè)月、12 個(gè)月、18 個(gè)月的不同時(shí)間間隔將純鐵支架取出。最后，對新西蘭大白兔主動(dòng)脈進(jìn)行血管造影試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明純鐵支架植入后主動(dòng)脈沒有處出現(xiàn)閉塞及血栓，主動(dòng)脈血管暢通率為100%[7].

目前，可降解生物醫(yī)用材料主要用于心血管支架、骨植入與內(nèi)固定器械以及腸胃吻合器等，這使得可降解生物醫(yī)用材料需同時(shí)滿足三方面要求：（1）適宜的降解速率；（2）優(yōu)良的生物相容性；（3）優(yōu)異的力學(xué)性能。這三方面要求是相互依附的關(guān)系，因此設(shè)計(jì)研發(fā)可降解生物醫(yī)用材料不僅要重視材料的結(jié)構(gòu)性，更應(yīng)該重視材料的功能性[8]。Mg，F(xiàn)e 及其合金是金屬基中最具代表的可降解生物醫(yī)用材料，很多學(xué)者也做了大量研究。通過研究發(fā)現(xiàn)，Mg及其合金在植入人體后不久就會(huì)出現(xiàn)氣泡，大量氣體經(jīng)測定為堿性，導(dǎo)致植入后局部PH 值升高，之后Mg 及其合金在降解過程中還會(huì)出現(xiàn)降解速率不均勻，有的地方降解速率很快，有的很慢，速率快的地方材料的力學(xué)性能得不到保證，無法提供足夠的支撐力和固定能力[9]；Fe 及其合金降解速率則相反，在植入人體后降解速率緩慢，出現(xiàn)與前文所述同樣的問題[10]。

Zn 元素的標(biāo)準(zhǔn)電極電位（-0.763 V）處于Mg（-2.372 V）和Fe（-0.447 V）之間[11]，而生物醫(yī)用材料的降解速率最主要的就是取決于標(biāo)準(zhǔn)電極電位，因此，Zn 元素作為可降解生物醫(yī)用材料的主元素越來越受到廣泛重視。同時(shí)，醫(yī)學(xué)上早就已經(jīng)證明，人體的生理反應(yīng)Zn 元素幾乎全部參與，如人體神經(jīng)系統(tǒng)控制、免疫系統(tǒng)協(xié)調(diào)、基因生長、細(xì)胞發(fā)育等，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，一個(gè)成年人體內(nèi)Zn 元素總量約為2 g，每天Zn 元素?cái)z入量應(yīng)該在5 mg～20 mg之間[12]。鑒于純Zn的力學(xué)性能差，學(xué)者們以Mg、Ca、Ag、Sr 作為合金元素加入到合金中成為新型可降解生物醫(yī)用Zn 基合金[13]，并分別進(jìn)行了研究。因此，本文將以上述研究成果為基礎(chǔ)，從可降解生物醫(yī)用材料的生物相容性、降解速率與力學(xué)性能展開進(jìn)行綜合闡述，同時(shí)對其未來發(fā)展方向進(jìn)行探討。

