用于治疗骨损伤而无组织损伤的镁合金植入物

2019-11-11 16:53 来源:科技日报

德国科学家正在开发一种由镁制成的小型植入物和螺钉,它具有足够的机械稳定性和可控制的人体降解程度,不会造成组织损伤。

在骨头断裂的地方,医生通常使用植入物来固定骨头碎片,选择哪种植入物需要仔细考虑。钛或钢螺钉和固定板的机械和化学性能非常稳定,但如果要拆卸,必须重新操作。由有机材料制成的植入物可能会慢慢溶解,但仍然存在强度不足和对人体有害的溶解物质等缺点。

为了解决这个问题,德国联邦材料测试研究所使用镁开发了具有最佳功能表面的合金板和矫形螺钉。镁植入物特别适合骨骼生长迅速的儿童。生物可降解螺钉不会影响儿童骨骼的生长,从而避免了二次手术,降低了感染风险,节约了成本。

研究员伊莱·布鲁尼克(Eli Brunik)说:“镁合金植入物不仅具有生物相容性,而且在最初脆弱的愈合阶段具有类似骨骼的机械性能,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气,甚至在患者皮肤下形成气泡。如果形成的氢超过人体能立即清除的量,脆弱骨骼的愈合过程就会受到干扰。

人体组织液对新植入物的开发至关重要。但是组织液的酸度比血液的酸度复杂得多。根据身体部位和组织,不同的部位和组织会影响插入的螺钉。

为了对人体生物腐蚀的进程做出现实的预测,布鲁尼克开发了一种模拟人体酸碱度调节的实验分析仪和流动池。在由10个液流电池组成的电池组中,镁合金样品浸入人造组织液中,组织液在人体内以相同的速度流动。

研究人员模拟分析了人体在真实条件下的生物腐蚀,获得了镁和其他生物相容性元素的最佳合金比例,以及可吸收镁螺钉的新表面功能,使植入体能够在人体内缓慢受控降解而不形成气泡。Brunik解释说,根据组织的酸度,反应会有所不同。在弱酸性环境中,镁腐蚀时会形成大量的氢。在碱性环境中,会形成含碳酸盐的产品以防止降解。

Brunik说:“流动池是一个非常小的实验室,可以模拟现实生活中生物腐蚀的现实。”下一步是将来自微型实验室的合金样品与活细胞放在一起,更详细地模拟人体内的腐蚀过程。

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