鎂骨科螺釘-溶解的螺釘
作者：ANDREA SIX
在骨頭骨折的地方，外科醫(yī)生常常不得不用植入物把碎片連接起來。隨著時間的推移，鎂制骨科螺釘會在體內(nèi)溶解，這樣可以在患者痊愈后避免再次手術，降低感染的風險。不過，在這一過程中，人體內(nèi)部發(fā)生了什么，在很大程度上還不得而知。為了開發(fā)具有功能化表面的優(yōu)化合金和矯形螺釘，Empa研究人員正在研究鎂腐蝕。
常規(guī)的由鈦或鋼制成的金屬植入物在骨折后能將骨頭碎片穩(wěn)定地固定在一起。但是，它們不會溶解。需要執(zhí)行另一項操作才能將其刪除。圖片來源：pixabay
當外科醫(yī)生想在骨折后固定骨碎片時，關鍵的問題是要使用哪種植入物：鈦或鋼制成的螺釘和板在體內(nèi)機械和化學上非常穩(wěn)定，但隨后必須將其卸下。另一個手術程序？還是由有機材料制成的植入物會隨著時間的流逝而溶解，但可能還會有其他一些缺點，例如機械強度不足或降解產(chǎn)物不利？ Empa研究人員目前正在努力解決這一難題：微小的鎂植入物和螺釘。它們起初在機械上很堅固，但隨后以可控制的方式在體內(nèi)溶解，不會引起組織損傷。
這種鎂植入物對于骨骼快速增長的兒童的醫(yī)學骨科應用特別有趣。可生物降解的螺釘不會損害孩子的骨骼生長，并且可以使小患者省去第二次手術。另外，可以使感染的風險最小化并且可以降低成本。 Empa實驗室的“連接技術與腐蝕”實驗室的Arie Bruinink說：“鎂通常被認為是一種白色粉末，通常被當作膳食補充劑。”但是，由鎂合金制成的植入物不僅具有生物相容性，而且還具有生物相容性。它們在第一個精致的愈合階段還具有類似于骨頭的機械性能，因此比鈦更合適。
可吸收螺釘?shù)淖８Ｒ部梢允撬脑{咒。畢竟，溶解與復雜的腐蝕過程有關，腐蝕過程改變了表面結構并產(chǎn)生了許多可能有害或可能有害的產(chǎn)品。根據(jù)鎂合金的類型，由于抗腐蝕性不足，在降解過程中會產(chǎn)生氫氣-甚至在患者皮膚下形成氣墊。盡管出于外科醫(yī)師的意圖，鎂螺絲會因腐蝕而降解，在此期間鎂會氧化并產(chǎn)生氫氣，但應避免形成氣墊。如果突然形成的氫氣量超出了人體的吸收能力，那么脆弱骨骼的愈合過程就會受到干擾。
Textfeld：然而，迄今為止，人們對這種生物腐蝕的確切認識還不多，因為鎂螺釘暴露在這種生物腐蝕下。這是Empa腐蝕研究人員進入的地方，使用了專門開發(fā)的分析方法來描述在盡可能真實的條件下對人體的生物腐蝕。目標：鎂和其他生物相容性元素的最佳合金，以及可吸收鎂螺釘?shù)男卤砻嫣匦浴Ｗ罱K，研究人員的目標是緩慢，良好地控制植入物的降解，而不會導致組織內(nèi)形成氣穴。
Bruin-ink解釋說：“到目前為止，已經(jīng)很清楚，這種反應取決于組織中酸度的高低。”。在弱酸性環(huán)境中，鎂腐蝕過程中會形成大量氫氣；在堿性范圍內(nèi)的pH值下，會產(chǎn)生含碳酸鹽的產(chǎn)品等，這些產(chǎn)品甚至可以抑制所需的鎂降解。在pH值為7.4的中性環(huán)境中，如在血液中，會形成氫氧化鎂和磷酸鹽產(chǎn)品，這至少會減緩進一步的腐蝕。血液作為一種有效的緩沖液，能夠?qū)⑵鋚H值保持在一個恒定的范圍內(nèi)。根據(jù)Bruinink的說法，鎂植入物到目前為止都是在相對有效但非生理緩沖系統(tǒng)中進行分析的。他認為這個程序不現(xiàn)實。
“血液是一種非常特殊的果汁”—— 歌德筆下浮士德如是說。浮士德醫(yī)生是否知道所謂的間質(zhì)液，尚不清楚。大約10升的鹽水遠遠超過了人體的血容量。這種被低估的“果汁”在組織和細胞之間以比蝸牛慢百倍的速度緩慢移動。如果要開發(fā)新的植入物，正是這種間質(zhì)液體至關重要。骨骨折的愈合過程，是由免疫細胞控制的，目的是產(chǎn)生一個骨吸收和重塑的平衡結構，主要是嵌入在間質(zhì)液中。
然而，組織液的酸度比血液的酸度變化大得多。根據(jù)身體部位和組織狀況，各種參數(shù)都會影響螺釘?shù)牟迦�。為了對人體內(nèi)的生物腐蝕過程提供一個真實的預測，Bruinink開發(fā)了實驗分析技術和流動細胞，其中pH調(diào)節(jié)是模仿人體的。例如，在一個由10個流動電池組成的電池中，研究人員插入了鎂合金的樣品，這些樣品是用人工間質(zhì)液體清洗的，速度和人體一樣慢。
除了pH測量外，目前正在對小流量電池進行詳細的電化學表征。評估了電化學電位、作為腐蝕特征的界面電阻抗變化以及氫的生成。”流動電池是一個模擬生物腐蝕的微型實驗室，”Bruinink說。下一步，合金樣品將與微型實驗室中的活細胞結合在一起，以便更詳細地模擬人體內(nèi)的事件。Bruinink：“一旦明確了鎂合金在生物腐蝕過程中的實際情況，我們將能夠生產(chǎn)出具有功能化表面的合適植入物，例如，促進生物環(huán)境的有益反應。”
原文鏈接：https://www.empa.ch/web/s604/dissolving-screw-eq66
聲明：本文由 Newfellow 編譯，中文內(nèi)容僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準。
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