鎂合金以其良好的生物相容性、與骨組織匹配的力學(xué)性能以及可以在人體內(nèi)降解吸收等特點(diǎn)，成為一類極具臨床應(yīng)用前景的新型醫(yī)用金屬材料。中國(guó)科學(xué)院金屬研究所楊柯研究員領(lǐng)導(dǎo)的生物材料研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)提出了醫(yī)用金屬材料的生物功能化這一全新概念，其核心思想就是使醫(yī)用金屬材料在發(fā)揮其自身優(yōu)異力學(xué)性能的同時(shí)，還具備特定的生物醫(yī)學(xué)功能，從而達(dá)到更佳的臨床醫(yī)療效果。基于這一思想，楊柯團(tuán)隊(duì)近年來(lái)成功地開發(fā)出一種具有多重生物醫(yī)學(xué)功能的新型可降解鎂銅二元合金。楊柯指導(dǎo)的博士研究生劉辰等近期的研究工作表明，利用鎂銅合金在生理環(huán)境中降解形成的堿性環(huán)境以及持續(xù)釋放鎂和銅離子的特點(diǎn)，賦予了新型可降解鎂銅合金抗菌、促成骨、促血管化等多重生物醫(yī)學(xué)功能，并確保其生物安全性和力學(xué)支撐作用，臨床應(yīng)用價(jià)值極大。

　　銅是人體組織內(nèi)重要的微量元素，對(duì)人體的代謝和多種酶的功能具有調(diào)節(jié)作用。銅能促進(jìn)造血機(jī)能，調(diào)節(jié)鐵的吸收和利用，維護(hù)骨骼、血管、皮膚和內(nèi)分泌的正常功能，促進(jìn)骨骼、血管和皮膚膠原生成。銅缺乏會(huì)影響人體的分泌系統(tǒng)和免疫功能，導(dǎo)致貧血、血栓形成、冠狀動(dòng)脈硬化、關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松等疾病的發(fā)生。銅的強(qiáng)烈抗菌作用已被人們認(rèn)知并長(zhǎng)期應(yīng)用，它是唯一獲得美國(guó)環(huán)保署（EPA）抑菌性注冊(cè)的固體材料。銅能夠長(zhǎng)效抑制致病細(xì)菌的生長(zhǎng)，對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌、白色念珠菌、綠膿假單胞菌等多種細(xì)菌均具有高效的殺滅作用。

　　基于鎂金屬在生物環(huán)境中的可降解特性以及銅的眾多生物功能，楊柯團(tuán)隊(duì)研究開發(fā)出具有多重生物醫(yī)學(xué)功能發(fā)鎂銅二元合金，申報(bào)了中國(guó)發(fā)明專利。研究表明，鎂銅合金在降解過程中持續(xù)溶出鎂離子和銅離子，但溶出速率在人體能夠承受的范圍之內(nèi)，因此不會(huì)影響到生物安全性。溶血實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鎂銅合金具有良好的血液相容性和細(xì)胞相容性。抗菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鎂銅合金對(duì)金黃色葡萄球菌具有堿性抗菌和銅離子抗菌相結(jié)合的雙重抗菌作用，表現(xiàn)出更加優(yōu)異的抗菌功能（見圖1）。此外，鎂銅合金還兼具明顯的促成骨（見圖2）和促血管化功能（見圖3）。

　　具有多重生物功能的新型可降解鎂銅合金的研究，實(shí)現(xiàn)了可降解鎂合金結(jié)構(gòu)和生物醫(yī)學(xué)功能一體化，有助于解決植入材料在臨床中引發(fā)的感染等問題，使可降解鎂合金發(fā)揮更大的臨床治療作用，為醫(yī)生與患者提供了更優(yōu)的選擇，也為推動(dòng)生物可降解鎂合金的廣泛臨床應(yīng)用提供了有力支持。相關(guān)研究結(jié)果已于近期在線刊登在Nature旗下的綜合性科學(xué)期刊Scientific Reports上（Chen Liu, Xuekun Fu, Haobo Pan, Peng Wan, Lei Wang, Lili Tan, Kehong Wang, Ying Zhao, Ke Yang, Paul K. Chu. Biodegradable Mg-Cu alloys with enhanced osteogenesis, angiogenesis, and long-lasting antibacterial effects, 2016, DOI: 10.1038/srep27374）。

　　圖1 金黃色葡萄球菌與不同材料浸提液共培養(yǎng)0h（a1-e1）、6h（a2-e2）、24h（a3-e3）和72h（a4-e4）后，材料的殺菌效果圖，（a）Mg；（b）Mg-0.03Cu；（c）Mg-0.19Cu；（d）Mg-0.57Cu；（e）304不銹鋼對(duì)照組

　　圖2 前成骨細(xì)胞MC3T3-E1在鎂銅合金和純鎂浸提液中培養(yǎng)15天后茜素紅染色結(jié)果，（a）Mg；（b）Mg-0.03Cu；（c）Mg-0.19Cu；（d）Mg-0.57Cu；（e）空白對(duì)照組；（f）染色定量分析，*和**分別表示與純鎂組進(jìn)行比較時(shí)具有顯著性差異（*p＜0.05）和明顯的顯著性差異（**p＜0.01），##表示與空白對(duì)照組組進(jìn)行比較時(shí)具有明顯的顯著性差異（##p＜0.01）

　　圖3 人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞HUVECs在含有鎂銅合金和純鎂浸提液的Matrigel?基質(zhì)膠中培養(yǎng)4h、8h和16h后的三維血管環(huán)結(jié)構(gòu)形成結(jié)果

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