1 可降解生物醫(yī)用合金材料分析

1.1 Zn 元素

Zn 元素是可降級(jí)生物醫(yī)用Zn 基合金中的主元素，從生物學(xué)角度來看，Zn 元素參與到整個(gè)細(xì)胞代謝過程，其中包括酶代謝、免疫系統(tǒng)、DNA、RNA 的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還包括機(jī)體、味覺、嗅覺的生長[14]。2013年美國密西根州理工大學(xué)P.K.Bowen 等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，將純鋅制作的金屬線植入大鼠活體實(shí)驗(yàn)中動(dòng)脈血管內(nèi)后測試降解速率，最后將獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得出的結(jié)論是：在前三個(gè)月時(shí)間內(nèi)，純鋅制作的金屬線在大鼠動(dòng)脈血管內(nèi)降解速率為每年0.2 mm，前三個(gè)月為時(shí)間拐點(diǎn)，之后純鋅制作的金屬線降解速率逐漸增加，按照最后的降解速率計(jì)算，純鋅制作的金屬線存在時(shí)間不會(huì)太長，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)將純鋅制作的金屬線取出，通過醫(yī)學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，大鼠動(dòng)脈血管組織無異常，純鋅制作的金屬線取出后組織將其完全覆蓋，大鼠也沒有出現(xiàn)不良反應(yīng)。為了證明此項(xiàng)試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，P.K.Bowen 等學(xué)者隨后又進(jìn)行了對比試驗(yàn)，在成年雌性大鼠腹主動(dòng)脈內(nèi)分別植入Zn 合金、Mg 合金和Fe 合金，通過整理數(shù)據(jù)計(jì)算不同合金的降解速率，得出結(jié)論是Zn 合金的降解速率適中，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他二種合金[15]。骨科研究發(fā)現(xiàn)，在骨量保持方面，Zn 元素還起到促進(jìn)礦物質(zhì)沉積、加速骨生長等作用[16]。另一方面，還有一類破骨細(xì)胞，它們抑制骨吸收，這時(shí)Zn 元素還會(huì)起到抑制作用，破骨細(xì)胞被抑制吸收[17]。正常人體檢時(shí)若檢測出骨基質(zhì)內(nèi)Zn 元素含量下降，則需要對骨科進(jìn)行全面檢查，對骨骼老化和骨骼疾病做出判斷[18]。Zn 元素目前已經(jīng)在生物學(xué)領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，生物學(xué)領(lǐng)域把Zn 元素譽(yù)為“21 世紀(jì)的鈣元素”[19]。

1.2 Mg 元素

在所有可降解生物醫(yī)用金屬材料中，最受關(guān)注的就是Mg 元素。自20 世紀(jì)初，就有了關(guān)于Mg 元素作為可降解生物醫(yī)用材料應(yīng)用的研究。但是，從臨床使用來看，只有WE43 一種Mg 元素構(gòu)成的合金投入使用，并且只用于心血管支架[20]。作為一款可降解生物醫(yī)用材料最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)就是降解速率，而Mg 元素及其合金正是因?yàn)榭焖俚慕到馑俾蕦?dǎo)致其難以產(chǎn)業(yè)化。一方面，Mg 元素及其合金植入人體后不久就會(huì)出現(xiàn)氣泡，在臨床上表現(xiàn)為氣腫，氣腫聚集占據(jù)了組織修復(fù)位置，對修復(fù)過程起到了抑制作用；另一方面，在降解過程中Mg 元素還會(huì)產(chǎn)生堿性離子，長時(shí)間作用下組織內(nèi)部環(huán)境也發(fā)生了改變，組織內(nèi)部堿性環(huán)境一旦出現(xiàn)，組織修復(fù)過程減緩[21]。針對上述Mg 元素及其構(gòu)成的合金作為一款可降解生物醫(yī)用金屬材料出現(xiàn)的弊端，國內(nèi)外許多學(xué)者用了20 年的時(shí)間做了大量研究，主要結(jié)論如下[22]：

1）提高M(jìn)g 純度

純Mg 理論上是沒有雜質(zhì)的，因此，在植入人體內(nèi)本身不會(huì)存在釋放其他元素的可能。但是，純Mg中的確含有一些雜質(zhì)，如Fe、Ni、Cu 等雜質(zhì)元素會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，這些雜質(zhì)元素一旦出現(xiàn)就會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，Mg 的腐蝕速率大大增加[23]。同時(shí)研究表明，高純Mg（其中ω（Fe）約為0.0 045%、ω（Cu）＜0.002%、ω（Ni）＜0.002%）與商業(yè)純鎂（其中ω（Fe）為0.02%、ω（Cu）＜0.002 % ω（Cu）、ω（Ni）＜0.002 %）二者只在Fe 含量有主要區(qū)別，但在Hank's 溶液中降解速率相差很大，高純Mg 的降解速率要比商業(yè)純Mg 慢上千倍[24]。

