“挑戰(zhàn)亦是機遇，新型醫(yī)用金屬材料未來市場空間難以估量，我國須重視相關的技術突破與創(chuàng)新發(fā)展。”

——中科院金屬研究所研究員 楊柯

醫(yī)用金屬材料是生物醫(yī)用材料中的一個重要家族，包括純金屬及合金，傳統(tǒng)上是一類生物惰性材料，具備較高的強韌性和耐疲勞性，是臨床應用最廣泛的承力植入材料。

然而目前臨床應用中的醫(yī)用金屬材料仍存在不可降解、有害金屬離子溶出、無生物活性等痛點問題。日前，東南大學材料科學與工程學院副院長儲成林曾在“百大名師系列在線課程”上表示，不銹鋼、鈦合金等傳統(tǒng)的人體植入材料的力學性能優(yōu)異，但是不可降解吸收，植入后需要二次取出或是永久留存于體內。

探索和發(fā)展性能更加優(yōu)異、生物可降解的新型醫(yī)用金屬材料，一直是醫(yī)用金屬材料研究與應用領域中的關注點。6月10日，在由新材料在線?、尋材問料?、有材?、新材料企業(yè)家成長營共同舉辦的“百大名師系列在線課程”上，中科院金屬研究所楊柯研究員圍繞主題《新型醫(yī)用金屬材料發(fā)展與應用》，就醫(yī)用金屬材料的現(xiàn)狀、前沿技術探索，以及團隊在抗菌醫(yī)用金屬、生物功能化金屬、生物可降解金屬等方面的研究成果，做了直播演講。

01 醫(yī)用金屬材料臨床應用最廣泛

生物醫(yī)用材料是用于與生命系統(tǒng)接觸并發(fā)生相互作用，且能對細胞、組織和器官進行診斷治療、替換修復或誘導再生的天然或人工合成的特殊功能材料，因此，生物安全性是其應用的必要條件。

隨著經(jīng)濟收入提高，生活水平提升，人們愈發(fā)重視生命健康與安全。新型生物醫(yī)用材料已受到國家和民眾的雙重關注。

作為生物醫(yī)用材料大家庭中的重要成員之一，醫(yī)用金屬材料具有優(yōu)異的強度、塑性、韌性、硬度、抗疲勞性等綜合力學性能和良好的加工成型性能，主要用于骨、牙等硬組織的修復和替換，以及心血管支架等各類管腔支架的制造。

據(jù)了解，金屬材料是人類最早利用的醫(yī)用材料之一，可追溯到公元前400-300年腓尼基人利用金屬絲修復牙齒。

目前臨床應用量最大的醫(yī)用金屬材料包括不銹鋼、鈦及其合金、鈷基合金。

在楊柯看來，醫(yī)用金屬材料的研究基礎深厚，是臨床應用最廣泛的承力型植入材料，在未來的生物醫(yī)用材料領域中的應用機會多。

02 新型材料解決臨床痛點問題

“提高強度和韌性是醫(yī)用金屬材料研究發(fā)展永恒的主題。但是醫(yī)用金屬材料研究的困局卻不僅僅是這些。”楊柯說。

與陶瓷、高分子材料等其它類型生物材料相比，金屬材料的耐蝕性能、耐磨損性能、生物相容性、生物活性等均有待進一步提高。

醫(yī)用不銹鋼是典型的案例，其力學性能較好，且易加工和價格低廉，但是仍存在生物相容性不足的問題，其植入人體后因發(fā)生腐蝕或磨損，可能會引起水腫、感染、組織壞死等問題。除此之外，植入器械引發(fā)的感染問題已經(jīng)成為醫(yī)學領域中亟待解決的一個痛點問題。

楊柯表示，壓力就是動力，臨床中存在的痛點問題，是推動醫(yī)用金屬材料進步的重要動力。

新型醫(yī)用金屬材料發(fā)展主要體現(xiàn)在兩個方面：第一，在現(xiàn)有材料基礎上進一步優(yōu)化材料性能；第二，通過全新的材料設計，研究開發(fā)新型材料。

盡管途徑不同，但是目標都是一致的，即進一步提高材料的生物力學相容性，改善材料對組織、細胞、血液相容性，賦予材料表面生物活性，實現(xiàn)材料的生物功能化和生物可降解吸收。

毋庸置疑，新型醫(yī)用金屬材料正逐步打破現(xiàn)有材料存在的諸多困局。

面對一系列臨床中存在的痛點問題，楊柯率領研究團隊有針對性地提出了一系列解決方案：

第一，針對現(xiàn)有臨床應用中的植入金屬器械易引發(fā)感染問題，團隊發(fā)展了系列醫(yī)用含銅抗菌金屬。

第二，針對現(xiàn)有臨床應用中的金屬不可降解問題，團隊發(fā)展了鎂合金、鐵合金等生物可降解金屬。

第三，針對現(xiàn)有臨床應用中的金屬生物惰性問題，團隊發(fā)展了含銅金屬、可降解鎂合金等生物功能化金屬。

第四，針對現(xiàn)有臨床應用中的鎳過敏問題，團隊發(fā)展了醫(yī)用高氮無鎳不銹鋼。

楊柯指出，新型醫(yī)用金屬材料應用正面臨諸多新的挑戰(zhàn)，如：實現(xiàn)可降解金屬創(chuàng)新產(chǎn)品應用的突破，開發(fā)出更多的抗菌金屬植入器械產(chǎn)品（如脊柱固定、人工關節(jié)等），開發(fā)出自身具有抗凝血、促進內皮化等多重生物功能的介入支架產(chǎn)品（包括心血管、腦血管、外周血管等），生物功能金屬涂層技術，可降解鎂合金腫瘤治療技術等。

“挑戰(zhàn)亦是機遇，新型醫(yī)用金屬材料未來市場空間不可估量，我國須重視相關的技術突破與創(chuàng)新發(fā)展。”

問答環(huán)節(jié)：

Q1：生物可降解鎂合金的應用前景如何？

楊柯：可降解鎂合金的應用前景非常樂觀，但是仍需要注意3個重要問題：

第一，鎂合金的力學性能相對低的問題，若要滿足心臟支架對力學性能的高要求，需同時從材料和支架設計入手。

第二，鎂合金的降解速度是否真的過高？這需要與具體的臨床應用相對應。目前大多數(shù)文章提到的降解性能，都是以體外實驗結果為主，與實際應用相關的體內實驗數(shù)據(jù)還十分有限。

第三，目前可降解鎂合金的種類繁多，五花八門，而且難以進行相互對比，應該先聚焦在簡單體系的鎂合金研究與應用。

Q2：是鎂合金的應用前景更廣泛，還是鎂合金與高分子材料的復合材料應用前景更廣泛？

楊柯：個人覺得，應該先將鎂合金的應用放在研究第一位，鎂合金復合材料還是放在第二位。

Q3：抗菌鎂合金的研發(fā)是否有意義？

楊柯：有意義，因為鎂合金與其它醫(yī)用金屬材料一樣，在臨床應用中可能會出現(xiàn)感染問題。

備注：封面圖來源于楊柯院士