纳米材料——用于骨科应用的镁基纳米复合材料：综述

镁基材料因其良好的生物降解性、生物相容性和促进骨形成的特性，在骨科领域具有潜在的应用价值。然而，在早期应用过程中，其主要缺点是降解速率过快，这限制了其临床应用。纳米颗粒可以有效增强镁基体的机械强度和耐腐蚀性，而且可以选择不同的纳米颗粒来实现不同的生物学功能。因此，镁基纳米复合材料已经成为一类具有广泛临床应用潜力的可降解植入材料。本综述总结了镁基骨科植入物的研究进展，主要包括纳米颗粒对镁基材料的增强机制、不同纳米颗粒增强剂的作用和生物学功能、表面改性以及新制造技术的应用。此外，详细讨论了镁基材料的降解过程以及镁离子（Mg2+）在降解过程中的生物学功能。我们重点关注了Mg2+通过调节免疫微环境或多个信号通路促进骨和血管形成并抑制破骨细胞的生物学机制。最后，介绍了镁基骨科植入物的临床应用，并讨论了镁基纳米复合材料的未来研究方向。

创新点：

1. 深入探讨了纳米颗粒对镁基材料的多重增强机制，不仅从机械性能角度，还从材料的生物学功能方面进行了系统性研究。

2. 创新性地阐述了镁离子在降解过程中通过调节免疫微环境影响骨组织再生的分子机制，为材料设计提供了新思路。

3. 将新型制造技术引入镁基纳米复合材料的制备过程，实现了材料性能的精确调控和功能的优化。

科研启发：

1. 在研究生物医用材料时，应该更多地关注材料降解产物与周围组织的相互作用，这种微观层面的研究可能会带来重要的临床价值。

2. 材料的设计应该从单一功能向多功能协同发展，比如同时考虑机械性能、降解行为和生物学效应的优化。

3. 免疫微环境在材料诱导组织再生过程中扮演着关键角色，这为开发新一代生物材料提供了重要的研究方向。

思路延伸：

1. 可以探索利用人工智能技术预测和优化纳米颗粒的种类和含量，建立材料性能与生物学效应的构效关系模型。

2. 研究不同病理条件下镁基材料的降解行为差异，开发能够根据植入环境自适应调节降解速率的智能材料系统。

3. 深入研究镁离子与其他金属离子的协同作用，设计多元素协同的新型骨科植入材料。

4. 考虑将镁基材料与干细胞治疗相结合，利用材料降解过程中释放的离子调控干细胞的分化方向，促进组织再生。

5. 探索镁基材料在负重部位应用的可能性，这需要在保持良好生物相容性的同时，显著提高材料的机械强度。

来源：

J. Magnes. Alloys (IF 15.8)
Pub Date  : 2024-12-05
DOI : 10.1016/j.jma.2024.11.028

Meng Cheng, Xigang Liang, Lihua Cui, Dongyan Guan, Yang Qu, Jianwu Zhao, Kai Guan