引言：镁及镁合金当前有近100万吨的产量，虽明显不及铝合金产量，但镁合金在轻量化、医疗以及冶金等方面开展了大范围的应用。本文简要论述镁及镁合金在医学领域的应用。镁是维持人体生命活动的必须元素，从日常食物或补镁保健品中获取。镁合金可作为人/动物的植入物，用于医疗领域，如骨固定材料、修复材料、牙种植材料和心血管支架材料。
“文章内容来源于镁合金文献和大量的镁合金推广应用报道。本公众号仅做汇总和阐述。在此感谢各位前辈在镁及镁合金行业的开拓和付出”。所述并不详尽（尤其缺乏国外相关单位信息），欢迎留言沟通，促成镁合金更广泛的研究和应用。
生物医用金属材料
生物材料种类主要有金属材料、陶瓷材料、高分子材料、生物活体组织等。生物高分子材料目前是生物材料市场最主流的材料，占比高达49%，其次是金属材料，市场份额为25%。
医用金属材料主要应用于骨科、齿科及矫形外科的内植入物及人工假体等植入医疗器械，以心血管支架为典型代表的各类管腔支架，以及各式各样的外科手术器械和工具。当生物医用金属材料广泛被用于植入材料时，对医用金属材料的要求：
1）机械性能：应具有足够的强度和韧性，适当的弹性和硬度，良好的抗疲劳、抗蠕变性能以及必需的耐磨性和自润滑性。
2）抗腐蚀性：暴露在人体生理环境下可能发生的电解、点腐蚀、电偶腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀等。
3）生物相容性：必需具备优异的生物相容性，对人体无毒、无刺激、无致癌、无突变、无排异等反应，最好具有生物活性。
目前，在临床应用中的医用金属材料仍然存在不可降解、有害金属离子溶出、无生物活性等痛点问题。如不锈钢、钛合金等传统的人体植入材料的力学性能优异，但是不可降解吸收，植入后需要二次取出或是永久留存于体内。新型医用金属材料的发展方向之一：镁合金是医用金属材料。生物医用可降解镁合金材料的完全可降解性和杰出的生物相容性使其有望广泛应用于临床硬组织修复或替代。
镁合金的特点和优势
镁合金的密度为1.74 g/cm³，近似于碳纤维的密度。相比于铝合金的2.8g/cm³ 和钢的7.9 g/cm³。镁合金的密度明显较小，在同种结构替换下，镁合金的重量是铝的2/3，是钢的1/4，能极大的减轻部件重量。
镁合金是最轻的工程金属结构材料，另一种常见的轻量化材料是钛合金，其密度为4.5 g/cm³。相较于镁合金，钛合金的比重约为镁合金的2.5倍左右，这意味同样的外形，钛合金比镁合金重2.5倍左右。（当然，以上仅为理论对比，结合强度等其他性能，镁合金零部件需要根据工况结构优化）。此外，镁合金还具有优异的抗震性能、良好的散热性能等性能，广泛的应用于汽车、电子、航空和军工等领域。
镁对于人体健康起着至关重要的作用。作为生物材料，镁合金具有良好的生物相容性、可降解性、弹性模量与人体接近等特点和优势，在医疗领域引起了许多学者和企业的关注、尝试。
来源：你需要了解的“镁中不足”
现代农业大量使用合成化肥，导致土壤中的镁流失，而高产量的杂交改良谷物中的镁含量也大幅下降，对谷物的进一步加工又去除了大部分的镁。以加工食品为主的现代人饮食中，镁的摄入往往达不到最低需求量。 而长期隐性的镁缺乏症是很多临床慢性疾病潜在的致病机理之一，小到便秘、痛经、失眠，大到心脏病、糖尿病，癌症，都可能与缺乏镁有关。（来源：你需要了解的“镁中不足” ）。
镁合金强度、杨氏模量及应力分布 FEA模拟
到目前为止，科学家们已经通过元素合金化开发出了多种具有抗菌性能的新型镁合金和抗菌涂层，如Mg-Ag, Mg-Cu, Mg-Zn and Mg-Ga,等等，抗菌涂层包括无机涂层(氧化物/氮化物涂层、类金刚石碳(DLC))，有机涂层(壳聚糖(CS)、单宁酸(TA)、抗生素和多肽以及聚氨酯(PU))及其复合材料。
镁及镁合金在医疗领域的应用
（1）含镁的药物
含镁食物（黑巧克力、坚果、豆制品、香蕉等）
骨组织具有创伤后自我修复和再生的潜能，然而这一愈合过程不仅耗时，还难以完全恢复骨组织初始结构及力学特性。因此，在临床工作中往往需要通过移植生物材料来达到加速骨愈合过程、维持最终骨密度的目的。作为骨组织中的最重要微量元素之一和全身生物活动中不可或缺的活性成分，镁离子被认为在骨组织修复中发挥着重要作用。
深入揭示镁离子在骨修复中的免疫调控机制（Nat. Commun., 2021, 12, 2885, DOI: 10.1038/s41467-021-23005-2）