2）改變合金成分

Mg 元素為主元素構(gòu)成的合金，其成分一定程度上決定了生物相容性、降解速度和機(jī)械性能。2005 年，德國漢諾威獸醫(yī)大學(xué)M.Peuster 等學(xué)者研究了鑄態(tài)AZ31、AZ91、LAE442 以及WE43 四種工業(yè)用鎂合金在豚鼠股骨內(nèi)的植入行為。研究結(jié)果表明，在植入1 周后所有實(shí)驗(yàn)組中均在皮下發(fā)現(xiàn)了H2氣囊，但這些氣囊在2～3 周后自行消失，沒有對豚鼠產(chǎn)生不良影響。同時(shí)，這四種Mg 元素構(gòu)成的合金表面在降解的過程中均形成了一層與周圍骨組織直接接觸的含Ca 以及含P 的礦物層，與PLA 對照組相比，在植入6 周、18 周之后，Mg 元素構(gòu)成的合金的植入顯著增加了骨膜處和骨內(nèi)膜處新骨生成量[25]。

3）表面改性

Mg 元素構(gòu)成的合金通過表面改性方法也可以在一定程度上控制其降解速率，改善其表面生物相容性和機(jī)械性能。通常，Mg 元素構(gòu)成的合金常見的表面改性的方法可以包括：機(jī)械方法、化學(xué)方法和物理方法。機(jī)械方法包括有機(jī)加工、研磨、銑削、拋光及激光噴丸等；化學(xué)方法通常包括化學(xué)覆蓋、電化學(xué)處理、仿生沉淀、溶膠-凝膠處理、有機(jī)和聚合物涂層等；物理方法通常包括離子注入、等離子體浸沒、離子注入與沉積、離子束輔助沉積、物理氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積和離子電鍍等[26]。

1.3 Ca 元素

在生理醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，Ca 元素作為人體骨組織的主要成分，直接參與了細(xì)胞間化學(xué)信號(hào)的表達(dá)。同時(shí)研究表明，人體骨組織Ca 元素的吸收Mg 元素起到積極作用。在人體骨組織受到破壞時(shí)，Mg 元素離子和Ca 元素離子還會(huì)起到愈合與生長作用[27]。

在金屬材料領(lǐng)域，Ca 元素的存在可以起到細(xì)化晶粒的作用。根據(jù)相圖關(guān)系，Ca 在Mg 中的最大溶解度為1.34%，正因如此，Ca 元素組成的合金中Mg是主元素，并且隨著Ca 含量的增加可以析出第二相Mg2Ca，這種金屬間化合物可以起到細(xì)化晶粒的作用，材料的強(qiáng)度得到提高。2010 年，德國羅斯托克大學(xué)A.Drynda 等人研究發(fā)現(xiàn)，Ca 含量構(gòu)成的合金中，隨著Ca 元素的增加合金的塑性下降[28]；同年，德國漢諾威獸醫(yī)大學(xué)A.Krause 等人研究發(fā)現(xiàn)，兔子脛骨活體實(shí)驗(yàn)中，Ca 元素構(gòu)成的合金植入后6 個(gè)月時(shí)間內(nèi)降解率超過50%[29].

1.4 Ag 元素

在醫(yī)學(xué)應(yīng)用史上，Ag 元素用途比較廣泛，如常見的中醫(yī)使用的針灸用針、口腔科使用的基牙材料、醫(yī)用膠片、外科用輔助器材以及醫(yī)用裝置等。Ag元素之所以得到廣泛應(yīng)用，主要原因是當(dāng)Ag 元素進(jìn)入人體后，體內(nèi)高分子蛋白質(zhì)直接或間接與Ag元素結(jié)合，繼而被吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、貯存和代謝，最終以蛋白質(zhì)結(jié)合的形式表現(xiàn)生物活性[30]。同時(shí)，很多醫(yī)學(xué)試驗(yàn)證明，Ag 元素作為抗菌材料來使用同樣可以達(dá)到優(yōu)良的殺菌效果，且殺菌范圍覆蓋面廣[31]。

作為生物醫(yī)用材料，Ag 元素及其合金同樣可以進(jìn)入人體內(nèi)。試驗(yàn)證明，Ag 元素即使長時(shí)間滯留在人體內(nèi)也不會(huì)產(chǎn)生病變，Ag 元素本身就具有良好的生物相容性，這項(xiàng)技術(shù)在外科手術(shù)中很早就獲得應(yīng)用[32]。外科手術(shù)中經(jīng)常采用Ag 元素及其合金材料作為固定材料，如頭蓋骨手術(shù)后采用Ag 板制作骨固定材料和更換材料，特別是Ag 元素可以用作顱骨的更換材料[33]。

