“挑战亦是机遇，新型医用金属材料未来市场空间难以估量，我国须重视相关的技术突破与创新发展。”

——中科院金属研究所研究员 杨柯

医用金属材料是生物医用材料中的一个重要家族，包括纯金属及合金，传统上是一类生物惰性材料，具备较高的强韧性和耐疲劳性，是临床应用最广泛的承力植入材料。

然而目前临床应用中的医用金属材料仍存在不可降解、有害金属离子溶出、无生物活性等痛点问题。日前，东南大学材料科学与工程学院副院长储成林曾在“百大名师系列在线课程”上表示，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。

探索和发展性能更加优异、生物可降解的新型医用金属材料，一直是医用金属材料研究与应用领域中的关注点。6月10日，在由新材料在线?、寻材问料?、有材?、新材料企业家成长营共同举办的“百大名师系列在线课程”上，中科院金属研究所杨柯研究员围绕主题《新型医用金属材料发展与应用》，就医用金属材料的现状、前沿技术探索，以及团队在抗菌医用金属、生物功能化金属、生物可降解金属等方面的研究成果，做了直播演讲。

01 医用金属材料临床应用最广泛

生物医用材料是用于与生命系统接触并发生相互作用，且能对细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的天然或人工合成的特殊功能材料，因此，生物安全性是其应用的必要条件。

随着经济收入提高，生活水平提升，人们愈发重视生命健康与安全。新型生物医用材料已受到国家和民众的双重关注。

作为生物医用材料大家庭中的重要成员之一，医用金属材料具有优异的强度、塑性、韧性、硬度、抗疲劳性等综合力学性能和良好的加工成型性能，主要用于骨、牙等硬组织的修复和替换，以及心血管支架等各类管腔支架的制造。

据了解，金属材料是人类最早利用的医用材料之一，可追溯到公元前400-300年腓尼基人利用金属丝修复牙齿。

目前临床应用量最大的医用金属材料包括不锈钢、钛及其合金、钴基合金。

在杨柯看来，医用金属材料的研究基础深厚，是临床应用最广泛的承力型植入材料，在未来的生物医用材料领域中的应用机会多。

02 新型材料解决临床痛点问题

“提高强度和韧性是医用金属材料研究发展永恒的主题。但是医用金属材料研究的困局却不仅仅是这些。”杨柯说。

与陶瓷、高分子材料等其它类型生物材料相比，金属材料的耐蚀性能、耐磨损性能、生物相容性、生物活性等均有待进一步提高。

医用不锈钢是典型的案例，其力学性能较好，且易加工和价格低廉，但是仍存在生物相容性不足的问题，其植入人体后因发生腐蚀或磨损，可能会引起水肿、感染、组织坏死等问题。除此之外，植入器械引发的感染问题已经成为医学领域中亟待解决的一个痛点问题。

杨柯表示，压力就是动力，临床中存在的痛点问题，是推动医用金属材料进步的重要动力。

新型医用金属材料发展主要体现在两个方面：第一，在现有材料基础上进一步优化材料性能；第二，通过全新的材料设计，研究开发新型材料。

尽管途径不同，但是目标都是一致的，即进一步提高材料的生物力学相容性，改善材料对组织、细胞、血液相容性，赋予材料表面生物活性，实现材料的生物功能化和生物可降解吸收。

毋庸置疑，新型医用金属材料正逐步打破现有材料存在的诸多困局。

面对一系列临床中存在的痛点问题，杨柯率领研究团队有针对性地提出了一系列解决方案：

第一，针对现有临床应用中的植入金属器械易引发感染问题，团队发展了系列医用含铜抗菌金属。

第二，针对现有临床应用中的金属不可降解问题，团队发展了镁合金、铁合金等生物可降解金属。

第三，针对现有临床应用中的金属生物惰性问题，团队发展了含铜金属、可降解镁合金等生物功能化金属。

第四，针对现有临床应用中的镍过敏问题，团队发展了医用高氮无镍不锈钢。

杨柯指出，新型医用金属材料应用正面临诸多新的挑战，如：实现可降解金属创新产品应用的突破，开发出更多的抗菌金属植入器械产品（如脊柱固定、人工关节等），开发出自身具有抗凝血、促进内皮化等多重生物功能的介入支架产品（包括心血管、脑血管、外周血管等），生物功能金属涂层技术，可降解镁合金肿瘤治疗技术等。

“挑战亦是机遇，新型医用金属材料未来市场空间不可估量，我国须重视相关的技术突破与创新发展。”

问答环节：

Q1：生物可降解镁合金的应用前景如何？

杨柯：可降解镁合金的应用前景非常乐观，但是仍需要注意3个重要问题：

第一，镁合金的力学性能相对低的问题，若要满足心脏支架对力学性能的高要求，需同时从材料和支架设计入手。

第二，镁合金的降解速度是否真的过高？这需要与具体的临床应用相对应。目前大多数文章提到的降解性能，都是以体外实验结果为主，与实际应用相关的体内实验数据还十分有限。

第三，目前可降解镁合金的种类繁多，五花八门，而且难以进行相互对比，应该先聚焦在简单体系的镁合金研究与应用。

Q2：是镁合金的应用前景更广泛，还是镁合金与高分子材料的复合材料应用前景更广泛？

杨柯：个人觉得，应该先将镁合金的应用放在研究第一位，镁合金复合材料还是放在第二位。

Q3：抗菌镁合金的研发是否有意义？

杨柯：有意义，因为镁合金与其它医用金属材料一样，在临床应用中可能会出现感染问题。

备注：封面图来源于杨柯院士