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全降解医用镁合金的材料设计与降解调控
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    R318.08
  • 关键词:
  • 成果简介:
    临床使用的骨折金属内固定物为钛合金或不锈钢材质,需要二次手术取出,增加患者手术痛苦、经济负担和感染风险。医用镁合金研究,是生物材料领域的最新前沿课题,有望实现医用金属从“不可降解的生物惰性”向“全降解、可吸收、生物功能化”的转变,进而发展出避免骨折二次手术的新临床手术范式。国际上美国自然科学基金会和欧盟居里计划也正在强力资助相关研究,其迫切需要解决的科学问题包括:(1)合金化设计;(2)如何与生物相容;(3)降解调控。项目组历时十余年,深入系统研究了全降解医用镁合金的成分优化与制备、材料与机体的交互作用机制、降解行为调控方法等,主要科学发现点如下: (1)建立医用镁合金“元素剂量-毒理学效应”成分设计原则,首创合成镁钙等合金体系,集“强韧性匹配、可控降解、生物功能”三位于一体,实现了镁合金从潜在毒性到全降解、促成骨生物功能的转变,为其在组织工程领域的应用奠定基础。 (2)提出医用镁合金的降解双界面模型,阐明在镁合金/氢氧化镁腐蚀产物的界面和氢氧化镁腐蚀产物层表面发生的动态生化反应机理,首次给出了镁促进新骨形成的协同作用机制,揭示了外周感觉神经在骨代谢中的关键作用,证实镁可用于治疗骨质疏松和骨折修复,为其在骨科领域的应用提供理论依据。 (3)发展系统、全方位的医用镁合金降解调控方法,包括表面体液渗透阻挡及促成骨双功能化涂层方法和大块非晶化技术等,有效控制镁合金从非均匀腐蚀向可控均匀腐蚀转化,调控降解速度至原有的10-55%,解决了医用镁合金降解行为与机体组织修复生理过程相匹配的科学难题。 10篇代表作,发表在Nature Medicine、Biomaterials等该领域权威刊物上,SCI他引2023次,最高单篇他引572次,4篇为ESI高被引用论文,1篇入选“2009年中国百篇最具影响国际学术论文”。在Web of Science以biodegradable magnesium alloy或bioabsorbable magnesium alloy为主题词,检索出2339篇文章,按照引用次数【代表性论文1】排序第一,【代表性论文2】排序第四,【代表性论文3】排序第十。工作得到美国工程院院士(J.Rogers、J.Perepezko、Z.Bao)、澳大利亚工程院院士(P.Hodgson)等在Nature、Chem Rev、Prog Mater Sci、Adv Mater等期刊的正面引用与跟进。出版英文专著2本、中文专著2本。第一完成人连续担任第3-9届可降解金属国际会议大会主席。基于上述成果,2014年在国际上给出可降解金属的定义与分类,被ISO正在起草的新标准借鉴。
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