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镁合金 —— 一种比钛合金更适合做人造骨的金属材料

作者:明镁科技 日期:2019-03-01

 人生中的第一节化学课,老师做了镁条燃烧的实验。那刺眼的光芒,看过一次便深深的记住了它。在那之前熟悉的金属只有金银铜铁,感觉其它的金属距离我们的日常生活很遥远,然而它就在那,在面前燃烧着。其实,镁及其合金在我们日常生活中挺常见。譬如被用作相机闪光灯的镁光灯,为了减重而采用的铝镁合金车身,还有相机采用的镁合金骨架等。镁合金还有一个很重要也很有前景的用途,它可以用于医疗方面。

 
镁合金作为一种金属材料,主要被利用在人造骨骼上。而应用这种材料的主要目的是辅助骨伤愈合,而不是取代人骨,毕竟骨髓是无法被取代的。简单来说,镁合金在骨折处替代骨组织,其表面粗糙有助于骨细胞和骨骼肌细胞附着,随着镁合金逐渐被腐蚀,骨组织和骨骼肌组织也逐渐生长成熟。直至完全愈合,镁骨骼彻底降解。所以镁合金这种金属材料也被称为可降解金属材料。镁合金的一些性质决定了其具有更优于钛合金的降解性和生物相容性。
 
中学化学中便学到过镁与水的反应,金属镁与水反应会生成弱碱(中强碱)氢氧化镁和氢气。由于镁比较活泼,与水反应相对较快。所以纯的金属镁作为替代骨骼显然是不合适的。所以经过一定比例掺杂之后制成镁合金,控制其降解速率,才能植入骨骼中或作为支架。其实在人体内复杂的化学环境下,即使大量氯离子的存在会加速镁的溶解,但血液中的含有磷元素的酸根离子,碳酸根离子和硫酸根离子也会与溶解的镁离子结合形成难容沉淀附着于合金表面,由于镁合金的结构疏松,一些蛋白质附着于其上也会阻碍镁合金的腐蚀。所以即使镁很活泼,也能作为人造骨骼直至骨头完全愈合才消耗殆尽。这么来看,采用镁合金还因为其有比常用作人造骨骼人造关节的高分子材料更好的强度,比陶瓷有更佳的韧性。
 
镁合金具有更好的生物相容性。它的溶解不会产生有毒的重金属离子,作为人体中含量第四的金属离子(钠离子、钾离子和钙离子),几乎参与人体的所有代谢过程,是人体不可或缺的元素。镁是常量元素,不是微量元素。只要控制其溶解速率不超过人体代谢极限,那么过量的镁元素便会通过正常的代谢过程排出体外,不会对人体造成任何伤害。相反,在饮食结构中缺少镁元素时,还可以为患者补充镁元素。镁和钙元素同处一族,过量时会有类似的不良反应,增加结石概率,血镁含量过高还会导致肌肉麻痹,呼吸困难等。
 
 
富含镁的食物
 
镁离子的存在还可以加速骨细胞和骨骼肌细胞的生长,故将其作为人造骨骼可谓是相当精明的做法。此外,镁离子还可以减少血液中胆固醇含量,防止动脉硬化,高血压和心肌梗死。故其还被用来做血管支架。血管问题缓解后支架还能自动分解,真是药到病除,不留痕迹。早在2005年,便有医生做早产婴儿手术时植入肺动脉支架,之后婴儿除了血镁含量略高外,无任何其他不良反应。这也印证了镁合金良好的可降解性。
 
虽然镁合金作为人造骨或血管支架有着许许多多的优势,但毕竟患者的身体内环境因人而异。不是每个骨折或血管病患者不患有其他的病症,他们体液的化学环境不尽相同,且新陈代谢速率也不尽相同。可能同样的镁合金在不同患者体内效果天差地别。镁的很多盐很容易沉淀,如果内环境中易成难溶性盐的酸根离子多,那很可能造成难溶性盐堆积而引发结石或血栓,后果很严重。其次,镁在被腐蚀过程中产生氢气,且对酸碱度影响较大,对内环境稳态是个威胁。氢气若无法即使排出,堆积起来对人体也有很严重的伤害。因人而异控制量却又太过复杂,成本过高,所以,在采用镁合金骨骼或支架前,对人体情况进行相应的检测,像药品一样依据不同种类人群制定几种不同的‘配方’,也许会让这种‘药’更易被市场所接纳。也更加安全可靠。
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