1.5 Sr 元素

Sr 元素與Mg、Ca 均屬于IIA 族元素，根據(jù)元素周期表的對應(yīng)規(guī)律，它們的化學(xué)、生物學(xué)和冶金學(xué)性能也基本相同。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，一個(gè)正常成年人體內(nèi)含有320 mg Sr 元素，這些Sr 元素90%位于人體骨組織中[34]。在骨質(zhì)疏松臨床治療上，經(jīng)試驗(yàn)證明，Sr 元素可以起到刺激骨組織形成的作用，因此很多骨質(zhì)疏松患者通過服用含有Sr 鹽的藥物來提高骨骼含量，同時(shí)降低骨折的發(fā)生概率[35]。在電化學(xué)腐蝕領(lǐng)域，經(jīng)試驗(yàn)證明，適量Sr 元素在植入人體后可以適當(dāng)降低腐蝕速率。2012 年，美國佛羅里達(dá)大學(xué)材料科學(xué)與工程系H.S.Brar 等人經(jīng)研究提出，Sr元素構(gòu)成的合金在植入人體后可以起到促進(jìn)骨質(zhì)礦化的作用，同時(shí)對新骨的生成而不引起任何有害反應(yīng)[36]。

2 Zn 基合金研究

2.1 Zn-Mg 基二元合金及常溫力學(xué)性能

2014 年，西安愛德萬思醫(yī)療科技有限公司周功耀等人研發(fā)了一種用于血管支架、骨釘?shù)瓤梢员蝗梭w完全吸收的Zn-Mg 基二元合金植入材料，此類合金材料中Zn 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%～99.998 %，Mg 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.002%～4%.力學(xué)試驗(yàn)表明，Zn-Mg 基二元合金材料抗拉強(qiáng)度為220 MPa～340 MPa，延伸率為11%～29%，彈性模量為80 GPa；生物學(xué)數(shù)據(jù)表明，Zn-Mg 基二元合金材料降解速率為0.14 mm/year～3.89 mm/year.在人體環(huán)境中，Zn-Mg 基二元合金材料可以完全吸收，為患者避免了次手術(shù)帶來的痛苦，經(jīng)生物對比試驗(yàn)證明降解速率優(yōu)于純Mg 和WE43 合金材料，避免了純Mg 和WE43 合金材料降解速率破壞力學(xué)支撐的影響[37]。

2019 年，太原理工大學(xué)崔澤琴等人研究了一種具有核殼結(jié)構(gòu)的Zn-Mg 基二元合金材料，制備工藝是采用85 vol%Zn 粉和15 vol%Mg 粉利用球磨機(jī)進(jìn)行混粉，再采用SPS 燒結(jié)得到核殼結(jié)構(gòu)的Zn-Mg合金塊體材料，將材料浸泡在SBF 模擬體液中，最后干燥得到具有表面開孔核殼結(jié)構(gòu)的Zn-Mg 合金材料。力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，采用粉末冶金工藝制備的Zn-Mg 基二元合金材料致密度可以達(dá)到98.5%，抗壓強(qiáng)度約為215 MPa，抗彎強(qiáng)度為85 MPa，彎曲模量為6.0 GPa.同時(shí)，崔澤琴等人指出，目前臨床上使用的可降解生物材料主要有高分子材料和陶瓷活性材料，但是二者都存在著缺陷，生物高分子材料力學(xué)性能較低，降解產(chǎn)生酸性環(huán)境會(huì)使患者產(chǎn)生局部炎癥，生物陶瓷活性材料塑性較差，強(qiáng)度低于人體骨組織?？山到馍镝t(yī)用金屬材料，不僅可以在人體環(huán)境內(nèi)降解，還可以保持足夠的力學(xué)性能。Zn 元素和Mg 元素是現(xiàn)階段使用最廣泛的可降解生物醫(yī)用元素，但是它們也存在一些不足。單質(zhì)Mg作為骨植入材料時(shí)降解速率過快，無法與骨組織生長速率相匹配，單質(zhì)Zn 作為骨植入材料時(shí)力學(xué)性能嚴(yán)重不足，需以Zn 為基體加入Mg 元素制備Zn-Mg 基二元合金材料，提升力學(xué)性能，滿足內(nèi)服役條件。此外，經(jīng)研究證明，塊體材料作為植入體與骨組織結(jié)合不牢固，容易發(fā)生松動(dòng)，采用粉末冶金方法制備多孔材料，多孔材料為細(xì)胞提供優(yōu)良的依附條件，使骨細(xì)胞和骨組織快速增長，加快患者術(shù)后恢復(fù)[38]。

