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(shí)間的推移，鎂制骨科螺釘會(huì)在體內(nèi)溶解，這樣可以在患者痊愈后避免再次手術(shù)，降低感染的風(fēng)險(xiǎn)。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(huì)溶解。需要執(zhí)行另一項(xiàng)操作才能將其刪除。圖片來源：pixabay
當(dāng)外科醫(yī)生想在骨折后固定骨碎片時(shí)，關(guān)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(jī)械和化學(xué)上非常穩(wěn)定，但隨后必須將其卸下。另一個(gè)手術(shù)程序？還是由有機(jī)材料制成的植入物會(huì)隨著時(shí)間的流逝而溶解，但可能還會(huì)有其他一些缺點(diǎn)，例如機(jī)械強(qiáng)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(jī)械上很堅(jiān)固，但隨后以可控制的方式在體內(nèi)溶解，不會(huì)引起組織損傷。
這種鎂植入物對(duì)于骨骼快速增長(zhǎng)的兒童的醫(yī)學(xué)骨科應(yīng)用特別有趣。可生物降解的螺釘不會(huì)損害孩子的骨骼生長(zhǎng)，并且可以使小患者省去第二次手術(shù)。另外，可以使感染的風(fēng)險(xiǎn)最小化并且可以降低成本。 Empa實(shí)驗(yàn)室的“連接技術(shù)與腐蝕”實(shí)驗(yàn)室的Arie Bruinink說：“鎂通常被認(rèn)為是一種白色粉末，通常被當(dāng)作膳食補(bǔ)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?cè)诘谝粋�(gè)精致的愈合階段還具有類似于骨頭的機(jī)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(fù)雜的腐蝕過程有關(guān)，腐蝕過程改變了表面結(jié)構(gòu)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(huì)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(huì)因腐蝕而降解，在此期間鎂會(huì)氧化并產(chǎn)生氫氣，但應(yīng)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(huì)受到干擾。
Textfeld：然而，迄今為止，人們對(duì)這種生物腐蝕的確切認(rèn)識(shí)還不多，因?yàn)殒V螺釘暴露在這種生物腐蝕下。這是Empa腐蝕研究人員進(jìn)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(shí)的條件下對(duì)人體的生物腐蝕。目標(biāo)：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�。最終，研究人員的目標(biāo)是緩慢，良好地控制植入物的降解，而不會(huì)導(dǎo)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(yīng)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(huì)形成大量氫氣；在堿性范圍內(nèi)的pH值下，會(huì)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(huì)形成氫氧化鎂和磷酸鹽產(chǎn)品，這至少會(huì)減緩進(jìn)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(gè)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(duì)有效但非生理緩沖系統(tǒng)中進(jìn)行分析的。他認(rèn)為這個(gè)程序不現(xiàn)實(shí)。
“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(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人體的血容量。這種被低估的“果汁”在組織和細(xì)胞之間以比蝸牛慢百倍的速度緩慢移動(dòng)。如果要開發(fā)新的植入物，正是這種間質(zhì)液體至關(guān)重要。骨骨折的愈合過程，是由免疫細(xì)胞控制的，目的是產(chǎn)生一個(gè)骨吸收和重塑的平衡結(jié)構(gòu)，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(huì)影響螺釘?shù)牟迦搿榱藢?duì)人體內(nèi)的生物腐蝕過程提供一個(gè)真實(shí)的預(yù)測(cè)，Bruinink開發(fā)了實(shí)驗(yàn)分析技術(shù)和流動(dòng)細(xì)胞，其中pH調(diào)節(jié)是模仿人體的。例如，在一個(gè)由10個(gè)流動(dòng)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(cè)量外，目前正在對(duì)小流量電池進(jìn)行詳細(xì)的電化學(xué)表征。評(píng)估了電化學(xué)電位、作為腐蝕特征的界面電阻抗變化以及氫的生成。”流動(dòng)電池是一個(gè)模擬生物腐蝕的微型實(shí)驗(yàn)室，”Bruinink說。下一步，合金樣品將與微型實(shí)驗(yàn)室中的活細(xì)胞結(jié)合在一起，以便更詳細(xì)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(shí)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(jìn)生物環(huán)境的有益反應(yīng)。”
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(zhǔn)。
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