优势：镁合金植入器械可以在受损骨组织完成修复后降解吸收掉，不需要二次手术取出，能够显著减少患者痛苦和治疗成本。此外，镁合金的密度和弹性模量与人体骨组织更接近，可显著降低应力遮挡效应，有利于骨组织的愈合。
待改善：镁合金植入物在人体内降解，有害离子会释放出来，对人体健康构成潜在威胁；腐蚀速率过快会产生大量H2，聚集在植入物周围或皮下会引发炎症，影响骨愈合；镁合金植入物的降解速率、力学衰减必须与骨愈合的速率相匹配。
当然，镁合金引起的各种因素相对复杂，详细可参考：植入人体医用材料之“明星”—— 镁及镁合金
因此，降低镁合金降解速率并实现可控降解是镁合金临床研究的热点和难点。镁合金从材料开发和体外实验、动物实验，再到临床验证，然后临床不同阶段以评估临床疗效和安全性，需要经过长达数年的持续研发。
研发人员已开展了大量的材料研发工作，包括：镁合金材料体系，如Mg-Ca系、Mg-Zn系、Mg-RE系、Mg-Nd系、Mg-Sr系、Mg-Si系、Mg-Mn系、Mg-Zr系；以及镁合金的表面处理技术，如化学转化法、阳极氧化法和微弧氧化法、电化学沉积法、仿生沉积法、溶胶-凝胶法、离子注入法、高分子涂层等。此外，还涉及相应的体外和动物实验。当前，大量的单位处于研发和实验验证阶段，如，小鼠、兔子、羊等动物实验，少部分先发企业已迈出临床和商业化的步伐。
镁合金骨钉和骨板 兔子实验
镁合金环&羊实验、镁合金螺钉&鸵鸟实验
卓恰医疗 国产 镁合金空心钉用棒材（未检索到该公司镁合金空心钉实物，2022年临床）
上海交大 针对医用骨内植入器械的“高强度中等塑性”医用镁合金 骨钉和骨板，国内首个可降解医用镁合金（1-2年）临床试验的公开报道，也是国际首款含有功能涂层的可降解镁合金骨钉的临床试验结果的公开报道（Journal of Orthopaedic Translation，27 (2021) 96–100）
高纯镁材料 可降解镁金属闭合夹（苏州奥芮济医疗科技，2023年）
德国BiotroniK的DREAMS系列（AMS-1、DREAMS 1G、DREAMS 2G、DREAMS 3G）是开发最早也相对成熟的镁合金冠状支架。自2005年至今，持续在开展临床试验，发展至今已经是第三代镁合金支架，2023年国内首例临床。
第一代可降解金属支架AMS-1使用93%镁、7%稀土元素的合金，在没有药物涂层的情况下厚度为165 μm。AMS-1的降解速度较快，仅仅植入60天后便降解为离子。过快降解也导致血管失去支撑，迅速回缩。研究人员在AMS-1的基础上增加了紫杉醇涂层（7.4 μg/cm²），并且为了减缓支架降解速度，还在镁合金表面包覆了一层聚合乳酸包被。改良版的AMS-1在后续3年的随访中靶血管失败率仅为6.6%，没有发生心脏性死亡或支架内血栓。
第二代Magmaris同样以慢降解的镁合金制成，支架厚度和宽度均为150 μm，采用6-crown 2-link设计。为了降低降解速度，Magmaris使用了方形支架梁与侧面电解抛光工艺。电解抛光也为支架提供了更柔和的边缘，使得支架更好输送，对支架梁周围的血流动力学也有好处。
第三代DREAMS 3G，相比于前身Magmaris 支架，在技术层面取得了更多的突破，包括采用BIOTRONIK专有的BIOmag镁合金材料和西罗莫司药物涂层，在保持12个月降解时间的同时，也兼顾了径向支撑耐久能力。DREAMS 3G在安全性方面继承了前代的优点，试验过程中靶病变失败率较低，同时基本没有支架血栓形成病例。
DREAMS 3G
国内镁合金支架，检索到文献"镁合金全降解血管支架研究进展(2017年）"。其上阐述，国内镁合金支架以中国科学院金属研究所、上海交通大学和北京大学为代表，从体外到体内对镁合金血管支架进行了系统研究，不同的是各个研究组选用不同成分的镁合金展开具体研究。其中，中科院金属所采用商用AZ31镁合金，上海交通大学采用自主研发的Mg-Nd-Zn-Zr (JDBM)镁合金，北京大学采用郑州大学研发的Mg-2.0Zn-0.5Y-0.5Nd镁合金。均仅见动物实验，未见临床新闻报道。
参考文献：
[5] 镁合金全降解血管支架研究进展
[6] 镁及镁合金在骨科领域的应用与研究进展...
—————————————————————————————————
广告：镁合金挤压、铝合金挤压、高校挤压实验和批量生产（私信联系）