2.2 Zn-Mg-Ag 基三元合金及材料配比

2018 年，鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院谷晨曦等人研究了一種醫(yī)用植入雙金屬材料，材料內(nèi)芯為Ti 合金，外層為Zn 合金，兩者間以燕尾槽的形式連接，并通過鈦合金固態(tài)高溫下周圍澆注液態(tài)鋅合金使兩者呈冶金結(jié)合。Zn 合金的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)：Mg 為0.05%～0.8%，Ag 為0.05%～0.5%，其余添加元素La 為0.1%～0.5%，Se 為0.1%～0.5%，Sr 為0.1%～0.5%，Sn 為0.1%～0.5%，余量Zn.經(jīng)生物學(xué)證明，這些元素均為人體必需且可吸收元素。Zn-Mg-Ag 基三元合金材料經(jīng)過反復(fù)測試，在降解過程中所有元素均會(huì)均勻釋放出來，同時(shí)降解速率適宜，Zn-Mg-Ag 基三元合金材料完全降解后，經(jīng)生物醫(yī)學(xué)觀察，Zn-Mg-Ag 基三元合金材料與人體組織完美結(jié)合，沒有出現(xiàn)異常[39]。

2020 年，北京航空航天大學(xué)顧雪楠等人研究了一種微合金化醫(yī)用抗菌Zn-（0.01 wt.%～1 wt.%）Mg-（0.01 wt.%～1 wt.%）Ag 合金。顧雪楠等人經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)得出，Mg 元素和Ag 元素加入到Zn 中可以生成金屬間化合物Mg2Zn11和AgZn3相，Zn 基體的晶粒也得到細(xì)化。力學(xué)性能測試結(jié)果顯示，Zn-Mg-Ag基合金材料的屈服強(qiáng)度為130 MPa～250 MPa，抗拉強(qiáng)度150 MPa～285 MPa，延伸率為2%～37%，生物醫(yī)學(xué)測試數(shù)據(jù)顯示，Zn-Mg-Ag 基合金材料對金黃色葡萄球菌抗菌效果較好，抗菌率可達(dá)42%～80%.Zn-Mg-Ag 基合金材料具有適宜的降解速率和良好的生物相容性，可廣泛應(yīng)用于血管支架、骨科植入、手術(shù)縫合等科室[40]。

2.3 Zn-Mg-Ca 基三元合金及醫(yī)用性能

2017 年，第四軍醫(yī)大學(xué)沈超使用井式電阻爐在CO2氣氛保護(hù)下熔煉制備Zn-1.2Mg-0.1Ca 合金，具體工藝是在460 ℃保溫20 min，在480 ℃過熱并攪拌5 min，隨后精煉、扒渣并靜置處理，于420 ℃澆注到經(jīng)200 ℃充分預(yù)熱處理的鋼模中，隨后靜置30 min 并脫模獲得Zn-1.2Mg-0.1Ca 合金鑄錠。研究表明，Zn-Mg-Ca 合金材料可承受兩種類型的腐蝕，且腐蝕速率較低，第一種采用浸泡方式進(jìn)行腐蝕，其腐蝕速率為0.103 mm/year，第二種采用電化學(xué)方式進(jìn)行腐蝕，其腐蝕速率為0.250 mm/year.其次，Zn-Mg-Ag 基合金材料親水性試驗(yàn)數(shù)據(jù)較好，主要測試指標(biāo)溶血率遠(yuǎn)低于5%，這就意味著Zn-Mg-Ag基合金材料具有良好的血液相容性，不會(huì)造成血液凝聚。再次，Zn-Mg-Ag 基合金材料可承受兩種細(xì)胞毒性，第一種是MG63 細(xì)胞對Zn-Mg-Ag 基合金材料表現(xiàn)出較好的耐受性，第二種是3T3 細(xì)胞對其稀釋后的浸提液具備耐受性，兩種類型的試驗(yàn)均無明顯的細(xì)胞毒性作用。最后，Zn-Mg-Ag 基合金材料和WE43 鎂合金在新西蘭兔骨髓腔內(nèi)進(jìn)行了對比試驗(yàn)，由于Zn-Mg-Ag 基合金材料具有較低的腐蝕速率，因此在術(shù)后32 周內(nèi)一直持續(xù)提供足夠的力學(xué)支撐，而WE43 鎂合金在術(shù)后32 周已經(jīng)降解掉3/4.沈超認(rèn)為，Zn-Mg-Ag 基合金材料降解過程中與骨組織交界面無炎性細(xì)胞浸潤，無界膜樣物質(zhì)形成，能與骨組織有良好的結(jié)合力，并能促進(jìn)新骨形成；合金植入動(dòng)物骨內(nèi)后對外周血心、肝、腎功能等無影響[41]。

2019 年，東南大學(xué)白晶等人研究了一種生物醫(yī)用有序多孔的Zn-Mg-Ag 基合金材料，這種合金材料是利用選區(qū)激光熔融法制備的多孔Ti 預(yù)制體，進(jìn)一步定量控制多孔鑄態(tài)Zn-Mg-Ca 材料的微觀結(jié)構(gòu)，包括孔隙率、孔徑、孔分布等重要參數(shù)，以此滿足實(shí)際應(yīng)用中對多孔材料物理結(jié)構(gòu)方面的多樣化要求。同時(shí)，這種合金材料使用NaF 作為原材料，其移除過程中陰離子不會(huì)對Zn-Mg-Ca 材料造成腐蝕，從而保證最終制備的多孔材料具有良好的結(jié)構(gòu)完整性。最后，通過直接澆注成型方式制備的多孔材料其內(nèi)部缺陷少，晶粒之間結(jié)合力強(qiáng)，具有更為優(yōu)異的力學(xué)性能和服役可靠性[42]。

2.4 Zn-Mg-Sr 基三元合金及生物降解

2015 年，上海微創(chuàng)醫(yī)療器械（集團(tuán)）有限公司曹亞婷等人研發(fā)了Zn-Mg-Sr 基三元合金，其中主元素ω（Mg）＜3%，ω（Sr）為0.001%～0.5%，其余添加元素ω（Se）為0.001%～0.5%.經(jīng)測試，這種合金屈服強(qiáng)度為200 MPa～210 MPa，抗拉強(qiáng)度為270 MPa～350 MPa，伸長率為4%～12%.另外研究證明，Sr 元素降解產(chǎn)物可以起到調(diào)節(jié)人體各項(xiàng)機(jī)能的作用，且可以被人體完全代謝降解。同時(shí)，利用這種合金材料制作的植入式醫(yī)療器械經(jīng)試驗(yàn)證明降解時(shí)間在6個(gè)月以上，可以提供足夠長時(shí)間的力學(xué)支撐，且管腔內(nèi)支架可避免二次狹窄發(fā)生[43]。

2.5 Zn-Sr 基二元合金及高溫性能

2018 年，武漢科技大學(xué)劉芳分別采用鑄造和擠壓制備生物可降解鋅合金Zn-1Sr 和Zn-2Sr，隨后對不同狀態(tài)的合金材料進(jìn)行顯微硬度測試。結(jié)果表明，擠壓態(tài)Zn-1Sr 和Zn-2Sr 合金材料的顯微硬度最高，分別為67 和96，鑄態(tài)Zn-1Sr 及Zn-2Sr 合金材料的顯微硬度最低，分別為60 和89，這說明擠壓工藝可以提高Zn-Sr 基二元合金的硬度；之后，劉芳又將擠壓態(tài)Zn-1Sr 和Zn-2Sr 在250 ℃和300 ℃分別進(jìn)行了軋制，Zn-1Sr 及Zn-2Sr 合金材料在250 ℃軋制后顯微硬度為59 和88，Zn-1Sr 及Zn-2Sr 合金材料在300 ℃軋制后顯微硬度為58 和89，這說明軋制溫度對Zn-Sr 基二元合金硬度無太大影響，并且可以使合金材料的硬度有所減小。生物學(xué)測試結(jié)果顯示，擠壓態(tài)Zn-1Sr 及Zn-2Sr 合金在Hank's 溶液中的浸泡腐蝕速率（g·m-2·d-1）分別為4.281、5.374，與鑄態(tài)合金腐蝕趨勢一致，且擠壓態(tài)Zn-1Sr及Zn-2Sr 合金的腐蝕速率比鑄態(tài)合金小，表明擠壓工藝增強(qiáng)了鑄態(tài)Zn-1S 及Zn-2Sr 合金的耐蝕性。250 ℃軋制態(tài)Zn-1Sr、250 ℃軋制態(tài)Zn-2Sr、300 ℃軋制態(tài)Zn-1Sr 及300 ℃軋制態(tài)Zn-2Sr 合金在Hank's 溶液中的浸泡腐蝕速率（g·m-2·d-1）分別為5.027、5.934、4.952、5.783.與鑄態(tài)合金腐蝕趨勢一致，且軋制態(tài)Zn-1Sr 及Zn-2Sr 合金的腐蝕速率比鑄態(tài)合金小，表明軋制工藝增強(qiáng)了鑄態(tài)Zn-1Sr 及Zn-2Sr 合金的耐蝕性[44]。

3 可降解生物醫(yī)用Zn 基合金研究展望

綜述可降解生物醫(yī)用Zn 基合金材料的元素組成和典型合金，雖然可降解生物醫(yī)用Zn 合金在材料的力學(xué)性能、生物相容性、降解速率取得了一些成績，但是仍在材料設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)性和功能性上有所欠缺，即滿足力學(xué)性能的同時(shí)降解速率不能控制，反之亦然。因此，可降解生物醫(yī)用Zn 合金在材料近期的研究方向應(yīng)包括：

1）合金元素成分設(shè)計(jì)：根據(jù)生物學(xué)報(bào)道，人體必需營養(yǎng)元素Ca、Sn、Fe、Sr 可以添加到Zn 基合金之中，這些元素要進(jìn)行深入研究，開發(fā)新型的可降解生物醫(yī)用Zn 合金在材料。

2）合金加工工藝設(shè)計(jì)：根據(jù)材料加工工藝相關(guān)報(bào)道，Zn 基合金材料經(jīng)過塑性變形工藝微觀組織可以發(fā)生變化，塑性變形工藝通常包括擠壓、軋制（冷/熱）、拉拔和鍛造，因此，可以通過采用塑性變形工藝可以來提高Zn 基合金材料的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。

3）制備納米晶合金：根據(jù)材料微觀組織研究相關(guān)報(bào)道，材料的微觀組織對機(jī)械性能、耐蝕性能都會(huì)有顯著影響。一般來說，納米晶合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能更好，主要的原因是晶粒細(xì)化后出現(xiàn)大量晶界，這樣導(dǎo)致擴(kuò)散性提高，更易形成保護(hù)層。同時(shí)，晶界面積的增大，使雜質(zhì)和污染物的分配更為均勻。

4）制備復(fù)合材料和多孔材料:復(fù)合材料因具有增強(qiáng)相金屬（Fe、Mg、Ca、Ti、Zr 等）或非金屬（HA、ZnO、Al2O3等）能使可降解鋅基合金材料的機(jī)械性能、耐蝕性能和生物相容性得到進(jìn)一步提高。同時(shí)，多孔支架為細(xì)胞增殖提供了必要的支持，能保持它們的功能和架構(gòu)差異化，從而更好地定義新骨的最終形狀。

綜上所述，可降解生物醫(yī)用金屬材料現(xiàn)在正面臨著一場變革，Zn 基合金材料在這場變革中扮演著重要角色，現(xiàn)在只停留在研究起步階段，只有通過對Zn 基合金材料降解速率、生物相容性、力學(xué)性能等進(jìn)行深入研究，才有可能使得可降解生物醫(yī)用Zn合金材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域開啟新的篇章。